Đồ án Vi Điều Khiển: Thiết kế hệ thống phân loại màu sắc dùng TCS3200 và PIC16F877A

Đồ án vi điều khiển sử dụng TCS3200 và PIC16F877A. Hướng dẫn phân loại màu sắc hiệu quả, chi tiết. Xem ngay để nắm vững kiến thức!

• Tác giả: Hùng
• Người hướng dẫn: Th.s Cù Minh Phước
• Trường học: Không có thông tin
• Chuyên ngành: Điện-Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Thi Công Bộ Đếm Và Phân Loại Sản Phẩm
• Loại tài liệu: Đồ án Vi Điều Khiển
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Không có thông tin

Mục lục chi tiết

• Lời Cảm Ơn
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• Các Từ Viết Tắt
• 1. Chương 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tổng quan đề tài
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.3. Phương pháp thực hiện
• 1.4. Cấu trúc của quyển
• 2. Chương 2: Lý Thuyết Cơ Bản
• 2.1. Tổng quan về vi điều khiển PIC16F877A
• 2.1.1. Giới thiệu
• 2.1.2. Chức năng các port
• 2.2. Module cảm biến màu sắc TCS3200
• 2.3. Một số linh kiện khác
• 2.3.1. Opto quang cách ly
• 2.4. Các phần mềm sử dụng
• 2.5. Chức năng đếm sự kiện của timer1
• 3. Chương 3: Thiết Kế Sơ Đồ Khối Và Sơ Đồ Nguyên Lý
• 3.1. Sơ đồ khối hệ thống
• 3.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống
• 3.2.1. Khối xử lý trung tâm
• 3.2.2. Khối cảm biến
• 3.2.3. Khối hiển thị
• 3.2.4. Khối công suất
• 3.3. Mạch in hoàn chỉnh
• 4. Chương 4: Chương Trình Điều Khiển
• 4.1. Lưu đồ chương trình chính
• 4.2. Lưu đồ chương trình con lọc màu
• 4.3. Lưu đồ chương trình xử lý ngắt
• 5. Chương 5: Kết Luận Và Hướng Phát Triển
• 5.1. Kết quả đạt được
• 5.2. Kết quả chưa đạt được
• 5.3. Hướng phát triển
• Tài Liệu Tham Khảo
• Bảng tính vật tư

Tóm tắt

I. Tổng Quan Đồ Án Vi Điều Khiển TCS3200 PIC16F877A 50 60 Ký tự

Đồ án vi điều khiển với bộ cảm biến màu TCS3200 và vi điều khiển PIC16F877A mở ra nhiều ứng dụng thực tiễn trong việc tự động hóa quy trình sản xuất. Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế một hệ thống có khả năng phân loại sản phẩm dựa trên màu sắc, đồng thời đếm số lượng sản phẩm theo từng loại màu. Hệ thống này sử dụng cảm biến màu TCS3200 để thu thập thông tin về màu sắc của sản phẩm, sau đó chuyển đổi thông tin này thành tín hiệu số. Vi điều khiển PIC16F877A sẽ xử lý tín hiệu này, xác định màu sắc của sản phẩm và điều khiển các cơ cấu chấp hành để phân loại sản phẩm vào các khu vực tương ứng. Việc tích hợp cảm biến màu, vi điều khiển và cơ cấu chấp hành tạo nên một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh, giúp tăng năng suất, giảm chi phí nhân công và nâng cao chất lượng sản phẩm. Đồ án này không chỉ là một dự án học thuật mà còn là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ vào thực tiễn sản xuất, góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp tự động hóa tại Việt Nam. Theo tài liệu gốc, "Với đề tài Thiết kế thi công bộ đếm và phân loại sản phẩm theo màu sắc em muốn vận dụng những sản phẩm công nghệ khoa học tiên tiến áp dụng vào quá trình sản xuất tự động nhằm tạo ra năng suất , chất lượng cũng như giảm thiểu tối đa sức người trong sản xuất công nghiệp."

1.1. Giới Thiệu Chi Tiết Cảm Biến Màu TCS3200

Cảm biến màu TCS3200 đóng vai trò quan trọng trong việc xác định màu sắc của sản phẩm. Nó là một loại cảm biến màu RGB cấu tạo bao gồm các photodiode silicon kết hợp với các tấm lọc Red, Green, Blue đồng thời chuyển đổi cường độ của các ánh sáng này sang tần số tương ứng. Tần số xung ra tỉ lệ thuận với cường độ của ánh sáng. Cảm biến này được tích hợp trên một chip đơn, giúp giảm kích thước và đơn giản hóa việc tích hợp vào hệ thống. TCS3200 hoạt động dựa trên nguyên tắc hấp thụ và phản xạ ánh sáng. Khi ánh sáng trắng chiếu vào một vật thể, vật thể sẽ hấp thụ một phần ánh sáng và phản xạ phần còn lại. Cảm biến TCS3200 sẽ thu nhận ánh sáng phản xạ này và phân tích thành các thành phần màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam. Bằng cách đo cường độ của từng thành phần màu, cảm biến có thể xác định màu sắc của vật thể. Theo tài liệu gốc, "Cảm biến màu TCS3200 là một loại cảm biến màu RGB cấu tạo bao gồm các photodiode silicon kết hợp với các tấm lọc Red, Green, Blue đồng thời chuyển đổi cường độ của các ánh sáng này sang tần số tương ứng (tần số xung ra tỉ lệ thuận với cường độ của ánh sáng ) tất cả được tích hợp trên một chip đơn."

1.2. Tổng Quan Vi Điều Khiển PIC16F877A Trong Đồ Án

Vi điều khiển PIC16F877A là trung tâm điều khiển của hệ thống, đóng vai trò xử lý tín hiệu từ cảm biến TCS3200, điều khiển các cơ cấu chấp hành và hiển thị thông tin lên màn hình LCD. Đây là họ vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx do hãng Microchip sản xuất với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kỳ xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20Mhz với một chu kì lệnh là 200ns. Vi điều khiển này có các bộ timer, có các chuẩn giao tiếp như: giao tiếp nối tiếp SSP, SPI, I2C, chuẩn giao tiếp nối tiếp UART…, có bộ ADC 10 bit, xuất xung PWM… PIC16F877A được trang bị nhiều tính năng mạnh mẽ, phù hợp cho các ứng dụng điều khiển tự động. Vi điều khiển có khả năng giao tiếp với cảm biến màu TCS3200 thông qua các chân I/O. Nó cũng có thể điều khiển các cơ cấu chấp hành như động cơ, van điện từ thông qua các chân PWM hoặc các mạch điều khiển riêng. Theo tài liệu gốc, "Với đề tài này em sử dụng vi điều khiển PIC16F877A để nhận về tần số từ cảm biến, khi cảm biến thu nhận sự phản xạ ánh sáng từ vật sẽ trả về các tần số khác nhau tùy thuộc vào cường độ màu sắc."

II. Thách Thức Thiết Kế Bộ Phân Loại Màu Dùng PIC16F877A 50 60 Ký tự

Việc thiết kế một hệ thống phân loại màu sử dụng PIC16F877A và TCS3200 không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo độ chính xác và ổn định của hệ thống trong môi trường thực tế. Ánh sáng môi trường có thể ảnh hưởng đến kết quả đo màu của cảm biến TCS3200, dẫn đến sai lệch trong việc phân loại sản phẩm. Ngoài ra, sự khác biệt về màu sắc giữa các sản phẩm cũng có thể gây khó khăn cho hệ thống trong việc phân loại chính xác. Để giải quyết những thách thức này, cần phải thực hiện các biện pháp hiệu chỉnh và bù trừ ảnh hưởng của ánh sáng môi trường, đồng thời sử dụng các thuật toán phân loại màu thông minh để tăng cường độ chính xác của hệ thống. Việc lựa chọn linh kiện phù hợp và thiết kế mạch điện ổn định cũng là những yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất của hệ thống. Theo tài liệu gốc, "Trong quá trình thiết kế và thi công việc nhận biết màu sắc còn hạn chế, số lượng màu nhận biết được chưa nhiều vì nhiễu màu xảy ra do cường độ ánh sáng mà cảm biến màu thu lại chưa ổn định."

2.1. Ảnh Hưởng Của Ánh Sáng Môi Trường Lên TCS3200

Ánh sáng môi trường có thể gây ra sai lệch trong việc đo màu của cảm biến TCS3200. Ánh sáng mặt trời, ánh sáng đèn huỳnh quang và các nguồn sáng khác có thể chứa các thành phần màu sắc khác nhau, ảnh hưởng đến kết quả đo của cảm biến. Để giảm thiểu ảnh hưởng của ánh sáng môi trường, có thể sử dụng các biện pháp như che chắn cảm biến khỏi ánh sáng trực tiếp, sử dụng nguồn sáng ổn định hoặc thực hiện hiệu chỉnh màu sắc dựa trên các giá trị tham chiếu. Việc hiệu chỉnh cần xem xét các yếu tố như cường độ ánh sáng, nhiệt độ màu và góc chiếu sáng.

2.2. Độ Nhạy Của Cảm Biến Với Các Biến Thể Màu Sắc

Sự khác biệt nhỏ về màu sắc giữa các sản phẩm có thể gây khó khăn cho hệ thống trong việc phân loại chính xác. Cảm biến TCS3200 có độ nhạy nhất định, và nếu sự khác biệt màu sắc nằm dưới ngưỡng này, cảm biến có thể không phân biệt được. Để giải quyết vấn đề này, có thể sử dụng các thuật toán phân loại màu thông minh, chẳng hạn như mạng nơ-ron, máy học hoặc logic mờ, để tăng cường khả năng phân biệt màu sắc của hệ thống. Ngoài ra, việc lựa chọn các thông số phù hợp cho cảm biến, chẳng hạn như thời gian tích hợp và hệ số khuếch đại, cũng có thể cải thiện độ nhạy của cảm biến.

III. Phương Pháp Phân Loại Màu Sắc Hiệu Quả Với TCS3200 50 60 Ký tự

Để phân loại màu sắc hiệu quả với cảm biến TCS3200, cần phải áp dụng một phương pháp có hệ thống, bao gồm các bước thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu và phân loại màu sắc. Đầu tiên, cảm biến TCS3200 sẽ thu thập dữ liệu về cường độ của các thành phần màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam của sản phẩm. Dữ liệu này sau đó sẽ được xử lý để loại bỏ nhiễu và hiệu chỉnh ảnh hưởng của ánh sáng môi trường. Cuối cùng, các thuật toán phân loại màu sắc sẽ được áp dụng để xác định màu sắc của sản phẩm dựa trên dữ liệu đã xử lý. Việc lựa chọn các thuật toán phân loại màu sắc phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của hệ thống. Các thuật toán phổ biến bao gồm so sánh ngưỡng, phân cụm và sử dụng mạng nơ-ron. Theo tài liệu gốc, "Bộ điều khiển trung tâm sẽ nhận về tần số xung này và xử lý để nhận biết màu sắc, sau đó phân loại, đếm và hiển thị cho người dùng."

3.1. Hiệu Chỉnh Dữ Liệu Thu Thập Từ TCS3200

Hiệu chỉnh dữ liệu là một bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác của việc phân loại màu sắc. Dữ liệu thu thập từ cảm biến TCS3200 có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn như ánh sáng môi trường, nhiệt độ và độ ẩm. Để hiệu chỉnh dữ liệu, có thể sử dụng các phương pháp như trừ nền, hiệu chỉnh hệ số khuếch đại và hiệu chỉnh màu sắc dựa trên các giá trị tham chiếu. Phương pháp trừ nền loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng môi trường bằng cách đo giá trị của cảm biến khi không có sản phẩm và trừ giá trị này khỏi các phép đo sau đó. Hiệu chỉnh hệ số khuếch đại điều chỉnh các giá trị đo được để bù đắp cho sự khác biệt về độ nhạy của các kênh màu khác nhau.

3.2. Thuật Toán Phân Loại Màu Sắc Cơ Bản và Nâng Cao

Có nhiều thuật toán phân loại màu sắc khác nhau có thể được sử dụng với cảm biến TCS3200. Các thuật toán cơ bản bao gồm so sánh ngưỡng, trong đó màu sắc của sản phẩm được xác định bằng cách so sánh các giá trị đo được với các ngưỡng định trước. Các thuật toán nâng cao hơn bao gồm phân cụm, trong đó các sản phẩm có màu sắc tương tự được nhóm lại với nhau, và sử dụng mạng nơ-ron, trong đó mạng được huấn luyện để phân loại màu sắc dựa trên dữ liệu huấn luyện. Việc lựa chọn thuật toán phù hợp phụ thuộc vào độ phức tạp của ứng dụng và yêu cầu về độ chính xác. Cần cân nhắc các yếu tố như tốc độ xử lý, độ chính xác và khả năng thích ứng.

IV. Thiết Kế Mạch Điện Cho Cảm Biến TCS3200 và PIC16F877A 50 60 Ký tự

Thiết kế mạch điện là một yếu tố quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả. Mạch điện cần phải cung cấp nguồn điện ổn định cho cảm biến TCS3200 và vi điều khiển PIC16F877A, đồng thời đảm bảo giao tiếp chính xác giữa hai linh kiện này. Mạch điện cũng cần phải bảo vệ các linh kiện khỏi các tác động bên ngoài, chẳng hạn như quá áp, quá dòng và nhiễu điện từ. Việc sử dụng các linh kiện chất lượng cao và tuân thủ các quy tắc thiết kế mạch điện là rất quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của hệ thống. Mạch nguồn, mạch giao tiếp và mạch bảo vệ cần được thiết kế kỹ lưỡng để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của ứng dụng. Theo tài liệu gốc, "Thiết kế được mạch nguồn điều khiển hệ thống Thiết kế được mạch điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A và mạch hiển thị."

4.1. Cung Cấp Nguồn Điện Ổn Định Cho Hệ Thống

Nguồn điện ổn định là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác. Cảm biến TCS3200 và vi điều khiển PIC16F877A yêu cầu nguồn điện 5VDC ổn định. Mạch nguồn cần phải có khả năng cung cấp đủ dòng điện cho tất cả các linh kiện trong hệ thống, đồng thời bảo vệ các linh kiện khỏi quá áp và quá dòng. Sử dụng các IC ổn áp như 7805 và các tụ lọc là cần thiết để đảm bảo nguồn điện ổn định. Theo tài liệu gốc, khối nguồn biến đổi điện áp đầu vào là 220VAC thành 12VAC sau đó đưa vào mạch chỉnh lưu để có được điện áp 12VDC.

4.2. Giao Tiếp Giữa TCS3200 và PIC16F877A

Giao tiếp chính xác giữa cảm biến TCS3200 và vi điều khiển PIC16F877A là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động đúng. PIC16F877A nhận tín hiệu từ cảm biến qua chế độ counter của timer 1. Xuất tín hiệu điều khiển hai chân s2 và s3 để thay đổi bộ lọc màu của biến. Sau đó tính toán để có được 3 chỉ số R G B và quyết định màu sắc của vật và đếm số lượng, sau đó xuất tín hiệu để LCD hiển thị số lượng theo màu sắc. Theo tài liệu gốc, "Vi điều khiển sẽ lấy về tần số, đã được gán vào các biến trả về từ chương trình con lọc màu, tần số sẽ thay đổi ứng với những màu sắc khác nhau tùy thuộc vào cường độ màu sắc."

V. Ứng Dụng Thực Tế và Hướng Phát Triển Đồ Án TCS3200 50 60 Ký tự

Hệ thống phân loại màu sử dụng TCS3200 và PIC16F877A có nhiều ứng dụng thực tế trong các ngành công nghiệp khác nhau. Trong ngành công nghiệp thực phẩm, hệ thống có thể được sử dụng để phân loại trái cây, rau quả và các sản phẩm thực phẩm khác dựa trên màu sắc. Trong ngành công nghiệp dệt may, hệ thống có thể được sử dụng để kiểm tra chất lượng màu sắc của vải và các sản phẩm dệt may khác. Trong ngành công nghiệp sản xuất, hệ thống có thể được sử dụng để phân loại các sản phẩm dựa trên màu sắc, chẳng hạn như các bộ phận nhựa, các sản phẩm kim loại và các sản phẩm điện tử. Theo tài liệu gốc, "Với đề tài này, có thể mở ra một số hướng phát triển mới cho hệ thống. Em có đưa ra một số hướng phát triển cho đề tài này như sau: - Giao tiếp với máy tính theo chuẩn RS 232."

5.1. Phân Loại Sản Phẩm Trong Ngành Công Nghiệp Thực Phẩm

Trong ngành công nghiệp thực phẩm, hệ thống có thể được sử dụng để phân loại trái cây, rau quả và các sản phẩm thực phẩm khác dựa trên màu sắc. Ví dụ, hệ thống có thể được sử dụng để phân loại cà chua dựa trên độ chín, để phân loại táo dựa trên giống hoặc để phân loại các loại đậu dựa trên màu sắc. Việc phân loại sản phẩm dựa trên màu sắc có thể giúp cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm lãng phí và tăng hiệu quả sản xuất. Các yếu tố như độ chín, giống và màu sắc có thể được kiểm soát tự động.

5.2. Kiểm Tra Chất Lượng Màu Sắc Vải Trong Dệt May

Trong ngành công nghiệp dệt may, hệ thống có thể được sử dụng để kiểm tra chất lượng màu sắc của vải và các sản phẩm dệt may khác. Hệ thống có thể được sử dụng để phát hiện các lỗi màu sắc, chẳng hạn như các vết bẩn, các vùng màu không đồng đều và các sự khác biệt màu sắc giữa các lô sản phẩm khác nhau. Việc kiểm tra chất lượng màu sắc có thể giúp đảm bảo rằng các sản phẩm dệt may đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng và yêu cầu của khách hàng. Độ đồng đều màu, độ bền màu và khả năng chống phai màu là những tiêu chí quan trọng cần kiểm tra.

VI. Kết Luận và Đánh Giá Đồ Án Phân Loại Màu PIC16F877A 50 60 Ký tự

Đồ án thiết kế hệ thống phân loại màu sử dụng TCS3200 và PIC16F877A là một dự án có tính thực tiễn cao và có nhiều tiềm năng phát triển. Hệ thống có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ phân loại sản phẩm trong ngành công nghiệp thực phẩm đến kiểm tra chất lượng màu sắc trong ngành công nghiệp dệt may. Tuy nhiên, cần phải tiếp tục nghiên cứu và phát triển để cải thiện độ chính xác và ổn định của hệ thống, đồng thời giảm chi phí sản xuất. Việc tích hợp thêm các tính năng thông minh, chẳng hạn như kết nối Internet và khả năng học máy, cũng có thể mở ra nhiều cơ hội mới cho hệ thống. Đồ án này là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ vào thực tiễn sản xuất, góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp tự động hóa. Theo tài liệu gốc, "Với việc nghiên cứu và chế tạo mô hình “bộ đếm và phân loại sản phẩm theo màu” với các tính năng thông minh và linh hoạt có ý nghĩa lớn trong thực tiễn."

6.1. Điểm Mạnh và Điểm Yếu Của Hệ Thống Hiện Tại

Hệ thống hiện tại có một số điểm mạnh, chẳng hạn như chi phí sản xuất thấp, tính linh hoạt cao và khả năng dễ dàng tích hợp vào các hệ thống hiện có. Tuy nhiên, hệ thống cũng có một số điểm yếu, chẳng hạn như độ chính xác hạn chế, độ nhạy với ánh sáng môi trường và khả năng xử lý các sản phẩm có màu sắc phức tạp còn hạn chế. Cần phải tiếp tục nghiên cứu để khắc phục những điểm yếu này và cải thiện hiệu suất của hệ thống. Theo tài liệu gốc, "Kết quả chưa đạt được Trong quá trình thiết kế và thi công việc nhận biết màu sắc còn hạn chế, số lượng màu nhận biết được chưa nhiều vì nhiễu màu xảy ra do cường độ ánh sáng mà cảm biến màu thu lại chưa ổn định."

6.2. Hướng Phát Triển Tương Lai và Tiềm Năng Ứng Dụng

Trong tương lai, hệ thống có thể được phát triển theo nhiều hướng khác nhau. Một hướng phát triển là tích hợp thêm các tính năng thông minh, chẳng hạn như kết nối Internet và khả năng học máy. Kết nối Internet có thể cho phép hệ thống được điều khiển và giám sát từ xa, trong khi khả năng học máy có thể giúp hệ thống tự động cải thiện độ chính xác theo thời gian. Một hướng phát triển khác là mở rộng khả năng của hệ thống để xử lý các sản phẩm có màu sắc phức tạp hơn. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các cảm biến màu tiên tiến hơn, các thuật toán phân loại màu phức tạp hơn và các kỹ thuật xử lý ảnh nâng cao. Theo tài liệu gốc, "Đối với sản xuất thông minh có thể áp dụng công nghệ camera giám sát và phân tích màu trong các nhà máy sản xuất sơn, gạch men, các công ty dược phẩm…"

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Trong chương này giới thiệu về đề tài Tổng quan về đề tài Mục tiêu của đề tài Cấu trúc của quyển CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trình bày về bộ điều khiển, các thiết bị và các phần mềm sử dụng Bộ điều khiển PLC S7-1200 Giới thiệu phần mềm TIA Portal Giới thiệu phần mềm thiết kế giao diện WINCC CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ Trình bày về sơ đồ lắp đặt, sơ đồ đấu dây và tính chọn thiết bị Các thiết bị trong hệ thống Sơ đồ khối hệ thống Sơ đồ lắp đặt thiết bị Sơ đồ đấu dây động lực và điều khiển Tính chọn các thiết bị CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Chương này gồm các phần sau: Quy trình hoạt động Giản đồ Grafcet Chương trình điều khiển CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT VÀ KẾT NỐI GIAO DIỆN VỚI PLC Thiết kế giao diện Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương này trình bày một số kết luận sau khi thực hiện đề tài này và đưa ra hướng phát triển cho đề tài. Chương 2 Lý Thuyết Cơ Bản 2.1 Tổng quan về vi điều khiển PIC16F877A 2.1 Giới thiệu Đây là họ vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx do hãng Microchip sản xuất với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kỳ xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20Mhz với một chu kì lệnh là 200ns.

Bộ nhớ chương trình 8k x 14bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte ram và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O. Vi điều khiển này có các bộ timer, có các chuẩn giao tiếp như: giao tiếp nối tiếp SSP, SPI, I2C, chuẩn giao tiếp nối tiếp UART…, có bộ ADC 10 bit, xuất xung PWM… Hình Lý Thuyết Cơ Bản-1: Sơ đồ chân 2.2 Chức năng các port Port A: gồm 6 chân I/O. Đây là các chân 2 chiều, vừa có thể xuất vừa có thể nhập.

Chức năng I/O này được điều khiển bởi thanh ghi TRISA(địa chỉ 85h). Port A còn là ngõ ra bộ ADC, bộ so sánh, ngõ vào xung clock của timer0. Port B: gồm 8 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB(địa chỉ 86h).

Bên cạnh đó 2 chân của port B còn được dùng cho quá trình nạp chương trình. Port B còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ timer0. Port C: gồm 8 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISC(địa chỉ 87h).

Port C còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộ timer1, bộ PWM, đếm sự kiện của timer1 và các chuẩn giao tiếp. Port D: gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển xuất nhập là TRISD(địa chỉ 88h). Port D còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP. Port E: gồm 3 chân I/O.

Thanh ghi điều khiển xuất nhập là TRISE(địa chỉ 89h). Các chân port E là ngõ vào analog, ngoài ra còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP.2 Module cảm biến màu sắc TCS3200 Hình Lý Thuyết Cơ Bản-2: module cảm biến màu sắc TCS3200 Cảm biến màu TCS3200 là một loại cảm biến màu RGB cấu tạo bao gồm các photodiode silicon kết hợp với các tấm lọc Red, Green, Blue đồng thời chuyển đổi cường độ của các ánh sáng này sang tần số tương ứng (tần số xung ra tỉ lệ thuận với cường độ của ánh sáng ) tất cả được tích hợp trên một chip đơn. Hình Lý Thuyết Cơ Bản-3: Sơ đồ khối chức năng Khối đầu tiên là mảng ma trận 8x8 gồm các photodiode.Bao gồm 16 photodiode có thể lọc màu sắc xanh dương (Blue),16 photodiode có thể lọc màu đỏ (Red),16 photodiode có thể lọc màu xanh lá(Green) và 16 photodiode trắng không lọc (Clear).Tất cả photodiode cùng màu được kết nối song song với nhau ,và được đặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu. Bản chất của 4 loại photodiode trên như là các bộ lọc ánh sáng có mầu sắc khác nhau .Có nghĩa nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng có cùng màu với loại photodiode tương ứng và không tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác.

Hình Lý Thuyết Cơ Bản-4: Sơ đồ khối chức năng của cảm biến TCS230 Việc lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào S2,S3 : Hình Lý Thuyết Cơ Bản-5: Lựa chọn photodiode Khối thứ 2 là bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số : Hình Lý Thuyết Cơ Bản-6: Lựa chọn bộ chuyển đổi tần số Tần số đầu ra của linh kiện điện tử TCS3200 trong khoảng 2HZ~500KHZ. Tần số đầu ra có dạng xung vuông với tần số khác nhau khi mà màu sắc khác nhau và cường độ sáng là khác nhau. Ta có thể lựa chọn tỉ lệ tần số đầu ra ở các mức khác nhau như bảng trên cho phù hợp với phần cứng đo tần số. Ví dụ : Tần số khi S0 = H,S1=H - Fout = 500Khz thì: S0=H,S1=L -Fout=100Khz S0=L,S1=H -Fout=10Khz S0=L,S1=L -Fout=0 Nguyên lý hoạt động của TCS 3200: - Ánh sáng trắng là hỗn hợp rất nhiều ánh sáng có bước sóng màu sắc khác nhau.

- Khi ta chiếu ánh sáng trắng vào một vật thể bất kì. Tại bề mặt vật thể sẽ xảy ra hiện tượng hấp thụ và phản xạ ánh sáng. Ví dụ : Một vật thể có màu sắc đỏ khi được chiếu ánh sáng trắng thì những ánh sáng không nằm trong dải bước sóng màu đỏ sẽ bị vật thể hấp thụ. Còn ánh sáng có bước sóng nằm trong dải màu đỏ sẽ bị phản xạ ngược trở lại .Và khiến mắt ta nhận biết vật thể đó là màu đỏ.

Màu sắc bất kì được tổng hợp từ 3 mầu cơ bản Blue, Green, Red Chức năng các chân: - Vcc: điện áp cấp 2,2-5,5 Vol. - GND: chân nối mass. - S0, S1: dùng để lựa chọn tỉ lệ tần số. - S2, S3: dùng để lựa chọn kiểu photodiode.

- Out: đầu ra tín hiệu tần số. - Led: cấp nguồn cho led.3 Sơ lược LCD 1602 Hình Lý Thuyết Cơ Bản-7: LCD 1602 Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng nhiều giao thức giao tiếp khác nhau và có giá thành rẻ. Bảng Lý Thuyết Cơ Bản-1: Chức năng các chân của LCD 1602 Chân Kí hiệu Mức logic I/O Chức năng 1 Vss - - Nguồn(GND) 2 Vcc - - Nguồn(+5v) 3 Vee - - Chỉnh tương phản 0: nhập lệnh 4 RS 0/1 I 1: nhập dữ liệu 0: ghi dữ liệu 5 R/W 0/1 I 1: đọc dữ liệu 6 E 1,1 -> 0 I Tín hiệu cho phép 7 DB0 0/1 I/O Bus dữ liệu 0 8 DB1 0/1 I/O Bus dữ liệu 1 9 DB2 0/1 I/O Bus dữ liệu 2 10 DB3 0/1 I/O Bus dữ liệu 3 11 DB4 0/1 I/O Bus dữ liệu 4 12 DB5 0/1 I/O Bus dữ liệu 5 13 DB6 0/1 I/O Bus dữ liệu 6 14 DB7 0/1 I/O Bus dữ liệu 7 15 Lamp- - - Đèn nền LCD 16 Lamp+ - - Đèn nền LCD 2.4 Một số linh kiện khác 2.1 IC ổn áp 7805 Hình Lý Thuyết Cơ Bản-8: IC7805 LM7805 hay 7805 là IC điều chỉnh điện áp dương đầu ra 5V. Nó là IC của dòng ổn áp dương LM78xx, được sản xuất trong gói TO-220 và các gói khác.

IC này được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị thương mại và giáo dục do giá rẻ, dễ sử dụng và không cần nhiều linh kiện bên ngoài. IC có nhiều tính năng tích hợp lý tưởng để sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử như dòng điện đầu ra 1.5A, chức năng bảo vệ quá tải, bảo vệ quá nhiệt, dòng điện tĩnh thấp… Thông số kĩ thuật: - Điện áp ngõ vào: 7-18VDC - Điện áp ngõ ra: 5VDC - Dòng điện ngõ ra: 1A - Nhiệt độ hoạt động: 0-125℃ - Công suất max: 5W 2.2 Opto quang cách ly Hình Lý Thuyết Cơ Bản-9: opto pc817 PC817 là một opto được sử dụng rất phổ biến, nó chứa một LED hồng ngoại và một transistor quang trong một gói. Opto hay còn được gọi là cách ly quang là những linh kiện dạng IC có từ 4 chân đến nhiều chân, chủ yếu được sử dụng để cách ly hai mạch với nhau. Hoạt động của nó rất đơn giản, khi một điện áp được đặt vào LED hồng ngoại được nối trên chân 1 và 2, LED sẽ được kích hoạt và ánh sáng được nhận bởi transistor quang bên trong làm cho nó ở trạng thái bão hòa từ đó nối chân 3 và 4 với nhau.

PC817 là một opto được sử dụng rộng rãi và hoạt động trong mạch điện tử chỉ với nhiệm vụ cách ly. Thông số kĩ thuật: - Loại transistor: NPN - Dòng cực góp tối đa (IC): 50mA - Điện áp cực góp - cực phát tối đa (VCEO): 80V - Điện áp bão hòa cực góp - cực phát: 0,1 đến 0,2 - Công suất tiêu tán cực góp tối đa (Pc): 200 mW 2.3 Relay Relay (rờle) là 1 công tắc đóng cắt thiết bị dạng ON/OFF. Cặp tiếp điểm bên trong sẽ thay đổi trạng thái khi cuộn dây relay được cấp điện và trở về trạng thái ban đầu khi cuộn dây mất điện. Hình Lý Thuyết Cơ Bản-10: Relay 5VDC Relay có 2 tiếp điểm: - NC (Normally Closed): là chân thường đóng, nghĩa là khi rơle ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này.

- NO (Normally Open): chân thường mở, khi rơle ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này 2.5 Các phần mềm sử dụng 2.1 CCS C Compiler CCS là trình biên dịch lập trình ngơn ngữ C cho Vi điều khiển PIC của hãng Microchip. Giống như nhiều trình biên dich C khác cho PIC, CCS giúp cho người sử dụng nắm bắt nhanh được vi điều khiển PIC và sử dụng PIC trong các dự án. Điểm nổi bật của bộ công cụ này là trình biên dịch tối ưu code thông minh. Bộ thư viện hàm đa dạng, cho phép phát triển nhanh ứng dụng mà không cần hiểu nhiều về PIC.2 Altium designer Altium Designer trước kia có tên gọi quen thuộc là Protel DXP, là một trong những công cụ vẽ mạch điện tử mạnh nhất hiện nay.

Được phát triển bởi hãng Altium Limited. Altium designer là một phần mềm chuyên nghành được sử dụng trong thiết kế mạch điện tử. Altium Designer có một số đặc trưng sau: - Giao diện thiết kế, quản lý và chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản lý file, quản lý phiên bản cho các tài liệu thiết kế. - Hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, đi dây tự động theo thuật toán tối ưu, phân tích lắp ráp linh kiện.