Những vấn đề trong đề tài cần giải quyết là

Kỹ thuật vi xử lí và vi điều khiển với tốc độ phát triển nhanh đã và đang mang đến những thay đổi to lớn trong khoa học và công nghệ cũng như trong đời sống hàng ngày.nhờ kỹ thuật vi xử lí và vi điều khiển mà máy móc trở nên thông minh hơn,thực hiện được những công việc đòi hỏi độ chính xác cao,đem lại hiệu quả kinh tế cao…

Ngày nay trên thị trường có rất nhiều loại cân điện tử dùng để định lượng khối lượng,nhưng các loại cân này thường có giá rất đắt và được dùng cho việc kiểm tra là chủ yếu.Để ứng dụng các loại cân điện tử vào trong quá trình sản xuất thì cần tự động hóa quá trình định lượng.

Được sự chấp nhận của ban chủ nhiệm khoa cơ khí & công nghệ trường Đại Học Nông Lâm TP HCM tôi tiến hành thực hiện đề tài:”ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN TRONG CÂN TỰ ĐỘNG”.

Những vấn đề trong đề tài cần giải quyết là:

• 
  Chọn loadcell.
  
• 
  Thiết kế mô hình máy (bàn cân)
  
• 
  Thiết kế bồn chứa liệu.
  
• 
  Thiết kế mạch nguồn.
  
• 
  Thiết kế mạch khuyếch đại tín hiệu.
  
• 
  Thiết kế mạch hiển thị giá trị đo.
  
• 
  Thiết kế mạch điều khiển động cơ.
  
• 
  Thực hiện viết chương trình điều khiển.
  

Các kết quả đạt được:

• 
  Bàn cân vững chắc,đảm bảo khi motor đang chạy để cấp liệu cũng như xả liệu bàn cân không bị rung nhiều do đó kết qủa cũng không bị ảnh hưởng bởi rung động.
  
• 
  Mạch khuyếch đại hoạt động tốt,khả năng chống nhiễu cao.
  
• 
  Mạch điều khiển motor chạy ổn định.
  
• 
  Mạch hiển thị giá trị đo chạy tương đối ổn định,khả năng chống nhiễu cao.
  
• 
  Chương trình chạy ổn định.
  

Sinh viên thực hiện Giảng viên hướng dẫn

Chương 1

Các bộ vi điều khiển thường nhỏ gọn nhưng có khả năng xử lý chính xác và nhanh các hoạt động phức tạp.Một hệ thống cơ khí thường phức tạp và quá trình xử lý các hoạt động thường không có độ chính xác cao,nhưng nếu hệ thống cơ khí đó kết hợp với vi xử lý sẽ giải quyết vấn đề đó tốt hơn với độ chính xác cao hơn,có thể xử lý nhiều hoạt động phức tạp trong một lúc.

Được sự chấp nhận của ban chủ nhiệm khoa cơ khí & công nghệ trường Đại Học Nông Lâm TP HCM,tôi tiến hành thực hiện đề tài:”ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN TRONG CÂN TỰ ĐỘNG”.

Vì thời gian và kiến thức có hạn nên luận văn này không thể tránh khỏi những sai sót,rất mong có nhữg ý kiến đóng góp của quí thầy cô và các bạn.

Phan văn Thắng

MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

• 
  Dựa trên các tài liệu liên quan đến định lượng về khối lượng,các tài liệu về vi xử lý,vi điều khiển,đặc biệt là tính năng của chúng.
  
• 
  Tìm hiểu nguyên lý của loadcell.
  
• 
  Kết hợp với phần cơ khí nhằm tạo ra một hệ thống cân trong đó sử dụng loadcell và vi xử lý và bộ hiển thị nhằm mục đích:
  
  • 
    Định lượng khối lượng một cách chính xác.
    
  • 
    Tự động hóa quá trình sản xuất.
    
  • 
    Dễ quan sát khối lượng khi đang thục hiện quá trình định lượng
    
  • 
    Dễ điều khiển.
    

• 
  Định lựơng được tất cả các sản phẩm có khối lượng nhỏ hơn hoặc bằng tải trọng tối đa của loadcell.Tùy vào vật liệu cần định lượng mà thiết kế mô hình cân và cách điều khiển cho phù hợp.
  
• 
  Giới hạn đề tài,thiết kế cân dùng để định lượng các nguyên liệu rời như:xi măng,bột trát tường và các loại hạt nông sản có kích thước nhỏ.
  
• 
  Trong đề tài này,thiết kế cân chỉ là một bộ phận của hệ thống máy sản xuất bột trát tường.Cân dùng để định lượng trước khi đóng bao.
  

Chương 2

• 
  Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại loadcell do các hãng sản xuất như:KUBOTA(Nhật),Global(Hàn Quốc)…mỗi loại loadcell được chế tạo cho một nhu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng(chịu kéo hay chịu nén).Tùy hãng sản xuất mà các đầu dây ra có màu khác nhau,thường thì trên mỗi loadcell có dán catologue về cách nối dây,hướng chịu lực tác dụng,điện áp ra…
  
• 
  Loadcell có rất nhiều hình dáng,tùy vào các ứng dụng khác nhau mà ta chọn các loadcell có hình dáng khác nhau.
  
• 
  Thông số của loadcell thường được cho trong bảng Catologue của mỗi loại,thường là các thông số về tải:tải trọng danh định,điện áp ra,điện áp danh định,khoảng nhiệt độ hoạt động cho phép,….
  
• 
  Điện áp danh định của loadcell thường rất nhỏ,ví dụ với điện áp danh định 2mV/V nếu cung cấp nguồn 1V thì điện áp ra là 2mV tương ứng với tải trọng tối đa.
  

• 
  Tùy vào các ứng dụng khác nhau mà chọn các loại loadcell có hình dạng và thông số kỹ thuật khác nhau.Sau đây là hình dạng của một số loại loadcell.
  

Hình 2.1 hinhg dáng của một số loại loadcell

• 
  Cấu tạo của loadcell:
  
• 
  Cấu trúc của một loadcell.
  
• 
  Loadcell thực chất là cầu Wheatstone.
  

Hình 2.2: Cầu Wheatstone

• 
  Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán.Tấm điện trở dùng để biến đổi điện áp nhỏ tương ứng với những thay đổi của điện trở.
  

2.2.1 Vi điều khiển ATMEGA32.

• 
  Atmega32 là vi điều khiển thuộc họ AVR của hãng Atmel,có 40 chân trong đó có 32 chân I/O,có 4 kênh điều xung PWM,sử dụng thạch anh ngoài 8MHz.
  
• 
  Nhân AVR kết hợp tập lệnh đầy đủ với 32 thanh ghi đa năng. Tất cả các thanh ghi liên kết trực tiếp với khối xử lý số học và logic (ALU) cho phép 2 thanh ghi độc lập được truy cập trong một lệnh đơn trong 1 chu kỳ đồng hồ. Kết quả là tốc độ nhanh gấp 10 lần các bộ vi điều khiển CISC thường.
  
• 
  Dưới đây là hình vẽ sơ đồ chân của VĐK At mega32:
  

Hình 2.3 :Sơ đồ chân Atmega32

• 
  At mega32 gồm có 4 port :port A,port B,port C và port D.
  
• 
  Port A gồm 8 chân từ PA0 đến PA7:là cổng vào tương tự cho chuyển đổi tương tự sang số.Nó cũng là cổng vào/ra hai hướng 8 bít trong trường hợp không sử sụng làm cổng chuyển đổi tương tự,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong.Port A cung cấp đường địa chỉ dữ liệu vao/ra theo kiểu hợp kênh khi dùng bộ nhớ bên ngoài.
  
• 
  Port B gồm 8 chân từ PB0 đến PB7:là cổng vào/ra hai hướng 8 bít,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong.Port B cung cấp các chức năng ứng với các tính năng đặc biệt của Atmega32.
  
• 
  Port C gồm các chân từ PC0 đến PC7:là cổng vào/ra hai hướng 8 bit,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong,Port C cung cấp các địa chỉ lối ra khi sử dụng bộ nhớ bên ngoài và đồng thời cung cấp ứng với các tính năng đặc biệt của Atmega32.
  
• 
  Port D gồm các chân từ PD0 đến PD7:là cổng vào/ra hai hướng 8 bít,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong. Port D cung cấp các chức năng ứng với các tính năng đặc biệt của Atmega32.
  
• 
  Chân nguồn Vcc (chân số 10 à chân số 30):điện áp nguồn nuôi của Atmega32 từ 4.5v đến 5.5v.
  
  • 
    Chân Reset (chân số 9):lối vào đặt lại.
    
  • 
    Chân GND (chân số 11 và chân 31):chân nối mas.
    
  • 
    Chân XTAL1,XTAL2 là hai chân nối thạch anh ngoài (chân số 12 và chân số 13).Atmega32 sử dụng thạch anh ngoài là 8MHz.
    
  • 
    Chân ICP(chân số 20):là chân vào cho chức năng bắt tín hiệu cho bộ định thời/đếm 1.
    
  • 
    Chân OC1B(chân số 18):là chân ra cho chức năng so sánh lối ra bộ định thời/đếm 1.
    
  • 
    Chân INT1(chân số 17):chân ngõ vào ngắt.
    

Hình 2.4:Sơ đồ cấu trúc bên trong của Atmega32.

• 
  32Kbytes bộ nhớ ISP Flash với Read-While-Write capacities.
  
• 
  2Kbytes RAM.
  
• 
  1024 bytes EEPROM.
  
• 
  32 đường I/O đa năng.
  
• 
  32 thanh ghi đa năng.
  
• 
  JTAG interface.
  
• 
  On-chip Debug and Program.
  
• 
  3 bộ định thời phức hợp với chế độ so sánh.
  
• 
  Ngắt ngoài và trong.
  
• 
  Bộ truyền nhận nối tiếp USART lập trình được.
  
• 
  Bộ giao tiếp nối tiếp định hướng 2 dây.
  
• 
  8 kênh, 10bit ADC với ngưỡng vào lựa chọn khác nhau độ lợi lập trình được.
  
• 
  Bộ WatchDog Timer khả trình với dao động nội.
  
• 
  Port SPI nối tiếp.
  
• 
  Hệ thống ngắt để tiếp tục hàm.
  
  • 
    ATmega32 có các chế độ tiết kiệm năng lượng như sau:
    
    • 
      Chế độ nghỉ (Idle) CPU trong khi cho phép bộ truyền tin nối tiếp đồng bộ USART, giao tiếp 2 dây, chuyển đổi A/D, SRAM, bộ đếm bộ định thời, cổng SPI và hệ thống các ngắt vẫn hoạt động.
      
    • 
      Chế độ Power-down lưu giữ nội dung của các thanh ghi nhưng làm đông lạnh bộ tạo dao động, thoát khỏi các chức năng của chip cho đến khi có ngắt ngoài hoặc là reset phần cứng.
      
    • 
      Chế độ Power-save đồng hồ đồng bộ tiếp tục chạy cho phép chương trình sử dụng giữ được đồng bộ thời gian nhưng các thiết bị còn lại là ngủ.
      
    • 
      Chế độ ADC Noise Reduction dừng CPU và tất cả các thiết bị còn lại ngoại trừ đồng hồ đồng bộ và ADC, tối thiểu hoá switching noise trong khi ADC đang hoạt động.
      
    • 
      Chế độ standby, bộ tạo dao động (thuỷ tinh thể/bộ cộng hưởng) chạy trong khi các thiết bị còn lại ngủ. Các điều này cho phép bộ vi điều khiển khởi động rất nhanh trong chế độ tiêu thụ công suất thấp.
      

• 
  Thiết bị được sản xuất sử dụng công nghệ bộ nhớ cố định mật độ cao của Atmel. Bộ nhớ On-chip ISP Flash cho phép lập trình lại vào hệ thống qua giao diện SPI bởi bộ lập trình bộ nhớ cố định truyền thống hoặc bởi chương trình On-chip Boot chạy trên nhân AVR. Chương trình boot có thể sử dụng bất cứ giao điện nào để download chương trình ứng dụng trong bộ nhớ Flash ứng dụng. Phần mềm trong vùng Boot Flash sẽ tiếp tục chạy trong khi vùng Application Flash được cập nhật, cung cấp thao tác Read-While-Write thực sự. Bằng việc kết hợp 1 bộ 8-bit RISC CPU với In-System Self-Programmable Flash trong chỉ nguyên vẹn 1 chip ATmega32 là một bộ vi điều khiển mạnh có thể cung cấp giải pháp có tính linh động cao, giá thành rẻ cho nhiều ứng dụng điều khiển nhúng.
  

• 
  Opto là loại linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm một led và một photo diode hay một photo transitor.Được sử dụng để cách ly giữa các khối chênh lệch nhau về điện hay công suất như khối công suất nhỏ (dòng nhỏ,điện áp 5V) với khối điện áp lớn dòng lớn và áp lớn.
  

Hình 2.5 sơ đồ nguyên lý của opto

• 
  Khi có dòng nhỏ đi qua hai đầu của Led trong opto làm cho Led phát sáng.Khi Led phát sáng làm thông hai cực của photo transitor hay photo diode.
  

• 
  Đặc điểm : Kiểu chân :
  
• 
  Offset thấp : 10mV.
  
• 
  Độ trôi offset thấp : 0,2mV/°C.
  
• 
  Độ ổn định đối với thời gian cao : 0,2mV/tháng.
  
• 
  Ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu : 0,35mV_p-p.
  
• 
  Tầm điện áp cung cấp rộng : ±3V ¸ ±18V.
  
• 
  Common Mode Input cao : ±14V.
  
• 
  Không cần linh kiện ráp thêm bên ngoài.
  
• 
  OP07 là một IC OPAMP có độ chính xác cao, với offset thấp (tiêu chuẩn là 10mV, max là 25mV). Độ trôi offset khoảng 0,2mV/°C và dòng phân cực đầu vào thấp (0,7nA), cộng thêm với trở kháng đầu vào cao và độ lợi vòng hở lớn nên IC này rất thích hợp với các ứng dụng đo lường đòi hỏi chính xác.
  

Tra cứu về vi mạch khuếch đại thuật toán LM358:

Sơ đồ chân:

Hình 2.6:Sơ đồ chân của lm358

• 
  Mạch LM358 là bộ khuếch đại tín hiệu vào bên trong chứa 2 khuếch đại toán học:
  
• 
  Khoảng điện áp cung cấp -0.3V đến +32V
  
• 
  Dòng điện hoạt động ở +5V
  
• 
  Đây là mạch khuếch đại có hồi tiếp
  
• 
  Điện trở rất cao, cho nên không làm ảnh hưởng xấu đến tín hiệu cảm biến
  

2.2.5 L7805 và L7905.

• 
  78xx là loại linh kiện dùng để biến đổi từ điện áp cao xuống điện áp thấp tùy thuộc vào đặc điểm của từng loại họ 78.
  
• 
  L7805 là loại linh kiện dùng để tạo ra điện áp 5V.
  

• 
  Sơ đồ chân của 7805: chân 1 là chân điện áp vào(V in),chân 2 (chân mass GND),chân 3(chân điện áp ra V out).
  

• 
  Họ 79XX:khác với họ 78xx,họ 79 dùng để tạo ra điện áp âm.Điện áp ra tùy thuộc vào từng loại như 7905 tạo ra -5V,7912 tạo ra điện áp -12V…
  

• 
  Trên thị trường trong nước cũng như nước ngoài hiện nay có rất nhiều bộ hiển thị tinh thể lỏng từ nhiều hãng khác nhau,trong đó thường gặp là bộ hiển thị LCD HD44780 của công ty Hitachi.
  

Hình 2.7:Sơ đồ LCD 20x4

• 
  Trong đề tài này sử dụng LCD loại 20x4.(bốn dòng mỗi dòng 20 kí tự).
  
• 
  Cách sắp xếp và vai trò các chân của các môđun khác nhau được liệt kê trong bảng sau :
  

Chân số	KÍ hiệu	Mô tả
1	Vss	Nối mas hoặc đất
2	Vcc	Nguồn nuôi +5V
3	Vee	Chỉnh độ tương phản (0 đến +5V)
4	RS	Lựa chọn thanh ghi ( lệnh/dữ liệu )
5	RW	Đọc /Ghi
6	E	Cho phép
7	DB0	Đường dẫn dữ liệu 0
8	DB1	Đường dẫn dữ liệu 1
9	DB2	Đường dẫn dữ liệu 2
10	DB3	Đường dẫn dữ liệu 3
11	DB4	Đường dẫn dữ liệu 4
12	DB5	Đường dẫn dữ liệu 5
13	DB6	Đường dẫn dữ liệu 6
14	DB7	Đường dẫn dữ liệu 7

• 
  Điện áp ở chân vào Vee dùng để thiết lập độ tương phản của bộ hiển thị.. Ba đường dẫn điều khiển đóng vai trò điều khiển dòng dữ liệu tới và đi ra từ bộ hiển thị .
  
• 
  Chức năng của các đường dẫn điều khiển trong bảng sau :
  

• 
  Đường dẫn điều khiển E (Enable) kích hoạt hoặc không kích hoạt bộ hiển thị .Khi bộ hiển thị được kích hoạt , nó sẽ kiểm tra trạng thái của hai đường dẫn điều khiển khác và sau đó đánh giá các đường dẫn từ các đường dẫn dữ liệu cho phù hợp . Khi bộ hiển thị không được kích hoạt trạng thái của các đường dẫn điều khiển khác bị bỏ qua và các đường dẫn dữ liệu được chuyển trạng thái điện trở (ba trạng thái) . Khi đó , bus dữ liệu có thể có thể được sử dụng cho các mục đích khác . Đường dẫn R/W ( đọc /ghi ) báo hiệu cho biết liệu các dữ liệu đã được ghi vào bộ dữ liệu đã được ghi vào bộ hiển thị hay cần được đọc ra từ bộ hiển thị .
  
• 
  Cuối cùng đường dẫn RS ( lựa chọn thanh ghi ) chỉ cho thấy các dữ liệu được truyền có liên quan đến các lệnh dùng cho bộ điều khiển hiển thị hay liên quan đến kí tự cần được ghi vào bộ hiển thị.
  

2.3 Tra cứu phần mềm.

2.3.1 Ngôn ngữ ASSEMBLY.

• 
  ASSEMBLY là ngôn ngữ trung gian giữa ngôn ngữ cấp thấp(mã máy) và ngôn ngữ cấp cao(pascal,visua C…)Ngôn ngữ assembly thay thế các mã máy bằng các mã gợi nhớ giúp dễ nhớ và dễ lập trình.
  
• 
  Xuất dữ liệu(Data)ra cổng có địa chỉ address.
  

2.3.2 Ngôn ngữ C và visua C/9/

• 
  C và visua C là hai ngôn ngữ cấp cao được sử dụng rất rộng rãi trong các kỹ nghệ lập trình phần mềm và phần cứng máy tính.
  
• 
  Xuất/nhập dữ liệu bằng lệnh OUT và INP hay(OUTPORT B,INPPORT B).
  

• 
  InP,OutP:đọc,xuất dữ liệu.
  
• 
  InPW,OutW:đọc,xuất một từ.
  
• 
  InPD,OutD:đoc,xuất một từ kép.
  

• 
  Bascom là ngôn ngữ cấp cao được sử dụng rộng rãi.
  
• 
  Xuất dữ liệu ra.
  

Address = Data

• 
  Nhập dữ liệu vào.
  

Data = Address

Chương 3

3.1 Phương pháp thực hiện phần cơ khí.

• 
  Qua tham khảo một số mẫu cân điện tử,cân công nghiệp,hình dạng một số loại loadcell, kết hợp với loadcell và những vật liệu có sẵn để thiết kế ra mô hình máy như sau:
  

• 
  Phương pháp thiết kế ra mô hình chủ yếu là phương pháp hàn, uốn,và khoan.
  

• 
  Thiết kế các mạch điện tử trên board mạch đa năng.
  
• 
  Thiết kế mạch khuyếch đại:Thiết kế mạch khuyếch đại trên bo mạch đa năng,dùng đồng hồ đo các đầu vào,ra và một số chân cần thiết trên linh kiện.
  
• 
  Thiết kế mạch sử dụng vi điều khiển và hiển thị giá trị đo được ra LCD trên board mạch đa năng.Đo các giá trị đầu ra cần thiết và test thử mạch.
  

• 
  Thiết kế mạch điều khiển động cơ.
  
• 
  Thiết kế,chế tạo và lắp ráp mạch.
  
• 
  Chạy thử mạch.
  
• 
  Chọn LCD hiển thị giá trị đo.
  
• 
  Viết chương trình, chạy thử và sửa chữa.
  

• 
  Vẽ lưu đồ giải thuật.
  
• 
  Thành lập công thức chung về tính khối lượng dựa trên điện áp ra của loadcell.
  
• 
  Viết chương trình.
  

• 
  Loadcell.
  
• 
  Máy vi tính cá nhân.
  
• 
  Board mạch đa năng.
  
• 
  Máy hàn chì.
  
• 
  Đồng hồ đo.
  
• 
  Cân đồng hồ dùng để kiểm tra lại giá trị đo.
  
• 
  Và một số dụng cụ cần thiết khác.
  

Chương 4

4.1 Thực hiên phần cơ khí.

4.1.1 khung bàn cân

• 
  Do loadcell có sẵn không phải mua,Dựa vào hình dạng và các thông số của loadcell để thiết kế bàn cân.
  
• 
  Loại loadcell có sẵn thường được dùng trong cân bàn nên thiết kế bàn cân như sau:
  
• 
  Khung bàn cân gồm có ba phần ghép lại,khung ở dưới cùng có gắn 4 chân có điều chỉnh được độ cao nhờ vào 4 con bulong.
  

Hình 4.1:Bản vẽ lắp của cân

• 
  Khung bàn cân được thiết kế chủ yếu bằng thép ống hình vuông,riêng tấm phẳng ở trên cùng được làm bằng tôn có độ dày 4mm,tấm phẳng này dùng để gắn bồn chứa liệu và motor xả liệu.
  
• 
  Toàn bộ phần bồn chứa liệu và một phần khung bàn cân và cả motor xả liệu đều được đặt trên bàn cân.Như vậy khi chưa cấp liệu vào bồn thì loadcell đã bị đè tương ứng với một khối lượng bằng tổng khối lượng của khung bàn cân,bồn chứa,motor xả.Khi viết chương trình phải trừ đi khối lượng trên.
  

• 
  Hai tấm khung của cân được gắn chặt vào hai mặt đối diện của loadcell.Khi có khối lượng đè lên một mặt,loadcell chịu tác dụng lực (chịu uốn).Do đó các điện trở của loadcell bị thay đổi dẫn đến điện áp ra của loadcell cũng thay đổi theo.
  

Hình 4.2: hình khung bàn cân

4.1.2 Bồn chứa liệu.

• 
  Vì vật liệu cần định lượng là vật liệu rời có kích thước hạt nhỏ nên chọn góc nghiêng của bồn chứa liệu khoảng 30^o đến 45^o để đảm bảo vật liệu tự chảy được.
  

• 
  Sau đây là hình vẽ bồn chứa liệu:
  

Hình 4.3 Bồn chứa liệu

Hình 4.4:Mô hình hoàn chỉnh

• 
  Bộ phận xả liệu là một vít tải được gắn ở đáy bồn chứa liệu.Sau khi định lượng xong,motor kéo vít tải để xả hết liệu trong bồn chứa.
  

4.2 Thực hiện phần điện tử.

4.2.1 Chọn loadcell.

• 
  Tùy vào mục đích việc cần định khối lượng bao nhiêu kg mà ta chọn loại loadcell có hình dáng và tải trọng tối đa cho phù hợp.
  
• 
  Nếu chỉ định lượng khối lượng khoảng vài chục kg thì ta nên chọn lọai loadcell có tải trọng tối đa khoảng 100kg hoặc chênh lệch với khối lượng cần định lượng từ 10 đến 20 kg,như vậy sẽ giảm được sai số.
  
• 
  Do loadcell có sẵn nên không phải mua.Trong đề tài này em sử dụng loại loadcell có tải trọng tối đa là 500kg,với loại loadcell có tải trọng lớn như vậy hơn nữa điện áp ra của loadcell rất nhỏ nên khi đặt những vật có khối lượng nhỏ và khoảng chênh lệch nhau một vài kilogam thì hầu như điện áp ra không thay đổi.Nếu dùng để cân những vật có khối lượng vài kilogam hoặc vài chục kg thì không thể tránh được sai số.
  

Hình 4.5 sơ đồ mạch nguồn

• 
  Để loadcell có thể làm việc được cần tạo ra một nguồn nuôi cho loadcell,trong đề tài sử sụng nguồn 5V để nuôi loadcell.Ngoài ra mạch chính cũng cần có nguồn nuôi cho vi điều khiển,các mạch nguồn này được tích hợp trên từng mạch.
  

• 
  Nguồn vào là nguồn AC 9V,trong mạch sử dụng hai ic l7805và l7905 để tạo ra điện áp +5V và -5V.
  
• 
  Diode cầu dùng để chỉnh lưu.
  
• 
  Các tụ điện dùng trong mạch có chức năng lọc để điện áp ra thẳng hơn.
  

• 
  Vì điện áp đầu ra của loadcell rất nhỏ thường thì chỉ 1 mV/V đến 3 mV/V,để vi điều khiển đọc được tín hiệu ra từ loadcell ta phải sử dụng mạch khuyếch đại tín hiệu đó lên nhiều lần rồi mới đưa tín hiệu điện áp vào vi điều khiển.
  
• 
  Nhất là với những loại loadcell chịu tải trọng lớn từ 500kg trở lên nếu ta đặt vật có khối lượng nhỏ lên thì điện áp ra đo được sẽ rất nhỏ,nếu đặt hai vật có khối lượng chênh lệch nhau một vài kg thì hầu như điện áp ra thay đổi không đáng kể.Vì vậy việc thiết kế mạch khuyếch đại là rất quan trọng,
  
• 
  Trong mạch bên dưới sử dụng ba ic opm(op07) dùng để khuyếch đại,một biến trở có chức năng điều chỉnh để đạt hệ số khuyếch đại mong muốn.Các điện trở dùng trong mạch phải là các điện trở có sai lệch nhỏ(0.1%).
  

Hình 4.6 sơ đồ mạch khuyếch đại

Trong sơ đồ mạch trên các điện trở R1 = R2 = R6 = R7 = 100k

+Rgain :giá trị của biến trở.

+Vout là điện áp sau khi đã khuyếch đại.Muốn giá trị điện áp bằng bao nhiêu ta chỉ cần chỉnh biến trở để thay đổi Rgain.

• 
  Mạch khuyếch đại có thể khuyếch đại tín hiệu điện áp ngõ ra của loadcell lên nhiều lần nhưng gía trị khuyếch đại này không vượt quá giá trị điện áp nguồn nuôi cho loadcell.Ví dụ:điện áp nguồn nuôi cho loadcell là 5V thì giá trị khuyếch đại tối đa phải nhỏ hơn hoặc bằng 5V.
  
• 
  Sau khi cắm thử mạch khuyếch đại trên board đa năng,sử dụng loadcell để thử mạch,dùng đồng hồ đo điện áp sau khuyếch đại thấy mạch chạy tốt.Ta tiến hành chạy mạch in và làm mạch.
  

Hình 4.7:Hình mạch in của mạch khuyếch đại

• 
  Sau khi hàn linh kiện xong ta thử lại lần nũa để kiểm tra mạch chạy đúng và ổn định hay không,trong quá trình làm mạch ta nên làm đến đâu kiểm tra đến đó để dễ phát hiện và sửa chữa.
  

• 
  Giá trị định lượng được hiển thị ra LCD là giá trị số,trong khi đó tín điện áp ra từ loadcell là tín hiệu tương tự (analog).Do đó để hiển thị được giá trị kết quả định lượng được ra LCD bắt buộc phải qua quá trình chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số.Có nhiều cách để làm được việc này như:dùng mạch chuyển đổi A/D trong đó sử dụng các loại ic có chức năng chuyển đổi A/D.Trong đề tài khhông thiết kế mạch chuyển đổi A/D mà dùng vi điều khiển Atmega32.Vì Atmega32 là một trong những vi điều khiển có tích hợp sẵn bộ chuyển đổi A/D.Trong Atmega32,port A gồm các chân từ 33 đến chân 40 là các chân nhận tín hiệu dạng analog vào để thực hiện chuyển đổi A/D.
  
• 
  Nên việc chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số chỉ vấn đề viết chương trình chuyển đổi cho nó.
  

Hình 4.8 Sơ đồ mạch kết nối với LCD

• 
  Trong mạch ở hình 4.8.LCD được kết nối với portB.
  

+R10 dùng để chỉnh điện áp tham chiếu.

● Nguyên lý hoạt động của mạch:

• 
  Tín hiệu điện áp đã khuyếch đại sẽ đưa vào một trong tám chân của portA.
  
• 
  PortA nhận tín hiệu điện áp đó,viêch chuyển đổi A/D và quá trình xử lý ,tính toán và hiển thị giá trị định lượng được thực hiện bằng viết chương trình để vi điều khiển thực hiện.
  

Trong đề tài sử dụng hai motor để cấp và xả liệu.

Sau đây là sơ đồ mạch điều khiển.

Hình 4.9 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ.

• 
  Nguyên lí hoạt động của mạch.
  
  • 
    Ban đầu relay luân có điện áp 12V ở một chân.
    
  • 
    Vì opto có cấu tạo gồm một diode quang và một transitor cho nên khi vi điều khiển xuất tín hiệu ra chân số 2 và số 3 sẽ làm cho led phát quang và kích cho con transistor dẫn,lúc này nguồn 12V chạy từ chân 4 sang chân 3 của transistor để kích con transitor Q1 và Q2.Do đó dòng 12V qua cuộn hút của lelay để kích cho motor.
    
  • 
    Trong mạch sử dụng thắng động cơ vì khi đã cân đủ số cân cần cân thì motor cấp liệu thì vi điều khiển sẽ ngắt nguồn kích relay làm cho motor cấp liệu ngừng cấp liệu nhưng do quán tính nó sẽ quay thêm một ít nũa chính vì vậy nó sẽ cấp thêm một lượng vì thế mà khối lượng sẽ tăng thêm.Để cân được chính xác ta sử dụng thắng động cơ,khi đủ số cân rồi vi điều khiển sẽ kích đồng thời hai tín hiệu để ngừng và thắng motor cấp liệu.
    

• 
  Có nhiều mạch nạp cho vi xử lí,trong đề tài sử dụng mạch nạp cổng com.
  

Hình 4.10 sơ đồ mạch nạp cổng com

• 
  Chọn sơ đồ khối hệ thống.
  
• 
  Trong tất cả các phương pháp đo bằng kỹ thuật số thì hầu hết đều có chung sơ đồ hệ thống đo ở hình sau:
  

Đại lượng vật lý cần đo

Chuyển đổi A/D

• 
  Trong đề tài này đại lượng vật lí cần đo là khối lượng,tín hiệu điện là tín hiệu điện thế.
  
• 
  Đại lượng vật lý được loadcell tiếp nhận và chuyển sang tín hiệu điện thế.
  
• 
  Do tín hiệu điện thế từ loadcell rất nhỏ khoảng 13mV/V đến 3mV/V và dải biến thiên rất ngắn,để phù hợp với tính chất của bộ chuyển đổi A/D thì phải cần đến mạch khuyếch đại tín hiệu.
  
• 
  Do kết quả đo được hiển thị ra ở dạng số cho nên phải có quá trình chuyển đổi,xử lý rồi mới hiển thị ra kết qủa.
  

4.3 Lưu đồ điều khiển.

• 
  Lưu đồ giải thuật dưới đây dung để định lượng 50 kg.
  

Hiển thị tiêu đề

Tắt các tín hiệu dk motor

Mở motor cấp liệu

Ngừng motor cấp liệu

Thắng motor cấp liệu

Hiển thị kl ra LCD

Mở motor xả liệu

sai

4.4 Viết chương trình.

• 
  Hiện nay có rất nhiều ngôn ngữ để lập trình cho vi điều khiển và vi xử lý,tùy vào sở thích và thế mạnh của mỗi người chọn các ngôn ngữ khác nhau.Tong đề tài này sử dụng ngôn ngữ bascom vì bascom là một trong những ngôn ngữ thông dụng nhất được nhiều người sử dụng để lập trình cho vi điều khiển.
  
• 
  Giao diện đầu tiên của bascom khi viết chương trình.
  

Hình 4.13 Giao diện đầu tiên của bascom khi viết chương trình.

• 
  Giao diện khi đang viết chương trình
  

• 
  Sau khi viết chương trình xong ta tiến hành nạp chương trình cho vi điều khiển.
  
• 
  Dưới đây là giao diện khi nạp chương trình cho vi điều khiển.
  
• 
  Trong đề tài sử dụng mạch nạp cổng com,sử dụng phần mềm
  

Chương trình điều khiển.

• 
  Chương trình điều khiển trong đề tài để định lượng khối lượng là 50 kg,nếu muốn định lượng khối lượng khác cần thay số 50 bằng khối lượng cần định lượng vào và nạp lại chương trình cho vi điều khiển.
  
  • 
    Dưới đây là chương trình:
    

$regfile = "m32def.dat"

$crystal = 8000000

'KHAI BAO CAU HINH VA KET NOI LCD

Config Lcd = 20 * 4

Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portb.4 , Db5 = Portb.5 , Db6 = Portb.6 , Db7 = Portb.7 , E = Portb.3 , Rs = Portb.2

Config Adc = Single , Prescaler = Auto

Config Pina.0 = Input

Config Portd = Output

'KHOI DONG ADC

Start Adc

'CHUONG TRINH CHINH

'HIEN THI CAC TIEU DE

Locate 1 , 1

Lcd "DH NONG LAM TPHCM"

Locate 2 , 4

Lcd "KHOA CK&N"

Locate 3 , 4

Lcd "CHUYENH NGHANH"

Locate 4 , 1

Lcd "DIEU KHIEN TU DONG"

Wait 6

Locate 1 , 1

Lcd "DE TAI TOT NGHIEP"

Locate 2 , 1

Lcd "UNG DUNG VDK"

Locate 3 , 1

Lcd "TRONG CAN TU DONG"

Wait 6

'khai bao bien

Dim Gtso As Word

Dim Gtsotrungbinh As Word

Dim Gtdienaptuongtu As Single

Dim Khoiluong As Single

Dim Hienthi As String * 20

Dim N As Integer

Dim Khoiluongsosanh As Word

'ngat tin hieu dieu khien motor

Reset Portd.3 'motor cap lieu

Reset Portd.5 ' motor xa lieu

Reset Portd.7 'thang motor cap lieu

Cls

Lcd "DANG CAN"

Locate 2 , 2

Lcd "KHOI LUONG:"

Locate 3 , 2

Lcd Hienthi

Locate 3 , 10

Lcd "kg"

Do

'mo motor cap lieu

Reset Portd.5 'motor xa lieu

Reset Portd.7 'thang motor cap lieu

'lay gia tri tuong tu da chuyen sang gia tri so va tinh trung binh

If Khoiluongsosanh < 50 Then

Locate 2 , 1

Lcd Hienthi

'momotor cap lieu

Set Portd.3

Reset Portd.5

Reset Portd.7

End If

Gtsotrungbinh = 0

For N = 0 To 99

Gtso = Getadc(0)

Gtsotrungbinh = Gtso + Gtsotrungbinh

Next

'CHUYEN DOI A/D

'tinh tro nguoc tro lai dien ap dau vao tuong tu

Gtdienaptuongtu = 1000 * Gtsotrungbinh '1000 mV dien ap tham chieu

Gtdienaptuongtu = Gtdienaptuongtu / 1023

'tinh khoi luong

Khoiluong = 1.0989 * Gtdienaptuongtu

Khoiluong = Khoiluong - 13

Khoiluongsosanh = Khoiluong

'1.0989 la he so da lam tron va duoc xac dinh tu cong thuc:(500*Gtdienaptuongtu)/(9.0905*50)

'500 la tai trong toi da cua loadcell

'50 la he so khuyech dai

'9.0905 la dien ap ra cua loadcell khi cap nguon nuoi 5V tuong ung voi tai trong toi da

'13 la khoi luong cua ban can ban dau luan de len loadcell

If Khoiluongsosanh >= 50 Then

Reset Portd.3

Set Portd.7

Wait 1

While Khoiluongsosanh > 0

Set Portd.5

Wend

Reset Portd.5

Reset Portd.7

Set Portd.3

'ket qua co phan thap phan

Hienthi = Str(khoiluongsosanh)

Hienthi = Fusing(khoiluongsosanh)

Locate 2 , 1

Lcd Hienthi

Loop

• 
  Kết quả:
  
• 
  Sau khi hoàn thành phần cơ khí,phần điện tử và phần mềm điều khiển ta tiến hành lắp các mạch vào ủ điện cho ổn định để tiến hành quá trình cân và kiểm tra.Vì mô hình cân tự động chỉ là một phần trong qui trình sản xuất bột trát tường do điều kiện không cho phép nên không tiến hành định lượng trên hệ thống sản xuất được.Cho nên khi tiến hành quá trình định lượng và điều khiển ta dùng vật đặt lên bàn cân thay cho quá trình vít tải cấp liệu.
  
• 
  Vì quá trình định lượng là đặt vật có khối lượng cần cân lên bàn cân do đó không sử dụng đến motor cho nên ta nối ba role với ba bóng đèn để quan sát quá trình điều khiển.Trong đề tài sử dụng ba role để điều khiển hai motor,trong đó:hai role để điều khiển hai motor cấp và xả liệu một role để thắng notor cấp liệu.
  
  • 
    Sau đây là một số kết quả đạt được trong quá trình định lượng:
    

Ngày thực hiện:

• 
  Sau một thời gian thực hiện, đề tài đã đáp ứng được yêu cầu đặt ra là:Thiết kế cân tự động điều khiển bằng vi xử lý,chọn loadcell,thiết kế mạch khuyếch đại,mạch hiển thị giá trị đo,mạch điều khiển motor,viết chương trình điều khiển,cho mạch chạy và khảo nghiệm với độ chính xác tương đối cao,
  
• 
  Về phần cứng: Đã thiết kế mô hình máy phù hợp với loại loadcell có sẵn .
  
• 
  Về phần mềm:Đã viết được chương trình điều khiển theo yêu cầu,có thể theo dõi các thông số khối lượng trên LCD.
  
• 
  Về phần cứng điện tử:các mạch điện tử hoạt động tốt,khả năng chống nhiễu tương đối cao.
  

• 
  Có thể ứng dụng trong các quá trình sản xuất có liên quan đến định lượng về khối lượng,nhất là trong khâu đóng gói sản phẩm như:đóng gói xi măng,bột trát tường,và các sản phẩm rời ở dạng hạt có kích thước nhỏ.
  
• 
  Để định lượng chính xác hơn và chống nhiễu nên dùng thêm vài loadcell nối song song,khi đó Mỗi loadcell tải một đầu ra độc lập, thường 1mV đến 3 mV/V. Đầu ra kết hợp được tổng hợp dựa trên kết quả của đầu ra từng loadcell.