CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN
4.5 Hệ thống cảm biến
4.5.1 Kinect
Kinect (tên mật trong thời gian phát triển là Project Natal) là thiết bị cảm biến ngoại vi thu chuyển động phát triển bởi Microsoft dành cho máy console Xbox 360 và Windows. Khi kết nối vào Xbox 360, người chơi có thể điều khiển và tương tác với máy console mà không cần tay cầm điều khiển, thông qua giao diện người dùng tự nhiên sử dụng cử chỉ và lệnh thoại.
Hiện tại Microsoft đưa ra 2 phiên bản Kinect. Một cho Xbox 360 và 1 cho PC (Kinect for PC). Microsoft ra mắt bộ công cụ phát triển phần mềm Kinect cho Windows 7 (SDK – Software Developer Kit) ngày 16 tháng 6 năm 2011. Bộ công cụ phát triển phần mềm này cho phép các nhà phát triển viết ứng dụng cho Kinect ở ngôn ngữ C#, C++/CLI, Visual Basic 2005.
Kinect là một thiết bị tích hợp cảm biến chiều sâu, camera màu và một nhóm microphones cùng nhiều thứ khác đặt bên trong một hộp nhỏ và phẳng. Hộp phẳng này được gắn kèm với một động cơ nhỏ để có thể cho phép thiết bị thay đổi góc quay theo phương ngang. Thiết bị cảm biến Kinect bao gồm những thành phần sau:
• Color camera
• Infrared (IR) emitter
• IR depth sensor
• Tilt motor
•Microphone array ( gồm 4 microphone giống nhau hoạt động ở 16bit với tốc độ lấy
mẫu là 16KHz)
• LED
Hình 28: Kinect.
4.5.2 EncoderGới thiệu Gới thiệu
Encoder là một bộ phận rất quan trọng trong sơ đồ cấu tạo của máy CNC. Có thể dễ hình dung rằng nó giống như bộ phận công tơ mét ở xe máy hay ô tô, nó sẽ đo đạc và hiển thị các thông số về tốc độ của máy cho người sử dụng biết thông qua hệ thống giám sát của máy tính điều khiển.
Hình 29: Encoder.
Encoder ở các hệ thống điều khiển tự động là bộ phận để đo lường dịch chuyển thẳng hoặc góc, đồng thời chuyển đổi vị trí góc/vị trí thẳng mà nó ghi nhận được thành tín hiệu nhị phân.
Được cấu tạo gồm một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên đĩa được đục lỗ (rãnh), khi đĩa này quay và chiếu đèn led lên trên mặt đĩa thì sẽ có sự ngắt quãng.
Hình 30: Cấu tạo bên trong Encoder
Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu (photosensor) để thu nhận tín hiệu từ đĩa quay.
Nguyên lý hoạt động của Encoder
Với các tín hiệu có ánh sáng chiếu qua, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không. Số xung đếm được và tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng bị cắt!
Giả sử trên đĩa chỉ có 1 lỗ duy nhất thì cứ mỗi lần con mắt thu nhận được tín hiệu đèn led thì có nghĩa là đĩa đã quay được 1 vòng.
Đây là nguyên lý hoạt động của loại Encoder cơ bản, còn đối với với nhiều chủng loại khác thì đương nhiên đĩa quay sẽ có nhiều lỗ hơn và tín hiệu thu nhận cũng sẽ khác hơn.
4.5.3 Cảm biến momen xoắn
Các cảm biến đo mô-men xoắn thế hệ đầu tiên thường có tín hiệu ngõ ra dạng tương tự. Hiện tượng nhiễu thường xuất hiện giữa module cấp nguồn và điều khiển, nhất là trong trường hợp dây cấp nguồn dài. Vì vậy, mức điện áp ngõ ra của cảm biến thường được
giảm hay loại bỏ những phần nhiễu này. Giải pháp ở đây chính là sử dụng cảm biến điện tử với tín hiệu được số hóa. Hình dưới đây mô tả các phần tử của cảm biến:
Hình 31: Cấu trúc bên trong cảm biên moment
Phần tử strain gauge (điện trở đo biến dạng - giống bên trong loadcell) được đặt ở trên trục. Phần tử quay của bộ chuyển đổi cũng được đặt trên trục. Mạch điện được đặt ở phần thân vỏ. Bên trong mạch điện có một vi điều khiển, dùng để đo giá trị thu được từ strain gauge. Tín hiệu từ strain gauge cũng sẽ được khuếch đại và số hóa ở đây. Tín hiệu số này được chuyển đổi sang chuẩn giao tiếp như RS-485. Vi điều khiển còn có các chức năng khác như giám sát bộ cấp nguồn, lưu số serial của thiết bị, giá trị chuẩn hóa, khoảng đo, ngày hiệu chuẩn …
Hình 32: Sơ đồ khối cảm biến moment