Hê ̣ thống điều khiển và ma ̣ch đếm

CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

3.2 Hê ̣ thống điều khiển và ma ̣ch đếm

Sơ đồ khối hê ̣ thống , sơ đồ nối dây và chức năng của từng khối : - Sơ đồ khối hê ̣ thống :

17 - Sơ đồ nối dây :

Hình 3. 2 : Sơ đồ nối dây

- Khối nguồn :

+ Nguồn sử dụng cho băng tải là nguồn điện 24 V cung cấp cho tồn hệ thống trong băng tải .

- Khới xử lý trung tâm :

+ Đây là khối đảm nhiệm xử lý các tín hiệu để làm cho các hệ thống vận hành như đã lập trình . Khối xử lý được điều khiển bởi mạch vi điều khiển Adruno .

- Khối điều khiển đô ̣ng cơ :

+ Bánh răng xích , dây đai xích , hô ̣p giảm tốc , băng chuyền đảm nhâ ̣n nhiê ̣m vu ̣ băng tải hoa ̣t đô ̣ng .

- Khối cảm biến :

+ Khối cảm biến có chức năng nhận tín hiệu từ bên ngồi và chuyển tín hiệu về khối xử lý trung tâm để xử lý tín hiệu điều khiển khối động cơ và khối hiển thị .

18 - Khối hiển thi ̣ :

+ Khối hiển thị có màn hình LCD để hiển thị cho người sử dụng biết trạng thái làm việc của băng tải .

3.3 Nguyên lý hoạt động :

Khi cấp nguồn vơ bắt đầu vịng lặp 5 bước :

B1: kiểm tra có nhấn nút Reset : nếu đúng , xóa màn hình LCD , biến I reset = 0 ; Nếu sai chuyển qua bước 2 ;

B2 : kiểm tra nút Stop , nếu đúng , dừng băng tải , không nhận cảm biến ; nếu sai chuyển qua bước 3 ;

B4 : kiểm tra nút Start 24V ( S2 ) và Start 5V ( S1 )

Nếu nút Start 24 V ( S2 ) dược nhấn , băng tải chạy nhanh , nhận cảm biến ; Nếu nút Start 5 V ( S1 ) được nhấn , băng tải chạy chậm , nhận cảm biến ;

B5 : kiểm tra cảm biến ( điều kiện băng tải phải chạy , nếu không bỏ qua bước này ) Nếu băng tải chạy thì lập tức kiểm tra cảm biến ;

Nếu cảm biến nhận thì tăng biến đếm “ i ” lên một đơn vị ; Xuất giá trị biến đếm “ i “ lên màn hình LCD ;

Kiểm tra giá trị biến đếm “ i “ .

Nếu I % 10 = 0 và I != 0 thì buzzer kêu 100 ms , khơng kêu 300 ms và tiếp tục kêu 100ms cho tới khi biến “ I “ không thỏa điều kiện ;

19

3.4 Lưu đồ giải thuâ ̣t :

20

CHƯƠNG 4 : QUI TRÌNH THIẾT KẾ 4.1 Giớ i thiê ̣u các linh kiê ̣n liên quan :

4.1.1 Tổng quan về Arduino :

- Bộ điều khiển chính board Arduino Uno R3:

Arduino là một board điều khiển với mã nguồn mở rất được ưa chuộng trên thế giới . Được viết bằng ngôn ngữ C/C++ rất thân thiện và dễ sử dụng với nhiều thư viện có sẵn cho phép người dùng có thể kết nối các phần cứng được phát triển bỡi arduino . Với thư viện nguồn mở và phần cứng được phát triển trên toàn thế giới của arduino chúng ta có thể dễ dàng phát triển các dự án nhanh chóng và hiệu quả .

Vi điều khiển ATmega328 họ 8 bit

Điện áp hoạt động 5 VDC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động 16 MHz

Dòng tiêu thụ khoảng 30 mA

Điện áp vào khuyên dùng 7 - 12 VDC

Điện áp vào giới hạn 6 - 20 VDC

21

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5 V) 500 mA

Dòng ra tối đa (3,3 V) 50 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader

SRAM 2 KB (ATmega328)

EEPROM 1 KB (ATmega328)

22

Hình 4. 1 : Gía tiền bình quân của board điều khiển chính

4.1.2 Vi điều khiển :

Hình 4. 2 : Vi điều khiển Arduino Uno R3

Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8 , ATmega168 , ATmega328 . Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy , xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa , làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD… hay những ứng dụng khác .

23

4.1.3 Nguồn :

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5 V thơng qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7 – 12 VDC và giới hạn là 6 – 20 V . Thường thì cấp nguồn bằng pin vng 9 V là hợp lí nhất nếu chúng ta khơng có sẵn nguồn từ cổng USB . Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, có thể sẽ làm hỏng Arduino UNO .

Các chân nguồn :

 GND (Ground) : cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO . Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau .

 5 V : cấp điện áp 5 V đầu ra . Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500 mA .  3,3 V : cấp điện áp 3,3 V đầu ra . Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50 mA .  Vin (Voltage Input) : để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO , ta nối cực dương

của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND .

 IOREF : điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này . Và dĩ nhiên nó ln là 5 V. Mặc dù vậy chúng ta không được lấy nguồn 5 V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó khơng phải là cấp nguồn .

 RESET : việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10 KΩ .

24

4.1.4 Các cổng In/Out :

Hình 4. 3 : Các cởng giao tiếp

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu . Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0 V và 5 V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40 mA . Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này khơng được kết nối) .

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau :

 2 chân Serial : 0 (RX) và 1 (TX) : dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial . Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nơm na chính là kết nối Serial khơng dây . Nếu không cần giao tiếp Serial, ta không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết .

 Chân PWM (~) : 3 , 5 , 6 , 9 , 10 , và 11 : cho phép xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0 V → 5 V) bằng hàm analog Write() . Nói một cách đơn giản, ta có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0 V và 5 V như những chân khác .

25

 Chân giao tiếp SPI : 10 (SS) , 11 (MOSI) , 12 (MISO) , 13 (SCK). Ngoài các chức năng thơng thường , 4 chân này cịn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác .

 LED 13 : trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) . Khi bấm nút Reset, ta sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu . Nó được nối với chân số 13 . Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng .

4.1.5 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK :

Hình 4. 4 : Cảm biến vâ ̣t cản hồng ngoa ̣i E18 – D80NK

- Các ngõ ra/vào của cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK : + Màu nâu : VCC , nguồn dương 5VDC .

+ Màu xanh dương : GND , nguồn âm 0 VDC .

+ Màu đen : Chân tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN , cần phải có trở kéo để tạo thành mức cao .

26 + Nguồn điện cung cấp: 5 VDC .

+ Khoảng cách phát hiện: 3 ~ 80 cm .

+ Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở . + Dịng kích ngõ ra : 300 mA .

+ Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra , trở treo lên áp bao - nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu .

+ Chất liệu sản phẩm : nhựa . + Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ .

+ Kích thước: 1.8 cm (D) x 7,0 cm (L) .

- Ứng dụng của cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK :

+ Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK 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 hồng ngoại E18-D80NK có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở .

27

Hình 4. 5 : Ma ̣ch chuyển đổi giao tiếp I2C cho LCD

- Thơng số kỹ thuật - Kích thước : 41,5 mm (L) X19 mm (W) X15,3 MM (H) - Trọng lượng: 5 g - Điện áp hoạt động : 2,5 v – 6 v .

- Jump chốt : Cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt - Biến trở xoay độ tương phản cho LCD + Ứng dụng của mạch chuyển đổi giao tiếp I2C cho LCD - Thơng thường để sử dụng màn hình LCD bạn cần rất nhiều chân trên Arduino để điều khiển . Do vậy để đơn giản hóa cơng việc , người ta tạo ra một loại mạch điều khiển màn hình LCD sử dụng giao tiếp I2C . Nói một cách đơn giản , bạn chỉ cần 2 dây để có thể điều khiển màn hình thay vì 8 dây thơng thường. - Để sử dụng các loại LCD có driver là HD44780 (LCD 1602, LCD 2004, …) cần có ít nhất 6 chân của MCU kết nối với các chân RS , EN , D7 , D6 , D5 và D4 để có thể giao tiếp với LCD . Nhưng với module chuyển giao tiếp LCD sang I2C , chúng ta chỉ cần hai chân (SDA và SCL) của MCU kết nối với hai chân (SDA và SCL) của module để có thể hiển thị thơng tin lên LCD . Ngồi ra có thể điều chỉnh được độ tương phản bởi biến trở gắn trên module . + Kiểm tra địa chỉ của module Đọc tên IC ở mặt sau module là PCF8574T hoặc PCF8574AT Sau đó tra theo bảng dưới để lấy địa chỉ . Trên mạch có 3 chân A0 , A1 , A2 để chọn địa chỉ , nếu 2 chân nối với nhau tương ứng trong bảng là bridged .

28

4.1.7 Màn hình LCD 1602 :

Hình 4. 6 : Màn hình LCD 1602

+ Các ngõ ra/vào của màn hình LCD - Chân số 1 - VSS : chân nối đất cho LCD được nối với GND của mạch điều khiển - Chân số 2 - VDD : chân cấp nguồn cho LCD, được nối với VCC=5V của mạch điều khiển - Chân số 3 - VE : điều chỉnh độ tương phản của LCD - Chân số 4 - RS : chân chọn thanh ghi, được nối với logic "0" hoặc logic "1": - Logic “0” : Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read) - Logic “1”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD - Chân số 5 - R/W

29

: chân chọn chế độ đọc/ghi ( Read/Write ), được nối với logic “0” để ghi hoặc nối với logic “1” đọc .

- Chân số 6 - E : chân cho phép ( Enable ) . Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0- DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân này như sau: - Ở chế độ ghi : Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bên trong khi phát hiện một xung ( high to low transition ) của tín hiệu chân E .

- Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên ( low to - high transition ) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.

- Chân số 7 đến 14 - D0 đến D7 : 8 đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU . Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này là : Chế độ 8 bit ( dữ liệu được truyền trên cả 8 đường , với bit MSB là bit DB7 ) và Chế độ 4 bit ( dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7 , bit MSB là DB7 ) .

- Chân số 15 - A : nguồn dương cho đèn nền . - Chân số 16 – K : nguồn âm cho đèn nền . - Thông số kỹ thuật :

+ Điện áp hoạt động là 5V .

+ Địa chỉ i2c : 0x27 ( có thể thay đổi theo đơn hàng của nhà sản xuất ) . + Màu : Xanh lá .

+ Kích thước lỗ bắt ốc : 74 mm x 30 mm .

30 + Trọng lượng : 38 g .

- Ứng dụng của màn hình LCD 1602 :

+ LCD 1602 ( Liquid Crystal Display ) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của VĐK LCD 1602 có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác như : khả năng hiển thị kí tự đa dạng ( chữ , số , kí tự đồ họa ) dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau , tiêu tốn rất ít tài nguyên hệ thống , giá thành rẻ…

4.1.8 Chọn vật liệu chế tạo băng tải :

- Khung băng tải :

+ Chọn loa ̣i thép không gỉ ( INOX 304 ) vì vâ ̣t liê ̣u này có thể làm viê ̣c trong điều kiê ̣n nhiệt đô ̣ dao đô ̣ng từ -5 C đến 50 C . Ít bị hao mòn , nói không với rỉ sét hóa , không bị biến da ̣ng khi chi ̣u các lực kéo căng , tro ̣ng lượng nhe ̣ dễ tháo lắp vâ ̣n chuyền . - Tấm băng :

+ Căn cứ vào điều kiện làm việc thực tế của băng là vận chuyển vật liệu trứng sau khi bóc vỏ (  = 1 tấn /m3 ) , vật liệu khơng có độ nhám nhiều . Kết cấu băng cần đơn giản . Mặt khác theo yêu cầu là thiết kế băng tải cao su do đó ta lựa chọn băng tải cao su cốt vải để sử dụng .

- Hệ thống tang dẫn và các con lăn đỡ, con lăn đứng :

+ Các tang trống được chế tạo bằng thép hàn C45 . Bề mặt tang trống được gia công cẩn thận . Đối với loại băng tải cao su , để tăng hệ số ma sát giữa băng và tang trống người ta thường bọc cao su . Loại tang trống làm bằng thép hàn C45 có ưu điểm là dễ gia cơng chế tạo và giá thành hợp lí .

+ Các con lăn thường được chế tạo bằng thép ống C45 . Con lăn được đặt trên ổ lăn hoặc ổ trượt và quay quanh trục gắn chặt trên giá đỡ băng ( khung đỡ băng ) .

31

4.2 Tính toán các thông số cơ bản của băng tải :

4.2.1 Năng suất yêu cầu :

N=40 m3/h ;  = 1 tấn/m3  N=40 tấn/h

4.2.2 Chiều dài băng tải :

Căn cứ vào điều kiện làm việc thực tế vật liệu ở đây là trứng, khơng có độ nhám nhiều vận chuyển với số lượng nhiều nên ta chọn chiều dài băng tải sẽ là 5m ( L = 5 m ) . Có thể di chuyển linh hoạt và phù hợp đặt trong các nhà xưởng hay các hộ gia đình sản xuất nhỏ lẻ .

4.2.3 Góc nghiêng đặt băng :

Do góc chảy tự nhiên của vật liệu được vận chuyển t = 45 nên góc ngiêng đặt băng lớn nhất của băng tải phải đảm bảo sao cho vật liệu trong suốt quá trình vận chuyển sẽ khơng bị tụt xuống dưới . Với góc chảy vật liệu như trên ta chọn được  max=18 .

- Thiết kế với  = 18 .

4.2.4 Vận tốc băng tải :

Do vật liệu được vận chuyển ở đây là trứng sau khi bóc vỏ rất mềm và dễ bị vở và dập nếu được vận chuyển với tốc độ nhanh chúng sẽ va vào và đè lên nhau dẫn đến hư sản phẩm nên ta chọn tốc độ vừa phải để tải trứng . Do vậy ta chọn vận tốc của băng tải là 0,7 m/s .