CHƯƠNG I: Nghiên cứu tổng quan về “MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN” 1.1 Lý do chọn đề tài Xét điều kiện cụ thể ở nước ta công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, gia công , chế biến sản phẩm .Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC, robot công nghiệp. Trong đó có một khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm là hệ thống phận loại sản phẩm. Từ những nhu cầu sản xuất thực tế và quá trình học tập , nghiên cứu tại trung tâm Fact của trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên. Em mạnh dạn xin đưa ra đề tài “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHÂM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN”.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc trong dây chuyền sản xuất tự động trong các nhà máy xí nghiệp của nước ta hiện nay.3 Mục đích nghiên cứu - Khi nghiên cứu đề tài này em muốn vận dụng những sản phẩm công nghệ khoa học tiên tiến áp dụng vào quá trình sản xuất tự động nhằm tạo ra năng suất , chất lượng cũng như giảm thiểu tối đa sức người trong sản xuất công nghiệp.
Mặt khác đây cũng là mô hình để các bạn sinh viên khoá sau tham khảo và nghiên cứu phát triển hơn nữa. - Củng cố lại kiến thức lý thuyết đã được học tập nghiên cứu tại trường. 8 0 0 Tieu luan - Đây là đồ án tốt nghiệp để sinh viên hoàn thành chương trình học tập, nghiên cứu tại trường. Chứng minh khả năng, năng lực của bản thân để sau khi ra trường trở thành một kĩ sư giỏi đóng góp nhiều cho nền công nghiệp nước nhà và xã hội.4 Nhiệm vụ nghiên cứu Với giới hạn của đề tài: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHÂM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN”.
Em đi sâu vào nghiên cứu những vấn đề chính sau đây: Tìm hiểu về vi điều khiển mà trọng tâm là IC AT mega8 phần cứng và tập lệnh. Tìm hiểu về bộ phận hiển thị, màn hình LCD,Led 7 thanh. Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình C, C++, Asembly…. Viết chương trình cho IC AT mega8, động cơ điện một chiều.
Tìm hiểu phần mềm thiết kế cơ khí CAD 2D, Inventor và những phần mềm thiết kế mạch điện tử như Eagle, Protus… Tìm hiểu về vật liệu cơ khí chế tạo khung hệ thống sản phẩm, vật liệu làm băng chuyền, trục quay, ổ bi đỡ… 1.5 Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu thu thập thông tin thực tế liên quan tới hệ thống. Phân tích, thiết kế và lập trình cho hệ thống. Thử nghiệm và vận hành cho hệ thống.6 Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài 9 0 0 Tieu luan Hiện nay trong nhiều nhà máy và doanh nghiệp sản xuất như đóng nhãn sản phẩm, kiểm tra nguyên liệu đầu vào, sản phẩm đầu ra vẫn còn áp dụng công nghệ sản xuất lạc hậu, chưa theo kịp với xu thế phát triển và đáp ứng được nhu cầu sản xuất trong nước và trên thị trường quốc tế. Chính vì thế em xin thực hiện đề tài: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ” với mong muốn đưa ra giải pháp nhằm cải thiện quá trình sản xuất sao cho giảm được chi phí nhân công , tăng năng suất mà vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm, giảm giá thành sản phẩm để có thể cạnh tranh trên thị trường.
10 0 0 Tieu luan CHƯƠNG II: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về “MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN” I. THIẾT KẾ , CHẾ TẠO CƠ KHÍ 1.1 Thiết kế khung Thiết kế 3D trên phần mềm Autocad Inventor 2011 Hình 2.1a : Bản vẽ 3D vòng bi 11 0 0 Tieu luan 1.2 Thiết kế các chi tiết a. Băng truyền sản phẩm Hình 2.2 : mô hình băng truyền 3D Hình 2.3 : kích thước băng truyền - Chu vi băng tải 1500 mm. - Bề rộng 80 mm b.
Cảm biến Hình 2.5a: Mô hình 3D cảm biến nhận biết màu. Sản phẩm Hình 2.6a: Sản phẩm cần phân loại Hình 2.6b: Kích thước sản phẩm 13 0 0 Tieu luan Trong quá trinh thiết kế chúng em chọn sản phẩm có dạng hình trụ tròn. Kích thước đường sinh là :45mm Kích thước đường kích là :40mm 14 0 0 Tieu luan II.THIẾT KẾ ,CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 15 0 0 Tieu luan 2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Khi cấp điện cho động cơ điện 1 chiều thì băng tải sẽ bắt đầu hoạt động Sản phẩm được đưa vào băng tải. Nhờ có cảm biến màu TCS 3200 phát hiện sẽ cấp tín hiệu điều khiển để các xy động cơ servo đẩy sản phẩm xuống thùng chứa.
Khi đó cảm biến sẽ gửi tín hiệu cho vi điều khiển at mega8 , khi đó xuất tín hiệu cho khối hiển thị .Số lượng sản phẩm trong hộp sẽ được hiển thị trên LCD.2 Khối nguồn Hầu hết các thiết bị điện muốn hoạt động được thì phải cung cấp một nguồn năng lượng điện, do đó đối với hệ thống được thiết kế trong luận văn này đòi hỏi nguồn năng lượng điện phải thật ổn định, thật chính xác. Trong hệ thống này hầu hết đều sử dụng các vi mạch họ TTL, CMOSS có nguồn cung cấp là : + Họ TTL thì điện áp cung cấp là từ [4.5]V + Họ CMOSS thì điện áp cung cấp là từ [3 15]V Ngoài ra còn sử dụng hệ thống van thủy lực (động cơ) sử dụng nguồn +24V Do đó có thể chọn nguồn cung cấp cho toàn mạch là +5V, +24V cho tất cả hệ thống.1 Sơ đồ nguyên lý 16 0 0 Tieu luan Hình 2.8: Sơ đồ nguồn cung cấp hệ thống 17 0 0 Tieu luan 2.2 Nguyên lý hoạt động Khi cuộn sơ cấp của máy biến áp được cấp một nguồn điện áp xoay chiều 220Vac thì trên cuộn thứ cấp tạo ra điện áp xoay chiều thấp 15Vac. Điện áp xoay chiều này được nắn qua cầu diode B1 sau đó cho qua lọc bởi tụ C7, C8 , C9 và C10 để cho ra điện áp một chiều +5Vdc, , 1Vdc điện áp này vẫn chưa thực sự ổn định. Để được điện áp ổn định thì tại các giá trị điện áp này cho qua các IC ổn áp lấy điện áp chuẩn.
Các IC ổn áp được sử dụng trong mạch là họ 7805, để có điện áp chuẩn +5Vdc điện áp này lại được lọc qua các tụ C10.9 để có được điện áp bằng phẳng nhằm cung cấp cho hệ thống hoạt động. Khi cuộn sơ cấp của máy biến áp được cấp một nguồn điện áp xoay chiều 220Vac thì trên cuộn thứ cấp tạo ra điện áp xoay chiều thấp 24Vac. Điện áp xoay chiều này được nắn qua cầu diode B2 sau đó cho qua lọc bởi tụ C17, C18 để cho ra điện áp một chiều +24Vac. Điện áp này được cung cấp cho động cơ băng tải.3 Tính toán và thiết kế Sau khi nắn lọc được thì cho ra được điện áp một chiều +5Vdc ,12Vdc Điện áp tại cuộn thứ cấp có giá trị hiệu dụng là: Uhd = 12V Uđỉnh = 12x 1.414 =16,97V Vậy ta phải chọn tụ có mức điện áp chịu đựng là 25V Để chọn biến áp nguồn, cầu diode, IC ổn áp ta căn cứ vào dòng tiêu thụ của linh kiện trong mạch hay dòng tiêu thụ của toàn thống.
Dòng tiêu thụ của các linh kiện chính trong mạch có thể được tính gần đúng như sau: + Vi điều khiển PIC 16F877A tiêu thụ dòng ICC (max) = 20mA + Bộ điều khiển tiêu thụ dòng là 340mA Sau khi cộng tất cả các dòng têu thụ của các linh kiện trong mạch ta có dòng tổng là: 951. Căn cứ vào tính toán ở trên ta có thể chọn các giá trị linh kiện như sau: + Tụ 100uF 50v, 1000uf 25v, 2200uf 25v 18 0 0 Tieu luan + Biến áp nguồn cung cấp loại 3A 220V/ 15V + IC ổn áp 7805 , 7812, có IOUT = 1A + Cầu diode B1 có dòng 1A + Các điện trở từ R10.4 có nhiệm vụ báo hiệu có nguồn cấp.4 có nhiệm vụ chống ngược nguồn và bảo vệ cho các linh kiện.3 Khối cảm biến 2.1 Khái niệm cơ bản về ánh sáng Ánh sáng có bản chất là hạt. Dạng sóng ánh sáng là sóng điện từ phẳng. Tại mỗi thời điểm không gian vectơ cường độ điện trường E`, cường độ từ trường H` và phương truyền sóng, làm thành một tam diện thuận .9: Sóng ánh sáng 19 0 0 Tieu luan Ánh sáng lan truyền trong chân không có vận tốc v=299792km/s.
Trong vận tốc ánh sáng có v=c/n, với n là chiết suất của môi trường. Giữa tần số v và bước sóng của ánh sáng liên hệ bằng công thức: =v/ trong chân không: =c/ Trên hình2.9 biểu diễn phổ ánh sáng và các dải màu của phổ. Tính chất hạt của ánh sáng thể hiện qua sự tương tác của ánh sáng với vật chất. Ánh sáng gồm các hạt nhỏ photon có năng lượng phụ thuộc duy nhất vào tần số qua biểu thức: w = h/ trong đó h là hằng số Planck, h =6.760 Cực tím Tím Lam Lục Vàng Da cam Đỏ Hồng ngoại Ánh sáng nhìn thấy được Hình 2.10 : Phổ ánh sáng 20 0 0 Tieu luan Trong vật chất các điện tử liên kết trong nguyên tử có xu hướng thoát khỏi nguyên tử để trở thành điện tử tự do.
Để giải phóng các điện tử liên kết cần phải có một năng lượng bằng năng lượng liên kết W1. Bước sóng ngưỡng của ánh sáng có thể gây nên hiện tượng giải phóng điện tử được tính bằng biểu thức: MAX= hc/W1 =1.237/W1(eV) Nói chung loại điện tích được giải phóng do chiếu sáng phụ thuộc vào bản chất của vật liệu được chiếu sáng. Khi chiếu sáng chất điện môi và bán dẫn tinh thiết, các điện tích được giải phóng là cặp điện tử –lỗ trống. Đối với bán dẫn pha tạp chất khi bị chiếu sáng chúng sẽ giải phóng điện tử (Nếu pha tạp chất dono) hoặc lỗ trống (Nếu pha tạp chất acxepto).
Hiệu ứng quang điện tỉ lệ thuận với số lượng hạt dẫn được giải phóng do tác dụng của ánh sáng trong một đơn vị thời gian.