BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ PHẬN CÂN BẰNG CỦA THIẾT BỊ PHÁT MẶT PHẲNG LASER Họ tên sinh viên: NGUYỄN VĂN MINH Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Niên khóa: 2008-2012 Tháng 06 năm 2012 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ PHẬN CÂN BẰNG CỦA THIẾT BỊ PHÁT MẶT PHẲNG LASER Tác giả NGUYỄN VĂN MINH Khóa luận tốt nghiệp đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành Cơ điện tử Giáo viên hướng dẫn: KS ĐÀO DUY VINH Tháng 06 năm 2012 i LỜI CẢM TẠ Em xin chân thành cảm ơn tất quý thầy cô Trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM, đặc biệt thầy khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ trang bị cho em kiến thức quý báu từ đến chuyên ngành suốt trình học tập trường Em xin bày tỏ biết ơn chân thành thầy cô môn Cơ điện tử, đặc biệt thầy Đào Duy Vinh, người tận tụy hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình làm Luận văn tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn đến tất người thân bạn bè giúp đỡ ủng hộ em suốt trình học tập thực Luận văn tốt nghiệp Cuối cùng, em xin cảm ơn quý thầy cô hội đồng dành thời gian theo dõi, nhận xét góp ý cho luận văn em Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2012 Sinh viên thực NGUYỄN VĂN MINH ii TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế phận cân thiết bị phát mặt phẳng Laser” tiến hành khoa Cơ khí – Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 03 đến tháng 06 năm 2012 Với mục đích tăng suất lao động, tiết kiệm thời gian chi phí người nơng dân q trình sản xuất nơng nghiệp Em tiến hành nghiên cứu, thiết kế mơ hình thiết bị phát mặt phẳng Laser tự động cân Mơ hình thiết kế chế tạo để phát tia Laser theo phương nằm ngang, sau quay để quét thành mặt phẳng Laser nằm ngang làm mặt phẳng chuẩn trình san phẳng mặt ruộng phương pháp san phẳng mặt ruộng điều khiển Laser Phương pháp san phẳng mặt ruộng điều khiển tia Laser Trung tâm Năng Lượng Máy Nơng nghiệp (Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh) nghiên cứu áp dụng nhiều nơi nước Kết em thiết kế chế tạo thành cơng mơ hình thiết bị phát mặt phẳng Laser Trong mơ hình, đầu phát Laser điều chỉnh cho tia Laser phát từ đầu phát ln song song với mặt phẳng nằm ngang quay tia Laser quanh trục thẳng đứng, tạo mặt phẳng Laser nằm ngang Mặc dù cố gắn để nghiên cứu thiết kế suốt q trình thực đề tài, mơ hình em nhiều khuyết điểm hạn chế thời gian thực đề tài khó khăn q trình tìm kiếm vật liệu cơng nghệ Em mong nhận góp ý quý thầy cô bạn bè để đề tài em hoàn thiện iii MỤC LỤC Trang TRANG TỰA i  TÓM TẮT iii  MỤC LỤC iv  DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi  DANH SÁCH CÁC HÌNH vii  DANH SÁCH CÁC BẢNG ix  Chương MỞ ĐẦU 1  1.1.  Đặt vấn đề: 1  1.2.  Mục đích: 2  Chương TỔNG QUAN .3  2.1.  Sơ lược vi điều khiển PIC 16F877A .3  2.1.1 Những thông số đặc trưng PIC 16F877A 3  2.1.2  Chức chân PIC 16F877A 4  2.2.  Động bước .9  2.2.1.  Sơ lược động bước 9  2.2.2.  Hoạt động 9  2.2.3.  Ứng dụng .11  2.2.4.  Động bước 103G770-2263 .11  2.3.  Giới thiệu phần mềm lập trình vi điều khiển CCS 12  Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14  3.1.  Nội dung đề tài 14  3.1.1.  Phần cứng 14  3.1.2.  Mạch điện 14  3.1.3.  Chương trình điều khiển 15  3.2.  Phương pháp nghiên cứu 15  3.2.1.  Cơ sở lý thuyết .15  iv 3.2.2.  Nghiên cứu thực tế 15  3.2.3.  Bố trí phần cứng 15  3.2.4.  Phương pháp thiết kế mạch điện 16  3.2.5.  Phần mềm lập trình chương trình điều khiển 16  Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 17  4.1.  Thiết kế phần khí cấu chấp hành .18  4.1.1.  Thiết kế phần khung 18  4.1.2.  Thiết kế cấu chấp hành .20  4.1.3.  Tính tốn thiết kế phận cảm biến phận phát Laser 24  4.1.4.  Xác định số bậc tự phân tích chuyển động cấu 29  4.2.  Thiết kế phần điều khiển 34  4.2.1.  Sơ đồ tổng quát hệ thống điện .34  4.2.2.  Thiết kế mạch nguồn 34  4.2.3.  Thiết kế mạch cảm biến, điều khiển hiển thị 34  4.2.4.  Mạch động lực .35  4.3.  Viết chương trình điều khiển 37  4.3.1.  Sơ đồ điều khiển 37  4.3.2.  Giải thuật chương trình điều khiển 38  Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 40  5.1.  Kết đạt 40  5.2.  Hướng phát triển đề tài 40  TÀI LIỆU THAM KHẢO .42  PHỤ LỤC 43  Phụ lục 1  Hình ảnh tổng thể mơ hình 43  Phụ lục 2  Code c cho PIC 16F877A 44  v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT - IC Integrated Circuit - ROM Read Only Memory - ADC Analog-to-Digital Converters - CPU Cental processing Unit vi DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A (nguồn Microchip) Hình 2.2: Cấu tạo động bước (nguồn internet) Hình 2.3: Sơ đồ hoạt động động bước (nguồn internet) 10 Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý động bước (nguồn internet) 11 Hình 2.5: Hình ảnh động bước 12 Hình 2.6: Giao diện làm việc CCS 13 Hình 3.1: Sơ đồ hoạt động hệ thống 16 Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống san phẳng mặt ruộng Laser 17 Hình 4.2: Bản vẽ kỹ thuật mơ hình máy phát mặt phẳng Laser 18 Hình 4.3: Trụ khung mơ hình 19 Hình 4.4: Mặt đế khung mơ hình 19 Hình 4.5: Mặt khung mơ hình 20 Hình 4.6: Thanh gia cố khung 20 Hình 4.7: Cơ cấu chấp hành 21 Hình 4.8: Bộ truyền đai 22 Hình 4.9: Bộ truyền vít me – đai ốc 23 Hình 4.10: Mơ tả phận cảm biến 25 Hình 4.11: Chi tiết phận cảm biến 26 Hình 4.12: Bên phận cảm biến 27 vii Hình 4.13: Khoảng cách đồng sợi dây kim loại 28 Hình 4.14 Bố trí phận phát Laser 29 Hình 4.15: Lược đồ động cấu chấp hành 30 Hình 4.16: Hệ thống truyền động 31 Hình 4.17: Đường đặc trưng mặt phẳng trung tâm 32 Hình 4.18: Góc dịch chuyển mặt phẳng trung tâm 33 Hình 4.19: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 34 Hình 4.20: Sơ đồ nguyên lý mạch tích hợp điều khiển hiển thị 35 Hình 4.21: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực 36 Hình P1: Hình ảnh tổng thể mơ hình 43 viii DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Chức chân PIC 16F877A ix Hình 4.21: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực 36 4.3 Viết chương trình điều khiển 4.3.1 Sơ đồ điều khiển Bộ phận cảm biến gắn vng góc với mặt phẳng trung tâm Khi hệ thống hoạt động, cảm biến gửi tín hiệu trạng trái đến vi điều khiển Vi điều khiển phân tích tín hiệu xác định cảm biến nghiêng hướng từ điều khiển cấu chấp hành nâng hạ mặt phẳng trung tâm đến mặt phẳng trung tâm trở vị trí vng góc với phương thẳng đứng cảm biến vng góc với mặt phẳng trung tâm nên vị trí thẳng đứng Lúc việc cân hoàn tất, phận phát Laser bắt đầu hoạt động Các led hiển thị hiển thị trạng thái hệ thống Khi mặt phẳng trung tâm vng góc với phương thẳng đứng, tia Laser phát tạo mặt phẳng Laser vng góc với phương thẳng đứng tia Laser bố trí song song với mặt phẳng trung tâm Bộ phát Laser hoạt động mặt phẳng trung tâm cân (nằm ngang) 37 4.3.2 Giải thuật chương trình điều khiển BẮT ĐẦU DC3 DỪNG ĐC1 QUAY THUẬN BƯỚC Đ CB1 = 1? S ĐC1 QUAY NGHỊCH BƯỚC Đ CB3 = 1? S ĐC2 QUAY THUẬN BƯỚC Đ CB2 = 1? S ĐC2 QUAY NGHỊCH BƯỚC Đ CB4 = 1? S DC3 QUAY THUẬN DỪNG? Đ KẾT THÚC 38 S Trong đó: - CB1, CB2, CB3, CB4 lần lược tín hiệu nhận từ cảm biến phận cảm biến - ĐC1: động bước - ĐC2:.động bước - ĐC3: động quay tia Laser 39 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Sau thời gian nghiên cứu, thiết kế chế tạo, đề tài đạt số kết sau: 5.1 Kết đạt - Tạo mơ hình máy phát mặt phẳng Laser tự động cân với độ xác tương đối cao - Mơ hình dễ sử dụng thiết kế để hoạt động tự động sau khởi động - Mơ hình sử dụng nguồn điện từ pin 6V gắn trực tiếp sử dụng nơi khơng có sẵn nguồn điện - Nghiên cứu phương pháp cân mặt phẳng đơn giản có khả phát triển để đạt độ xác cao 5.2 Hướng phát triển đề tài Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế phận cân máy phát mặt phẳng Laser” thực nhằm mục đích ứng dụng nơng nghiệp, tạo mặt phẳng Laser nằm ngang làm mặt phẳng chuẩn để tiến hành san mặt ruộng Tuy nhiên việc tạo mặt phẳng nằm ngang có độ xác cao có ý nghĩa lớn thực tế sống không riêng lĩnh vực nơng nghiệp mà áp dụng cho lĩnh vực khác xây dựng, đo đạc,… Do giới hạn thời gian phương tiện để thực đề tài nên việc đo đạc thiết kế chưa đạt độ xác cao Sợi dây kim loại phận 40 cảm biến dễ bị đứt mơ hình bị xóc q trình vận chuyển sử dụng Có thể thay sợi dây kim loại để đảm bảo hoạt động ổn định mơ hình Với ý tưởng nổ lực việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình em hi vọng đề tài áp dụng vào thực tế theo mục đích nhằm giảm bớt thời gian, sức lao động nông nghiệp tăng hiệu sản xuất nhằm giảm bớt khó khăn cho người nông dân 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Lê Cung, 2006 Giáo trình nguyên lý máy Đại học Bách khoa Đà Nẵng, 169 trang Tạ Ngọc Hải, 2006 Bài tập nguyên lý máy Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 247 trang Phan Hiếu Hiền, Trần Văn Khanh, Nguyễn Đức Cảnh, Phạm Duy Lam, 2008 San phẳng mặt ruông điều khiển tia Laser Trung tâm Năng lượng Máy Nông nghiệp, Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh TS Nguyễn Hữu Lộc Cơ sở thiết kế máy Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 662 trang Nguyễn Đức Tài, Trương Văn Cường, 2011 Thiết kế, chế tạo mơ hình mơ robot làm việc nhà kính Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, 69 trang Tài liệu động bước – Nguồn internet http://4tech.com.vn/forums/showthread.php/525-Dong-co-buoc Tài liệu tiếng Anh Data sheet linh kiện điện tử - Nguồn internet http://www.alldatasheet.com 42 PHỤ LỤC Phụ lục Hình ảnh tổng thể mơ hình Hình P1: Hình ảnh tổng thể mơ hình 43 Phụ lục Code c cho PIC 16F877A // chuong trinh dieu khien #include #include #device *=16 adc=8 #use delay(clock=20000000) #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT #include int8 thieu, hthi, m1, m2, m3 // #bit SH =0x07.0 #bit DS =0x07.1 #bit ST =0x07.2 #bit SHL = 0x09.0 #bit DSL = 0x09.1 #bit STL = 0x09.2 // #int_RB 44 void rb_led() { thieu = portb & 0b11110000; thieu>>=4; if (thieu = 0b00001110) { //m1 = 0b11111111; if (m2 =1) { m2 = 0b11110111; //dong co buoc quay sang phai buoc } else { m2>>=1; } m3 = 0b11111111; hthi = 0b11100111; portc = m1 & m2; //dieu khien dong co buoc delay_ms(100); portd = hthi & m3; //hien thi va dk dong co quay laser } 45 else if (thieu = 0b00001101) { //m1 = 0b11111111; if (m2 = 0b11110111) { m2 = 0b11111110; //dong co buoc quay sang trai buoc } else { m2=1; } //m2 = 0b11111111; m3 = 0b11111111; hthi = 0b10110111; portc = m1 & m2; delay_ms(100); portd = hthi & m3; } else if (thieu = 0b00000111) { if (m1 = 0b01111111) { m1 = 0b11101111; //dong co buoc quay sang trai buoc } else { m1