Tính cấpthiết của đềtài Đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Để tiến kịp các nước trong khu vực và trên thế giới, nền công nghiệp nước nhà cần tiếp cận các công nghệ và thiết bị hiện đại. Các cán bộ kĩ thuật cần được trang bị các kiến thức mới, như vậy mới có thể đẩy nhanh các quá trình phát triển của đất nước. Kĩ thuật điều khiển đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ở nhiều nước, nó đã đem lại hiệu quả to lớn trong sản xuất công nghiệp, trong quốc phòng, y tế, xã hội, thám hiểm vũ trụ. Tuy nhiên, tình hình sử dụng trong sản xuất của chúng ta còn hiếm hoi. Việc ứng dụng điều khiển công nghiệp hiệnđạivẫn còn là lĩnh vực mới mẻ đối với nền công nghiệp nước nhà. Trong xu hướng phát triển chung việc nghiên cứu và sử dụngxe đẩyở việt nam chắc chắn sẽ phát triển. Hiện nay, hầu hết các ngành công nghiệp ở nước ta đều có quy mô lớn nhưng chất lượng chưa cao do những hạn chế về khoa học kĩ thuật, máy móc thiết bị còn thô sơ nên năng suất lao động chỉ đạt ở mức trung bình vì lợi nhuận giảm nên cần xem xét và nâng cấp các thiết bị, máy móc thô sơ đang có để có thể đạt được hiệu quả cao hơn nhằm đáp ứng nhu cầu của các khách hàng. Vì thế trong thời gian em tìm hiểu và nghiên cứu nhằm đáp ứng cho việc lựa chọn sẽ nâng cấp cho xe đẩy hành lí khách hàng để nâng cao thêm chất lượng dịch vụ nhằm cải tiến thiết bị tốt hơn. Do đó đề tài của em được mang tên:Thiết kế hệ thống điện tự động cho xe đẩy. Mục tiêu Đưa điều khiển thiết bịvào các xe đẩy hàng nâng cao việc vận chuyểnhàng hóa. Thiết kếvà tạo rahệthống điện hỗtrợchoxeđẩy hành lý, hàng hóacó khả năngdi chuyển thông qua nút nhấn hoặc điều khiển smartphone, chịu được trọng tải lớn. Đối tượng nghiên cứu: Những loại xe đẩy được sửdụng rộng rãi. Phạm vi nghiên cứu: Trong nước nói chung và thực hiện chạy thực nghiệm trong xưởng. Phương pháp nghiên cứu: Sửdụng phương pháp so sánh, tổng hợp các tài liệu và nội dung sửdụng cho đềtài. Tìm hiểu thông qua sách, báo, các bài viết chuyên đềvà thông qua mạng internet nhằm rút ra những mô hình phù hợp nhất. Học hỏi những thầycôcó nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực đểcóhướng giải quyết nhanh và tốt hơn. Giải quyết từng module nhỏvà sau đó ghép thành mạch hoàn chỉnh. Tính toán và chạy thửnghiệm rút ra phươngán tối ưu nhất. Thiết lập mô hình xe, chạy thửnghiệm bên ngoài nhằm tìm ra những phương án tốt nhất có thểáp dụng. Ý nghĩa khoa học Mang đến những bước tiến vượt trội trong việc áp dụng khoa học công nghệ hiện đại vào trong quy trình sản xuất, là nền tảng cơ sở để xây dựng những quy trình tự động hóa với những thiết bị máy móc tốt nhất trong tương lai. Bên cạnh đó nó còn thể hiện bản lĩnh cũng như tầm hiểu biết ngày càng được nâng cao của sinh viên khi có thể nắm bắt những kiến thức về khoa học kỹthuậtvà vận dụng một cách sáng tạo,có hiệu quả vào thực tiễn cuộc sống. Ý nghĩa thực tiễn Tự động hóa trong sản xuất hàng hóa và nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm. Về ý nghĩa nhân văn, thay thể con người ở những vị trí nguy hiểm, dễ gây tai nạn lao động trong quá trình làm việc. Nội dung thực hiện Nội dung: Nghiên cứu và tạo ra một kết cấu cơ khí hợp lý và vững chắc cho xe đẩy. Thiết kếbộdriver điều khiển động cơ dùng mạch cầu h và kết hợp với bộđiều khiển một cách chính xác tốcđộ. Thiết kếmạch, kết hợp lập trình tạo nên một xe đẩy có khảnăng di chuyển theo nút nhấn. Cách kết nối các mạch lại với nhau đểtạo một xe đẩy hoàn chỉnh. Kếhoạch thực hiện Xe đẩy trong đề tài nghiên cứu là các xe chở hàng công nghiệp không người lái.Nó có kích thước khác nhau để mang các tải trọng từ một vài kg đến tải trọng hàng chục ký. Tuy nhiên vì trong khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp với kinh phí và khả năng hạn hẹp, nên để đề tài có tính khả thi cao, em đã đề ra các nhiệm vụ trong việc thiếtkế và chế tạo xe như sau: Chế tạo kết cấucơ khí cho xe đẩy là loại xe chở có khay để hàng với tải trọng là 1520kg (không tính trọng lượng của xe)đảm bảo được được độ vững chắc của xe và hàng hóa trong quá trình di chuyển, tạo sự ổn định và thuận lợi chophần điều khiển. Thiết kế được mạch điện tử cho xe hoạt động ổn định. Lập trình điều khiển cho xe chạy bám theo tốc độ ổn định 1mgiây. Tìm hiểu và thiết kế nguồn năng lượng cho xe là nguồn một chiềuDC.
Tính cấp thiết của đề tài
Đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa Để tiến kịp các nước trong khu vực và trên thế giới, nền công nghiệp nước nhà cần tiếp cận các công nghệ và thiết bị hiện đại Các cán bộ kĩ thuật cần được trang bị các kiến thức mới, như vậy mới có thể đẩy nhanh các quá trình phát triển của đất nước
Kĩ thuật điều khiển đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ở nhiều nước, nó đã đem lại hiệu quả to lớn trong sản xuất công nghiệp, trong quốc phòng, y tế, xã hội, thám hiểm vũ trụ Tuy nhiên, tình hình sử dụng trong sản xuất của chúng ta còn hiếm hoi Việc ứng dụng điều khiển công nghiệp hiện đại vẫn còn là lĩnh vực mới mẻ đối với nền công nghiệp nước nhà Trong xu hướng phát triển chung việc nghiên cứu và sử dụng xe đẩy ở việt nam chắc chắn sẽ phát triển
Hiện nay, hầu hết các ngành công nghiệp ở nước ta đều có quy mô lớn nhưng chất lượng chưa cao do những hạn chế về khoa học kĩ thuật, máy móc thiết bị còn thô sơ nên năng suất lao động chỉ đạt ở mức trung bình vì lợi nhuận giảm nên cần xem xét và nâng cấp các thiết bị, máy móc thô sơ đang có để có thể đạt được hiệu quả cao hơn nhằm đáp ứng nhu cầu của các khách hàng
Vì thế trong thời gian em tìm hiểu và nghiên cứu nhằm đáp ứng cho việc lựa chọn sẽ nâng cấp cho xe đẩy hành lí khách hàng để nâng cao thêm chất lượng dịch vụ nhằm cải tiến thiết bị tốt hơn Do đó đề tài của em được mang tên : Thiết kế hệ thống điện tự động cho xe đẩy.
Mục tiêu
- Đưa điều khiển thiết bị vào các xe đẩy hàng nâng cao việc vận chuyển hàng hóa
- Thiết kế và tạo ra hệ thống điện hỗ trợ cho xe đẩy hành lý, hàng hóa có khả năng di chuyển thông qua nút nhấn hoặc điều khiển smartphone, chịu được trọng tải lớn.
Nội dung thực hiện
- Nghiên cứu và tạo ra một kết cấu cơ khí hợp lý và vững chắc cho xe đẩy
- Thiết kế bộ driver điều khiển động cơ dùng mạch cầu h và kết hợp với bộ điều khiển một cách chính xác tốc độ
- Thiết kế mạch, kết hợp lập trình tạo nên một xe đẩy có khả năng di chuyển theo nút nhấn.
Kế hoạch thực hiện
Xe đẩy trong đề tài nghiên cứu là các xe chở hàng công nghiệp không người lái
Nó có kích thước khác nhau để mang các tải trọng từ một vài kg đến tải trọng hàng chục ký Tuy nhiên vì trong khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp với kinh phí và khả năng hạn hẹp, nên để đề tài có tính khả thi cao, em đã đề ra các nhiệm vụ trong việc thiết kế và chế tạo xe như sau:
Chế tạo kết cấu cơ khí cho xe đẩy là loại xe chở có khay để hàng với tải trọng là 15-20kg (không tính trọng lượng của xe) đảm bảo được được độ vững chắc của xe và hàng hóa trong quá trình di chuyển, tạo sự ổn định và thuận lợi cho phần điều khiển
Thiết kế được mạch điện tử cho xe hoạt động ổn định
Lập trình điều khiển cho xe chạy bám theo tốc độ ổn định 1m/giây
Tìm hiểu và thiết kế nguồn năng lượng cho xe là nguồn một chiều DC.
QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Giới thiệu chung
Xe đẩy hành lý là công cụ giúp vận chuyển đồ đạc, hành lý của khách hàng trước khi lên máy bay và sau khi xuống máy bay dễ dàng hơn Với một chiếc xe đẩy chúng ta sẽ không tốn quá nhiều công sức và thời gian Mà có thể cùng lúc chở được nhiều đồ đạc, hành lý đến nơi mong muốn Thiết kế nhỏ gọn nhưng linh hoạt và chắc chắn nên có thể vận chuyển tải trọng lớn, hàng hóa cồng kềnh Hiện nay chúng được thiết kế với kiểu dáng hiện đại và sang trọng hơn Điều này cũng góp phần tạo nên hình ảnh văn minh, thân thiện với du khách Ngoài ra, pano trên xe còn là một phương tiện quảng cáo hiệu quả khi chúng ta có thể ghi thông tin về thương hiệu và sản phẩm của mình
Hình 1.1: Xe đẩy hành lý inox Đặc điểm của xe xe đẩy hành lý sân bay bằng inox
Xe đẩy hành lý sân bay inox có thiết kế đơn giản Nhưng sự đơn giản của nó mang đến sự linh hoạt và thuận tiện trong di chuyển Đặc biệt không kém phần hiệu quả khi có thể mang tải trọng khá lớn
Với những đặc điểm nổi bật sau đây, không quá khó để lý giải sự thịnh hành của xe đẩy hành lý tại các hãng hàng không
- Tay xe đẩy tròn bằng inox mang lại cảm giác thoải mái cho người sử dụng
- Thiết kế nhỏ gọn, bền đẹp, thuận tiện di chuyển trong những cung đường chật, đông, khó
- Phanh tự động giúp bạn dễ dàng dừng xe mọi lúc mọi nơi
- Bánh xe êm ái, chống ồn, có trợ lực giúp di chuyển nhẹ nhàng và dễ dàng dù tải nặng đến đâu, tay lái linh hoạt
- Có thể chịu tải trọng cao nhờ chất liệu inox cao cấp và kỹ thuật gia công tiêu chuẩn châu âu Mang đến những chiếc xe đẩy chất lượng cao, hiệu suất cao.
Giới thiệu một số hệ thống hiện nay
Xe đẩy hàng t150 sumika với tải trọng 150kg Có khung thép chắc chắn được sơn lớp tĩnh điện chống gỉ 4 bánh xe chắc chắn di chuyển linh hoạt Thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng gập tay cầm xuống và cất dưới gầm bàn, gầm ghế hay cho dựa vào tường mà không sợ tốn diện tích
- Xe đẩy hàng chạy điện 4 bánh
Moto-cart là xe điện chạy bằng pin tự hành, có thể sử dụng trong nhà xưởng, bệnh viện, nhà kho, siêu thị, công trường xây dựng
-Xe Đẩy Hàng Bằng Điện 300Kg, 40 Pin Lithium
Hình 1.4: xe đẩy điện 300kg, 40 pin lithium
Sản phẩm xe đẩy hàng chạy điện 4 bánh tải trọng 300 kg thích hợp để chở các loại vật liệu như: Cát, đá, xi măng, gạch, bê-tông, gỗ, vật liệu hoàn thiện khác, chở hàng trong siêu thị, khi hàng, nhà máy… Dễ dàng di chuyển trong phạm vi hẹp và ra vào vận thăng lên các tầng
Các thông số kỹ thuật của sản phẩm:
- Tải trọng tối đa: 300Kg
- Thời gian làm việc liên tục: 8 giờ
- Quãng đường đi được: 10km
- Kiểu có thể gập lại được
- Có hệ thống phanh hãm an toàn khi xuống dốc
- Kích thước xe: dài 90cm x rộng 60 cm x cao 90cm
- Chiều cao của tấm sàn xe: 200 (mm)
- Đường kính bánh xe: 150 (mm)
Phân tích ưu nhược điểm của các hệ thống hiện có
Giảm chi phí, thời gian và công sức Ưu điểm vượt trội nhất của dòng xe đẩy này chính là tiết kiệm thời gian, công sức, giảm chi phí Bởi thiết kế của sản phẩm hướng tới sự tiện lợi trong di chuyển Cho nên tất cả các nhân viên phục vụ trong khách sạn, sân bay sẽ tiết kiệm được rất nhiều công sức cũng như thời gian
Hơn hết là giúp tiết kiệm chi phí Tiết kiệm chi phí ở đây là tiết kiệm chi phí thuê nhân viên Xe đẩy hành lý giúp tiết kiệm được sức lực nên sẽ không cần phải thuê quá nhiều người Đây chính là lý do tại sao chúng tôi nói sản phẩm này giúp tiết kiệm chi phí
Thiết kế đơn giản, dễ sử dụng
Có thể dễ dàng di chuyển hàng hóa cồng kềnh
Vận chuyển được nhiều hàng hóa có trọng lượng nặng cùng một lúc, giúp tiết kiệm thời gian vận chuyển Phù hợp để dùng trong các xưởng sản xuất, kho hàng… Bên cạnh những ưu điểm thì xe đẩy hàng 4 bánh cũng có một số nhược điểm sau:
Kén địa hình, xe đẩy hàng 4 bánh chỉ có thể di chuyển dễ dàng trong điều kiện địa hình tương đối bằng phẳng, còn những địa hình ghồ ghề thì hoạt động không hiệu quả lắm.
Vấn đề tồn tại liên quan tới hệ thống hiện nay
Kỹ thuật điều khiển còn tồn động nhiều vấn đề như đường truyền kết nối không ổn định, điều khiển thông qua các thiết bị cầm tay hoặc smartphone, chi phí thiết kế cao hơn các loại xe khác đang được sử dụng, còn hạn chế nhiều về mặt sử dụng thuật toán để điều khiển.
KẾ HỆ THỐNG
Thiết kế hệ thống
Sơ đồ khối của hệ thống
- Căn cứ vào yều cầu đề tài kết hợp tìm hiểu thực tế hệ thống, để thực hiện thiết kế điện tự động cho xe đẩy em đã đưa ra sơ đồ thiết kế như sau:
- Nguồn: cung cấp dòng điện cho các thiết bị
- Vi điều khiển: hệ thống sử dụng các thiết bị dùng để điều khiển
- Cơ cấu chấp hành: là cơ cấu chạy theo yêu cầu của vi điều khiển
- Thiết bị điều khiển: là thiết bị được vi điều khiển gửi lệnh
- App điều khiển: là sử dụng smartphone thông qua wifi và mạch điều khiểu để điều khiển từ xa
Thuyết minh nguyên lý hoạt động
- Khối nguồn cung cấp điện áp cho cơ cấu chấp hành, vi điều khiển và thiết bị điều khiển Vi điều khiển có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ khối thiết bị điều khiển để thực hiện và điều khiển cơ cấu chấp hành App điều khiển dùng để hiển thị các giá trị từ vi điều khiển và đồng thời gửi giá trị cho vi điều khiển thực hiện.
Thiết kế phần cứng
Cấu trúc cơ khí của xe đẩy
Hình 2 2: Phác họa xe đẩy
- Chiều dài của khung xe: 60cm
- Chiều rộng của khung xe: 40cm
- Đường kính của bánh chủ động: 50mm
- Đường kính của bánh đa hướng: 40mm
- Chiều cao của tay đẩy: 50cm
Hình 2.3 xe đẩy thực tế
Thuyết minh nguyên lý hoạt động của hệ thống:
-Trên sản phẩm sẽ có 4 nút nhấn:
Khi nhấn nút nhấn 1 động cơ của hai bánh xe sẽ quay cùng chiều về trước thì xe đi tiến
Khi nhấn nút nhấn 2 động cơ của hai bánh xe sẽ quay cùng chiều về sau thì xe đi lùi
Khi nhấn nút nhấn 3 động cơ của bánh trái sẽ chạy và động cơ của bánh phải dừng thì xe đi qua hướng phải
Khi nhấn nút nhấn 4 động cơ của bánh phải sẽ chạy và động cơ của bánh trái dừng thì xe đi qua hướng trái
Sản phẩm sẽ hoạt động cho đến khi chúng ta nhả nút nhấn
Tính toán lựa chọn linh kiện
Khung thân là nơi đặt các bộ phận của xe đẩy như hệ thống bánh xe, động cơ, mạch điều khiển Khung xe đơn giản có thể làm bằng các tấm phẳng gỗ, mica, nhôm định hình Tùy theo hình dạng và vị trí giá đặt các thành phần trên mà thiết kế khung xe sao cho hợp lý
Bố trí trọng tâm: Trọng tâm là nơi phân bố đều sức nặng của xe, nó đóng vai trò quan trọng trong việc giữ cân bằng cho xe lúc di chuyển, việc đảm bảo vị trí trọng tâm một cách hợp lý còn giúp dễ dàng trong việc viết chương trình em đã lên phương án bố trí trọng tâm cho xe như hình dưới
Hình 2.4: Sơ đồ phân tích lực xe
P1: Trọng lượng trọng tâm khung thân xe
P2: Trọng lượng trọng tâm tay nâng
C, D: Vị trí đặt bánh xe
MD: Phương trình cân bằng lực
Phương trình cân bằng lực tại D:
Ta thấy trọng lượng P2 có xu hướng làm cho khung thân xe lật và điểm lật sẽ tại điểm D Khi đó phản lực NC sẽ bằng 0, do đó phương trình cân bằng momen tại D sẽ là:
MD = P1.(XD – XP1) – P2.(XP2 – XD) (2.2)
Nếu MD < 0 thì xe sẽ bị lật
Từ phương trình trên ta thấy nếu như khoảng cách từ trọng tâm tay máy đến điểm D lớn hơn khoảng cách từ trọng tâm khung thân xe đến điểm lật D thì xe có khả năng sẽ bị lật cao Do đó trong lúc thiết kế, ta nên tăng khoảng cách giữa trọng tâm khung thân xe và điểm lật Nhưng nếu tăng quá lớn sẽ tốn kém và làm thiết kế không đẹp, do đó ta nên tăng tỉ lệ P 1
P 2 để chống lật cho xe
Vì vậy em đã thiết kế phần khung xe với tỉ lệ 2/1, với 2 phần sau dùng để các linh kiện điện tử, mạch điều khiển, pin và nguồn cho xe, 1 phần phía trước để làm cánh tay xe Sau khi hoàn thành xe, khối lượng của P1 là 14kg, khối lượng của P2 là 2kg nên tỉ lệ P1/P2 = 7 Với tỉ lệ như vậy xe không thể bị lật
Khung xe là bộ phận chịu lực và di chuyển xe, khung được làm bằng các thanh nhôm định hình kích thước 20 x 20 được bắt ốc vít với các ke chữ L, khung được thiết kế chắc chắn, có thể chịu được trọng lượng của toàn bộ xe
Bánh xe là một bộ phận cực kì quan trọng, giúp toàn bộ kết cấu xe có thể di chuyển trơn tru Đồng thời cũng là bộ phận nâng đỡ kết cấu xe
Trong xe đẩy sử dụng hai loại bánh xe:
-Bánh đa hướng có khả năng di chuyển ổn định, chịu tải nhỏ và vừa, ít chịu ảnh hưởng bởi điều kiện của đường đi Tuy nhiên khi bẻ lái với vận tốc có thể không kịp đáp ứng dẫn đến hiện tượng trượt
-Bánh chủ động là bộ phận trực tiếp làm xe chuyển động Bánh xe phải có khả năng bám đường tốt, không trơn trượt, chịu tải ổn định, dễ dàng tháo lắp và thay thế
Từ những yêu cầu trên có thể sử dụng bánh xe giảm tốc V2 màu xanh để làm bánh chủ động cho xe Bánh có đường kính 65mm, độ dày lốp 6.5mm, chiều rộng bánh 27mm
Hình 2.6: Bánh trước và bánh sau của xe
Lựa chọn nút nhấn cho xe
- Thông số của nút nhấn
- Chiều dài của nút nhấn (chưa tính chân): 30mm
- Kích thước nút bấm: 15 x15 mm
- Điện áp - dòng điện tối đa: o 250VAC - 3A o 30VDC - 5A
- Điện áp cung cấp: 220VAC
Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống động lực
Xe đẩy có công suất nhỏ, cho nên nguồn động lực có công suất lớn như thủy lực không phù hợp, khí nén khi hoạt động tạo ra tiếng ồn, không phù hợp với các nơi cần yên tĩnh như bệnh viện, cho nên sử dụng động cơ điện là nguồn động lực tối ưu nhất Động cơ điện bao gồm động cơ điện xoay chiều (AC) và động cơ điện một chiều (DC) Để an toàn cho người vận hành và hạn chế việc kéo dây diện nên em sử dụng động cơ điện (DC) tích hợp bộ giảm tốc làm nguồn động lực Để xe chuyển động, động cơ có vai trò cung cấp momen cho các bánh Quá trình chuyển động này chịu ảnh hưởng đáng kể của khối lượng xe và ma sát giữa bánh xe và mặt đường
Hình 2.8: Mô hình toán của bánh xe
𝐹𝑚𝑠→ : phương trình ma sát giữa bánh xe và sàn
→: phương trình trọng lực bánh xe 𝑃
→: phản lực của mặt sàn 𝑁
→: vận tốc xe 𝑣 γ: gia tốc góc của bánh xe
T: momen tác dụng lên xe
J: momen quán tính của bánh xe m: khối lượng bánh xe
M1: khối lượng toàn bộ thân xe
R: bán kính bánh xe a: gia tốc của xe
Giả sử toàn bộ thân xe có khối lượng M1 = 17kg, khối lượng bánh xe m 0,025kg
Giả sử thời gian để xe tăng tốc từ 0m/s lên vận tốc 0,234m/s là 1s Suy ra được gia tốc của xe: a = v t = 0,234
Phương trình cân bằng momen:
Với momen quán tính của bánh xe: J = mR 2 /2 và 𝛾 là gia tốc góc của bánh xe
Momen tác dụng lên bánh xe:
2.0,025.3 2 8,38 = 5,8743N/mm = 0,013N.m Công suất cần thiết của động cơ:
Ta chọn động cơ giảm tốc JGB37-555
Hình 2.9: Động cơ JGB37-555 Động cơ cần dùng với các thông số: Điện áp hoạt động: 12 VDC
Tốc độ không tải: 143 rpm
Dòng điện khi không tải: 260 mA
Tốc độ đầy tải: 107 rpm
Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống điều khiển cho xe đẩy Điều khiển bằng vi điều khiển
Vi điều khiển ngày nay được sử dụng vô cùng rộng rãi, sự phát triển của vi điều khiển ngày nay cho phép chúng ta có thể thực hiện được nhiều việc tự động ngang bằng với khả năng xử lý của plc đời cũ nhưng kích thước nhỏ gọn hơn rất nhiều và giá thành cũng giảm xuống, các module chuyên dụng hỗ trợ công việc của vi điều khiển làm các vi điều khiển hoạt động tốt hơn và linh hoạt hơn Ưu điểm:
Nhỏ gọn,giá thành rẻ
Nguồn nuôi không đáng kể
Thích hợp cho các mô hình, dự án nhỏ
Dễ dàng thay đổi chương trình Điều khiển bằng vi điều khiển thích hợp để sử dụng trong xe đẩy vì nhỏ gọn
Sử dụng vi điều khiển esp32
CPU: Xtensa Dual-Core LX6 microprocessor
Tốc độ xử lý 160MHZ up to 240 MHz
Tốc độ xung nhịp đọc flash chip 40mhz > 80mhz (tùy chỉnh khi lập trình) RAM: 520 KByte SRAM
520 KB SRAM liền chip (trong đó 8 KB RAM RTC tốc độ cao – 8 KB RAM RTC tốc độ thấp (dùng ở chế độ DeepSleep)
Hỗ trợ 2 giao tiếp không dây
Bluetooth: v4.2 BR/EDR and BLE
Hỗ trợ tất cả các loại giao tiếp
8-bit DACs (digital to analog) 2 cổng
SPI – 3 cổng (1 cổng cho chip FLASH)
SD card /SDIO/MMC host
Ethernet MAC interface with dedicated DMA and IEEE 1588 support
Băm xung PWM (tất cả các chân)
Ultra low power analog pre-amplifier’
Cảm biến tích hợp trên chip esp32
1 cảm biến Hall (cảm biến từ trường)
1 cảm biến đo nhiệt độ
Cảm biến chạm (điện dung) với 10 đầu vào khác nhau
Nhiệt độ hoạt động -40 + 85C Điện áp hoạt động: 2.2-3.6V
Số cổng GPIOs: 34 Đánh giá chung
ESP32 xứng đáng với sự mong mỏi ở các cải tiến trên esp8266.Với esp8266, cùng với wifi, esp32 hỗ trợ thêm truyền nhận Blutooth, RAM nhiều hơn, Tốc độ xử lý nhanh hơn, số chân GPIO nhiều hơn, nhiều cổng giao tiếp hơn, nhiều chân PWM hơn, nhiều chân ADC hơn, tích hợp cả 3 loại cảm biến (nhiệt độ, hall, touch sensor)
So sánh tốc độ sử lý esp32 với các dòng mạch nhúng khác
Theo như kết quả tại trang web https://hilo90mhz.com/arduino-esp32- thì esp32 hiện tại đang đứng đầu về cấu hính cũng như tốc độ sử lý
Khi lập trình, việc lựa chọn board và pinout cần được chọn đúng
Tuy có nhiều biến thể PCB nhưng quy ước vẫn nằm trên ic chính esp32 Dưới đây là mapping cho một module chip esp32
Hình 2.11: Sơ đồ chân ESP32 Điều khiển sản phẩm bằng điện thoại thông qua wifi
Ngày nay với sự phát triển của vi điện tử, kỹ thuật số, các hệ thống điều khiển dần dần được tự động hóa Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, vi mạch số
…được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển bằng điện thoại với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước với độ chính xác cao hơn rất nhiều Điều khiển bằng điện thoại hiện nay rất phổ biến vì độ an toàn, chính xác mà nó đem lại, người điều khiển có thể ngồi rất xa nhưng vẫn có thể kiểm soát, vận hành, điều khiển máy móc một cách dễ dàng
Thông thường các thiết bị được điều khiển bằng điện thoại thông qua wifi
Thiết kế phần mềm
Hình 2.15: Lưu đồ thuật toán
Bắt đầu cho chạy chương trình wifi esp32 sẽ nhận các khai báo biến vào các chân của esp32 sau đó nhận dữ liệu wifi đăng nhập vào mạng đã được thiết lặp để có thể tự động nhập mật khẩu y như đã phát Sau đó app blynk sẽ điểu chỉnh các dữ liệu gửi về esp32 thông qua wifi để esp hiểu được và thục hiện hiệu lệnh
Lệnh 1 : bấm tiến sẽ gửi tín hiệu cho 2 động cơ cùng chiều tiến lên
Lệnh 2 : bấm lùi sẽ gửi tín hiệu cho 2 động cơ cùng chiều tiến lui
Lệnh 3 : bấm sang trái sẽ gửi tín hiệu cho 2 động cơ, động cơ 1 sẽ chạy động cơ
Lệnh 4 : bấm sang phải sẽ gửi tín hiệu cho 2 động cơ, động cơ 1 sẽ ngưng động cơ 2 sẽ chạy
Chương trình sẽ thực hiện cho đến khi chúng ta nhả nút nhấn
-Sơ đồ điện của hệ thống
Hình 2.16: Sơ đồ điện của hệ thống
Hình 2.17: Sơ đồ điện thực tế của sản phẩm
-Mô tả ngôn ngữ lập trình
Ngôn ngữ lập trình em sử dụng là ngôn ngữ C/C++ trong phần mềm Arduino IDE -Ngôn ngữ lập trình C/C++ rất phổ biến trong giới lập trình Bất kể đoạn mã nào của C/C++, Arduino IDE đều có thể nhận định dạng, giúp người lập trình thuận tiện trong việc thiết kế chương trình lập cho các bo mạch Arduino.
THỬ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
Mô tả môi trường thử nghiệm
Môi trường thử nghiệm cho xe chạy trên nền mặt sàn phẳng, sân trường,…
Hình 3.1: thử nghiệm cho xe chạy trên mặt sàn phẳng
Hình 3.2: thử nghiệm cho xe chạy trên sân trường gập ghềnh
Các kịch bản thử nghiệm
Sau khi hoàn thiện đề tài, chúng ta sẽ tiếp tục xây dựng các bước kiểm tra thử hệ thống:
- Kiểm tra việc kết nối giữa các phần mềm
- Kiểm thử hệ thống sau khi chạy liên tục sẽ có phát sinh lỗi gì Xem trạng thái của từng khối chương trình
- Sử dụng hệ thống app blynk để xem đã bám sát với trạng thái của hệ thống
- Đưa các trường hợp rủi ro ngoài ý muốn có thể xảy ra đối với hệ thống, từ đó nghĩ ra hướng giải quyết, khắc phục một cách tốt nhất
- Cho xe chạy thử nghiệm trên những môi trường khác nhau như nền mặt sàn phẳng, sân trường… với tốc độ và tải trọng khác nhau để xem sản phẩm vận hành có thật sự ổn định không.
Mô tả các thông số đo
STT Dòng điện Điện áp
Kết quả thử nghiệm và thảo luận
Kịch bản 1: thử nghiệm cho xe chạy trên môi trường mặt sàn phẳng:
STT Có tải 10kg Không tải Tốc độ cài đặt
Vận tốc chậm hơn đo được là 0,45m/s
Vận tốc chậm hơn đo được là 0,46m/s
Vận tốc chậm hơn đo được là 0,43m/s
STT Có tải 15kg Không tải Tốc độ cài đặt
1 Vận tốc không đổi Đạt vận tốc ổn định 1m/s
Vận tốc chậm hơn đo được là 0,95m/s
Vận tốc chậm hơn đo được là 0,91m/s
Vận tốc chậm hơn đo được là 0,94m/s
Vận tốc không đổi 1m/s Kịch bản 2: thử nghiệm trên môi trường sân trường gập ghềnh:
STT Có tải 15kg Không tải Tốc độ cài đặt
Vận tốc chậm hơn đo được là 0,92m/s
Vận tốc chậm hơn đo được là 0,89m/s
Vận tốc chậm hơn đo được là 0,92m/s
STT Có tải 10kg Không tải Tốc độ cài đặt
Vận tốc chậm hơn đo được là 0,42m/s
Vận tốc chậm hơn đo được là 0,43m/s
Vận tốc chậm hơn đo được là 0,45m/s
Vận tốc không đổi 0.5m/s Nhận xét chung:
Sau khi chạy thử nghiệm sản phẩm trên hai môi trường khác nhau là chạy trên nền sàn phẳng và nền sân trường gập ghềnh với tốc độ cài đặt và tải trọng khác nhau thì thu được kết quả là:
- Xe chạy không tải trên hai môi trường rất ổn định so với tốc độ đã đề ra
- Khi có tải thì xe chạy trên nền sân trường chưa thật sự ổn định tuyệt đối, tốc độ chậm hơn so với khi chạy trên nền mặt phẳng
Nhìn nhận được vấn đề cần hướng đến của đề tài Đưa ra các hướng giải quyết để hệ thống ổn định và tối ưu hơn Nhận xét các vấn đề còn thiếu xót, thấy được hệ thống tự động hầu như vận hành theo một chiều, không đa dụng, chưa hoàn toàn tối ưu Còn nhiều lỗ hổng trong lập trình tạo điều kiện cho các trường hợp xấu có thể xảy ra
Tuy còn nhiều vấn đề trong lập trình, song hệ thống khi vận hành tự động vẫn đạt được những yêu cầu đã đề ra:
- Nắm được cách sử dụng các phần mềm cũng như đưa ra cách tối ưu hơn cho hệ thống
- Tìm hiểu các thiết bị công nghiệp được sử dụng trong mô hình khi nghiên cứu
- Lập ra hướng đi cho mô hình, tạo được lưu đồ thuật toán từ đó hoàn thiện phần lập trình
- Tiến hành kiểm thử và thu lại nhiều kết quả trong quy trình vận hành mô hình
- Biết vận dụng được bộ PID trong lập trình
- Tạo ra các trường hợp khác nhau và mỗi trường hợp thử đi thử lại nhiều lần để tìm ra lỗi.