Luận văn tốt nghiệp Trang 1
GVHD Nguyễn Việt Hùng
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG……………..
LUẬN VĂN
Thiết kế mạch đếm sản phẩm
dùng vi điều khiển 8051
Luận văn tốt nghiệp Trang 2
GVHD Nguyễn Việt Hùng
PHẦN I LÝ THUYẾT
CHƯƠNG I DẪN NHẬP
I. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử
màtrong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật,
quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin…. do đó chúng ta phải nắm bắt và
vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật
thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng.
Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy và tham quan các doanh
nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản
xuất. Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số
lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động.
Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn
chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng
nhân công.
Từ những điều đã được thấy đó và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một
điều gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép
tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác cao. Nên
chúng em quyết định thiết kế một mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế và nó
thật sự rất có ý nghĩa đối với chúng em vì đã làm được một phần nhỏ đóng góp cho xã hội.
Để làm được mạch này cần thiết kế được hai phần chính là: bộ phận cảm biến và bộ
phận đếm.
* Bộ phận cảm biến: gồm phần phát và phần thu. Thông thường người ta sử dụng
phần phát là led hồng ngoại để phát ra ánh sáng hồng ngoại mục đích để chống nhiễu so
với các loại ánh sáng khác, còn phần thu là transistor quang để thu ánh sáng hồng ngoại.
* Bộ phận đếm có nhiều phương pháp thực thi đó la:
-Lắp mạch dùng kỹ thuật số với các IC đếm, chốt, so sánh ghép lại
-Lắp mạch dùng kỹ thuật vi xử lí
-Lắp mạch dùng kỹ thuật vi điều khiển
II. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ:
1. Với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời có:
Các ưu điểm sau:
-Cho phép tăng hiệu suất lao động
-Đảm bảo độ chính xác cao
-Tần số đáp ứng của mạch nhanh, cho phép đếm với tần số cao
-Khoảng cách đặt phần phát và phần thu xa nhau cho phép đếm những sản phẩm lớn.
-Tổn hao công suất bé, mạch có thể sử dụng pin hoặc accu
-Khả năng đếm rộng
-Giá thành hạ
-Mạch đơn giản dễ thực hiện
Với việc sử dụng kỹ thuật số khó có thể đáp ứng được việc thay đổi số đếm. Muốn
thay đổi một yêu cầu nào đó của mạch thì buộc lòng phải thay đổi phần cứng.Do đó mỗi
Luận văn tốt nghiệp Trang 3
GVHD Nguyễn Việt Hùng
lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kém về kinh tế mà nhiều khi yêu cầu đó không thực hiện
được bằng phương pháp này.
Với sự phát triển mạnh của nghành kỹ thuật số đặc biệt là cho ra đời các họ vi xử lí
và vi điều khiển rất đa chức năng do đó việc dùng kỹ thuật vi xử lí, kỹ thuật vi điều khiển
đã giải quyết những bế tắc và kinh tế hơn mà phương pháp dùng IC rời kết nối lại không
thực hiện được.
2. Với mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí:
Ngoài những ưu điểm như đã liệt kê trong phương pháp dùng IC rời thì mạch đếm
sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí còn có những ưu điểm sau:
-Mạch có thể thay đổi số đếm một cách linh hoạt bằng việc thay đổi phần mềm, trong
khi đó phần cứng không cần thay đổi mà mạch dùng IC rời không thể thực hiện được mà
nếu có thể thực hiện được thì cũng cứng nhắc mà người công nhân cũng khó tiếp cận, dễ
nhầm.
- Số linh kiện sử dụng trong mạch ít hơn.
-Mạch đơn giản hơn so với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời và có phần cài đặt số
đếm ban đầu
-Mạch có thể lưu lại số liệu của các ca sản xuất
-Mạch có thể điều khiển đếm được nhiều dây chuyền sản xuất cùng lúc bằng phần
mềm
-Mạch cũng có thể kết nối giao tiếp được với máy tính thích hợp cho những người
quản lí tại phòng kỹ thuật nắm bắt được tình hình sản xuất qua màn hình của máy vi tính.
Nhưng trong thiết kế người ta thường chọn phương pháp tối ưu nhưng kinh tế do đó
chúng em chọn phương pháp đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi điều khiển
3. Phương pháp đếm sản phẩm dùng vi điều khiển:
Ngoài những ưu điểm có được của hai phương pháp trên, phương pháp này còn có
những ưu điểm :
-Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với những chương trình có quy
mô nhỏ, rất tiện lợi mà vi xử lí không thực hiện được.
-Nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lí cũng giao tiếp được
với máy tính nhưng là giao tiếp song song nên cần có linh kiện chuyển đổi dữ liệu từ song
song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính.
III. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI:
Trong đồ án này chúng em thực hiện mạch đếm sản phẩm bằng phương pháp đếm
xung. Như vậy mỗi sản phẩm đi qua trên băng chuyền phải có một thiết bị để cảm nhận
sản phẩm, thiết bị này gọi là cảm biến. Khi một sản phẩm đi qua cảm biến sẽ nhận và tạo
ra một xung điện đưa về khối xử lí để tăng dần số đếm. Tại một thời điểm tức thời, để xác
định được số đếm cần phải có bộ phận hiển thị. Tuy nhiên mỗi khu vực sản xuất hay mỗi
ca sản xuất lại yêu cầu với số đếm khác nhau vì thế phải có sự linh hoạt trong việc chuyển
đổi số đếm. Bộ phận chuyển đổi trực quan nhất là bàn phím. Khi cần thay đổi số đếm
người sử dụng chỉ cần nhập số đếm ban đầu vào và mạch sẽ tự động đếm. Khi số sản phẩm
được đếm bằng với số đếm ban đầu thì mạch sẽ tự động dừng. Từ đây suy ra mục đích yêu
cầu của đề tài:
-Số đếm phải chính xác, và thay đổi việc cài đặt số đếm ban đầu một cách linh hoạt.
-Bộ phận hiển thị phải rõ ràng
-Mạch điện không quá phức tạp, bảo đảm được sự an toàn,dễ sử dụng.
-Giá thành không quá mắc
IV. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI:
Luận văn tốt nghiệp Trang 4
GVHD Nguyễn Việt Hùng
-Các sản phẩm rất đa dạng với nhiều chủng loại: đặc; rỗng, kích cỡ khác nhau.
Nhưng với khả năng của thiết bị lắp thì mạch chỉ có thể đếm đối với sản phẩm có khả
năng che được ánh sáng và có kích thước từ 10cm3 đến 30cm3.
-Đếm số sản phẩm trong một thùng phạm vi thay đổi từ 2 999. Còn số thùng sản
phẩm phạm vi thay đổi từ 19999.
-Lưu số sản phẩm, số hộp sau mỗi ca sản xuất và cho phép xem số sản phẩm và số
hộp trong các ca sản xuất.
Từ mục đích yêu cầu của đề tài chúng em đưa ra sơ đồ khối tổng quát của mạch điện
như sau:
V. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT:
KHỐI
XỬ LÝ
CẢM BIẾN
BÀN PHÍM
KH
Ố
I HI
Ể
N TH
Ị
Luận văn tốt nghiệp Trang 5
GVHD Nguyễn Việt Hùng
CHƯƠNG II LÝ THUYẾT THIẾT KẾ
I. CÁC KHỐI TRONG MẠCH ĐIỆN:
1. Cảm biến:
a. Giới thiệu sơ lược về mạch cảm biến:
Để cảm nhận mỗi lần sản phẩm đi qua thì cảm biến phải có phần phát và phần thu.
Phần phát phát ra ánh sáng hồng ngoại và phần thu hấp thụ ánh sáng hồng ngoại vì ánh
sáng hồng ngoại có đặc điểm là ít bị nhiễu so với các loại ánh sáng khác. Hai bộ phận phát
và thu hoạt động với cùng tần số. Khi có sản phẩm đi qua giữa phần phát và phần thu, ánh
sáng hồng ngoại bị che bộ phận thu sẽ hoạt động với tần số khác tần số phát như thế tạo ra
một xung tác động tới bộ phận xử lí. Vậy bộ phận phát và bộ phận thu phải có nguồn tạo
dao động. Bộ phận dao động tác động tới công tắc đóng ngắt của nguồn phát và nguồn thu
ánh sáng. Có nhiều linh kiện phát và thu ánh sáng hồng ngoại nhưng chúng em chọn led
hồng ngoại và transitor quang là linh kiện phát và thu vì transistor quang là linh kiện rất
nhạy với ánh sáng hồng ngoại. Bộ phận tạo dao động có thể dùng mạch LC, cổng logic,
hoặc IC dao động. Với việc sử dụng IC chuyên dùng tạo dao động, bộ tạo dao động sẽ trở
nên đơn giản hơn với tần số phát và thu
Vì tín hiệu ở ngõ ra trasitor quang rất nhỏ nên cần có mạch khuyếch đại trước khi đưa đến
bộ tạo dao động. Chúng em chọn IC khuếch đại để khuếch đại tín hiệu lên đủ lớn. Vậy sơ
đồ khối của phần phát và phần thu là:
b. Các linh kiện trong mạch cảm biến:
b1. Cấu tạo, nguyên lí hoạt động của led hồng ngoại:
_Led được cấu tạo từ GaAs với vùng cấm có độ rộng là 1.43eV tương ứng bức xạ 900nm.
Ngoài ra khi pha tạp Si với nguyên vật liệu GaAlAs, độ rộng vùng cấm có thể thay đổi.
Với cách này, người ta có thể tạo ra dải sóng giữa 800 - 900nm và do đó tạo ra sự điều
hưởng sao cho led hồng ngoại phát ra bước sóng thích hợp nhất cho điểm cực đại của độ
nhạy các bộ thu.
_Hoạt động: khi mối nối p - n được phân cực thuận thì dòng điện qua nối lớn vì sự dẫn
điện là do hạt tải đa số, còn khi mối nối được phân cực nghịch thì chỉ có dòng rỉ do sự di
chuyển của các hạt tải thiểu số. Nhưng khi chiếu sáng vào mối nối, dòng điện nghịch tăng
lên gần như tỷ lệ với quang thông trong lúc dòng thuận không tăng. Đặc tuyến volt –
ampere của led hồng ngoại như sau:
KHỐI
DAO
ĐỘNG
KHỐI
DAO
ĐỘNG
KHUYẾCH
ĐẠI
TRANSITOR
THU