BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO CỤM CẢM BIẾN XỬ LÝ MÀU TÁM KÊNH TRÊN MÁY PHÂN LOẠI MÀU HẠT ĐIỀU Họ tên sinh viên: NGUYỄN HOÀNG THY NHÃ Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Niên khóa: 2006 - 2010 Tháng 8/2010     THIẾT KẾ CHẾ TẠO CỤM CẢM BIẾN XỬ LÝ MÀU TÁM KÊNH TRÊN MÁY PHÂN LOẠI MÀU HẠT ĐIỀU Tác giả NGUYỄN HỒNG THY NHÃ Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành Điều Khiển Tự Động Giáo viên hướng dẫn: Ths.Đặng Phi Vân Hài Tháng năm 2010 i  LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học Trường Đại Học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, nhờ giúp đỡ quý Thầy Cô mặt nên đề tài tốt nghiệp hoàn thành Em xin gởi lời biết ơn chân thành đến môn Điều Khiển Tự Động Thầy Cơ Khoa Cơ Khí giảng dạy kiến thức chuyên môn làm sở để em thực tốt đề tài này.Đặc biệt, trình thực đề tài này, em nhận giúp đỡ, hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn đề tài Ths.Đặng Phi Vân Hài.Em xin gửi đến Cô lời cảm ơn chân thành Em xin chân thành cảm ơn Thầy Cô khoa, bạn đóng góp ý kiến kinh nghiệm quý báu trình thực đề tài TP.Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 Sinh viên thực Nguyễn Hồng Thy Nhã ii  TĨM TẮT ¾ Hiện giới tự động hóa ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực sản xuất, phân loại kiểm tra sản phẩm, phương pháp phân loại màu sản phẩm theo màu, độ sáng tối khác sản phẩm.Xuất phát từ nguyên nhân để góp phần cố kiến thức học, sinh viên thực đề tài “Thiết kế chế tạo cụm cảm biến xử lý màu tám kênh máy phân loại màu hạt điều”.Đề tài tiến hành Xưởng Cơ Khí – Khoa Cơ Khí Cơng Nghệ –Trường Đại Học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh từ ngày 12/04/2010 đến 15/07/2010 với nội dung sau: • Tìm hiểu chung hệ thống phân loại màu nói chung phương pháp phân loại theo màu • Tìm hiểu cấu tạo ngun lý hoạt động loại cảm biến phân loại theo màu sắc • Tìm hiểu tính cách sử dụng vi điều khiển Atmega16 • Thiết kế chế tạo cảm biến màu đơn sắc • Viết chương trình vi điều khiển ngơn ngữ C ¾ Kết đạt trình thực đề tài: • Đã chế tạo cảm biến phân loại màu hạt điều đơn sắc • Viết chương trình cho vi xử lí iii  MỤC LỤC Trang tựa -.i Lời cảm ơn ii Tóm tắt - iii Mục lục - iv Danh sách hình - ix Danh sách bảng - xi CHƯƠNG 1.MỞ ĐẦU - 1.1 Tổng quan đề tài 1.2 Giới hạn đề tài 1.3 Mục đích nghiên cứu - CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN 2.1 Tìm hiểu chung hệ thống phân loại màu nói chung phương pháp phân loại theo màu 2.2 Phân loại màu dùng camera - 2.3 Phân loại màu dùng cảm biến - 2.3.1 Cảm biến đơn sắc 2.3.1.1 Cấu tạo 2.3.1.2 Nguyên lý hoạt động 2.3.2 Cảm biến màu 2.3.2.1 Cấu tạo 2.3.2.2 Nguyên lý hoạt động 2.4 Giới thiệu vi điều khiển Atmega16 - 2.4.1 Giới thiệu chung 2.4.2 Đặc tính 2.4.3 Sơ đồ chân hình thực tế Atmega16 2.4.4 Sơ đồ khối - 10 iv  2.4.5 Cấu trúc nhân AVR 12 2.4.5.1Giới thiệu 12 2.4.5.2 Cấu trúc tổng quát - 12 2.4.5.3 Thanh ghi trạng thái - 13 2.4.5.4 Thanh ghi chức chung 13 2.4.5.5 Con trỏ ngăn xếp (SP) - 14 2.4.6 Quản lý ngắt 14 2.4.7 Cấu trúc nhớ - 15 2.4.7.1 Bộ nhớ chương trình (Bộ nhớ Flash) 15 2.4.7.2 Bộ nhớ liệu SRAM 16 2.4.7.3 Bộ nhớ liệu EEPROM - 16 2.4.8 Các cổng vào (I/O) 16 2.4.8.1 Thanh ghi DDRx - 17 2.4.8.2 Thanh ghi PORTx - 17 2.4.8.3 Thanh ghi PINx 17 2.4.9 Bộ định thời - 18 2.4.9.1 Các ghi - 18 2.4.9.2 Đơn vị đếm - 19 2.4.9.3 Đơn vị so sánh ngõ - 19 2.4.9.4 Mô tả ghi 20 2.4.9.4.1 Thanh ghi điều khiển định thời/bộ đếm TCCR0 20 2.4.9.4.2 Thanh ghi định thời/bộ đếm 20 2.4.9.4.3 Thanh ghi so sánh ngõ – OCR0 21 2.4.9.4.4 Thanh ghi mặt nạ ngắt 21 2.4.9.4.5 Thanh ghi cờ ngắt định thời 21 2.4.10 USART - 21 2.4.10.1 Tạo xung clock - 23 2.4.10.2 Định dạng khung truyền - 23 2.4.10.3 Khởi tạo USART - 24 2.4.10.4 Truyền thông liệu – truyền USART 24 2.4.10.5 Truyền khung đến bit liệu 24 v  2.4.10.6 Truyền khung bit liệu 24 2.4.10.7 Nhận liệu – nhận USART - 25 2.4.10.8 Nhận khung với đến bit liệu 25 2.4.10.9 Nhận khung với bit liệu - 25 2.4.11 Bộ biến đổi A/D 25 2.4.11.1 ADMUX: Multiplexer select register - 26 2.4.11.2 ADCSR – ADC control and status register - 27 2.4.11.3 Bit – ADEN: ADC enable 27 2.4.11.4 Bit – ADSC: ADC start conversion - 28 2.4.11.5 Bit – ADATE: ADC Auto Trigger enable 28 2.4.11.6 Bit – ADIF: ADC interrupt Flag - 28 2.4.11.7 Bit – ADIE: ACD interrupt Enable 28 2.4.11.8 Bit 2.1.0 – ADPS2…ADPS0: Bit lựa chọn xung nhịp (Tốc độ) - 28 2.4.11.9 Thanh ghi liệu ACDH ADCL - 29 2.4.11.10 Nguyên tắc hoạt động lập trình điều khiển 29 2.5 Các linh kiện chế tạo cảm biến - 30 2.5.1 Quang trở 30 2.5.1.1 Cấu tạo 30 2.5.1.2 Nguyên lý hoạt động 30 2.5.2 Led phát sáng - 31 2.5.2.1 Cấu tạo 31 2.5.2.2 Nguyên lý hoạt động 31 2.6 Mạch nạp cho vi xử lí 31 2.7 Chương trình nạp cho vi xử lý 32 Chương 3.NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 33 3.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu đề tài 33 3.1.1 Địa điểm tiến hành đề tài 33 3.1.2 Phân bố thời gian tiến hành đề tài - 33 3.2 Đối tượng thiết bị nghiên cứu - 34 3.2.1 Đối tượng nghiên cứu - 34 3.2.2 Thiết bị nghiên cứu 34 vi  3.3 Phương pháp thực đề tài - 34 3.3.1 Lựa chọn phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển - 34 3.3.2 Phương pháp thực phần khí - 35 3.3.3 Phương pháp thực phần điện – điện tử 35 3.3.4 Phương pháp thực phần mềm - 35 3.3.5 Phương tiện thực đề tài 35 Chương 4.THỰC HIỆN ĐỀ TÀI – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 4.1 Thiết kế máy 36 4.1.1 Chọn mơ hình chung - 36 4.1.2 Thiết kế hộp điều khiển - 37 4.2 Thiết kế chế tạo cảm biến 37 4.2.1 Cấu tạo - 37 4.2.2 Nguyên lý hoạt động - 38 4.2.3 Mơ hình điện – điện tử 38 4.3 Thực phần điện – điện tử 39 4.3.1 Mạch nguồn - 39 4.3.1.1 Yêu cầu mạch nguồn 39 4.3.1.2 Thiết kế mạch nguồn 39 4.3.2 Mạch vi điều khiển - 39 4.3.3 Mạch cảm biến - 40 4.3.4 Mạch điều khiển khí nén 41 4.4 Khảo nghiệm điện áp xuất cảm biến 41 4.5 Phần mềm - 43 4.5.1 Chương trình vi xử lí - 43 4.5.1.1 Lưu đồ giải thuật - 43 4.5.1.2 Chương trình C - 48 4.6 Thi công, hiệu chỉnh chạy thử nghiệm - 53 4.6.1 Thi công - 53 4.6.2 Hiệu chỉnh máy - 55 4.6.3 Chạy thử nghiệm máy - 55 4.6.3.1 Mục đích khảo nghiệm 55 vii  4.6.3.2 Dụng cụ khảo nghiệm - 55 4.7 Kết khảo nghiệm thảo luận - 56 4.7.1 Kết khảo nghiệm 56 4.7.1.1 Kết khảo nghiệm sơ cảm biến - 56 4.7.1.2 Kết khảo nghiệm cảm biến - 57 4.7.2 Nhận xét kết khảo nghiệm - 59 Chương 5.KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ - 60 5.1 Kết luận 60 5.2 Đề nghị - 60 TÀI KIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC viii  DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Máy phân loại sản phẩm màu sắc - Hình 2.2 Máy phân loại gạo theo màu sắc - Hình 2.3 Máy phân loại cà phê, đậu, hạt điều màu sắc Hình 2.4 Camera cơng nghiệp - Hình 2.5 Cảm biến đơn sắc Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý cảm biến đơn sắc Hình 2.7 Cấu tạo cảm biến màu - Hình 2.8 Sơ đồ chân Atmega 16 Hình 2.9 Hình thực Atmega16 10 Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc Atmega16 - 11 Hình 2.11 Sơ đồ cấu trúc CPU Atmega16 12 Hình 2.12 Thanh ghi trạng thái SREG - 13 Hình 2.13 Thanh ghi chức chung 13 Hình 2.14 Thanh ghi trỏ ngăn xếp - 14 Hình 2.15 Bản đồ nhớ chương trình 15 Hình 2.16 Bản đồ nhớ liệu SRAM 16 Hình 2.17 Sơ đồ cấu trúc định thời - 18 Hình 2.18 Đơn vị đếm 19 Hình 2.19 Sơ đồ đơn vị so sánh ngõ - 19 Hình 2.20 Thanh ghi điều khiển định thời - 20 Hình 2.21 Thanh ghi định thời 20 Hình 2.22 Thanh ghi so sánh ngõ 21 Hình 2.23 Thanh ghi mặt nạ ngắt TIMSK - 21 Hình 2.24 Thanh ghi cờ ngắt định thời - 21 Hình 2.25 Sơ đồ khối USART - 22 Hình 2.26 Đơn vị tạo xung clock - 23 ix  TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; MCUCR=0x00; MCUCSR=0x00; TIMSK=0x00; ACSR=0x80; SFIOR=0x00; ADMUX=ADC_VREF_TYPE; ADCSRA=0x85; r = 167; k = 141; while (1) { // Place your code here //Doc ADC a = read_adc(0); 50 b = read_adc(1); c = read_adc(2); d = read_adc(3); e = read_adc(4); f = read_adc(5); g = read_adc(6); h = read_adc(7); //Gán gia tri cho cb //cb if(a >= r || a = r || b = r|| c = r || d = r || e = r || f = r || g = r || h