CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung Khoa học kỹ thuật luôn luôn phát triển trong tất cả các lĩnh vực, nhất là các ngành sản xuất. Việc đòi hỏi cải tiến và nâng cấp hệ thống sản xuất luôn là ưu tiên hàng đầu. Một trong những hệ thống đó là hệ thống phân loại sản phẩm tự động. Hệ thống này giúp cho sản xuất linh hoạt hơn, tiết kiệm thời gian và nhân lực, tăng sản lượng, đem lại lợi ích kinh tế cao và hiệu quả.
Để phân loại sản phẩm có rất nhiều phương pháp, tuy nhiên hiện nay phương pháp sử dụng màu sắc chưa được ứng dụng nhiều và hiệu quả. Do đó, đề tài “ Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao ” là một đề tài mang tính nghiên cứu và ứng dụng cao, phù hợp với sự phát triển của các ngành sản xuất. Hình : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG-1: Dây chuyền phân loại sản phẩm 1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích của hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao là giúp phân loại sản phẩm dựa theo chiều cao Nhiệm vụ của hệ thống là: Chọn lọc được những sản phẩm đạt tiêu chuẩn dựa theo yêu cầu. Loại bỏ những sản phẩm không đạt yêu cầu.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao là một ứng dụng hữu ích để chọn lọc sản phẩm đạt tiêu chuẩn dễ dàng hơn.3 Phương pháp thực hiện Đề tài này sử dụng cảm biến khoảng cách để đo khoảng cánh giữa xe ô tô và vật cản, sau đó hiển thị những mức độ nguy hiểm khác nhau Có nhiều loại cảm biến đo khoảng cách như cảm biến siêu âm, cảm biến laze, cảm biến hồng ngoại, … Trong đề tài này, nhóm sẽ sử dụng cảm biến siêu âm để đo khoảng cách và hiển thị khoảng cách lên màn hình LCD. Ngoài ra, chương trình còn cảnh báo bằng đèn LED và còi tuỳ theo khoảng cách. Màn hình LCD sẽ hiển thị chữ “CLOSE” nếu khoảng cách của cảm biến và vật cản bắt đầu từ 10cm trở xuống đồng thời đèn LED sẽ phát sáng. Nếu khoảng cách bắt đầu từ 5cm trở xuống, màn hình LCD sẽ hiện chữ “VERY CLOSE” và sẽ có còi cảnh báo.
Từ 3cm trở xuống, màn hình LCD sẽ hiện chữ “DANGER” đồng thời sẽ có phanh tự động (Phanh tự động được hiển thị bằng một đèn LED). Có 2 chế độ phanh, phanh ở chế độ tự động (auto) và phanh ở chế độ tự điều khiển (manual) 1.4 Ý nghĩa của đề tài Đây là một ứng dụng thực tế của cảm biến đo khoảng cách trong việc đo khoảng cách và phản ứng theo kết quả đo được. Đề tài này giúp bạn hiểu rõ hơn về cách hoạt động và ứng dụng của cảm biến đo khoảng cách, cũng như cách lập trình và sử dụng bộ điều khiển. Hi vọng qua đề tài này, các bạn có thể hiểu được cách thực hoạt động của cảm biến đo khoảng cách và ứng dụng thực tiễn của nó.
CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG 1.5 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống Hình CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG-2: Sơ đồ khối hệ thống 1.6 Phân tích và lựa chọn cảm biến 1.1 Tìm hiểu về các cảm biến khoảng cách Các loại cảm biến khoảng cách được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động của chúng. Có thể kể đến các loại cảm biến khoảng cách phổ biến sau đây: • Cảm biến khoảng cách bằng tia laser: Cảm biến này sử dụng tia laser để đo khoảng cách giữa cảm biến và vật thể. Tia laser được phát ra từ cảm biến và chiếu đến vật thể. Thời gian cần thiết để tia laser đi từ cảm biến đến vật thể và phản xạ trở lại được sử dụng để tính toán khoảng cách giữa cảm biến và vật thể.
• Cảm biến khoảng cách bằng sóng siêu âm: Cảm biến này sử dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách giữa cảm biến và vật thể. Sóng siêu âm được phát ra từ cảm biến và phản xạ trở lại khi gặp vật thể. Thời gian cần thiết để sóng siêu âm đi từ cảm biến đến vật thể và phản xạ trở lại được sử dụng để tính toán khoảng cách giữa cảm biến và vật thể. • Cảm biến tiệm cận: Cảm biến này sử dụng một cảm biến điện áp thấp để phát hiện sự tiếp xúc giữa cảm biến và vật thể.
Khi cảm biến tiếp xúc với vật thể, điện trở của cảm biến sẽ thay đổi và tín hiệu điện áp thấp sẽ được tạo ra. • Cảm biến quang học: Cảm biến này sử dụng một cảm biến quang học để phát hiện sự hiện diện của vật thể. Khi vật thể chắn đường đi của ánh sáng, cảm biến quang học sẽ phát hiện ra sự hiện diện của vật thể. Mỗi loại cảm biến khoảng cách có những ưu điểm và nhược điểm riêng.
Cảm biến khoảng cách bằng tia laser có độ chính xác cao và phạm vi đo lớn, nhưng giá thành cao. Cảm biến khoảng cách bằng sóng siêu âm có giá thành thấp và độ tin cậy cao, nhưng không thể đo khoảng cách chính xác trong môi trường có nhiều vật cản. Cảm biến tiệm cận có giá thành thấp và dễ lắp đặt, nhưng phạm vi đo ngắn. Cảm biến quang học có giá thành thấp và dễ lắp đặt, nhưng độ chính xác thấp trong môi trường có nhiều ánh sáng.
Dưới đây là bảng tóm tắt các loại cảm biến khoảng cách phổ biến: Bảng CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG-1: Các loại cảm biến phổ biến Nguyên lý hoạt Loại cảm biến Ưu điểm Nhược điểm động Cảm biến khoảng Sử dụng tia laser Độ chính xác cách bằng tia để đo khoảng cáo, phạm vi đo Giá thành cao laser cách lớn Không thể đo Cảm biến khoảng Sử dụng sóng khoảng cách Giá thành thấp, cách bằng sóng siêu âm để đo chính xác trong độ tin cậy cao siêu âm khoảng cách môi trường nhiều vật cản Sử dụng cảm biến Cảm biến tiệm điện áp thấp để Giá thành thấp, Phạm vi đo ngắn cận phát hiện sự tiếp dễ lắp đặt xúc Sử dụng cảm biến Độ chính xác Cảm biến quang quang học để phát Giá thành thấp, thấp trong môi học hiện sự hiện diện dễ lắp đặt trường có nhiều của vật thể ánh sáng Từ những bảng tóm tắt phân loại sản phẩm trên, chúng em quyết định chọn cảm biến siêu âm HC-SR04 cho đề tài.2 Cảm biến siêu âm HC-SR04 Cảm biến HC-SR04 là một cảm biến khoảng cách siêu âm giá rẻ và dễ sử dụng. Nó có phạm vi đo từ 2 đến 400 cm và thường được sử dụng trong các dự án tự động hóa. Cảm biến này hoạt động bằng cách phát ra sóng siêu âm và đo thời gian sóng phản xạ trở lại để tính tốn khoảng cách đến vật cản. HC-SR04 có thể được sử dụng với nhiều loại vi điều khiển khác nhau, bao gồm cả Arduino.
Cảm biến HC-SR04 có kích thước nhỏ gọn và dễ lắp đặt. Nó có hai chân kết nối chính là chân Trigger và chân Echo. Chân Trigger được sử dụng để kích hoạt phát sóng siêu âm, trong khi chân Echo được sử dụng để đọc tín hiệu phản xạ trở lại. Cảm biến này cũng có hai chân cấp nguồn Vcc và Gnd để kết nối với nguồn điện.
HC-SR04 là một giải pháp hiệu quả về chi phí để đo khoảng cách trong các ứng dụng như robot tránh vật cản, đo khoảng cách và định vị. Với giá thành rẻ và tính năng dễ sử dụng, HC-SR04 là một lựa chọn tuyệt vời cho các dự án điện tử cho sinh viên. Hình CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG-3: Cảm biến HC-S04 a, Cấu tạo và thông số kĩ thuật của cảm biến: Cấu tạo: ❖ Modun cảm biến có 4 chân: -Chân VCC: Dùng để cấp nguồn 5v -Chân Trig: Chân digital output -Chân Echo: Chân digital input -Chân GND: Chân 0v (chân nối Mass) ❖Cảm biến được chia làm 3 phần: -Bộ phận phát sóng siêu âm: Cấu tạo của các đầu phát và đầu thu siêu âm là các loa gốm đặc biệt, phát siêu âm có cường độ cao ở tần số thường là 40kHz cho nhu cầu đo khoảng cách. -Bộ phận thu sóng siêu âm phản xạ: Thiết bị thu là dạng loa gốm có cấu tạo chỉ nhạy với một tần số chẳng hạn như 40KHz.
Qua một loạt các linh kiện như OPAM TL072, transistor NPN…Tín hiệu này liên tục được khuếch đại biên độ và cuối cùng là đưa qua một bộ so sánh, kết hợp với tín hiệu từ bộ điều khiển để đưa về bộ điều khiển. - Bộ phận xử lý, điều khiển tín hiệu: Vi điều khiển (PIC16F688, STC11, …) được sử dụng làm nhiệm vụ phát xung, xử lý tính tốn thời gian từ khi phát đến khi thu được sóng siêu âm nếu nhận được tín hiệu TRIG. ❖ Thông số kĩ thuật: + Model: HC-SR04 + Điện áp làm việc: 5VDC + Dòng điện: 15mA + Tần số: 40 KHZ + Khoảng cách phát hiện: 2cm – 400cm +Tín hiệu đầu ra: Xung mức cao 5V, mức thấp 0V + Góc cảm biến: Khơng q 15 độ. + Độ chính xác cao: Lên đến 3mm + Chế độ kết nối: VCC / Trig (T-Trigger) / Echo (R-Receive) / GND +Kích thước: 45mm × 20mm × 15mm b, Nguyên lý hoạt động: ❖ Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý: “ Phát sóng và phản xạ sóng ”.
Cảm biến này bao gồm: Bộ phát (Trig) và bộ thu (Echo) là hai bộ phận chính thực hiện công việc thu và phát tín hiệu của cảm biến. Bộ phát chuyển đổi tín hiệu điện thành sóng siêu âm, còn bộ thu chuyển đổi tín hiệu siêu âm đó trở lại thành tín hiệu điện. Khi hoạt động, mô-đun phát sẽ phát ra một xung siêu âm ngắn. Xung này sẽ lan truyền qua không khí và phản xạ lại khi gặp một vật cản.
Mô-đun nhận sẽ nhận được xung phản xạ dựa vào thời gian này (thời gian phát cho đến khi nhận lại từ phản xạ) kết hợp với tốc độ truyền của âm thanh trong không khí (khoảng 340m/s), cảm biến có thể tính toán được khoảng cách đến vật cản Hình CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG-4: Nguyên lí hoạt động của cảm biến c, Ứng dụng, ưu điểm và nhược điểm của HC-SR04.5 Nguyên lý hoạt động của cảm biến Với các module cảm biến siêu âm HC-SR04 được ứng dụng nhiều nhất trong các bài toán đo khoảng cách vật từ xa. Phạm vi đo ngắn, trong khoảng 2-400cm.