ĐẦ U
Đặ t v ấn đề
Hiện nay,đất nước đang trong giai đoạn công nghiệp hóa,hiện đại hóa nên sự phát triển của các ngành khoa học kĩ thuật,trong đó tựđộng hóa đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống ,trông nông nghiệp và đặc biệt là trong công nghiệp.Nước ta đang trong quá trình hội nhập với thê giới nên ngành công nghiệp đặc biết quan trọng,mà muốn công nghiệp phát triển thì phải có nhiều thiết bị công nghệ hiện đại và day chuyền sản xuất tự động vì vậy các nhà máy công nghiệp sử dụng các vi xử lí và các thiết bị tiên tiến hơn bắt đầu ra đời
Trong công ngiệp việc sản xuất ra các mặt hàng tinh vi và đòi hỏi tính chính xác , năng xuất cao thì chúng ta phải sản xuất theo dây chuyền khép kín và hoàn toàn tự động nhờ vào các máy móc tiên tiến
Ý nghĩa thự c ti ễ n
Với những đãn chứng trên thì ta thấy được tầm quan trọng của tự động hóa trong việc phát triển công nghiệp hóa hiện nay như thế nào Từ thực tế cuộc sống và kiến thức học được ởtrường,với mong muốn tạo ra một hệ thống có thể chiết rót ra một cách chính xác dung dịch (rượu) đảm bảo được lượng dung dịch được chia đều cho các ly.Tôi có chọn đềtài “thiết kế,chế tạo mô hình máy chiết rót rượu tự động”.mô hình sử dụng Arduino để xử lý các tác vụ Trong tương lai có thể phát triển lên thành mô hình chiết rót đóng nắp chai đáp ứng thực tế hơn cho việc phát triển công nghiệp hóa hiện nay
M ụ c tiêu ti ể u lu ậ n
-Thiết kế chế tạo phần cơ khí,để quá trình chiết rót được chính xác nhất
-Tiến hành viết chương trình điểu khiển cho Arduino trên Arduino IDE dể chiết rót theo đúng yêu cầu
Pham vi thực hiện đề tài
Hiện nay thì đã có rất nhiều hê thống dây chuyền sản xuất tựđộng phục vụ nhu cầu của từng công ty trong sản xuất
Trong đề tài nghiên cứu lần này em được giới hạn trong việc thiết kế mâm xoay và viết chương trình thực hiện chiết rót tự động
Vì thời gian giới hạn cũng như mức độ rộng lớn của đề tài nên tôi chỉ thực hiện nghiên cứu các vấn đề :
-Dùng cảm biến quang để thu tín hiệu xem có ly tại vị trí hay không và tiến hành truyền tín hiệu xuống vi xử lí
-Hệ thống mâm xoay xoay các ly đến vị trí vòi chiết để tiến hành chiết rót -Hệ thống bơm tiến hành rót chiết theo đúng yêu cầu
-Hệ thống mâm xoay ly tiếp theo đến vị trí vòi rót
N ộ i dung th ự c hi ệ n
Thiết kế bản vẽ 2d và 3d của mô ình ,mâm xoay
Mua vật liệu và thiết bị và gia công thực tế
Lắp ráp các linh kiện điện tử lại
Nghiên cứu và lập trình điều khiển
Tiến hành chạy thử và khắc phục các lỗi phát sinh
TỔ NG QUAN
Gi ớ i thi ệ u v ề h ệ th ố ng chi ế t rót t ự độ ng
Hiện nay đất nước ta đang trong giai đoạn phát triên theo công nghiệp hóa hiện đại hóa , mà muốn phát triển 1 cách nhanh chóng thì bắt buộc phải tự động hóa các dây chuyền.Có thể kể đến ở đây là đây chuyền lắp ráp xe máy,xe oto, các quy trình đóng gói các sản phẩm,v.v…hiện tại chúng đã được tự động hóa 1 cách hoàn toàn
Trong số đó l trong số những dây chuyền không thể thiếu đó là chiết rót theo định lượng mà không cần sự cân đo đong đếm dến từ con người mà nó đã được máy móc làm với một độ chính xác cực kỳ cao
Hình 2.1 Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai thủy tinh trong công nghiệp
Hình 2.2.Máy chiết rót định lượng trong công ngiệp
Hình 2.3.Máy chiết rót một vòi sử dụng trong các xưởng nhỏ
Do thời gian làm đề tài có hạn và kiến thức chưa được trau dồi đủ nên đề tài lần này chỉ giới hạn trong việc rót vào ly trên hệ thống bàn xoay được thiết kế, thay vì có hệ thống đóng nắp chai như hầu hết các hệ thống hiện nay.
Cơ sở lý thuy ế t liên quan
- Tự động hóa hay Điều khiển tự động mô tả một loạt các công nghệ làm giảm sự can thiệp của con người vào các quy trình Sự can thiệp của con người được giảm thiểu bằng cách xác định trước các tiêu chí quyết định, các mối quan hệ của quy trình phụvà các hành động liên quan - và thể hiện những xác định trước đó trong máy móc.
- Tự động hóa, bao gồm việc sử dụng các hệ thống điều khiển khác nhau để vận hành thiết bịnhư máy móc, quy trình trong nhà máy, nồi hơi và lò xử lý nhiệt, chuyển đổi trên mạng điện thoại, lái và ổn định tàu thủy, máy bay, và các ứng dụng và phương tiện khác với sức người sự can thiệp
- Tự động hóa bao gồm các ứng dụng khác nhau, từ bộđiều nhiệt gia dụng điều khiển lò hơi, đến hệ thống điều khiển công nghiệp lớn với hàng chục nghìn phép đo đầu vào và tín hiệu điều khiển đầu ra Vềđộ phức tạp của điều khiển, nó có thể bao gồm từđiều khiển bật-tắt đơn giản đến các thuật toán cấp cao đa biến
- Lợi ích lớn nhất của tự động hóa là nó tiết kiệm lao động, tuy nhiên, nó cũng
- được sử dụng để tiết kiệm năng lượng và nguyên vật liệu và nâng cao chất lượng với độ chính xác cao
Các ưu điểm chính của tựđộng hóa là:
- Tăng thông lượng hoặc năng suất
- Cải thiện chất lượng hoặc tăng khảnăng dự báo về chất lượng
- Cải thiện mạnh mẽ (thống nhất), quy trình hay sản phẩm
- Tăng tính nhất quán của đầu ra
- Giảm chi phí nhân công trực tiếp và chi phí nhân lực
- Các phương pháp sau đây thường được sử dụng để nâng cao năng suất, chất lượng, hoặc mạnh mẽ
- Cài đặt tự động hóa trong các hoạt động để giảm thời gian chu kỳ
- Cài đặt tự động, nơi một mức độ chính xác cao là cần thiết
- Thay thế các nhà khai thác của con người trong các công việc có liên quan đến công việc thể chất hay đơn điệu cứng.[15]
- Thay thếcon người trong công việc thực hiện trong môi trường nguy hiểm (tức là lửa, không gian, núi lửa, cơ sở hạt nhân, dưới nước, vv)
- Thực hiện nhiệm vụđó là vượt quá khả năng của con người vềkích thước, trọng lượng, tốc độ, sức chịu đựng, vv
- Cải thiện kinh tế: Tựđộng hóa có thể cải thiện trong nền kinh tế của các doanh nghiệp, xã hội hay nhất của nhân loại Ví dụ, khi một doanh nghiệp đầu tư trong tựđộng hóa, công nghệ phục hồi đầu tư; hoặc khi một đất nước hay làm tăng thu nhập của mình do tự động hóa như Đức hay Nhật Bản trong thế kỷ 20
- Giảm thời gian hoạt động và thời gian xử lý công việc đáng kể
- Giải phóng người lao động đểđảm nhiệm vai trò khác
- Cung cấp công việc ở cấp cao hơn trong việc phát triển, triển khai, bảo trì và hoạt động của các quá trình tựđộng.
T ổ ng quan v ề vi điề u khi ể n và ph ầ n m ề m s ử d ụ ng
3.1.Tổng quan về vi điều khiển Arduino
Arduino là một bo mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh viên nước Ý thiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm 2005 Mục đích ban đầu là giúp cho các sinh viên ở học viện có thể tạo ra các sản phẩm điện tử thú vị một cách dễ dàng, nhanh chóng với chi phí thấp Mạch Arduino được sử dụng để cảm nhận và điều khiển nhiều đối tượng khác nhau Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, và nhiều đối tượng khác Ngoài ra mạch còn có khả năng liên kết với nhiều module khác nhau như module đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, ….để tăng khả ứng dụng của mạch.
Arduino đồng thời là nền tảng điện tử mã nguồn mở, dựa trên phần cứng và phần mềm, linh hoạt và dễ sử dụng
Các board mạch Arduino có khả năng đọc dữ liệu từ môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, trạng thái nút bấm và điều khiển các thiết bị như động cơ, đèn LED Ngoài ra, Arduino có thể gửi thông tin đến các thiết bị khác, cho phép người dùng tương tác với môi trường và tạo ra các hệ thống tự động hóa.
Chúng ta có thể lập trình điều khiển Arduino với ngôn ngữ lập trình C++ trên công cụ phát triển Arduino là Arduino IDE.
Arduino là một dự án mã nguồn mở Arduino phát triển thông qua việc cho phép người dùng trên toàn thế giới có thể xây dựng, phát triển và đóng góp vào dự án.
Một sốArduino thường dùng hiện nay Arduino Uno Đây chính là loại board đơn giản nhất nên rất phù hợp với những người mới bắt đầu tìm hiểu vềlĩnh vực này Dữ liệu số bao gồm 14 chân, đầu vào gồm 6 chân 5V, khả năng phân giải là 1024 mức, tốc độ16MHz, điện áp từ 7V đến 12V Kích thước của Board này là 5,5x7cm
Thông số cơ bản của Arduino Uno R3
Vi điều khiển Atmega 328 (họ 8 bit) Điện áp hoạt động 5V –DC (cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7 – 12V – DC Điện áp vào giới hạn 6 – 20V – DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10 bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (Atmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
Hình 2.5 Cấu tạo của Arduino Uno R3
Arduino Mega 2560 khác với tất cả các vi xửlý trước giờ vì không sử dụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xửlý Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2 lập trình như là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB Ngoài ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ khác sốlượng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên các bạn vẫn có thể lập trình cho con vi điều khiển này bằng chương trình lập trình cho Arduino Uno R3.Nó chứa tất cả mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các vi điều khiển Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trước giờ vì không sử dụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2 lập trình như là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB Ngoài ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ khác số lượng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên các bạn vẫn có thể lập trình cho con vi điều khiển này bằng chương trình lập trình cho Arduino Uno R3
Vi điểu khiển Arduino mega 2560
• Điện áp hoạt động 5VDC
• Điện áp ngõ vào DC 7-12VDC
• Số chân Digital 54 (15 chân PWM)
• Bộ nhớ Flash 256KB, 8KB sử dụng cho Bootloader
Arduino Mega 2560 với bộ vi điều khiển ATmega2560 nổi bật với khả năng xử lý nhanh chóng, cung cấp số lượng chân và ngoại vi dồi dào Đây là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi nhiều chân và ngoại vi mở rộng Tương thích với các board như Uno và hoạt động ở điện áp 5V DC, Arduino Mega 2560 đảm bảo độ linh hoạt và dễ sử dụng cho nhiều dự án điện tử.
− Arduino Mega2560 sử dụng vi điều khiển ATmega2560
• 54 chân digital (15 có thểđược sử dụng như các chân PWM)
• 4 UARTs (cổng nối tiếp phần cứng)
− Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xửlý trước giờ vì không sử dụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xửlý Thay vào đó, nó sử dụng
ATmega16U2 lập trình như là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB Ngoài ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ khác sốlượng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên các bạn vẫn có thể lập trình cho con vi điều khiển này bằng chương trình lập trình cho Arduino Uno R3
Hình 2.7 Sơ đồ tổng quan chân của Arduino Mega 2560
Arduino có nhiều ứng dụng trong đời sống, trong việc chế tạo các thiết bị điện tử chất lượng cao Một sốứng dụng có thể kể đến như:
Lập trình robot: Arduino chính là một phần quan trọng trong trung tâm xử lí giúp điều khiển được hoạt động của robot
Lập trình máy bay không người lái Có thểnói đây là ứng dụng có nhiều kì vọng trong tương lai
Game tương tác: chúng ta có thể dùng Arduino để tương tác với Joystick, màn hình,… đểchơi các trò như Tetrix, phá gạch, Mario… và nhiều game rất sáng tạo nữa
Arduino là một vi điều khiển phổ biến, được tích hợp cảm biến ánh sáng, đóng vai trò quan trọng trong đèn giao thông, điều khiển hiệu ứng nhấp nháy nổi bật cho biển quảng cáo.
Arduino cũng được ứng dụng trong máy in 3D và nhiều ứng dụng khác tùy thuộc vào khảnăng sáng tạo của người sử dụng
3.3.Phần mềm lập trình Arduino IDE
Arduino cung cấp đến môi trường lập trình tích hợp mã nguồn mở hỗ trợ người dùng viết code và tải nó lên bo mạch Arduino Đây là môi trường đa nền tảng, hỗ trợ một loạt các bo mạch Arduino cùng rất nhiều tính năng độc đáo Ứng dụng lập trình này có giao diện được sắp xếp hợp lý, phù hợp với cả những người dùng chuyên nghiệp lẫn không chuyên
Arduino có môi trường lập trình được viết bằng java, hiện đang được sử dụng cho các bo mạch Arduino và Genuido, được nhiều công ty trên thế giới sử dụng để lập trình cho các thiết bị của họ Java 2 Platform Standard Edition cũng là một IDE hỗ trợ Java Hiện Java 2 Platform Standard Edition được rất nhiều người sử dụng
Arduino là môi trường phát triển tích hợp đa nền tảng, hỗ trợ cho một loạt các bo mạch Arduino như Arduino Uno, Nano, Mega, Esplora, Ethernet, Fio, Pro hay Pro Mini cũng như LilyPad Arduino Phần mềm này cũng phù hợp cho những lập trình viên C và C ++ là thay thế hoàn hảo cho các IDE khác Với những ai muốn học lập trình PHP, thì PHP Designer 2007 Personal là lựa chọn tốt Phần mềm PHP Designer 2007 Personal cung cấp các giải pháp hiệu quả trong thiết kế website
Các tính năng chính của Arduino IDE:
• Viết code cho bo mạch Arduino
• Hỗ trợ nhiều loại bo mạch Arduino
• Giao diện được sắp xếp hợp lý
• Bộsưu tập các ví dụ mẫu
• Mảng thư viện hỗ trợ phong phú
Hình 2.8 Giao diện chính của phần mềm Arduino IDE
-Setup(): hàm này chạy mỗi khi khởi động một chương trình, dùng để thiết lập các cài đặt
- Loop(): hàm này được gọi lặp lại cho đến khi tắt nguồn board mạch
Các lo ạ i c ả m bi ế n và module s ử d ụ ng
4.1.Cảm biến vật cản hồng ngoại
Hình 2.9 Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại IR Infrared Obstacle Avoidance
➢ Cảm biến hồng ngoại hay còn được gọi là IR Sensor, chúng là một thiết bị điện tử có khả năng đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh Thực ra, tên tiếng anh của cảm biến hồng ngoại là Passive Infrared, viết tắt là PIR dịch sát nghĩa là “hồng ngoại thụđộng” Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) phát ra các tia vô hình đối với mắt người, vì bước sóng của nó dài hơn ánh sáng khả kiến (mặc dù nó vẫn nằm trên cùng một phổđiện từ) Bất cứ thứ gì phát ra nhiệt (mọi thứ có nhiệt độ trên năm độ Kelvin) đều phát ra bức xạ hồng ngoại
➢ Với khảnăng phát hiên vật cản trong khoang từ 2-30 cm và khoảng cách này có thể điều chỉnh thông qua biến trở trên cảm biến được tích hợp sẵn để thích hợp cho từng ứng dụng khác nhau của cảm biến
➢ Điện áp sử dụng: 3.3~5vDC
➢ Nhận biết vật cản bằng ánh sáng hồng ngoại
➢ Tích hợp biến trở chỉnh khoảng cách nhận biết vật cản
Nguyên tắc hoạt động của cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại hoạt động bằng cách sử dụng một cảm biến ánh sáng cụ thểnào đó để phát hiện ra bước sóng ánh sáng chọn trong phổ hồng ngoại (IR)
Bằng cách sử dụng đèn LED phát ra ánh sáng cùng bước sóng với cảm biến, cường độ ánh sáng thu được có thể được đo Khi một vật thể đến gần cảm biến, ánh sáng từ đèn LED sẽ phản xạ ra khỏi vật thể và đi vào cảm biến ánh sáng Điều này dẫn đến sự gia tăng đáng kể về cường độ.
Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại
- A4988 là bộ chuyển đổi và bảo vệquá dòng, điều khiển động cơ bước chế độ
-DMOS, board hỗ trợđiều khiển ở chế độfull, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 bước mô tơ bước lưỡng cực
• Thích hợp điều khiển động cơ bước 8V~35V 2A;
• Giao tiếp và điều khiển đơn giản;
• Chếđộđiều khiển: full, half, 1/4, 1/8 và 1/16;
• Điều chỉnh biến trởđể thay đổi dòng ngõ ra max, tốc độbước cao hơn;
• Tựđộng dò cường độdòng điện;
• Có mạch shutdown khi quá nhiệt, quá áp và quá dòng;
• Mạch bảo vệ ngắn mạch
- Với Arduino làm ví dụ, UNO kết hợp A4988 điều khiển STEP và DIR
- Mức điện áp logic VDD và GND lấy nguồn Arduino +5V, nguồn giữa motor và
Đối với VMOT và GND, cần cấp nguồn 8-15 VDC Các chế độ MS1, MS2, MS3 đều là chế độ điều khiển toàn phần (quay khoảng 200 vòng hoặc bước 1,8°) Nếu cần độ chính xác cao hơn, có thể chọn chế độ khác như 1/4 bước (yêu cầu động cơ quay 800 vòng để hoàn thành) Cần lựa chọn một trong ba chế độ MS1, MS2, MS3 theo nhu cầu cụ thể.
➢ Dòng liên tục trên mỗi pha: 1A~2A
Bảng các chế độđiều khiển của module A4988
Hình 2.12 Module A4988 ngoài thực tế
Cần cấp điện áp điều khiển (3-5.5V) vào hai chân VDD và GND, và nguồn áp cho động cơ (8-35V) nối vào hai chân VMOT và GND Các nguồn cung cấp cần có tụ điện được đặt gần với module, và có thể cung cấp đủ dòng điện dự kiến (tối đa 4A để cung cấp cho động cơ).
Low Low Low Full step High Low Low 1/2 step Low High Low 1/4 step High Low High 1/8 step High High High 1/16 step
Module có thể kết nối với các loại động cơ bước 4 dây, 6 dây, 8 dây.
Hình 2.13 A4988 DRV8825 mạch điều khiển động cơ bước
- Nếu jumper được nhấn vào vị trí của ON DP, có nghĩa là 16 phân đoạn (4988) hoặc 32 phân đoạn (8825) Jm kết nối động cơ
- Jv kết nối 5V và 12-24V cung cấp nguồn
- Jc E, S, D, G, tương ứng tương ứng với kết nối của đầu ra tín hiệu Enable / Step / Dir / Gnd.
DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U
Th ờ i gian th ự c hi ện đề tài
STT Nội dung thực hiện đề tài Thời gian thực hiện
1 Đưa ra ý tưởng thiết kế mô hình 1 tuần
2 Lập bản vẽ mô hình , chuẩn bị các thiết bị cần thiết 1 tuần
3 Thực hiện việc thiết kế , lắp ráp mô hình 2 tuần
4 Tiến hành chạy thử chương trình và khắc phục các lỗi 2 tuần
5 Viết bài báo cáo về đề tài 1 tuần
Tổng thời gian thực hiện đề tài 7 tuần
Bảng 3.1 thời gian thực hiện đề tài
N ộ i dung th ự c hi ệ n
➢ Tìm hiểu,Nghiên cứu, thiết kế mô hình chiết rót tựđộng
➢ Thiết kế bàn xoay và điều khiển động cơ
➢ Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình C++
➢ Thiết kế mô hình rót rượu tự dộng sử dụng Arduino
Phương pháp nghiên cứ u
Thực hiện nghiên cúu theo các phương pháp sau:
− Sử dụng kiến thức đã học trong nhà trường về vi điều khiển, kỹ thuật lập trình, solidworks, cơ học, vật liệu, … chọn lọc các thiết bị phù hợp và khai thác tính năng của chúng
- Sử dụng các phần mềm:
- Tìm hiểu các hệ thống chiết rót công nghiệp ở nước ta cũng như trên thế giới, phân tích cơ cấu và lựa chọn phương án phù hợp
- Tham khảo các website về tựđộng hóa, tìm hiểu cũng như ứng dụng cộng nghệ phù hợp vào mô hình
- Xây dựng thành công mô hình
- Tiến hành giao tiếp các thiết bị, kết nối với vi xử lý và lập trình để có thể hoạt động ổn định, chặt chẽ
- Chạy thực nghiệm nhiều lần, xem xét, có sửa đổi hoặc bổ sung cho quá trình vận hành được đồng bộ và chỉnh chu
- Tiếp tục hoàn thiện mô hình, đảm bảo gọn gàng, đảm bảo thẩm mỹ
V ậ t li ệ u ch ế t ạ o
4.1 Động cơ bước Động cơ bước, hay còn gọi là Step Motor là một loại động cơ sử dụng điện nhưng có nguyên lý và ứng dụng vô cùng khác biệt so với các loại động cơ điện 1 pha và động cơ điện 3 pha thông thường
Thực chất, đây là một loại động cơ đồng bộ, có khả năng biến đổi các tín hiệu điều khiển của máy móc dưới dạng các xung điện rời rạc được phát ra kế tiếp nhau, tạo thành các chuyển động góc quay Đôi khi chính là các chuyển động của rôto, giúp cho người dùng cố định roto của máy vào trong các vị trí cần thiết.Nói chung, động cơ bước (motor bước) là một loại động cơ mà các bạn có thểquy định được tần số góc quay của nó Nếu góc bước của nó càng nhỏ thì sốbước trên mỗi vòng quay của động cơ càng lớn và độ chính xác của vịtrí chúng ta thu được càng lớn
Các góc bước phổ biến của động cơ bước thường nằm trong khoảng từ 0,72 đến 90 độ Trong đó, các góc bước được sử dụng phổ biến nhất là 1,8 độ, 2,5 độ, 7,5 độ và 15 độ.
Ví dụ: Một động cơ bước có góc 1,8 độ/ bước nếu quay hết 1 vòng khoảng 360 độ thì mất 200 bước (thuật ngữ chuyên ngành gọi là Full Step) Các chế độ quay càng nhiều xung thì động cơ quay của máy sẽcàng êm hơn Ở Việt Nam, người ta hay dùng phổ biến nhất là động cơ 200 step.
Hình 3.1 Động Cơ Bước Size 57X42 Thông số kỹ thuật Động Cơ Bước Size 57X42 :
- Số dây: 4 - 6 dây ( tương tự nhau)
- Bước góc độchính xác: ± 5% (bước đầy đủ, không tải)
- Kích thước (Rộng x Cao): 57 x 42mm
- Module Relay 5V 1 Kênh được dùng như một công tắc điện , dùng đểđiều khiển các thiết bị công suất lớn ( đèn, động cơ, )
- Module Relay 5V 1 Kênh gồm 1 rơ le hoạt động tại điện áp 5VDC,
12VDC chịu được hiệu điện thế lên đến 250VAC 10A Module relay 1 kênh được thiết kế chắc chắn, khảnăng cách điện tốt
- Kích thước: 43mm x 17.3mm x 17mm (dài x rộng x cao)
- Điện áp nuôi : 5VDC /12VDC
- Tín hiệu vào điều khiển: 0V
+ Tín hiệu là 0: thì Relay đóng
+ Tín hiệu là 1 : thì Relay mở Đầu ra:
- Tiếp điểm relay 220V 10A (Lưu ý tiếp điểm, không phải điện áp ra)
- VCC, GND là nguồn nuôi Relay
- In là chân tín hiệu điều khiển
Hình 3.3 Động cơ bơm nước 12V
-Điện áp sử dụng: 6~12VDC
-Thời gian chạy liên tục: < 1h
-Đường kính đầu bơm: đường kính trong 6mm, đường kính ngoài 8.5mm
- Sử dụng cho các mạch công suất
- Biến đổi nguồn điện xoay chiều AC thành nguồn điện một chiều DC
- Thường thì sử dụng cho hệ thống tủ điều khiển tự động, trong các mạch led hoặc hệ thống camera…
Hình 3.5 Nguồn adapter DC 9V 2A 5.5x2.5mm
Nguồn adapter DC 9V 2A 5.5x2.5mm có nhiêm vụ cấp nguồn cho module A4988 cấp điện động cơ bước hoạt động
- Tên sản phẩm: Nguồn adapter DC 9V 2A 5.5x2.5mm
- Nguồn điện đầu vào: 100 - 240VAC
- Nguồn điện đầu ra: 9VDC
- Kích thước chân cắm: 5.5*2.5mm
KẾ T QU Ả TH Ự C HI Ệ N
Thi ế t k ế mô hình máy rót rượ u t ự độ ng
Hình 4.1 Bản vẽ 3D mô hình 1.Hộp đựng Arduino , Module A4988 , động cơ bước
4.Trục nối giữa động cơ bước với bàn xoay
7.Hộp bảo vệArduino điều khiển bơm
1.2.Nguyên lý hoạt động của mô hình rót rượu tựđộng bàn xoay
-Sau khi cấp nguồn cho hệ thống,ta điều chỉnh biến trởđể xác thời gian chính xác dung dịch cần chiết rót vào các ly
Sau khi hiệu chỉnh biến trở, nhấn nút khởi động để động cơ bước xoay một góc đưa ly đầu tiên vào vị trí vòi rót Cảm biến xác nhận ly đã vào đúng vị trí, hệ thống sẽ bơm dung dịch theo thời gian đã cài đặt trước đó.
-Sau khi đã rót xong động cơ bước sẽ xoay tiếp và đưa vị trí của ly tiếp theo vào vị trí vòi rót cảm biến lại tiếp tục nhận diện ly đã được đưa vào vị trí vòi rót hay chưa
-Cứ như vậy cho đến ly 2,3,4,5,6 được rót
-Nếu muốn lặp lại quá trính chiết rót thì ta chỉ cần ấn nút khởi động bên trên hộp
-Muốn điều chỉnh lại lượng nước thì ta điều chỉnh biến trở Cùng chiều kim đồng hồđểtăng ,ngược chiều để giảm
Hình 4.2 Hệ thống trong lúc hoạt động
1.3.Bản vẽ cơ khí mô hình
Hình 4.3 Bản vẽ 3D mô hình 1.Hộp đựng Arduino , Module A4988 , động cơ bước 2.Hệ thống bàn xoay
4.Trục nối giữa động cơ bước với bàn xoay
7.Hộp bảo vệ Arduino điều khiển bơm
Hình 4.4 Bản vẽ 3D của bàn xoay
Hình 4.5 Bản vẽ 2D bàn xoay
Hình 4.6 Mạch điều khiển bàn xoay
Hình 4.7 Mạch điều khiển bộ phận rót
Bảng 4.5 Sơ đồđấu chân Cảm biến hông ngoại và Relay 5V
Sơ đồ kh ối và lưu đồ thu ậ t toán
2.1.Lưu đồ thuật toán cho mô hình
Bắt đầu Động cơ bước hoạt động xoay bàn xoay 1 góc 60 độ
Bơm hoạt động và bơm nước vào ly theo giá trí được nhận b ở i bi ế n tr ở
Cảm biến đổi trạng thái
Nhận vị trí ly thông qua cảm biến vật cản hồng ngoại
Nhận giá trị thời gian rót thông qua biến trở
Khảo sát thí nghiệm thực tế
Các bước tiến hành khảo sát
• Bước 1 :Khảo sat quá trình hoạt động của bàn xoay
• Bước 2 : Khảo sát hoạt động của cảm biến hồng ngoại
• Bước 3 : Khảo sát quá trình bơm nước vào ly
• Bước 4 : Khảo sát quá trình hoạt động của cả mô hình
2.1.Thực hiện khảo sát quá trình hoạt động của bàn xoay
Mục đích của việc thực hiện khảo nghiệm này là kiểm tra xem động cơ bước dẫn lên bàn xoay goạt động có tốt hay không ,có bị lêch hay không,nếu có thì sẽ tìm cách khắc phục
Lần 1 Hoạt động không ổn định,lúc nhanh lúc chậm
Lần 2 Hoạt động chậm,có lúc đứng im
Lần 3 Hoạt động tốt , không bị lệch
Lần 4 Hoạt động tốt , không bị lệch
Lần 5 Hoạt động tốt , không bị lệch
Bảng 4.1 Kết quả khảo sát động cơ bước
Quá trình điều chỉnh : Điều chỉnh lại các dây cắm từ Module A4988 vào Động cơ bước , cũng như từ Module A4988 vào vi xử lý Arduino , dùng thêm ốc cốđịnh động cơ bước , chuyển cho động cơ bước sang chếđộ quay 1/16 step
2.2.Thực hiện quá trình quan sát cảm biển và điều chỉnh
Mục đích của việc khảo nghiệm này là điều chỉnh độ nhạy của biến trở bên trên cảm biến hộng ngoại đựa trên khoảng cách giữa ly và nó,để cảm biến có thể nhận diện một cách dễ dàng nhất
Bảng 4.2 Kết quả khảo sát các cảm biến
Quá trình điều chỉnh : Đặt cảm biến vào vị trí mà nó có thể nhận diện được cái ly Ban đầu cảm biến do ly trong suốt , tiếp theo có dán băng keo đen để nhận diện nhưng vẫn không nhận Do nguyên nhân là màu đen hấp thụ ánh sáng , cho nên đã chuyển hướng sang làm bằng màu trắng
Lần thử Cảm biến hồng ngoại
Lần 1 Không nhận tín hiệu
Lần 2 Không nhận tín hiệu
Lần 3 Không nhận tín hiệu
2.3.Thực hiện quá trình bơm nước và điều chỉnh
Mục đích của việc khảo nghiệm này là kiểm tra xem động cởbơm nước có hoạt động ổn định hay không,hệ thống vòi rót đã đúng vịtrí hay chưa,nếu chưa sẽ đưa vềđúng vị trí
Bảng 4.3 Kết quả khảo sát quá trình hoạt động của bơm
Quá trình điều chỉnh : Điều chỉnh vịtrí vòi nước sao cho hợp lý điều chỉnh lượng nước tối đa bơm vào ly sao cho phù hợp
Lần 1 Nước không bơm vào ly
Lần 2 Nước bịvăng ra bên ngoài , không đúng theo yêu cầu
2.4.Thực hiên khảo sát quá trình hoạt động của mô hình và điều chỉnh
Mục đích để kiểm tra mức độ ổn định của cả mô hình đồng thời khắc phục các lỗi còn sót lại của mô hình
Bảng 4.4 Kết quả khảo sát quá trình hoạt động của cả hệ thống
Quá trình điều chỉnh : Ban đầu điều khiển cả 1 hệ thống bằng 1 con Mega 2560 , sau qua trình bị nhiêu rung lắc động cơ bước thì đã dùng thêm 1 con Arduino UNO đẻđiều khiển máy bơm , thay bơm chìm bằng bơm tự mồi và hệ thống đã hoạt động ổn định hơn
Lần thử Kết quả Chú thích
Lần 1 Không đạt Bơm nước và bàn xoay hoạt động không nhịp nhàng khiến nước chảy ra ngoài
Lần 2 Không đạt Động cơ bước bị nhiễu không quay qua bị lắc liên tục
Lần 3 Không đạt Bơm nước hoạt động không đúng theo yêu cầu ,nước được chiết không đều
Mô hình th ự c t ế
Hình 4.8 Mô hình hoàn thiện
KẾ T LU ẬN VÀ ĐỀ NGH Ị
K ế t lu ậ n
Sau thời gian 7 tuần thực hiện, đềtài đã được hoàn thành đúng thời hạn và đạt được một số kết quả nhất định:
- Đã thiết kế, chế tạo thành công “Máy rót rượu tựđộng”
- Đã đảm hệ thống vận hành tương đối ổn định, hoàn chỉnh
- Đảm bảo hệ thống hoàn toàn tựđộng
- Đã lập trình được chương trình điều khiển thông qua vi điều khiển Arduino.
Đề ngh ị
- Cần tính toán chính xác và xây dựng mô hình hoàn chỉnh hơn.
- Đây là hệ thống còn tương đối nhỏ ,cần nghiên cứu và cải tiến nhiều hơn nữa để có thẻ áp dụng vào thực tế ở thời điểm hiện tại
//khai bao cac chan cua A4988
#define enaPin 7 int reset = 6 ; int gtreset =0 ;
AccelStepper stepper = AccelStepper(1, stepPin, dirPin, enaPin); void setup() { stepper.setMaxSpeed(1000);//set toc do toi da cho dong co buoc stepper.setAcceleration(50);//set toc do ma dong co buoc se quay delay(1000); pinMode(reset,INPUT_PULLUP);
{asm volatile(" jmp 0 ");} void loop() { gtreset=digitalRead(reset); if(gtreset==0)
} int stepi = 0; for (int i = 0; i < 6; i++) { stepi += 3200/6;
//xoay mâm 1 goc 60 do;1/16 step stepper.moveTo(stepi);
//di chuyen den vi tri stepper.runToPosition();
//cho dong co quay toi vi tri da dinh delay(10000);
{ gtreset=digitalRead(reset); delay(200); if(gtreset==0)
• Điều khiển bộ phận rót: const int bientro ; const int buttonPin = A0; const int pumpPin = 7;
// variables will change: int buttonState = 1; //chan cua cam bien hong ngoai int gt_bientro;//chan cua bien tro int gt_quydoi;//gia tri quy doi ra thoi gian rot void setup() {
//khai bao cac chan pinMode(pumpPin, OUTPUT); pinMode(buttonPin, INPUT); pinMode(bientro, INPUT); digitalWrite(pumpPin, LOW);
} void loop() { int j = 0; while(j < 10){ buttonState = digitalRead(buttonPin); if (buttonState == HIGH) { j += 1;