ĐỒ ÁN HT CDT BĂNG CHUYỀN

Đồ án hệ thống cơ điện tử

CHƢƠNG I

GVHD:

GIỚI THIỆU CHUNG

I Giới thiệu băng chuyền phân loại sản phẩm:
1 Giới thiệu băng chuyền:
Băng chuyền là thiết bị được dùng rất rộng rải trong công nghiệp cũng như trong
dân dụng. Băng chuyền có nhiệm vụ di chuyển 1 vật nào đó từ nơi này đến nơi khác.
Ngày nay hầu hết các băng chuyền làm việc tự động và rất chính xác. Một băng
chuyền gồm các thành phần cơ bản sau:
 Tang dẫn
 Tang bị dẫn
 Tấm băng
 Hệ thống con lăn đỡ
 Nguồn dẫn động và các cơ cấu truyền động

con lan do

tam bang

tang dan

tang bi dan
Hình 1. sơ đồ băng chuyền

2. Hệ thống phân loại sản phẩm:
Trong hệ thống phân loại sản phẩm thì nhiều băng chuyền được ghép nối với

nhau tạo thành một hệ THốNG. Và việc điều khiển sự vận hành của hệ thống được
diển ra một cách tự động. Trong đề tài của em hệ thông băng chuyền gồm các thành
phần sau:
 Một băng chuyển chính và 3 băng chuyền rẻ nhánh
Trang 1


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

 Hệ thống gồm 3 xy lanh có nhiệm vụ đẩy các gói hành lý hay sản phẩm qua các
băng chuyền rẻ nhánh
 Nguồn dẫn động gồm 4 động cơ DC
 Bộ phận truyền động cơ khí
 Mạch điều khiển trung tâm: bao gồm mạch vi điều khiển, mạch cảm biến quang
để nhận biết sản phẩm, mạch điều chỉnh xung tốc độ động cơ, mạch điều khiển
xy lanh
 Hệ thống van và nguồn khí để điều khiển các xy lanh.

2
3

1

4

Hình2: Sơ đồ hệ thống băng chuyền phân loại sản phẩm
1) Băng chuyền chính
2) Xy lanh đẩy

3) Cảm biến quang
4) Bằng chuyền rẻ nhánh

II Các linh kiệm, thiết bị được dùng trong đề tài
1. Vi điều khiển 8951
 AT89C51 là vi điều khiển do Atmel sản xuất, chế tạo theo công nghệ CMOS
có các đặc tính như sau:
- 4 KB PEROM (Flash Programmable and Erasable Read Only
Memory), có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xoá
Trang 2


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

- Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz
- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình
- 128 Byte RAM nội.
- 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.
- 2 bộ Timer/counter 16 Bit.
- 6 nguồn ngắt.
- Giao tiếp nối tiếp điều khiển bằng phần cứng.
- 64 KB vùng nhớ mã ngoài
- 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài.
- Cho phép xử lý bit.
- 210 vị trí nhớ có thể định vị bit.
- 4 chu kỳ máy (4 µs đối với thạch anh 12MHz) cho hoạt động nhân
hoặc chia.
-

Có các chế độ nghỉ (Low-power Idle) và chế độ nguồn giảm (Power-

down). Ngoải ra, một số IC khác của họ MCS-51 có thêm bộ định thời thứ 3
và 256 byte RAM nội.
 AT89C51 gồm có 40 chân, mô tả như sau :

 Port 0 là port có 2 chức năng ở các chân
32 – 39 của AT89C51:
- Chức năng IO (xuất / nhập): dùng cho các thiết kế nhỏ. Tuy nhiên,
khi dùng
chức năng này thì Port 0 phải dùng thêm các điện trở kéo lên (pullup), giá trị
của điện trở phụ thuộc vào thành phần kết nối với Port.
Khi dùng làm ngõ ra, Port 0 có thể kéo được 8 ngõ TTL.
Trang 3


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

Khi dùng làm ngõ vào, Port 0 phải được set mức logic 1 trước đó.
-

Chức năng địa chỉ / dữ liệu đa hợp: khi dùng các thiết kế lớn, đòi

hỏi phải sử
dụng bộ nhớ ngoài thì Port 0 vừa là bus dữ liệu (8 bit) vừa là bus địa
chỉ (8 bit
thấp).

Ngoài ra khi lập trình cho AT89C51, Port 0 còn dùng để nhận mã
khi lập trình
và xuất mà khi kiểm tra (quá trình kiểm tra đòi hỏi phải có điện trở kéo
lên).
 Port1 (chân 1 – 8) chỉ có một chức năng là IO, không dùng cho mục đích
khác
(chỉ trong 8032/8052/8952 thì dùng thêm P1.0 và P1.1 cho bộ

định thời

thứ 3). Tại
Port 1 đã có điện trở kéo lên nên không cần thêm điện trở ngoài.
Port 1 có khả năng kéo được 4 ngõ TTL và còn dùng làm 8 bit địa
chỉ thấp
trong quá trình lập trình hay kiểm tra.
Khi dùng làm ngõ vào, Port 1 phải được set mức logic 1 trước đó.
 Port 2:
Port 2 (chân 21 – 28) là port có 2 chức năng:
- Chức năng IO (xuất / nhập): có khả năng kéo được 4 ngõ TTL.
-

Chức năng địa chỉ: dùng làm 8 bit địa chỉ cao khi cần bộ nhớ ngoài

có địa chỉ
16 bit. Khi đó, Port 2 không được dùng cho mục đích IO.
Khi dùng làm ngõ vào, Port 2 phải được set mức logic 1 trước đó.
Khi lập trình, Port 2 dùng làm 8 bit địa chỉ cao hay một số tín hiệu
điều khiển.
 Port 3:
Port 3 (chân 10 – 17) là port có 2 chức năng:

- Chức năng IO: có khả năng kéo được 4 ngõ TTL.
Khi dùng làm ngõ vào, Port 3 phải được set mức logic 1 trước đó.
Trang 4


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

2. Quang trở
Thông thường, điện trở của quang trở khoảng 1000 000 ohms. Khi chiếu ánh
sáng vào, điện trở này giảm xuống rất thấp. Người ta ứng dụng đặc tính này của quang
trở để làm ra các mạch phát hiện sáng/tối. Quang trở được ứng dụng rộng rãi trong các
mạch phát hiện sáng tối, ví dụ như: mạch mở/tắt đèn tự động, mạch đo tốc độ quay,
mạch định vị phát hiện được vị trí của vật.
Dưới đây là hình ảnh ví dụ về mạch định vị dùng quang trở:

Hình 4: ví dụ về định vị trí dùng quang trở

Hình 5: quang trở

3. xy lanh khí nén
Xy lanh khí nén là cơ cấu chấp hành trong hệ thống khí nén, có nhiệm vụ biến
đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học cụ thể là chuyển động thẳng. Có thể
chia ra làm 2 loại xy lanh là xy lanh tác động đơn và xy lanh tác động kép. Trong đề
tài này em dùng loại xy lanh tác động kép. Xy lanh tác động kép là loại xy lanh 2
chiều gồm một chiều đi và một chiều về.

Trang 5

Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

Hình 6: cấu tạo xy lanh tác động kép

Việc tính toán và chọn xy lanh dựa vào chiều dài hành trình và lực tác động vào
xy lanh.

4. Van đảo chiều
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng khí nén bằng cách
đóng mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng của dòng năng lượng. Trong đề tài
này em dùng loại van đảo chiều 5 của 2 vị trí.
Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều như sau: khi có tín hiệu tác động sẻ làm
cửa P thông với cửa A. khi không có tín hiệu tác động thì dưới tác dụ ng của lò xo cửa
P sẻ thông với cửa B.

Hình 7: van đảo chiều 5/2

5. van tiết lƣu
Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều chỉnh vận
tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành. Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là
lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đổi của tiết diện.
Trang 6


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

Hình 8: van tiết lưu điều chỉnh bằng tay

6. Công tắc hành trinh
Công tắc hành trình hay còn gọi là cử chận thường được dùng để báo cho hệ
thống biết xy lanh đã đẩy hết mức. Có 2
loại cử chận là cử chận tác động một
chiều và hai chiều.

Hình 9: cử chận

7. Rơ le
Rơle là mô ̣t loa ̣i thiế t bi điê
̣ ̣n tự đô ̣ng mà tín hiê ̣u đầ u ra thay đổ i nh ảy cấp khi tín hiệu
đầ u vào đa ̣t những giá tri xa
̣ ́ c đinh
̣ . Rơle là thiế t bi điê
̣ ̣n dùng để đó ng cắ t ma ̣ch điê ̣n
điề u khiể n, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực .
Các bộ phận (các khối ) chính của rơle
+ Cơ cấ u tiế p thu ( khố i tiế p thu )
Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết
cung cấ p tiń hiê ̣u phù hơ ̣p cho khố i trung gian .
+ Cơ cấ u trung gian ( khố i trung gian )
Làm nhiệm vụ tiế p nhâ ̣n những tín hiê ̣u đưa đế n từ khố i tiế p thu và biế n đổ i nó thành
đa ̣i lươ ̣ng cầ n thiế t cho rơle tác đô ̣ng .
+ Cơ cấ u chấ p hành (khố i chấ p hành )
Trang 7

Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển .
Ví dụ các khối trong cơ cấ u rơle điê ̣n từ hiǹ h 6-1.
-Cơ cấ u tiế p thu ở đây là cuô ̣n dây .
-Cơ cấ u trung gian là ma ̣ch từ nam châm điê ̣n .
-Cơ cấ u chấ p hành là hê ̣ thố ng tiế p điể m .

Hình 10: mô hình rơle điện

8. Bộ truyền bánh răng
Truyền động bánh răng thực hiện truyền chuyền hay biến đổi chuyền động nhờ
sự ăn khớp giữa các răng trên bánh răng.
Theo vị trí tương đối giữa các trục, phân truyền động bánh răng thành các loại
sau:
 Truyền động giữa các trục song song: bộ truyền bánh răng trụ tròn răng thẳng
(hình1.2a), răng nghiêng (hình1.2b), răng chữ V (hình 1.2c).
 Truyền động giữa 2 trục giao nhau: bộ truyền bánh răng nón răng thẳng (1.2e),
răng nghiêng(1.2f), răng cung tròn.
 Truyền động giữa 2 trục chéo nhau: Bộ truyền bánh răng trụ chéo (hinh 1.2d), bộ
truyền bánh răng nón chéo
Theo kiểu ăn khớp có thể phân thành: bộ truyền bánh răng ăn khớp trong hoặc
ăn khớp ngoài. Ngoài ra còn nhiều cách phân loại khác.
Trong đồ án này em chỉ sử dụng bộ truyền bánh răng trụ
tròn răng thẳng và răng nghiêng ăn khớp ngoài.
+Ưu điểm
 Khả năng tải lớn, kích thước nhỏ gọn
 Tỉ số truyền không thay đổi

 Hiệu suất cao, có thể đạt tới 0,97 - 0,98 trong 1 c ấp
 Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy
Trang 8


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

 Có thể truyền công suất từ nhỏ đến rất lớn(hàng chục ngàn KW), vận
tốc có thể từ rất thấp đến rất cao (200m/s)
 Truyền động bánh răng được sử dụng rất rộng rãi trong tất cả các lĩnh
vực của ngành chế tạo máy và dụng cụ đo
Trong các loại bộ truyền bánh răng, bộ truyền bánh răng trụ được sử dụng rất rộng rãi
vì làm việc tin cậy, kích thước gọn

9. Bộ truyền xích
Bộ truyền xích đơn giản (hinh1.5) bao gồm 2 đĩa xích (đĩa dẫn 1 và đĩa bị dẫn
2) nối với giá bằng khớp quay và dây xích (3) mắc trên đĩa. Ngoài ra trong bộ truyền
xích còn sử dụng thiết bị căng xích, thiết bị bôi trơn, che chắn...
Chuyển động quay và tải trọng truyền từ đĩa dẫn 1 sang đĩa dẫn 2 nhờ sự ăn
khớp giữa các mắc xích với các răng của đĩa xích.
Theo công dụng truyền động xích có thể phân thành: xích kéo, xích trục và xích truyền
động. Trong đề tài này sử dụng xích truyền động loại xích ống con lăn.
Kết cấu xích ống con lăn được trình bày trên hình 1.6 bao gồm má xích ngoài,
má xích trong, chốt, ống, con lăn.
Cấu tạo, kích thước, vật liệu, cơ tính và độ chính xác của xích được quy định
trong tiêu chuẩn

(3)

(2)

(1)

O1

O2

+ Ưu điểm của bộ truyền xích: so với bộ truyền đai thì bộ truyền xích có kích thước
nhỏ gọn hơn, khi làm việc không có trượt, hiệu suất khá cao khi chăm sóc tốt, lực tác
dụng lên trục nhỏ do không cần lực căng ban đầu. Có thể truyền momen xoắn và
chuyển động đến 1 số trục các h nhau tương đối xa, lợi dụng đặc điểm này khi cơ cấu
trượt cần hành trình tương đối dài.

Trang 9


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

CHƢƠNG II

THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ

I. Tính chọn động cơ điện và chọn bộ truyền
1. Chọn bộ truyền
 Chọn bộ truyền bánh răng thẳng có tỉ số truyền i br = 3 thỏa mản các yêu cầu về
sức bền và kết cấu.

 Chọn bộ truyền bánh răng nghiêng thẳng có tỉ số truyền i br = 3 thỏa mản các
yêu cầu về sức bền và kết cấu.
 Chọn bộ truyền xích có tỉ số truyền i x = 4 thỏa mãn các yêu cầu về kết cấu và
sức bền.

2. Tính chọn động cơ băng chuyền chính
Sản phẩm cần phân loại có khối lượng 5kg
Băng chuyền chính có chiều dài 10m
Băng chuyền rẻ nhánh có chiều dài 3m
Vận tốc băng chuyền là 0.5m/s
Tiết diện sản phẩm là 20cm2
 Công suất cần thiết:
Gọi P t là công suất tính toán trên trục máy công tác (kw)
P ct là công suất cần thiết trên trục động cơ
η là hiệu suất truyền động
η = η 1 2 . η2 3 . η3 . η4
Với:

η1 = 0,98 hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ
η2 = 0,99 hiệu suất của 1 cặp ổ lăn
η3 = 1 hiệu suất của khớp nối
η4 = 0,96 hiệu suất bộ truyền xích

Ta có:

P t = F.v = 2,5.0,5 = 1,25 kw

Áp dụng công thức: P t = η P ct
Suy ra:

P ct =

Pt



=

1,25
0,96.0,98 2.0,99 3.1

= 1,39 kw

Trang
10


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

 Tính số vòng quay của tang:
Nt =

60.1000.V
60.1000.0,5
=
= 31,84 (v/p)
 .D
 .300

Nt: tốc độ quay của tang (V/P)
V = 0,5 m/s: vận tốc của thanh
D = 300 mm: đường kính tang
 Tính sơ bộ số vòng quay của động cơ
Chọn sơ bộ tỉ số truyền của các bộ truyền:
ihgt = 12 – tỉ số truyền của hộp giảm tốc
ix = 4 – tỉ số truyền của bộ truyền xích
số vòng quay của động cơ là:
ndc = nt . ih gt . ix = 31,84 . 48 = 1528 (v/p)
 Chọn động cơ
Vì trong đề tài này sử dụng mạch băm xung để điều khiển tốc độ động cơ nên có thể
chọn loại động cơ có tốc độ cao hơn so với tính toán trên và dùng kỹ thuật băm xung
để điều chỉnh tốc độ động cơ.
 Công suất định mức: P đm = 1,5 kw
 Tốc độ quay: n dc = 1500 (v/p)

3. Tính chọn động cơ cho băng chuyền rẻ nhánh
 Công suất cần thiết:
Gọi P t là công suất tính toán trên trục máy công tác (kw)
P ct là công suất cần thiết trên trục động cơ
η là hiệu suất truyền động
η = η 1 2 . η2 3 . η3 . η4
Với:

η1 = 0,98 hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ
η2 = 0,99 hiệu suất của 1 cặp ổ lăn
η3 = 1 hiệu suất của khớp nối
η4 = 0,96 hiệu suất bộ truyền xích

Ta có:

P t = F.v =0.75.0,5 = 0.37 kw

Áp dụng công thức: P t = η P ct
Suy ra:

P ct =

Pt



=

0.37
0,96.0,98 2.0,99 3.1

= 0,4 kw
Trang

11


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

 Tính số vòng quay của tang:
Nt =

60.1000.V
60.1000.0,5
=
= 31,84 (v/p)
 .D
 .300

Nt: tốc độ quay của tang (V/P)
V = 0,5 m/s: vận tốc của thanh
D = 300 mm: đường kính tang
 Tính sơ bộ số vòng quay của động cơ
Chọn sơ bộ tỉ số truyền của các bộ truyền:
ihgt = 12 – tỉ số truyền của hộp giảm tốc
ix = 4 – tỉ số truyền của bộ truyền xích
số vòng quay của động cơ là:
ndc = nt . ih gt . ix = 15,12 . 20 . 5 = 1528 (v/p)
 Chọn động cơ
Vì trong đề tài này sử dụng mạch băm xung để điều khiển tốc độ động cơ nên có thể
chọn loại động cơ có tốc độ cao hơn so với tính toán trên và dùng kỹ thuật băm xung
để điều chỉnh tốc độ động cơ.
 Công suất định mức: P đm = 0.4 kw
 Tốc độ quay: n dc = 1500(v/p)

II. Thiết kế hệ thống khí nén điều khiển xy lanh và chọn phanh
1. Sơ đồ mạch điện

RL

C

S

RL

VDK

A

Trang
12


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

2. Mô hình mạch khí nén

3. Chọn phanh má thƣờng đóng

Trang
13


Đồ án hệ thống cơ điện tử

CHƢƠNG III

GVHD:

THIẾT KẾ PHẦN MẠCH
ĐIỀU KHIỂN

I Thiết kế phần cứng
1. Mạch vi điều khiển

2. Mạch nguồn

Trang
14


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

3. Mạch cảm biến
Mạch cảm biến có nhiệm vụ phát hiên sản phẩm và truyền tín hiệu về vi điều
khiển

Nguyên lý hoạt động của mạch : khi có ánh sáng chiếu từ LED vào quang trở
sẻ làm cho điện trở quang trở giảm xuống, từ đó làm cho điện áp đầu vào chân 5 của
LM358 tăng lên. Đến khi vượt qua điện áp đặt vào chân 6 thì sẻ có tín hiệu ra chân 7
và đưa vào vi điều khiển. Với mỗi màu phản xạ khác nhau thì ánh sáng chiếu vào
quang trở là mạnh yếu khác nhau. Tùy vào ánh sáng chiếu vào quang trở và điện áp
đặt vào chân 6 mà sẻ có tín hiệu ra chân 7 hay không. Trong đề tài này em dùng 3 màu
là xanh, đỏ, vàng.

4. Mạch điều khiển nam châm van xy lanh

Trang
15


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

Nguyên lý hoạt động của mạch nhƣ sau :
khi có tín hiệu tác động từ vi điều khiển vào chân dk, cụ thể là khi chân dk ở
mức 0 thì có dòng qua opto, nên đầu vào của ULN được kéo lên mức 1, đầu ra của
ULN ở mức 0, nên có dòng chạy qua nam châm làm rơle chuyển mạch, nên có tín hiệu
tác động vào van và làm thay đổi vị trí của van.
ULN2803 có nhiệm vụ đẹm dòng và đảo. dòng qua ULN đủ lớn để tác động
vào nam châm làm đóng ngắt rơle

5. Mạch điều khiển động cơ
Nguyên lý hoạt động của mạch : Mạch điều khiển động cơ có nhiệm vụ đóng ngắt
động cơ.

Trang
16


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

II. Lƣu đồ thuật toán và chƣơng trình
1. Lƣu đồ thuật toán

Trang
17


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

2. Chƣơng trình
INCLUDE 8051.mc
ORG 00H
;////////////////THIET LAP BAN DAU///////////////
MOV P1,#FFH
MOV P2,#FFH
MOV P3,#00H
Trang
18


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

SETB P3.0
SETB P3.1
SETB p3.6
SETB p3.7
MOV P0,#FFH
;/////////////////DINH NGHIA DU LIEU///////////////

CB1 EQU P3.2
CB2 EQU P3.3
CB3 EQU P3.4
CB4 EQU P3.5
XL1 EQU P2.5
XL2 EQU P2.6
XL3 EQU P2.7
START EQU P3.6
STOP EQU P3.7
TAT1 EQU P2.0
TAT2 EQU P2.1
TAT3 EQU P2.2
DC1 EQU P1.2
DC2 EQU P1.3
DC3 EQU P1.4
DC4 EQU P1.5
;/////////////////HAM MAIN////////////////////
MAIN:
JB

START,MAIN

BEGIN:
JNB

CB3,BEGIN

CLR DC1
LAPLAI:
SETB CB1

CLR CB1
JB CB1,XYLANH1
Trang
19


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

SETB CB1
CLR CB1
JB CB2,XYLANH2
SETB CB4
CLR CB4
JB CB4,XYLANH3
JB STOP,LAPLAI
JMP MAIN
XYLANH1:
call delays
SETB DC1
CALL DELAYS
CLR XL1
OLAI1:
JB TAT1,OLAI1
SETB XL1
CLR DC2
CALL DELAYS
CLR DC1
RET

XYLANH2:
call delays
SETB DC1
CALL DELAYS
CLR XL2
OLAI2:
JB TAT2,OLAI2
SETB XL2
CLR DC3
CALL DELAYS
CLR DC1
RET
Trang
20


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

XYLANH3:
call delays
SETB DC1
CALL DELAYS
CLR XL3
OLAI3:
JB TAT3,OLAI1
SETB XL3
CLR DC4
CALL DELAYS

CLR DC1
RET
;///////////////THOI GIAN TRE/////////////
DELAYS:
push 00h
push 01h
push 02h
MOV R0,#5
LOOP3:
MOV R1,#200
LOOP2:
MOV R2,#200
LOOP1:
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
DJNZ R2,LOOP1
DJNZ R1,LOOP2
DJNZ R0,LOOP3
pop 02h
Trang
21


Đồ án hệ thống cơ điện tử

GVHD:

pop 01h
pop 00h
RET
DELAY:
push 01h
push 02h
MOV R1,#200
LOOP4:
MOV R2,#200
LOOP5:
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
DJNZ R2,LOOP5
DJNZ R1,LOOP4
pop 02h
pop 01h
RET
end

Trang
22