3.1.3. Thông số kỹ thuật cơ bản
Thông số kỹ thuật đại diện cho chất lượng và khả năng hoạt động một cách tối ưu nhất của Loadcell:
- Độ chính xác: cho biết phần trăm chính xác trong phép đo. Độ chính xác phụ thuộc tính
- Công suất định mức: giá trị khối lượng lớn nhất mà Loadcell có thể đo được.
- Dài bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà đầu ra Loadcell được bù vào, nếu nằm ngồi
khoảng này, đầu ra khơng được đảm bảo thực hiện theo đúng chi tiết kỹ thuật được đưa ra.
- Cấp bảo vệ: được đánh giá theo thang đo IP ( ví dụ IP65: chống được độ ẩm và bụi). - Điện áp: giá trị điện áp làm việc của Loadcell ( thông thường đưa ra giá trị lớn nhất và
giá trị nhỏ nhất, ví dụ 5 – 15 V).
- Độ trễ: hiện tượng trễ khi hiển thị kết quả dẫn tới sai số trong kết quả. Thường được đưa
ra dưới dạng % của tải trọng.
- Trở kháng đầu vào: trở kháng được xác định thông qua S- và S+ khi Loadcell chưa kết nối vào hệ thống hoặc ở chế độ không tải.
- Điện trở cách điện: thông thường đo tại dòng DC 50V. Giá trị cách điện giữa lớp vỏ kim
loại của Loadcell và thiết bị kết nối dòng điện. - Giá trị ra: kết quả đo được (đơn vị mV).
- Trở kháng đầu ra: cho dưới dạng trở kháng đo được giữa Ex+ và Ex- trong điều kiện Loadcell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải.
- Quá tải an tồn: là cơng suất mà Loadcell có thể vượt q ( ví dụ 125% cơng suất). - Hệ số tác động của nhiệt độ: đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay đổi công suất
của Loadcell dưới sự thay đổi nhiệt độ ( ví dụ: 0.01%/100C nghĩa là nếu nhiệt độ tăng thêm 100C thì cơng suất đầy tải của Loadcell tăng 0.01%).
- Hệ số tác động của nhiệt độ tải điểm 0: giống như trên nhưng đo ở chế độ khơng tải.
3.1.4. Phân loại
Có thể phân loại Loadcell như sau:
- Phân loại Loadcell theo lực tác động: chịu kéo (shear Loadcell), chịu nén (compression Loadcell), dạng uốn ( bending), chịu xoắn ( tension Loadcell).
- Phân loại theo hình dạng: dạng đĩa, dạng thanh, dạng trụ, dạng cầu, dạng chữ S. - Phân loại theo kích thước và khả năng chịu tải: bé, vừa, lớn.
nay.
Một ứng dụng khá phổ biến của Loadcell là được sử dụng trong các loại cân điện tử hiện
Từ ứng dụng trong những chiếc cân kỹ thuật địi hỏi độ chính xác cao cho tới những
chiếc cân có trọng tải lớn trong cơng nghiệp như cân xe tải.
Ngồi ra trong ngành cơng nghệ cao, với nền khoa học kỹ thuật tiên tiến hiện nay thì loại Loadcell cỡ nhỏ cũng được cải tiến cơng nghệ và tính ứng dụng cao hơn. Loại Loadcell này
được gắn vào đầu ngón tay robot để xác định độ bền kéo và lực nén tác động vào các vật khi
chúng cầm nắm hoặc nhấc lên.
Tronng các nhà máy công nghiệp việc phân phối đều trọng lượng cũng rất quan trọng. Các Loadcell được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng tự động hóa trong cơng nghiệp để phân phối đều trọng lượng sản phẩm.
Trong cầu đường các Loadcell được sử dụng trong việc cảnh báo độ an toàn cầu treo.
Loadcell được lắp đặt trên ác dây cáp để đo sức căng của cáp treo và sức ép chân cầu trong các điều kiện giao thông và thời tiết khác nhau. Các dữ liệu thu được sẽ được gửi đến một hệ thống thu thập và xử lí số liệu. Sau đó số liệu sẽ được xuất ra qua thiết bị truy xuất như điện thoại, máy tính, LCD. Từ đó có sự cảnh báo về độ an tồn của cầu và kịp thời tìm ra các biện pháp cần thiết để sửa chữa.
3.2. Cảm biến dòng ACS758LCB-100B-PFF-T 100A
Cảm biến dòng ACS758LCB-100B-PFF-T 100A là cảm biến dùng để do dòng AC và DC. Được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực điều khiển động cơ, phát hiện tải, quản lí và
điều khiển bộ biến tần. Cảm biến dùng hiệu ứng Hall cho dòng điện chạy qua ống dẫn bằng đồng để xuất ra tín hiệu tuyến tính với dịng đi qua.
Hình 3.4. Cảm biến dịng ACS758. Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật của cảm biến ACS758.
Nhà sản xuất Allegro MicroSystems
Giới hạn dòng đo 100A (AC/DC)
Loại cảm biến Hiệu ứng Hall có vịng lặp mở
Kiểu chân Xuyên lỗ
Số chân 5
Điện áp hoạt động 3 – 5.5 V
Kích thước 10x13x7 (mm)
Nhiệt độ làm việc -40 – 1500C
Tín hiệu điện đầu ra 2.5V
Độ chính xác ± 1%
Độ nhạy 20mV/A
Dòng cung cấp 10mA
Thời gian phản hồi 4 s
Tần số 120kHz
Hình 3.5. Sơ đồ mạch và chân cảm biến ACS758. Bản vẽ cắt của cảm biến Bản vẽ cắt của cảm biến
Hình 3.6. Bản vẽ cắt cảm biến ACS758.
Cảm biến tốc độ bánh xe là một thiết bị đo tốc độ, nó đọc tốc độ vịng quay xe bằng
phương pháp đo khơng tiếp xúc. Nó là một phần khơng thể thiếu trong hệ thống kiếm sốt phanh. Mục đích chính tạo ra cảm biến tốc độ xe là phòng chống sự hãm cứng phanh trong
trường hợp cần giảm tốc đột ngột. Cảm biến tốc độ xe được gắn trực tiếp bên trên hoặc bên cạnh bánh xe xung (hay còn gọi là vòng xung). Vòng xung được gắn lên bộ phận xe có cùng tốc độ quay với bánh xe trên mặt đường chẳng hạn như trục bánh xe, đĩa phanh, khớp CV hoặc trục truyền động.
Hình 3.7. Vị trí cảm biến tốc độ bánh xe.
Cảm biến tốc độ bánh xe có 2 loại: Cảm biến điện từ và cảm biến Hall. Trong đó cảm biến điện từ là loại được sử dụng phổ biến hơn. Cảm biến sử dụng hiệu ứng Hall là sự xuất
hiện của một điện áp trên dây dẫn đang có dịng điện chạy ngang qua khi áp dụng một từ
trường vng góc lên dây dẫn. Chúng tác động với những thay đổi trong từ trường cùng với sự chênh lệch điện áp được gửi đến bộ điều khiển dưới dạng tín hiệu sóng vng. Việc kết
hợp sử dụng cảm biến bán dẫn kết hợp với mạch điện tử giúp bảo vệ cảm biến khỏi các xung
điện áp và từ trường của nam châm vĩnh cửu. Cảm biến Hall ghi lại tốc độ bánh xe thông qua
các bánh răng hoặc bộ mã hóa từ (vịng từ) thường được tìm thấy trên trục bánh xe, đĩa hoặc
Hình 3.8. Cảm biến tốc độ bánh xe (Hall).
3.4. Board Arduino Uno
Arduino UNO R3 là kit Arduino UNO thế hệ thứ 3, với khả năng lập trình cho các ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnh cho các loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C).
Hình 3.10. Các chân của Arduino. Bảng 3.2. Các thông số của Arduino Uno R3 Bảng 3.2. Các thông số của Arduino Uno R3
Vi điều khiển Atmega328P
Điện áp hoạt động 5V
Điện áp cấp (hoạt động tốt) 7 – 12V
Điện áp cấp (giới hạn) 6 – 12V
Chân I/O digital 14 (có 6 chân xuất xung PWM)
Chân I/O analog 6 (A0 – A5)
Dòng điện mỗi chân I/O 20mA
Dòng điện chân 3.3V 50mA
Bộ nhớ Flash 32kB (Atmega328P) – trong đó 0.5kB dùng
cho bootloader SRAM 2kB (Atmega328P) EEPROM 1kB (Atmega328P) Tốc độ xung nhịp 16 MHz Kích thước 68.8 x 53.4 mm Trọng lượng 25g
Hình 3.11. Sơ đồ chân Atmega328P của Arduino.
- Digital: các chân I/O digital (chân số 2 -13) được sử dụng làm chân nhập, xuất tín hiệu số thơng qua các hàm chính: pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Điện áp hoạt động tối đa là 5V, dòng điện qua các chân này ở chế độ bình thường là 20mA, cấp dịng quá 40mA sẽ phá hỏng vi điều khiển.
- Analog: Uno có 6 chân Input analog (A0 – A5), độ phân giải mỗi chân là 10 bit (0 – 1023). Các chân này dùng để đọc tín hiệu điện áp 0 – 5V (mặc định) tương ứng với 1024 giá trị, sử dụng hàm analogRead().
- PWM: các chân được đánh số 3, 5, 6, 9, 10, 11; có chức năng cung cấp xung PWM (8
bit) thơng qua hàm analogWrite().
- UART: Atmega328P cho phép truyền dữ liệu thông qua hai chân 0 (RX) và chân 1 (TX).
3.4.2. Nguồn
Có hai cách cấp nguồn chính cho bo mạch Uno: cổng USB và jack DC.
Giới hạn điện áp cấp cho Uno là 6 – 20V. Tuy nhiên, dải điện áp khuyên dùng là 7 – 12V (tốt nhất là 9V). Lý do là nếu nguồn cấp dưới 7V thì điện áp ở “chân 5V” có thể thấp hơn
5V và mạch có thể hoạt động khơng ổn định; nếu nguồn cấp lớn hơn 12V có thể gây nóng bo mạch hoặc có thể bị hỏng.
Các chân nguồn trên Uno:
- Vin: chúng ta có thể cấp nguồn cho Uno thơng qua chân này. Cách cấp nguồn này ít
được sử dụng.
- 5V: Chân này có thể cho nguồn 5V từ bo mạch Uno. Việc cấp nguồn vào chân này hay “chân 3.3V” đều có thể phá hỏng mạch.
- 3.3V: Chân này cho nguồn 3.3V và dòng điện tối đa là 50mA. - GND: chân đất.
3.5. Mạch chuyển đổi ADC 24bit HX711
Đây là module chuyển đổi tương tự số ADC:
Độ phân giải 24bit và giao tiếp 2 dây với vi điều khiển: 2 chân SCK (Clock) và DT
(Data).
Hình 3.12. Mạch HX711. Thơng số kỹ thuật: Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động 2.7 – 5V.
- Dòng tiêu thụ < 1.5mA.
- Tốc độ lấy mẫu: 10 – 80 SPS ( có thể tùy chỉnh). - Độ phân giải điện áp: 40mV.
Do tín hiệu đầu ra của Loadcell rất nhỏ khoảng 1 – 3mV nên cần phải có bộ chuyển đổi ADC có độ phân giải phù hợp để có thể đọc được tín hiệu truyền đến ở mức điện áp là mV
trên.
3.6. Màn hình LCD 2004 tích hợp I2C
Hình 3.13. Màn hình LCD 2004 tích hợp I2C.
Màn hình LCD 2004 là màn hình hiển thị 20 kí tự 4 dịng. Được sử dụng để hiển thị các thông số của các cảm biến truyền tín hiệu về.
Thơng số kỹ thuật của màn hình LCD 2004: - Loại : LCD I2C 2004 V1 – GP. - Kích thước: 98x60x19 mm.
- LCD: 2004 kí tự (HD44780) hiển thị thơng thường. - Điện áp hoạt động 5VDC.
- Cổng giao tiếp I2C. - Địa chỉ 0x27.
- Nền tảng Arduino.
Bảng 3.3. Các chân của màn hình LCD 2004
Chân Ký hiệu Mơ tả Giá trị
1 VSS GND 0V
2 VCC Cấp dương 5V
3 VO Điều khiển độ sáng màn hình
4 RS Lựa chọn thanh ghi RS=0 (mức thấp) chọn thanh ghi
lệnh.
RS=1 (mức cao) chọn thanh ghi dữ liệu.
5 RW Chọn thanh ghi đọc/viết dữ
liệu RW=0 thanh ghi viết RW=1 thanh ghi đọc
6 E Enable(Cho phép ghi vào
LCD)
7 D0 Chân truyền dữ liệu 8bit
8 D1 Chân truyền dữ liệu 8bit
9 D2 Chân truyền dữ liệu 8bit
10 D3 Chân truyền dữ liệu 8bit
11 D4 Chân truyền dữ liệu 4/8bit
12 D5 Chân truyền dữ liệu 4/8bit
13 D6 Chân truyền dữ liệu 4/8bit
14 D7 Chân truyền dữ liệu 4/8bit
15 VDD Cực dương đèn LED nền 5V
16 K Cực âm đèn LED nền 0V
Thông số kỹ thuật của I2C:
- Điện áp hoạt động 2.5 – 6VDC.
- Hỗ trợ màn hình: LCD1602, 1604, 2004 (driver HD44780). - Giao tiếp I2C.
- Địa chỉ mặc định: 0x3F (có thể điều chỉnh ngắn mạch chân A0, A1, A2).
- Kích thước: 41.5x19x15.3 mm.
- Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt.
Chương 4. THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM BĂNG THỬ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 4.1. Thiết kế mơ hình băng thử động cơ điện
Sau khi tìm hiểu về phần mềm thiết kế Inventor kết hợp với các thông số cơ bản của
động cơ điện, máy phát điện nhóm chúng tơi bắt đầu thiết kế các chi tiết cần thiết và giá đỡ
băng thử động cơ điện.
4.1.1. Thiết kế khớp nối, mặt bích
Dưới đây là các bản vẽ kỹ thuật về các chi tiết cần thiết cho việc liên kết giữa động cơ
điện và máy phát điện.
Hình 4.2. Bản vẽ khớp nối cho máy phát điện.
4.1.2. Thiết kế giá đỡ động cơ và máy phát
Sau khi đã hoàn thành được bản vẽ kỹ thuật của các chi tiết cần thiết, nhóm chúng tơi tiến hành ước tính khoảng cách, khả năng chịu tác động của giá đỡ trong suốt quá trình thử nghiệm và tiến hành đưa ra bản vẽ kỹ thuật giá đỡ băng thử động cơ phù hợp nhất.
Hình 4.3. Bản vẽ giá đỡ động cơ và máy phát.
4.1.3. Mơ hình băng thử động cơ điện trong mơi trường 3D
Băng thử động cơ điện trong môi trường Inventor 3D
Hình 4.5. Mơ hình 3D khi nhìn trực diện.
Hình 4.6. Mơ hình 3D khi nhìn từ trên xuống.
4.2. Mơ hình thực tế của băng thử động cơ điện
Được sự thông qua các bản vẽ kỹ thuật từ giáo viên hướng dẫn, nhóm chúng tơi tiến
Hình 4.7. Giá đỡ thực tế của băng thử.
Hình 4.9. Mơ hình băng thử trong thực tế.
4.3.1. Kết quả nghiệm thu phần cơ khí
Phần cơ khí của băng thử động cơ điện khi nghiệm thu bao gồm: - Mặt bích và ống lót kết nối trục động cơ với trục máy phát điện. - Giá đỡ động cơ và máy phát điện
- Các ổ đỡ giúp đỡ trục động cơ và trục máy phát điện được đồng trục và giữ cố định chúng.
- Panel chứa các bản mạch, công tắc điều khiển và các thiết bị thu thập dữ liệu.
4.3.2. Thử nghiệm băng thử với các chế độ khác nhau của động cơ.
Sau khi kết nối hoàn chỉnh các phần cơ khí của băng thử với nhau, nhóm chúng tơi tiến hành chạy thử nghiệm băng tải với các chế độ khác nhau của động cơ theo các bước sau:
- Tiến hành cấp nguồn cho các bản mạch và các thiết bị thu thập dữ liệu.
- Cho chạy động cơ ở chế độ không tải ( lúc này cơng tắc kích từ đang có chức năng là ngắt dòng điện đi qua Rotor của động cơ, vì thế mặc dù động cơ điện dù đang liên tục làm quay trục của máy phát điện nhưng vẫn khơng hề có bất kì giá trị nào về điện áp lẫn dòng điện được tạo thành từ máy phát điện). Trên màn hình thơng số chỉ cho giá trị tốc
độ quay của động cơ thơng qua tín hiệu từ cảm biến Hall thu được từ đĩa răng gắn trên
trục động cơ.
- Cho động cơ chạy, bật công tắc từ và bắt đầu thay đổi mức tải ( bộ tạo tải cho băng thử là những dây điện trở nhiệt được mắc song song với nhau và được điều khiển kết nối với nhau thông qua núm điều chỉnh “mức tải” được chia làm 8 mức độ thông qua bộ 8 relay). Lúc này các thiết bị thu thập dữ liệu sẽ gửi tín hiệu về màn hình thơng số ( cảm biến Load cell thơng qua lực tác dụng lên nó và gửi tín hiệu điện tương ứng; cảm biến dòng
được mắc nối tiếp từ chân B+ của máy phát điện và một chân với bộ relay điều khiển tải
nên khi có tải dịng điện chạy qua cảm biến sẽ gửi tín hiệu về cho vi xử lý xuất ra màn hình thơng số; mạch đo điện áp được nối một đầu vào chân B+ của máy điện và một chân
được nối chung với chân Mass của máy phát vào một đầu của tải, khi có dịng điện đi qua
Hình 4.11. Giao diện của Panel khi được cấp nguồn.
Sau khi được cấp nguồn động cơ hoạt động thông qua tay ga để điều khiển tốc độ nhanh