Thiết kế và thi công mô hình cửa tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH CỬA TỰ ĐỘNG Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: CƠ KHÍ Giảng viên hướng dẫn : Ths Dương Đăng Danh Sinh viên thực : Tống Đức Huân MSSV: 1311030084 Lớp: 13DCT03 TP Hồ Chí Minh, 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài em học hỏi nhiều điều bổ ích từ thầy hướng dẫn thầy khác Sinh viên thực bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Dương Đăng Danh, cương vị người hướng dẫn đề tài thầy Nguyễn Thanh Bình tận tình hướng dẫn tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành tốt đề tài Sinh viên thực xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Kỹ Thuật HUTECH bạn đóng góp ý kiến kinh nghiệm quý báu trình thực đề tài Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 Sinh viên thực Tống Đức Huân TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 Tên Cửa Cửa Sơ đồ cửa Cửa trượt xếp lớp Sơ đồ cửa trượt xếp lớp Cửa trượt Cửa trượt Cửa trượt cong Cửa trượt tự động sử dụng siêu thị Khung mơ hình thực tế Sơ đồ kích thước cánh cửa trái Sơ đồ kích thước cánh cửa phải Sơ đồ kích thước bánh động Sơ đồ lắp ráp cánh cửa Kích thước gá cánh cửa Động DC 24V Động gắn hộp số Sơ đồ nguyên lý hệ thống Cảm biến hồng ngoại thụ động Cảm biến phát ánh sáng hồng ngoại Bộ xạ hồng ngoại Mô hoạt động cảm biến Biến dạng tín hiệu Ngưng tụ ánh sáng Ống kính cảm biến Sơ đồ cảm biến chia nhỏ Sơ đồ chân Arduino Pro mini Mạch Arduino Pro mini Chip AT Mega 328P Relay Giao diện chương trình Arduino IDE Vùng lệnh Phần mềm Altium Giao diện phần mềm Altium Giao diện 3D phần mềm Altium Giao diện vẽ mạch nguyên lý Sơ đồ nguyên lý toàn mạch Mạch in Mạch mô 3D Trang 3 7 11 12 13 14 15 16 17 17 18 19 19 20 21 21 22 22 23 23 24 25 27 30 31 35 36 37 37 38 39 39 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM 3.22 3.23 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 5.1 Mạch mô 3D nhìn từ trái qua Mạch mơ 3D nhìn từ phải qua Bìa sản phẩm Súng bắn keo Dây điện Dao cắt bìa Mica Thực khung mơ hình Thực lắp ráp động điện Thực thi công mạch điều khiển Thực gắn mạch vào động Thực cắm điện chạy thử Cửa không hoạt động khơng có người Cửa hoạt động có người qua Đèn tắt báo hết hành trình Cửa bắt đầu đóng lại Mơ hình hồn chỉnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 40 40 41 41 42 42 42 43 43 44 44 45 46 46 47 48 49 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan loại cửa 1.1.1 Cửa 1.1.2 Cửa trượt xếp lớp 1.1.3 Cửa trượt: 1.2.Giới thiệu đề tài 1.3 Nhiệm vụ thiết kế thi công CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 10 2.1 Các yêu cầu mơ hình cửa tự động: 10 2.1.1 Yêu cầu khí: 10 2.1.2 Mục đích việc thiết kế: .10 2.1.3 Nhiệm vụ bước thiết kế 10 2.2 Giới thiệu chi tiết mơ hình: 11 2.2.1 Khung mơ hình 11 2.2.2 Cánh cửa: 11 2.2.3 Động cơ: 16 CHƯƠNG 3: PHẦN ĐIỀU KHIỂN 18 3.1.u cầu mơ hình: 18 3.2.Sơ đồ khối hệ thống: 18 3.3.Các linh kiện điện tử sử dụng mơ hình 18 3.3.1.Cảm biến 18 3.3.2 Arduino pro mini: 23 3.4 Chương trình điều khiển: 28 3.4.1 Sơ đồ thuật toán 28 3.4.2 Phần mềm viết chương điều khiển arduino 30 3.5 Sơ đồ nguyên lý: 35 3.5.1 Nguyên lý hoạt động mạch : .35 3.5.2 Giới thiệu phần mềm thiết kế sơ đồ: .35 3.5.3 Sơ đồ nguyên lý: .38 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH VÀ THỰC NGHIỆM 41 4.1 Thực mơ hình: 41 4.2 Nguyên lý hoạt động mơ hình 45 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .49 5.1 Kết luận 49 5.2 Hạn chế 50 5.3 Hướng phát triển đề tài .50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Trong xã hội văn minh đại, cửa phận thiếu cơng trình kiến trúc Tuy nhiên loại cửa bình thường (cửa khơng tự động) mà hay dùng lại có nhược điểm gây phiền tối cho người sử dụng, là: cửa thường đóng mở dược có tác động người vào Vì mà dùng cửa thường làm tốn thời gian gây cảm giác ngại cho người sử dụng Việc thiết kế loại cửa tiện ích hơn, đa hơn, phục vụ tốt cho đời sống người thời điểm xã hội ngày đại phát triển tất yếu vơ cần thiết Vì cần thiết kế loại cửa tự động khắc phục tốt nhược điểm cửa thường Mục đích việc thiết kế cửa tự động để tạo loại cửa vừa trì đặc tính cần có cửa, vừa khắc phục nhược điểm lớn loại cửa bình thường Do đó, sử dụng cửa tự động, người dùng hồn tồn khơng phải tác dụng trực tiếp lên cánh cửa mà cửa tự động đóng mở theo ý muốn Với tính này, cửa tự động mang lại thuận lợi lớn cho người sử dụng: Thứ nhất, cửa tự động rõ ràng đem lại cảm giác thoải mái cho người dùng, loại bỏ hoàn toàn cảm giác ngại, khó chịu dùng cửa thường Thứ hai, người dùng cửa bê vác vật (bằng hai tay ) cửa tự động khơng tạo cảm giác thoải mái mà thực giúp người dùng, tạo thuận lợi cho người hoàn thành công việc mà không bị cản trở Thứ ba, sử dụng cửa tự động giúp người dùng đỡ tốn thời gian để đóng mở cửa’ tức tiết kiệm cho họ khoảng tời gian dù nhỏ cần thiết nhịp sống công nghiệp đại ngày Đặc biệt, nơi công cộng, công sở, cửa tự động ngày phát huy ưu điểm Đó cửa tự động giúp cho lưu thơng qua cửa nhanh chóng dễ dàng, giảm va chạm nhiều người sử dụng chung cánh cửa Thêm vào đó, hệ thống máy lạnh dược sử dụng rộng rãi nơi công sở, TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP cơng cộng Nếu ta dùng loại cửa bình thường phải đảm bảo cửa ln đóng khơng co người qua lại để tránh thất thoát lạnh ngồi gây lãng phí Thế điều thực tế lại khó thực ý thức người nơi công cộng khác Do đó, cửa tự động, với tính chất ln đóng khơng có người qua lại đáp ứng tốt u cầu Chính ưu điểm bật cửa tự động mà phải phát triển ứng dụng rộng rãi hơn, đồng thời nghiên cứu để cải tiến nâng cao chất lượng hoạt đ động cửa tự động để ngày đại hơn, tiện ích Để nghiên cứu cách xác cụ thể cửa tự động, cần thiết phải chế tạo mơ hình cửa đóng mở tự động, mơ tả hoạt đọng, hình dáng, cấu tạo cửa tự động Từ mơ hình t quan sát tìm hiểu hoạt động cửa tự động, lường trước khói khăn gặp phải chế tạo cửa tự động thực tế Cũng từ mô hình thấy ưu nhược điểm thiết kế mà từ khắc phục hạn chế, phát huy mạnh thiết kế cánh cửa ưu việt hơn, hoàn thiện cho người TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan loại cửa Hiện có nhiều loại cửa tự động : cửa kéo,cửa đẩy, cửa cuốn, cửa trượt 1.1.1 Cửa Hình 1.1 Cửa Hình 1.2 Cửa TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.3 Sơ đồ cửa Loại cửa có ưu điểm gọn nhẹ tiện dụng dễ sử dụng, lại cần động công suất nhỏ Loại cửa thường dùng cho gara tơ Nó có tính kinh tế cao khơng khó khăn làm loại cửa Nhưng có nhược điểm cửa khơng chắn dễ bị hỏng loại cửa khác TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.17 Giao diện 3D phần mềm Altium Hình 3.18 Giao diện vẽ mạch nguyên lý phần mềm Altium 37 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.5.3 Sơ đồ nguyên lý: Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 38 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.20 Mạch in Hình 3.21 Mạch mơ 3D 39 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.22 Mạch mơ 3D nhìn từ trái qua Hình 3.23 Mạch mơ 3D nhìn từ phải qua 40 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH VÀ THỰC NGHIỆM 4.1 Thực mơ hình: Thực chuẩn bị vật liêu để thi cơng mơ hình gồm loại vật liệu sau: Bìa cứng làm mơ hình Hình 4.1 Bìa sản phẩm Súng bắn keo nến Hình 4.2 Súng bắn keo nến 41 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Dây điện Hình 4.3 Dây điện Dao cắt bìa Hình 4.4 Dao cắt bìa Mica Hình 4.5 Mica 42 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.6 Thực khung mơ hình Hình 4.7 Thực lắp ráp động điện 43 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.8 Thực thi cơng mạch điều khiển Hình 4.9 Thực găn mạch vào động 44 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.10 Cắm điện chạy thử 4.2 Ngun lý hoạt động mơ hình Mơ hình cửa tự động điều khiển arduino pro mini nhận tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại thụ động Khi khơng có người xuất vùng hồng ngoại cảm biến cửa mạch khơng cấp điện cho động nên cửa đóng 45 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.11 Cửa khơng hoạt động khơng có ngưởi Khi có người xuất vùng hồng ngoại cảm biến phát tín hiệu đến mạch điều khiển lúc mạch điều khiển có đèn báo cấp điện vào động để động hoạt động thông qua cấu bánh hoạt động làm cho cửa mở Hình 4.12 Cửa hoạt động có người qua 46 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khi cửa mở đụng cơng tắc hành trình motor dừng lại đèn cửa báo cửa mở tắt Hình 4.13 Đèn tắt để báo hết hành trình Khi cửa đụng cơng tắc hành trình cửa dừng lại giây để người qua Sau giây mạch phát tín hiệu điều khiển động quay theo chiều ngược lại để cửa đóng lại lúc đèn báo cửa đóng lại sáng lên Khi cửa đóng hồn tồn hết hành trình mạch điều khiển động chạy lại ban đầu 47 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.14 Cửa bắt đầu đóng lại Quy trình lặp lặp lại có người qua lại 48 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sau khoảng thời gian 12 tuần nghiên cứu tìm hiểu tài liệu chun mơn, tài liệu tiếng anh, nghiên cứu internet, đồ án anh chị trước ,học hỏi kinh nghiệm người trước đúc kết lại cho sản phẩm cuối Đó kết thời gian dài nổ lực thân thực đề tài hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn Dương Đăng Danh giúp đỡ nhà trường, thầy bạn nên đề tài hồn thành thời hạn Qua trình thực đề tài, nhóm nghiên cứu tự đánh giá phần hạn chế nhiều bổ sung kiến thức hạn hẹp thời gian học trường, sau thời gian làm việc nghiêm túc, nhóm thực đề tài “ Thiết kế thi cơng mơ hình cửa tự động” đạt kết sau, đồng thời nhiều mặt hạn chế cần giải Kết đạt Phần lý thuyết - Học hỏi bổ sung thêm kiên thức lý thuyết thực tế điều khiển Arduino pro mini - Tìm hiểu tổng quan loại cảm biến đặt biệt cảm biến hồng ngoại thụ động - Tìm hiểu nắm lý thuyết cảm biến, biết cách nhận biết, sử dụng phân loại loại động DC thường dùng Phần thực hành - Thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống cửa tự động hình 5.1 Hình 5.1 Mơ hình hồn chỉnh 49 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Biết cách kết nối ngõ vào Arduino - Viết chương trình điều khiển Arduino phần mềm Arduino IDE - Xây dựng mơ hình hệ thống phối hợp phần điện tự động hóa 5.2 Hạn chế đề tài - Trong thời gian cho phép em thực xong yêu cầu đặt Tuy nhiên thời gian thực đề tài có số thiếu sót khó khăn định giới hạn kiến thức chuyên môn kiến thức thực tế, thời gian chi phí nghiên cứu, nên đề tài nhiều sai sót sau: Về phần khí: Thiết kế sơ sài chưa đáp ứng nhu cầu, cần phải học hỏi quan sát nhiều Về phần điều khiển: Độ tin cậy hệ thống chưa cao, tốc độ chậm Chưa có tính thẩm mĩ 5.3 Hướng phát triển đề tài Đây đề tài mang tính thực tiễn cao, yêu cầu sản xuất ngày phát triển: tăng suất, chất lượng, giảm chi phí sản phẩm hệ thống nói chung hệ thống thi cơng nói riêng phải phát triển theo thực tế thời gian làm đồ án, nhóm tìm hiểu sơ lược Để ứng dụng vào thực tiễn cách hiệu nhóm có số hướng phát triển sau:  Cải thiện thêm mơ hình để áp dụng vào thực tế  Cải tiến mơ hình phần cứng, khắc phục lỗi thiết kế nhằm tăng tốc độ sản phẩm Từ kiến thức học làm tảng cho việc phát triển điều khiển hệ thống lớn kết nối với Arduino Cuối xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình, quý báu thầy Dương Đăng Danh thầy cô Trường đại học Công Nghệ TP.HCM, anh chị khóa trước bạn bè lớp bạn anh chị trường Đại học Cơng Nghệ TP.HCM 50 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách: [1] Trịnh Chất-Lê Văn Uyển.Tính tốn hệ dẫn động khí tập 1, Nhà xuất giáo dục [2] Trịnh Chất-Lê Văn Uyển.Tính tốn hệ dẫn động khí tập 2, Nhà xuất giáo dục [3] Lê Đình Phương Vẽ khí dung sai lắp ghép, Giáo trình Hutech [4] Cơ sở lý thuyết mạch điện điện tử - Hồ Văn Sung, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [5] Lập trình điều khiển với Arduino - Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Trang Web: [6] http://arduino.vn/bai-viet/tai-ve-cac-tai-nguyen [7] https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Dev/Arduino/Boards/ProMini16MHzv1.pdf [8] https://www.servo2go.com/category.php?cat=10020&sub=10040 51 ... vụ thi t kế thi cơng - Thi t kế khí - Thi t kế điện - Thi t kế mạch điều khiển TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2: THI T KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 2.1 Các u cầu mơ hình cửa tự. .. cần thi t Vì cần thi t kế loại cửa tự động khắc phục tốt nhược điểm cửa thường Mục đích việc thi t kế cửa tự động để tạo loại cửa vừa trì đặc tính cần có cửa, vừa khắc phục nhược điểm lớn loại cửa. .. loại cửa Hiện có nhiều loại cửa tự động : cửa kéo ,cửa đẩy, cửa cuốn, cửa trượt 1.1.1 Cửa Hình 1.1 Cửa Hình 1.2 Cửa TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.3 Sơ đồ cửa Loại cửa có