Thiết kế hệ thống phân loại rác sử dụng UHF RFID

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế sản phẩm điện tử phân loại rác thải sử dụng RFID Giáo viên hướng dẫn: Nhóm số: 01 Sinh viên thực hiện: Hà Nội-2021 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Hà Nội-2021 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: ME6061.2 Khóa: Tên nhóm: N01 Họ tên thành viên: II Nội dung học tập Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm điện tử phân loại rác thải sử dụng RFID Hoạt động sinh viên - Thiết lập danh sách yêu cầu Nội dung 2: Thiết kế sơ - Xác định vấn đề - Thiết lập cấu trúc chức - Phát triển cấu trúc làm việc - Lựa chọn cấu trúc làm việc Nội dung 3: Thiết kế cụ thể - Xây dựng bước thiết kế cụ thể - Tích hợp hệ thống - Phác thảo sản phẩm phần mềm CAD và/hoặc vẽ phác Áp dụng cơng cụ hỗ trợ: Mơ hình hóa mô phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản phẩm Sản phẩm nghiên cứu : Báo cáo thu hoạch tập lớn III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành tập lớn theo thời gian quy định (từ ngày 25/03/2021 đến ngày 02/05/2021) Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống điện tử tài liệu tham khảo Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính KHOA CƠ KHÍ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Giáo viên hướng dẫn ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Giáo viên chấm phản biện LỜI NÓI ĐẦU Quản lý chất thải yêu cầu quan trọng phát triển bền vững mặt sinh thái nhiều quốc gia Phân loại rác hiệu vấn đề lớn xã hội ngày Ở Việt Nam, thị trường hàng tiêu dùng dẫn đến việc sản xuất chất thải ngày gia tăng Nguyên nhân phần hành vi người tiêu dùng Nghịch lý thay, người tiêu dùng lại thờ với việc bảo vệ mơi trường Vì vậy, chất thải cần xử lý cách để làm giảm tác động xấu tới môi trường Nhận dạng tần số vơ tuyến (RFID) cơng nghệ điện tốn phổ biến sử dụng để cải thiện việc quản lý chất thải cách cung cấp khả nhận dạng tự động sớm chất thải cấp thùng Chất thải theo dõi thùng thông minh sử dụng hệ thống dựa RFID mà không cần hỗ trợ hệ thống thông tin bên ngồi Thơng qua đề tài nhóm em có nhứng điều kiện tốt để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu bỏ sung vào hành trang đướng chọn Nhận thức tầm quan trọng chúng em làm việc nghiêm túc vận dụng kiến thức sẵn có thân, đóng góp ý kiến bạn bè đặc biệt hướng dẫn thầy Nguyễn Văn Trường để hồn thành tập lớn Trong q trình thực đề tài có nhiều sai sót hi vọng quý thầy cô thông cảm giạy cho chúng em, xin chân thành cảm ơm quý thầy cô MỤC LỤC Lời nói đầu DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU 11 DANH MỤC CÔNG THỨC 12 Chương phân tích nhiệm vụ thiết kế 13 1.1 yêu cầu thị trường, công ty, môi trường 13 1.1.2 Nhu cầu thị trường 13 1.1.3 Tìm kiếm hình thành ý tưởng 15 1.1.4 Khảo sát thị trường 20 1.2 Cấu tạo chung hệ thống phân loại sản phẩm 21 1.2.1 Phễu nguyên liệu 22 1.2.2 Bộ phận điều hướng rác thải 22 1.2.3 Vỏ thùng rác 23 1.2.1 Thiết bị đọc 24 1.2.2 Cụm thiết bị điều khiển 25 1.2.6 Thiết bị xử lý trung tâm 25 1.3 Lập kế hoạch làm rõ nhiệm vụ 27 1.4 thiết lập danh sách yêu cầu 28 Chương Thiết kế sơ 31 2.1 xác định vấn đề 31 2.1.1 Các vấn đề ảnh hường trực tiếp đến chức ràng buộc cần thiết 31 2.1.2 Khái quát cho liệu định tính vấn đề 31 2.1.3 Hình thành vấn đề 31 2.2 thiết lập cấu trúc chức 32 2.2.1 Cấu trúc tổng thể hệ thống 32 2.2.2 Cấu trúc chức hệ thống 32 2.3 Phát triển cấu trúc làm việc 33 2.4 lựa chọn cấu trúc làm việc 34 2.4.1 Đánh giá định tính 34 Chương thiết kế cụ thể 36 3.1 Nhận diện phương án làm rõ ràng buộc không gian 36 3.1.1 Bắt đầu với giải pháp nguyên tắc danh sách yêu cầu 36 3.1.2 Xác định điều kiện biên không gian cưỡng bước thiết kế cụ thể 37 3.2 Xác lập layout thô - xác định phận thực chức 38 3.3 Lựa chọn layout sơ phù hợp 39 3.4 Phát triển layout sơ 40 3.4.1 Phần phễu 40 3.4.2 Phần vỏ 40 3.4.3 Thiết bị đọc RFID 42 3.4.4 Thẻ đọc RFID 43 3.4.5 Trục nối với cấu phân loại rác 45 3.4.6 Động bước 45 3.4.7 Sơ đồ nối dây tổng thể 46 3.5 Giải pháp cho chức phụ trợ 47 3.6 Một số lỗi điều hành xảy 49 3.7 Thiết kế chi tiết 50 3.7.1 3.7.2 3.7.3 3.7.4 3.7.5 Phần phễu 50 Phần phân loại rác 50 Khung 51 Phần phân loại rác 51 Cấu trúc khung tổng thể 52 Phụ lục 53 Tài liệu tham khảo 53 BẢN vẽ Hình chiếu chi tiết 54 vẽ phân rã 58 Sơ đồ nối dây chi tiết 59 Câu hỏi khảo sát 63 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Phân bố lượng rác nước ngày 13 Hình Biện pháp xử lý rác thải 14 Hình Mức giá trung bình loại cảm biến IoT (Đơn vị: USD) 16 Hình Thị trường quản lý rác thải thông minh – Tỷ lệ tăng trưởng theo vùng 17 Hình Các nhà sản xuất khác thị trường 18 Hình 6: Khảo sát thị trường 20 Hình Sơ đồ tổng quát hoạt động máy phân loại rác sử dụng công nghệ RFID 21 Hình Phễu cấp nguyên liệu .22 Hình Bộ phận điều hướng rác thải 22 Hình 10 Vỏ thùng rác 23 Hình 12 UHF RFID Short Range Reader 0-30CM 24 Hình 13 Cụm điều khiển 25 Hình 14 STM32F4 Discovery 26 Hình 15 Cấu trục tổng thể 32 Hình 16 Cấu trúc chức hệ thống 32 Hình 17 Đánh giá kĩ thuật concept 35 Hình 18 Phễu rót 40 Hình 19 Kích thước phần vỏ 40 Hình 20 Kích thước phần vỏ 41 Hình 21 Phần vỏ 41 Hình 22 Phần nắp .42 Hình 23 Thơng số RFID UHF 43 Hình 24 UHF tag ALIEN ALN-9640 44 Hình 25 Chi tiết sản phẩm 44 Hình 26 Sơ đồ tổng thể 46 Hình 27 Bản vẽ chi tiết phễu nguyên liệu 50 Hình 28 Bản vẽ chi tiết phận phân loại rác 50 Hình 29 Bản vẽ chi tiết máng trượt 51 Hình 30 Bản vẽ chi tiết khung nắp 51 Hình 31 Bản vẽ khung thiết kế 52 Hình 32 Bản vẽ chi tiết khung máy 54 Hình 33 Bản vẽ chi tiết cửa .55 Hình 34 Bản vẽ chi tiết cấu phân loại rác 56 Hình 35 Bản vẽ chi tiết phễu .57 Hình 36 Bản vẽ phân rã 58 Hình 37 Sơ đồ nối dây cảm biến tiệm cận 59 Hình 38 Sơ đồ nối dây UHF RFID 60 Hình 39 Sơ đồ nối dây Step motor 61 Hình 40 Sơ đồ nối dây hình 62 10 3.7 THIẾT KẾ CHI TIẾT 3.7.1 Phần phễu Hình 26 Bản vẽ chi tiết phễu nguyên liệu 3.7.2 Phần phân loại rác Hình 27 Bản vẽ chi tiết phận phân loại rác 50 3.7.3 Khung Hình 28 Bản vẽ chi tiết máng trượt 3.7.4 Phần phân loại rác Hình 29 Bản vẽ chi tiết khung nắp 51 3.7.5 Cấu trúc khung tổng thể Hình 30 Bản vẽ khung thiết kế 52 PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ môn Cơ điện tử, Đề cương giảng môn thiết kế hệ thống điện tử, ĐHCNHN [2] Robert H Bishop (2007), The mechatronics handbook điện tử, NXB đại học quốc gia Hà Nội [3] G Pahl, W Beitz (2008), Engineering design, Springer [4] Matchett, E., 1963 The Controlled Evolution of Engineering Design, Institution of Engineering Designers, London [5] Matousek, R., 1963 Engineering Design: A Systematic Approach, Blackie, London 53 BẢN VẼ HÌNH CHIẾU CÁC CHI TIẾT Bản vẽ khung Hình 31 Bản vẽ chi tiết khung máy 54 Bản vẽ cửa Hình 32 Bản vẽ chi tiết cửa 55 Bản vẽ phận chuyển hướng rác Hình 33 Bản vẽ chi tiết cấu phân loại rác 56 Bản vẽ phễu Hình 34 Bản vẽ chi tiết phễu 57 BẢN VẼ PHÂN RÃ Hình 35 Bản vẽ phân rã 58 SƠ ĐỒ NỐI DÂY CHI TIẾT Sơ đồ nối dây cảm biến tiệm cận Hình 36 Sơ đồ nối dây cảm biến tiệm cận 59 Sơ đồ nối dây UHF RFID Hình 37 Sơ đồ nối dây UHF RFID 60 Sơ đồ nối dây động Step Hình 38 Sơ đồ nối dây Step motor 61 Sơ đồ nối dây hình hiển thị Hình 39 Sơ đồ nối dây hình 62 CÂU HỎI KHẢO SÁT • Nơi sinh sống bạn a Thành thị b Nơng thơn • Lượng rác thải trung bìnnh gia đình ngày a 4 Kg • Gia đình bạn có phân loại rác khơng? a Có b Khơng • Nhu cầu phân loại rác gia đình bạn? a Cần thiết b Khơng cần thiết c Bình thường • Những thiết bị phân loại rác đủ làm bạn hài long chưa a Chưa đủ b Đủ c Dư thừa • Bạn quan tâm đến tiêu chí cho máy phân loại rác thải tự động a Kiểu dáng b Màu sắc c Chức d Độ an toàn e Năng suất 63 f Tuổi thọ g Bảo trì h Tiếng ồn i Giá thành • Giá thành bạn cho hợp lý với máy phân loại rác thải tự động a