KHẢO NGHIỆM LỰC TÁCH VỎ HẠT ĐIỀU

Thiết bị này sẽ cung cấp các thông số ban đầu về lực tách vỏ hạt điều tương đối chính xác, từ đó tạo tiền đề cho việc thiết kế máy tách vỏ tự động để sử dụng rộng rãi và đem lại hiệu quả

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ

 

PHẠM THỊ HUYỀN

KHẢO NGHIỆM LỰC TÁCH VỎ HẠT ĐIỀU

Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ

 

KHẢO NGHIỆM LỰC TÁCH VỎ HẠT ĐIỀU

Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động

ThS Lê Văn Bạn Phạm Thị Huyền

Khóa: 2004 - 2008

Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING

NONG LAM UNIVERSITY

FACULTY OF ENGINEERING & TECHNOLOGY

 

TESTING CASHEW NUTS HUSKING FORCE

Speciality: Automatic Control

CẢM TẠ

Trước tiên, con xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn đến mẹ, là người đã thay

cha tần tảo nuôi dạy con ăn học

Em xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu, quý thầy cô trường Đại học

Nông Lâm, Khoa Cơ Khí-Công Nghệ và bộ môn Điều Khiển Tự Động đã tận

tình dạy dỗ và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian học tập tại

trường

Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Văn Bạn là người đã hết

lòng chỉ bảo và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Cuối cùng xin cám ơn tất cả các bạn đã chia sẻ, động viên, và giúp đỡ

tôi rất nhiều trong bốn năm học vừa qua cũng như trong thời gian tôi thực hiện

đề tài

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!

Ngày 15 tháng 08 năm 2008

TÓM TẮT

Việt Nam là nước có sản lượng xuất khẩu hạt điều đứng thứ hai trên thế

giới hiện nay nhưng công nghệ chế biến hạt điều ở nước ta vẫn còn chưa

phát triển, đặc biệt là trong khâu tách vỏ hạt điều phổ biến vẫn là tách vỏ bằng

tay hoặc bằng máy thủ công

Đề tài “Khảo Nghiệm Lực Tách Vỏ Hạt Điều” được tiến hành để khảo

nghiệm thiết bị và lấy các thông số về lực tách vỏ hạt điều Đây là cơ sở cho

việc thiết kế ra máy tách vỏ hạt điều tự động có năng suất làm việc cao và an

toàn cho người sử dụng

Sau gần bốn tháng nghiên cứu, khảo nghiệm và xây dựng mô hình đo

đạc lực tách vỏ hạt điều tại Phòng bộ môn Điều Khiền Tự Động, Khoa Cơ Khí

Công Nghệ, Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, đề tài đã hoàn

thành và một số kết quả được ghi nhận như sau:

- Đã thiết kế và chế tạo được thiết bị đo lực tách vỏ hạt điều

- Vi xử lí Atmega32 được sử dụng trong thiết bị đo và ngôn ngữ

BascomAVR được dùng để lập trình cho VXL này

- Visual Basic version 6.0 được sử dụng để viết chương trình cho

phần giao tiếp máy tính

- Sau khi khảo nghiệm, giá trị lực trung bình của quá trình tách vỏ

được ghi là: 376(N)

GVHD SVTH ThS LÊ VĂN BẠN PHẠM THỊ HUYỀN

SUMMARY

Nowadays, Viet Nam is the second country in the world about cashew

nuts export But cashew nuts processing technology hasn’t been developed

yet, Specially in cashew nuts husking stage is still done by hand or manual

machine

Thesis “Testing Cashew Nuts Husking Force” was carried out to fabricate

a equipment to get parameters of cashew nuts husking force It’s the base for

designing automatic cashew nuts husking machine, that has high capacity and

safety for the user

After nearly four months reseaching, testing, cashew nuts husking force

measuring model is built at the Lab of Automatic Control Branch, Faculty of

Engineering and Technology, Nong Lam university Ho Chi Minh city, thesis

was finished and some results was recorded:

- Designed and fabricated cashew nuts husking force measuring

equipment

- Atmega32 – microprocessor was used in equipment and language

BascomAVR to program for this microprocessor

- Visual Basic version 6.0 was used to write a program for PC communicate

and get data from equipment

- After testing, average force was recorded: 376 N for husking process

Supervisor: Student:

MỤC LỤC

TRANG

Trang tựa i

Cảm tạ iii

Tóm tắt iv

Summary v

Mục lục vi

Danh sách các chữ viết tắt ix

Danh sách các hình x

Danh sách các bảng xii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích đề tài 1

1.3 Giới hạn đề tài 1

Chương 2 TRA CỨU TÀI LIỆU SÁCH BÁO PHỤC VỤ ĐỀ TÀI 2

(chi tiết đến mục, tiểu mục) 2.1 Tổng quan về cây điều 2

2.1.1 Cây điều trong đời sống của con người 2

2.1.2 Quy trình chế biến hạt điều 4

2.1.3 Tầm quan trọng của việc đo lực tách vỏ hạt điều 5

2.2 Tìm hiểu về máy tách vỏ hạt điều 6

2.1.2.1 Loại máy tách vỏ bằng cơ, chưa có phần tự động bằng khí nén 6

2.1.2.2 Một số loại máy tách vỏ tự động 8

2.3 Phần tra cứu về các linh kiện điện tử 9

2.2.1 Tìm hiểu về cảm biến đo lực 9

2.2.2 Tìm hiểu về cơ cấu xy lanh và van phân phối 10

2.2.3 Tra cứu OP07 11

2.2.4 Đầu nối RS232 12

2.2.5 MAX232 12

2.2.6 Vi Điều Khiển Atmega32 13

2.2.7 Bộ hiển thị tinh thể lỏng LCD 14

2.2.8 Bộ lưu trữ dữ liệu 15

2.2.9 Phần ngôn ngữ viết chương trình 16

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 18

3.1 Phương pháp thực hiện đề tài 18

3.2 Phương tiện thực hiện đề tài 18

Chương 4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19

(chi tiết đến mục, tiểu mục…) 4.1 Thực hiện đề tài 19

4.1.1 Thực hiện phần cứng cơ khí 20

4.1.2 Thực hiện phần cứng điện tử 20

4.1.2.1 Mạch khuếch đại dụng cụ 21

4.1.2.2 Phần mạch nguồn 22

4.1.2.3 Mạch chuyển đổi ADC và hiển thị dữ liệu 22

4.1.2.4 Mạch lưu trữ dữ liệu 23

4.1.2.5 Mạch giao tiếp với máy tính 23

4.1.2.6 Ghép nối thành mạch tổng hợp đo, lưu trữ, hiển thị dữ liệu và giao tiếp máy tính 24

4.2 Thực hiện phần mềm 24

4.2.1 Phần chương trình cho VXL 24

4.2.2 Phần chương trình giao tiếp máy tính 26

4.3 Kết quả và thảo luận 28

4.3.1 Kết quả của phần đo lực và hiển thị lên LCD 28

4.3.2 Kết quả của phần giao tiếp với máy tính 30

4.3.3 Phần kiểm tra, cho máy chạy thử để đo và hoàn thiện thiết bị 33

4.3.4 Quy trình khảo nghiệm 34

4.3.5 Kết quả khảo nghiệm 35

4.3.5.1 Mẫu khảo nghiệm lần thứ nhất 35

4.3.5.2 Mẫu khảo nghiệm lần thứ hai……… 36

4.3.5.3 Mẫu khảo nghiệm lần thứ ba……… 37

4.3.5.4 Mẫu khảo nghiệm lần thứ tư 39

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 43

5.1 Kết luận 43

5.2 Đề nghị 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ADC : Analog to Digital Converter

EEPROM : Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory

IC : Integrated Circuit

LCD : Liquid Crystal Display

RAM : Random Access Memory

SRAM : Static Random Access Memory

TTL : Transistor – Transistor Logic

VĐK : Vi điều khiển

VXL : Vi xử lí

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Trái điều chín sắp thu hoạch .3

Hình 2.2: Cây điều đang ra hoa .3

Hình 2.3a: Hạt điều được bổ đôi 3

Hình 2.3b: Hạt điều đã được tách vỏ và rang chín .3

Hình 2.4a: Cách nướng hạt điều theo kiểu truyền thống để lấy nhân 3

Hình 2.4b: Tách vỏ hạt điều bằng tay .3

Hình 2.4c: Tách vỏ hạt điều bằng máy thủ công 3

Hình 2.5: Quy trình chung chế biến hạt điều 4

Hình 2.6: Một số loại máy tách vỏ hạt điều bằng cơ .6

Hình 2.7: Cấu tạo của máy tách vỏ hạt điều bằng cơ của Ấn Độ .6

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lí của máy tách vỏ bằng cơ .7

Hình 2.9: Máy tách vỏ hạt điều của Hiệp hội Điều Việt Nam do ông Nguyễn Văn Lãng và ông Huỳnh Lê Can chế tạo .8

Hình 2.10: Máy tách vỏ hạt điều tự động bằng khí nén sử dụng công nghệ PLC do ông Mai Vĩnh THạnh chế tạo .8

Hình 2.11: Một số loại loadcell có trên thị trường .9

Hình 2.12: Mạch cầu Wheatstone 9

Hình 2.13: Loadcell Celtron .10

Hình 2.14: Một số hình ảnh về xy lanh khí nén 10

Hình 2.15: Van phân phối .11

Hình 2.16: Sơ đồ chân của OP07 11

Hình 2.17: Sơ đồ chân của đầu nối RS232 .12

Hình 2.18: Sơ đồ chân của MAX232 .12

Hình 2.19: Sơ đồ chân của VĐK Atmega32 .13

Hình 2.20: Bộ hiển thị LCD loại TC1602A-01 .15

Hình 2.21: Sơ đồ chân của IC AT24C64 .16

Hình 2.22: Giao diện chính của phần mềm BascomAVR 17

Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống đo, lưu trữ, hiển thị lực tách vỏ hạt

điều và giao tiếp máy tính 19

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lí của mạch khuếch đại dụng cụ 21

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý phần mạch nguồn cung cấp điện áp 22

Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý của mạch chuyển đổi ADC và hiển thị dữ liệu .22

Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý của mạch lưu trữ dữ liệu .23

Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý của mạch giao tiếp máy tính 23

Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý của mạch tổng hợp đo, hiển thị, lưu trữ, giao tiếp LCD và máy tính .24

Hình 4.8: Lưu đồ giải thuật của chương trình điều khiển viết cho VXL 25

Hình 4.9: Lưu đồ giải thuật chung của chương trình giao tiếp máy tính 27

Hình 4.10: Các màn hình LCD hiển thị khi chạy chương trình điều khiển 29

Hình 4.11: Giao diện chính của chương trình giao tiếp máy tính 30

Hình 4.12: Hộp thoại chọn lần đo .31

Hình 4.13: Hộp thoại hiển thị các giá trị lực đo .31

Hình 4.14: Hộp thoại lưu file text .32

Hình 4.15: Hộp thoại chứa file text đã lưu 32

Hình 4.16: Hộp thoại chứa các file dữ liệu đã lưu 32

Hình 4.17: Hộp thoại báo không kết nối với máy tính .33

Hình 4.18: Mô hình máy tách vỏ hạt điều bằng khí nén 34

Hình 4.19: Phần bố trí loadcell, xy lanh và dao tách cho khảo nghiệm 34

Hình 4.20: Bố trí các đầu dây của hộp điều khiển 34

Hình 4.21: Đồ thị biểu diễn lực ở lần khảo nghiệm thứ nhất 36

Hình 4.22: Đồ thị biểu diễn lực ở lần khảo nghiệm thứ hai 37

Hình 4.23: Đồ thị biểu diễn lực ở lần khảo nghiệm thứ ba 39

Hình 4.24: Đồ thị biểu diễn lực ở lần khảo nghiệm thứ tư 40

Hình 4.25: Đồ thị tổng hợp của cả bốn lần đo 41

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Bảng mô tả các chân của đầu nối RS232 12 Bảng 2.2: Bảng chức năng của các chân modul hiển thị

của bộ hiển thị LCD 15 Bảng 2.3: Bảng chức năng các chân của AT28C64 16 Bảng 4.1: Một vài số liệu ghi nhận được ở lần khảo nghiệm thứ nhất 35 Bảng 4.2: Một vài số liệu ghi nhận được ở lần khảo nghiệm thứ hai 36 Bảng 4.3: Một vài số liệu ghi nhận được ở lần khảo nghiệm thứ ba 38 Bảng 4.4: Một vài số liệu ghi nhận được ở lần khảo nghiệm thứ tư 39

1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Cây điều là một loại cây có giá trị kinh tế cao, phù hợp với những vùng có khí hậu nhiệt đới và tận dụng được về nhiều mặt vì vậy nó được trồng rất nhiều ở nước ta để phục vụ cho nhu cầu chế biến và xuất khẩu trong cũng như ngoài nước

Trước khi xuất ra thị trường trong nước hoặc xuất khẩu đòi hỏi hạt điều phải được tách vỏ cẩn thận theo một quy trình chế biến chung Việc tách vỏ hạt điều chủ yếu được làm thủ công bằng tay hoặc bằng máy tách vỏ bằng

cơ, việc này gây ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe của công nhân mà năng suất thì lại thấp cộng với tỷ lệ hạt vỡ rất cao

Vấn đề đặt ra bây giờ là làm sao chế tạo được máy tách vỏ hạt điều tự động vừa đảm bảo cho sức khỏe của công nhân vừa tăng năng suất làm việc

1.2 Mục đích đề tài

Đề tài Khảo nghiệm lực tách vỏ hạt điều tập trung vào vấn đề thiết

kế và chế tạo thiết bị đo đạc lực tách vỏ hạt điều Thiết bị này sẽ cung cấp các thông số ban đầu về lực tách vỏ hạt điều tương đối chính xác, từ đó tạo tiền

đề cho việc thiết kế máy tách vỏ tự động để sử dụng rộng rãi và đem lại hiệu quả

1.2 Giới hạn của đề tài

Đề tài chỉ thực hiện phần đo lực chẻ vỏ hạt điều

2 TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ

TRỰC TIẾP ĐỀ TÀI

2.1 Tổng quan về cây điều

2.1.1 Cây điều trong đời sống của con người

Điều hay còn gọi là đào lộn hột (danh pháp khoa học: Anacardium Occidentale L; đồng nghĩa Anacardium Curateliifolium A.St.-Hil.)

Cây điều là một loại cây công nghiệp dài ngày, thuộc họ Đào lộn hột được trồng ở khắp các khu vực khí hậu nhiệt đới Nó được trồng rất nhiều ở các tỉnh miền núi phía nam nước ta như Đăk Lăk, Đăk Nông và Bình Phước… Quả điều có rất nhiều công dụng như:

- Quả giả (cuống giả) rất giàu Vitamin C, có thể ăn tươi hoặc ép lấy dịch cho lên men làm rượu nhẹ; rượu này có thể dùng xoa bóp khi đau nhức, súc miệng chữa viêm họng, chống nôn mửa…

- Nhân hạt điều là sản phẩm chính của cây điều có giá trị cao, sử dụng

đa dạng, sau khi loại hết vỏ có thể dùng tươi hoặc rang để chế biến các loại gỏi, bánh, kẹo, mứt, bột màu,…

- Dầu nhân dùng để chế thuốc chữa một số bệnh ngoài da hoặc làm dầu

ăn rất tốt cho sức khoẻ

Cây điều đem lại rất nhiều lợi ích cho người dân, nó không chỉ phục vụ cho nhu cầu trong nước mà những sản phẩm làm từ nhân hạt điều còn rất được ưa chuộng ở thị trường quốc tế

Giá thành của mặt hàng này tương đối cao, việc chế biến cũng không quá phức tạp cho nên ở nước ta ngày càng có nhiều vùng trồng và phát triển rộng rãi cây điều

Một số hình ảnh về cây, quả và hạt điều:

Hình 2.3a: Hạt điều được bổ đôi Hình 2.1: Trái điều chín sắp thu hoạch

Hình 2.2: Cây điều đang ra hoa

2.1.2 Quy trình chế biến hạt điều

Diện tích trồng cũng như sản lượng điều ngày càng gia tăng vì vậy nguồn nhân công phục vụ cho dây chuyền chế biến hạt điều để lấy nhân đang

là một vấn đề rất cần thiết

Qua tìm hiểu về cách chế biến hạt điều thực tế ở một số nhà máy và các nước đang phát triển như ở Việt Nam, Ấn Độ…cho thấy tất cả hạt điều dù kích cỡ có khác nhau nhưng đều được chế biến theo một phương cách tương đối là giống nhau

Làm sạch

Ngâm nước

Rang Rang trong

chảo quay trống Rang kiểu Chao dầu

Tách vỏ Bằng tay Bằng máy

Phân lại nhân và

vỏ cứng

Phân loại nhân nguyên và nhân vỡ

Làm khô

Hình 2.5: Quy trình chung chế biến hạt điều

Để có được nhân hạt điều thành phẩm thì phải trải qua rất nhiều công đoạn nêu trên nhưng ở đề tài này chỉ khảo sát về phần lực tách vỏ cứng mà thôi

2.1.3 Tầm quan trọng của việc tách vỏ hạt điều

Trong tất cả các khâu của quy trình chế biến hạt điều thì tách vỏ là khâu

mà ít người muốn làm nhất bởi vì mủ điều thường gây bỏng nhẹ hoặc ngứa, gây mất vệ sinh, mùi cũng rất khó chịu và ảnh hưởng không nhỏ tới sức khoẻ của công nhân

Hạt điều có thể được tách vỏ bằng nhiều cách như: tách bằng tay, bằng máy thủ công , máy tự động…nhưng phổ biến ở nước ta hiện nay vẫn là tách

vỏ bằng tay hoặc bằng máy thủ công

Tuy hạt điều của Việt Nam vẫn đang chiếm ưu thế trên thị trường thế giới nhưng phải làm sao để cải tiến kỹ thuật, áp dụng máy móc vào thay thế cho dây chuyền chế biến đặc biệt là khâu tách vỏ để nâng cao năng suất , an toàn khi lao động luôn là một vấn đề cấp thiết

Dùng lò sưởi thể tích lớn

Làm khô Phơi dưới

mặt trời hoặc phơi dưới Dùng lò sưởi

mặt trời

Bóc vỏ lụa

Phân loại lần cuốiCân

Đóng gói

2.2 Tìm hiểu về máy tách vỏ hạt điều

Hình 2.6: Một số loại máy tách vỏ hạt điều bằng cơ

2.2.1 Loại máy tách vỏ bằng cơ chưa có phần tự động

 Cấu tạo của máy (cơ khí):

Máy gồm một bộ phận gá dao gồm hai dao chính là: dao tách và dao chẻ Dao chẻ là dao chỉ có thể di chuyển dọc theo trục dao, có dạng hình cong lõm vào của hạt điều Dao tách là dao chỉ có thể di chuyển vuông góc với trục dao, có dạng hình cong lồi ra của hạt điều, trục dao được gắn với một cơ cấu bánh răng Một cần gạt bằng tay nối với cơ cấu bánh răng này thông qua một trục ngang nằm phía dưới hai dao chính

Hình 2.7: Cấu tạo của máy tách vỏ hạt điều bằng cơ của Ấn Độ

Dao chẻ

Dao tách

Cần gạt bằng tay

Cơ cấu bánh răng

 Nguyên lý hoạt động

Đầu tiên ta phải đưa hạt điều (bằng tay) vào đúng vị trí cần tách vỏ và giữ cố định Sau đó kéo cần gạt tác động lực làm cho dao chẻ chạy vào đến phần cong lõm vào của hạt điều thì dừng lại, lúc này dao tách còn đứng yên Tiếp theo nhấn cần gạt để tác động vào cơ cấu bánh răng làm cho cơ cấu này quay nhờ có trục bánh răng nối với cần gạt, khi trục bánh răng quay đồng thời cũng làm cho dao tách quay và tách vỏ hạt điều ra

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lí của máy tách vỏ bằng cơ

Chú thích:

1 Dao tách 3 Cần gạt bằng tay

2 Dao chẻ 5.Cơ cấu bánh răng

Mũi tên thể hiện chiều di chuyển của dao

- Tốn nhiều nhân lực, thời gian và công sức

- Nhân công phải thao tác nhiều khi làm việc nên dễ gây mệt mỏi và sai sót trong quá trình tách vỏ

- Mủ điều văng lên người gây ngứa hoặc bỏng nhẹ

1

2

3

4

đã phân loại

Cửa vào của hạt điều

Các khe cửa cho

hạt điều đi vào để

đến dao tách

2.3 Phần tra cứu về các linh kiện điện tử

2.3.1 Tìm hiểu về cảm biến đo lực

Có rất nhiều loại loadcell do các hãng khác nhau sản xuất như: Kubota(Nhật), Global Weighing(Hàn Quốc)…mỗi loại được chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng: chịu kéo, chịu nén

Hình 2.11: Một số loại loadcell có trên thị trường

Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán còn gọi

là Strain gage Tấm điện trở là một phương tiện để biến đổi một biến dạng bé thành sự thay đổi tương ứng trong điện trở, bốn tấm điện trở sẽ nối thành một mạch cầu Wheatstone

Mỗi khi có lực tác động vào loadcell sẽ làm cho Strain gage bị biến dạng dẫn đến sự thay đổi của điện trở vì vậy điện áp cũng thay đổi

4

R

R R

R 

A

B

1 2

3

R

R

R  Dựa vào công thức này để tính độ lệch áp của mạch

Từ những loại loadcell có trong thực tế và yêu cầu về đo lực nén của đề tài mà lựa chọn ra loại loadcell phù hợp với những thông số về kỹ thuật như sau:

Hình 2.13: Loadcell Celtron

S/N:G39949

Điện áp ra danh định: 3,0027 mV/V

Tải trọng danh định: STC-100kgSE

2.3.2 Tìm hiểu về cơ cấu xy lanh và van phân phối

 Cơ cấu xy lanh

- Phần tách vỏ hạt điều bao gồm hai tác động: thứ nhất là tác động cho dao chẻ, thứ hai là tác động cho dao tách và lực tác động là không lớn lắm vì vậy sử dụng cơ cấu hai xy lanh khí nén là phù hợp nhất Cơ cấu này vừa đơn giản, tiết kiệm, lại dễ sử dụng, có thể tận dụng được từ các máy tách vỏ bằng

cơ có trong các nhà máy, xí nghiệp chế biến hạt điều hoặc trên thị trường kết hợp với phần xy lanh khí nén để lắp ráp mô hình máy

- Kí hiệu của xy lanh tác động kép:

Hình 2.14: Một số hình ảnh về xy lanh khí nén

 Van phân phối

- Dựa vào phần chọn xy lanh mà lựa chọn van phân phối cho phù hợp Đối với cơ cấu chỉ có hai xy lanh khí nén gồm hai tác động vào ra mà lực tác động không lớn nêu trên thì chọn loại van 3/2 là thích hợp bởi vì đây là loại van phổ biến, giá thành thấp, cơ cấu đơn giản nó có ba ngõ vào với hai vị trí dùng làm các đường vào ra cho khí nén khi xy lanh dịch chuyển

- Kí hiệu của van 3/2:

Hình 2.15: Van phân phối

2.3.3 OP07

Qua tìm hiểu cho thấy OP07 là một IC OPAMP có độ chính xác cao với sự

bù thấp, dòng phân cực đầu vào thấp (+-4nA), độ lợi vòng hở lớn (200V/mV) rất thích hợp cho việc đo lường cần độ chính xác cao vì vậy OP07 được dùng rất nhiều trong các mạch khuếch đại thuật toán

Hình 2.16: Sơ đồ chân của OP07

 Đặc điểm:

- Độ nhiễu thấp: 0,6μVp_p max

- Điện áp bù đầu vào rất thấp: 75μV max

- Ổn định cao với thời gian: 1,5 μV/tháng max

- Vùng điện áp cung cấp rộng: 3V-18V

+

2.3.4 Đầu nối RS-232

Cổng RS-232 còn gọi COM1, COM2 là cổng dùng để giao tiếp giữa Vi Điều Khiển AVR với máy vi tính Sự truyền dữ liệu qua cổng RS-232 được tiến hành theo dạng nối tiếp nghĩa là các bit dữ liệu được gửi đi trên n đường dẫn

Hình 2.17: Sơ đồ chân của đầu nối RS-232

Bảng 2.1: Bảng mô tả các chân của đầu nối RS232

1 DCD Phát tín hiệu mang dữ liệu

9 RI Chỉ thị vòng

2.3.5 MAX232

Được sử dụng cùng với đầu nối RS232 thành mạch giao tiếp máy tính để

hỗ trợ cho việc truyền tải dữ liệu của bộ lưu trữ với máy tính

 Cấu tạo chân của Max232

Hình 2.18: Sơ đồ chân của MAX232

MAX23

13

8

11 10

1 3 4 5 2

6

12 9

14

7

16 15 R1IN

R2IN

T1IN T2IN

C1+

C2+

U1

MAX232

1 3 4 5 2 6

12 9 11

10

13 8

14 7

C1+

C2+

C1- V+

C2-

V-R1OUT R2OUT T1IN

T2IN

R1IN R2IN T1OUT T2OUT

 Mô tả chức năng của các chân:

Ta thấy rằng Max232 gồm có 4 tụ ngoài (mắc vào giữa C1+ và C1-, C2+ và C2-, V+ và nguồn dương, V- và đất để biến đổi điện áp từ 0 V đến 5 V thành từ -12 V đến +12 V phù hợp cho truyền thông theo chuẩn RS232 Ngoài

ra còn có 4 bộ khuếch đại đảo nhằm chuyển từ mức TTL ra chuẩN RS232 và ngược lại

2.3.6 Vi Điều Khiển ATMEGA32

Là một mạch có mật độ tích hợp cao, nhiều tính năng ưu việt, có thể lập trình tối đa đến vài nghìn lệnh trên VĐK nên đã được sử dụng nhiều trong các ứng dụng điều khiển hiện nay

 Đặc điểm của Vi điều khiển ATMEGA32:

- Điện áp nguồn nuôi: 4,5 V- 5,5 V

- 131 lệnh mạnh, hầu hết được thực hiện trong một chu kỳ xung nhịp

- Bộ chuyển đổi ADC 8 kênh, 10 bit

- Bộ nhớ EEPROM 1024 Bytes Chịu được: chu kỳ 100000 lần ghi/xoá

- 2K Byte SRAM nội

- 32K Bytes RAM Flash lập trình được trong hệ thống Chịu được: chu kỳ

10000 lần ghi/xoá

- 32 đường vào/ra chương trình, 40 chân PDIP

- 32 thanh ghi đa mục đích 8 bit

 Sơ đồ các chân và chức năng của ATMEGA32:

Hình 2.19: Sơ đồ chân của VĐK Atmega32

GND 11

PD2(INT0) 16

VCC 10

PD0(RXD) 14

PB3/AIN1 4

PB1/T1 2

XTAL1 12

PB0/T0 1

PD5(OC1A) 19

ATMEGA32

PB5/MOSI 6

PD1(TXD) 15

PB4/SS 5

XTAL2 13

PD6(ICP) 20 PD4(OC1B) 18

PB7/SCK 8

PB2/AIN0 3

PB6/MISO 7

PD3(INT1) 17

PD7(OC2) 21

Chức năng các chân của Atmega32:

- Vcc: điện áp nguồn nuôi

- GND: nối đất

- RST: lối vào đặt lại

- Port A (PA7-PA0): cổng A đáp ứng khi tín hiệu đầu vào tương tự tới bộ chuyển đổi A/D Nếu bộ chuyển đổi A/D không được sử dụng thì Port A cũng đáp ứng như là một cổng vào/ra hai hướng 8 bit Các chân Port có thể cung cấp điện trở kéo lên nguồn dương bên trong

- Port B (PB0-PB7): là một cổng vào/ra hai hướng 8 bit, có điện trở kéo lên nguồn dương bên trong Port B cũng cung cấp các chức năng về nhiều tính năng đặc biệt của Atmega32

- Port C (PC0-PC7): là một cổng vào ra hai hướng 8 bit với điện trở kéo

lên nguồn dương bên trong Port C cũng cung cấp các chức năng về

giao tiếp JTAG của những tính năng đặc biệt khác của Atmega32

- Port D (PD0-PD7): là một cổng vào /ra hai hướng 8 bit với điện trở kéo lên nguồn dương bên trong Port D cũng cung cấp những chức năng của nhiều tính năng đặc biệt của Atmega32

- XTAL1: lối vào bộ khuếch đại đảo và mạch tạo xung nhịp bên trong

- XTAL2: lối ra bộ khuếch đại đảo

- AVCC: là chân điện áp nguồn cho Port A và bộ chuyển đổiA/D Nó sẽ được kết nối một cách độc lập với Vcc ngay cả khi bộ chuyển đổi A/D không được sử dụng

- AREF: là chân chuyển tín hiệu điện cho bộ chuyển đổi

- ICP: là chân vào cho chức năng bắt tín hiệu vào bộ định thời hoặc đếm 1

- OC1B: là chân ra chức năng so sánh lối ra bộ định thời đếm 1

2.3.7 Bộ hiển thị tinh thể lỏng LCD

Trong đề tài này, phần kết cấu và hiển thị của thiết bị được thiết kế nhỏ gọn nên chọn bộ hiển thị tinh thể lỏng LCD loại TC1602A-01 là phù hợp Loại này có 2 dòng,16 kí tự và có tổng cộng 16 chân modul hiển thị

Hình 2.20: Bộ hiển thị LCD loại TC1602A-01

Bảng 2.2: Bảng mô tả chức năng các chân modul hiển thị của LCD

2.3.8 Bộ lưu trữ dữ liệu

Bộ lưu trữ dữ liệu thực chất là bộ nhớ ngoài của Vi điều khiển Atmega32 dùng để ghi nhận dữ liệu nhiều lần và có thể xoá dữ liệu đã ghi khi

bộ nhớ bị đầy để tiếp tục quá trình ghi

 Các đặc tính cơ bản của AT24C64:

- AT24C64 là bộ nhớ EEPROM

- Dung lượng của bộ nhớ là 64K(8Kx8)

- Điện áp cung cấp: 5V±10%

- Dòng điện hoạt động là 5mA

 Sơ đồ và chức năng các chân của AT24C64

Hình 2.21: Sơ đồ chân của IC AT24C64

Bảng 2.3: Bảng chức năng các chân của AT24C64

2.3.9 Phần ngôn ngữ viết chương trình

Chương trình gồm hai phần chính được viết bằng hai ngôn ngữ khác nhau

- Phần một là chương trình cho bộ lưu trữ dữ liệu và VĐK ATMEGA32 được viết bằng ngôn ngữ BascomAVR Đây là ngôn ngữ lập trình cấp cao được sử dụng để thay thế cho chương trình hợp ngữ vì nó có tính năng tương

tự nhưng lại dễ lập trình hơn và hỗ trợ rất nhiều cho người sử dụng

 Xuất dữ liệu ra:

Config Address = Data

Vcc Nguồn 5V GND Nối đất

U11

AT24C64

1 2 3

4 5

6

A0 A1 A2 GND SDA

SCL

Hình 2.22: Giao diện chính của phần mềm BascomAVR

- Phần hai là chương trình giao tiếp giữa bộ lưu trữ dữ liệu và máy tính được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic Đây cũng là ngôn ngữ lập trình cấp cao nhưng được lập trình dựa theo nguyên tắc thiết kế những chương trình

mà ta đã thấy trước kết quả

Dùng thư viện liên kết :

 Xuất dữ liệu ra:

Public Declare Sub PortOut Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer, ByVal value

As Byte)

 Nhập dữ liệu:

Public Declare Function PortIn Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer) As Byte

Thanh Menu Thanh Toobar Giao diện để viết chương trình

3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

3.1 Phương pháp thực hiện đề tài

Phương pháp thực hiện theo trình tự từng bước sau:

- Tìm hiểu nguyên lí hoạt động và cấu tạo máy tách vỏ hạt điều để thiết

kế các sơ đồ nguyên lí của các mạch

- Các sơ đồ nguyên lí và mạch in được thực hiện trên phần mềm Orcad Family 9.2

- Tìm hiểu và chọn cảm biến đo

- Dựa trên các sơ đồ nguyên lí cắm linh kiện trên project board cho chạy thử nghiệm và kiểm tra

- Làm mạch in, hàn linh kiện cho phần mạch tổng hợp, làm sạch và chạy thử nghiệm lại cho đúng

- Đo đạc kích thước mạch để thiết kế phần vỏ hộp

- Tiếp theo là lắp ráp phần board mạch điện tử vào vỏ hộp

- Chạy thử và hiệu chỉnh lại trước khi đưa vào khảo nghiệm

- Đo và ghi nhận các giá trị lực đo được

- Tính toán các giá trị đo đưa ra kết qủa cuối cùng

3.2 Phương tiện thực hiện đề tài

Đề tài được khảo nghiệm với các dụng cụ sau:

4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Thực hiện đề tài

Đề tài được thực hiện theo trình tự từng phần ứng với từng chức năng của mỗi phần, các phần thực hiện sau đó sẽ được lắp ghép thành một hệ thống hoàn chỉnh và được trình bày theo sơ đồ khối sau:

Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống đo, lưu trữ, hiển thị lực tách vỏ hạt điều

và giao tiếp với máy tính

Tín hiệu điện áp

Dao chẻ

Dao tách

Khuếch đại tín hiệu điện áp

Đo lực tách vỏ hạt điều bằng loadcell

Giải thích sơ đồ:

- Tín hiệu từ dao chẻ được đưa đến loadcell, tín hiệu đưa ra từ loadcell là tín hiệu điện áp

- Tín hiệu điện áp này sẽ được khuếch đại lên nhờ một mạch khuếch đại

- Phần chuyển đổi AD sẽ chuyển đổi tín hiệu điện từ giá trị tương tự (số thập phân) sang giá trị số dạng nhị phân để máy tính có thể nhận biết được

- Vi xử lí sẽ thu nhận tín hiệu từ bộ chuyển đổi rồi xử lí các thông tin nhận được và cho hiển thị lên LCD Sau đó kết quả được lưu vào bộ lưu trữ

dữ liệu, từ bộ lưu trữ dữ liệu kết quả được xuất ra màn hình vi tính nhờ phần giao tiếp với máy tính và phần kết quả này sẽ được xử lí tùy theo

yêu cầu của người sử dụng

4.1.1 Thực hiện phần cứng cơ khí

Sau khi tham khảo một số máy tách vỏ hạt điều tự động có trên thị trường, tận dụng phần tách vỏ có sẵn của máy tách vỏ bằng tay và máy thủ công để lắp ráp phần cứng cơ khí phục vụ cho việc khảo nghiệm

Bên cạnh đó cần làm thêm phần vỏ hộp để lắp ráp các board mạch tạo thuận lợi cho việc khảo nghiệm hoặc di dời thiết bị đo

4.1.2 Thực hiện phần cứng điện tử

Tức là thiết kế và chế tạo các mạch điện tử dựa trên các sơ đồ nguyên

lí đã có Qua khảo sát một số mạch đo lường đã có và yêu cầu về đo lực của

đề tài mà thiết kế các sơ đồ nguyên lí cho hệ thống đo

Trình tự thực hiện phần cứng điện tử của đề tài bao gồm 6 phần :

- Chế tạo mạch khuếch đại dụng cụ

- Chế tạo phần mạch nguồn cung cấp điện áp

- Chế tạo chuyển đổi ADC và hiển thị dữ liệu

- Chế tạo mạch lưu trữ dữ liệu

- Chế tạo mạch giao tiếp máy tính

- Ghép nối thành mạch tổng hợp đo, lưu trữ, hiển thị lực tách vỏ hạt điều

và giao tiếp với máy tính

4.1.2.1 Mạch khuếch đại dụng cụ

Mạch này dùng để khuếch đại tín hiệu điện áp

Một loadcell đo lực được gắn vào phần giữa của dao chẻ và xy lanh khí nén, tín hiệu lực được nhận vào từ loadcell và chuyển thành tín hiệu điện áp thông qua mạch cầu Wheatstone

Tín hiệu điện áp sau khi đã được khuếch đại đủ lớn để bộ chuyển đổi nhận biết thì được đưa đến bộ chuyển đổi AD

Hinh 4.2: Sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại dụng cụ

4.1.2.2 Phần mạch nguồn

 Yêu cầu của mạch nguồn:

- Điện áp cung cấp nguồn cho VĐK là: +5V

- Mức độ ổn áp cao, không bị nhiễu trong quá trình đo

- Đủ dòng cung cấp cho tải

 Từ những yêu cầu nêu trên ta thiết kế bộ nguồn có sơ đồ nguyên lý như sau:

5.1 VDC

GND 5.1 VDC

den

OUT

R9 1K

R7 10K

-5.3 VDC

xanh

C1 1uF

C2 1uF

do

R6 1K

R11

1K

GND

+

GND

GND

R3 330

J3

HEADER 3

1 2 3

R1

10K

5.1 VDC

+

-5.3 VDC

R10 1K

5.1 VDC

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý phần mạch nguồn cung cấp điện áp

4.1.2.3 Mạch chuyển đổi ADC và hiển thị dữ liệu

Mạch này bao gồm các phần:

- Phần LCD hiển thị dữ liệu được ghép nối chung với phần mạch chuyển đổi ADC của VĐK để hiển thị tất cả các dữ liệu đã lập trình cho VĐK

- Phần nạp chương trình cho VĐK

- Phần nút nhấn cho người sử dụng lựa chọn các yêu cầu

- Bộ biến đổi ADC đã được tích hợp trong VĐK ATMEGA32 để chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu số cho việc tính toán và xử lí của VĐK

Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý của mạch chuyển đổi ADC và hiển thị dữ liệu

C13 100nF

+ U4A LM358

-3 2 1

R2 5k

J6

1 3 5 7

R4 5k

29 30 31 40

24 26 28

10 12 14 16

1 3 5 7

39 37 35 33 32

RST

PD4(OC1B) PD6(ICP) PC7(TOSC2) AVCC AGND PA0/AD0

PC2 PC4 PC6(TOSC)

VCC GND XTAL2

PD0(RXD) PD1(TXD) PD2(INT0)

PB0/T0 PB2/AIN0 PB4/SS PB5/MOSI PB7/SCK

PA1/AD1 PA3/AD3 PA5/AD5 PA7/AD7 AREF

GND

SW2

R3 5k

5V

R8 5K

5V 5V

5V

C15 1uF

Y1 8MH

GND

4.1.2.4 Mạch lưu trữ dữ liệu

Đây là một bộ lưu trữ dữ liệu được ghép nối với mạch chuyển đổi và hiển thị, nó ghi(đo) được tối đa là 10 lần, mỗi lần đo gồm 400 giá trị lực Khi đã ghi đủ 10 lần thì phải xoá tất cả các dữ liệu cũ để có thể ghi lại từ đầu

Mạch này có chức năng lưu trữ lại các giá trị lực đo được của 10 lần đo liên tiếp Nếu bị mất nguồn đột ngột thì dữ liệu cũng không bị mất theo, sau khi cấp nguồn lại thì dữ liệu lại được ghi tiếp tục

Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý của mạch lưu trữ dữ liệu

4.1.2.5 Mạch giao tiếp với máy tính

Mạch này sẽ giao tiếp với máy tính qua đầu nối RS232, dữ liệu được lưu trong bộ lưu trữ dữ liệu sẽ được đọc ra và hiển thị lên LCD hoặc được truyền lên máy vi tính Ta có thể xem lại toàn bộ các giá trị lực (400 giá trị) đo được ở bất kỳ lần đo nào (trong10 lần) trên màn hình máy vi tính theo yêu cầu của người sử dụng Vì vậy việc đọc dữ liệu sẽ dễ dàng và nhanh chóng hơn, người sử dụng không phải nhấn nút lâu để xem như khi xem trên màn hình LCD

Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý của mạch giao tiếp máy tính

C5 1uF

P1

5 4 3 2

1

U2

MAX232

1 3

4 5

12 9 11

13 8

14 7 C1+

C3 1uF

5V

C11 1uF

C8 1uF

C4 1uF

J8

CON2 1

RXD TXD

5V

5V

GND

R14 10k 5V

GND

GND

SDA

R13 10k

SCL

U10

AT24C64

1 2 3

4 5

6

A0 A1 A2 GND SDA

SCL

4.1.2.6 Ghép nối thành mạch tổng hợp đo, lưu trữ, hiển thị lực tách vỏ hạt điều và giao tiếp với máy tính

Mạch tổng hợp này sẽ ghép nối với mạch khuếch đại để lấy tín hiệu điện áp có được từ loadcell rồi làm tất cả các nhiệm vụ đã đề ra của đề tài đó là: đo, hiển thị, lưu trữ dữ liệu và giao tiếp máy tính

Cả mạch khuếch đại dụng cụ và mạch tổng hợp này sẽ được gắn vào trong một hộp được thiết kế dựa trên việc đo đạc các mạch trên Mặt trên của hộp có màn hình LCD, ba nút điều khiển và các nhãn chỉ dẫn

Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý của mạch tổng hợp đo, lưu trữ, hiển thị và giao tiếp

với máy tính

4.2 Thực hiện phần mềm

Phần mềm của đề tài bao gồm hai phần chính:

- Phần một là chương trình viết cho VXL để đo và hiển thị lực lên LCD

- Phần hai là chương trình giao tiếp máy tính, xử lí dữ liệu thu nhận được

1 4 7 10 13

GND SDA

C12 100nF

GND

R2 5k

5V

GND

C13 100nF

Y1 8MH

GND

GND

SCL GND

R14 10k

C6 1uF

GND

GND

C7 2000nF

5V

GND

R4 5k

GND

GND

R13 10k

C14 10uF

U10

24C64/SO8

1 3 4 5 6 8

A0

GND SDA

SCL

C15 1uF

C8 1uF

GND

5V

R10 5k

13

8

14 7

SW4

-U4A LM358

3 1

R6 100k C2

25 28

10 12 14 16

1 3 6

39 36 33

RST

PD4(OC1B) PD6(ICP) PC7(TOSC2) AVCC AGND PA0/AD0

PC2 PC5 PC6(TOSC)

VCC

XTAL2

PD0(RXD) PD1(TXD) PD2(INT0)

PB0/T0 PB2/AIN0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK

PA1/AD1

PA4/AD4

PA7/AD7 AREF

5V

C11 1uF

Hình 4.8:Lưu đồ giải thuật của chương trình điều khiển viết cho VXL

Chọn sự kiện

SLG=1

Ghi tiếp

Xem kq trên LCD

Ghi vào

bộ nhớ

Xem kq tiếp

Số lần ghi>1

Tín hiệu kích dao

Thực hiện việc đo

Ghi vào ROM

- Sau khi đo xong trên màn hình LCD chỉ hiển thị giá trị lực lớn nhất mà máy đo được Giao diện LCD lúc này xuất hiện hai dòng chữ:

- Bộ lưu trữ có thể ghi tối đa là 10 lần đo, nếu quá 10 lần thì trên màn hình LCD xuất hiện dòng chữ:” Hết bộ nhớ”, muốn ghi tiếp tục ta phải xoá bộ nhớ nhờ nút điều khiển trên phần giao diện máy tính đang kết nối

Chương trình cụ thể được trình bày trong phần Phụ lục

4.2.2 Phần chương trình giao tiếp máy tính

Màn hình giao diện gồm bảy nút điều khiển với bảy chức năng tương ứng để xử lí dữ liệu khi giao tiếp máy tính

- Nút Mở file - Nút Tải dữ liệu từ bộ nhớ

- Nút Lưu file - Nút Tải dữ liệu lên máy tính

- Nút Xuất file text - Nút Xoá bộ nhớ

- Nút Thoát

Chương trình được viết ở nhiều phần khác nhau, nếu muốn chương trình làm việc theo ý mình thì bắt buộc người sử dụng phải giao tiếp với chương trình qua bàn phím, hoặc qua chuột, hoặc qua nút điều khiển…một cách liên tục hay gián đoạn mà chương trình sẽ có vòng quét hay đợi lệnh

Chương trình được viết dựa trên lưu đồ khối sau:

Hình 4.9: Lưu đồ khối của chương trình giao tiếp máy tính

Chương trình được trình bày trong phần phụ lục

Có

Không Hiển thị