3.1.1- Lựa chọn động cơ hệ thống băng tải
Thông số đầu vào:
- Tổng khối lượng hàng trên băng chuyền: 0.8kg (khối lượng lớn nhất của mỗi
sản phẩm)
- Khối lượng của dây belt là 0.3 Kg
=> Tải trọng của băng tải là
W= 0,8 + 0,3 = 1,1 (kg) Hệ số ma sát: µ = 0.15
Hệ số ma sát pully:
Hệ số ma sát hộp giảm tốc:
Đường kính sơ bộ của pully là D = 0,03 (m) Tốc độ vòng quay pully:
Tốc độ vòng quay hộp số:
Tính mômen xoắn động cơ.
Momen đầu pully:
Momen đầu hộp số: Với u là tỷ số truyền.
56
Như vậy với một số thông số như: Momen hộp số:
Tốc độ vòng quay hộp số:
Ta chọn được động cơ giảm tốc JGB37-3530
Với thông số kỹ thuật sau:
- Điện áp định mức: 12V
- Tốc độ quay 66 vòng/phút
- Lực kéo: 0.5N.m
Động cơ giảm tốc JGB37-520 12V 66rpm, các bánh răng trong hộp số đều làm
bằng kim loại, chổi than có độ bền tốt. Với mô-men xoắn cao và tiếng ồn thấp, có thể nói đây là một động cơ có hướng đặc biệt tốt, có thể làm tốt công việc của bạn cho dù nó được sử dụng trên robot hoặc các sản phẩm khác.
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động: từ 6V đến 15V
- Điện áp định mức: 12V
- Tốc độ chạy không tải ở 12V: 66 RPM
- Dòng điện không tải ở 12V: 60 mA
- Mô-men xoắn ở 12V: 5 kg.cm - Tỷ lệ bánh răng: 1:90 - Kích thước hộp số: 24mm - Trọng lượng: 158g 57 download by : skknchat@gmail.com
SƠ ĐỒ ĐỘNG CƠ GIẢM TỐC JGB37-520
Hình 3.28- Kích thước động cơ
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động:
- Gồm có 3 phần chính stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và phần chỉnh lưu
(chổi than và cổ góp).
- Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh
cửu, hay nam châm điện.
- Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều.
- Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển
động quay của rotor là liên tục.
58
Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor.
Pha 2: Rotor tiếp tục quay
Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1
Hình 3.29- Nguyên lý hoạt động phần cảm và phần ứng 3.2- Tính toán bộ truyền băng tải dây belt
a- Tính toán thông số cơ bản
Thông số đầu vào:
Công suất, kW;
Số vòng quay , vg/ph; Tỷ số truyền u
59
Hình 3.30- Động cơ giảm tốc JGB37-520
Với một số thông số cơ bản như sau:
- Điện áp định mức: 12V
- Tốc độ quay 66 vòng/phút
- Lực kéo: 0.5N.m
Theo [giáo trình chi tiết máy], trang 122
1. Chọn vật liệu đai tùy theo điều kiện làm việc.
2. Định đường kính pully chủ động theo công thức:
trong đó:
- công suất tính bằng kW;
- số vòng quay tính bằng vg/ph.
Ta có: đường kính bánh đai nhỏ sơ bộ
Hoặc có thể tìm theo mômen xoắn (đơn vị Nmm): Ta có:
60
Chọn theo tiêu chuẩn: 30,40, 45, 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 225, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000.
Chọn
3. Tính vận tốc đai và kiểm tra có phù hợp không. Nếu không thì thay đổi đường kính
bánh đai nhỏ:
4. Chọn hệ số trượt tương đối ξ . Với
Mong muốn tỷ số truyền u = 1
Sau đó tính theo công thức và chọn theo tiêu chuẩn như . Tính chính xác tỉ số truyền u theo công thức:
Chênh lệch tỉ số truyền so với giá trị ban đầu không vượt quá 3%. Theo dãy tiêu chuẩn.
Chọn
Vậy tỉ số truyền u = 1,02
5. Chọn khoảng cách trục a theo điều kiện:
15 (m) ≥ a ≥ 1,5 *( + ) trường hợp bộ truyền đai hở 15 (m) ≥ a ≥ ( + ) trường hợp bộ truyền có bánh căng đai. Ta có :
15m ≥ a ≥ 1,5 *( + ) = 90 (mm)
Chọn khoảng cách hai trục là 390 mm 61
6. Chiều dài Lmin của đai được chọn theo điều kiện giới hạn số vòng chạy của đai
trong một giây:
(trường hợp bộ truyền đai hở)
(trường hợp bộ truyền có bánh căng đai).
7. Sau khi chọn a, ta tính chiều dài L dây đai theo công thức:
Để nối đai ta tăng chiều dài đai L lên một khoảng 100 ÷ 400 mm để nối đai.
Suy ra L = 874,2 + 100 = 974,2 (mm).
Thỏa mãn điều kiện .
8. Tính góc ôm đai của bánh đai nhỏ theo công thức:
(rad) (rad)
Khi cần thiết tăng góc ôm đai thì ta tăng khoảng cách trục a hoặc sử dụng bánh căng đai.
Vậy góc ôm đai
b- Tính toán năng suất của hệ thống phân loại sản phẩm
Động cơ giảm tốc JGB37 có thông số với số vòng quay là 66 vòng/ phút. Động cơ được cho chạy với công suất tối đa.
Vận tốc băng tải được tính theo công thức sau: Với: ;
Yêu cầu của đề bài: Phân loại 720 sản phẩm/giờ = 12 sản phẩm/phút
62
Tức là 5 giây sẽ phân loại được 1 sản phẩm. Sau 5 giây, phôi đầu tiên đi được quãng đường là:
0,022.5 = 0,110m = 110 mm
Theo mô hình thiết kế, khi đi được quang đường này, sản phẩm đầu tiên đã đến điểm phân loại đầu tiên. Vì vậy, nếu cứ sau 5 giây thả 1 sản phẩm lên băng tải ở vị trí đầu tiên thì thoả mãn năng suất đề ra.
3.3- Các linh kiện và kết cấu mạch điều khiển3.3.1- Kit điều khiển Arduino Nano 3.3.1- Kit điều khiển Arduino Nano
Arduino được khởi động vào năm 2005 như là một dự án dành cho sinh viên trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) tại Ivrea, Italy. Cái tên "Arduino" đến từ một quán bar tại Ivrea, nơi một vài nhà sáng lập của dự án này thường xuyên gặp mặt.
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng. Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung trên một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân. Và
63
Wiring lại là một biến thể của C/C++. Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++.
Sau khi nền tảng Wiring hoàn thành, các nhà nghiên cứu đã làm việc với nhau để giúp nó nhẹ hơn, rẻ hơn, và khả dụng đối với cộng đồng mã nguồn mở. một trong số các nhà nghiên cứu là David Cuarlielles, đã phổ biến ý tưởng này.
Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành.
Thông tin thiết kế phần cứng được cung cấp công khai để những ai muốn tự làm một mạch Arduino bằng tay có thể tự mình thực hiện được (mã nguồn mở). Người ta ước tính khoảng giữa năm 2011 có trên 300 ngàn mạch Arduino chính thức đã được sản xuất thương mại, và vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn mạch chính thức đã được đưa tới tay người dùng.
Phần cứng Arduino gốc được sản xuất bởi công ty Italy tên là Smart Projects. Một vài board dẫn xuất từ Arduino cũng được thiết kế bởi công ty của Mỹ tên là SparkFun Electronics. Nhiều phiên bản của Arduino cũng đã được sản xuất phù hợp cho nhiều mục đích sử dụng:
64
Hình 3.31- Những phiên bản Arduino
Board Arduino Nano là một trong những phiên bản nhỏ gọn của board Arduino. Arduino Nano có đầy đủ các chức năng và chương trình có trên Arduino Uno do cùng sử dụng MCU ATmega328P. Nhờ việc sử dụng IC dán của ATmega328P thay
vì IC chân cắm nên Arduino Nano có thêm 2 chân Analog so với Arduino Uno.
Arduino Nano được kết nối với máy tính qua cổng Mini USB và sử dụng chip
CH340 để chuyển đổi USB sang UART thay vì dùng chip ATmega16U2 để giả lập
cổng COM như trên Arduino Uno hay Arduino Mega, nhờ vậy giá thành 65
sản phẩm được giảm mà vẫn giữ nguyên được tính năng, giúp Arduino giao tiếp được với máy tính, từ đó thực hiện việc lập trình.
Hình 3.32- Arduino Nano
66
Hình 3.33- Arduino Nano Pinout Thông Số Kỹ Thuật - - - - - - - - - - - - - - - - - IC chính: ATmega328P
IC nạp và giao tiếp UART: CH340 Điện áp hoạt động: 5V – DC
Điện áp đầu vào khuyên dùng: 7-12V – DC Điện áp đầu vào giới hạn: 6-20V – DC
Số chân Digital I/O: 14 (trong đó có 6 chân PWM)
Số chân Analog: 8 (độ phân giải 10bit, nhiều hơn Arduino Uno 2 chân) Dòng tiêu thụ: 30mA
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 40mA Dòng ra tối đa (5V): 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V):50 mA
Bộ nhớ flash : 32KB với 2KB dùng bởi bootloader SRAM: 2KB
EEPROM: 1KB Xung nhịp: 16MHz
Kích thước: 0.73" x 1.70" (1.85cm x 4.3cm) Trọng lượng: 5g
Cổng kết nối với Arduino Nano
Khác với Arduino Nano sử dụng cổng USB Type B, Nano lại sử dụng một cổng nhỏ hơn có tên là mini USB. Vì sử dụng cổng này nên kích thước board (vê chiều cao) cũng giảm đi khá nhiều, ngoài ra bạn có thể lập trình thẳng trực tiếp cho Nano từ máy tính .
Lập trình cho Arduino
67
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng. Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng. Và Wiring là một biến thể của C/C++. Một số người gọi đó là Wiring một số khác thì gọi là C hay C++.
Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này đã cung cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình cho Arduino được gọi là Arduino IDE như hình bên dưới.
Hình 3.34- Giao diện lập trình cho Arduino
68
3.3.2- Cảm biến hồng ngoại
Hình 3.35- Cảm biến hống ngoại
Hình 3.36- Sơ đồ cảm biến hống ngoại
Tính năng:
Module Thu Phát Hồng Ngoại V1 là một loại cảm biến thông dụng được dùng rất nhiều trong các hệ thống cửa tự động thông minh, cảm biến an toàn của cổng tự
69
động cũng như barrie tự động, cổng co giãn inox tự động đó là cảm biến phát hiện vật cản hồng ngoại hay cảm biến IR (IR detector).
Ứng dụng:
- Cửa tự động thông minh, bộ chống trộm, phát hiện vật cản, đếm sản phẩm,
đếm số lượng người,...
Thông số kỹ thuật:
- Module phát hiện vật cản trong khoảng cách từ 2 - 30cm
- Góc phát hiện: 35°
- Khi phát hiện vật cản, tín hiệu đầu ra OUT ở mức thấp và đèn led màu xanh
sáng.
- Có thể điều chỉnh khoảng cách bằng biến trở. Chỉnh chiết áp để tăng khoảng
cách theo chiều kim đồng hồ, và ngược lại để giảm khoảng cách.
- Cổng ra OUT có thể điều khiển trực tiếp 1 Rơ le 5V hoặc cổng IO của
MCU.
- Điện áp cung cấp: 3 - 5V DC.
- Dòng điện tiêu thụ: 23 mA (3,3V), 43 mA (5V)
Nguyên lý hoạt động:
Module Thu Phát Hồng Ngoại V1 được tích hợp bộ phát hồng ngoại và bộ thu hồng ngoại. Bộ phát hồng ngoại là một diode phát sáng (LED) phát ra các tia hồng ngoại. Do đó, chúng được gọi là IR LED. Mặc dù LED IR trông giống như một đèn LED bình thường, bức xạ phát ra từ IR LED là sóng hồng ngoại nên con người không thể nhìn thấy bằng mắt thường được.
Bộ thu hồng ngoại cũng được gọi là cảm biến hồng ngoại khi chúng phát hiện các tia từ bộ phát hồng ngoại. Bộ thu hồng ngoại có dạng photodiode và phototransistors. Photodiode hồng ngoại khác với điốt thông thường vì chúng chỉ phát hiện ra bức xạ hồng ngoại. Khi led phát hồng ngoại phát ra bức xạ, nó đến được vật thể và một số bức xạ phản xạ lại led thu hồng ngoại. Dựa trên cường độ
70
thu của led thu hồng ngoại, đầu ra của cảm biến sẽ được xác định là mức cao hoặc thấp.
3.3.3- Màn hình LCD 16x2
Màn hình text LCD2004 xanh dương sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 4 dòng với mỗi dòng 20 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu và dễ sử dụng. - - - Điện áp hoạt động là 5 V. Kích thước: 98 x 60 x 13.5 mm Chữ đen, nền xanh lá
- Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với
Breadboard.
- Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi
dây điện.
- Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử
dụng ít điện năng hơn.
- Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu
- Có bộ ký tự được xây dựng hổ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật, xem thêm
HD44780 datasheet để biết thêm chi tiết.
Hình 3.37- Màn hình LCD
71
Chân Ký hiệu 1 VSS 2 VCC 3 VEE 4 RS 5 R/W 6 E 7 DB0 8 DB1 9 DB2 10 DB3 11 DB4 12 DB5 13 DB6 14 DB7 15 A 16 K đọc/viết dữ liệu
Chân truyền dữ liệu 8 bit: DB0DB7
Cực dương led nền 0V đến 5V
Cực âm led nền 0V
3.3.4- Chiết áp đơn 10K
Chiết áp đơn thực chất là một điện trở có núm xoay kết nối vào thanh quét để tạo ra hai phần có giá trị điện trở thay đổi theo vị trí thanh quét, núm xoay được bố trí phía trước mặt điện trở cho người sử dụng điều chỉnh. Với công suất 2W chiết áp phù hợp với nhiều sản phẩm điện tử.
download by : skknchat@gma
Hình 3.38- Chiết Áp Đơn 10K Thông Số Kỹ Thuật: - Model: 10K Ohm - Đường kính trục: 6mm - Chiều dài trục: 15mm - Sai số: 10% - Nhiệt độ hoạt động: -55 độ C – 125 độ C
- Công suất của triết áp đơn: 2W
- Loại: Đơn, 3 chân
- Loại điều chỉnh: tuyến tính.
73
3.3.5- Mạch công suất MOSFET IRF840
IRF840 là MOSFET kênh N được đóng gói TO-220. Nó được thiết kế cho các ứng dụng điện áp cao lên đến 500V với khả năng chuyển mạch tốc độ cao. Nó có thể được sử dụng cho cả mục đích công tắc và khuếch đại. Là một công tắc, nó có thể điều khiển tải tối đa 8A và tải lên tới 30A ở chế độ xung. Thiết bị có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện áp cao như nguồn điện, bộ điều khiển động cơ, UPS, … Ngoài ra IRF840 cũng có thể được kết nối và điều khiển trực tiếp với đầu ra của mạch tích hợp.
Công suất tiêu tán tối đa là 125W do đó nó cũng có thể được sử dụng trong các mạch khuếch đại âm thanh.
Hình 3.39- MOSFET IRF840
Tính năng / Thông số kỹ thuật:
- - - - - -
Loại gói: TO-220 Loại transistor: Kênh N
Điện áp tối đa từ cực máng đến cực nguồn: 500V
Điện áp tối đa từ cực cổng đến cực nguồn phải là: ± 20V Dòng cực máng liên tục tối đalà: 8A
Dòng cực máng xung tối đa là: 32A
74
- - -
Công suất tiêu tán tối đa là: 125W
Điện áp tối thiểu cần thiết để dẫn: 2V đến 4V
Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -55 đến +150 độ C. Sơ đồ chân:
Hướng IRF840 phía trước mặt thì sơ đồ chân theo thứ tự từ trái qua phải lần lượt là chân cổng G, chân máng D, chân nguồn S.
Hình 3.40- Sơ đồ chân IRF840 3.3.6- Xy lanh khí nén
Là một thiết bị trong hệ thống khí nén. Nó đóng vai trò chấp hành quan