Nghiên cứu cải tiến gia công chế tạo và lắp ráp hệ thống điều khiển cho máy rửa bát cđt59

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Tình hình nghiên cứu ngoài nước liên quan tới đề tài khóa luận

Máy rửa bát cơ khí đầu tiên được phát minh bởi Joel Houghton vào năm 1850, là một thiết bị chạy bằng sức cơ học và không sử dụng điện Được làm bằng gỗ, thiết bị này hoạt động bằng cách quay tay để phun nước lên bát đĩa Tuy nhiên, máy rửa bát này bị đánh giá là chậm chạp, kém hiệu quả và thậm chí tốn nhiều sức lao động hơn so với việc rửa bát bằng tay.

Mặc dù không có nhiều đổi mới so với phiên bản đầu tiên, máy rửa bát do LA Alexander ra mắt vào năm 1865 đã cải thiện đáng kể lực tác động, giúp người dùng dễ dàng vận hành hơn Sản phẩm này là nền tảng cho các nhà phát minh sau này, dẫn đến sự phát triển của những mẫu máy rửa bát hoàn hảo hơn Đặc biệt, vào năm 1983, một mẫu máy rửa bát hand-powered đã được giới thiệu tại hội chợ Thế Giới, đánh dấu bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp này.

Josephine Cochrane đã sáng chế ra máy rửa bát đầu tiên sử dụng áp lực dòng nước thay vì lực quay, tuy nhiên sản phẩm của bà chưa thực sự được phổ biến Tại Anh, William Howard phát minh ra máy rửa bát gia đình hiện đại đầu tiên vào năm 1924, với thiết kế bao gồm cửa trước để tải, giá đỡ cho đồ sành sứ và hệ thống phun nước Năm 1940, ông đã thêm vào tính năng sấy khô bằng điện, tạo ra máy rửa bát đầu tiên dùng trong gia đình Đến năm 1960, máy rửa bát đã được cải tiến và thiết kế gọn gàng hơn để có thể đặt dưới gầm bếp Ngày nay, máy rửa bát ngày càng hiện đại với nhiều tính năng tiện ích, kiểu dáng đẹp và tiết kiệm nước, điện, đồng thời được tiêu chuẩn hóa kích thước để phù hợp với không gian bếp Theo thống kê năm 2012, 75% hộ gia đình ở Mỹ và Đức đã sử dụng máy rửa bát thay cho việc rửa bát bằng tay.

Tình hình nghiên cứu trong nước liên quan tới đề tài khóa luận

Ở Việt Nam, nghiên cứu và phát triển máy rửa bát chưa phổ biến, mặc dù một số trường như Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP.HCM đã thực hiện các đề tài nghiên cứu Tuy nhiên, các đề tài này chủ yếu dừng lại ở giai đoạn chế tạo thử nghiệm mà chưa có cơ sở lý thuyết cho tính toán và thiết kế Một ví dụ điển hình là sản phẩm của anh Nguyễn Văn Ngọc ở Thái Bình, mặc dù đã chế tạo thành công máy rửa bát, nhưng giá thành sản phẩm vẫn cao so với thu nhập trung bình của người dân Việt Nam.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài và nhiệm vụ

Thiết kế nâng cấp và lập quy trình gia công chế tạo hệ thống điện cho máy rửa bát tự động.

Nội dung nghiên cứu

- Tính toán chọn các cơ cấu phù hợp với yêu cầu nâng cấp và hoàn thiện máy rửa bát CĐT59

- Đưa ra quy trình chế tạo, lắp ráp hệ thống điện và điều khiển máy rửa bát CĐT60.

Đối tượng nghiên cứu

- Máy rửa bát CĐT59 với CĐT60

Phương pháp phân tích tổng lí thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiệm

PHẦN 2 NỘI DUNG KHÓA LUẬN Chương 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÁY RỬA BÁT

1.1 Khái niệm chung về điều khiển

Điều khiển là quá trình thu thập và xử lý thông tin để điều chỉnh hệ thống nhằm đạt được mục tiêu đã định Đối với những người mới tìm hiểu về lý thuyết điều khiển, câu hỏi "Điều khiển là gì?" thường được đặt ra Điều khiển tự động là hình thức điều khiển mà không cần sự can thiệp của con người.

Việc điều khiển là cần thiết để đáp ứng nhu cầu của con người về độ chính xác, năng suất và hiệu quả kinh tế Trong lĩnh vực dân dụng, việc điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong các căn hộ và cao ốc mang lại sự tiện nghi cho cuộc sống Trong vận tải, điều khiển xe cộ và máy bay đảm bảo sự an toàn và chính xác khi di chuyển Trong công nghiệp, các quy trình sản xuất yêu cầu sự an toàn, độ chính xác và hiệu quả kinh tế để đạt được mục tiêu sản xuất.

Trong những năm gần đây, hệ thống điều khiển (HTĐK) đã trở thành yếu tố quan trọng trong sự phát triển công nghệ và văn minh hiện đại Mọi khía cạnh của cuộc sống hàng ngày đều chịu ảnh hưởng từ các hệ thống điều khiển, như hệ thống điều khiển máy công cụ, kỹ thuật không gian, hệ thống vũ khí, máy tính, giao thông, năng lượng và robot Ngay cả các lĩnh vực như kiểm toán và kinh tế xã hội cũng áp dụng lý thuyết điều khiển tự động Khái niệm về điều khiển rất đa dạng và phong phú.

1.2 Các bộ phận của hệ thống điều khiển máy rửa át CĐT59

Hình 1.1 oard mạch Arduino Uno

Arduino là một board mạch vi xử lý cho phép tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ và đèn Điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển dễ dàng và ngôn ngữ lập trình dễ học Hiện tượng Arduino được thúc đẩy bởi mức giá thấp và tính chất nguồn mở của cả phần cứng lẫn phần mềm.

Arduino Uno sử dụng chip Atmega328, có 14 chân digital I/O, 6 chân đầu vào (input) analog, thạch anh dao động 16MHz Một số thông số kỹ thuật như sau :

Bảng 1.1 Các thông số của Arduino Uno

Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổngUSB)

Tần số hoạt động 16 MHz

Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader

Bóng đèn chứa sợi dây Vonfram bên trong, được bảo vệ bởi lớp thủy tinh và hai đầu gắn sứ cách điện Không gian bên trong bóng đèn được hút chân không và được nạp khí halogen, giúp bóng hoạt động hiệu quả khi có điện.

Hình 1.2 Hình ảnh đèn halogen trong máy rửa át CĐT59

Nghiên cứu và lựa chọn loại bơm cùng công suất bơm là yếu tố quan trọng để đảm bảo hệ thống máy rửa bát hoạt động hiệu quả, cung cấp đủ lưu lượng và áp suất, đồng thời tiết kiệm chi phí vận hành.

Hình 1.3 Hình ảnh ơm trong máy rửa át CĐT59

Dây nhiệt là một bộ phận quan trọng bậc nhất trong máy rửa bát, quyết định thời gian cho cacschu trình rửa của máy rửa bát

Hình 1.4 Hình ảnh Dây nhiệt trong máy rửa át CĐT59

Khi áp lực nước vào bồn chứa, cần sử dụng công tắc phao để điều khiển van điện từ, nhằm ngăn chặn tình trạng tràn nước Dựa vào các yếu tố thực tế và tính toán, tôi đã chọn công tắc phao như hình 1.5 bên dưới.

Hình 1.5 Hình ảnh thực tế công tắc phao nước

Cảm biến lưu lượng đóng vai trò quan trọng trong việc đo lưu lượng nước chảy qua và gửi tín hiệu về vi xử lý để điều khiển các thiết bị chấp hành Khi lựa chọn cảm biến lưu lượng, cần chú ý đến các thông số như nguồn sử dụng từ 5-24VDC, dòng tiêu thụ dưới 10mA, áp lực chịu đựng lên đến 1.75Mpa, nhiệt độ hoạt động tối đa 120 độ C và độ ẩm từ 35-90 RH.

Hình 1.6 Hình ảnh thực tế cấu tạo của cảm iến lưu lượng nước

Trong một cuộn điện, lõi sắt và lò xo nén được đặt bên trong, với lõi sắt tì lên gioăng cao su Khi không có điện, lò xo ép vào lõi sắt khiến van ở trạng thái đóng Khi dòng điện được cấp, cuộn dây tạo ra từ trường, kéo lõi sắt ra và vượt qua lực của lò xo, mở van.

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo và hình ảnh của van điện từ

1.3 Nguyên lý hoạt dộng của máy rửa bát CĐT60

Khi ấn nút Start, van điện từ mở, nước được dẫn vào khay chứa Áp lực nước từ van 1 đẩy nước vào khay, trong khi cảm biến dòng nước kiểm tra sự chảy vào của nước và van điện từ điều chỉnh dòng chảy.

Khay chứa được trang bị phao điện để phát hiện mức nước Nếu nước chưa đầy, van 1 vẫn mở; khi khay đã đầy, phao sẽ gửi tín hiệu cho Arduino tắt van 1.

Khi van 1 tắt, sau 1 giây bơm sẽ hoạt động và nước sẽ được phun lên Đồng thời, cảm biến nhiệt độ sẽ tiến hành đo nhiệt độ của nước.

Arduino sẽ điều khiển dây mai so hoạt động để làm nóng nước khi nhiệt độ dưới 70 độ C Nếu nhiệt độ đạt hoặc vượt quá 70 độ C, dây mai so sẽ tự động tắt Quá trình này sẽ diễn ra trong vòng 5 phút.

+Bước 3 (xả nước): Van 2 sẽ được bật trong 5 phút để làm sạch nước bẩn đã dùng trước đó

Chu trình 2: Rửa lại lần 1

Khi ấn nút Start, van điện từ mở và nước được dẫn vào khay chứa Van 1 mở cho phép áp lực nước đẩy nước vào bên trong khay, trong khi cảm biến dòng nước phát hiện sự chảy vào khay và van điện từ điều khiển dòng chảy của nước.

Khay chứa được trang bị phao điện để phát hiện mức nước, giúp xác định xem khay đã đầy hay chưa Nếu khay chưa đầy, van 1 vẫn được mở; khi khay đã đầy, hệ thống sẽ gửi tín hiệu để Arduino tắt van 1.

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÁY RỬA BÁT

Chương 2: Nâng cấp hệ thống điều khiển cho máy rửa bát

Chương 3: Gia công , chế tạo

Chương 4: Lắp ráp , vận hành và chạy thử

Trong quá trình thực hiện khóa luận, em xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ của các thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật điện và Tự động hóa, đặc biệt là thầy TS Hoàng Sơn đã hướng dẫn em một cách tận tình và chi tiết Mặc dù em đã nỗ lực hết mình, nhưng do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, khóa luận của em vẫn không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo từ các thầy cô để hoàn thiện tốt hơn khóa luận tốt nghiệp này.

Hà nội, ngày 7 tháng 05 năm 2019

NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn)

NHẬN XÉT (Của giảng viên phản iện)

GIẢNG VIÊN HẢN I N (Chữ ký, họ tên)

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1

1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước liên quan tới đề tài khóa luận 1

2 Tình hình nghiên cứu trong nước liên quan tới đề tài khóa luận 2

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài và nhiệm vụ 2

PHẦN 2 NỘI DUNG KHÓA LUẬN 3

Chương 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÁY RỬA BÁT 3

1.1 Khái niệm chung về điều khiển 3

1.2 Các bộ phận của hệ thống điều khiển máy rửa bát CĐT59 4

1.3 Nguyên lý hoạt dộng của máy rửa bát CĐT60 7

1.4 Thực trạng của máy rửa bát CĐT59 9

1.4.1 dây nhiệt trong máy rửa bát CĐT59 9

1.4.3 Thực trạng hệ thống sấy trong máy rửa bát CĐT59 10

Chương 2 NÂNG CẤP MỘT SỐ BỘ PHẬN CHO MÁY RỬA BÁT 11

2.1 Sơ lược về máy rửa bát CĐT60 11

2.2 Yêu cầu của bài toán lắp đặt các chi tiết cho máy rửa bát đã nâng cấp (CĐT 60) 11

2.3 Tính toán chọn bộ phận đun nhiệt cho máy rửa bát 11

2.5 Nâng cấp hệ thống sấy khô bát đĩa 13

2.6 Nghiên cứu nâng cấp hệ thống khử trùng cho máy CĐT60 14

Chương 3 GIA CÔNG, CHẾ TẠO CHI TIẾT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY RỬA BÁT CĐT60 16

3.1 Tính toán chọn van điện từ 16

3.2 Tính toán chọn cảm biến lưu lượng nước 17

3.3 Chọn công tắc phao nước 18

3.4 Lập trình điều khiển trên arduino 18

3.5 Gia công chế tạo tấm đỡ bảng điện 21

3.5.2 Thứ tự các nguyên công , cách gá đặt chi tiết trên tấm đỡ bảng điện 21

3.6 Gia công chế tạo thanh đỡ bơm 24

3.6.2 Thứ tự các nguyên công trên 2 thanh đỡ 25

3.7 Gia công chế tạo bảng điều khiển 26

3.7.2 Xác định nguyên công trên bảng điều khiển máy rửa bát K60CĐT 26

Chương 4 LẮP RÁP, VẬN HÀNH THỰC NGHIỆM 28

4.1 Lắp ráp các bộ phận của hệ thống điều khiển 28

4.2.Sơ đồ đấu điện cho máy rửa bát CĐT59 30

4.4.Thử nghiệm hệ thống điều khiển 32

4.6.3 Đèn UV và hệ thống sấy khô 35

3 Kiến nghị 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO1

Hình 2.1 Hình ảnh mâm nhiệt được sử dụng trong máy rửa bát CĐT59 9

Hình 2.2 Hình ảnh thực tế của bơm trong máy rửa bát CĐT59 10

Hình 2.3 Hình ảnh dây mai so thực tế của máy CĐT60 12

Hình 2.4 Hình ảnh của bơm dùng trong máy rửa bát CĐT60 13

Hình 2.5 Hình ảnh của hiện tượng đối lưu trong máy rửa bát CĐT60 13

Hình 2.6 Cánh quạt và động cơ dùng trong máy rửa bátCĐT60 14

Hình 2.7 Hình ảnh thực tế của đèn UV trong máy rửa bát CĐT60 15

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo và hình ảnh của van điện từ 16

Hình 3.2 Hình ảnh thực tế cấu tạo của cảm biến lưu lượng nước 17

Hình 3.3 Hình ảnh thực tế công tắc phao nước 18

Hình 3.4 Hình ảnh và kích thước của tấm alu 21

Hình 3.5 Khóa 2 mặt và kẹp phôi trên tấm đỡ bảng điện 22

Hình 3.6 Hình ảnh kích thước lỗ khoan 22

Hình 3.7 Vị trí cụm lỗ số 1, 2 trên tấm đỡ bảng điện 23

Hình 3.8 Vị trí và kích thước của cụm lỗ số 3 23

Hình 3.9 Kích thước lỗ khoan cụm lỗ số 3 24

Hình 3.10 Hình ảnh thực tế của tấm đỡ bảng điện 24

Hình 3.11 Hình ảnh thanh sắp hộp 25

Hình 3.12 Khóa 2 mặt, định tâm lỗ trên 2 thanh đỡ 25

Hình 3.13 Khoan tâm lỗ của 2 cặp lỗ 25

Hình 3.14 Vị trí cụm 5 và cụm 6 trên 2 thanh đỡ 26

Hình 3.15 Vị trí cụm 7 và cụm 8 để lắp đặt bơm 26

Hình 4.4 Hình ảnh bát đĩa trước khi rửa 32

Hình 4.5 Hình ảnh xếp bát đĩa vào máy 33

Hình 4.6 Các nút điều khiển 33

Hình 4.7 Bát đĩa sau khi rửa xong 34

Bảng 1.1 Các thông số của Arduino Uno 4

Bảng 1.2 Các thông số của bơm 9

Bảng 2.1 Các thông số của bơm được tính trong phần cơ khí 12

Bảng 4.1 Các chi tiết của hệ thống điều khiển máy rửa bát CĐT60 28

Bảng 4.2 Thời gian thử nghiệm hệ thống điều khiển 34

Bảng 4.3 Đánh giá về áp suất của bơm 34

Bảng 4.5 Đánh giá về lưu lượng 35

Bảng 4.4 Đánh giá về nhiệt độ 35

Bảng 4.5 Đánh gí về đèn UV và hệ thống sấy khô 35

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước liên quan tới đề tài khóa luận

Máy rửa bát cơ khí đầu tiên được phát minh bởi Joel Houghton vào năm 1850, là một thiết bị cầm tay chạy bằng sức cơ học và chưa sử dụng điện Được làm từ gỗ, thiết bị này hoạt động bằng cách quay tay để phun nước lên bát đĩa Tuy nhiên, máy rửa bát này bị đánh giá là chậm chạp và kém hiệu quả, thậm chí còn tốn sức lao động hơn so với việc rửa bát bằng tay.

Nền tảng ban đầu của máy rửa bát đã mở đường cho các nhà phát minh sáng tạo ra những mẫu máy hoàn hảo hơn Năm 1865, LA Alexander giới thiệu sản phẩm tương tự như của Joel Houghton, mặc dù không có cải tiến đáng kể nhưng đã giảm bớt lực tác động cho người sử dụng Đến năm 1983, tại hội chợ Thế Giới, máy rửa bát vận hành bằng tay đã được trình làng.

Josephine Cochrane đã phát minh ra máy rửa bát sử dụng áp lực nước thay vì lực quay, tuy nhiên sản phẩm của bà chưa được phổ biến rộng rãi Năm 1924, William Howard giới thiệu máy rửa bát gia đình đầu tiên tại Anh, tích hợp nhiều yếu tố thiết kế hiện đại Máy rửa bát này có cửa trước để tải, dây rack giữ đồ sành sứ bẩn và phun nước luân phiên Đến năm 1940, ông đã thêm vào thiết kế tính năng sấy bằng điện, tạo ra máy rửa bát hiện đại đầu tiên cho gia đình Đến năm 1960, máy rửa bát được thiết kế gọn gàng hơn, có thể đặt dưới gầm bếp như tủ, ngày càng hiện đại với nhiều tính năng tiện ích, tiết kiệm nước và điện Theo thống kê năm 2012, 75% hộ gia đình ở Mỹ và Đức đã sử dụng máy rửa bát thay cho rửa tay.

2 Tình hình nghiên cứu trong nước liên quan tới đề tài khóa luận Ở Việt Nam, việc nghiên cứu phát triển máy rửa bát chưa thực sự phổ biến Như ở trường Đại học Sư Phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã có một số đề tài nghiên cứu về máy rửa bát nhưng đề tài này mới chỉ dừng lại ở việc chế tạo thử nghiệm mà chưa đưa ra cơ sở lí thuyết cho việc tính toán, thiết kế và chế tạo Hay sản phẩm của anh Nguyễn Văn Ngọc ở Thái Bình đã chế tạo thành công máy rửa bát nhưng sản phẩm của anh bán ra thị trường lại khá cao so với thu nhập trung bình của người dân Việt Nam

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài và nhiệm vụ

Thiết kế nâng cấp và lập quy trình gia công chế tạo hệ thống điện cho máy rửa bát tự động

- Đưa ra quy trình chế tạo, lắp ráp hệ thống điện và điều khiển máy rửa bát CĐT60

Điều khiển là quá trình thu thập và xử lý thông tin nhằm tác động lên hệ thống, giúp hệ thống đạt được mục tiêu đã định Đối với những người mới tìm hiểu lý thuyết điều khiển, câu hỏi "Điều khiển là gì?" thường xuyên được đặt ra Điều khiển tự động là hình thức điều khiển mà không cần sự can thiệp của con người.

Việc điều khiển là cần thiết vì con người thường không hài lòng với hiệu suất của hệ thống hiện tại, và mong muốn cải thiện độ chính xác, năng suất cũng như hiệu quả kinh tế Trong lĩnh vực dân dụng, việc điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong các căn hộ và cao ốc giúp tạo ra sự tiện nghi cho cuộc sống Đối với vận tải, việc điều khiển xe cộ và máy bay đảm bảo an toàn và chính xác trong quá trình di chuyển Trong ngành công nghiệp, các quy trình sản xuất đòi hỏi sự an toàn, độ chính xác và hiệu quả kinh tế, làm cho việc điều khiển trở nên thiết yếu.

Trong những năm gần đây, hệ thống điều khiển (HTĐK) đã trở thành yếu tố quan trọng trong sự phát triển của công nghệ và văn minh hiện đại Mỗi khía cạnh của cuộc sống hàng ngày đều bị ảnh hưởng bởi các loại hệ thống điều khiển, từ máy công cụ, kỹ thuật không gian, đến hệ thống vũ khí và giao thông Hệ thống năng lượng, robot, và ngay cả các vấn đề như kiểm toán và kinh tế xã hội cũng áp dụng lý thuyết điều khiển tự động Khái niệm về điều khiển thực sự rất đa dạng và phong phú.

Arduino là một board mạch vi xử lý lý tưởng để tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ và đèn Với môi trường phát triển dễ dàng và ngôn ngữ lập trình dễ học, Arduino thu hút nhiều người dùng Điểm nổi bật của Arduino là giá thành thấp và tính chất nguồn mở của cả phần cứng lẫn phần mềm, góp phần tạo nên sự phổ biến của nó.

Bóng đèn halogen có cấu tạo gồm sợi dây vonfram bên trong, được bao bọc bởi lớp thủy tinh và hai đầu gắn sứ cách điện Bóng đèn này được hút chân không và chứa khí halogen, giúp tăng hiệu suất chiếu sáng Khi có điện, bóng đèn sẽ hoạt động hiệu quả.

Nghiên cứu loại bơm và lựa chọn công suất bơm là yếu tố quan trọng, giúp đảm bảo hệ thống máy rửa bát cung cấp đủ lưu lượng và áp suất, đồng thời tiết kiệm chi phí vận hành.

Khi áp lực nước vào bồn chứa, cần sử dụng công tắc phao để điều khiển van điện từ, ngăn chặn tình trạng tràn nước Dựa trên các điều kiện thực tế và tính toán, tôi đã chọn công tắc phao như hình dưới đây (Hình 1.5).

Cảm biến lưu lượng có chức năng đo lưu lượng nước chảy qua và gửi tín hiệu về vi xử lý để điều khiển các thiết bị chấp hành Để chọn lựa cảm biến phù hợp, cần chú ý đến các thông số như nguồn sử dụng từ 5-24VDC, dòng tiêu thụ dưới 10mA, áp lực chịu được 1.75Mpa, nhiệt độ hoạt động tối đa 120°C và độ ẩm từ 35-90% RH.

Cuộn điện có lõi sắt và lò xo nén, với lõi sắt tì lên gioăng cao su Khi không có điện, lò xo giữ lõi sắt, khiến van ở trạng thái đóng Khi cấp điện, dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra từ trường, hút lõi sắt ra và vượt qua lực của lò xo, mở van.

Khi ấn nút Start, van điện từ sẽ mở, cho phép nước chảy vào khay chứa Áp lực nước từ van 1 sẽ đẩy nước vào bên trong khay Quá trình này được giám sát bởi cảm biến dòng nước, giúp phát hiện sự có mặt của nước trong khay và điều chỉnh dòng chảy thông qua van điện từ.

GIA CÔNG, CHẾ TẠO CHI TIẾT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY RỬA BÁT CĐT60

Chương 4: Lắp ráp , vận hành và chạy thử

Trong quá trình thực hiện khóa luận, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ thuật điện và Tự động hóa, đặc biệt là thầy TS Hoàng Sơn, người đã tận tình hướng dẫn em Mặc dù em đã nỗ lực hết mình, nhưng do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, khóa luận của em vẫn không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo từ các thầy cô để hoàn thiện tốt hơn bản khóa luận tốt nghiệp này.

Hà nội, ngày 7 tháng 05 năm 2019

NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn)

NHẬN XÉT (Của giảng viên phản iện)

GIẢNG VIÊN HẢN I N (Chữ ký, họ tên)

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1

1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước liên quan tới đề tài khóa luận 1

2 Tình hình nghiên cứu trong nước liên quan tới đề tài khóa luận 2

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài và nhiệm vụ 2

PHẦN 2 NỘI DUNG KHÓA LUẬN 3

Chương 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÁY RỬA BÁT 3

1.1 Khái niệm chung về điều khiển 3

1.2 Các bộ phận của hệ thống điều khiển máy rửa bát CĐT59 4

1.3 Nguyên lý hoạt dộng của máy rửa bát CĐT60 7

1.4 Thực trạng của máy rửa bát CĐT59 9

1.4.1 dây nhiệt trong máy rửa bát CĐT59 9

1.4.3 Thực trạng hệ thống sấy trong máy rửa bát CĐT59 10

Chương 2 NÂNG CẤP MỘT SỐ BỘ PHẬN CHO MÁY RỬA BÁT 11

2.1 Sơ lược về máy rửa bát CĐT60 11

2.2 Yêu cầu của bài toán lắp đặt các chi tiết cho máy rửa bát đã nâng cấp (CĐT 60) 11

2.3 Tính toán chọn bộ phận đun nhiệt cho máy rửa bát 11

2.5 Nâng cấp hệ thống sấy khô bát đĩa 13

2.6 Nghiên cứu nâng cấp hệ thống khử trùng cho máy CĐT60 14

Chương 3 GIA CÔNG, CHẾ TẠO CHI TIẾT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY RỬA BÁT CĐT60 16

3.1 Tính toán chọn van điện từ 16

3.2 Tính toán chọn cảm biến lưu lượng nước 17

3.3 Chọn công tắc phao nước 18

3.4 Lập trình điều khiển trên arduino 18

3.5 Gia công chế tạo tấm đỡ bảng điện 21

3.5.2 Thứ tự các nguyên công , cách gá đặt chi tiết trên tấm đỡ bảng điện 21

3.6 Gia công chế tạo thanh đỡ bơm 24

3.6.2 Thứ tự các nguyên công trên 2 thanh đỡ 25

3.7 Gia công chế tạo bảng điều khiển 26

3.7.2 Xác định nguyên công trên bảng điều khiển máy rửa bát K60CĐT 26

Chương 4 LẮP RÁP, VẬN HÀNH THỰC NGHIỆM 28

4.1 Lắp ráp các bộ phận của hệ thống điều khiển 28

4.2.Sơ đồ đấu điện cho máy rửa bát CĐT59 30

4.4.Thử nghiệm hệ thống điều khiển 32

4.6.3 Đèn UV và hệ thống sấy khô 35

3 Kiến nghị 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO1

Hình 2.1 Hình ảnh mâm nhiệt được sử dụng trong máy rửa bát CĐT59 9

Hình 2.2 Hình ảnh thực tế của bơm trong máy rửa bát CĐT59 10

Hình 2.3 Hình ảnh dây mai so thực tế của máy CĐT60 12

Hình 2.4 Hình ảnh của bơm dùng trong máy rửa bát CĐT60 13

Hình 2.5 Hình ảnh của hiện tượng đối lưu trong máy rửa bát CĐT60 13

Hình 2.6 Cánh quạt và động cơ dùng trong máy rửa bátCĐT60 14

Hình 2.7 Hình ảnh thực tế của đèn UV trong máy rửa bát CĐT60 15

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo và hình ảnh của van điện từ 16

Hình 3.2 Hình ảnh thực tế cấu tạo của cảm biến lưu lượng nước 17

Hình 3.3 Hình ảnh thực tế công tắc phao nước 18

Hình 3.4 Hình ảnh và kích thước của tấm alu 21

Hình 3.5 Khóa 2 mặt và kẹp phôi trên tấm đỡ bảng điện 22

Hình 3.6 Hình ảnh kích thước lỗ khoan 22

Hình 3.7 Vị trí cụm lỗ số 1, 2 trên tấm đỡ bảng điện 23

Hình 3.8 Vị trí và kích thước của cụm lỗ số 3 23

Hình 3.9 Kích thước lỗ khoan cụm lỗ số 3 24

Hình 3.10 Hình ảnh thực tế của tấm đỡ bảng điện 24

Hình 3.11 Hình ảnh thanh sắp hộp 25

Hình 3.12 Khóa 2 mặt, định tâm lỗ trên 2 thanh đỡ 25

Hình 3.13 Khoan tâm lỗ của 2 cặp lỗ 25

Hình 3.14 Vị trí cụm 5 và cụm 6 trên 2 thanh đỡ 26

Hình 3.15 Vị trí cụm 7 và cụm 8 để lắp đặt bơm 26

Hình 4.4 Hình ảnh bát đĩa trước khi rửa 32

Hình 4.5 Hình ảnh xếp bát đĩa vào máy 33

Hình 4.6 Các nút điều khiển 33

Hình 4.7 Bát đĩa sau khi rửa xong 34

Bảng 1.1 Các thông số của Arduino Uno 4

Bảng 1.2 Các thông số của bơm 9

Bảng 2.1 Các thông số của bơm được tính trong phần cơ khí 12

Bảng 4.1 Các chi tiết của hệ thống điều khiển máy rửa bát CĐT60 28

Bảng 4.2 Thời gian thử nghiệm hệ thống điều khiển 34

Bảng 4.3 Đánh giá về áp suất của bơm 34

Bảng 4.5 Đánh giá về lưu lượng 35

Bảng 4.4 Đánh giá về nhiệt độ 35

Bảng 4.5 Đánh gí về đèn UV và hệ thống sấy khô 35

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước liên quan tới đề tài khóa luận

Máy rửa bát cơ khí đầu tiên được phát minh bởi Joel Houghton vào năm 1850, là một thiết bị chạy bằng sức cơ học và không sử dụng điện Được làm bằng gỗ, thiết bị này hoạt động bằng cách quay tay để phun nước lên bát đĩa Tuy nhiên, máy rửa bát này bị đánh giá là chậm chạp và kém hiệu quả, thậm chí còn tốn nhiều sức lao động hơn so với việc rửa bằng tay.

Mặc dù không có nhiều đổi mới so với phiên bản ban đầu, máy rửa bát do LA Alexander ra mắt vào năm 1865 đã cải thiện đáng kể về lực tác động, giúp người dùng dễ dàng hơn khi vận hành Đây là nền tảng cho các nhà phát minh sau này tiếp tục phát triển và hoàn thiện máy rửa bát, với sản phẩm hand-powered được giới thiệu tại hội chợ Thế Giới năm 1983.

Josephine Cochrane phát minh ra máy rửa bát sử dụng áp lực nước thay vì lực quay, tuy được đánh giá cao nhưng chưa phổ biến Năm 1924, William Howard giới thiệu máy rửa bát gia đình hiện đại đầu tiên, với thiết kế bao gồm cửa trước, dây rack và hệ thống phun nước Năm 1940, ông thêm tính năng làm khô bằng điện, đánh dấu sự ra đời của máy rửa bát đầu tiên trong gia đình Đến năm 1960, máy rửa bát được cải tiến với nhiều tính năng và được thiết kế gọn gàng dưới gầm bếp Hiện nay, máy rửa bát ngày càng hiện đại, tiết kiệm nước và điện, với kích thước tiêu chuẩn phù hợp với các ngăn tủ bếp Theo thống kê năm 2012, 75% hộ gia đình ở Mỹ và Đức đã sử dụng máy rửa bát thay cho rửa tay hàng ngày.

2 Tình hình nghiên cứu trong nước liên quan tới đề tài khóa luận Ở Việt Nam, việc nghiên cứu phát triển máy rửa bát chưa thực sự phổ biến Như ở trường Đại học Sư Phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã có một số đề tài nghiên cứu về máy rửa bát nhưng đề tài này mới chỉ dừng lại ở việc chế tạo thử nghiệm mà chưa đưa ra cơ sở lí thuyết cho việc tính toán, thiết kế và chế tạo Hay sản phẩm của anh Nguyễn Văn Ngọc ở Thái Bình đã chế tạo thành công máy rửa bát nhưng sản phẩm của anh bán ra thị trường lại khá cao so với thu nhập trung bình của người dân Việt Nam

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài và nhiệm vụ

Thiết kế nâng cấp và lập quy trình gia công chế tạo hệ thống điện cho máy rửa bát tự động

- Đưa ra quy trình chế tạo, lắp ráp hệ thống điện và điều khiển máy rửa bát CĐT60

Điều khiển là quá trình thu thập và xử lý thông tin nhằm điều chỉnh hệ thống để đạt được mục tiêu đã định Đối với những người mới tìm hiểu về lý thuyết điều khiển, khái niệm này rất phổ biến Điều khiển tự động đề cập đến việc thực hiện quá trình điều khiển mà không cần sự can thiệp của con người.

Việc điều khiển là cần thiết để đáp ứng nhu cầu của con người về độ chính xác, năng suất và hiệu quả kinh tế trong nhiều lĩnh vực Trong đời sống dân dụng, việc điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm giúp tạo ra sự tiện nghi cho các căn hộ và cao ốc Trong ngành vận tải, việc điều khiển các phương tiện như xe và máy bay đảm bảo an toàn và chính xác khi di chuyển Trong công nghiệp, các quy trình sản xuất yêu cầu sự an toàn, độ chính xác và hiệu quả kinh tế, làm nổi bật tầm quan trọng của việc điều khiển trong mọi hoạt động sản xuất.

Trong những năm gần đây, hệ thống điều khiển (HTĐK) đã trở thành yếu tố quan trọng trong sự phát triển của công nghệ và văn minh hiện đại Mỗi khía cạnh trong cuộc sống hàng ngày đều bị ảnh hưởng bởi các loại hệ thống điều khiển, từ máy công cụ, kỹ thuật không gian, hệ thống vũ khí, đến máy tính, giao thông, năng lượng và robot Ngay cả các lĩnh vực như kiểm toán và kinh tế xã hội cũng ứng dụng lý thuyết điều khiển tự động, cho thấy khái niệm điều khiển là rất rộng và đa dạng.

Arduino là một bo mạch vi xử lý cho phép tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ và đèn Điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển dễ sử dụng và ngôn ngữ lập trình dễ học Sự phổ biến của Arduino đến từ mức giá phải chăng và tính chất mã nguồn mở của cả phần cứng và phần mềm.

Bóng đèn bao gồm sợi dây Vonfram bên trong, được bảo vệ bởi lớp thủy tinh và hai đầu gắn sứ cách điện Không gian bên trong bóng được hút chân không và chứa khí halogen, cho phép bóng hoạt động ngay khi có điện.

Nghiên cứu loại bơm và lựa chọn công suất bơm là yếu tố quan trọng, giúp đảm bảo hệ thống máy rửa bát có đủ lưu lượng và áp suất cần thiết, đồng thời tiết kiệm chi phí vận hành.

Để kiểm soát áp lực nước vào bồn chứa, cần sử dụng công tắc phao để điều khiển van điện từ, nhằm ngăn ngừa tình trạng tràn nước Dựa trên các điều kiện thực tế và tính toán, tôi đã chọn công tắc phao như trong Hình 1.5.

Cảm biến lưu lượng có chức năng đo lưu lượng nước chảy qua và gửi tín hiệu về vi xử lý để điều khiển các thiết bị chấp hành Khi chọn cảm biến lưu lượng, cần chú ý đến các thông số như nguồn sử dụng từ 5-24VDC, dòng tiêu thụ dưới 10mA, áp lực chịu được 1.75Mpa, nhiệt độ hoạt động tối đa 120 độ C và độ ẩm từ 35-90 RH.

Cuộn điện gồm một lõi sắt và một lò xo nén, với lõi sắt tì lên gioăng cao su Khi không có điện, lò xo ép lõi sắt khiến van đóng Khi cung cấp điện, dòng điện chạy qua cuộn dây sinh ra từ trường, hút lõi sắt ra và mở van nhờ lực mạnh hơn lò xo.

Khi ấn nút Start, van điện từ mở ra, cho phép nước chảy vào khay chứa Áp lực nước từ van 1 sẽ đẩy nước vào bên trong khay Quá trình này được hỗ trợ bởi cảm biến dòng nước, giúp phát hiện sự chảy vào của nước và điều khiển dòng chảy thông qua van điện từ.

LẮP RÁP, VẬN HÀNH THỰC NGHIỆM

Các chi tiết cấu thành hộp điện máy rửa bát CĐT60 được nêu ra trong bảng 4.1

Bảng 4.1 Các chi tiết của hệ thống điều khiển máy rửa át CĐT60

STT Tên gọi Số lượng

1 Các tấm đỡ thanh đỡ 03

Sơ đồ vị trí các thiệt bị điện trong máy rửa bát CĐT60

Hình 4.1 Hình ảnh vị trí các thiết ị điện trong máy rửa át

Tiến hành lắp ráp bộ phận của máy rửa bát được thực hiện theo các bước sau: Bước 1: Các tấm đỡ, thanh đỡ

Bước 5: Lắp rơ le 8 kênh

Bước 7: Lắp dây mai so

Bước 11: Cảm biến nhiệt độ

Bước 12: Lắp van điện từ

Bước 13: Lắp cảm biến lưu lượng

4.2 Sơ đồ đấu điện cho máy rửa bát CĐT59

Lưu đồ thuật toán bắt đầu bằng việc kiểm tra nút START; nếu không có, quy trình sẽ tiếp tục kiểm tra Khi nút START được nhấn, chu trình 1 sẽ được kích hoạt, trong đó kiểm tra xem có nước chảy vào hay không Nếu không có nước, còi báo sẽ hoạt động, còn nếu có, chu trình 1 sẽ tiếp tục Đồng thời, hệ thống sẽ kiểm tra phao; nếu phao chưa được kích, chu trình 1 vẫn tiếp tục, nhưng khi phao được kích, chu trình 2 sẽ được thực hiện Sau khi hoàn thành chu trình 2, chu trình 3 sẽ được chạy và giá trị n sẽ tăng lên 1 Cuối cùng, nếu n nhỏ hơn 3, quy trình sẽ quay lại chu trình 1; nếu n bằng 3, quy trình sẽ chuyển sang chu trình 4 và kết thúc.

4.4 Thử nghiệm hệ thống điều khiển

Để tiến hành thử nghiệm sản phẩm, bước đầu tiên là chuẩn bị bát đĩa bẩn Sau khi ăn xong, hãy gạt bỏ phần thức ăn thừa và chỉ giữ lại bát đĩa chưa được rửa.

Hình 4.2 Hình ảnh át đĩa trước khi rửa

+Bước 2: Sắp xếp bát đĩa vào máy

Bát đĩa bẩn được xếp gọn gàng theo thứ tự, mặt bát phải nghiêng xuống dưới vòi phun, để vòi phun nước được đều lên bát đĩa

Hình 4.3 Hình ảnh xếp át đĩa vào máy

Sau khi sắp xếp bát đĩa, hãy đóng nắp máy rửa bát và mở khóa nước từ bể chứa vào máy, chuẩn bị khởi động hệ thống.

Bước 3: Ta nhấn nút START khởi động

Sau khi cấp nguồn điện cho máy ta nhấn nút start màu xanh khởi động hệ thống, nút màu đỏ là reset lại toàn bộ hệ thống

Hình 4.4 Các nút điều khiển

Sau khi nhấn nút khởi động hệ thống, công việc của chúng ta bây giờ là chờ khoảng 50 phút khi tất cả các chu trình đã hoàn thành

+Bước 4: Mở nắp lấy bát đĩa ra

Hình 4.5 át đĩa sau khi rửa xong

Bảng 4.2 Thời gian thử nghiệm hệ thống điều khiển

Số chu trình Lý thuyết Thực tế

Bảng 4.3 Đánh giá về áp suất của ơm

Số lần phun Lý thuyết Thực tế

Sai số là 5%, sai số chấp nhận được

Bảng 4.5 Đánh giá về lưu lượng

Sai số là 2%, sai số nằm trong mức cho phép

Bảng 4.4 Đánh giá về nhiệt độ

Sai số 1,5% sai số rất nhỏ gần như không đáng kể

4.6.3 Đèn UV và hệ thống sấy khô

Bảng 4.5 Đánh gí về đèn UV và hệ thống sấy khô

Số lần Lý thuyết Thực tế

Lần rửa bát 1 600 giây 600 giây

Tuyệt tối chính xác, không có sai số

Hệ thống điện hoạt động ổn định với các thiết bị vận hành hiệu quả; tuy nhiên, vẫn tồn tại một số thiết bị có sai số nhỏ.

Sau thời gian nghiên cứu và phát triển, tôi đã hoàn thành đề tài “Nghiên cứu cải tiến, gia công, chế tạo, lắp ráp hệ thống điều khiển cho máy rửa bát CĐT59” Hệ thống này được thiết kế hoạt động theo chu trình, sử dụng Arduino Uno để lập trình, xử lý và phân tích các tín hiệu cảm biến, đồng thời giới hạn khoảng thời gian cho từng chu trình hoạt động.

Hệ thống đã được chế tạo thành công và trải qua thử nghiệm thực tế, cho thấy hoạt động của nó diễn ra đúng theo quy trình đã được lập trình sẵn.

Trên cơ sở của hệ thống điều khiển này có thể mang đi lắp ráp cho các hệ thống có quy mô lớn hơn

- Ít chế độ lựa chọn cho người sử dụng

- Chưa có hệ thống kiểm định chắc chắn rằng bát sau khi rửa đã sạch hay chưa

- Lắp đặt hệ thống dây điện chưa có tính thẩm mĩ cao

Do hạn chế về ngân sách và thời gian, tôi chỉ có thể tập trung vào việc nâng cấp và cải tiến các bộ phận điều khiển Tôi mong muốn có thêm đầu tư về thời gian và kinh phí để phát triển sản phẩm thông minh hơn, có thể sử dụng trong nhiều chế độ khác nhau.

[1] GS.Phạm Văn Ất (2002), Giáo trình kỹ thuật lập trình C cơ bản và nâng cao (Tái bản lần thứ 4), Nhà xuất bản KHKT

[2] Tiêu Kim Cương, Giáo Trình Ngôn Ngữ Lập Trình C, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, 2010

[3].Richard H Barnett, Sarah Cox and Larry O’Cull, Embedded C Programming and the Atmel AVR 2 nd Edition, Thomson Delivimar Learing, May 2006

DallasTemperature sensors(&oneWire); float temp;

The code initializes several integer variables for various components, including buttons, a valve, and a fan, with specific pin assignments It also sets up counters for button presses and tracks the current and last states of a button Additionally, a volatile integer is defined for flow frequency, while an unsigned integer is used to calculate the flow rate in liters per minute The flow function is designated as an interrupt handler, indicating its role in responding to flow sensor signals.

To set up your Arduino environment, begin by configuring the input and output pins: use `pinMode` to set button1, button2, and phao as INPUT_PULLUP, while defining van1, van2, bom1, uv, quat, and giaNhiet as OUTPUT Additionally, set luuluong as INPUT and pin 13 as OUTPUT Following this, initialize the outputs by using `digitalWrite` to set van1, van2, bom1, uv, quat, giaNhiet, and luuluong to HIGH, ensuring the optional internal pull-up resistors are activated for the input buttons.

Serial.begin(9600); attachInterrupt(0, flow, RISING); // Setup Interrupt (thiết lập gián đoạn) sei(); // Enable interrupts bật ngắt currentTime = millis(); cloopTime = currentTime; sensors.begin();

// put your main code here, to run repeatedly: buttonState1 = digitalRead(button1);// đọc trạng thái nút nhấn if (buttonState1 != lastButtonState1) { if (buttonState1 == HIGH ) { buttonPushCounter++;

Serial.print("So lan nhan button la: ");

Serial.println(buttonPushCounter);// nút bộ đếm đẩy ra

// Nếu trạng thái bây giờ là button đang được THẢ

Khi nút bấm được nhấn, chúng ta sẽ thông báo rằng nút đang được thả và không thực hiện bất kỳ hành động nào Hệ thống sẽ hiển thị thông điệp "off" để xác nhận trạng thái này.

To maintain the button's state for future checks, the variable lastButtonState1 is updated with the current buttonState1 When the buttonPushCounter is even, the status of the button is read using digitalRead(phao) A continuous loop is initiated, which breaks when the button status is HIGH, allowing the execution of chuTrinh2() and chuTrinh3() functions, while incrementing the index by one.

Serial.println(i); if(i= (cloopTime + 1000))

// Pulse frequency (Hz) = 7.5Q, Q is flow rate in L/min l_min = (flow_frequency); // (Pulse frequency x 60 min) / 7.5Q = flowrate in L/hour flow_frequency = 0; // Reset Counter

Serial.print(l_min, DEC); // Print litres/hour

} delay(500); if(flow_frequency==0){ digitalWrite(13,HIGH);

} void chuTrinh2(){// Bắt đầu quá trình rửa digitalWrite(van1, LOW); delay(1000); digitalWrite(bom1, HIGH);

// sensors.requestTemperatures(); // Send the command to get temperature readings

Serial.print(sensors.getTempCByIndex(0)); if(temp>e){ digitalWrite(giaNhiet,HIGH);

Delay(600000,nhietdo); digitalWrite(giaNhiet,LOW); digitalWrite(bom1, LOW);

} void chuTrinh3(){// Bắt đầu quá trình xả digitalWrite(van2, HIGH); delay(300000); digitalWrite(van2, LOW);

} void chuTrinh4(){// sấy bát đũa, kết thúc chu trình digitalWrite(quat, LOW);

Tiêu đề	Nghiên Cứu Cải Tiến, Gia Công, Chế Tạo Và Lắp Ráp Hệ Thống Điều Khiển Cho Máy Rửa Bát CĐT59
Tác giả	Nguyễn Hữu Lợi
Người hướng dẫn	TS. Hoàng Sơn
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện và Tự động hóa
Thể loại	khóa luận
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	51
Dung lượng	1,59 MB