ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN tử ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN tử Xây dựng các bài thực hành ứng với các module trên kit Vi điều khiển
TÊN ĐỀ TÀI: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN tử Xây dựng MÔ HÌNH ỨNG DỤNG THỰC HÀNH VĐK NÂNG CAO
NỘI DUNG & YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI:
-
Cơ khí:
-
Thiết kế 5 trạm:
- Trạm 1: Guồng cấp bi.
- Trạm 2: Cơ cấu piston vận chuyển bi.
- Trạm 3: Cơ cấu cánh quạt vận chuyển bi.
- Trạm 4: Cơ cấu tay gạt phân loại bi.
- Trạm 5: Cơ cấu trục vít vận chuyển bi qua mô hình tiếp theo.
-
Thiết kế 5 trạm:
- Thiết kế đường dẫn bi.
- Thiết kế kit thực hành.
-
Điện tử:
- Thiết kế mạch driver động cơ bước, động cơ DC, động cơ RC servo.
- Thiết kế mạch nguồn công suất.
- Thiết kế mạch nguồn VĐK.
- Sử dụng VĐK Pic 16f887.
-
Lập trình:
- Ngôn ngữ lập trình Mikro C.
- Giải thuật điều khiển của hệ thống.
-
Mục tiêu đề tài:
- Điều khiển tốc độ động cơ DC.
- Điều khiển động cơ RC servo.
- Điều khiển động cơ bước.
- Đọc tín hiệu ADC phân loại màu bi.
- Đọc xung encoder.
- Đọc tín hiệu quang trở.
- LCD hiển thị trạng thái từng trạm hoạt động & đếm sản phẩm.
-
-
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ.. 1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ: 1
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ & THI CÔNG.. 2
2.1 CƠ KHÍ: 2
2.1.1 Chọn vật liệu gia công: 2
2.1.2 Quá trình gia công: 3
2.1.3 Chọn động cơ: 23
2.2 ĐIỆN TỬ: 28
2.2.1 Vi Điều Khiển PIC 18f887: 28
2.2.2 LM 7805: 31
2.2.3 Opto PC 817: 32
2.2.4 Transistor C1815: 32
2.2.5 IRF 540: 33
2.2.6 Tip122: 33
2.2.7 Relay SPDT: 34
2.2.8 Cảm biến quang (quang trở): 34
2.2.9 Led: 35
2.2.10 LCD: 36
2.2.11 Mạch nguồn VĐK: 36
2.2.12 Mạch driver động cơ DC: 37
2.2.13 Mạch driver động cơ RC-Servo: 38
2.2.14 Mạch driver động cơ bước: 39
2.2.15 Lấy mẫu ADC: 40
2.2.16 Mạch quang trở: 41
2.2.17 Module LCD: 41
2.2.18 Module VĐK và các Module kết nối : 43
2.3 LẬP TRÌNH: 48
2.3.1 Sơ đồ khối: 48
2.3.2 Lưu đồ giải thuật: 49
2.3.3 Code điều khiển: 58
KẾT QUẢ.. 72
HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 72
MỤC LỤC HÌNH
2.1 CƠ KHÍ:
2.1.1 Trạm 1 – Guồng cấp bi.
2.1.2 Đĩa xoay.
2.1.3 Đĩa cố định.
2.1.4 Trạm 2 – Cơ cấu pitton vận chuyển bi.
2.1.5 Thanh truyền.
2.1.6 Trục truyền động.
2.1.7 Đĩa encoder 1 xung.
2.1.8 Đĩa encoder 1 xung thực tế.
2.1.9 Ổ bi.
2.1.10 Thanh trượt.
2.1.11 Chi tiết đở bi.
2.1.12 Trạm 2 sau khi hoàn thành.
2.1.13 Trạm 3 - Cơ cấu cánh quạt vận chuyển bi.
2.1.14 Cánh quạt.
2.1.15 Trục đỡ.
2.1.16 Đai ốc.
2.1.17 Bánh răng.
2.1.18 Dây xích.
2.1.19 Mắc xích.
2.1.20 Trạm 3 sau khi hoàn thành.
2.1.21 Trạm 4 – Cơ cấu tay gạt phân loại bi.
2.1.22 Động cơ RC-Servo.
2.1.23 Đường dẫn bi.
2.1.24 Chân đế đỡ.
2.1.25 Trạm 5 – Cơ cấu trục vít vận chuyển bi qua trạm tiếp theo.
2.1.26 Mặt đáy.
2.1.27 Mặt đỉnh.
2.1.28 Vách sau.
2.1.29 Vách hông.
2.1.30 Trục vitme.
2.1.31 Trạm 5 sau khi hoàn thành.
2.1.32 Cấu tạo động cơ DC.
2.1.33 RC Servo.
2.1.34 SG90.
2.1.35 Sơ đồ xung Servo.
2.1.36 Động cơ bước kiểu Bipolar (trái) và Unipolar (bên phải).
2.1.37 Nguyên lý hoạt động của động cơ bước.
2.1.38 Động cơ bước.
2.2 ĐIỆN TỬ:
2.2.1 Sơ đồ chân PIC 16f887a.
2.2.2 LM 7805.
2.2.3 PC 817.
2.2.4 C1815.
2.2.5 IRF 540.
2.2.6 Tip122.
2.2.7 Relay SPDT.
2.2.8 Quang trở.
2.2.9 Led.
2.2.10 LCD.
2.2.11 Mạch nguồn VĐK.
2.2.12 Mạch Driver động cơ DC.
2.2.13 Mạch Driver động cơ RC-Servo.
2.2.14 Mạch Driver động cơ bước.
2.2.15 Modude công suất động cơ bước
2.2.16 Modude ADC.
2.2.17 Modude quang trở.
2.2.18 Modude LCD.
2.2.19 Modude VĐK và các Mdude kết nối
2.2.20 PIC Master.
2.2.21 PIC Slave.
2.2.22 Mạch Reset.
2.2.23 Mạch thạch anh ngoài.
2.3 LẬP TRÌNH:
2.3.1 Sơ đồ khối của giải thuật
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.ĐẶT VẤN ĐỀ:
Đề tài Mô Hinh Thí Nghiệm VĐK 2 được nâng cấp từ Bài tập lớn Cơ điện tử. Sau khi hoàn thành Bài tập lớn Cơ điện tử, các việc đã đạt được là:
- Thiết kế 5 trạm của mô hình bằng phần phần mềm solidworsk:
- Trạm 1: Guồng cấp bi.
- Trạm 2: Cơ cấu piston vận chuyển bi.
- Trạm 3: Cơ cấu cánh quạt vận chuyển bi.
- Trạm 4: Cơ cấu tay gạt phân loại bi.
- Trạm 5: Cơ cấu trục vít vận chuyển bi qua mô hình tiếp theo
- Hoàn thành xong mô hình ngoài thực tế.
Các công việc phải làm trong đồ án:
- Hoàn thiện lại mô hình và sửa lại những chỗ chưa đúng với thiết kế.
- Thiết kế mạch drive động cơ bước, động cơ DC, đông cơ Rc servo.
- Thiết kế mạch đọc encoder
- Thiết kế mạch nguồn VĐK.
- Thiết kế mạch VĐK
- Thiết kế mạch đọc cảm cảm biến quang.
- Thiết kế kít thực hành vi điều khiển pic 16f887
- Lập trình và hoàn thành lưu đồ giải thuật 1 cách tối ưu nhất.
Những khó khăn gặp phải:
- Thiếu kinh nghiệm trong việc mua các nguyên vật liệu và cách gia công vật liệu , công cụ cần thiết..
- Khi gia công hộp kít gặp nhìu vấn đề.
Hướng giải quyết:
- Phần mạch điện tử và lập trình được nhóm chúng em thực hiện song song đồng thời thiết kế hộp kit , chia công việc cho từng thành viên để có thể hoàn thành công việc nhanh nhất.
- Đi mua ngoài thực tế vài lần và thông qua các thầy cô, các anh chị khóa trước, các bạn khác có kinh nghiệm hơn để bổ sung cho sự thiếu hiểu sót của mình.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ & THI CÔNG
2.1 CƠ KHÍ:
2.1.1 Chọn vật liệu gia công:
- Mika trong & nhôm: gia công cách chi tiết của cơ cấu chấp hành.
- Sắt: dùng làm khung & mặt bàn.
- Ngoài ra còn sử dụng một số vật liệu khác.
Nhóm chúng em sử dụng vật liệu chủ yếu bằng Poly methyl methacrylate (PMMA) hay còn gọi là mika vì có độ bền khá cao, ngoài ra dễ dàng thiết kế & gia công bằng cách phuong pháp như gia công tia lửa điện, cưa, giũa, gọt, bào. Ngoài ra PMMA trong còn có ưu điểm đẹp, bắt mắt.
2.1.2 Quá trình gia công:
Nhờ thiết kế trước bằng phần mềm Solidwork nên dễ dàng định hình được các phần sẽ làm của của từng trạm , từ đó tiến hành công và lắp ráp.
Thiết kế mô hình bằng phần mềm Solidworks thành 5 chi tiết(trạm) khác nhau:
a)
Guồng cấp bi:
Hình 2.1.1
Các chi tiết chính của trạm 1 bao gồm:
Hình 2.1.2
Đĩa xoay được gia công bằng tia lửa điện (cắt laze) nên có độ chính xác khá cao. Đĩa này có chiều dày 10 mm trên đĩa có 8 đường tròn đường kính 30mm , đĩa được gắn với trục động cơ 6 ly khi động cơ quay đĩa xoay quay theo khi đĩa quay sẽ dẫn bi vào các đường tròn và được đưa lên khi tới chỗ thoát bi của đĩa cố định.
Hình 2.1.3
Đĩa cố định được thiết kế đặt sau đĩa xoay và cố định với động cơ bằng 2 bulông trên đĩa cố định có 1 đường tròn cùng đường kính với các đường tròn trên đĩa xoay. Khoảng cách giữa đĩa xoay và đĩa cố định là 4mm khi đĩa xoay quay bi vào lỗ và tựa vào đĩa cố định đưa bi lên và khi bi lên tới chỗ thoát bi của đĩa cố định thì bi sẽ ra tới trạm tiếp theo theo đường dẫn bi .
b)
Cơ cấu piston vận chuyển bi:
Hình 2.1.4
Nguyên lí hoạt động của trạm 2: Trên trục động cơ có gắn 1 buly có răng dẫn truyền động qua buly được gắn trên trục khuỷu cũng cùng số răng. Khi động cơ quay đai răng dẫn truyền động cho trục khuỷa quay khi trục khuỷu quay thanh truyền động quay theo chuyển thành chuyển động tịnh tiến của thanh trượt (nâng, hạ) chi tiết đỡ bi và bi có thể di chuyển dễ dàng qua từng chi tiết đỡ bi.
Hình 2.1.5
Thanh truyền động được cắt từ PMMA trong với độ dày 5mm, có nhiệm vụ liên kết trục truyền động và thanh trượt qua ổ bi.
Hình 2.1.6
Trục khuỷu truyền chuyển động được làm bằng bằng sợi nhôm cứng 3mm được bọc bên ngoài bằng ống nhựa 6 mm, đồng thời trên trục khuỷu có 4 ổ bi để thanh trượt có thể liên kết trục khuỷu một đầu của trục khuỷu gắn với buly và được liên kết với động cơ DC có hộp số qua đai rang.
Hình 2.1.7 Hình 2.1.8
Đĩa encoder 1 xung được làm từ nhôm lá (nhôm tấm) 2mm được gia công bằng cưa lồng . Đĩa này kết hợp với mạch đọc encoder có nhiệm vụ xác định số vòng quay động cơ khi động cơ quay đĩa en coder quay theo, cảm biến có nhiệm vụ đếm 4 xung khi đó số vòng vòng quay của động cơ sẽ là 2 vòng và là số chẵn thì động cơ sẽ dừng mà cơ cấu piton sẽ về vị trí ban đầu vị trí mong muốn .
Hình 2.1.9
Ổ bi có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi chuyển động xoay thành chuyển động tịnh tiến của các thanh trượt. Ổ bi được sử dụng trong mô hình có đường kính ngoai 14mm, đường kính lỗ 6mm.
Hình 2.1.10
Thanh trượt được làm từ PMMA trong kích thước 10x10mm , thanh trượt gồm đầu trên được gắn với chi tiết đỡ bi, đầu dưới của thanh trượt có rãnh 6 ly được gắn với thanh truyền động bằng bulông và đai ốc 3 ly.
Hình 2.1.11
Chi tiết đỡ bi được làm từ vật liệu nhựa kích thước 30x25 mm được gia cồn bằng cưa giũa mài. Mặt trên của chi tiết được thiết kế lỗm xuống 2 mm để bi có thể đễ dàng di chuyển từ chi tiết dỡ bi này sang chi tiết đỡ bi khác khi có chyển động tịnh tiến của thanh trượt và mặt đáy của chi tiết được gắn với thanh trược nhờ vào khớp.
Mặc dù động cơ DC đã có hộp giảm tốc nhưng theo thiết kế ban đầu phải qua thêm 1 bộ truyền động đai nữa thì động cơ mới truyền động được vào trục truyền động của mô hình
Bộ truyền đai:
- Sử dụng đai răng
- Kiểu truyền động kiểu thường
Ta có:
Bánh đai 1: D1 = 8mm
Bánh đai 2: D2 = 12mm
Khoảng cách trục: A = 40mm
- Chiều dài dây đai được tính bằng công thức:
L = 2A + (D2 + D1) +
= 2.40 + (12 + 8) +
= 80 + 10p + 0,1
= 111,5 mm
- Các lực tác dụng lên đai: lực căng, lực ma sát giữa dây đai và bánh đai.
- ..................................................
KẾT QUẢ
- Đã thiết kế thành công các cơ cấu trong hệ thống và có thể hoạt động ổn định giống như mục tiêu đã đề ra trên bản vẽ thiết kế.
- Xây dựng các module điều khiển cho từng trạm trên kit nhờ vậy sinh viên mới học có thể lập trình với các module có sẵn với các bài thực hành lập trình ADC, TIMER, COUNTER, PWM, NGẮT NGOÀI, UART, LCD.,thích hợp cho thực hành với các loại động cơ DC, RC SERVO, STEPPER.
- Đã lập trình cho hệ thống hoạt động từng bước ổn định với các chức năng
- Đọc cảm biến để điều khiển động cơ thích hợp
- Điều khiển động cơ RC SERVO kết hợp đọc ADC để phân loại màu sản phẩm.
- Đối với động cơ DC:
- Băm xung PWM điều khiển tốc độ hợp lý
- Sử dụng chức năng đếm counter để đếm xung và dừng động cơ ở vị trí chính xác.
- Đối với động cơ bước: đọc cảm biến để điều khiển chiều quay và dừng.
- Thiết kế mạch Vi điều khiển và hệ mạch công suất cho từng loại động cơ.
HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
- Xây dựng thêm các bài thực hành ứng với các module trên kit.
- Quản lý , giám sát trạng thái hoạt động và điều khiển hệ thống bằng máy tính.
- Phát triển thêm các chức năng khác của vi điều khiển để sinh viên có thể thực hành.
