TIVA เครื่องคัดเเยกสีตามสายพานลำเลียงควบคุม: 8 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

สาขาอิเล็กทรอนิกส์มีการใช้งานมากมาย ทุกแอพพลิเคชั่นต้องการวงจรและซอฟต์แวร์ที่แตกต่างกัน รวมถึงการกำหนดค่าฮาร์ดแวร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นโมเดลแบบบูรณาการที่ฝังอยู่ในชิปซึ่งแอปพลิเคชันต่างๆ สามารถทำงานได้ภายในชิปตัวเดียว โครงการของเราใช้โปรเซสเซอร์ ARM ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในฮาร์ดแวร์ของสมาร์ทโฟน จุดประสงค์พื้นฐานในการออกแบบเครื่องคัดเเยกสีเนื่องจากมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ในการคัดแยกข้าว การเชื่อมต่อของเซ็นเซอร์สี TCS3200, เซ็นเซอร์ตรวจจับสิ่งกีดขวาง, รีเลย์, สายพานลำเลียง และไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้ ARM ซีรีส์ TIVA C เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้โครงการนี้มีเอกลักษณ์และยอดเยี่ยม โปรเจ็กต์นี้ทำงานในลักษณะที่วางวัตถุไว้บนสายพานลำเลียงที่วิ่งอยู่ซึ่งจะหยุดหลังจากผ่านจากเซ็นเซอร์สิ่งกีดขวาง จุดประสงค์ในการหยุดสายพานคือเพื่อให้เวลากับเซ็นเซอร์สีเพื่อตัดสินสีของสายพาน หลังจากตัดสินสีแล้ว แขนสีตามลำดับจะหมุนในมุมเฉพาะและอนุญาตให้วัตถุตกในถังสีตามลำดับ

ขั้นตอนที่ 1: บทนำ

โครงการของเราประกอบด้วยการผสมผสานที่ยอดเยี่ยมของการประกอบฮาร์ดแวร์และการกำหนดค่าซอฟต์แวร์ ความต้องการความคิดนี้ที่คุณต้องแยกวัตถุในอุตสาหกรรม เครื่องคัดเเยกสีที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ได้รับการออกแบบและผลิตขึ้นสำหรับหลักสูตรระบบประมวลผลไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งได้รับการสอนในภาคเรียนที่สี่ของภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าของมหาวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยี การกำหนดค่าซอฟต์แวร์ใช้เพื่อตรวจจับสีหลักสามสี ซึ่งคั่นด้วยแขนที่เชื่อมต่อกับเซอร์โวมอเตอร์บนเครื่องสายพานลำเลียง

ขั้นตอนที่ 2: ฮาร์ดแวร์

ส่วนประกอบที่ใช้ในการสร้างโปรเจ็กต์พร้อมคำอธิบายสั้น ๆ มีดังต่อไปนี้

a) ไมโครคอนโทรลเลอร์ TM4C1233H6PM ที่ใช้โปรเซสเซอร์ ARM ซีรีส์ TIVA C

b) เซ็นเซอร์ตรวจจับสิ่งกีดขวางอินฟราเรด IR

c) TCS3200 เซ็นเซอร์สี

ง) รีเลย์ (30V / 10A)

จ) มอเตอร์เกียร์ (12V, 1A)

f) สายพานลำเลียง H-52

g) เส้นผ่านศูนย์กลางเกียร์ 56.25 มม.

h) เซอร์โวมอเตอร์

ขั้นตอนที่ 3: รายละเอียดส่วนประกอบ

ต่อไปนี้เป็นรายละเอียดโดยย่อของส่วนประกอบหลัก:

1) TM4C1233H6PM ไมโครคอนโทรลเลอร์:

เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้โปรเซสเซอร์ ARM ซึ่งใช้ในโปรเจ็กต์นี้ ประโยชน์ของการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์นี้ทำให้คุณสามารถกำหนดค่าพินแยกกันตามงาน นอกจากนี้ยังช่วยให้คุณเข้าใจการทำงานของโค้ดในเชิงลึกอีกด้วย เราใช้การเขียนโปรแกรมแบบ Interrupt ในโครงการของเราเพื่อให้มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้มากขึ้น ตระกูลไมโครคอนโทรลเลอร์ Stellaris® ของ Texas Instrument ช่วยให้นักออกแบบมีสถาปัตยกรรมที่ใช้ ARM® Cortex™-M ที่มีประสิทธิภาพสูง พร้อมด้วยความสามารถในการผสานรวมที่หลากหลายและระบบนิเวศที่แข็งแกร่งของซอฟต์แวร์และเครื่องมือในการพัฒนา

กำหนดเป้าหมายประสิทธิภาพและความยืดหยุ่น สถาปัตยกรรม Stellaris นำเสนอ CortexM 80 MHz พร้อม FPU หน่วยความจำในตัวที่หลากหลาย และ GPIO ที่ตั้งโปรแกรมได้หลายตัว อุปกรณ์ Stellaris นำเสนอโซลูชันที่คุ้มค่าแก่ผู้บริโภคโดยการรวมอุปกรณ์ต่อพ่วงเฉพาะแอปพลิเคชันและจัดหาคลังเครื่องมือซอฟต์แวร์ที่ครอบคลุมซึ่งช่วยลดต้นทุนของบอร์ดและรอบเวลาการออกแบบ ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล Stellaris นำเสนอผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดได้เร็วขึ้นและประหยัดค่าใช้จ่าย เป็นตัวเลือกชั้นนำในแอพพลิเคชั่น 32 บิตประสิทธิภาพสูง

2) เซ็นเซอร์ตรวจจับสิ่งกีดขวางอินฟราเรด IR:

เราได้ใช้เซ็นเซอร์สิ่งกีดขวางอินฟราเรด IR ในโครงการของเรา ซึ่งตรวจจับสิ่งกีดขวางโดยเปิดไฟ LED ระยะห่างจากสิ่งกีดขวางสามารถปรับได้ด้วยตัวต้านทานปรับค่าได้ ไฟ LED จะเปิดขึ้นในการตอบสนองของตัวรับสัญญาณ IR แรงดันใช้งานคือ 3 - 5V DC และประเภทเอาต์พุตคือสวิตช์ดิจิตอล ขนาดกระดาน 3.2 x 1.4 ซม. ตัวรับสัญญาณ IR ที่รับสัญญาณที่ส่งโดยตัวปล่อยอินฟราเรด

3) TCS3200 เซ็นเซอร์สี:

TCS3200 เป็นตัวแปลงแสงเป็นความถี่สีที่ตั้งโปรแกรมได้ ซึ่งรวมโฟโตไดโอดซิลิคอนที่กำหนดค่าได้และตัวแปลงกระแสเป็นความถี่บนวงจรรวม CMOS แบบเสาหินเดียว เอาต์พุตเป็นคลื่นสี่เหลี่ยม (รอบการทำงาน 50%) โดยมีความถี่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มของแสง (การฉายรังสี) หนึ่งในสามค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าผ่านพินอินพุตควบคุมสองตัวสามารถปรับขนาดความถี่เอาต์พุตเต็มสเกลได้ อินพุตดิจิตอลและเอาต์พุตดิจิตอลช่วยให้สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับไมโครคอนโทรลเลอร์หรือวงจรลอจิกอื่นๆ การเปิดใช้งานเอาต์พุต (OE) จะวางเอาต์พุตในสถานะอิมพีแดนซ์สูงสำหรับการแชร์หลายหน่วยของสายอินพุตไมโครคอนโทรลเลอร์ ใน TCS3200 ตัวแปลงแสงเป็นความถี่จะอ่านโฟโตไดโอดขนาด 8 × 8 โฟโตไดโอดสิบหกตัวมีฟิลเตอร์สีน้ำเงิน โฟโตไดโอด 16 ตัวมีฟิลเตอร์สีเขียว โฟโตไดโอด 16 ตัวมีฟิลเตอร์สีแดง และโฟโตไดโอด 16 ตัวนั้นใสโดยไม่มีฟิลเตอร์ ใน TCS3210 ตัวแปลงแสงเป็นความถี่จะอ่านโฟโตไดโอดขนาด 4 × 6

โฟโตไดโอดหกตัวมีฟิลเตอร์สีน้ำเงิน โฟโตไดโอด 6 ตัวมีฟิลเตอร์สีเขียว โฟโตไดโอด 6 ตัวมีฟิลเตอร์สีแดง และโฟโตไดโอด 6 ตัวนั้นใสโดยไม่มีฟิลเตอร์ โฟโตไดโอดสี่ประเภท (สี) ถูกอินเตอร์ดิจิตัลเพื่อลดผลกระทบของการฉายรังสีที่ไม่สม่ำเสมอ โฟโตไดโอดที่มีสีเดียวกันทั้งหมดเชื่อมต่อแบบขนาน พิน S2 และ S3 ใช้เพื่อเลือกโฟโตไดโอดกลุ่มใด (แดง เขียว น้ำเงิน ใส) ที่ทำงานอยู่ โฟโตไดโอดมีขนาด110μm×110μmและอยู่ตรงกลาง134μm

4) รีเลย์:

รีเลย์ถูกใช้เพื่อการใช้งานบอร์ด TIVA อย่างปลอดภัย สาเหตุที่ใช้รีเลย์เพราะเราใช้มอเตอร์ 1A, 12V ขับเกียร์ของสายพานลำเลียง โดยที่บอร์ด TIVA ให้กระแสไฟตรง 3.3V เท่านั้น เพื่อให้ได้มาซึ่งระบบวงจรภายนอก จำเป็นต้องใช้รีเลย์

5) สายพานลำเลียงแบบ 52-H:

สายพานไทม์มิ่งประเภท 52-H ใช้สำหรับทำสายพานลำเลียง มันถูกรีดบนสองเกียร์ของเทฟลอน

6) เฟืองขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 59.25 มม.:

เกียร์เหล่านี้ใช้เพื่อขับเคลื่อนสายพานลำเลียง เกียร์ทำจากวัสดุเทฟลอน จำนวนฟันเฟืองทั้งสองคือ 20 ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดของสายพานลำเลียง

ขั้นตอนที่ 4: ระเบียบวิธี

]วิธีการที่ใช้ในโครงการของเราค่อนข้างง่าย การเขียนโปรแกรมแบบอินเตอร์รัปต์จะใช้ในพื้นที่การเข้ารหัส วัตถุจะถูกวางบนสายพานลำเลียงที่กำลังวิ่ง เซ็นเซอร์สิ่งกีดขวางติดอยู่กับเซ็นเซอร์สี เมื่อวัตถุเข้ามาใกล้เซ็นเซอร์สี

เซ็นเซอร์สิ่งกีดขวางจะสร้างอินเตอร์รัปต์ที่อนุญาตให้ส่งสัญญาณไปยังอาเรย์ ซึ่งจะหยุดมอเตอร์โดยการปิดวงจรภายนอก ซอฟต์แวร์จะให้เวลาเซ็นเซอร์สีเพื่อตัดสินสีโดยการคำนวณความถี่ ตัวอย่างเช่น วางวัตถุสีแดงและตรวจพบความถี่

เซอร์โวมอเตอร์ที่ใช้แยกวัตถุสีแดงจะหมุนในมุมที่กำหนดและทำหน้าที่เหมือนแขน ซึ่งทำให้วัตถุตกลงไปในถังสีตามลำดับ ในทำนองเดียวกัน หากใช้สีต่างกัน เซอร์โวมอเตอร์ตามสีของวัตถุจะหมุน จากนั้นวัตถุจะตกลงไปในถังตามลำดับ หลีกเลี่ยงการขัดจังหวะแบบโพลเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของโค้ดและฮาร์ดแวร์ของโปรเจ็กต์ ในเซ็นเซอร์สี ความถี่ของวัตถุที่ระยะทางที่กำหนดจะถูกคำนวณและป้อนลงในโค้ด แทนที่จะเปิดและตรวจสอบตัวกรองทั้งหมดเพื่อความง่าย

ความเร็วของสายพานลำเลียงถูกเก็บไว้อย่างช้าๆ เนื่องจากจำเป็นต้องมีการสังเกตที่ชัดเจนเพื่อให้เห็นภาพการทำงาน รอบต่อนาทีปัจจุบันของมอเตอร์ที่ใช้คือ 40 โดยไม่มีโมเมนต์ความเฉื่อย อย่างไรก็ตามหลังจากใส่เกียร์และสายพานลำเลียงแล้ว เนื่องจากโมเมนต์ความเฉื่อยเพิ่มขึ้น การหมุนจึงน้อยกว่ารอบต่อนาทีปกติของมอเตอร์ รอบต่อนาทีลดลงจาก 40 เป็น 2 หลังจากใส่เกียร์และสายพานลำเลียง การปรับความกว้างพัลส์ใช้เพื่อขับเคลื่อนเซอร์โวมอเตอร์ นอกจากนี้ยังมีการแนะนำตัวจับเวลาเพื่อเรียกใช้โครงการ

รีเลย์เชื่อมต่อกับวงจรภายนอกเช่นเดียวกับเซ็นเซอร์สิ่งกีดขวางเช่นกัน แม้ว่าจะสามารถพบเห็นการผสมผสานที่ยอดเยี่ยมของฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ได้ในโครงการนี้

ขั้นตอนที่ 5: รหัส

รหัสได้รับการพัฒนาใน KEIL UVISION 4

รหัสนั้นง่ายและชัดเจน มีอะไรสอบถามเกี่ยวกับโค้ดได้เลย

รวมไฟล์เริ่มต้นไว้ด้วย

ขั้นตอนที่ 6: ความท้าทายและปัญหา

ฮาร์ดแวร์:

ปัญหาหลายอย่างเกิดขึ้นระหว่างการทำโครงการ ทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์มีความซับซ้อนและจัดการได้ยาก ปัญหาอยู่ที่การออกแบบสายพานลำเลียง ประการแรกเราได้ออกแบบสายพานลำเลียงของเราด้วยท่อยางรถจักรยานยนต์แบบเรียบง่ายที่มี 4 ล้อ (ล้อ 2 ล้อถูกยึดเข้าด้วยกันเพื่อเพิ่มความกว้าง) แต่ความคิดนี้ล้มเหลวเพราะไม่ได้ดำเนินการ หลังจากนั้น ก็เริ่มทำสายพานลำเลียงแบบสายพานไทม์มิ่งและเฟืองเกียร์ ปัจจัยด้านต้นทุนอยู่ในจุดสูงสุดในโครงการ เนื่องจากการออกแบบกลไกของส่วนประกอบและการเตรียมการต้องใช้เวลาและทำงานหนักด้วยความแม่นยำสูง ยังคงมีปัญหาอยู่เพราะเราไม่ทราบว่ามีการใช้มอเตอร์เพียงตัวเดียวซึ่งเรียกว่าเฟืองขับ และเกียร์อื่นๆ ทั้งหมดเรียกว่าเฟืองขับ นอกจากนี้ ควรใช้มอเตอร์ทรงพลังที่มี RPM น้อย ซึ่งสามารถขับเคลื่อนสายพานลำเลียงได้ หลังจากแก้ไขปัญหาเหล่านี้แล้ว ฮาร์ดแวร์ทำงานได้อย่างสมบูรณ์

ซอฟต์แวร์ข:

ยังมีความท้าทายที่ต้องเผชิญในส่วนของซอฟต์แวร์ เวลาที่เซอร์โวมอเตอร์จะหมุนและย้อนกลับสำหรับวัตถุนั้นเป็นส่วนสำคัญ การเขียนโปรแกรมแบบอินเตอร์รัปต์ใช้เวลามากในการดีบักและเชื่อมต่อกับฮาร์ดแวร์ มี 3 พินน้อยกว่าในบอร์ด TIVA ของเรา เราต้องการใช้พินที่แตกต่างกันสำหรับเซอร์โวมอเตอร์ทุกตัว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากพินน้อยกว่า เราจึงต้องใช้การกำหนดค่าเดียวกันสำหรับเซอร์โวมอเตอร์สองตัว ตัวอย่างเช่น ตัวจับเวลา 1A และตัวจับเวลา 1B ถูกกำหนดค่าสำหรับเซอร์โวมอเตอร์สีเขียวและสีแดง และตัวจับเวลา 2A ถูกกำหนดให้เป็นสีน้ำเงิน ดังนั้นเมื่อเราคอมไพล์โค้ด มอเตอร์ทั้งสีเขียวและสีแดงหมุน ปัญหาอีกประการหนึ่งเกิดขึ้นเมื่อเราต้องกำหนดค่าเซ็นเซอร์สี เนื่องจากเรากำหนดค่าเซ็นเซอร์สีตามความถี่แทนที่จะใช้สวิตช์และตรวจสอบแต่ละสีทีละสี ความถี่ของสีต่างๆ คำนวณโดยใช้ออสซิลโลสโคปที่ระยะห่างที่เหมาะสม จากนั้นจึงบันทึกเพื่อนำไปใช้ในโค้ดในภายหลัง สิ่งที่ท้าทายที่สุดคือการรวบรวมรหัส PAGE 6 ทั้งหมดไว้ในที่เดียว มันนำไปสู่ข้อผิดพลาดมากมายและต้องมีการดีบักจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม เราประสบความสำเร็จในการกำจัดจุดบกพร่องต่างๆ ให้ได้มากที่สุด

ขั้นตอนที่ 7: บทสรุปและโครงการวิดีโอ

ในที่สุด เราก็บรรลุเป้าหมายและประสบความสำเร็จในการสร้างเครื่องคัดเเยกสีฐานสายพานลำเลียง

หลังจากเปลี่ยนพารามิเตอร์ของฟังก์ชันหน่วงเวลาของเซอร์โวมอเตอร์เพื่อจัดระเบียบตามข้อกำหนดของฮาร์ดแวร์ มันดำเนินไปอย่างราบรื่นโดยไม่มีอุปสรรคใดๆ

วิดีโอโครงการมีอยู่ในลิงค์

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

ขั้นตอนที่ 8: ขอขอบคุณเป็นพิเศษ

ขอขอบคุณเป็นพิเศษกับ Ahmad Khalid สำหรับการแบ่งปันโครงการและสนับสนุนสาเหตุ

หวังว่าคุณจะชอบอันนี้เช่นกัน

BR

ตาฮีร์ อุลฮัก

UET LHR PK