Bài tập lớn thiết kế sản phẩm cơ điện tử “lò vi sóng

LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây ngành Cơ Điện tử có những bước phát triển vượt bậc, việc ứng dụng các sản phẩm cơ điện tử vào sản xuất ngày càng phổ biến giúp nâng cao năng suất lao

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SẢN PHẨM CƠ ĐIỆN TỬ “LÒ VI SÓNG”

Giáo viên hướng dẫn : Th.S Nhữ Quý Thơ Sinh viên th ực hiện : Nguyễn Duy Văn 2018604737

Nguyễn Tiến Viên 2020606362

Hà N ội, 12/2022

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH M ỤC HÌNH ẢNH 2

DANH M ỤC BẢNG BIỂU 2

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 4

1.1 Nhu c ầu thị trường 4

1.2 Phân lo ại lò vi sóng 4

1.3 Công d ụng lò vi sóng trong đời sống xã hội 5

1.4 C ấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò vi sóng cơ bản 7

1.5 Thiết lập danh sách yêu cầu 8

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ BỘ 11

2.1 Tóm t ắt xác định các vấn đề cơ bản 11

2.2 Thi ết lập cấu trúc chức năng 13

2.2.1 Ch ức năng tổng thể 13

2.2.2 Ch ức năng con 15

2.2.3 Tìm ki ếm nguyên tắc làm việc 18

2.2.4 K ết hợp các nguyên tắc làm việc 21

2.2.5 T ổng hợp và đánh giá các tiêu chí 22

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CỤ THỂ 27

3.1 Thi ết kế sơ bộ 27

3.1.1 T ạo sơ đồ hệ thống 27

3.1.2 T ạo nhóm chức năng 28

3.1.3 Xác l ập các layout thô - xác định các bộ thực hiện chức năng chính 29

3.1.4 Bản vẽ lắp kết cấu cơ khí lò vi sóng 32

3.2 Thi ết kế chi tiết 32

3.2.1 Thi ết kế khung vỏ 32

3.2.2 Lựa chọn động cơ quay trong lò vi sóng 34

3.2.3 L ựa chọn đĩa quay 34

3.2.4 L ựa chọn bộ điều khiển 35

3.2.5 B ộ phận tản nhiệt 36

3.2.6 Hi ển thị 37

3.2.7 Ngu ồn phát sóng 38

3.2.8 Bi ến thế cao áp, tụ cao áp và diode cao áp 39

T ỔNG KẾT 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1: Lò vi sóng- v ật dụng thiết yếu cho căn bếp của gia đình 4

Hình 3 1: Sơ đồ hệ thống 27

Hình 3 2: Nhóm ch ức năng 28

Hình 3 3: B ố trí layout thô cho concept lò vi sóng 29

Hình 3 4: Bố trí layout thô cho concept lò vi sóng 30

Hình 3 5: Quy trình ch ế tạo lò vi sóng 31

Hình 3 6: B ản vẽ lắp lò vi sóng 32

Hình 3 7: V ỏ khoang lò vi sóng 33

Hình 3 8: C ửa lò vi sóng 33

Hình 3 9: Tay n ắm cửa lò vi sóng 33

Hình 3 10: Kính trong su ốt của lò vi sóng 34

Hình 3 11: Động cơ quay đĩa lò vi sóng 220V trục vát 34

Hình 3 12: đĩa thủy tinh lò vi sóng 35

Hình 3 13: Bo m ạch Arduino Uno R3 35

Hình 3 14: Motor c ủa quạt tản nhiệt 37

Hình 3 15: Cánh t ản nhiệt 37

Hình 3 16: LED 7 đoạn x4 37

Hình 3 17: Bóng cao tần (nguồn phát sóng) 38

Hình 3 18: bi ến thế cao áp của lò vi sóng 39

Hình 3 19 t ụ cao áp của lò vi sóng 40

Hình 3 20 diode cao áp c ủa lò vi sóng 40

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 1: Danh sách yêu cầu cho sản phẩm lò vi sóng 8

B ảng 2 1: Nguyên tắc làm việc cho từng chức năng của lò vi sóng 18

B ảng 2 2: Điểm đánh giá cho các biến thể 24

B ảng 3 1: Danh sách cụm bộ phận cho nhóm thiết kế 30

B ảng 3 2: Thông số kỹ thuật board Arduino Uno R3 36

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây ngành Cơ Điện tử có những bước phát triển vượt bậc, việc ứng dụng các sản phẩm cơ điện tử vào sản xuất ngày càng phổ biến giúp nâng cao năng suất lao động, chất lượng sản phẩm và giảm giá thành sản phẩm Song song với quá trình phát triển đó là yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác, tin cậy, khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt với thời gian dài của các hệ thống cơ điện tử Vì vậy việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống cơ điện tử để đáp ứng được yêu cầu trên là việc làm cần thiết Sự phát triển của hệ thống cơ điện tử là sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới

Học phần Thiết kế hệ thống Cơ Điện tử được đưa vào giảng dạy với mục đích giúp sinh viên có kiến thức và tư duy trong việc lập kế hoạch công việc theo trình tự hợp lý

để có thể thiết kế được một hệ thống cơ điện tử hoạt động ổn định, tối ưu và hiệu quả Học phần cũng rèn luyện cho sinh viên khả năng tư duy hệ thống, kỹ năng làm việc nhóm và kiến thức về nhiều mảng khác nhau, giúp ích cho học tập và công việc sau này Trong bài tập lớn môn với đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử “Lò vi sóng”, nhóm sinh viên chúng em xin trình bày một cách cụ thể về quá trình nghiên cứu tìm hiểu và xây dựng, thiết kế mô hình hệ thống Thông qua đó có thể áp dụng những kiến thức này vào các bài nghiên cứu khoa học hay vào đồ án tốt nghiệp chuyên ngành khi ra trường

Để bài báo cáo được hoàn thiện hơn, nhóm chúng em hi vọng nhận được những góp ý từ phía các thầy cô Qua đây, chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến Th.S Nhữ Quý Thơ đã nhiệt tình hướng dẫn cho chúng em

Xin gửi lời chúc sức khỏe đến tất cả các quý Thầy Cô!

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1.1 Nhu cầu thị trường

Cuộc sống ngày càng phát triển, bởi vậy mà những chiếc lò vi sóng là món đồ điện gia dụng không thể thiếu trong mỗi gia đình Tại Việt Nam cũng vậy, nhu cầu mua sắm

và sử dụng lò vi sóng ngày càng cao, giúp giảm tải thời gian trong quá trình nấu nướng

và giúp hâm nóng đồ ăn chỉ sau vài phút

Lò vi sóng có 2 loại chính, là lò vi sóng điện tử và lò vi sóng cơ Lò vi sóng cơ là loại có nút điều chỉnh cơ học Người dùng sử dụng bằng cách xoay nút điều chỉnh để chọn các chế độ khác nhau như rã đông, hâm nóng, nấu chín, nướng đồ và lựa chọn thời gian cần thiết Còn lò vi sóng điện tử là loại sử dụng bàn hình cảm ứng và đèn LED để hiển thị cho các hoạt động của lò cũng như chế độ mà người dùng lựa chọn Bạn có thể thao tác dễ dàng qua màn hình cảm ứng mà không cần qua nút điều chỉnh như lò vi sóng

cơ

Với các sản phẩm lò vi sóng Trung Quốc, đã qua rồi cái thời kém hiểu biết và mua phải hàng giả, hàng nhái Người tiêu dùng Việt ngày càng có thiện cảm với các sản phẩm của Trung Quốc nội địa, trong đó có cả lò vi sóng Điều này cũng lý giải vì sao, ngày càng có nhiều các hãng lò vi sóng của Trung Quốc xuất hiện trong gian bếp của nhiều gia đình Việt Không khó để tìm thấy lò vi sóng của các hãng Galanz, Midea, Bear…

trong bếp của nhiều người

1.2 Phân loại lò vi sóng

Hiện nay, lò vi sóng trên thị trường được phân ra làm 4 loại thông dụng nhất: lò

cơ, lò tích hợp chức năng nướng, lò điện tử và lò vi sóng âm

Lò vi sóng cơ:

Lò vi sóng cơ được trang bị các núm xoay vật lý Thông thường sẽ có 2 núm xoay chính, 1 núm để điều chỉnh chế độ gia nhiệt (làm chính, hâm nóng, rã đông, ) và 1 núm

Đây là loại lò vi sóng được sử dụng phổ biến nhất trong các gia đình Việt Nam, đặc biệt là tại các gia đình nhiều thế hệ nhờ vào tính tiện ích, dễ sử dụng Có giá thành thấp song độ bền của loại lò này lại được xếp hạng đầu trong số các loại lò vi sóng hiện nay Tuy nhiên, lò vi sóng cơ lại không bao gồm các tính năng nấu nướng phức tạp, thời gian hẹn giờ khá ngắn (30-40 phút)

Lò vi sóng điện tử:

Cao cấp hơn lò vi sóng cơ, lò vi sóng được thiết lập các chương trình nấu nướng thông qua màn hình dạng LED hiện đại cùng hệ thống nút cảm ứng Nhìn chung, ưu điểm của loại lò này là vẻ ngoài sang trọng, tích hợp nhiều tính năng thông minh (ví dụ như khóa trẻ em) Khi sử dụng lò vi sóng điện tử, người sử dụng có thể cài đặt thời gian dài hơn lò cơ

Với các gia đình có nhu cầu sử dụng cao, hay áp dụng các công thức nấu ăn cầu

kỳ, lò vi sóng điện tử sẽ là sự lựa chọn phù hợp nhất Tuy nhiên, cần cân nhắc về đặc điểm khó sử dụng (đối với người lớn tuổi), tuổi thọ thấp, giá thành khá cao của loại lò này

Lò vi sóng tích hợp chức năng nướng:

Đây là loại thiết bị “2 trong 1”, kết hợp cả chức năng của lò vi sóng lẫn lò nướng Loại lò vi sóng này mang những đặc điểm của lò vi sóng điện tử, bên cạnh đó khả năng nấu nướng được nâng cấp lên một bậc nhờ vào tính năng nướng thực phẩm

Lò vi sóng âm:

Không tốn diện tích, phù hợp với các căn hộ có không gian nhà bếp hạn chế chính

là ưu điểm của lò vi sóng âm Lò vi sóng âm vẫn mang đầy đủ các chức năng cần có của một chiếc lò vi sóng thông thường

1.3 Công dụng lò vi sóng trong đời sống xã hội

Hâm nóng và rã đông:

Chỉ cần tốn vài phút hay thậm chí chỉ vài chục giây cho thức ăn vào lò và bấm nút khởi động là cả nhà bạn sẽ có một bữa ăn nóng sốt trên bàn Đặc biệt là khi hâm nóng bằng lò vi sóng thì thức ăn sẽ không bị mất chất hay biến đổi chất như hâm nóng như bếp gas Nhiều lò còn tích hợp cả tính năng rã đông theo trọng lượng phù hợp, cho phép

rã đông các tảng thịt có khối lượng lớn

Nướng:

Một số lò vi sóng có tích hợp chế độ nướng/nướng kép giúp thực phẩm được nấu chín tới, thơm ngon mà vẫn giữ nguyên được hàm lượng chất dinh dưỡng bên trong Bạn có thể nướng một số thực phẩm đơn giản như: bánh mì, pizza, sandwich,… bằng chức năng nướng của lò vi sóng nên rất tiện lợi trong quá trình sử dụng

Hấp:

Luộc rau thông thường yêu cầu bạn phải dùng nồi nước sôi rồi thả rau vào Tuy nhiên, hoàn toàn có thể sử dụng lò vi sóng để hấp/luộc rau mà không cần dùng nước Cách làm này sẽ giúp rau giữ được nhiều vitamin hơn do hoàn thành trong thời gian ngắn hơn

Cách thức chỉ đơn giản là cho rau lên đĩa, đậy kín lại và để ở nhiệt độ cao Đối với các loại rau mềm như cải bó xôi, nấm, đậu trắng thì chỉ cần bật khoảng 30 giây Tuy nhiên, những loại củ cứng và giòn như củ cải, cà rốt, thì cần từ 3-4 phút

Nấu:

Nấu nhiều giai đoạn, nấu bằng hơi nước

Lò vi sóng có thể nấu được hầu hết các loại thực phẩm mà vẫn đảm bảo được thức

ăn chín đều Tùy vào từng loại món ăn mà bạn lựa chọn thời gian và công suất thích hợp

ẩm, gần giống như khi hấp thức ăn bằng lò vi sóng, bạn sẽ không lo món ăn bị khô hay cháy

Thực đơn nấu tự động:

Tính năng này chỉ có ở các loại lò vi sóng điện tử, giúp bạn nấu thức ăn dễ dàng

và không mất nhiều thời gian Mỗi loại lò vi sóng có các thực đơn nấu tự động được thiết kế riêng Bạn chỉ cần chọn loại thức ăn cần nấu là thịt, cá, pizza, trên bảng điều khiển và nhập trọng lượng vào Lò vi sóng có thể tự động điều chỉnh thời gian, nhiệt độ

và công suất cần thiết để nấu chín món ăn đó, bạn chỉ cần đợi báo thức của lò vi sóng

để lấy thức ăn đã chín ra và thưởng thức

Chức năng vừa vi sóng vừa nướng ở một số loại lò vi sóng giúp thức ăn nhanh chín đều từ bên trong và vàng bên ngoài Khi nấu và nướng bằng hơi nước ở công suất cao,

mỡ và muối có trong thực phẩm sẽ được loại bỏ tối ưu, mang lại những món ăn giàu dinh dưỡng tốt cho sức khỏe

Công dụng diệt khuẩn và mọt:

Công dụng này thì có lẽ sẽ rất ít người biết đến, nhưng các nghiên cứu đã thực hiện cho thấy lò vi sóng có thể diệt khuẩn và mọt trên những vật phi kim loại

1.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò vi sóng cơ bản

Cấu tạo chính:

Buồng nấu lò vi sóng, vỏ máy, vi mạch điều khiển hoặc đồng hồ điều khiển, nguồn phát sóng, biến áp, tụ cao áp, thiết bị bảo vệ, quạt tản nhiệt, đĩa quay lò vi sóng, vỏ lò vi sóng được sơn tĩnh điện

Nguyên lý hoạt động:

Khi khởi động lò vi sóng, sóng vi ba là các dao động điện từ với tần số 2450MHz được thổi vào trong buồng nấu qua ống dẫn sóng sau đó quạt tản sóng sẽ làm sóng vi ba trong khoang nấu phản xạ qua lại, thực phẩm trong lò vi sóng được xoay tròn để tiếp nhận đồng đều lượng sóng đó

Sóng có tần số 2450MHz chỉ gây ảnh hưởng với nước ở dạng lỏng thông thường, còn chất béo, đường thì không Vì vậy khi vi sóng đi vào thực phẩm, các phân tử nước

có trong thực phẩm sẽ dao động rất mạnh và chuyển thành nhiệt lượng làm chín thức

ăn

1.5 Thiết lập danh sách yêu cầu

- Chiều cao: 150-250mm

- Chiều rộng: 250-350mm

- Chiều sâu: 250-350mm Dung tích khoang lò:

- 20-30 lít Bàn xoay trong khoang lò:

- Đĩa xoay, đường kính D < 300mm

- Trục xoay 3 chân đường kính phù hợp đĩa xoay

- Thời gian nấu: <60 phút

- Nhiệt độ tối đa trong lò: 160 độ C

D

D

- Tấm chắn sóng: lưới kim loại với lỗ lưới

<12cm (bước sóng của vi ba)

- Đĩa xoay: tránh vật liệu phản xạ sóng( các

v ật liệu kim loại)

- Phím chức năng: cài đặt thông số

- Vi điều khiển: tiếp nhận và xử lý dữ liệu cài đặt

- Cảm biến: theo dõi nhiệt độ trong lò

Đầu ra:

- Màn hình: hiển thị thông số cài đặt

- Nguồn phát sóng: sinh ra vi ba, thường là đèn

- Ống dẫn sóng: điều hướng cho chuyển động của các tia vi sóng vào trong khoang

- Con người: đảm bảo khỏi rò rỉ điện, nhiệt

độ bên ngoài quá nóng

- Chỉ hoạt động với mức điện áp thiết kế

- Tạm dừng khi mở cửa khoang lò

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ BỘ 2.1 Tóm tắt xác định các vấn đề cơ bản

Giai đoạn 1: Loại bỏ sở thích cá nhân, bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực

tiếp đến chức năng và cá rằng buộc khác

Bàn xoay trong khoang lò phù hợp với kích thước khoang lò

Khả năng chịu tải:

 Khối lượng lò: 10-17 kg

Tín hiệu:

Đầu vào:

 Núm xoay vật lý: cài đặt chế độ

 Phím chức năng: cài đặt thông số

 Vi điều khiển: tiếp nhận và xử lý dữ liệu cài đặt

 Cảm biến: theo dõi nhiệt độ trong lò

Đầu ra:

 Màn hình: hiển thị thông số cài đặt

 Nguồn phát sóng: sinh ra vi ba, thường là đèn

 Ống dẫn sóng: điều hướng cho chuyển động của các tia vi sóng vào trong khoang lò

 Khối tản nhiệt: đảm bảo cho động cơ không quá nóng

Hiển thị:

 Hiển thị các thống số khi nấu

Năng lượng:

 Điện áp vào: 220V

 Tần số: 50/60 Hz

 Điện áp ngõ ra: 1000-2000V

 Thời gian nấu: <60 phút

 Nhiệt độ tối đa trong lò: 160 độ C

Vật liệu:

 Vỏ ngoài lò vi sóng: cứng cáp, chịu nhiệt, cách điện

 Khoang lò: cứng cáp, chịu nhiệt, phản xạ sóng

 Tấm chắn sóng: lưới kim loại với lỗ lưới <12cm (bước sóng của vi ba)

 Đĩa xoay: tránh vật liệu phản xạ sóng( các vật liệu kim loại)

An toàn:

 Hệ thống: bảo vệ dòng khi quá tải và khi quá nhiệt

 Con người: đảm bảo khỏi rò rỉ điện, nhiệt độ bên ngoài quá nóng

 Chỉ hoạt động với mức điện áp thiết kế

 Tạm dừng khi mở cửa khoang lò

 Phương thức sản xuất: sản xuất hàng loạt số lượng lớn

 Chất lượng hoàn thành: tiêu chuẩn về an toàn khi sử dụng

2.2 Thiết lập cấu trúc chức năng

2.2.1 Chức năng tổng thể

Tín hiệu cài đặt

Dừng khẩn cấp

Thay đổi điện áp

Bảo vệ mạch

Tản nhiệt

Tín hiệu bật/tắt

Hiển thị trạng thái hoạt động

XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN

Chuyển đổi

Chiếu sáng

Dẫn sóng

Kiểm soát thời gian

Chứa thực phẩm

HÂM NÓNG THỰC PHẨM

Tản sóng

Báo hiệu khẩn cấp

Đo khối lượng thực

Tín hiệu khẩn cấp Tín hiệu hiển thị

Chức năng chiếu sáng:

Chức năng tản nhiệt:

Chức năng thiết lập:

Chức năng đo khối lượng thực phẩm:

Chức năng hiển thị trạng thái hoạt động:

Chức năng báo hiệu khẩn cấp:

Chức năng làm chín:

Chức năng đóng và ngắt nguồn điện:

2.2.3 Tìm kiếm nguyên tắc làm việc

Gi ải pháp

1

Thay đổi điện áp

Lấy điện 2 chân dẹt 2 chân tròn 3 chân dẹt

4

Bảo vệ

Chống ngắn mạch Mạch bảo vệ Aptomat

Màn hình LCD

Màn hình LCD

26

Báo hiệu khẩn cấp

Phát hiện quá tải nhiệt Nhiệt kế lò

Cảm biến nhiệt điện trở

quá tải khối

Cảm biến tải quang học

Cảm biến tải siêu âm

ứng màu đỏ (biến thể 1), màu vàng (biến thể 2) và màu xanh (biến thể 3) Từ đây ta xét tới tính khả thi của các biến thể vừa được tạo ra

Lựa chọn biến thể:

Dựa vào bảng phân loại ta có thể phân ra các nguyên lý làm việc có chung một biến thể:

Biến thể 1: (đỏ) 1.1 – 2.3 – 3.1 – 4.2 – 5.1 – 6.1 – 7.1 – 8.1 – 9.1 – 10.1 – 11.3 – 12.2 – 13.1 – 14.2 – 15.1 – 16.1 – 17.2 – 18.1 – 19.2 – 20.1 – 21.1 – 22.1 – 23.2 – 24.1 – 25.1 – 26.2 – 27.1 – 28.1 – 29.1 – 30.1 – 31.2 – 32.2 - 33.1 – 34.1 – 35.1

Biến thể 2: (xanh) 1.2 – 2.2 – 3.2 – 4.2 – 5.1 – 6.3 – 7.1 – 8.1 – 9.1 – 10.1 – 11.1 – 12.3 – 13.2 – 14.1 – 15.1 – 16.3 - 17.1 – 18.2 – 19.1 – 20.3 – 21.2 - 22.2 – 23.1 – 24

2 – 25.2 – 26 1 – 27.2 – 28.2 – 29.1 – 30.3 – 31.1 – 32.1 – 33.3 – 34.1 – 35.1

Biến thể 3: (vàng) 1.3 – 2.1 – 3.1 – 4.1 – 5.2 – 6.2 – 7.1 – 8.1 – 9.1 – 10.1 – 11.2 – 12.1 – 13.1 – 14.2 – 15.1 – 16.2 – 17.1 – 18.1 – 19.2 – 20.2 – 21.3 – 22.3 – 24.1 – 25.1 – 26.1 – 27.3 – 28.1 – 29.2 – 30.2 – 33.2 – 34.1 – 35.1

Để lựa chọn ra được biến thể phù hợp nhất, ta tiến hành xây dựng các tiêu chí để đánh giá và so sánh các biến thể Tuy nhiên độ phức tạp và quan trọng của các tiêu chí

để đánh giá là khác nhau, vì thế để có thể bao quát và thấy được mức độ quan trọng của các tiêu chí, ta xây dựng một cây mục tiêu

Trong cây mục tiêu bao gồm những tiêu chí đặt ra cho biến thể Trong các tiêu chí lớn có những tiêu chí nhỏ hơn được đặt ra Số điểm bên trái (w) là độ quan trọng của tiêu chí đó với tiêu chí lớn hơn, số điểm bên phải (wt) là độ quan trọng của tiêu chí đó với tổng thể hệ thống

2.2.5 Tổng hợp và đánh giá các tiêu chí

Các chức năng con đã được xác định và đánh các chức năng con theo những mức

độ khác nhau