Phan loai spppppppppppppppppppppppppp PDF

Preview

Summary

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOĐẠI HỌC DUY TÂNNGUYỄN THÀNH ĐẠTTHIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH BĂNGCHUYỀN ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI VẬT LIỆU THEOMÔ HÌNHĐà Nẵng, 12 năm 201 9MỤC LỤCDANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC VIẾT TẮT PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.........................................

Description

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................... 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................. 4 DANH MỤC VIẾT TẮT ................................................................................ 5 PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN........................................................................... 3 1.1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG BĂNG CHUYỀN .........................................3 1.2. CÁC LOẠI BĂNG CHUYỀN PHÂN LO ẠI SẢN PHẨM HIỆN NAY ....4

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................. 6 2.1.GIỚI THIỆU BO MẠCH ARDUINO NANO ..............................................6 2.1.1 Tổng quan về vi điều khiển Arduino NANO ...........................................6 2.1.2. Đọc tín hiệu ngõ vào ................................................................................7 2.1.3.

Xuất tín hiệu ngõ ra ...........................................................................8

2.1.4.

Chuẩn giao tiếp................................................................................... 8

2.1.5. Môi trường lập trình bo mạch .................................................................9 2.1.5. Các loại bo m ạch ARDUINO ................................................................10 2.2. CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI .......................................................................11 2.2.1. Động cơ DC ............................................................................................ 11 2.2.2. Động cơ Servo ....................................................................................... 13 2.2.3. Module điều khiển động cơ ...................................................................14 2.2.4. Cảm biến tiệm cận ..................................................................................15

CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ....................................................... 20 3.1. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ...........................................................................20 3.1.1. Sơ đồ khối hệ thống ...............................................................................20 3.1.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động ..................................................................... 21 3.1.3. Thiết kế mô hình cơ khí .........................................................................28 3.2. THIẾT KẾ PHẦN MỀM .............................................................................30 3.2.1. Lưu đồ thuật toán ................................................................................... 30



Lưu đồ thuật toán khối hiển thị.............................................................. 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 33

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hệ thống băng chuyền ................................................................................3 Hình 2.1: Vi điều khiển Arduino NANO .................................................................... 6 Hình 2.2: Giao diện IDE của Arduino ......................................................................10 Hình 2.3: Động cơ DC ..............................................................................................11 Hình 2.4: Động cơ quay theo chiều kim đồng hồ .....................................................12 Hình 2.5: Động cơ quay theo chiều ngược kim đồng hồ .......................................... 12 Hình 2.6: Động cơ servo . ......................................................................................... 13 Hình 2.7: Module điều khiển động cơ ...................................................................... 14 Hình 2.8: Cảm biến tiệm cận ....................................................................................16 Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý cảm biến .........................................................................17 Hình 2.10: Cảm biến DC – 2 dây ..............................................................................17 Hình 2.11: Ảnh hưởng của kích thước vật ................................................................ 19 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................20 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động .......................................................................21 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn. .................................................................... 22 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến .................................................................23 Hình 3.5: Senser nhận biết kim loại sắt thực tế .......................................................24 Hình 3.6: Senser nhận biết kim loại đồng thực tế ..................................................... 25 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối gạt sản phẩm .......................................................... 25 Hình 3.8: Động cơ servo thực tế được sử dụng trong hệ thống ................................26 Hình 3.9: Khối xử lý ................................................................................................. 27 Hình 3.10: Vi điều khiển MCU thực tế ..................................................................... 27 Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển băng truyền ........................................28 Hình 3.12: Mạch điều khiển động cơ băng chuyền ..................................................28 Hình 3.13: Ảnh mô hình............................................................................................ 29 Hình 3.14: Băng chuyền thực tế ................................................................................29 Hình 3.15: Lưu đồ thuật toán chương trình chính ....................................................30 Hình 3.16: Lưu đồ thuật toán khối hiển thị ............................................................... 32

Hình 3.17:Giao diện hiển thị thông số đếm sản phẩm. ........... Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Các thông s ố của Arduino NANO .............................................................. 7 Bảng 2.2: Đặc trưng cơ bản của cảm biến ................................................................ 18

DANH MỤC VIẾT TẮT DC

Dòng điện một chiều

MCU Vi điều khiển DSP Digital motion processor ADC Anolog to digital converter IDE

Môi trường phát triển tích hợp

PWM Phương pháp điều xung

1

PHẦN MỞ ĐẦU Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngày càng cao, vì thế bài toán về cung – cầu đang được các nhà sản xuất tìm cách giải quyết. Tự động hóa trong dây chuyền sản xuất là một phương án tối ưu, nó đòi hỏi s ự nhanh chóng, chính xác và giảm thiểu được nhân công lao động. Quá trình sản xuất ngày càng được tự động hóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất giảm chi phí nhằm tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp. Vì vậy đề tài này được nghiên cứu và thực hiện nhằm góp một phần nhỏ vào mục đích nêu trên, đồng thời giúp cho học sinh, sinh viên thấy được mối liên hệ giữa những kiến thức đã học ở trường với những ứng dụng bên ngoài thực tế. Đề tài mà em thực hiện có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực như vận chuyển sản phẩm, phân loại sản phẩm và đếm sản phẩm. Với hệ thống tự động hóa này chúng ta có thể giảm thiểu nhân công đi kèm với giảm chi phí sản xuất. Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay. Dùng s ức người công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và tính l ặp l ại, nên các công nhân khó có thể đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thường có thể nhận ra. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà s ản xuất. Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cuộc sống. Nhận thấy thực tiễn đó, nay trong luận văn này, em sẽ làm một mô hình rất nhỏ nhưng có chức năng gần như tương tự ngoài thực tế. Đó là: Tạo ra một băng chuyền để vận chuyển sản phẩm, phân biệt sản phẩm,phân loại sản phẩm theo kích thước đã được đặt trước.

2 Hiện nay đất nước ta trong quá trình Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Chính vì vậy có rất nhiều khu công nghiệp đã và đang được hình thành với nhiều dây chuyền và thiết bị hoạt động hiện đại cùng với sự đầu tư và góp vốn đến từ các nước khác trên thế giới. Trong những thập niên gần đây, các thiết bị điện tử được ứng dụng rộng rãi trên khắp thế giới. Sự đa dạng và phát triển của các ngành không ngừng thay đổi. Điện tử là một trong những ngành công nghiệp tinh vi của thế giới, nó là phương tiện gần như không thể thiếu trong mọi lĩnh vực như: Viễn thông, y khoa, các phòng thí nghiệm, nghiên cứu… nó đảm bảo hiệu suất trong công việc cũng như độ tin cậy thỏa mãn cho người sử dụng. Sự kết hợp giữa ngành Điện – điện tử và ngành cơ khí là một bước tiến quan trọng trong s ự phát triển của tự động hóa trong công nghiệp. Trong các nhà máy, các sản phẩm được sản xuất ra trước khi được xuất xưởng thì phải trải qua nhiều giai đoạn kiểm tra sản phẩm. Tùy theo các s ản phẩm được sản xuất ra mà nó phải được kiểm tra qua các khâu khác nhau, chẳng hạn như kiểm tra về chất lượng, kích thước, hình dạng, hoặc trọng lượng… Trong đề tài này, em dùng phương pháp nghiên cứu “dùng vi điều khiển ATmega 328”. Ngày nay, việc tập trung hóa - tự động hóa công tác quản lý, giám sát và điều khiển các hệ thống tự động nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, tránh r ủi ro, tiết kiệm chi phí hạn chế công nhân là xu hướng tất yếu của quá trình s ản xuất. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của k ỹ thuật vi điện t ử, k ỹ thuật truyền thông và công nghệ phần mềm trong thời gian qua, điều khiển tự động đã ra đời và phát triển ngày càng đa dạng đáp ứng các yêu cầu, đòi hỏi quá trình tự động trong các lĩnh vực công nghiệp. Chính vì vậy phải lựa chọn quá trình điều khiển nào cho phù hợp với yêu cầu thực tế, điều khiển cơ sở vật chất cho phép, tiết kiệm chi phí vận hành, nâng cao hiệu quả sản xuất, dễ dàng bảo trì hệ thống, sữa chữa khi có sự cố. Thực tiễn đó đã đặt ra vấn đề là làm sao để quản lý các nhà sản xuất hiệu quả nhất, tiết kiệm nhất và an toàn nhất.

3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG BĂNG CHUYỀN Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, k ỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin…. do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học k ỹ thuật thế giới nói chung và trong s ự phát triển k ỹ thuật điều khiển tự động nói riêng. Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình s ản xuất. Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và s ử dụng hệ thống nâng cấp phân loại sản phẩm. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả cao.

Hình 1.1: Hệ thống băng chuyền Từ những điều nhìn thấy trong thực tế cuộc s ống và những kiến thức mà em đã học được học muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời vẫn

4 đảm bảo được độ chính xác cao về kích thướ c. Nên em đã quyết định thiết kế và thi công một mô hình sử dụng băng chuyền để phân loại sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực t ế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải có kích thước tương đối chính xác và nó thật sự rất có ý nghĩa đối với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với s ự phát triển của thế giới.

Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng. Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưởng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm. 1.2. CÁC LOẠI BĂNG CHUYỀN PHÂN LO ẠI SẢN PHẨM HIỆN NAY - Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra. Điều đó sẽ ảnh hưởng tr ực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. - Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này. Tùy vào mức độ phức t ạp trong yêu cầu phân loại, các hệ thống phân loại tự động có những quy mô lớn, nhỏ khác nhau. Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện của Việt Nam. Vì vậy hiện nay đa số các hệ thống phân loại tự động đa phần mới chỉ được áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phân loại phức t ạp, còn một lượng r ất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con người để làm việc. - Bên cạnh các băng chuyền để vận chuyển sản phẩm thì một yêu cầu cao hơn được đặt ra đó là phải có hệ thống phân loại sản phẩm. Còn rất nhiều dạng phân

5 loại sản phẩm tùy theo yêu cầu của nhà sản xuất như: Phân loại sản phẩm theo kích thước. Phân loại sản phẩm theo màu sắc. Phân loại sản phẩm theo khối lượng. Phân loại sản phẩm theo mã vạch. Phân loại sản phẩm theo hình ảnh. Phân loại theo vật liệu v.v… Vì có nhiều phương pháp phân loại khác nhau nên có nhiều thuật toán, hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm, đồng thời các thuật toán này có thể đan xen, hỗ trợ lẫn nhau. Ví dụ như muốn phân loại vải thì cần phân loại về kích thước và màu sắc, về nước uống (như bia, nước ngọt) cần phân loại theo chiều cao, khối lượng, phân loại xe theo chiều dài, phân loại gạch granite theo hình ảnh v.v… - Phân loại sản phẩm to nhỏ sử dụng cảm biến quang: Sản phẩm chạy trên băng chuyền ngang qua cảm biến quang thứ nhất nhưng chưa kích cảm biển thứ hai thì được phân loại vật thấp nhất, khi sản phẩm qua 2 cảm biến đồng thời thì được phân loại vật cao nhất. - Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc của sản phẩm: Sử dụng những cảm biến phân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng chuyền, khi sản phẩm đi ngang qua nếu cảm biến nào nhận biết được sản phẩm thuộc màu nào s ẽ được cửa phân loại tự động mở để sản phẩm đó đựợc phân loại đúng. Phát hiện màu sắc bằng cách sử dụng các yếu t ố là t ỷ lệ phản chiếu của một màu chính (ví dụ như đỏ, xanh lá cây hoặc xanh trời) được phản xạ bởi các màu khác nhau theo các thuộc tính màu của đối tượng. Bằng cách sử dụng công nghệ lọc phân cực đa lớp gọi là FAO (góc quang tự do), cảm biến E3MC phát ra màu đỏ, xanh lá cây và màu xanh sáng trên một trục quang học đơn. E3MC sẽ thu ánh sáng phản chiếu của các đối tượng thông qua các cảm biến nhận và xử lý t ỷ lệ các màu xanh lá cây, đỏ, xanh lam của ánh sáng để phân biệt màu sắc của vật cần cảm nhận. Phân loại sản phẩm dùng webcam: Sử dụng 1 camera chụp lại sản phẩm khi chạy qua và đưa ảnh về so sánh với ảnh gốc. Nếu giống thì cho sản phẩm đi qua, còn nếu không thì loại sản phẩm đó. - Phân loại sản phẩm dựa vào vật liệu có thể thực hiện theo các cách sau: Chọn cảm biến có độ nhạy khác nhau bố trí cùng khoảng cách tới sản phẩm. Chọn cảm biến có cùng độ nhạy, nhưng bố trí ở những khoảng cách khác nhau tới sản phẩm.

6

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.GIỚI THIỆU BO MẠCH ARDUINO NANO 2.1.1 Tổng quan về vi điều khiển Arduino NANO

Hình 2.1: Vi điều khiển Arduino NANO Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm. Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm 2005 như là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi, là một trong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII). Mặc dù hầu như không được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên. Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đã sản sinh ra Arduino.

7 Dưới đây là bảng chỉ ra các thông số cơ bản trên Arduino NANO: Vi điều khiển

ATmega328

Điện áp hoạt động

5V

Điện áp đầu vào (đề nghị)

7V đến 12V

Điện áp đầu vào ( giới hạn )

20V

Số chân đầu vào và ra tín hiệu số

14

Số chân đầu vào tín hiệu tương tự

6

Cường độ dòng điện ở mỗi chân vào ra

40mA

Cường độ dòng điện ở chân 3.3V

50mA

Bộ nhớ flash

32KB (ATmega328), trong đó 0.5KB được cho bộ nạp khởi động

SRAM

2KB(ATmega328)

EEPROM

1KB(ATmega328)

Tốc độ

16MHz

Bảng 2.1:Các thông số của Arduino NANO 

Khả năng của Arduino:

Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit megaAVR của Atmel với hai chip phổ biến nhất là ATmega328 và ATmega2560. Các dòng vi xử lý này cho phép lập trình các ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnh với các loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C). 

Sức mạnh xử lí :  Xung nhịp: 16MHz  EEPROM: 1KB (ATmega328) và 4KB (ATmega2560)  SRAM: 2KB (Atmega328) và 8KB (Atmega2560)  Flash: 32KB (Atmega328) và 256KB (Atmega2560)

2.1.2. Đọc tín hiệu ngõ vào  Digital:

8 Các bo mạch Arduino đều có các cổng digital có thể cấu hình làm ngõ vào hoặc ngõ ra bằng phần mềm. Do đó người dùng có thể linh hoạt quyết định số lượng ngõ vào và ngõ ra. Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, và trên Atmega2560 là 54.  Analog: Các bo mạch Arduino đều có trang bị các ngõ vào analog với độ phân giải 10-bit (1024 phân mức, ví dụ với điện áp chuẩn là 5V thì độ phân giải khoảng 0.5mV). Số lượng cổng vào analog là 6 đối với Atmega328, và 16 đối với Atmega2560. Với tính năng đọc analog, ngườ i dùng có thể đọc nhiều loại cảm biến như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, gyro, accelerometer… 2.1.3. Xuất tín hiệu ngõ ra  Digital output: Tương tự như các cổng vào digital, người dùng có thể cấu hình trên phần mềm để quyết định dùng ngõ digital nào là ngõ ra. Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, và trên Atmega2560 là 54.  PWM output: Trong số các cổng digital, người dùng có thể chọn một số cổng dùng để xuất tín hiệu điều chế xung PWM. Độ phân giải của các tín hiệu PWM này là 8-bit. Số lượng cổng PWM đối với các bo dùng Atmega328 là 6, và đối với các bo dùng Atmega2560 là 14. PWM có nhiều ứng dụng trong viễn thông, xử lý âm thanh hoặc điều khiển động cơ mà phổ biến nhất là động cơ servos trong các máy bay mô hình. 2.1.4. Chuẩn giao tiếp  Serial: Đây là chuẩn giao tiếp nối tiếp được dùng rất phổ biến trên các bo mạch Arduino. Mỗi bo có trang bị một số cổng Serial cứng (việc giao tiếp do phần cứng trong chip thực hiện). Bên cạnh đó, tất cả các cổng digital còn lại đều có thể thực hiện giao tiếp nối tiếp bằng phần mềm (có thư viện chuẩn, người dùng không cần phải viết code). Mức tín hiệu của các cổng này là TTL 5V. Lưu ý cổng nối tiếp RS23...