CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài 1. Tính cấp thiết của đề tài: - Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp 4.0, tự động hóa và công nghệ sản xuất thông minh đang trở thành nhu cầu cấp thiết trong các ngành công nghiệp hiện đại. Một trong những ứng dụng phổ biến của tự động hóa là việc sử dụng băng tải để vận chuyển và phân loại sản phẩm.
Việc này không chỉ giúp tăng năng suất lao động mà còn giảm thiểu các rủi ro về an toàn lao động và hạn chế sự tham gia của con người vào các công đoạn lặp lại. Đề tài xây dựng mô hình băng tải sử dụng động cơ DC và hệ thống phân loại sản phẩm tự động đáp ứng những yêu cầu này. Tính mới của đề tài: - Đề tài này tích hợp công nghệ I2C với màn hình LCD để hiển thị số lượng sản phẩm đã đếm được và sử dụng các thành phần linh kiện cơ bản như Arduino UNO R3, động cơ DC, cảm biến hồng ngoại và servo để xây dựng một hệ thống tự động hóa cơ bản. - Việc sử dụng bộ chuyển đổi LM2596 để hạ áp từ nguồn tổ ong 12V 10A xuống 5V cấp nguồn cho Arduino nhằm tối ưu hóa năng lượng và đảm bảo an toàn cho thiết bị.
Đây là một mô hình mới trong việc tự động phân loại sản phẩm, phù hợp với quy mô nhỏ và các ứng dụng học thuật, nghiên cứu. Mục đích - Mục đích của đề tài nghiên cứu và thi công mô hình băng tải đếm và phân loại sản phẩm” là: Xây dựng mô hình băng tải tự động đếm sản phẩm và phân loại sản phẩm qua cảm biến và động cơ servo. Giúp người sử dụng nắm bắt được số lượng sản phẩm đã qua băng tải thông qua màn hình LCD. Nâng cao kiến thức và kỹ năng trong việc lập trình Arduino, điều khiển động cơ, và ứng dụng cảm biến.
Mô phỏng một phần quy trình tự động hóa công nghiệp, từ khâu vận chuyển sản phẩm đến khâu phân loại, qua đó tăng tính thực tế và hữu ích trong ứng 14 | P a g e dụng. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 1. Đối tượng nghiên cứu: Các thành phần điện tử trong mô hình băng tải như cảm biến hồng ngoại, động cơ DC, động cơ servo, mạch L298N, module LM2596, màn hình LCD I2C, và bộ vi điều khiển Arduino Uno R3. Phạm vi nguyên cứu: Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử sử dụng trong mạch.
Thiết kế sơ đồ mạch nguyên lý và mạch in cho mạch đếm. Lựa chọn linh kiện điện tử phù hợp với yêu cầu thiết kế. Lắp ráp và thử nghiệm mạch đếm. Hoàn thiện và điều chỉnh mạch đếm theo kết quả thử nghiệm.
Nghiên cứu và phát triển thêm các tính năng mới cho mạch đếm (ví dụ: khả năng kết nối với máy tính, khả năng lưu trữ dữ liệu đếm, v. Phương pháp nghiên cứu đề tài 1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tham khảo các tài liệu khoa học, sách báo, bài báo liên quan đến đề tài để thu thập thông tin và kiến thức nền tảng. Tìm hiểu lý thuyết về các thành phần sử dụng trong mô hình, như Arduino, cảm biến, động cơ, màn hình LCD I2C.
Các tài liệu tham khảo bao gồm: o Giáo trình lý thuyết về điện tử cơ bản và kỹ thuật xung số. o Tài liệu hướng dẫn sử dụng các linh kiện điện tử. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Kết nối, lập trình và chạy thử mô hình, từ đó tiến hành các điều chỉnh để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác. Các bước thực hiện thí nghiệm bao gồm: o Thiết kế sơ đồ mạch nguyên lý và mạch in cho mô hình.
o Lắp ráp mô hình. o Kiểm tra hoạt động của mô hình. Phân tích và đánh giá - Kết nối, lập trình và chạy thử mô hình, từ đó tiến hành các điều chỉnh để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác. CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
Tính năng và thông số kĩ thuật Hình 2. Arduino Uno R3 Thông số kỹ thuật: Chip điều khiển chính: ATmega328P Chip nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2 Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài cắm từ giắc tròn DC Số chân Digital I/O: 14 (trong đó 6 chân có khả năng xuất xung PWM). Số chân PWM Digital I/O: 6 16 | P a g e Số chân Analog Input: 6 Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O: 20 mA Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50 mA Flash Memory: 32 KB (ATmega328P), 0.5 KB dùng cho bootloader. SRAM: 2 KB (ATmega328P) EEPROM: 1 KB (ATmega328P) Clock Speed: 16 MHz LED_BUILTIN: 13 Kích thước: 68.4 mm Chức năng: Arduino là bộ vi điều khiển trung tâm của hệ thống, điều khiển các linh kiện như động cơ, cảm biến và màn hình LCD I2C dựa trên chương trình được nạp vào.
Sơ đồ chân và chức năng các chân Hình 2.2 Sơ đồ chân của Arduino Uno R3 Chân Chức năng Digital I/O 0-13: Các chân số để nhận hoặc gửi tín hiệu số. Một số chân hỗ trợ PWM (3, 5, 6, 9, 10, 11). Analog In A0-A5: Đọc tín hiệu tương tự từ 0-5V. Power GND: Chân nối đất, 5V/3.3V: Chân cung cấp điện áp.
ICSP Header Cung cấp giao diện SPI để giao tiếp với các module khác. UART Chân 0 (RX) và 1 (TX): Giao tiếp UART (Serial) Bảng 2.1 Chức năng chân của Arduino 2. Cấu tạo và xử lý tín hiệu Cấu tạo: Arduino UNO R3 được xây dựng trên vi điều khiển ATmega328P, bao gồm các khối chính: 18 | P a g e Khối xử lý trung tâm (CPU): ATmega328P với xung nhịp 16 MHz. Khối nguồn: Hỗ trợ nguồn từ cổng USB hoặc chân VIN (7-12V), với mạch ổn áp để cấp 5V và 3.
Giao tiếp ngoại vi: Bao gồm các chân Digital I/O, Analog In, và giao tiếp Serial. ICSP: Giao diện để nạp chương trình. Xử lý tín hiệu: Arduino nhận tín hiệu từ các cảm biến qua các chân Digital hoặc Analog. Tín hiệu được xử lý thông qua các lệnh lập trình, sau đó Arduino sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến các thành phần như động cơ, màn hình LCD, hoặc servo.
Các ứng dụng thực tế Trong các hệ thống tự động hóa, Arduino được dùng để điều khiển và xử lý tín hiệu từ cảm biến, động cơ, và thiết bị ngoại vi. Phát triển các dự án như băng tải phân loại sản phẩm, nhà thông minh, robot tự hành, và hệ thống giám sát môi trường. Giáo dục: Dùng trong việc học lập trình và phát triển kỹ năng IoT. ĐỘNG CƠ DC VÀ MACH ĐIỀU KHIỂN L298N 2.
Tính năng và thông số kĩ thuật Hình 2.3 Động cơ DC 19 | P a g e Hình 2.4 Mạch điều khiển dc L298N Thông số kỹ thuật: a) Mạch điều khiển L298N IC chính: L298 Điện áp hoạt động: 5~30VDC Công suất tối đa: 25W 1 cầu (lưu ý công suất = dòng điện x điện áp nên áp cấp vào càng cao, dòng càng nhỏ, công suất có định 25W). Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A Mức điện áp logic: LOW -0.3V~Vss Kích thước: 43x43x27mm b) Động cơ DC Điện áp hoạt động: 5-12VDC Dòng điện định mức: <10A Chức năng: Động cơ DC vận hành băng tải, trong khi mạch L298N giúp điều khiển tốc độ và hướng quay của động cơ. Sơ đồ chân và chức năng các chân Động cơ DC 20 | P a g e Chân Chức năng Vcc (+) Kết nối với cực dương của nguồn hoặc mạch điều khiển. Điều khiển chiều quay của động cơ (theo chiều thuận).
GND (-) Kết nối với cực âm của nguồn hoặc mạch điều khiển.2 Chức năng chân động cơ Mạch điều khiển L298N Hình 2.5 Sơ đồ chân mạch L298N Chân Chức năng 12V Đầu ra 12V của L298N GND Đấu dây nối đất 5V Đầu ra 5V của L298N ENA Kích hoạt tín hiệu PWM cho động cơ A ENB Kích hoạt tín hiệu PWM cho động cơ B IN1 & IN2 Các đấu dây đầu vào điều khiển hướng quay động cơ A IN3 & IN4 Các đấu dây đầu vào điều khiển hướng quay động cơ B OUT1 & OUT2 Các đấu dây đầu ra cho động cơ A OUT3 & OUT4 Các đấu dây đầu ra cho động cơ B Bảng 2.3 Chức năng chân mạch L298N 21 | P a g e 2. Cấu tạo và xử lý tín hiệu 2. Động cơ DC Cấu tạo: Stator: Phần nam châm cố định tạo từ trường. Rotor: Cuộn dây quay trong từ trường, tạo chuyển động.
Chổi than và cổ góp: Truyền dòng điện từ nguồn cấp vào rotor. Xử lý tín hiệu: Arduino điều khiển L298N để cấp nguồn và điều chỉnh tốc độ của động cơ. Tín hiệu PWM từ Arduino qua L298N kiểm soát tốc độ và hướng quay của động cơ. Mạch điều khiển L298N Cấu tạo: IC điều khiển L298: Hai mạch cầu H để điều khiển hai động cơ DC độc lập.
Điện trở và diode bảo vệ: Chống nhiễu và bảo vệ IC. Chân ENA/ENB: Điều chỉnh tốc độ động cơ qua tín hiệu PWM. Chân IN1/IN2, OUT1/OUT2: Điều khiển chiều quay và đầu ra cho động cơ. Xử lý tín hiệu: Nhận tín hiệu điều khiển từ Arduino qua IN1/IN2.
Tạo xung điện để điều khiển tốc độ và hướng quay của động cơ DC. Các ứng dụng của thực tế 2. Động cơ DC Ứng dụng: 22 | P a g e o Băng tải công nghiệp: Dùng để vận chuyển hàng hóa hoặc sản phẩm trong dây chuyền sản xuất. o Robot di động: Tạo chuyển động cho các robot hoặc xe tự hành.
o Hệ thống quạt, bơm nước: Trong các hệ thống điều hòa hoặc tưới tiêu tự động. o Thiết bị gia dụng: Máy hút bụi, máy xay sinh tố, hoặc quạt. Mạch điều khiển L298N Ứng dụng: o Điều khiển động cơ DC trong các hệ thống tự động hóa như băng tải, robot, và xe điều khiển từ xa. o Điều khiển động cơ bước trong máy CNC, máy in 3D hoặc hệ thống điều hướng.
o Dùng trong các dự án DIY để điều chỉnh tốc độ hoặc hướng quay của động cơ. CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI 2. Tính năng và thông số kĩ thuật Hình 2.6 Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30CP1 Thông số kỹ thuật: 23 | P a g e Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn và 1 dây tín hiệu). Chân tín hiệu ngõ ra: Cấu trúc cực thu hở Transistor PNP - Open Collector, tín hiệu ngõ ra mức cao (HIGH) sẽ xuất hiện trực tiếp khi cảm biến phát hiện vật cản.
Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC.