Thiết kế, chế tạo bộ đếm sản phẩm sử dụng vi điều khiển 8051

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

113
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài báo này, chúng tôi trình bày về việc thiết kế, chế tạo bộ đếm sản phẩm sử dụng vi điều khiển 8051. Sơ đồ của bộ đếm được thiết kế gồm đầy đủ các khối từ khối nhận tín hiệu vào, xử lý tín hiệu, lấy tín hiệu từ khối xử lý trung tâm đưa ra hiển thị kết quả đếm trên Led 7 thanh.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế, chế tạo bộ đếm sản phẩm sử dụng vi điều khiển 8051

Tạ Thị Kiều Oanh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 86(10): 61 - 65 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051 Tạ Thị Kiều Oanh Trường Đại học Sư phạm – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Trong bài báo này, chúng tôi trình bày về việc thiết kế, chế tạo bộ đếm sản phẩm sử dụng vi điều khiển 8051. Sơ đồ của bộ đếm được thiết kế gồm đầy đủ các khối từ khối nhận tín hiệu vào, xử lý tín hiệu, lấy tín hiệu từ khối xử lý trung tâm đưa ra hiển thị kết quả đếm trên Led 7 thanh. Trong đó, vi điều khiển 8051 là khối xử lý trung tâm đảm nhận nhiệm vụ xử lý tín hiệu, chống nhiễu, đếm và giải mã kết quả đếm. Khả năng ứng dụng và độ tin cậy của bộ đếm đã được khẳng định bằng mạch điện thực nghiệm. Từ khóa: Bộ đếm sản phẩm, vi điều khiển 8051, giải mã hiển thị, chế tạo, mạch điện thực nghiệm.  ĐẶT VẤN ĐỀ Tự động đếm số lượng trong các dây truyền sản xuất tự động, bãi đỗ xe tự động, các cửa hàng, siêu thị …. là một khâu quan trọng để thực hiện quá trình tự động hóa. Vì vậy, việc xây dựng một bộ đếm sản phẩm có tính linh hoạt mang khả năng ứng dụng cao. Có nhiều phương pháp để xây dựng bộ đếm sản phẩm, một phương pháp đơn giản là sử dụng phần tử nhớ nhị phân trigger, tuy nhiên khi số sản phẩm cần đếm lớn hoặc cần thay đổi linh hoạt thì mạch đếm sử dụng phần tử nhớ sẽ trở nên phức tạp, thậm chí không thực hiện được. Khi đó, vi điều khiển được sử dụng làm phần tử trung tâm. Với sự linh hoạt và khả năng lập trình cao không những nó có thể thay thế cho trigger thực hiện chức năng đếm mà còn thực hiện cả nhiệm vụ giải mã kết quả đếm sang mã led 7 thanh để đưa ra hiển thị. Với việc tìm hiểu về vi điều khiển AT 89C51[1,2], phương pháp thiết kế bộ đếm, mạch giải mã, hiển thị[3,4,5], các mạch điện tử ứng dụng, linh kiện điện tử[6,7,8,9], ứng dụng của vi điều khiển trong một số mạch điện[10], chúng tôi đã nghiên cứu và chế tạo được một bộ đếm sản phẩm sử dụng vi điều khiển họ 8051 với khối nhận tín hiệu vào bằng chuyển hóa cơ khí có xử lý nảy xung bằng phần mềm, hiển thị kết quả đếm bằng led 7 thanh theo phương pháp đưa dữ liệu trực tiếp qua bộ đệm dữ liệu và khuếch đại công suất. Mô hình mạch điện thật đã được chế tạo và thử nghiệm thành công, đề tài hứa hẹn những ứng dụng trong việc tự động đếm số lượng sản phẩm trong  khâu đóng gói trên các dây truyền tự động, bãi đỗ xe tự động và nhiều ứng dụng khác. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐẾM SẢN PHẨM Sơ đồ bộ đếm Sơ đồ cấu trúc của bộ đếm Hình 1. Sơ đồ cấu trúc của bộ đếm Khối nhận tín hiệu vào Khi có một sản phẩm đi qua, khối này thực hiện nhiệm vụ của một cảm biến, nhận biết sản phẩm và chuyển thành tín hiệu điện đưa vào khối xử lý trung tâm. Có nhiều phương pháp để nhận biết sản phẩm như sử dụng chuyển hóa cơ khí, sử dụng điôt hồng ngoại hay sóng siêu âm. a) Mạch dùng điốt hồng ngoại Hình 2. Mạch nhận tín hiệu vào Tel: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 http://www.lrc-tnu.edu.vn Tạ Thị Kiều Oanh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ b) Mạch dùng chuyển hóa cơ khí Phương pháp sử dụng chuyển hóa cơ khí có ưu điểm hơn các phương pháp khác ở sự đơn giản và khả năng chống nhiễu tốt, ở phương pháp này hiện tượng nảy xung vẫn thường xuyên diễn ra, song điều này lại dễ dàng khắc phục được bởi một mạch điện phần cứng đơn giản là sử dụng một tụ điện có dung lượng phù hợp nối song song với chuyển mạch cơ khí hay bởi một số các câu lệnh trong phần mềm viết cho vi điều khiển. Khối xử lý trung tâm Khi dữ liệu từ khối nhận tín hiệu đưa tới đầu vào khối xử lý trung tâm, khối sử lý trung tâm sẽ làm nhiệm vụ đọc, xử lý dữ liệu và đưa dữ liệu đã xử lý ra khối hiển thị thông qua một bộ đệm dữ liệu và bộ đệm công suất. Toàn bộ hoạt động của khối này được thực hiện bởi vi điều khiển 8051. Khi dữ liệu được đưa vào vi điều khiển bởi chân P3.3, vi điều khiển làm nhiệm vụ đếm sản phẩm, giải mã kết quả và đưa ra các chân của cổng P0 (P0.1, P0.2,…, P0.7), cổng P1 (P1.0, P1.1,…, P1.7), cổng P2 (P2.0, P2.1,… ,P2.7). - Cổng P0 ( từ P0.1, P0.2,…, P0.7): đưa dữ liệu hiển thị chữ số hàng trăm. - Cổng P1 (từ P1.0, P1.1,…, P1.7): đưa dữ liệu hiển thị chữ số hàng chục. - Cổng P2 (từ P2.0, P2.1,… ,P2.7): đưa dữ liệu hiển thị chữ số hàng đơn vị. Chức năng các chân này thì có thể thay đổi được tùy vào người thiết kế. Khối hiển thị Số lượng sản phẩm đếm được hiển thị trên Led 7 thanh. Các Led 7 thanh sẽ nhận dữ liệu là kết quả đếm đã được xử lý và giải mã sang mã hiển thị. Có nhiều phương pháp đưa dữ liệu từ vi điều khiển ra khối hiển thị như phương pháp đưa dữ liệu trực tiếp, phương pháp chốt dữ liệu, phương pháp quét động. Phương pháp chốt dữ liệu và phương pháp quét động có ưu điểm là tiết kiệm tài nguyên của vi điều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 86(10): 61 - 65 khiển, tuy nhiên chúng lại có hạn chế về tốc độ tác động, độ sáng của Led và sự phức tạp của mạch điện phần cứng và phần mềm. Hơn nữa, trong đề tài này vi điều khiển chỉ thực hiện nhiệm vụ đếm sản phẩm với dải đếm từ 0 đếm 999 sản phẩm, nên lựa chọn phương pháp đưa dữ liệu trực tiếp để hiển thị là phương pháp tối ưu. Theo phương pháp này, khối hiển thị được thiết kế sử dụng 3 led 7 thanh Katốt chung được nối với các chân của các cổng P0, P1, P2 của vi điều khiển thông qua bộ đệm dữ liệu 74245 và bộ đệm công suất 2803. a) b) c) Hình 3. Các phương pháp đưa dữ liệu từ vi điều khiển ra khối hiển thị a) Phương pháp quét động; b) Phương pháp chốt dữ liệu; c) Phương pháp đưa dữ liệu trực tiếp. Khối cấp nguồn một chiều Các phần tử trong bộ đếm đều sử dụng nguồn nuôi là nguồn điện 1 chiều 5V hoặc 12V, đây là các nguồn một chiều đã được chế tạo phổ biến, vì vậy đề tài không tiến hành chế tạo bộ nguồn riêng mà sử dụng các bộ nguồn sẵn có để cung cấp cho bộ đếm. 62 http://www.lrc-tnu.edu.vn Tạ Thị Kiều Oanh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ Từ việc thiết kế các khối như trên, chúng tôi đã thiết kế được sơ đồ của bộ đếm như hình 4. Chế tạo mạch điện thực nghiệm Gồm 2 phần thi công phần cứng và viết chương trình phần mềm Thi công phần cứng Trên cơ sở mạch điện đã thiết kế, quá trình thi công phần cứng mạch điện gồm các quá trình: Lựa chọn, bố trí linh kiện, vẽ sơ đồ mạch in. Sử dụng phần mềm vẽ mạch Protel phiên bản 99SE thực hiện vẽ mạch in. Phần mềm Protel có khả năng chuyển tự động từ sơ đồ mạch nguyên lý sang sơ đồ mạch in, tự động sắp xếp linh kiện và đi dây đường mạch tuy nhiên đây là mạch điện tương đối đơn 86(10): 61 - 65 giản và ít linh kiện do đó có thể thực hiện sắp xếp linh kiện và đi dây thủ công. Sau khi vẽ mạch in, có thể thi công mạch in bằng nhiều phương pháp, trong đề tài này sử dụng phương thức làm mạch in thủ công, các bước tiến hành như sau: + In bản mạch lên phiến mạch phip đồng + Chỉnh sửa bản in và thực hiện ăn mòn trong dung dịch FeCl3. + Khoan mạch + Gắn linh kiện + Hàn linh kiện + Kiểm tra đo thử. Hình 4. Sơ đồ nguyên lý của bộ đếm sản phẩm sử dụng vi điều khiển 8051 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 http://www.lrc-tnu.edu.vn Tạ Thị Kiều Oanh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 86(10): 61 - 65 Hình 5. Sơ đồ mạch in Sơ đồ bố trí các linh kiện Hình 6. Sơ đồ bố trí các linh kiện trong mạch Hình 7. Ảnh chụp sản phẩm chế tạo thực nghiệm bộ đếm sử dụng vi điều khiển AT 89C51 (bên trong và mặt trước bộ đếm) Viết chương trình phần mềm Chương trình phần mềm cho 8051 viết bằng ngôn ngữ assembly. Trên thực tế có nhiều phần mềm của nhiều hãng khác nhau có thể sử dụng để viết và dịch cho 8051 như BASCOM, KEIL…Trong để tài này sử dụng chương trình soạn thảo và hợp dịch C51EVAL. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Phần mềm C51EVAL là một phần mềm nhỏ gọn nhưng có đầy đủ các chức năng như soạn thảo, dịch ra file *.hex, chạy thử từng bước hoặc chạy thử toàn bộ. Khi thùc hiện quá 64 http://www.lrc-tnu.edu.vn Tạ Thị Kiều Oanh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 86(10): 61 - 65 trình hợp dịch thành công, ta có thể sử dụng phần mềm này mô phỏng quá trình thực thi của chương trình trước khi nạp chương trình vào chip vi điều khiển. Sau khi dịch ra file Hexa, sử dụng mạch nạp chuyên dụng và phần mềm Proload để nạp chương trình vào vi điều khiển 8051. Kết quả và đánh giá Kết quả Sau khi tì m hiểu bộ vi điều khiển 8051 về cấu trúc phần cứng, tập lệnh lập trình, tổ chức bộ nhớ, sơ đồ bố trí các chân ra, nhận thấy được việc ứng dụng 8051 để thiết kế bộ đếm sản phẩm có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với dùng các linh kiện rời rạc khác. Từ đó đề tài đã thiết kế, chế tạo thực nghiệm thành công bộ đếm sản phẩm sử dụng vi điều khiển 8051. Bộ đếm làm việc tốt, linh hoạt, có độ tin cậy cao cho thấy khẳ năng ứng dụng trong nhiều vị trí làm việc khác nhau. Đánh giá Kết quả đạt được của đề tài đã đạt được mục tiêu đề tài đề ra . Mạch điện thực tế họat động tốt cho thấy khả năng ứng dụng của đề tài vào thực tiễn . Đề tài mới chỉ dừng lại ở những nghiên cứu ban đầu tuy nhiên những kết quả đạt được sẽ là cơ sở để thực hiện những nghiên cứu cao hơn. KẾT LUẬN Với việc sử dụng vi điều khiển làm phần tử trung tâm cho bộ đếm sản phẩm, mạch điện thực tế có kích thước nhỏ gọn, đơn giản, làm việc ổn định, tin cậy hơn rất nhiều so với bộ đếm sử dụng phần tử nhớ nhị phân Trigger. Hơn nữa, vi điều khiển là thiết bị có khả năng lập trình nên bộ đếm có tính linh hoạt cao, dễ dàng thay đổi, mở rộng hệ số đếm để thay đổi số lượng sản phầm cần đếm. Trên cơ sở những nghiên cứu trên đây, có thể mở rộng đề tài theo hướng trang bị thêm cho bộ đếm các tính năng như thiết lập trước các giá trị đếm, chức năng đếm tiến/lùi, mở rộng thêm khả năng hiển thị hoặc truyền thông như hiển thị trên màn hình LCD, giao tiếp và hiển thị trên máy tính… Bộ đếm sản phẩm sử dụng vi điều khiển đang và sẽ là giải pháp khả thi cho các dây chuyền tự động, bãi đỗ xe tự động, các cửa hàng, siêu thị…góp phần tăng năng suất, hiệu quả và độ chính xác, giảm chi phí nhân công đáng kể trong thực tế. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. KS. Lê Thị Hồng Gấm, Bài giảng Kỹ Thuật Số, khoa Vật lý, ĐHSP Thái Nguyên. [2]. KS. Phạm Đình Bảo, (2004), Điện tử căn bản tập 1,NXB KHKT, Hà Nội. [3]. Lê Xuân Thế, (2005), Dụng cụ bán dẫn và vi mạch, NXB Giáo dục, Hà Nội. [4]. Nguyễn Thúy Vân, (2004), Giáo trình kĩ thuật số, NXB KHKT, Hà Nội. [5]. Ths. Lê Bá Tứ, (2008), Giáo trình môn học kĩ thuật điện tử, ĐHSP Thái Nguyên. [6]. Tống Văn On – Hoàng Đức Hải, (2006), Họ vi điều khiển 8051, NXB LĐXH, TP. Hồ Chí Minh. [7]. Trần Đức Tâm, (2010), Thiết kế hệ thống đèn nháy dòng chữ “KHOA VẬT LÝ”, đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên, ĐHSP – ĐHTN. [8]. TS. Đỗ Kim Bằng, (2005), 101 mạch ứng dụng điện tử - kĩ thuật số, NXB LĐXH, Hà Nội. [9]. TS. Nguyễn Viết Nguyên (2009) và cộng sự, Giáo trình linh kiện điện tử, NXB Giáo dục , Hà Nội. [10]. http:www.alldatasheet.com/datasheet.../AT89C51.html. SUMMARY DESIGN AND CONSTRUCTION OF THE PRODUCT COUNTER USING MICROCONTROLLER 8051 Ta Thi Kieu Oanh  College of Education – Thai Nguyen University  Tel: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 http://www.lrc-tnu.edu.vn