NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÁY TẨY RỬA BẰNG SÓNG SIÊU ÂM

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÁY TẨY RỬA BẰNG SÓNG SIÊU ÂM Giáo viên hướng dẫn : TS NGUYỄN LÊ CƯỜNG TH.S ĐINH VĂN TUẤN Sinh viên thực : NHÓM Chuyên ngành : ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Lớp : Đ8 – ĐTVT2 Hà Nội, tháng 12 năm 2016 LỜI MỞ ĐẦU Ngày sản xuất công nghiệp ngày đại dây chuyền sản xuất đời bảo đảm sản xuất hàng triệu sản phẩm loại năm Thực tế đòi hỏi chất lượng, độ đồng kích thước, độ lặp lại cao để bảo đảm lắp lẫn cách dễ dàng, tốn thời gian công sức hạ giá thành sản phẩm Để đạt điều dây chuyền cơng nghệ thường trang bị nhiều thiết bị rửa siêu âm công đoạn khác Bảo đảm làm “tuyệt đối” bề mặt sản phẩm trước bước sang công đoạn gia cơng khác sản phẩm Cơng nghệ rửa siêu âm đặc biệt cần công nghiệp chế tạo mạch điện tử có mật độ linh kiện cao, thiết bị chế tạo chi tiết khí kim loại, có hình dáng ngóc ngách, nhiều lỗ phải có độ sạch, độ cứng, độ xác cao Cơng nghệ rửa siêu âm giúp xử lý bụi bẩn bề mặt chi tiết trước đưa vào công đoạn phủ mặt, làm bóng bề mặt Dưới em xin mô tả công nghệ làm bề mặt kỹ thuật công nghệ làm siêu âm Đồ án tốt nghiệp xây dựng với bố cục sau : Chương : Tổng quan đề tài Chương : Tổng quan sóng siêu âm máy rửa sóng siêu âm Chương : Thiết kế, chế tạo máy rửa sóng siêu âm Do vài yếu tố khách quan chủ quan nên đồ án cịn có hạn chế Em mong đóng góp ý kiến thầy bạn để đồ án em hoàn thiện Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Đinh Văn Tuấn tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt thời gian thực đồ án Hà Nội, ngày 26 tháng 12 năm 2016 Sinh viên thực Phạm Trọng Hoan Hoàng Thị Hường Đỗ Mạnh Cường Vũ Thị Ngát SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN LỜI CẢM ƠN Qua thời gian thực Đồ án điện tử, em tìm hiểu, bổ sung học hỏi thêm nhiều kiến thức cơng nghệ tẩy rửa sóng siêu âm Do đặc điểm công nghệ, thời gian kiến thức hạn chế nên đề tài em dừng lại mức nghiên cứu thiết kế mơ hình máy tẩy rửa sóng siêu âm Trong thời gian thực đồ án, em tham khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn, tìm hiểu tài liệu hỗ trợ từ giảng viên khác Tuy nhiên kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót, mong nhận góp ý chân thành thầy cô bạn để đồ án hoàn thiện Qua đây, em xin gửi tới lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo TH.S Đinh Văn Tuấn – Giảng viên trường đại học Điện Lực trực tiếp hỗ trợ, tận tình hướng dẫn, bổ sung kiến thức mà thân em thiếu giúp đỡ em suốt q trình em hồn thiện Đồ án điện tử Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô khoa Điện Tử Viễn Thông Trường Đại Học Điện Lực giúp đỡ tạo điều kiện cho em suốt trình em thực Đồ án điện tử Trong trình thực đồ án điện tử khó tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận góp ý thầy bạn để hoàn thiện đồ án tốt Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy bạn ! SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Giảng viên hướng dẫn (ký, ghi rõ họ tên) SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .6 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT, TRA TỪ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài .8 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Mục tiêu chon đề tài .9 CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ SÓNG SIÊU ÂM VÀ MÁY RỬA BẰNG SÓNG SIÊU ÂM 11 2.1 SÓNG SIÊU ÂM 11 2.1.1 Khái niệm sóng siêu âm 11 2.1.2 Đặc điểm sóng siêu âm 12 2.1.3 Qúa trình làm sóng siêu âm 12 2.2 MÁY RỬA BẰNG SÓNG SIÊU ÂM 16 2.2.1 Sơ đồ khối: 16 2.2.2 Đầu dò siêu âm .16 2.2.3 Bể rửa 19 2.2.4 Máy phát siêu âm 19 2.2.5 Phạm vi ứng dụng số máy có thị trường 20 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TẨY RỬA BẰNG SÓNG SIÊU ÂM 23 SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 3.1 MỤC TIÊU THIẾT KẾ 23 3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 23 3.2.1 Sơ đồ khối 23 3.2.2 Lựa chon phần cứng 24 3.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM .32 3.3.1 Lưu đồ thuật toán 32 3.2.2 Chương trình code cho máy tẩy rửa sóng siêu âm 34 3.4 TỔNG KẾT 34 3.4.1 Kết đạt 34 3.4.2.Đánh giá kết .34 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 35 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN DANH MỤC HÌNH Ả Hình 1:Qúa trình làm .13 Hình 2: Qúa trình làm 14 Hình 3: Qúa trình làm 14 Hình 4: Sơ đồ khối máy rửa siêu âm 16 Hình 5: Hiệu ứng từ giảo 17 Hình 2.6: Cấu tạo bể rửa siêu âm đầu dò gắn đáy bể 19 Hình 7: Một loại máy phát siêu âm dò .20 Hình 8: Các búp sóng mơi trường khác 20 Hình 9: Một số máy tẩy rửa siêu âm thị trường 22 YHình 1: Sơ đồ khối máy tẩy rửa 23 Hình 2: Khối nguồn 24 Hình 3: Đầu dò UCE-VT-4060PZT-4 25 Hình 4: Khối tạo dao động 26 Hình 5: Vi điều khiển Pic 18F45K22 27 Hình 6: Khối MCU .27 Hình 7: Khối điều khiển .28 Hình 8: Khối hiển thị 29 Hình 9: Sơ đồ nguyên lý .29 Hình 10: Sơ đồ nguyên lý mach in .30 Hình 11: Mạch thực tế 31 Hình 12: Cấu trúc khung máy 31 Hình 13: Bể rửa máy 32 Hình 14: Lưu đồ thuật toán .32 Hình 15: Lưu đồ thuật toán .33 Hình 16: Sản phẩm sau hoàn thành 34 SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT, TRA TỪ Viết Tắt AC Tiếng Anh Alternating current Tiếng Việt Dòng điện xoay chiều CPU Central processing unit Bộ vi xử lý DC Direct current Dòng điện chiều FJP Fast junction power Điện nối nhanh HER207 High efficiency rectifer Bộ chỉnh lưu hiệu suất cao UCE-UT- Ultrasonic Đầu dò siêu âm sạch- điện tử siêu 4060PZT_4 cleaner electronic-ultrasonic âm tranducer CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài Ngày sản xuất công nghiệp ngày đại dây chuyền sản xuất đời bảo đảm sản xuất hàng triệu sản phẩm loại năm Thực tế đòi hỏi chất lượng, độ đồng kích thước, độ lặp lại cao để bảo đảm lắp lẫn cách dễ dàng, tốn thời gian công sức hạ giá thành sản phẩm Để đạt điều dây chuyền SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN công nghệ thường trang bị nhiều thiết bị rửa siêu âm công đoạn khác Bảo đảm làm “tuyệt đối” bề mặt sản phẩm trước bước sang công đoạn gia cơng khác sản phẩm Cơng nghệ rửa siêu âm đặc biệt cần công nghiệp chế tạo mạch điện tử có mật độ linh kiện cao, thiết bị chế tạo chi tiết khí kim loại, có hình dáng ngóc ngách, nhiều lỗ nhưng, phải có độ sạch, độ cứng, độ xác cao Cơng nghệ rửa siêu âm giúp xử lý bụi bẩn bề mặt chi tiết trước đưa vào công đoạn phủ mặt, làm bóng bề mặt Kỹ thuật tẩy rửa dùng sóng siêu âm đời nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ làm áp dụng rộng rãi thiết bị tẩy rửa với hiệu cao, tốc độ nhanh mà phương pháp khác không đáp ứng Với xu hướng sử dụng công nghệ không gây ô nhiễm môi trường, không gây tác động độc hại đến sức khoẻ người nay, thiết bị tẩy rửa sử dụng sóng siêu âm lựa chọn hàng đầu lĩnh vực làm ngành công nghiệp Máy rửa siêu âm thay cho phương pháp tẩy rửa truyền thống sử dụng dung dịch tẩy rửa cơng nghiệp có thành phần hố học gây độc hại cho môi trường cho sức khoẻ người Việc sử dụng lượng sóng siêu âm mang lại hiệu tẩy rửa vượt trội so với dung dịch tẩy rửa trước đặc biệt vật thể có kích thước nhỏ hình dạng phức tạp Khoa học sóng siêu âm khơng ứng dụng lĩnh vực tẩy rửa mà nhiều lĩnh vực khác : kiểm tra chất lượng sản phẩm, hệ thống phát di động, đo khoảng cách, đo lưu lượng 1.2 Lý chọn đề tài Ngày xã hội ngày phát triển với nhu cầu làm với yêu cầu nhanh chóng an tồn quan trọng cần thiết Kỹ thuật làm sóng siêu âm đời nhằm đáp ứng nhu cầu công nghệ làm áp dụng rộng rãi thiết bị tẩy rửa với hiệu suất cao, tốc độ nhanh mà phương pháp khác làm Thống kê cho thấy phương pháp tẩy rửa thông thường, khả làm bẩn bề mặt chi tiết tối đa SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN đạt đươc khoảng 80% Trong tẩy rửa phương pháp tẩy rửa dùng sóng siêu âm khả làm bề bắt lên tới 99% Vì việc nghiên cứu phát triển sản phẩm có khả làm với tốc độ nhanh, an toàn cần thiết Với ưu điểm bật kỹ thuật tẩy rửa dùng sóng siêu âm thơi thúc em nghiên cứu thực đề tài “Máy tẩy rửa dùng sóng siêu âm” Mong muốn em ứng dụng học, biết vào thực tế MÁY RỬA SIÊU ÂM ứng dụng vào thực tế sản xuất Và đề tài bước khởi đầu để em nghiên cứu tiếp cận với ngành khoa học đầy tiềm phát triển có khả ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực đời sống tích luỹ kiến thức, kinh nghiệm bổ ích 1.3 Mục tiêu chon đề tài  Kiến thức kỹ năng:  Tạo thiết bị thông minh, giúp người giảm nhũng độc hại phải tiếp xúc với chất tẩy rửa  Có thể tẩy rửa tẩy rủa nhiều vật dụng làm từ nhiều loại vật lieeuk khác  Khai thác tối đa hiệu thiết bị, đảm bảo tuổi thọ an toàn cho thiết bị người  Thiết kế máy, lập trình thiết bị  Sử dụng thành thạo phần mềm ứng dụng, thiết bị chuyên dụng  Đọc hiểu, phân tích thơng số phần máy rửa sóng siêu âm  Thái độ:  Rèn luyện kỹ làm báo cáo báo cáo  Tăng cường kỹ tư vận dụng toán đơn giản vào thực tế  Rèn luyện khả làm việc độc lập làm việc nhóm, tinh thần trách nhiệm gặp khó khăn, khắc phục cố đưa kế hoạch bảo bảo dưỡng SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 27 nhiều tài liệu tham khảo, đồng thời sử dụng đơn giản Mặt khác , qua việc khảo sát thị trường linh kiện điện tử việc tìm mua chip Pic dễ dàng giá không cao (tầm 40k/1sp) nên mở khả thiết kế thực tế  Nhược điểm :  Chất lượng hệ thống phụ thuộc vào chất lượng chương trình nạp cho vi điều khiển Hình 5: Vi điều khiển Pic 18F45K22 SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 28 Sơ đồ nguyên lý khối trung tâm: Hình 6: Khối MCU 3.2.2.4 Khối điều khiển Khối điều khiển gồm nút nhấn lớn Mỗi nút phận đóng mở khí.Loại nút nhấn có kích thước 1cmx1cmx1cm Trong đó, nút điều khiển bật/tắt, nút lựa chọn chế độ, nút cài đặt chế độ Vậy yêu cầu đường tín hiệu để đưa vào vi điều khiển SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 29 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển: Hình 7: Khối điều khiển 3.2.2.5 Khối hiển thị Yêu cầu đặt khối hiển thị thân thiện với người sử dụng giúp người dùng dễ dàng thao tác với nút nhấn nên nhóm định sử dụng LCD 16x02  Ưu điểm:  Hiển thị rõ ràng có kèm theo dẫn  Thay đổi nội dung linh hoạt Xử lý lập trình đơn giản Led segment, Led ma trận  Nhược điểm :  Gía thành cao SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 30 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị: Hình 8: Khối hiển thị Sau lựa chọn linh kiện cần thiết với yêu cầu đề khối ta có sơ đồ nguyên lý mạch in sau:  Sơ đồ mạch nguyên lý: SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 31 Hình 9: Sơ đồ nguyên lý  Sơ đồ nguyên lý mạch in: SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 32 Hình 10: Sơ đồ nguyên lý mach in SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 33 Hình 11: Mạch thực tế 3.2.2.6 Thiết kế khung cho máy Khung máy với kích thước 300mmx200mmx190mm hàn sắt giúp cho máy có độ thăng ổn định hoạt động Các mối hàn chắn cho khung máy ko bị biến dạng trình máy hoạt động SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 34 Hình 12: Cấu trúc khung máy Bể tẩy rửa innox có dung kích 1,5 lít Hình 13: Bể rửa máy SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 35 3.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3.3.1 Lưu đồ thuật tốn Hình 14: Lưu đồ thuật tốn Lưu đồ thuật toán 1: lưu đồ thuật tốn thực q trình hoạt động máy tẩy rửa sóng siêu âm Sau bật nguồn cho máy, hình hiển thị trang thái chờ Tiếp theo hình hiển thị chế độ chạy máy ( Mode ): SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 36  Ở Mode đồng ý chọn, máy thực trình tẩy rửa với khoảng thời gian đếm ngược 30s Hết thời gian đếm ngược máy ngắt rơle hoàn thành trình tẩy rửa Nếu khơng chọn máy chuyển qua chế độ Mode  Ở Mode đồng ý chọn máy hoạt động Mode thời gian đếm ngược 60s Nếu không chọn máy chuyển qua chế độ Mode  Ở Mode đồng ý chọn máy hoạt động Mode thời gian đếm ngược 90s Nếu khơng chọn máy thơng báo chế độ chọn quay hình chờ Sau hồn thành q trình tẩy rửa chương trình chạy máy kết thúc hình quay chế độ hình chờ Hình 15: Lưu đồ thuật toán Lưu đồ thuật toán 2: lưu đồ thuật toán thực chức chạy máy ( Mode ) Khi chọn Mode chạy thích hợp cho máy, máy khởi động timer định sẵn Mode Tiếp có tín hiệu đóng rơle cho phép máy thực trình tẩy rửa Sau chạy hết thời gian định sẵn rơle ngắt kết thúc trình tẩy rửa máy 3.2.2 Chương trình code cho máy tẩy rửa sóng siêu âm Code có file đính kèm theo SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 37 3.4 TỔNG KẾT 3.4.1 Kết đạt Sản phẩm sau hồn thành SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 38 Hình 16: Sản phẩm sau hồn thành SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 39 3.4.2.Đánh giá kết     Sản phẩm chạy ổn định Tẩy rửa số vật dụng nhỏ ( đinh ốc, vít, kéo… ) Máy chưa có chế độ tản nhiệt nên nhanh nóng máy mạch Các chức điều khiển nhiều hạn chế SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 40 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận: Sau tháng thực đề tài, nhóm hồn thành việc thiết kế chế tạo mơ hình máy tẩy rửa sóng siêu âm Tuy chưa thực hết mục tiêu đề cho đề tài với nhũng kết đạt em cho test thử máy chạy ổn định Hướng phát triển: Hướng phát triển đồ án tiếp tục nghiên cứu tìm hiểu sâu với giải pháp kinh doanh, mô hình máy tẩy rửa sóng siêu âm dụng rộng rãi thị trường, cụ thể: - Tính tốn thiết kế để máy khơng tẩy rửa vật dụng - thông thường mà cịn tẩy rửa thực phẩm hàng ngày Phát triển máy tẩy rửa với công suất vừa nhỏ phục vụ cho cửa hàng - hộ gia đình Với máy có cơng suất lớn phục vụ cho ngành cơng nghiệp có thêm số tính như: giao tiếp với máy tính, giao tiếp truyền thơng, kiểm sốt thơng số qua web,… Trong q thực đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để tiếp tục hoàn thiện đề tài sâu Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy cô bạn ! SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN 41 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1 ] PTS Phạm Thị Hồng Liên Giáo trình điện tử thơng tin Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1996 [2 ] Hà A Thồi Bài giảng Kỹ thuật siêu âm Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, Khoa Điện tử, 2001 [3 ] PGS TS Nguyễn Hữu Phương Mạch số Nhà xuất Thống kê [4 ] Hoàng Ngọc Văn Giáo trình điện tử cơng suất Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, Khoa Điện tử, 2004 [5 ] Dương Minh Trí Sơ đồ chân linh kiện bán dẫn Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2002 SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2 GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN ... 2.2 MÁY RỬA BẰNG SÓNG SIÊU ÂM 2.2.1 Sơ đồ khối: Hình 4: Sơ đồ khối máy rửa siêu âm Để dẫn lượng siêu âm vào hệ có bể rửa siêu âm cần có cảm biến siêu âm, bể rửa máy phát siêu âm công suất Máy. .. TỔNG QUAN VỀ SÓNG SIÊU ÂM VÀ MÁY RỬA BẰNG SÓNG SIÊU ÂM 2.1 SÓNG SIÊU ÂM 2.1.1 Khái niệm sóng siêu âm Siêu âm âm có tần số cao tần số tối đa mà tai người nghe thấy Tần số tối đa tùy vào người, thơng... 2.2.3 Bể rửa Thiết bị rửa siêu âm có nhiều dạng khác nhau: máy rửa siêu âm độc lập, máy rửa siêu âm tách biệt hai khối, máy rửa siêu âm nhiều khối đa chức Hình 2.6: Cấu tạo bể rửa siêu âm đầu dò