Sử dụng cảm biến quang để phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng cảm biến quang E3F DS 30 C4 , sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển ổn định tốc độ động cơ một cách chính xác cao.Sản phẩm áp dụng cho các dây chuyền sản xuất nhỏ.Người dùng có thể thay đổi cảm biến để tạo ra dây chuyền phân loại dựa trên các tiêu chí khác nhau trên sản phẩm. Mô tả sản phẩm: Khi sản phẩm trên băng tải đi qua cảm biến (E3FDS30C4) được thiết kế với động cơ Servo để phân loại sản phẩm kết hợp với màn hình LCD để hiện thị số lượng sản phẩm, giúp chúng ta phần nào hiểu được dây truyền phân loại sản phẩm trong thực tế.
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam ta ngày phát triển giàu mạnh Một thay đổi đáng kể Việt Nam gia nhập WTO, bước ngoặt quan trọng thay đổi đất nước,để - người Việt có hội nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại giới, đặc biệt lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói chung ngành Cơ Điện Tử nói riêng Thế hệ trẻ khơng tự phấn đấu học hỏi khơng ngừng sớm lạc hậu nhanh chóng thụt lùi Nhìn điều Trường “Đại Học Công Nghiệp Hà Nội” sớm chủ trương hình thức đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao Để tăng chất lượng học tập sinh viên nhà trường nói chung khoa Cơ Khí nói riêng tổ chức cho sinh viên làm Đồ Án đo lường điều khiển nhằm tạo nên tảng vững cho sinh viên trường, đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm Đề tài ứng dụng vi điều khiển đời sống thực tế phong phú đa dạng nhằm đáp ứng cho sống tiện nghi người.Với mục đích tìm hiểu đáp ứng yêu cầu chúng em lựa chọn đề tài có tính ứng dụng thực tế, khơng q xa lạ người, là: “Xây dựng hệ thống đếm sản phẩm sử dụng quang” cảm biến CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung Ngày phát triển khoa học kỹ thuật tác động đến lĩnh vực, đặc biệt lĩnh vực điện tử tạo bước nhảy vọt vượt bậc nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Ngay sản xuất sản phẩm áp dụng khoa học công nghệ để đạt suất cao Là sinh viên năm ba với kiến thức học em mong muốn tạo hệ thống tự động áp dụng cơng nghiệp Đó đề tài Đếm sản phẩm sử dụng cảm biến quang Với nhà máy quy mô với số lượng sản phẩm sản xuất lớn nên chúng em mong muốn nghiên cứu hệ thống đếm sản phẩm tự động Nhằm giúp đạt độ xác cao 1.2 Các yêu cầu - Mạch hoạt động chức đề tài Mạch hoạt động có độ ổn định xác cao Thiết kế gọn nhẹ Giá thành phù hợp Dễ dàng lắp đặt, thi công, vận hành dễ dàng 1.3 Phương pháp, phạm vi, giới hạn nghiên cứu - Phương pháp thực dùng cảm biến quang để đếm số lượng sản phẩm chạy chuyền Từ có biện pháp điều chỉnh tốc độ băng chuyền phù hợp với yêu cầu cần thiết - Phạm vi: ứng dụng cho nhà máy sản xuất sản phẩm hay đơn vị vận chuyển hàng hóa Và có giá thành thấp nên dễ áp dụng quy mô lớn, giúp nhà máy dễ dàng kiểm soát số lượng sản phẩm cho phù hợp - Giới hạn nghiên cứu: nghiên cứu thiết kệ hệ thống đếm hiển thị số lượng sản phẩm đêm 1.4 Ý nghĩa thực tiễn - Giúp người sử dụng dễ dàng biết số lượng sản phẩm sản xuất - Giá thành rẻ, phù hợp cho sở, hộ nhỏ lẻ - Cung cấp hệ thống đếm sản phẩm giá thành thấp đến nhiều đối tượng nhiều đối tượng nhỏ lẻ CHƯƠNG : XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG 2.1 Cảm biến quang E3F-DS30C4 2.1.1 Giới thiệu Lâu nay, quen với việc sử dụng cảm biến siêu âm để phát vật cản, nhiên điểm yếu dễ bị nhiễu Để khắc phục điểm yếu trên, đồ án sử dụng phương pháp phát vật cản khác Đó sử dụng hồng ngoại, mà cụ thể sử dụng cảm biến E3F-DS30C4 thường ứng dụng cho đặc tính Robot tránh vật cản, dây chuyền phát sản phẩm, reminder đa chức v.v Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định vật cản cho độ phản hồi nhanh nhiễu sử dụng mắt nhận phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến chỉnh khoảng cách hoạt động thông qua biến trở phần cuối thân cảm biến Hình 2.1: Cảm biến E3F-DS30C4 2.1.2 Thơng số kỹ thuật • Điện áp hoạt động: 5VDC • Khoảng cách hoạt động tối đa: ~80cm • Dòng kích ngõ ra: 300mA • Góc điểm: ~15° • Thời gian hồi đáp: ~2ms • Nhiệt độ mơi trường làm việc: -25°C~50°C • Ngõ dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến điện áp ngõ ra, trở treo lên áp tạo thành điện áp ngõ nhiêu • Chất liệu vỏ cảm biến: Nhựa • Hiển thị ngõ Led • Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L) 2.1.3 Sơ đồ dây E18-D80NK có cách nối dây tương đối đơn giản: • Màu nâu: VCC, nguồn dương 5VDC • Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC • Màu đen: chân tín hiệu ngõ cực thu hở NPN, cần trở treo để tạo mức cao 2.1.4 Kích thước Hình 2.2: Kích thước E3F-DS30C4 2.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại FM52 2.2.1 Giới thiệu Cảm biến vật cản hồng ngoại có khả thích nghi với mơi trường, có cặp truyền nhận tia hồng ngoại Tia hồng ngoại phát tần số định, phát hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau so sánh, đèn màu xanh sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu (một tín hiệu bậc thấp) Khoảng cách làm việc hiệu ~ 5cm, điện áp làm việc 3.3 V đến 5V Độ nhạy sáng cảm biến vật cản hồng ngoại điều chỉnh chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng,… Có thể sử dụng rộng rãi robot tránh chướng ngại vật, xe tránh chướng ngại vật dò đường… Hình 2.3: Cảm biến hồng ngoại FM52 2.2.2 Thơng số kỹ thuật • • • • • • Bộ so sánh sử dụng LM393, làm việc ổn định Điện áp làm việc: 3.3V – 5V DC Khi bật nguồn, đèn báo nguồn màu đỏ sáng Lỗ vít mm, dễ dàng cố định, lắp đặt Kích thước: 3.2cm * 1.4cm Các mô-đun so sánh điện áp ngưỡng thông qua chiết áp, sử dụng chế độ thơng thường, xin vui lịng khơng tự ý điều chỉnh chiết áp 2.2.3 Sơ đồ cảm biến vật cản hồng ngoại FM52 Hình 2.4: Sơ đồ cảm biến vật cản hồng ngoại FM52 Cổng giao tiếp: • • • VCC: điện áp chuyển đổi từ 3.3V đến 5V (có thể kết nối trực tiếp đến vi điều khiển 5V 3.3V) GND: GND OUT: đầu kỹ thuật số (0 1) 2.3 Arduino Uno R3 2.3.1 Giới thiệu Arduino dịng mạch điện tử uy tín, tin cậy hàng đầu nay, đặc biệt dòng mạch Arduino UNO Hiện nay, dòng mạch phát triển tới hệ thứ (R3) Sử dụng Chip Driver CH340G chip ATmega328P-AU (SMD 32Pins) có giá thấp so với phiên UNO R3 sử dụng chip nạp ATmega16U2 chip ATmega328P-PU (TH HOLE 32PIN) Hình 2.5: Arduino Uno R3 2.3.2 Ứng dụng Arduino Uno R3: Arduino UNO sử dụng vi điều khiển họ bit AVR ATmega8, ATmega 168, ATmega328 (có sẵn kit) Bộ não xử lý tác vụ đơn giản điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, sử dụng làm trạm đo nhiệt độ, độ ẩm thị lên hình LCD, … 2.3.3 Thơng số kỹ thuật • Vi điều khiển: ATmega328 họ bit • Điện áp hoạt động: 5V DC (chỉ sử dụng nguồn cấp qua cổng USB) • Tần số hoạt động: 16 MHz • Dịng điện tiêu thụ: khoảng 30mA • Điện áp đầu vào khuyên dùng: 7-12V DC • Điện áp vào giới hạn: -20V DC • Số chân Digital I/O: 14(6 chân hardware PWM) • Số chân Analog: (độ phân giải 10 bit) • Dịng tối đa chân I/O: 30mA • Dịng tối đa (nguồn 5V): 500mA • Dịng tối đa (nguồn 3,3V): 50mA • Bộ nhớ Flash: 32KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bootloader • SRAM: 2KB (ATmega328) • EEPROM: 1KB(ATmega328) 2.3.4 Các chân lượng • GND (Ground): cực âm nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng thiết bị sử dụng nguồn điện riêng biệt chân phải nối với • 5V: cấp điện áp 5V đầu Dòng tối đa cho phép chân 500mA • 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu Dòng tối đa cho phép chân 50mA • Vin (Voltage Input): để cấp nguồn cho Arduino UNO, bạn nối cực dương nguồn với chân cực âm nguồn với chân GND • IOREF: điện áp hoạt động vi điều khiển Arduino UNO đo chân Và dĩ nhiên ln 5V Mặc dù bạn không lấy nguồn 5V từ chân để sử dụng chức khơng phải cấp nguồn 10 Hình 2.10: Nguồn tổ ong 2.7.2 Thông số kỹ thuật - Điện Áp Vào: AC 110-220V Điện Áp Ra: DC 12V Dòng Out Max: 5A Kích thước: 160x98x43MM 2.8 Màn hình LCD 1602 2.8.1 Giới thiệu Màn hình LCD1602 xanh sử dụng driver HD44780, có khả hiển thị dịng với dịng 16 ký tự, hình LCD có độ bền cao, phổ biến, nhiều code mẫu dễ sử dụng thích hợp cho người học làm dự án 16 Hình 2.11: Màn hình LCD 1602 2.8.2 Thống số kỹ thuật • Điện áp hoạt động V • Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm • Chữ đen, xanh • Khoảng cách hai chân kết nối 0.1 inch • Tiện dụng kết nối với Breadboard 2.8.3 Ưu điểm hình LCD1602 • Tên chân ghi mặt sau hình LCD hổ trợ việc kết nối, dây điện • Có đèn led nền, dùng biến trở PWM điều chình độ sáng để sử dụng điện • Có thể điều khiển với dây tín hiệu • Có ký tự xây dựng hổ trợ tiếng Anh tiếng Nhật CHƯƠNG 3: CHÊ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 17 3.1 Giới thiệu Hình 3.1: Mơ hình hệ thống Đồ án “Xây dựng hệ thống đếm sản phẩm sử dụng cảm biến quang” việc thiết kế mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cảm biến quang lập trình Arduino Khi sản phẩm băng tải qua cảm biến (E3FDS30C4) thiết kế với động Servo để phân loại sản phẩm kết hợp với hình LCD để thị số lượng sản phẩm, giúp phần hiểu dây truyền phân loại sản phẩm thực tế Hình 3.2: Mạch hệ thống 18 3.2 Phần mềm thiết kế 3.2.1 Arduino Arduino mơi trường phát triển tích hợp mã nguồn mở, cho phép người dùng dễ dàng viết code tải lên board mạch, viết Java dựa ngơn ngữ lập trình phần mềm mã nguồn mở khác Hình 3.3: Phần mềm Arduino Kể từ tháng năm 2015, Arduino IDE (Intergrated Devalopment Editor – mơi trường phát triển thích hợp) phổ biến nhiều nơi với giao diện trực quan Ngôn ngữ phổ quát cho Arduino C C++ Do phần mềm phù hợp với người dùng quen thuộc ngôn ngữ Phần mềm gồm mảng thư viện phong phú như: EEPROM, Firmata, GSM, Servo, TFT, Wifi,… Và mảng thư viện ngày đa dạng nhờ đóng góp cộng đồng Arduino tồn giới 3.3 Sơ đồ khối 19 Hình 3.4: Sơ đồ khối mơ hình đếm phân loại sản phẩm • Khối nguồn gồm linh kiện tác động đến cơng suất, dịng điện (Nguồn tổ ong): cung cấp lượng thích hợp cho mơ hình hệ thống Hình 3.5: Nguồn tổ ong • Khối thị (LCD): hiển thị số lượng đếm từ cảm biến 20 Hình 3.6: Màn hình LCD • Khối phân loại (Băng tải, Servo): phân sản phẩm thành nhiều loại theo yê • Khối tín hiệu cảm biến E18D80NK: phát vật thể truyền tín hiệu khối xử lý để mã hóa liệu.u cầu mơ hình đề tài • • Khối xử lý (Arduino Uno R3, IC 74HC595…): xử lý tín hiệu từ cảm biến xuất liệu mã hóa đến khối hiển thị, khối phân loại 3.4 Nguyên lý hoạt động Khi cấp nguồn, mạch hoạt động theo chương trình thiết lập Arduino Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý hoạt động 21 Chu trình hoạt động mơ hình hệ thống thu nhận tín hiệu cảm biến Các tín hiệu trung tâm xử lý xuất lệnh tương thích cho Servo với hình LCD để thực theo yêu cầu đề tài Ở trạng thái bình trường, cảm biến E3F-DS30C4 cấp xung mức cao cho xử lý trung tâm Với xung mức cao, thông qua code lập trình, Arduino Uno R3 trì trạng Động Servo giữ nguyên gạc phân loại góc 0° Hình 3.7: Mơ hình chưa có tác động cảm biến Khi tác động đối tượng, dịng điện qua trở treo thơng qua cảm biến E3F-DS30C4 tới GND Lúc này, xung mức thấp cấp cho Arduino Uno R3 Dữ liệu xử lý đưa vào IC 74HC595 làm thay đổi hiển thị hình LCD Đồng thời, động Servo quay gạc phân loại góc 90°, đối tượng đưa khỏi băng tải 22 Hình 3.8: Mơ hình hoạt động có tín hiệu từ cảm biến 3.5 Code – chương trình #include #include #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); #define SENSOR2 #define SENSOR3 #define SENSOR4 13 Servo myservo; #define PWM #define DIR1 #define DIR2 #define Kp 0.02 #define Kd 0.01 #define Ki 0.6 double tam; float T, xung; float tocdo, tocdodat; double E, E1, E2; double alpha, beta, gamma; double Output, LastOutput; int upButton = 10; int downButton = 11; int selectButton = 12; int menu = 1; 23 int i = 0; int pos = 0; int j = 0; int goc = 0; int dem1; int dem2; int cb1 = 0; int cb2 = 0; int giatritruoc = 1; int giatritruoc2 = 1; void setup() { Serial.begin(9600); attachInterrupt(0, Demxung, FALLING); Timer1.initialize(10000); //don vi us Timer1.attachInterrupt(PID); lcd.init(); lcd.init(); lcd.backlight(); hienthi(); pinMode(upButton, INPUT_PULLUP); pinMode(downButton, INPUT_PULLUP); pinMode(selectButton, INPUT_PULLUP); pinMode(2, INPUT_PULLUP); pinMode(3, INPUT_PULLUP); pinMode(PWM, OUTPUT); pinMode(DIR1, OUTPUT); pinMode(DIR2, OUTPUT); congtaccon(); TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000001; // for PWM frequency of 31372.55 Hz tocdodat = i; tocdo = 0; E = 0; E1 = 0; E2 = 0; Output = 0; LastOutput = 0; T = 0.01; Serial.begin(9600); attachInterrupt(0, Demxung, FALLING); Timer1.initialize(10000); //don vi us Timer1.attachInterrupt(PID); } void loop() { Serial.println(tocdo); 24 cb1 = digitalRead(SENSOR3);//san pham cao if (cb1 != giatritruoc) { if (cb1 == 0) { dem1 = dem1 + 1; } giatritruoc = cb1; hienthi(); if (giatritruoc = cb1) { myservo.write(0); delay(1000); myservo.write(180); delay(1000); } } cb2 = digitalRead(SENSOR4); //san pham thap if (cb2 != giatritruoc2) { if (cb2 == 0) { dem2 = dem2 + 1; } giatritruoc2 = cb2; hienthi(); } int S2 = digitalRead(SENSOR2); //Doc gia tri cam bien1 if (S2 == 0) { i = 0; analogWrite(5, Output); digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(8, LOW); hienthi(); } if (!digitalRead(selectButton)) { executeAction(); } congtaccon(); } void hienthi() 25 { lcd.clear(); lcd.print("Cao:"); lcd.print(dem1); lcd.print(" Thap:"); lcd.print(dem2); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(" RPM: "); lcd.print(i); } void congtaccon() { if (!digitalRead(downButton)) { i = i + 10; if (i > 280) { i = 280; } action1(); while (!digitalRead(downButton)); } if (!digitalRead(upButton)) { i = i - 10; if (i < -280) { i = -280; } action1(); while (!digitalRead(upButton)); } if (!digitalRead(selectButton)) { hienthi(); tocdodat = i; while (!digitalRead(selectButton)); } } void executeAction() { switch (menu) { case 1: action1(); } } 26 void action1() { lcd.clear(); lcd.print(" Toc do"); lcd.setCursor(7, 0) ; lcd.print(" RPM:" ); lcd.print(i); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(" 1.+ "); lcd.setCursor(5, 1); lcd.print(" 2.- "); lcd.setCursor(10, 1); lcd.print(" 3.OK "); } void Demxung() { if (digitalRead(2) == LOW) xung++; else xung ; } void PID() { tocdo = ((xung / 234) * (1 / T) * 60); xung = 0; E = tocdodat - tocdo; alpha = * T * Kp + Ki * T * T + * Kd; beta = T * T * Ki - * Kd - * T * Kp; gamma = * Kd; Output = (alpha * E + beta * E1 + gamma * E2 + * T * LastOutput) / (2 * T); LastOutput = Output; E2 = E1; E1 = E; if (Output > 255) { Output = 255; } if (Output < 0) { Output = 0; } if (Output > 0) { 27 analogWrite(5, Output); digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(8, LOW); } else { analogWrite(5, 0); digitalWrite(7, LOW ); digitalWrite(8, HIGH); } } CHƯƠNG : KẾT LUẬN 28 Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu đề tài này, đến đề tài “Xây dựng hệ thống đếm sản phẩm sử dụng cảm biến quang” thiết kế chế tạo thành công 4.1 Ưu/Nhược điểm 4.1.1 Ưu điểm: _ Mạch nhỏ gọn _ Đáp ứng yêu cầu đề tài _ Hiển thị rõ ràng 4.2Nhược điểm: _ Chưa có độ giao điện giám sát, mơ máy tính _ Độ ổn định chưa tối ưu 4.2 Hướng phát triển _ Áp dụng cho dây chuyền sản xuất nhỏ _ Thay đổi cảm biến để tạo dây chuyền phân loại dựa tiêu chí khác sản phẩm _ Khắc phục nhược điểm để đề tài hoàn thiện Do thời gian kiến thức cịn hạn hẹp nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót q trình thực đề tài Rất mong nhận góp ý, đánh giá quý báu thầy bạn TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Giáo trình cảm biến.(2000) Phân Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến – NXB Khoa học kỹ thuật Website http://arduino.vn/ Website http://codientu.org/ Website http://banlinhkien.com/ Website http://wikipedia.com/ 29 30