BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG SAN PHẲNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG LASER Họ tên sinh viên: ĐỖ ĐÔNG HÙNG TRẦN MẪN MINH QUÂN Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Niên khóa: 2006-2010 Tháng 7/2010 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG SAN PHẲNG ĐIỀU KHỂN TỰ ĐỘNG BẰNG LASER Tác giả ĐỖ ĐƠNG HÙNG TRẦN MẪN MINH QN Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành CƠ ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ NGUYỄN VĂN HÙNG Kĩ sư ĐÀO DUY VINH Tháng năm 2010 i LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn! Tiến sĩ Nguyễn Văn Hùng Kĩ sư Đào Duy Vinh– Giáo viên hướng dẫn đề tài Thầy tận tình bảo, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tơi suốt q trình làm đề tài Xin cảm ơn Quý thầy, cô phản biện đề tài cho lời nhận xét quý báu Qua phản hồi chúng tơi hồn thiện trình nghiên cứu Cảm ơn cha mẹ, anh em, bạn bè tạo điều kiện tốt suốt trình học tập làm đề tài Một lần xin chân thành cảm ơn! Tp.HCM, ngày 22 tháng 07 năm 2010 Người nghiên cứu ii TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống máy san phẳng điều khiển tự động công nghệ laser” Địa điểm thực hiện: tiến hành xưởng Cơ điện tử trường đại học Nông lâm TP.HCM nhà Thời gian thực hiện: từ 1/5 đến 22/7 Chúng tiến hành thực luận văn “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống máy san phẳng điều khiển tự động cơng nghệ laser” để ứng dụng nghiên cứu nhằm nội địa hóa số cụm thiết bị hệ thống Kết đạt được: Đã chế tạo thành cơng mơ hình máy san phẳng điều khiển tự động công nghệ laser Qua q trình khảo nghiệm cho thấy mơ hình hoạt động phạm vi 2m ổn định Qua q trình khảo nghiệm mơ hình hệ thống máy san phẳng cho thấy bề mặt đồng giảm 85% độ nhấp nhô trước sau san phẳng iii MỤC LỤC Trang Trang tựa…… i Cảm tạ ……… ii Tóm tắt… … iii Mục lục……… iv Danh sách chữ viết tắt vi Danh sách bảng vii Danh sách hình viii CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.2 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích đề tài CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Sơ lược hệ thống máy san phẳng 2.1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống san phẳng laser 2.1.2 Bộ phát laser……… 2.1.3 Bộ nhận laser…… 2.1.2 Hộp điều khiển…… 2.1.2 Hệ thống thủy lực…… 2.1.6 Gàu san…… 2.1.7 Máy kéo…… 2.2 Sơ lược hệ thống khí nén 2.3 Sơ lược phần tử dùng hệ thống 11 2.3.1 Các phần tử khí 11 2.3.2 Các linh kiện điện tử 14 2.3.3 Sơ lược tín hiệu RF tần số 315Hz 16 2.3.4 Cơ sở tính tốn 19 CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 3.1 Nội dung nghiên cứu 23 3.2 Phương pháp nghiên cứu 23 iv 3.3 Cơ sở thiết kế mơ hình hệ thống san phẳng 23 3.3.1 Bộ phát tín hiệu 23 3.2.2 Bộ nhận tín hiệu 24 3.2.3 Cụm van khí nén 24 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 4.1 Kết tính tốn, thiết kế, chế tạo hệ thống máy san phẳng 25 4.1.1 Yêu cầu thiết kế 25 4.1.2 Lựa chọn nguyên lý cấu tạo mơ hình 25 4.1.3 Kết tính tốn 33 4.1.4 Kết chế tạo mơ hình 33 4.2 Tính tốn thiết kế hệ thống thủy lực củ hệ thống san phẳng thực tế 38 4.3 Kết khảo nghiệm sơ 39 4.4 Nhận xét chung 41 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 PHỤ LỤC 44 v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Viết đầy đủ RF Radio Frequency DC Direct current HP Horse Power IRRI International Rice Research Institute vi DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1 Bảng chân trị IC 74HC00 15 Bảng 4.1 Bảng tra hiệu suất thao áp suất bơm 18 Bảng 4.2 Bảng kết tính tốn thơng số mơ hình 32 Bảng 4.3 Bảng số liệu thể việc nâng hạ gàu san theo vị trí 39 vii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1 Sơ đồ ngun lý hệ thống máy san phẳng laser Hình 2.2 Hệ thống san phẳng lắp máy kéo MTZ 80 Hình 2.3 Cấu tạo máy phát laser Hình 2.4 Bộ nhận lắp dụng cụ đo độ cao Hình 2.5 Bộ nhận lắp gàu san Hình 2.6 Hộp điều khiển (Control box) Hình 2.7 Sơ đồ kết nối hộp điều khiển với thiết bị Hình 2.8 Hệ thống thủy lực Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống thủy lực Hình 2.10 Gàu san Hình 2.11 Máy kéo Hình 2.12 Xy lanh khí nén 11 Hình 2.13 Van khí nén đảo chiều 5/3 12 Hình 2.14 Bộ điều chỉnh áp suất 12 Hình 2.15 Động khí nén 13 Hình 2.16 Động điện chiều 14 Hình 2.17 Sơ đồ chân vi điều khiển Atmega8 14 Hình 2.18 Vi điều khiển Atmega8 15 Hình 2.19 IC 74HC00 15 Hình 2.20 Sơ đồ chân PT2272 16 Hình 2.21 Sơ đồ tổng quát thu sóng RF 17 Hình 2.22 Thực tế mạh thu RF dùng IC PT2272IC 74HC00 17 Hình 2.23 Sơ đồ chân PT2262 18 Hình 2.24 Kết cấu xi lanh chiều 19 Hình 4.1a Sơ đồ cấu tạo gàu san 26 Hình 4.1b Mơ hình gàu san 26 Hình 4.2 Cấu tạo phát laser 27 Hình 4.3 Cấu tạo phần nhận tín hiệu laser 27 Hình 4.4 Van 5/3 trạng thái trì 28 viii Hình 4.5 Van 5/3 trạng thái nâng gàu 29 Hình 4.6 Van 5/3 trạng thái hạ gàu 29 Hình 4.7 Sơ đồ khối hệ thống 30 Hình 4.8 Lưu đồ giải thuật điều khiển 31 Hình 4.9 Kết mơ hình gàu san 33 Hình 4.10 Kết mơ hình máy kéo 33 Hình 4.11 Mơ hình hệ thống máy san phẳng 34 Hình 4.12 Mạch trung tâm điều khiển 35 Hình 4.13 Mạch vi điều khiển điều khiển xy lanh 35 Hình 4.14 Mạch vi điều khiển điều khiển động 36 Hình 4.15 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H 37 Hình 4.16 Hình chụp mạch cầu H 37 Hình 4.17 Hình chụp mạch rơle 38 Hình 4.18 Hình vẽ thể mặt đồng lúc chưa san phẳng 40 Hình 4.19 Hình vẽ thể mặt đồng san phẳng lần đầu 40 Hình 4.20 Hình vẽ thể mặt đồng san phẳng lần 40 Hình 4.21 Hình vẽ thể mặt đồng san phẳng lần cuối 41 ix Hình 4.15 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H Hình 4.16 Hình chụp mạch cầu H 37 f) Mạch rơle Mạch rơle bao gồm: IRF 540, rơle, transitor C1815 có tác dụng đóng mở rơle, transitor kích tín hiệu từ vi điều khiển transitor dẫn làm cho cuộn dây rơle có điện nên rơle dẫn, transitor khơng kích tín hiệu từ vi điều khiển transitor khơng dẫn rơle khơng có điện qua Con IRF có tác dụng bảo vệ động gặp cố, hai diot dùng để bảo vệ IRF transitor Hình 4.17 Hình chụp mạch Rơle 4.2 Tính tốn thiết kế hệ thống thủy lực hệ thống san phẳng thực tế Lựa chọn xi lanh truyền lực tính tốn đường kính cần thiết phụ thuộc vào đặc điểm làm việc máy, chủ yếu phụ thuộc vào vận tốc pittông lực làm việc xi lanh Trên sở xi lanh truyền lực phân thành nhóm : − Nhóm có vận tốc lớn: làm việc với lực nhỏ, áp suất thường đến p = 20 bar, công suất cần thiết N = 4,5 ÷ kW − Nhóm có vận tốc trung bình v = 30 ÷ 35 m/phút, làm việc với áp suất p = 70 ÷ 75 bar cơng suất cần thiết N = 50 ÷ 60 kW − Nhóm có vận tốc nhỏ v ≈ 0,5 m/phút, làm việc với áp lực lớn, có áp suất p = 60 ÷ 65 bar công suất cần thiết N = ÷ kW 38 Nên áp suất cần thiết để đáp ứng cho hệ thống nâng xi lanh với vận tốc chậm chọn 60 bar Lực tác dụng lên píttơng F > FG + FA + FR Bỏ qua lực ma sát trọng lực gia tốc ta có: F > FG=9,8*500=4900 N Áp suất cần thiết để nâng gàu san p = F*104/A*η Suy tiết diện píttơng A = F*104/(p*η) = 4900*104/(60*105*85) = 0,96 m2 Đường kính xi lanh thủy lực D = 4*A/3,14 = 4*0,192/3,14 = 0,12 m Lưu lượng bơm thủy lực Qv = V*n*ηv *10-3 = 0,1*1000*85*10-3 = 8,5 lít/phút Vận tốc píttơng v = 4*Q/(3,14*(D2-d2) = 4*8,5*10-3/(3,14*(0,122- 0,082)) = 1,35 m/phút 4.3 Kết khảo nghiệm sơ Kết khảo nghiệm thực miếng đất có kích thước m2, có kết bên Bảng 4.2: Bảng số liệu thể việc san phẳng theo vị trí, tương ứng với tọa độ (x,y,z) Vị trí Vị trí Vị trí Vị trí Vị trí 136;1000;-30 530;1000;16 1000;1000;-40 1510;1000;18 2000;1000;-36 136;1000;-12 530;1000;9 1000;1000;-20 1510;1000;9 2000;1000;-16 136;1000;-4 530;1000;4 1000;1000;-6 1510;1000;4 2000;1000;-5 39 Hình 4.18 Hình vẽ thể mặt đồng lúc chưa san phẳng Hình 4.19 Hình vẽ thể mặt đồng san phẳng lần đầu Hình 4.20 Hình vẽ thể mặt đồng san phẳng lần 40 Hình 4.21 Hình vẽ thể mặt đồng sau san phẳng Dựa vào kết việc mơ hình máy san phẳng hoạt động, ta thấy độ nhấp nhơ trung bình mặt đồng trước san phẳng 52,3 (chỗ cao thấp 58) sau san phẳng độ nhấp nhơ Độ nhấp nhơ giảm 83% Thời gian san phẳng phụ thuộc vào độ nhấp nhô mặt đồng, mặt đồng có độ nhấp nhơ nhiều thời gian san phẳng lâu, độ nhấp nhơ mặt đồng thời gian san phẳng 4.4 Nhận xét chung Mơ hình chế tạo đa phần có chức ứng dụng giống hệ thống san phẳng thực tế Về hệ thống sử dụng khí nén hoạt động gàu san bị chấn động lớn van kích cho xi lanh dừng hoạt động 41 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Qua thời gian tìm hiểu, nghiên cứu chế tạo, chúng tơi hồn thành mơ hình hệ thống máy san phẳng laser đạt u cầu đề ra: − Mơ hình máy san phẳng có kích thước dài-rộng: 400-250 − Mơ hình hoạt động phạm vi m2 − Mơ hình điều khiển chạy đến vị trí mà muốn thơng qua điều khiển sóng RF Kết khảo nghiệm mơ hình hệ thống: sau thời gian san phẳng phút 20 giây mặt đồng san phẳng từ độ nhấp nhơ 58 xuống 10mm Độ nhấp nhơ mặt đồng giảm 85% Qua trình hoạt động mơ hình cho thấy độ xác trình hoạt động hệ thống phụ thuộc vào nguồn khí cung cấp q trình nhận tín hiệu laser phận nhận 5.2 Đề nghị Với thời gian vấn đề tài gói gọn phạm vi đề tài tố nghiệp mơ hình chế tạo có độ xác tương đối, chưa đạt độ xác tuyệt đối đảm bảo yêu cầu đề Nếu có nhiều thời gian hơn, tài nhiều chúng tơi tiếp tục tiến hành hồn thiện hệ thống san phẳng để đạt độ xác ổn định mức cao tiến hành chế tạo, thử nghiệm cụm thiết bị hệ thống với mong muốn nội địa hóa hệ thống 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Ngọc Phương, “Hệ thống điều khiển khí nén” Nhà xuất giáo dục, 1999 Nguyễn Ngọc Phương – Huỳnh Nguyễn Hoàng, “Hệ thống điều khiển thủy lực” Nhà xuất giáo dục, 1999 Nguyễn Văn Hùng, “Kỹ thuật lập trình ứng dụng”, ĐH Nông Lâm TP.HCM, 200 trang 2007 Huỳnh Văn Hồng, “Truyền động thủy khí”, ĐH Bách Khoa Đà Nẵng, 25 trang 43 PHỤ LỤC Chương trình nhận tín hiệu laser điều khiển xi lanh $regfile = "m8def.dat" $crystal = 16000000 $baud = 9600 Config Portc = Input Config Portb = Input Config Portd = Output Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Avcc Declare Sub Dolazer Declare Sub Hagau Declare Sub Duytri Declare Sub Nanggau Start Adc Const Ref = / 1023 Const Volt = 'Dim Volt As Single Dim Volt1 As Single Dim Volt2 As Single Dim Volt3 As Single Dim Volt4 As Single Dim Volt5 As Single Dim Lechtren As Bit Dim W As Word 44 Dim W1 As Word Dim W2 As Word Dim W3 As Word Dim W4 As Word Dim W5 As Word Do 'W = Getadc(5) W1 = Getadc(0) W2 = Getadc(1) W3 = Getadc(2) W4 = Getadc(3) W5 = Getadc(4) 'Volt = W * Ref Volt1 = W1 * Ref Volt2 = W2 * Ref Volt3 = W3 * Ref Volt4 = W4 * Ref Volt5 = W5 * Ref Call Dolazer Loop End Sub Dolazer If Volt < Volt1 And Volt > Volt2 And Volt > Volt3 And Volt > Volt4 And Volt > Volt5 Then Lechtren = Call Hagau Waitms 10 45 Elseif Volt < Volt1 And Volt < Volt2 And Volt > Volt3 And Volt > Volt4 And Volt > Volt5 Then Lechtren = Call Hagau Waitms 10 Elseif Volt < Volt2 And Volt > Volt3 And Volt > Volt4 And Volt > Volt5 And Volt > Volt1 Then Lechtren = Call Hagau Waitms 10 Elseif Volt < Volt2 And Volt < Volt3 And Volt > Volt4 And Volt > Volt5 And Volt > Volt1 Then Lechtren = 'Call Hagau Call Duytri Waitms 10 Elseif Volt < Volt3 And Volt > Volt4 And Volt > Volt5 And Volt > Volt2 And Volt > Volt1 Then Call Duytri Waitms 10 Elseif Volt < Volt3 And Volt < Volt4 And Volt > Volt5 And Volt > Volt2 And Volt > Volt1 Then Lechtren = 'Call Nanggau Call Duytri Waitms 10 Elseif Volt < Volt4 And Volt > Volt5 And Volt > Volt3 And Volt > Volt2 And Volt > Volt1 Then Lechtren = Call Nanggau Waitms 10 46 Elseif Volt < Volt5 And Volt < Volt4 And Volt > Volt3 And Volt > Volt2 And Volt > Volt1 Then Lechtren = Call Nanggau Waitms 10 Elseif Volt < Volt5 And Volt > Volt4 And Volt > Volt1 And Volt > Volt2 And Volt > Volt3 Then Lechtren = Call Nanggau Waitms 10 Elseif Volt1 < Volt And Volt2 < Volt And Volt3 < Volt And Volt4 < Volt And Volt5 < Volt Then If Lechtren = Then Call Hagau Elseif Lechtren = Then Call Nanggau End If End If End Sub Sub Hagau Portd.3 = Portd.2 = End Sub Sub Duytri Portd.3 = Portd.2 = End Sub 47 Sub Nanggau Portd.3 = Portd.2 = End Sub Chương trình điều khiển máy kéo $regfile = "m8def.dat" $crystal = 16000000 $baud = 9600 Config Portc = Output Config Portb = Output Config Portd = Input Declare Sub Chaytien(byval Td1 As Byte , Byval Td As Byte) Declare Sub Chaylui(byval Td1 As Byte , Byval Td As Byte) Declare Sub Trai(byval Td1 As Byte , Byval Td As Byte) Declare Sub Phai(byval Td1 As Byte , Byval Td As Byte) Declare Sub Dung Sw1 Alias Pind.2 Sw2 Alias Pind.3 Sw3 Alias Pind.4 Sw4 Alias Pind.5 Tccr1a = &B10100010 Tccr1b = &B00010001 Icr1l = 200 ' CHUONG TRINH CHINH ' 48 Call Dung Reset Portd.pd2 Reset Portd.pd3 Reset Portd.pd4 Reset Portd.pd5 Do If Sw1 = Then Do Call Chaytien(50 , 50) Loop Until Sw1 = Call Dung Waitms 10 End If If Sw2 = Then Do Call Chaylui(50 , 50) Loop Until Sw2 = Call Dung Waitms 10 End If If Sw3 = Then Do Call Trai(50 , 50) Loop Until Sw3 = Call Dung Waitms 10 End If If Sw4 = Then Do 49 Call Phai(50 , 50) Loop Until Sw4 = Call Dung Waitms 10 End If Loop End ' HET CHUONG TRINH CHINH Sub Chaytien(byval Td1 As Byte , Byval Td As Byte) Portb.0 = Portb.3 = Ocr1al = Td Portb.4 = Portb.5 = Ocr1bl = Td1 End Sub Sub Chaylui(byval Td1 As Byte , Byval Td As Byte) Portb.0 = Portb.3 = Ocr1al = Td Portb.4 = Portb.5 = Ocr1bl = Td1 End Sub 50 Sub Trai(byval Td1 As Byte , Byval Td As Byte) Portb.0 = Portb.3 = Ocr1al = Td Portb.4 = Portb.5 = Ocr1bl = Td1 End Sub Sub Phai(byval Td1 As Byte , Byval Td As Byte) Portb.0 = Portb.3 = Ocr1al = Td Portb.4 = Portb.5 = Ocr1bl = Td1 End Sub Sub Dung Portb.0 = Portb.3 = Portb.4 = Portb.5 = Ocr1al = Ocr1bl = End Sub 51 ... thủy lực củ hệ thống san phẳng thực tế 38 4.3 Kết khảo nghiệm sơ 39 4.4 Nhận xét chung 41 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 PHỤ... móc dễ lắp đặt hệ thống thủy lực hơn, dùng xi lanh thủy lực riêng, so với loại treo phải sử dụng chung thủy lực hệ thống treo điểm Kích cỡ gàu tùy máy kéo: máy 80HP lắp gàu rộng 2m, cao 1m, cơng... bit có trạng thái (mức cao, mức thấp mức thả nổi) tức có 312 (531.441) trạng thái dạng mã hóa địa Do có nhiều lựa chọn mã khơng bị trùng mã hóa lập trình qt 18 2.3.4 Cơ sở tính tốn a) Tính tốn chọn