Đồ án thiết kế và thi công băng chuyền kiểm tra sản phẩm dùng Arduino - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Đồ án nghiên cứu hcmute thiết kế và thi công băng chuyền kiểm tra sản phẩm dùng arduino, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Dương Ngọc Tiến
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Trường Duy
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông
• Đề tài: Thiết kế và thi công băng chuyền kiểm tra sản phẩm dùng Arduino
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. HỆ THỐNG BĂNG CHUYỀN TRONG CÔNG NGHIỆP
• 2.2. CẤU TẠO CHÍNH CỦA HỆ THỐNG BĂNG CHUYỀN
• 2.3. CÁC LOẠI BĂNG TẢI PHỔ BIẾN
• 2.4. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
• 2.4.1. Chuẩn giao tiếp 1 dây

Tóm tắt

I. Thiết kế Băng Chuyền Khái Quát Hệ Thống

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công băng chuyền kiểm tra sản phẩm dùng Arduino tại HCMUTE tập trung vào việc xây dựng một hệ thống tự động hóa kiểm tra chất lượng sản phẩm. Hệ thống sử dụng Arduino làm trung tâm điều khiển, tích hợp các cảm biến khác nhau để đánh giá chất lượng chai nước. Thiết kế băng chuyền đảm bảo vận chuyển sản phẩm đến các điểm kiểm tra. Thiết kế hệ thống tự động này nhắm mục tiêu cải thiện hiệu quả sản xuất và chất lượng kiểm soát. Mô hình bao gồm băng chuyền tự động, các cảm biến đo lường, vi điều khiển Arduino, và hệ thống hiển thị kết quả. Thiết kế cơ khí của băng chuyền được tối ưu cho việc vận chuyển chai nước một cách ổn định và liên tục. Việc lựa chọn giải pháp tự động hóa phù hợp là chìa khóa để đạt được độ chính xác và hiệu quả cao. Ứng dụng Arduino trong công nghiệp được chứng minh qua khả năng lập trình linh hoạt và khả năng tích hợp với nhiều loại cảm biến. Dự án Arduino này thể hiện sự ứng dụng thực tiễn của kiến thức kỹ thuật điện tử. Trường Đại học Công nghệ TP.HCM (HCMUTE) đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp môi trường nghiên cứu và thực hành cho sinh viên.

1.1 Mô hình Băng Chuyền và Nguyên Lý Hoạt Động

Băng chuyền tự động được thiết kế với kích thước phù hợp để vận chuyển chai nước. Hệ thống sử dụng động cơ DC giảm tốc để điều khiển băng chuyền. Cảm biến tiệm cận được đặt ở vị trí chiến lược để phát hiện chai nước tiếp cận. Khi chai nước được phát hiện, hệ thống kích hoạt các cảm biến khác. Cảm biến Loadcell đo khối lượng chai nước, từ đó xác định lượng nước bên trong. Cảm biến màu TCS3200 xác định màu nắp chai. Kết quả đo đạc được xử lý bởi vi điều khiển Arduino. Lập trình Arduino được thực hiện để phân tích dữ liệu và đưa ra kết luận về chất lượng sản phẩm. Phần mềm Arduino và thư viện Arduino hỗ trợ quá trình lập trình và tích hợp các thiết bị. Kiểm tra chất lượng sản phẩm tự động được thực hiện một cách chính xác và nhanh chóng. Hệ thống băng chuyền hoạt động liên tục và ổn định, đảm bảo quá trình kiểm tra được thực hiện hiệu quả. Kiểm tra sản phẩm bằng Arduino cho thấy sự phát triển của công nghệ tự động hóa trong kiểm tra chất lượng. Quản lý chất lượng được nâng cao nhờ hệ thống này.

1.2 Tích Hợp Cảm Biến và Vi Điều Khiển

Vi điều khiển Arduino Mega 2560 đóng vai trò trung tâm điều khiển. Cảm biến Loadcell đo khối lượng chai nước, xác định thể tích. Cảm biến màu xác định màu nắp chai, đảm bảo đóng nắp đúng quy cách. Cảm biến tiệm cận phát hiện sự hiện diện của chai nước. Xử lý ảnh không được sử dụng trong hệ thống này. Lập trình Arduino được sử dụng để đọc dữ liệu từ các cảm biến, xử lý, và điều khiển các động cơ. Mạch cầu H L298 được sử dụng để điều khiển động cơ bước, đảm bảo chai lỗi bị loại bỏ. Phân tích hình ảnh không nằm trong phạm vi của đồ án này. Hệ thống điều khiển hoạt động chính xác và tin cậy nhờ vào việc lựa chọn các linh kiện phù hợp. Ứng dụng vi điều khiển trong hệ thống kiểm tra chất lượng sản phẩm được chứng minh hiệu quả. Kiểm soát chất lượng sản phẩm được thực hiện tự động và chính xác. Tích hợp hệ thống các phần cứng và phần mềm được thực hiện một cách hiệu quả.

II. Thực Hiện và Kết Quả

Phần thi công bao gồm việc lắp ráp băng chuyền kiểm tra. Thiết kế và chế tạo hệ thống được thực hiện dựa trên các bản vẽ kỹ thuật. Mô hình băng chuyền hoàn chỉnh được xây dựng, tích hợp các cảm biến và vi điều khiển. Kiểm tra sản phẩm tự động được thực hiện thành công, đạt độ chính xác cao. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả. Báo cáo tốt nghiệp trình bày chi tiết quá trình thực hiện và kết quả đạt được. Giải pháp tự động hóa này mang lại hiệu quả kinh tế cao. Cải tiến quy trình sản xuất là mục tiêu chính của đồ án này. Đánh giá kết quả cho thấy sự thành công của hệ thống tự động hóa. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống này trong các nhà máy sản xuất là rất lớn. Quá trình lập trình Arduino được mô tả chi tiết trong báo cáo. Thuyết minh dự án Arduino này nhấn mạnh tính ứng dụng thực tiễn của nó.

2.1 Quá Trình Lập Trình và Kiểm Tra

Lập trình Arduino được thực hiện để điều khiển toàn bộ hệ thống. Phần mềm Arduino IDE được sử dụng để viết code. Thư viện Arduino hỗ trợ việc tích hợp các cảm biến. Lưu đồ thuật toán được thiết kế để minh họa quá trình hoạt động của hệ thống. Code Arduino được tối ưu để đảm bảo hiệu suất cao. Kiểm tra và hiệu chỉnh hệ thống được thực hiện để đảm bảo hoạt động chính xác. Vận hành thử nghiệm cho thấy hệ thống đáp ứng yêu cầu đề ra. Giải pháp phần mềm được lựa chọn phù hợp với khả năng của vi điều khiển Arduino. Kiểm tra và hiệu chuẩn các cảm biến được thực hiện cẩn thận. Phát hiện lỗi và khắc phục được thực hiện trong quá trình kiểm tra. Tối ưu hóa code nhằm mục đích giảm thiểu thời gian xử lý. Quá trình lập trình được ghi chép đầy đủ trong báo cáo.

2.2 Phân Tích Kết Quả và Đánh Giá

Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và chính xác. Kiểm tra chất lượng sản phẩm được thực hiện hiệu quả. Đánh giá hệ thống dựa trên các chỉ số về độ chính xác, tốc độ, và độ tin cậy. Hiệu quả kinh tế của hệ thống được phân tích. Cải tiến quy trình sản xuất nhờ hệ thống tự động hóa. Báo cáo tốt nghiệp kết luận về sự thành công của đồ án. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống được đề xuất. Hướng phát triển của hệ thống trong tương lai được đề cập. Kiểm soát chất lượng được cải thiện đáng kể. Tự động hóa sản xuất giúp nâng cao năng suất. Phân tích dữ liệu từ các cảm biến cho thấy hệ thống hoạt động như mong muốn. Đánh giá toàn diện về thiết kế, thi công, và hiệu quả của hệ thống.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, các doanh nghiệp sản xuất đối mặt với áp lực cạnh tranh gay gắt, đòi hỏi phải nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời tối ưu hóa chi phí vận hành. Để giải quyết bài toán này, các hệ thống tự động hóa bao gồm băng chuyền, hệ thống cảm biến và các cơ cấu chấp hành động lực ngày càng được ứng dụng sâu rộng trong các dây chuyền sản xuất nhằm thay thế thao tác thủ công, giải phóng sức lao động và gia tăng năng suất. Trong các dây chuyền đóng chai công nghiệp, công đoạn kiểm tra mức chất lỏng và kiểm soát quy cách đóng nắp là mắt xích bắt buộc để đảm bảo tính đồng đều trước khi phân phối ra thị trường.

Từ yêu cầu thực tiễn đó, đề tài "Thiết kế và thi công băng chuyền kiểm tra sản phẩm dùng Arduino" được thực hiện bởi nhóm sinh viên Dương Ngọc Tiến và Đinh Trần Thanh Huy, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Trường Duy tại Bộ môn Điện tử Công nghiệp – Y sinh, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (khóa 2013, hoàn thành tháng 01/2018).

Mục tiêu và các nội dung nghiên cứu được xác định cụ thể theo hồ sơ giao nhiệm vụ:

• Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mô hình băng chuyền tự động có khả năng kiểm tra hai tiêu chí của sản phẩm chai nước lọc đóng chai (dung tích 330ml, vỏ nhựa trong suốt, nắp màu xanh dương): nhận biết lượng nước bên trong có đạt thể tích chuẩn hay không (thông qua khối lượng) và nhận diện nắp chai đã được đóng đúng quy cách hay chưa. Hệ thống tự động loại bỏ các chai không đạt chuẩn ra khỏi băng tải và hiển thị thống kê số lượng chai lỗi, chai đạt lên màn hình LCD.
• Nhiệm vụ nghiên cứu (5 nội dung thực hiện):
  1. Nội dung 1: Tìm hiểu, lựa chọn các giải pháp kỹ thuật và linh kiện điện tử phù hợp với yêu cầu đề tài.
  2. Nội dung 2: Thiết kế và gia công cơ khí mô hình băng chuyền.
  3. Nội dung 3: Tính toán, thiết kế mạch nguyên lý cho các khối chức năng trong hệ thống.
  4. Nội dung 4: Vận hành thử nghiệm mô hình, phát hiện và hiệu chỉnh lỗi phần cứng cũng như chương trình điều khiển.
  5. Nội dung 5: Đánh giá kết quả thực nghiệm và đối chiếu với các mục tiêu ban đầu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Dây chuyền băng tải phân loại tự động và sản phẩm kiểm tra chuẩn là chai nước khoáng thể tích 330ml, vỏ nhựa trong suốt, chứa nước lọc, nắp nhựa màu xanh dương.
• Phạm vi không gian: Mô hình thực nghiệm có kích thước vật lý chiều dài 1m, chiều rộng 10cm, chiều cao 20cm, thực hiện tại phòng thí nghiệm Bộ môn Điện tử Công nghiệp – Y sinh.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai từ ngày 01/10/2017 đến ngày 10/01/2018.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận kết hợp giữa nền tảng lý thuyết truyền động cơ điện tử, nguyên lý chuyển đổi tín hiệu cảm biến và phương pháp thiết kế hệ thống nhúng điều khiển phân tán.

Cơ sở lý thuyết chuyên ngành

• Lý thuyết hệ thống băng tải công nghiệp: Tổng quan về các cấu trúc khung đỡ (nhôm định hình, thép sơn tĩnh điện, inox), dây băng tải (PVC, PU), động cơ truyền động giảm tốc, cơ cấu rulo kéo và con lăn đỡ. Phân loại các dạng băng chuyền đặc thù như băng tải xích, băng tải con lăn, băng tải cao su, băng tải xoắn ốc, băng tải đứng, băng tải rung và băng tải linh hoạt.
• Nguyên lý đo lực biến dạng đàn hồi (Strain Gauge & Cầu Wheatstone): Ứng dụng cảm biến tải trọng (Loadcell) dựa trên nguyên lý mạch cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Khi có lực tác dụng, thanh kim loại chịu uốn làm biến dạng các điện trở dán trên bề mặt, tạo ra điện áp vi sai tỷ lệ từ 1 đến 3 mV/V. Tín hiệu này được khuếch đại và số hóa qua mạch biến đổi chuyên dụng HX711 sử dụng bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) độ phân giải 24-bit với giao thức truyền thông đồng bộ 2 dây (chân DT và SCK).
• Nguyên lý nhận biết màu sắc quang học: Ánh sáng phản xạ từ nắp chai được phân tích bằng mô hình 3 màu cơ bản (Red, Green, Blue). Cảm biến quang TCS3200 tích hợp ma trận 8x8 photodiode gồm 4 nhóm bộ lọc quang học: 16 photodiode lọc màu đỏ, 16 photodiode lọc màu xanh dương, 16 photodiode lọc màu xanh lá và 16 photodiode không lọc (clear). Dòng điện quang chuyển đổi thành sóng vuông có tần số tỷ lệ thuận với cường độ bức xạ phản xạ, cho phép vi điều khiển định lượng màu thông qua phép đo tần số xung.
• Nguyên lý cảm biến tiệm cận quang học hồng ngoại: Cảm biến E18-D80NK sử dụng bộ phát và thu tia hồng ngoại điều chế tần số nhằm triệt tiêu nhiễu quang học từ môi trường, xuất tín hiệu logic dạng NPN cực thu hở (open-collector).
• Nguyên lý điều khiển động cơ bước và mạch cầu H: Động cơ bước 2 pha 6 dây hoạt động theo nguyên lý cấp xung tuần tự vào các cuộn dây pha của stato để quay roto các góc bước rời rạc 1,8 độ. Mạch công suất cầu H L298N đảm nhiệm đảo chiều dòng điện và đóng cắt công suất điều khiển vị trí cơ cấu gạt.
• Chuẩn giao tiếp 1 dây (1-Wire): Nghiên cứu cơ chế truyền thông bán song công trên một đường dây bus đơn do Dallas phát triển, bao gồm giản đồ thời gian của các trạng thái Reset/Presence, Write 0, Write 1 và Read bit theo các khe thời gian chuẩn 60µs.

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Khảo sát tài liệu kỹ thuật, sơ đồ chân và giản đồ thời gian hoạt động của các IC chuyên dụng (ATmega2560, HX711, TCS3200, L298N, HD44780).
• Phương pháp thiết kế mô đun hóa: Chia tách hệ thống thành các khối độc lập (khối xử lý trung tâm, khối cảm biến trọng lượng, khối cảm biến màu sắc, khối phát hiện vị trí, khối cơ cấu chấp hành và khối hiển thị), sau đó tích hợp đồng bộ.
• Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Thu thập dữ liệu đo lường trực tiếp, kiểm thử độ ổn định tín hiệu theo thời gian và đánh giá sai số cảm biến dưới các điều kiện vận hành thực tế.

---

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc điều khiển tập trung sử dụng bo mạch Arduino Mega 2560 làm bộ xử lý trung tâm. Băng chuyền vận chuyển sản phẩm qua lần lượt các trạm kiểm định được bố trí cơ cấu cảm biến và cơ cấu loại bỏ.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                              BẢNG THÔNG SỐ CÁC KHỐI LINH KIỆN                     |
+----------------------+--------------------+---------------------------------------+
| Tên khối / Linh kiện | Mã / Thông số kỹ thuật | Đặc tính hoạt động chức năng          |
+----------------------+--------------------+---------------------------------------+
| Khối điều khiển      | Arduino Mega 2560  | Chip ATmega2560, 54 chân I/O, 16 chân |
|                      | (Thạch anh 16 MHz) | ADC, 256 KB Flash ROM, 8 KB SRAM      |
+----------------------+--------------------+---------------------------------------+
| Cảm biến khối lượng  | Loadcell YZC-133   | Tải trọng 1 kg, độ nhạy 1.15 mV/V,    |
|                      | kết hợp IC HX711   | ADC 24-bit, giao tiếp 2 dây (SCK, DT) |
+----------------------+--------------------+---------------------------------------+
| Cảm biến màu sắc     | TCS3200            | Ma trận 8x8 photodiode, Fout 2Hz-500kHz|
|                      |                    | Chân chọn S0, S1 (tần số); S2, S3 (màu)|
+----------------------+--------------------+---------------------------------------+
| Cảm biến phát hiện   | E18-D80NK (2 bộ)   | Khoảng cách 3-80 cm, ngõ ra NPN       |
|                      |                    | Dòng kích <300 mA, có biến trở chỉnh  |
+----------------------+--------------------+---------------------------------------+
| Động cơ kéo băng tải | DC GA25 200 rpm    | Điện áp 3-12 VDC, tỷ số truyền 1/45,  |
|                      |                    | tốc độ qua hộp số: 130 rpm (ở 12V)    |
+----------------------+--------------------+---------------------------------------+
| Động cơ gạt sản phẩm | Động cơ bước 2 pha | Kích thước 42x42x50 mm, 6 đầu dây,    |
| (3 động cơ)          | góc bước 1,8 độ    | Điện áp 12 VDC, điều khiển qua L298N  |
+----------------------+--------------------+---------------------------------------+
| Mạch điều khiển công | Driver cầu H L298N | 2 cầu H độc lập, dòng đỉnh 2A/cầu,   |
| suất gạt             |                    | công suất tiêu tán 20W (ở 75°C)       |
+----------------------+--------------------+---------------------------------------+
| Khối hiển thị        | LCD 16x2 (HD44780) | Giao tiếp chế độ 4-bit, hiển thị số   |
|                      |                    | lượng sản phẩm lỗi và sản phẩm đạt    |
+----------------------+--------------------+---------------------------------------+

Kiến trúc điều khiển và lưu đồ vận hành

1. Trạm kiểm tra thể tích nước (Khối lượng): Chai nước được đưa vào bàn cân cố định gắn cảm biến Loadcell YZC-133 kết nối module HX711. Sau khi giá trị khối lượng ổn định, Arduino đọc dữ liệu 24-bit thông qua chuỗi 25-27 xung clock tại chân SCK. Nếu khối lượng nằm ngoài dải quy định (ít hơn hoặc nhiều hơn thể tích chuẩn 330ml), hệ thống ghi nhận trạng thái lỗi thể tích. Động cơ bước thứ nhất thực hiện chuyển chai từ bàn cân lên mặt băng tải chuyển động.
2. Trạm kiểm tra nắp chai: Động cơ DC giảm tốc GA25 vận hành băng tải kéo chai di chuyển. Khi chai đến vị trí kiểm tra nắp, cảm biến quang hồng ngoại E18-D80NK thứ nhất phát hiện chai và kích hoạt cảm biến màu TCS3200. Vi điều khiển cấu hình chân S2=L, S3=H để chọn bộ lọc màu xanh dương, đồng thời chọn tỷ lệ tần số đầu ra thích hợp qua S0, S1. Tần số xung phản hồi tại chân OUT được đo đạc; nếu không phát hiện đúng ngưỡng tần số đại diện cho nắp màu xanh dương, hệ thống xác nhận chai bị lỗi nắp (chưa đóng nắp hoặc sai màu nắp).
3. Cơ cấu phân loại và gạt sản phẩm:
   • Nếu chai bị lỗi thể tích, khi trôi đến vị trí gạt thứ nhất (được xác định bằng cảm biến tiệm cận), động cơ bước thứ hai kích hoạt qua mạch cầu H L298N, gạt chai hỏng ra khỏi băng tải.
   • Nếu chai đạt khối lượng nhưng bị lỗi nắp chai, động cơ bước thứ ba tại vị trí tiếp theo sẽ gạt chai ra khay phế phẩm nắp.
   • Nếu sản phẩm thỏa mãn đồng thời cả hai điều kiện, chai tiếp tục di chuyển thẳng đến cuối hành trình băng chuyền.
4. Hiển thị giám sát: Màn hình LCD 16x2 cập nhật liên tục tổng số chai đạt chuẩn, số chai lỗi thể tích và số chai lỗi đóng nắp thông qua giao tiếp các đường dữ liệu DB4-DB7 và các chân điều khiển RS, E.

---

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương này tập trung xác lập tính cấp thiết của việc tự động hóa dây chuyền sản xuất, phân tích vai trò của hệ thống băng chuyền kết hợp cảm biến trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Nhóm tác giả xác định mục tiêu thiết kế mô hình băng chuyền kiểm tra sản phẩm chai nước suối 330ml (nhựa trong, nắp xanh dương), đưa ra 5 nội dung nghiên cứu kỹ thuật và vạch rõ các giới hạn phần cứng: băng chuyền kích thước 1m x 10cm x 20cm, 1 động cơ DC giảm tốc GA25, 3 động cơ bước kèm driver L298N, 1 cảm biến Loadcell 1kg, 1 cảm biến màu TCS3200, 2 cảm biến quang E18-D80NK, màn hình hiển thị LCD 16x2 và bộ xử lý trung tâm Arduino Mega 2560.

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2 cung cấp nền tảng lý thuyết chi tiết cho toàn bộ các thiết bị và chuẩn giao tiếp trong đề tài. Nội dung phân tích cấu tạo cơ bản của hệ thống băng chuyền công nghiệp và đặc điểm của 7 loại băng chuyền phổ biến. Phần cứng được thuyết minh tường tận:

• Phân tích cơ chế hoạt động của chuẩn giao tiếp 1-Wire (Reset/Presence, Write 0/1, Read bit) với mã định danh 64-bit và kiểm tra CRC.
• Trình bày thông số kiến trúc của vi điều khiển ATmega2560 và bo mạch Arduino Mega 2560.
• Trình bày nguyên lý đo lực uốn bằng mạch cầu Wheatstone trong Loadcell 1kg, cùng sơ đồ giao tiếp và giản đồ thời gian dịch xung 24-bit của IC HX711 qua bảng thông số độ lợi (kênh A độ lợi 128 hoặc 64, kênh B độ lợi 32).
• Thuyết minh cấu tạo mảng 8x8 photodiode của cảm biến TCS3200, bảng logic chọn màu qua chân S2/S3, bảng chia tỉ lệ tần số đầu ra qua S0/S1 và dải tần số 2Hz - 500kHz.
• Trình bày đặc tính ngõ ra cực thu hở NPN của cảm biến quang hồng ngoại E18-D80NK (khoảng cách phát hiện 3 - 80cm).
• Khảo sát đặc tính kỹ thuật động cơ DC giảm tốc GA25 (tỷ số truyền 1/45), cấu tạo động cơ bước 2 pha 6 dây (bước góc 1,8 độ), chức năng các chân module cầu H L298N và tập lệnh điều khiển vi mạch HD44780 trên LCD 16x2 (bao gồm cờ báo bận BF, thanh ghi IR, DR).

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Tác giả xây dựng sơ đồ khối toàn hệ thống và hiện thực hóa việc tính toán thiết kế chi tiết cho 8 khối chức năng:

• Khối điều khiển: Kết nối chân vi điều khiển ATmega2560 với các ngoại vi.
• Khối cảm biến lượng nước: Thiết kế mạch phối ghép giữa Loadcell 1kg với các ngõ vào vi sai của module HX711 và đưa về chân tín hiệu số của Arduino.
• Khối phát hiện nắp và phát hiện chai: Sơ đồ phối ghép tín hiệu quang của TCS3200 và kết nối điện trở kéo lên (pull-up) cho ngõ ra NPN của E18-D80NK.
• Khối chấp hành và hiển thị: Tính toán dòng điều khiển cho module công suất L298N dẫn động các cuộn dây pha động cơ bước gạt, mạch điều khiển đóng/cắt động cơ kéo băng chuyền GA25 và mạch điều phối 4-bit dữ liệu cho LCD 16x2.
• Khối nguồn và sơ đồ nguyên lý toàn mạch: Tính toán dòng và áp tiêu thụ của hệ thống nhằm lựa chọn nguồn cấp DC ổn định cho toàn mạch.

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

Nội dung chương trình bày toàn bộ quy trình hiện thực hóa phần cứng và phần mềm của đồ án:

• Thi công phần cứng: Gia công khung cơ khí băng chuyền dài 1m, lắp ráp bàn cân cơ học cho Loadcell, bố trí giá đỡ cho cảm biến màu TCS3200 và cảm biến hồng ngoại E18-D80NK, lắp đặt các cơ cấu tay gạt gắn trục động cơ bước, thi công bo mạch điều khiển trung tâm và đấu nối dây dẫn.
• Xây dựng giải thuật và lập trình: Xây dựng lưu đồ giải thuật chương trình chính (Main flowchart) quản lý chu trình tuần hoàn từ khâu cân, kéo băng tải, kiểm tra nắp, phân loại đến thống kê. Xây dựng các lưu đồ giải thuật chương trình con điều khiển 3 động cơ bước (động cơ gạt bàn cân, động cơ gạt lỗi thể tích, động cơ gạt lỗi nắp).
• Môi trường phát triển và vận hành: Cài đặt phần mềm Arduino IDE, quy trình cấu hình cổng COM, nạp chương trình vào chip ATmega2560 và tài liệu hướng dẫn vận hành mô hình thực tế.

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ

Chương này công bố các số liệu thu được từ quá trình kiểm nghiệm thực tế từng khối linh kiện trên mô hình:

• Khối cảm biến Loadcell và HX711: Khảo sát bảng đo lường giá trị khối lượng lặp lại trên cùng một mẫu chai nước chuẩn 330ml để đánh giá độ trôi và độ lặp lại của phép đo.
• Khối cảm biến màu TCS3200: Đo đạc dải tần số xung đầu ra khi có nắp chai màu xanh dương và khi không có nắp, xác lập ngưỡng phân biệt rõ ràng giữa sản phẩm đạt và lỗi.
• Khối cảm biến tiệm cận E18-D80NK và khối động cơ gạt: Đánh giá khoảng cách nhận diện vật cản thực tế, độ trễ tác động và góc quay quét của động cơ bước qua mạch cầu H L298N.
• Đánh giá chung: Tổng kết mức độ vận hành ăn khớp giữa cơ khí băng tải, cảm biến và giải thuật điều khiển.

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ so với đề cương ban đầu: mô hình thi công hoàn chỉnh, hoạt động đúng trình tự phân loại hai tiêu chí và đếm sản phẩm chính xác. Đồng thời, tác giả chỉ ra các mặt hạn chế còn tồn tại và đề xuất các giải pháp nâng cấp trong tương lai.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng và thực nghiệm

• Chế tạo hoàn chỉnh mô hình băng chuyền kích thước 1m x 10cm x 20cm, hoạt động liên tục và đồng bộ giữa cơ cấu truyền động kéo băng tải (động cơ DC GA25 200rpm) và các cơ cấu gạt phân loại (3 động cơ bước 42x42x50mm).
• Ứng dụng thành công giải pháp đo lường vi sai dùng cảm biến Loadcell 1kg YZC-133 và bộ chuyển đổi ADC 24-bit HX711 để phát hiện sai lệch lượng nước bên trong chai nhựa 330ml; thực nghiệm đo lặp lại trên cùng một chai nước đạt yêu cầu cho kết quả giá trị đo ổn định, nhận dạng chính xác chai thiếu hoặc thừa thể tích.
• Ứng dụng cảm biến màu quang học TCS3200 để phân biệt nắp chai màu xanh dương dựa trên việc đo tần số xung ngõ ra (dải làm việc 2Hz - 500kHz), phát hiện chính xác trạng thái chai chưa đóng nắp.
• Định vị sản phẩm tin cậy bằng 2 cảm biến quang hồng ngoại E18-D80NK trong phạm vi điều chỉnh 3 - 80cm, triệt tiêu tín hiệu báo giả khi băng chuyền vận hành rỗng.
• Hiển thị đầy đủ, trực quan các thông số số lượng chai đạt chuẩn, số lượng chai hỏng do nắp và số lượng chai hỏng do thể tích trên màn hình LCD 16x2.
• Xác định và đo đạc chính xác bảng dòng điện và điện áp tiêu thụ của toàn hệ thống trong các trạng thái làm việc tĩnh và làm việc động khi các cơ cấu chấp hành đồng thời kích hoạt.

Giải pháp và đề xuất kỹ thuật của tác giả

• Đề xuất giải pháp đặt trạm cân tĩnh ở đầu chu trình kết hợp cơ cấu gạt bước trung gian đưa sản phẩm lên băng tải, giải quyết vấn đề dao động cơ học gây sai số cho cảm biến tải trọng nếu đặt cân trực tiếp trên mặt băng tải đang chạy.
• Đề xuất phương án lọc màu quang học sử dụng tần số xung vuông thay cho việc đọc giá trị điện áp analog thông thường, giúp tăng khả năng chống nhiễu trên đường truyền từ cảm biến TCS3200 về khối xử lý.
• Đề xuất cơ chế điều khiển góc bước chính xác cho tay gạt thông qua IC L298N, giúp tay gạt quay đúng biên độ cần thiết để loại bỏ sản phẩm lỗi rồi tự động quay về vị trí chờ mà không cần lắp đặt thêm công tắc hành trình giới hạn cơ khí.

Đóng góp kỹ thuật tự nêu

Đồ án đã hiện thực hóa một mô hình kiểm định sản phẩm đóng chai tự động đa tiêu chí (kết hợp cả khối lượng và màu sắc) với chi phí chế tạo thấp bằng cách tích hợp vi điều khiển mã nguồn mở Arduino Mega 2560 và các mô-đun cảm biến công nghiệp bán sẵn. Mô hình chứng minh tính khả thi của giải pháp phân loại tự động hóa cơ sở, phục vụ trực tiếp cho công tác nghiên cứu, học tập và mô phỏng thực hành các hệ thống cơ điện tử trong nhà trường.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

• Thời gian lấy mẫu và tốc độ băng chuyền: Do cảm biến Loadcell cần một khoảng thời gian chờ nhất định để dao động tắt dần và bộ ADC 24-bit HX711 hoàn tất chu kỳ đọc dữ liệu, tốc độ kiểm tra tổng thể của dây chuyền chưa thể đạt tốc độ cao như các dây chuyền chiết rót công nghiệp quy mô lớn.
• Độ nhạy quang học với ánh sáng môi trường: Cảm biến màu TCS3200 phụ thuộc vào 4 đèn LED trắng chiếu sáng trên module; khi ánh sáng môi trường bên ngoài thay đổi mạnh hoặc có nguồn sáng phức tạp rọi vào, tần số ngõ ra có hiện tượng dao động biên độ nhỏ, đòi hỏi phải che chắn buồng đo.
• Tính linh hoạt cơ khí: Hệ thống cơ khí và các cữ gạt được thiết kế cố định theo kích thước của chai nước 330ml và màu nắp xanh dương; chưa có cơ chế thay đổi linh hoạt kích thước đồ gá khi cần kiểm tra các loại chai có quy cách dung tích hoặc màu nắp khác nhau.

Hướng nghiên cứu phát triển

• Nghiên cứu thay thế hoặc bổ sung hệ thống thị giác máy tính công nghiệp (Machine Vision / Image Processing) sử dụng camera chuyên dụng để kiểm tra đồng thời nhiều chỉ tiêu: mức nước, màu nắp, dị vật bên trong chai, độ nguyên vẹn của màng co và nhãn mác sản phẩm.
• Tích hợp thêm các bộ lọc số trong giải thuật vi điều khiển nhằm giảm thời gian ổn định của tín hiệu cân tải động trực tiếp trên băng chuyền.
• Nâng cấp bộ điều khiển từ Arduino lên hệ thống PLC (Programmable Logic Controller) công nghiệp kết hợp biến tần điều khiển tốc độ động cơ băng tải để tăng độ bền công nghiệp và độ chống nhiễu điện từ.
• Thiết kế mạng truyền thông giám sát kết nối giao diện SCADA trên máy tính hoặc nền tảng IoT công nghiệp nhằm thu thập dữ liệu sản lượng, thống kê tỷ lệ lỗi và cảnh báo sự cố từ xa theo thời gian thực.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án này có giá trị tham khảo thiết thực cho:

• Sinh viên các ngành kỹ thuật: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông, Điện tử Công nghiệp, Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa đang thực hiện đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp liên quan đến hệ thống băng tải phân loại tự động.
• Người làm nghiên cứu thực hành hệ thống nhúng: Tài liệu cung cấp chi tiết kỹ thuật về giao tiếp vi điều khiển với module biến đổi ADC 24-bit chuyên dụng HX711, cách xử lý tín hiệu tần số từ cảm biến màu TCS3200 và phương pháp điều khiển động cơ bước qua mạch cầu H L298N.
• Các phần đáng tham khảo sâu:
  • Chương 2 và Chương 3: Sơ đồ kết nối chân, nguyên lý hoạt động và giản đồ xung của module HX711 và cảm biến TCS3200; sơ đồ nối dây giữa động cơ bước 6 dây với mạch cầu H L298N.
  • Chương 4: Cấu trúc lưu đồ giải thuật chương trình chính và các chương trình con phối hợp điều khiển các động cơ chấp hành đồng bộ với tín hiệu cảm biến quang.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao hệ thống phải sử dụng module ADC 24-bit HX711 kèm theo cảm biến Loadcell mà không đọc trực tiếp bằng chân Analog của Arduino Mega 2560?

Ngõ ra điện áp của cảm biến Loadcell dựa trên cầu điện trở Wheatstone rất nhỏ, thường chỉ đạt mức 1.15 mV/V (với nguồn cấp 5V, điện áp ra cực đại chỉ khoảng vài milivôn). Trong khi đó, bộ chuyển đổi ADC 10-bit tích hợp sẵn trên Arduino Mega 2560 có độ phân giải điện áp khoảng 4,88 mV (5V/1024), không thể ghi nhận được sự thay đổi vi mô này. Module HX711 tích hợp bộ tiền khuếch đại vi sai với độ lợi tùy chọn 32, 64 hoặc 128 và bộ chuyển đổi ADC độ phân giải cao 24-bit (độ phân giải điện áp đạt mức microvôn), đáp ứng yêu cầu chuyển đổi tín hiệu trọng lượng thành dữ liệu số gửi về vi điều khiển qua giao thức 2 dây.

2. Cảm biến màu TCS3200 truyền dữ liệu màu sắc về Arduino Mega 2560 bằng phương thức nào?

Cảm biến TCS3200 không xuất ra giá trị điện áp tương tự (analog) mà chuyển đổi dòng điện quang từ ma trận 8x8 photodiode thành tín hiệu xung vuông có tần số tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng. Arduino điều khiển 2 chân S2, S3 để chọn bộ lọc màu tương ứng (đỏ, xanh dương, xanh lá hoặc không lọc) và 2 chân S0, S1 để chọn hệ số chia tần số ngõ ra (0%, 2%, 20%, 100%). Sau đó, Arduino đo tần số tín hiệu trả về tại chân OUT của cảm biến để định lượng thành phần màu sắc phản xạ từ nắp chai.

3. Hệ thống sử dụng bao nhiêu động cơ và mỗi loại đảm nhiệm vai trò gì?

Hệ thống sử dụng tổng cộng 4 động cơ gồm 2 chủng loại:

• 01 động cơ DC giảm tốc GA25 200rpm (tỷ số truyền 1/45): Sử dụng nguồn 12VDC để kéo trục rulo vận hành băng tải di chuyển sản phẩm liên tục.
• 03 động cơ bước kích thước 42x42x50mm (loại 2 pha 6 dây, bước góc 1,8 độ):
  • Động cơ bước 1: Đảm nhiệm việc gạt chai nước từ bàn cân Loadcell sang mặt băng chuyền sau khi hoàn thành đo khối lượng.
  • Động cơ bước 2: Đảm nhiệm việc gạt chai bị lỗi thể tích (lỗi khối lượng) ra khỏi băng tải.
  • Động cơ bước 3: Đảm nhiệm việc gạt chai bị lỗi chưa đóng nắp ra khỏi băng tải.

4. Vai trò của cảm biến tiệm cận quang hồng ngoại E18-D80NK trong dây chuyền là gì?

Cảm biến E18-D80NK đóng vai trò phát hiện sự hiện diện của chai nước khi trôi đến đúng vị trí kiểm định trên băng chuyền. Nhờ tín hiệu kích hoạt từ cảm biến tiệm cận, vi điều khiển mới bắt đầu kích hoạt cảm biến màu TCS3200 lấy mẫu và ra lệnh cho các cơ cấu gạt hoạt động đúng thời điểm. Điều này giúp hệ thống không bị kích hoạt nhầm khi băng chuyền chạy không tải và tiết kiệm tài nguyên xử lý của vi điều khiển.

5. Phương thức kết nối hiển thị giữa LCD 16x2 và vi điều khiển ATmega2560 được triển khai như thế nào?

LCD 16x2 (sử dụng IC điều khiển HD44780) được kết nối với Arduino Mega 2560 theo chế độ 4-bit dữ liệu (sử dụng 4 đường bus DB4 đến DB7 thay vì 8 đường bus DB0-DB7) nhằm tiết kiệm chân xuất nhập cho vi điều khiển. Các chân điều khiển chính gồm chân chọn thanh ghi RS (chuyển đổi giữa thanh ghi lệnh IR và thanh ghi dữ liệu DR), chân chọn chế độ đọc/ghi R/W và chân cho phép chốt dữ liệu E.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công băng chuyền kiểm tra sản phẩm dùng Arduino" của nhóm sinh viên Dương Ngọc Tiến và Đinh Trần Thanh Huy đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu thiết kế và thi công một hệ thống kiểm tra sản phẩm đóng chai tự động đa tiêu chí quy mô phòng thí nghiệm. Bằng việc kết hợp hài hòa giữa cơ cấu cơ khí băng tải, bộ xử lý trung tâm Arduino Mega 2560 và các khối cảm biến đo lường (Loadcell YZC-133 qua HX711, cảm biến quang TCS3200, cảm biến tiệm cận E18-D80NK), hệ thống đã thực hiện chính xác các chức năng định lượng mức nước, nhận diện nắp chai, phân loại sản phẩm lỗi bằng động cơ bước và hiển thị thống kê sản lượng lên màn hình LCD. Đây là tài liệu kỹ thuật có tính ứng dụng thực hành cao, đóng góp một mô hình mẫu phục vụ đào tạo và nghiên cứu chuyên sâu về tích hợp hệ thống cơ điện tử và tự động hóa công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề dẫn nhập lí do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.  Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trình bày các lý thuyết liên quan đến vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài.  Chương 3: Thiết kế và tính toán Trình bày tổng quan các yêu cầu của để tài về thiết kế và các tính toán hệ thống bao gồm sơ đồ nguyên lý toàn mạch và của từng phần của hệ thống.  Chương 4: Thi công hệ thống Trình bày kết quả thi công phần cứng và kết quả hình ảnh trên màn hình hay mô phỏng tín hiệu, kết quả thống kê.

 Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá Trình bày kết quả của cả quá trình nghiên cứu làm đề tài bao gồm thời gian nghiên cứu, kết quả đạt được, nhận xét, đánh giá về đề tài và tính ứng dụng của đề tài trong thực tiễn.  Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Trình bày kết quả đạt được so với mục tiêu đề ra ban đầu, nhận xét và đánh giá kết quả đạt được của đề tài nghiên cứu. Hướng phát triển của đề tài sau này trong quá trình nghiên cứu. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 HỆ THỐNG BĂNG CHUYỀN TRONG CÔNG NGHIỆP 2.1 Giới thiệu Băng chuyền là một trong những bộ phận quan trọng trong dây chuyền sản xuất, lắp ráp của các doanh nghiệp, nhà máy trong cả nước. Băng chuyền chuyển hàng công nghiệp góp phần tạo nên một môi trường sản xuất năng động, khoa học và giải phóng sức lao động, tăng năng suất, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Sử dụng băng chuyền tải hàng để chuyển hàng hóa trong kho hoặc trong khi sản xuất giúp nâng cao tính chuyên nghiệp và cải thiện bộ mặt cho nhà máy, với ước tính chi phí đầu tư hệ thống băng chuyền thấp giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí đáng kể. Theo những đặc điểm cấu tạo cho thấy băng chuyền phù hợp với nhiều lĩnh vực sản xuất như sử dụng băng chuyền trong đóng gói sản phẩm, băng chuyền linh kiện điện tử, băng chuyền lắp ráp trong lĩnh vực ô tô hoặc xe máy, băng chuyền chế biến trong thực phẩm.

Tùy theo từng loại hình sản xuất mà có giải pháp thiết kế và lắp ráp riêng để phù hợp đảm bảo băng chuyền chuyển hàng hoạt động liên tục, ổn định mà không có hư hỏng xảy ra.1: Hệ thống băng chuyền trong công nghiệp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2.2 Cấu tạo chính của hệ thống băng chuyền - Khung băng chuyền: thường được làm bằng nhôm định hình, thép sơn tĩnh điện hoặc inox. - Dây băng chuyền: Thường là dây băng PVC dày 2mm và 3mm hoặc dây băng PU dày 1.5mm tùy từng ứng dụng cụ thể. - Động cơ truyền động: Là động cơ giảm tốc công suất 0. - Bộ điều khiển băng chuyền: Thường gồm có biến tần, sensor, timer, PLC.

- Cơ cấu truyền động gồm có: Rulo kéo, con lăn đỡ, nhông xích. - Hệ thống bàn thao tác trên băng chuyền thường bằng gỗ, thép hoặc inox trên mặt có dán thảm cao su chống tĩnh điện. - Hệ thống đường khí nén và đường điện có ổ cắm để lấy điện cho các máy dùng trên băng chuyền. - Ngoài ra thường có thêm đường điện chiếu sáng để công nhân thao tác lắp ráp.2: Các thành phần chính của hệ thống băng chuyền 2.3 Các loại băng tải phổ biến - Băng tải xích: sử dụng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt trong công nghiệp ô tô thường sử dụng các các hệ thống băng tải xích để truyền tải phụ tùng xe hơi thông qua các nhà máy sơn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ Ở LÝ THUYẾT Hình 2.3: Băng tải xích - Băng tải ải con lăn: thường dùng trong công nghiệp ệp thực phẩm, vận chuyển các hộp ộp sản phẩm, giá đỡ thùng th hàng. Băng tải con lăn chia ra làm 4 lo loại là băng tải con lăn nhựa, ựa, băng tải con lăn nhựa PVC, băng tải con lăn thép mạ kẽm, bbăng tải con lăn truyền ền động bằng motor.4: Băng tải con lăn BỘ Ộ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Băng tải cao su: thường được sử dụng để vận chuyển than, kẽm, quặng …từ vùng khai thác ra vùng tập kết.

Loại này có thể lắp trên mọi địa hình và mọi khoảng cách.5: Băng tải cao su - Băng tải xoắn ốc: thường dùng trong công nghiệp thực phẩm và nước giải khát, bao bì dược phẩm, bán lẻ…Nó vận chuyển vật liệu theo một dòng liên tục.6: Băng tải xoắn ốc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Băng tải đứng: thường vận chuyển hàng hóa giống như thang máy Hình 2.7: Băng tải đứng - Băng tải linh hoạt: thường sử dụng trong vận chuyển bao bì thực phẩm, đóng gói hồ sơ, công nghiệp dược phẩm…. - Băng tải rung: thường được sử dụng vận chuyển thực phẩm, phù hợp với môi trường khắc nghiệt.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.1 Chuẩn giao tiếp 1 dây Chuẩn giao tiếp 1 dây (1 wire) do hãng Dallas giới thiệu. Trong chuẩn giao tiếp này chỉ cần 1 dây để truyền tín hiệu.

Là chuẩn giao tiếp không đồng bộ và bán song công. Trong giao tiếp này tuân theo mối liên hệ chủ (master) và tớ (slave) một cách chặt chẽ. Trên một bus có thể gắn 1 hoặc nhiều thiết bị tớ nhưng chỉ có một chủ có thể kết nối đến bus này 10. Bus dữ liệu khi ở trạng thái rảnh (khi không có dữ liệu trên đường truyền) phải ở mức cao do vậy bus dữ liệu phải được kéo lên nguồn thông qua một điện trở.

Giá trị điện trở này có thể tham khảo trong datasheet của thiết bị. Các thiết bị tớ kết nối với cùng một bus được phân biệt với nhau nhờ 64 bit địa chỉ duy nhất (64-bit serial number). 8 byte (64 bit) này và được chia làm ba phần chính: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Bắt đầu với LSB, là byte đầu tiên là mã họ thiết bị có độ lớn 8 bit xác định kiểu thiết bị.

- 6 byte tiếp theo lưu trữ địa chỉ riêng của thiết bị. - Byte cuối cùng (MSB) là byte kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu cyclic redundancy check (CRC) có giá trị tương ứng với giá trị của 7 byte đầu tiên. Nhờ byte CRC giúp cho master xác định có địa chỉ được đọc có bị lỗi hay không. Với 224 địa chỉ khác nhau tạo ra một số lượng rất lớn các địa chỉ.

Do vậy vấn đề về địa chỉ không phải là vấn đề chính trong chuẩn giao tiếp này.8: Sơ đồ kết nối theo chuẩn 1 dây Cách thức hoạt động: Tín hiệu trên bus 1 dây chia thành các khe thời gian 60 µs. 1 bit dữ liệu được truyền trên bus dựa trên khe thời gian (time slots). Các thiết bị tớ cho phép có thời gian nền có một chút khác biệt từ thời gian nền danh nghĩa. Tuy nhiên đối với thiết bị chủ cần có bộ định thời với độ chính xác cao, để đảm bảo giao tiếp đúng với các thiết bị tớ có thời gian nền khác biệt 3.

Bốn thao tác hoạt động cơ bản của bus 1 wire là: Reset/Presence, gửi bit 1, gửi bit 0 và đọc bit. Thao tác byte như gửi byte và đọc byte dựa trên thao tác từng bit. - Gửi bit 1 (“Write 1” signal) Thiết bị chủ kéo bus xuống mức thấp trong khoảng 1 đến 15µs. Sau đó nhả bus (releases the bus) cho đến hết phần còn lại của khe thời gian.9: Gửi bit 1 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Gửi bit 0 (“Write 0” signal) Kéo bus xuống mức thấp trong ít nhất 60µs, với chiều dài tối đa là 120 µs.10: Gửi bit 0 Lưu ý: giữa các lần gửi bit (0 hoặc 1) phải có khoảng thời gian phục hồi bus (recovery time) tối thiểu 1 µs. - Đọc bit Thiết bị chủ kéo bus xuống mức thấp từ 0 -15µs. Khi đó thiết bị tớ khi đó sẽ giữ bus ở mức thấp nếu muốn gửi bit 0. Nếu muốn gửi bit 1 đơn giản là nhả bus.

Bus nên lấy mẫu 15µs sau khi bus kéo xuống mức thấp.11: Đọc bit - Reset/Presence (báo hiện diện) Thiết bị chủ kéo bus xuống thấp ít nhất 8 khe thời gian (tức là 480 µs) và sau đó nhả bus. Khoảng thời gian bus ở mức thấp đó gọi là tín hiệu reset. Nếu có thiết bị chủ gắn trên bus nó sẻ trả lời bằng tín hiệu presence tức là thiết bị tớ sẻ kéo bus xuống mức thấp trong khoảng thời gian 60µs. Nếu không có tín hiệu Presence, thiết bị chủ sẻ hiểu rằng không có thiết bị slave nào trên bus, và các giao tiếp tiếp theo sẻ không thể diễn ra.12: Trạng thái Reset/Presence BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.13: Qúa trình truyền dữ liệu của chuẩn giao tiếp 1 dây 2.2 Board Arduino Mega 2560 Sơ lược Arduino Mega 2560 là sản phẩm tiêu biểu cho dòng mạch Mega là dòng board mạch có nhiều cải tiến so với Arduino Uno (54 chân digital I/O và 16 chân analog I/O). Đặc biệt bộ nhớ flash của Mega được tăng lên một cách đáng kể, gấp 4 lần so với những phiên bản cũ của Uno R3. Điều này cùng với việc trang bị 3 timer và 6 cổng ngắt interrupt khiến board mạch Mega hoàn toàn có thể giải quyết được nhiều bài toán khó, cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số cũng như tương tự. Ngoài việc phát triển được ưu tiên, việc kế thừa cũng được đặc biệt lưu ý.

Trên mạch Mega các chân digital vẫn từ 0-13, analog từ 0-5 và các chân nguồn tương tự thiết kế của Uno. Do vậy việc phát triển, nghiên cứu Arduino Mega tương tự như Arduino Uno. Ngoài ra, ở phiên bản này, các nhà thiết kế đã mạnh dạn thay đổi thiết kế. Để có thêm được nhiều vùng nhớ và nhiều chân I/O hơn, một vi điều khiển khác đã thay thế cho Atmega1280.

Theo dòng phát triển của vi điều khiển nhúng, những dự án lớn cần nhiều dung lượng flash hơn. Do vậy, Arduino Mega 2560 ra đời với sứ mệnh giải những bài toán như thế. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT  Board Arduino Mega 2560 Arduino Mega 2560 là board mạch vi điều khiển, xây dựng dựa trên vi điều khiển Atmega 2560.