Tóm tắt đồ án Tìm hiểu mạch đếm sản phẩm cảm biến màu sắc

Nội dung text: Tóm tắt đồ án Tìm hiểu mạch đếm sản phẩm cảm biến màu sắc

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ  TÌM HIỂU MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM CẢM BIẾN MÀU SẮC TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG Sinh viên thực hiện : Nguyễn Mậu Thiện Mã sinh viên : K12C08438 Giảng viên hướng dẫn : TS. Vương Công Đạt Khóa đào tạo : 2018 - 2021 Đà Nẵng - 01/2021
2. PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Với những thành tựu về khoa học kỹ thuật cũng như nhu cầu của con người ngày càng cao. Vì vậy đòi hỏi nhiều ứng dụng của khoa học kỹ thuật vào các ngành công nghiệp nói chung và kỹ thuật điện tử nói riêng được ứng dụng vào cuộc sống. Nó giúp cho ngành điện tử ngày càng phát triển, đồng thời giúp cho cuộc sống của con người ngày càng nâng cao hơn. Một trong các ứng dụng được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày, trong các thiết bị máy móc giúp con người nâng cao sức lao động.Trong giai đoạn hiện nay, với sự phát triển vượt bậc của công nghệ chế tạo, hàng loạt các loại máy móc mới ra đời và phát triển. Những loại máy móc này xử lý nhanh hơn hiệu quả hơn rất nhiều so với sức lao động thủ công của người lao động. Khoa học kĩ thuật luôn luôn phát triển trong tất cả các lĩnh vực, nhất là các ngành sản xuất. Việc đòi hỏi cải tiến và nâng cấp hệ thống sản xuất luôn là ưu tiên hàng đầu. Một trong những hệ thống đó là hệ thống phân loại sản phẩm tự động. Hệ thống này giúp cho sản xuất linh hoạt hơn, tiết kiệm thời gian và nhân lực, tăng sản lượng, đem lại lợi ích kinh tế cao và hiệu quả. Để phân loại sản phẩm có rất nhiều phương pháp, tuy nhiên hiện nay phương pháp sử dụng màu sắc chưa được ứng dụng nhiều và hiệu quả. Đặc biệt hiện nay trong lĩnh vực vi xử lý, những ứng dụng của nó đã mang lại hiệu quả rất thiết thực trong cuộc sống như: hệ thống đếm sản phẩm, quang báo điện tử, điều khiển tốc độ động cơ, . Nắm được tầm quan trọng đó, em đã quyết định chọn đề tài “Tìm hiểu mạch và thiết kế mạch đếm sản phẩm cảm biến màu ’’ để làm đồ án tốt nghiệp của em. Để qua đó thể hiện được một phần mô hình ứng dụng trong công nghiệp trong đời sống 1
3. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu -Tối ưu hóa mô hình mạch đếm sản phẩm cảm biến màu độ chính xác cao -Nâng cao kiến thức cho bản thân -Thực nghiệm các kiến thức đã học được ở trường -Chúng tôi nghiên cứu đề tài này nhằm mục đích vận dụng những công nghệ khoa học kỹ thuật tiên tiến vào trong quá trình sản xuất nhằm giảm thiểu sức lao động của con người và nâng cao năng suất trong sản xuất công nghiệp. Mặt khác, thông qua việc thực hiện đề tài này chúng tôi có thể củng cố lại kiến thức và vận dụng những kiến thức lý thuyết đã học vào thực tế, phát triển khả năng tư duy nhằm nâng cao năng lực bản thân để có thể đóng góp nhiều hơn cho nền công nghiệp nước nhà. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Mô hình mạch đếm sản phẩm gồm các module nguồn, module cảm biến hồng ngoại, module hiển thị led LCD, module băng truyền, module điều khiển động cơ L298, module cảm biến màu sắc TCS3200 - Phạm vi nghiên cứu: Đếm sản phẩm đi qua băng truyền hiển thị trên led LCD và phát hiện sản phẩm lỗi thông qua phương pháp cảm biến màu sắc. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và mô hình thực tế để làm rõ nội dung đề tài. Cụ thể như sau: Thu thập, phân tích các tài liệu và thông tin liên quan đến đề tài. Vận dụng những kiến thức cơ bản đã học về điện tử truyền thông. Tìm hiểu qua tài liệu internet và sách báo và nhu cầu đời 2
4. sống xã hội. Sử dụng phần mềm chuyên dụng để thực hiện viết code và nạp code. Tìm hiểu các đồ án có đề tài liên quan. Sử dụng các phần mềm vẽ mô phỏng và lập trình. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Hiện nay việc phân loại sản phẩm vẫn còn thực hiện thủ công bởi con người, dẫn đến quá trình sản xuất bị trì trệ và năng suất lao động không cao, không bắt kịp với xu thế phát triển và đáp ứng được nhu cầu sản xuất trong nước và trên thị trường quốc tế. Với mong muốn đưa ra giải pháp nhằm khắc phục những nhược điểm trên, chúng tôi xin thực hiện đề tài “Đếm và phân loại sản phẩm theo màu sắc” nhằm cải thiện quá trình sản suất sao cho giảm được chi phí nhân công, tăng năng suất mà vẫn đảm bảo được chất lượng và giá thành sản phẩm để có thể cạnh tranh trên thị trường. 6. Bố cục đề tài Chương 1: Cơ sở lý thuyết. Chương 2: Lựa chọn linh kiện trong mạch. Chương 3: Thiết kế và thi công mạch đếm sản phẩm cảm biến màu 3
5. CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO NANO 1.2. Kết luận chƣơng Ở chương này ta tìm hiểu tổng quan về vi điều khiển Arduino nano. Từ những kiến thức tổng quan trên ta tiếp tục đến với chương 2 tìm hiểu các linh kiện sử dụng trong mạch. 4
6. CHƢƠNG 2: TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 2.1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 2.1.1. Đặt vấn đề Với những thành tựu về khoa học kỹ thuật cũng như nhu cầu của con người ngày càng cao. Vì vậy đòi hỏi nhiều ứng dụng của khoa học kỹ thuật vào các ngành công nghiệp nói chung và kỹ thuật điện tử nói riêng được ứng dụng vào cuộc sống. Nó giúp cho ngành điện tử ngày càng phát triển, đồng thời giúp cho cuộc sống của con người ngày càng nâng cao hơn. Khoa học kĩ thuật luôn luôn phát triển trong tất cả các lĩnh vực, nhất là các ngành sản xuất. Việc đòi hỏi cải tiến và nâng cấp hệ thống sản xuất luôn là ưu tiên hàng đầu. Một trong những hệ thống đó là hệ thống phân loại sản phẩm tự động. Hệ thống này giúp cho sản xuất linh hoạt hơn, tiết kiệm thời gian và nhân lực, tăng sản lượng, đem lại lợi ích kinh tế cao và hiệu quả. Để phân loại sản phẩm có rất nhiều phương pháp, tuy nhiên hiện nay phương pháp sử dụng màu sắc chưa được ứng dụng nhiều và hiệu quả. Đặc biệt hiện nay trong lĩnh vực vi xử lý, những ứng dụng của nó đã mang lại hiệu quả rất thiết thực trong cuộc sống như: hệ thống đếm sản phẩm, quang báo điện tử, điều khiển tốc độ động cơ, . Nắm được tầm quan trọng đó, em đã quyết định chọn đề tài “Tìm hiểu mạch và thiết kế mạch đếm sản phẩm cảm biến màu ’’ để làm đồ án tốt nghiệp của em. Để qua đó thể hiện được một phần mô hình ứng dụng trong công nghiệp trong đời sống 2.1.2. Mạch đếm sản phẩm - Nhằm phục vụ cho con người giúp công việc hiệu quả chính xác hơn. - Nâng cao chất lượng năng xuất công việc giảm bớt công việc cho công nhân lao động 2.1.3. Ứng dụng 5
7. Làm băng truyền đếm sản phẩm trong các nhà máy công nghiệp Làm băng truyền để phát hiện và phân loại các sản phẩm theo màu sắc 2.2. LỰA CHỌN LINH KIỆN 2.2.1. Tổng quan động cơ servo 2.2.1. Cảm biến màu sắc TSC 3200 2.2.2. LED LCD 2.2.3. Module L298 2.2.5 Module cảm biến hồng ngoại CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM CẢM BIẾN MÀU SẮC 3.1. CÁC YÊU CẦU CẦN ĐẠT ĐƢỢC Các yêu cầu đạt đƣợc - Đếm và hiển thị sản phẩm - Phân biệt sản phẩm lỗi theo màu sắc 3.2. SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống 3.2.2. Sơ đồ khối hệ thống 6
8. Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống Chức năng các khối - Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hoạt động của mạch. - Khối điều khiển tốc độ băng tải: Dùng mạch điều khiển tốc độ đông cơ để điều chỉnh tốc độ chạy cũa băng tải phù hợp với thời gian xử lí và tốc độ đọc của các cảm biến. - Khối xử lí: bao gồm bộ phận phát hiện sản phầm và nhận diện màu sắc sản phẩm. Sản phẩm đi qua được diện màu sắc và đếm số sản phẩm theo màu trên tổng số sản phẩm. - Khối phân loại sản phẩm: sau khi sản phẩm được nhận diện màu sắc khối vi xử lí sẽ kiểm tra màu và điều khiển động cơ phân loại sản phẩm theo đúng màu đã nhận diện. 7
9. - Khối hiển thị: hiển thị các thông tin, kết quả, số sản phẩm màu xanh lá, đỏ, xanh dương và tổng số sản phẩm. 3.2.2. Sơ đồ nguyên lý Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý của mạch Hình 3.3: Sơ đồ mạch in 8
10. Hình 3.4: Mạch 3D Hình 3.5: Sản phẩm thực tế 3.2.3. Nguyên lý hoạt động 9
11. 1. Đầu tiên chúng ta sẽ cấp nguồn cho hệ thống. Khi đó, LCD, cảm biến màu sắc và cảm biến hồng ngoại sẽ được kích hoạt sáng lên nhưng băng tải vẫn chưa được phép hoạt động. 2. Khi muốn băng tải hoạt động, ta nhấn vào nút RUN/STOP và điều chỉnh biến trở để đạt được tốc độ mong muốn. 3. Sau khi hệ thống ổn định, ta tiến hành đưa sản phẩm lên băng tải từ bên trái. Sản phẩm sẽ đi qua cảm biến màu sắc để nhận biết màu, sau đó tiếp tục qua cảm biến hồng ngoại để đếm số lượng, đồng thời động cơ servo sẽ quay đến ô chứa sản phẩm phù hợp với từng màu. Sau khi đi hết băng tải, sản phẩm tự động rơi vào máng và phân loại . 4. Màn hình hiển thị LCD sẽ hiển thị tổng số lượng sản phẩm và số lượng sản phẩm từng màu, đồng thời cho chúng ta biết hệ thống đang hoạt động khi hiển thị “RUN”. Khi muốn hệ thống ngừng hoạt động, ta nhấn vào nút nhấn một lần nữa, LCD sẽ hiện thị “STOP”. 10
12. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Đánh giá kết quả: -Thiết kế những phần cứng để hệ thống hoạt động theo yêu cầu, gồm: - Mạch nguồn cung cấp cho toàn hệ thống. - Mạch hiển thị các thông số và kết quả. - Mạch điều khiển trung tâm sử dụng Arduino Nano. - Mạch cảm biến màu sắc. Lắp ráp mạch đúng theo yêu cầu, đảm bảo tính kỹ thuật và tính thẩm mỹ. Hạn chế Trong quá trình thiết kế và thi công, chúng tôi nhận thấy rằng mô hình còn tồn tại một số hạn chế nhƣ sau: - Quá trình nhận biết màu sắc còn nhiều hạn chế, cụ thể là nhiễu màu xảy ra khi tần số ánh sáng cảm biến màu thu được không ổn định. - Hệ thống không thể xử lí chính xác khi 2 sản phẩm đặt quá gần nhau trên băng tải. Kết luận: Mô hình “Đếm và phân loại sản phẩm theo màu sắc” là sự kết hợp giữa các khối chức năng riêng lẻ với nhau để tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh. Qua đó, chúng ta có thể tiến hành kiểm tra và sửa chữa một cách thuận tiện. Trong quá trình thực hiện, mặc dù chúng tôi đã nổ lực tìm kiếm và học hỏi để có thể hoàn thiện mô hình một cách tốt nhất nhưng vẫn còn mắc phải nhiều khó khăn và hạn chế, song được sự hướng dẫn tận tình của thầy TS Vương Công Đạt và các thầy cô khoa Điện-Điện tử cũng như các bạn sinh viên đã giải đáp những thắc mắc và giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Em rất mong nhận được sự ủng hộ, động viên cũng như góp ý của quý thầy cô cùng bạn bè để đồ án của chúng tôi được hoàn thiện hơn. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn! 11
13. Hƣớng phát triển: Em xin đưa ra một số hướng phát triển cho đề tài này như sau: - Cải tiến quá trình nhận biết màu, có thể dùng công nghệ xử lí ảnh để tăng độ chính xác và phân loại được nhiều sản phần hơn . - Quản lí và giám sát hệ thống qua thiết bị di động. Ví dụ gửi số sản phẩm mà hệ thống đếm được về điện thoại di động qua tin nhắn. 12