4.3 Thiết kế các khối
4.3.2 Khối xử lý màu sắc
Cảm biến màu có khả năng nhận biết các màu sắc dựa trên 3 màu chủ đạo đó là xanh lá, xanh dương và đỏ. Sản phẩm có giá thành rẻ và được ứng dụng nhiều trong hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc, ơ tơ di chuyển theo dịng kẻ của màu sắc, đèn thay đổi màu sắc.
4.3.2.1 Cảm biến màu sắc TCS3200
Sản phẩm được tích hợp một dãy bộ dị ánh sáng bên trong, với cảm biến ứng với mỗi mà như đỏ, xanh lá và xanh dương. Được ứng dụng để kiểm tra độc dải, phân loại màu sắc, cảm biến ánh sáng xung quanh… Ngoài ra các bộ lọc của TCS3200 được phân bố đều ở khắp các mảng để loại bỏ sai lệch vị trí giữa các điểm màu.
SVTH: Đặng Tuấn Đạt Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Quận 35
Hình 4.3. Cảm biến màu TCS3200 Thơng số kĩ thuật: Thông số kĩ thuật:
- Điện áp cung cấp: 2,7 V – 5,5 V.
- Có 2 bộ lọc màu sắc là bộ lọc màu đỏ, xanh lá hoặc xanh dương.
- Chuyển đổi cường độ ánh sáng sang tần số với độ phân giải cao.
- Điện năng tiêu thụ thấp.
- Sử dụng IC TAOS TCS3200 RGB với 4 led trắng. ❖ Ứng dụng của cảm biến màu sắc
Việc ứng dụng các sản phẩm cảm biến màu của Việt Nam đang được thịnh hành vào những chiếc xe tự động khi đèn đỏ thì dừng lại và đèn xanh thì chạy tiếp. Cịn được tích hợp vào con robot giúp nó nhận biết được màu sắc và linh hoạt hơn trong công việc. Việc sử dụng các thiết bị cảm biến màu sắc nó đem lại lợi ích cho người sử dụng như tiết kiệm chi phí, bảo vệ được các thiết bị điện an toàn. Ngoài ra với cảm biến màu sắc nó có thể giúp chúng ta phân biệt được màu sắc mà mắt thường khó có thể nhận biết được.
⮚ Trong đề tài này em chọn sử dụng cảm biến màu TCS3200. Cảm biến TCS3200 này
SVTH: Đặng Tuấn Đạt Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Quận 36
Bảng 4.1. Giới thiệu các chân cảm biến TCS3200
Cảm biến màu sắc TCS3200 Pins Chức năng Ngõ vào Điện áp ngõ vào Ngõ ra Điện áp ngõ ra
S0, S1 Đầu vào chọn tỉ lệ tần số đầu ra S2, S3 Đầu vào chọn kiểu photodiode
OE pin Đầu vào cho phép xuất tần số ở chân OUT
Led
Nếu kết nối với 5V hoặc một pin kỹ thuật số, các đèn LED trên bảng chip sẽ sáng lên
OUT Đầu ra là tần số thay đổi phụ thuộc cường độ và màu sắc
Cảm biến màu sắc TCS3200 có thể phân biệt được nhiều màu khác nhau, có thể phát hiện và phân biệt giữa các màu trắng, vàng, xanh lá cây và màu đỏ. Chuyển đổi từ cường độ ánh sáng sang tần số với độ phân giải cao. Có khả năng lập trình để nhận biết đầy đủ các màu sắc. Linh kiện điện tử Module cảm biến màu TCS3200 với khả năng nhận biết 3 màu cơ bản RGB và 4 đèn LED trắng. Các TCS3200 có thể phát hiện và đo lường gần như tất cả màu sắc có thể nhìn thấy. Ứng dụng bao gồm kiểm tra đọc dải, phân loại theo màu sắc, cảm biến ánh sáng xung quanh và hiệu chuẩn, và kết hợp màu sắc, đó chỉ là một vài ứng dụng. TCS3200 có các bộ tách sóng quang, có 2 bộ lọc màu sắc là bộ lọc màu đỏ, xanh dương, hoặc màu xanh lá, hoặc khơng có bộ lọc ( rõ ràng). Các bộ lọc của mỗi màu được phân bố đều khắp các mảng để loại bỏ sai lệch vị trí giữa các điểm màu. Bên trong là một bộ dao động tạo ra đầu ra sóng vng có tần số là tỷ lệ thuận với cường độ của màu sắc lựa chọn.
Ngun lí hoạt động:
Cảm biến TCS3200 có bộ lọc màu, chỉ cho phép nhận biết một màu và các màu khác sẽ bị chặn lại.
SVTH: Đặng Tuấn Đạt Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Quận 37
Hình 4.4. Cấu tạo của cảm biến màu sắc
Cảm biến khi có ánh sáng và chuyển đổi thành tần số nhất định. Sau đó tần số này được đưa vào một bộ chuyển đổi tần số. Tần số được tạo ra tương ứng với màu sắc của ánh sáng với một tần số nhất định. Tần số đầu ra này sau đó sẽ quyết định màu sắc đã cảm nhận được. Vì vậy, về cơ bản là ánh sáng đã được chuyển đổi thành một tần số. Mỗi màu sắc có tần số riêng của. Đây là cách cảm biến này có thể phân biệt giữa các màu sắc. Yếu tố quan trọng nhất là 2 chân là S2 và S3. Chính là những xác định màu sắc đã được cảm nhận. Vì đây là 2 chân (S2 và S3) và có thể cao hoặc thấp, có tổng cộng 4 kết hợp có thể.
Khối xử lý màu sắc dùng để nhận dữ liệu và xử lý màu sắc cảm biến màu TCS3200, sau đó điều khiển khối cơng suất làm ngõ vào cho PLC.
Có rất nhiều thiết bị, module, IC cơng suất khác nhau để điều khiển, thực hiện điều khiển các thiết bị công suất như arduino, Arm, Raspberry…
Từ những yêu cầu trên thì quyết định chọn Arduino vừa đáp ứng đủ các ngõ I/O để điều khiển vừa tiết kiệm chi phí nhưng vẫn đáp ứng đủ hiệu năng.
Do module đã tích hợp sẵn chip nạp và nguồn chúng ta chỉ cần cắm cáp USB hay cấp nguồn Pin vào là có thể hoạt động bình thường.[7]
4.3.2.2 Giới thiệu mạch Arduino
Arduino chỉ là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm.
Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những người tự chế ra sản phẩm của mình) trên tồn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động. Số lượng người dùng cực
SVTH: Đặng Tuấn Đạt Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Quận 38 lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến.
Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào thế kỷ thứ 9 là King Arduin. Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm 2005 như là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi, là một trong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Institute Ivrea (IDII). Mặc dù hầu như khơng được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên. Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đã sản sinh ra Arduino.
Arduino là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn.
Arduino giống như một máy tính nhỏ để người dùng có thể lập trình và thực hiện các dự án điện tử mà khơng cần phải có các cơng cụ chun biệt để phục vụ việc nạp code.
Hình 4.5. Mạch Arduino UNO R3
Arduino UNO R3 là kit Arduino UNO thế hệ thứ 3, với khả năng lập trình cho các ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnh cho các loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C).
Đặc tính:
- Vi điều khiển: ATmega328P(8bits). - Điện áp hoạt động: 5V..
- Tần số hoạt động: 16 MHz.
- Điện áp đầu vào khuyên dùng: 7VDC - 12VDC. - Điện áp vào giới hạn: 6-20V DC.
SVTH: Đặng Tuấn Đạt Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Quận 39 - Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM).
- Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit). - Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA. - Dòng ra tối đa (5V) 500 mA.
- Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA.
- Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader. - SRAM 2 KB (ATmega328).
- EEPROM 1 KB (ATmega328). - Clock Speed : 16 MHz.
Ứng dụng của Arduino trong đời sống
- Làm Robot. Arduino có khả năng đọc các thiết bị cảm biến, điều khiển động cơ,...nên nó thường được dùng để làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loại robot.
- Game tương tác: Arduino có thể được sử dụng để tương tác với Joystick, màn hình,… khi chơi các game như Tetris, phá gạch, Mario…
- Máy bay khơng người lái.
- Điều khiển đèn tín hiệu giao thông, làm hiệu ứng đèn Led nhấp nháy trên các biển quảng cáo…
- Điều khiển các thiết bị cảm biến ánh sáng, âm thanh. - Làm máy in 3D.
- Làm đàn bằng ánh sáng.
- Làm lò nướng bánh biết tweet để báo cho bạn khi bánh chín.
Arduino cịn rất nhiều ứng dụng hữu ích khác tùy vào sự sáng tạo của người dùng.
Khả năng kết nối
- Arduino có thể hoạt động độc lập.
- Arduino có thể kết nối với một máy tính. Máy tính của bạn được phép truy cập dữ liệu cảm biến từ thế giới bên ngồi và cung cấp thơng tin phản hồi.
- Các Arduino có thể kết nối với nhau.
- Arduino có thể kết nối với thiết bị điện tử khác. - Arduino có thể kết nối với các chip điều khiển.
SVTH: Đặng Tuấn Đạt Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Quận 40
● Ưu điểm:
- Có thể sử dụng ngay. Vì Arduino là một bộ hoàn chỉnh gồm bộ nguồn 5V. - Khả năng chuyển đổi đơn vị tự động.
- Một ưu điểm lớn khác của Arduino là thư viện các mẫu có sẵn trong phần mềm Arduino.
- Cộng đồng lớn, có rất nhiều diễn đàn trên internet nói về Arduino.
● Nhược điểm:
- Cấu trúc: Cấu trúc của Arduino cũng là nhược điểm của nó. Trong khi xây dựng một dự án bạn phải làm cho kích thước của nó càng nhỏ càng tốt. Nhưng với cấu trúc lớn của Arduino chúng ta phải gắn với PCB có kích thước lớn.
- Chi phí: Yếu tố quan trọng nhất mà khơng thể phủ nhận là chi phí. Đây là vấn đề mà mọi người kỹ sư hoặc chuyên gia phải đối mặt. Lúc này chúng ta phải xem chi phí cho Arduino có hiệu quả hay khơng.[8]
4.3.2.3 Mạch relay 4 kênh
Mạch 4 Relay Opto cách ly 5/12VDC (có hai loại 5VDC và 12VDC) thích hợp với các ứng dụng đóng ngắt tải AC hoặc DC, mạch có thiết kế nhỏ gọn, tích hợp opto và transistor cách ly, kích đóng bằng mức thấp (0VDC) phù hợp với mọi loại MCU và thiết kế có thể sử dụng nguồn ngồi giúp cho việc sử dụng trở nên thật linh động và dễ dàng.
Hình 4.6. Mạch Relay 4 kênh 5VDC
Thơng số kĩ thuật:
- Điện áp sử dụng: Có hai loại 5VDC và 12VDC.
SVTH: Đặng Tuấn Đạt Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Quận 41 12VDC tùy loại) Relay ngắt.
- Mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA.
- Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A (Để an toàn nên dùng cho tải có cơng suất <100W).
- Tích hợp Opto cách ly, Diode chống nhiễu và đèn báo tín hiệu kích.
- Kích thước: 75 x 55 x 20mm.