Đồ án Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỂN THÔNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ KIỂM ĐỊNH XOAY GVHD: THS. NGUYỄN THANH BÌNH SVTH: HOÀNG VĂN THƯƠNG MSSV: 12341113 SVTH: ĐOÀN ANH TUẤN MSSV: 12341120 SKL003075 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - CÔNG NGHIỆP  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử - Truyền Thông NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ KIỂM ĐỊNH XOAY GVHD : ThS. NGUYỄN THANH BÌNH SVTH : HOÀNG VĂN THƢƠNG MSSV : 12341113 SVTH : ĐOÀN ANH TUẤN MSSV : 12341120 LỚP : 12341 TP. HỒ CHÍ MINH –THÁNG 07 NĂM 2014
3. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay Phần A GIỚI THIỆU Phần A: Giới thiệu
4. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BM Điện Tử Công Nghiệp Tp. HCM, ngày tháng năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Hoàng Văn Thƣơng MSSV: 12341113 Đoàn Anh Tuấn MSSV: 12341120 Chuyên ngành: CNKT Điện Tử-Truyền thông Mã ngành: D510302 Hệ đào tạo: Chuyển tiếp chính quy Khóa: 2012 Lớp: 12341 I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ KIỂM ĐỊNH XOAY II. NHIỆM VỤ: 1. Các yêu cầu thực hiện, thông số của đề tài: Thiết kế và chế tạo bộ phận cơ khí cho thiết bị kiểm định. Thiết kế và chế tạo bộ điều khiển cho thiết bị kiểm định – gồm 2 phiên bản: . Phiên bản 1: Bộ điều khiển sử dụng vi điều khiền 8-bit PIC 16F887 của hảng Microchip cùng bàn phím Keypadhiển thị thông số trên LCD 20x4. . Phiên bản 2: Bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển 16-bit cùng bàn phím M-Touch hiển thị thông số trên LCD 20x4. Viết chƣơng trình điều khiển sử dụng phần mềm MicroC PRO for PIC V.6.0.0 và MicroC PRO for dsPIC V.6.2.0 của hãng MikroElektronika. 2. Các vấn đề tồn tại của ĐATN có liên quan đã thực hiện ở các khóa trƣớc:
5. 3. ĐATN giải quyết đƣợc vấn đề gì, tính mới, tính cải tiến, tính tối ƣu: 4. Kết quả đạt đƣợc của ĐATN sau khi thực hiện: III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/03/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2014 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: Ths. Nguyễn Thanh Bình CÁN BỘ HƢỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Ths. Nguyễn Thanh Bình Ts. Nguyễn Thanh Hải
6. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BM Điện Tử Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Hoàng Văn Thƣơng Lớp: 123411A MSSV: 12341113 Họ tên sinh viên 2: Đoàn Anh Tuấn Lớp: 123411A MSSV: 12341120 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ KIỂM ĐỊNH XOAY Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD GV HƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) Ths. Nguyễn Thanh Bình
7. Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa Điện – Điện Tử (Dành cho cán bộ hƣớng dẫn) BM Điện Tử Công Nghiệp Ngày tháng năm 2014 1. Tên đề tài tốt nghiệp: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ KIỂM ĐỊNH XOAY 2. Cán bộ hƣớng dẫn: GV.Ths. Nguyễn Thanh Bình 3. Nhận xét: 4. Đề nghị : Đƣợc bảo vệ: Bổ sung để đƣợc bảo vệ: Không đƣợc bảo vệ: 5. Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trƣớc hội đồng : (dành cho cán bộ phản biện) Câu 1: Câu 2: 6. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB, yếu): Điểm: /10. 7. Xin mời GV hƣớng dẫn và GV phản biện tham gia hội đồng bảo vệ của thƣ mời đính kèm. Cán bộ hƣớng dẫn GV.Ths. Nguyễn Thanh Bình
8. Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa Điện – Điện Tử (Dành cho cán bộ phản biện) BM Điện Tử Công Nghiệp Ngày tháng năm 2014 1. Tên đề tài tốt nghiệp: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ KIỂM ĐỊNH XOAY 2. Cán bộ phản biện: 3. Nhận xét: 4. Đề nghị : Đƣợc bảo vệ: Bổ sung để đƣợc bảo vệ: Không đƣợc bảo vệ: 5. Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trƣớc hội đồng : (dành cho cán bộ phản biện) Câu 1: Câu 2: 6. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB, yếu): Điểm: /10. Cán bộ phản biện
9. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay LỜI CẢM ƠN Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô khoa Điện - Điện tử đã giảng dạy trong suốt hai năm học và tạo điều kiện thuận lợi để những ngƣời thực hiện đề tài học tập tốt. Xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Thanh Bình, ngƣời đã theo sát hƣớng dẫn và động viên giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Cảm ơn gia đình, cha mẹ đã là nguồn động viên to lớn về vật chất và tinh thần trong suốt thời gian học hành, để có đƣợc tƣơng lai, theo đuổi ƣớc mơ và sự nghiệp. Chân thành cảm ơn các anh, chị và các bạn trong khoa Điện - Điện tử, đặc biệt là các bạn trong lớp 12341 đã giúp đỡ, động viên và hỗ trợ nhau trong suốt quá trình học tập. Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện đề tài SV. HOÀNG VĂN THƢƠNG SV. ĐOÀN ANH TUẤN Phần A: Giới thiệu vii
10. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay TÓM TẮT ĐỀ TÀI Kiểm định là một khâu đặc biệt quan trọng và không thể thiếu trong quá trình thiết kế chế tạo máy móc, thiết bị cũng nhƣ trong quá trình đƣa vào sản xuất, sử dụng. Quá trình kiểm định giúp đánh giá mức độ tin cậy của thiết kế, phát hiện những sai sót hƣ hỏng trong thiết kế để tiến hành khắc phục, chỉnh sửa kịp thời, giúp tiết kiệm thời gian và kinh phí phát triển. Ngoài ra,các thiết bị máy móc nằm trong danh mục bắt buộc phải kiểm định cần phải đƣợc kiểm định lần đầu trƣớc khi đƣa vào sử dụng, kiểm định định kỳ nếu đã qua sử dụng hoặc cầnkiểm định sau khi đƣợc đƣợc khắc phục từ một sự cố lớn nhằm bảo vệ an toàn lao động, tài sản, môi trƣờng Nói cách khác, kiểm định là quá trình kiểm tra để xác định các thiết bị máy móc đó có đạt đƣợc yêu cầu tiêu chuẩn của nhà quản lý để đƣợc cấp phép sử dụng, sản xuất hay không. Các máy móc thiết bị có nhiều bộ phận, chức năng khác nhau do đó khi tiến hành kiểm định chúng yêu cầu sử dụng các thiết bị kiểm định khác nhau để kiểm tra. Trên thế giới hiện nay đã có nhiều hãng sản xuất các thiết bị kiểm định với chủng loại phong phú. Tuy nhiên, lĩnh vực này ở nƣớc ta vẫn chƣa đƣợc đầu tƣ nghiên cứu đúng mức. Các nhà máy cũng nhƣ trung tâm kiểm định vẫn sử dụng nhiều thiết bị kiểm định của nƣớc ngoài sản xuất với giá thành khá cao. Do đó, từ thực tiễn đó đã đặt ra yêu cầu nghiên cứu, chế tạo các loại thiết bị kiểm định để đáp ứng đƣợc nhu cầu kiểm định máy móc, thiết bị. Trong các máy móc thiết bị thƣờng sử dụng nhiều loại đầu nối, khớp nối khác nhau và yêu cầu kiểm định chất lƣợng các mối nối, khớp nối là rất lớn. Chúng ta hoàn toàn có thể nghiên cứu, xây dựng các thiết bị kiểm định các loại mối nối, khớp nối đó, cụ thể trong đề tài này là loại khớp nối xoay. Nội dung của đề tài đƣợc giải quyết tập trung theo hƣớng khai thác những ứng dụng từ vi điều khiển, các giao tiếp ngoại vi, nội vi của vi điều khiển để ứng dụng vào việc điều khiển động cơ servo hoạt động theo mong muốn. Và theo đó là tạo nên một giao diện điều khiển thân thiện, gần gũi với ngƣời sử dụng, có thể cài đặt báo kết quả thông qua tin nhắn SMS, đáp ứng đƣợc yêu cầu kiểm định xoay theo tiêu chuẩn kiểm định thực tế, đặc biệt là theo tiêu chuẩn TCVN 5699-2-23: 2007 và tiệu chuẩn quốc tế IEC 60335-2-23: 2005 về kiểm định mối nối xoay cho “Thiết bị điện sử dụng cho chăm sóc da và tóc”. Về cơ bản, đề tài đã có thể chứng minh rằng: Hoàn toàn có thể chế tạo thiết bị kiểm định xoay với chi phí vừa phải và cho chất lƣợng tốt tƣơng đƣơng các thiết bị kiểm định cùng loại của nƣớc ngoài. Đề tài đã tạo đƣợc một tiền đề và nhiều kinh nghiệm để tiếp tục nghiên cứu phát triển theo hƣớng rộng và chuyên sâu trong việc chế tạo các thiết bị kiểm định với chất lƣợng tốt và giá thành hợp. Phần A: Giới thiệu viii
11. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay MỤC LỤC Trang bìa Phần A:Giới thiệu i Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệm ii Lịch trình thực hiện đồ án iv Phiếu chấm đề tài của cán bộ hƣớng dẫn v Phiếu chấm đề tài của cán bộ phản biện vi Lời cảm ơn vii Tóm tắt đề tài viii Mục lục ix Liệt kê bảng xi Liệt kê hình xii Phần B: Nội dung 1 Chƣơng 1: Dẫn nhập 2 1.1.Đặt vấn đề 3 1.2.Tình hình nghiên cứu 3 1.3.Mục đích nghiên cứu 3 1.4.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 4 1.5.Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 4 1.6.Phƣơng pháp và phƣơng tiện nghiên cứu 4 Chƣơng 2: cơ sở lý thuyết động cơ servo 6 2.1.Tổng quan về động cơ servo 7 2.2.Điều khiển động cơ servo 7 2.2.1Sơ lƣợc về điều khiển động cơ servo 7 2.2.2Phƣơng pháp điều khiển động cơ servo 8 Chƣơng 3: Giới thiệu điều khiển xoay và công nghệ m-touch 9 3.1 Giới thiệu về điều khiển xoay 10 3.1.1 Sơ đồ khối thiết bị kiểm định 10 3.1.2. Chức năng từng của từng khối 10 3.2 Giới thiệu công nghệ m-touch 13 3.2.1 Tổng quan về cảm ứng điện dung 13 3.2.2Sử dụng module CTMU đo điện dung 15 3.2.3 Nguyên lý của CTMU 16 3.2.4Những điều quan trọng cần lƣu ý trong ứng dụng M-Touch 19 3.2.5 Phƣơng pháp đi đƣờng mạch in 19 3.2.6 Hình dạng kích thƣớc nút nhấn 19 3.2.7 Ảnh hƣởng của miếng phủ bề mặt 20 3.2.8 Nối đất 20 3.2.9 Nhiễu 21 3.2.10 Tăng tính chống nhiễu 22 3.2.11 Ứng dụng hệ thống trong môi trƣờng công nghiệp 22 3.2.12 Thiết kế phần cứng 23 Phần A: Giới thiệu x
12. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay Chƣơng 4: Thiết kế và thi công board điều khiển 29 4.1 Sơ đồ khối 30 4.2. Tổng quan thiết kế 30 4.3 Sơ đồ nguyên lý cho version 1 31 4.4 Sơ đồ mạch in cho version 1 34 4.5 Sơ đồ nguyên lý cho version 2 34 4.6 Sơ đồ mạch in cho version 2 40 4.7 Sơ đồ mạch in cho bàn phím M-Touch 40 4.8 Thiết kế phần mềm 42 4.8.1 Phiên bản 1 giao tiếp bàn phím hex điều khiển hiển thị LCD 20x4 42 4.8.2 Phiên bản giao tiếp bàn phím cảm ứng m-touch điều khiển hiển thị LCD 20x4 42 Chƣơng 5: Thiết kế bộ phận cơ khí và vỏ thiết bị 43 5.1 Bộ phận cơ khí truyền động của thiết bị 44 5.2 Đế bộ phận cơ khí 44 5.3 Hộp chứa động cơ 44 5.4 Trục truyền động 45 5.5 Đầu nối 45 5.6 Thanh chống 46 5.7 Hộp vỏ của bộ điều khiển 46 Error! Bookmark not defined. Chƣơng 6: Kết quả, kết luận và hƣớng phát triển 48 6.1.Kết quả 49 6.2.Kết luận 50 6.2.Hƣớng phát triển 51 Phần C:Phụ lục và tài liệu tham khảo 52 Tài liệu tham khảo 53 Phụ lục 1 54 Phụ lục 2 71 Phần A: Giới thiệu xi
13. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay LIỆT KÊ BẢNG Bảng 1: Bảng cấu hình switch cho driver 12 Bảng 2: Chức năng dây encode 12 Phần A: Giới thiệu xii
14. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay LIỆT KÊ HÌNH Hình 2.1 : Mô hình encoder 7 Hình 3.1: Sơ đồ khối thiết bị kiểm định. 10 Hình 3.2: Sơ đồ ngõ vào ra DC DCS3T-25. 11 Hình 3.3: Động cơ DC Servo SINANO 5DA12-7SE2E 13 Hình 3.4 : Tạo tụ điện Cf khi chạm tay vào phím 13 Hình 3.5 : Module CSM 14 Hình 3.6 : Module CVD 15 Hình 3.7: Module CTMU 15 Hình 3.8 : Sơ đồ khối Module CTMU 16 Hình 3.9 : Sơ đồ khối Capacitive Touch sử dụng CTMU 17 Hình 3.10 : Lƣu đồ cho chƣơng trình đọc của cảm biến điện dung sử dụng CTMU 18 Hình 3.11: Khoảng cách phím nhấn 20 Hình 3.12: Nối đất 21 Hình 3.13 : Hoạt động lý tƣởng 21 Hình 3.14 : Hoạt động với mức nhiễu trung bình, dung lọc thông thấp 21 Hình 3.15 : Hoạt động với mức nhiễu cao, buộc phải sử dụng đƣờng bao để ổn định 21 Hình 3.16: Các điện dung trên phím nhấn 23 Hình 3.17 : Tác động giữa hai phím liền nhau 26 Hình 3.18 : Rãnh không khí giữa hai nút nhấn 26 Hình 3.5.3a: Arduino AnalogInput 27 Hình 4.1: Sơ đồ khối board điều khiển. 30 Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý board điều khiển version 1. 31 Hình 4.3: Sơ đồ chân và hình thực tế LM 7805 31 Hình 4.4: Sơ đồ chân và hình thực tế PIC 16F887 kiểu đóng gói 40-pin PDIP 32 Hình 4.5: Sơ đồ chân và hình thực tế LCD 20x4. 33 Hình 4.6: Sơ đồ chân và hình thực tế Keypad 4x4. 33 Hình 4.7: Sơ đồ chân và hình thực tế Max 232. 33 Hình 4.8: Sơ đồ mạch in board điều khiển version 1. 34 Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý board điều khiển version 2. 34 Hình 4.10: Thông số từng chip trong họ PIC 24FJxxxGBxxx. 37 Hình 4.11: Sơ đồ chân và hình thực tế của PIC 24FJxxxGB106 kiểu đóng gói 64pin TQFP và QFN. 38 Hình 4.12: Sơ đồ khối của họ PIC 24FJxxxGBxxx. 39 Hình 4.13: Sơ đồ mạch in board điều khiển version 2. 40 Hình 3.7.2a: Cấu hình bằng tay cổng COM máy chủ 40 Hình 4.14 : Sơ đồ mạch in lớp dƣới bàn phím M-Touch 40 Hình 4.15 : Sơ đồ mạch in lớp trên bàn phím M-Touch 41 Hình 4.15 : Sơ đồ mạch in lớp trên bàn phím M-Touch 41 Hình 5.1: Mô hình mẫu khung truyền động của SAD-9000-SWI-M. 44 Hình 5.2: Bản vẽ thiết kế của hộp động cơ. 45 Hình 5.3: Bản vẽ thiết kế của trục truyền động. 45 Hình 5.4: Bản vẽ thiết kế của của đầu nối. 46 Hình 5.5: Bản vẽ thiết kế của 2 thanh chống. 46 Hình 5.6: Bản vẽ thiết kế của hộp vỏ của bộ điều khiển. 47 Hình 6.1 : Mô hình thực tế phiên bản bàn phím hex 49 Hình 6.2 : Mô hình thực tế phiên bản bàn phím m-touch 50 Phần A: Giới thiệu xiii
15. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay PHẦN B NỘI DUNG Chƣơng 1: Dẫn nhập
16. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay Chƣơng 1 DẪN NHẬP Chƣơng 1: Dẫn nhập
17. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay 1.1. Đặt vấn đề Kiểm định là một khâu đặc biệt quan trọng và không thể thiếu trong quá trình thiết kế chế tạo máy móc, thiết bị cũng nhƣ trong quá trình sản xuất, sử dụng. Quá trình kiểm định giúp đánh giá mức độ tin cậy của thiết kế, phát hiện những sai sót hƣ hỏng trong thiết kế để tiến hành khắc phục, chỉnh sửa kịp thời, giúp tiết kiệm thời gian và kinh phí phát triển. Ngoài ra, các thiết bị máy móc nằm trong danh mục bắt buộc phải kiểm định cần phải đƣợc kiểm định lần đầu trƣớc khi đƣa vào sử dụng, kiểm định định kỳ nếu đã qua sử dụng, hoặc sau khi đƣợc khắc phục từ một sự cố lớn nhằm bảo vệ an toàn lao động, tài sản, môi trƣờng Nói cách khác, kiểm định là quá trình kiểm tra để xác định các thiết bị máy móc đó có đạt đƣợc yêu cầu tiêu chuẩn của nhà quản lý để đƣợc cấp phép sử dụng, sản xuất hay không. Các máy móc thiết bị có nhiều bộ phận, chức năng khác nhau do đó khi tiến hành kiểm định chúng yêu cầu sử dụng các thiết bị kiểm định khác nhau để kiểm tra. Trên thế giới hiện nay đã có nhiều hãng sản xuất các thiết bị kiểm định với chủng loại phong phú. Tuy nhiên, lĩnh vực này ở nƣớc ta vẫn chƣa đƣợc đầu tƣ nghiên cứu đúng mức. Các nhà máy cũng nhƣ trung tâm kiểm định vẫn sử dụng nhiều thiết bị kiểm định của nƣớc ngoài sản xuất với giá thành khá cao. Do đó, từ thực tiễn đó đã đặt ra yêu cầu nghiên cứu, chế tạo các loại thiết bị kiểm định để đáp ứng đƣợc nhu cầu kiểm định máy móc, thiết bị. Trong các máy móc thiết bị thƣờng sử dụng nhiều loại đầu nối, khớp nối khác nhau và yêu cầu kiểm định chất lƣợng các mối nối, khớp nối là rất lớn. Chúng ta hoàn toàn có thể nghiên cứu, xây dựng các thiết bị kiểm định các loại mối nối, khớp nối nhƣ khớp nối xoay sử dụng động cơ servo để truyền động, encoder để xác định chính xác góc quay kết hợp với vi điều khiển để tạo nên một thiết bị kiểm định xoay với chi phí vừa phải mà vẫn vận hành tốt, thỏa mãn yêu cầu kiểm định của các tiêu chuẩn hiện hành. 1.2. Tình hình nghiên cứu Các thiết bị kiểm định đã đƣợc nhiều hãng nƣớc ngoài sản xuất với nhiều chủng loại khác nhau tƣơng ứng với từng tiêu chí kiểm định, tuy nhiên giá thành vẫn còn cao so với mặt bằng kinh tế của Việt Nam. Tại Việt Nam cũng có một số thiết bị kiểm định đƣợc sản xuất trong nƣớc nhƣng chƣa thực sự phổ biến. Nhóm thực hiện đề tài này chƣa tìm thấy bất cứ công trình nghiên cứu nào đã đƣợc đăng hay công bố về nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay. Động cơ DC Servo hiện nay cũng rất phổ biến ở nƣớc ta, có thể dễ dàng tìm mua đƣợc mạch điều khiển có sẵn khá nhiều và nguyên lý điều khiển đơn giản, cho độ chính xác cao do là hệ điều khiển vòng kín, với moment xoắn khởi động lớn thích hợp cho điều khiển các truyền động ngắn hạn. Đó cũng là lí do quan trọng để khẳng định rằng: lựa chọn động cơ servo để chế tạo thiết bị kiểm định xoay là hợp lý và sẽ cho kết quả tốt. 1.3 Mục đích nghiên cứu Mục tiêu của đề tài là tiếp cận phƣơng pháp chế tạo một thiết bị kiểm định chất lƣợng phù hợp với những quy chuẩn, tiêu chuẩn về kiểm định đã đƣợc ban hành. Chƣơng 1: Dẫn nhập Trang 3
18. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay Các thông số có thể cài đặt gồm: góc quay có thể thay đổi trong giới hạn cho phép từ 3o đến 360okhoảng cách bƣớc 1ovới sai số không quá 0.32o, số lần lặp lại thay đổi từ 1 đến 65000 lần trong dải tốc độ từ 6 RPM đến 120 RPM , số vòng quay thay đổi từ 1 đến 65000 vòng. Toàn bộ thông số của hệ thống nhƣ góc quay, số lần quay, tốc độ quay, số vòng quay có thể đƣợc cài đặt một cách trực quan thông qua giao diện điều khiển và lƣu trong bộ nhớ của vi điều khiển. 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu . Đối tƣợng nghiên cứu - Vi điều khiển 8 bit 16F887 và 16-bit PIC 24FJ256GB106 của Microchip. - Động cơ DC servo SINANO 5DA12-7SE2E. - Driver điều khiển động cơ DC DCS3T-25. - Phần mềm MikroC PRO for PIC v.6.0.0 và MikroC PRO for dsPIC v6.2.0 của MikroElektronika. . Phạm vi nghiên cứu - PWM. - Timer. - Keypad. - LCD. - CTMU. - M-Touch. - UART - SIM GSM 900A. Chƣơng trình điều khiển driver đƣợc viết trên phần mềm 2 phần mềm của MikroC PRO for PIC và MikroC PRO for dsPIC của Mikro Elektronika cho các vi điều khiển PIC 8-bit và 16-bit sử dụng các khối trên. 1.5 .Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài . Ý nghĩa khoa học của đề tài Kết quả thực nghiệm của đề tài chứng minh khả năng hoàn toàn có thể thiết kế chế tạo các thiết bị kiểm định, đặc biết là về kiểm định mối nối ở trong nƣớc với chi phí phù hợp và đạt hiệu quả tốt và tạo tiền đề nghiên cứu mới cho những ai yêu thích lĩnh vực này. . Tính thực tiễn của đề tài Đề tài có thể đƣợc sử dụng để kiểm định các mối nối dạng đồng thời là cơ sở để tiếp tục xây dựng các thiết bị kiểm định chất lƣợng khác đáp ứng nhu cầu về kiểm định chất lƣợng kỹ thuật và an toàn. 1.6 .Phƣơng pháp và phƣơng tiện nghiên cứu Hai phƣơng pháp nghiên cứu chính đã đƣợc áp dụng để thực hiện đề tài này là: Phƣơng pháp tham khảo tài liệu và phƣơng pháp thực nghiệm. Chƣơng 1: Dẫn nhập Trang 4
19. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay Áp dụng phƣơng pháp tham khảo tài liệu: Có nhiều kiến thức và kỹ năng quan trọng và cần thiết cho đề tài nhƣng nhóm thực hiện chƣa đƣợc trang bị trong chƣơng trình học, vì vậy có khá nhiều nguồn tài liệu tham khảo từ các trang Web và ebook đã đƣợc tác giả đề tài kham khảo và nghiên cứu nhiều trong quá trình thực hiện. Việc tham khảo tài liệu đã giúp nhóm thực hiện củng cố lại một cách khoa học các kiến thức đã có và xây dựng những nền tảng kiến thức mới. Qua đó, tác giả cũng chọn lọc ra đƣợc những nguồn kiến thức quan trọng làm kim chỉ nam cho tác giả thực nghiệm nghiên cứu. Áp dụng phƣơng pháp thực nghiệm: Sản phẩm của đề tài là một sản phẩm hoàn chỉnh. Chính vì vậy, đòi hỏi nhóm thực hiện phải tiến hành nhiều lần thực nghiệm để thử nghiệm mẫu thiết kế phần cứng và các phiên bản chƣơng trình phần mềm. Để giảm bớt thời gian và chi phí thực nghiệm, ngƣời thực hiện còn kết hợp với mô phỏng hệ thống trên máy tính. Sau khi việc kiểm chứng trên mô phỏng đạt đƣợc những kết quả nhất định, thì sẽ đƣợc tiến hành trên phần cứng thực. Để thực nghiệm đƣợc thì nhóm thực hiện đề tài phải cần đến các phƣơng tiện nghiên cứu bao gồm : phƣơng tiện (công cụ) phần mềm và phƣơng tiện (công cụ) phần cứng. Phƣơng tiện (công cụ) phần mềm: . MikroC PRO for PIC v.6.0.0 và MikroC PRO for dsPIC v.6.2.0 của Mikro Elektronika: Đƣợc dùng để lập trình, xây dựng phần mềm điều khiển cho các bộ vi điều khiển. . Proteus 8.1 của Labcenter Electronics: Vẽ và mô phỏng các mạch điện tử. . Cadsoft EAGLE :vẽ mạch nguyên lý và mạch in cho bo mạch điều khiển. Phƣơng tiện (công cụ) phần cứng: . Hai bo mạch (version 1 và version 2) đƣợc thiết kế: Là phần cứng trung tâm điều khiển hoạt động của thiết bị kiểm định. . Bộ phận cơ khí : là cơ cấu chấp hành của bộ điều khiển, giúp kết nối với thiết bị cần kiểm định. Hai phƣơng pháp nghiên cứu trên đƣợc áp dụng xen kẽ và bổ trợ cho nhau để từ đó giúp nhóm nghiên cứu hình thành đƣợc những kiến thức quý giá và đi đến thực hiện thành công đề tài “Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay”. Chƣơng 1: Dẫn nhập Trang 5
20. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ SERVO Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết
21. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm định xoay 2.1 Tổng quan về động cơ servo Động cơ servo là động cơ dc đƣợc thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ đƣợc nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ đƣợc hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chƣa đạt đƣợc vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt đƣợc điểm chính xác. Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thƣớc, đƣợc sử dụng trong nhiều loại máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi. Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và xe hơi. 2.2 Điều khiển động cơ servo 2.2.1 Sơ lƣợc về điều khiển động cơ servo Để điều khiển số vòng quay hay vận tốc động cơ thì nhất thiết phải đọc đƣợc góc quay của motor. Một số phƣơng pháp có thể đƣợc dùng để xác định góc quay của motor bao gồm tachometer (thật ra tachometer đo vận tốc quay), dùng biến trở xoay, hoặc dùng encoder. Trong đề tài sử dụng phƣơng pháp đọc encoder. Hệ thống encoder bao gồm một nguồn phát quang (thƣờng là hồng ngoại – infrared), một cảm biến quang và một đĩa có chia rãnh. Hình 2.1 : Mô hình encoder. Encoder Encoder thƣờng có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I (Index). Trong hình 2.1, một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa quay và một cặp phát - thu dành riêng cho lỗ nhỏ này. Đó là kênh I của encoder. Cữ mỗi lần motor quay đƣợc một vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát - thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm biến. Nhƣ thế kênh I xuất hiện một “xung” mỗi vòng quay của motor. Bên ngoài đĩa quay đƣợc chia thành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này. Đây là kênh A của encoder, hoạt động của kênh A cũng tƣơng tự kênh I, điểm khác nhau là trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh A. N là số rãnh trên đĩa và đƣợc gọi là độ phân giải (resolution) của encoder. Mỗi loại encoder có độ phân giải khác nhau, có khi trên mỗi đĩa chĩ có vài rãnh nhƣng cũng có trƣờng hợp đến hàng nghìn rãnh đƣợc chia. Để điều khiển động cơ, cần phải biết độ phân giải của encoder đang dùng. Độ phân giải ảnh hƣởng đến độ chính xác Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Trang 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4