Comenius I&R CAROUSEL PROJECT by Dario and Alessandro - 5AT

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1 Comenius I&R CAROUSEL PROJECT by Dario and Alessandro - 5AT Our project is the scale reproduction of an industrial production line for wiring assembling of any kind. Wirings are usually performed on a fixed table where the operator follows the production from the beginning to the end; this method is quite inefficient for the production of very complex wirings as the required knowledge and sequence of the operations are quite difficult for a single operator who has to complete the entire work. As a consequence the error rate is high and the production time extended and variable. Conversely employing a conveyor, more complex wirings can be produced, the operator can learn the process easily as the procedure is divided into different steps, obtaining the following advantages: reduction of processing time, also referred to the reduction of anomalies or non-compliances higher specialization of the operator on the product criticalities Lower set-up starting time thanks to the work phases simplification and consequent reduction in costs

2 This machinery can be operated into two different modes: Manual: the conveyor moves only when the button "Start" is pressed by one of the operators Automatic: the conveyor moves automatically according to a fixed, preprogrammed time. In case one or more workers haven't completed their task or in case of any problem that may arise, an "Emergency" button can be pushed stopping the movement, allowing the worker to complete his task or fix a possible error. Once the "Emergency" button is pushed again, the cycle starts from the previous step. Cad 3D program was used to draw the structure plan, then, to implement it, PLA (Polylactic Acid) was employed and realized with a 3D printer: Wiring pattern:

3 CYCLE FLOW SHEET: ========================================================

4 STRIP LED: Striscia led RGB anodo comune Alimentazione 12Vcc diretto alimentatore Catodi connessi a blocco Amplificazione LED Utilizzata per segnalazione visiva di preavviso giro, giro, raggiungimento postazione ed emergenza. AMPLIFICAZIONE LED: Circuito stampato dimensioni 10x10 cm. Il circuito stampato contiene nr. 3 transistor 2N6055 in configurazione interruttore (ON-OFF). Le basi dei transistor sono pilotate tramite 3 uscite digitali di Arduino. Quando il transitor è in saturazione, ovvero quando scorre una corrente tra base ed emettitore di almeno 10 ma, si crea un collegamento tra collettore ed emettitore mettendo così a massa il catodo della striscia LED. La scelta di utilizzare i transistor 2N6055 è dovuta al fatto che possono dissipare una potenza fino a 100W (Datasheet: Semiconductor/2N6055/?qs=Ypxpq5eNvNV5dYQoSdAKMA==) LED POSTAZIONI: Striscia LED RGB anodo comune Alimentazione 12Vcc diretto alimentatore Catodi R,G,B cortocircuitati tra loro e collegati a GND alimentatore. Utilizzata per illuminazione tavole di lavoro. I catodi R,G,B sono stati cortocuitati per ottenere il colore bianco. SENSORE HALL: Sensore ad effetto HALL rileva il campo magnetico di una calamita mandando in saturazione il transitor presente al suo interno. Il sensore presenta un uscita Open-collector collegata a un resistore di 980Ω a sua volta collegato ad un ingresso analogico di Arduino Absolute Maximum Ratings Characteristic Symbol Notes Rating Units Forward Supply Voltage VCC 26.5 V Reverse Supply Voltage VRCC 30 V Output Off Voltage VOUT 26 V Continuous Output Current IOUT 25 ma Reverse Output Current IROUT 50 ma Operating Ambient Temperature TA Range E 40 to 85 ºC Range L 40 to 150 ºC Maximum Junction Temperature TJ(max) 165 ºC Storage Temperature Tstg 65 to 170 ºC

5 Viene utilizzato come finecorsa del ciclo. E stato posizionato un magnete sotto ogni postazione al fine che venga rilevato dal sensore e venga interrotto la corsa della giostra. PULSANTE EMERGENZA: Interruttore 3 contatti C, NA, NC con LED Il contatto comune è stato collegato ad un ingresso digitale di Arduino Il contatto NC è stato collegato a GND Il contatto NA è stato collegato a VCC 5V Il LED è collegato indipendentemente dallo stato dell interruttore ad un ingresso digitale di Arduino PULSANTE AVVIO CICLO: Pulsante 3 contatti C, NA, NC con LED Il contatto comune è stato collegato ad un ingresso digitale di Arduino Il contatto NC è stato collegato a GND Il contatto NA è stato collegato a VCC 5V Il LED è collegato indipendentemente dallo stato del pulsante ad un ingresso digitale di Arduino SUONO: Circuito stampato 7 x 5 cm

6 Alimentazione: 5Vcc diretto alimentatore Il circuito stampato per la riproduzione dei suoni di avviso giro ed emergenza è stato costruito utilizzando un microcontrollore PIC16F84A. E stato utilizzato un microcontrollore in quanto garantisce maggior semplicità circuitale, minore componentistica e quindi dimensioni del circuito ridotte. Inoltre permette la personalizzazione delle tonalità, aggiunta di suoni e modifiche su quelli preesistenti senza necessità di modifiche hardware. Il circuito è dotato di un clock a 4MHz al quarzo per le funzionalità del microcontrollore. I suoni vengono emessi da un buzzer in base alla frequenza emessa dal PIC16F84A. La scelta del suono avviene tramite due ingressi digitali comandati da Arduino. Sono presenti inoltre dei LED di segnalazione del corretto funzionamento del circuito. Il programma è stato realizzato in Assembler (Allegato: Datasheet PIC16F84A) MOTORE: Il motore utilizzato è un servomotore a rotazione continua: tramite il contatto PWM è possibile variare direzione e velocità dello stesso. Il segnale PWM è un tipo di modulazione digitale che permette di ottenere una tensione media variabile dipendente dal rapporto tra la durata dell' impulso positivo e di quello negativo (duty-cycle variabile). La scelta di utilizzare un servo motore a 360 è dovuta al fatto che il movimento del macchinario è relativamente piccolo ed è necessario un rallentamento della velocità di rotazione in prossimità della postazione di arrivo.

7 ARDUINO UNO: Il blocco centrale del progetto è costituito da Arduino: una scheda elettronica embedded che monta il microcontrollore ATmega328. Tutti i comandi I/O del progetto sono pilotati e controllati dalla sopracitata scheda. Di seguito alcune caratteristiche tecniche fondamentali: Microcontroller Operating Voltage ATmega328 5V Input Voltage (recommended) 7-12V Input Voltage (limits) 6-20V Digital I/O Pins Analog Input Pins 6 DC Current per I/O Pin DC Current for 3.3V Pin Flash Memory SRAM EEPROM Clock Speed 14 (of which 6 provide PWM output) 40 ma 50 ma 32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by bootloader 2 KB (ATmega328) 1 KB (ATmega328) 16 MHz La programmazione è stata effettuata utilizzando il software IDE Arduino con codice di programmazione C (vedi par. 6) PROGRAMMAZIONE SUONO: Codice programmazione Assembler ;GENERATORE DI FREQUENZE AUDIO ;inizializzazioni PROCESSOR 16f84 RADIX HEX INCLUDE "p16f84a.inc" errorlevel -302 CONFIG _CP_OFF & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _XT_OSC ORG 0CH d1 EQU 0DH d2 EQU 0EH d3 EQU 011H d4 EQU 012H d5 EQU 013H d6 EQU 014H d7 EQU 015H INPUT1 EQU 0 INPUT2 EQU 1 ;ASSOCIAZIONE I/O ORG 00 BSF STATUS, RP0 MOVLW B' ' MOVWF TRISB BCF STATUS, RP0 ;Cambio banco memoria ;Tutte uscite tranne pin RB0 e RB1 ;Carico in TRISB ;Cambio banco memoria ;CICLO PRINCIPALE

8 CICLO MOVLW B' ' ;Set tutti i BIT a 0 BTFSS PORTB,INPUT1 ;Controlla se RB0 = 0 - Se VERO salta istruzione successiva - Se FALSO chiama SUONO1 CALL SUONO1 ;Chiama SUBROUTINE SUONO1 BTFSS PORTB,INPUT2 ;Controlla se RB1 = 0 - Se VERO salta istruzione successiva - Se FALSO chiama SUONO2 CALL SUONO2 ;Chiama SUBROUTINE SUONO2 GOTO CICLO ;SUBROUTINE SUONO1 SUONO1 SUONO1_0 MOVLW B' ' ;Set BIT RB2 a 0 e LED movlw 0x03 ; cycles movwf d1 movlw 0x02 movwf d2 MOVLW B' ' ;Set BIT RB2 a 1 CALL RIT0225 ;Chiama ritardo per frequenza 2200Hz MOVLW B' ' ;Set BIT RB2 = 0 CALL RIT0225 ;Chiama ritardo per frequenza 2200Hz decfsz d1, f goto $+2 decfsz d2, f goto SUONO1_0 ;Ripete ciclo per tempo di 0,50 sec goto $+1 nop ;3 cycles SUONO10 SUONO10_0 MOVLW B' ' ;Set BIT RB2 a 0 movlw 0x03 ; cycles ;MOVLW 02H movwf d1 movlw 0x02 ;MOVLW 01H movwf d2 CALL RIT0225 ;Chiama ritardo per frequenza 2200Hz CALL RIT0225 ;Chiama ritardo per frequenza 2200Hz decfsz d1, f goto $+2 decfsz d2, f goto SUONO10_0 ;Ripete ciclo per tempo di 0,50 sec goto $+1 nop ;3 cycles ;4 cycles (including call) RETURN ;Ritorno a ciclo iniziale ;SUBROUTINE SUONO2 SUONO2 MOVLW B' ' ;Set BIT RB2 a 0 movlw 0x03 ; cycles ;MOVLW 09H movwf d1 movlw 0x02 ;MOVLW 01H movwf d2 SUONO2_0 MOVLW B' ' ;Set BIT RB2 a 1 CALL RIT0415 ;Chiama ritardo per frequenza 1200Hz MOVLW B' ' ;Set BIT RB2 = 0

9 CALL RIT0415 ;Chiama ritardo per frequenza 1200Hz decfsz d1, f goto $+2 decfsz d2, f goto SUONO2_0 ;Ripete ciclo per tempo di 0,50 sec SUONO2_3 SUONO2_30 goto $+1 nop MOVLW B' ' ;Set BIT RB2 a 0 movlw 0x03 ; cycles ;MOVLW 09H movwf d1 movlw 0x02 ;MOVLW 01H movwf d2 ;3 cycles MOVLW B' ' ;Set BIT RB2 a 1 CALL RIT029 ;Chiama ritardo per frequenza 1200Hz MOVLW B' ' ;Set BIT RB2 = 0 CALL RIT029 ;Chiama ritardo per frequenza 1200Hz decfsz d1, f goto $+2 decfsz d2, f goto SUONO2_30 ;Ripete ciclo per tempo di 0,50 sec goto $+1 nop RETURN ;3 cycles ;SUBROUTINE RITARDO PER FREQUENZA 1200HZ (0,415 ms) RIT0415 RIT0415_0 movlw movwf 0x88 d3 decfsz d3, f goto RIT0415_0 goto $+1 return ;409 cycles ;2 cycles ;4 cycles(including call) ;SUBROUTINE RITARDO PER FREQUENZA 1700HZ (0,29 ms) RIT029 RIT029_0 movlw movwf 0x5F d4 decfsz d4, f goto RIT029_0 return ;286 cycles ;4 cycles (including call) ;SUBROUTINE RITARDO PER FREQUENZA 2200HZ (0,225 ms) RIT0225 RIT0225_0 movlw movwf 0x49 d5 decfsz d5, f goto RIT0225_0 ;220 cycles nop ;1 cycle

10 return ;4 cycles (including call) END PROGRAMMA ARDUINO: Codice di programmazione C #include <Servo.h> //Inclusione libreria per controllo motori servo /* VARIABILI HARDWARE CONNESSIONI */ int SUONO1 = 13; // Abilitazione suono1 (Emergenza) connesso a PIN13 int SUONO2 = 12; // Abilitazione suono2 (Giro) connesso a PIN12 int R = 7; // LED Rosso su protezione organi movimento connesso a PIN7 int G = 6; // LED Verde su protezione organi movimento connesso a PIN6 int B = 5; // LED Blu su protezione organi movimento connesso a PIN5 int emergency = 4; // INTERRUTTORE STOP CICLO - EMERGENZA connesso a PIN4 int start = 3; // INTERRUTTORE AVVIO CICLO MANUALE connesso a PIN3 int ledstart = 9; // LED Pulsante AVVIO CICLO MANUALE connesso a PIN9 int ledemergency = 8; // LED Pulsante STOP CICLO - EMERGENZA connesso a PIN8 const int analoginpin = A0; // Pin Analogico connessione sensore effetto HALL open collector /*VARIABILI DI STATO */ int OK=0; // Flag di stato inizializzazione variabili tramite console seriale int sensorvalue = 0; // Valore digitalizzato del sensore int M = 0; // Flag modalita' manuale int A = 0; // Flag modalità' automatica int flagemergency = 0; // Flag stato emergenza int flagstart = 0; // Flag avvio ciclo /* VARIABILI DI SERVIZIO */ byte tempchar; // Memorizzazione temporanea caratteri seriali int lamp = 0; // Variabile per numero cicli lampeggio pre-giro int caratteri = 0; // Variabile per controllo numero caratteri immessi da seriale Servo motore; // Definizione nome motore /* VARIABILI PER FUNZIONI */ unsigned long time; // Variabile tempo per modalità automatica int contatore = 0; // Variabile contapezzi /* INIZIALIZZAZIONI */ void setup() /*Inizializzazione PIN */ pinmode(suono1, OUTPUT); //PIN SUONO1 modalità uscita pinmode(suono2, OUTPUT); //PIN SUONO2 modalità uscita pinmode(r, OUTPUT); //PIN R modalità uscita pinmode(g, OUTPUT); //PIN G modalità uscita pinmode(b, OUTPUT); //PIN B modalità uscita pinmode(emergency, INPUT); //PIN emergency modalità ingresso pinmode(start, INPUT); //PIN start modalità ingresso pinmode(ledemergency, OUTPUT); //PIN ledemergency modalità uscita pinmode(ledstart, OUTPUT); //PIN ledstart modalità uscita digitalwrite(suono1, HIGH); //SUONO1 livello alto default digitalwrite(suono2, HIGH); //SUONO2 livello alto default digitalwrite(b,high); //LED BLU livello alto default motore.attach(11); //Motore connesso a PIN 11 /* COMUNICAZIONE CON UTENTE TRAMITE SERIALE - INIZIALIZZAZIONE VARIABILI */ Serial.begin(9600); //Inizializzazione porta seriale velocità 9600baud delay(1000); //Attendi 1 secondo dopo apertura porta seriale Serial.println("Inserisci modalita' Manuale o Automatica + Tempo di giro (m/a + tempo)"); //Mostra messaggio per operatore (IT) Serial.println("Insert automatic or manual mode + cycle time (m/a + time)"); //Mostra messaggio per operatore (EN) while(ok==0) // Esegui ciclo finchè non viene data una risposta dall'operatore

11 if (Serial.available()) //Se sono presenti dati sulla porta seriale byte command = Serial.read(); //Lettura byte inviato da operatore caricata su variabile "command" switch (command) //Verifica se il dato inserito corrisponde a istruzione case 'm': //se uguale a M Serial.println ("Modalita' manuale impostata"); //Mostra messaggio per operatore (IT) Serial.println ("Manual mode set"); //Mostra messaggio per operatore (EN) OK = 1; //Cambio stato flag ad 1 - Uscita dal ciclo al "break" M = 1; //Cambio stato flag Manuale break; //Termine caso case 'a': //se uguale ad A Serial.println("Modalita' automatica impostata"); //Mostra messaggio per operatore (IT) Serial.println ("Automatic mode set"); //Mostra messaggio per operatore (EN) OK = 2; //Cambio stato flag a 2 - Uscita dal ciclo al "break" A = 1; //Cambio stato flag Automatico break; // Termine caso while(ok==2) // Esegui ciclo se stato selezionato precedentemente "Modo automatico" fino ad aggiornamento da operatore, ciclo ignorato in caso "Manuale" if (Serial.available()) //Se sono presenti dati sulla porta seriale tempchar = Serial.read(); //Lettura byte inviato da operatore caricato temporaneamente su variabile "tempchar" caratteri++; //Incremento numero caratteri if ((tempchar>=45) && (tempchar <=57)) //Controllo ASCII - Verifica se il byte inserito è un numero time = (time*10)+(tempchar-48); //Se Vero il byte viene condizionato e inserito nella variabile "time" else if ((tempchar == 10) (tempchar==13)) //Se inviato un carattere terminatore di riga (quale INVIO o CR) OK=3; //Cambio stato flag a 3 - Uscita dal ciclo al termine istruzione Serial.println ("Tempo impostato a:"); //Messaggio di conferma a operatore del tempo inserito Serial.println ("Time set:"); Serial.print (time); Serial.println ("s"); Serial.println(); /* CICLO RIPETUTO PRINCIPALE */ void loop() digitalwrite(ledemergency, LOW); Emergency(); if (M == 1) flagstart = digitalread(start); digitalwrite(ledstart, HIGH); if (flagstart == HIGH) Emergency(); lampyellow(); digitalwrite(ledstart, LOW); cycle(); //Controlla che non ci siano condizioni di emergenza //Se modalità manuale //Stato pulsante su variabile flagstart //Se flagstart livello alto //Controlla emergenza //Funzione lampeggio - Suono2 (pregiro) //Funzione ciclo

12 else if (A == 1) Emergency(); lampyellow(); cycle(); //Se modalità automatica //Controllo emergenza //Funzione lampeggio - Suono2 (pregiro) //Funzione ciclo void cycle() //funzione ciclo digitalwrite(b, LOW); //Settaggio LED colore rosso fisso digitalwrite(g, LOW); digitalwrite(r,high); motore.write(88); //Settaggio velocità motore delay(1000); //Ritardo di 1 secondo per uscire da campo sensore hall do motore.write(88); //Mantiene velocità motore sensorvalue = analogread(analoginpin); //Stato sensore su variabile sensorvalue Emergency(); //Controllo emergenza while (sensorvalue > 10); //Esegue ciclo quando il sensore non ha raggiunto il magnete motore.write(89); //Rallentamento motore delay(200); //Ritardo rallentamento motore.write(95); //Ferma motore contatore ++; //Incremento contapezzi Serial.print ("Numero pezzi prodotti - Produced pieces number: "); //Mostra numero pezzi prodotti a op Serial.println (contatore); digitalwrite(b, LOW); //Abilita LED verde digitalwrite(g, HIGH); digitalwrite(r,low); delay(500); //Attende 0.5 secondi digitalwrite(b, HIGH); //Disabilita LED verde digitalwrite(g, LOW); digitalwrite(r,low); delay(time*1000); //Tempo di attesa ciclo in ms = tempo in secondi x 1000 void lampyellow() //funzione lampeggio pregiro lamp=2; //numero di lampeggi impostato a 2 digitalwrite(suono2, LOW); //Abilita SUONO2 - giro while(lamp>0) //Finchè lamp non è uguale a 0 digitalwrite(r, HIGH); //Abilita LED giallo digitalwrite(g, HIGH); digitalwrite(ledstart, HIGH); //Abilita LED pulsante avvio ciclo Emegency(); //Controllo emergenza delay(500); //Attesa 0.5 secondi digitalwrite(r, LOW); //Disabilita LED giallo digitalwrite(g, LOW); digitalwrite(ledstart, LOW); //Disabilita LED pulsante avvio ciclo Emergency(); //Controllo emergenza delay(500); //Attesa 0.5 secondi lamp=lamp-1; //Decrementa variabile lamp digitalwrite (SUONO2, HIGH); //Disabilita SUONO2 void Emergency() //funzione emergenza flagemergency = digitalread(emergency); //assegna stato pulsante emergenza a variabile flagemergency while(flagemergency == HIGH) motore.write(95); //Blocco motore digitalwrite(suono2, HIGH); //Spegne SUONO2 (qualora attivo) flagstart = LOW; //Pulsante Avvio ciclo - non considerato flagemergency = digitalread(emergency); //Controlla cambio stato pulsante digitalwrite(suono1,low); //Abilita SUONO1

13 digitalwrite(g, LOW); //Accende LED rosso digitalwrite(b, LOW); digitalwrite(r,high); digitalwrite(ledemergency, HIGH); //Accende LED pulsante emergenza delay(100); //attesa 100ms digitalwrite(r,low); //Spegne LED Rosso digitalwrite(ledemergency, LOW); //Spegne LED pulsante emergenza delay(100); //attesa 100ms digitalwrite(suono1,high); //Spegnimento SUONO1