THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ĐO ĐỘ ẨM ĐỘ TRẮNG GẠO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ


NGUYỄN MẬU HỘI

THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÁY ĐO
ĐỘ ẨM - ĐỘ TRẮNG GẠO

Tp. Hồ Chí Minh
Tháng 08 năm 2008


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ


THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÁY ĐO ĐỘ ẨM - ĐỘ TRẮNG GẠO
Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

ThS. LÊ VĂN BẠN

NGUYỄN MẬU HỘI
Khóa: 2004 - 2008

Tp. Hồ Chí Minh
Tháng 08 năm 2008


MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING
NONG LAM UNIVERSITY
FACULTY OF ENGINEERING & TECHNOLOGY


DESIGNING - FABRICATING MOISTURE AND
WHITERNESS TESTER OF THE RICE
Speciality: Automation department

Supervisor:

Student:

Master. LE VAN BAN

NGUYEN MAU HOI
Course: 2004 - 2008

Ho Chi Minh, city
August, 2008


LỜI CẢM TẠ

Để có ngày hôm nay, đầu tiên con xin chân thành cảm ơn Bố - Mẹ, người đã
sinh thành, dưỡng dục, thương yêu, chăm sóc, động viên con trong suốt những năm

qua.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại Học Nông Lâm Tp.HCM,
đặc biệt là quý thầy cô Khoa Cơ Khí & Công Nghệ đã yêu thương, tận tình dạy dỗ
cho chúng em trong suốt quá trình học tập.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Thạc Sĩ. Lê Văn Bạn, trưởng bộ
môn “Điều Khiển Tự Động” đã hết lòng hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá
trình thực hiện đề tài.
Cuối cùng mình xin cảm ơn các bạn sinh viên lớp DH04TD và bạn bè thân
hữu đã tận tình giúp đỡ mình trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp.HCM, tháng 08 năm 2008
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Mậu Hội

i


TÓM TẮT

Đề tài:
THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÁY ĐO ĐỘ ẨM - ĐỘ TRẮNG GẠO
Ngày nay, trên thị trường có rất nhiều máy đo độ ẩm - độ trắng gạo cho
hiển thị trực tiếp giá trị đo. Kết quả xử lí rất nhanh và tương đối ổn định. Tuy
nhiên đó là những máy nhập từ nước ngoài và có giá thành rất đắt. Hơn nữa
máy chỉ đo được một chức năng riêng biệt là độ ẩm hoặc độ trắng gạo.
Trong khuôn khổ luận văn này đề tài thực hiện công việc tính toán, thiết
kế và chế tạo mẫu máy đo độ ẩm độ trắng gạo nhằm mục đích vừa nghiên
cứu vấn đề mới vừa ứng dụng thực tế những kiến thức đã được trang bị trong
nhà trường đồng thời tạo ra sản phẩm có giá thành thấp.
 Các kết quả đã đạt được:

Đã chế tạo thành công máy đo độ ẩm - độ trắng gạo với thang đo:
Độ ẩm: 15% - 20%, độ trắng: 8 - 14. Trong đó, kết quả hiển thị lên màn
hình LCD. Vi xử lí được ứng dụng để thiết kế mạch đo có tốc độ xử lí
nhanh, độ phân giải 10 bit.
Bộ phận khuếch đại độ ẩm, độ trắng hoạt động tốt, ít nhiễu.
Phần mềm hoạt động ổn định, kết quả đo được hiển thị nhanh lên màn
LCD.
Máy đo độ trắng khá nhạy cho kết quả nhanh.
Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

ThS. LÊ VĂN BẠN

NGUYỄN MẬU HỘI

ii


SUMMARY

Thesis:
DESIGNING - FABRICATING MOISTURE AND WHITENESS TESTER
OF THE RICE
Nowadays, moisture and whiteness tester have many types on the
market. However, moisture and whiteness tester have to be imported from
other countries with high cost. Furthermore, moisture and whiteness tester
are used to measure only one function: whiteness or moisture. This thesis
was carried out to calculate, design and fabricate a combine moisture and
whiteness tester with low cost.

 Some achievements:
Microprocessor was used to design in the circuit with 10 bit resolution
of ADC.
Character LCD display was used to display results.
Moisture range: 15% - 20%.
Whiteness range: 8 - 14. Compare to IRRI whiteness kit.
Power input 12 VDC or 220 VAC.
Size: L x W x H : 23 x 13 x 6.5 (centimeter).
It cost about 1.5 million VND.
Adviser:

Done by:

Master. Le Van Ban

Nguyen Mau Hoi

iii


MỤC LỤC

Lời cảm tạ..........................................................................................................i
Tóm tắt ............................................................................................................. ii
Summary ......................................................................................................... iii
Mục lục ............................................................................................................ iv
Danh sách các hình ......................................................................................... vi
Danh sách các bảng ...................................................................................... viii
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU .....................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề...........................................................................................1

1.2. Mục đích đề tài....................................................................................1
1.1.1. Mục đích chung .........................................................................1
1.1.2. Mục đích cụ thể .........................................................................1
1.3. Giới hạn đề tài.....................................................................................2
CHƯƠNG 2. TRA CỨU TÀI LIỆU ....................................................................3
2.1. Tìm hiểu tổng quan về hạt gạo............................................................3
2.1.1. Cấu tạo hạt gạo .........................................................................3
2.1.2. Tìm hiểu tầm quan trọng của độ ẩm và độ trắng .......................3
2.2. Các phương pháp xác định độ ẩm ......................................................4
2.2.1. Đo độ ẩm theo nguyên tắc tủ sấy ..............................................4
2.2.2. Đo độ ẩm theo nguyên tắc gián tiếp ..........................................4
2.3. Tra cứu chuẩn xác định độ trắng ........................................................4
2.4. Một số mẫu máy tham khảo ................................................................5
2.5. Tra cứu các linh kiện điện tử...............................................................7
2.5.1. Tra cứu LM7805 ........................................................................7
2.5.2. Tra cứu L7905 ...........................................................................7
2.5.3. Tra cứu OP07............................................................................7
2.5.4. Tìm hiểu về cảm biến màu. .......................................................8
2.6. Tìm hiểu về vi điều khiển.....................................................................9
2.6.1. Định nghĩa: ................................................................................9
2.6.2. Vi điều khiển ATMEGA32 ........................................................10
2.7. Tra cứu bộ hiển thị LCD ....................................................................11
2.8. Tìm hiểu phần mềm BASCOM-AVR lập trình cho vi điều khiển ........12
2.9. Tìm hiểu mạch nạp chương trình cho vi điều khiển ..........................13
2.10. Tra cứu mạch biến đổi tín hiệu điện trở sang điện áp .....................14
2.10.1. Tra cứu mạch cầu Wheatstone..............................................14

iv

CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN.......................................16
3.1. Phương pháp thực hiện đề tài ..........................................................16
3.1.1. Chọn phương pháp thiết kế hệ thống máy đo .........................16
3.1.2. Phương pháp thực hiện phần cơ khí .......................................16
3.1.3. Phương pháp thực hiện phần điện tử......................................17
3.2. Phương tiện thưc hiện đề tài:............................................................17
CHƯƠNG 4. THỰC HIỆN ĐỀ TÀI - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................18
4.1. Thiết kế máy .....................................................................................18
4.1.1. Chọn mô hình máy ..................................................................18
4.1.2. Chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy ............................................19
4.2. Thực hiện phần cơ khí ......................................................................20
4.2.1. Chế tạo hộc đặt khay gạo đo độ ẩm ........................................20
4.2.2. Chế tạo hộc đặt khay gạo đo độ trắng.....................................20
4.2.3. Chế tạo hộp đặt LED phát sáng và cảm biến ..........................20
4.2.4. Chế tạo mặt đỡ tay vặn ...........................................................21
4.2.5. Chế tạo khay đựng gạo ...........................................................21
4.2.6. Chế tạo bộ phận tay vặn..........................................................22
4.3. Thực hiện phần điện tử.....................................................................22
4.3.1. Chế tạo phần mạch nguồn ......................................................22
4.3.2. Mạch khuếch đại độ ẩm...........................................................24
4.3.3. Mạch khuếch đại độ trắng gạo ................................................24
4.3.4. Chế tạo phần mạch chuyển đổi ADC và hiển thị dữ liệu..........25
4.3.5. Chế tạo mạch điều khiển tổng hợp..........................................26
4.4. Sơ đồ bố trí LED phát sáng cho độ trắng gạo ...................................28
4.4.1. Sơ đồ bố trí LED......................................................................28
4.4.2. Tính toán góc nghiêng khi bố trí LED ......................................28
4.4.3. Khảo sát sơ bộ các thông số màu và độ ẩm theo điện áp .......29
4.5. Thực hiện phần mềm ........................................................................33
4.5.1. Lưu đồ khối chung của phần mềm ..........................................33
4.5.2. Lưu đồ khối quét lệnh từ nút điều khiển ..................................34

4.5.3. Lưu đồ giải thuật......................................................................35
4.5.4. Viết chương trình vi điều khiển ................................................38
4.6. Kiểm tra chạy thử và hoàn thành hệ thống .......................................38
4.6.1. Kiểm tra máy ...........................................................................38
4.6.2. Thử nghiệm máy .....................................................................39
4.7. Kết quả và thảo luận .........................................................................41
4.7.1. Kết quả ....................................................................................41
4.7.2. Thảo luận ................................................................................45
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ ..............................................................46
5.1. Kết luận.............................................................................................46
5.2. Đề nghị..............................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

v


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1. Cấu tạo hạt gạo.................................................................................3
Hình 2.2. Bảng tra cứu độ trắng (IRRI Rice Miiling Chart) ................................5
Hình 2.3. Máy đo độ ẩm gạo của Nhật (máy Kett) ............................................5
Hình 2.4. Máy đo độ ẩm gạo tự chế tại Trường Đại Học Nông Lâm.................6
Hình 2.5. Máy đo độ trắng gạo (máy MILLING METER)...................................6
Hình 2.6. Sơ đồ chân của LM7805 ...................................................................7
Hình 2.7. Sơ đồ chân của L7905 ......................................................................7
Hình 2.8. Sơ đồ chân OP07 .............................................................................7
Hình 2.9. Cảm biến 3 màu................................................................................8
Hình 2.10. Cấu tạo cảm biến màu đơn giản .....................................................8
Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lí tế bào quang điện (quang transistor).....................9

Hình 2.12 .Sơ đồ chân vi điều khiển ATMEGA32 ...........................................10
Hình 2.13. Bộ hiển thị LCD .............................................................................11
Hình 2.14. Giao diện chính của phần mềm BASCOM-AVR............................12
Hình 2.15. Cửa sổ hộp thoại Options .............................................................13
Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lí mạch nạp ............................................................14
Hình 2.17. Mạch cầu Wheatstone...................................................................14
Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống máy đo và xuất kết quả..........................................16
Hình 4.1. Cấu tạo nguyên lí cơ bản của máy đo độ ẩm độ trắng gạo .............18
Hình 4.2. Cấu tạo hộc đặt khay gạo đo độ ẩm................................................20
Hình 4.3. Cấu tạo hộc đặt khay gạo đo độ trắng ............................................20
Hình 4.4. Cấu tạo hộp đặt LED phát sáng và cảm biến ..................................20
Hình 4.5. Cấu tạo mặt đỡ tay vặn...................................................................21
Hình 4.6. Cấu tạo khay đựng gạo...................................................................21
Hình 4.7. Cấu tạo tay vặn gạo ........................................................................22
Hình 4.8. Sơ đồ nguyên lí mạch nguồn 5V .....................................................23
Hình 4.9. Sơ đồ nguyên lí mạch nguồn -5V....................................................23
vi


Hình 4.10. Sơ đồ nguyên lí mạch khuếch đại độ ẩm ......................................24
Hình 4.11. Sơ đồ nguyên lí mạch khuếch đại độ trắng ...................................25
Hình 4.12. Sơ đồ nguyên lí mạch chuyển đổi ADC và hiển thị .......................25
Hình 4.13. Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển máy ..........................................26
Hình 4.14. Sơ đồ khối của mạch ADC.............................................................27
Hình 4.15. Sơ đồ bố trí LED ...........................................................................28
Hình 4.16. Sơ đồ nguyên lí đặt LED ...............................................................28
Hình 4.17. Khảo sát độ trắng theo điện áp .....................................................30
Hình 4.18. Khảo sát độ ẩm .............................................................................30
Hình 4.19. Nạp chương trình cho vi điều khiển ..............................................38
Hình 4.20. Hệ thống máy hoàn chỉnh .............................................................39

Hình 4.21. Chạy thử nghiệm máy ...................................................................39
Hình 4.3. Màn hình hiển thị chương trình điều khiển ......................................40
Hình 5.1. Thử nghiệm đo độ ẩm gạo trên máy MWT-01.................................49
Hình 5.2. Thử nghiệm đo độ trắng gạo trên máy MWT-01 .............................49

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.7. Bảng sắp xếp và chức năng các chân của LCD.............................12
Bảng 1. Kết quả đo được ...............................................................................31
Bảng 2. Kết quả đo được ...............................................................................32
Bảng 3. kết quả đo được ................................................................................41
Bảng 4. kết quả đo được ................................................................................42
Bảng 5. kết quả đo được ................................................................................43
Bảng 6. kết quả đo được ................................................................................44
Bảng 3.3. Chức năng của các đường dẫn điều khiển.....................................58
Bảng 3.4. Bảng đấu nối môđun LCD với vi điều khiển ATMEGA32................59

viii


CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề
Ngày nay có rất nhiều máy đo dùng để đo độ ẩm độ trắng gạo được chế
tạo bởi các trung tâm, viện nghiên cứu, trường học…Và cũng có nhiều mẫu
máy đo khác nhau được sản xuất ở nhiều nước trên thế giới. Những máy này
rất hiện đại, có thể đọc và xử lí số liệu chính xác, cho hiển thị kết quả ra màn

hình nhanh. Tuy nhiên đây là những máy chỉ hoạt động với một chức năng
riêng biệt đo độ ẩm hoặc đo độ trắng gạo. Giá thành của những máy này cũng
rất đắt, không phù hợp với nền kinh tế nước ta.
Được sự chấp nhận của Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí & Công Nghệ Trường Đại Học Nông Lâm, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết kế - chế tạo
máy đo độ ẩm - độ trắng gạo”.
1.2. Mục đích đề tài
1.1.1. Mục đích chung
 Khảo sát nguyên lí hoạt động của máy đo độ ẩm tại phòng tự động.
 Khảo sát nguyên lí hoạt động của máy đo độ trắng tại Cần Thơ.
 Khảo sát các mạch khuếch đại độ ẩm độ trắng.
 Trên cơ sở đó tiến hành tính toán, thiết kế máy đo độ ẩm, độ trắng
gạo trên cùng một máy.
1.1.2. Mục đích cụ thể
 Tìm hiểu cấu tạo máy: kết cấu máy, mạch điều khiển, chương trình
điều khiển và xử lí số liệu bên trong máy.
 Thiết kế, chế tạo mạch khuếch đại độ ẩm độ, độ trắng gạo.
 Tính toán, thiết kế và chế tạo mạch nguồn cung cấp.
 Thiết kế và chế tạo mẫu máy.
 Thiết kế mạch điều khiển độ ẩm, độ trắng của gạo, hiển thị kết quả
đo lên màn hình LCD
1


 Viết chương trình điều khiển, xử lí số liệu cho mạch trên.
1.3. Giới hạn đề tài
 Thiết kế máy đo độ ẩm, đo độ trắng gạo dựa vào tín hiệu điện nhận
được từ cảm biến.
 Máy chỉ đo được độ ẩm gạo trong khoảng giá trị từ 15% đến 20%.
 Máy chỉ đo được độ trắng gạo với giá trị nằm trong khoảng từ 8 14.

2


CHƯƠNG 2. TRA CỨU TÀI LIỆU

2.1. Tìm hiểu tổng quan về hạt gạo
2.1.1. Cấu tạo hạt gạo

Hình 2.1. Cấu tạo hạt gạo
1, 2, 3 - Lớp vỏ quả;

6 - Nội nhủ

4 - Lớp Tegmen;

7 - Phôi

5 - Lớp Alơron;
2.1.2. Tìm hiểu tầm quan trọng của độ ẩm và độ trắng
 Ẩm độ toàn phần (ẩm độ theo căn bản ướt):
Là tỉ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật liệu với khối lượng của vật
liệu ẩm.

3


M = MW =

Wn
.100 (%)

W

 Ẩm độ tuyệt đối (ẩm độ theo căn bản khô):
Là tỉ lệ giữa khối lượng ẩm có trong vật liệu so với khối lượng vật chất
khô của vật liệu.
X = Md =

Wn
.100 =
Wk

W
.100 (%)
W  Wn

 Tầm quan trọng của ẩm độ hạt: ẩm độ hạt là yếu tố quan trọng quyết
định thời gian bảo quản hạt. Trong khoảng 14% - 18% thì mỗi 1% sai
lệnh ảnh hưởng đến hoạt động phát triển nấm. Nếu được bảo quản
trong điều kiện thích hợp thì với độ ẩm 14% có thể bảo quản được hơn
1 năm, còn với gạo có ẩm độ 18% thì chỉ bảo quản được khoảng 2
tuần. Ngoài ra ẩm độ còn là chỉ tiêu quan trọng trong việc buôn bán
nông phẩm.
 Độ trắng gạo:
Gạo trắng (gạo xát): phần còn lại của gạo lật sau khi đã tách bỏ một
phần hoặc toàn bộ cám và phôi. Độ trắng là một đặc tính quan trọng biểu thị
chất lượng gạo. Trong chế biến thì quá trình chà trắng và lau bóng ảnh hưởng
đến độ trắng và chất lượng.
2.2. Các phương pháp xác định độ ẩm
2.2.1. Đo độ ẩm theo nguyên tắc tủ sấy
Đặt hộp mẫu có chứa 1 lượng hạt nhất định vào tủ sấy có nhiệt độ

không thay đổi trong một thời gian nhất định. Cân để tính lượng nước mất đi
và tính ẩm độ. Phương pháp này rất chính xác (± 0.2%). Nhưng cần một thời
gian dài mới xác định được độ ẩm hạt.
2.2.2. Đo độ ẩm theo nguyên tắc gián tiếp
Đo điện trở hoặc điện dung của hạt thay đổi tùy theo ẩm độ. Phương
pháp này nhanh cho kết quả nhưng độ chính xác không cao.
2.3. Tra cứu chuẩn xác định độ trắng
Ứng với mỗi loại gạo khác nhau sẽ có một giá trị độ trắng khác nhau.

4


Hình 2.2 là dãy giá trị độ trắng của các loại gạo khác nhau, giá trị độ trắng
trong khoảng từ 8 đến 14.

8

10

12

14

Hình 2.2. Bảng tra cứu độ trắng (IRRI Rice Miiling Chart)
2.4. Một số mẫu máy tham khảo

Hình 2.3. Máy đo độ ẩm gạo của Nhật (máy Kett)
 Nguyên lí hoạt động của máy Kett (hoạt động theo nguyên tắc điện trở):
Bật công tắc máy, cài đặt chế độ thích hợp đối với từng loại hạt. Cho
hạt vào ngăn đựng để xác định độ ẩm.

 Ưu điểm: nhanh, đọc được ẩm độ chỉ sau vài giây.
 Nhược điểm: độ chính xác không cao vì còn tùy thuộc vào kích thước,
hình dạng hạt, độ bẩn…Ở khoảng ẩm độ thấp, sai số có thể chỉ ± 0.3%
nhưng ở ẩm độ cao (rất ướt) thì sai số có thể lên đến ± 3%.

5


Hình 2.4. Máy đo độ ẩm gạo tự chế tại
Trường Đại Học Nông Lâm
 Nguyên lí hoạt động:
Hoạt động theo nguyên tắc điện trở. Bật công tắc máy, cho hạt vào
ngăn đựng để xác định độ ẩm. Dùng biến trở dãy để nhận biết độ ẩm. Kết quả
được hiển thị bằng LED.
 Ưu điểm: nhanh cho kết quả, thang đo từ 14% - 21%.
 Nhược điểm: độ chính không cao, chưa thể hiện được độ ẩm gạo dưới
dạng thập phân.

Hình 2.5. Máy đo độ trắng gạo (máy MILLING METER)
 Nguyên tắc hoạt động:
Bật nút Power, bỏ tấm trắng chuẩn (độ trắng 83.5) vào hộp đựng mẫu,
sau đó đưa vào khay đặt mẫu để kiểm tra, nếu kết quả sai khác 0,2 thì
bấm nút CAL để cân chỉnh lại. Tương tự, bỏ tấm màu nâu (độ trắng
12.9) vào để kiểm tra, nếu kết quả sai khác 0,2 thì bấm nút CAL để cân
chỉnh lại cho bằng. Sau khi cân chỉnh xong thì bỏ gạo đầy vào khay và
bấm nút AVG để hiển thị kết quả đo.
6


 Ưu điểm: kết quả đo có độ chính xác cao, nhanh cho kết quả.

 Nhược điểm: Phương thức đo rất phức tạp, máy có giá thành cao.
2.5. Tra cứu các linh kiện điện tử
2.5.1. Tra cứu LM7805
 Hoạt động ổn định hiệu điện thế đầu ra ở mức 5V.
 Hoạt động: nếu ta cung cấp vào chân 1 một hiệu điện thế dương,
chân 3 một hiệu điện thế âm với hiệu điện thế khoảng 5V - 25V thì
giữa chân 2 và chân 1 sẽ có một hiệu điện thế ổn định là 5V.
U5
LM7805C/TO220
3
IN
OUT

2

0

1

Hình 2.6. Sơ đồ chân của LM7805
2.5.2. Tra cứu L7905
 Dùng để tạo ra nguồn -5V cung cấp cho OP07.
 Hoạt động: nếu chân 1 được cấp nguồn, chân 2 nối đất thì chân ra 3
sẽ cho hiệu điện thế là -5V.
U3

L7905/TO3
VOUT

VIN

3

1

GND

2

Hình 2.7. Sơ đồ chân của L7905
2.5.3. Tra cứu OP07
OP07 là một IC OPAMP có độ chính xác cao, với offset thấp (tiêu chuẩn
là 10V, max là 25V). Độ trôi offset khoảng 0,2V/C và dòng phân cực đầu
vào thấp (0,7nA), ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu (0,35Vp-p ), cộng thêm với trở
kháng đầu vào cao và độ lợi vòng hở lớn nên IC này rất thích hợp với các ứng
dụng đo lường đòi hỏi chính xác. OP07 thường dùng trong các mạch khuếch
đại thuật toán đòi hỏi độ chính xác cao.

Hình 2.8. Sơ đồ chân OP07
7


2.5.4. Tìm hiểu về cảm biến màu.
Dựa vào độ bức xạ của những màu sắc khác nhau sẽ tạo ra cho tế bào
quang điện có những độ chói khác nhau. Từ những so sánh đó sẽ phân biệt
được các màu nhờ bản ghi những độ chói. Để có thể lập bảng độ chói của
những màu sắc khác nhau, chúng ta xem ví dụ sau. Được cấu tạo bởi: 3 LED
(Light Emitting Diod) có màu sắc khác nhau gồm màu đỏ, màu xanh lục, màu
xanh và một tế bào quang điện đặt ở giữa (hình 2.9).

Hình 2.9. Cảm biến 3 màu
Mỗi LED sẽ được bật tuần tự sau một khoảng thời gian nhất định, với
độ chói của màu đỏ là 3000 mcd, màu xanh là 1200 mcd và màu xanh lục là
3000 mcd. Khi đó chúng ta sẽ có những giá trị điện trở tương đương màu đỏ
là 100 ohms, màu xanh lục là 80 ohms và màu xanh là 100 ohms. Qua đó
chúng ta thấy màu xanh lục có độ chói cao hơn các màu khác hay là tính nhạy
cảm của tế bào quang điện đối với màu xanh lục lớn hơn các màu khác.
Một cảm biến màu đơn giản sử dụng một con LED phát quang và một
điện quang trở (hình 2.10)

Hình 2.10. Cấu tạo cảm biến màu đơn giản
8


Để biết được màu nào thì chúng ta kết nối với vi điều khiển để chuyển
đổi giá trị tương tự từ cảm biến. Khi các màu khác nhau thì cảm biến sẽ cho
những giá trị điện trở khác nhau dẫn đến các mức điện áp khác nhau thông
qua bộ chuyển đổi AD. Sau đó được vi điều khiển xử lý và truyền lệnh cho cơ
cấu chấp hành.
VCC
R1
RESISTOR

D1
PHOTODIODE
Q1
PBF259S

Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lí tế bào quang điện (quang transistor)
Về cấu tạo bán dẫn, quang transistor coi như gồm có một quang diod và

một transistor, trong đó quang diod làm nhiệm vụ cảm biến quang điện và
transistor làm nhiệm vụ khuếch đại. Độ khuếch đại của transistor từ 100 đến
1000 lần.
2.6. Tìm hiểu về vi điều khiển
2.6.1. Định nghĩa:
Vi điều khiển là một mạch có mật độ tích hợp cao, trong đó có khả năng
nhận xử lý và xuất dữ liệu. Đặc biệt là quá trình xử lý được điều khiển theo
một chương trình gồm các tập lệnh mà người sử dụng có thể thay đổi một
cách dễ dàng. Một vi điều khiển có thể hiểu được vài trăm đến vài ngàn lệnh.
Vì vậy, nó có thể thực hiện được rất nhiều yêu cầu điều khiển khác nhau.

9


2.6.2. Vi điều khiển ATMEGA32

Hình 2.12 .Sơ đồ chân vi điều khiển ATMEGA32
 Đặc điểm của vi điều khiển ATMEGA32:
 Điện áp nguồn nuôi: 4V ÷ 6V.
 32Kbytes bộ nhớ ISP Flash với Read-While-Write capacities.
 2Kbytes RAM.
 1024 bytes EEPROM.
 32 đường I/O đa năng.
 32 thanh ghi đa năng.
 JTAG interface.
 On - chip Debug and Program.
 3 bộ định thời phức hợp với chế độ so sánh.
 Ngắt ngoài và trong.
 Bộ truyền nhận nối tiếp USART lập trình được.
 Bộ giao tiếp nối tiếp định hướng 2 dây.

 8 kênh, 10 bit ADC với ngưỡng vào lựa chọn khác nhau độ lợi lập
trình được.
 Bộ WatchDog Timer khả trình với dao động nội.
 Port SPI nối tiếp.
 Hệ thống ngắt để tiếp tục hàm.
10


 Sơ đồ các chân và chức năng của vi điều khiển AT ATMEGA32:
 VCC: điện áp nguồn nuôi.
 GDN: nối đất
 Cổng A (PA7÷PA0): là cổng vào/ra hai hướng 8 bit, có điện trở
nối lên nguồn dương bên trong. Cổng A cung cấp đường địa chỉ,
dữ liệu vào/ra theo kiểu hợp kênh khi dùng bộ nhớ ở bên ngoài.
 Cổng B (PA7 PB0): cổng vào/ra hai hướng 8 bit, có điện trở nối
lên nguồn dương bên trong. Cổng B cung cấp các chức năng ứng
với các tính năng đặc biệt của vi điều khiển ATMEGA32.
 Cổng C (PC7 PC0): cổng vào/ra hai hướng 8 bit, có điện trở nối
lên nguồn dương bên trong. Cổng C cung cấp các địa chỉ lối ra
khi dùng bộ nhớ ở bên ngoài.
 Cổng D (PD7 PD0): cổng vào/ra hai hướng 8 bit, có điện trở nối
lên nguồn dương bên trong. Cổng D cung cấp các chức năng ứng
với các tính năng đặc biệt của vi điều khiển ATMEGA32.
 RESET: chức năng cài đặt lại.
 XTAL1: lối vào bộ khuếch đại đảo và mạch tạo xung nhịp bên
trong.
 XTAL2: lối vào bộ khuếch đại đảo.
 ICP: là chân vào cho chức năng bắt tín hiệu vào bộ định thời/đếm
1. OC1B là chân ra chức năng so sánh lối ra bộ định thời/đếm 1.
2.7. Tra cứu bộ hiển thị LCD

Trong đề tài này, do kết cấu máy nhỏ gọn nên chọn bộ hiển thị tinh thể
lỏng LCD loại TC1602A-01. Loại này có 2 dòng, 16 kí tự và việc ghép nối với
vi điều khiển bằng loại 4 bit và có tổng cộng 16 chân modul hiển thị.

Hình 2.13. Bộ hiển thị LCD
11


Bảng 2.7. Bảng sắp xếp và chức năng các chân của LCD
Chân số

Kí hiệu

Mô tả

1

Vss

Nối mass hoặc đất

2

Vcc

Nguồn nuôi +5V

3

Vee

Chỉnh độ tương phản (0 đến +5V)

4

RS

Lựa chọn thanh ghi (lệnh/dữ liệu)

5

RW

Đọc / Ghi

6

E

Cho phép

7

DB0

Đường dẫn dữ liệu 0

8

DB1

Đường dẫn dữ liệu 1

9

DB2

Đường dẫn dữ liệu 2

10

DB3

Đường dẫn dữ liệu 3

11

DB4

Đường dẫn dữ liệu 4

12

DB5

Đường dẫn dữ liệu 5

13

DB6

Đường dẫn dữ liệu 6

14

DB7

Đường dẫn dữ liệu 7

2.8. Tìm hiểu phần mềm BASCOM-AVR lập trình cho vi điều khiển
Thanh
Menu

Thanh
Toolbar

Vùng để viết
chương trình

Hình 2.14. Giao diện chính của phần mềm BASCOM-AVR
12


 Giao diện chính gồm :
 Thanh Menu bar
 Thanh Tool bar
 Phần không gian dành cho việc viết chương trình.
 Cách xác lập các thông số cho chương trình thông qua hộp thoại
Option:
 Compiler: Trình biên dịch.

 Comunication: Xác lập các thông số giao tiếp truyền nhận dữ liệu.
 Environment: Giao diện chương trình.
 Simulator: Phần mô phỏng chương trình.
 Program: Xác lập các thông số lúc nạp chương trình.
 Monitor: Quan sát chương trình.
 Printer: Xác lập các thông số để in chương trình ra giấy

Hình 2.15. Cửa sổ hộp thoại Options
2.9. Tìm hiểu mạch nạp chương trình cho vi điều khiển
Chương trình sẽ được nạp trực tiếp từ phần mềm PonyProg2000 thông
qua cổng COM nối tiếp, dùng OPTO ISO4P521.
 Kết nối với vi điều khiển qua 4 đường:
 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)
 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)
 CKL (Đường dẫn điều khiển)
 GND (Ground: nối mass)

13


MACH NAP BANG CONG COM

4,7K

R2
4,7K

R3
4,7K

RESET
R4

R1

4,7K

1

DIODE ZENER

1
6
2
7
3
8
4
9
5

DIODE ZENER

CONG COM

P3

U1

4

2

D1

D2

3
ISO4P521

PROGAMMER

J2
1
2
3
4
5
6

MOSI
MISO
CKL

CON6

Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lí mạch nạp
2.10. Tra cứu mạch biến đổi tín hiệu điện trở sang điện áp
2.10.1. Tra cứu mạch cầu Wheatstone
Cầu Wheatstone là mạch cầu được chọn nhiều nhất trong việc đo

những biến dạng điện trở nhỏ (tối đa 10%), cầu Wheatstone để biến đổi tín
hiệu điện trở sang điện áp.
 Nguyên lý:
5V
R1

M

R2

10K

R
R4

R3

N

10K

R
V+
V-

Hình 2.17. Mạch cầu Wheatstone
R: điện trở danh nghĩa ban đầu của các điện trở R1, R2, R3, R4
V: điện áp cung cấp cho cầu thường là 5V.
Điện áp cung cấp cho cầu là một nguồn năng lượng cung cấp thật ổn
định. Trước khi tiến hành việc thử nghiệm, điều quan trọng là đưa cầu về

14