THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ NHẬN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU LASER TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SAN PHẲNG MẶT ĐỒNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ NHẬN VÀ XỬ LÝ
TÍN HIỆU LASER TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
SAN PHẲNG MẶT ĐỒNG

Họ và tên sinh viên: ĐẶNG VĂN CHUNG
LÊ HOÀNG HIỆP
Ngành

: CƠ ĐIỆN TỬ

Niên khóa

: 2009-2013

Tháng 06 năm 2013


THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ NHẬN VÀ XỬ LÍ TÍN HIỆU LASER
TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SAN PHẲNG MẶT ĐỒNG

Tác giả
ĐẶNG VĂN CHUNG
LÊ HOÀNG HIỆP

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn:
TH.S TRẦN THỊ KIM NGÀ
PGS.TS NGUYỄN VĂN HÙNG

tháng 6 năm 2013
i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay,
chúng tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và
bạn bè.
Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Cơ khí - Công nghệ đặc biệt là
quý thầy cô bộ môn Cơ Điện tử đã hỗ trợ nhiệt tình chúng tôi trong quá trình thực hiện
đề tài này.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Văn Hùng và Cô Th.s
Trần Thị Kim Ngà đã tận tình giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
Cám ơn các bạn trong bộ môn Cơ Điện tử, Khoa Cơ khí – Công nghệ Trường
Đại học Nông Lâm TP.HCM đã tạo điều kiền để chúng tôi thực hiện đề tài.
Cuối cùng, với tất cả tấm lòng mình, chúng tôi xin cảm ơn gia đình, người thân
- những người đã luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian
học tập và thực hiện luận văn này.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013
Sinh viên thực hiện

Đặng Văn Chung
Lê Hoàng Hiệp

ii

TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “Thiết kế chế tạo thiết bị nhận và xử lý tín hiệu Laser trong
hệ thống điều khiển san phẳng mặt đồng”
Địa điểm thực hiện: Phòng bộ môn Cơ điện tử trường Đại học Nông Lâm
TP.HCM.
Thời gian thực hiện: từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2013
Khảo sát thiết bị nhận laser ngoại nhập (LR410 hãng Trimble) ở trung tâm Năng
Lượng ĐH Nông Lâm hiện có để tìm hiểu nguyên lý. Từ đó chúng tôi tiến hành thực
hiện luận văn “Thiết kế chế tạo thiết bị nhận và xử lý tín hiệu Laser trong hệ
thống điều khiển san phẳng mặt đồng” để có thể ứng dụng những nghiên cứu của
mình nhằm nội địa hóa một số cụm thiết bị của hệ thống.
Mô hình được thiết kế, chế tạo để có thể nhận được tín hiệu laser từ bộ phát laser,
tín hiệu laser này được sử dụng để nhận biết máy kéo đang ở vùng đất có độ cao như
thế nào,sau đó đưa ra 3 mức tín hiệu: mức cao(H), mức giữa(O) và mức thấp(L) để
điều khiển cụm gàu san tương ứng với các trạng thái: hạ gàu, duy trì, nâng gàu.

iii


MỤC LỤC
Trang
TRANG TỰA…………………………………………………………………………...i
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................ii
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ...................................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ..........................................................................................vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH .......................................................................................... viii

Chương 1: MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
1.1.Đặt vấn đề .................................................................................................................. 1
1.2.Mục đích đề tài .......................................................................................................... 1
1.3.Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................... 2
1.4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................ 2
Chương 2: TỔNG QUAN ............................................................................................. 3
2.1. Sơ lược về hệ thống san phẳng mặt đồng ................................................................. 3
2.2. Tìm hiểu thiết bị nhận tia laser ................................................................................. 4
2.3.Hệ thống nhận tín hiệu laser hiện có (nhập từ công ty Trimble) : ........................... 6
2.4. Sơ lược các phần tử dùng trong hệ thống ................................................................. 7
2.4.1.Các linh kiện dùng trong bộ phận xử lý tín hiệu ................................................... 7
2.4.1.1.Quang trở ............................................................................................................. 7
2.4.1.2.IC LM324 ............................................................................................................ 8
2.4.2.Các linh kiện dùng trong thiết bị điều khiển ........................................................ 10
2.4.3.Phần mềm lập trình ............................................................................................... 11
Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................... 13
3.1.Nội dung đề tài ........................................................................................................ 13
3.2.Phương pháp thực hiện ............................................................................................ 13
3.3.Cơ sở thiết kế mô hình xử lý tín hiệu và thiết bị điều khiển của cụm thiết bị điều
khiển laser ...................................................................................................................... 13
iv


3.3.1.Thiết bị xử lí tín hiệu ............................................................................................ 13
3.3.2.Thiết bị điều khiển ................................................................................................ 13
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................. 14
4.1.Kết quả tính toán thiết kế, chế tạo mô hình nhận xử lý tín hiệu laser ..................... 14
4.1.1.Yêu cầu thiết kế .................................................................................................... 14
4.1.2.Tính toán, thiết kế, chế tạo ................................................................................... 14
4.1.3.Kết quả chế tạo ..................................................................................................... 25

4.1.4. Kết nối thiết bị nhận tín hiệu với mô hình........................................................... 25
4.2.Kết quả khảo nghiệm và nhận xét chung ................................................................ 26
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...................................................................... 30
5.1.Kết luận.................................................................................................................... 30
5.2.Đề nghị .................................................................................................................... 30
Tài liệu tham khảo ....................................................................................................... 31
Phụ lục .......................................................................................................................... 32

v


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
PTCB

Phần tử cảm biến

IRRI

International Rice Research Institute

CAEM

Center for Agricultural Energy and Machinery

vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1 Kí hiệu chân của LM324 ............................................................................... 10
Bảng 4.1 Khảo sát tín hiệu từ thiết bị nhận ................................................................... 27
Bảng 4.2 Khảo sát tín hiệu từ thiết bị nhận và hộp điều khiển ..................................... 27

vii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình

Trang

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy san phẳng Laser ............................................. 3
Hình 2.2 Hệ thống san phẳng laser lắp trên máy kéo MTZ 80....................................... 4
Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ thống thiết bị Laser Levelling.................................................. 4
Hình 2.4 Thiết bị nhận lắp trên dụng cụ đo độ cao......................................................... 5
Hình 2.5 Thiết bị nhận lắp trên gàu san .......................................................................... 5
Hình 2.6 Cấu tạo bộ nhận laser ....................................................................................... 6
Hình 2.7 Cấu tạo quang trở ............................................................................................. 7
Hình 2.8 Ký hiệu quang trở ............................................................................................ 7
Hình 2.9 Hình thật một quang trở ................................................................................... 8
Hình 2.10 IC LM324 ...................................................................................................... 8
Hình 2.11 Sơ đồ chân LM324......................................................................................... 9
Hình 2.12 Vi điều khiển PIC16F877A .......................................................................... 11
Hình 2.13 Sơ đồ chân PIC16F877A .............................................................................. 11
Hình 2.14 Quá trình lập trình, biên dịch và nạp ........................................................... 12
Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị nhận và xử lý tín hiệu laser ................... 15
Hình 4.2 Một phần tử cảm biến .................................................................................... 15

Hình 4.3 Sơ đồ kết nối hai phần tử cảm biến................................................................ 16
Hình 4.4 Sơ đồ kết nối các phần tử cảm biến ............................................................... 17
Hình 4.5 Cách đặt các phần tử cảm biến ...................................................................... 18
Hình 4.6 Sơ đồ toàn bộ ba mức hệ thống ..................................................................... 19
Hình 4.7 Mạch nguyên lý nhận tín hiệu ....................................................................... 20
Hình 4.8 Mặt trước mạch cảm biến nhận laser ............................................................. 21
Hình 4.9 Mặt sau mạch cảm biến nhận laser ................................................................ 22
Hình 4.10 Mạch xử lý trung tâm................................................................................... 23
Hình 4.11 Lưu đồ giải thuật .......................................................................................... 24
Hình 4.12 Kết quả của thiết bị nhận thực tế ................................................................. 25
Hình 4.13 Kết nối hộp điều khiển với mô hình thực tế ................................................ 26
viii


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.Đặt vấn đề
Trong sản xuất nông nghiệp, khâu làm đất sau thu hoạch là hết sức cần thiết cho
việc gieo trồng, tưới tiêu và canh tác, đặc biệt là khâu san phẳng mặt đồng trước khi
gieo trồng. Nếu mặt đồng không được san phẳng còn nhấp nhô thì tốn nhiều thời gian
cho công việc bón phân và tưới tiêu vì lượng nước và phân bón không được phân bố
đều trên đồng ruộng. Chính vì thế sẽ tạo điều kiện cho cỏ dại và các loại côn trùng gây
hại phát triển làm ảnh hưởng đến năng suất cây trồng. Thông thường người nông dân
phải bỏ ra rất nhiều thời gian cho khâu làm đất. Không thể trồng và chăm sóc đúng yêu
cầu kỹ thuật nếu mặt đất không bằng phẳng. Vì vậy để tiết kiệm thời gian, chi phí và
nâng cao chất lượng, sản lượng sau này của cây trồng. Do đó cần áp dụng một phương
pháp tiên tiến trong việc san phẳng mặt ruộng, đó là phương pháp san phẳng mặt
ruộng điều khiển bằng tia laser.
Hiện nay tại một số nơi ở nước ta như Bạc Liêu, Cần Thơ, Lâm Đồng đang áp
dụng phương pháp san phẳng mặt ruộng điều khiển bằng laser và bước đầu đã mang

lại lợi ích khả quan nhưng chưa được phổ biến vì giá thành của sản phẩm tương đối
cao, kĩ thuật vận hành và bảo trì sữa chữa chưa được phổ biến, các phụ kiện tương đối
xa lạ với người nông dân. Trên cơ sở đó được sự phân công giáo viên hướng dẫn,
chúng tôi nghiên cứu và thực hiện đề tài: ” Thiết kế chế tạo thiết bị nhận và xử lý
tín hiệu Laser trong hệ thống điều khiển san phẳng mặt đồng” để đáp ứng nhu
cầu nội địa hóa sản phẩm.
1.2.Mục đích đề tài
Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị nhận và xử lí tín hiệu laser của hệ thống san
phẳng mặt đồng làm cơ sở cho việc chế tạo nội địa hóa một số cụm thiết bị của hệ
thống, phục vụ nhu cầu san phẳng đồng ruộng ở Việt Nam
.
1


1.3.Phạm vi nghiên cứu
Khảo sát mô hình thực và đã chế tạo mô hình thiết bị nhận và xử lí tín hiệu
laser, nên giới hạn mức độ ổn định ở mức thử nghiệm..
1.4. Nội dung nghiên cứu
Khảo nghiệm, phân tích thiết bị hiện có (Trimble LR410) hiện có tại Trung tâm
Năng lượng (CAEM) trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh để xây dựng
phương án thiết kế…
Thiết kế, chế tạo mô hình thiết bị phận và xử lý tín hiệu laser trong hệ thống
san phẳng mặt đồng.
Khảo nghiệm và đánh giá kết quả từ thiết bị thu tín hiệu laser thực tế.

2


Chương 2
TỔNG QUAN

2.1.Sơ lược về hệ thống san phẳng mặt đồng
 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống san phẳng laser được thể hiện như Hình 2.1 và hệ
thống thực được thể hiện như Hình 2.2:

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy san phẳng laser
1. Thiết bị phát tia laser;

6. Ống dầu thủy lực;

2. Xi lanh thủy lực;

7. Van thủy lực;

3. Thiết bị nhận tín hiệu;

8. Hộp điều khiển;

4. Gàu san;

9. Máy kéo.

5. Bộ phận làm mát dầu thủy lực;
Thiết bị phát laser (1) được đặt trên giá đỡ, phát ra tia laser tạo thành một mặt
phẳng laser cố định song song nằm ngang. Thiết bị nhận tín hiệu laser (3) lắp cố định
trên cụm gàu san (4) sẽ xác định vị trí tương đối của gàu san so với mặt phẳng laser
khi hai bánh xe mang gàu san lên vùng cao hay xuống vùng đất trũng rồi truyền tín
hiệu về bộ điều khiển (8). Sau khi xử lý, tín hiệu được truyền tới hộp phân phối thuỷ
lực để kích đóng hoặc mở các vị trí của van thuỷ lực (7) lúc này dầu được đưa từ bơm
qua các đường ống dẫn (6) đến điều khiển cơ cấu chấp hành (xi lanh thủy lực 2). Dầu
3

trả về thùng được làm mát qua bộ phận làm mát dầu (5). Nghĩa là khi cụm gàu san lên
vùng đất cao thì thiết bị điều khiển sẽ điều khiển cho xi lanh thủy lực đi xuống làm hạ
gàu san để lấy đất, khi cụm gàu san xuống vùng đất thấp thì điều khiển cho xi lanh
thủy lực sẽ đẩy lên, gàu san được nâng lên để thả đất. Gàu san được nâng lên hoặc hạ
xuống sao cho vạch chuẩn trên thiết bị nhận (được cài đặt sẵn) luôn nằm trên mặt
phẳng laser.

Hình 2.2: Hệ thống san phẳng laser lắp trên máy kéo MTZ 80

Hình 2.2 Hệ thống san phẳng laser lắp trên máy kéo MTZ 80

Tín hiệu

Thiết bị nhận

Thiết bị xử

Cơ cấu chấp

phát laser

tia laser

lý tín hiệu

hành

Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ thống thiết bị Laser Levelling

2.2.Tìm hiểu thiết bị nhận tia laser
Là một thiết bị dùng để xác định chiều cao của mặt phẳng laser nó gồm có các
tế bào nhạy cảm với ánh sáng laser gọi là cảm biến ánh sáng laser. Một trong những
đặc điểm quan trọng nhất của bộ nhận là phải có khả năng đáp ứng nhanh vì thời gian
4


kích hoạt của ánh sáng laser là rất ngắn, tại thời điểm này nó phải truyền thông tin về
cho bộ điều khiển.
Phương trình tính toán thời gian kích hoạt của ánh sáng laser tới thiết bị nhận:

T

30d
RN

Trong đó:
d – đường kính tia laser, [m];
R – khoảng cách giữa thiết bị phát và thiết bị thu laser, [m];
N – tốc độ quay của đèn phát laser, [vòng/phút].
Thiết bị nhận được đặt trên trụ của cụm gàu san. Cảm biến ánh sáng laser sẽ xác
định độ chênh lệch của mặt phẳng laser được phát ra từ thiết bị phát so với mức chuẩn
ở 3 mức: mức giữa(O), mức thấp(L) và mức cao(H). Trong quá trình di chuyển của
cụm gàu san thiết bị nhận sẽ cho biết được độ chênh lệch của gàu san khi ở vùng đất
cao hay vùng đất trũng và sẽ truyền tín hiệu về cho thiết bị điều khiển xử lý để nâng hạ
gàu san. Tín hiệu xuất ra từ thiết bị nhận về cho thiết bị xử lý tín hiệu là dòng điện một
chiều DC từ 3V ÷ 8V. Ngoài ra còn có thiết bị nhận laser lắp trên thước đo chiều cao
dùng để đo chiều cao nhấp nhô ban đầu của mặt đồng trước khi san phẳng.

Hình 2.4 Thiết bị nhận lắp trên dụng cụ đo

Hình 2.5 Thiết bị nhận lắp trên

độ cao

gàu san

5


2.3.Hệ thống nhận tín hiệu laser hiện có (nhập từ công ty Trimble) : hiện có tại
trung tâm Năng Lượng ĐH Nông Lâm

1

2
3
3
Hình 2.6 Cấu tạo thiết bị nhận laser
1 – Cảm biến ánh sáng laser
2 – Lỗ cắm dây nối với thiết bị điều khiển
3- Cáp truyền tín hiệu về thiết bị điều khiển.
Thông số kỹ thuật thiết bị nhận laser (Trimble LR410):
Nhiệt độ hoạt động và bảo quản

-40°C đến +71°C (-40°F đến +160°F)
-55°C đến +85°C (-67°F đến +185°F)

Khối lượng

<2.8 kg (6.3 lb)

Điện thế đầu vào

9 đến 30V DC

Cường độ dòng điện

500 mA tối đa 12V DC

Góc quét cho phép của chùm tia laser

360°

Độ ẩm

100%, chống chọi với thời tiết

6


2.4.Sơ lược các phần tử dùng trong hệ thống
2.4.1.Các linh kiện dùng trong thiết bị phận xử lý tín hiệu
2.4.1.1.Quang trở
Quang trở có cấu tạo gồm một lớp chất bán dẫn phủ trên một lớp nhựa cách
điện. Có hai điện cực gắn vào lớp bán dẫn đó và trên bề mặt của lớp bán dẫn có phủ
một lớp chất chống phản quang nhằm tăng độ nhạy sáng của quang trở.
Các hợp chất bán dẫn thường dùng có thể là: CdS, CdSe, ZnS hoặc các hỗn hợp
tinh thể khác, nói chung là các vật liệu nhạy quang.

Hình 2.7 Cấu tạo quang trở

Hình 2.8 Ký hiệu quang trở

7


Hình 2.9 Hình thật một quang trở
Nguyên lý làm việc của quang trở là: khi có bức xạ chiếu vào, chất bán dẫn hấp
thu năng lượng làm phát sinh các điện tử tự do và lỗ trống, tức sự dẫn điện tăng lên và
giảm điện trở của chất bán dẫn. Các đặc tính điện và độ nhạy của quang trở tùy thuộc
vào vật liệu dùng trong chế tạo quang trở.
2.4.1.2.IC LM324
LM324 là một IC khuếch đại thuật toán công suất thấp, bao gồm 4 bộ khuếch
đại thuật toán (Op-Amp) trong nó.

Hình 2.10 IC LM324
Thông thường một bộ khuếch đại thuật toán (Op-Amp) thì cần phải có nguồn
đôi. Tức là phải có nguồn dương và nguồn âm. Tuy nhiên các opamp trong LM324
được thiết kế đặc biệt để sử dụng với nguồn đơn. Do đó chỉ cần Vcc và Gnd là đủ.

8


 Sơ đồ chân của IC LM324 

Hình 2.11 Sơ đồ chân LM324
 Một số thông số kĩ thuật của IC LM324:
1.
Điện áp cung cấp: từ 5V – 32V.

Áp ngõ vào: từ 0 – 32V đối với nguôn đơn và ±15V đối với nguồn đôi.
2.
Công suất của LM324 loại chân cắm (Dip): khoảng 1W.
Điện áp ngõ ra: từ 0V – (Vcc – 1,5V).
3.
Dòng ngõ ra khi mắc theo kiểu đẩy dòng (dòng Sink): dòng đẩy tối đa
đạt được 20mA.
4.
Dòng ngõ ra khi mắc theo kiểu hút dòng (dòng Souce): dòng hút tối đa
có thể lên đến 40mA.
5.
Tần số hoạt động của LM324: 1MHz.
6.
Độ lợi khuếch đại điện áp DC của LM324 tối đa khoảng 100 dB.

9


Chân số

Chức năng

Chân số

Chức năng

1

Đầu ra (1)

8

Đầu ra (3)

2

Lối vào đảo (1)

9

Lối vào đảo (3)

3

Lối vào không đảo (1)

10

Lối vào không đảo (3)

4

Nguồn

11

Đất

5

Lối vào không đảo (2)

12

Lối vào không đảo (4)

6

Lối vào đảo (2)

13

Lối vào đảo (4)

7

Đầu ra (2)

14

Đầu ra (4)

Bảng 2.1.Kí hiệu chân của LM324
LM324 được sử dụng rộng rãi trong kĩ thuật điện tử như: trong các mạch
khuếch đại, mạch so sánh, mạch trừ, mạch cộng, mạch điều khiển PID… Trong đề tài
này, các IC LM324 được sử dụng trong các mạch cảm biến của thiết bị cảm biến. Nó
được kết nối với các quang trở và nhận tín hiệu từ quang trở để tiến hành so sánh.
2.4.2.Các linh kiện dùng trong thiết bị điều khiển
 Vi điều khiển PIC16F877A
Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877A gồm:

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit.
Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho
phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ
dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số
PORT I/O là 5 với 33 pin I/O. Có 8 kênh chuyển đổi A/D.
 Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:
-

Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.

-

Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm
dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ
sleep.

-

Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ Postcaler.

-

Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rộng xung.

-

Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C.
10

-

Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ.

-

Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển
RD, WR.

 Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:
-

Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần.

-

Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần.

-

Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm.

-

Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.

-

Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial
Programming) thông qua 2 chân.

-

Watchdog Timer với bộ dao động trong.

-

Chức năng bảo mật chương trình.

 Vi điều khiển PIC16F877A và sơ đồ chân:

Hình 2.12 Vi điều khiển PIC16F877A

Hình 2.13 Sơ đồ chân PIC16F877A

2.4.3.Phần mềm lập trình
Sử dụng chương trình CCS (‘PIC C Compiler) để lập trình cho PIC. Đây là một
chương trình hỗ trợ cho việc lập trình PIC bằng ngôn ngữ C rất thông dụng.
11


 Quá trình nạp cho PIC16F877A

Hình 2.14 Quá trình lập trình, biên dịch và nạp

12


Chương 3
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1.Nội dung đề tài
Tìm hiểu cảm biến nhận ánh sáng laser.
Thiết kế, chế tạo thiết bị nhận và xử lý tín hiệu laser trong hệ thống điều khiển
san phẳng mặt đồng.
3.2.Phương pháp thực hiện
 Tìm hiểu thiết bị xử lý tín hiệu và thiết bị điều khiển của cụm thiết bị điều khiển
laser có tại Trung tâm Năng lượng Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh.
 Nghiên cứu và tìm hiểu các bài báo cáo, bài nghiên cứu liên quan đến đề tài trên
sách báo, internet.
 Nghiên cứu linh kiện thay thế phù hợp.
 Đưa ra quyết định lựa chọn phương pháp phù hợp nhất.
3.3.Cơ sở thiết kế mô hình xử lý tín hiệu và thiết bị điều khiển của cụm thiết bị
điều khiển laser
Qua nghiên cứu mô hình thực tế và khảo sát yêu cầu của hệ thống, sau đó đưa
ra cách thiết kế và chế tạo các bộ phận cho hệ thống.
3.3.1.Thiết bị xử lí tín hiệu
Trong hệ thống thực tế, thiết bị nhận tín hiệu được sử dụng là các cảm biến
nhận ánh sáng laser, với đề tài này thì chúng tôi sử dụng các quang trở. Các quang trở
này sẽ giảm điện trở xuống khi có nguồn ánh sáng mạnh chiếu vào, ta lấy tín hiệu từ
sự thay đổi này mà đưa về bộ điều khiển để xử lý.
3.3.2.Thiết bị điều khiển
Nhận tín hiệu thu được từ thiết bị thu ánh sáng laser, sau đó đưa ra các mức tín
hiệu để điều khiển van khí nén trong cơ cấu chấp hành.

13


Chương 4
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1.Kết quả tính toán thiết kế, chế tạo mô hình nhận xử lý tín hiệu laser

4.1.1.Yêu cầu thiết kế
Nguyên lý hoạt động của thiết bị nhận phải dựa trên nguyên lý của thiết bị
nhận laser thật (nhập từ công ty Trimble) đầu vào nhận được tia laser với 3 mức cao,
giữa, thấp và đầu ra xuất được tín hiệu về hộp điều khiển.
Các phần tử cảm biến phải đáp ứng nhận và xử lý kịp thời khi có tín hiệu.
4.1.2.Tính toán, thiết kế, chế tạo
Dựa vào cơ sở thiết kế, chế tạo mô hình và nguyên lí hoạt động của hệ thống.
Ta cần quan tâm đến vấn đề sau:
Thiết bị thu laser: phát hiện ra ánh sáng laser được phát ra từ thiết bị phát laser,
xử lí sau đó truyền tín hiệu về vi điều khiển.

14


Thiết bị nhận
Thiết bị phát
Tia laser

Mức cao

Xử lý tín
hiệu giư

Mức giữa

Cảm biến nhận laser

Mức thấp

cao

giữa

Hộp điều

thấp

khiển

Cơ cấu
chấp hành

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị nhận và xử lý tín hiệu laser
 Thiết bị phát : do không thiết kế thiết bị phát nên nhóm quyết định sử dụng bút
laser có sẵn trên thi trường có cường độ 5mW.
 Thiết bị nhận:
Tính toán thiết kế mạch:
Phần tử cảm biến(PTCB): các quang trở, IC LM324 được kết nối với nhau để
tạo thành mạch cảm biến. Thông qua mạch này, ta có thể thu được một tín hiệu dạng
logic ở đầu ra từ tín hiệu laser ở đầu vào quang trở.
Có tia laser ->ngõ ra mức 1
Không có ->ngõ ra mức 0

Hình 4.2 Một phần tử cảm biến
15


Bình thường, khi không có tia laser chiếu vào, thì giá trị điện trở của các quang
trở rất lớn (khoảng 50 k Ω – 100 k Ω) cho nên không có dòng điện về V+ của opamp.
Khi đó, V+ =V- nên ở đầu ra của opamp không có tín hiệu (mức thấp).
Khi có tia laser chiếu lên bề mặt các quang trở thì giá trị điện trở của nó sẽ giảm

mạnh (chỉ còn khoảng vài chục Ω ), nên dòng điện sẽ đi từ Vcc  quang trở  V+
của opamp. Khi đó, V+ > V- . Cho nên đầu ra sẽ lên mức 1 (mức cao). Tín hiệu này
có giá trị khoảng 1.5 V, nó sẽ được đưa về bộ điều khiển để tiếp tục xử lý.
 Ghép nối hai phần tử cảm biến
Các phần tử cảm biến được ghép lại với nhau để tạo thành bộ cảm biến. Tuy
nhiên, để ghép các phần tử cảm biến lại với nhau ta cần phải sử dụng thêm các diode ở
các đầu ra của các opamp trong IC LM324 để định chiều cho tín hiệu ra.
Các phần tử cảm biến sẽ được kết nối với nhau theo sơ đồ như sau :

quangtro

R1

R3
R

14

VCC

D2

3

A

1
2

10k

R2
10k

DIODE
7

VCC

Ngõ ra

quangtro

R1

R3
R

14

VCC

D3

3
1
2

10k

R2
10k

DIODE
7

VCC

B

Hình 4.3 Sơ đồ kết nối hai phần tử cảm biến
Khi có tia laser chiếu vào quang trở của phần tử cảm biến thứ nhất thì ở đầu ra
của phần tử cảm biến này sẽ lên mức cao như phần trên đã mô tả. Dòng tín hiệu này sẽ
đi từ A về ngõ ra chung (Hình 4.3).

16