THIẾT kế MẠCH điều KHIỂN hệ THỐNG máy PHA cà PHÊ

Lê Thiên Nhân ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY PHA CÀ PHÊ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY PHA CÀ PHÊ Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Số thẻ sinh viên: Lớp: TS NGUYỄN THỊ KHÁNH HỒNG LÊ THIÊN NHÂN 1811505120136 18D3 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY PHA CÀ PHÊ Người hướng dẫn: TS NGUYỄN THỊ KHÁNH HỒNG Sinh viên thực hiện: LÊ THIÊN NHÂN Mã sinh viên: 1811505120136 Ngành: KĨ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đà Nẵng, 06/2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA ĐIỆN NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TT Họ tên sinh viên Lê Thiên Nhân Số thẻ SV Lớp 1811505120136 18D3 Ngành KT điện - điện tử Tên đề tài đồ án: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY PHA CÀ PHÊ Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Chương 1: Tổng quan đề tài Chương 2: Tìm hiểu máy pha cà phê Chương 3: Giới thiệu dòng chip STM32F103C8T6 Chương 4: Thành phần máy pha cà phê Chương 5: Sơ đồ nguyên lý mạch in Chương 6: Kiểm nghiệm đánh giá Các vẽ, đồ thị (ghi rõ loại kích thước vẽ) Họ tên người hướng dẫn Phần/ Nội dung: TS NGUYỄN THỊ KHÁNH HỒNG Đánh giá kiểm tra tiến độ Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: …./…/2022 …./…/2022 Đà Nẵng, ngày Trưởng Bộ môn Điện Điện Tử TS………………………… tháng năm 2022 Người hướng dẫn TS Nguyễn Thị Khánh Hồng ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU KIỂM SOÁT TIẾN ĐỘ LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Phiếu dành cho người hướng dẫn/sinh viên) Họ tên sinh viên: Lê Thiên Nhân Số thẻ SV : 1811505120136 Tên đề tài ĐATN: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY PHA CÀ PHÊ Họ tên người HD: TS Nguyễn Thị Khánh Hồng Đơn vị: Khoa Điện Khối lượng Đã thực (%) Tiếp tục thực (%) Nghiên cứu lý thuyết liên Tuần Nhận đề tài quan đến đề tài Tuần Ngày Tìm hiểu khái niệm, thuật tốn hệ thống Tìm hiểu khái niệm Tuần nhúng nhúng Nghiên cứu tính thực tiễn đề tài Xây dựng phương án thực đề tài Tuần Lên ý tưởng phần cứng cho đề tài Viết báo cáo chương Tính chọn linh kiện Duyệt lần 1: Tuần Được tiếp tục làm ĐATN  ĐATN  Không tiếp tục thực Hoàn thành thuyết minh chương Xác định tiêu chuẩn thiết kế board điều khiển Tuần Định hướng cụ thể mục tiêu Viết báo cáo chương đề tài GVHD ký tên Thiết kế sơ đồ nguyên lý: + Mạch điều khiển máy pha cà Thiết kế dựa tiêu chí, Tuần phê tiêu chuẩn linh kiện chọn + Mạch nút nhấn điều khiển máy pha cà phê Tính chọn kích thước dựa kích thước vỏ Tuần Thiết kế PCB Tuần Hiệu chỉnh phần mềm mạch nút - Hiệu chỉnh sửa lỗi nhấn hồn thiện phần mềm q trình Tuần test trước - Hồn thiện thiết kế phần mềm, comment 10 Tuần 10 11 Tuần 11 Viết Hoàn thành báo cáo Vẽ sơ đồ mạch in dựa sơ đồ nguyên lý Duyệt lần 2: Đánh giá khối lượng hoàn thành 60 % : Được tiếp tục làm ĐATN  Không tiếp tục thực ĐATN  Chạy thử nghiệm Kiểm nghiệm sản phẩm trình sử dụng TÓM TẮT TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY PHA CÀ PHÊ Sinh viên thực hiện: Lê Thiên Nhân – 1811505120136 – 18D3 Trong trình phát triển ngành cà phê Việt Nam nói riêng giới nói chung việc chế biến thủ cơng hay máy móc có chung mục đích tạo ly cà phê thơm ngon, đậm vị Nắm bắt nhu cầu trình thay đổi cách tiêu dùng khách hàng, tránh tình trạng phụ thuộc nhiều vào nguồn board mạch máy móc nguồn nhập trước làm tổn thất kinh tế không đảm bảo nhanh chóng thời gian cho khách hàng Tôi vận dụng phát triển công nghệ trình học tập cọ xát nhiều mảng điện tử, từ tạo sản phẩm có khả điều khiển máy pha cà phê, đảm bảo tính đầy đủ Sản phẩm có ý nghĩa mặt kỹ thuật, cho thấy khả học hỏi phát triển công nghệ nước ta không thua thiệt, song sản phẩm góp phần lớn cho việc bảo hành sửa chữa trình vận hành máy khách hàng, giúp tiết kiệm chi phí thời gian cho khách hàng Đồ án bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan đề tài Chương 2: Tìm hiểu máy pha cà phê Chương 3: Thiết kế thi công máy pha cà phê Chương 4: Kiểm nghiệm đánh giá Đề tài hướng đến ứng dụng cho mơ hình máy pha cà phê, dòng máy mà Việt Nam trình phát triển mạnh để đáp ứng nhu cầu người Chi tiết giải pháp thiết kế cho máy pha cà phê trình bày chi tiết nội dung CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thực cá nhân Các số liệu, kết mô nêu đồ án trung thực chưa công bố Tôi thực đề tài không chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi thực chịu hoàn toàn trách nhiệm Sinh viên thực Nhân Lê Thiên Nhân LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, muốn gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Thị Khánh Hồng, giảng viên khoa điện, trường Đại học sư phạm kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng trực tiếp hướng dẫn, hỗ trợ cho góp ý quý báu để mơ hình đầy đủ Trong suốt q trình thực đồ án, cá nhân giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy cơ, bạn bè gia đình, doanh nghiệp nhờ hồn thiện ngày hơm Ngồi ra, muốn gửi lời cảm ơn thầy cô khoa Điện tạo điều kiện thuận lợi có thơng báo, hướng dẫn kịp thời để tơi hồn thành đồ án cách tốt Tôi xin cảm ơn doanh nghiệp trình hoạt động ln sẵn sàng hỗ trợ tơi thực q trình thiết kế thực hành đồ án Và cuối cùng, xin dành tất lịng biết ơn kính trọng đến bố mẹ sinh thành nuôi dưỡng nên người, lo lắng, bảo từ việc nhỏ nhất, tạo điều kiện để tơi tiến đến hồi bão thân Do tình hình dịch bệnh có chút phức tạp lúc đầu nên khâu thiết kế, xây dựng phần cứng gặp khơng khó khăn, chắn có sai sót Vì vậy, tơi mong bảo thầy cô giáo để đề tài tốt nghiệp hoàn thiện Sinh viên thực Nhân Lê Thiên Nhân ii Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i TÓM TẮT ii CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU x Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tìm hiểu máy pha cà phê 1.2 Phương án thực 1.2.1 Thiết kế board mạch điều khiển máy pha cà phê 1.2.2 Thiết kế board mạch nút nhấn để điều khiển board mạch máy pha cà phê 1.3 Mục tiêu thực 1.4 Kết luận chương Chương 2: TÌM HIỂU MÁY PHA CÀ PHÊ 2.1 Sơ đồ khối chương trình máy pha cà phê 2.2 Nguyên lý máy pha cà phê 2.3 Cấu trúc kết nối với khí cấu chấp hành hệ thống 2.4 Đánh giá mơ hình 2.5 Kết luận chương Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY PHA CÀ PHÊ 3.1 Giới thiệu chip STM32 3.1.1 Khái quát thông số kỹ thuật Chip STM32F103C8T6 3.2 Công cụ sử dụng 10 3.2.1 Thiết kế mạch altium 10 iii Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê STM32 để xử lý cho phép pha cà phê giá trị cụ thể” Hình 3.20: Khối cảm biến mực nước Nhận tín hiệu nước hay hết phản hồi cho phép bật bơm cấp nước để trình hoạt động - LM2903 khối so sánh điện áp op amp, mục đích nhận biết bật tắt cổng output tùy thuộc vào mức tín hiệu so sánh chân Vin- Vin+(VREF)  Khối xử lý tín hiệu trung tâm Hình 3.21: Khối xử lý tín hiệu trung tâm SVTH: Lê Thiên Nhân GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 21 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê Quy trình làm việc: B1: Nhận tín hiệu đầu vào (Nút nhấn điều khiển, cảm biến nhiệt, lưu lượng, mực nước) B2: Xử lý điều khiển thiết bị ngoại vi tín hiệu xuất mức mức dựa sở lý thuyết lập trình B3: Thực đếm ngắt chế độ pha thống qua chế độ đếm nước pha cà phê tự động Hình 3.22: Cấp nguồn cho STM32F103C8T6 Thạch anh ngoại: cho tần số xung ổn định để vi điều khiển hoạt động cải thiện tốc độ xử lý cpu SVTH: Lê Thiên Nhân GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 22 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê Hình 3.23: Tạo xung ngồi cho STM32F103C8T6 Hình 3.24: Khối nạp chương trình cho STM32F103C8T6  Khối tín hiệu đầu Hình 3.25: Khối điều khiển bật tắt thiết bị ngoại vi - ULN2003 ic chuyển đổi trạng thái nguồn điện áp cao, với tín hiệu đầu vào chân output vi điều khiển tương ứng mức điện áp 0,3.3V, chân bật tắt cho tải mức từ 12~24V tùy thuộc vào cơng suất tải Chức khối: nhận tín hiệu 0/1(0V,3.3V) chân đầu vào tương ứng 0/1 (0V/12V) để điều khiển relay bật tắt Từ cho phép thiết bị tải bên ngồi dừng hoạt động hoạt động tùy vào trạng thái mà ta cài đặt SVTH: Lê Thiên Nhân GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 23 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê Hình 3.26: Khối điều khiển led đoạn Chức năng: hiển thị biến thời gian pha, trạng thái lỗi pha Sử dụng phương pháp quét led phép hiển thị lỗi hay thông số nhiệt độ mà khơng bị trùng gây loạn hình b) Mạch in (PCB) Hình 3.27: Top layer SVTH: Lê Thiên Nhân GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 24 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê Hình 3.28: Button layer c) Hình ảnh 3D Hình 3.29: Hình ảnh 3D SVTH: Lê Thiên Nhân GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 25 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê 3.6.2 Hướng phát triển a) Đôi nét mạch nút nhấn cảm ứng điện dung sử dụng STM32F051C6T6  Ngun lí hoạt động Hình 3.30: Ngun lí hoạt động board mạch nút nhấn cảm ứng  Mô tả chế độ hoạt động xử lý tín hiệu mạch nút cảm ứng Xử lý tín hiệu ngưỡng Xử lý tín hiệu điện dung để kết thúc chu kỳ nhấn nút Yêu cầu kỹ thuật:  Thiết kế cảm biến • Nên sử dụng hình dạng cho tất điện cực Các phím cảm ứng tùy chỉnh hình vẽ bảng điều khiển TSL bù đắp chênh lệch điện dung • Thời gian thu nhận thơng số xử lý tối ưu hóa điện cực có điện dung tương tự • Hình 3.31: Kích thước cảm biến  Thiết kế bề mặt chắn (hay cịn gọi bề mặt shield) Có số lợi ích Shield nối đất: SVTH: Lê Thiên Nhân • Điện dung ký sinh điện cực chắn cần sạc • Bảo vệ điện cực cảm ứng khỏi nguồn nhiễu GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 26 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê • Tăng tính ổn định hiệu suất hệ thống phần kim loại chuyển động gần điện cực Hình 3.32: Bề mặt Shield  Thiết kế mặt nút nhấn: Hình 3.33: Sơ đồ nút nhấn Hình 3.34: Yêu cầu sử dụng SVTH: Lê Thiên Nhân GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 27 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê Hình 3.35: Yêu cầu khoảng cách chắn đường tín hiệu b) Đơi nét hình cảm ứng hiển thị 16 triệu màu Hình 3.36: LCD TFT 5.0 Touch MD050SD Độ phân giải: 800x600 Màu sắc hiển thị: RGB 16 triệu màu Chip hiển thị: MD050SD Phương thức giao tiếp: SPI Điện áp hoạt động: 2.2~3.6V Nhiệt độ hoạt động : -40~80oC 3.7 Kết luận chương Ở chương này, công cụ, linh kiện sử dụng cho board mạch khái qt Việc xây dựng mơ hình máy pha cà phê thực công cụ tiếp xúc trình học tập làm việc chưa lâu thời gian, bền kiến thức Vì vậy, tơi xin trình bày chung ngun lí hoạt động chức chung linh kiện công cụ với thành phần thiết bị ngoại vi xung quanh sơ đồ thiết kế SVTH: Lê Thiên Nhân GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 28 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê Chương 4: KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Mô hình máy pha cà phê 4.1.1 Kết Hình 4.1: Hình ảnh thực tế Hình 4.2: Kết board mạch sau hoàn thiện SVTH: Lê Thiên Nhân GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 29 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê Hình 4.3: Hình ảnh sử dụng sản phẩm thực tế 4.1.2 Đánh giá ưu,nhược điểm - Nhận xét: Ưu điểm: Sản phẩm nghiên cứu hoàn thiện thời gian ngắn đảm bảo đầy đủ tính cần có máy pha cà phê, ngồi hệ thống cịn góp phần mang lại giá trị thực tế là:  Sản phẩm có giá thành rẻ nhiều so với board mạch nhập  Chi phí bảo trì bảo dưỡng phù hợp với lợi nhuận mà hệ thống mang lại  Nhiều chức năng, hoạt động thời gian dài đảm bảo độ trơn tru ổn định  Có khả sửa chữa, thay thế, lắp ráp cho nhiều dịng máy có tính tương tự  Có khả báo lỗi cho người dùng trục trặc kỹ thuật Nhược điểm:  Các lỗi khí chưa kiểm sốt triệt để  Người dùng phải đọc tìm hiểu để sử dụng hết tính ưu điểm mà máy mang lại SVTH: Lê Thiên Nhân GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 30 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê 4.2 Mô hình phần cứng 4.2.1 Kết Hình 4.4: Mặt trước sản phẩm Hình 4.5: Mặt bên sản phẩm SVTH: Lê Thiên Nhân GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 31 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê 4.2.2 Đánh giá Mơ hình phần cứng hoạt động ổn định, kết nối bới board mạch thực tế thu tín hiệu từ khối đầu vào điều khiển thiết bị ngoại vi bên Với kết nối chặt chẽ độ xác cao, tượng lỗi nhỏ xì nước, rị điện, kết nối khớp với đảm bảo để mang lại hoạt động nhẹ nhàng cho máy pha cà phê 4.3 Hướng phát triển sản phẩm Ngoài hướng phát triển sản phẩm nút nhấn cảm ứng tích hợp sẵn board mạch điều khiển hình cảm ứng hiển thị với 16 triệu màu tích hợp xu hướng tương lai khơng xa để tơi nghiên cứu phát triển 4.3.1 Mạch nút nhấn cảm ứng điện dung sử dụng STM32F051C6T6  Nguyên lí hoạt động Hình 4.6: Sơ đồ khối trình thu phát tín hiệu từ cảm ứng SVTH: Lê Thiên Nhân GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 32 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê 4.3.2 Màn hình cảm ứng hiển thị 16 triệu màu Hình 4.7: Màn hình cảm ứng Độ phân giải: 800x600 Màu sắc hiển thị: RGB 16 triệu màu Chip hiển thị: MD050SD Phương thức giao tiếp: SPI Điện áp hoạt động: 2.2~3.6V Nhiệt độ hoạt động : -40~80oC SVTH: Lê Thiên Nhân GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 33 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê KẾT LUẬN Sau trình tìm hiểu, phát triển sản phẩm sản phẩm thân tơi tạo đáp ứng cơng máy pha cà phê Do thời gian thực đồ án có hạn nên sản phẩm cịn số nhược điểm chưa thể điều chỉnh khắc phục hết Sau bảo vệ, tiếp tục nghiên cứu phát triển để hoàn thiện sản phẩm SVTH: Lê Thiên Nhân GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 34 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dublin, alldatasheet.com https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/49118/ADMOS/AMS1117.html [2] st.com, STM32F103C8T6 Datasheet https://html.alldatasheet.com/htmlpdf/201596/STMICROELECTRONICS/STM3 2F103C8T6/1950/1/STM32F103C8T6.html [3] Chip điện tử việt, https://chipviet.vn/ https://chipviet.vn/board-doc-nhiet-do-k-max6675-chuyen-tin-hieu-nhiet-do/ [4] Codienhaiau, https://codienhaiau.com/ https://codienhaiau.com/category/nut-nhan/ [5] Smart view, https://smartview.com.vn/ https://smartview.com.vn/led-7-doan/ [6] FPTshop, https://fptshop.com.vn/ https://fptshop.com.vn/tin-tuc/danh-gia/tim-hieu-ve-cac-loai-cam-bien-mucnuoc-pho-bien-nhat-hien-nay-136253 [7] alldatasheet, www.alldatasheet.com/ https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/16107/PHILIPS/BC807 [8] Hình ảnh: Tifatech, https://tifatech.vn/ SVTH: Lê Thiên Nhân GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh hồng 35 ... 33 vi Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê vii Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê viii Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê DANH SÁCH CÁC KÍ... trung tâm sữa chữa ⟹ Đề tài thiết kế board mạch để điều khiển máy pha cà phê x Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê Thiết kế mạch điều khiển hệ thống máy pha cà phê Chương 1: TỔNG QUAN... hiểu máy pha cà phê 1.2 Phương án thực 1.2.1 Thiết kế board mạch điều khiển máy pha cà phê 1.2.2 Thiết kế board mạch nút nhấn để điều khiển board mạch máy pha cà phê