Báo cáo máy gieo hạt bán tự động

Với đề tài đồ án môn học, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy gieo hạt bán tự động gặp nhiều vấn đề cần giải quyết: Thiết kế, chế tạo mô hình cơ khí cần nhỏ gọn, chính xác, dễ tháo nắp, dễ chế tạo. Thiết kế mạch điều khiển cho máy gieo hạt mà cụ thể là mạch điều khiển encoder. Thiết kế phần mềm cho bộ điều khiển phải chính xác, dễ sử dụng giúp cho việc vận hành hệ thống dễ dàng. Trước những vấn đề trên, nhóm gặp phải những khó khăn nhất định khi thực hiện đề tài như: Việc tiềm kiếm, sưu tầm và sàng lọc tài liệu. Đặc biệt là các tài liệu nguồn ngốc nước ngoài. Xử lí các số liệu, thông số kĩ thuật. Kinh phí thực hiện đề tài. 1.3 Phương pháp nghiên cứu Máy gieo hạt bán tự động là một sản phẩm cơ điện tử nên trong quá trình làm đồ án nhóm đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau: Nghiên cứu đặc tính kĩ thuật của các máy gieo hạt bán tự động thế hệ trước đó để kế thừa cũng như phát triển thêm cho đề tài của mình. Áp dụng phương pháp luận trong thiết kế cơ điện tử vào nghiên cứu, thiết kế + Thiết kế song song mạch điều khiển và kết cấu cơ khí. + Hiệu chỉnh giữa mạch điều khiển và kết cấu cơ khí. + Mô hình hóa phần cơ khí, mô phỏng hóa phần điện, điện tử tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạo. + Nghiên cứu, sử dụng các công cụ thiết kế và lập trình giúp giảm thời gian và chi phí thực hiện.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, việc trồng, chăm sóc cây nông nghiệp của đa số bà con nôngdân ở các địa phương tên cả nước chủ yếu vẫn dựa vào phương pháp thủ côngtruyền thống, lao động bằng tay chân là chính, tiêu tốn sức lao động nhưnghiệu quả kinh tế mang lại không cao

Bên cạnh đó nhiều máy móc, thiết bị phục vụ trong nông nghiệp trên thịtrường hiện nay vẫn không phù hợp với điều kiện kinh tế của đa số bà connông dân Một đặc điểm nữa về điều kiện tự nhiên, cây trồng cũng như thổnhưỡng ở nước ta khá đa dạng nên việc áp dụng các loại máy này vào thực tếcòn nhiều trở ngại Từ thực tế đó, việc nghiên cứu để tìm ra giải pháp côngnghệ mới nhằm cải tiến và nâng cao năng suất trong trồng và chăm sóc câynông nghiệp đang là yêu cầu cấp thiết được đặt ra Vì vậy, nhóm chúng emtiến hành tìm hiểu , nghiên cứu một loại máy làm thay thế cho người nôngdân các khâu thả hạt, bón phân lót, lấp đất lại theo hàng

Xuất phát từ ý tưởng trên nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài:

“thiết kế thiết bị gieo hạt bán tự động” cho đồ án môn học của mình, do thờigian có hạn và sự hiểu biết của chúng em còn nhiều hạn chế, nên không thểtránh được những sai sót Chúng em rất mong sẽ nhận được sự chỉ bảo của cácthầy cô và các bạn để chúng em có thể hoàn thiện tốt hơn đề tài của mình

Chúng em xin cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Khổng Minhcùng các thầy trong khoa Cơ khí đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này

Hà nội, ngày…tháng…năm 2014

Nhóm sinh viên thực hiện:

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu chung

Máy gieo hạt có bánh dẫn có đường kính khoảng 35 đến 50 cm, lưỡi cày,

bộ phận lấp đất, hộp đựng hạt, hộp đựng phân, ống trụ có móc hạt, khung giá đỡ,giúp máy đồng thời vừa có thể gieo hạt vừa bón được phân

Máy có điểm tiếp xúc với đất là bánh dẫn và lưỡi cày nên có thể gieo hạt ởmọi địa hình

Nguyên lý hoạt động của máy rất đơn giản: trên bánh dẫn có gắn mộtencoder 200 xung/vòng, khi bánh dẫn chuyển động thì encoder sẽ đếm đủ sốxung đã được lập trình từ trước thì bộ cấp nguồn điện cho động cơ quay làmphễu nhả hạt, khi phễu nhả hạt động cơ quay va vào công tắc hành trình đượcgắn phía dưới, khi đó sẽ có một tín hiệu được trả về cho bộ nguồn điều khiển lạitạo dòng điện cho động cơ quay đảo, động cơ đảo chiều chạm vào công tắc hànhtrình phía bên trên, công tắc sẽ gửi tín hiệu về bộ nguồn và kết thúc một quátrình làm việc, các quá trình làm việc tiếp theo sẽ tiếp tục diễn ra cho đến khihoàn thành xong công việc

- Thiết kế mạch điều khiển cho máy gieo hạt mà cụ thể là mạch điều khiểnencoder.

- Thiết kế phần mềm cho bộ điều khiển phải chính xác, dễ sử dụng giúp choviệc vận hành hệ thống dễ dàng

Trước những vấn đề trên, nhóm gặp phải những khó khăn nhất định khi thựchiện đề tài như:

- Việc tiềm kiếm, sưu tầm và sàng lọc tài liệu Đặc biệt là các tài liệu nguồnngốc nước ngoài

- Xử lí các số liệu, thông số kĩ thuật

- Kinh phí thực hiện đề tài

1.3 Phương pháp nghiên cứu

-Máy gieo hạt bán tự động là một sản phẩm cơ điện tử nên trong quá trìnhlàm đồ án nhóm đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau:

-Nghiên cứu đặc tính kĩ thuật của các máy gieo hạt bán tự động thế hệ trước

đó để kế thừa cũng như phát triển thêm cho đề tài của mình

-Áp dụng phương pháp luận trong thiết kế cơ điện tử vào nghiên cứu, thiết kế+ Thiết kế song song mạch điều khiển và kết cấu cơ khí

+ Hiệu chỉnh giữa mạch điều khiển và kết cấu cơ khí

+ Mô hình hóa phần cơ khí, mô phỏng hóa phần điện, điện tử tối ưu hóathiết kế trước khi chế tạo

+ Nghiên cứu, sử dụng các công cụ thiết kế và lập trình giúp giảm thờigian và chi phí thực hiện.

1.4 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

Máy gieo hạt hiện nay có tính năng như: gieo hạt, bón phân, lấp đất qua kếtcấu cơ khí mà không có thiết kế điện, điện tử…

Nhưng trong phạm vi đồ án với những giới hạn về thời gian và tầm hiểu biếtnhóm thiết kế mô hình máy gieo hạt bán tự động với các tính năng sau: tự xớiđất, gieo hạt, lấp đất và có thể thay đổi khoảng cách gieo tùy ý

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ MÁY GIEO HẠT BÁN TỰ ĐỘNG

2.1 Tổng quan máy gieo hạt bán tự động

Cùng với sự phát triển của rất nhiều loại máy móc phục vụ cho nhu cầunâng cao năng xuất và sản lượng các loại cây nông nghiệp hiện nay, máy gieohạt cũng là loại hình máy nông nghiệp được nhiều nước quan tâm nghiên cứu vàsản xuất nhờ vào ứng dụng của nó đối với nghành sản xuất nông nghiệp

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, nghành nông nghiệp ngày càngđược coi trọng Chính vì thế việc nghiên cứu và chế tạo các lại máy móc tự động

sẽ được đẩy mạnh để thay thế sức lao động của con người, góp phần cải thiệnđời sống của nhân dân, phát triển nền kinh tế Các loại máy gieo hạt trên thế giớiđược nghiên cứu chủ yếu là những loại máy có công xuất lớn có thể gieo mọiloại hạt

Trên thế giới với điều kiện địa hình bằng phẳng, diện tích lớn nên các máy gieo hạt được chế tạo với kích thước và công suất khá lớn để thời gian làm việc được rút ngắn Dưới đây là một số mẫu máy gieo hạt hiện đại:

Hình 2.1 Máy gieo hạt rau sáu hàngMáy di chuyển nhờ đầu kéo được điều khiển phía trước, khi làm việc máyđầu kéo cung cấp khí có áp suất lớn được dẫn qua các ống dẫn tới hộp chứa hạtgiống, hạt giống đẩy bắn vào đất và được phủ một lớp đất mỏng nhờ các bánhlăn nhỏ phía sau máy

Hình 2.2 Máy gieo hạt Dakenag C SeederMáy có thể xử lý một loạt các hạt giống một cách hiệu quả Nó dễ dàng

Hình 2.3 Máy gieo hạt Dolbi Ax4000

Dolbi Ax4000 máy gieo hạt dày được sử dụng một hoặc hai mô-đun, tùythuộc vào số lượng hàng trên luống và kích thước giữa các luống: 52,5 cm, 70

cm và 100cm Máy có bộ khung lớn, module gắn trên bốn bánh xe và nổi cao.Máy được trang bị động cơ công suất lớn cho phân bón cũng như cho hạt giống

Hình 2.4 Máy gieo hạt Dolbi Field Cultivator

Hình 2.5 Máy gieo hạt trực tiếp VM

2.1.2 Sự phát triển của máy gieo hạt ở Việt Nam

Với tinh thần nâng cao năng suất, giảm lao động chân tay thay bằng cácmáy móc, không ít người dân cùng các công ty ở nước ta đã tìm tòi và sáng tạo

ra nhiều loại máy nông nghiệp như: máy gặt lúa liên hoàn, máy cày…Trong đómáy gieo hạt cũng được quan tâm rất nhiều

Một số máy gieo hạt trên thị trường Việt Nam:

Hình 2.6 Máy gieo hạt rau của anh Lê Công ThànhChiếc máy này có kết cấu đơn giản, có thể gieo được nhiều loại hạt, kể cảnhững loại hạt bé nhất như hạt rau dền Đặc biệt, máy hoạt động với năng suấtcao, có thể thay thế từ 20 - 30 nhân công Theo tính toán khi sử dụng chiếc máynày gieo 1 sào hạt rau cải ngọt (làm thành 18 luống) thì mất khoảng 10phút/luống và cho năng suất 3,2 tấn/ha.

Hình 2.7 Máy gieo hạt của Phạm Văn Hát

Chiếc máy này tự động gieo hạt rau củ trên luống thẳng hang rộng 1 mét,

số lượng 40 hạt trên một hang và khoảng cách giữa các hạt được thu hẹp và ổnđịnh chỉ còn 3 cm theo tính toán, máy gieo một lạng hạt giống như su hào, súplơ…tương đương 10.000 hạt chỉ trong 25 phút Máy chạy bằng động cơ điệnmột chiều 12V với tổng công suất là 130W, được chỉnh lưu từ dòng điện xoaychiều 220V

Hình 2.8 Máy gieo hạt Philip 314

Nhóm kỹ sư trẻ ở TP.HCM gồm Phạm Tú Anh Vũ, Nguyễn Hồng Quân vàĐinh Quốc Tần vừa nghiên cứu, chế tạo thành công chiếc máy gieo hạt có tênPhilip 314 với nhiều tính năng ưu việt Philip 314 hoạt động theo nguyên tắc khíđộng học, gieo đa năng liên hoàn bao gồm cày rãnh, gieo hạt, lấp đất Do hạtđược gieo bằng khí thổi nên không bị trầy xước, không vỡ hạt, tỷ lệ nảy mầmkhông thua so với gieo theo phương pháp thủ công Mỗi chiếc máy có 4 khoanggieo, khoảng cách hàng từ 30- 60cm, khoảng cách lỗ từ 10-30cm Người sửdụng có thể thay đổi tùy theo từng loại đất và mùa vụ Với năng suất gieo từ 4-

5ha bắp/ngày, từ 2,5 - 3,5 ha/ngày đối với đậu xanh, đậu nành, hạt bông…Philip 314 thay thế cho 50- 60 lao động phổ thông

Hình 2.8 Máy gieo hạt của anh Nguyễn Văn Anh

Máy có cấu tạo đơn giản gồm một chiếc lưỡi cày đất được gắn ở gầm máy,

có chức năng đào rãnh và gạt đất phủ hạt và phân Máy tiết kiệm phân, tránh bịrửa trôi như cách bón phân truyền thống Một bộ phận thứ 2 của máy là bánhrăng được gắn với hai bánh dẫn Khi có lực chuyển động từ bánh dẫn, các lẫymóc hạt liên kết với bánh răng sẽ tự động móc và nhả đều hạt hoặc phan bónchứa trong hộp để thả xuống luống đất trồng (lẫy to nhỏ có thế thay đổi theokích thước hạt và lượng phân cần bón) Người gieo hạt có thể điều chỉnh khoảngcách và mật độ trên một diện tích đất trồng

2.2 Cơ sở lí thuyết cơ học

2.2.1 Cơ sở động học

Với điều kiện địa hình đất bằng phẳng đất đã được làm trên mặt luống vàyêu cầu kết cấu cơ khí của máy phải gọn nhẹ để di chuyển thuận tiện dễ dàng.

Hình 2.9 máy gieo hạt di chuyển trên địa hình

2.2.2 Bài toán khoảng cách

Trong nông nghiệp, có rất nhiều loại cây trồng nông sản khác nhau nêncách thức gieo trồng cũng khác nhau để đạt được sản lượng cao Do đó ta cầnphải có khoảng cách gieo trồng phù hợp đối với từng loại cây trồng Khác vớicác loại máy gieo hạt khác đang có trên thị trường Máy gieo hạt bán tự độngcủa nhóm chúng em có thể dễ dàng thay đổi số liệu khoảng cách bằng việc thayđổi thông xung khi lập trình cho mạch

Ví dụ: Chúng ta đặt yêu cầu cho máy gieo hạt với khoảng cách 30cm

Ta có:

Bán kính của bánh lăn nối encoder kích thước là: 13 mm ( bánh có thểthay đổi do người chế tạo )

=> Chu vi của bánh lăn nối encoder C = 26π (mm)

Lại có encoder được chọn là loại có 200 xung/vòng

Vậy số xung đẻ đi được khoảng cách 30 cm là:

735 (xung)

2.3 Cơ sở điều khiển

2.3.1 Điều khiển động cơ

Động Cơ Giảm Tốc F280

Hình 2.10 Động cơ giảm tốc F280

Điện áp: 3-24V

Tỉ lệ hộp số: 12:1

3V 80 rpm , mô-men xoắn tối đa 0.3KG.CM

6V 200 rpm , mô-men xoắn tối đa 1KG.CM

24V 800 rpm , mô-men xoắn tối đa 4KG.CM

2.3.2 Encoder Omron tương đối E6B2-CWZ3E 200P/R 2M

Hình 2.11 Encoder Omron E6B2-CWZ3E 200P/R 2M

- Đường kính trục: 6mm

- Đường kính thân: 40mm

- Điện áp hoạt động: 5 12VDC

- Độ phân giải: 200 xung/vòng

- Pha đầu ra: A,B và Z

-Tần số đáp ứng: 100KHz.

2.3.3 Tổng quan về vi điều khiển Atmegal 89s52

Hình 2.12 Vi điều khiển Atmega 89s52

+ Bằng cách kết hợp một CPU đa năng 8-bit với trong hệ thống lập trìnhFlash trên một chip nguyên khối, các Atmel AT89S52 là một vi điều khiểnmạnh mẽ mà cung cấp một giải pháp rất linh hoạt và hiệu quả đối với nhiều ứngdụng điều khiển nhúng

- 8K byte Flash, 256 byte RAM, 32 I / O dòng

- Watchdog timer, hai con trỏ dữ liệu

- Ba 16-bit timer / quầy, một cổng nối tiếp song công, trên chip dao động,

và đồng hồ mạch

- Ngoài ra, các AT89S52 được thiết kế với logic tĩnh cho hoạt động xuốngkhông tần số và hỗ trợ hai phần mềm chế độ tiết kiệm năng lượng có thể lựachọn Các chế độ nhàn rỗi dừng CPU trong khi cho phép RAM, timer / counter,cổng nối tiếp, và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động Các chế độ Power-down lưunội dung RAM nhưng đóng băng các dao động, vô hiệu hóa tất cả các chức năngchip khác cho đến khi ngắt tiếp theo hoặc thiết lập lại phần cứng

Các đặc tính ngoại vi

Timer 0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit

Timer 1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếmdựa vào xung clock ngoại vi khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep

Timer 2: là bộ đếm 16 bit, có thể hoạt động trong bộ đếm sự kiện Có bachế độ hoạt động: chụp, tự động tải lại và tạo tốc độ baud

Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP,SPI,I2C

Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ

Cổng giao tiếp song song PSP với các chân điều khiển RD,WR,CS ở bênngoài

b) Các đặc tính analog

Hai bộ so sánh.

c) Các đặc tính khác của vi điều khiển

Bộ nhớ flash ghi/xóa được 100.000 lần

Bộ nhớ EEPROM ghi/xóa 1.000.000 lần, lưu trữ trên 40 dặm

Khả năng nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm

Nạp chương trình ngay trên mạch điện ICSP(In Circuit SerialProgramming) thông qua 2 chân

Watchdog Timer với bộ dao động trong

Chức năng bảo mật

Chế độ sleep

Hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau

Tổng quan về 8051

Hình 2.12 vi điều khiển 8051

8051 là vi điều khiển đầu tiên của họ VĐK MCS51 được Intel

sản xuất vào năm 1980 Một số tính năng cơ bản của họ:

– CPU 8 bit được thiết kế tối ưu cho các ứng dụng điều khiển

– Có khả năng xử lý các bit logic

– Không gian bộ nhớ chương trình 64KB

– Không gian bộ nhớ dữ liệu 64KB

– Tích hợp 4KB bộ nhớ chương trình, 128 byte RAM trên chip

– có 32 đường vào ra 2 chiều có thể định địa chỉ đến từng bit

– Tích hợp 2 timer 16 bit

– Tích hợp UART song công (Universal Asynchronous Receiver

Transmitter)

– Cấu trúc ngắt với 6 nguồn/5 vector ở 2 mức khác nhau

– Tích hợp mạch dao động trên chip

2.3.4 Mạch công suất

Mạch công suất sử dụng IC cầu LM298

IC LM298: là mạch tích hợp đơn chip có kiểu vỏ công suất 15 chân(multiwatt15) và PowerSO20 (linh kiện dán công suất) Là IC mạch cầu đôi(dual full-bridge) có khả năng hoạt động ở điện thế cao, dòng cao Nó được thiết

kế tương thích chuẩn TTL và lái tải cảm kháng như relay, cuộn solenoid, động

cơ DC và động cơ bước Nó có 2 chân enable (cho phép) để cho phép hoặckhông cho phép IC hoạt động, độc lập với các chân tín hiệu vào Cực phát(Emitter) của transistor dưới của mỗi mạch cầu được nối với nhau và nối ra chânngoài để nối điện trở cảm ứng dòng khi cần Nó có thêm một chân cấp nguồngiúp mạch logic có thể hoạt động ở điện thế thấp hơn

4 6 VS Chân cấp nguồn cho tằng công suất Cầu có

một tụ điện không cảm kháng 100nF nốigiữa chân này với chân GND

9 12 VSS Chân cấp nguồn cho khối logic cần có thêm

điện 100nF nối giữa chân này với GND10;12 13;15 Input 3;

Mô hình hóa hệ thống cơ khí

Từ các phần tổng quan về máy gieo hạt bán tự động nhóm dùng phần mềmSolidworks để thiết kế các chi tiết cho robot Việc thiết kế 3D trên phần mềm

mô phỏng giúp cho nhóm có thể hình dung được tốt hơn về kết cấu tổng quancủa máy và giúp cho nhóm có thể định hướng được phần thi công sau này

Hình 3.1 Mô hình hóa hệ thống cơ khí

Cơ cấu bánh xe

Hình 3.2 Cơ cấu chi bánh xe

Để phù hợp yêu cầu thiết kế đơn giản thuận tiện và tiết kiệm chi phí bánh

xe được chọn là bánh xe đạp được bán rộng rãi trên thị trường thuận tiện choviệc mua lắp đặt và sửa chữa và thay thế

Part giữ encoder : điểm đặc biệt của part gắn encoder này là thiết kế thêm

lò xo để tránh tình trạng encoder bị gắn quá chặt vào bánh xe gây hỏng encoder,

và khó kăn trong việc đi lại

Encoder

3.2.2 Mô phỏng hệ thống điều khiển.

Nhóm sử dụng phần mềm mô phỏng Proteus để mô phổng hệ thống điềukhiển của máy

Hình 3.3 Mô phỏng mạch điều khiển chính

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ HỆ THỐNG 4.1 Thiết kế hệ thống

4.1.1 Thiết kế hệ thống cơ khí

4.1.1.1 Yêu cầu hệ thống

- Thiết kế hệ thống cơ khí cần phải nhỏ gọn, chính xác, dễ chế tạo, có tínhthẩm mỹ cao

- Các cơ cấu phải vững chắc, được tối ưu để giảm trọng lượng cho máy

- Các mối lắp ghép giữa các cơ cấu cũng như động cơ phải đạt độ chắcchắn

- Tiếng ồn phải nhỏ khi di chuyển

4.1.1.2 Thiết kê hệ thống cơ khí

Phương Pháp Gia Công