Selezionatore di colori basato su nastro trasportatore controllato da TIVA: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Il campo dell'elettronica ha una vasta applicazione. Ogni applicazione richiede un circuito diverso e una configurazione software e hardware diversa. Il microcontrollore è il modello integrato incorporato in un chip in cui è possibile eseguire diverse applicazioni all'interno di un singolo chip. Il nostro progetto si basa sul processore ARM, molto utilizzato nell'hardware degli smartphone. Lo scopo di base per progettare il selezionatore di colori perché ha un'ampia applicazione nelle industrie, ad es. nella selezione del riso. L'interfacciamento tra sensore di colore TCS3200, sensore di ostacolo, relè, nastro trasportatore e microcontrollore basato su ARM serie TIVA C è il fattore chiave per rendere questo progetto unico ed eccellente. Il progetto sta lavorando in modo tale che l'oggetto venga posizionato sul nastro trasportatore in movimento che viene fermato dopo essere passato dal sensore di ostacoli. Lo scopo di fermare la cintura è dare tempo al sensore di colore di giudicare il suo colore. Dopo aver giudicato il colore, il rispettivo braccio del colore ruoterà con un'angolazione specifica e consentirà all'oggetto di cadere nel rispettivo secchio di colore

Passaggio 1: Introduzione

Il nostro progetto consiste in un'eccellente combinazione di assemblaggio hardware e configurazione software. Un bisogno di questa idea in cui devi separare gli oggetti nelle industrie. Un selezionatore di colori basato su microcontrollore è progettato e realizzato per il corso sui sistemi di elaborazione dei microcontrollori che è stato insegnato nel quarto semestre del dipartimento di Ingegneria Elettrica dell'Università di Ingegneria e Tecnologia. La configurazione del software viene utilizzata per rilevare i tre colori primari. Che sono separati dal braccio collegato con servomotori sulla macchina trasportatrice.

Passaggio 2: hardware

Di seguito sono riportati i componenti utilizzati nella realizzazione dei progetti con la loro breve descrizione

a) Microcontrollore TIVA C serie TIVA C basato su processore ARM TM4C1233H6PM

b) IR Infrarossi Sensore di ostacolo

c) Sensore di colore TCS3200

d) Relè (30V / 10A)

e) Motoriduttore (12V, 1A)

f) Nastro trasportatore H-52

g) ingranaggio diametro 56,25 mm

h) servomotori

Passaggio 3: dettagli sui componenti

Di seguito un breve dettaglio dei componenti principali:

1) Microcontrollore TM4C1233H6PM:

È il microcontrollore basato su processore ARM, che è stato utilizzato in questo progetto. Il vantaggio dell'utilizzo di questo microcontrollore è che consente di configurare il pin separatamente in base all'attività. Inoltre, permette di comprendere a fondo il funzionamento del codice. Abbiamo utilizzato la programmazione basata su Interrupt nel nostro progetto per renderlo più efficiente e affidabile. La famiglia di microcontrollori Stellaris® di Texas Instrument fornisce ai progettisti un'architettura basata su ARM® Cortex™-M ad alte prestazioni con un'ampia gamma di funzionalità di integrazione e un forte ecosistema di software e strumenti di sviluppo.

Mirando a prestazioni e flessibilità, l'architettura Stellaris offre un CortexM da 80 MHz con FPU, una varietà di memorie integrate e più GPIO programmabili. I dispositivi Stellaris offrono ai consumatori soluzioni convenienti interessanti integrando periferiche specifiche per l'applicazione e fornendo una libreria completa di strumenti software che riducono al minimo i costi della scheda e il tempo del ciclo di progettazione. Offrendo un time-to-market più rapido e risparmi sui costi, la famiglia di microcontrollori Stellaris è la scelta principale nelle applicazioni a 32 bit ad alte prestazioni.

2) IR Infrarossi Sensore di ostacolo:

Nel nostro progetto abbiamo utilizzato il sensore di ostacoli a infrarossi IR, che rileva gli ostacoli accendendo il LED. La distanza dall'ostacolo può essere regolata dal resistore variabile. Il LED di alimentazione si accenderà in risposta al ricevitore IR. La tensione di lavoro è 3 – 5 V CC e il tipo di uscita è a commutazione digitale. Le dimensioni della scheda sono 3,2 x 1,4 cm. Un ricevitore IR che riceve il segnale trasmesso dall'emettitore a infrarossi.

3) TCS3200 Sensore di colore:

Il TCS3200 è convertitori programmabili luce-frequenza a colori che combinano fotodiodi al silicio configurabili e un convertitore corrente-frequenza su un singolo circuito integrato CMOS monolitico. L'uscita è un'onda quadra (ciclo di lavoro 50%) con frequenza direttamente proporzionale all'intensità della luce (irraggiamento). Uno dei tre valori preimpostati tramite due pin di ingresso di controllo può scalare la frequenza di uscita a fondo scala. Gli ingressi e le uscite digitali consentono l'interfaccia diretta con un microcontrollore o altri circuiti logici. L'abilitazione dell'uscita (OE) pone l'uscita nello stato ad alta impedenza per la condivisione di più unità di una linea di ingresso del microcontrollore. Nel TCS3200, il convertitore luce-frequenza legge un array 8 × 8 di fotodiodi. Sedici fotodiodi hanno filtri blu, 16 fotodiodi hanno filtri verdi, 16 fotodiodi hanno filtri rossi e 16 fotodiodi sono trasparenti senza filtri. Nel TCS3210, il convertitore da luce a frequenza legge una matrice 4 × 6 di fotodiodi.

Sei fotodiodi hanno filtri blu, 6 fotodiodi hanno filtri verdi, 6 fotodiodi hanno filtri rossi e 6 fotodiodi sono trasparenti senza filtri. I quattro tipi (colori) di fotodiodi sono interdigitati per ridurre al minimo l'effetto di non uniformità dell'irradiamento incidente. Tutti i fotodiodi dello stesso colore sono collegati in parallelo. I pin S2 e S3 servono per selezionare quale gruppo di fotodiodi (rosso, verde, blu, chiaro) è attivo. I fotodiodi hanno una dimensione di 110μm × 110μm e sono su centri di 134μm.

4) Relè:

I relè sono stati utilizzati per un uso sicuro della scheda TIVA. Il motivo dell'utilizzo dei relè perché abbiamo utilizzato un motore da 1 A, 12 V per azionare gli ingranaggi del nastro trasportatore in cui la scheda TIVA fornisce solo 3,3 V CC. Per derivare il sistema del circuito esterno, è obbligatorio utilizzare i relè.

5) Nastro trasportatore 52-H:

Per realizzare il convogliatore viene utilizzata una cinghia dentata tipo 52-H. È rotolato sui due ingranaggi di Teflon.

6) Ingranaggi da 59,25 mm di diametro:

Questi ingranaggi sono utilizzati per azionare il nastro trasportatore. Gli ingranaggi sono realizzati in materiale Teflon. Il numero di denti su entrambi gli ingranaggi è 20, che corrisponde ai requisiti del nastro trasportatore.

Fase 4: Metodologia

]La metodologia utilizzata nel nostro progetto è abbastanza semplice. Nell'area di codifica viene utilizzata la programmazione basata su interrupt. Un oggetto verrà posizionato sul nastro trasportatore in movimento. Un sensore di ostacoli è collegato al sensore di colore. Quando l'oggetto arriva vicino al sensore di colore.

Il sensore di ostacolo genererà l'interrupt che consentirà il passaggio del segnale all'array, che arresterà il motore spegnendo il circuito esterno. Al sensore di colore verrà dato il tempo dal software di giudicare il colore calcolando la sua frequenza. Ad esempio, viene posizionato un oggetto rosso e viene rilevata la sua frequenza.

Il servomotore utilizzato per separare gli oggetti rossi ruoterà con un angolo specifico e si comporterà come un braccio. Ciò consente all'oggetto di cadere nel rispettivo secchio di colore. Allo stesso modo, se viene utilizzato un colore diverso, il servomotore in base al colore dell'oggetto ruoterà e l'oggetto cadrà nel rispettivo secchio. L'interrupt basato sul polling viene evitato per aumentare l'efficienza del codice e dell'hardware del progetto. Nel sensore di colore, la frequenza dell'oggetto alla distanza specifica viene calcolata e inserita nel codice invece di accendere e controllare tutti i filtri per la facilità.

La velocità del nastro trasportatore è mantenuta lenta perché è necessaria una chiara osservazione per visualizzare il funzionamento. Il numero di giri attuale del motore utilizzato è di 40 senza momento d'inerzia. Tuttavia, dopo aver messo gli ingranaggi e il nastro trasportatore. A causa dell'aumento del momento d'inerzia, la rotazione diventa inferiore al normale numero di giri del motore. Il numero di giri è stato ridotto da 40 a 2 dopo aver messo gli ingranaggi e il nastro trasportatore. La modulazione dell'ampiezza dell'impulso viene utilizzata per pilotare i servomotori. Vengono inoltre introdotti dei timer per eseguire il progetto.

I relè sono collegati anche al circuito esterno e al sensore di ostacoli. Anche se in questo progetto si può osservare un'eccellente combinazione di hardware e software

Passaggio 5: codice

Il codice è stato sviluppato in KEIL UVISION 4.

Il codice è semplice e chiaro. Sentiti libero di chiedere qualsiasi cosa sul codice

È stato incluso anche il file di avvio

Passaggio 6: sfide e problemi

Un hardware:

Diversi problemi sorgono durante la realizzazione del progetto. Sia l'hardware che il software sono complessi e difficili da gestire. Il problema era la progettazione del nastro trasportatore. In primo luogo, abbiamo progettato il nostro nastro trasportatore con una semplice camera d'aria da motocicletta con 4 ruote (2 ruote sono tenute insieme per aumentare la larghezza). Ma questa idea fallì perché non funzionava. Successivamente, siamo passati alla realizzazione di nastri trasportatori con cinghia dentata e ingranaggi. Il fattore costo era al massimo nel suo progetto perché la progettazione meccanica dei componenti e la preparazione richiedono tempo e duro lavoro con alta precisione. Il problema era ancora presente perché non eravamo a conoscenza del fatto che viene utilizzato un solo motore, il cui ingranaggio è chiamato ingranaggio conduttore e tutti gli altri ingranaggi sono chiamati ingranaggi condotti. Dovrebbe essere utilizzato anche un motore potente con un numero di giri inferiore a quello in grado di azionare il nastro trasportatore. Dopo aver risolto questi problemi. L'hardware funzionava correttamente.

B Software:

C'erano anche sfide da affrontare con la parte software. Il tempo in cui il servomotore ruotava e tornava indietro per l'oggetto specifico era la parte cruciale. La programmazione basata su interrupt aveva richiesto molto tempo per il debug e l'interfacciamento con l'hardware. C'erano 3 pin in meno nella nostra scheda TIVA. Volevamo utilizzare pin diversi per ogni servomotore. Tuttavia, a causa del minor numero di pin, abbiamo dovuto utilizzare la stessa configurazione per due servomotori. Ad esempio, il timer 1A e il timer 1B sono stati configurati per il servomotore verde e rosso e il timer 2A è stato configurato per il blu. Quindi, quando abbiamo compilato il codice. Sia il motore verde che quello rosso ruotavano. Un altro problema sorge quando dobbiamo configurare il sensore di colore. Perché stavamo configurando il sensore di colore, in base alla frequenza anziché utilizzare gli interruttori e controllare ogni colore uno per uno. Le frequenze dei diversi colori sono state calcolate utilizzando l'oscilloscopio a distanza opportuna e quindi registrate che poi vengono implementate nel codice. La cosa più difficile è compilare PAGINA 6 tutto il codice in uno. Porta a molti errori e richiede un sacco di debug. Tuttavia, siamo riusciti a eliminare il maggior numero possibile di bug.

Passaggio 7: conclusione e video del progetto

Infine, abbiamo raggiunto il nostro obiettivo e siamo riusciti a realizzare una selezionatrice di colori per nastri trasportatori.

Dopo aver modificato i parametri delle funzioni di ritardo dei servomotori per organizzarli secondo i requisiti hardware. Stava funzionando senza intoppi.

Il video del progetto è disponibile nel link.

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

Passaggio 8: ringraziamenti speciali

Un ringraziamento speciale ad Ahmad Khalid per aver condiviso il progetto e sostenuto la causa

Spero che ti piaccia anche questo.

BR

Tahir Ul Haq

UET LHR PK