Luận văn tốt nghiệp 1 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

MỞ ĐẦU
WX Từ xưa đến nay, đo lường hay định lượng là một vấn đề vô cùng quan trọng
không chỉ trong sản xuất, kinh doanh mà còn rất cần thiết trong đời sống. Thử nghĩ
một nhà máy sản xuất sẽ ra sao khi sản phẩm làm ra không đảm bảo về trọng lượng,
uy tín của các cơ sở kinh doanh sẽ suy giảm thế nào khi khách hàng không an tâm về
khối lượng sản ph
ẩm của họ… Nói như thế để có thể thấy được tầm quan trọng của sự
chính xác trong đo lường công nghiệp.
Không những thế, việc tiết kiệm thời thời gian cũng như lưu trữ dữ liệu trong
đo lường cũng không kém phần quan trọng, chúng sẽ thúc đẩy năng suất sản xuất,
nâng cao uy tín thương hiệu cũng như chất lượng sản phẩm.
Xuấ
t phát từ các mục tiêu trên, chúng em đã chọn đề tài : “Thiết kế và thi công
hệ thống cân băng tải 10 Kg” với hy vọng khi đưa vào thực nghiệm cũng như sản
xuất thực tế sẽ đáp ứng được phần nào nhu cầu thiết thực mà xã hội đã đặt ra.
Luận văn tốt nghiệp 2 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Chương 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1- Khái niệm chung về cân trong công nghiệp :

Cân là khâu quan trọng trong công nghiệp. Có thể nói cân chiếm vị trí không
nhỏ trong sản xuất, cả trong khâu chuẩn bị nguyên liệu cho đến khâu thành phẩm. Việc
đo lường chính xác khối lượng nguyên liệu sẽ giảm thiểu tình trạng dư thừa trong quá


Loadcell
10kg
các cảm biến được bố trí ngay trên băng tải. Tổng khối lượng cũng như tổng sản phẩm
có thể được reset về 0 khi cần thiết.
Ngoài ra hệ thống cân băng tải có thể được sử dụng như một bàn cân thông
thường khi cho dừng động cơ
*Mô hình hệ thống cân băng tải gồm có 2 phần riêng biệt và được hai sinh viên
thực hiện :
Sinh viên :
Lê Hoàng Tiến : thực hiện thiế
t kế và thi công mạch điều khiển.
Sinh viên :
Phạm Phú Cường : thực hiện thiết kế và thi công mạch đầu cân Hiển thị
Mạch


¾ 128 x 8 bit RAM nội
¾ 32 đường xuất-nhập lập trình được (tương ứng 4 port)
¾ Hai timer/counter 16 bit
¾ Một port nối tiếp song công lập trình được
¾ Mạch đồng hồ và bộ dao động trên chip
Hình2.2 : Cấu hình chân của AT89C51

Như vậy AT89C51 có tất cả 40 chân. Mỗi chân có chức năng như các đường I/O
(xuất/nhập), trong đó 24 chân có công dụng kép: mỗi đường có thể hoạt động như một
đường I/O hoặc như một đường điều khiển hoặc như thành phần của bus địa chỉ và bus
dữ liệu.
Mô tả chân :

VCC (chân 40) : Chân cấp nguồn +5V DC.
GND (chân 20) : Chân nối đất.
Luận văn tốt nghiệp 6 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Port 0 :
Port 0 là một port xuất/nhập song hướng cực máng hở 8 bit. Nếu được sử dụng
như là một ngõ xuất thì mỗi chân có thể kéo 8 ngõ vào TTL. Khi mức 1 được viết vào
các chân của port 0, các chân này có thể được dùng như là các ngõ nhập tổng trở cao.
Port 0 có thể được định cấu hình để hợp kênh giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu
(phần byte thấp) khi truy cập đến bộ nhớ dữ liệu và bộ
nhớ chương trình ngoài. Ở chế
độ này, P0 có các điện trở pullup bên trong.

Port 2 cũng nhận các bit cao của địa chỉ và một vài tín hiệu điều khiển khi lập
trình và kiểm tra Flash.
Port 3 :
Port 3 là một port xuất-nhập song hướng 8 bit có điện trở pullup nội bên trong.
Các bộ đệm ngõ ra của port 3 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ vào TTL. Khi các
mức 1 được viết vào các chân của port 3 thì chúng được kéo lên cao bở
i các điện trở
pullup nội và có thể được dùng như các ngõ vào. Khi được dùng như các ngõ vào, các
chân của port 3 (được kéo xuống qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng I
IL
do có các
điện trở pullup bên trong.
Port 3 cũng cung cấp các chức năng của các đặc trưng đặc biệt như được liệt kê
ở bảng 2.1 :

Chân Tên Các chức năng chuyển đổi
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
RXD
TXD
INT0
INT1

T0

ngoài.
Nếu muốn, hoạt động ALE có thể cấm được bằng cách set bit 0 của SFR tại địa
chỉ 8Eh. Nếu bit này được set, ALE chỉ dược hoạ
t động khi có một lệnh MOVX hoặc
MOVC. Ngược lại, chân này được kéo lên cao bởi các điện trở pullup "nhẹ". Việc set
bit cấm-ALE không có tác dụng khi bộ vi điều khiển đang ở chế độ thi hành ngoài.
PSEN :
PSEN (Program Store Enable) là xung đọc bộ nhớ chương trình ngoài. Khi
AT89C51 đang thi hành mã (code) từ bộ nhớ chương trình ngoài,
PSENđược kích
hoạt hai lần mỗi chu kỳ máy, nhưng hai hoạt động
PSEN sẽ bị bỏ qua mỗi khi truy
cập bộ nhớ dữ liệu ngoài.
EA /Vpp :
EA (External Access Enable) phải được nối với GND để cho phép thiết bị đọc
code từ bộ nhớ chương trình ngoài có địa chỉ từ 0000H đến FFFFH. Tuy nhiên, lưu ý
rằng nếu bit khoá 1 (lock-bit 1) được lập trình,
EA sẽ được chốt bên trong khi reset.
EA phải được nối với Vcc khi thi hành chương trình bên trong. Chân này cũng
nhận điện áp cho phép lập trình Vpp=12V khi lập trình Flash (khi đó áp lập trình 12V
được chọn).
Luận văn tốt nghiệp 9 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

XTAL1 và XTAL2 :
XTAL1 và XTAL2 là hai ngõ vào và ra của một bộ khuếch đại dao động nghịch
được cấu hình để dùng như một bộ dao động trên chip. Hình 2.3 : Các kết nối của bộ dao động

Mặc dù trên hình cho thấy 80 byte RAM đa dụng chiếm các địa chỉ từ 30H–
7FH, 32 byte dưới cùng từ 00H đến 1FH cũng có thể được dùng với mục đích tương tự
(mặc dù các địa chỉ này đã có mục đích khác).
Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể được truy xuất tự do dùng
cách đánh địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.
RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh
địa chỉ gián tiếp qua
R0 hay R1.
Luận văn tốt nghiệp 11 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Bảng2.1 : Tóm tắt các vùng nhớ của 89C51
FF
On- Chip
Memmory
External Memory
Luận văn tốt nghiệp 12 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

3F
3E 3D 3C 3B 3A 39
38
27
37
36 35 34 33 32 31 30
26
2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28
25
27
26 25 24 23 22 21 20
24
1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18
23
17
16 15 14 13 12 11 10
22
0F
0E 0D 0C 0B 0A 09
08
21
07
06 05 04 03 02
07
00
20
Bank 3
1F
18
Bank 2

82
DPL
không được địa chỉ hóa bit
83
DPH
không được địa chỉ hóa bit
87
PCON
8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88
88
TCON
không được địa chỉ hóa bit
89
TMOD
không được địa chỉ hóa bit
8A
TL0
không được địa chỉ hóa bit
8B
TL1
không được địa chỉ hóa bit
8C
TH0
97 96 95 94 93 92 91 90
90
P1
9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98
98
SCON
không được địa chỉ hóa bit

FF
Luận văn tốt nghiệp 13 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

2.1.2.2- Thanh ghi trạng thái chương trình :

Thanh ghi trạng thái chương trình (PSW : Program Status Word) ở địa chỉ D0H
chứa các bit trạng thái như bảng 2.3 :

Bảng 2.3 : Các bit trạng thái của thanh ghi trang thái.
Cờ nhớ
Cờ nhớ (CY) có công dụng kép. Thông thường nó được dùng cho các lệnh toán
học : nó sẽ được set nếu có một số nhớ sinh ra bởi phép cộng hoặc có một số mượn bởi
phép trừ. Ví dụ, nếu thanh ghi tích lũy chứa FFH, thì lệnh ADD A, #1 sẽ trả về thanh
ghi tích lũ
y kết quả 00H và set cờ nhớ trong PSW.
Cờ nhớ cũng có thể xem như một thanh ghi 1 bit cho các lệnh luận lý thi hành trên bit.
Ví dụ, lệnh sau sẽ AND bit 25H với cờ nhớ và đặt kết quả trở vào cờ nhớ :
ANL C, 25H
Cờ nhớ phụ
Khi cộng các số BCD, cờ nhớ phụ (AC) được set nếu kết quả của 4 bit thấp

bit OV.
Kết quả là một số có dấu 8EH được xem như -116, không phải là kết quả đúng
(142), vì vậy, bit OV được set.
2.1.2.3- Thanh ghi B :

Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng cùng với thanh ghi tích lũy A cho các
phép toán nhân và chia. Lệnh MUL AB sẽ nhân các giá trị không dấu 8 bit trong A và
B rồi trả về kết quả 16 bit trong A (byte thấp) và B (byte cao). Lệnh DIV AB sẽ chia A
cho B rồi trả về kết quả nguyên trong A và phần dư trong B. Thanh ghi B cũng có thể
được xem như thanh ghi đệm đa dụng. Nó được địa chỉ hóa từng bit bằng các địa chi
bit F0H đến F7H.
2.1.2.4- Con trỏ dữ liệu :

Con trỏ dữ liệu (DPTR) được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài là một thanh ghi 16
bit ở địa chỉ 82H (DPL : byte thấp) và 83H (DPH : byte cao). Ba lệnh sau sẽ ghi 55H
vào RAM ngoài ở địa chỉ 1000H :
MOV A, #55H
MOV DPTR, #1000H
MOVX @DPTR, A
Lệnh đầu tiên dùng địa chỉ tức thời để tải dữ liệu 55H vào thanh ghi tích lũy.
Lệnh thứ hai cũng dùng địa chỉ tức thời, lần này để tải dữ liệu 16 bit 1000H vào con
Luận văn tốt nghiệp 15 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

trỏ dữ liệu. Lệnh thứ ba dùng địa chỉ gián tiếp để di chuyển dữ liệu trong A (55H) đến
RAM ngoài ở địa chỉ được chứa trong DPTR (1000H).
2.1.2.5- Các thanh ghi timer :

89C51 chứa hai bộ định thời / đếm 16 bit được dùng cho việc định thời hoặc
đếm sự kiện. Timer 0 ở địa chỉ 8AH (TL0 : byte thấp) và 8CH (TH0 : byte cao). Timer

Bit Ký hiệu Địa chỉ Mô tả
SCON.7 SM0 9FH
Bit 0 của chế độ
port nối tiếp.
SCON.6
SM1 9EH
Bit 1 của chế độ
port nối tiếp
SCON.5
SM2 9DH
Bit 2 của chế độ
port nối tiếp. Cho
phép truyền thông
đa xử lý trong các
chế độ 2 và 3, RI sẽ
không bị tác động
nếu bit thứ 9 thu
được là 0.
SCON.4
REN 9CH
Cho phép bộ thu
phải được đặt lên 1
để thu (nhận) các
ký tự.
SCON.3
TB8 9BH
Bit 8 phát, bit thứ 9
được phát trong các
chế độ 2 và 3; được
đặt và xóa bằng

0/1), cho phép bộ thu (REN = 1) và đặt cờ ngắt phát (T1 = 1) để chỉ bộ phát sẵn sàng
hoạt động.
Các chế độ hoạt động :
Port n
ối tiếp có 4 chế độ hoat động, có thể chọn được bằng cách viết các số 1
hay 0 vào các bit SM0 và SM1 trong SCON. Có ba chế độ cho phép truyền thông bất
đồng bộ, với mỗi ký tự được thu (nhận) hoặc phát đều được đóng khung bằng một bit
start và 1 bit stop. Ở chế độ thứ tư, port nối tiếp hoạt động như một thanh ghi dịch đơn
giản.
Thanh ghi dịch 8 bit (chế độ 0).
SM0 SM1 Chế độ Mô t
ả Tốc độ baud
0 0 0 Thanh ghi dịch Cố định (F
OSC
/12).
0 1 1 UART 8 bit Thay đổi (đặt bằng timer).
1 0 2 UART 9 bit Cố định (F
OSC
chia cho 12 hoặc 64).
1 1 3 UART 9 bit Thay đổi (đặt bằng timer).
Luận văn tốt nghiệp 18 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Chế độ 0 được chọn bằng cách ghi các bit 0 vào SM1 và SM0 của SCON, đưa
port nối tiếp vào chế độ thanh ghi dịch 8 bit. Dữ liệu nối tiếp vào và ra qua RXD và
TXD xuất xung nhịp dịch. 8 bit được phát hoặc thu với bit đầu tiên là LSB. Tốc độ
baud cố định ở 1/12 tần số dao động trên chip.
Việc phát đi được khởi động bằng bất cứ lệnh nào ghi dữ liệu vào SBUF. Dữ
liệu được dịch ra ngoài trên
đường RXD (P3.0) với các xung nhịp được gửi ra đường

P1 P2
S4
P1 P2
S5
P1 P2

S6
P1 P2
Một chu kỳ máy

OSC

ALE

Bit dữ liệu hợp lệ

Dữ liệu
xuất

Clock dịch

Clock dịch
(TXD)
D0
D1
D2 D3 D4 D5 D6 D7
Dữ liệu xuất
ALE

Phóng to

thêm bit kiểm tra chẵn lẻ giữa bit dữ liệu cuối cùng và bit stop. Hoạt động chủ yếu của
UART là chuyển đổi song song sang nối tiếp với dữ liệu xuất và chuyển đổi nối tiếp
sang song song với dữ liệu nhập.
Clock dịch
(TXD)
ALE
Một chu kỳ máy
D0 D0 D0 D0 D0 D0 D0 D0
Dữ liệu nhập (RXD)

Clock Thanh ghi

Dữ liệu dịch
TXD (P3.1)
RXD (P3.0)
8051
Thêm 8 ngõ ra
Luận văn tốt nghiệp 20 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Ở chế độ 1, 10 bit được phát trên TXD hoặc thu trên RXD. Những bit đó là : 1
bit start (luôn luôn là 0), 8 bit dữ liệu (LSB đầu tiên) và 1 bit stop (luôn luôn là 1). Với
hoạt động thu, bit stop được đưa vào RB8 trong SCON. Trong 89C51 chế dộ baud
được đặt bằng tốc độ báo tràn của Timer 1.
Truyền dữ liệu (phát) được khởi động bằng cách ghi vào SBUF, nhưng vẫn
chưa thật sự bắt đầu chạy cho đến khi sự thay thế kế tiếp của bộ đếm chia cho 16 cung
c
ấp tốc độ baud cổng nối tiếp. Dữ liệu được dịch ra ngoài trên đường TXD bắt đầu
bằng bit start, theo sau là 8 bit dữ liệu và sau cùng là bit stop. Độ rộng (theo thời gian
của mỗi bit) là nghịch đảo của tốc độ baud được lập trình trong timer. Cờ ngắt phát

D1 D2 D3
D4
D5 D6 D7

TXD
1
tốc độ baud
TI (SCON.1)
Ngắt phát
(chuẩn bị cho dữ liệu)
Luận văn tốt nghiệp 21 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Bit thứ 9 (bit stop) được chốt vào RB8 trong SCON.
SBUF được nạp với 8 bit dữ liệu.
Cờ ngắt bộ thu (RI) được đặt lên 1.
Tuy nhiên, những điều này chỉ xảy ra nếu đã có những điều kiện sau :
RI = 0
SM2 = 1 và bit stop thu được là 1, hoặc SM2 = 0.
Đòi hỏi RI = 0 để bảo đảm là phần mềm đã đọc ký tự trước (và RI được xóa).
Điều kiện thứ hai hơi phức tạp nhưng ch
ỉ áp dụng trong chế độ truyền thông đa
xử lý. Điều đó hàm ý là “không đặt RI lên 1 trong chế độ truyền thông đa xử lý
khi bit dữ liệu thứ 9 là 0).
2.1.2.9 Tốc độ baud port nối tiếp.

Sử dụng Timer 1 làm xung nhịp tốc độ baud
Cách thông dụng để tạo tốc độ baud là khởi động TMOD cho chế độ 8 bit tự
động nạp lại (chế độ 2) và đặt giá trị nạp lại đúng vào TH1 để cho tốc độ tràn đúng với
tốc độ baud. TMOD được khởi động như sau :

Tốc độ
baud thật
Sai số
9600 12MHz 1 -7(F9H) 8923 7%
2400 12MHz 0 -13(F3H) 2404 0.16%
1200 12MHz 0 -26(E6H) 1202 0.16%
19200 11.059MHz 1 -3(FDH) 19200 0
9600 11.059MHz 0 -3(FDH) 9600 0
2400 11.059MHz 0 -12(F4H) 2400 0
1200 11.059MHz 0 -24(E8H) 1200 0

Bảng2.6 : Tóm tắt tốc độ baud. Luận văn tốt nghiệp 23 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Chương 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.1- Giới thiệu :

Hệ thống cân băng tải gồm 2 phần :
Bộ điều khiển hệ thống cân
Bộ đầu cân
Hệ thống cân băng tải của em là một hệ thống thu thập dữ liệu nhờ vào hai load
cell (mỗi load cell cân được khối lượng tối đa là 20kg ), dữ liệu thu thập được sẽ thay
đổi theo sự thay đổi của điệp áp đầu ra của load cell theo sự thay đổi khố
i lượng của
bao được cân.
Điện áp đầu ra của load cell được đưa vào mạch đầu cân và được xử lý để hiển
thị khối lượng hiện tại của bao đang cân trên led 7 đoạn và đồng thời cung lúc này

Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

3.2 Tính toán và thiết kế phần cứng :

* Thiết kế cơ khí : Mô hình bàn cân gồm các phần chính sau :
- Băng tải được làm bằng chất liệu đặc biệt, kích thước 0.8m x 0.4m có thể ép
dính 2 mép lại với nhau một cách tương đối phẳng. Điều này giúp cho việc giảm sai số
khi băng tải hoạt động.
- Động cơ kéo băng tải là loại động cơ có công suất nhỏ (~220W), tốc độ
~0.1m/s. Do đó có thể cân khoảng 300 sản phẩm/giờ.
-Cảm biến gồ
m :
+ 2 Loadcell loại 20 Kg được bố trí ở 2 đầu bàn cân. Tổng trọng lượng tối đa
có thể cân được sau khi đã loại bỏ khối lượng của vật liệu làm bàn cân là 10Kg.
+ 2 cảm biến quang thu phát hồng ngoại được đặt dọc theo bàn cân để phát hiện
sản phẩm và lấy mốc để xử lí tín hiệu.
- Sai số khi cân vào khoảng 3%.
* Mạch điều khiển :
Mạch điều khiển
điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống. Khi được cấp
nguồn mạch điều khiển sẽ kích cho băng tải hoạt động thông qua mạch động lực bằng
nút nhấn. Vật thể cần cân được di chuyển trên băng tải và được phát hiện bởi các cảm
Luận văn tốt nghiệp 25 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

biến được bố trí dọc theo bàn cân, các tín hiệu từ cảm biến sẽ được đưa về CPU để
đếm số lượng vật thể. Đồng thời mạch điều khiển sẽ xử lý tính toán, lưu trữ dữ liệu

24
25
26
27
28
10
11
12
13
14
15
16
17
39
38
37
36
35
34
33
32
RST
XTA L2
XTA L1
EA/VPP
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4

R
LED5
LED11
EN_LED
LED15
ADD1
VCC
VCC
LED3
LED1
LED7S
7
6
4
2
1
9
10
5
3
8
a
b
c
d
e
f
g
p
C1

6
7
8
9
10
11
13
14
15
16
17
23
22
21
20
18
19
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
Y8
Y9
Y10
Y11
Y12

Ta có :
LED
OLLEDECCC
LED
I
VVVV
R
−
−
−
=

10
45,025,05
−
−−
=
LED
R
= 205
Ω