3.3.1 Sơ đồ khối hệ thống
Tay hút phôi tự động sử dụng điều khiển UNO kết hợp với khí nén để hút phôi thông qua xử lý ảnh.
Hình 3-12 Sơ đồ khối hệ thống
Khối nguồn DC cấp nguồn cho toàn bộ phần tử hệ thống gồm nguồn 5V,6V và 12V.
Khối đầu vào:khi cảm biến nhận gửi tín hiệu đầu vào cho khối xử lí ở máy tính, arduino.
Khối xử lý: nhận tín hiệu từ khối đầu vào từ LRF24L01 và xử lí và đưa tín hiệu đến khối điều khiển theo chương trình điều khiển.
Khối điều khiển động cơ L298N sẽ nhận tín hiệu từ khối xử lí trung tâm và điều khiển các thiết bị của động cơ băng tải, hút khí và sevor MG996R.
Khối đầu ra là các phần tử chấp hành nhận tín hiệu từ khối điều khiển và thực hiện theo tín hiệu từ khối điều khiển: băng tải, robot, hệ thống khí, cảm biến.
3.3.2 Bộ điều khiển trung tâm
Arduino là một bo mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh viên Ý thiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm 2005. Mạch Arduino được sử dụng để cảm nhận và điều khiển nhiều đối tượng khác nhau.
Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ từ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, và nhiều đối tượng khác. Ngoài ra mạch còn có khả năng liên kết với nhiều module khác nhau như module đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, .... để tăng khả ứng dụng của mạch.
Phần mềm để lập trình cho mạch Arduino là phần mềm IDE. Đây là phần mềm mã nguồn mở, và có thể được download từ trang web của Arduino: arduino.cc. Việc hướng dẫn download và sử dụng phần mềm này sẽ được đề cập đến trong những phần sau.
Hình 3-13 Board mở rộng Arduino UNO Thông số của UNO R3:
Bảng 3-3 Thông số của UNO R3
Vi điều khiển ATmega328P
Điện áp hoạt động 5V
Điện áp vào khuyên dùng 7-12V
Điện áp vào giới hạn 6-20V
Digital I/O pin 14 (trong đó 6 pin có khả năng băm xung)
PWM Digital I/O Pins 6
Analog Input Pins 6
Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin
20 mA
Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin
50 mA
Flash Memory 32KB(ATmega328P)
0.5 KB được sử dụng bởi bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328P) EEPROM 1 KB (ATmega328P) Tốc độ 16MHz Chiều dài 68.6 mm Chiều rộng 53.4 mm Trọng lượng 25g
3.3.3 Cảm biến hồng ngoại
Lựa chọn cảm biến hồng ngoại loại E3F-DS30C4
Hình 3-14 Cảm biến hồng ngoại Thông số kĩ thuật:
Kích thước đường kính ngoài: 18mm (mm) Phát hiện: vật cản
Khoảng cách phát hiện: 10-30cm có thể điều chỉnh Điện áp làm việc: DC 6-36VDC
Sơ đồ chân:
Màu nâu: VCC, nguồn dương 6 – 36VDC. Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC
Màu đen: Chân tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN, cần phải có trở kéo để tạo thành mức cao.
3.3.4 Mạch điều khiển động cơ bước và động cơ một chiều L298N
Module điều khiển động cơ (Motor Driver) sử dụng chip cầu H L298N giúp điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ DC một cách dễ dàng, ngoài ra module L298N còn điều khiển được 1 động cơ bước lưỡng cực. Mạch cầu H của IC L298N có thể hoạt động ở điện áp từ 5V đến 35V.
Hình 3-15 Module điều khiển động cơ
Module L298N có tích hợp một IC nguồn 78M05 để tạo ra nguồn 5V để cung cấp cho các thiết bị khác.
Bảng 3-4 Thông số kỹ thuật của mạch điều khiển động cơ L298N
Thông số Giá trị
Driver L298N tích hợp hai mạch cầu H
Điện áp điều khiển +5 V ~ +35 V
Dòng tối đa cho mỗi cầu H 2A
Điện áp tín hiệu điều khiển +5 V ~ +7 V
Dòng tín hiệu điều khiển 0 ~ 36mA
Công suất hao phí 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)
Nhiệt độ vận hành -25 ℃ ~ +130 ℃
Bảng 3-5 Sơ đồ chân tín hiệu module L298N
STT Chân Chức năng
1 IN1 & IN2 Các chân đầu vào của động cơ A. Được sử dụng
để điều khiển hướng quay của Động cơ A
2 IN3 & IN4 Các chân đầu vào của động cơ B. Được sử dụng
để điều khiển hướng quay của Động cơ B
3 ENA Bật tín hiệu PWM cho Động cơ A
4 ENB Bật tín hiệu PWM cho Động cơ B
5 OUT1 & OUT2 Chân đầu ra của động cơ A
6 OUT3 & OUT4 Chân đầu ra của Động cơ B
7 12V Đầu vào 12V từ nguồn điện DC
8 5V Cấp nguồn cho mạch logic chuyển mạch bên trong
IC L298N
9 GND Chốt nối đất
3.3.5 Module NRF24L01
Truyền tín hiệu với module radio frequence 433Mhz.
Một cách tiếp cận khác với sóng vô tuyến 315 hay 433Mhz.
Nếu như đã làm việc với các module này thì không ít trong các bạn có thể đã gặp nhiều vấn đề khó giải quyết liên quan tới xung đột thư viện. Ngoài ra các module này có khoảng cách thu phát sóng khá ngắn (khoảng 30m nếu đã hàn thêm anten), lại không thể thu phát hai chiều. Vì những lý do trên, tôi đã tìm kiếm một loại module không dây khác để thay thế cho các module 433Mhz nhằm khắc phục các điểm yếu trên. Tìm kiếm
trên mạng tôi đã tìm được loại module NRF24L01 sử dụng sóng 2.4Ghz tạm thời giải quyết được khá ổn những điểm yếu của module 433Mhz.
Hình 3-16 Module NRF24L01 Thông số module thu phát RF NRF24L01
Điện thế hoạt động: 1.9V – 3.6V
Có sẵn anthena sứ 2.4GHz.
Truyền được 100m trong môi trường mở với 250kbps baud.
Tốc độ truyền dữ liệu qua sóng: 250kbps to 2Mbps.
Tự động bắt tay (Auto Acknowledge).
Tự động truyền lại khi bị lỗi (auto Re-Transmit).
Multiceiver – 6 Data Pipes.
Bộ đệm dữ liệu riêng cho từng kênh truyền nhận: 32 Byte separate TX and RX FIFOs.
Các chân IO đều chịu được điện áp vào 5V.
Lập trình được kênh truyền sóng trong khoảng 2400MHz đến 2525MHz (chọn được 125 kênh).
Thứ tự chân giao tiếp: GND, VCC, CS, CSN, SCK, MOSI, MISO, IQR. Sơ đồ các chân trên mạch:
Hình 3-17 Sơ đồ các chân trên mạch NRF24L01 Sơ đồ mạch
Hình 3-18 Sơ đồ mạch RF NRF24L01
3.3.6 Driver PCA9685
PCA9685 được sử dụng để có thể xuất ra đồng thời 16 xung PWM từ 16 cổng khác nhau
Mạch điều khiển 16 Chanel PWM PCA9685 có cấu trúc phần cứng phần cứng đơn giản Phù hợp cho các nhu cầu cần điều khiển nhiều xung PWM như Robot cánh tay máy, Robot nhện,...
Mạch điều khiển 16 Chanel PWM PCA9685 được sử dụng để có thể xuất ra đồng thời 16 xung PWM từ 16 cổng khác nhau thông qua giao tiếp I2C sử dụng IC PCA9685, giúp bạn có thể điều khiển đồng thời 16 RC Servo hoặc Dimmer 16 thiết bị đồng thời,... Mạch điều khiển 16 Chanel PWM PCA9685 có cấu trúc phần cứng phần cứng đơn giản cũng như bộ thư viện có sẵn trên Arduino nên rất dễ dàng sử dụng và kết nối.
Mạch điều khiển 16 Chanel PWM PCA9685 có chất lượng phần cứng, gia công tốt, độ bền cao, phù hợp cho các nhu cầu cần điều khiển nhiều xung PWM như Robot cánh tay máy, Robot nhện, ...
Hình 3-19 Driver PCA9685
Thông số kĩ thuật mạch điều khiển 16 Chanel PWM PCA9685 IC chính: PCA9685
Điện áp sử dụng: 2.3 ~ 5.5VDC.
Số kênh PWM: 16 kênh, tần số: 40~1000Hz Độ phân giải PWM: 12bit.
Giao tiếp: I2C (chấp nhận mức Logic TTL 3 ~ 5VDC) Kích thước: 62.5mm x 25.4mm x 3mm