HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM LỚP CĐĐT07A CHƯƠNG CHƯƠNG DẪN NHẬP _ oOo _ 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: Ngày với phát triển nghành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà kỹ thuật số đóng vai tro quan trọng lĩnh vực quản ly, công nghiệp tự động quá, cung cấp thông tin Do phải biết nắm bắt vận dụng cách có hiệu nhằm góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung khoa học điện tử nói riêng từ đợt thực tập tốt nghiệp nhà máy tham quan doanh nghiệp sản xuất, Xuất phát chúng em thấy nhiều khâu tự động hóa trình sản xuất Một khâu đơn giản dây chuyền sản xuất tự động hóa số lượng sản phẩm làm đếm cách tự động Tuy nhiên doanh nghiệp vừa nhỏ việc tự động hóa hoàn toàn chưa áp dụng khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà sử dụng nhân công Từ điều thấy khả chúng em, chúng em muốn làm điều nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo độ xác cao Nên chúng em định thiết kế mạch đếm sản phẩm gần gũi với thực tế thật có y nghĩa chúng em làm phần nhỏ đóng góp cho xã hội Để làm mạch cần thiết kế hai phần là: phận cảm biến phận đếm * Bộ phận cảm biến: gồm phần phát phần thu Thông thường người ta sử dụng phần phát led hồng ngoại để phát ánh sáng hồng ngoại mục đích để chống nhiễuso với loại ánh sáng khác, phần thu led thu hờng ngoại để thu ánh sáng hồngngoại GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM LỚP CĐĐT07A * Bộ phận đếm có nhiều phương pháp thực thi là: -Lắp mạch dùng kỹ thuật số với IC đếm, chốt, so sánh ghép lại -Lắp mạch dùng kỹ thuật vi xử lí -Lắp mạch dùng kỹ thuật vi điều khiển 1.2 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ: 1.2.1 Với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời có ưu điểm sau: -Cho phép tăng hiệu suất lao động -Đảm bảo độ xác cao -Tần số đáp ứng mạch nhanh, cho phép đếm với tần số cao -Khoảng cách đặt phần phát phần thu xa cho phép đếm sản phẩm lớn -Tổn hao công suất bé, mạch sử dụng pin accu -Khả đếm rộng -Giá thành hạ -Mạch đơn giản dễ thực Với việc sử dụng kỹ thuật số khó đáp ứng việc thay đổi số đếm Muốn thay đổi yêu cầu mạch buộc long phải thay đổi phần cứng Do lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kinh tế mà nhiều yêu cầu không thực phương pháp Với phát triển mạnh nghành kỹ thuật số đặc biệt cho đời họ vi xử lí vi điều khiển đa chức việc dùng kỹ thuật vi xử lí, kỹ thuật vi điều khiển giải bế tắc kinh tế mà phương pháp dùng IC rời kết nối lại không thực 1.2.2 Với mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí: Ngoài ưu điểm liệt kê phương pháp dùng IC rời mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí có ưu điểm sau: -Mạch thay đổi số đếm cách linh hoạt việc thay đổi phần mềm, GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM LỚP CĐĐT07A phần cứng không cần thay đổi mà mạch dùng IC rời thực mà thực cứng nhắc mà người công nhân khó tiếp cận, dễ nhầm - Số linh kiện sử dụng mạch -Mạch đơn giản so với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời có phần cài đặt số đếm ban đầu -Mạch lưu lại số liệu ca sản xuất -Mạch điều khiển đếm nhiều dây chuyền sản xuất lúc phần mềm -Mạch kết nối giao tiếp với máy tính thích hợp cho người quản lí phong kỹ thuật nắm bắt tình hình sản xuất qua hình máy vi tính Nhưng thiết kế người ta thường chọn phương pháp tối ưu kinh quản lí phong kỹ thuật nắm bắt tình hình sản xuất qua hình máy vi tính Nhưng thiết kế người ta thường chọn phương pháp tối ưu cho kinh tế, chúng em chọn phương pháp đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi điều khiển 1.2.3 Phương pháp đếm sản phẩm dùng vi điều khiển: Ngoài ưu điểm có hai phương pháp trên, phương pháp có ưu điểm : -Trong mạch sử dụng nhớ chương trình có quy mô nhỏ, tiện lợi mà vi xử lí không thực -Nó giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lí giao tiếp với máy tính giao tiếp song song nên cần có linh kiện chuyển đổi liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính 1.3 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI: Trong đồ án chúng em thực mạch đếm sản phẩm phương pháp đếm xung Như sản phẩm qua băng chuyền phải có thiết bị để cảm nhận sản phẩm, thiết bị gọi cảm biến Khi sản phẩm qua cảm biến GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM LỚP CĐĐT07A nhận tạo xung điện đưa khối xử lí để tăng dần số đếm Tại thời điểm tức thời, để xác định số đếm cần phải có phận hiển thị Từ suy mục đích yêu cầu đề tài: -Số đếm phải xác -Bộ phận hiển thị phải rõ ràng -Mạch điện không phức tạp, bảo đảm an toàn,dễ sử dụng -Giá thành không mắc 1.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI: -Các sản phẩm đa dạng với nhiều chủng loại: đặc, rỗng, kích cỡ cao thấp khác nhau.Nhưng với khả thiết bị lắp mạch đếm sản phẩm có khảnăng che ánh sáng có kích thước từ 10cm3 đến 30cm3 Và loại bỏ sản phẩm cao không đạạ̣t tiêu chuẩn -Đếm số sản phẩm phạm vi thay đổi từ đến 9999 GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM LỚP CĐĐT07A CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ PIC 16F877A: 2.1.1 Giới thiệu chung pic: PIC họ vi điều khiển RISC sản xuất công ty Microchip Technology Dong PIC PIC1650 phát triển Microelectronics Division thuộc General_Instrument PIC bắt nguồn từ chữ viết tắt “Programmable Intelligent Computer” (Máy tính khả trình thông minh) sản phẩm hãng General Instruments đặt cho dong sản phẩm họ PIC1650 Lúc này, PIC 1650 dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vậy, người ta gọi PIC với tên “Peripheral Interface Controller” (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) CP1600 CPU tốt, lại hoạt động xuất nhập, PIC 8-bit phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600 PIC sử dụng microcode đơn giản đặt ROM, mặc dù, cụm từ RISC chưa sử dụng thời giờ, PIC thực vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy lệnh chu kỳ máy (4 chu kỳ dao động) Năm 1985 General Instruments bán phận vi điện tử họ, chủ sở hữu hủy bỏ hầu hết dự án – lúc lỗi thời Tuy nhiên, PIC bổ sung EPROM để tạo thành điều khiển vào khả trình Ngày nhiều dong PIC xuất xưởng với hàng loạt module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC…), với nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word 2.1.1.1 Một số đặc tính Vi điều khiển PIC • 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến truc Harvard có sửa đổi • Flash ROM tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM • LỚP CĐĐT07A Các cổng Xuất/ Nhập (I/ O ports) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V, ứng với logic logic 1) • 8/16 bit Timer • Các chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ/ khung đồng USART • Bộ chuyển đổi ADC Analog-to-digital converters, 10/12 bit • Bộ so sánh điện áp (Voltage Comparator) • Các module Capture/ Compare/ PWM • LCD • MSSP Peripheral dựng cho giao tiếp I2 C, SPI, I2 S • Bộ nhớ nội EPROM – ghi/ xoá lớn tới triệu lần • Module Điều khiển động cơ, đọc encoder • Hỗ trợ giao tiếp USB • Hỗ trợ giao tiếp CAN • Hỗ trợ giao tiếp LIN • Hỗ trợ giao tiếp IrDA • Một số dong có tích hợp RF (PIC16f639, rfPIC) • KEELOQ mờ hoá giải mờ • DSP tính xử ly tín hiệu số (dsPIC) Đặc điểm thực thi tốc độ cao RISC CPU họ vi diều khiển PIC16F87XA : • Chỉ gồm 35 lệnh đơn • Tất lệnh 1chu kỳ ngoại trừ chương trình chu kỳ • Tốc độ hoạt động : *DC- 20MHz ngõ vào xung clock *DC- 200ns chu kỳ lệnh • Độ rộng nhớ chương trình Flash 8K x 14word, nhớ liệu (RAM) 368 x 8bytes, nhớ liệu EPROM (RAM) 256 x 8bytes GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM LỚP CĐĐT07A 2.1.1.2 Các đặc điểm đặc biệt : - Có thể ghi/ xoá 100.000 lần với kiểu nhớ chương trình Enhanced Flash - 1.000.000 ghi/ xoá với kiểu nhớ EPROM - EPROM lưu trữ liệu 40 năm - Có thể tự lập trình lại điều khiển phần mềm - Mạch lập trình nối tiếp qua chân - Nguồn đơn 5V cấp cho mạch lập trình nối tiếp - Watchdog Timer (WDT) với dao động RC tích hợp sẵn Chip cho hoạt động đáng tin cậy - Có thể lập trình mờ bảo vệ - Tiết kiệm lượng với chế độ Sleep - Có thể lựa chọn dao động - Mạch dở sai (ICD : In- Circuit Debug) qua chân 2.1.2 Giới thiệu pic 16f877a: Đây vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh thực thi chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép 20 MHz với chu kì lệnh 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, nhớ liệu 368 byte RAM nhớ liệu EEPROM với dung lượng 256 byte Số PORT I/O với 33 pin I/O Các đặc tính ngoại vi bao gồm khối chức sau: - Timer0: đếm bit với chia tần số bit - Timer1: đếm 16 bit với chia tần số, thực chức đếm dựa vào xung clock ngoại vi vi điều khiển hoạt động chế độ sleep - Timer2: đếm bit với chia tần số, postcaler - Hai Capture/so sánh/điều chế độ rông xung - Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI I2C - Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với bit địa - Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với chân điều khiển RD, WR, CS bên Các đặc tính Analog: GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM LỚP CĐĐT07A - kênh chuyển đổi ADC 10 bit - Hai so sánh Bên cạnh vài đặc tính khác vi điều khiển như: - Bộ nhớ flash với khả ghi xóa 100.000 lần - Bộ nhớ EEPROM với khả ghi xóa 1.000.000 lần - Dữ liệu nhớ EEPROM lưu trữ 40 năm - Khả tự nạp chương trình với điều khiển phần mềm - Nạp chương trình mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua chân - Watchdog Timer với dao động - Chức bảo mật mã chương trình - Chế độ Sleep - Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác 2.1.2.1 Sơ đồ chân ,cấu trúc và chức PIC 16F877A loại 40 chân PDIP: Hình 1.1: Sơ đồ chân Pic 16F877A loại 40 chân PDIP • Chức chân : * Chân OSC1/CLKI (13) : ngõ vào dao động thạch anh xung clock bên - OSC1 : ngõ vào dao động thạch anh xung clock bên Ngõ vào Schmit trigger cấu tạo chế độ RC ; cách khác CMOS - CLKI : ngõ vào nguồn xung bên Luôn kết hợp với chức OSC1 GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM LỚP CĐĐT07A * Chân OSC2/CLKO (13) : ngõ vào dao động thạch anh xung clock - OSC2 : Ngõ dao động thạch anh Kết nối đến thạch anh cộng hưởng - CLKO : chế độ RC, ngõ OSC2, tần số OSC1 tốc độ chu kỳ lệnh * Chân /VPP (1) : - MCLR : Hoạt động Reset mức thấp - VPP : ngõ vào áp lập trình * Chân RA0/AN0 (2) : - RA0 : xuất/nhập số - AN0 : ngõ vào tương tự * Chân RA1/NA1 (3) : - RA1 : xuất/nhập số - AN1 : ngõ vào tương tự * Chân RA2/NA2/VREF-/CVREF (4) : - RA2 : xuất/nhập số - AN2 : ngõ vào tương tự - VREF -: ngõ vào điện áp chuẩn (thấp) A/D - CVREF: điện áp tham chiếu VREF ngõ so sỏnh * Chân RA3/NA3/VREF+ (5) : - RA3 : xuất/nhập số - AN3 : ngõ vào tương tự - VREF+ : ngõ vào điện áp chuẩn (cao) A/D * Chân RA4/TOCKI/C1OUT (6) : - RA4 : xuất/nhập số - mở cấu tạo ngõ - TOCKI : ngõ vào xung clock bên cho Timer - C1 OUT : Ngõ so sánh * Chân RA5/AN4/ /C2OUT (7) : - RA5 : xuất/nhập số - AN4 : ngõ vào tương tự - SS : ngõ vào chọn lựa SPI phụ GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM LỚP CĐĐT07A - C2 OUT : ngõ so sánh * RB0/INT (33) : - RB0 : xuất/nhập số - INT : ngắt * RB1 (34) : xuất/nhập số * RB2 (35) : xuất/nhập số * RB3/PGC : - RB3 : xuất/nhập số - Chân cho phép lập trình điện áp thấp ICPS * RB4 (37), RB5 (38) : xuất/nhập số * RB6/PGC (39) : - RB6 : xuất/nhập số - PGC : mạch dũ sai xung clock lập trỡnh ICSP * RB7/PGD (40) : - RB7 : xuất/nhập số - PGD : mạch sai liệu lập trình ICSP * Chân RC0/T1 OCO/T1CKI (15) : - RC0 : xuất/nhập số - T1 OCO : ngõ vào dao động Timer - T1 CKI : ngõ vào xung clock bên Timer * Chân RC1/T1 OSI/CCP2 (16) : - RC1 : xuất/nhập số - T1 OSI : ngõ vào dao động Timer - CCP2 : ngõ vào Capture 2, ngõ compare 2, ngõ PWM2 * Chân RC2/CCP1 (17) : - RC2 : xuất/nhập số - CCP1 : ngõ vào Capture 1, ngõ compare 1, ngõ PWM1 * Chân RC3/SCK/SCL (18): - RC3 : xuất/nhập số - SCK : ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ngõ chế độ SPI GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM LỚP CĐĐT07A Nguyên lý hoạt động: Khi băng tải quay sản phẩm băng tải đưa qua mạch thu phát hồng ngoại, tạo xung Khối xủ ly xủ ly,giải mã qua khối hiển thị, hiển thị led Cứ sản phẩm đếm hiển thị theo nguyên ly 3.2 BỘ NGUỒN: Do tất linh kiện sử dụng mạch sử dụng điện áp làm việc V ,do yêu cầu đặt tạo đuợc nguồn điện với mức điện áp ổn định 5V cho hệ thống hoạt động Với yêu cầu đặt ta dùng phuơng án : -phuơng án 1: ta sử dụng biến với điện áp đầu vào cuộn sơ cấp 220v xoay chiều điện áp đầu cuộn thứ cấp có nhiều cấp điện áp ngõ như: 5V, 6V,9V……., sau ta sử dụng mạch chỉnh lưu dùng cầu diode , ic 7805 để biến điện áp xoay chiều thành điến chiều ngõ -phưong án 2: Nguồn chiều pin pin ghép lại cho ta điện áp >= 4.5V ( giá trị điện áp tối thiểu để cung cấp cho đa số IC ) thông thường nên chọn diện áp từ 4.8V-> 5.5V trình làm việc ,do tiêu hao suy giảm , giá trị điện áp < 4.8V cho thời gian làm việc ngắn Nếu ghép pin tiểu 1.5V nối tiếp -> nguồn 6V sau dùng diode hạ áp 0.6 V để có nguồn y 5.4 V sơ đồ mạch : Mạch chỉnh lưu toàn kì dùng Diode: Một mạch chỉnh lưu mạch điện bao gồm linh kiện điện - điện tử, dùng để biến đổi dong điện xoay chiều thành dong điện chiều Mạch chỉnh lưu sử dụng nguồn cung cấp dong điện chiều, mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện thiết bị vô tuyến Phần tử tích cực GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM LỚP CĐĐT07A mạch chỉnh lưu điốt bán dẫn, đèn chỉnh lưu thủy ngân linh kiện khác Sau mạch chỉnh lưu sử dụng diode mắc theo trật tự định nhầm tạo dong điện chiều ngõ Từ sơ đồ ta thấy điện áp ngõ bị thay đổi phụ thuộc vào điên áp ngõ vào dong chiều hoàn toàn Để tạo thành điện áp chiều đặn ngõ ta phải sử dụng thêm mạch san điện áp Mạch san điện áp có nhiều dạng sur73 dụng ngiều dạng linh kiện khác nhau, nhiên Phuong pháp hữu hiệu kinh tế sử dụng tụ điện với mức điện dung lớn 1000uF đặc điểm mạch lưu lại thành phần điện áp xoay chiều (gợn sóng) điện áp không hoàn toàn phẳng GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM LỚP CĐĐT07A Sau điện áp đuợc lọc tuơng đối phẳng ta đưa điện áp vào ic họ 78xx điển hình ic 7805 để tạo điện áp 5V ngõ 3.3 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM: GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM LỚP CĐĐT07A Q R 43 R 51 J16 R 41 R R D 16 D 12 + TL082 J1 R 42 R 45 R 52 R 44 V3 R 53 D 13 D 17 R + Q 4 TL082 R R 46 J2 th u c th i V2 J3 1 R 12 LS1 U 13 re s e t V F -1 F D IO D E A LS + Y - Z TA C R Q 1 M G V F -1 F D D IO D E + A M C L R /V P P R B7 R A /IN T R B6 R A /T0 C L K R B /T C L K R A2 R B /TC L K R A3 R B /P W M R A /R X/D T R B /P W M R A /T X /C K R B /C A P R E /A L E R B /C A P R E /O E VD R E /W R VS VD D R D 7/A D VSS R D 6/A D O S C /C L K R D 5/A D O S C /C L K O U T R D /A D R C 0/A D R C /A D R C 1/A D R C /A D R C 2/A D R C /A D R C 3/A D R C /A D R D 0/A D R D 3/A D 1 R D 1/A D R D 2/A D 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 U 14 J4 16 C 1 D 3 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 D D D D A B C D E F G VC C C MG LT R BI G N D B I/R B O 1 1 1 4 74LS248 R P IC F 7 A - R 10 Q2 R 11 Trên mạch có: Các R8, R9,R10,R11 đuợc sử dụng để phân cực cho Transitor C1815 dẫn bảo hoa R8 ,R9 ,R10, R11 đuợc thiết kế sau: -Để transitor dẫn bảo hoa VBE >= 0.8V, dong bảo hoa C1815 100 mA IB = K * Mà IC β Chọn ß có giá trị 100, hệ số bảo hoa k=4 =>IB= 4mA GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA J5 HỆ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM LỚP CĐĐT07A Dong điện chân PIC 20mA , sau trừ dong điện vào cực B trasitor lại 14mA, dong điện 16mA bắt buộc phải qua điện trở R9 0,8V 16mA R11 =>R9=R11=0,8V / 16m=50 (ohm).= Ω =50 ( ) Do thực tế ta chọn điện trở có giá trị 56 ( Ω ) Áp chân PIC 5V , áp từ cực B xuống GND 0.8V 4.2V 20mA =>áp rơi điện trở R8, R10 :5-0.8 = 4,2 V =>R8=R10= thực tế ta chọn giá trị 220( Ω Ω =210( )ngoài ) Ngoài điện trở R41, R42, R43, R44, R45, R46, R51, R52 Được dùng mạch thu phát hồng ngoại Do dong va áp qua led thu phát giống led thường, dong 10mAcon áp rơi led 2v nên: Ta có R45=R43=220 dùng để hạn dong cho led phát Ta chọn R51=R52=10k Khi led thu nhận tín hiệu led phát opam phân cực thuận V-