Thiết kế mạch đếm sản phẩm trên băng tải

TRƯỜ NG ĐẠ I HỌ C CÔ NG NGHIỆ P HÀ NỘ I BÀ I TẬ P LỚ N MÔ N VI XỬ LÝ TRONG ĐO LƯỜ NG VÀ ĐIỀ U KHIỂ N ĐỀ TÀ I:THIẾ T KẾ HỆ THỐ NG ĐẾ M SẢ N PHẨ M TRÊ N BĂ NG TẢ I SINH VIÊN:NGUYỄN VĂN HÙNG GIÁO VIÊN :PHẠM VĂN NAM HÀ NỘI 2021 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU .2 DANH MỤC HÌNH ẢNH PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ THIẾT KẾ .4 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu yêu cầu đề tài .4 1.3 Vấn đề cần giải PHẦN II: SƠ LƯỢC VỀ BĂNG TẢI 2.1 Các loại bang tải sử dụng .6 2.1.1 Giới thiệu chung băng tải 2.1.2 Cấu tạo chung băng tải 2.2 Băng tải sử dụng báo cáo PHẦN III: LÝ THUYẾT THIẾT KẾ .8 3.1 Tổng quan vi điều khiển 8051 3.2 Cấu trúc 8051/ Sơ đồ khối 8051 PHẦN IV: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS 16 4.1 Sơ đồ khối 16 4.2.Lưu đồ thuật toán 17 PHẦN V: KẾT LUẬN .18 4.3 Video kết chạy mơ phần mềm proteus chương trình 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 -1- LỜI GIỚI THIỆU -Ngày nay, khái niệm kỳ thuật số trở thành quen thuộc với nhiều người, phát triển ngành kỹ thuật số có ảnh hưởng lớn đến ngành kinh tế tồn cầu Có người nêu lên ý tưởng gọi kinh tế “nền kinh tế kỹ thuật số”, “số hóa” gần vượt khỏi ránh giới m ột thuật ngữ ký thuật Nhờ có ưu điểm xử lý số độ tin cậy truyền dẫn, tính đa thích nghi kinh té nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi tring điều khiển khai thác mạng -Hiện thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, nhà máy xí nghiệp sản xuất sản phẩm băng chuyền đại, sản phẩm xuất nhanh nhiều việc đếm xem có sản phẩm hồn tất xuất từ băng chuyền cuối người cơng nhân khó thực xác Vì mạch đếm sản phẩm giúp ta kiểm soát sản lượng cho băng chuyền Không vậy, hệ thống đếm sản phẩm giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tang hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo độ xác cao -Với lý đề tài “Thiết kế mạch đếm sản phẩm” thầy Phạm Văn Nam hướng dẫn thực DHCNHN, tháng11 năm 2021 Sinh viên thực NGUYỄN VĂN HÙNG -2- DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình BĂNG TẢI THÔNG THƯỜNG Hình CẤU TẠO CHUNG CỦA BĂNG TẢI Hình SƠ ĐỒ KHỐI CỦA 8051 .9 Hình 4CÁC THÀNH VIÊN HỌ 8051 Hình SƠ ĐỒ CHÂN 8051 10 Hình 6MẠCH TẠO DAO ĐỘNG CHO VDK .11 Hình CHỨC NĂNG CỦA THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT SFR 12 Hình CÁC THANH GHI .14 Hình NGUỒN NGẮT 14 Hình 10 MƠ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS 17 -3- PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ THIẾT KẾ 1.1 Đặt vấn đề Ngày việc nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển vào lĩnh vực sống phổ biến,điển hình vi điểu khiển họ 8051.Ở công nghiệp lĩnh vực liên quan đếm sản phẩm phát huy lợi sử dụng vi điều khiển,việc đếm sản phẩm trở nên đơn giản,giảm bớt sức lao động thời gian.Phương pháp đếm sản phẩm dùng vi điều khiển khơng có ưu điểm phương pháp dùng IC rời dùng vi xử lí mà cịn có ưu điểm : Trong mạch sử dụng nhớ chương trình có quy mơ nhỏ,có thể giao tiếp nối tiếp với máy tính Đề tài băng tải đếm sản phẩm với ứng dụng họ vi điều khiển 8051.Đề tài khơng thực tế cần thiết mà chị phí lại không cao.Đây hội tốt để em tìm hiểu ứng dụng kiến thức môn VI ĐIỀU KHIỂN vào thực tế 1.2 Mục tiêu yêu cầu đề tài Trong báo cáo  em thực mạch đếm sản phẩm phương pháp đếm xung Như sản phẩm qua băng chuyền phải có thiết bị để cảm nhận sản phẩm, thiết bị gọi cảm biến Khi sản phẩm qua cảm biến nhận tạo xung điện đưa khối xử lí để tăng dần số đếm,hiển thị kết đếm lên hình Khi đủ số lượng sản phẩm tiến hành đóng gói q trình đếm sản phẩm lại bắt đầu lại từ đầu Có thể điều chỉnh số lượng sản phẩm hộp thong qua hệ thống nút nhấn Yêu cầu mạch đếm sản phẩm phải chạy cách xác,ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt dễ sửa chữa chi phí thấp 1.3 Vấn đề cần giải +Tìm hiểu tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu,đưa giải pháp tối ưu cho việc thiết kế chế tạo sản phẩm thực tế +Thiết kế chế tạo board mạch gồm khối: khối xử lí trung tâm dùng họ vi điều khiển 8051,khối cảm biến,khối hiển thị +Tiến hành viết chương trình phần mềm phối hợp hoạt động khối điều khiển mạch dùng IC AT89c52 Cuối cùng,mơ hình sản phẩm có cấu tạo ngun lí làm việc sau: * Cấu tạo - Gồm băng chuyền để chuyển tải sản phẩm - Sử dụng cảm biến thu phát ánh sáng để phát vật - Sử dụng vi điều khiển AT89C52 -Có nút ấn để điều chỉnh số lượng sản phẩm hộp * Nguyên lý làm việc Khi cấp nguồn cho hệ thống động điều khiển băng tải cấp nguồn -4- quay Mỗi có vật qua cảm biến cảm biến tạo xung đưa khối vi điều khiển để tăng số đếm… -5- PHẦN II: SƠ LƯỢC VỀ BĂNG TẢI 2.1 Các loại bang tải sử dụng 2.1.1 Giới thiệu chung băng tải Băng tải thường dùng để di chuyển vật liệu đơn giản vật liệu rời theo phương ngang phương nghiêng.Trong dây truyền sản xuất , thiết bị sử dụng rộng rãi phương tiện để vận chuyển cấu nhẹ,trong xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng ,than đá,các loại xi lị trạm thủy điện dung vận chuyển nhiên liệu Trong số ngành công nghiệp nhẹ,cơng nghiệp thực phẩm,hóa chất dùng đẻ vận chuyển sản phẩm hoàn thành chưa hoàn thành công đoạn,các phân xưởng ,đồng thời dùng để loại bỏ sản phẩm không dung Hiện nay, biết hầu hết nhà máy, xí nghiệp, cơng ty vừa nhỏ cơng ty lớn, dây chuyền sản xuất sử dụng phổ biến hệ thống băng tải, hệ thống băng tải đời khơng làm giảm chi phí vận chuyển mà tiết kiệm thời gian nhân lực -Ưu điểm băng tải +Cấu tạo đơn giản ,bền ,có khả vận chuyển rời đơn theo hướng nằmngang,nằmnghiêng + Được sử dụng rộng rãi hầu hết cơng ty, nhà máy, xí nghiệp + Tiết kiệm chi phí vận chuyển nhân công lao động +Làm việc nhiều môi trường khác + Hệ thống làm việc linh hoạt tính ổn định cao + Có thể tự động được,vận hành đơn giản,bảo dưỡng dễ dàng,làm việc tin cậy,năng suất cao tiêu hao lượng so với máy vận chuyển khác không lớn - Nhược điểm: Giá thành cao, chi phí lắp đặt tốn Hình BĂNG TẢI THÔNG THƯỜNG 2.1.2 Cấu tạo chung băng tải -Băng tải thiết bị vận tải liên tục, chuyên trở hàng dạng hạt, cục theo phương ngang, theo mặt phẳng nghiêng, theo đường gấp khúc kết cấu băng tải biểu diễn hình vẽ Hình CẤU TẠO CHUNG CỦA BĂNG TẢI 1.Bộ phận kéo yếu tố làm việc trực tiếp mang vật Trạm dẫn động,truyền chuyển động cho phận kéo Bộ phận căng ,tạo giữ lực căng cần thiết cho phận kéo Hệ thống đỡ (con lăn,giá đỡ ) làm phần trượt cho phận kéo yếu tố làm việc Vật liệu làm băng tải làm vật liệu sau: - Lưới: Chịu nhiệt, bị ăn mịn, chịu ảnh hưởng môi trường, nhẹ nhàng, bền - Dạng thảm: Bên phía tiếp xúc với trục truyền chuyển chiếm 3/4 bề dầy băng tải vật liệu làm lớp nỉ kết với bên ngồi có phủ lớp silicol dầy 1/4 bề dầy băng tải, giá thành cao phải nhập ngoại sử dụng máy móc địi hỏi độ xác cao u cầu cơng nghệ cao - Ngồi cịn làm vật liệu khác như: Da, sợi kết thành, vải, - Kích thước băng tải: Bề dày từ (2 ÷ 15)mm, chiều rộng từ (1200 ÷ 2100)mm, thơng thường tháo lắp thay máy móc, thiết bị thường kèm thiết bị gá lắp riêng 2.2 Băng tải sử dụng báo cáo -Thực mô hệ thống băng tải, cảm biến giả lập tín hiệu đầu vào phần mềm proteus PHẦN III: LÝ THUYẾT THIẾT KẾ 3.1 Tổng quan vi điều khiển 8051 Vào năm 1981 Hãng Intel giới thiệu số vi điều khiển gọi 8051 Bộ vi điều khiển có 128 byte RAM, 4K byte ROM chíp, hai định thời, cổng nối tiếp cổng (đều rộng bit) vào tất đặt chíp Lúc coi “hệ thống chíp” 8051 xử lý bit có nghĩa CPU làm việc với bit liệu thời điểm Dữ liệu lớn bit chia thành liệu bit xử lý 8051 có tất cổng vào - I/O cổng rộng bit Mặc dù 8051 có ROM chíp cực đại 64 K byte, nhà sản xuất lúc cho xuất xưởng với 4K byte ROM chíp Điều bàn chi tiết sau 8051 trở nên phổ biến sau Intel cho phép nhà sản xuất khác sản xuất bán dạng biến 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải để mã lại tương thích với 8051 Điều dẫn đến đời nhiều phiên 8051 với tốc độ khác dung lượng ROM chíp khác bán nửa nhà sản xuất.  Điều quan trọng có nhiều biến thể khác 8051 tốc độ dung lương nhớ ROM chíp, tất chúng tương thích với 8051 ban đầu lệnh Điều có nghĩa ta viết chương trình cho phiên chạy với phiên khác mà không phân biệt từ hãng sản xuất Đặc tính ROM chíp RAM Bộ định thời Các chân vào - Cổng nối tiếp Nguồn ngắt Số lượng 4K byte 128 byte 32 Bảng 1: Các đặc tính 8051 3.2 Cấu trúc 8051/ Sơ đồ khối 8051 Hình SƠ ĐỒ KHỐI CỦA 8051 - OSC: Bộ phát xung nhịp đồng cho hệ thống, max: 24Mhz -> định tốc độ xử lý 8051 (liên quan đến thời gian/lệnh, Timer, Interrupt ); - ROM: Bộ nhớ chương trình 4K (lưu mã lệnh chương trình), ngày lên tới 128K: AVR 128, 1M: STM32F4 -> không cần quan tâm) - RAM: Bộ nhớ liệu 128 byte(lưu trữ liệu tạm thời, ghi đặc biệt), ngày lên tới 4K: AVR 128, 192K: STM32F4 - Timer/Counter: Bộ đếm thời gian/bộ đếm xung - Interrupt Control: khối điều khiển ngắt - BUS Control: khối điều khiển Bus địa (Address Bus), Bus liệu (Address Data), Bus điều khiển (Control Bus) - I/O Port: Cổng vào/ra (P0, P1, P2, P3: bit ~ chân) - Serial port: Cổng truyền thơng nối tiếp Hình 4CÁC THÀNH VIÊN HỌ 8051 *SƠ ĐỒ CHÂN CỦA 8051 Hình SƠ ĐỒ CHÂN 8051 Là IC đóng vỏ dạng DIP có 40 chân, chân có kí hiệu tên có chức sau:  Chân 40: nối với nguồn nuôI +5V  Chân 20: nối với đất(Mass, GND)  Chân 29 (PSEN)(program store enable) tín hiệu điều khiển xuất 8051, cho phép chọn nhớ ngồi nối chung với chân OE (Outout Enable) EPROM phép đọc byte chương trình Các xung tín hiệu PSEN hạ thấp suốt thời gian thi hành lệnh Những mã nhị phân chương trình được đọc từ EPROM qua bus liệu chốt vào ghi lệnh 8051 mã lệnh.(chú ý việc đọc đọc lệnh (khác với đọc liệu), VXL đọc bit opcode lệnh đưa chúng vào hàng đợi lệnh thông qua Bus địa liệu)  Chân 30 (ALE : Adress Latch Enable) tín hiệu điều khiển xuất 8051, cho phép phân kênh bus địa bus liệu Port  Chân 31 (EA : Eternal Acess) đưa xuống thấp cho phép chọn nhớ mã 8051 Đối với 8051 : EA = 5V : Chọn ROM nội EA = 0V : Chọn ROM ngoại 32 chân lại chia làm cổng vào  Vào tức dùng chân để đọc mức logic (0;1 tương ứng với 0V ; 5V)vào hay xuất mức logic ra(0;1)  P0 từ chân 39  - 32 tương ứng chân P0_0 - P0_7  P1 từ chân  - 8 tương ứng chân P1_0  - P1_7  P2 từ chân 21 - 28 tương ứng chân P2_0  - P2_7  P3 từ chân 10 - 17 tương ứng chân P3_0  - P3_7 Riêng cổng có chức chân hình vẽ:  P3.0 – RxD : chân nhận liệu nối tiếp giao tiếp RS232(Cổng COM )  P3.1 _ TxD : phân truyền liệu nối tiếp giao tiếp RS232  P3.2 _ INTO : interrupt , ngắt  P3.3 _ INT1: interrupt 1, ngắt  P3.4 _T0 : Timer0 , đầu vào timer0  P3.5_T1 : Timer1, đầu vào timer  P3.6_ WR: Write, điều khiển ghi dứ liệu  P3.7 _RD: Read , điều khiển đọc liệu Chân 18, 19 nối với thạch anh tạo thành mạch tạo dao động cho VĐK Tần số thạch anh thường dùng ứng dụng : 11.0592Mhz(giao tiếp với cổng com máy tính) 12Mhz Tần số tối đa 24Mhz Tần số lớn VĐK xử lí nhanh   Hình 6MẠCH TẠO DAO ĐỘNG CHO VDK *Ram nội ghi   Hình CHỨC NĂNG CỦA THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT SFR SFR định địa bit( ghi cần nhớ đối lập trình C) Hình CÁC THANH GHI *Giới thiệu sơ qua nguồn ngắt:   Hình NGUỒN NGẮT Một chương trình khơng có ngắt chạy liên tục, cịn chương trình có ngắt điều kiện ngắt đảm bào trỏ nhảy sang hàm ngắt thực xong hàm ngắt lại quay chỗ cũ thực tiếp chương trình Ta có ví dụ sau: Bạn ăn cơm , có tiếng điện thoại , bạn đạt bát cơm nghe điện thoại , nghe xong lại quay bưng bát cơm lên ăn tiếp Thì q trình ăn cơm bạn chương trình chính,có điện thoại gọi đến điều kiện ngắt, bạn nghe điện thoại thực chương trình ngắt(Interrupt Service Rountine),quay ăn cơm tiếp tiếp tục thực chương trình Ngắt người học vi điều khiển khó hiểu, đa số tài liệu khơng giải thích ngắt để làm Có nhiều loại ngắt khác tất có chung đặc điểm, ngắt dùng cho mục đích đa nhiệm Đa tức nhiều, nhiệm tức nhiệm vụ Thực nhiều nhiệm vụ Các bạn nhìn vào tiền trình hàm main với chương trình có ngắt : Chương trình chạy, ngắt xảy ra, thực hàm ngắt quay lại chương trình Chương trình vi điều khiển khác với ví dụ ăn cơm nghe điện thoại chỗ , thời gian thực hàm lớn,thời gian thực hàm ngắt nhỏ, thời gian thực thi hàm ngắt không ảnh hưởng nhiều đên chức hàm Như hàm ngắt bạn làm việc, hàm bạn làm việcnhư coi bạn làm việc(đa nhiệm) quang thời gian tương đối ngắn cõ ms, thực thời điểm vi điều khiển thực thi lệnh Ví dụ : Bạn thử nghĩ xem làm để vừa điều chế xung PWM để điều chỉnh tốc độ động , vừa đọc cảm biến đầu vào mà tốc độ động phụ thuộc đầu vào cảm biến PHẦN IV: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS 4.1 Sơ đồ khối KHỐI NGUỒN KHỐI CẢM BIẾN NHẬN BIẾT SẢN PHẨM PHÍM CHỨC NĂNG KHỐI XỬ LÝ AT89C52 KHỐI NGUỒN KHỐI HIỂN THỊ Khối nguồn: nguồn cấp điện : - Nguồn cấp điện 5V cho AT89C52, khối nhận biết sản phẩm, khối hiển thị, khối phím chức Phím chức năng: nút nhấn tăng giảm để điều chỉnh số lượng sản phẩm hộp Khối xử lý: - Gồm có IC AT89C52 mạch dao động - IC AT89C51 loại vi điều khiển họ 8051 với cấu trúc ghi, đệm bít cờ hồn tồn điều khiển chương trình -Chíp có nhớ RAM 2K thuận tiện cho điều khiển cỡ lớn - Chương trình viết cho IC phong phú C, C++, Asembly, chí ngôn ngữ bậc cao Visual C++, Java,… nhiên để nạp vào nhớ điều khiển phải chuyển chương trình viết từ ngơn ngữ khác sang file định dạng kiểu Hexa, dùng nạp để nạp Khối nhận biết sản phẩm: -Dùng cảm biến hồng ngoại để phát sản phầm phát tín hiệu khối xử lý -Thực mơ phần mềm proteus dung nút nhấn để giả lập tín hiệu từ cảm biến Khối hiển thị: -Dùng LCD 16X2 để hiển thị giới hạn sản phẩm hộp số sản phẩm đếm Hình 10 MƠ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS 4.2.Lưu đồ thuật toán Bắt đầu Khai báo thư viện Khởi tạo counter, ngắt 0,ngắt ngoài1 ,on,off a=10;b=0 S on Ngắt END S Đ Đ S Ngắt ngoài0 Dừng băng tải Bật băng tải Đ Đ a-1 off a+1 Đ S b=a S Cảm biến S Đ b+1 4.3 Video kết chạy mô phần mềm proteus chương trình Link video chạy mơ proteus chương trình https://drive.google.com/drive/folders/1bXQaDx3lO0BzCYyDTXMUcQrgJpZ7Q8d?usp=sharing btl - Proteus Professional - Schematic Capture 2021-11-22 02-21-46.mp4 PHẦN V: KẾT LUẬN Tìm hiểu khái quát băng tải sơ lược vi điều khiển 8051 Mạch mô phần mềm proteus đãđếm sản phẩm băng tải hoàn thành yêu cầu báo cáo đếm số sản phẩm thay đổi số sản phẩm hộp Hướng phát triển đề tài là: - Hoàn thiện nâng cao chất lượng mạch đo thiết bị - Hoàn thiện thiết kế giao diện thiết bị - Kiểm tra so sánh chất lượng thiết bị với sản phẩm thị trường - Nghiên cứu triển khai sản xuất hàng loạt Với nghiên cứu thực hiện, mong nhận ủng hộ chuyên gia, tổ chức để giúp đỡ đề tài trở thành đề tài thực hữu ích cho tất người TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Đỗ Duy Phú, Giáo trình vi xử lý, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2015