Thiết bị chụp hình màn hình chỉ thị có nhiệm vụ nhận lệnh chụp ảnh từ thiết bị đo dịch chuyển băng tải thông qua truyền tin không dây sử dụng module D-mi32 , sóng mang RF 433Mhz, giao thức UART. Thiết bị kết nối với một module ASUHT3 chụp ảnh từ xa điện thoại , iphone, ipad … qua kết nối bluetooth. Module ASUHT3 giúp linh hoạt trong việc lựa chọn camera thiết bị cầm tay sử dụng chụp màn hình chỉ thị định lƣợng. Khi nhận đƣợc lệnh chụp từ thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải, thiết bị chụp hình sẽ đóng mở 1 port điều khiển giả lập quá trình ấn nút chụp ASUHT3.
Sơ đồ khối thiết bị chụp hình màn hình chỉ thị.
Hình 3. 12 Sơ đồ khối thiết bị chụp ảnh màn hình (sử dụng camera điện thoại)
Khối truyền tin D-mi32
MCU Atmega 32A – AU
Màn hình hiển thị ASUHT3
Phím chụp ảnh cho điện thoại.
37
Sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mạch in của thiết bị chụp hình chỉ thị.
Hình 3. 13 Sơ đồ nguyên lý mạch điện thiết bị chụp hình chỉ thị
38
Hình 3. 14 Sơ đồ mạch in thiết bị chụp hình chỉ thị
39
CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN MỀM 4.1. Thiết kế hệ thống phần mềm thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải
Sơ đồ các khối chức năng hệ thống phần mềm thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải nhƣ sau:
Hình 4. 1 Sơ đồ khối chức năng phần mềm thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải
- Khối hiển thị LCD:
Hiển thị thông tin đo, thông tin cài đặt và thông tin hiệu chỉnh cụ thể nhƣ sau: + Chế độ hiển thị khi đo (Running) : (chỉ sử dụng đƣợc khi JUMP CAL không đƣợc nối)
Trong chế độ này, màn hình LCD sẽ hiển thị thông tin đo đƣợc : chiều dài dịch chuyển băng đã chạy, vận tốc lớn nhất, vận tốc nhỏ nhất của băng tải, vận tốc tức thời của băng tải đƣợc tính bằng cách tính quãng đƣờng băng tải chạy đƣợc trong khoảng thời gian Δt=0,5s.
Khối hiển thị LCD
Khối giao tiếp D-mi32 truyền tin không dây
Khối đo chiều dài dịch chuyển và vận tốc băng tải Khối chƣơng trình đọc và ghi EEPROM Khối chƣơng trình chính (main) Khối chƣơng trình giao tiếp phím bấm Khối chƣơng trình giao tiếp DS1307
40
+ Chế độ hiển thị khi kiểm tra (testing) (chỉ sử dụng đƣợc khi JUMP CAL không đƣợc nối)
Chế độ này sử dụng khi kiểm tra hoạt động của hệ thống cảm biến tiệm cận và đếm số điểm từ trên mặt băng tải (sử dụng trong việc cài đặt, thiết lập trƣớc khi chạy ). Trong chế độ này màn hình sẽ chỉ hiển thị chiều dài dịch chuyển băng đã chạy và số điểm từ đếm đƣợc. Việc đầu tiên của kiểm định viên trƣớc khi chạy chế độ kiểm tra là đánh dấu bằng bút xóa lên mặt băng 01 điểm dễ nhìn dễ quan sát, cho băng chạy 02 vòng tính từ điểm đánh dấu trên mặt băng và dừng quá trình kiểm tra đếm số điểm từ bắt đƣợc, tính toán ngƣợc lại số điểm từ trên mặt băng sử dụng cho quá trình cài đặt.
+ Chế độ hiển thị khi Setting 2
Chế độ này hoạt động khi jump CAL đƣợc nối ngắn mạch (chập 02 chân trên Jump CAL – Calibration) để vào chế độ hiệu chỉnh. Màn hình LCD hiện thị 04 thông số cần hiệu chỉnh là :
o Diameter (đƣờng kính bánh xe) : Khi vào mục hiệu chỉnh thông số đo đƣờng kính bánh xe, màn hình hiển thị đƣờng kính dạng “d = 120,001 mm”, sử dụng các phím mũi tên lên và sang trái để chọn kí tự và tăng giảm , quá trình hiệu chỉnh thông số sẽ kết thúc khi nhấn phím Enter, thông số thay đổi đƣợc lƣu lại EEPROM.
o PPR (Số xung encoder trong 1 vòng):
Trong chế độ này, màn hình chỉ thị chỉ hiển thị dang “ppr= 1000”, sử dụng các phím mũi tên lên và sang trái để chọn kí tự và tăng giảm , quá trình hiệu chỉnh thông số sẽ kết thúc khi nhấn phím Enter, thông số thay đổi đƣợc lƣu lại EEPROM.
+ Chế độ hiển thị khi cài đặt (Setting): (chỉ sử dụng đƣợc khi JUMP CAL không đƣợc nối)
Màn hình chỉ thị hiển thị 02 thông tin : o Số vòng băng thiết lập:
41
Việc thiết lập số vòng băng sẽ mặc định cài đặt quá trình đo sẽ diễn ra trong n vòng băng theo kinh nghiệm của kiểm định viên, quá trình đo sẽ chỉ cập nhật giá trị đo trong chế độ đo (running) trong số nguyên n lần vòng băng.
o Số điểm từ trên mặt băng:
Từ kết quả thu đƣợc trong phần kiểm tra, nhập lại thông số “so_diem_tu” bằng bàn phím và nhấn enter để lƣu lại giá trị thiết lập vào EEPROM
42
Hình 4. 2 Sơ đồ cây hiển thị LCD
LCD Setting 2 Testing Setting Running Diameter PPR So_diem_tu Chiều dài dịch chuyển băng (L) So_vong_bang So_diem_tu Chiều dài dịch chuyển băng tải Vận tốc đo: vận tốc tức thời, vận tốc lớn nhất, vận tốc nhỏ nhất Số điểm từ đã bắt đƣợc
43 o Khối chƣơng trình đọc và ghi EEPROM:
Khối chức năng có nhiệm vụ đọc và ghi vào bộ nhớ EEPROM các thông số : đƣờng kính bánh xe d, số xung/vòng của encoder (ppr), số vòng băng thiết lập và số điểm từ thiết lập.
Bộ nhớ EEPROM có không gian nhớ 1024 byte, trong đó thông số đƣờng kính bánh xe d sử dụng 04 byte từ địa chỉ ô nhớ 0x05 tới 0x08; thông số ppr sử dụng 2byte bộ nhớ từ địa chỉ 0x09 đến 0x0A; thông số số vòng băng sử dụng 02 byte bộ nhớ tại địa chỉ 0x01 và 0x02; thông số số điểm từ sử dụng 02 byte bộ nhớ tại địa chỉ 0x03 và 0x04.
o Khối chƣơng trình giao tiếp DS1307:
Khối chức năng thiết lập cài đặt DS1307 hoạt động và chân xung ra SQW trên DS1307 tạo xung nhịp 4096Hz, sử dụng cho chân timer 1 16bit (T1) đếm xung định thời gian 0,5s.
o Khối chƣơng trình giao tiếp Dmi-32:
Khối chức năng giao tiếp UART giữa AVR với khối D-mi32. Khi nhận đƣợc tín hiệu “Start”,”Stop” – tín hiệu bắt đầu và kết thúc quá trình đo dịch chuyển băng tải, AVR lập tức gửi một mã lệnh “@@” tới thiết bị chụp ảnh màn hình với chức năng ra lệnh chụp hình. Lệnh chụp đƣợc gửi theo khung bản tin “U@@?” với byte „U‟ là byte start và byte „?‟ là byte stop mỗi khung bản tin.
o Khối giao tiếp phím bấm:
Sử dụng phím bấm để nhập liệu, có 06 phím chức năng : phím Reset, phím CAL (hay jump CAL), phím MODE/MENU, phím UP, phím RIGHT, phím ENTER. Trong quá trình thiết lập, cài đặt, sửa thông số sử dụng phím UP, RIGHT để chọn và thay đổi chỉ số, phím ENTER để vào bƣớc tiếp theo hoặc lƣu lại giá trị thay đổi.
o Khối đo chiều dài dịch chuyển băng tải, vận tốc:
Chƣơng trình tính toán đo vận tốc, chiều dài dịch chuyển băng tải. Khi có tín hiệu “Start” bắt đầu quá trình đo, chƣơng trình thiết lập các biến về giá trị 0,
44
cứ sau mỗi khoảng thời gian Δt = 0,5s, các giá trị sẽ đƣợc cập nhật tính toán hiển thị lên LCD, quá trình cập nhật kết thúc khi AVR nhận đƣợc tín hiệu “Stop” kết thúc quá trình đo.
Chi tiết Code C viết cho mạch đo chiều dài dịch chuyển băng tải, vận tốc băng tải .(Kèm phụ lục 05).
4.2. Thiết kế hệ thống phần mềm thiết bị chụp ảnh màn hình chỉ thị
Sơ đồ các khối chức năng hệ thống phần mềm thiết bị chụp ảnh màn hình chỉ thị nhƣ sau:
Hình 4. 3 Sơ đồ khối chức năng phầm mềm thiết bị chụp ảnh màn hình chỉ thị
o Khối hiển thị LCD:
Màn hình LCD hiển thị “WATTING…” trong quá trình đợi lệnh chụp ảnh từ thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải. Khi nhận đƣợc tín hiệu chụp ảnh tƣơng ứng với hai thời điểm nhận “Start” và “Stop”, Màn LCD hiển thị lệnh nhận đƣợc “@@” và “chup”.
o Khối giao tiếp D-mi32 truyền tin không dây:
Khối chức năng giao tiếp UART giữa AVR với khối D-mi32. Nhận lệnh chụp ảnh màn hình định lƣợng có dạng “@@” – tín hiệu ra lệnh chụp hình đƣợc gửi từ thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải.
Khối chƣơng trình chính
(main) Khối hiển thị
LCD
Khối giao tiếp D-mi32 truyền
tin không dây
Khối phím chụp ảnh màn
45 o Khối chụp ảnh màn hình chỉ thị:
Chƣơng trình giao tiếp đóng mở PORTC.7, đóng mở Opto PC817, giả lập nút nhấn cho công tắc chụp ảnh thông qua giắc tai nghe cho smartphone.
46
CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết quả :
47
Hình 5. 1 Những hình ảnh thực tế thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải
48
Hình 5. 2 Hình ảnh thực tế mạch điện thiết bị chụp ảnh màn hình định lƣợng.
49
50
o Hình ảnh thực tế thử nghiệm gá lắp tại hiện trƣờng:
Hình 5. 4 Hình ảnh lắp đặt ngoài hiện trƣờng 5.2. Ƣớc lƣợng độ không đảm bảo đo
5.2.1.Ƣớc lƣợng độ không đảm bảo đo phép đo dịch chuyển băng tải
Theo công thức tính toán dịch chuyển băng tải dựa trên số xung encoder đếm đƣợc trong quá trình đo nhƣ sau:
L = (5.1) Trong đó :
L : Chiều dài dịch chuyển của băng tải. (m) D: đƣờng kính bánh xe lăn. (m)
: Hằng số pi ≈ 3,1416
N: tổng số xung encoder đếm đƣợc trong quá trình đo. PPR: thông số số xung trên 1 vòng của encoder.
Do điều kiện sử dụng thực tế của thiết bị trong khoảng nhiệt độ từ (25±15)°C nên có sự thay đổi nhiệt độ là Δt =30 °C, vật liệu chế tạo bánh xe trong đề tài là thép hợp kim có hệ số giãn nở nhiệt là : α = 11. 10-6 /°C.
51
Các thành phần độ không đảm bảo đo ảnh hƣởng tới phép đo chiều dài dịch chuyển băng tải
o ĐKĐBĐ của phép đo đƣờng kính bánh xe.
+ ĐKĐBĐ của phép đo đƣờng kính bánh xe tại nhiệt độ 25°C. + ĐKĐBĐ do ảnh hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng.
o ĐKĐBĐ do làm tròn khi hiển thị kết quả đo chiều dài dịch chuyển băng tải L lên LCD.
- Độ không đảm bảo đo của phép đo đƣờng kính bánh xe tại nhiệt độ 25°C.
Thông số bánh xe đo chiều dài dịch chuyển băng tải theo GCN hiệu chuẩn do phòng đo lƣờng độ dài (Viện Đo Lƣờng Việt Nam) cấp: D = 122,19 mm, với UD = 0,012 mm (uD = 0,006 mm) tại nhiệt độ 25°C (xem phụ lục 07).
uD(%) = = .100%= 0,0049 % (5.2) - Độ không đảm bảo đo do ảnh hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng:
ut (%)= = 0,0095 % (5.3) o Độ không đảm bảo đo do làm tròn khi hiển thị kết quả đo chiều dài dịch
chuyển băng tải L lên LCD.
Do việc hiển thị lên màn hình LCD kết quả đo chiều dài đƣợc làm tròn nên gây ra ĐKĐBĐ do làm tròn đƣợc tính nhƣ sau:
= (m)
Trong thực tế chiều dài băng tải tối thiểu là Lmin=50 m, nên độ không đảm bảo đo tƣơng đối do làm tròn lớn nhất trong thực tế đƣợc tính :
- Độ không đảm bảo đo tổng hợp của phép đo dịch chuyển băng tải :
52
5.2.2. Ƣớc lƣợng độ không đảm bảo đo do sự chênh lệch thời gian chụp ảnh tại hai thời điểm “Start” và “Stop”
Tiến hành đo khoảng thời gian từ lúc ra lệnh chụp ảnh trên thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải tới lúc có bức ảnh lƣu trong điện thoại/ máy tính bảng. Các bƣớc thực hiện nhƣ sau:
- Bƣớc 1: Lập trình trên mạch đo chiều dài dịch chuyển băng tải sao cho mỗi khi có ngắt ngoài 0 sẽ gửi lệnh chụp ảnh tới thiết bị chụp, đồng thời bắt đầu đếm xung timer 1 hiển thị lên LCD, xung vào timer 1 là xung OUT của DS1307 thiết lập tần số xung suất ra la 4096 xung/s.
- Bƣớc 2: Lập trình trên mạch chụp ảnh màn hình chỉ thị thực hiện lệnh chụp màn hình mạch đo chiều dài dịch chuyển mỗi khi nhận đƣợc lệnh chụp, số xung thu đƣợc trên hình ảnh là khoảng thời gian từ thời điểm ra lệnh chụp tới thời điểm có ảnh.
- Bƣớc 3: Tiến hành đo 150 lần, lập bảng số liệu số xung encoder đếm đƣợc trong 150 lần chụp, quy đổi ra khoảng thời gian của hệ thống từ thời điểm ra lệnh chụp tới khi có ảnh là t = (s) trong đó : N là số xung đếm đƣợc hiển thị trên ảnh chụp.
53 Kết quả đo thực nghiệm:
STT Thời gian (s) STT Thời gian (s) STT Thời gian (s) 1 0,1255 26 0,1257 51 0,1257 2 0,1255 27 0,1255 52 0,1255 3 0,1255 28 0,1257 53 0,1257 4 0,1255 29 0,1257 54 0,1257 5 0,1257 30 0,1257 55 0,1255 6 0,1255 31 0,1255 56 0,1257 7 0,1255 32 0,1255 57 0,1255 8 0,1255 33 0,1257 58 0,1257 9 0,1267 34 0,1257 59 0,1257 10 0,1255 35 0,1257 60 0,1255 11 0,1255 36 0,1255 61 0,1255 12 0,1257 37 0,1255 62 0,1255 13 0,1255 38 0,1255 63 0,1257 14 0,1255 39 0,1255 64 0,1255 15 0,1255 40 0,1255 65 0,1255 16 0,1255 41 0,1257 66 0,1257 17 0,1255 42 0,1255 67 0,1255 18 0,1257 43 0,1255 68 0,1255 19 0,1255 44 0,1255 69 0,1414 20 0,1257 45 0,1257 70 0,1255 21 0,1257 46 0,1255 71 0,1255 22 0,1255 47 0,1255 72 0,1255 23 0,1257 48 0,1255 73 0,1255 24 0,1255 49 0,1257 74 0,1257 25 0,1255 50 0,1255 75 0,1255
54 STT Thời gian (s) STT Thời gian (s) STT Thời gian (s) 76 0,1255 101 0,1267 126 0,1257 77 0,1255 102 0,1255 127 0,1257 78 0,2390 103 0,1257 128 0,1255 79 0,1257 104 0,2390 129 0,1257 80 0,1255 105 0,1257 130 0,1255 81 0,1255 106 0,1257 131 0,1257 82 0,1257 107 0,1255 132 0,1267 83 0,1257 108 0,1257 133 0,1255 84 0,1255 109 0,1267 134 0,1255 85 0,1257 110 0,1255 135 0,1255 86 0,1255 111 0,1267 136 0,1255 87 0,1257 112 0,1255 137 0,1255 88 0,1257 113 0,1255 138 0,1257 89 0,1255 114 0,5808 139 0,1255 90 0,1257 115 0,1257 140 0,1255 91 0,1257 116 0,1255 141 0,1257 92 0,1255 117 0,1255 142 0,1257 93 0,1255 118 0,1255 143 0,1257 94 0,1255 119 0,1255 144 0,1255 95 0,1257 120 0,1255 145 0,1257 96 0,1255 121 0,1257 146 0,1257 97 0,1255 122 0,1257 147 0,1255 98 0,1257 123 0,1255 148 0,1267 99 0,1255 124 0,1257 149 0,1255 100 0,1255 125 0,1255 150 0,2390
Độ lệch chuẩn s = 0,0033 (s) Độ không đảm bảo đo tƣơng đối của thời gian
chụp ảnh up
0,0037 (%) Thời gian đo tối thiểu tmin 90 (s)
55
Bảng 3 Bảng tổng hợp các thành phần độ không đảm bảo đo
STT Các nguồn ĐKĐBĐ Ký hiệu Giá trị
(%) 01 ĐKĐBĐ do phép đo đƣờng kính bánh xe uD 0,0049 02 ĐKĐBĐ do ảnh hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng ut 0,0095
03 ĐKĐBĐ do làm tròn ud 0,00029
04 ĐKĐBĐ do hệ thống chụp ảnh up 0,0037
1
ĐKĐBĐ tổng hợp của hệ thống đo uht 0,011
ĐKĐBĐ mở rộng của hệ thống đo(k=2) Uht 0,022
Nhƣ vậy, hệ thống thiết kế đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt ra trong Chƣơng 2 là Uht ≤ 0,035%, đạt yêu cầu để sử dụng kiểm định/hiệu chuẩn cân băng tải cấp chính xác cao nhất của cân băng tải – cấp chính xác 0,5.
Nhận xét: Qua bảng tổng hợp các thành phần độ không đảm bảo đo, có thể thấy ảnh hƣởng nhiều nhất tới hệ thống là sự ảnh hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng. Sự ảnh hƣởng của phép hiệu chuẩn đƣờng kính bánh xe và do hệ thống chụp ảnh là gần nhƣ nhau. ĐKĐB đo do làm tròn rất nhỏ nên có thể bỏ qua.
Do chƣa có điều kiện thực nghiệm chạy thực tế để so sánh với phƣơng pháp cũ, nên hệ thống mới chỉ ở mức nghiên cứu và trƣớc khi đƣa ra hiện trƣờng đo thử nghiệm cần hoàn thiện một số khâu nhƣ: thiết nguồn điện sử dụng (có thể sử dụng Acquy 12v) và đóng vỏ hộp cho hai thiết bị.
56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Nghiên cứu đã đạt đƣợc những kết quả nhất định nhƣ thiết kế thiết bị đo dịch chuyển băng tải, thiết bị chụp hình màn hình định lƣợng giúp đo đạc những thông số quan trọng trọng kiểm định cân băng tải nhƣ: chiều dài dịch chuyển băng tải đã