Thiết kế thi công và phát triển giải pháp tự động hóa trong nông nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHÊ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ PHÁT TRIỂN GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HĨA TRONG NƠNG NGHIỆP Ngành: Kỹ thuật Cơ, điện tử Giảng viên hướng dẫn: TS Ngô Hà Quang Thịnh Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Ngọc Anh Quân 1711030339 17DCTA3 Trần Trung Phong 1711030328 17DCTA3 Ngô Tùng Sơn 1711030331 17DCTA3 TP Hồ Chí Minh, 2021 i ii iii i i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2021 (Ký tên ghi rõ họ tên) i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến T.s Ngô Hà Quang Thịnh, giảng viên trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình làm khoá luận Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM nói chung, thầy Viện Kỹ Thuật nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt q trình học tập hồn thành đồ án tốt nghiệp , ngày tháng năm 2021 ii MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÍ ĐỀ TÀI ĐATN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐATN LỜI CAM ĐOAN _ ii LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC _ iii Danh mục bảng, biểu đồ, đồ thị, sơ đồ, hình ảnh vi LỜI MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu _3 1.2 Tìm hiểu phương pháp gieo trồng _3 1.2.1 Phương pháp gieo trồng theo luống 1.3 Sự phát triển hệ thống điện tử giai đoạn Chương NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY GIEO HẠT 2.1 Quá trình tìm hiểu _8 2.2 Khái niệm thiết kế 2.2.1 Quá trình thiết kế _10 2.2.2 Các phương pháp thiết kế _11 2.3 Cơ sở lý thuyết thiết kế phát triển sản phẩm 12 iii 2.3.1 Sơ trình thiết kế 12 2.3.2 Hình thành ý tưởng 12 2.3.3 Thiết kế chi tiết _13 2.3.4 Kiểm tra - hiệu chỉnh 13 2.4 Phương án giải 13 2.4.1 Chế tạo máy với tay gắp hạt 13 2.4.2 Chế tạo máy với cụm xoay rơi hạt 13 Chương _ 15 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY GIEO HẠT _ 15 3.1 Kết cấu dự kiến máy gieo nông nghiệp 15 3.2 Các cụm khí máy gieo nơng nghiệp 15 3.2.1 Bộ phận đế 15 3.2.2 Bộ phần tạo rãnh gieo hạt _18 3.2.3 Cụm bánh xích xích _19 3.2.4 Cụm cấu lấp đất 23 3.2.5 Bộ phận tưới nước sau gieo 24 3.2.6 Cụm khay chứa hạt rải hạt 26 3.2.7 Động 29 • 3.2.7.1 Động Servo 996 29 • 3.2.7.2 Động JGA25 _ 31 Chương _ 35 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 35 4.1 Hệ thống linh kiện sử dụng _35 4.1.1 Mô đun điều khiển động L298-K3H7 _35 4.1.2 Kit điều khiển Arduino Nano 40 4.1.3 Mô đun thu phát Blutooth HC-06 43 4.1.4 Mô đun hạ áp DC LM2596 _45 iv 4.1.5 Hệ thống điều khiển qua app Mit Inventor _47 4.2 Sơ đồ khối hệ thống máy gieo hạt 48 4.3 Sơ đồ mạch thiết kế Altium _49 4.4 Code điều khiển _53 • Code điều khiển máy gieo nông nghiệp: 53 • Code điều khiển app: _ 58 Chương _ 61 TỔNG KẾT VÀ ĐÁNH GIÁ MÁY GIEO HẠT NÔNG NGHIỆP _ 61 5.1 Xây dựng mơ hình từ ý tưởng ban đầu 61 5.2 Mơ hình hồn thiện 61 5.3 Kết chạy thực nghiệm 62 Chương _ 63 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN _ 63 LỜI KẾT _ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO _ 67 v 4.4 Code điều khiển Arduino IDE viết tắt (Arduino Integrated Development Environment) trình soạn thảo văn bản, giúp nhóm viết code để nạp vào bo mạch Arduino Code điều khiển máy gieo hạt nông nghiệp chia thành hai phần chính: phần code điều khiển máy nơng nghiệp phần code cho app điều khiển • Code điều khiển máy gieo nông nghiệp: #include #include Servo sv1,sv2,sv3,sv4; SoftwareSerial HC06(2, 3); int out1=A4, out2=A3, out3=A2, out4=A1; int st1=5, st2=6, st3=7, st4=8; int bom=A0; int goccay=90, goclu=80, gocphun=89; char c, ktgieo=0; void phai() { 53 digitalWrite(out1,1); digitalWrite(out2,0); digitalWrite(out3,1); digitalWrite(out4,0); } void trai() { digitalWrite(out1,0); digitalWrite(out2,1); digitalWrite(out3,0); digitalWrite(out4,1); } void lui() { digitalWrite(out1,0); digitalWrite(out2,1); digitalWrite(out3,1); digitalWrite(out4,0); } void tien() { digitalWrite(out1,1); digitalWrite(out2,0); digitalWrite(out3,0); digitalWrite(out4,1); } void dung() { 54 digitalWrite(out1,0); digitalWrite(out2,0); digitalWrite(out3,0); digitalWrite(out4,0); } void gieo(int dlay) { if (dlay>0) { digitalWrite(st1,1); digitalWrite(st2,1); digitalWrite(st3,0); digitalWrite(st4,0); delay(dlay); digitalWrite(st1,0); digitalWrite(st2,1); digitalWrite(st3,0); digitalWrite(st4,0); delay(dlay); digitalWrite(st1,0); digitalWrite(st2,1); digitalWrite(st3,1); digitalWrite(st4,0); delay(dlay); digitalWrite(st1,0); digitalWrite(st2,0); digitalWrite(st3,1); digitalWrite(st4,0); delay(dlay); digitalWrite(st1,0); digitalWrite(st2,0); digitalWrite(st3,1); digitalWrite(st4,1); delay(dlay); digitalWrite(st1,0); digitalWrite(st2,0); digitalWrite(st3,0); digitalWrite(st4,1); delay(dlay); digitalWrite(st1,1); digitalWrite(st2,0); digitalWrite(st3,0); digitalWrite(st4,1); delay(dlay); digitalWrite(st1,1); digitalWrite(st2,0); digitalWrite(st3,0); digitalWrite(st4,0); delay(dlay); 55 return; } digitalWrite(st1,0); digitalWrite(st2,0); digitalWrite(st3,0); digitalWrite(st4,0); } void setup() { Serial.begin(9600); HC06.begin(9600); pinMode(bom,OUTPUT); digitalWrite(bom,0); pinMode(st1,OUTPUT); digitalWrite(st1,0); pinMode(st2,OUTPUT); digitalWrite(st2,0); pinMode(st3,OUTPUT); digitalWrite(st3,0); pinMode(st4,OUTPUT); digitalWrite(st4,0); pinMode(out1,OUTPUT); pinMode(out2,OUTPUT); pinMode(out3,OUTPUT); pinMode(out4,OUTPUT); dung(); sv1.attach(9); sv1.write(gocphun); sv2.attach(10); sv2.write(goclu); //80 sv3.attach(11); sv3.write(176-goclu); // 97 sv4.attach(12); sv4.write(goccay); } 56 void loop() { sv1.write(gocphun); sv2.write(goclu); sv3.write(176-goclu); sv4.write(goccay); if (HC06.available()) { c=HC06.read(); } if (c=='A') tien(); else if (c=='B') lui(); else if (c=='C') trai(); else if (c=='D') phai(); else if (c=='E') dung(); else if (c=='K') {if (goccay10) goccay ; delay(10);} else if (c=='N') {if (goclu55) goclu ; delay(30);} else if (c=='Q') digitalWrite(bom,1); else if (c=='R') digitalWrite(bom,0); 57 else if (c=='T') ktgieo=1; else if (c=='U') ktgieo=0; else if (c=='G') gocphun=92; // Quay Trái else if (c=='H') gocphun=86; // Quay Phải else if (c=='I') gocphun=89; // Dừng if (ktgieo) gieo(3); else gieo(0); } • Code điều khiển app: void setup() { Serial.begin(9600); HC06.begin(9600); pinMode(bom,OUTPUT); digitalWrite(bom,0); pinMode(st1,OUTPUT); digitalWrite(st1,0); pinMode(st2,OUTPUT); digitalWrite(st2,0); pinMode(st3,OUTPUT); digitalWrite(st3,0); pinMode(st4,OUTPUT); digitalWrite(st4,0); pinMode(out1,OUTPUT); pinMode(out2,OUTPUT); pinMode(out3,OUTPUT); pinMode(out4,OUTPUT); dung(); 58 sv1.attach(9); sv1.write(gocphun); sv2.attach(10); sv2.write(goclu); //80 sv3.attach(11); sv3.write(176-goclu); // 97 sv4.attach(12); sv4.write(goccay); } void loop() { sv1.write(gocphun); sv2.write(goclu); sv3.write(176-goclu); sv4.write(goccay); if (HC06.available()) { c=HC06.read(); } if (c=='A') tien(); else if (c=='B') lui(); else if (c=='C') phai(); 59 else if (c=='D') trai(); else if (c=='E') dung(); else if (c=='K') {if (goccay10) goccay ; delay(10);} else if (c=='N') {if (goclu55) goclu ; delay(30);} else if (c=='Q') digitalWrite(bom,1); else if (c=='R') digitalWrite(bom,0); else if (c=='T') ktgieo=1; else if (c=='U') ktgieo=0; else if (c=='G') gocphun=92; // Quay Trái else if (c=='H') gocphun=86; // Quay Phải else if (c=='I') gocphun=89; // Dừng if (ktgieo) gieo(3); else gieo(0); Serial.println(c); } 60 Chương TỔNG KẾT VÀ ĐÁNH GIÁ MÁY GIEO HẠT NƠNG NGHIỆP 5.1 Xây dựng mơ hình từ ý tưởng ban đầu Từ ý tưởng ban đầu để xây dựng mơ hình thực tế chuyện khơng đơn giản Có lúc tưởng chừng khơng giải lúc hướng dẫn, phân tích vấn đề cách logic thầy giáo hướng dẫn tìm phương án giải tối ưu − Mơ hình thiết kế chia thành nhiều cụm nhỏ nhằm giải vấn đề từ nhỏ đến lớn − Trong trình thiết kế cụm cấu gặp số khó khăn riêng cụm − Các chi tiết cần độ xác cao địi hỏi gia cơng phải xác nên gặp số khó khăn định − Một số chi tiết cần tìm ngồi thị trường khó khăn 5.2 Mơ hình hồn thiện − Do lần đầu thiên thiết kế mơ hình phức tạp nên số chi tiết sau thiết kế cịn chưa đạt độ xác yêu cầu ban đầu − Sau chọn phương án cho chương trình điều khiển kiểm tra thử máy cịn chạy chưa kì vọng yêu cầu đặt − Chương trình điều khiển kiểm tra nhiều lần, mơi trường có điều kiện khác để đảm bảo tính ổn định hoạt động liên tục máy gieo nông nghiệp 61 Hình 5.1- Mơ hình máy gieo nơng nghiệp hồn thiện 5.3 Kết chạy thực nghiệm Sau trình chạy thử, máy gieo hạt nông nghiệp đáp ứng số tiêu chi sau đây: - Máy chạy theo chương trình điều khiển thao tác người điều khiển; - Hệ thống bơm tưới tiêu hoạt động tốt đảm bảo cung cấp độ ẩm cho hạt giống; - Hệ thống tạo rãnh chạy ổn định, rãnh tạo đủ sâu để hạt phát triển - Hệ thống cấp gieo hạt hoạt động tốt, gieo hạt Tuy nhiên số lúc bị tắc hạt kích cỡ số hạt cỡ gây nên - Hệ thống lấp đất hoạt động tốt Đánh giá chung máy gieo hạt nông nghiệp hoạt động tương đối tốt, hài lịng với nhóm đầu tư thiết kế 62 Chương PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Với phát triển khoa học kĩ thuật, tự động hóa, điện tử ngày quan trọng việc ứng dụng vào ngành nói chung ngành sản xuất nơng nghiệp nói riêng Máy móc tự động hóa thay cho người số lĩnh vực địi hỏi độ xác, tính tỉ mỉ, mơi trường làm việc có ảnh hưởng tới sức khỏe người, cho suất hiệu cao Đề tài “Máy gieo hạt nông nghiệp” giải số vấn đề lĩnh vực trồng trọt nông nghiệp Ứng dụng đề tài gieo ươm giống trồng nông nghiệp giúp gia tăng suất, giảm số lượng cơng nhân Một máy gieo hạt thay cho khoảng mười đến hai mươi công nhân ngày lao động Máy gieo hạt tự động đưa vào sản xuất khu canh tác lớn mang lại hiệu kinh tế cao, tiết kiệm thời gian tiền bạc đảm bảo thời vụ lao động trồng Hướng phát triển đề tài nói chung nhiều hạn chế, giải số mặt trình gieo hạt giống trồng Đề tài mang tính ứng dụng cao ngành nông nghiệp Trước mắt thay phương pháp gieo hạt giống thông thường tay giải vấn đề thời gian sản xuất giống trồng Đề tài giới hạn phạm vi định chưa có tính tự động cao mà đáp ứng nhỏ, cần điều khiển trực tiếp cảu người Đề tài phát triển đa dạng ta nghiên cứu số công đoạn để áp dụng tính tự động hóa Thay trình điều khiển tay cầm trình tự động thực cần kích hoạt lần khởi động ban đầu Thay kết cấu khay đựng hạt nhả hạt để tránh tượng tắc nghẽn hay gieo 63 hạt không Khống chế tiếng ồn hoạt động cách nhỏ Hệ thống vịi phun điều chỉnh lượng nước tưới phụ thuộc vào thông số môi trường, hay cải thiện tầm tưới, khối lượng nước mang theo lần gieo hạt Ngoài cịn cần tích hợp thêm số cảm biến để thu thập liệu môi trường như: độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất, nhiệt độ hệ thống máy camera theo dõi hệ thống phản hồi hình theo dõi từ xa thơng qua cơng nghệ Internet để giúp người quản lí tìm phương án khắc phục 64 LỜI KẾT Trên báo cáo đồ án môn học Thiết kế máy gieo hạt nghành nông nghiệp chúng em Đây đề tài có tính thực tế cao, thời đại cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, ngày phát triển với cạnh tranh khơng ngừng từ nước giới Địi hỏi suất chất lượng phải cải thiện nhờ dây chuyền máy móc đại thay lao động thủ công người Như đồ án mơn học chúng em tìm hiểu cách xây dựng mơ hình mày gieo hạt nơng nghiệp, từ tính tốn thiết kế hệ thống khí đến lập trình điều khiển hoạt động Cơng việc hồn thành bao gồm: - Tổng quan máy gieo hạt nông nghiệp, phương pháp gieo hạt theo luống - Xây dựng kết cấu 2D cho trạm phần mềm AutoCad - Dựng mơ hình 3D Solidworks - Tính tốn thơng số khí - Tìm hiểu ngun lí hoạt động vận dụng số linh kiện điện tử - Xây dựng sơ đồ khối sơ đồ ngun lí mạch điều khiển - Lập trình điều khiển tay máy hoạt động Qua đề tài em biết cách vận dụng kiến thức chuyên môn đào tạo trường Đại học Công Nghệ Tp.HCM thời gian qua vào với thực tế sống với công nghiệp Không qua đồ án chúng em học nhiều kĩ làm việc nhóm, giải vấn đề, tìm tài liệu, viết báo cáo có ích cho sau Một lần chúng em xin chân 65 thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy… thầy cô môn Cơ Điện Tử giúp chúng em hoàn thành đề tài Do giới hạn thời gian kiến thức đồ án này, chúng em giải số vấn đề việc thiết kế máy gieo hạt nơng nghiệp Tuy nhiên, ngồi nhiều vấn đề cần phải giải khắc phục để trở thành sản phẩm hoàn thiện áp dụng tốt, phục vụ tốt sống nói chung ngành nơng nghiệp nước nhà nói riêng chúng em vui mừng mong muốn q thầy bạn đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo trình, giảng Nguyễn Trọng Hiệp, “Chi tiết máy” Nhà xuất giáo dục, 2006 Trịnh Chất, Lê Văn Uyển “Tính tốn, thiết kế hệ thống dẫn động khí” Nhà xuất giáo dục Việt Nam Agricultural Machinery Nguồn Internet Continuous track Nguồn Internet 67