Bộ phân loại màu dựa trên băng tải có kiểm soát TIVA: 8 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Lĩnh vực điện tử có ứng dụng rộng lớn. Mỗi ứng dụng cần một mạch khác nhau và một phần mềm cũng như cấu hình phần cứng khác nhau. Vi điều khiển là mô hình tích hợp được nhúng trong một con chip trong đó các ứng dụng khác nhau có thể được chạy trong một con chip duy nhất. Dự án của chúng tôi dựa trên bộ xử lý ARM, được sử dụng nhiều trong phần cứng điện thoại thông minh. Mục đích cơ bản để thiết kế máy phân loại màu vì nó có ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, ví dụ: trong phân loại gạo. Sự giao tiếp của cảm biến màu TCS3200, Cảm biến chướng ngại vật, rơ le, băng tải và bộ vi điều khiển ARM dựa trên TIVA C series là yếu tố quan trọng làm nên sự độc đáo và xuất sắc của dự án này. Dự án đang hoạt động theo cách mà vật thể được đặt trên băng tải đang chạy bị dừng lại sau khi đi qua từ cảm biến chướng ngại vật. Mục đích của việc dừng dây đai là để cho cảm biến màu có thời gian đánh giá màu sắc của nó. Sau khi đánh giá màu sắc, cánh tay màu tương ứng sẽ xoay theo góc cụ thể và cho phép đối tượng rơi vào nhóm màu tương ứng

Bước 1: Giới thiệu

Dự án của chúng tôi bao gồm sự kết hợp tuyệt vời giữa lắp ráp phần cứng và cấu hình phần mềm. Một nhu cầu của ý tưởng này, nơi bạn phải tách các đối tượng trong các ngành công nghiệp. Bộ phân loại màu dựa trên vi điều khiển được thiết kế và chế tạo cho khóa học Hệ thống xử lý vi điều khiển đã được giảng dạy trong học kỳ thứ tư của khoa Kỹ thuật điện tại Đại học Kỹ thuật và Công nghệ. Cấu hình phần mềm được sử dụng để cảm nhận ba màu cơ bản. Được ngăn cách bằng cánh tay kết nối với động cơ servo trên máy băng tải.

Bước 2: Phần cứng

Các thành phần, được sử dụng để tạo dự án với mô tả ngắn gọn của chúng, được đưa ra dưới đây

a) Bộ vi điều khiển TIVA C series TM4C1233H6PM dựa trên bộ xử lý ARM

b) Cảm biến chướng ngại vật hồng ngoại IR

c) Cảm biến màu TCS3200

d) Rơle (30V / 10A)

e) Động cơ bánh răng (12V, 1A)

f) Băng tải H-52

g) Bánh răng đường kính 56,25mm

h) động cơ servo

Bước 3: Chi tiết thành phần

Sau đây là chi tiết ngắn gọn về các thành phần chính:

1) Vi điều khiển TM4C1233H6PM:

Đây là bộ vi điều khiển dựa trên bộ xử lý ARM, đã được sử dụng trong dự án này. Lợi ích của việc sử dụng bộ vi điều khiển này là nó cho phép bạn cấu hình chân cắm riêng theo nhiệm vụ. Ngoài ra, nó cho phép bạn hiểu sâu về hoạt động của mã. Chúng tôi đã sử dụng lập trình dựa trên ngắt trong dự án của mình để làm cho nó hiệu quả và đáng tin cậy hơn. Dòng vi điều khiển Stellaris® của Texas Instrument cung cấp cho các nhà thiết kế kiến trúc dựa trên ARM® Cortex ™ -M hiệu suất cao với một loạt các khả năng tích hợp và một hệ sinh thái phần mềm và công cụ phát triển mạnh mẽ.

Nhắm mục tiêu hiệu suất và tính linh hoạt, kiến trúc Stellaris cung cấp CortexM 80 MHz với FPU, nhiều bộ nhớ tích hợp và nhiều GPIO có thể lập trình được. Các thiết bị Stellaris cung cấp cho người tiêu dùng các giải pháp hiệu quả về chi phí hấp dẫn bằng cách tích hợp các thiết bị ngoại vi ứng dụng cụ thể và cung cấp một thư viện toàn diện các công cụ phần mềm giúp giảm thiểu chi phí bo mạch và thời gian chu kỳ thiết kế. Cung cấp thời gian đưa ra thị trường nhanh hơn và tiết kiệm chi phí, dòng vi điều khiển Stellaris là sự lựa chọn hàng đầu trong các ứng dụng 32-bit hiệu suất cao.

2) Cảm biến chướng ngại vật hồng ngoại IR:

Chúng tôi đã sử dụng cảm biến chướng ngại vật hồng ngoại IR trong dự án của mình, cảm biến này cảm nhận chướng ngại vật bằng cách bật đèn LED. Khoảng cách từ chướng ngại vật có thể được điều chỉnh bằng biến trở. Đèn LED nguồn sẽ sáng theo phản hồi của Bộ thu hồng ngoại. Điện áp làm việc là 3 - 5V DC và loại đầu ra là chuyển mạch kỹ thuật số. Kích thước bảng là 3,2 x 1,4cm. Một bộ thu IR nhận tín hiệu được truyền bởi bộ phát hồng ngoại.

3) Cảm biến màu TCS3200:

TCS3200 là bộ chuyển đổi tần số ánh sáng màu có thể lập trình kết hợp điốt quang silicon có thể định cấu hình và bộ chuyển đổi dòng điện sang tần số trên một mạch tích hợp CMOS nguyên khối duy nhất. Đầu ra là một sóng vuông (50% chu kỳ nhiệm vụ) với tần số tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng (bức xạ). Một trong ba giá trị đặt trước thông qua hai chân đầu vào điều khiển có thể điều chỉnh tần số đầu ra toàn quy mô. Đầu vào kỹ thuật số và đầu ra kỹ thuật số cho phép giao diện trực tiếp với vi điều khiển hoặc mạch logic khác. Cho phép đầu ra (OE) đặt đầu ra ở trạng thái trở kháng cao để chia sẻ nhiều đơn vị của đường đầu vào vi điều khiển. Trong TCS3200, bộ chuyển đổi tần số ánh sáng đọc một dãy điốt quang 8 × 8. Mười sáu điốt quang có bộ lọc màu xanh lam, 16 điốt quang có bộ lọc màu xanh lá cây, 16 điốt quang có bộ lọc màu đỏ và 16 điốt quang rõ ràng không có bộ lọc. Trong TCS3210, bộ chuyển đổi tần số ánh sáng đọc một dãy 4 × 6 điốt quang.

Sáu điốt quang có bộ lọc màu xanh lam, 6 điốt quang có bộ lọc màu xanh lá cây, 6 điốt quang có bộ lọc màu đỏ và 6 điốt quang rõ ràng không có bộ lọc. Bốn loại (màu) của điốt quang được xen kẽ để giảm thiểu ảnh hưởng của sự không đồng nhất của bức xạ tới. Tất cả các Điốt quang cùng màu được kết nối song song. Các chân S2 và S3 được sử dụng để chọn nhóm điốt quang (đỏ, lục, lam, trong) đang hoạt động. Điốt quang có kích thước 110μm × 110μm và nằm trên các tâm 134μm.

4) Rơle:

Rơle đã được sử dụng để sử dụng an toàn bảng TIVA. Lý do sử dụng rơ le vì chúng tôi sử dụng động cơ 1A, 12V để truyền động các bánh răng của băng tải trong khi bảng TIVA chỉ cho 3.3V DC. Để dẫn xuất hệ thống mạch ngoài, bắt buộc phải sử dụng rơ le.

5) Băng tải 52-H:

Dây đai thời gian loại 52-H được sử dụng để làm băng tải. Nó được lăn trên hai bánh răng của Teflon.

6) Bánh răng đường kính 59,25mm:

Các bánh răng này được sử dụng để dẫn động băng tải. Bánh răng được làm bằng vật liệu Teflon. Số lượng răng trên cả hai bánh răng là 20, theo yêu cầu của băng tải.

Bước 4: Phương pháp luận

] Phương pháp luận được sử dụng trong dự án của chúng tôi khá đơn giản. Lập trình dựa trên ngắt được sử dụng trong lĩnh vực mã hóa. Một vật thể sẽ được đặt trên băng tải đang chạy. Một cảm biến chướng ngại vật được gắn với cảm biến màu. Khi đối tượng đến gần cảm biến màu.

Cảm biến chướng ngại vật sẽ tạo ra ngắt cho phép truyền tín hiệu tới mảng, ngắt động cơ này sẽ dừng động cơ bằng cách tắt mạch bên ngoài. Cảm biến màu sẽ được phần mềm cho thời gian để đánh giá màu sắc bằng cách tính toán tần số của nó. Ví dụ, một đối tượng màu đỏ được đặt và tần số của nó được phát hiện.

Động cơ servo được sử dụng để tách các đối tượng màu đỏ sẽ quay theo một góc cụ thể và hoạt động giống như một cánh tay. Điều này cho phép đối tượng rơi vào nhóm màu tương ứng. Tương tự, nếu màu khác được sử dụng thì động cơ servo theo màu đối tượng sẽ xoay và sau đó đối tượng sẽ rơi vào thùng tương ứng của nó. Ngắt dựa trên thăm dò được tránh để tăng hiệu quả của mã cũng như phần cứng của dự án. Trong cảm biến màu, tần số của đối tượng ở khoảng cách cụ thể được tính toán và nhập vào mã thay vì bật và kiểm tra tất cả các bộ lọc để tìm mức độ dễ dàng.

Tốc độ của băng tải được giữ ở mức chậm vì cần phải quan sát rõ ràng để hình dung hoạt động. Vòng tua máy hiện tại của động cơ được sử dụng là 40 mà không có bất kỳ mômen quán tính nào. Tuy nhiên, sau khi đưa bánh răng và băng tải. Do mômen quán tính tăng, vòng quay của động cơ trở nên nhỏ hơn vòng / phút bình thường. Vòng / phút giảm từ 40 xuống 2 sau khi lắp bánh răng và băng tải. Điều chế độ rộng xung được sử dụng để điều khiển động cơ servo. Dựa trên bộ hẹn giờ cũng được giới thiệu để chạy dự án.

Rơ le được kết nối với mạch bên ngoài cũng như cảm biến chướng ngại vật. Mặc dù vậy, có thể thấy sự kết hợp tuyệt vời giữa phần cứng và phần mềm trong dự án này

Bước 5: Mã

Mã đã được phát triển trong KEIL UVISION 4.

Mã rất đơn giản và rõ ràng. Vui lòng hỏi bất cứ điều gì về mã

Tệp khởi động cũng đã được bao gồm

Bước 6: Thách thức và vấn đề

Một phần cứng:

Một số vấn đề phát sinh trong quá trình thực hiện dự án. Cả phần cứng và phần mềm đều phức tạp và khó xử lý. Vấn đề là thiết kế băng tải. Thứ nhất, chúng tôi đã thiết kế băng tải săm lốp xe máy đơn giản với 4 bánh xe (2 bánh được ôm vào nhau để tăng chiều rộng). Nhưng ý tưởng này đã thất bại vì nó không hoạt động. Sau đó, chúng tôi chuyển sang chế tạo băng tải với đai định thời và bánh răng. Yếu tố chi phí là cao nhất trong dự án của nó vì thiết kế cơ khí của các thành phần và chuẩn bị mất cả thời gian và công việc khó khăn với độ chính xác cao. Vẫn còn vấn đề vì chúng tôi không biết rằng chỉ có một động cơ được sử dụng mà bánh răng được gọi là bánh răng dẫn động và tất cả các bánh răng khác được gọi là bánh răng dẫn động. Ngoài ra, nên sử dụng động cơ mạnh có RPM ít hơn có thể dẫn động băng tải. Sau khi giải quyết các vấn đề này. Phần cứng đã hoạt động thành công.

B Phần mềm:

Cũng có những thách thức phải đối mặt với phần phần mềm. Thời gian mà động cơ servo sẽ quay và quay trở lại đối tượng cụ thể là phần quan trọng. Lập trình dựa trên sự gián đoạn đã tiêu tốn của chúng tôi rất nhiều thời gian để gỡ lỗi và giao tiếp với phần cứng. Có ít hơn 3 chân trong bảng TIVA của chúng tôi. Chúng tôi muốn sử dụng các chân khác nhau cho mọi động cơ servo. Tuy nhiên, do ít chân hơn, chúng tôi phải sử dụng cùng một cấu hình cho hai động cơ servo. Ví dụ, Timer 1A và Timer 1B được cấu hình cho động cơ servo màu xanh lá cây và màu đỏ và Timer 2A được cấu hình cho màu xanh lam. Vì vậy, khi chúng tôi biên dịch mã. Cả hai động cơ màu xanh lá cây và màu đỏ quay. Một vấn đề khác phát sinh khi chúng ta phải cấu hình cảm biến màu. Bởi vì chúng tôi đang định cấu hình cảm biến màu, theo tần số thay vì sử dụng các công tắc và kiểm tra từng màu một. Các tần số của các màu khác nhau đã được tính toán bằng cách sử dụng máy hiện sóng ở khoảng cách thích hợp và sau đó được ghi lại, sau đó được thực hiện trong mã. Điều khó khăn nhất là biên dịch mã PAGE 6 trong một. Nó dẫn đến nhiều lỗi và yêu cầu gỡ lỗi nhiều. Tuy nhiên, chúng tôi đã thành công trong việc diệt trừ nhiều lỗi nhất có thể.

Bước 7: Kết luận và Video dự án

Cuối cùng, chúng tôi đã đạt được mục tiêu của mình và trở nên thành công trong việc chế tạo máy phân loại màu cơ bản băng tải.

Sau khi thay đổi các tham số của chức năng trễ của động cơ servo để tổ chức chúng theo yêu cầu phần cứng. Nó đang chạy trơn tru mà không có bất kỳ cản trở nào.

Video dự án có sẵn trong liên kết.

drive.google.com/open?id=0B-sDYZ-pBYVgWDFo…

Bước 8: Cảm ơn đặc biệt

Đặc biệt cảm ơn Ahmad Khalid đã chia sẻ Dự án và ủng hộ nguyên nhân

Hy vọng bạn cũng thích cái này.

BR

Tahir Ul Haq

UET LHR PK