BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN
Đề tài: Hệ thống đếm, phân loại sản phẩm
theo chiều cao
Họ và tên nhóm sinh viên thực hiện:
Lớp:
Giảng viên hướng dẫn:

Hà Nội, tháng 6, năm 2021


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công
nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Ngành cơ điện tử nói chung đã có những bước tiến
vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Để thúc đẩy nền kinh tế của đất nước
ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng
nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo thì phải đưa
ra các phương tiện dậy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì
trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu cầu của xã hội. Trường Đại
Học Công Nghệ GTVT là một trong những trường đã chú trọng đến việc hiện đại hóa
thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dậy cũng như giúp sinh viên có khả năng
thực tế cao.
Để các sinh viên có thể tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế
tạo chúng em đã được giao thực hiện đồ án: “Thiết kế chế tạo mơ hình đếm, phân loại
sản phẩm theo chiều cao” nhằm củng cố về mặt kiến thưc trong quá trình thực tế.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths. cũng như các thầy cô trong bộ
môn đã dạy, giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình tìm hiểu, thiết kế và hồn thành

đề tài đồ án này.

Nhóm sinh viên thực hiện


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.......................................................................................2
1.1. Lý do chọn đề tài...................................................................................................................2
1.2. Giới thiệu chung về một số mơ hình hiệu quả.......................................................................3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.................................................................................................4
2.1. Các linh kiện chính sử dụng trong sản phẩm.........................................................................4
2.1.1. Vi điều khiển AVR ATmega16A.....................................................................................4
2.1.2. Module Cảm biến hồng ngoại V1.................................................................................10
2.1.3. Động cơ Servo SG90.....................................................................................................11
2.1.4. Động cơ giảm tốc 12V DC............................................................................................12
2.1.5. Giới thiệu về thạch anh 8MHz......................................................................................13
2.1.6. IC nguồn LM2576S-5V và LM2576S-ADJ...............................................................14
2.1.7. Màn hình LCD 1602....................................................................................................15
2.1.8. Cịi chip 5V...................................................................................................................16
2.2. Các phần mềm sử dụng........................................................................................................17
2.2.1. Phần mềm mơ phỏng mạch:..........................................................................................17
2.2.2. Phần mềm trình biên dịch cho vi điều khiển.................................................................18
2.2.3. Phần mềm vẽ mạch Altium Designer............................................................................20
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO SẢN PHẨM......................................................................22
3.1. Thiết kế phần cứng...............................................................................................................22
3.2. Thiết kế mạch nguyên lý......................................................................................................23
3.3. Mạch mơ phỏng...................................................................................................................24
3.4. Thiết kế mạch in...................................................................................................................25
3.5. Mạch sau khi hồn thành.....................................................................................................26
3.6. Nguyên lý hoạt động............................................................................................................27

3.7. Chương trình lập trình cho vi điều khiển Atmega16...........................................................38
KẾT LUẬN....................................................................................................................................48


Mục lục hình ảnh
Hình 1.1. Hệ thống phân loại gạo theo màu sắc...............................................................................4
Hình 2.1. Vi điều khiển ATmega16A...............................................................................................4
Hình 2.2. Sơ đồ chân Atmega16.......................................................................................................8
Hình 2.3. Module cảm biến hồng ngoại.........................................................................................10
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý của cảm biến........................................................................................10
Hình 2.5. Cấu tạo Module cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản................................................11
Hình 2.6. Động cơ Servo SG90......................................................................................................12
Hình 2.7. Động Cơ Giảm Tốc 3-12VDC 3-30Rpm JS30...............................................................12
Hình 2.8. Thạch anh 8MHz............................................................................................................13
Hình 2.9. IC nguồn LM2576S........................................................................................................14
Hình 2.10. Màn hình LCD 1602.....................................................................................................15
Hình 2.11. Cịi chíp.........................................................................................................................17
Hình 2.12. Phần mềm proteus........................................................................................................18
Hình 2.13. Phần mềm CodevisionAVR..........................................................................................20
Hình 2.14. Phần mềm Altium Designer..........................................................................................21
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý..............................................................................................................23
Hình 3.2. Sơ đồ mạch mơ phỏng....................................................................................................24
Hình 3.3. Mặt dưới của mạch.........................................................................................................25
Hình 3.4. Mặt trên của mạch..........................................................................................................25
Hình 3.5. Mặt dưới của mạch thực tế.............................................................................................26
Hình 3.6. Mặt trên của mạch thực tế..............................................................................................26
Hình 3.7. Tổng quan mơ hình.........................................................................................................28
Hình 3.8. Ban đầu màn hình hiển thị chế độ đếm..........................................................................29
Hình 3.9. Chuyển sang chế độ cài đặt sản phẩm cao.....................................................................30
Hình 3.10. Chuyển sang chế độ cài đặt sản phẩm thấp..................................................................31

Hình 3.11. Khi sản phẩm cao đi qua cảm biến...............................................................................32
Hình 3.12.Sản phẩm cao đi đến cần gạt.........................................................................................33
Hình 3.13. Sản phẩm cao được gạt khỏi.........................................................................................34
Hình 3.14. Màn hình hình hiển thị sản phẩm cao tăng thêm 1.......................................................35
Hình 3.15. Sản phẩm thấp đi qua cảm biến....................................................................................36
Hình 3.16. Màn hình hiển thị số sản phẩm thấp tăng thêm 1.........................................................37

1


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN

2
LỚP:
NHÓM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, việc tập trung hóa- tự động hóa cơng tác quản lý, giám sát và điều khiển các
hệ thống tự động nhằm năng cao hiệu quả của quá trình sản xuất, tránh rủi ro, tiết kiệm
được chi phí. Và hạn chế ơ nhiễm mơi trường là một hướng tất yếu của q trình sản xuất
nào cũng không thể tránh khỏi, do thời gian cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công
nghệ như hiện nay. Cùng với sự phát triển vượt bậc của kĩ thuật vi điện tử , kĩ thuật truyền
thông và công nghệ phần mềm trong thời gian qua. Và lĩnh vực điều khiển tự động đã ra
đời, phát triển càng ngày đa đạng đáp ứng được các yêu cầu trong cuộc sống, địi hỏi q
trình tự động trong các lĩnh vực cơng nghiệp. Chính vì vậy phải lựa chọn q trình điều
khiển nào cho phù hợp với yêu cầu thực tế đặt ra cho ngành. Đảm bảo điều kiện cơ sở vật

chất cho phép, tiết kiệm chi phí vận hành, nâng cao hiệu quả sản xuất, dễ dàng bảo trì và
sửa chữa hệ thống khi có sự cố.
Thực tiễn đó đã đặt ra làm sao để quản lí các nhà máy sản xuất một cách linh hoạt ổn
định và phù hợp nhất, tiết kiệm nhất và phải an toàn. Trước thời cơ và thách thức của thời
đại, do đó sự nhận biết nắm bắt và vận dụng các thành tựu một cách có hiệu quả nền khoa
học kĩ thuật thế giới nói chung và kĩ thuật điều khiển tự động nói riêng. Sự áp dụng kĩ
thuật điều khiển tự động đã được ứng dụng rộng rãi ở các nghành sản xuất lớn, doanh
nghiệp lớn một cách nhanh chóng bên cạnh đó những doanh nghiệp vừa và nhỏ quy mơ
sản xuất thì ngược lại hồn tồn chưa được áp dụng đặc biệt ở khâu cận sản phẩm và đóng
gói bao bì, vẫn cịn sử dụng sức người, chính vì vậy cho năng suất chưa hiệu quả. Trên cơ
sở thực tế khách quan, yêu cầu của xã hội của thế giới cũng như trong nước, đề tài này có
nhiều tiềm năng nghiên cứu ứng dụng và khai thác một cách khả thi nhất tốt nhất có thể.
Việc ứng dụng kĩ thuật điều khiển vào “quá trình phân loại sản phẩm” là một trong những
thành tựu đáng kể làm thay đổi một nền sản xuất cũ mang nhiều hạn chế. Làm thay đổi
cục diện của nền cơng nghiệp mạnh mẽ. Chính vì vậy nó trở thành một vấn đề hứng thú
đầy tiềm năng cho chúng em tìm hiểu xây dụng thiết kế cải tiến góp phần vào sự hồn
thiện và phát triển sâu, rộng của nó hơn nữa trong đời sống sản xuất của con người.

1.2. Giới thiệu chung về một số mô hình hiệu quả
3
LỚP:
NHĨM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN
Hệ thống phân loại sản phẩm là hệ thống điều khiển tự động hoặc bán tự động nhằm
chia sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đóng gói hay loại bỏ
sản phẩm hỏng.
- Có nhiều cách phân loại hệ thống phân loại sản phẩm:
+) Dựa trên phương thức điều khiển chia ra hệ thống tự động hay bán tự động, có sự tham

gia của con người hay khơng mức độ đến đâu, điều khiển bằng PLC, vi xử lí.
+) Theo màu sắc: màu sắc sẽ được cảm biến màu nhận biết chuyển sang tín hiệu điện rồi
qua bộ chuyển đổi ADC về bộ xử lí.
+) Theo trọng lượng, hình dáng kích thước bên ngồi.
+) Ngồi ra cịn nhiều cách phân loại khác tùy vào yêu cầu và sự khác biệt của phơi.
*Ví dụ hệ thống phân loại gạo theo màu sắc:
Hệ thống phân loại gạo theo màu sắc: Hệ thống phân loại gạo bằng màu sắc do Viện
IMI phát triển và vấn đề tự động nhận dạng, xử lý phân loại trong chế biến gạo phục vụ
xuất khẩu, khả năng ứng dụng công nghệ quang - cơ điện tử (opto-mechatronic
technology) trong ứng dụng cụ thể của “hệ máy nhìn” là đề tài được đánh giá cao tại
VICA 6.
Những năm gần đây, công nghệ quang học gắn kết với các hệ thống cơ điện tử rất
nhanh, tạo ra số lượng lớn sản phẩm cơ điện tử - các máy móc, hệ thống với những bộ
phận quang học thông minh”. Sự hiện diện của công nghệ quang học ngày càng rõ nét,
cho phép nâng cao giá trị và hiệu năng của hệ thống, bởi các phần tử quang học kết hợp
với các phần tử cơ điện tử nhúng trong hệ thống đã đem lại giải pháp cho nhiều vấn đề kỹ
thuật hóc búa.
Các hệ thống phân loại hạt theo màu sắc nói chung, phân loại gạo theo màu sắc nói
riêng có sơ đồ nguyên lý, cấu trúc như hình 2. Vật liệu (gạo) được cấp bằng bộ cấp liệu
tung xuống máng dẫn, ổn định quỹ đạo trên máng rồi chuyển động qua vùng nhận dạng
của camera (CCD hoặc CMOS). Màu sắc của đối tượng dịch chuyển (hạt gạo) được nhận
biết tức thời xử lý thời gian thực) và máy tính cơng nghiệp (IPC) ra quyết định về khả
năng chấp nhận hạt đã nhận dạng, phát tín hiệu cho súng phun khí nén bắn hạt đó ra khỏi
quỹ đạo dịch chuyển nếu khơng đạt yêu cầu về chất lượng (trong trường hợp này thơng
4
LỚP:
NHĨM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN

qua màu sắc), và ngược lại thì khơng phát tín hiệu. Qua khỏi vùng nhận dạng, gạo chính
phẩm và phế phẩm sẽ được phân tách và chứa trong hai khoang chứa tách biệt. Từ đây có
thể vào kho hoặc qua máy đóng bao.

Hình 1.1. Hệ thống phân loại gạo theo màu sắc

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Các linh kiện chính sử dụng trong sản phẩm
2.1.1. Vi điều khiển AVR ATmega16A

Hình 2.1. Vi điều khiển ATmega16A
Atmega16 là bộ vi điều khiển công suất thấp 40 chân được phát triển bằng cơng nghệ
CMOS.
5
LỚP:
NHĨM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN
CMOS là một công nghệ tiên tiến được sử dụng chủ yếu để phát triển các mạch tích
hợp. Nó có mức tiêu thụ điện năng thấp và khả năng chống nhiễu cao.
Atmega16 là bộ điều khiển 8-bit dựa trên kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set
Computing) tiên tiến AVR. AVR là dòng vi điều khiển được Atmel phát triển vào năm
1996.
Nó là một máy tính chip đơn đi kèm với CPU, ROM, RAM, EEPROM, bộ định thời,
bộ đếm, ADC và bốn cổng 8-bit được gọi là PORTA, PORTB, PORTC, PORTD trong đó
mỗi cổng bao gồm 8 chân I / O.
Atmega16 có các thanh ghi tích hợp được sử dụng để tạo kết nối giữa CPU và các thiết
bị ngoại vi bên ngồi. CPU khơng có kết nối trực tiếp với các thiết bị bên ngồi. Nó có
thể nhận đầu vào bằng cách đọc thanh ghi và đưa ra đầu ra bằng cách ghi thanh ghi.

Atmega16 đi kèm với hai bộ định thời 8 bit và một bộ định thời 16 bit. Tất cả các
bộ định thời này có thể được sử dụng làm bộ đếm khi chúng được tối ưu hóa để đếm tín
hiệu bên ngồi.
Hầu hết các thiết bị ngoại vi cần thiết để chạy các chức năng tự động đều được tích
hợp trong thiết bị này như ADC (bộ chuyển đổi analog sang kỹ thuật số), bộ so sánh
tương tự, USART, SPI, giúp tiết kiệm hơn so với bộ vi xử lý yêu cầu thiết bị ngoại vi bên
ngoài thực hiện các chức năng khác nhau.
Atmega16 đi kèm với 1KB RAM tĩnh là một bộ nhớ dễ bay hơi, tức là lưu trữ thông
tin trong thời gian ngắn và phụ thuộc nhiều vào nguồn điện liên tục. Trong khi đó 16KB
bộ nhớ flash, cịn được gọi là ROM, cũng được tích hợp trong thiết bị với bản chất khơng
bay hơi và có thể lưu trữ thông tin trong thời gian dài và không bị mất bất kỳ thông tin
nào khi nguồn điện bị ngắt.
Atmega16 hoạt động trên tần số tối đa 16MHz, các lệnh được thực hiện trong một chu
kỳ máy.

*Kiến trúc của Atmega16
6
LỚP:
NHÓM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN
Kiến trúc của Atmega16 dựa trên Kiến trúc Harvard và đi kèm với các bus và bộ nhớ
riêng biệt. Các lệnh được lưu trữ trong bộ nhớ chương trình.
-CPU
CPU giống như bộ não của vi điều khiển giúp thực hiện một số lệnh. Nó có thể xử lý
các ngắt, thực hiện các phép tính và điều khiển các thiết bị ngoại vi với sự trợ giúp của
các thanh ghi. Atmega16 đi kèm với hai bus gọi là bus hướng dẫn và bus dữ liệu. CPU
đọc lệnh trong bus hướng dẫn trong khi bus dữ liệu được sử dụng để đọc hoặc ghi dữ liệu
tương ứng. CPU chủ yếu bao gồm bộ đếm chương trình, các thanh ghi mục đích chung,

stack pointer, thanh ghi lệnh và bộ giải mã lệnh.
-ROM
Chương trình điều khiển được lưu trữ trong ROM, cịn được gọi là bộ nhớ flash lập
trình khơng bay hơi. Bộ nhớ flash có độ phân giải ít nhất 10.000 chu kỳ ghi / xóa. Bộ nhớ
flash chủ yếu được chia thành hai phần được gọi là phần flash ứng dụng và phần flash
booth. Chương trình của bộ điều khiển được lưu trữ trong phần flash ứng dụng. Trong khi
phần flash booth được tối ưu hóa để hoạt động trực tiếp khi bộ điều khiển được bật
nguồn.
-RAM
RAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh) được sử dụng để lưu trữ thông tin tạm thời và
đi kèm với các thanh ghi 8-bit, giống như một RAM máy tính thơng thường được sử dụng
để cung cấp dữ liệu thông qua thời gian chạy.
-EEPROM
EEPROM (Bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa bằng điện tử) là bộ nhớ không thay đổi được sử
dụng như một bộ lưu trữ thời gian dài. Nó khơng liên quan đến việc thực thi chương trình
chính. Nó được sử dụng để lưu trữ cấu hình của hệ thống và các thông số thiết bị tiếp tục
hoạt động trong thiết lập lại bộ xử lý ứng dụng. EEPROM đi kèm với chu kỳ ghi giới hạn
lên đến 100.000 trong khi chu kỳ đọc là không giới hạn. Trong khi sử dụng EEPROM,
hãy viết các lệnh tối thiểu theo u cầu, để bạn có thể nhận được lợi ích từ bộ nhớ này
trong thời gian dài hơn.
-Ngắt
7
LỚP:
NHÓM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN
Ngắt được sử dụng cho trường hợp khẩn cấp đặt chức năng chính ở trạng thái chờ và
thực hiện các lệnh cần thiết tại thời điểm đó. Khi ngắt được gọi và thực thi, mã sẽ chuyển
trở lại chương trình chính.

-Module I / O analog và kỹ thuật số
Module I / O kỹ thuật số được sử dụng để thiết lập giao tiếp kỹ thuật số giữa bộ điều
khiển và các thiết bị bên ngoài. Trong khi module I / O analog được sử dụng để truyền
thông tin analog. Bộ so sánh analog và ADC thuộc loại module I / O analog.
-Bộ định thời / Bộ đếm
Bộ định thời được sử dụng để tính tốn tín hiệu bên trong bộ điều khiển. Atmega16 đi
kèm với hai bộ định thời 8 bit và một bộ định thời 16 bit. Tất cả bộ định thời này hoạt
động như một bộ đếm khi chúng được tối ưu hóa cho các tín hiệu bên ngồi.
-Watchdog timer
Watchdog timer là một bổ sung đáng chú ý trong bộ điều khiển này được sử dụng để
tạo ngắt và đặt lại bộ định thời. Nó đi kèm với nguồn CLK riêng biệt 128kHz.
-Giao tiếp nối tiếp
Atmega16 đi kèm với các đơn vị USART và SPI được sử dụng để phát triển giao tiếp
nối tiếp với các thiết bị bên ngoài.
*Sơ đồ chân Atmega16
Atmega16 được ưa thích hơn các bộ vi điều khiển khác như Atmel 8051 vì nó có khả
năng thực thi các lệnh nhanh hơn nhiều và bao gồm bộ xử lý RISC đã được sửa đổi.
Nó có một flash tích hợp đi kèm với các tính năng của một bộ nạp khởi động. Nó có
ADC, SPI, PWM và EEPROM 10-bit được tích hợp sẵn.
Mơ tả chân của Atmega16:
Atmega16 có 40 chân, mỗi chân được sử dụng để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể, có
tổng cộng 32 chân I / O và bốn cổng, mỗi cổng bao gồm 8 chân I / O.

PORTA = 8 chân (Chân 33-40)
8
LỚP:
NHÓM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN

PORTB = 8 chân (Chân 1-8)
PORTC = 8 chân (Chân 22-29)
PORTD = 8 chân (Chân 14-21)

Hình 2.2. Sơ đồ chân Atmega16
Sau đây là các chức năng chính liên quan đến các chân.
PORTA: Các chân từ 33 đến 40 thuộc PORTA. Nó hoạt động giống như đầu vào
analog cho bộ chuyển đổi A / D. Tuy nhiên, trong trường hợp khơng có bộ chuyển đổi A
/ D, PORTA được sử dụng làm cổng I / O hai chiều 8 bit. Nó đi kèm với điện trở kéo bên
trong.
PORTB: Các chân từ 1 đến 8 thuộc về PORTB. Đây là các chân hai chiều I / O. Cổng
này cũng bao gồm các điện trở kéo lên bên trong.
PORTC: PORTC là cổng I / O hai chiều bao gồm 8 chân. Chân từ 22 đến 29 thuộc về
cổng này, tương tự như các cổng khác, nó đi kèm với điện trở kéo bên trong.
PORTD: Chân từ 14 đến 21 thuộc về cổng này. Đây là cổng hai chiều trong đó mỗi
chân có thể được sử dụng làm chân đầu vào hoặc đầu ra. Tuy nhiên, có các tính năng bổ
sung liên quan đến cổng này như ngắt, giao tiếp nối tiếp, bộ hẹn giờ và PWM.
9
LỚP:
NHÓM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN
Reset: Chân 9 là chân reset mức thấp đang hoạt động. Xung mức thấp dài hơn độ dài
xung tối thiểu sẽ tạo ra reset. Các xung ngắn khơng có khả năng tạo ra reset.
VCC: Chân 10 là chân cấp nguồn cho bộ điều khiển này. Nguồn điện của cần phải có 5
V để đặt bộ điều khiển này trong điều kiện đang chạy.
GND: Chân 11 là chân nối đất.
AREF: Chân 32 là chân tham chiếu tương tự chủ yếu được sử dụng cho bộ chuyển đổi
A/D .

AVCC: Chân 30 là AVCC là chân điện áp cung cấp cho PORTA và ADC. Nó được kết
nối với VCC thơng qua bộ lọc thơng thấp khi có ADC. Tuy nhiên, trong trường hợp
khơng có ADC, AVCC được kết nối bên ngoài với VCC.
Chân 12 & 13: Một bộ dao động tinh thể được kết nối với các chân này. Atmega16
hoạt động ở tần số bên trong 1MHZ; bộ dao động được thêm vào để tạo ra xung clock và
tần số cao.
*Các ứng dụng:
-Bộ điều khiển AVR đi kèm với một loạt các ứng dụng cần tự động hóa. Sau đây là các
ứng dụng chính của Atmega16.
-Thiết bị y tế
-Tự động hóa nhà
-Những hệ thống nhúng
-Project Arduino
-Được sử dụng trong ô tô và tự động hóa công nghiệp
-Thiết bị gia dụng và hệ thống an ninh
-Thiết bị kiểm soát nhiệt độ và áp suất

2.1.2. Module Cảm biến hồng ngoại V1

10
LỚP:
NHÓM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN

Hình 2.3. Module cảm biến hồng ngoại
Cảm Biến Hồng Ngoại sử dụng tốt trong môi trường ánh sáng thông thường do
module sử dụng ánh sáng hồng ngoại gồm có 1 bóng thu và bóng phát, phát ra tần số
hồng ngoại nhất định sẽ không ảnh hưởng bởi ánh sáng thường. Module tích hợp IC so

sánh LM393 giúp cảm biến được chính xác hơn.
*Nguyên lý hoạt động
Được tích hợp bộ phát hồng ngoại và bộ thu hồng ngoại. Bộ phát hồng ngoại là một
diode phát sáng (LED) phát ra các tia hồng ngoại, do là sóng hồng ngoại nên con người
khơng thể nhìn thấy bằng mắt thường được. Bộ thu hồng ngoại có dạng photodiode và
phototransistors.

Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý của cảm biến
Photodiode hồng ngoại khác với điốt thơng thường vì chúng chỉ phát hiện ra bức xạ
hồng ngoại. Khi led phát hồng ngoại phát ra bức xạ, nó đến được vật thể và một số bức xạ
phản xạ lại led thu hồng ngoại. Dựa trên cường độ thu của led thu hồng ngoại, đầu ra của
cảm biến sẽ được xác định là mức cao hoặc thấp.

11
LỚP:
NHÓM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN

Hình 2.5. Cấu tạo Module cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản
*Thông số kỹ thuật
-

Điện áp: 3.3V - 6VDC

-

Dòng tiêu thụ:


-

Vcc = 3.3V: 23 mA

-

Vcc = 5.0V: 43 mA

-

Góc hoạt động: 35°

-

Khoảng cách phát hiện: 2 ~ 40 cm

-

LED báo nguồn và LED báo tín hiệu ngõ ra

- động:
Kích thước:
x 1.4cm
- Điện áp hoạt
4.8V ~3.2cm
6V DC
- 2.1.3.
Tốc độĐộng
quay:cơ0.12
giây/60°

Servo
SG90(4.8V), 0.1
giây/60° (6V)
Là loại
động
cơ khả (4.8V),
trình được
dùng phổ biến trong các mơ hình điều khiển nhỏ và
- Mơmen
xoắn:
1.8kg/cm
2.5kg/cm
đơn giản. Động cơ có tốc độ phản ứng nhanh, được tích hợp sẵn Driver điều khiển động
(6V)
dàng180°
điều khiển góc quay 0-180’ bằng phương pháp điều độ rộng xung PWM.
- cơ,
Gócdễquay:
- Bánh răng: nhựa
- Kích thước: 22.5 * 11.8 * 30 mm
- Chiều dài dây điện: 175mm
- Trọng lượng: 9g
- Nhiệt độ hoạt động: 0°C ~ 55°C
LỚP:

- NHÓM:
Dây cam: Xung
- Dây đỏ: Vcc (4.8V ~ 6V)
- Dây nâu: GND / 0V


12


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN

Hình 2.6. Động cơ Servo SG90

2.1.4. Động cơ giảm tốc 12V DC
Hiểu một cách đơn giản: Động cơ giảm tốc = Động cơ điện + Hộp giảm tốc

Hình 2.7. Động Cơ Giảm Tốc 3-12VDC 3-30Rpm JS30

13
LỚP:
NHĨM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN

Động cơ điện lại mang cấu tạo gồm 2 phần chính ấy là Stato và Roto. Cấu tạo của
stato lại bao gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt xếp đặt trên 1 vành
tròn để tạo ra từ trường quay còn Roto với dạng hình trụ đóng vai trị như 1 cuộn dây
quấn trên lõi thép.
Còn hộp giảm tốc bên trong đựng bộ truyền động dùng bánh răng, trục vít… để khiến
giảm tốc độ vòng quay. Hộp này được sử dụng để giảm véc tơ vận tốc tức thời góc, tăng
momen xoắn và là phòng ban trung gian giữa động cơ điện với máy cơng tác. Đầu cịn lại
của hộp giảm tốc nối sở hữu tải.
Động cơ giảm tốc có số vòng tua từ 3-30Rpm tùy vào điện áp đặt vào hai đầu dây của
động cơ.
*Thông số kỹ thuật:

-Điện áp: 3-12VDC
-Tốc độ vịng quay: 3-30Rpm(phụ thuộc vào điện áp nguồn)
-Đường kính trục: Φ5mm
-Đường kính motor: 24mm
-Chiều cao(trừ đầu trục): 26mm
-Đường kính hộp giảm tốc: 32mm
-Trọng lượng: 30g
2.1.5. Giới thiệu về thạch anh 8MHz
Thạch anh là bộ dao động khá ổn định để tạo ra tần số dao động cho vi điều
khiển. Đa số các mạch điều khiển đèn Led đều dùng thạch anh có thể là Thạch anh
12Mhz, 24Mhz….mỗi loại sẽ cho ra 1 xung nhịp khác nhau.

14
LỚP:
NHÓM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN

-Thạch anh sử dụng rất rộng rãi, thạch anh trong điện tử đa phần để tạo ra tần số được
ổn định vì tần số của thạch anh tạo ra rất ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn là các mạch
dao động RC….
-Trong Vi điều khiển bắt buộc phải có thạch anh (trừ các loại có dao động nội) vì xét
HìnhCPU
2.8. Thạch
anhcác
8MHz
chi tiết thì VDK có CPU, timer,…
bao gồm
mạch logic và mạch logic muốn

hoạt động cũng cần có xung clock, cịn timer thì gồm các dãy FF cũng cần phải có
xung để đếm. Tùy loại VDK mà bao nhiêu xung clock thì ứng với 1 chu kì máy, và với
mỗi xung clock VDK sẽ đi làm 1 công việc nhỏ ứng với lệnh đang thực thi.
-Để chạy các câu lệnh trong ic vi điều khiển, Bạn cần tạo ra xung nhịp. Tần số xung
nhịp phụ thuộc vào thạch anh gắn trên chân kết nối thạch anh của vi điều khiển.
2.1.6. IC nguồn LM2576S-5V và LM2576S-ADJ
IC LM2576S là IC nguồn tích hợp của mạch nguồn xung dựa trên nguyên lý mạch
Buck. LM2576S có nguồn ra tải định mức là 3A, và có các đầu điện áp ra đối với
LM2576S-5V là 5V và LM2576S-ADJ là điện áp ra biến đổi tùy chỉnh từ 1.25V-12V.

Hình 2.9. IC nguồn LM2576S
15
LỚP:
NHĨM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN
Đây là IC làm việc ổn định, đầu ra điện áp ổn định trong điều kiện nhiệt độ cho
phép. LM2576S được lựa chọn nhiều trong các ứng dụng về mạch nguồn. Ngoài ưu
điểm về dải điện áp áp đầu vào rộng thì LM2576S cịn có khả năng cho dòng đầu ra
lớn hơn hơn nhiều.
Trong sơ đồ cấu tạo thì LM2576 gồm khối : So sánh, tạo dao động, cơng suất, q
dịng...
+ Chân 1 (Vin) : Chân nguồn đầu vào
+ Chân 2 (Vout) : Chân điện áp đầu ra. Tùy thuộc dịng LM2576 mà chân này có
điện áp ra ổn định khác nhau.
+ Chân 3 (GND) : Chân nguồn chung
+ Chân 4 (Feedback) : Chân đưa tín hiệu phản hồi từ đầu ra về đầu vào. Đưa vào bộ
so sánh để điều chỉnh ổn định điện áp
+ Chân 5 (On/Off) : Chân đóng mở. Thường để GND

2.1.7. Màn hình LCD 1602
Màn hình text LCD1602 rất phổ biến có khả năng hiển thị 2 dịng với mỗi dịng 16 ký tự

Hình 2.10. Màn hình LCD 1602

16
LỚP:
NHĨM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN
Châ
n
1

Ký
hiệu
VSS

Mô tả

Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này
với GND của mạch điều khiển
2
VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân
này với VCC=5V của mạch điều khiển
3
VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD.
4
RS

Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với
logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh
ghi.
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR
của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa
chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu
DR bên trong LCD.
5
RW
Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W
với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối
với logic “1” để LCD ở chế độ đọc.
6
E
Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên
bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung
cho phép của chân E.
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển
vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một
xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E.
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7
khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E
và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức
thấp.
7-14 DB0- Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với
DB7 MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :
+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với
2.1.8.
Còi

bit MSB là bit DB7.
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 chip
tới DB7, bit MSB là DB7
5V
15
Nguồn dương cho đèn nền
Còi
16
GND cho đèn nền
chip là linh kiện thường được dùng trong các mạch điện tử với mục đích tạo ra tín hiệu
âm thanh.
17
LỚP:
NHĨM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN

Hình 2.11. Cịi chíp

*Thơng số kỹ thuật:
-Điện áp sử dụng: 3-12VDC
-Dòng tiêu thụ: <25mA
-Tần số âm thanh: 2300H z ± 500
-Âm thanh đầu ra: Bíp bíp
-Biên độ âm thanh: > 80dB
-Nhiệt độ hoạt động: -20 đến 70 độ C
-Màu sắc: Đen
-Kích thước: 9.5x12mm
-2 cực: Cực âm, cực dương

-Chân dài: cực dương
-Chân ngắn: Cực âm
 Ngoài ra cịn có bộ Adapter 220V-12V, các led báo tín hiệu và một số linh kiện
cơ bản khác,…

2.2 . Các phần mềm sử dụng
2.2.1. Phần mềm mơ phỏng mạch:
18
LỚP:
NHĨM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN
Phần mềm Proteus:
Proteus là một phần mềm mô phỏng và thiết kế mạch in. Phần mềm bao gồm hai
thành phần ISIS và AREA.
ISIS là phần mềm mơ phỏng mạch, nó có thể mơ phỏng cả mạch số và mạch
tương tự, tuy nhiên, điểm mạnh nhất là nó tích hợp rất nhiều thư viện linh kiện số, đặc
biệt là vi điều khiển. Trong quá trình thiết kế mạch số, cần mô phỏng phần mềm của
vi điều khiển như PIC, AVR, 8501…, thì đây là phần mềm lý tưởng nhất. Bên cạnh
đó, nó cịn tịch hợp mơ phỏng mạch tương tự, mô phỏng ngôn ngữ mô tả phần cứng
Verilog,…
AREA là phần mềm thiết kế mạch in, bản khá nhẹ, chạy dây khá thông minh, tuy
nhiên việc quản lý, sắp xếp vi trí khi có nhiều linh kiện chưa hiệu quả lắm

Hình 2.12. Phần mềm proteus
2.2.2. Phần mềm trình biên dịch cho vi điều khiển
Phần mềm CodevisionAVR:

19

LỚP:
NHÓM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN
CodevisionAVR là một trình biên dịch chéo C, mơi trường phát triển tích
hợp và bộ tạo chương trình tự động được thiết kế cho họ các vi điều khiển AVR
của Atmel.
Chương trình có thể chạy trên cac hệ điều hành 2000,XP,Vista và Windows
7/8.1/10 32/64 bit. Bên cạnh các thư viện tiêu chuẩn C, CodevisionAVR cịn có
các thư viện dành riêng cho:
- Alphanumeric LCD modules
- Philips I2C bus
- SPI –Temperature Sensors
- TWI for Atxmega chips
- Power management
- Delays …
CodevisionAVR cũng bao gồm bộ chương trình tự động CodeWizardAVR,
nơi cho phép bạn viết một chương trình đơn giản chỉ trong vài phút gồm các
hàm sau:
-

Thiết lập truy cập bộ nhớ ngoài

-

Chip reser source identification

-


Khởi tạo các cổng Output/Input

-

Khởi tạo các ngắt ngoài (External Interputs)

-

Khởi tạo các Timers/Counters

-

Khởi tạo Watchdog Timer

-

Khởi tạo USART

-

Khởi tạo Analog Comparator

-

Khởi tạo ADC

-

Khởi tạo giao diện SPI


-

Khởi tạo giao diện CAN

-

Khởi tạo bus 1 dây và các cảm biến nhiệt độ DS1820/DS18S20

-

Khởi tạo module LCD.
20

LỚP:
NHÓM:


ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN

Hình 2.13. Phần mềm CodevisionAVR
2.2.3. Phần mềm vẽ mạch Altium Designer
Altium ngày nay đang là một trong những phần mềm vẽ mạch điện tử mạnh và
được ưa chuộng ở Việt Nam.Ngoài việc hỗ trợ tốt cho hoạt động vẽ mạch, Altium còn hỗ
trợ tốt trong việc quản lý mạch,trích xuất file thống kê linh kiện.
21
LỚP:
NHĨM: