THIẾT KẾ CHẾ TẠO CỤM CẢM BIẾN XỬ LÝ MÀU TÁM KÊNH TRÊN MÁY PHÂN LOẠI MÀU HẠT ĐIỀU

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO
CỤM CẢM BIẾN XỬ LÝ MÀU TÁM KÊNH
TRÊN MÁY PHÂN LOẠI MÀU HẠT ĐIỀU

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HOÀNG THY NHÃ
Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Niên khóa: 2006 - 2010

Tháng 8/2010
 
 


THIẾT KẾ CHẾ TẠO
CỤM CẢM BIẾN XỬ LÝ MÀU TÁM KÊNH
TRÊN MÁY PHÂN LOẠI MÀU HẠT ĐIỀU

Tác giả

NGUYỄN HOÀNG THY NHÃ

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn:
Ths.Đặng Phi Vân Hài

Tháng 8 năm 2010
i 


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tại Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí
Minh, nhờ sự giúp đỡ của quý Thầy Cô về mọi mặt nên đề tài tốt nghiệp mới được
hoàn thành.
Em xin gởi lời biết ơn chân thành đến bộ môn Điều Khiển Tự Động cùng Thầy
Cô trong Khoa Cơ Khí đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để em
thực hiện tốt đề tài này.Đặc biệt, trong quá trình thực hiện đề tài này, em nhận được sự
giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn đề tài Ths.Đặng Phi Vân Hài.Em
xin gửi đến Cô lời cảm ơn chân thành.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong khoa, cùng các bạn đã đóng góp
ý kiến và kinh nghiệm quý báu trong quá trình thực hiện đề tài này.

TP.Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hoàng Thy Nhã

ii 


TÓM TẮT
¾ Hiện nay trên thế giới tự động hóa được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực trong sản xuất, phân loại và kiểm tra sản phẩm, trong đó phương pháp phân loại
màu sản phẩm theo màu, độ sáng tối khác nhau của sản phẩm.Xuất phát từ những
nguyên nhân trên và để góp phần cũng cố những kiến thức đã được học, sinh viên
thực hiện đề tài “Thiết kế chế tạo cụm cảm biến xử lý màu tám kênh trên máy phân

loại màu hạt điều”.Đề tài được tiến hành tại Xưởng Cơ Khí – Khoa Cơ Khí Công
Nghệ –Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh từ ngày 12/04/2010 đến
15/07/2010 với các nội dung sau:
• Tìm hiểu chung về các hệ thống phân loại màu nói chung và phương pháp
phân loại theo màu.
• Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động các loại cảm biến phân loại theo
màu sắc.
• Tìm hiểu tính năng và cách sử dụng vi điều khiển Atmega16.
• Thiết kế và chế tạo cảm biến màu đơn sắc.
• Viết các chương trình vi điều khiển bằng ngôn ngữ C.
¾ Kết quả đã đạt được trong quá trình thực hiện đề tài:
• Đã chế tạo được cảm biến phân loại màu hạt điều đơn sắc.
• Viết chương trình cho vi xử lí.

iii 


MỤC LỤC
Trang tựa -------------------------------------------------------------------------------------------.i
Lời cảm ơn ---------------------------------------------------------------------------------------- ii
Tóm tắt ------------------------------------------------------------------------------------------- iii
Mục lục ------------------------------------------------------------------------------------------- iv
Danh sách hình ----------------------------------------------------------------------------------- ix
Danh sách bảng ----------------------------------------------------------------------------------- xi
CHƯƠNG 1.MỞ ĐẦU ------------------------------------------------------------------------- 1
1.1 Tổng quan về đề tài ------------------------------------------------------------------------ 1
1.2 Giới hạn đề tài ------------------------------------------------------------------------------ 1
1.3 Mục đích nghiên cứu ----------------------------------------------------------------------- 1
CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN -------------------------------------------------------------------- 3
2.1 Tìm hiểu chung về các hệ thống phân loại màu nói chung và phương pháp phân

loại theo màu -------------------------------------------------------------------------------------- 3
2.2 Phân loại màu dùng camera --------------------------------------------------------------- 5
2.3 Phân loại màu dùng cảm biến------------------------------------------------------------- 5
2.3.1 Cảm biến đơn sắc ---------------------------------------------------------------------- 6
2.3.1.1 Cấu tạo ------------------------------------------------------------------------------ 6
2.3.1.2 Nguyên lý hoạt động -------------------------------------------------------------- 7
2.3.2 Cảm biến màu -------------------------------------------------------------------------- 7
2.3.2.1 Cấu tạo ------------------------------------------------------------------------------ 7
2.3.2.2 Nguyên lý hoạt động -------------------------------------------------------------- 7
2.4 Giới thiệu về vi điều khiển Atmega16 --------------------------------------------------- 8
2.4.1 Giới thiệu chung------------------------------------------------------------------------ 8
2.4.2 Đặc tính ---------------------------------------------------------------------------------- 8
2.4.3 Sơ đồ chân và hình thực tế Atmega16 ---------------------------------------------- 9
2.4.4 Sơ đồ khối ----------------------------------------------------------------------------- 10
iv 


2.4.5 Cấu trúc nhân AVR ------------------------------------------------------------------ 12
2.4.5.1Giới thiệu -------------------------------------------------------------------------- 12
2.4.5.2 Cấu trúc tổng quát --------------------------------------------------------------- 12
2.4.5.3 Thanh ghi trạng thái ------------------------------------------------------------- 13
2.4.5.4 Thanh ghi chức năng chung ---------------------------------------------------- 13
2.4.5.5 Con trỏ ngăn xếp (SP) ----------------------------------------------------------- 14
2.4.6 Quản lý ngắt -------------------------------------------------------------------------- 14
2.4.7 Cấu trúc bộ nhớ----------------------------------------------------------------------- 15
2.4.7.1 Bộ nhớ chương trình (Bộ nhớ Flash)------------------------------------------ 15
2.4.7.2 Bộ nhớ dữ liệu SRAM ---------------------------------------------------------- 16
2.4.7.3 Bộ nhớ dữ liệu EEPROM------------------------------------------------------- 16
2.4.8 Các cổng vào ra (I/O) ---------------------------------------------------------------- 16
2.4.8.1 Thanh ghi DDRx ----------------------------------------------------------------- 17

2.4.8.2 Thanh ghi PORTx --------------------------------------------------------------- 17
2.4.8.3 Thanh ghi PINx ------------------------------------------------------------------ 17
2.4.9 Bộ định thời --------------------------------------------------------------------------- 18
2.4.9.1 Các thanh ghi --------------------------------------------------------------------- 18
2.4.9.2 Đơn vị đếm ----------------------------------------------------------------------- 19
2.4.9.3 Đơn vị so sánh ngõ ra ----------------------------------------------------------- 19
2.4.9.4 Mô tả các thanh ghi -------------------------------------------------------------- 20
2.4.9.4.1 Thanh ghi điều khiển bộ định thời/bộ đếm TCCR0 -------------------- 20
2.4.9.4.2 Thanh ghi bộ định thời/bộ đếm -------------------------------------------- 20
2.4.9.4.3 Thanh ghi so sánh ngõ ra – OCR0 ---------------------------------------- 21
2.4.9.4.4 Thanh ghi mặt nạ ngắt ------------------------------------------------------ 21
2.4.9.4.5 Thanh ghi cờ ngắt bộ định thời -------------------------------------------- 21
2.4.10 USART------------------------------------------------------------------------------- 21
2.4.10.1. Tạo xung clock----------------------------------------------------------------- 23
2.4.10.2 Định dạng khung truyền ------------------------------------------------------- 23
2.4.10.3 Khởi tạo USART --------------------------------------------------------------- 24
2.4.10.4 Truyền thông dữ liệu – bộ truyền USART---------------------------------- 24
2.4.10.5 Truyền khung 5 đến 8 bit dữ liệu -------------------------------------------- 24
v 


2.4.10.6 Truyền khung 9 bit dữ liệu ---------------------------------------------------- 24
2.4.10.7 Nhận dữ liệu – bộ nhận USART --------------------------------------------- 25
2.4.10.8 Nhận khung với 5 đến 8 bit dữ liệu ------------------------------------------ 25
2.4.10.9 Nhận khung với 9 bit dữ liệu ------------------------------------------------- 25
2.4.11 Bộ biến đổi A/D -------------------------------------------------------------------- 25
2.4.11.1. ADMUX: Multiplexer select register --------------------------------------- 26
2.4.11.2 ADCSR – ADC control and status register --------------------------------- 27
2.4.11.3 Bit 7 – ADEN: ADC enable -------------------------------------------------- 27
2.4.11.4 Bit 6 – ADSC: ADC start conversion --------------------------------------- 28

2.4.11.5 Bit 5 – ADATE: ADC Auto Trigger enable -------------------------------- 28
2.4.11.6 Bit 4 – ADIF: ADC interrupt Flag ------------------------------------------- 28
2.4.11.7 Bit 3 – ADIE: ACD interrupt Enable ---------------------------------------- 28
2.4.11.8 Bit 2.1.0 – ADPS2…ADPS0: Bit lựa chọn xung nhịp (Tốc độ) --------- 28
2.4.11.9 Thanh ghi dữ liệu ACDH và ADCL ----------------------------------------- 29
2.4.11.10 Nguyên tắc hoạt động và lập trình điều khiển ---------------------------- 29
2.5 Các linh kiện chế tạo cảm biến --------------------------------------------------------- 30
2.5.1 Quang trở ------------------------------------------------------------------------------ 30
2.5.1.1 Cấu tạo ---------------------------------------------------------------------------- 30
2.5.1.2 Nguyên lý hoạt động ------------------------------------------------------------ 30
2.5.2 Led phát sáng ------------------------------------------------------------------------- 31
2.5.2.1 Cấu tạo ---------------------------------------------------------------------------- 31
2.5.2.2 Nguyên lý hoạt động ------------------------------------------------------------ 31
2.6 Mạch nạp cho vi xử lí -------------------------------------------------------------------- 31
2.7 Chương trình nạp cho vi xử lý ---------------------------------------------------------- 32
Chương 3.NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ----------------------- 33
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài ---------------------------------------------- 33
3.1.1 Địa điểm tiến hành đề tài------------------------------------------------------------ 33
3.1.2 Phân bố thời gian tiến hành đề tài ------------------------------------------------- 33
3.2 Đối tượng và thiết bị nghiên cứu ------------------------------------------------------- 34
3.2.1 Đối tượng nghiên cứu --------------------------------------------------------------- 34
3.2.2 Thiết bị nghiên cứu ------------------------------------------------------------------ 34
vi 


3.3 Phương pháp thực hiện đề tài ----------------------------------------------------------- 34
3.3.1 Lựa chọn phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển --------------------------- 34
3.3.2 Phương pháp thực hiện phần cơ khí ----------------------------------------------- 35
3.3.3 Phương pháp thực hiện phần điện – điện tử -------------------------------------- 35
3.3.4 Phương pháp thực hiện phần mềm------------------------------------------------- 35

3.3.5 Phương tiện thực hiện đề tài -------------------------------------------------------- 35
Chương 4.THỰC HIỆN ĐỀ TÀI – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ------------------ 36
4.1 Thiết kế máy ------------------------------------------------------------------------------ 36
4.1.1 Chọn mô hình chung----------------------------------------------------------------- 36
4.1.2 Thiết kế hộp điều khiển ------------------------------------------------------------- 37
4.2 Thiết kế và chế tạo cảm biến -------------------------------------------------------------- 37
4.2.1 Cấu tạo --------------------------------------------------------------------------------- 37
4.2.2 Nguyên lý hoạt động----------------------------------------------------------------- 38
4.2.3 Mô hình điện – điện tử -------------------------------------------------------------- 38
4.3 Thực hiện phần điện – điện tử ---------------------------------------------------------- 39
4.3.1 Mạch nguồn --------------------------------------------------------------------------- 39
4.3.1.1 Yêu cầu mạch nguồn ------------------------------------------------------------ 39
4.3.1.2 Thiết kế mạch nguồn ------------------------------------------------------------ 39
4.3.2 Mạch vi điều khiển------------------------------------------------------------------- 39
4.3.3 Mạch cảm biến ----------------------------------------------------------------------- 40
4.3.4 Mạch điều khiển khí nén ------------------------------------------------------------ 41
4.4 Khảo nghiệm điện áp xuất ra của các cảm biến -------------------------------------- 41
4.5 Phần mềm --------------------------------------------------------------------------------- 43
4.5.1 Chương trình trên vi xử lí ----------------------------------------------------------- 43
4.5.1.1 Lưu đồ giải thuật ----------------------------------------------------------------- 43
4.5.1.2 Chương trình C ------------------------------------------------------------------- 48
4.6 Thi công, hiệu chỉnh và chạy thử nghiệm --------------------------------------------- 53
4.6.1 Thi công ------------------------------------------------------------------------------- 53
4.6.2 Hiệu chỉnh máy ----------------------------------------------------------------------- 55
4.6.3 Chạy thử nghiệm máy --------------------------------------------------------------- 55
4.6.3.1 Mục đích khảo nghiệm ---------------------------------------------------------- 55
vii 


4.6.3.2 Dụng cụ khảo nghiệm ----------------------------------------------------------- 55

4.7 Kết quả khảo nghiệm và thảo luận ----------------------------------------------------- 56
4.7.1 Kết quả khảo nghiệm ---------------------------------------------------------------- 56
4.7.1.1 Kết quả khảo nghiệm sơ bộ đối với cảm biến ------------------------------- 56
4.7.1.2 Kết quả khảo nghiệm đối với cảm biến --------------------------------------- 57
4.7.2 Nhận xét kết quả khảo nghiệm ----------------------------------------------------- 59
Chương 5.KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ----------------------------------------------------- 60
5.1 Kết luận ------------------------------------------------------------------------------------ 60
5.2 Đề nghị ------------------------------------------------------------------------------------- 60
TÀI KIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

viii 


DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1 Máy phân loại sản phẩm bằng màu sắc --------------------------------------------- 3
Hình 2.2 Máy phân loại gạo theo màu sắc ----------------------------------------------------- 4
Hình 2.3 Máy phân loại cà phê, đậu, hạt điều bằng màu sắc-------------------------------- 4
Hình 2.4 Camera công nghiệp ------------------------------------------------------------------- 5
Hình 2.5 Cảm biến đơn sắc ---------------------------------------------------------------------- 6
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý cảm biến đơn sắc -------------------------------------------------- 6
Hình 2.7 Cấu tạo cảm biến màu ----------------------------------------------------------------- 7
Hình 2.8 Sơ đồ chân Atmega 16 ---------------------------------------------------------------- 9
Hình 2.9 Hình thực Atmega16 ---------------------------------------------------------------- 10
Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc Atmega16 --------------------------------------------------------- 11
Hình 2.11 Sơ đồ cấu trúc CPU của Atmega16 ---------------------------------------------- 12
Hình 2.12 Thanh ghi trạng thái SREG ------------------------------------------------------- 13
Hình 2.13 Thanh ghi chức năng chung ------------------------------------------------------ 13
Hình 2.14 Thanh ghi con trỏ ngăn xếp ------------------------------------------------------- 14
Hình 2.15 Bản đồ bộ nhớ chương trình ------------------------------------------------------ 15

Hình 2.16 Bản đồ bộ nhớ dữ liệu SRAM ---------------------------------------------------- 16
Hình 2.17 Sơ đồ cấu trúc bộ định thời ------------------------------------------------------- 18
Hình 2.18 Đơn vị đếm -------------------------------------------------------------------------- 19
Hình 2.19 Sơ đồ đơn vị so sánh ngõ ra------------------------------------------------------- 19
Hình 2.20 Thanh ghi điều khiển bộ định thời ----------------------------------------------- 20
Hình 2.21 Thanh ghi bộ định thời ------------------------------------------------------------ 20
Hình 2.22 Thanh ghi so sánh ngõ ra ---------------------------------------------------------- 21
Hình 2.23 Thanh ghi mặt nạ ngắt TIMSK --------------------------------------------------- 21
Hình 2.24 Thanh ghi cờ ngắt bộ định thời --------------------------------------------------- 21
Hình 2.25 Sơ đồ khối bộ USART------------------------------------------------------------- 22
Hình 2.26 Đơn vị tạo xung clock ------------------------------------------------------------- 23
ix 


Hình 2.27 Định dạng khung truyền ----------------------------------------------------------- 24
Hình 2.28 Sơ đồ bộ biến đổi A/D ------------------------------------------------------------- 26
Hình 2.29 Thanh ghi ADMUX ---------------------------------------------------------------- 26
Hình 2.30 Thanh ghi điều khiển và trạng thái ADC --------------------------------------- 27
Hình 2.31 Thanh ghi dữ liệu ADC ----------------------------------------------------------- 29
Hình 2.32 Hình thực tế của quang trở -------------------------------------------------------- 30
Hình 2.33 Hình thực tế của LED-------------------------------------------------------------- 31
Hình 2.34 Sơ đồ mạch nạp AVR-------------------------------------------------------------- 32
Hình 2.35 Chương trình nạp vi xử lý --------------------------------------------------------- 32
Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống cảm biến ------------------------------------------------------------ 34
Hình 4.1 Mô hình thí nghiệm------------------------------------------------------------------ 36
Hình 4.2 Hộp điều khiển ----------------------------------------------------------------------- 37
Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý cảm biến đơn sắc ------------------------------------------------ 37
Hình 4.4 Sơ đồ khối điện – điện tử ----------------------------------------------------------- 38
Hình 4.5 Mạch nguồn -------------------------------------------------------------------------- 39
Hình 4.6 Mạch vi xử lý ------------------------------------------------------------------------- 40

Hình 4.7 Mạch cảm biến ----------------------------------------------------------------------- 40
Hình 4.8 Mạch điều khiển mạch khí nén ---------------------------------------------------- 53
Hình 4.9 Mô hình tổng quát ------------------------------------------------------------------- 54
Hình 4.10 Hệ thống nút điều khiển và led hiển thị trên tủ điều khiển ------------------- 54
Hình 4.11 Hệ thống các cảm biến ------------------------------------------------------------ 55
Hình 4.12 Các mạch điều khiển và xử lý tính hiệu ----------------------------------------- 58

x 


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 4.1 Bảng khảo nghiệm điện áp --------------------------------------------------------- 42
Bảng 4.2 Khảo nghiệm sơ bộ ----------------------------------------------------------------- 57
Bảng 4.3 Tốc độ băng tải 0,4 m/s ------------------------------------------------------------ 57
Bảng 4.4 Tốc độ băng tải 0,5 m/s ------------------------------------------------------------ 58
Bảng 4.5 Tốc độ băng tải 0,6 m/s ------------------------------------------------------------ 58

xi 


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Tổng quan về đề tài:
™ Hiện trên thế giới tự động hóa được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
trong sản xuất, phân loại và kiểm tra sản phẩm, trong đó có phương pháp phân loại
sản phẩm theo màu.
™ Các phương pháp phân loại màu sản phẩm:
¾ Phân loại màu sản phẩm bằng camera công nghiệp.
¾ Phân loại màu sản phẩm bằng cảm biến màu hoặc cảm biến đơn sắc.
1.2 Giới hạn đề tài:

Do bước đầu thiết kế đề tài nên còn nhiều hạn chế nhất định.Vì thế, sinh viên thực
hiện đề tài chỉ chú trọng nghiên cứu những vấn đề chính sau:
¾ Chỉ thiết kế chế tạo cảm biến đơn sắc phân loại hạt điều.
¾ Cảm biến chỉ hoạt động trên 8 kênh.
¾ Nghiên cứu về các tính năng của vi điều khiển Atmega16.
1.3 Mục đích nghiên cứu:
™ Đồ án này giúp sinh viên thực hiện tìm hiểu ứng dụng của vi điều khiển AVR
Atmega16, ngôn ngữ lập trình C cho AVR và phần mềm thiết kế mạch Eagle.
™ Đồ án còn giúp sinh viên thực hiện tìm hiểu các cách phân loại nông sản bằng
màu sắc và các phương pháp phân loại sản phẩm nói chung bằng màu sắc.
™ Tạo ra một sản phẩm cụ thể làm mô hình nghiên cứu, ứng dụng: cảm biến dùng
phân loại màu hạt điều trên 8 kênh.
™ Đề tài này đã giúp sinh viên thực hiện bước đầu làm quen với đề tài khoa học và
tích lũy được một số kiến thức cơ bản về vi điều khiển, lập trình,…Đề tài cũng giúp
sinh viên thực hiện đề tài làm quen với việc hệ thống, tổng hợp những kiến thức đã
học trong quá trình làm việc thực tế.

1


™ Trong quá trình thực hiện đề tài sinh viên thực hiện đã làm quen với việc tự tìm
hiểu những kiến thức mới thông qua việc sử dụng vi điều khiển Atmega16, lập trình C
cho vi điều khiển, thiết kế cảm biến đơn sắc.
™ Trong quá trình thực hiện, đề tài này không tránh khỏi những thiếu sót nhất
định.Vì vậy sinh viên thực hiện đề tài rất mong sự đóng góp của quí Thầy Cô và các
bạn sinh viên để đề tài được hoàn thiện hơn.

2

Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Tìm hiểu chung các hệ thống phân loại màu nói chung và phương pháp phân
loại theo màu:
™ Các hệ thống phân loại hạt theo màu sắc có sơ đồ nguyên lý, cấu trúc như hình:

Hình 2.1 Máy phân loại sản phẩm bằng màu sắc
™ Vật liệu (hạt điều) được cấp bằng bộ cấp liệu, ổn định quĩ đạo trên máng rồi
chuyển động qua vùng nhận dạng của cảm biến hoặc camera.Màu sắc của đối tượng
dịch chuyển được nhận biết tức thời và máy tính công nghiệp (IPC) hoặc vi điều
khiển hoặc PLC ra quyết định về khả năng chấp nhận sản phẩm đã nhận dạng, phát
tín hiệu cho súng phun khí nén hoặc sử dụng cơ cấu cơ khí đưa ra khỏi quĩ đạo dịch
chuyển nếu không đạt yêu cầu về chất lượng (trong trường hợp này thông qua màu
sắc), và ngược lại thì không phát tín hiệu.Qua khỏi vùng nhận dạng, chính phẩm và
3


phế phẩm sẽ được phân tách và chứa trong hai khoang chứa tách biệt.Từ đây có thể
vào kho hoặc qua máy đóng bao.Việc xử lý và ra quyết định chỉ được phép diễn ra
dưới 0,13 mili giây.
™ Một số mẫu máy phân loại sản phẩm bằng màu sắc có nguồn gốc từ Hàn Quốc
và Trung Quốc:
¾ Máy phân loại hạt điều bằng màu sắc.
¾ Máy phân loại đậu bằng màu sắc.
¾ Máy phân loại cà phê bằng màu sắc.
¾ Máy phân loại gạo bằng màu sắc.

Hình 2.2 Máy phân loại gạo theo màu sắc

Hình 2.3 Máy phân loại cà phê, đậu, hạt điều bằng màu sắc

4


2.2 Phân loại màu dùng camera:
Trong công nghiệp người ta dùng camera (CCD hoặc CMOS) để nhận dạng và phân
loại.Màu sắc của đối tượng dịch chuyển được nhận biết tức thời và máy tính công
nghiệp ra quyết định về khả năng chấp nhận hoặc loại bỏ sản phẩm đó.

Hình 2.4 Camera công nghiệp
2.3 Phân loại màu dùng cảm biến:
™ Trong công nghiệp thì cảm biến màu được sử dụng rộng rãi khi cần phát hiện
các đối tượng có màu gần tương tự nhau và là giải pháp với độ tin cậy cao.
™ Tùy vào trường hợp có thể sử dụng cảm biến phát hiện cường độ ánh sáng để
phát hiện màu đơn sắc để thay thế. Nhưng đối với ứng dụng phát hiện nhiều màu thì
điều này sẽ làm gia tăng số lượng cảm biến và tính chính xác không cao.
5


2.3.1 Cảm biến đơn sắc:
Như đã trình bày ở trên trong công nghiệp có rất nhiều loại cảm biến dùng đề phân
loại màu sản phẩm.Trong đề tài này chỉ cần phân biệt được độ trắng đen khác nhau
của sản phẩm nên chỉ cần dùng cảm biến đơn sắc thay thế cho cảm biến màu.

Hình 2.5 Cảm biến đơn sắc
2.3.1.1 Cấu tạo:
Đây là cảm biến tự chế có cấu tạo đơn giản: một quang trở, led siêu sáng trắng,
điện trở, một tấm phim đen, một ống nhôm, dây điện.

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý cảm biến đơn sắc
6

2.3.1.2 Nguyên lý hoạt động:
• Phần phát dùng led siêu sáng, phần thu dùng quang trở được bố trí theo
cặp.
• Led siêu sáng chiếu ánh sáng xuống vật nhận dạng và phản xạ ngược trở
lại quang trở.
• Nếu vật có màu trắng thì ánh sáng phản xạ lại quang trở với cường độ
mạnh hơn.
• Nếu vật có màu đen hoặc hơi vàng thì ánh sáng phản xạ lại quang trở với
cường độ yếu hơn.
• Cường độ ánh sáng hấp thụ vào quang trở có thể được chỉnh bằng biến
trở chỉnh (gắn ở board sensor).Bằng việc chỉnh biến trở ứng với từng cặp led
phát – quang trở ta chỉnh được độ nhạy của quang trở.
2.3.2 Cảm biến màu:
2.3.2.1 Cấu tạo:
• Chế tạo bằng nhựa tổng hợp.
• Có các led phát trên một trục quang học đơn.
• Photodide thu ánh sáng phản chiếu.
2.3.2.2 Nguyên lý hoạt động:
Phát hiện màu sắc bằng cách sử dụng các yếu tố là tỷ lệ phản chiếu của một
màu chính.

Hình 2.7 Cấu tạo cảm biến màu
7


2.4 Giới thiệu về vi điều khiển Atmega16:
Ngày nay vi xử lí được ứng dụng rất rộng rãi, đặc biệt là trong các thiết bị điều
khiển tự động.Ở đây sinh viên thực hiện đã ứng dụng vi xử lý AVR Atmega16 vào đề

tài này nhằm mục đích xử lý tín hiệu từ cảm biến, hiển thị tín hiệu xử lý lên led.
2.4.1Giới thiệu chung:
Atmega16 là vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC.Với khả năng thực hiện
mỗi lệnh trong vòng một chu kỳ xung clock, Atmega16 có thể đạt được tốc độ 1MIPS
trên mỗi MHz (1 triệu lệnh/s/MHz).
2.4.2 Đặc tính
¾ Hiệu suất và tốc độ xử lý cao, tiêu thụ năng lượng thấp.
¾ Có cấu trúc RISC cải tiến.
¾ Bộ nhớ được phân chia thành nhiều phần, có khả năng lưu giữ tốt trong thời
gian dài. Bộ nhớ Flash có thể ghi xóa 10.000 lần.
¾ Cấu trúc ngoại vi:
• Hai bộ Timer/Counter 8 bit có bộ chia trước (Prescaler) và có chế độ
hoạt động so sánh .
• Một bộ Timer/Counter 16 bit có bộ chia trước (Prescaler) và có chế độ
hoạt động: so sánh (compare), thu nhận (Capture).
• Có bốn kênh điều xung tự động (OCR0, OCR1A, OCR1B, OCR2_
tương ứng với các Timer: Timer0, Timer1, Timer2).
• Có 1 bộ ADC 10 bit gồm 8 kênh ngõ vào có thể lựa chọn các ngõ vào
tùy ý với độ lợi có thể lập trình được.
• USART nối tiếp lập trình được.
• Giao tiếp nối tiếp SPI Master/Slave.
• Có bộ so sánh tương tự (analog) On-chip.
• I/O và Packages
• 32 đường vào ra lập trình được (Port A, B, C, D).
• Packeges dạng 40 chân DIP.
• Điện áp làm việc:
• 2,7 ÷ 5,5 V đối với Atmega16L.
• 4,5 ÷ 5,5 V đối với Atmega16.
8

2.4.3 Sơ đồ chân và hình thực tế của Atmega16

Hình 2.8 Sơ đồ chân Atmega16
¾ VCC: Cung cấp nguồn.
¾ GND: Nối mass.
¾ Port A (PA.0…PA.7): Là các ngõ vào tương tự đến bộ ADC. Khi không sử
dụng là chức năng ngõ vào tương tự của bộ ADC thì PORT A còn là một ngõ
xuất nhập (I/O) 8 bit 2 chiều.
¾ Port B (PB.0…PB.7): là một ngõ xuất nhập (I/O) 8 bit 2 chiều với các điện
trở kéo lên ở bên trong.
¾ Port C (PC.0…PC.7): là một ngõ xuất nhập (I/O) 8 bit 2 chiều với các điện
trở kéo lên ở bên trong.
¾ Port D (PD.0…PD.7): là một ngõ xuất nhập (I/O) 8 bit 2 chiều với các điện
trở kéo lên ở bên trong.
¾ RESET: Ngõ vào Reset. Chân Reset của ATMEGA 32 tích cực mức
thấp.Xung Reset dài hơn 50nS sẽ Reset AVR ngay cả khi mạch dao động không
hoạt động.
¾ XTAL1: Ngõ vào đến bộ khuếch đại đảo và là ngõ vào mạch tạo dao động
bên trong.
¾ XTAL2: Ngõ ra từ mạch khuếch đại đảo.
¾ AVCC: là chân cung cấp nguồn áp cho Port A và bộ chuyển đổi A/D. Nên
nối chân này với VCC bên ngoài, cả khi bộ ADC không được sử dụng.Nếu như
9


bộ ADC được sử dụng, nên nối nó lên VCC thông qua một mạch lọc thông
thấp.
¾ ARFF: là chân ngõ vào cung cấp điện áp tham chiếu cho bộ chuyển đổi
A/D.Đối với hoạt động của ADC thì phải cung cấp 1 điện áp nằm trong khoảng

từ AGND đến AVCC đến ngõ vào chân AREF.

Hình 2.9 Hình thực Atmega16
2.4.4 Sơ đồ khối:
¾ Các khối bên trong bao gồm :
• Khối khuếch đại thúc cho các Port A, B, C, D, khối thanh ghi dữ liệu
Port và khối điều khiển hướng cho các Port.
• Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số ADC.
• Khối thời gian và điều khiển (Timing and control ).
• Khối điều khiển lập trình (programming control ).
• Khối thanh ghi con trỏ ngăn xếp Stack Pointer (SP): có chức năng quản
lý bộ nhớ ngăn xếp để lưu trữ các dữ liệu tạm thời trong quá trình xử lý dữ
liệu .
• Bộ nhớ SRAM dùng để lưu trữ các dữ liệu phục vụ cho chương trình và
dùng làm bộ ngăn xếp để lưu trữ các dữ liệu tạm thời và lưu trữ địa chỉ khi
thực hiện các chương trình con hay các chương trình con phục vụ ngắt.
• Khối thanh ghi bộ đếm chương trình Program Counter (PC): có chức
năng quản lý bộ nhớ chương trình.Khi thanh ghi PC trỏ đến lệnh nào thì
lệnh đó được thực hiện.
• Khối bộ nhớ chương trình Program Flash.
• Khối thanh ghi đa năng và các thanh ghi X, Y, Z.
10


• Khối ALU có chức năng thực hiện các lệnh xử lý toán học và logic.
• Thanh ghi trạng thái Status Register.
• Khối điều khiển ngắt Interrupt.
• Khối bộ nhớ EEPROM cho phép lưu trữ các dữ liệu mà khi mất thì dữ
liệu vẫn còn, số lần cho phép ghi xóa lên đến 100.000 lần.
¾ Dưới đây là sơ đồ khối của Atmega16

Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc Atmega16
11


• Atmega16 có các đặc điểm sau: 16KB bộ nhớ Flash với khả năng đọc
trong khi ghi, 512 byte bộ nhớ EEPROM, 1KB bộ nhớ SRAM, 32 thanh ghi
chức năng chung, 32 đường vào ra chung, 3 bộ định thời/bộ đếm, ngắt nội
và ngắt ngoại, USART, giao tiếp nối tiếp 2 dây, 8 kênh ADC 10 bit,....
• Atmega 16 hỗ trợ đầy đủ các chương trình và công cụ phát triển hệ thống
như: trình dịch C, macro assemblers, chương trình mô phỏng/sửa lỗi, kit thử
nghiệm,...
2.4.5 Cấu trúc nhân AVR:
2.4.5.1 Giới thiệu:
CPU của AVR có chức năng bảo đảm sự hoạt động chính xác của các chương
trình.Do đó nó phải có khả năng truy cập bộ nhớ, thực hiện các quá trình tính toán,
điều khiển các thiết bị ngoại vi và quản lý ngắt.
2.4.5.2 Cấu trúc tổng quát:

Hình 2.11 Sơ đồ cấu trúc CPU của Atmega16
AVR sử dụng cấu trúc Harvard, tách riêng bộ nhớ và các bus cho chương trình
và dữ liệu.Các lệnh được thực hiện chỉ trong một chu kỳ xung clock.Bộ nhớ chương
trình được lưu trong bộ nhớ Flash.
12


2.4.5.3 Thanh ghi trạng thái:
Đây là thanh ghi trạng thái có 8 bit lưu trữ trạng thái của ALU sau các phép tính
số học và logic.

Hình 2.12 Thanh ghi trạng thái SREG
o C: Carry Flag ;cờ nhớ (Nếu phép toán có nhớ cờ sẽ được thiết lập)
o Z: Zero Flag ;Cờ zero (Nếu kết quả phép toán bằng 0)
o N: Negative Flag (Nếu kết quả của phép toán là âm)
o V: Two’s complement overflow indicator (Cờ này được thiết lập khi
tràn số bù 2)
o V, For signed tests (S=N XOR V)S: N
o H: Half Carry Flag (Được sử dụng trong một số toán hạng sẽ được chỉ
rõ sau)
o T: Transfer bit used by BLD and BST instructions(Được sử dụng làm
nơi chung gian trong các lệnh BLD,BST).
o I: Global Interrupt Enable/Disable Flag (Đây là bit cho phép toàn cục
ngắt. Nếu bit này ở trạng thái logic 0 thì không có một ngắt nào được phục
vụ.)
2.4.5.4 Các thanh ghi chức năng chung:
Đa số các lệnh trong tập lệnh đều có thể truy xuất trực tiếp các thanh ghi này, và
đa số các lệnh được thực hiện trong 1 chu trình máy.

Hình 2.13 Thanh ghi chức năng chung
13