CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM I. Giới thiệu chung Trong kỷ nguyên công nghệ hiện nay, sự phát triển rất mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các mô hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm ra đời dựa vào công nghệ vi mạch và lập trình nhúng cho vi điều khiển. Vi điều khiển tích hợp nhỏ gọn giá thành thấp, tính linh động cao, tiết kiệm nguồn năng lượng.
Hiện nay, ở Việt Nam và thế giới có rất nhiều loại mô hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm đã được thiết kế thi công giúp con người giảm chi phí nhân công, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin. Mô hình đếm sản phẩm tự động, giúp bớt được nhiều sức lao động và thời gian, giúp tăng hiệu suất lao động, đồng thời đảm bảo độ chính xác. Ngày nay, các vi điều khiển đã có một bước phát triển mạnh với mật độ tích hợp cao, khả năng xử lý mạnh, tiêu thụ năng lượng ít và giá thành thấp. Khi được nạp phần mềm nhúng, các vi điều khiển này sẽ hoạt động độc lập theo ứng dụng cụ thể.
Xuất phát từ những bài học thực tập trên lớp và tham quan các doang nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu đơn giản trong dây truyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động. Tuy nhiên đối với nhưng doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn sử dụng nhân công. Từ những điều đã được thấy và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điều gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác.
Nên chúng em quyết định thiết kế mô hình mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế. Từ những ý tưởng thiết kế trên, nhóm chúng em chọn đề tài nghiên cứu “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI” với mong muốn đề tài có thể sự dụng tốt trong cuộc sống thực tế. Chính vì thế ý tưởng tìm hiểu và nghiên cứu mô hình đếm sản phẩm ra đời nhằm để: Ứng dụng thực tiễn được những kiến thức đã học ở trường. Tìm hiểu cách thức hoạt động của các module trong mô hình đếm sản phẩm.
Nghiên cứu phát triển đưa vào thực tế. 6 Downloaded by TOM TIT (tomboy1@gmail.com) lOMoARcPSD|39605280 Phát triển thêm những kiến thức còn hạn hẹp của bản thân. Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: – Tìm hiểu tổng quan về lý thuyết của đề tài. – Đọc hiểu một số tài liệu liên quan đến đề tài.
– Thảo luận nhóm để thống nhất ý kiến. – Thiết kế mô hình phần cứng. – Thiết kế phần mềm. – Thực nghiệm và kiểm chứng đối tượng.
– Báo cáo và nghiệm thu đề tài Phạm vi nghiên cứu: Đếm số lượng sản phẩm, phân tích màu và hiển thị số sản phẩm, loại màu sắc trên LCD 16x2. Đối tượng nghiên cứu: Mô hình mạch đếm sản phẩm gồm module nguồn, module cảm biến hồng ngoại, module hiển thị LCD 16x2, module cảm biến màu sắc, module xử lý vi điều khiển. Các yêu cầu cơ bản – Hệ thống phù hợp với nhu cầu của người tiêu dùng, của các doanh nghiệp. – Giá thành của hệ thống phù hợp và kết cấu nhỏ gọn.
– Sử dụng cảm biến hồng ngoại kết hợp với mạch Ardunio. – Sai số trung bình khoảng 0,15% đối với phân tích màu sản phẩm. – Hiển thị trên thanh LCD 16x2. Ý nghĩa thực tiễn Việc đếm số lượng sản phẩm của hệ thống có vai trò rất quan trọng và rất lớn trong thực tế khi áp dụng vào trong quy trình tự động hóa khi có thể kiểm, đếm số lượng sản phẩm.
Hiểu và biết sử dụng cảm biến hồng ngoại để đếm số lượng sản phẩm và phân loại màu sắc, biết thiết kế mạch điện tử và lập trình vi điều khiển, đưa ra tín hiệu điều khiển cho motor đẩy sản phẩm qua dây truyển khác khi đủ số lượng yêu cầu. 7 Downloaded by TOM TIT (tomboy1@gmail.com) lOMoARcPSD|39605280 Đề tài có ứng dụng rất thực tiễn trong công nghiệp ở các dây truyền tự động hóa trong sản xuất như dây truyền sản xuất bánh kẹo, đồ hộp,… HÌnh 1: Sử dụng cảm biến hồng ngoại để đếm sản phẩm. 8 Downloaded by TOM TIT (tomboy1@gmail.com) lOMoARcPSD|39605280 CHƯƠNG II. XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG II.
Thiết kế sơ đồ khối hệ thống II.Tổng quan hệ thống Hệ thống bao gồm các cụm chi tiết: – Điều khiển và xử lý tín hiệu + Cảm biến hồng ngoại + Nút bấm reset + Vi điều khiển + Cảm biến màu sắc – Chấp hành + Còi + Màn hình LCD 16x2 giao tiếp I2C II.Nguyên lý làm việc Sản phẩm di chuyển qua cảm biến quang và cảm biến đếm để thực hiện đếm sản phẩm và phân tích màu sắc. Cảm biến sẽ nhận tín hiệu và gửi tín hiệu điện về vi điều khiển. Sau đó xử lí và truyền tín hiệu hiển thị số sản phẩm, thông tin màu lên LCD 16x2. Có chức năng Reset khi hệ thống gặp sự cố.
Khi có tính hiệu từ nút reset vi xử lý sẽ reset chương trình của vi điều khiển về trạng thái ban đầu.Sơ đồ khối hệ thống Khốối hiển thị LCD Khốối reset Khốối nguốền Khốối vi điềều khiển 9 ảm2:biềố KhốốDownloaded i cHÌnh bynTOM TIT (tomboy1@gmail.com) Khốối còi báo Sơ đồ khối hệ thống lOMoARcPSD|39605280 Nguồn: Tín hiệu: Khối nguồn: cấp nguồn điện cho hệ thống hoạt động. Khối vi điều khiển: thu tín hiệu từ khối cảm biến và tín hiệu từ khối nút bấm reset. tiến hành xử lý tín hiệu thu được và xuất tín hiệu điều khiển cho khỏi hiển thị LCD 16x2 và khối động cơ. Khối cảm biến : xuất tín hiệu dạng điện cấp cho vi điều khiển khi có sản phẩm đi qua.
Khối hiển thị LCD 16x2: nhận tín hiệu điện từ khối vi điều khiển, hiển thị số lượng sản phẩm lên màn hình LCD 16x2. Khối còi báo: nhận tín hiệu từ khối vi điều khiển khi đếm đủ số lượng sản phẩm, còi sẽ tự động kêu. Khối reset: để reset lại hệ thống. Phân tích và lựa chọn cảm biến II.Cảm biến đếm Yêu cầu bài ra là xây dựng hệ thống đếm sản phẩm sử dụng cảm biến: Có một số loại cảm biến đếm sản phẩm sau: – Cảm biến quang – Cảm biến hồng ngoại – Cảm biến tiệm cận.
1) Cảm biến quang Hình 3: Cảm biến quang 10 Downloaded by TOM TIT (tomboy1@gmail.com) lOMoARcPSD|39605280 Cấu tạo: Cảm biến quang được cấu thành từ 3 bộ phận là bộ phát ánh sáng, bộ thu ánh sáng và bo mạch xử lý tín hiệu điện. Nguyên lý hoạt động: Bộ phận phát sáng sẽ phát ánh sáng dưới dạng tần số, từ đó bộ phận thu sáng sẽ tiếp nhận ánh sáng đó và phân loại chuyển đến bộ phận xử lý tín hiệu điện. Ở đây tín hiệu sẽ được chuyển đổi theo tỉ lệ tranzito thành hai chế độ ON/OFF. Và tín hiệu được dùng nhất là NPN, PNP.
Ưu điểm: + Có độ nhạy cao hơn. + Có thể gửi và nhận tín hiệu quang trên khoảng cách xa. + Tránh phải chuyển đổi giữa điện tử và quang tử riêng biệt tại mỗi vị trí cảm biến, do đó giảm chi phí và tăng tính linh hoạt. Nhược điểm: Một khó khăn của tất cả các cảm biến; cả quang học và thông thường, là nhiễu từ nhiều hiệu ứng.
Ứng dụng: Các hoạt động sản xuất trong công nghiệp: quá trình đóng hộp, chai cho các sản phẩm; kiểm tra các sản phẩm thiếu tem, nhãn; di chuyển các sản phẩm trong dây chuyền băng tải; kiểm tra sản phẩm trong quá trình rửa,… Đảm bảo an ninh và an toàn cho các hệ thống: hệ thống nhà xe, phát hiện xe trong bãi giữ, kiểm soát người và vật thể qua lại đối với các cổng an ninh,… Hệ thống nước tự động khi xuất hiện vật thể,… 2) Cảm biến tiệm cận 11 Downloaded by TOM TIT (tomboy1@gmail.com) lOMoARcPSD|39605280 Hình 4: Cảm biến tiệm cận Cấu tạo: Cảm biến tiệm cận bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi từ ở đầu cảm ứng và khi sóng cao tần đi qua lõi dây, một trường điện từ dao động quanh nó sẽ được tạo ra. Trường điện từ này được kiểm soát bởi một mạch bên trong. Nguyên lý: Cảm biến tiệm cận hoạt động theo nguyên lý trường điện từ phát ra xung quanh cảm biến với khoảng cách tối đa 30mm và gặp vật thể thì nó sẽ phát tín hiệu truyền về bộ xử lý. Ưu điểm: Phát hiện vật thể không cần tiếp xúc, không tác động lên vật, khoảng cách xa nhất tới 30mm.Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.
Nhược điểm: Bị giới hạn khoảng cách phát hiện nhỏ nhất.Nhiệt độ bề mặt của đối tượng của ảnh hưởng đến phạm vi hoạt động của cảm biến. Ứng dụng: Cảm biến tiệm cận ứng dụng phổ biến trong công nghiệp nhà máy như gắn trên các dây truyền sản xuất, gắn trên các điện thoại cảm ứng, các loại xe ô tô,… Một số ứng dụng dễ thấy như: – Kiểm soát chất lỏng trong bể chứa – Kiển soát chất lỏng trong hộp giấy – Kiểm soát kim loại – Kiểm soát số lượng 3) Cảm biến hồng ngoại 12 Downloaded by TOM TIT (tomboy1@gmail.com) lOMoARcPSD|39605280 Hình 5: Cảm biến hồng ngoại Cấu tạo: – Đèn led hồng ngoại: Đây là thiết bị được phát ra từ nguồn sáng hồng ngoại – Máy dò hồng ngoại: Là thiết bị nhận tín hiệu và phát hiện ra bức xạ hồng ngoại phản xạ trở lại – Điện trở: Là thiết bị có tác dụng đi cường độ dòng điện quá lớn chạy quá đèn led làm cho hệ thống chập cháy – Dây điện: Tác dụng chính là kết nối các chi tiết để tạo nên cảm biến hoạt động ổn định Nguyên lý hoạt động: Về nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại thì không quá là phức tạp được hiểu đơn giản như sau: Vật thể nào cũng có thể phát ra được bức xạ hồng ngoại chỉ là nhiều hay ít. Hình 6: Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại 13 Downloaded by TOM TIT (tomboy1@gmail.com) lOMoARcPSD|39605280 Ưu điểm: – Cảm biến hồng ngoại có độ nhạy cao trong xác định vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại trong không gian. – Thiết kế cảm biến cho phép xác định khoảng cách chính xác của vật thể phát bức xạ hồng ngoại.
– Thiết kế và cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ. Nhược điểm – Cảm biến hồng ngoại phụ thuộc nhiều vào điều kiện nhiệt độ môi trường. Với những môi trường có nhiệt độ cao, cảm biến sẽ hoạt động kém hiệu quả.