(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế và thi công bồn rửa dùng sóng siêu âm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG BỒN RỬA DÙNG SĨNG SIÊU ÂM GVHD: HÀ A THỒI SVTH: NGUYỄN PHÚ CƯỜNG MSSV:16341004 SVTH: NGUYỄN LỘC DƯƠNG MSSV:16341007 SKL006510 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỒN RỬA DÙNG SÓNG SIÊU ÂM GVHD: KS Hà A Thồi SVTH: Nguyễn Phú Cƣờng 16341004 Nguyễn Lộc Dƣơng 16341007 TP HỒ CHÍ MINH – 1/2018 TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHƯC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH Tp HCM, ngày 30 tháng năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG BỒN RỬA DÙNG SĨNG SIÊU ÂM II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: Bồn rửa siêu âm có dung tích lít, sử dụng biến tử phát sóng siêu âm với tần số 40Khz, công suất 60W Nội dung thực hiện: - Nghiên cứu sở lý thuyết, nguyên tắc tạo sóng siêu âm, khảo sát máy rửa thực tế có thị trƣờng - Tìm hiểu loại cảm biến tử siêu âm, mạch công suất mạch tạo xung, mạch nguồn, bồn rửa - Thiết kế mạch tạo xung, mạch công suất, mạch nguồn, mạch điều khiển - Thi công mạch (điều khiển, mạch nguồn, công suất), thi công phần khung cho bồn rửa - Lắp ráp, vận hành hệ thống kiểm tra thông số - Chạy thử, sửa lỗi phần cứng phần mềm - Cân chỉnh hệ thống - Viết báo cáo - Báo cáo đề tài tốt nghiệp ii III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 1/2018 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: GV Hà A Thồi iii TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT Khoa Điện - Điện Tử Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh CÁN BỘ HƢỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: NGUYỄN LỘC DƢƠNG Lớp:163410A Họ tên sinh viên 2: NGUYỄN PHÚ CƢỜNG Lớp:163410A Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỒN RỬA Tuần Thi công mạch (điều khiển, mạch nguồn, công suất), 8-11 thi công phần khung cho bồn rửa 12 Lắp ráp, vận hành hệ thống kiểm tra thông số 13 Chạy thử, sửa lỗi phần cứng phần mềm 16 Nộp báo cáo, gặp giáo viên phản biện GV HƢỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) v LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu trƣớc khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trƣớc Ngƣời thực đề tài Nguyễn Lộc Dƣơng Nguyễn Phú Cƣờng vi LỜI CẢM ƠN Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Hà A Thồi - Giảng viên môn Điện tử công nghiệp – y sinh trực tiếp hƣớng dẫn tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài Em xin gởi lời chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện-Điện Tử tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đề tài Em gửi lời đồng cảm ơn đến bạn lớp 163410A chia sẻ trao đổi kiến thức nhƣ kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài Cảm ơn đến cha mẹ động viên chúng cố gắng Xin chân thành cảm ơn! Ngƣời thực đề tài Nguyễn Lộc Dƣơng Nguyễn Phú Cƣờng vii MỤC LỤC TRANG BÌA i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv LỜI CAM ĐOAN .vi LỜI CẢM ƠN vii MỤC LỤC viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ xi LIỆT KÊ BẢNG xiii TÓM TẮT xiv Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn 1.5 Bố cục Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT .4 2.1 Tổng quan lý thuyết sóng siêu âm 2.1.1 Bản chất đặc điểm sóng siêu âm 2.1.2 Các thơng số đặc trƣng sóng siêu âm 2.1.3 Sự xạ, phản xạ, hấp thụ sóng siêu âm 2.2 Biến tử siêu âm 2.2.1 Vai trò phân loại biến tử siêu âm 2.2.2 Biến tử áp điện 2.3 Giới thiệu phần cứng 10 2.3.1 Module relay 10 2.3.2 Module relay SSR 10 viii 2.3.3 Arduino Mega2560 2.3.4 Màn hình cảm ứng Arduino TFT Shield 2.4 in CHƢƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 4.5.2 Quy trình thao tác Cắm dây nguồn Bật ELCB (đẩy cần gạt lên) Chạm vào Stop cho bồn rửa dừng hoạt động Chọn thời gian nhiệt độ muốn cài đặt (chạm hình cảm ứng LCD) Chạm vào Start cho bồn rửa hoạt động Hình 4.16: Lƣu đồ quy trình vận hành BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Chƣơng KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết Trong q trình làm đề tài nhóm nghiên cứu sử dụng biến tử siêu âm, cách hoạt động mạch cơng suất, biết lập trình board mạch Arduino dùng cảm ứng điều khiển, biết sử dụng phần mềm Altium vẽ mạch công suất 5.2 Nhận xét đánh giá Sản phẩm, mơ hình đạt đƣợc u cầu đặt lúc đầu Mạch công suất tạo điện áp 610VAC gần đạt tới điện áp tính tốn Khi bồn rửa hoạt động, xuất bọt khí bồn, vết bụi bẩn bong khỏi vật cần rửa làm đục nƣớc bồn Hình 5.1: Rửa linh kiện bồn Biến tử siêu âm kêu rung to Đƣa tay vào bồn rửa bị tê nhẹ Nguyên nhân rung động với tần số cao nƣớc Do có hiển thị thời gian nên biết đƣợc thời gian chạy lúc tắt Chạm tay lên thành bồn thấy nóng có cài đặt nhiệt độ Sau rửa chùm chìa khóa bẩn thời gian 10 phút độ chùm chìa khóa đạt đƣợc khoảng 50% BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Hình 5.2: Chùm chìa khóa trƣớc rửa Có số vết bẩn rãnh chìa khóa Hình 5.3: Chùm chìa khóa trình rửa Các chất bẩn làm đục nƣớc bồn Các cặn bẩn thấy đƣợc nƣớc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Hình 5.4: Chùm chìa khóa sau rửa xong Ta thấy khơng cịn vết bẩn rãnh chìa khóa Tuy nhiên, ta thấy chƣa thực hồn tồn Bồn rửa rửa số vật dụng nhƣ mắt kính, linh kiện điện tử, đồng hồ, dụng cụ loại nhỏ… BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Từ nhiệm vụ đặt đề tài nhóm hồn thành đạt đƣợc kết sau:  Thiết kế thi công đƣợc mạch công suất  Lập trình cho mạch điều khiển thực đo xử lý nhiệt độ để tác động điều khiển phận gia nhiệt  Lập trình cho mạch điều khiển xử lý thời gian cài đặt để tác động cho máy rửa hoạt động hay ngƣng hoạt động  Bồn rửa hoạt động nhờ vào biến tử phát sóng siêu âm hoạt động tần số 40KHz mạch công suất cung cấp, thực đƣợc chức sau: Quá trình hoạt động máy đƣợc điều khiển cách chạm hình lựa chọn thời gian nhiệt độ, nút “Start”, “Stop” hình cảm ứng LCD Tuy nhiên đề tài nhóm làm cịn có hạn chế: Chƣa hiểu rõ điều khiển PID code chƣơng trình nên giá trị kp, ki, kd lấy ngẫu nhiên Dẫn đến việc ổn định nhiệt độ không đƣợc xác Các mạch điều khiển, mạch cơng suất đƣợc thiết kế thi công theo module nên không đƣợc gọn kết nối với Do khả thời gian có hạn nên cịn nhiều sai sót đề tài 6.2 Hƣớng phát triển Sau làm xong đồ án bồn rửa dùng sóng siêu âm, nhóm có định hƣớng phát triển đề tài nhƣ: Sử dụng hình cảm ứng lớn để dễ thao tác cài đặt bật tắt hệ thống Thiết kế lại khung chân bố trí lại board mạch cho gọn gàng, có tính thầm mỹ dễ sử dụng cho ngƣời dùng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hà A Thồi, Bài giảng Kỹ thuật siêu âm Tài liệu lƣu hành nội Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM [2] Mai Xuân Sỹ, “Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Việt Nam”, 28/09/2009 [3] PGS.TS Hồng Ngọc Văn, “Giáo trình điện tử công suất”, Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2007 [4] Đinh Hà Trung, “ Thiết kế thi cơng máy rửa dùng sóng siêu âm cơng nghiệp”,Đồ Án Tốt Nghiệp ĐH, Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2017 [5] Quốc Bảo, “Cài đặt driver Arduino IDE”, http://arduino.vn/bai-viet/68-cai-dat-driver- va-arduino-ide, 24/05/2014 [6] Peter Walsh, “Analysis of the eBay ultrasonic power supply”, https://hackaday.io/project / 4689-improve-the-haber-process/log/16986-analysis-of-the-ebay-ultrasonic-power-supply, 26/04/2015 [7] Francois, “Arduino-PID-Library”, https://github.com/br3ttb/Arduino-PID- Library/blob /master/examples/PID_Basic/PID_Basic.ino, 2015 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC PHỤ LỤC Chƣơng trình #include #include #include #include UTFTGLUE myGLCD(0x6767,A2,A1,A3,A4,A0); #define YP A1 #define XM A2 #define YM #define XP #define BLACK #define BLUE #define RED #define GREEN #define CYAN #define MAGENTA #define YELLOW #define WHITE TouchScreen ts = TouchScreen(XP, YP, XM, YM, 300); #define nhiettro 46 #define TS_MINX 150 #define TS_MINY 120 #define TS_MAXX 920 #define TS_MAXY 940 int start=0; unsigned long time1 = 0; unsigned long giatridat = 120; unsigned long nhietdo = 30 ; unsigned long thoigian=0; /******************************************************** * PID Basic Example * Reading analog input to control analog PWM output ********************************************************/ #include #define PIN_INPUT A15 #define PIN_OUTPUT 46 //Define Variables we'll be connecting to double Setpoint, Input, Output; //Specify the links and initial tuning parameters double Kp= 0.02, Ki=0.2, Kd=0; BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint, Kp, Ki, Kd, DIRECT); void setup(void) { myGLCD.InitLCD(); myGLCD.clrScr(); Input = analogRead(PIN_INPUT); myPID.SetMode(AUTOMATIC); Serial.begin(9600); pinMode(nhiettro, OUTPUT); pinMode(53, OUTPUT); pinMode(45, OUTPUT); pinMode(46, OUTPUT); delay(10); //myGLCD.setRotation(3); / myGLCD.setCursor(0,0); myGLCD.setColor(255, 0,0); myGLCD.setTextSize(3); myGLCD.println("Set time (minute)"); ve thoi gian myGLCD.setColor(255, 255, 255); myGLCD.setCursor(20,40); myGLCD.drawRoundRect(10,30,50,80); myGLCD.setTextSize(4) ; myGLCD.println("2"); myGLCD.setCursor(70,40); myGLCD.println("5"); myGLCD.setCursor(110,40); myGLCD.println("10"); myGLCD.setCursor(180,40); myGLCD.println("20"); myGLCD.setCursor(250,40); myGLCD.println("30"); //ve nhiet myGLCD.setCursor(0, 90); myGLCD.setColor(255,0, 0); myGLCD.setTextSize(3); myGLCD.println("Set temp (*C)"); myGLCD.setColor(255, 255, 255); myGLCD.setCursor(20,130); myGLCD.drawRoundRect(15,120,70,170); myGLCD.setTextSize(4); myGLCD.println("30"); myGLCD.setCursor(90,130); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC myGLCD.println("40"); myGLCD.setCursor(160,130); myGLCD.println("50"); myGLCD.setCursor(230,130); myGLCD.println("60"); myGLCD.setBackColor(0,0,0); myGLCD.setColor(255, 0, 0); myGLCD.setTextSize(3); myGLCD.setCursor(20, 190); myGLCD.println("START"); myGLCD.setCursor(130,190); myGLCD.println("STOP"); //ve thoi gian dem nguoc analogWrite(nhiettro, 255); myGLCD.setColor(0,0, 255); myGLCD.drawRoundRect(210,175,310,230); myGLCD.setColor(255, 255, 255); myGLCD.setTextSize(2); myGLCD.setCursor(215,190); myGLCD.println("0"); myGLCD.setCursor(235,190); myGLCD.println("0"); myGLCD.setCursor(255,190); myGLCD.println(":"); myGLCD.setCursor(275,190); myGLCD.println("0"); myGLCD.setCursor(295,190); myGLCD.println("0"); } #define MINPRESSURE 10 #define MAXPRESSURE 1000 void loop() { / a point object holds x y and z coordinates Point p = ts.getPoint(); pinMode(XM, OUTPUT); pinMode(YP, OUTPUT); p.x = map(p.x, TS_MINX, TS_MAXX, 0, 240); p.y = map(p.y, TS_MINY, TS_MAXY, 0, 320); ///////////////////////////////////////////////////// if(start == 1) { BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC int reading = analogRead(PIN_INPUT); float voltage = reading * 5.0 / 1024.0; Input = voltage * 100.0; Serial.print("input"); Serial.println(Input); myPID.Compute(); analogWrite(PIN_OUTPUT, 255-Output); analogWrite(45, Output); Serial.print("Output"); Serial.print(Output); digitalWrite(53, HIGH); if ( (unsigned long) (millis() - time1) > 1000 ) { thoigian++; xuatthoigianramanhinh(thoigian); time1 = millis(); } if(thoigian>giatridat) { digitalWrite(53, LOW); analogWrite(nhiettro, 255 ); analogWrite(45,0); time1 = millis(); start=0; xoakhungbatdau(); xuatthoigianramanhinh(0); } } //////////////////////////////////////////////// if (p.z > ts.pressureThreshhold) { Serial.print("Y = "); Serial.print(p.y); Serial.print("\nX = "); Serial.print(p.x); //2 phut if (p.x > 200 && p.x < 240 && p.y > 70 && p.y < 120) { xoakhungthoigian(); myGLCD.setColor(255,255,255); myGLCD.drawRoundRect(10,30,50,80); giatridat=120; } //5 phut if (p.x > 160 && p.x < 200 && p.y > 70 && p.y < 120) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC { xoakhungthoigian(); myGLCD.setColor(255,255,255); myGLCD.drawRoundRect(60,30,100,80); giatridat=300; } //10 phut if (p.x > 110 && p.x 70 && p.y < 120) { xoakhungthoigian(); myGLCD.setColor(255,255,255); myGLCD.drawRoundRect(110,30,160,80); giatridat=600; } //20 phut if (p.x > 70 && p.x 70 && p.y < 120) { xoakhungthoigian(); myGLCD.setColor(255,255,255); myGLCD.drawRoundRect(170,30,230,80); giatridat=1200; } //30 phut if (p.x > 20 && p.x 70 && p.y < 120) { xoakhungthoigian(); myGLCD.setColor(255,255,255); myGLCD.drawRoundRect(240,30,300,80); giatridat=1800; } / nhiet //30 if (p.x > 190 && p.x 150 && p.y < 200) { xoakhungnhietdo(); myGLCD.setColor(255,255,255); myGLCD.drawRoundRect(15,120,70,170); nhietdo = 30; Setpoint = nhietdo; } //40 if (p.x > 140 && p.x 150 && p.y < 200) { xoakhungnhietdo(); myGLCD.setColor(255,255,255); myGLCD.drawRoundRect(85,120,140,170); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC nhietdo = 40; Setpoint = nhietdo; } //50 if (p.x > 90 && p.x 150 && p.y < 200) { xoakhungnhietdo(); myGLCD.setColor(255,255,255); myGLCD.drawRoundRect(155,120,210,170); nhietdo = 50; Setpoint = nhietdo; } //60 if (p.x > 40 && p.x 150 && p.y < 200) { xoakhungnhietdo(); myGLCD.setColor(255,255,255); myGLCD.drawRoundRect(225,120,280,170); nhietdo = 60; Setpoint = nhietdo; } / start_stop //start if (p.x > 150 && p.x 210 && p.y < 290) { xoakhungbatdau(); myGLCD.setColor(255,255,255); myGLCD.drawRoundRect(10,180,115,220); thoigian=0; start=1; time1 = millis(); } //stop if (p.x > 80 && p.x 210 && p.y < 290) { xoakhungbatdau(); myGLCD.setColor(255,255,255); myGLCD.drawRoundRect(120,180,205,220); start=0; xuatthoigianramanhinh(0); analogWrite(nhiettro, 255); analogWrite(45,0); digitalWrite(53, LOW); } } } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC void xoakhungnhietdo() { myGLCD.setColor(0,0,0); myGLCD.drawRoundRect(15,120,70,170); myGLCD.setColor(0,0,0); myGLCD.drawRoundRect(85,120,140,170); myGLCD.setColor(0,0,0); myGLCD.drawRoundRect(155,120,210,170); myGLCD.setColor(0,0,0); myGLCD.drawRoundRect(225,120,280,170); } void xoakhungbatdau() { myGLCD.setColor(0,0,0); myGLCD.drawRoundRect(10,180,115,220); myGLCD.setColor(0,0,0); myGLCD.drawRoundRect(120,180,205,220); } void xoakhungthoigian() { myGLCD.setColor(0,0,0); myGLCD.drawRoundRect(10,30,50,80); myGLCD.setColor(0,0,0); myGLCD.drawRoundRect(60,30,100,80); myGLCD.setColor(0,0,0); myGLCD.drawRoundRect(110,30,160,80); myGLCD.setColor(0,0,0); myGLCD.drawRoundRect(170,30,230,80); myGLCD.setColor(0,0,0); myGLCD.drawRoundRect(240,30,300,80); } void xuatthoigianramanhinh(unsigned long thoigian) { unsigned long phut; unsigned long giay; phut=thoigian/60; giay=thoigian%60; myGLCD.setColor(255, 255, 255); myGLCD.setTextSize(2); unsigned int hcphut; unsigned int dvphut; unsigned int hcgiay; unsigned int dvgiay; hcphut=phut/10; BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC dvphut=phut%10; hcgiay=giay/10; dvgiay=giay%10; myGLCD.setCursor(215,190); myGLCD.println(String(hcphut)); myGLCD.setCursor(235,190); myGLCD.println(String(dvphut)); myGLCD.setCursor(255,190); myGLCD.println(":"); myGLCD.setCursor(275,190); myGLCD.println(String(hcgiay)); myGLCD.setCursor(295,190); myGLCD.println(String(dvgiay)); } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ... án ? ?thi? ??t kế thi công bồn rửa dùng sóng siêu âm? ?? với mong muốn đạt đƣợc hiệu làm cho đồ dùng 1.2 Mục tiêu - Thi? ??t kế chế tạo bồn rửa sử dụng sóng siêu âm - Thi? ??t kế thi cơng mạch khuếch đại công. .. đề tài thi? ??t kế thi công bồn rửa dùng sóng siêu âm Đề tài gồm: Thi? ??t kế, thi công mạch công suất tạo điện áp tần số cung cấp cho biến tử, biến tử tạo dao động học với tần số 40Khz Thi? ??t kế phần... TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THI? ??T KẾ Chƣơng TÍNH TỐN VÀ THI? ??T KẾ 3.1 Giới thi? ??u Chƣơng trình bày sở lý thuyết sóng siêu âm, cách tạo sóng siêu âm, nguyên lý làm sóng siêu âm,