MỤC LỤC
MỤC LỤC.........................................................................................................1
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT...........................................................................4
DANH MỤC HÌNH..........................................................................................6
DANH MỤC BẢNG.........................................................................................7
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................9
Chương I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ "MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN".............................10
1.1 Lý do chọn đề tài.......................................................................................10
1.2 Đối tượng nghiên cứu...............................................................................10
1.3 Mục đích nghiên cứu................................................................................10
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu...............................................................................11
1.5 Phương pháp nghiên cứu...........................................................................11
1.6 Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài.................................................................11
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ "MÔ HÌNH PHÂN
LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN".........12
I. THIẾT KẾ , CHẾ TẠO CƠ KHÍ.................................................................21
1.1 Thiết kế khung...........................................................................................21
1.2 Thiết kế các chi tiết..................................................................................22
II.THIẾT KẾ ,CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN..................................................27
2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống..........................................................................27
2.1.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống.........................................................28
2.2 Khối nguồn...............................................................................................28
2.2.1 Sơ đồ nguyên lý.....................................................................................28
2.2.2 Nguyên lý hoạt động............................................................................30
2.2.3 Tính toán và thiết kế...............................................................................30
2.3 Khối cảm biến..........................................................................................31
2.3.1 Khái niệm cơ bản về ánh sáng................................................................31
1




1.3 Hướng phát triển........................................................................................89
1.3 Kết luận.....................................................................................................90
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................90

3


DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

IC

Intergated-Circuit

LCD

Liquid Crystal Display

VĐK

là một mạch điện tử mà các
thành phần tác động và thụ động
đều được chế tạo tích hợp trên
đó không thể tách rời.
Màn hình tinh thể lỏng
Vi điều khiển

I/O

Input/ output

Automatic Computer Aided
Design

Một loại ngôn ngữ lập trình cho
vi điều khiển
Phần mềm thiết kế cơ khí

Light-Emitting-Diode

Diode quang

CIE

commission internationale de
l'Eclaire

Ủy Ban Quốc Tế về chiếu sáng

RGB

Red, Green, Blue

Đỏ, xanh lá ,Xanh Ra trời

CPU

central processing unit

Đơn vị xử lý trung tâm


Hình 2.2.7: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch..............................................................27
Hình 2.2.8: Sơ đồ nguồn cung cấp hệ thống.......................................................29
Hình 2.2.9: Sóng ánh sáng...................................................................................31
Hình 2.2.10 : Phổ ánh sáng..................................................................................32
Hình 2.2.12 : Hiệu suất tương đối của nguồn.....................................................34
Hình 2.2.13: Cảm biến quang điện tử.................................................................35
Hình 2.2.14: Vít điều chỉnh độ nhạy của cảm biến...........................................38
Hình 2.2.15 : Đáp ứng kích thích của màu sắc....................................................39
Hình 2.2.16 : Tọa độ màu ba chiều trong không gian.........................................39
Hình 2.2.17: Cảm nhận màu trong không gian...................................................40
Hình 2.2.18: Cảm biến màu.................................................................................42
Hình 2.2.19: Sơ đồ khối chức năng.....................................................................43
Hình 2.2.20: Sơ đồ khối chức năng của cảm biến TCS3200...............................43
Hình 2.2.20 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16A877A........................................46
Hình 2.2.22 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC 16A877A.........................................48
Hình 2.2.23 Chức năng các chân PIC 16F877A.................................................49
Hình 2.2.24: Sơ đồ kết nối vi điểu khiển PIC 16F877A....................................50
Hình 2.2.25. Hình dạng LCD..............................................................................52
Hình 2.2.26. Sơ đồ khối của HD44780...............................................................55
Hình 2.2.27: Hình dạng thực thế.........................................................................59
Hình 2.2.28: Cấu tạo van điện 5/2.......................................................................59
Hình 2.2.29: Xy lanh tác động 2 chiều................................................................60
Hình 2.2.30: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy điện một chiều......................64
5


DANH MỤC BẢNG

Nội dung
Bảng 1:

điều khiển em sau một thời gian học tập được các thầy, cô giáo trong khoa giảng
dạy về các kiến thức chuyên nghành, đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt tình của
thầy “Phan Văn Hiếu” em đã “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ
HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHÂM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU
KHIỂN”.
Cùng với sự nỗ lực của em và sự chỉ bảo tận tình của thầy, cô giáo hướng dẫn
nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của em còn có hạn nên sẽ không
thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự giúp đỡ và tham khảo ý
kiến của thầy, cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn!

7


CHƯƠNG I: Nghiên cứu tổng quan về “MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN”
1.1 Lý do chọn đề tài
Xét điều kiện cụ thể ở nước ta công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụng
ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất,
gia công , chế biến sản phẩm .Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản
xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt
nhỏ và vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC, robot công nghiệp. Trong đó có
một khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm là hệ thống phận loại
sản phẩm.
Từ những nhu cầu sản xuất thực tế và quá trình học tập , nghiên cứu tại trung
tâm Fact của trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên. Em mạnh dạn xin
đưa ra đề tài “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHÂN
LOẠI SẢN PHÂM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN”.
1.2 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc trong dây

Phân tích, thiết kế và lập trình cho hệ thống.
Thử nghiệm và vận hành cho hệ thống.
1.6 Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài

9


Hiện nay trong nhiều nhà máy và doanh nghiệp sản xuất như đóng nhãn sản
phẩm, kiểm tra nguyên liệu đầu vào, sản phẩm đầu ra vẫn còn áp dụng công
nghệ sản xuất lạc hậu, chưa theo kịp với xu thế phát triển và đáp ứng được nhu
cầu sản xuất trong nước và trên thị trường quốc tế. Chính vì thế em xin thực hiện
đề tài: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ” với mong muốn
đưa ra giải pháp nhằm cải thiện quá trình sản xuất sao cho giảm được chi phí
nhân công , tăng năng suất mà vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm, giảm giá
thành sản phẩm để có thể cạnh tranh trên thị trường.

10


CHƯƠNG II: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về “MÔ HÌNH PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN”
I. THIẾT KẾ , CHẾ TẠO CƠ KHÍ
1.1 Thiết kế khung
Thiết kế 3D trên phần mềm Autocad Inventor 2011

Hình 2.2.1a : Bản vẽ 3D vòng bi
11



2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống

Hình 2.2.7: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

15


2.1.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Khi cấp điện cho động cơ điện 1 chiều thì băng tải sẽ bắt đầu hoạt động
Sản phẩm được đưa vào băng tải. Nhờ có cảm biến màu TCS 3200 phát hiện sẽ
cấp tín hiệu điều khiển để các xy động cơ servo đẩy sản phẩm xuống thùng
chứa. Khi đó cảm biến sẽ gửi tín hiệu cho vi điều khiển at mega8 , khi đó xuất
tín hiệu cho khối hiển thị .Số lượng sản phẩm trong hộp sẽ được hiển thị trên
LCD.
2.2 Khối nguồn
Hầu hết các thiết bị điện muốn hoạt động được thì phải cung cấp một nguồn
năng lượng điện, do đó đối với hệ thống được thiết kế trong luận văn này đòi hỏi
nguồn năng lượng điện phải thật ổn định, thật chính xác. Trong hệ thống này hầu
hết đều sử dụng các vi mạch họ TTL, CMOSS có nguồn cung cấp là :
+ Họ TTL thì điện áp cung cấp là từ [4.5  5.5]V
+ Họ CMOSS thì điện áp cung cấp là từ [3  15]V
Ngoài ra còn sử dụng hệ thống van thủy lực (động cơ) sử dụng nguồn +24V
Do đó có thể chọn nguồn cung cấp cho toàn mạch là +5V, +24V cho tất cả hệ
thống.

2.2.1 Sơ đồ nguyên lý

16



tổng là: 951.8mA.
Căn cứ vào tính toán ở trên ta có thể chọn các giá trị linh kiện như sau:
+ Tụ 100uF 50v, 1000uf 25v, 2200uf 25v
18


+ Biến áp nguồn cung cấp loại 3A 220V/ 15V
+ IC ổn áp 7805 , 7812, có IOUT = 1A
+ Cầu diode B1 có dòng 1A
+ Các điện trở từ R10.0 đến R10.4 và L10.0 đến L10.4 có nhiệm vụ báo hiệu có
nguồn cấp.
+ Các diode từ D10.0 đến D10.4 có nhiệm vụ chống ngược nguồn và bảo vệ
cho các linh kiện.
2.3 Khối cảm biến
2.3.1 Khái niệm cơ bản về ánh sáng
Ánh sáng có bản chất là hạt. Dạng sóng ánh sáng là sóng điện từ phẳng.
Tại mỗi thời điểm không gian vectơ cường độ điện trường E`, cường độ từ
trường H` và phương truyền sóng, làm thành một tam diện thuận .
Z`

E`

H`

Hình 2.2.9: Sóng ánh sáng

19


Ánh sáng lan truyền trong chân không có vận tốc v=299792km/s. Trong



Trong vật chất các điện tử liên kết trong nguyên tử có xu hướng thoát khỏi
nguyên tử để trở thành điện tử tự do. Để giải phóng các điện tử liên kết cần phải
có một năng lượng bằng năng lượng liên kết W1.
Bước sóng ngưỡng của ánh sáng có thể gây nên hiện tượng giải phóng điện
tử được tính bằng biểu thức:
MAX= hc/W1 =1.237/W1(eV)
Nói chung loại điện tích được giải phóng do chiếu sáng phụ thuộc vào bản
chất của vật liệu được chiếu sáng. Khi chiếu sáng chất điện môi và bán dẫn tinh
thiết, các điện tích được giải phóng là cặp điện tử –lỗ trống. Đối với bán dẫn pha
tạp chất khi bị chiếu sáng chúng sẽ giải phóng điện tử (Nếu pha tạp chất dono)
hoặc lỗ trống (Nếu pha tạp chất acxepto).
Hiệu ứng quang điện tỉ lệ thuận với số lượng hạt dẫn được giải phóng do tác
dụng của ánh sáng trong một đơn vị thời gian. Tuy nhiên ngay cả khi bước sóng
của ánh sáng  < MAX thì không phải tất cả các photon chiếu xuống bề mặt
đều tham gia vào việc giải phóng hạt dẫn vì một số sẽ bị phản xạ từ bề mặt, một
số khác chuyển năng lượng của chúng thành nhiệt.
2.3.2 Diode phát quang
Diode quang LED (Light-Emitting-Diode) là nguồn sáng bán dẫn trong đó
năng lượng giải phóng do tái hợp điện tử - lỗ trống gần chuyển tiếp P–N của
diode làm phát sinh các photon. Các đặc điểm của led:
Thời gian hồi đáp nhỏ cỡ ns, có khả năng điều biến đến tần số cao nhờ nguồn
nuôi.
Phổ ánh sáng hoàn toàn xác định.
Tuổi thọ cao, có thể đạt tới 100.000giờ.
Kích thước nhỏ.
Tiêu thụ công suất thấp.
Độ bền cơ học cao
Quang thông tương đối nhỏ (cỡ mW) và nhạy với nhiệt độ.


2.3.4 Cảm biến màu
a. Lý thuyết màu
Lý thuyết màu trong không gian sử dụng các tọa độ gồm: Màu (Hue), độ bão
hòa (Stauration), và cường độ (Intensity). Ba thành phần của tọa độ màu được
xác định trong không gian màu duy nhất. Màu sắc có liên quan đến bước sóng
phản xạ của màu khi ánh sáng trắng chiếu vào nó. Cường độ (độ sáng) đo mức
sáng trắng tạo nên độ bão hoà đo mức tươi của màu.
Ví dụ:
Phân tử sắc tố màu đỏ tạo nên thành phần màu có thể đo được. Mật độ tương đối
của các phân tử sắc tố mang thông tin về sự hình thành của thành phần bão hòa.
Có một phân tử trở về mang hầu như mọi bước sóng, do đó kết quả là màu trắng
và tạo nên thành phần cường độ (độ sáng).
b. Đơn vị đo màu
Nếu sự thể hiện màu phụ thuộc vào tương tác của màu đích với ngồn sáng thì rõ
ràng là có hệ thống đo màu chuẩn hóa cần phải định nghĩa cả nguồn sáng và
phương tiện phát hiện màu.
Hình 2.2.15 : Đáp ứng kích thích của màu sắc
Năng lượng tương đối

Hệ số phản

Đáp ứng tương đối Kích thích tương đối

xạ

23


Cyan



0.8
0.7
y

Xanh lá
cây

0.6
0.5

vàng
Bảo hòa
trắng

0.4

760

0.3

Đỏ

0.2

Xanh da
trời

0.1