2.2.3.1Phương pháp phát hiện vật
Phát hiện vật thể trong thực tế là một quy trình cực kì quan trọng trong các hệ thống phân loại sản phẩm tại các dây chuyền. Việc phát hiện vật thể mà cụ thể ở đây là sản phẩm cho phép kiểm soát số lượng sản phẩm đầu vào, đầu ra, đảm bảo tính an toàn, tránh các vật thể lạ gây nguy hiểm cho hệ thống, phát hiện chính xác vị trí của sản phẩm tại các công đoạn sản xuất. Để đáp ứng, trong công nghiệp người ta sử dụng các loại cảm biến như cảm biến quang, cảm biến quang điện, cảm biến tiệm cận,... mà đặc biệt là cảm biến hồng ngoại vì vận hành, lắp đặt đơn giản, mức chi phí thấp. Cảm biến hồng ngoại là một thiết bị điện tử đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh.
Theo Wikipedia, "Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy (mắt người có thể cảm nhận được màu sắc) nhưng ngắn hơn tia bức xạ vi ba. Tên "hồng ngoại" có nghĩa là " ngoài mức đỏ", màu đỏ là màu sắc có bước sóng dài nhất trong ánh sáng nhìn thấy". Bức xạ hồng ngoại có
25
bước sóng từ 700 nm (tần số 430 THz) đến 1 mm (300 GHz) được phát ra từ mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0° K và mắt người không thể nhìn thấy được.
Hình 2.13: Các tia tử ngoại và bước song của chúng
Tia hồng ngoại có các tính chất cơ bản sau: - Tác dụng nhiệt
- Có thể gây ra hiện tượng quang điện trong ở chất bán dẫn - Có thể tác dụng lên một số kính ảnh đặc biệt
- Có thể biến điệu như song điện từ cao tần
- Tia hồng ngoại tuân theo các định luật: truyền thẳng, phản xạ và cũng gây được hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa như ánh sáng thông thường.
Cảm biến hồng ngoại được chia ra làm 2 loại : cảm biến hồng ngoại chủ động và cảm biến hồng ngoại thụ động với nguyên lý hoạt động khác nhau.
2.2.3.2Cảm biến hồng ngoại thụ động
➢ Cấu tạo:
Gồm 2 phần chính: - Kính lọc hồng ngoại - Bộ cảm biến tia nhiệt
26
Hình 2.14: Cấu tạo cảm biến hồng ngoại thụ động
➢ Nguyên lý hoạt động:
Cảm biến hồng ngoại thụ động là cảm biến ở dạng thụ động vì không sử dụng nguồn hồng ngoại tự phát mà phụ thuộc vào nguồn từ môi trường để cảm nhận và xử lý tín hiệu. Khi con người hay vật thể phát ra tia hồng ngoại lọt vào trong vùng quét của cảm biến, cảm biến sẽ tiếp nhận thông qua bộ cảm biến tia nhiệt, xử lý và phát tín hiệu gửi đến bộ điều khiển trung tâm.
2.2.3.3Cảm biến hồng ngoại chủ động
➢ Cấu tạo: gồm 3 thành phần chính - Mắt phát tia hồng ngoại;
- Mắt thu tia hồng ngoại; - Bộ phận xử lý tín hiệu.
27
➢ Nguyên lý hoạt động:
Cảm biến hồng ngoại chủ động làm việc theo nguyên lý sử dụng ảnh sáng hồng ngoại để xác định vật cản phía trước cảm biến, cảm biến phát ra tia hống ngoại với dài tần số chuyên biệt cho khả năng chống nhiễu tốt kể cả ở điều khiện ảnh sáng ngoài trời.
Khi gặp bề mặt vật thể cản trước cảm biển, tia hồng ngoại do cảm biến phát ra phản xạ lại tới mắt thu của cảm biến. Từ đó bộ xử lý tiếp nhận xử lý và gửi tin hiệu tới bộ điều khiển trung tâm.
2.2.3.4Một số cảm biến hồng ngoại hiện nay
❖ Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4
Cảm biến vật cản hồng ngoại OMDHON E3F-DS30C4 Adjustable IR Infrared Proximity Sensor sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định vật cản phía trước cảm biến, cảm biến phát ra tia hồng ngoại với dải tần số chuyên biệt cho khả năng chống nhiễu tốt kể cả ở điều khiện ánh sáng ngoài trời.
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở nên cần thêm 1 trở 10k treo lên nguồn ở chân output khi sử dụng.
Đặc điểm của cảm biến: - Chống nhiễu tốt.
- Gọn và tiết kiệm chỗ.
- Bảo vệ chống ngắn mạch và nối cực nguồn. - Chế độ hoạt động: ON - đèn sáng, OFF - đèn tắt.
28
Hình 2.16: Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4
Thông số định mức và đặc tính kỹ thuật: - Thông số kỹ thuật: E3F DS10C4.
- Kích thước (Đường kính x Chiều dài): 22 x 70 mm. - Khoảng cách phát hiện: 100mm
- Dòng định mức: 200mA. - Vỏ làm bằng chất liệu ABS.
- Vật thể phát hiện tiêu chuẩn: 100 x 100 mm. - Đặc tính trễ: Tối đa 20% khoảng cách phát hiện. - Nguồn sáng (bước sóng): LED hồng ngoại (860nm). - Điện áp nguồn cấp: 12VDC-24VDC.
- Công suất tiêu thụ: Tối đa 25mA. - Thời gian đáp ứng: Tối đa 2.5ms.
- Nhiệt độ môi trường: Hoạt động -25°C đến 55°C (không đóng băng hoặc ngưng tụ). Bảo quản -30°C đến 70°C (không đóng băng hoặc ngưng tụ)
- Độ ẩm môi trường: Hoạt động 35% đến 85%, bảo quản -30% đến 95% - Trọng lượng (cả vỏ): 85g
29
❖ Module thu phát hồng ngoại LM393
Hình 2.17 Module thu phát hồng ngoại LM396
Đặc điểm: Có khả năng thích nghi với môi trường, có một cặp truyền và nhận tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại phát ra một tần số nhất định, khi phát hiện hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi so sánh, đèn màu xanh sẽ sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu ra (một tín hiệu bậc thấp).
Khoảng cách làm việc hiệu quả 2 ~ 5cm, điện áp làm việc là 3.3 V đến 5V. Độ nhạy sáng của cảm biến vật cản hồng ngoại được điều chỉnh bằng chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng.
Thông số kỹ thuật:
Điện áp làm việc: 3.3V – 5V DC. Kích thước: 3.2cm * 1.4cm.
2.3 Kết cấu hệ thống điều khiển và truyền thông. 2.3.1 Giới thiệu về vi điều khiển Arduino.