BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO KHỐI LƯỢNG
GVHD:

GVC. ThS. Nguyễn Đình Phú

SVTH 1: Phạm Văn Dũng
MSSV:

19161216

SVTH 2: Đồn Duy Tân
MSSV:

19161283

Tp. Hồ Chí Minh - 7/2023

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO KHỐI LƯỢNG

GVHD:

GVC. ThS. Nguyễn Đình Phú

SVTH 1: Phạm Văn Dũng
MSSV:

19161216

SVTH 2: Đồn Duy Tân
MSSV:

19161283

Tp. Hồ Chí Minh - 7/2023



TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
----o0o---Tp. HCM, ngày 27 tháng 2 năm 2023

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Phạm Văn Dũng

MSSV: 19161216

Đoàn Duy Tân

MSSV: 19161283

Chuyên ngành:

Điện tử Công nghiệp

Mã ngành:

01

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy


Mã hệ:

1

Khóa:

2019

Lớp: 19161ĐTCN

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG
II. NHIỆM VỤ:
1. Các số liệu ban đầu:
- Một kit Arduino Mega2560.
- Một kit ESP32.
- Một băng tải mini.
- Tài liệu về thông số kỹ thuật máy in TIJ.
2. Nội dung thực hiện:
- Tham khảo tài liệu, đọc và tóm tắt tài liệu đưa ra các hướng dẫn đề tài.
- Tìm hiểu về lập trình giao tiếp cơ bản của Arduino Mega2560.
- Tìm hiểu về lập trình giao tiếp cơ bản của ESP32.
- Tìm hiểu về lập trình và thiết kế website.
- Tìm hiểu về cách sử dụng máy in phun nhiệt TIJ.
- Nghiên cứu về giao tiếp giữa Arduino Mega 2560 và ESP32.
- Nghiên cứu về giao tiếp giữa Arduino Mega2560 và máy in TIJ.
- Nghiên cứu về điều khiển giao tiếp Arduino với thiết bị ngoại vi (loadcell, LCD, led
7 đoạn, động cơ DC, servo).
- Viết chương trình điều khiển, kết nối các thiết bị trong hệ thống.

- Chạy thử, kiểm tra, đánh giá, hiệu chỉnh.


- Viết báo cáo.
- Tiến hành báo cáo đề tài đồ án.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

27/02/2023.

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/07/2023.
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

GVC. ThS. Nguyễn Đình Phú

BM. ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 27 tháng 02 năm 2023

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Phạm Văn Dũng
Lớp: 19161ĐTCNA ...................................................... MSSV: 19161216
Họ tên sinh viên 2: Đoàn Duy Tân

Lớp: 19161ĐTCNC....................................................... MSSV: 19161283
Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng.
Tuần/ngày

Nội dung

Tuần 1

Chọn đề tài và được xét duyệt đề tài.

(27/2 – 05/3)
Tuần 2

Viết đề cương chi tiết.

(06/3 – 12/3)
Tuần 3 + 4

Tìm hiểu và kết nối loadcell với

(13/3 – 26/3)

Arduino, hiển thị khối lượng lên LCD.

Tuần 5

Tìm hiểu về động cơ, servo, các thiết bị

(27/3 – 02/4)


ngoại vi.

Tuần 6 + 7

Kết hợp cân sản phẩm và phân loại bằng

(03/4 – 16/4)

servo, hiển thị số lượng đạt hay không
đạt bằng led 7 đoạn kết hợp IC
74HC595.

Tuần 8

-

(17/4 – 23/4)

Tìm hiểu giao tiếp UART giữa
Arduino với ESP32.

-

Thiết kế giao diện website.

-

Vẽ PCB bộ điều khiển và module led
7 đoạn.


Tuần 9 + 10

-

Bắt đầu thiết kế, thi công 2 băng tải.

(24/4 – 07/5)

-

Tổng hợp lại những gì đã tìm hiểu
được tích hợp lên mơ hình băng tải.

Xác nhận
GVHD


Tuần 11

-

(08/5 – 14/5)

máy in TIJ.
-

Tuần 12

Tìm hiểu giao tiếp giữa Arduino với
Gắn máy in lên băng tải.


Xây dựng mô hình hệ thống hồn chỉnh.

(15/5 – 21/5)
Tuần 13
(22/5 – 28/5)
Tuần 14 + 15 + 16
(29/5 – 18/6)

Chạy kiểm nghiệm, đánh giá và hiệu
chỉnh lại độ chính xác.
Viết báo cáo, làm powerpoint, đồng thời
kiểm tra lại mơ hình.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)


LỜI CAM ĐOAN

Nhóm xin cam đoan tất cả các nội dung, thông tin, ý tưởng và kết quả nghiên
cứu trong đồ án này là tự nghiên cứu thực hiện dưới sự hướng dẫn của giảng viên
GVC. ThS Nguyễn Đình Phú. Các sản phẩm và tài liệu được tìm kiếm từ nhiều
nguồn khác nhau đảm bảo tính chính xác và đầy đủ, nguồn tài liệu tham khảo này đã
được trích dẫn nguồn và chú thích rõ ràng.
Tất cả các thơng tin được trình bày trong đồ án này là hồn tồn chính xác và
trung thực, khơng sao chép hay sử dụng bất kỳ nội dung nào từ các nguồn khơng được
phép.
Nhóm xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước bộ mơn, khoa và nhà trường về
sự cam đoan này.
Người thực hiện đề tài

Phạm Văn Dũng

Đoàn Duy Tân


LỜI CẢM ƠN
Trong đồ án tốt nghiệp với đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống phân loại
sản phẩm theo khối lượng", nhóm xin gửi lời cảm ơn đến những người đã giúp đỡ
và hỗ trợ trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Đầu tiên, nhóm xin chân thành cảm ơn Khoa Điện – Điện tử trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã cung cấp một môi trường học tập và
nghiên cứu chuyên nghiệp. Nhóm cũng muốn gửi lời cảm ơn tới Thầy GVC.ThS.
Nguyễn Đình Phú - giảng viên hướng dẫn của nhóm đã tận tình hỗ trợ và giúp đỡ
trong quá trình nghiên cứu và hồn thành đồ án.
Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến phụ huynh, gia đình và bạn bè những người
đã ln động viên, khích lệ, hỗ trợ trong suốt q trình học tập, nghiên cứu để nhóm
có động lực vượt qua những khó khăn và hồn thành đề tài của mình một cách tốt
nhất.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến tất cả những người đã đóng góp ý kiến và
hỗ trợ trong suốt q trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Hy vọng đề tài này sẽ được
phát triển và có thể ứng dụng vào trong nền công nghiệp sản xuất.
Người thực hiện đề tài
Phạm Văn Dũng

Đoàn Duy Tân


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ......................................................................... i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .......................................... iii

LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... v
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... x
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... xiv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ xv
TÓM TẮT ..............................................................................................................xvii
Chương 1. TỔNG QUAN ......................................................................................... 1
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................ 1

1.2

MỤC TIÊU ................................................................................................ 2

1.3

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU..................................................................... 2

1.4

GIỚI HẠN ................................................................................................. 2

1.5

BỐ CỤC ..................................................................................................... 3

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 5
2.1


GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG ........................... 5
2.1.1 Các hệ thống cân định lượng hiện nay .............................................. 5
2.1.2 Băng tải cân định lượng ..................................................................... 6

2.2

PHƯƠNG PHÁP ĐO KHỐI LƯỢNG SỬ DỤNG STRAIN GAUGE. 8
2.2.1 Giới thiệu chung .................................................................................. 8
2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Strain gauge ........................... 8
2.2.3 Ứng dụng của Strain gauge trong đo lường ................................... 10

2.3

GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHUẨN GIAO TIẾP ..................................... 11
2.3.1 Chuẩn giao tiếp UART ..................................................................... 11


2.3.2 Chuẩn giao tiếp I2C .......................................................................... 15
2.3.3 Chuẩn giao tiếp RS232 ..................................................................... 18
2.4

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ IN PHUN MỰC BẰNG NHIỆT ... 20
2.4.1 Giới thiệu chung ................................................................................ 20
2.4.2 Nguyên lý hoạt động in phun mực bằng nhiệt ............................... 20

2.5

TỔNG QUAN VỀ NỀN TẢNG FIREBASE ........................................ 21

3.1


GIỚI THIỆU ........................................................................................... 24

3.2.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .......................................... 24

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ............................................................ 24
3.2.2 Tính tốn và thiết kế mạch ............................................................... 26
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của tồn mạch ....................................................... 56
Chương 4: THI CƠNG HỆ THỐNG..................................................................... 59
4.1

GIỚI THIỆU ........................................................................................... 59

4.2

THI CƠNG HỆ THỐNG ....................................................................... 59
4.2.1 Thi cơng bo mạch .............................................................................. 59
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra .......................................................................... 64

4.3

ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH .............................................. 65
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển ..................................................................... 65
4.3.2 Đóng gói module led 7 đoạn ............................................................. 66
4.3.3 Thi cơng mơ hình .............................................................................. 67

4.4


LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ...................................................................... 69
4.4.1 Giới thiệu phần mềm ........................................................................ 69
4.4.2 Lưu đồ giải thuật ............................................................................... 70
4.4.3 Hướng dẫn tạo chương trình IDE ................................................... 76
4.4.4 Hướng dẫn tạo chương trình website dùng phần mềm VSCode .. 78
4.4.5 Hướng dẫn đẩy dữ liệu ESP32 lên Firebase và liên kết Firebase
với website ..................................................................................................... 80


4.4.6 Hướng dẫn cài đặt thông số máy in TIJ ......................................... 82
4.5

HƯỚNG DẪN THAO TÁC VÀ SỬ DỤNG MƠ HÌNH ..................... 84

Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ............................................... 87
5.1

KẾT QUẢ ................................................................................................ 87
5.1.1 Kết quả xây dựng mơ hình ................................................................ 87
5.1.2 Kết quả thực nghiệm việc cân, hiển thị thông tin và phân loại ..... 88
5.1.3 Kết quả thực nghiệm việc in thông tin sản phẩm .......................... 91

5.2

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ................................................................. 93
5.2.1 Nhận xét ............................................................................................. 93
5.2.2 Đánh giá ............................................................................................. 94

Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................... 95
6.1


KẾT LUẬN ............................................................................................. 95

6.2

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................................................... 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 97
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 97


DANH MỤC HÌNH

Hình 2. 1 Các hệ thống cân sử dụng cảm biến khối lượng ..............................6
Hình 2. 2 Cấu tạo chung của một hệ thống băng tải cân định lượng ..............6
Hình 2. 3 Cấu tạo Strain gauge .......................................................................9
Hình 2. 4 Nguyên lý hoạt động của Strain gauge ..........................................10
Hình 2. 5 Mạch cầu Wheatstone sử dụng strain gauge .................................10
Hình 2. 6 Cảm biến tải trọng bị lực tác động ................................................ 11
Hình 2. 7 Giao tiếp UART ..............................................................................12
Hình 2. 8 Giao tiếp UART nối tiếp.................................................................12
Hình 2. 9 Giao tiếp UART song song.............................................................13
Hình 2. 10 Cách thức hoạt động của giao tiếp UART ...................................13
Hình 2. 11 Giao diện UART ...........................................................................15
Hình 2. 12 Hệ thống các thiết bị giao tiếp chuẩn I2C ...................................15
Hình 2. 13 Cách thức hoạt động của giao tiếp I2C .......................................17
Hình 2. 14 Hoạt động của giao tiếp RS232 ...................................................19
Hình 2. 15 Nguyên lý công nghệ in phun mực bằng nhiệt. ............................21
Hình 2. 16 Vị trí đặt điện trở trong cơng nghệ in phun bằng nhiệt ...............21
Hình 2. 17 Ứng dụng của Firebase ................................................................22

Hình 3. 1 Sơ đồ khối của hệ thống phân loại sản phẩm ................................25
Hình 3. 2 Sơ đồ kết nối khối đọc tín hiệu khối lượng với Arduino.................27
Hình 3. 3 Loadcell thanh 5kg .........................................................................28
Hình 3. 4 Sơ đồ chân loadcell thanh 5kg .......................................................29
Hình 3. 5 Module HX711 ...............................................................................29
Hình 3. 6 Sơ đồ chân kết nối loadcell với module HX711 .............................30
Hình 3. 7 Sơ đồ kết nối khối phát hiện sản phẩm với Arduino ......................31
Hình 3. 8 Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK ................................................32
Hình 3. 9 Sơ đồ chân cảm biến E18-D80NK .................................................32
Hình 3. 10 Arduino Mega 2560 ......................................................................33
Hình 3. 11 Sơ đồ chân Arduino Mega 2560 ...................................................35
Hình 3. 12 Sơ đồ nguyên lý kết nối led 7 đoạn với Arduino ..........................37


Hình 3. 13 Sơ đồ nguyên lý kết nối LCD với Arduino ...................................38
Hình 3. 14 LCD 16x2 .....................................................................................39
Hình 3. 15 Sơ đồ chân LCD 16x2 ..................................................................39
Hình 3. 16 Module giao tiếp I2C ...................................................................40
Hình 3. 17 Sơ đồ chân module I2C kết nối LCD ...........................................41
Hình 3. 18 Sơ đồ kết nối Arduino với ESP32 .................................................41
Hình 3. 19 Module ESP32..............................................................................42
Hình 3. 20 Sơ đồ chân ESP32 ........................................................................43
Hình 3. 21 Sơ đồ nguyên lý kết nối Arduino với máy in TIJ ..........................44
Hình 3. 22 Máy in TIJ ....................................................................................45
Hình 3. 23 Các cổng vào ra của máy in TIJ ..................................................47
Hình 3. 24 Sơ đồ chân cổng RS232 của máy in TIJ ......................................48
Hình 3. 25 Cài đặt thơng số cổng giao tiếp ...................................................48
Hình 3. 26 Module MAX3232 ........................................................................50
Hình 3. 27 Kết nối module MAX3232 với máy in TIJ ....................................51
Hình 3. 28 Sơ đồ nguyên lý khối động cơ ......................................................51

Hình 3. 29 Động cơ JGY370 ..........................................................................52
Hình 3. 30 Module relay ................................................................................53
Hình 3. 31 Kết nối động cơ JGY370 với module relay ..................................54
Hình 3. 32 Động cơ servo MG955 .................................................................54
Hình 3. 33 Sơ đồ mạch nguyên lý khối nguồn hệ thống ................................56
Hình 3. 34 Sơ đồ nguyên lý hệ thống .............................................................58
Hình 4. 1 Sơ đồ mạch in mạch điều khiển vẽ bằng phẩn mềm Proteus .........60
Hình 4. 2 Sơ đồ mạch in module led 7 đoạn vẽ bằng phẩn mềm Proteus .....60
Hình 4. 3 Sơ đồ bố trí linh kiện trong mạch chính .........................................61
Hình 4. 4 Sơ đồ bố trí linh kiện trong module led 7 đoạn..............................61
Hình 4. 5 Mạch điều khiển sau khi ủi mạch in lên board đồng .....................62
Hình 4. 6 Module led 7 đoạn sau khi ủi mạch in lên board đồng ..................62
Hình 4. 7 Bảng mạch điều khiển sau khi lắp linh kiện ..................................64
Hình 4. 8 Bảng mạch led 7 đoạn sau khi lắp linh kiện ..................................65
Hình 4. 9 Đóng gói bộ điều khiển ..................................................................65
Hình 4. 10 LCD và nút nhấn bên ngồi tủ điều khiển ...................................66


Hình 4. 11 Đấu dây cho tủ điều khiển ............................................................66
Hình 4. 12 Đóng gói module led 7 đoạn ........................................................67
Hình 4. 13 Lắp cảm biến loadcell vào khung băng tải ..................................67
Hình 4. 14 Lắp cảm biến E18 - D80NK vào băng tải ....................................68
Hình 4. 15 Lắp servo và máng trượt sản phẩm .............................................68
Hình 4. 16 Lắp máy in TIJ và cảm biến máy in .............................................69
Hình 4. 17 Giao diện phần mềm Arduino IDE...............................................69
Hình 4. 18 Giao diện phần mềm Visual Studio Code ....................................70
Hình 4. 19 Lưu đồ chương trình Arduino ......................................................71
Hình 4. 20 Lưu đồ chương trình con phân loại .............................................72
Hình 4. 21 Lưu đồ chương trình con hiển thị 7 đoạn ....................................73
Hình 4. 22 Lưu đồ chương trình con xuất 1 byte ...........................................74

Hình 4. 23 Lưu đồ ESP32 đẩy dữ liệu lên Firebase ......................................75
Hình 4. 24 Lưu đồ chương trình hiển thị website ..........................................76
Hình 4. 25 Lưu chương trình trong Arduino IDE ..........................................77
Hình 4. 26 Chọn board và cổng giao tiếp trong Arduino IDE .......................77
Hình 4. 27 Nạp chương trình vào board trong Arduino IDE .........................78
Hình 4. 28 Cài đặt ngơn ngữ mới trong VSCode ...........................................78
Hình 4. 29 Tạo thư mục mới ..........................................................................79
Hình 4. 30 Mở thư mục mới trong VSCode ....................................................79
Hình 4. 31 Tạo chương trình soạn thảo mới trong VSCode ..........................79
Hình 4. 32 Biên dịch và chạy chương trình trong VSCode ............................80
Hình 4. 33 Tạo dự án mới với Firebase .........................................................80
Hình 4. 34 Giao diện cơ sở dữ liệu trong Firebase .......................................81
Hình 4. 35 Thơng tin cài đặt trong Firebase..................................................81
Hình 4. 36 Liên kết ESP32 với Firebase ........................................................81
Hình 4. 37 Lựa chọn phương thức liên kết trong Firebase ............................82
Hình 4. 38 Thơng tin cấu hình Firebase với website .....................................82
Hình 4. 39 Gắn hộp mực vào đầu in của máy in TIJ .....................................83
Hình 4. 40 Màn hình chính sau khi mở khóa .................................................83
Hình 4. 41 Màn hình cài đặt thơng số in máy in TIJ .....................................84
Hình 4. 42 Kết quả hiệu chỉnh cân loadcell...................................................85


Hình 4. 43 Giao diện trang website phân loại sản phẩm ..............................85
Hình 4. 44 Nhấn ON khởi động hệ thống ......................................................86
Hình 4. 45 Nhấn RESET để thiết lập lại hệ thống .........................................86
Hình 5. 1 Mơ hình hệ thống mặt trước ..........................................................88
Hình 5. 2 Mơ hình hệ thống mặt sau ..............................................................88
Hình 5. 3 Sản phẩm có khối lượng 86gram đi qua băng chuyền...................89
Hình 5. 4 Sản phẩm có khối lượng 191gram đi qua băng chuyền.................89
Hình 5. 5 Sản phẩm có khối lượng 229gram đi qua băng chuyền.................90

Hình 5. 6 Sản phẩm có khối lượng 242gram đi qua băng chuyền.................90
Hình 5. 7 Sản phẩm có khối lượng 310gram đi qua băng chuyền.................91
Hình 5. 8 Vật mẫu có khối lượng 200gram ....................................................92
Hình 5. 9 Màn hình máy in TIJ khi nhận được dữ liệu từ Arduino................92
Hình 5. 10 Sản phẩm sau khi được in thông tin .............................................93


DANH MỤC BẢNG

Bảng 3. 1 Thông số kỹ thuật máy in TIJ ............................................................45
Bảng 3. 2 Điện áp các linh kiện trong mạch.......................................................55
Bảng 4. 1 Danh sách các linh liện, module, cảm biến sử dụng trong hệ thống..62
Bảng 5. 1 Độ chính xác của phép đo và phân loại sản phẩm theo khối lượng ...91


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADC

Analog to Digital Converter

AREF

Analog Reference

ASIC

Application-Specific Integrated Circuit

COM


Communication

CPU

Central Processing Unit

DC

Direct Current

DMA

Direct Memory Access

DPI

Dots Per Inch

EIA/TIA

Electronic Industry Association
Telecommunications Industry Association

ESC

Electronic Speed Controller

FPI


Floating-Point Instruction

FPGA

Field-Programmable Gate Array

GND

Ground

IC

Integrated Circuit

ICSP

In-Circuit Serial Programming

IDE

Integrated Development Environment

ID

Identification

I2C

Inter-Integrated Circuit


I2S

Inter-IC Sound

LCD

Liquid Crystal Display

MOSI

Master Out Slave In

NC

Normally Closed

NO

Normally Open

PCB

Printed Circuit Board

PIC

Peripheral Interface Controller

PWM


Pulse Width Modulation

RXD

Receive Data


SCL

Serial Clock

SDA

Serial Data

SPI

Serial Peripheral Interface

STX

Start of Text

TIJ

Thin Joint Interface

TXD

Transmit Data


UART

Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

VOM

Volt-Ohm Meter

XTAL

Crystal


TĨM TẮT
Đề tài “Thiết kế và thi cơng hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng”
là một hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên khối lượng của chúng, sản phẩm đạt
ngưỡng cho phép sẽ là sản phẩm đạt và ngược lại sẽ là sản phẩm loại. Hệ thống này
giúp tăng hiệu suất và độ chính xác trong quá trình phân loại sản phẩm so với phương
pháp thủ cơng truyền thống. Dựa trên phần mềm Arduino IDE và vi điều khiển
Arduino để xử lý yêu cầu đề tài. Kết quả của việc phân loại được hiển thị trực quan
và đa dạng các phương thức khác nhau như led 7 đoạn, LCD, website.
Tóm lại, thiết kế và thi cơng hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng là
một giải pháp tự động hữu ích trong q trình sản xuất. Nó cung cấp sự chính xác,
tăng năng suất và giảm thiểu sai sót, đồng thời tăng tính linh hoạt trong tổ chứ sản
xuất và quản lý.


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, trong các nhà máy xí nghiệp thực phẩm việc sản xuất ra khối lượng

sản phẩm lớn thì nhu cầu cân khối lượng sản phẩm trước khi đóng gói là cơng đoạn
quan trọng vì nó đảm bảo đáp ứng đủ số lượng sản phẩm và lợi nhuận của doanh
nghiệp. Để đáp ứng nhu cầu này, trên thị trường đã có những sản phẩm cân tự động
đáp ứng được độ chính xác, ổn định và độ bền cao.
Đất nước bước sang nền cơng nghiệp tự động hóa thì càng có nhiều nhà máy
áp dụng dây chuyền sản xuất tự động cho doanh nghiệp trong khâu đóng gói, cân tải.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các dòng vi điều khiển và sự đa dạng trong việc
lựa chọn cảm biến hay việc xử lý thông tin, truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị đã làm
cho hệ thống tự động ngày càng trở nên dễ dàng thiết kế và thuận tiện lắp đặt hơn.
Thực tế đã có rất nhiều nghiên cứu về chủ đề này, cụ thể là những Đồ án tốt
nghiệp (ĐATN), Đồ án môn học (ĐAMH) được thực hiện bởi các bạn sinh viên như
đề tài ĐAMH Vi điều khiển: “Thiết kế hiển thị mơ hình cân điện tử từ 0kg đến 2kg
hiển thị bằng LCD” [1] được thực hiện bởi sinh viên Trương Mạnh Duy. Đồ án này sử
dụng vi điều khiển PIC để xử lý tín hiệu analog từ cảm biến khối lượng và kết quả
đạt được sẽ hiển thị lên màn hình LCD. Đề tài này chỉ phục vụ mục đích nghiên cứu
để từ đó có thể phát triển hơn, áp dụng được vào trong cuộc sống và sản xuất. Tiếp
đến là ĐATN: “Xây dựng và thiết kế hệ thống cân định lượng và đóng bao tự động”
[2]

của bạn Phạm Văn Cường năm 2017, đề tài này sử dụng PLC Siemens kết hợp

cùng cảm biến loadcell để cân khối lượng sau đó đóng gói tự động. Có thể thấy đây
là một nghiên cứu rất hay và có tính ứng dụng cao trong hệ thống sản suất cơng
nghiệp.

Từ thực trạng của nền công nghiệp sản xuất hiện nay và sự tìm hiểu quan sát
trong thực tế, nhóm xin được thực hiện đề tài: “Thiết kế và thi công hệ thống phân
loại sản phẩm theo khối lượng” hệ thống sẽ có chức năng phân loại sản phẩm theo
khối lượng định trước và thông tin về sản phẩm như khối lượng, ngày sản xuất, hạn

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
sử dụng sẽ được in trực tiếp lên sản phẩm. Ngoài ra số sản phẩm đạt hay không đạt
yêu cầu sẽ được phân loại và thể hiện lên led 7 đoạn và website.

1.2

MỤC TIÊU
Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng trên băng

tải. Arduino xử lý được tín hiệu analog từ cảm biến khối lượng loadcell sau đó gửi
thơng tin đến máy in công nghiệp TIJ thông qua chuẩn giao tiếp RS232. Phân loại
những sản phẩm đạt và không đạt yêu cầu. Sản phẩm đạt chuẩn yêu cầu sẽ được in
thông tin lên bề mặt sản phẩm, còn những sản phẩm khơng đạt sẽ được phân loại ra.
Ngồi việc hiển thị thông tin về khối lượng sản phẩm trực tiếp tại dây chuyền thì
thơng tin về số lượng sản phẩm đạt hoặc không đạt sẽ được thể hiện trên led 7 đoạn
và website.

1.3

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế và thi công

hệ thống phân loại phân loại sản phẩm theo khối lượng”, nhóm chúng tơi sẽ tập
trung giải quyết và hồn thành được những nội dung sau:
• Nội dung 1: Làm quen với Arduino Mega 2560.
• Nội dung 2: Tìm hiểu về loadcell và thiết kế băng tải chứa loadcell.
• Nội dung 3: Xử lý tín hiệu analog từ loadcell.
• Nội dung 4: Lập trình Arduino phân loại sản phẩm theo khối lượng.
• Nội dung 5: Thực hiện giao tiếp giữa Arduino với máy in TIJ.
• Nội dung 6: Xây dựng hệ thống hiển thị thông tin sản phân được phân loại lên
website.
• Nội dung 7: Khảo sát và điều chỉnh hệ thống.
• Nội dung 8: Viết báo cáo thực hiện.
• Nội dung 9: Bảo vệ đồ án.

1.4

GIỚI HẠN
Các thông số giới hạn của đề tài bao gồm:

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
• Đề tài sử dụng Arduino Mega 2560, module ESP32, máy in TIJ, cảm biến,
relay và các module hiển thị như LCD, led 7 đoạn.
• Khối lượng sản phẩm chỉ cân được từ: 0gram – 300gram.
• Trong một phút chỉ cân được 2 sản phẩm, mỗi lượt cân cách nhau 20 giây.

• Sử dụng 2 băng tải có chiều rộng băng tải là 10cm.
• Sử dụng chuẩn giao tiếp UART, I2C và giao tiếp RS232.
• Nội dung in trên sản phẩm: khối lượng sản phẩm đạt và thơng tin ngày sản
xuất, hạn sử dụng.
• Nội dung hiển thị trên website là số lượng sản phẩm đạt và khơng đạt u cầu
về khối lượng.

1.5

BỐ CỤC
• Chương 1: Tổng Quan
Chương này trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các
giới hạn và bố cục đồ án.
• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Chương này trình bày về tổng quan về hệ thống cân định lượng, giới thiệu về
băng tải cân định lượng, phương pháp đo khối lượng sử dụng Strain Gauge,
giới thiệu về công nghệ in phun nhiệt, nền tảng Firebase và các chuẩn giao tiếp
UART, I2C, RS232.
• Chương 3: Tính Tốn và Thiết Kế
Chương này sẽ thiết kế sơ đồ khối của toàn hệ thống và tiến hành tính tốn,
thiết kế từng khối nhỏ để có thể hình thành một hệ thống tổng quan.
• Chương 4: Thi Cơng Hệ Thống
Trong chương này sẽ trình bày q trình thi cơng, thực hiện hệ thống và lưu
đồ giải thuật chương trình điều khiển cho đề tài.
• Chương 5: Kết Quả_Nhận Xét_Đánh Giá
Chương này trình bày kết quả của q trình phân tích, đánh giá, nêu ra nhận
xét và hạn chế trong đề tài.
• Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Tổng kết lại đề tài đã đạt được những gì và chưa được những gì, so với mục
tiêu đặt ra ban đầu thì đề tài đã hồn thành được bao nhiêu phần trăm và nêu


BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
ra những hướng phát triển cho đề tài.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG

2.1.1 Các hệ thống cân định lượng hiện nay
Việc đo lường và kiểm sốt khối lượng trong nhà máy và xí nghiệp ln là một
bước quan trọng trong quá trình sản xuất. Việc đo lường chính xác sẽ giúp cho các
nhà máy hoạt động một cách liên tục và hiệu quả hơn, đồng thời tạo ra các sản phẩm
tốt hơn. Trước đây, để định lượng nguyên vật liệu trong các bồn chứa và phễu chứa
trong quá trình sản xuất, người ta thường sử dụng các phương pháp đo lường bằng
thể tích, đo mức, đo bằng lưu lượng hoặc đo cơ học. Tuy nhiên, các phương pháp này
thường rất cồng kềnh và độ chính xác không cao.
Hiện nay, các hệ thống sản xuất hiện đại địi hỏi độ chính xác và năng suất cao,

cùng với khả năng kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống. Để đáp ứng nhu cầu
này, các hệ thống cân điện tử đo lường đã được phát triển, sử dụng các cảm biến khối
lượng để đo lường chính xác các khối lượng trong quá trình sản xuất. Sử dụng các hệ
thống cân điện tử giúp tiết kiệm chi phí tiêu hao nguyên liệu, tăng năng suất và quản
lý được chi phí sản xuất.
Các hệ thống đo lường sử dụng cảm biến khối lượng thường được áp dụng
trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm các loại cân như cân bồn, cân
phễu, cân băng tải, cân dạng cơ và nhiều loại khác [3] như hình 2.1. Mỗi loại cân có
ứng dụng riêng biệt và được sử dụng dựa trên nhu cầu đo lường cụ thể của từng quá
trình sản xuất.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2. 1 Các hệ thống cân sử dụng cảm biến khối lượng

2.1.2 Băng tải cân định lượng
2.1.2.1 Cấu tạo
Băng tải cân định lượng là một thiết bị chuyên dụng được thiết kế để đo lượng
khối lượng của vật phẩm khi chúng di chuyển qua băng tải. Thiết bị này có cấu tạo
đơn giản như hình 2.2, với các thành phần chính là băng tải, cảm biến tải trọng, khung
cân, bộ điều khiển và xử lý, thiết bị hiển thị và thiết bị điều khiển [4].

Hình 2. 2 Cấu tạo chung của một hệ thống băng tải cân định lượng
Băng tải:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


6