Tóm tắt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện tử và truyền thông: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc sử dụng Arduino

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là tìm hiểu và xây dựng được mô hình hệ thống phân loại hàng hoá bằng màu sắc sử dụng arduino. Mời các bạn cùng tham khảo!

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HỮU NGHỊ VIỆT - HÀN KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG  THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM DỰA VÀO MÀU SẮC SỬ DỤNG ARDUINO TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THƠNG NIÊN KHĨA: 2016 - 2019 HSSV : Nguyễn Quang Trƣờng Mã HSSV : CCVT16A006 CBHD : TS Vƣơng Công Đạt Đà Nẵng, 06/2019 i MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật Đặc biệt lĩnh vực tự động hóa tạo nên động lực thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp khác nhằm phục vụ đáp ứng nhu cầu người sống Con người với trợ giúp máy móc, công cụ thông minh trực tiếp làm việc, hay công việc mà người làm với khả minh mà việc điều khiển chúng hay chúng làm việc hoàn toàn tự động mang lại lợi ích to lớn, giảm nhẹ tối ưu hóa cơng việc Với tiến đáp ứng nhu cầu người sống đại nói chung phát triển khoa học kỹ thuật nói riêng Trong nhiều lĩnh vực quan tâm, có lĩnh vực vi điều khiển quan tâm nhiều vi điều khiển AVR Một số biến thể phổ biến AVR Arduino Việc tìm hiểu ứng dụng hết khả nhiều loại Arduino trình dài lý thú hữu ích, thuận tiện, tinh gọn, khả phát triển đa dạng dòng sản phẩm phù hợp nhiều quy mơ ứng dụng Một ý tưởng khác quan tâm đông đảo diễn đàn học tập ngành điện tử tự động hóa, chưa có tài liệu thống phổ biến hướng dẫn hay cung cấp thơng tin nó, chưa giảng dạy nhiều trung tâm ứng dụng Arduino sản xuất Trước thực tiễn ấy, định chọn đề tài nhằm tìm hiểu vấn đề phân loại sản phẩm màu sắc qua ứng dụng Arduino Sau em xin tìm hiểu Arduino thiết kế ứng dụng thực tế ―Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc sử dụng Arduino‖ Đây sở để thiết kế hệ thống tự động hóa đơn giản, phức tạp ứng dụng rộng rãi khoa học đời sống Lý chọn đề tài Ngày nay, công nghệ ngày phát triển, hệ thống thông minh tự động hoá sử dụng phổ biến khắp nơi lĩnh vực tiện lợi, chuẩn xác, giúp tiết kiệm thời gian công sức Nhưng tại, nước ta hệ thống tự động hoá sử dụng xí nghiệp lớn xí nghiệp liên doanh nước ngồi, cịn ngành sản xuất đa số dừng mức độ thủ cơng, làm chậm q trình sản xuất đồng thời làm giảm suất Từ em đề suất ý tưởng xây dựng hệ thống phân loại sản phẩm màu sắc sử dụng vi điều khiển Arduino Mục tiêu nhiệm vụ nguyên cứu Mục tiêu : Tìm hiểu xây dựng mơ hình hệ thống phân loại hàng hoá màu sắc sử dụng arduino Nhiệm vụ nguyên cứu : - Chuẩn bị tài liệu thiết bị liên quan - Lập trình vi điều khiển Arduino dựa vào ý tưởng để xuất - Hoàn thành đồ án hướng dẫn giảng viên hướng dẫn Đối tƣợng phạm vi nguyên cứu Đối tượng : Cảm biến màu sắc TCS2300, vi điều khiểnArduino nano, động servo SG90 Phạm vi ngun cứu : Ứng dụng vào cơng ty, xí nghiệp sản xuất sản phẩm Phƣơng pháp nguyên cứu - Kết hợp nghiên cứu lý thuyết mơ hình thực tế để làm rõ nội dung đề tài Cụ thể sau: + Thu thập, phân tích tài liệu thông tin liên quan đến đề tài + Vận dụng kiến thức học điện tử truyền thơng + Tìm hiểu qua tài liệu internet sách báo nhu cầu đời sống xã hội + Sử dụng phần mềm chuyên dụng (arduino IDE) để thực viết code nạp code + Tìm hiểu đồ án có đề tài liên quan + Sử dụng phần mềm vẽ mô lập trình Kết Mơ hình hoạt động ổn định hiệu Có thêm kiến thức chuyên ngành thực tiễn Ý nghĩa khoa học thực tiễn Mơ hình ứng dụng thực tế giảm tải nguồn nhân cơng, tăng suất lao động có tính xác cao Nội dung báo cáo đồ án tốt nghiệp Gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan Arduino Chương 2: Phân tích khối module mạch Chương 3: Xây dựng mơ hình thực tế CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ARDUINO GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO 1.1 Arduino board mạch vi xử lý sinh thị trấn Ivrea Ý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với với môi trường thuận lợi Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM Atmel 32-bit Những Model trang bị gồm cổng giao tiếp USB, chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác Arduino sử dụng rộng rãi giới, ngày chứng tỏ sức mạnh chúng thông qua vô số ứng dụng độc đáo người dùng cộng đồng nguồn mở (opensource) Sau mạnh Arduino so với tảng vi điều khiển khác: - Chạy đa tảng - Ngôn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu - Nền tảng mở - Mở rộng phần cứng - Đơn giản nhanh - Dễ dàng chia sẻ Hình 1.1 Các loại Arduino 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Arduino khởi động vào năm 2005 dự án dành cho sinh viên trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) Ivrea, Italy Vào thời điểm sinh viên sử dụng "BASIC Stamp" (con tem Cơ Bản) có giá khoảng $100, xem giá dành cho sinh viên Massimo Banzi, người sáng lập, giảng dạy Ivrea Cái tên "Arduino" đến từ quán bar Ivrea, nơi vài nhà sáng lập dự án thường xuyên gặp mặt Bản thân quán bar có lấy tên Arduino, Bá tước Ivrea, vua Italy từ năm 1002 đến 1014 Lý thuyết phần cứng đóng góp sinh viên người Colombia tên Hernando Barragan Sau tảng Wiring hoàn thành, nhà nghiên cứu làm việc với để giúp nhẹ hơn, rẻ hơn, khả dụng cộng đồng mã nguồn mở Trường cuối bị đóng cửa, nhà nghiên cứu, số David Cuarlielles, phổ biến ý tưởng 1.3 BỘ PHẬN PHẦN CỨNG Hình 1.2 Các phần cứng Aruino 1.Cổng USB (loại B) Jack nguồn Hàng Header Hàng header thứ hai Hàng header thứ ba Vi điều khiển AVR 1.3.1 Một số loại chip AVR Vi điều khiển AVR Họ vi điều khiển AVR dòng sản phẩm phát triển hảng Atmel (1996), chế tạo dựa cấu trúc AVR RISC (Reduced Instruction Set Computer) đồng thời AVR họ vi điều khiển sử dụng nhớ Flash để lưu trữ chương trình Có thể thấy năm gần Atmel trở thành nhà tiên phong giới phát triển kỹ thuật nhớ Flash (khơng biến đổi, xóa điện lập trình lại nhớ, Họ AVR thường sử dụng sản phẩm Camera số, board chủ PC… 1.3.2 Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào: 1.3.2.1 Digital 1.3.2.2 Analog 1.3.3 Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra: 1.3.3.1 Digital output 1.3.3.2 PWM output 1.3.4 Chuẩn giao tiếp 1.3.4.1 Serial 1.3.4.2 USB 1.3.4.3 SPI 1.3.4.4 TWI (I2C) 1.4 SHIELD Các board Arduino Arduino-compatible sử dụng shield— board mạch in mở rộng dùng cách cắm vào chân header Arduino Các shield module điều khiển cho động cơ, GPS, ethernet, LCD, breadboard Một số lượng lớn shield chế tạo DIY (những người thích tự làm lấy ứng dụng cho riêng họ) 1.5 SỰ PHÁT TRIỂN Arduino tảng phần cứng mã nguồn mở: Các thiết kế phần cứng tham khảo Arduino phân phối dạng Creative CommonsAttribution Share-Alike 2.5 license có sẵn website Arduino Một vài phiên phần cứng Arduino đưa lên file Layout thành phẩm Mã nguồn cho IDE khả dụng xuất dạng GNU General Public License, version 1.6 CÁC ỨNG DỤNG Xoscillo: oscilloscope mã nguồn mở Các thiết bị khoa học Arduinome: thiết bị điều khiển MIDI bắt chước Monome OBDuino: máy tính hành trình sử dụng giao diện chẩn đốn on-board tìm thấy hầu hết loại xe đại Thiết bị đọc sách cho người: thiết bị điện tử giá rẻ với đầu TV chứa thư viện năm ngàn sách (ví dụ biên soạn offline Wikipedia) thẻ nhớ microSD Ardupilot: software / hardware máy bay không người lái ArduinoPhone CHƢƠNG : PHÂN TÍCH CÁC MODULE TRONG MẠCH 2.1 YÊU CẦU ĐỀ TÀI Dùng module cảm biến màu sắc TCS3200 để nhận biết màu sắc phân loại sản phẩm Hệ thống phát màu đưa skittle đến vị trí cụ thể, hệ thống áp dụng để phân loại hàng hoá cơng ty, xí nghiệp 2.2 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 2.2.1 Sơ đồ khối Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống phân loại sản phẩm màu sắc 2.2.2 Phân tích chức khối - Khối cấp nguồn - Khối skittle - Khối điều khiển - Khối động điều khiển 2.2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống Từng skittle động sevor đưa đến trước cảm biến màu sắc TCS3200 để đọc màu Cảm biến màu sắc TCS3200 gửi liệu vi sử lý Động sevor thứ có nhiệm vụ phân loại skittle đọc màu sang vị trí định 2.3 LỰA CHỌN LINH KIỆN 2.3.1 Khối điều khiển 2.3.1.1 Bo mạch Arduino nano Hình 2.2 Arduino nano Arduino Nano bảng vi điều khiển thân thiện, nhỏ gọn, đầy đủ Arduino Nano nặng khoảng 7g với kích thước từ 1,8cm 4,5cm Bảng 2.1 Đặc điểm kỹ thuật Arduino Nano Arduino nano Thông số kỹ thuật Số chân analog I/O Cấu trúc AVR Tốc độ xung 16 MHz Dòng tiêu thụ I/O 40mA Số chân Digital I/O 22 Bộ nhớ EEPROM KB Bộ nhớ Flash 32 KB of which KB used by Bootloader Điện áp ngõ vào (7-12) Volts Vi điều khiển ATmega328P 10 Điện áp hoạt động 5V Kích thước bo mạch 18 x 45 mm Nguồn tiêu thụ 19mA Ngõ PWM SRAM 2KB Bảng 2.2 Thứ tự ức củ c c c Tên Pin Kiểu D1 / TX I/O D0 / RX I/O RESET Đầu vào GND Nguồn Chân nối mass D2 I/O Ngõ vào/ra digital D3 I/O Ngõ vào/ra digital D4 I/O Ngõ vào/ra digital D5 I/O Ngõ vào/ra digital D6 I/O Ngõ vào/ra digital 10 D7 I/O Ngõ vào/ra digital 11 D8 I/O Ngõ vào/ra digital 12 D9 I/O Ngõ vào/ra digital 13 D10 I/O Ngõ vào/ra digital 14 D11 I/O Ngõ vào/ra digital 15 D12 I/O Ngõ vào/ra digital 16 D13 I/O Ngõ vào/ra digital chân Chức Ngõ vào/ra số Chân TX-truyền liệu Ngõ vào/ra số Chân Rx-nhận liệu 11 Chân reset, hoạt động mức thấp 17 3V3 Đầu Đầu 3.3V (từ FTDI) 18 AREF Đầu vào Tham chiếu ADC 19 A0 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 20 A1 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 21 A2 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 22 A3 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 23 A4 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 24 A5 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 25 A6 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 26 A7 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh Đầu 27 + 5V đầu vào + Đầu 5V (từ điều chỉnh On-board) + 5V (đầu vào từ nguồn điện bên ngoài) Chân đặt lại, hoạt động mức 28 RESET Đầu vào 29 GND Nguồn Chân nối mass 30 VIN Nguồn Chân nối với nguồn vào thấp 2.3.2 Khối cảm biến màu Cảm biến màu sắc TCS3200 Cảm biến màu TCS3200 tích hợp dãy dò ánh sáng quang bên trong, với cảm biến ứng với màu đỏ, xanh lá, xanh dương Các lọc màu phân bố khắp cảm biến để loại bỏ sai lệch vị trí màu sắc Bên cảm biến có dao động tạo sóng vng có tần số tỷ lệ thuận với cường độ màu sắc chọn 12 Hình 2.3 Cảm biến màu sắc TCS3200 2.3.2.1 Thơng số kỹ thuật 2.3.2.2 Chức chân 2.3.2.3 Nguyên lý hoạt động cảm biến màu Tần số đầu linh kiện điện tử TCS3200 khoảng 2HZ~500KHZ Tần số đầu có dạng xung vng với tần số khác mà màu sắc khác cường độ sáng khác Ta lựa chọn tỉ lệ tần số đầu mức khác bảng cho phù hợp với phần cứng đo tần số 2.3.2.4 Nguyên lý hoạt động linh kiện điện tử TCS 3200 Ánh sáng trắng hỗn hợp nhiều ánh sáng có bước sóng màu sắc khác Khi ta chiếu ánh sáng trắng vào vật thể Tại bề mặt vật thể xảy tượng hấp thụ phản xạ ánh sáng Dựa nguyên lý phản xạ, hấp thụ ánh sáng trắng vật thể phối trộn màu sắc màu Blue,Green,Red 13 TCS3200 có cấu tạo lọc photodiode Blue,Green,Red clear để nhận biết màu sắc cụ thể 2.3.2.5 Mạch sơ đồ nguyên lý module cảm biến màu sắc Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý cảm biến màu sắc TCS3200 Bảng 2.4 Sơ đồ nối chân với Arduino Nano TCS3200 Arduino nano VCC 5V GND GND S0 D2 S1 D3 S2 D4 S3 D5 OUT D6 2.3.3 Động servo 14 Hì 2.3.3.1 2.6 độ servo Giới thiệu động servo Servo dạng động điện đặc biệt Không giống động thông thường cắm điện vào quay liên tục, servo quay điều khiển (bằng xung PPM) với góc quay nằm khoảng từ 0o - 180o Hình 2.7 Cấu tạo độ Motor Electronics Board Positive Power Wire (Red) Signal Wire (Yellow or White) Negative or Ground Wire (Black) 15 (motor) servo Potentiometer Output Shaft/Gear Servo Attachment Horn/Wheel/Arm Servo Case 10.Integrated Control Chip Để quay động cơ, tín hiệu số gới tới mạch điều khiển Tín hiệu khởi động động cơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế Vị trí trục vơn kế cho biết vị trí trục servo Khi vôn kế đạt vị trí mong muốn, mạch điều khiển tắt động Mặc dù ta chỉnh quay liên tục cơng dụng động servo đạt góc quay xác khoảng giới hạn 2.3.3.2 Thơng số kỹ thuật Hình 2.8 Sơ đồ nối dây Micro Servo - Khối lượng: 9g - Tín hiệu: Analog - Mô men xoắn: 1.6kg/cm - Tốc độ hoạt động: 0,12sec/60degree - Điện áp hoạt động: 4.8VDC~5VDC - Nhiệt độ hoạt động: ºC – 55 ºC - Delay: 10us 2.3.3.3 Nguyên lý hoạt động Xung PPM (Pulse Position Modulation) sử dụng để điều 16 khiển servo Tần số thơng thường có giá trị khoảng 50Hz (20 mili giây) Thời gian xung mức cao từ 1ms đến 2ms Hình 2.10 Thời gian xung mức c o quy định góc quay RC servo Với thời gian 1ms mức cao, góc quay servo 0, 1.5ms góc quay 90 2ms góc quay 180 Các góc khác từ 0-180 xác định khoảng thời gian 2ms 2.3.3.4 Điều biến độ rộng xung 2.3.4 Nguồn Adapter 5V1A Hình 2.12 Nguồn Adapter 5V1A 17 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC TẾ 3.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG Sơ đồ nguyên lý Khi khởi động động servo đưa khối skittle đến chỗ cảm biến màu Cảm biến màu TCS3200 cảm biến màu đưa thông tin đến Arduino Nano, Arduino Nano điều khiển động servo quay đến chứa màu sắc skittle Hì 3.2 3.1 Sơ đồ nguyên lý MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM Mơ phần mềm Fritzing Hình 3.2 Mơ phần mềm Fritzing 18 3.3 MƠ HÌNH THỰC TẾ Hình 3.3 Mơ hình thực tế 19 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN  Kết luận  Kết đạt đƣợc - Thiết kế hồn thiện mơ hình phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc - Nguyên cứu ứng dụng vi điều khiển Arduino Nano làm vi điều khiển cho hệ thống - Hoàn thiện tất phần cứng cho hệ thống hoạt động theo yêu cầu - Mạch nhỏ gọn đáp ứng yêu cầu đề tài  Kết chƣa đạt đƣợc - Độ ổn định chưa tối ưu - Bị nhiễu sáng - Chưa có hệ thống đếm số lượng sản phẩm  Hƣớng phát triển Với việc nghiên cứu chế tạo hệ thống phân loại hàng hoá dựa vào màu sắc với tính thống minh linh hoạt có ý nghĩa lớn thực tiễn Việc ứng dụng hệ thống vào q trình có nhiều lợi ích : - Có tính xác cao - Giúp giảm nguồn nhân công, tăng xuất - Có thể áp dụng nhiều nơi Ngồi ứng dụng thêm cơng nghệ để phân loại sản phẩm theo chiều cao cân nặng vào hệ thống 20  ... kế hệ thống phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc sử dụng Arduino? ?? Đây sở để thiết kế hệ thống tự động hóa đơn giản, phức tạp ứng dụng rộng rãi khoa học đời sống Lý chọn đề tài Ngày nay, công nghệ... vào Kênh đầu vào tương tự kênh 21 A2 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 22 A3 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 23 A4 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 24 A5 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh... ứng dụng Arduino sản xuất Trước thực tiễn ấy, định chọn đề tài nhằm tìm hiểu vấn đề phân loại sản phẩm màu sắc qua ứng dụng Arduino Sau em xin tìm hiểu Arduino thiết kế ứng dụng thực tế ? ?Thiết kế