Thiết kế, chế tạo cân điện tử tự động tính tiền sử dụng cơ điện tử

Nội dung nghiên cứu .1 Cảm biến lực loadcell

• Vi điều khiển AVR
• Op-amp LM324

Thông số của Loadcell thường được cho trong bảng Catologue của mỗi loại, thường là các thông số về tải: tải trọng danh định, điện áp ra, điện áp danh định, khoảng nhiệt độ hoạt động cho phép….  Port A gồm 8 chân từ PA0 đến PA7:là cổng vào tương tự cho chuyển đổi tương tự sang số.Nó cũng là cổng vào/ra hai hướng 8 bít trong trường hợp không sử sụng làm cổng chuyển đổi tương tự,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong.Port A cung cấp đường địa chỉ dữ liệu vao/ra theo kiểu hợp kênh khi dùng bộ nhớ bên ngoài.  Port C gồm các chân từ PC0 đến PC7:là cổng vào/ra hai hướng 8 bit,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong,Port C cung cấp các địa chỉ lối ra khi sử dụng bộ nhớ bên ngoài và đồng thời cung cấp ứng với các tính năng đặc biệt của Atmega32.

 Chế độ nghỉ (Idle) CPU trong khi cho phép bộ truyền tin nối tiếp đồng bộ USART, giao tiếp 2 dây, chuyển đổi A/D, SRAM, bộ đếm bộ định thời, cổng SPI và hệ thống các ngắt vẫn hoạt động. Bằng việc kết hợp 1 bộ 8-bit RISC CPU với In-System Self-Programmable Flash trong chỉ nguyên vẹn 1 chip ATmega32 là một bộ vi điều khiển mạnh có thể cung cấp giải pháp có tính linh động cao, giá thành rẻ cho nhiều ứng dụng điều khiển nhúng. Điện áp tham chiếu cho ADC trên Atmega 32có thể được tạo bởi 3 nguồn: dùng điện áp tham chiếu nội 2.56V (cố định), dùng điện áp AVCC hoặc điện áp ngoài đặt trên chân AREF( lấy điện áp nguồn nuôi ).

 Bit 7:6- REFS1:0 (Reference Selection Bits): là các bit chọn điện áp tham chiếu cho ADC, 1 trong 3 nguồn điện áp tham chiếu có thể được chọn là: điện áp ngoài từ chân VREF, điện áp tham chiếu nội 2.56V hoặc điện áp AVCC. Giả sử dữ liệu cần trao đổi là các mã có chiều dài 8 bits, ta có thể sẽ nghĩ đến cách kết nối đơn giản nhất là kết nối 1 PORT(8 bit) của mỗi vi điều khiển với nhau, mỗi line trên PORT sẽ chịu trách nhiệm truyền/nhận 1 bit dữ liệu. Đây gọi là cách giao tiếp song song, cách này là cách đơn giản nhất vì dữ liệu được xuất và nhận trực tiếp không thông qua bất kỳ một giải thuật biến đổi nào và vì thế tốc độ truyền cũng rất nhanh.

* Baud rate (tốc độ Baud): Như trong ví dụ trên về việc truyền 1 bit trong 1ms, ta thấy rằng để việc truyền và nhận không đồng bộ xảy ra thành công thì các thiết bị tham gia phải “thống nhất” nhau về khoảng thời gian dành cho 1 bit truyền, hay nói cách khác tốc độ truyền phải được cài đặt như nhau trước, tốc độ này gọi là tốc độ Baud. * Frame (khung truyền): Do truyền thông nối tiếp mà nhất là nối tiếp không đồng bộ rất dễ mất hoặc sai lệch dữ liệu, quá trình truyền thông theo kiểu này phải tuân theo một số quy cách nhất định. * UCSRA: chủ yếu chứa các bit trạng thái như bit báo quá trình nhận kết thúc (RXC), truyền kết thúc (TXC), báo thanh ghi dữ liệu trống (UDRE), khung truyền có lỗi (FE), dữ liệu tràn (DOR), kiểm tra parity có lỗi (PE).

Op-amp rất linh động có thể sử dụng làm mạch khuếch đại đơn giản, khuếch đại vi sai, khuếch đại dòng áp vv..Ngoài ra, khuếch đại thuật toán còn dùng để lấy tổng, tích phân, bình phương các tín hiệu analog. - Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): Có hai thanh ghi rất quan trọng bên trong LCD, chân RS được dùng để chọn các thanh ghi này như sau: Nếu RS = 0 thì thanh ghi mà lệnh được chọn để cho phép người dùng gửi một lệnh chẳng hạn như xoá màn hình, đưa con trỏ về đầu dòng v.v… Nếu RS = 1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiển thị trên LCD. - Chân D0 - D7:Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD.Để hiển thị các chữ cái và các con số, chúng ta gửi các mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z, a đến f và các con số từ 0 - 9 đến các chân này khi bật RS = 1.Cũng có các mã lệnh mà có thể được gửi đến LCD để xoá màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ.

Thiết kế mô hình

• Thiết kế cơ khí .1 Phương án 1
• Thiết kế phần mạch điều khiển

Loadcell được gắn cố định với mặt trên của cân và được gắn với đĩa cân qua thanh chữ U. Khi đặt vật cần cân lên đĩa cân thì thanh chữ U sẽ kéo loadcell đi xuống. + Loadcell được tác dụng kéo từ 2 phía nên có khả năng xác định chính xác khối lượng cao hơn.

+ Loadcell hình chữ Z thông thường có tải trọng cho phép cao nên độ nhạy của loadcell kém khi khoang thay đổi của khối lượng nhỏ. + Loadcell thường có gia thành cao nên không phù hợp với yêu cầu của đề tài. Dùng loadcell co dạng thanh thẳng để xác định khối lượng Hình 2.18 Cách bố tri loadcell theo phương án 2.

Khi có khối lượng đặt trên đĩa cân thanh chữ U sẽ chịu tác động và tác dụng lực lên loadcell. + Loadcell được gắn với mặt trên của thùng cân nên khi chịu khối lượng lớn có thể dẫn tới hư hỏng thùng cân. Loadcell được gắn cố định với đế của mô hình và chịu tác động của lực thông qua thanh chữ U được gắn với đĩa cân.

Sau khi phân tích ưu, nhược điểm của từng phương án em chọn phương án 3 là phương án bố trí loadcell cho mô hình. Phím nhấn và LCD được đặt ở mặt trước của cân để khách hàng có thể sử dụng và quan sát giá, khối lượng và số tiền phải trả cho khối lượng của sản phẩm.

Thử nghiệm

Sau khi thiết kế và chế tạo thành công mô hình cân tự động tính tiền. Cấp nguồn cho loadcell và kiểm tra tín hiệu của loadcell sau khi đã qua khối khuếch đại. Tiến hành chuẩn loadcell bằng cách xác định điện áp trả về khi cho khối lượng 1kg tác động lên loadcell.

Kiểm tra độ sáng của LCD và hiển thị một kí tự nhất định để kiểm tra khả năng hiển thị của LCD. Khi ta cấp nguồn cho hệ thống LCD sẽ hiển thị ”MA:” ta nhập mã của sản phẩm từ keypad hệ thống sẽ so sánh với các mã đã lưu. Nếu mã đúng sẽ cho ra giá của sản phẩm, nếu mã sai sẽ hiển thị ”NHAPLAI” sau đó ta nhấn * sẽ trở lại bước nhập mã.

Sau khi hệ thống đã xuất ra giá của sản phẩm ta nhấn # để tiến hành cân khối lượng và tính toán số tiền mà khách hàng sẽ phải trả cho khối lượng sản phẩm.

Phân tích kết quả

Do điều kiện kinh tế nên trong quá trình thực hiện đề tài em chỉ sử dụng một cảm biến loadcell nên trong qua trình xác định khối lượng con có độ sai số lớn. Có thể sử dụng nhiều loadcell hơn để tăng độ chính xác, sử dụng mạch khuếch đại chống nhiễu tốt để giảm nhiễu của quá trình xác định khối lượng.