Thiết kế hệ thống cân điện tử trong dây chuyền đóng gói sử dụng PIC16F877A

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.02 MB, 29 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

MUA FULL CODE + MÔ PHỎNG TRÊN PROTEUS VUI LÒNG LIÊN HỆ QUA EMAIL:

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

TRƯỜNG ĐHKTCN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Giáo viên hướng dẫn:

Ngày giao đề tài: Ngày hoàn thành:

Đề tài: Thiết kế hệ thống cân điện tử trong dây chuyền đóng gói

- Nhập trọng lượng được đóng gói.

- Khi trọng lượng đưa vào đạt ngưỡng thì hiển thị led matrix thông tin dừng và dừng động cơ.

*Mô Tả Hoạt Động:

-PIC nhận tín hiệu từ cảm biến.

- Led matrix 8x8 sẽ hiển thị chữ ST khi trọng lượng vượt ngưỡng.

Báo cáo, chương trình:

Sinh viên được yêu cầu nộp các nội dung sau: - Báo cáo bản word + slide powerpoint - Mã nguồn chương trình hoặc phần mềm

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2023 Giáo viên hướng dẫn

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ... 7

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN ĐIỆN TỬ TRONG DÂY CHUYỀN ĐÓNG GÓI VÀ CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG ... 9

1.1Tổng quan về hệ thống cân điện tử. ... 9

1.2Giới Thiệu Về Các Linh Kiện Sử Dụng ... 10

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Danh Mục Hình Ảnh

Hình 1.1 Ảnh thực tế PIC16F877A ... 11

Hình 1.2 Datasheet của PIC16F877A ... 12

Hình 1.3 PIC16F877A có gắn thạch anh ... 13

Hình 1.4 Cảm biến khối lượng Loadcell ... 13

Hình 1.5 Nguyên lý hoạt động của loadcell ... 14

Hình 1.6 Sơ đồ chân của ADC0804 ... 16

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý vẽ trên Proteus 8.5 ... 22

Hình 2.2 Mơ phỏng trên Proteus 8.5 ... 23

Hình 2.3 Khi trọng lượng dưới ngưỡng cho phép ... 24

Hình 2.4 Khi trọng lượng vượt ngưỡng ... 25

Hình 3.1 Proteus 8.5... 26

Hình 3.2 Phần mềm lập trình CCS ... 26

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

MỞ ĐẦU

Thế kỷ 21 mở ra một kỷ nguyên mới, một kỷ nguyên khoa học cơng nghệ địi hỏi con người khơng ngừng tìm tòi, học hỏi để phát triển, tiến bộ.

Với bước nhảy vọt của khoa học và kỹ thuật điện, điện tử, trong thời gian ngắn đã đạt được những thành tựu to lớn trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống xã hội. Trang thiết bị, công nghệ ngày càng được đổi mới góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống. Ngày nay, các thiết bị vi điều khiển có ứng dụng rộng rãi hơn với ưu điểm là nhỏ gọn, linh hoạt và có thể điều khiển rộng rãi. Vi điều khiển đang ngày càng chiếm lĩnh và đóng vai trị cực kỳ quan trọng trong các kỹ thuật điều khiển và tự động hóa.

Giờ đây, nhu cầu chuyên dụng hóa, tối ưu (thời gian, không gian, giá thành) bảo mật, tính chủ động linh hoạt trong cơng nghệ… ngày càng địi hỏi khắc khe việc đưa ra công nghệ mới trong lĩnh vực chế tạo mạch điều khiển điện tử, để đáp ứng các nhu cầu cấp thiết trong khoa học kỹ thuật điện - điện tử. Kỹ thuật vi điều khiển hiện nay rất phát triển, nó đáp ứng được nhu cầu của nhiều ngành lĩnh vực sản xuất cơng nghiệp, tự động hóa, trong đời sống…So với kỹ thuật số thì kỹ thuật vi điều khiển nhỏ gọn hơn, do đó nó được tập hợp lại và có khả năng lập trình để điều khiển nên tiện dụng và cơ động. Với các tính chất ưu việt đó, trong đề tài này em sử dụng vi điều khiển để đo khối lượng để đưa ra mức cảnh báo.

Đề tài này thiết kế dựa trên kiến thức đã học, sách tham khảo và một số nguồn tài liệu khác.

Tuy nhiên do thời gian và trình độ có hạn nên em khơng tránh khỏi những sai sót. Vì vậy mong thầy, cơ góp ý xây dựng giúp đỡ để hồn thành đề tài. Em xin chân thành cảm ơn.

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Để thực hiện nội dung trên thì báo cáo của tôi gồm 3 chương, cụ thể: Chương 1: Tổng quan về hệ thống cân điện tử trong dây chuyền đóng gói và các linh kiện sử dụng.

Chương 2: Tổng quan về mạch phần cứng. Chương 3: Chương trình phần mềm.

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN ĐIỆN TỬ TRONG DÂY CHUYỀN ĐÓNG GÓI VÀ CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG 1.1 Tổng quan về hệ thống cân điện tử.

Cân điện tử ra đời đã dần dần thay thế hoàn toàn cho những chiếc cân thơ sơ hay cịn gọi là cân cơ, cân quả treo, cân lò so, cân thăng bằng trước kia bởi độ chính xác cao, nhiều tính năng hiện đại. Nó có thể cân được những mẫu vật rất nhỏ từ hàng mg với mức cân sai lệch từ 0.00001g đến những vật có khối lượng rất lớn lên đến hàng trăm tấn.

Cân điện tử ngày nay đã có mặt trong hấu hết các hoạt động của đời sống và sản xuất kinh doanh bởi;

- Khả năng cân nhiều hạn mức khối lượng khác nhau, từ rất nhỏ cho tới hàng trăm tấn.

- Cho kết quả nhanh với độ chính xác cao, tích hợp nhiều ứng dụng hiện đại.

- Thuận tiện trong sử dụng, thống kê và quản lý dữ liệu.

- Khả năng kết nối linh hoạt đa dạng trong thời đại kỹ thuật số.

Dưới đây là ví dụ về một số loại cân điện tử và ứng dụng trong đời sống và sản xuất kinh doanh.

Cân điện tử thông dụng:

Những sản phẩm như cân bàn điện tử, cân tính tiền, cân in mã vạch, in tem nhãn, hay gọi chung là cân siêu thị mà chúng ta thường thấy để cân các loại hàng hóa, thực phẩm như thủy sản, nông sản, các loại vật dụng…tại các cửa hàng bách hóa hay là ở các siêu thị, chợ.

Cân công nghiệp:

Dùng để cân khối lượng hàng hóa lớn như cân ơ tô, xe tải, cân điện tử xe nâng, cân treo điện tử, cân bồn, cân si lô, cân toa tàu hỏa, cân container tại các nhà ga, bến cảng, kho hàng. Hay tới các sản phẩm thường dùng trong các nhà máy sản xuất như: cân bàn, cân sàn điện tử, cân đếm số lượng, cân đóng bao, cân triết rót, cân kiểm tra trọng lượng trong dây chuyền,...

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Cân phịng thí nghiệm:

Các dòng cân phân tích, cân kỹ thuật, cân phân tích độ ẩm, dùng trong phịng thí nghiệm dùng để cân mẫu vật, phân tích hàm lượng, tỷ trọng nguyên liệu

Cân điện tử chuyên dụng:

Các loại cân sử dụng cho những mục đích chuyên biệt như cân pha chế sơn, cân tính tỷ trọng tinh bột, cân động vật, cân đo lực kéo, ...

Với các yếu tố trên em xin thiết kế đề tài đo khối lượng hàng hóa và đưa ra cảnh báo khi vượt ngưỡng cho phép dùng cảm biến Loadcell, sử dụng bộ vi điều khiển PIC16F877A và hiển thị lên led matrix.

Cảm biến Loadcell: Cảm biến cân nặng loadcell là cảm biến có thể chuyển

đổi một lực, trọng lượng thành một tín hiệu điện. Giá trị tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, do đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ. Loadcell điện trở làm việc dựa vào nguyên lý áp lực – trở kháng. Khi một tải trọng, một lực tác động lên cảm biến sẽ làm trở kháng thay đổi. Sự thay đổi trở kháng này dẫn đến dự thay đổi điện áp đầu ra khi điện áp đầu vào được cấp.

Cảm biến loadcell được ứng dụng rộng rãi trong đời sống như: đo khối lượng của vật, phân phối đều trọng lượng sản phẩm trong các dây truyền tự động hóa, đo trọng lượng xe tải…

PIC16F877A: là một loại chip vi điều khiển khả trình có thể dùng mã

nguồn mở, nó có ưu điểm về giá thành tương đối rẻ, điều khiển ổn định và khá chính xác và khá phổ biến trên thị trường.

1.2 Giới Thiệu Về Các Linh Kiện Sử Dụng

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

PIC16F877A

PIC 16F877A là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay (đủ mạnh về tính năng, 40 chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường).

a) Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877A:

− 8 K Flash ROM. − 368 Bytes RAM. − 256 Bytes EEPROM.

− 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập. − 2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2).

− Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ tiếtkiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài − 2 bô CCP (Capture / Compare/ PWM)

− 1 bộ biến đổi AD 10 bits, 8 ngõ vào. − 2 bộ so sánh tương tự (Compartor).

− 1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer)

− Một cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển. − Một cổng nối tiếp.

− 15 nguồn ngắt.

Hình 1.1 Ảnh thực tế PIC16F877A

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

− Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP (In-Circuit Serial Programming)

− Được chế tạo bằng công nghệ CMOS − Tần số hoạt động tối đa 20MHz

b) Sơ đồ chân của PIC 16F877A

Để PIC hoạt động ta cần cấp nguồn cho PIC. Ngồi ra có thể thêm vào bộ dao động thạch anh.

Hình 1.2 Datasheet của PIC16F877A

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Hình 1.3 PIC16F877A có gắn thạch anh

Cảm biến khối lượng Loadcell

Hình 1.4 Cảm biến khối lượng Loadcell

a) Nguyên lý hoạt động chung của IC đo khối lượng:

Một điện áp được cung cấp cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) và (4) của cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc khác. Tại trạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không hoặc gần bằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị. Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), dẫn đến sự thay đổi về chiều dài và tiết diện của

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

các sợi kim loại của điện trở strain gage -> thay đổi giá trị điện trở -> thay đổi điện áp đầu ra.

Hình 1.5 Nguyên lý hoạt động của loadcell

b) Các đặc điểm và tính chất quan trọng của Loadcell

– Độ chính xác: cho biết phần trăm chính xác trong phép đo. Độ chính xác phụ thuộc tính chất phi tuyến tính, độ trễ, độ lặp.

– Công suất định mức: giá trị khối lượng lớn nhất mà Loadcell có thể đo được.

– Dải bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà đầu ra Loadcell được bù vào, nếu nằm ngoài khoảng này, đầu ra không được đảm bảo thực hiện theo đúng chi tiết kĩ thuật được đưa ra.

– Cấp bảo vệ: được đánh giá theo thang đo IP, (ví dụ: IP65: chống được độ ẩm và bụi).

– Điện áp: giá trị điện áp làm việc của Loadcell (thông thường đưa ra giá trị

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

– Trở kháng đầu vào: trở kháng được xác định thông qua S- và S+ khi Loadcell chưa kết nối vào hệ thống hoặc ở chế độ không tải.

– Điện trở cách điện: thông thường đo tại dòng DC 50V. Giá trị cách điện giữa lớp vỏ kim loại củaLoadcell và thiết bị kết nối dòng điện.

– Phá hủy cơ học: giá trị tải trọng mà Loadcell có thể bị phá vỡ hoặc biến dạng.

– Giá trị ra: kết quả đo được (đơn vị: mV).

– Trở kháng đầu ra: cho dưới dạng trở kháng được đo giữa Ex+ và EX- trong điều kiện load cell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải. – Q tải an tồn: là cơng suất mà Loadcell có thể vượt q (ví dụ: 125% cơng suất).

– Hệ số tác động của nhiệt độ: Đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay đổi công suất củaLoadcell dưới sự thay đổi nhiệt độ, (ví dụ: 0.01%/10°C nghĩa là nếu nhiệt dộ tăng thêm 10°C thì cơng suất đầy tải của Loadcell tăng thêm 0.01%).

– Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: giống như trên nhưng đo ở chế độ không tải.Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp. – Đối với hệ thống này thì đo từ 0 đến 150. Chi tiết các bạn có thể xem trong datasheet của nó.

ADC0804

ADC0804 là IC chuyển đổi tín hiệu analog sang digital 8bit có thể chuyển đồng thời 8 đầu vào analog. Giá trị đầu ra digital có thể thay đổi trong khoảng từ 0 đến 255. Nó sử dụng bộ chuyển đổi xấp xỉ (Successive approximation converter) dựa vào thang đo điện áp vi sai (Differential potentiometric ladder).

Các linh kiện khác nhau có thể thực hiện các chức khác nhau và chuyển đổi dữ liệu cho các thiết bị khác để thực hiện chức năng khác. Vấn đề cơ bản là việc dịch dữ liệu giữa các linh kiện này.

Trong điện tử, có cách giao tiếp dữ liệu khác nhau giữa các thiết bị đã được phát minh để có thể hoạt động hiệu quả theo hai hoặc nhiều linh kiện khác nhau.

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

ADC0804 là IC điện áp thấp sử dụng để chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu digital 8bit điện áp thấp. Hoạt động với nguồn 0-5 V, có 1 đầu vào Analog và 8 chân digital đầu ra.

ADC0804 có 1 xung clock bên trong nhưng để tăng hoặc thay đổi chu kỳ xung clock, có thể sử dụng xung clock bên ngồi. Ln nhớ rằng tốc độ chuyển đổi tín hiệu khơng thể nhanh hơn 110us nếu sử dụng xung clock bên trong hoặc bên ngồi.

Hình 1.6 Sơ đồ chân của ADC0804

Cấu hình chân

- CS: Là chân Chip select được sử dụng để chọn thiết bị. Khi sử dụng nhiều ADC thì chân này được sử dụng để chọn thiết bị thực hiện. Kích hoạt ở mức logic thấp.

- RD: Là chân đọc tín hiệu. Chân RD được sử dụng khi muốn nhận giá trị đầu ra từ thanh ghi bên trong. Xung thay đổi logic từ cao xuống thấp sẽ kích hoạt chức năng của chân này

- WR: Là chân đầu vào Write được sử dụng để bắt đầu chuyển đổi tín

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

- Vin (+): Là chân đầu vào analog cho tín hiệu đảo. Hầu hết các thiết bị cấp tín hiệu analog ở dạng không đảo nên sử dụng chân này làm đầu vào analog.

- Vin (-): Là chân đầu vào analog cho tín hiệu đảo. Do bản chất tín hiệu hầu hết ở dạng không đảo, nên mắc chân vào mass.

- AGND : Chân mass cho đầu vào analog

- View : Được sử dụng để cấp điện áp tham chiếu cho phép đọc đầy đủ thang đo giá trị dòng điện.

- DGND : Chân này mắc vào mass của linh kiện nhận đầu ra digital. - DB0 - DB7: Là đầu ra digital ở dạng 8-bit.

- CLK R: Chân này dùng để định thời RC sử dụng xung nhịp bên trong.

- VCC: Chân cấp nguồn. Không được lớn hơn +6,5 V. Chủ yếu sử dụng nguồn +5.0 V.

Các tính năng của ADC0804:

- Tương thích với tất cả các bộ vi điều khiển và bộ vi xử lý hoạt động

- Hỗ trợ các linh kiện điện tử CMOS và TTL.

- Nó có một xung nhịp bên trong với tần số 640KHz. - Vận hành không cần hiệu chỉnh về 0

- Thời gian chuyển đổi tín hiệu tối thiểu 110us - Có chiều rộng 0,3 inch với package DIP 20 chân - Có đầu vào điện áp analog khác nhau.

- Dải giá trị đầu ra digital từ 0 – 255 - Dải điện áp đầu vào 2,5V - 6,5V

- Hoạt động độc lập với bộ vi xử lý 8 bit bên trong.

- Khi Vref = 5V, cứ mỗi lần tăng 19,53mV giá trị analog thì sẽ tăng một bit ở đầu ra digital.

Led ma trận 8x8

Led ma trận là ma trận điểm (mỗi điểm là một đèn LED) được xếp thành các hàng, cá cột nối tiếp nhau trên một màn hình lớn, độ phân giải thấp, được sử dụng để làm màn hình cơng nghiệp hoặc thương mại. Bên trong nó là ma trận diode hai chiều có cực dương sắp theo hàng và cực âm sắp theo cột. Có thể điều khiển từng điểm của led ma trận bằng cách điều khiển dòng điện đi qua mỗi cặp diode theo cột hoặc hàng. Loại ma trận này rất

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

phổ biến trong sử dụng hiển thị thơng tin, nó cho phép hiển thị hình ảnh và văn bản dạng tĩnh hoặc động. Bên dưới là hình 1 led ma trận.

Hình 1.7 Led ma trận 8x8

Cấu tạo của led ma trận:

Lấy ví dụ led ma trận 8x8 (8 hàng và 8 cột). Trong led ma trận này có 64 đèn led. Những đèn led này được hàn trên bảng mạch 1 mặt. Cực dương của led này được nối với cực dương của led kia thành một hàng, cả 8 hàng đều tương tự như vậy. Cực âm của led này được nối với cực âm của led kia thành 8 cột. Tất cả các led được nối với nhau bằng dây đồng trần.

Trong ma trận điểm các led nối với nhau theo hàng và cột. Điều này giúp giảm số lượng chân cần thiết để điều khiển led. Giả sử trong ma trận 8x8 có 64 chân I/O để hiển thị mỗi điểm ảnh. Để tạo ma trận điểm 8x8 tất cả các cực dương nối với nhau theo hàng từ R1 đến R8, tương tự các cực âm nối với nhau theo cột từ C1 đến C8. Bằng cách này có thể giảm số chân I/O đi 16 cái.

Hình 1.8 Cấu tạo led ma trận 8x8

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Các linh kiện khác:

a) Tụ điện:

Tụ hóa: có tính chất phóng nạp vì vậy nên nó có tác dụng lọc nguồn làm cho điện áp đầu ra phẳng hơn dập tắt các dao động.

Tụ gốm: có độ tích điện nhỏ do có điện tích nhỏ nên tụ gốm có thể phóng nạp rất nhanh và một ưu điểm nữa là loại tụ này không phân cực được dùng để lọc các gai sóng làm cho điện áp ngõ ra phẳng hơn.

b) Điện trở:

Điện trở là một loại linh kiện điện tử thụ động có đặc tính cản trở dịng điện điện chạy qua. Có tác dụng tạo ra sụt áp trên mạch khi mắc nối tiếp với.

c) Thạch anh:

Hình 1.9 Tụ gốm và tụ hóa

Hình 1.10 Điện trở

</div>