Kontrolowany przez TIVA sortownik kolorów oparty na przenośniku taśmowym: 8 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Dziedzina elektroniki ma szerokie zastosowanie. Każda aplikacja wymaga innego obwodu i innego oprogramowania oraz konfiguracji sprzętowej. Mikrokontroler to zintegrowany model wbudowany w chip, w którym różne aplikacje mogą być uruchamiane w jednym chipie. Nasz projekt opiera się na procesorze ARM, który jest szeroko stosowany w sprzęcie smartfonów. Podstawowym celem projektowania sortownika kolorów, ponieważ ma on szerokie zastosowanie w branżach m.in. w sortowaniu ryżu. Połączenie czujnika koloru TCS3200, czujnika przeszkód, przekaźników, przenośnika taśmowego i mikrokontrolera opartego na ARM serii TIVA C jest kluczowym czynnikiem, który czyni ten projekt wyjątkowym i doskonałym. Projekt działa w taki sposób, aby obiekt znajdował się na bieżni taśmociągu, który zatrzymywany jest po przejściu od czujnika przeszkód. Celem zatrzymania taśmy jest danie czasu czujnikowi koloru na ocenę jego koloru. Po ocenie koloru, odpowiednie ramię kolorów obróci się pod określonym kątem i pozwoli obiektowi wpaść do odpowiedniego wiadra kolorów

Krok 1: Wprowadzenie

Nasz projekt to doskonałe połączenie montażu sprzętu i konfiguracji oprogramowania. Potrzeba tego pomysłu, w którym trzeba oddzielić obiekty w branżach. Sorter kolorów oparty na mikrokontrolerze został zaprojektowany i wykonany na potrzeby przedmiotu System przetwarzania mikrokontrolerów, który jest prowadzony w czwartym semestrze Wydziału Elektrotechniki Akademii Inżynieryjno-Technicznej. Konfiguracja oprogramowania służy do wykrywania trzech kolorów podstawowych. Które są oddzielone ramieniem połączonym z serwomotorami na maszynie przenośnika.

Krok 2: Sprzęt

Komponenty, które są wykorzystywane przy tworzeniu projektów wraz z ich krótkim opisem, są podane poniżej

a) Mikrokontroler TIVA C serii TM4C1233H6PM oparty na procesorze ARM

b) Czujnik przeszkód na podczerwień IR

c) Czujnik koloru TCS3200

d) Przekaźniki (30V/10A)

e) Motoreduktor (12V, 1A)

f) Przenośnik taśmowy H-52

g) koło zębate o średnicy 56,25 mm

h) serwosilniki

Krok 3: Szczegóły komponentów

Poniżej znajduje się krótki szczegół głównych komponentów:

1) Mikrokontroler TM4C1233H6PM:

Jest to mikrokontroler oparty na procesorze ARM, który został wykorzystany w tym projekcie. Zaletą korzystania z tego mikrokontrolera jest to, że pozwala on skonfigurować pin osobno w zależności od zadania. Ponadto pozwala dogłębnie zrozumieć działanie kodu. W naszym projekcie wykorzystaliśmy programowanie oparte na przerwaniach, aby uczynić go bardziej wydajnym i niezawodnym. Rodzina mikrokontrolerów Stellaris® firmy Texas Instrument zapewnia projektantom wydajną architekturę opartą na ARM® Cortex™-M z szerokim zestawem możliwości integracji oraz silnym ekosystemem oprogramowania i narzędzi programistycznych.

Ukierunkowana na wydajność i elastyczność architektura Stellaris oferuje 80 MHz CortexM z FPU, różnorodne zintegrowane pamięci i wiele programowalnych GPIO. Urządzenia Stellaris oferują konsumentom atrakcyjne, ekonomiczne rozwiązania, integrując urządzenia peryferyjne specyficzne dla aplikacji i dostarczając obszerną bibliotekę narzędzi programowych, które minimalizują koszty płyt i czas cyklu projektowania. Oferując szybszy czas wprowadzenia produktu na rynek i oszczędność kosztów, rodzina mikrokontrolerów Stellaris to wiodący wybór w wysokowydajnych aplikacjach 32-bitowych.

2) Czujnik przeszkód na podczerwień IR:

W naszym projekcie zastosowaliśmy czujnik przeszkód na podczerwień IR, który wykrywa przeszkody poprzez włączenie diody LED. Odległość od przeszkody można regulować za pomocą rezystora zmiennego. Dioda zasilania zaświeci się w odpowiedzi odbiornika podczerwieni. Napięcie robocze wynosi 3 – 5 V DC, a typ wyjścia to przełączanie cyfrowe. Wymiary planszy to 3,2 x 1,4 cm. Odbiornik IR odbierający sygnał transmitowany przez nadajnik podczerwieni.

3) Czujnik koloru TCS3200:

TCS3200 to programowalne kolorowe konwertery światła na częstotliwość, które łączą konfigurowalne fotodiody krzemowe i konwerter prądu na częstotliwość w jednym monolitycznym układzie scalonym CMOS. Sygnał wyjściowy to fala prostokątna (50% cyklu pracy) o częstotliwości wprost proporcjonalnej do natężenia światła (irradiancji). Jedna z trzech wstępnie ustawionych wartości za pośrednictwem dwóch pinów wejścia sterującego może skalować częstotliwość wyjściową w pełnej skali. Wejścia cyfrowe i wyjście cyfrowe umożliwiają bezpośredni interfejs do mikrokontrolera lub innych obwodów logicznych. Output enable (OE) ustawia wyjście w stan wysokiej impedancji w celu współdzielenia wielu jednostek linii wejściowej mikrokontrolera. W TCS3200 konwerter światła na częstotliwość odczytuje tablicę fotodiod 8 × 8. Szesnaście fotodiod ma filtry niebieskie, 16 fotodiod ma filtry zielone, 16 fotodiod ma filtry czerwone, a 16 fotodiod jest czystych bez filtrów. W TCS3210 konwerter światła na częstotliwość odczytuje tablicę fotodiod 4 × 6.

Sześć fotodiod ma niebieskie filtry, 6 fotodiod ma zielone filtry, 6 fotodiod ma czerwone filtry, a 6 fotodiod jest przezroczystych bez filtrów. Cztery typy (kolory) fotodiod są ułożone naprzemiennie, aby zminimalizować efekt niejednorodności padającego napromieniowania. Wszystkie fotodiody tego samego koloru są połączone równolegle. Piny S2 i S3 służą do wyboru, która grupa fotodiod (czerwona, zielona, niebieska, przezroczysta) jest aktywna. Fotodiody mają wymiary 110 μm × 110 μm i są rozmieszczone w rozstawie 134 μm.

4) Przekaźniki:

Do bezpiecznego użytkowania płyty TIVA zastosowano przekaźniki. Powodem zastosowania przekaźników jest to, że do napędu kół zębatych przenośnika taśmowego użyliśmy silnika 1A, 12V, gdzie płyta TIVA podaje tylko 3,3V DC. Aby wyprowadzić układ obwodów zewnętrznych, konieczne jest użycie przekaźników.

5) Przenośnik taśmowy 52-H:

Do wykonania przenośnika używany jest pasek rozrządu typu 52-H. Jest nawinięty na dwa teflonowe koła zębate.

6) koła zębate o średnicy 59,25 mm:

Te koła zębate służą do napędzania przenośnika taśmowego. Koła zębate wykonane są z materiału teflonowego. Liczba zębów na obu kołach zębatych wynosi 20, co jest zgodne z wymaganiami przenośnika taśmowego.

Krok 4: Metodologia

]Metodyka zastosowana w naszym projekcie jest dość prosta. W obszarze kodowania stosuje się programowanie oparte na przerwaniach. Przedmiot zostanie umieszczony na uruchomionym przenośniku taśmowym. Czujnik przeszkód jest połączony z czujnikiem koloru. Gdy obiekt zbliża się do czujnika koloru.

Czujnik przeszkody wygeneruje przerwanie umożliwiające przekazanie sygnału do tablicy, która zatrzyma silnik poprzez wyłączenie obwodu zewnętrznego. Oprogramowanie da czujnikowi koloru czas na ocenę koloru poprzez obliczenie jego częstotliwości. Na przykład umieszczany jest czerwony obiekt i wykrywana jest jego częstotliwość.

Serwomotor służący do oddzielania czerwonych obiektów będzie się obracał pod określonym kątem i działał jak ramię. Co pozwala obiektowi wpaść do odpowiedniego wiadra kolorów. Podobnie, jeśli używany jest inny kolor, serwomotor zgodnie z kolorem obiektu obróci się, a następnie obiekt spadnie do odpowiedniego wiadra. Unika się przerwań opartych na odpytywaniu, aby zwiększyć wydajność kodu, jak również sprzętu projektu. W czujniku koloru częstotliwość obiektu w określonej odległości jest obliczana i wprowadzana do kodu zamiast włączania i sprawdzania wszystkich filtrów dla ułatwienia.

Prędkość taśmy przenośnika jest utrzymywana na niskim poziomie, ponieważ potrzebna jest wyraźna obserwacja, aby zwizualizować pracę. Aktualna prędkość obrotowa zastosowanego silnika wynosi 40 bez żadnego momentu bezwładności. Jednak po założeniu kół zębatych i przenośnika taśmowego. Ze względu na wzrost momentu bezwładności obroty stają się mniejsze niż zwykłe obroty silnika. Prędkość obrotowa została zmniejszona z 40 do 2 po założeniu kół zębatych i przenośnika taśmowego. Modulacja szerokości impulsu służy do sterowania serwomotorami. W celu uruchomienia projektu wprowadzono również timery.

Przekaźniki połączone są również z obwodem zewnętrznym oraz czujnikiem przeszkód. Chociaż w tym projekcie można zaobserwować doskonałe połączenie sprzętu i oprogramowania

Krok 5: Kod

Kod został opracowany w KEIL UVISION 4.

Kod jest prosty i przejrzysty. Nie krępuj się pytać o kod

Dołączono również plik startowy

Krok 6: Wyzwania i problemy

Sprzęt:

Podczas tworzenia projektu pojawia się kilka problemów. Zarówno sprzęt, jak i oprogramowanie są złożone i trudne w obsłudze. Problemem było zaprojektowanie przenośnika taśmowego. Po pierwsze, zaprojektowaliśmy nasz przenośnik taśmowy z prostą dętką motocyklową z 4 kołami (dwa koła są trzymane razem, aby zwiększyć szerokość). Ale ten pomysł nie powiódł się, ponieważ nie działał. Następnie przechodzimy do wykonania przenośnika taśmowego z paskiem rozrządu i zębatkami. W jego projekcie czynnik kosztów był najwyższy, ponieważ mechaniczne projektowanie komponentów i przygotowanie wymaga zarówno czasu, jak i ciężkiej pracy z dużą precyzją. Nadal występował problem, ponieważ nie zdawaliśmy sobie sprawy, że używany jest tylko jeden silnik, który jest nazywany kołem napędowym, a wszystkie inne koła zębate są nazywane kołami zębatymi napędzanymi. Należy również zastosować mocny silnik o mniejszej liczbie obrotów na minutę, który może napędzać taśmę przenośnika. Po rozwiązaniu tych problemów. Sprzęt działał pomyślnie.

Oprogramowanie B:

Nie zabrakło również wyzwań związanych z częścią oprogramowania. Decydujący był czas, w którym serwomotor obracał się i wracał do konkretnego obiektu. Programowanie oparte na przerwaniach zajęło nam dużo czasu na debugowanie i łączenie ze sprzętem. W naszej płycie TIVA było o 3 piny mniej. Chcieliśmy zastosować różne piny do każdego serwomotoru. Jednak ze względu na mniejszą liczbę pinów musieliśmy zastosować tę samą konfigurację dla dwóch serwomotorów. Na przykład, Timer 1A i Timer 1B zostały skonfigurowane dla zielonego i czerwonego serwomotoru, a Timer 2A został skonfigurowany dla niebieskiego. Więc kiedy skompilowaliśmy kod. Obracał się zarówno zielony, jak i czerwony silnik. Kolejny problem pojawia się, gdy musimy skonfigurować czujnik koloru. Ponieważ konfigurowaliśmy czujnik koloru, zgodnie z częstotliwością, zamiast używać przełączników i sprawdzać każdy kolor jeden po drugim. Częstotliwości różnych kolorów zostały obliczone za pomocą oscyloskopu w odpowiedniej odległości, a następnie zarejestrowane, co jest następnie zaimplementowane w kodzie. Najtrudniejszą rzeczą jest skompilowanie PAGE 6 całego kodu w jednym. Prowadzi to do wielu błędów i wymaga dużo debugowania. Udało nam się jednak usunąć jak najwięcej błędów.

Krok 7: Podsumowanie i wideo projektu

W końcu osiągnęliśmy nasz cel i odnieśliśmy sukces, tworząc sorter kolorów baz przenośników taśmowych.

Po zmianie parametrów funkcji opóźnienia serwomotorów w celu ich uporządkowania zgodnie z wymaganiami sprzętowymi. Działała płynnie, bez żadnych przeszkód.

Film z projektu jest dostępny pod linkiem.

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

Krok 8: Specjalne podziękowania

Specjalne podziękowania dla Ahmada Khalida za udostępnienie Projektu i wsparcie sprawy

Mam nadzieję, że ten też Ci się podoba.

BR

Tahir Ul Haq

UET LHR PK