THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ RÓT SỮA ĐẬU NÀNH TỰ ĐỘNG.

Nội dung chính của đề tài: Tính toán, thiết kế chế tạo phần cơ thiết bị rót sữa đậu nành tự động. Tính toán chọn động cơ cho cơ cấu biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián đoạn theo chu kì. Thiết kế mạch điều khiển bộ phận rót định lượng và cơ cấu nâng hạ môtơ xoáy nắp. Viết chương trình điều khiển cho vi điều khiển. Khảo nghiệm khả năng làm việc của thiết bị rót sữa đậu nành tự động.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH

* * * * * * * * *

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ RÓT SỮA ĐẬU NÀNH

TỰ ĐỘNG

Ngành học: CƠ ĐIỆN TỬ Niên khóa: 2012 – 2016 Sinh viên thực hiện:TRƯƠNG QUANG VŨ

NGÔ NHẬT TRƯỜNG

Tháng 6/2016

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ RÓT SỮA ĐẬU NÀNH

TỰ ĐỘNG.

TÁC GIẢ TRƯƠNG QUANG VŨ NGÔ NHẬT TRƯỜNG

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Đăng Khoa

Tháng 06 năm 2016

LỜI CẢM ƠN

Được sự cho phép của Khoa Cơ Khí Công Nghệ - Trường Đại Học Nông Lâm

TP HCM, và sự đồng ý của thầy giáo viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Đăng Khoa chúng

em đã thực hiện đề tài:” Thiết kế, chế tạo thiết bị rót sữa đậu nành tự động”

Để hoàn thành khóa luận này, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình chúng em học tập, nghiên cứu và rèn luyện tại Trường Đại Học Nông Lâm TP HCM

Xin chân thành cảm ơn thầy giáo viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Đăng Khoa đã tận tình hướng dẫn chúng em thực hiện khóa luận này

Mặc dù đã rất cố gắng thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất Nhưng do chưađược làm quen nhiều với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp xúc thực tế với các thiết

bị, cũng như những hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của quý Thầy - Cô và các bạn để khóa luận được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

TP HCM, ngày 13 tháng 06 năm 2016

Sinh viên thực hiệnNgô Nhật TrườngTrương Quang Vũ

TÓM TẮT

Thiết bị chiết rót và vặn nắp chai trên thị trường rất phổ biến và đa dạng, nhưng chi phí lắp đặt thiết bị cao Yêu cầu thực tế đặt ra cần có một thiết bị chiết rót và vặn nắp chai tự động có giá thành thấp nhưng vẫn đảm bảo được khả năng làm việc tốt Vì

lý do đó nhóm em đã thực hiện đề tài: “ Thiết kế , chế tạo thiết bị rót sữa đậu nành tự động”

Nội dung chính của đề tài:

Tính toán, thiết kế chế tạo phần cơ thiết bị rót sữa đậu nành tự động

Tính toán chọn động cơ cho cơ cấu biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián đoạn theo chu kì

Thiết kế mạch điều khiển bộ phận rót định lượng và cơ cấu nâng hạ mô-tơ xoáy nắp

Viết chương trình điều khiển cho vi điều khiển

Khảo nghiệm khả năng làm việc của thiết bị rót sữa đậu nành tự động

MỤC LỤ

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài 2

1.2.1 Mục đích chung 2

1.2.2 Mục đích cụ thể 2

1.2.3 Ý nghĩa đề tài 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Tổng quan về hệ thống chiết rót tự động 3

2.1.1 Nhu cầu về thiết bị chiết rót tự động trên thị trường 3 2.1.2 Thực trạng các hệ thống chiết rót tự động tại Việt Nam 3 2.1.3 Tổng quan về thiết bị rót sữa đậu nành tự động 4 2.2 Tổng quan về các linh kiện trong thiết bị rót sữa đậu nành tự động 4 2.2.1 Mạch vi điều khiển Arduino Uno R3 4 2.2.2 Rơ-le 8 2.2.3 Cảm biến hồng ngoại 10 2.2.4 Cảm biến lưu lượng (S201) 10 2.2.5 Màn hình hiển thị LCD( Lyquid Crystal Display) 12 2.2.6 Van điện từ( Solenoid valve) 14 2.2.7 Biến áp 15 2.2.8 Công tắc hành trình 16 2.2.9 Mạch điều khiển động cơ DC ( Mạch cầu H L298 ) 17 2.2.10 Động cơ điện một chiều (động cơ DC) 17 2.2.11 Nút nhấn 20 Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

3.1 Thực hiện đề tài 21

3.2 Phương pháp thiết kế 21

4.1 Tính toán thiết kế cơ cấu biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động

quay gián đoạn theo chu kì (cơ cấu Man) 24

4.1.1 Tính toán cơ cấu Man 25 4.1.3 Tính động cơ điện 26 4.1.4 Tính bộ truyền xích 27 4.1.5 Tính trục: 30 4.2 Bộ phận cấp chai 30

4.3 Tính toán, thiết kế cơ cấu mâm xoay vận chuyển chai 32

4.4 Bộ phận cấp nắp 33

4.5 Thiết kế bộ phận cấp sữa đậu nành 34

4.6 Thiết kế cơ cấu tay quay hạ động cơ vặn nắp 37

4.7 Tính toán thiết kế mạch điều khiển thiết bị rót sữa đậu nành tự động 40

4.8 Sơ đồ điều khiển thiết bị rót sữa đậu nành tự động 45

4.9 Khảo nghiệm sơ bộ thiết bị rót sữa đậu nành tự động 52

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 55

5.1 Kết luận 55

5.2 Kiến nghị 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

MỤC LỤC HÌNH

Hình 2.1 Máy súc rửa, chiết rót, đóng nắp chai Pet BSL-1535.

Hình 2.2 Máy súc rửa, chiết rót ,đóng nắp chai Pet 3 trong 1 WT24-24-8

Hình 2.3 Mạch vi điều khiển Arduino Uno R3

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý rơ-le

Hình 2.5 Cảm biến hồng ngoại và sơ đồ nguyên lý

Hình 2.6 Cảm biến lưu lượng(S201)

Hình 2.7 LCD 16x2

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hiển thị LCD

Hình 2.9 Cấu tạo van điện từ tác động trực tiếp

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý biến áp

Hình 2.11 Cấu tạo công tắc hành trình

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H(L298)

Hình 2.13 Chuyển động của phần ứng động cơ điện một chiều

Hình 2.14 Động cơ cơ cấu Man

Hình 2.15 Động cơ hạ mô tơ xoáy nắp

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý nút nhấn liên kết vi điều khiển

Hình 4.1 Sơ đồ cấu tạo thiết bị rót sữa đậu nành tự động

Hình 4.2 Sơ đồ cấu tạo cơ cấu biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián đoạn theo chu kì

Hình 4.3 Sơ đồ cấu tạo bộ phận cấp chai

Hình 4.4 Sơ đồ lực tác dụng lên chai

Hình 4.5 Cơ cấu mâm xoay vận chuyển chai

Hình 4.6 Cấu tạo bộ phận cấp nắp

Hình 4 7Đầu cấp nắp chai

Hình 4.11 Thiết bị rót sữa đậu nành tự động được dựng bằng phần mềm SolidWorks.Hình 4.12 Sơ đồ khối chung mạch điều khiển thiết bị rót sữa đậu nành tự động.Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển thiết bị rót sữa đậu nành tự động.

Hình 4.14 Mạch nguyên lý nguồn 5V

Hình 4.15 Mạch nguyên lý nguồn 12V

Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển cơ cấu hạ động cơ vặn nắp

Hình 4.17 Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị LCD

Hình 4.18 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bộ phận rót định lượng

Hình 4.19 Sơ đồ điều khiển thiết bị rót sữa đậu nành tự động

Hình 4.20 Sơ đồ giải thuật điều khiển thiết bị rót sữa đậu nành tự động

Hình 4.21 Cơ cấu tay quay hạ mô-tơ xoáy nắp

Hình 4.22 Sơ đồ giải thuật điều khiển cơ cấu tay quay hạ mô tơ xoáy nắp

Hình 4.23 Bộ phận rót định lượng

Hình 4.24 Sơ đồ giải thuật điều khiển phần cấp liệu sữa đậu nành vào chai.

Hình 4.25 Thiết bị rót sữa đậu nành tự động sau khi được chế tạo.

Hình 4.26 Biểu đồ khảo nghiệm.

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật máy WT24-24-8

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật máy BSL-1535

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của Ardiuno Uno R3

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật rơ le

Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại10

Bảng 2.6 Cổng giao tiếp cảm biến lưu lượng với vi điều khiểnBảng 2.7 Thông số kỹ thuật cảm biến lưu lượng (S201)

Bảng 2.8 Thông số kỹ thuật LCD 16x2

Bảng 2.9 Thông số kỹ thuật mạch cầu H

Bảng 2.10 Thông số kỹ thuật động cơ cơ cấu Man

Bảng 4.1 Kết quả khảo nghiệm thiết bị rót sữa đậu nành tự động.53

Chương 1

MỞ ĐẦU1.1 Đặt vấn đề.

Việt Nam là một quốc gia có khí hậu nhiệu đới gió mùa, khí hậu nóng ẩm khá khắc nghiệt Vì thế, nhu cầu sử dụng nước giải khát trên thị trường khá lớn Theo thống kê, người Việt sử dụng nước ngọt bằng một nửa trung bình lượng tiêu thụ nước ngọt thế giới Trong năm 2014, tổng doanh thu của ngành sản xuất nước giải khát đạt 80.320 tỷ đồng với hơn 2,200 triệu lít được tiêu thụ Tại nước ta, có hơn 135 doanh nghiệp sản xuất, trong đó có các doanh nghiệp nổi tiếng thế giới như: Pepsi, Coca cola,URC, và có xu hướng ngày càng mở rộng Nắm bắt được nhu cầu sử dụng trên thị trường, các công ty sản xuất nước giải khát không ngừng cải tiến công nghệ - kỹ thuật nâng cao năng suất chất lượng sản phẩm Các dây chuyền sản xuất dần được tự động hóa, khép kín luôn là sự lựa chọn hàng đầu của các công ty Tuy nhiên, song song đó nhu cầu của người tiêu dùng về các loại nước uống làm thủ công tốt cho sức khỏe ngày càng tăng Con người ngày càng biết quan tâm đến sức khỏe trong việc tiêu dùng hơn Nhu cầu của con người là vậy nhưng thực tế các sản phẩm nước uống - giải khát thủ công lại không được chú trọng sản xuất phổ biến Đối với các công ty, lợi nhuận được đặt lên hàng đầu Vì vậy, họ ngày càng tự động hóa sản xuất, khiến sản phẩm rơi vào tình trạng sản phẩm công nghiệp không tốt cho sức khỏe người tiêu dùng Đối với các nhà sản xuất kinh doanh nhỏ lẻ, họ có thể sản xuất ra các sản phẩm nước uống tốt, nhưng lại tốn nhiều thời gian trong khâu sản xuất và khâu chiết rót đóng nắp sản phẩmdẫn đến công suất rất thấp Các thiết bị chiết rót và đóng nắp công suất nhỏ cho các nhà sản xuất qui mô nhỏ chưa được chú trọng

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó và được sự đồng ý của Khoa Cơ Khí Công Nghệ

- Trường ĐH Nông Lâm TP HỒ CHÍ MINH, dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Đăng Khoa Nhóm sinh viên quyết định thực hiện đề tài: ” Thiết kế, chế tạo thiết bị rótsữa đậu nành tự động”

1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài.

Phần điều khiển:

Viết được chương trình điều khiển bộ phận rót định lượng

Viết được chương trình điều khiển bộ phận xoáy nắp

Viết được chương trình điều khiển hiển thị giám sát lưu lượng lên LCD

1.3 Ý nghĩa đề tài.

Đề tài giúp sinh viên biết giải quyết các vấn đề từ yêu cầu thực tế cuộc sống Qua

đó, ôn lại những kiến thức đã học trên lớp và trang bị hành trang ban đầu cho sinh viênsau khi ra trường

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về hệ thống chiết rót tự động.

2.1.1 Nhu cầu về thiết bị chiết rót tự động trên thị trường.

Nước uống đóng chai là một loại nước uống rất được ưa chuộng trên thị trường hiện nay Do nhu cầu của cuộc sống hối hả và yêu cầu thời gian trong công việc nên nhu cầu của con người về các loại đồ ăn, thức uống nhanh ngày càng lớn Vì thế các loại nước uống đóng chai cũng dần phát triển theo và với quy mô ngày càng lớn Nắm bắt được nhu cầu đó, các công ty sản xuất nước giải khát ra đời như: Tân Hiệp Phát, Tân Quang Minh, Number1, Tribeco,

Để có thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng lớn trên thị trường, các dây chuyền chiết rót tiên tiến quy mô lớn được ra đời Không chỉ ở qui mô công nghiệp, nước uống đóng chai sản xuất ở qui mô nhỏ lẻ - gia đình cũng dần tự động hóa bằng các thiết bị chiết rót công suất nhỏ

Trong thời buổi kinh tế hội nhập, nhằm đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng, cáccông ty chuyên sản xuất thiết bị chiết rót và vặn nắp ngày càng phát triển để tạo ra sản phẩm chất lượng, đa dạng về thiết kế, mẫu mã, công suất nhằm phục vụ cho nhiều đối tượng Đến nay, hầu hết các công ty - xí nghiệp sản xuất nước uống trên thị trường trong nước đều được đầu tư dây chuyền chiết rót vặn nắp tiên tiến

2.1.2 Thực trạng các hệ thống chiết rót tự động tại Việt Nam.

Tại Việt Nam hiện nay việc lắp đặt một dây chuyền hệ thống chiết rót và vặn nắp chai không còn khó khăn và tốn nhiều chi phí Các doanh nghiệp trong nước có thể tự thiết kế và lắp đặt mà không phải mua các thiết bị ngoại nhập Tuy nhiên, các dây chuyền sản suất trong nước có quy mô không lớn

Các thiết bị đóng nắp qui mô lớn thường ngoại nhập Thiết bị trong nước thườngsản xuất cho các công ty vừa và nhỏ

Nhu cầu của thị trường lớn nhưng chưa có một công ty-doanh nghiệp trong nước

đủ lớn chuyên nghiên cứu, chế tạo cung cấp ra thị trường trong và ngoài nước Nhiều

2.1.3 Tổng quan về thiết bị rót sữa đậu nành tự động.

2.1.3.1 Thiết bị chiết rót và vặn nắp chai tự động trên thị trường:

Ngày nay, trên thị trường đã có rất nhiều loại dây chuyền sản xuất chiết rót và vặn nắp chai tự động đa dạng về thiết kế mẫu mã đến công suất Các dây chuyền trong các công ty lớn thường là những dây chuyền khép kín kết hợp rửa chai, chiết rót, vặn nắp dán nhãn và đóng thùng Các dây chuyền này thường có công suất lớn, tất cả đều được điều khiển tự động bằng PLC và khí nén Đối với các thiết bị chiết rót và vặn nắp

có công suất nhỏ thường chỉ bao gồm chiết rót và vặn nắp Về cấu tạo, một thiết bị chiết rót và vặn nắp bao gồm các bộ phận chính như sau: băng tải cấp chai, mâm xoay

cố định, vòi chiết, bộ phận xoáy nắp, phễu cấp phôi (nắp chai), mạch điều khiển và động cơ truyền động

Ưu điểm thiết bị: nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí, nâng cao chất lượngsản phẩm với giá cả cạnh tranh Máy hoạt động bền bỉ, chắc chắn, định lượng chất lỏng trong chai và xoáy nắp nhanh, chắc chắn, độ chính xác cao và đảm bảo an toàn vệsinh Thiết kế đa dạng thích hợp với nhiều loại chai, lon với nhiều kích cỡ

Nhược điểm: Các dây chuyền lớn có chi phí lắp đặt khá tốn kém do nguồn cung ngoại nhập

Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, việc tạo ra một hệ thống chiết rót và vặn nắp chai tự động là một việc làm cấp thiết, đảm bảo được quy trình sản xuất khép kín, giảm nhân công lao động, tăng năng xuất giảm chi phí hoạt động, đáp ứng được vệ sinh an toàn thực phẩm

Một số thiết bị chiết rót vặn nắp trên thị trường:

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật máy BSL-1535:

Hình 2.2 Máy súc rửa, chiết rót ,đóng nắp chai Pet 3 trong 1 WT24-24-8.

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật máy WT24-24-8.

2.1.3.2 Tổng quan về đề tài thiết bị rót sữa đậu nành tự động:

Thiết bị rót sữa đậu nành tự động được nghiên cứu, chế tạo từ nhu cầu cần thiết của thực tế đặt ra Do chưa có kinh nghiệm về thiết kế, chế tạo, nhóm sinh viên thực hiện đề tài với thiết bị có qui mô sản xuất nhỏ hướng tới đối tượng sử dụng là các hộ kinh doanh nhỏ

Thiết bị được chế tạo bao gồm các bộ phận chính như sau:

Bộ phận cấp chai: do thiết bị có công suất không lớn nên thay thế bộ phận cấp chai băng tải bằng bộ phận trượt chai vào máy-hoạt động như một máng dẫn Kết cấu này giúp cắt giảm chi phí nhưng đảm bảo về khả năng làm việc

Mâm xoay: kẹp-vận chuyển chai qua các bộ phận chiết rót, xoáy nắp

Bộ phận cấp liệu vào chai(vòi chiết): sử dụng van điện từ kết hợp cảm biến lưu lượng thay thế bơm

Bộ phận xoáy nắp: sử dụng tay quay con trượt nâng -hạ mô tơ xoáy nắp

Mạch điều khiển: sử dụng Arduino Uno R3

Động cơ: thiết bị có công suất nhỏ nên sử dụng động cơ DC

2.2 Tổng quan về các linh kiện trong thiết bị rót sữa đậu nành tự động.

2.2.1 Mạch vi điều khiển Arduino Uno R3.

Arduino Uno R3 là một bo mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điều khiển AVR Atmega328 Cấu tạo chính của Arduino Uno R3 bao gồm các phần sau:

Cổng USB: đây là loại cổng giao tiếp để upload code từ máy tính lên vi

Jack nguồn: để chạy Arduino có thể lấy nguồn từ cổng USB, hoặc cấp nguồn từ 9V đến 12V vào jack nguồn.

Có 14 chân vào/ra số đánh số thứ tự từ 0 đến 13, ngoài ra có một chân nối đất (GND) và một chân điện áp tham chiếu (AREF)

Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lí trung tâm của toàn bo mạch Với mỗi mẫu Arduino khác nhau có chip xử lý khác nhau Ở Arduino Uno R3 sử dụng chip ATMega328

Các Mega328 có 6 đầu vào tương tự, mỗi ngõ vào tương tự đều có độ phân giải 10 bit (tức 1024 giá trị khác nhau) Các Atmega328 có 32 KB bộ nhớ flash để lưu trữ mã (trong đó có 8 KB được sử dụng cho bộ nạp khởi động), 2 KB SRAM và 1 KB của EEPROM

Hình 2.3 Mạch vi điều khiển Arduino Uno R3.

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của Ardiuno Uno R3:

Rơ-le (relay) là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện có 2 trạng thái ON

và OFF Rơ-le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không

Rơle hoạt động trên nguyên tắc của nam châm điện, thường dùng để đóng ngắt mạch điện có công suất nhỏ

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật rơ le:

Điện thế đóng ngắt tối đa 250V(AC)-10A hoặc 30V(DC)-10A

1 Lò xò 2 Lõi thép 3 Chân chung(COM) 4 Tiếp điểm thường đóng.

5 Tiếp điểm thường hở 6 Cuộn dây

Hình 2.4 Cấu tạo rơ-le.

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý rơ-le.

Nguyên lý hoạt động: khi chưa đóng điện cho cuộn dây (6), lõi thép chỉ chịu lực đẩy của lò xo làm chân chung(3) tiếp xúc với tiếp điểm thường đóng(4), cặp tiếp điểm phía trên ở trạng thái đóng, cặp tiếp điểm phía dưới ở trạng thái hở Khi đóng điện cho cuộn hút (6), cuộn hút này trở thành nam châm điện hút lõi thép tiếp xúc với tiếp điểm thường hở của rơ-le Lực hút này sinh ra thắng lực kéo của lò xo với lõi thép Kết quả chân chung tiếp xúc tiếp điểm thường hở, tương ứng cặp tiếp điểm phía trên ở trạng thái hở, cặp tiếp điểm phía dưới ở trạng thái đóng Như vậy, nhờ vào sự đóng ngắt điệncho cuộn dây mà có thể thay đổi trạng thái các tiếp điểm

2.2.3 Cảm biến hồng ngoại.

1 Chân cực dương(VCC) 2 Chân cực âm(GND) 3 Chân tín hiệu(OUT)

Hình 2.5 Cảm biến hồng ngoại và sơ đồ nguyên lý.

Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại:

Led phát tạo ra sóng ánh sáng với bước sóng hồng ngoại vào các vật cản, sóng ánh sáng phản xạ đến led thu nhận biết sự có mặt của vật.  Mắt thu bình thường có nộitrở rất lớn (khoảng vài trăm KΩ ) Khi mắt thu bị tia hồng ngoại chiếu vào thì nội trở giảm xuống ( khoảng vài chục Ôm), làm ngắn mạch tạo tín hiệu

2.2.4 Cảm biến lưu lượng (S201).

Cảm biến lưu lượng là thiết bị dùng để xác định lưu lượng nước đi qua Bên trong cảm biến chứa một cánh quạt và cảm biến từ Hall xuất ra các xung khi thay đổi trạng thái đầu ra

Bảng 2.6 Cổng giao tiếp cảm biến lưu lượng với vi điều khiển:

Dây mà vàng Dây tín hiệu ra của cảm biến Hall

Hình 2.6 Cảm biến lưu lượng(S201).

Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật cảm biến lưu lượng (S201):

biến có thể sai lệch tùy thuộc vào tốc độ, áp suất chất lỏng, vị trí đặt và định hướng cảm biến.

2.2.5 Màn hình hiển thị LCD( Lyquid Crystal Display).

LCD là các loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ, dùng để hiển thị các dòng chữ hoặc

số trong bảng mã ASCII Không giống các loại LCD lớn, Text LCD được chia sẵn thành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thị một ký tự ASCII Cũng vì lý do chỉ hiện thị được ký tự ASCII nên loại LCD này được gọi là Text LCD (để phân biệt với Graphic LCD có thể hiển thị hình ảnh) Mỗi ô của Text LCD bao gồm các “chấm” tinhthể lỏng, việc kết hợp “ẩn” và “hiện” các chấm này sẽ tạo thành một ký tự cần hiển thị.Trong các Text LCD, các mẫu ký tự được định nghĩa sẵn Kích thước của Text LCD được định nghĩa bằng số ký tự có thể hiển thị trên một dòng và tổng số dòng mà LCD có

Hình 2.7 LCD 16x2.

Từ 1 xuống 0

Vô hiệu hóa LCD.LCD hoạt động.Bắt đầu ghi/đọc LCD

Chân 1 và chân 2 là các chân nguồn, được nối với GND và nguồn 5V Chân 3 là chân chỉnh độ tương phản (Contrast), chân này cần được nối với 1 biến trở chia áp để hoạt động được.Trong khi hoạt động, chỉnh để thay đổi giá trị biến trở để đạt được độ tương phản cần thiết, sau đó giữ mức biến trở này Các chân điều khiển RS, R/W, EN

là các chân dữ liệu được nối trực tiếp với vi điều khiển Tùy theo chế độ hoạt động 4 bit hay 8 bit mà các chân từ D0 đến D3 có thể bỏ qua hoặc nối với vi điều khiển

Sơ đồ nguyên lý kết nối LCD và Arduino thong qua LCD I2C ở chế độ 4bit:

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hiển thị LCD.

2.2.6 Van điện từ( Solenoid valve).

Van điện từ( Solenoid vavle): là một thiết bị cơ điện sử dụng để kiểm soát dòng chảy của chất lỏng Van được điều khiển bởi dòng điện 220V hoặc 24V thông qua một cuộn dây Khi cuộn dây được cấp điện, một từ trường được tạo ra, tạo thành lực tác động lên lõi sắt bên trong làm lõi sắt di chuyển lên làm mở van Khi dòng điện ngắt từ trường mất đi van trở về trạng thái ban đầu

1 Thân van 2 Lưu chất 3 Ống dẫn 4.Vỏ ngoài cuộn hút.

5 Cuộn dây 6 Dây nguồn 7 Lõi sắt 8 Lò xo

9 Khe lưu chất đi qua

Hình 2.9 Cấu tạo van điện từ tác động trực tiếp.

Nguyên lý hoạt động của van điện từ: khi có dòng điện được cấp qua dây tiếp điểm(6) làm cuộn dây bên trong có từ trường, từ trường hút lõi sắt đi lên làm mở van, khi ngắt dòng điện từ trường trên cuộn dây mất đi lúc đó dưới tác dụng lực từ lò xo đẩy lõi sắt đi xuống ngắt van

2.2.7 Biến áp.

Biến áp là thiết bị truyền đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện thông qua cảm ứng từ

Cấu tạo: Gồm một cuộn dây sơ cấp và một hay nhiều cuộn thứ cấp liên kết qua trường điện từ Mạch dẫn từ bố trí qua lõi cuộn dây Vật liệu làm mạch dẫn từ phụ thuộc vào tần số làm việc mà dùng thép silic hay lõi feralit.

Nguyên lý hoạt động: dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường, biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra một hiệu điện thế cảm ứng Khi có dòng điện xoay chiều tần số f chạy trong cuộn sơ cấp (primary), trong lõi sắt của biến áp xuất hiện một từ thông biến thiên với tần số f Từ thông biến thiên xuyên qua cuộn thứ cấp

(secondary), trong cuộn thứ cấp có một suất điện động dao động điều hòa với tần số f

2.2.8 Công tắc hành trình.

Công tắc hành trình dùng để giới hạn hành trình một chuyển động lặp đi lặp lại Công tắc thường gồm một hay nhiều tiếp điểm Công tắc hành trình là một công tắc đóng mở mạch điện, thường được đặt trên hành trình hoạt động của một cơ cấu Khi công tắc được tác động nó làm đóng-ngắt mạch điện hoặc khởi động một cơ cấu khác

1-7 Lò xo 2 Thân công tắc 3.Cần đẩy 4-5-8 Thanh tiếp điểm

6 Tấm lò xo 9 Trục dẫn hướng

Hình 2.11 Cấu tạo công tắc hành trình.

Nguyên lý hoạt động: Khi con lăn bị tác động ép lò xo (1) làm tấm lò xo (6) tác

2.2.9 Mạch điều khiển động cơ DC ( Mạch cầu H L298 ).

Mạch điều khiển động cơ L298 điều khiển tốc độ và chiều quay động cơ thông qua vi điều khiển Mạch điều khiển động cơ nguồn từ 5-35V, chịu được dòng tối đa 2A Ngoài ra, mạch được tích hợp IC7805 tạo nguồn ra 5V cung cấp cho các thiết bị khác

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H(L298).

Bảng 2.9 Thông số kỹ thuật mạch cầu H:

Điện áp của tín hiệu điều khiển 5-7V

Dòng của tín hiệu điều khiển 0-36mA

2.2.10 Động cơ điện một chiều (động cơ DC).

Động cơ điện một chiều hay động cơ DC: là thiết bị được sử dụng rộng rãi do điều khiển đơn giản Là loại động cơ thông dụng, thường dùng cho các thiết bị thí nghiệm thiết bị công suất nhỏ Động cơ điện một chiều là thiết bị giúp chuyển đổi điệnnăng thành cơ năng Bao gồm hai loại: động cơ điện một chiều không chổi

than(BLDC) và động cơ điện một chiều có chổi than(DC) Động cơ được sử dụng cho

Phân loại: theo cách kích từ động cơ gồm bốn loại sau

Bộ phận chỉnh lưu: gồm chổi than và cổ góp

Nguyên lý hoạt động: khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp U1, trong dây quấn xuất hiện dòng điện kích từ I1 Dòng điện sinh ra từ thông chạy trong mạch từ củađộng cơ Nếu đặt một điện áp U2 lên phần ứng của động cơ thông qua hệ thống chổi than và cổ góp thì trong dây quấn phần ứng có dòng điện I2 chạy qua Tương tác giữa dòng điện I2 vớitừ thông kích từ làm sinh ra một mô-men điện từ kéo phần ứng của động cơ quay quanh trục

Hình 2.13 Chuyển động của phần ứng động cơ điện một chiều.

Động cơ sử dụng cho thiết bị chiết rót và vặn nắp chai tự động là động cơ DC

Hình 2.14 Động cơ cơ cấu Man.

Bảng 2.10 Thông số kỹ thuật động cơ cơ cấu Man:

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý nút nhấn liên kết vi điều khiển.

Đối với mức 0, phải thiết kế mạch luôn ở mức 1, nút nhấn trong mạch ở trạng thái hở Lúc này điện sẽ qua điện trở kéo lên R 4,7 - 10K và về thẳng về vi điều khiển lúc này tại bit nhận tín hiệu của thiết bị đó có điện áp ở mức cao ( mức 1) và led hiển thị không sáng do không có mass Diode zener có nhiệm vụ ổn định 1 dòng điện áp chuẩn khi đưa về vi điều khiển( vi điều khiển làm việc tốt ở mức điện áp định mức 5V) Khi các thiết bị này được đóng lại tức các thiết bị được nối mass, điện áp sẽ chạy

từ mức cao về mức thấp Vì tất cả điện áp đã qua tải, tức điện trở kéo lên về mass nên tại bít nhận tín hiệu đó có điện áp ở mức thấp ( mức 0) Lúc này led hiển thị được nối mass nên sáng led báo hiệu Tụ C_104p có tác dụng như một thiết bị chống dội, lọc phẳng điện áp nhằm chắc chắc rằng thiết bị đã được đóng hoàn toàn.Vì các thiết bị nhưcông tắt hay nút nhấn đóng thì luôn xảy ra việc chưa đóng dứt khoát mà còn chập chờntại vị trí tiếp xúc của tiếp điểm Điều sẽ làm cho việc tiếp nhận tín hiệu của vi điều khiển bị nhiễu và tụ được mắc song song với tiếp điểm nhằm khắc phục sự nhiễu này (hình hoạt động ở mức 0).Đối với mức 1 ta phải thiết kế mạch luôn ở mức 0 Các thiết

bị nút nhấn, trong mạch luôn ở trạng thái đóng( hình hoạt động ở mức 1)

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài được thực hiện tại xưởng thực tập CK6 - Bộ môn Cơ Điện Tử - Khoa Cơ Khí Công Nghệ - Trường Đại Học Nông Lâm TP HCM.

Nội dung thực hiện:

Thiết kế, chế tạo các kết cấu cơ khí của thiết bị

Tính thoán, thiết kế cơ cấu Man

Thiết kế cơ cấu nâng hạ mô-tơ xoáy nắp

Khung thiết bị

Viết lưu đồ, giải thuật điều khiển thiết bị

Thiết kế mạch điều khiển thiết bị

3.2 Phương pháp thiết kế.

Thiết bị rót sữa đậu nành tự động được thiết kế dựa trên yêu cầu thực tế kết hợp với cơ sở lý thuyết đã học nhằm tạo ra sản phẩm có khả năng vận hành tốt với chi phí thấp nhất

Thiết bị được xây dựng và thiết kế trên phần mềm SolidWorks

3.3 Phương pháp nghiên cứu.

Sử dụng phương pháp điều chỉnh độ rộng xung PWM ( Pulse Width

Modulation) điều khiển tốc độ quay cơ cấu Man cho phù hợp với thời gian thao tác tại các cơ cấu chấp hành

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

1 Khung máy; 2 Bộ truyền xích.; 3 Cơ cấu Man; 4 Trục quay mâm; 5 Bạc đạn gối đỡ; 6 Nơi cấp chai; 7 Cảm biến 1; 8 Van điện từ; 9 Cảm biến lưu lượng; 10 Bình chứa đậu nành; 11 Bộ phận cấp nắp.; 12 Tủ điều khiển; 13 Tay quay hạ động cơ DC vặn nắp; 14 Động cơ DC điều khiển tay quay; 15 Công tắc hành trình; 16 Động cơ

DC vặn nắp; 17.Cảm biến 2; 18 Nơi thoát chai; 19 Mâm xoay; 20 Động cơ DC truyền động trục quay mâm

*Chú thích: (3) cơ cấu Man: Cơ cấu biến chuyển động quay liên tục thành chuyển

Cấu tạo của thiết bị chiết rót và vặn nắp chai sữa đậu nành tự động được thể hiện

ở hình 4.1 Ban đầu sữa đậu nành được nạp vào bình chứa (10); chai không được đặt vào máng trượt (6) Khi bật máy, động cơ (20) dẫn động thông qua bộ truyền xích quay cơ cấu “Man”; cơ cấu “Man” có nhiệm vụ đặc biệt trong thiết bị Mặc dù động cơ(20) quay liên tục nhưng kết quả mâm xoay quay gián đoạn theo chu kỳ Xét một điểmtrên mâm xoay sẽ quay một góc và dừng lại sau một khoảng thời gian Tại vị trí A,B,C lần lượt bố trí các cơ cấu thao tác lên chai

Khi cảm biến (1) phát hiện có chai ở vị trí A Mạch điều khiển phát tín hiệu mở van điện từ (8) cấp sữa đậu nành vào chai Cảm biến lưu lượng (9) được bố trí nối tiếp với van cấp sữa đậu nành Khi sữa cấp vào chai chảy ngang qua cảm biến lưu lượng (9) truyền tín hiệu về mạch điều khiển để giám sát lưu lượng các chai tương đồng nhau

về thể tích nạp vào Khi lưu lượng đã đủ van điện từ được điều khiển đóng lại

Khi mâm xoay chai qua tới vị trí B, tại đây nắp chai đã được nạp sẵn Chai tự

“móc” lấy một nắp chai nằm trên miệng chai Tại vị trí C, cảm biến (2) phát hiện có chai, mạch điều khiển kích mở động cơ vặn nắp hoạt động, tiếp đến là mở động cơ DC(14) qua cơ cấu tay quay con trượt di chuyển xuống vừa ép vừa vặn chặt nắp chai chặt vào chai

Khi mâm xoay tới vị trí điểm D chai tự rơi vào giỏ thành phẩm