Thanh ghi PCON tại địa chỉ 87h không cho phép định địa chỉ bit bao gồm các bit như sau:
Hình 2.12. Thanh ghi PCON
+ SMOD1 (Serial Mode 1): = 1 cho phép tăng gấp đôi tốc độ port nối tiếp trong chế độ 1, 2 và 3.
trong thanh ghi SCON (Serial Mode 0 = 1 chọn bit FE).
+ POF (Power - off Flag): dùng để nhận dạng loại reset. POF = 1 khi mở nguồn. Do đó, để xác định loại reset, cần phải xoá bit POF trước đó.
+ GF1, GF0 (General purpose Flag): các bit cờ dành cho người sử dụng.
+ PD (Power Down): được xoá bằng phần cứng khi hoạt động reset xảy ra.
Khi bit PD = 1 thì vi điều khiển sẽ chuyển sang chế độ nguồn giảm. Trong chế độ này:
- Chỉ có thể thoát khỏi chế độ nguồn giảm bằng cách reset. - Nội dung RAM và mức logic trên các port được duy trì.
- Mạch dao động bên trong và các chức năng khác ngừng hoạt động.
- Chân ALE và PSEN ớ mức thấp.
- Yêu cầu Vcc phải có điện áp ít nhất là 2V và phục hồi Vcc = 5V ít
nhất 10 chu kỳ trước khi chân RESET xuống mức thấp lần nữa.
- IDL (Idle): được xoá bằng phần cứng khi hoạt động reset hay có ngắt xảy ra. Khi bit IDL = 1 thì vi điều khiển sẽ chuyển sang chế độ nghỉ. Trong chế độ này:
+ Chỉ có thể thoát khỏi chế độ nguồn giảm bằng cách reset hay có ngắt xảy ra.
+ Trạng thái hiện hành của vi điều khiển được duy trì và nội dung các thanh ghi không đổi.
- Mạch dao động bên trong không gửi được tín hiệu đến CPU. - Chân ALE và PSEN ở mức cao.
Lưu ý rằng các bit điều khiển PD và IDL có tác dụng chính trong tất cả các IC họ MSC-51 nhưng chỉ có thể thực hiện được trong các phiên bản CMOS
CHƯƠNG III
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN KHO HÀNG THÔNG MINH
3.1. Yêu cầu công nghệ
Với mục đích phục vụ cho việc học tập và giảng dạy tại trường Đại học Sao đỏ chúng em đưa ra yêu cầu công nghệ của hệ thống điều khiển kho hàng thông minh như sau:
Hệ thống vận chuyển hàng từ nơi tập kết đến kho hàng đảm bảo các yêu cầu sau:
- Nhấn start hệ thống hoạt động, các cảm biến báo trong kho có hàng và vị trí đặt hàng còn trống, cơ cấu di chuyển hoạt động, đưa cơ cấu gắp vật tới vị trí kho hàng. Khi tới vị trí kho hàng, hệ thống hạ cơ cấu gắp vật, đồng thời gắp vật ra khỏi vị trí của kho. Lúc này cơ cấu di chuyển mang vật từ vị trí hàng tập kết đến nơi để hàng.
- Quá trình di chuyển được giới hạn hành trình bằng các cảm biến và công tắc hàng trình.
- Vị trí đặt hàng được ưu tiên theo quy tắc, hàng 1 cột 1, hàng 2 cột 2, hàng 3 cột 3.
- Sản phẩm sẽ tự động dừng khi kho hàng đầy.
- Quá trình lặp lại khi có một vị trí trống khác, đảm bảo có đủ chỗ cho cất giữ hàng.
3.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Cấu tạo:
Cơ cấu đẩy hàng gồm 1 pittong khí A1, được giới hạn hành trình di chuyển bằng các swith hành trình. Hệ thống di chuyển và mang hàng gồm 1 động cơ 1 chiều 24VDC, di chuyển dọc trục bằng Vit-me và hệ thống trượt, 1 pittong điều khiển đầu hút sản phẩm bằng nguồn khí nén có áp lực âm. Các hệ thống pittong khí A2 đưa hàng đến đúng các vị trí kho hàng đã định trước. Các sensor, swith báo hành trình, báo sản phẩm, và báo nguồn hàng.
Nguyên lý làm việc:
Sản phẩm từ nhà máy được vận chuyển đến nơi tập kết, tại đây 1 pittong làm nhiệm vụ đẩy sản phẩm vào vị trí cánh tay gắp vật. Khi có sản phẩm tại vị trí và vị trí sắp xếp hàng còn trống, hệ thống mang hàng di chuyển đến nơi tập kết sản phẩm gắp sản phẩm đến vị trí trống. Khi số sản phẩm được sắp xếp đầy trong kho hàng, cánh tay dừng, đèn báo màu đỏ báo sản phẩm đã đầy kho.
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển
- Khối cảm biến là các sensor và công tắc hành trình, được ghép nối qua cách ly quang trước khi làm tín hiệu đưa vào vi điều khiển.
- VĐK làm nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến và so sánh với các câu lệnh đã được lập trình sẵn để đưa ra các tín hiệu ở đầu ra, điều khiển tải: Motor, relay.
Ngoài ra còn có các LED báo trạng thái tín hiệu đầu vào, ra giúp chúng ta quan sát được trạng thái làm việc của vi điều khiển
3.2.2. Nguyên lý làm việc mạch điều khiển
3.2.2.1. Khối cảm biến
Hình 3.2. Mạch kết nối cảm biến với cách ly quang
Nguồn 24VDC được kết nối với cảm biến, đầu ra của cảm biến được nối với điện trở 2,2k (mục đích hạ áp 24VDC xuống 2,3VDC) trước khi đưa vào cách ly quang. Đầu ra của cách ly quang là điện áp 5VDC được đưa làm tín hiệu đầu vào VĐK.
Nguyên lý hoạt động: Ban đầu khi chưa có vật, cảm biến chưa tác động, dòng điện không đi qua trở 2,2K , LED báo trạng thái không sáng và 2 chân Anot, Ktot của cách ly quang chưa được phân cực thuận. Đầu ra của cách ly quang bị “cấm”
Khi có vật nằm trong vùng tác động của cảm biến, dòng điện 24VDC từ nguồn qua điện trở phân cực thuận cho cách ly quang, LED trạng thái sáng, đồng thời đầu ra của cách ly quang có mức logic 5VDC.
3.2.2.2. Khối điều khiển
Khối điều khiển sử dụng chíp vi điều khiển họ 8051, nhận tín hiệu từ khối cảm biến. Đầu ra được kết nối với ULN2803 điều khiển tải. Khi vi điều khiển nhận được 1 tín hiệu đầu vào từ cảm biến, lập tức chương trình con nạp sẵn được thực thi và tùy vào điều kiện đầu vào mà đầu ra có mức logic 0 hay 1 tương ứng.
Các Post 0,1,2 được kết nối với mạch cảm biến, Post 3 được kết nối với ULN2803. Ngoài ra còn có các chân đặc biệt, reset, xtal, Enable...
Hình 3.4. Khối tải
Sử dụng ULN2803 để cách ly giữa vi điều khiển và phần mạch lực, nguyên lý hoạt động của khối này như sau: Khi đầu vào của ULN2803 có mức logic 0, LED báo trạng thái không sáng đầu ra của ULN2803 bị cấm, động cơ không quay. Khi đầu vào của ULN2803 có mức logic 1, LED báo trạng thái sáng. ULN2803 được phân cực, đầu ra có mức logic 0, dòng điện đi từ nguồn qua động cơ làm động cơ hoạt động.
3.3. Giới thiệu một số thiết bị sử dụng trong mạch điện điều khiển.
3.3.1. Cảm biến tiệm cận điện dung
- Cảm biến tiệm cận điện dung khi có mặt của đối tượng làm thay
- Cảm biến tiệm cận điện dung gồm 4 bộ phận chính: Cảm biến (các bản cực cách điện); mạch dao động; bộ phát hiện; mạch đầu ra. Tuy nhiên cảm biến điện dung không đòi hỏi đối tượng làm bằng kim loại. Đối tượng phát hiện là chất lỏng, vật liệu phi kim, thuỷ tinh, nhựa. Tốc độ chuyển mạch tương đối nhanh, có thể phát hiện đối tượng có kích thước nhỏ, phạm vi cảm nhận lớn.
- Cảm biến điện dung chịu ảnh hưởng bởi bụi và độ ẩm. Cảm biến điện dung có vùng cảm nhận lớn hơn vùng cảm nhận của cảm biến điện cảm
Hình 3.5. Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung.
Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung không tiếp xúc, đo những thay đổi về tính chất điện tương ứng thường gọi là cảm biến điện dung. Điện dung mô tả hai vật dẫn điện cách nhau một khoảng phản ứng lại với sự chênh thế giữa chúng. Đặt một điện thế vào hai đầu của một điện trở ta được một tụ điện giữa hai vật dẫn đó (một đầu dương, một đầu âm).
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của cảm biến tiệm cận kiểu điện dung
Thông số kỹ thuật cơ bản
Tên sản phẩm Cảm biến tiệm cận
- Nhà sản xuất Omron,...
- Hình dạng Theo từng model, Z seri
- Loại tiếp điểm SPDT
- Dòng điện 1,5A, 3A, 5A (tùy model)
- Điện áp 24VDC
- Vật liệu vỏ Nhựa, thép
- Màu sắc Màu đen, vàng, đỏ
- Tiêu chuẩn IEC
- Chức năng Dùng trong mạch điều khiển tự động
3.3.2. Công tắc hành trình
Công tác hành trình dùng để giới hạn di chuyển cho cơ cấu di chuyển cánh tay gắp vật. Thiết bị được gắn trên hành trình của cơ cấu và thực hiện chức năng ngắt dòng điện bằng tiếp điểm khi có sự tác động cơ học.
Hình 3.6. Công tắc hành trình
Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật cơ bản của công tắc hành trình
Thông số kỹ thuật cơ bản
Tên sản phẩm Công tắc hành trình
- Nhà sản xuất Autonics, Omron,...
- Hình dạng Theo từng model, Z seri
- Loại tiếp điểm SPDT
- Dòng điện 1,5A, 3A, 5A (tùy model)
- Dòng khởi động NC=30A, NO=15A
- Điện áp 24VDC, 480 VAC
- Tần số hoạt động Cơ 240 lần/phút, Điện 20 lần/phút
- Vật liệu vỏ Nhựa
- Màu sắc Màu đen
- Tiêu chuẩn IEC
- Chức năng Dùng trong mạch điều khiển tự động
3.3.3. Rơ-le 24VDC
Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực.
Hình 3.6. Hình ảnh Rơle trong thực tế
* Hãng sản xuất OMRON, tên gọi Rơ le trung gian , số cặp tếp điểm: DPDT
- Tải trở : 10A, 110 VAC / 10A, 24 VDC - Tải cảm ứng: 7.5A, 110 VAC / 5A, 24 VDC - Kích thước (mm) 36x28x21.5
- Xuất xứ Japan
* Các đặc điểm khác: Có chắn hồ quang
Công suất 15A loại LY1 và 10A lý tưởng cho nhiều ứng dụng Chịu được điện áp tới 2000V;
Các loại tiếp điểm: SPDT, DPDT, 3PDT, 4PDT
3.3.4. ULN 2803
ULN 2803 là một vi mạch đệm, bản chất cấu tạo là các mảng darlington chịu được dòng điện lớn và điện áp cao, trong đó có chứa 7 cặp darlington cực góp hở với cực phát chung. Mỗi kênh trong số 7 kênh đều có thể chịu được dòng điện lớn trong một khoảng thời gian dài lên tới 500 mA với biên độ đỉnh lên tới 600 mA. Mỗi kênh có một diode chặn- diode này có thể sử dụng trong trường hợp tải có tính cảm ứng, ví dụ như cácrơle…
Ứng dụng của ULN2803 được sử dụng trong các mạch đệm điều khiển động cơ một chiều ,động cơ bước, khối hiển thị ma trận led....
Nguyên lý hoạt động:
- Nếu các chân đầu vào I1 ÷ I8 là mức 0 thì ngõ ra thả nổi. - Nếu các chân đầu vào I1 ÷ I8 là mức 1 thì ngõ ra ở mức 0
3.3.5. JC817
JC 817 dùng để cách ly giữa phần điều khiển (có điện áp thấp) và phần tải (có điện áp cao), nhằm tránh những hư hỏng có thể xảy ra với mạch điều khiển như: dòng dò, điện áp ngược...
Hình 3.8. Hình ảnh và sơ đồ nguyên lý của JC 817
JC817 (cách ly quang) cấu tạo gồm: 2 tầng công suất cách ly với nhau bởi cặp photo transistor.
Tầng công suất thấp, cấu tạo gồm 1 diode phát quang có cấp điện áp 3~5VDC
Tầng công suất cao là 1 photo transistor npn có cực B hở, cấp điện áp lên tới 35V – 50mA.
3.3.6. Van đảo chiều 5/2
Van đảo chiều 5/2 tác động trực tiếp bằng dòng khí nén vào từ hai phía của nòng van. Đây là loại van không có vị trí “ không “, van có đặc điểm là “nhớ” vị trí hoạt động khi không còn tín hiệu tác động
Van đảo chiều 5/2 có nhiệm vụ điều khiển hoạt động của pittong theo yêu cầu công nghệ.
Hình 3.9. Hình ảnh van đảo chiều 5/2
Van khí nén 5/2 một đầu sử dụng cuộn dây điện từ một chiều cấp điện áp 24V, một đầu sử dụng lò xo tích hợp.
Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguồn vào 2 đầu của cuộn dây (với loại van khí 1 đầu là cuộn dây và 1 đầu là lò xo), lực từ sinh ra do dòng điện hút ti van dịch chuyển, đóng , mở cửa khí. Làm đường khí di chuyển theo hướng khác hoặc bị chặn. Khi cuộn dây mất điện, ti van được đẩy về vị trí ban đầu nhờ cơ cấu lò xo. Các đường khí trở lại trạng thái ban đầu.
3.3.7. Motor
Hình 3.10. Hình ảnh động cơ điện một chiều
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ điện một chiều
Thông số kỹ thuật cơ bản
Tên sản phẩm Motor 24VDC
- Xuất xứ Isukasa Electric Co.ltd Japan - Hình dạng Theo từng model - Điện áp 24VDC - Dòng điện 3A - Tốc độ 300 vòng/phút - Vật liệu vỏ Sắt
- Màu sắc Màu đen, xám, bạc
CHƯƠNG IV. THỰC NGHIỆM.
Để thiết kế được mạch điện điều khiển kho hàng thông minh chúng em đã sử dụng phần mềm Proteus và phần mềm mềm biên dịch.
4.1. Giới thiệu phần mềm Protues 7.10 Professional
Protues là phần mềm của hãng Labcenter, dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý, mô phỏng và thiết kế mạch điện. Gói phần mềm gồm có các phần mềm chính:
- ISIS dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý và mô phỏng. - ARES dùng để thiết kế mạch in.
Sau khi tải về, quá trình cài đặt bình thường. Sau khi cài đặt thành công bạn sẽ thấy chương trình trong Start menu.
4.1.1. Vẽ sơ đồ nguyên lý và mô phỏng mạch
4.1.1.1. Vẽ sơ đồ nguyên lý với ISIS Professional 7.10:
- Giới thiệu giao diện sử dụng:
Để vẽ sơ đồ nguyên lý, vào Start menu Khởi động chương trình, chương trình được khởi động và có giao diện như hình 4.1
Hình 4.1: Giao diện chương trình Protues 7.10
Phía trên và phía phải của chương trình là công cụ để ta có thể thiết kế sơ đồ nguyên lý. Phần giữa có màu xám là nơi chúng ta có thể làm việc.
Section mode: Chức năng chọn linh kiện.
Component mode: Dùng để lấy linh kiện trong thư viện linh kiện.
Đặt lable cho Wire. Bus
Terminal: Chứa Power, Ground...
Graph: Dùng để vẽ dạng sóng, datashet, trở kháng
Voltage Probe Mode: Dùng để đo điện thế tại 1 điểm trên mạch, đây là dụng cụ chỉ có một chân và không có thật trong thực tế.
Curent Probe mode: Dùng để đo chiều và độ lớn của dòng điện tại 1 điểm trên Wire.
Virtual Instrument Mode: Chứa các dụng cụ đo dòng, áp và các
dụng cụ này có thật trong thực tế.
Hình 4.2 Nhóm công cụ để vẽ các ký hiệu, chú thích.
- Một số tùy chọn của chương trình:
Set BOM Scrip: Dùng để xuất danh sách các loại, số lượng linh kiện có trong mạch. Để thay đổi chọn System/Set BOM Scrip.
Hình 4.3. Lựa chọn tùy chọn của chương trình
Chúng ta có thể add, edit, delete các linh kiện mà chúng ta muốn.
Hình 4.4. Giao diện khi thực hiện thêm bớt linh kiện
Với công cụ này, sau khi vẽ sơ đồ nguyên lý xong ta có thể xác định một cách nhanh chóng loại và số lượng linh kiện mà ta dùng trong mạch để tiện cho việc chọn mua linh kiện trong mạch thực.
Ví dụ ta có bảng thống kê như sau:
Bill Of Materials For OCL VISAI Design Title : OCL VISAI
Revision : 1
Design Created : Sunday, Step 05, 2012 Design Last Modified : Friday, Step 24, 2012 Total Parts In Design : 50
21 Resistors
Quantity: References Value 2 R1, R2 0R22 2 R3, R5 1k 2 R6, R15 3.3k 1 R7 2.7k 3 R8, R10, R13 10k 3 R9, R22, R24 1.5k 1 R11 680 2 R12, R14 390k 1 R17 4