Đồ án Thiết kế và chế tạo hệ thống băng tải phân loại và đếm sản phẩm

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ Ngày ... tháng ... năm 2011 Giảng viên hướng dẫn Đỗ Công Thắng MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Trong đó môn kỹ thuật vi điều khiển được phát triển mạnh dựa trên những tiến bộ của công nghệ tích hợp các linh kiện bán dẫn và hệ lập trình có bộ nhớ kết hợp với máy tính điện tử. Từ những thời gian đầu phát triển đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm. Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người. Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của môn vi điều khiển chúng em sau một thời gian học tập được các thầy, cô giáo trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên nghành, đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy “Đỗ Công Thắng ” chúng em đã thiết kế và chế tạo hệ thống băng tải phân loại và đếm sản phẩm ”. Cùng với sự nỗ lực của cả nhóm nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của chúng em còn có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài. Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I : DẪN NHẬP Đặt vấn đề Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngày khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó là kĩ thuật số đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực khoa học kĩ 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 kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng. Xuất phát từ những đợt đi thực tập tại các nhà máy và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chung em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được phân loại và đếm một cách tự động. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong nhưng khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công. Từ những điều đã được thấy đó và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điều gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay ma cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần đồng thời bảo đảm được độ chính xác cao. Nên chúng em quyết định thiết kế một mạch phân loại và đếm sản phẩm vì nó gần gũi với thực tế và nó thật sự có ý nghĩa đối với chúng em ví đã làm được một phần nhỏ đóng góp cho xã hội. Để làm được mạch này cần thiết kế được ba phần chính là: bộ phận cảm biến, bộ phận phân loại và bộ phận đếm. Bộ phận cảm biến gồm phần phát và phần thu: Thông thường người ta sử dụng phần thu, phát là led hồng ngoại. Bộ phận phân loại: dùng động cơ để gạt sản phẩm. Bộ phận đếm có nhiều phương pháp thực thi đó là: Lắp mạch dùng kĩ thuật số với các IC đếm, chốt, so sánh ghép lại Lắp mạch dùng kĩ thuật vi xử lí Lắp mạch dùng kĩ thuật vi điều khiển. Chọn phương án thiết kế Với mạch đếm sản phẩn dùng IC rời có: Các ưu điểm sau: Cho phép tăng hiệu suất lao động Đảm bảo độ chính xác cao Tần số đáp ưng của mạch nhanh,cho phép đếm vói tần số cao Khoảng cách đặt phần phát và phần thu xa nhau cho phép đếm những sản phẩn lớn. Tổn hao công suất bé, mạch có thể sử dụng pin Khả năng đếm rộng, giá thành hạ, mạch đơn giản dễ thực hiện Với việc sử dụng kĩ thuật số khó có thể đáp ứng được việc thay đổi số đếm. Muốn thay đổi một yêu cầu nào đó của mạch thì buộc phải thay đổi phần cứng. Do đó mỗi lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kém vế kinh tế mà nhiều khi yêu câu đó không thực hiện được bằng phương pháp này. Với sự phát triển mạnh của ngành kĩ thuật số đặc biệt là cho ra đời các họ vi xử lí và vi điều khiển rất đa chức năng do đó việc dùng kĩ thuật vi xử lí, kỹ thuật vi điều khiển đã giải quyết những bế tắc và kinh tế hơn mà phương pháp dung IC rời kết nối lại không thực hiện được. Với mạch đếm sản phẩm dùng kĩ thuật vi xử lí: Ngoài nhưng ưu điểm như đã liệt kê trong phương pháp dùng IC rời thì mạch đếm sản phẩm dùng kĩ thuật còn có nhưng ưu điểm sau: Mạch có thể thay đổi số đếm một cách linh hoạt bằng việc thay đổi phần mềm, trong khi đó phần cưng không cần thay đổi mà mạch IC rời không thực hiện được ma nếu có thể thực hiện được thì cũng cứng nhắc mà ngươi công nhân cũng khó tiếp cận, dễ nhầm. Số linh kiện sử dụng trong mach ít hơn, mạch đơn giản hơn so với mạch dùng IC rời. Mạch cũng có thể kết nối giao tiếp được với máy tính thích hợp cho người quản lí tại phòng kỹ thuật nắm bắt được tình hình sản xuất qua màn hình máy tính. Phương pháp đếm sản phẩm dùng vi điều khiển: Ngoài những ưu điểm của hai phương pháp trên, phương pháp này còn co những ưu điểm sau: Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với những chương trình có quy mô nhỏ, rất tiện lợi mà vi xử lí không thực hiện được. Nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lí cũng giao tiếp được với máy tính nhưng là giao tiếp song song nên cần có linh kiện chuyển đổi dữ liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính. Mục đích yêu cầu của đề tài: Trong đồ án này chúng em thực hiện mạch đếm sản phẩm bằng phương pháp đếm xung. Như vậy mỗi sản phẩm đi qua trên băng chuyền phải có một thiết bị để cảm nhận sản phẩm, thiết bị này gọi là cảm biến.Khi một sản phẩm đi qua cảm biến sẽ nhận và tạo một xung điện đưa về khối xử lí để tăng dần số đếm. Tại một thời điểm tức thời, để xác định được số đếm phải có bộ phận hiển thị. Sản phẩm lỗi sẽ bị động cơ gạt xuống máng. Mục đích yêu cầu của đề tài: Số đếm phải chính xác Bộ phận hiển thị phải rõ ràng Mạch điện không quá phức tạp, bảo đảm sự an toàn, dễ sử dụng. Giá thành không quá đắt. Giới hạn của đề tài: Các sản phẩm rất đa dạng với nhiều chủng loại: đặc, rỗng, kich cỡ khác nhau. Nhưng với khả năng của thiết bị lắp thì mạch chỉ có thể đếm đối với sản phẩm có khả năng che được ánh sáng. Nhiêm vụ: Thiết kế mô hình Thiết kế phần cứng, lập lưu đồ thuật toán và viết chương trình điều khiển hệ thống đếm sản phẩm theo yêu cầu: Có 2 loại sản phẩm Hệ phân sản phẩm vào hai thùng chứa: Thùng Sp1 có 20 sản phẩm; Thùng Sp2 có 15 sản phẩm, quy trình được lặp đi lặp lại Bảo vệ quá tải, ngắn mạch, thấp và cao áp. Hiển thị số lượng sản phẩm đếm được trên led 7 thanh Thuyết minh đầy đủ, trình bày khoa học. Xây dựng sơ đồ khối tổng quát: CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT THIẾT KẾ Các khối trong mạch điện Cảm biến Giới thiệu sơ lược về mạch cảm biến Để cảm nhận mỗi lần sản phẩm đi qua thì cảm biến phải có phần phát và phần thu. Phần phát phát ra ánh sáng hồng ngoại và phần thu hấp thụ ánh sáng hồng ngoại vì ánh sáng hồng ngoại có đặc điểm là ít bị nhiễu so với các loại ánh sáng khác. Hai bộ phận phát và thu hoạt động với cùng tần số. Khi có sản phẩm đi qua giữa phần và phần thu ánh sáng hồng ngoại bị che bộ phận thu sẽ hoạt động với tần số khác với tần số phát như thế sẽ tạo một xung tác động tới bộ phận xử lí. Vậy bộ phận phát và bộ phận thu phải có nguồn tạo dao động. Bộ phận dao động tác động tới công tắc đóng ngắt của nguồn phát và nguồn thu ánh sáng. Có nhiều linh kiện phát và thu ánh sáng hồng ngoại nhưng chúng em chọn led thu, phát hồng ngoại. Cấu tạo, nguyên lí hoạt động của led hồng ngoại: - Led được cấu tạo từ GaAs với vùng cấm có độ rộng là 1,43V tương ứng bức xạ 900nm. Ngoài ra khi pha tạp Si với nguyên vật liệu GaAlAs độ rộng vùng cấm có thể thay đổi. Với cách này, người ta có thể tạo ra dải sóng giữa 800- 900nm và do đó tạo ra được sự điều hưởng sao cho led hồng ngoại phát ra bước sóng thích hợp nhất cho điểm cực đại của độ nhạy các bộ thu. - Hoạt động: Khi mối nối p – n được phân cực thuận thì dòng điện qua mối nối lớn hơn vì sự dẫn điện là do hạt tải đa số, còn khi mối nối được phân cự nghịch thì chỉ có dòng rỉ do sự di chuyển của hạt tải thiểu số. Nhưng khi chiếu sáng vào mối nối, dòng điện nghịch tăng lên gần như tỷ lệ với quang thông trong lúc dòng thuận không tăng. Đặc tuyến volt – ampe của led hồng ngoại như sau: Khối xử lí: Gồm có IC89C51 và mạch dao động của nó. Giới thiệu bộ vi điều khiển AT89C51 IC vi điều khiển AT89C51 có các đặc điểm sau: 4k byte ROM 128 byte RAM cư trú bên trong và có thể mở rộng bộ nhơ ra ngoài. 2 bộ định thời 16 bit (Timer 0 và Timer1) Mạch giao tiếp nối tiếp Bộ xử lý bit Hệ thống điều khiển và xử lý ngắt Các kênh điều khiển/ dữ liệu/ địa chỉ Các thanh ghi chức năng đặc biệt. Sơ đồ khối họ vi điều khiển AT89C51 Phần chính của vi điều khiển AT89C51 là bộ xử lý trung tâm CPU (central processing unit) bao gồm: Thanh ghi tích lũy A Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia Đơn vị logic học ALU (Arithermetic logical unit ) Từ trạng thái chương trình PSW (Program Status Word ) Bốn băng thanh ghi Con trỏ ngăn xếp Ngoài ra còn có bộ nhớ chương trình bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic Đơn vị xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ dao động, ngoài ra còn có khả năng đưa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài. Chương trình đang chạy có thể dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ở bên trong. Các nguồn ngắt có thể là: các biến cố ở bên ngoài, sự tràn bộ đếm định thời hoặc cugx có thể là giao diện nối tiếp. Hai bộ định thời 16 bit hoạt động như một bộ đếm Các cổng ( Porto, Port1, Port2, Port3 ) sử dụng vào mục đích điều khiển Trong vi điều khiển AT89C51 có hai thành phần quan trọng khác là bộ nhớ và các thanh ghi. Bộ nhớ gồm có bộ nhớ RAM và bộ nhớ ROM dùng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh. Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong qua trình xử lý. Khi CPU làm việc nó làm thay đổi nội dung của các thanh ghi. Sơ đồ chân tín hiệu của AT89C51 Chức năng của các chân AT89C51 Port0: Là Port có 2 chức năng ở trên chân từ 32 đến 39 trong các thiết kế cỡ nhỏ ( không dùng bộ nhớ mở rộng ) có 2 chức năng như các đường IO. Đối với các thiết kế cỡ lớn ( với bộ nhớ mở rộng ) nó được kết hợp kênh giưa các bus. Port1: là Port I/O trên các chân 1 đến 8. Các chân được kí hiệu P1.0, P1.1, P1.2. có thể dùng cho các thiết bị ngoài nếu cần. Port1 không có chức năng khác , vì vậy chung ta chỉ được dùng trong giao tiếp với các thiết bị ngoài. Port2: là một Port công dụng kép tren các chân 21 đến 28 được dùng như các đường xuất nhạp hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng. Port3: là một Port công dụng kép tên các chân 10 đến 17. Các chân của Port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt như bảng sau: Bit Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp P3.1 TXD Dữ liệu phát cho port nối tiếp P3.2 INTO Ngắt 0 bên ngoài P3.3 INT1 Ngắt 1 bên ngoài P3.4 TO Ngõ vào của timer/counter0 P3.5 T1 Ngõ vào của timer/counter1 P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài Chức năng của các chân trên Port3 PSEN ( progaram store enable ): PSEN là tín hiệu ra trên chân 29. Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE (Ouput Enable ) của một EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh. PSEN sẽ ở mức tháp trong thời gian lấy lệnh. Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lênh của AT89C51 sẽ giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội ( AT89C51) sẽ ở mức thụ động (mức cao). ALE ( Address Latch Enable ): tín hiệu ra ALE tên chân 30 tương hợp với các thiết bị làm việc với các xử lý 8585, 8088, 8086 dùng ALE một cách tương tự cho làm việc giải các kênh, các bus địa chỉ và dữ liệu khi port0 được dùng trong chế đọ chuyển đổi của nó: vừa là bus dữ liệu và là bus thấp của địa chỉ. ALE là tín hiieeuj để chốt địa chỉ vào một thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ. Sau đó, các đường port0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nửa sau chu kỳ của bộ nhớ. Các xung tín hiệu ALE có tốc độ băng 1/16 lần tần số dao động trên chíp và có thể được dùng là nguồn xung nhịp cho các hệ thống. Nếu xung trên AT89C51 là 12MHz thì ALE có tần số 2MHz. Chỉ trừ khi thi hành lệnh MOVX, một xung ALE bị mất. Chân này cũng được làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM trong AT89C51. EA ( External Acces): tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp (GND). Nếu ở mức cao, AT89C51 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp (4K). Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng . SRT ( Reset): ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của AT89C51. Khi tín hiệu này được nối lên mức cao ( trong it nhất 2 chu ki máy ), các thanh ghi trong AT89C51 tải các giá trị thich hợp để khởi đọng hệ thống. Các ngõ vào bộ dao động trên chip: Như đã thấy trong các hinh trên, AT89C51 có một bộ dao động trên chip. Nó thường được nối với thạnh anh giữa hai chan 18 và 19. Các tụ giữ cũng cần thiết. Tần số thông thường là 12MHz. Các chân nguồn: AT89C51 vận hành với nguồn đơn +5V, Vcc được nối vào chân 40 và Vss (GND ) được nối vào chân 20. Tổ chức bộ nhớ Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu nội trú Tất cả các bộ Flash Microcontrollers của Atmel dều tổ chức các vùng địa chỉ tách biệt đố với bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu, được mô tả ở hình dưới đây. Các vùng nhớ chương trình và dữ liệu tách biệt cho phép bộ nhớ dữ liệu được truy cập bởi địa chỉ 8 bit, có thể được lưu trữ với tốc độ cao và được vận hành bởi một bộ CPU 8 bit. Tuy nhiên, địa chỉ bộ nhớ dữ liệu 16 bit cũng có thể được tạo ra thông qua thanh ghi con trỏ dữ liệu (DPTR). Bộ nhớ chương trình có thể chỉ được đọc. Chúng có thể là bộ nhớ chương trình 64 Kbyte có khả năng định địa chỉ trực tiếp. Để đọc được nội dung từ bộ nhớ chương trình ngoài cần xác định trạng thái phù hợp cho chân /PSEN. Bộ nhớ dữ liệu chiếm một vùng địa chỉ riêng biệt so với bộ nhớ chương trình. 64Kbyte bộ nhớ ngoài có thể được định địa chỉ trực tiếp trong vùng bộ nhớ dữ liệu ngoài, CPU tạo ra tin hiệu đọc và ghi (/RD, /WR) để truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài. Bộ nhớ chương trinh ngoài và bộ nhớ dữ liệu ngoài có thể được kết hợp bởi các tin hiệu /RD và /PSEN để đưa vào một cổng AND và sử dụng đầu ra của cổng này để đọc nội dung từ bộ nhớ dữ liệu/ chương trình ngoài. AT89C51 có bộ nhớ dữ liệu chiếm một khoảng không gian bộ nhớ độc lập với bộ nhớ chương trình. Dung lương của RAM nội trú ở họ V ĐK này là 128 byte, được định địa chỉ từ 00h đến 7Fh.phạm vi địa chỉ từ 80h đến Ffhdanhf cho SFR. Tuy nhiên bộ V ĐK cũng có thể làm việc với RAM ngoại trú có dung lượng cực đại là 64 Kbyte được định địa chỉ từ 0000h đến FFFFh. - Vùng nhớ 128 Byte thấp Vùng nhớ 128 Byte thấp được định địa chỉ từ 00h đến 7Fh, được chia thành 3 vùng con như thể hiện ở hình 2.10 - Vùng nhớ thứ nhất có độ lớn 32 byte được định địa chỉ từ 00h đến 1Fh bao gồm 4 băng thanh ghi (băng 0 đến băng 3), mỗi băng có 8 thanh ghi 8 bit. Các thanh ghi trong mỗi băng có tên gọi từ R0 đến R7. Vùng RAM này được truy cập bằng địa chỉ trự tiếp mức byte, và quá trình chọn để sử dụng băng thanh ghi nào là tùy thuộc vào việc lựa chọn giá trị cho RS1 và RS0 trong PSW. - Vùng thứ hai có độ lớn16 byte được định địa chỉ từ 20h đén 2Fh, cho phép truy cạp trực tiếp bằng địa chỉ mức bit. Bộ V ĐK cung cấp các lệnh có khả năng truy cập tới vùng nhớ 128 bit này (nếu truy cập ở dạng mức bit thì vùng này có địa chỉ được định từ 00h đến 7Fh) ở mức bit, ở vùng nhớ này địa chỉ được truy xuất dưới dạng byte hay bit tùy vào lệnh cụ thể. Chẳng hạn, để đặt bit tại địa chỉ 5Fh có mức logic 1, ta thực hiện lệnh: SETB 5Fh. Sau khi thực hiện lệnh này, mặc dầu 5Fh là địa chỉ mức cao nhát trong byte có địa chỉ 2Bh, nhưng nó không làm ảnh hưởng tới các bit khác trong byte này. Đây là ưu điểm rõ nét của bộ V ĐK khi thực hiện việc truy xuất các bit riêng rẽ thông q