dùng vi điề khiển ATmega 328

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. Mơi 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 mơ hình............................................................................................ 29
Hình 3.14: Băng chuyền thực tế ................................................................................29
Hình 3.15: Lưu đồ thuật tốn chương trình chính ....................................................30
Hình 3.16: Lưu đồ thuật tốn khối hiển thị ............................................................... 32


Hình 3.17:Giao diện hiển thị thơng 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 tốn 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 địi
hỏi s ự nhanh chóng, chính xác và giảm thiểu được nhân cơng lao động. Q 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 cơng 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 cơng việc này địi hỏi sự tập trung cao và
tính l ặp l ại, nên các cơng nhân khó có thể đảm bảo được sự chính xác trong cơng
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 mơ hình rất
nhỏ nhưng có chức năng gần như tương tự ngồi 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 q trình Cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Chính vì vậy có rất nhiều khu cơng 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 cơng nghiệp tinh vi của thế giới, nó là phương
tiện gần như không thể thiếu trong mọi lĩnh vực như: Viễn thơng, y khoa, các phịng
thí nghiệm, nghiên cứu… nó đảm bảo hiệu suất trong cơng 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 cơng 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 cơng 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 q trình tự động trong các lĩnh vực cơng
nghiệp. Chính vì vậy phải lựa chọn q 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 trị hết sức quan trọng trong mọi
lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng 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 hồn tồn chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn
cịn sử dụng nhân cơng, 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 mơ 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 địi 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 khơng 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, cơng việc này địi hỏi sự tập trung cao và
có tính lặp lại, nên các cơng nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong cơng 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 mơ 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 tốn,
hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm, đồng thời các thuật tốn 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, cịn nếu khơng 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
ngơn 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 khơng 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 dịng 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 mơ 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 cịn lại đều có thể thực
hiện giao tiếp nối tiếp bằng phần mềm (có thư viện chuẩn, người dùng khơng cần
phải viết code). Mức tín hiệu của các cổng này là TTL 5V. Lưu ý cổng nối tiếp RS232 trên các thiết bị hoặc PC có mức tín hiệu là UART 12V. Để giao tiếp được giữa
hai mức tín hiệu, cần phải có bộ chuyển mức, ví dụ như chip MAX232. Số lượng


9
cổng Serial cứng của Atmega328 là 1 và của Atmega2560 là 4. Với tính năng giao
tiếp nối tiếp, các bo Arduino có thể giao tiếp được với rất nhiều thiết bị như PC,
touchscreen, các game console…
 USB:
Các bo Arduino tiêu chuẩn đều có trang bị một cổng USB để thực hiện kết
nối với máy tính dùng cho việc tải chương trình. Tuy nhiên các chip AVR khơng có
cổng USB, do đó các bo Ardunino phải trang bị thêm phần chuyển đổi từ USB
thành tín hiệu UART. Do đó máy tính nhận diện cổng USB này là cổng COM chứ
không phải là cổng USB tiêu chuẩn.
 SPI:
Đây là một chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ có bus gồm có 4 dây. Với tính
năng này các bo Arduino có thể kết nối với các thiết bị như LCD, bộ điều khiển
video game, bộ điều khiển cảm biến các loại, đọc thẻ nhớ SD và MMC…
 TWI (I2C):
Đây là một chuẩn giao tiếp đồng bộ khác nhưng bus chỉ có hai dây. Với tính

năng này, các bo Arduino có thể giao tiếp với một số loại cảm biến như thermostat
của CPU, tốc độ quạt, một số màn hình OLED/LCD, đọc real-time clock, chỉnh âm
lượng cho một số loại loa…
2.1.5. Môi trƣờng lập trình bo mạch
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngơn ngữ riêng.
Ngơn ngữ này dựa trên ngơn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói. Và Wiring
lại là một biến thể của C/C++. Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là
C hay C/C++. Đội ngũ phát triển Arduino cũng gọi ngôn ngữ này là “ngôn ngữ
Arduino”. Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ
học, dễ hiểu.
Mơi trường lập trình Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất
hiện nay là Windows, Macintosh OSX và Linux. Do có tính chất nguồn mở nên mơi
trường lập trình này hồn tồn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởi người dùng có
kinh nghiệm.


10

Hình 2.2:Giao diện IDE của Arduino
Ngơn ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua các thư viện C++. Và do
ngơn ngữ lập trình này dựa trên nền tảng ngơn ngữ C của AVR nên người dùng
hồn tồn có thể nhúng thêm code viết bằng AVR C vào chương trình nếu muốn.
2.1.5. Các loại bo mạch ARDUINO
Về mặt chức năng, các bo mạch Arduino được chia thành hai loại: loại bo
mạch chính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính
(thường được gọi là shield). Các bo mạch chính về cơ bản là giống nhau về chức
năng, tuy nhiên về mặt cấu hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ, hay kích
thước có sự khác nhau. Một số bo có trang bị thêm các tính năng kết nối như
Ethernet và Bluetooth. Các bo mở rộng chủ yếu mở rộng thêm một số tính năng cho
bo mạch chính ví dụ như tính năng kết nối Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ

v.v…


11
2.2. CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI
2.2.1. Động cơ DC
2.2.1.1. Cấu tạo
Cấu tạo động cơ điện một chiều gồm: stator, rotor và hệ thống chổi than – vành góp.

Hình 2.3: Động cơ DC
a) Stator (phần cảm):
Bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm gồm các bối
dây đặt trong rãnh của lõi sắt. Số lượng cực từ chính phụ thuộc vào tốc độ quay.
Đối với động cơ cơng suất nhỏ người ta kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.
b) Rotor (phần ứng):
Bao gồm các lá thép k ỹ thuật điện ghép lại có rãnh để đặt các phần t ử của
dây quấn phần ứng. Điện áp một chiều được đưa vào phần ứng qua hệ thống chổi
than-vành góp. Kết cấu của giá đỡ chổi than có khả năng điều chỉnh áp lực tiếp xúc
và tự động duy trì áp lực tuỳ theo độ mịn của chổi than.
c) Hệ thống chổi than-vành góp:
Dùng để đưa điện áp một chiều vào cuộn dây phần ứng và đổi chiều dòng
điện trong cuộn dây phần ứng. Số lượng chổi than bằng số lượng cực từ (một nữa
có cực tính dương và một nữa có cực tính âm).
2.2.1.2. Ngun lý hoạt động
Động cơ có thể xoay theo chiều thuận hoặc chiều nghịch của kim đồng hồ.


12

Hình 2.4: Động cơ quay theo chiều kim đồng hồ

Như hình trên ta thấy rằng khi cho dịng diện một chiều (tuyệt đối ko dùng
điện xoay chiều) đi qua motor sẽ khiến cho motor quay như trên hình.

Hình 2.5: Động cơ quay theo chiều ngược kim đồng hồ
Khi ta đảo hai cực của dịng điện thì ta sẽ sẽ đuợc hiện tượng như hình trên,
đó là động cơ sẽ quay theo chiều hồn tồn ngược lại so với hình truớc đó. Qua đó
ta có thể rút đuợc kết luận như sau:
- Động cơ DC cho dòng diện một chiều chạy qua và làm quay phần Roto dẫn đến
motor quay, nếu ta đổi chiều dịng điện thì motor sẽ quay theo chiều ngược lại. Do
đó ta có thể điều chỉnh được hướng quay của DC Motor. Đặc tính kĩ thuật của hầu
hết động cơ DC là tốc độ quay (vòng/phút) cao và moment ngẫu lực thấp.
Chú ý: Điện áp V và dịng I khơng nên vượt q giá trị được ghi trên motor, nếu
không motor s ẽ bị hỏng. Tuy nhiên nếu ta đặt một điện áp thấp hơn V hoặc một
dịng điện thấp hơn I, thì tốc độ và độ chịu tải của motor sẽ giảm theo.


13
2.2.2. Động cơ Servo
Có rất nhiều loại động cơ có khả năng đảm bảo yêu cầu được đưa ra trong hệ
thống gạt sản phẩm trên băng chuyền của đề tài. Sau khi kiểm nghiệm thì tơi chọn
động cơ servo MG90S.
Loại động cơ này có kích thước nhỏ gọn dễ sử dụng và phù hợp với yêu cầu của đề
tài. Động cơ hoạt động được trong khoản 4.8VDC – 6.0VDC. Trong mạch tơi dùng
5VDC để điều khiển.

Hình 2.6:Động cơ servo .
Với tính năng hoạt động quay vịng theo góc tọa độ định mức, cộng với sự
hổ trợ của các bánh răng để tăng thêm lực momen xoắn của động cơ.
Động cơ đạt momen xoắn lên đến 2kg/cm
-

Được điều chế ở tín hiệu analog.

-

Kích nhỏ gọn 2.8×12.2×28.5mm.

 Ngun lý hoạt động :
Trục của động cơ servo được định vị nhờ vào ký thuật gọi là điều biến độ
rộng xung (PWM). Trong hệ thống này, servo đáp ứng một dãy các xung số ổn
định. Cụ thể hơn, mạch đièu khiển đáp ứng của một tín hiệu số có các xung biến đổi
từ 1-2 ms. Các xung này được gởi đi 50lần/giây. Chú ý rằng không phải số xung
trong một giây điều khiển servo mà là chiều dài của các xung. Servo đòi hỏi khoảng
30-60 xung /giây. N ếu số này qua thấp, độ chính xác và cơng suất để duy trì servo
sẽ giảm.


14
Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ không phải liên tục
quay như động cơ DC hay động cơ bước. Cơng dụng chính của động cơ servo là đạt
được góc quay chính xác trong khoảng t ừ 90o – 180o. Việc điều khiển này có thể
ứng dụng để lái robot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét
phòng.
2.2.3. Module điều khiển động cơ
Thông số cơ bản:
-

Điện áp cấp Vs nên sử dụng: +7 V ~ +35 V

-

Dòng điện Peak: 2A

-

Mức điện áp logic điều khiển:

-

Low:-0.3V ≤ Vin ≤ 1.5V

-

LED Hiển thị trạng thái điều khiển

-

Kích thước Board: 48mm × 43mm × 33mm

-

Trọng lượng: 33g.

High: 2.3V ≤ Vin ≤ Vss

Hình 2.7:Module điều khiển động cơ
 Nguyên lý hoạt động:
IC L298 là một IC tích hợp nguyên khối gồm 2 mạch cầu H bên trong. Với
điện áp làm tăng công suất đầu ra từ 5V – 47V, dòng lên đến 4A, L298 rất thích hợp
trong những ứng dụng cơng suất nhỏ như động cơ DC loại vừa …

15
Tóm tắt qua chức năng các chân của L298:
- 4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5, 7, 10,
12 của L298. Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển.
- 4 chân OUTPUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với các chân
INPUT) được nối với các chân 2, 3, 13, 14 của L298. Các chân này sẽ được nối với
động cơ.
- Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển các mạch cầu H trong L298.
Nếu ở mức logic “1” (nối với nguồn 5V) thì cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở
mức logic “0” thì mạch cầu H khơng hoạt động.
Điều khiển chiều quay với L298:
-Khi ENA = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào .
-Khi ENA = 1:
+ INT1 = 1; INT2 = 0: động cơ quay thuân.
+ INT1 = 0; INT2 = 1: động cơ quay nghịch.
+ INT1 = INT2: động cơ dừng ngay tức thì.
(tương tự với các chân ENB, INT3, INT4).
2.2.4. Cảm biến tiệm cận
a) Khái niệm:
Một cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản
là “PROX”) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến. Trong hầu hết các trường hợp,
khoảng cách này chỉ là vài mm. Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của
chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của
máy.
Phân loại sản phẩm theo vật liệu được thực hiện khi sử dụng các cảm biến
hoạt dộng theo nguyên t ắc cảm ứng gần. Khi có vật liệu bằng kim loại dịch chuyển
tới cần bộ cảm biến, nó sẽ làm thay đổi độ cảm ứng của cuộn cảm ứng, t ạo ra tín
hiệu và được khuếch đại để tạo tín hiệu chuyển mạch. Các cảm biến này thường

được dùng trong công nghiệp, được chế tạo với nhiều kích cở để thuận tiện lắp ráp
và khoảng cách khác nhau để phù hợp với các ứng dụng khác nhau.


16
b) Phân loại:
Có 2 loại cảm biến tiệm cận cơng nghiệp chính là:
- Cảm biến tiệm cận cảm ứng phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện
từ. Dĩ nhiên, thiết bị chỉ phát hiện được vật kim loại.
- Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện
dung tĩnh điện. Do đó, thiết bị này có thể phát hiện mọi loại vật.
Mặc dù cảm biến cảm ứng chỉ phát hiện được các vật kim loại, chúng phổ biến hơn
nhiều trong công nghiệp. Những cảm biến này ít chịu ảnh hưởng của các nhiễu bên
ngoài hơn như EMC và – cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng – những
cảm biến này rẻ hơn cảm biến điện dung.
Cảm biến tiệm cận cảm ứng bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi
từ ở đầu cảm ứng. Sóng cao tần đi qua lõi dây này sẽ tạo ra một trường điện từ dao
động quanh nó. Trường điện từ này được một mạch bên trong kiểm sốt. Khi vật
kim loại di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dịng điện (dịng điện xốy) trong
vật.
c) Nguyên lý hoạt động:

Hình 2.8:Cảm biến tiệm cận


17
Những dòng điện này gây ra tác động như máy biến thế, do đó năng lượng
trong cuộn phát hiện giảm đi và dao động giảm xuống, độ mạnh của từ trường giảm
đi.
Mạch giám sát phát hiện ra mức dao động giảm đi và sau đó thay đổi đầu ra

vật đã được phát hiện.
Vì nguyên tắc vận hành này sử dụng trường điện từ nên cảm biến cảm ứng
vượt trội hơn cảm biến quang điện về khả năng chống chịu với mơi trường. Ví dụ:
dầu hoặc bụi thường khơng làm ảnh hưởng đến sự vận hành của cảm biến.
d) Sơ đồ nguyên lý cảm biến:
Ngày nay, hầu hết cảm biến cảm ứng đều có đặc điểm đầu ra tranzito có
logic NPN hoặc PNP. Những loại này còn được gọi là kiểu DC-3 dây.

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý cảm biến
Trong một số trường hợp cài đặt, người ta sử dụng cảm biến tiệm cận có 2
kết nối (âm và dương). Chúng được gọi là kiểu DC-2 dây

Hình 2.10: Cảm biến DC – 2 dây


18
Cảm biến tiệm cận được chia theo chế độ hoạt động thường mở (NO) và
thường đóng (NC) mơ tả tình trạng có tín hiệu đầu ra của cảm biến sau khi có hoặc
khơng phát hiện được vật.
Thường mở: Tín hiệu điện áp cao, khi phát hiện ra vật, tín hiệu điện áp thấp
khi khơng có vật.
Thường đóng: Tín hiệu cao khi khơng có vật, tín hiệu thấp khi phát hiện ra
vật.
Ví dụ minh họa ở bên trái trình bày cảm biến tiệm cận DC-2 dây có đầu ra
thường mở (NO). Đầu ra hoạt động khi vật di chuyển gần cảm biến.
Một số đặc trưng cơ bản của cảm biến sử dụng trong đề tài:
Loai

UP12-4NA

UP08-1.5NA

Khoảng các thu

4mm±10%

1.5mm±10%

Sự trễ

10% khoảng cách thu

10% khoảng cách thu

Kích thước vật thu chuẩn

12x12x1mm(sắt)

8x8 1mm(sắt)

Nguồn ni

12÷24VDC

12÷24VDC

Đặc trưng tần số

400Hz

800Hz

Lối ra

Tải trở 200mA, tải cảm Tải trở 200mA, tải cảm
100mA

100mA

Bảng 2.2: Đặc trưng cơ bản của cảm biến
e) Hệ số giảm khoảng cách phát hiện:
Với mỗi loại cảm biến khoảng cách thu nhận là xác đinh. Với mỗi loại kim
loại khoảng cách này cũng thay đổi.
Ví dụ: Vật liêu kim loại thép : khoảng thu là 60%
Vật liêu kim loại sắt : khoảng thu là 100%
Vật liêu kim loại đồng thau : khoảng thu là 40%
Vật liêu kim loại nhôm : khoảng thu là 30%


19
Vật liêu kim loại nhâm : khoảng thu là 28%
Vì vậy, để phân biệt sản phẩm theo vật liệu, có thể sử dụng các cảm biến có độ nhạy
khác nhau,hoặc bố trí ở những khoảng cách khác nhau.
f) Ảnh hƣởng của kích thƣớc vật:

Hình 2.11: Ảnh hưởng của kích thước vật
Khoảng cách phát hiện cũng chịu ảnh hưởng của kích thước của vật (vật nhỏ
hơn sẽ làm giảm khoảng cách phát hiện). Đồng thời loại và độ dày của lớp mạ cũng
ảnh hưởng đến khoảng cách phát hiện thực.
g) Khoảng cách phát hiện – độ trễ:

Độ trễ của cảm biến mô tả sự chênh lệch giữa khoảng cách mà cảm biến hoạt
động và khoảng cách mà cảm biến trở lại trạng thái ban đầu. Độ trễ nhỏ cho phép
định vị chính xác vật. Giá trị của độ trễ thường nằm trong khoảng 5-10%.
Sau khi lên bản thiết kế và thử nghiệm thì em chọn những loại sau :
Cảm biến để nhận biết kim loại sắt LJ18A3-8- Z/BX.
-

Khoảng cách nhận biết là 8mm đến 18mm.

-

Hoạt động với mức volt 6VDC

-

Dòng tiêu thụ là 300mA.

36VDC.

Với tính năng cảm biến vật thể với khoảng cách xa, ổn định, tiêu thụ năng lượng
thấp, dễ dàng lắp đặt và dễ sử dụng .