(Đồ án hcmute) thiết kế và phát triển máy bán bắp rang bơ tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN MÁY BÁN BẮP RANG BƠ TỰ ÐỘNG GVHD: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: BÙI MINH ÐỨC MSSV: 12146042 LÊ TÒNG MSSV: 12146203 NGUYỄN HOÀNG TRUNG MSSV: 12146209 S KL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN MÁY BÁN BẮP RANG BƠ TỰ ĐỘNG” Giảng viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH BÙI MINH ĐỨC MSSV: 12146042 LÊ TỊNG NGUYỄN HỒNG TRUNG Lớp: Khố: 121462 2012 - 2016 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2016 an 12146203 12146209 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN MÁY BÁN BẮP RANG BƠ TỰ ĐỘNG” Giảng viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH BÙI MINH ĐỨC MSSV: 12146042 LÊ TỊNG NGUYỄN HỒNG TRUNG Lớp: Khố: 121462 2012 – 2016 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2016 an 12146203 12146209 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện Tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Sinh viên thực hiện: BÙI MINH ĐỨC MSSV: 12146042 LÊ TỊNG MSSV: 12146203 NGUYỄN HỒNG TRUNG MSSV: 12146209 Tên đề tài: “THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN MÁY BÁN BẮP RANG BƠ TỰ ĐỘNG” Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Năng suất máy: 20 ÷ 25 ly/giờ - Thể tích ly chứa bắp: 0.8 ÷ lít - Cơng suất: 1200 ÷ 1500 W/h Nội dung đồ án: - Tìm hiểu tham khảo phƣơng pháp làm bắp rang bơ, phƣơng pháp định lƣợng vật liệu - Tính tốn, thiết kế thi cơng khí - Tính tốn, thiết kế lắp ráp mạch điện điều khiển - Lập trình điều khiển máy hoạt động theo yêu cầu đồ án - Thực nghiệm, đánh giá, nhận xét đƣa hƣớng phát triển sản phẩm Sản phẩm dự kiến - Máy bán bắp rang bơ hoàn toàn tự động gồm phần cấp nguyên liệu, rang bắp, cấp ly chứa bắp, định lƣợng bắp sau rang xong TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i an Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh LỜI CẢM ƠN Trải qua khoảng thời gian nghiên cứu thực tất cố gắng tâm chúng tơi, cuối đề tài hồn tất Cùng với phấn đấu thân, nhóm cịn có giúp đỡ nhiệt tình thầy hƣớng dẫn, gia đình ngƣời bạn dành cho Chúng xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh, thầy giảng viên trực tiếp hƣớng dẫn thực đề tài Thầy hƣớng dẫn tận tình, giúp chúng tơi giải đáp thắc mắc, khó khăn gặp phải q trình thực hiện, cung cấp nguồn tài liệu, chỉnh sửa sai sót để đề tài đƣợc hồn thành nhƣ ngày hơm Mặc dù cố gắng nhƣng khó tránh khỏi sai sót mặt kiến thức lý thuyết nhƣ cách trình bày lỗi tả Chúng mong nhận đƣợc thông cảm ý kiến đóng góp thầy cơ, bạn bè để báo cáo ngày hoàn thiện hơn! Bùi Minh Đức Lê Tịng Nguyễn Hồng Trung ii an Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN MÁY BÁN BẮP RANG BƠ TỰ ĐỘNG” - GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh - Họ tên sinh viên: Bùi Minh Đức - MSSV: 12146042 Lớp: 121462 - Địa sinh viên: - Số điện thoại liên lạc: 01648396548 - Email: minhduc1994bmd@gmail.com - Họ tên sinh viên: Lê Tòng - MSSV: 12146203 Lớp: 121462 - Địa sinh viên: 0976061737 - Số điện thoại liên lạc: 0976061737 - Email: letong0201@gmail.com - Họ tên sinh viên: Nguyễn Hoàng Trung - MSSV: 12146209 Lớp: 121462 - Địa sinh viên: - Số điện thoại liên lạc: 01696656969 - Email: - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 21/07/2016 - Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 07 năm 2016 Ký tên iii an Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN MÁY BÁN BẮP RANG BƠ TỰ ĐỘNG Đề tài “Máy bán bắp rang bơ tự động” kết hợp phƣơng pháp làm bắp rang bơ mơ hình bán hàng tự động Cấu trúc đề tài bao gồm tính tốn, thiết kế thi cơng phần khí, mạch điện điều khiển lập trình điều khiển hệ thống Máy gồm có phận rang bắp, phận tách ly tự động, phận định lƣợng sản phẩm, phận cấp nguyên liệu tự động Máy rang lúc đƣợc ba ly bắp (dung tích khoảng 870ml) với số ly tùy chọn khách hàng Nhóm sử dụng Board Arduino Mega, Driver động DC L298N, Driver động bƣớc TB6560 để điều khiển máy Các thiết bị ngoại vi (nút nhấn, cảm biến, cơng tắc hành trình, mạch RFID, LCD text…) đƣợc kết nối điều khiển chƣơng trình Arduino Sau thực nghiệm kết đạt đƣợc tốt, theo yêu cầu đề ban đầu đề tài Bùi Minh Đức Lê Tịng Nguyễn Hồng Trung ABSTRACT DESIGN AND DEVELOPMENT OF POPCORN VENDING MACHINE The final project “Design and development of Popcorn Vending Machine” is a combination of making traditional popcorn method and model of vending machine The project’s structure includes analysis, designing, and fabricating mechanical parts as well as implementing program to control this system This machine has parts: popcorn making part, part of delivering cup, a product-supplying part, part of raw material-supplying In this report, the control circuits are shown and described with peripheral devices such as buttons, sensors, switchs, RFID,… Finally, the experiments and results are given, they show that performances are good, meeting the first expectation of the project iv an Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I LỜI CẢM ƠN II LỜI CAM KẾT III TÓM TẮT ĐỒ ÁN IV ABSTRACT IV MỤC LỤC V DANH MỤC BẢNG BIỂU VIII DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH .IX CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 1.2 Tính cấp thiết đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.2.1 1.2.2 1.3 1.4 1.4.1 1.4.2 1.5 1.6 Ý nghĩa khoa học Ý nghĩa thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tƣợng đề tài Phạm vi đề tài Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài Kết cấu đồ án CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3 2.3.1 Máy bán bắp rang bơ tự động Sơ lƣợc loại máy rang bắp tự động Kiểu máy rang bắp với số lƣợng lớn Kiểu máy rang bắp với số lƣợng ít, kích thƣớc nhỏ Kiểu máy rang bắp giao dịch tự động với ngƣời mua Phƣơng pháp làm bắp rang Tìm hiểu quy trình rang [2] 2.3.2 Sơ lƣợc bắp bung 11 2.3.3 Phƣơng pháp dùng nồi nhiệt 12 2.3.4 Phƣơng pháp dùng nóng 12 v an Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh 2.4 Các phƣơng pháp định lƣợng [3] 13 2.4.1 Mục đích phạm vi ứng dụng 13 2.4.2 Phân loại 13 2.4.3 Định lƣợng vật liệu rời 13 2.4.4 Định lƣợng vật liệu lỏng 17 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG HƢỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 18 3.1 Yêu cầu đề tài 18 3.2 Phƣơng hƣớng giải pháp thực 18 3.2.1 Khung, vỏ máy 18 3.2.2 Cơ cấu rang bắp 19 3.2.3 Cơ cấu cấp nguyên liệu 21 3.2.4 Cơ cấu cấp ly 21 3.2.5 Cơ cấu định lƣợng sản phẩm 21 3.2.6 Thiết kế sơ mạch điện điều khiển 22 CHƢƠNG 4: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 23 4.1 4.1.1 4.1.2 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3 4.3.1 Phần khí 23 Các cấu chấp hành máy 23 Thiết kế tổng quan máy 29 Phần điện 30 Sơ lƣợc thiết bị điện 30 Tính tốn thiết bị sử dụng với tủ điện 35 Mạch điện hệ thống 38 Khối Input 38 4.3.2 Khối Output 39 CHƢƠNG 5: GIA CÔNG VÀ LẮP ĐẶT CHI TIẾT MÁY 40 5.1 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Lắp đặt khung tổng thể bên 40 Gia công lắp đặt cấu rang bắp 40 Gia công lắp đặt cấu cấp nguyên liệu 41 Gia công lắp đặt cấu cấp ly tự động 42 Gia công lắp đặt cấu định lƣợng sản phầm 43 Lắp đặt tủ điều khiển, kết nối thiết bị điện 44 CHƢƠNG 6: ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 46 6.1 Khái niệm 46 vi an Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh 6.2 Lập trình điều khiển 46 6.2.1 Quy trình lập trình điều khiển 46 6.2.2 Địa ngõ vào, ngõ vi điều khiển 47 6.2.3 Lƣu đồ giải thuật điều khiển 47 CHƢƠNG 7: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ 50 7.1 7.2 Thông số kỹ thuật máy 50 Đánh giá 50 7.2.1 Đặt toán kinh tế 51 7.3 Kết luận 52 7.4 Hƣớng phát triển 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC 54 vii an Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh Hình 5.3 Bộ phận cấp nguyên liệu Về mặt cấu tạo nguyên lý hoạt động, cấu cấp bắp đƣờng hồn tồn giống nhau, khác kích thƣớc trục vít, khoang tải nguyên liệu hộp chứa nguyên liệu Trục vít tải khoang tải nguyên liệu đƣợc gia công từ vật liệu nhựa PE Hai đầu trục vít đƣợc lắp cố định vào hai mặt bên khoang tải nguyên liệu thông qua hai ổ bi Cơ cấu đƣợc truyền động nhờ vào chuyển động quay động bƣớc nối với trục vít thơng qua khớp nối đàn hồi Phía khoang tải đƣợc lắp hộp chứa nguyên liệu đƣợc gia công inox 201 Cơ cấu cấp dầu đƣợc lắp ráp từ chi tiết có sẵn: trục vít ống xy-lanh nhựa Trục vít đƣợc lắp với động truyền động thông qua khớp nối đàn hồi Cơ cấu cấp nguyên liệu cho máy đƣợc lắp vị trí máy Hình 5.4 Vị trí cấu cấp nguyên liệu 5.3 Gia công lắp đặt cấu cấp ly tự động Giá đỡ cấu cấp ly đƣợc lắp ráp từ nhôm nhôm Ống chứa ly lƣỡi tách ly đƣợc lắp cố định vào giá đỡ 42 an Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh Hình 5.5 Cơ cấu cấp ly Lƣỡi tách ly đƣợc gồm mica đƣợc cắt laser theo hình dạng đƣợc thiết kế ban đầu lắp đồng tầm vào trục thép Lƣỡi tách đƣợc truyền động thông qua động DC nối gián tiếp qua nối trục nhựa Góc xoay lƣỡi tách đƣợc giới hạn bới hai cử hành trình Bệ đỡ ly gồm mica nhôm mỏng Các nhôm giữ cho bắp không rơi sang hai bên bắp đƣợc đổ ly 5.4 Gia công lắp đặt cấu định lƣợng sản phầm Cơ cấu định lƣợng sản phẩm đƣợc gia công lắp ráp phần lại với Các chi tiết đƣợc làm nhôm ghép nối với ốc vít Phía dƣới ống định lƣợng ống dẫn bắp rang xuống ly chứa Đĩa chặn ống định lƣợng gồm hai mica 3mm đƣợc cắt laser theo thiết kế, lắp đồng trục với trục thép xoay có đƣờng kính 8mm Trục xoay nối với động DC thông qua khớp nối đàn hồi Chuyển động xoay trục đƣợc giới hạn với hai cơng tắc hành trình 43 an Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh Hình 5.6 Bộ phận định lượng bắp sau rang xong 5.5 Lắp đặt tủ điều khiển, kết nối thiết bị điện Với thiết kế tủ điều khiển ban đầu, nhóm chọn mua tủ điện có kích thƣớc 300x300x160 (mm) Hình 5.7 Tủ điều khiển Tủ điện chứa mạch điều khiển mudule phụ Khối nguồn lắp riêng phía ngồi 44 an Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh Hình 5.8 Máy thực tế 45 an Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh CHƢƠNG 6: ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 6.1 Khái niệm Trong hệ thống điều khiển lập trình đƣợc, cấu trúc điều khiển cách nối dây độc lập với chƣơng trình Chƣơng trình định nghĩa hoạt động điều khiển đƣợc ghi trực tiếp vào nhớ điều khiển nhờ trợ giúp lập trình hay máy vi tính Để thay đổi chƣơng trình điều khiển, cần thay đổi nội dung nhớ điều khiển, phần nối dây bên ngồi khơng bị ảnh hƣởng Đây ƣu điểm lớn phƣơng pháp lập trình điều khiển 6.2 Lập trình điều khiển Để lập trình đƣợc hiệu quả, tiết kiệm thời gian, ta lập sơ đồ quy trình lập trình điều khiển 6.2.1 Quy trình lập trình điều khiển Xác định yêu cầu, chức hệ thống Xác định ngõ vào, ngõ tƣơng ứng mạch Lập lƣu đồ giải thuật Viết chƣơng trình Nạp chƣơng trình vào Arduino Chạy chƣơng trình kiểm tra Hồn tất Sơ đồ 6.1 Quy trình lập trình điều khiển 46 an Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh 6.2.2 Địa ngõ vào, ngõ vi điều khiển Tham khảo Phụ lục 6.2.3 Lƣu đồ giải thuật điều khiển Giai đoạn (Hình 6.1): Hiển thị thơng tin hƣớng dẫn ngƣời dùng lên hình LCD, yêu cầu cho thẻ RFID vào, thẻ hợp lệ nhấn nút chọn số ly để rang (từ đến ly) Bấm tiếp nút Start để qua giai đoạn 2, muốn chọn lại ly, bấm nút chọn lại ly Nếu thẻ không hợp lệ quay lại kiểm tra thẻ Hình 6.1 Lưu đồ giải thuật giai đoạn 47 an Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh Giai đoạn (Hình 6.2): Sau nhấn nút Start, cảm biến nhiệt nhiệt độ đọc giá trị nhiệt độ thời, bật nồi nhiệt, quạt thông gió Các khoảng nhiệt độ đƣợc chia thành khoảng nhiệt độ (0-60oC, 60-80oC, 80-90oC, 90-100oC, 100-110oC, >110oC) Giá trị đọc nhiệt độ thời rơi vào khoảng nhiệt độ máy thực bƣớc rang bắp khác Tùy theo số lƣợng ly chọn mà nguyên liệu dầu, bắp, đƣờng đƣợc cấp vào nồi rang cách tƣơng ứng Sau rang xong, tắt nồi nhiệt, tắt trộn bắp, bắp bung đƣợc đổ xuống phễu chứa Khởi tạo biến đếm SL=0 Kết thúc giai đoạn Hình 6.2 Lưu đồ giải thuật giai đoạn 48 an Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh Giai đoạn (Hình 6.3): Sau đổ bắp bung vào phễu chứa: Trƣờng hợp 1: số ly đƣợc chọn Tiến hành tách ly định lƣợng cho bắp bung vào ly Sẽ có chng báo Cảm biến siêu âm nhận biết khoảng cách ly, ly đƣợc lấy kết thúc quy trình Trƣờng hợp 2: số ly đƣợc chọn hai Nếu biến SL thỏa điều kiện (SL