TIVA gesteuerter Farbsortierer auf Förderbandbasis - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Der Bereich der Elektronik hat eine breite Anwendung. Jede Anwendung benötigt eine andere Schaltung und eine andere Software- sowie Hardwarekonfiguration. Mikrocontroller ist das integrierte Modell, das in einen Chip eingebettet ist, in dem verschiedene Anwendungen auf einem einzigen Chip ausgeführt werden können. Unser Projekt basiert auf einem ARM-Prozessor, der in Smartphone-Hardware häufig verwendet wird. Der grundlegende Zweck der Entwicklung des Farbsortierers, da er eine breite Anwendung in Industrien hat, z. B. bei der Reissortierung. Die Anbindung des Farbsensors TCS3200, des Hindernissensors, der Relais, des Förderbands und des ARM-basierten Mikrocontrollers der TIVA C-Serie ist der Schlüsselfaktor, um dieses Projekt einzigartig und hervorragend zu machen. Das Projekt arbeitet so, dass ein Objekt auf ein laufendes Förderband gelegt wird, das nach dem Passieren des Hindernissensors gestoppt wird. Der Zweck des Anhaltens des Bandes besteht darin, dem Farbsensor Zeit zu geben, seine Farbe zu beurteilen. Nach der Beurteilung der Farbe dreht sich der jeweilige Farbarm in einem bestimmten Winkel und lässt das Objekt in den entsprechenden Farbbehälter fallen

Schritt 1: Einführung

Unser Projekt besteht aus einer hervorragenden Kombination von Hardware-Montage und Software-Konfiguration. Eine Notwendigkeit dieser Idee, wo Sie die Objekte in den Branchen trennen müssen. Ein mikrocontrollerbasierter Farbsortierer wurde für den Studiengang Mikrocontroller-Verarbeitungssystem entwickelt und hergestellt, der im vierten Semester des Fachbereichs Elektrotechnik der Technischen Universität gelehrt wird. Die Softwarekonfiguration wird verwendet, um die drei Primärfarben zu erkennen. Die werden durch den mit Servomotoren verbundenen Arm an der Fördermaschine getrennt.

Schritt 2: Hardware

Die Komponenten, die bei der Erstellung von Projekten mit ihrer kurzen Beschreibung verwendet werden, sind unten aufgeführt

a) ARM-Prozessor-basierter Mikrocontroller der TIVA C-Serie TM4C1233H6PM

b) IR-Infrarot-Hindernissensor

c) TCS3200 Farbsensor

d) Relais (30V / 10A)

e) Getriebemotor (12V, 1A)

f) H-52 Förderband

g) Zahnrad mit 56,25 mm Durchmesser

h) Servomotoren

Schritt 3: Komponentendetails

Im Folgenden ein kurzes Detail der Hauptkomponenten:

1) TM4C1233H6PM Mikrocontroller:

Es ist der ARM-Prozessor-basierte Mikrocontroller, der in diesem Projekt verwendet wurde. Der Vorteil dieses Mikrocontrollers besteht darin, dass Sie den Pin je nach Aufgabe separat konfigurieren können. Darüber hinaus ermöglicht es Ihnen, die Funktionsweise des Codes eingehend zu verstehen. Wir haben in unserem Projekt Interrupt-basierte Programmierung verwendet, um es effizienter und zuverlässiger zu machen. Die Stellaris®-Mikrocontroller-Familie von Texas Instrument bietet Designern eine hochleistungsfähige ARM® Cortex™-M-basierte Architektur mit einem breiten Spektrum an Integrationsmöglichkeiten und einem starken Ökosystem an Software und Entwicklungstools.

Die Stellaris-Architektur zielt auf Leistung und Flexibilität ab und bietet einen 80-MHz-CortexM mit FPU, eine Vielzahl integrierter Speicher und mehrere programmierbare GPIOs. Stellaris-Geräte bieten Verbrauchern überzeugende kosteneffektive Lösungen, indem sie anwendungsspezifische Peripheriegeräte integrieren und eine umfassende Bibliothek von Softwaretools bereitstellen, die die Platinenkosten und die Designzykluszeit minimieren. Die Stellaris-Mikrocontroller-Familie bietet eine schnellere Markteinführungszeit und Kosteneinsparungen und ist die führende Wahl für leistungsstarke 32-Bit-Anwendungen.

2) IR-Infrarot-Hindernissensor:

Wir haben in unserem Projekt einen IR-Infrarot-Hindernissensor verwendet, der die Hindernisse durch Einschalten der LED erkennt. Der Abstand zum Hindernis kann durch den variablen Widerstand eingestellt werden. Die Power-LED leuchtet auf, wenn der IR-Empfänger reagiert. Die Arbeitsspannung beträgt 3 – 5 V DC und der Ausgangstyp ist digital schaltend. Die Boardgröße beträgt 3,2 x 1,4 cm. Ein IR-Empfänger, der das vom Infrarotsender gesendete Signal empfängt.

3) TCS3200 Farbsensor:

Der TCS3200 ist ein programmierbarer Farblicht-Frequenz-Wandler, der konfigurierbare Silizium-Fotodioden und einen Strom-Frequenz-Wandler auf einer einzigen monolithischen integrierten CMOS-Schaltung kombiniert. Die Ausgabe ist eine Rechteckwelle (50% Arbeitszyklus) mit einer Frequenz, die direkt proportional zur Lichtintensität (Bestrahlungsstärke) ist. Einer von drei voreingestellten Werten über zwei Steuereingangspins kann die volle Ausgangsfrequenz skalieren. Digitale Eingänge und digitaler Ausgang ermöglichen eine direkte Schnittstelle zu einem Mikrocontroller oder anderen Logikschaltungen. Output enable (OE) versetzt den Ausgang in den hochohmigen Zustand für die gemeinsame Nutzung mehrerer Einheiten einer Mikrocontroller-Eingangsleitung. Im TCS3200 liest der Licht-Frequenz-Wandler ein 8 × 8-Array von Fotodioden. Sechzehn Fotodioden haben Blaufilter, 16 Fotodioden haben Grünfilter, 16 Fotodioden haben Rotfilter und 16 Fotodioden sind ohne Filter klar. Im TCS3210 liest der Licht-Frequenz-Wandler ein 4 × 6-Array von Fotodioden.

Sechs Fotodioden haben Blaufilter, 6 Fotodioden haben Grünfilter, 6 Fotodioden haben Rotfilter und 6 Fotodioden sind ohne Filter klar. Die vier Typen (Farben) von Photodioden sind ineinander verschachtelt, um den Effekt der Ungleichmäßigkeit der einfallenden Strahlung zu minimieren. Alle Fotodioden der gleichen Farbe sind parallel geschaltet. Die Pins S2 und S3 werden verwendet, um auszuwählen, welche Gruppe von Photodioden (rot, grün, blau, klar) aktiv ist. Fotodioden sind 110 μm × 110 μm groß und befinden sich auf 134 μm Zentren.

4) Relais:

Für die sichere Verwendung der TIVA-Platine wurden Relais verwendet. Der Grund für die Verwendung von Relais, da wir einen 1A, 12V-Motor verwendet haben, um die Zahnräder des Förderbandes anzutreiben, wo die TIVA-Platine nur 3,3 V DC liefert. Zur Ableitung des externen Schaltungssystems ist es zwingend erforderlich, Relais zu verwenden.

5) 52-H-Förderband:

Zur Herstellung des Förderers wird ein Zahnriemen vom Typ 52-H verwendet. Es wird auf den beiden Zahnrädern aus Teflon gerollt.

6) Zahnräder mit 59,25 mm Durchmesser:

Diese Zahnräder werden verwendet, um das Förderband anzutreiben. Zahnräder bestehen aus Teflon-Material. Die Zähnezahl beider Zahnräder beträgt 20, was den Anforderungen des Förderbandes entspricht.

Schritt 4: Methodik

]Die in unserem Projekt verwendete Methodik ist recht einfach. Im Codierbereich wird die auf Interrupts basierende Programmierung verwendet. Ein Objekt wird auf das laufende Förderband gelegt. Ein Hindernissensor ist mit Farbsensor angebracht. Wenn das Objekt in der Nähe des Farbsensors ankommt.

Der Hindernissensor erzeugt den Interrupt, der es ermöglicht, das Signal an das Array weiterzugeben, das den Motor durch Abschalten des externen Stromkreises stoppt. Die Software gibt dem Farbsensor Zeit, die Farbe durch Berechnung ihrer Frequenz zu beurteilen. Beispielsweise wird ein rotes Objekt platziert und dessen Frequenz erkannt.

Der zum Trennen der roten Objekte verwendete Servomotor dreht sich um einen bestimmten Winkel und wirkt wie ein Arm. Dadurch fällt das Objekt in den jeweiligen Farbkübel. In ähnlicher Weise dreht sich der Servomotor entsprechend der Objektfarbe, wenn eine andere Farbe verwendet wird, und dann fällt das Objekt in seinen entsprechenden Eimer. Polling-basierter Interrupt wird vermieden, um die Effizienz des Codes sowie der Projekthardware zu erhöhen. Beim Farbsensor wird die Häufigkeit des Objekts in der bestimmten Entfernung berechnet und in den Code eingegeben, anstatt alle Filter auf die Einfachheit zu überprüfen.

Die Geschwindigkeit des Förderbandes wird langsam gehalten, da eine klare Beobachtung erforderlich ist, um die Arbeit zu visualisieren. Die aktuelle Drehzahl des verwendeten Motors beträgt 40 ohne Trägheitsmoment. Allerdings nach dem Aufsetzen der Zahnräder und des Förderbandes. Aufgrund der Zunahme des Trägheitsmoments wird die Drehung geringer als die übliche Drehzahl des Motors. Die Umdrehungen pro Minute wurden von 40 auf 2 reduziert, nachdem die Zahnräder und das Förderband montiert wurden. Pulsweitenmodulation wird verwendet, um die Servomotoren anzutreiben. Timer-basierte werden ebenfalls eingeführt, um das Projekt auszuführen.

Relais sind mit externer Schaltung sowie Hindernissensor verbunden. Allerdings ist bei diesem Projekt eine hervorragende Kombination von Hard- und Software zu beobachten

Schritt 5: Code

Code wurde in KEIL UVISION 4 entwickelt.

Der Code ist einfach und klar. Fühlen Sie sich frei, alles über den Code zu fragen

Die Startup-Datei ist auch enthalten

Schritt 6: Herausforderungen und Probleme

Eine Hardware:

Bei der Erstellung des Projekts treten mehrere Probleme auf. Sowohl Hardware als auch Software sind komplex und schwer zu handhaben. Das Problem war die Konstruktion des Förderbandes. Erstens haben wir unser Förderband mit einem einfachen Motorradreifenschlauch mit 4 Rädern (2 Räder werden zusammengehalten, um die Breite zu erhöhen) konstruiert. Aber diese Idee floppte, weil sie nicht lief. Danach haben wir uns der Herstellung von Förderbändern mit Zahnriemen und Zahnrädern zugewandt. Der Kostenfaktor war bei seinem Projekt auf dem Höhepunkt, denn die mechanische Konstruktion von Bauteilen und die Vorbereitung erfordern Zeit und harte Arbeit mit hoher Präzision. Das Problem war immer noch vorhanden, da uns nicht bewusst war, dass nur ein Motor verwendet wird, der als Antriebszahnrad bezeichnet wird und alle anderen Zahnräder als Abtriebszahnräder bezeichnet werden. Außerdem sollte ein leistungsstarker Motor mit weniger Drehzahl verwendet werden, der das Förderband antreiben kann. Nach der Lösung dieser Probleme. Die Hardware funktionierte erfolgreich.

B-Software:

Es gab auch Herausforderungen mit dem Software-Teil. Die Zeit, in der sich der Servomotor dreht und für das spezifische Objekt zurückfährt, war der entscheidende Teil. Interrupt-basierte Programmierung hatte uns viel Zeit für das Debuggen und die Schnittstellen zu Hardware gekostet. In unserem TIVA-Board waren 3 Pins weniger. Wir wollten für jeden Servomotor unterschiedliche Pins verwenden. Aufgrund weniger Pins mussten wir jedoch die gleiche Konfiguration für zwei Servomotoren verwenden. Zum Beispiel wurden Timer 1A und Timer 1B für grünen und roten Servomotor konfiguriert und Timer 2A wurde für blau konfiguriert. Also, als wir den Code kompiliert haben. Sowohl der grüne als auch der rote Motor drehten sich. Ein weiteres Problem entsteht, wenn wir den Farbsensor konfigurieren müssen. Weil wir den Farbsensor entsprechend der Frequenz konfiguriert haben, anstatt die Schalter zu verwenden und jede Farbe einzeln zu prüfen. Die Frequenzen verschiedener Farben wurden mit dem Oszilloskop in geeigneter Entfernung berechnet und dann aufgezeichnet, was später in den Code implementiert wird. Die größte Herausforderung besteht darin, SEITE 6 den gesamten Code in einem zu kompilieren. Es führt zu vielen Fehlern und erfordert viel Debugging. Es ist uns jedoch gelungen, viele Fehler so gut wie möglich auszumerzen.

Schritt 7: Fazit und Projektvideo

Endlich haben wir unser Ziel erreicht und sind erfolgreich, einen Förderband-Basisfarbsortierer herzustellen.

Nach dem Ändern der Parameter der Verzögerungsfunktionen von Servomotoren, um sie entsprechend den Hardwareanforderungen zu organisieren. Es lief reibungslos ohne Hindernisse.

Das Projektvideo ist im Link verfügbar.

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

Schritt 8: Besonderer Dank

Besonderer Dank geht an Ahmad Khalid für das Teilen des Projekts und die Unterstützung der Sache

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BR

Tahir Ul Haq

UET LHR PK