Báo cáo máy gieo hạt bán tự động

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, việc trồng, chăm sóc cây nông nghiệp của đa số bà con nông
dân ở các địa phương tên cả nước chủ yếu vẫn dựa vào phương pháp thủ công
truyền thống, lao động bằng tay chân là chính, tiêu tốn sức lao động nhưng
hiệu quả kinh tế mang lại không cao.
Bên cạnh đó nhiều máy móc, thiết bị phục vụ trong nông nghiệp trên thị

trường hiện nay vẫn không phù hợp với điều kiện kinh tế của đa số bà con
nông dân. Một đặc điểm nữa về điều kiện tự nhiên, cây trồng cũng như thổ
nhưỡng ở nước ta khá đa dạng nên việc áp dụng các loại máy này vào thực tế
còn nhiều trở ngại. Từ thực tế đó, việc nghiên cứu để tìm ra giải pháp công
nghệ mới nhằm cải tiến và nâng cao năng suất trong trồng và chăm sóc cây
nông nghiệp đang là yêu cầu cấp thiết được đặt ra. Vì vậy, nhóm chúng em
tiến hành tìm hiểu , nghiên cứu một loại máy làm thay thế cho người nông
dân các khâu thả hạt, bón phân lót, lấp đất lại theo hàng.
Xuất phát từ ý tưởng trên nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài:
“thiết kế thiết bị gieo hạt bán tự động” cho đồ án môn học của mình, do thời
gian có hạn và sự hiểu biết của chúng em còn nhiều hạn chế, nên không thể
tránh được những sai sót. Chúng em rất mong sẽ nhận được sự chỉ bảo của các
thầy cô và các bạn để chúng em có thể hoàn thiện tốt hơn đề tài của mình.
Chúng em xin cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Khổng Minh
cùng các thầy trong khoa Cơ khí đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này.
Hà nội, ngày…tháng…năm 2014
Nhóm sinh viên thực hiện:


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH


CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Giới thiệu chung
Máy gieo hạt có bánh dẫn có đường kính khoảng 35 đến 50 cm, lưỡi cày,
bộ phận lấp đất, hộp đựng hạt, hộp đựng phân, ống trụ có móc hạt, khung giá đỡ,
giúp máy đồng thời vừa có thể gieo hạt vừa bón được phân.

Máy có điểm tiếp xúc với đất là bánh dẫn và lưỡi cày nên có thể gieo hạt ở
mọi địa hình.
Nguyên lý hoạt động của máy rất đơn giản: trên bánh dẫn có gắn một
encoder 200 xung/vòng, khi bánh dẫn chuyển động thì encoder sẽ đếm đủ số
xung đã được lập trình từ trước thì bộ cấp nguồn điện cho động cơ quay làm
phễu nhả hạt, khi phễu nhả hạt động cơ quay va vào công tắc hành trình được
gắn phía dưới, khi đó sẽ có một tín hiệu được trả về cho bộ nguồn điều khiển lại
tạo dòng điện cho động cơ quay đảo, động cơ đảo chiều chạm vào công tắc hành
trình phía bên trên, công tắc sẽ gửi tín hiệu về bộ nguồn và kết thúc một quá
trình làm việc, các quá trình làm việc tiếp theo sẽ tiếp tục diễn ra cho đến khi
hoàn thành xong công việc.
1.2 Các vấn đề đặt ra
Với đề tài đồ án môn học, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy gieo hạt
bán tự động gặp nhiều vấn đề cần giải quyết:
-

Thiết kế, chế tạo mô hình cơ khí cần nhỏ gọn, chính xác, dễ tháo nắp, dễ
chế tạo.

5


-

Thiết kế mạch điều khiển cho máy gieo hạt mà cụ thể là mạch điều khiển
encoder.

-

Thiết kế phần mềm cho bộ điều khiển phải chính xác, dễ sử dụng giúp cho

việc vận hành hệ thống dễ dàng.

Trước những vấn đề trên, nhóm gặp phải những khó khăn nhất định khi thực
hiện đề tài như:
-

Việc tiềm kiếm, sưu tầm và sàng lọc tài liệu. Đặc biệt là các tài liệu nguồn
ngốc nước ngoài.

-

Xử lí các số liệu, thông số kĩ thuật.

-

Kinh phí thực hiện đề tài.

1.3 Phương pháp nghiên cứu
-Máy gieo hạt bán tự động là một sản phẩm cơ điện tử nên trong quá trình
làm đồ án nhóm đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau:
-Nghiên cứu đặc tính kĩ thuật của các máy gieo hạt bán tự động thế hệ trước
đó để kế thừa cũng như phát triển thêm cho đề tài của mình.
-Áp dụng phương pháp luận trong thiết kế cơ điện tử vào nghiên cứu, thiết kế
+ Thiết kế song song mạch điều khiển và kết cấu cơ khí.
+ Hiệu chỉnh giữa mạch điều khiển và kết cấu cơ khí.
+ Mô hình hóa phần cơ khí, mô phỏng hóa phần điện, điện tử tối ưu hóa
thiết kế trước khi chế tạo.

6

+ Nghiên cứu, sử dụng các công cụ thiết kế và lập trình giúp giảm thời
gian và chi phí thực hiện.
1.4 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu
Máy gieo hạt hiện nay có tính năng như: gieo hạt, bón phân, lấp đất qua kết
cấu cơ khí mà không có thiết kế điện, điện tử…
Nhưng trong phạm vi đồ án với những giới hạn về thời gian và tầm hiểu biết
nhóm thiết kế mô hình máy gieo hạt bán tự động với các tính năng sau: tự xới
đất, gieo hạt, lấp đất và có thể thay đổi khoảng cách gieo tùy ý.
CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ MÁY GIEO HẠT BÁN TỰ ĐỘNG
2.1 Tổng quan máy gieo hạt bán tự động
Cùng với sự phát triển của rất nhiều loại máy móc phục vụ cho nhu cầu
nâng cao năng xuất và sản lượng các loại cây nông nghiệp hiện nay, máy gieo
hạt cũng là loại hình máy nông nghiệp được nhiều nước quan tâm nghiên cứu và
sản xuất nhờ vào ứng dụng của nó đối với nghành sản xuất nông nghiệp.
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, nghành nông nghiệp ngày càng
được coi trọng. Chính vì thế việc nghiên cứu và chế tạo các lại máy móc tự động
sẽ được đẩy mạnh để thay thế sức lao động của con người, góp phần cải thiện
đời sống của nhân dân, phát triển nền kinh tế. Các loại máy gieo hạt trên thế giới
được nghiên cứu chủ yếu là những loại máy có công xuất lớn có thể gieo mọi
loại hạt.
2.1.1 Một số dạng máy gieo hạt trên thế giới

7


Trên thế giới với điều kiện địa hình bằng phẳng, diện tích lớn nên các máy
gieo hạt được chế tạo với kích thước và công suất khá lớn để thời gian làm việc
được rút ngắn. Dưới đây là một số mẫu máy gieo hạt hiện đại:

Hình 2.1 Máy gieo hạt rau sáu hàng
Máy di chuyển nhờ đầu kéo được điều khiển phía trước, khi làm việc máy
đầu kéo cung cấp khí có áp suất lớn được dẫn qua các ống dẫn tới hộp chứa hạt
giống, hạt giống đẩy bắn vào đất và được phủ một lớp đất mỏng nhờ các bánh
lăn nhỏ phía sau máy.

Hình 2.2 Máy gieo hạt Dakenag C Seeder
Máy có thể xử lý một loạt các hạt giống một cách hiệu quả . Nó dễ dàng
gắn kết với nhiều dụng cụ.

8


Hình 2.3 Máy gieo hạt Dolbi Ax4000
Dolbi Ax4000 máy gieo hạt dày được sử dụng một hoặc hai mô-đun, tùy
thuộc vào số lượng hàng trên luống và kích thước giữa các luống: 52,5 cm, 70
cm và 100cm. Máy có bộ khung lớn, module gắn trên bốn bánh xe và nổi cao.
Máy được trang bị động cơ công suất lớn cho phân bón cũng như cho hạt giống.

9


Hình 2.4 Máy gieo hạt Dolbi Field Cultivator

Hình 2.5 Máy gieo hạt trực tiếp VM
2.1.2 Sự phát triển của máy gieo hạt ở Việt Nam
Với tinh thần nâng cao năng suất, giảm lao động chân tay thay bằng các
máy móc, không ít người dân cùng các công ty ở nước ta đã tìm tòi và sáng tạo
ra nhiều loại máy nông nghiệp như: máy gặt lúa liên hoàn, máy cày…Trong đó

máy gieo hạt cũng được quan tâm rất nhiều.
Một số máy gieo hạt trên thị trường Việt Nam:

10


Hình 2.6 Máy gieo hạt rau của anh Lê Công Thành
Chiếc máy này có kết cấu đơn giản, có thể gieo được nhiều loại hạt, kể cả
những loại hạt bé nhất như hạt rau dền. Đặc biệt, máy hoạt động với năng suất
cao, có thể thay thế từ 20 - 30 nhân công. Theo tính toán khi sử dụng chiếc máy
này gieo 1 sào hạt rau cải ngọt (làm thành 18 luống) thì mất khoảng 10
phút/luống và cho năng suất 3,2 tấn/ha.

11


Hình 2.7 Máy gieo hạt của Phạm Văn Hát
Chiếc máy này tự động gieo hạt rau củ trên luống thẳng hang rộng 1 mét,
số lượng 40 hạt trên một hang và khoảng cách giữa các hạt được thu hẹp và ổn
định chỉ còn 3 cm. theo tính toán, máy gieo một lạng hạt giống như su hào, súp
lơ…tương đương 10.000 hạt chỉ trong 25 phút. Máy chạy bằng động cơ điện
một chiều 12V với tổng công suất là 130W, được chỉnh lưu từ dòng điện xoay
chiều 220V.

Hình 2.8 Máy gieo hạt Philip 314
Nhóm kỹ sư trẻ ở TP.HCM gồm Phạm Tú Anh Vũ, Nguyễn Hồng Quân và
Đinh Quốc Tần vừa nghiên cứu, chế tạo thành công chiếc máy gieo hạt có tên
Philip 314 với nhiều tính năng ưu việt. Philip 314 hoạt động theo nguyên tắc khí
động học, gieo đa năng liên hoàn bao gồm cày rãnh, gieo hạt, lấp đất. Do hạt
được gieo bằng khí thổi nên không bị trầy xước, không vỡ hạt, tỷ lệ nảy mầm

không thua so với gieo theo phương pháp thủ công. Mỗi chiếc máy có 4 khoang
gieo, khoảng cách hàng từ 30- 60cm, khoảng cách lỗ từ 10-30cm. Người sử
dụng có thể thay đổi tùy theo từng loại đất và mùa vụ. Với năng suất gieo từ 4-

12


5ha bắp/ngày, từ 2,5 - 3,5 ha/ngày đối với đậu xanh, đậu nành, hạt bông…
Philip 314 thay thế cho 50- 60 lao động phổ thông.

Hình 2.8 Máy gieo hạt của anh Nguyễn Văn Anh
Máy có cấu tạo đơn giản gồm một chiếc lưỡi cày đất được gắn ở gầm máy,
có chức năng đào rãnh và gạt đất phủ hạt và phân. Máy tiết kiệm phân, tránh bị
rửa trôi như cách bón phân truyền thống. Một bộ phận thứ 2 của máy là bánh
răng được gắn với hai bánh dẫn. Khi có lực chuyển động từ bánh dẫn, các lẫy
móc hạt liên kết với bánh răng sẽ tự động móc và nhả đều hạt hoặc phan bón
chứa trong hộp để thả xuống luống đất trồng (lẫy to nhỏ có thế thay đổi theo
kích thước hạt và lượng phân cần bón). Người gieo hạt có thể điều chỉnh khoảng
cách và mật độ trên một diện tích đất trồng.
2.2 Cơ sở lí thuyết cơ học
2.2.1 Cơ sở động học

13


Với điều kiện địa hình đất bằng phẳng đất đã được làm trên mặt luống và
yêu cầu kết cấu cơ khí của máy phải gọn nhẹ để di chuyển thuận tiện dễ dàng.

Hình 2.9 máy gieo hạt di chuyển trên địa hình
2.2.2 Bài toán khoảng cách

Trong nông nghiệp, có rất nhiều loại cây trồng nông sản khác nhau nên
cách thức gieo trồng cũng khác nhau để đạt được sản lượng cao. Do đó ta cần
phải có khoảng cách gieo trồng phù hợp đối với từng loại cây trồng. Khác với
các loại máy gieo hạt khác đang có trên thị trường. Máy gieo hạt bán tự động
của nhóm chúng em có thể dễ dàng thay đổi số liệu khoảng cách bằng việc thay
đổi thông xung khi lập trình cho mạch
Ví dụ: Chúng ta đặt yêu cầu cho máy gieo hạt với khoảng cách 30cm.
Ta có:
Bán kính của bánh lăn nối encoder kích thước là: 13 mm ( bánh có thể
thay đổi do người chế tạo ).
=> Chu vi của bánh lăn nối encoder C = 26π (mm).
Lại có encoder được chọn là loại có 200 xung/vòng.

14


Vậy số xung đẻ đi được khoảng cách 30 cm là:
735 (xung)
2.3 Cơ sở điều khiển
2.3.1 Điều khiển động cơ
Động Cơ Giảm Tốc F280

Hình 2.10 Động cơ giảm tốc F280
Điện áp: 3-24V
Tỉ lệ hộp số: 12:1
3V

80 rpm , mô-men xoắn tối đa 0.3KG.CM

6V

200 rpm , mô-men xoắn tối đa 1KG.CM

12V

400 rpm , mô-men xoắn tối đa 2KG.CM

15


24V

800 rpm , mô-men xoắn tối đa 4KG.CM

Kích thước sản phẩm:
Đường kính :

24mm.

Chiều dài động cơ : 55mm.
Đường kính trục :

4mm.

Chiều dài trục :

16mm.

2.3.2 Encoder Omron tương đối E6B2-CWZ3E 200P/R 2M

Hình 2.11 Encoder Omron E6B2-CWZ3E 200P/R 2M
- Đường kính trục: 6mm
- Đường kính thân: 40mm
- Điện áp hoạt động: 5...12VDC
- Độ phân giải: 200 xung/vòng.
- Pha đầu ra: A,B và Z
- Loại ngõ ra: NPN ngõ ra điện áp

16


-Tần số đáp ứng: 100KHz.
2.3.3 Tổng quan về vi điều khiển Atmegal 89s52

Hình 2.12 Vi điều khiển Atmega 89s52
a) Giới thiệu

+ Công suất thấp, hiệu suất cao CMOS vi điều khiển 8-bit với 8K byte của
bộ nhớ Flash lập trình trong hệ thống.
+ Được sản xuất bằng công nghệ bộ nhớ không bay hơi của Atmel và
tương thích với các thiết bị 80C51 hướng dẫn tiêu chuẩn công nghiệp và sơ đồ
chân. Flash trên chip cho phép các chương trình bộ nhớ được lập trình trong hệ
thống hoặc bởi một lập trình bộ nhớ không bay hơi thông thường.
+ Bằng cách kết hợp một CPU đa năng 8-bit với trong hệ thống lập trình
Flash trên một chip nguyên khối, các Atmel AT89S52 là một vi điều khiển
mạnh mẽ mà cung cấp một giải pháp rất linh hoạt và hiệu quả đối với nhiều ứng
dụng điều khiển nhúng.
+ Các tính năng tiêu chuẩn sau đây:

17

- 8K byte Flash, 256 byte RAM, 32 I / O dòng
- Watchdog timer, hai con trỏ dữ liệu
- Ba 16-bit timer / quầy, một cổng nối tiếp song công, trên chip dao động,
và đồng hồ mạch.
- Ngoài ra, các AT89S52 được thiết kế với logic tĩnh cho hoạt động xuống
không tần số và hỗ trợ hai phần mềm chế độ tiết kiệm năng lượng có thể lựa
chọn. Các chế độ nhàn rỗi dừng CPU trong khi cho phép RAM, timer / counter,
cổng nối tiếp, và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động. Các chế độ Power-down lưu
nội dung RAM nhưng đóng băng các dao động, vô hiệu hóa tất cả các chức năng
chip khác cho đến khi ngắt tiếp theo hoặc thiết lập lại phần cứng
Các đặc tính ngoại vi.
Timer 0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
Timer 1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm
dựa vào xung clock ngoại vi khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep.
Timer 2: là bộ đếm 16 bit, có thể hoạt động trong bộ đếm sự kiện. Có ba
chế độ hoạt động: chụp, tự động tải lại và tạo tốc độ baud.
Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP,SPI,I2C.
Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ.
Cổng giao tiếp song song PSP với các chân điều khiển RD,WR,CS ở bên
ngoài.
b) Các đặc tính analog

8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit.

18


Hai bộ so sánh.

c) Các đặc tính khác của vi điều khiển

Bộ nhớ flash ghi/xóa được 100.000 lần.
Bộ nhớ EEPROM ghi/xóa 1.000.000 lần, lưu trữ trên 40 dặm.
Khả năng nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.
Nạp chương trình ngay trên mạch điện ICSP(In Circuit Serial
Programming) thông qua 2 chân.
Watchdog Timer với bộ dao động trong.
Chức năng bảo mật.
Chế độ sleep.
Hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau.
Tổng quan về 8051

19


Hình 2.12 vi điều khiển 8051
8051 là vi điều khiển đầu tiên của họ VĐK MCS51 được Intel
sản xuất vào năm 1980. Một số tính năng cơ bản của họ:
– CPU 8 bit được thiết kế tối ưu cho các ứng dụng điều khiển
– Có khả năng xử lý các bit logic
– Không gian bộ nhớ chương trình 64KB
– Không gian bộ nhớ dữ liệu 64KB
– Tích hợp 4KB bộ nhớ chương trình, 128 byte RAM trên chip
– có 32 đường vào ra 2 chiều có thể định địa chỉ đến từng bit
– Tích hợp 2 timer 16 bit

20

– Tích hợp UART song công (Universal Asynchronous Receiver
Transmitter)
– Cấu trúc ngắt với 6 nguồn/5 vector ở 2 mức khác nhau
– Tích hợp mạch dao động trên chip.
2.3.4 Mạch công suất
Mạch công suất sử dụng IC cầu LM298.
IC LM298: là mạch tích hợp đơn chip có kiểu vỏ công suất 15 chân
(multiwatt15) và PowerSO20 (linh kiện dán công suất). Là IC mạch cầu đôi
(dual full-bridge) có khả năng hoạt động ở điện thế cao, dòng cao. Nó được thiết
kế tương thích chuẩn TTL và lái tải cảm kháng như relay, cuộn solenoid, động
cơ DC và động cơ bước. Nó có 2 chân enable (cho phép) để cho phép hoặc
không cho phép IC hoạt động, độc lập với các chân tín hiệu vào. Cực phát
(Emitter) của transistor dưới của mỗi mạch cầu được nối với nhau và nối ra chân
ngoài để nối điện trở cảm ứng dòng khi cần. Nó có thêm một chân cấp nguồn
giúp mạch logic có thể hoạt động ở điện thế thấp hơn.

21


Hình 2.13 Sơ đồ chân L298

IC cắm
1;15

IC dán
2;19

Tên
Sense A;
Sense B

2;3

4;5

Out 1;
Out2

Chức năng
Nối chân này qua điện trở cảm ứng dòng
xuống GND để điều khiển dòng tải.
Ngõ ra của cầu A, dòng của tải mắc giữa hai
chân này được quy định bởi chân 1

4

6

VS

Chân cấp nguồn cho tằng công suất. Cầu có
một tụ điện không cảm kháng 100nF nối
giữa chân này với chân GND

5;7

7;9

Input 1;

Chân ngõ vào của cầu A, tương thích chuẩn
TTL.

Input 2
6;11

8

8;14

1;10;11;20

Enable A;
Enable B

Chân ngõ vào enable (cho phép) tương thích
chuẩn TTL. Mức thấp ở chân này sẽ cần
(aisable) ngõ ra cầu A (đối với chân Enable
A) và hoặc cầu B (đối với chân Enable B).

GND

Chân đất (Ground).

22


9

12

VSS

Chân cấp nguồn cho khối logic cần có thêm
điện 100nF nối giữa chân này với GND

10;12

13;15

Input 3;

Các chân logic ngõ vào của cầu B

Input 4
13;14

16;17

Out 3;
Out 4

-

3;18

NC

Ngõ ra của cầu B. Dòng của tải mắc giữa
hai chân này được qui định bởi chân 15

Không kết nối (bỏ trống)

CHƯƠNG III
MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
3.1. Mô hình hóa hệ thống
Mô hình hóa hệ thống cơ khí
Từ các phần tổng quan về máy gieo hạt bán tự động nhóm dùng phần mềm
Solidworks để thiết kế các chi tiết cho robot. Việc thiết kế 3D trên phần mềm
mô phỏng giúp cho nhóm có thể hình dung được tốt hơn về kết cấu tổng quan
của máy và giúp cho nhóm có thể định hướng được phần thi công sau này.

23


Hình 3.1 Mô hình hóa hệ thống cơ khí

24


Cơ cấu bánh xe

Hình 3.2 Cơ cấu chi bánh xe
Để phù hợp yêu cầu thiết kế đơn giản thuận tiện và tiết kiệm chi phí bánh
xe được chọn là bánh xe đạp được bán rộng rãi trên thị trường thuận tiện cho
việc mua lắp đặt và sửa chữa và thay thế.
Part giữ encoder : điểm đặc biệt của part gắn encoder này là thiết kế thêm
lò xo để tránh tình trạng encoder bị gắn quá chặt vào bánh xe gây hỏng encoder,
và khó kăn trong việc đi lại.
Encoder

25