Nguyên lý hoạt động:
Xung đưa vào chân T1,T2 từ mạch phát xung PWM của vi điều khiển PIC 16F877 sau đó được đưa vào bộ deadtime tạo ra hai mức tín hiệu „0‟ và „1‟. Khi tín hiệu đưa vào chân T1 bằng „1‟ sẽ kích cho opto2 dẫn làm cho Q2 dẫn. khi T1 bằng „1‟ thì sẽ kích cho opto1 dẫn làm cho Q1 dẫn. Tương tự như T1, khi T2 bằng „1‟ sẽ kích cho opto4 dẫn làm cho Q4 dẫn. khi T2 bằng „0‟ thì sẽ kích cho opto3 dẫn làm cho Q3 dẫn. Tại những thời điểm đóng cắt khác nhau của Q1, Q2, Q3,Q4 thì sẽ tạo ra điện áp biến thiên bên cuộn sơ cấp của biến áp xung đồng thời bên cuộn thứ cấp của biến áp xung ta có một điện áp xoay chiều đủ lớn để kích biến tử siêu âm hoạt động. Đồng thời vi điều khiển điều khiển LCD hiển thị nhưng thông số cài đặt của hệ thống.
3. 6. Sơ đồ ngu ên mạch nguồn
Hình 3.122: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn
Để điều khiển được mạch lái ta cần có mạch nguồn để ni mạch lái. Ta cần 4 nguồn đôi 12V DC không chung mass.
Chƣơng 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
Sau khi tính tốn và thiết kế ở chương 3, trong chương 4 ta tiến hành thi công hệ thống và thiết kế lưu đồ giải thuật của hệ thống.
4.1 Yêu cầu điều khiển
Với kết cấu phần cứng đã thiết kế và yêu cầu vận hành thực tế, hệ thống điều khiển của máy rửa bằng siêu âm phải đảm bảo thỏa các yêu cầu như sau:
Đáp ứng nhu cầu tẩy rửa nhiều loại thực phẩm khác nhau của khách hàng. Ngoài ra, hệ thống có thể điều chỉnh được thời gian, tần số và công suất tẩy rửa theo yêu cầu của người tiêu dùng.
Hệ thống vận hành đơn giản tin cậy.
4.2 Thi công hệ thống
Ta tiến hành thi công từng mạch , kiểm tra hoạt động của từng mạch sau đó ghép các mạch lại với nhau thành hệ thống hoàn chỉnh.
Mạch cơng suất layout
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP 34
Sau khi đã tính tốn và thiết kế các mạch deadtime, mạch lái IGBT ở chương 3 ta tiến hành thi cơng mạch cơng suất như hình 4.1, với các linh kiện trong bảng 4.1.
Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện của mạch công suất
STT Tên linh kiện Giá trị
1 IGBT FGA25N120ANTD 25A, 1200V
2 Diode 1n4818 1,5A
3 74HC14
4 Opto PC847
5 Tụ gốm 1nF
6 Điện trở 1kΩ
Mạch công suất thi cơng:
Theo sơ đồ mạch layout ta tiến hành thi công gắn linh kiện lên mạch công suất được thể hiện ở hình 4.2.
Mạch nguồn layout
Hình 4.3: Mạch nguồn layout
Sau khi đã tính tốn và thiết kế chương 3 ta tiến hành thi cơng mạch cơng suất như hình 4.3, với các linh kiện trong bảng 4.2
Bảng 4.2 Danh sách các linh kiện của mạch nguồn
STT Tên linh kiện Giá trị 1 Tụ hóa 50V,2200UF 25V,100UF 400V,120UF 2 KBL 580 5A 3 Biến áp 15V,1A 4 Ic 7812,7912 1,5A
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 36
Mạch nguồn thi cơng:
Hình 4.4: Mạch nguồn thi cơng
Theo sơ đồ mạch layout ta tiến hành thi công gắn linh kiện lên mạch cơng suất. được thể hiện ở hình 4.4
Kiểm tra hoạt động mạch nguồn:
Hình 4.5: Mạch nguồn khi được cấp điện
Sau khi tiến hành lắp ráp linh kiện lên bo mạch ta tiến hành cấp điện để kiểm tra hoạt động của mạch nguồn được thể hiện ở hình 4.5.
Mạch điều khiển thi cơng:
Hình 4.6: Mạch điều khiển khi thi cơng.
Theo sơ đồ mạch layout ta tiến hành thi công gắn linh kiện lên bo điều khiển được thể hiện ở hình 4.6.
Kiểm tra hoạt động mạch điều khiển:
Hình 4.7: Mạch điều khiển khi được cấp điện
Sau khi tiến hành lắp ráp linh kiện lên bo mạch điều khiển ta tiến hành cấp điện để kiểm tra hoạt động của mạch điều khiển được thể hiện ở hình 4.7.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 38 Kết nối các bo mạch lại với nhau thành hệ thống:
Hình 4.8: Mạch hồn chỉnh của hệ thống
Sau khi kiểm tra các mạch riêng lẻ hoạt động tốt, ta tiến hành lắp rạp các mạch lại với nhau thành mạch hệ thống hồn chỉnh. Được thể hiện ở hình 4.8.
Kiểm tra hoạt động mạch hệ thống:
Sau khi tiến hành lắp ráp các bo mạch thành một hệ thống ta tiến hành cấp điện để kiểm tra hoạt động của mạch hệ thống được thể hiện ở hình 4.9.
4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG
4.3.1 Lƣu đồ giải thuật
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 40
Cài đặt thời gian
Phút bằng 1 UP DOWN Phút tăng 1 Phút giảm 1 Phút lớn hơn 5 Phút nhỏ hơn 1 Phút bằng 1 Phút bằng 5 Kết thúc Đ Đ Đ Đ S S S S
Hình 4.4: Lưu đồ con cài đặt thời gian
Hình 4.7: Lưu đồ con tạo xung
Hoạt động của hệ thống:
Bước 1: Khi nhấn nút set : Hệ thống sẽ cho phép cài đặt các thông số.
Bước 2: Khi ở chế độ mode 0 hệ thống cho phép tăng giảm thời gian hoạt động của hệ
thống với 2 nút up và down.
Bước 3: Khi ở chế độ mode 1 hệ thống cho phép tăng giảm tần số phát xung pwm với
2 nút up và down.
Bước 4: Khi cài đặt xong thời gian và tần số phát xung pwm mong muốn, ta nhấn nút
start thì hệ thống hoạt động với các thơng số thời gian và tần số mà ta cài đặt.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 42 4.3.2 Chƣơng trình điều khiển
Chương trình điều khiển mơ hình máy rửa bằng sóng siêu âm bao gồm chương trình phát xung PWM cùng với các thuật toán và các giải thuật điều khiển nhằm đảm bảo điều khiển chính xác, tác động và xử lý nhanh mọi thông tin trong suốt quá trình hoạt động của bộ hệ thống, giúp hệ thống hoạt động đúng như yêu cầu công nghệ đã đặt ra.
Chương trình chính của hệ thống
void main() {
trisa=0xff; trisc=0x00; portc=0x00;
// Cai dat ngat va timer
// setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_32); setup_timer_0(RTCC_DIV_256);
//setup_timer_1(RTCC_DIV_4); set_timer0(100); // 2ms
enable_interrupts(INT_TIMER0);
enable_interrupts(GLOBAL); // Cho phep ngat toan cuc LCD_Init();
chon_mode=0;xung=70,thoigian=1;giay=0;t=0;tt=0; delay_ms(500);delay_ms(500);
chedo1://CHE DO CHAY MACH LCD_Cmd(dong_2); LCD_Char(" PHUT, 2 00 Hz "); while(true) { LCD_Cmd(0xC0); Printf(LCD_Char,"%d",thoigian); LCD_Cmd(0xC9); Printf(LCD_Char,"%d",xung); menu_mode();if(chon_mode==1)goto chedo2; start_(); if(tt==0){
LCD_Cmd(0X80);
LCD_Char("H.THONG SAN SANG");} else {
LCD_Cmd(0X80);
LCD_Char("- HT DANG CHAY -");} // t=1000 while(tt==1) { dc=1;delay_us(t);dc=0;delay_us(t); if(phut>=thoigian)tt=0; } } chedo2://cai dat LCD_Cmd(dong_1);
LCD_Char(" CAI DAT TIME "); while(true)
{
cai_dat_gia_tri(); LCD_Cmd(dong_2);
Printf(LCD_Char," SET: %d ",thoigian);
menu_mode(); if(chon_mode==2)goto chedo3; }
chedo3://cai dat xung LCD_Cmd(dong_1);
LCD_Char(" CAI DAT TAN SO "); LCD_Cmd(dong_2); Printf(LCD_Char,"TAN SO: 2 00 Hz "); while(true) { cai_dat_gia_tri(); LCD_Cmd(0xC9); Printf(LCD_Char,"%d",xung); if(xung==70) t=19; if(xung==75) t=18; if(xung==80) t=17; if(xung==85) t=16;
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 44
if(xung==90) t=15;
menu_mode(); if(chon_mode==0)goto chedo1; }
Chƣơng 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 5.1 Mạch điều khiển
Mạch điều khiển có chức năng phát xung PWM để điều khiển mạch công suất thông qua mạch lái. Ngoài ra để đáp ứng nhiều nhu cầu khác nhau của người tiêu dùng, hệ thống cũng có các chế độ điều chỉnh tần số và thời gian khác nhau.
Khi cài đặt tần số, hệ thống cho phép điều chỉnh theo các mức khác nhau. Giá trị cài đặt ban đầu là 27KHz, khi ta nhấn phím up thì hệ thống sẽ tăng 0,5KHz. Ngược lại khi nhấn down thì hệ thống giảm 0,5KHz.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 46
Khi cài đặt thời gian, hệ thống cho phép điều chỉnh theo các mức khác nhau. Giá trị cài đặt ban đầu là 1 phút, khi ta nhấn phím up thì hệ thống sẽ tăng 1 phút. Ngược lại khi nhấn down thì hệ thống giảm 1 phút.
Hình 5.2 Cài đặt thời gian
Dạng sóng xung kích cực G của IGBT:
Hình 5.3 Dạng sóng kích cực G của IGBT
Từ hình đo được ta thấy dạng sóng STA và STB gần giống như yêu cầu của hình 3.9 nhưng giữa 2 sóng khơng có độ lệch pha.
5.2 Mạch công suất
Mạch cơng suất gồm có mạch deadtime và mạch lái IBGT. Tín hiệu điều khiển mạch công suất sẽ được tạo ra bằng cách sử dụng vi điều khiển PIC 16F877 từ mạch điều khiển.
Kết quả của mạch công suất đảm bảo nguồn điện áp với công suất và tần số phù hợp cung cấp cho biến tử siêu âm hoạt động.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 48
Hình 5.4 Thi cơng mạch cơng suất
Kết quả của dạng sóng của mạch deadtime:
Hình 5.5 Dạng sóng ngõ ra của mạch mạch deadtime
Khi tín hiệu điều khiển phát ra xung kích. Xung kích được đưa qua mạch dead time để tạo thời gian trể đó là khoảng thời gian trể khi IGBT chuyển từ trạng thái dẫn sang ngắt và ngược lại, được thể hiện trên hình 5.5.
Kết quả thử nghiệm dạng sóng ngõ ra để kích biến tử siêu âm
Hình 5.6 Dạng sóng ngõ ra của mạch cơng suất để kích biến tử siêu âm
Kết quả dạng sóng thu được thể hiện hệ thống có thể phát ra được sóng siêu âm với tần số hàng chục KHz.
Tuy nhiên khi dùng mạch điều khiển để phát ra tần số lần lượt là 27,5KHz, kết quả thu được trên máy OSC sẽ có dạng như hình 5.5 và có tần số là 27,7KHz . Ta thấy tần số tính tốn và đo được chênh lệch nhau khoảng 0,7%.
Hình 5.5 cũng thể hiện được dạng sóng ngõ ra(màu xanh) lớn hơn dạng sóng ngõ(màu vàng) vào với tỷ lệ 1 : 2,5. Trên lý thuyết, tỷ lệ khuếch đại dạng sóng khi qua biến áp xung là 1:3. Như vậy giữa lý thuyết và thực nghiệm thì hệ số khuếch đại chênh lệch nhau 16,6%.
Kết luận: Kết quả tính tốn giữa lý thuyết và thực nghiệm chưa chính xác vì cơng thức tính tốn biến áp xung chỉ là tính tốn gần đúng. Để có được kết quả tốt nhất cần thực hiện quấn nhiều biến áp và đo thực nghiệm để lấy kết quả gần đúng với lý thuyết nhất.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 50
Sau khi đã thiết kế mạch điều khiển và mạch cơng suất, ta có mơ hình của máy rửa siêu âm như hình 5.6.
Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN
Kết uận
Sau quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp, nhóm đã hồn thành được các yêu cầu đặt ra trong việc thiết kế, thi công, điều khiển hệ thống rửa thực phẩm bằng sóng siêu âm.
Kết quả thực nghiệm đã đạt được như sau:
Thiết kế thi công được mạch điều khiển, mạch phát xung và hiển thị thông số trên LCD bằng vi điều khiển 16f877.
Thiết kế tính tốn được mạch deadtime.
Thiết kế thi công biến áp xung.
Thiết kế được mạch lái chống trùng dẫn cho mạch công suất.
Chi phí cho hệ thống cao ( khoảng 4 triệu VND).
Nhóm sử dụng điện áp 1 chiều 24V để cấp cho mạch công suất.
Hệ thống có thể phát ra cơng suất tẩy rửa khoảng 20 Watt.
Dạng sóng tẩy rửa của hệ thống khơng như dạng sóng mong muốn ban đầu.
Kết quả đề tài chưa đạt được:
Khả năng tẩy rửa của hệ thống thấp.
Chưa điều chỉnh được công suất.
Hệ thống chưa đáp ứng được công suất như mục tiêu của đề tài là 100 Watt.
6.1 Hƣớng ph t triển đề t i
Việc thực hiện trên mơ hình thực nghiệm đã giúp nhóm hiểu sâu hơn về cơng nghệ dùng sóng siêu âm để tẩy rửa các chất bẩn . Để có thể đi vào hoạt động thực tế, đề tài cần có thêm hướng phát triển như sau:
Hệ thống cần lập trình nhiều chế độ tẩy rửa đa dạng hơn.
Hệ thống cần có thêm thiết bị kiểm tra nồng độ hóa chất trong thực phẩm sau khi rửa.
Thiết kế tối ưu hiệu suất làm việc của máy.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bộ giáo dục và đào tạo, “Vật Lý 12”, NXB Giáo Dục Việt Nam. [2] http://documents.tips/documents/hieu-ung-ap-dien.html, 12/08/2015. [3] www.voer.edu.vn, Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên.
(https://voer.edu.vn/c/cam-bien-ap-dien/d9323f75/2b14fb1b, https://voer.edu.vn/c/cam-bien-tu-giao/d9323f75/e930b9d0 )
[4] www.morganelectroceramics.com, Morgan Electro Ceramics, Bursledon Road,
Thornhill, Southampton SO19 7TG.
[5] http://butkythuatso.com/tin-tuc/chi-tiet/nguyen-ly-hoat-dong-cua-be-rua-bang-
song-sieu-am, 01/02/2016.
[6] Nguyễn Đình Phú – Trương Ngọc Anh, “Giáo trình VI XỬ LÝ ”, NXB ĐH Quốc Gia Tp.HCM.
[7] http://www.suachuathietbidientu.com/2015/07/bien-ap-xung-la-gi.html, thứ tư,
29/07/2015.
[8] http://vimega.vn/san-pham/may-rua-sieu-am-gia-dinh-loai-nho-2-lit/, Công ty cổ
phần đầu tư sản xuất và xuất nhập khẩu Nam Anh.
[9] http://gtsonic.vn/San-pham/rua-ve-sinh-sieu-am-dan-dung/be-rua-sieu-am-ozon- hoa-qua.html, 2010 by gtsonic.vn.
[10] Lê Văn Kiên, “Luận văn xây dựng hệ thống biến đổi DC/AC đốt đèn trong trường hợp mất điện lưới”, Hải Phòng, 12/07/2010.
[11] http://lqv77.com/2009/02/15/co-ban-mach-dao-dong/, 15/02/2009.
[12] http://myprojectaboutsmps.blogspot.com/2015/03/tinh-toan-bien-ap-xung-cho- inverter.html, 15/03/2015.
[13] Jun Liu, Licheng Sheng, Jianjiang Shi, “Design of High Voltage, High Power and High Frequency Transformer in LCC Resonant Converter”, Hangzhou, 310027 China, trang 1034-1038.
[14] Markus Hermwille, www.Semikron.com/Application/DriverCalculation, 31/10/2007.
PHỤ LỤC
Datasheet của IBGT:
Datasheet của IC 74HC14:
Thư viện và các chương trình con
#include <16F877A.h> #include <def_877a.h>
#FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT
#use delay(clock=20000000)
#include <LCD4bit.h>
#define mode RA1 #define up RA2 #define down RA3
//----------------------------bo cong suat #define dc RC0
unsigned int8 thoigian=1, xung=0,giay=0,phut=0,T=19; unsigned int16 dem_timer0;
int1 tt=0;
unsigned int8 chon_mode;
//unsigned int8 ngh1=0,tr1=0,ch1=0,dv1=0,ngh2=0,tr2=0,ch2=0,dv2=0;
#INT_TIMER0
void timer0_isr() // Tao ngat timer 0 2ms voi bo chia thoi gian DIV=64 {
dem_timer0++; // Tang gia tri bo dem timer sau moi lan ngat if(dem_timer0>=150) { dem_timer0=0; giay++; if(giay>=60){ giay=0;phut++; if(phut>=59)phut=0; } }set_timer0(100);
}
//xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx void menu_mode()
{
if(mode==0)
{ delay_ms(10); //chong doi phim khi bam if(mode==0)//kiem tra lai
{
chon_mode++;
if(chon_mode>2)chon_mode=0; while(mode==0) {;}//cho nha phim delay_ms(10); //chong doi phim khi nha }} } void cai_dat_gia_tri() { if(up==0){delay_ms(10); if(up==0){ switch ( chon_mode) {
case 1:{thoigian++; if(thoigian>5) thoigian=1;break;} case 2:{xung=xung + 5; if(xung >90) xung=70;break;} }}
}
else if(down==0){delay_ms(10); if(down==0){
switch (chon_mode) {
case 1:{thoigian--; if(thoigian<1) thoigian=5;break;} case 2:{xung=xung - 5; if(xung <70) xung=90;break;} }}
while(down==0){;}delay_ms(10); //chong doi phim khi nha } } void start_() { if(start==0) { delay_ms(10); if(start==0) { tt=1; phut=0;giay=0; while(start==0){;} delay_ms(10); } }
}
//******************************************************************** *****
// CHUONG TRINH CHINH
//******************************************************************** *****
void main() {
trisa=0xff; trisc=0x00; portc=0x00; // Cai dat ngat va timer
setup_timer_0(RTCC_DIV_256); set_timer0(100); // 2ms
enable_interrupts(INT_TIMER0);
enable_interrupts(GLOBAL); // Cho phep ngat toan cuc LCD_Init();
chon_mode=0;xung=70,thoigian=1;giay=0;t=0;tt=0; delay_ms(500);delay_ms(500);
chedo1://CHE DO CHAY MACH LCD_Cmd(dong_2); LCD_Char(" PHUT, 2 00 Hz "); while(true) { LCD_Cmd(0xC0); Printf(LCD_Char,"%d",thoigian);
LCD_Cmd(0xC9); Printf(LCD_Char,"%d",xung); menu_mode();if(chon_mode==1)goto chedo2; start_(); if(tt==0){ LCD_Cmd(0X80);
LCD_Char("H.THONG SAN SANG");} else {
LCD_Cmd(0X80);
LCD_Char("- HT DANG CHAY -");} // t=1000 while(tt==1) { dc=1;delay_us(t);dc=0;delay_us(t); if(phut>=thoigian)tt=0; } } chedo2://cai dat LCD_Cmd(dong_1);
LCD_Char(" CAI DAT TIME "); while(true)
{
cai_dat_gia_tri(); LCD_Cmd(dong_2);
Printf(LCD_Char," SET: %d ",thoigian); menu_mode(); if(chon_mode==2)goto chedo3; }
chedo3://cai dat xung LCD_Cmd(dong_1);
LCD_Char(" CAI DAT TAN SO "); LCD_Cmd(dong_2); Printf(LCD_Char,"TAN SO: 2 00 Hz "); while(true) { cai_dat_gia_tri(); LCD_Cmd(0xC9); Printf(LCD_Char,"%d",xung); if(xung==70) t=19; if(xung==75) t=18; if(xung==80) t=17; if(xung==85) t=16; if(xung==90) t=15;
menu_mode(); if(chon_mode==0)goto chedo1; }