THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ RÓT SỮA ĐẬU NÀNH TỰ ĐỘNG.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
*********

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ RÓT SỮA ĐẬU NÀNH
TỰ ĐỘNG

Ngành học: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2012 – 2016
Sinh viên thực hiện:TRƯƠNG QUANG VŨ
NGÔ NHẬT TRƯỜNG

Tháng 6/2016


THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ RÓT SỮA ĐẬU NÀNH
TỰ ĐỘNG.
TÁC GIẢ
TRƯƠNG QUANG VŨ
NGÔ NHẬT TRƯỜNG

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn
Th.S. Nguyễn Đăng Khoa

Tháng 06 năm 2016

LỜI CẢM ƠN
Được sự cho phép của Khoa Cơ Khí Công Nghệ - Trường Đại Học Nông Lâm
TP. HCM, và sự đồng ý của thầy giáo viên hướng dẫn Th.S. Nguyễn Đăng Khoa chúng
em đã thực hiện đề tài:” Thiết kế, chế tạo thiết bị rót sữa đậu nành tự động”.
Để hoàn thành khóa luận này, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã tận tình
hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình chúng em học tập, nghiên cứu và rèn luyện
tại Trường Đại Học Nông Lâm TP. HCM.
Xin chân thành cảm ơn thầy giáo viên hướng dẫn Th.S. Nguyễn Đăng Khoa đã
tận tình hướng dẫn chúng em thực hiện khóa luận này.
Mặc dù đã rất cố gắng thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất. Nhưng do chưa
được làm quen nhiều với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp xúc thực tế với các thiết
bị, cũng như những hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của quý Thầy - Cô và các
bạn để khóa luận được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
TP. HCM, ngày 13 tháng 06 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Ngô Nhật Trường
Trương Quang Vũ

1


TÓM TẮT
Thiết bị chiết rót và vặn nắp chai trên thị trường rất phổ biến và đa dạng, nhưng
chi phí lắp đặt thiết bị cao. Yêu cầu thực tế đặt ra cần có một thiết bị chiết rót và vặn
nắp chai tự động có giá thành thấp nhưng vẫn đảm bảo được khả năng làm việc tốt. Vì
lý do đó nhóm em đã thực hiện đề tài: “ Thiết kế , chế tạo thiết bị rót sữa đậu nành tự
động”

Nội dung chính của đề tài:
Tính toán, thiết kế chế tạo phần cơ thiết bị rót sữa đậu nành tự động.
Tính toán chọn động cơ cho cơ cấu biến chuyển động quay liên tục thành
chuyển động quay gián đoạn theo chu kì.
Thiết kế mạch điều khiển bộ phận rót định lượng và cơ cấu nâng hạ mô-tơ
xoáy nắp.
Viết chương trình điều khiển cho vi điều khiển.
Khảo nghiệm khả năng làm việc của thiết bị rót sữa đậu nành tự động.

2


MỤC LỤ
Chương 1 MỞ ĐẦU..........................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề............................................................................................................1
1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài.................................................................................2
1.2.1 Mục đích chung.......................................................................................2
1.2.2 Mục đích cụ thể.......................................................................................2
1.2.3 Ý nghĩa đề tài...........................................................................................2
Chương 2 TỔNG QUAN..................................................................................................3
2.1 Tổng quan về hệ thống chiết rót tự động.............................................................3
2.1.1 Nhu cầu về thiết bị chiết rót tự động trên thị trường.

3

2.1.2 Thực trạng các hệ thống chiết rót tự động tại Việt Nam.

3

2.1.3 Tổng quan về thiết bị rót sữa đậu nành tự động.

4

2.2 Tổng quan về các linh kiện trong thiết bị rót sữa đậu nành tự động. 4
2.2.1 Mạch vi điều khiển Arduino Uno R3.
2.2.2 Rơ-le.

4

8

2.2.3 Cảm biến hồng ngoại.

10

2.2.4 Cảm biến lưu lượng (S201).

10

2.2.5 Màn hình hiển thị LCD( Lyquid Crystal Display).
2.2.6 Van điện từ( Solenoid valve).

12

14

2.2.7 Biến áp. 15
2.2.8 Công tắc hành trình.

16

2.2.9 Mạch điều khiển động cơ DC ( Mạch cầu H L298 ). 17
2.2.10 Động cơ điện một chiều (động cơ DC).
2.2.11 Nút nhấn.

17

20

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................................21
3.1 Thực hiện đề tài..................................................................................................21
3.2 Phương pháp thiết kế..........................................................................................21
3.1 Phương pháp nghiên cứu....................................................................................21
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................................................22

3


4.1. Tính toán thiết kế cơ cấu biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động
quay gián đoạn theo chu kì (cơ cấu Man)................................................................24
4.1.1 Tính toán cơ cấu Man

25

4.1.3 Tính động cơ điện26
4.1.4 Tính bộ truyền xích

27

4.1.5 Tính trục: 30

4.2 Bộ phận cấp chai...............................................................................................30
4.3 Tính toán, thiết kế cơ cấu mâm xoay vận chuyển chai......................................32
4.4 Bộ phận cấp nắp................................................................................................33
4.5 Thiết kế bộ phận cấp sữa đậu nành...................................................................34
4.6 Thiết kế cơ cấu tay quay hạ động cơ vặn nắp....................................................37
4.7 Tính toán thiết kế mạch điều khiển thiết bị rót sữa đậu nành tự động...............40
4.8 Sơ đồ điều khiển thiết bị rót sữa đậu nành tự động............................................45
4.9 Khảo nghiệm sơ bộ thiết bị rót sữa đậu nành tự động.......................................52
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ...........................................................................55
5.1 Kết luận.............................................................................................................55
5.2 Kiến nghị...........................................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................56

4


MỤC LỤC HÌNH
Hình 2.1 Máy súc rửa, chiết rót, đóng nắp chai Pet BSL-1535.
Hình 2.2 Máy súc rửa, chiết rót ,đóng nắp chai Pet 3 trong 1 WT24-24-8.
Hình 2.3 Mạch vi điều khiển Arduino Uno R3.
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý rơ-le.
Hình 2.5 Cảm biến hồng ngoại và sơ đồ nguyên lý.
Hình 2.6 Cảm biến lưu lượng(S201).
Hình 2.7 LCD 16x2.
Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hiển thị LCD.
Hình 2.9 Cấu tạo van điện từ tác động trực tiếp.
Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý biến áp.
Hình 2.11 Cấu tạo công tắc hành trình.
Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H(L298).

Hình 2.13 Chuyển động của phần ứng động cơ điện một chiều.
Hình 2.14 Động cơ cơ cấu Man.
Hình 2.15 Động cơ hạ mô tơ xoáy nắp.
Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý nút nhấn liên kết vi điều khiển.
Hình 4.1 Sơ đồ cấu tạo thiết bị rót sữa đậu nành tự động.
Hình 4.2 Sơ đồ cấu tạo cơ cấu biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay
gián đoạn theo chu kì.
Hình 4.3 Sơ đồ cấu tạo bộ phận cấp chai.
Hình 4.4 Sơ đồ lực tác dụng lên chai.
Hình 4.5 Cơ cấu mâm xoay vận chuyển chai.
Hình 4.6 Cấu tạo bộ phận cấp nắp.
Hình 4. 7Đầu cấp nắp chai.
Hình 4.8 Sơ đồ cấu tạo bộ phận cấp sữa đậu nành
Hình 4.9 Sơ đồ cấu tạo của kết cấu vặn nắp chai.
Hình 4.10 Núm xoáy nắp.
5


Hình 4.11 Thiết bị rót sữa đậu nành tự động được dựng bằng phần mềm SolidWorks.
Hình 4.12 Sơ đồ khối chung mạch điều khiển thiết bị rót sữa đậu nành tự động.
Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển thiết bị rót sữa đậu nành tự động.
Hình 4.14 Mạch nguyên lý nguồn 5V..
Hình 4.15 Mạch nguyên lý nguồn 12V..
Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển cơ cấu hạ động cơ vặn nắp.
Hình 4.17 Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị LCD.
Hình 4.18 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bộ phận rót định lượng.
Hình 4.19 Sơ đồ điều khiển thiết bị rót sữa đậu nành tự động.
Hình 4.20 Sơ đồ giải thuật điều khiển thiết bị rót sữa đậu nành tự động.
Hình 4.21 Cơ cấu tay quay hạ mô-tơ xoáy nắp.
Hình 4.22 Sơ đồ giải thuật điều khiển cơ cấu tay quay hạ mô tơ xoáy nắp.

Hình 4.23 Bộ phận rót định lượng.
Hình 4.24 Sơ đồ giải thuật điều khiển phần cấp liệu sữa đậu nành vào chai.
Hình 4.25 Thiết bị rót sữa đậu nành tự động sau khi được chế tạo.
Hình 4.26 Biểu đồ khảo nghiệm.

6


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật máy WT24-24-8.
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật máy BSL-1535
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của Ardiuno Uno R3
Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật rơ le
Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại10
Bảng 2.6 Cổng giao tiếp cảm biến lưu lượng với vi điều khiển
Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật cảm biến lưu lượng (S201)
Bảng 2.8 Thông số kỹ thuật LCD 16x2
Bảng 2.9 Thông số kỹ thuật mạch cầu H
Bảng 2.10 Thông số kỹ thuật động cơ cơ cấu Man
Bảng 4.1 Kết quả khảo nghiệm thiết bị rót sữa đậu nành tự động.53

7


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề.
Việt Nam là một quốc gia có khí hậu nhiệu đới gió mùa, khí hậu nóng ẩm khá
khắc nghiệt. Vì thế, nhu cầu sử dụng nước giải khát trên thị trường khá lớn. Theo
thống kê, người Việt sử dụng nước ngọt bằng một nửa trung bình lượng tiêu thụ nước

ngọt thế giới. Trong năm 2014, tổng doanh thu của ngành sản xuất nước giải khát đạt
80.320 tỷ đồng với hơn 2,200 triệu lít được tiêu thụ. Tại nước ta, có hơn 135 doanh
nghiệp sản xuất, trong đó có các doanh nghiệp nổi tiếng thế giới như: Pepsi, Coca cola,
URC,.... và có xu hướng ngày càng mở rộng . Nắm bắt được nhu cầu sử dụng trên thị
trường, các công ty sản xuất nước giải khát không ngừng cải tiến công nghệ - kỹ thuật
nâng cao năng suất chất lượng sản phẩm. Các dây chuyền sản xuất dần được tự động
hóa, khép kín luôn là sự lựa chọn hàng đầu của các công ty. Tuy nhiên, song song đó
nhu cầu của người tiêu dùng về các loại nước uống làm thủ công tốt cho sức khỏe
ngày càng tăng. Con người ngày càng biết quan tâm đến sức khỏe trong việc tiêu dùng
hơn. Nhu cầu của con người là vậy nhưng thực tế các sản phẩm nước uống - giải khát
thủ công lại không được chú trọng sản xuất phổ biến. Đối với các công ty, lợi nhuận
được đặt lên hàng đầu. Vì vậy, họ ngày càng tự động hóa sản xuất, khiến sản phẩm rơi
vào tình trạng sản phẩm công nghiệp không tốt cho sức khỏe người tiêu dùng. Đối với
các nhà sản xuất kinh doanh nhỏ lẻ, họ có thể sản xuất ra các sản phẩm nước uống tốt,
nhưng lại tốn nhiều thời gian trong khâu sản xuất và khâu chiết rót đóng nắp sản phẩm
dẫn đến công suất rất thấp. Các thiết bị chiết rót và đóng nắp công suất nhỏ cho các
nhà sản xuất qui mô nhỏ chưa được chú trọng.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó và được sự đồng ý của Khoa Cơ Khí Công Nghệ
- Trường ĐH Nông Lâm TP. HỒ CHÍ MINH, dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn
Đăng Khoa. Nhóm sinh viên quyết định thực hiện đề tài: ” Thiết kế, chế tạo thiết bị rót
sữa đậu nành tự động”.

1


1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài.
1.2.1 Mục đích chung.
Thiết kế, chế tạo thiết bị rót sữa đậu nành tự động.
1.2.2 Mục đích cụ thể.
Phần cơ: thiết kế, chế tạo được các bộ phận cơ khí bao gồm: cơ cấu Man, bộ

phận cấp chai vào máy, bộ phận rót định lượng, bộ phận xoáy nắp, bộ phận kẹp - vận
chuyển chai, khung thiết bị.
Phần điều khiển:
Viết được chương trình điều khiển bộ phận rót định lượng.
Viết được chương trình điều khiển bộ phận xoáy nắp.
Viết được chương trình điều khiển hiển thị giám sát lưu lượng lên LCD.
1.3 Ý nghĩa đề tài.
Đề tài giúp sinh viên biết giải quyết các vấn đề từ yêu cầu thực tế cuộc sống. Qua
đó, ôn lại những kiến thức đã học trên lớp và trang bị hành trang ban đầu cho sinh viên
sau khi ra trường.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về hệ thống chiết rót tự động.
2.1.1 Nhu cầu về thiết bị chiết rót tự động trên thị trường.
Nước uống đóng chai là một loại nước uống rất được ưa chuộng trên thị trường
hiện nay. Do nhu cầu của cuộc sống hối hả và yêu cầu thời gian trong công việc nên
nhu cầu của con người về các loại đồ ăn, thức uống nhanh ngày càng lớn. Vì thế các
loại nước uống đóng chai cũng dần phát triển theo và với quy mô ngày càng lớn. Nắm
bắt được nhu cầu đó, các công ty sản xuất nước giải khát ra đời như: Tân Hiệp Phát,
Tân Quang Minh, Number1, Tribeco,...
Để có thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng lớn trên thị trường, các dây chuyền
chiết rót tiên tiến quy mô lớn được ra đời. Không chỉ ở qui mô công nghiệp, nước
uống đóng chai sản xuất ở qui mô nhỏ lẻ - gia đình cũng dần tự động hóa bằng các
thiết bị chiết rót công suất nhỏ.
Trong thời buổi kinh tế hội nhập, nhằm đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng, các
công ty chuyên sản xuất thiết bị chiết rót và vặn nắp ngày càng phát triển để tạo ra sản

phẩm chất lượng, đa dạng về thiết kế, mẫu mã, công suất nhằm phục vụ cho nhiều đối
tượng. Đến nay, hầu hết các công ty - xí nghiệp sản xuất nước uống trên thị trường
trong nước đều được đầu tư dây chuyền chiết rót vặn nắp tiên tiến.
2.1.2 Thực trạng các hệ thống chiết rót tự động tại Việt Nam.
Tại Việt Nam hiện nay việc lắp đặt một dây chuyền hệ thống chiết rót và vặn nắp
chai không còn khó khăn và tốn nhiều chi phí. Các doanh nghiệp trong nước có thể tự
thiết kế và lắp đặt mà không phải mua các thiết bị ngoại nhập. Tuy nhiên, các dây
chuyền sản suất trong nước có quy mô không lớn.
Các thiết bị đóng nắp qui mô lớn thường ngoại nhập. Thiết bị trong nước thường
sản xuất cho các công ty vừa và nhỏ.
Nhu cầu của thị trường lớn nhưng chưa có một công ty-doanh nghiệp trong nước
đủ lớn chuyên nghiên cứu, chế tạo cung cấp ra thị trường trong và ngoài nước. Nhiều
thiết bị trên thị trường vẫn do các doanh nghiệp xuất nhập khẩu cung cấp.
3


2.1.3 Tổng quan về thiết bị rót sữa đậu nành tự động.
2.1.3.1 Thiết bị chiết rót và vặn nắp chai tự động trên thị trường:
Ngày nay, trên thị trường đã có rất nhiều loại dây chuyền sản xuất chiết rót và
vặn nắp chai tự động đa dạng về thiết kế mẫu mã đến công suất. Các dây chuyền trong
các công ty lớn thường là những dây chuyền khép kín kết hợp rửa chai, chiết rót, vặn
nắp dán nhãn và đóng thùng. Các dây chuyền này thường có công suất lớn, tất cả đều
được điều khiển tự động bằng PLC và khí nén. Đối với các thiết bị chiết rót và vặn nắp
có công suất nhỏ thường chỉ bao gồm chiết rót và vặn nắp. Về cấu tạo, một thiết bị
chiết rót và vặn nắp bao gồm các bộ phận chính như sau: băng tải cấp chai, mâm xoay
cố định, vòi chiết, bộ phận xoáy nắp, phễu cấp phôi (nắp chai), mạch điều khiển và
động cơ truyền động.
Ưu điểm thiết bị: nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí, nâng cao chất lượng
sản phẩm với giá cả cạnh tranh. Máy hoạt động bền bỉ, chắc chắn, định lượng chất
lỏng trong chai và xoáy nắp nhanh, chắc chắn, độ chính xác cao và đảm bảo an toàn vệ

sinh. Thiết kế đa dạng thích hợp với nhiều loại chai, lon với nhiều kích cỡ.
Nhược điểm: Các dây chuyền lớn có chi phí lắp đặt khá tốn kém do nguồn cung
ngoại nhập.
Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, việc tạo ra một hệ thống chiết rót và vặn
nắp chai tự động là một việc làm cấp thiết, đảm bảo được quy trình sản xuất khép kín,
giảm nhân công lao động, tăng năng xuất giảm chi phí hoạt động, đáp ứng được vệ
sinh an toàn thực phẩm.
Một số thiết bị chiết rót vặn nắp trên thị trường:

Hình 2.1 Máy súc rửa, chiết rót, đóng nắp chai Pet BSL-1535.
4


Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật máy BSL-1535:
Điện áp
Công suất
Số vòi chiết
Phạm vi chai
Năng suất

220-380V
3.5KW
13
200-1500ml
1500-2000 chai/h

Hình 2.2 Máy súc rửa, chiết rót ,đóng nắp chai Pet 3 trong 1 WT24-24-8.

5

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật máy WT24-24-8.
Công suất

4KW

Số vòi rửa

24

Số vòi chiết

24

Số đầu đóng nắp

8

Năng suất

8000 chai/h

2.1.3.2 Tổng quan về đề tài thiết bị rót sữa đậu nành tự động:
Thiết bị rót sữa đậu nành tự động được nghiên cứu, chế tạo từ nhu cầu cần thiết
của thực tế đặt ra. Do chưa có kinh nghiệm về thiết kế, chế tạo, nhóm sinh viên thực
hiện đề tài với thiết bị có qui mô sản xuất nhỏ hướng tới đối tượng sử dụng là các hộ
kinh doanh nhỏ.
Thiết bị được chế tạo bao gồm các bộ phận chính như sau:
Bộ phận cấp chai: do thiết bị có công suất không lớn nên thay thế bộ phận cấp
chai băng tải bằng bộ phận trượt chai vào máy-hoạt động như một máng dẫn. Kết cấu

này giúp cắt giảm chi phí nhưng đảm bảo về khả năng làm việc.
Mâm xoay: kẹp-vận chuyển chai qua các bộ phận chiết rót, xoáy nắp.
Bộ phận cấp liệu vào chai(vòi chiết): sử dụng van điện từ kết hợp cảm biến lưu
lượng thay thế bơm.
Bộ phận xoáy nắp: sử dụng tay quay con trượt nâng -hạ mô tơ xoáy nắp.
Mạch điều khiển: sử dụng Arduino Uno R3.
Động cơ: thiết bị có công suất nhỏ nên sử dụng động cơ DC.
2.2 Tổng quan về các linh kiện trong thiết bị rót sữa đậu nành tự động.
2.2.1 Mạch vi điều khiển Arduino Uno R3.
Arduino Uno R3 là một bo mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điều khiển
AVR Atmega328. Cấu tạo chính của Arduino Uno R3 bao gồm các phần sau:
Cổng USB: đây là loại cổng giao tiếp để upload code từ máy tính lên vi
điều khiển. Đồng thời cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và
máy tính.
6


Jack nguồn: để chạy Arduino có thể lấy nguồn từ cổng USB, hoặc cấp
nguồn từ 9V đến 12V vào jack nguồn.
Có 14 chân vào/ra số đánh số thứ tự từ 0 đến 13, ngoài ra có một chân nối
đất (GND) và một chân điện áp tham chiếu (AREF).
Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lí trung tâm của toàn bo mạch. Với mỗi
mẫu Arduino khác nhau có chip xử lý khác nhau. Ở Arduino Uno R3 sử dụng chip
ATMega328.
Các Mega328 có 6 đầu vào tương tự, mỗi ngõ vào tương tự đều có độ phân
giải 10 bit (tức 1024 giá trị khác nhau). Các Atmega328 có 32 KB bộ nhớ flash để lưu
trữ mã (trong đó có 8 KB được sử dụng cho bộ nạp khởi động), 2 KB SRAM và 1 KB
của EEPROM.

Hình 2.3 Mạch vi điều khiển Arduino Uno R3.

7


Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của Ardiuno Uno R3:
Vi xử lý

5V

Điện áp hoạt động

7-12V

Điện áp đầu vào

6-20V

Chân vào/ra (I/O) số

14 (6 chân đầu ra PWM)

Chân vào tương tự:

6

Dòng điện trong mỗi chân I/O

40mA

Dòng điện Chân nguồn 3.3V

50mA

Bộ nhớ trong

32 KB

SRAM

2 KB

EEPROM

1 KB

Xung nhịp

16MHz

2.2.2 Rơ-le.
Rơ-le (relay) là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện có 2 trạng thái ON
và OFF. Rơ-le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le
hay không.
Rơle hoạt động trên nguyên tắc của nam châm điện, thường dùng để đóng ngắt
mạch điện có công suất nhỏ.
Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật rơ le:
Điện áp kích hoạt
Dòng tiêu thụ
Điện thế đóng ngắt tối đa
Mức tín hiệu kích

5V
80mA
250V(AC)-10A hoặc 30V(DC)-10A
Mức 0 hoặc mức 1

8


1. Lò xò.

2. Lõi thép. 3. Chân chung(COM).

5. Tiếp điểm thường hở.

4. Tiếp điểm thường đóng.

6. Cuộn dây.
Hình 2.4 Cấu tạo rơ-le.

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý rơ-le.
Nguyên lý hoạt động: khi chưa đóng điện cho cuộn dây (6), lõi thép chỉ chịu lực
đẩy của lò xo làm chân chung(3) tiếp xúc với tiếp điểm thường đóng(4), cặp tiếp điểm
phía trên ở trạng thái đóng, cặp tiếp điểm phía dưới ở trạng thái hở. Khi đóng điện cho
cuộn hút (6), cuộn hút này trở thành nam châm điện hút lõi thép tiếp xúc với tiếp điểm
thường hở của rơ-le. Lực hút này sinh ra thắng lực kéo của lò xo với lõi thép. Kết quả
chân chung tiếp xúc tiếp điểm thường hở, tương ứng cặp tiếp điểm phía trên ở trạng
thái hở, cặp tiếp điểm phía dưới ở trạng thái đóng. Như vậy, nhờ vào sự đóng ngắt điện
cho cuộn dây mà có thể thay đổi trạng thái các tiếp điểm.

9


2.2.3 Cảm biến hồng ngoại.

1. Chân cực dương(VCC)

2. Chân cực âm(GND)

3. Chân tín hiệu(OUT)

Hình 2.5 Cảm biến hồng ngoại và sơ đồ nguyên lý.
Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại:
Điện áp làm việc

3,3 - 5V

Bộ so sánh

Sử dụng LM393

Kích thước

32x14mm

Khoảng cách phát hiện vật

2 - 60cm

Góc phát hiện

35o

Khi phát hiện vật cản tín hiệu đầu ra OUT ở mức thấp và đèn led màu xanh sáng.
Khoảng cách phát hiện vật cản có thể điều chỉnh bằng biến trở. Chỉnh biến trở để tăng
khoảng cách theo chiều kim đồng hồ và ngược lại làm giảm khoảng cách.
Led phát tạo ra sóng ánh sáng với bước sóng hồng ngoại vào các vật cản, sóng
ánh sáng phản xạ đến led thu nhận biết sự có mặt của vật.  Mắt thu bình thường có nội
trở rất lớn (khoảng vài trăm KΩ ). Khi mắt thu bị tia hồng ngoại chiếu vào thì nội trở
giảm xuống ( khoảng vài chục Ôm), làm ngắn mạch tạo tín hiệu.
2.2.4 Cảm biến lưu lượng (S201).
Cảm biến lưu lượng là thiết bị dùng để xác định lưu lượng nước đi qua. Bên
trong cảm biến chứa một cánh quạt và cảm biến từ Hall xuất ra các xung khi thay đổi
trạng thái đầu ra.

10


Bảng 2.6 Cổng giao tiếp cảm biến lưu lượng với vi điều khiển:
Dây màu đen

Chân GND.

Dây màu đỏ

Chân nguồn 5V-24V.

Dây mà vàng

Dây tín hiệu ra của cảm biến Hall.

Hình 2.6 Cảm biến lưu lượng(S201).
Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật cảm biến lưu lượng (S201):
Điện áp hoạt động
Dòng tiêu thụ
Chịu áp lực
Khoảng lưu lượng đo được
Nhiệt độ hoạt động
Kích thước

5 VDC
<10mA
<=1.75MPa
1-30(L/Phút)
<120oC
61x36x34mm

Nguyên lý hoạt động của cảm biến: bên trong của cảm biến chứa một cánh quạt
khi có chất lỏng đi qua ống làm cánh quạt quay. Cảm biến từ Hall xuất ra các xung khi
thay đổi trạng thái đầu ra. Lưu lượng nước chảy qua cảm biến có thể tính được bằng
cách đếm số xung ra từ cảm biến, các xung ra là xung vuông. Tốc độ xung của cảm

11


biến có thể sai lệch tùy thuộc vào tốc độ, áp suất chất lỏng, vị trí đặt và định hướng
cảm biến.
2.2.5 Màn hình hiển thị LCD( Lyquid Crystal Display).
LCD là các loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ, dùng để hiển thị các dòng chữ hoặc
số trong bảng mã ASCII. Không giống các loại LCD lớn, Text LCD được chia sẵn

thành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thị một ký tự ASCII. Cũng vì lý do chỉ
hiện thị được ký tự ASCII nên loại LCD này được gọi là Text LCD (để phân biệt với
Graphic LCD có thể hiển thị hình ảnh). Mỗi ô của Text LCD bao gồm các “chấm” tinh
thể lỏng, việc kết hợp “ẩn” và “hiện” các chấm này sẽ tạo thành một ký tự cần hiển thị.
Trong các Text LCD, các mẫu ký tự được định nghĩa sẵn. Kích thước của Text LCD
được định nghĩa bằng số ký tự có thể hiển thị trên một dòng và tổng số dòng mà LCD
có.

Hình 2.7 LCD 16x2.

12


Bảng 2.8 Thông số kỹ thuật LCD 16x2:
Chức năng

Số thứ tự chân

Tên

Trạng thái logic

Mô tả

Ground

1

VSS(GND)

-

0V

Nguồn LCD

2

VDD(VCC)

-

+5V

Tương phản

3

VEE

-

0-VDD

4

RS

5

R/W

Điều khiển

6

E

0

D0-D7: lệnh.

1

D0-D7: dữ liệu.
Ghi từ AVR vào

0

LCD.

1

Đọc từ LCD vào

0

AVR.
Vô hiệu hóa LCD.

1

LCD hoạt động.

Từ 1 xuống 0

Bắt đầu ghi/đọc LCD.

7

D0

0/1

Bit 0 LSB

8

D1

0/1

Bit 1

9

D2

0/1

Bit 2

10

D3

0/1

Bit 3

11

D4

0/1

Bit 4

12

D5

0/1

Bit 5

13

D6

0/1

Bit 6

Dữ liệu/lệnh

14

D7

Kết nối Arduino uno với LCD:
13

0/1

Bit 7 MSB


Chân 1 và chân 2 là các chân nguồn, được nối với GND và nguồn 5V. Chân 3 là
chân chỉnh độ tương phản (Contrast), chân này cần được nối với 1 biến trở chia áp để
hoạt động được.Trong khi hoạt động, chỉnh để thay đổi giá trị biến trở để đạt được độ
tương phản cần thiết, sau đó giữ mức biến trở này. Các chân điều khiển RS, R/W, EN
là các chân dữ liệu được nối trực tiếp với vi điều khiển. Tùy theo chế độ hoạt động 4
bit hay 8 bit mà các chân từ D0 đến D3 có thể bỏ qua hoặc nối với vi điều khiển.
Sơ đồ nguyên lý kết nối LCD và Arduino thong qua LCD I2C ở chế độ 4bit:

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hiển thị LCD.
2.2.6 Van điện từ( Solenoid valve).
Van điện từ( Solenoid vavle): là một thiết bị cơ điện sử dụng để kiểm soát dòng
chảy của chất lỏng. Van được điều khiển bởi dòng điện 220V hoặc 24V thông qua một

cuộn dây. Khi cuộn dây được cấp điện, một từ trường được tạo ra, tạo thành lực tác
động lên lõi sắt bên trong làm lõi sắt di chuyển lên làm mở van. Khi dòng điện ngắt từ
trường mất đi van trở về trạng thái ban đầu.

14


1. Thân van. 2. Lưu chất.

3. Ống dẫn.

4.Vỏ ngoài cuộn hút.

5. Cuộn dây 6. Dây nguồn.

7. Lõi sắt

8. Lò xo

9. Khe lưu chất đi qua.
Hình 2.9 Cấu tạo van điện từ tác động trực tiếp.
Nguyên lý hoạt động của van điện từ: khi có dòng điện được cấp qua dây tiếp
điểm(6) làm cuộn dây bên trong có từ trường, từ trường hút lõi sắt đi lên làm mở van,
khi ngắt dòng điện từ trường trên cuộn dây mất đi lúc đó dưới tác dụng lực từ lò xo
đẩy lõi sắt đi xuống ngắt van.
2.2.7 Biến áp.
Biến áp là thiết bị truyền đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các
mạch điện thông qua cảm ứng từ.

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý biến áp.

15


Cấu tạo: Gồm một cuộn dây sơ cấp và một hay nhiều cuộn thứ cấp liên kết qua
trường điện từ. Mạch dẫn từ bố trí qua lõi cuộn dây. Vật liệu làm mạch dẫn từ phụ
thuộc vào tần số làm việc mà dùng thép silic hay lõi feralit.
Nguyên lý hoạt động: dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường, biến thiên từ
thông trong cuộn dây tạo ra một hiệu điện thế cảm ứng. Khi có dòng điện xoay chiều
tần số f chạy trong cuộn sơ cấp (primary), trong lõi sắt của biến áp xuất hiện một từ
thông biến thiên với tần số f. Từ thông biến thiên xuyên qua cuộn thứ cấp
(secondary), trong cuộn thứ cấp có một suất điện động dao động điều hòa với tần số f.
2.2.8 Công tắc hành trình.
Công tắc hành trình dùng để giới hạn hành trình một chuyển động lặp đi lặp lại.
Công tắc thường gồm một hay nhiều tiếp điểm. Công tắc hành trình là một công tắc
đóng mở mạch điện, thường được đặt trên hành trình hoạt động của một cơ cấu. Khi
công tắc được tác động nó làm đóng-ngắt mạch điện hoặc khởi động một cơ cấu khác.

1-7. Lò xo

2. Thân công tắc

6. Tấm lò xo

9. Trục dẫn hướng

3.Cần đẩy

4-5-8. Thanh tiếp điểm

Hình 2.11 Cấu tạo công tắc hành trình.

Nguyên lý hoạt động: Khi con lăn bị tác động ép lò xo (1) làm tấm lò xo (6) tác
động lên cần đẩy (3) kéo trục dẫn hướng (9) lên phía trên. Trên trục dẫn hướng mang
thanh tiếp điểm (8). Khi thanh dẫn đi lên mang thanh tiếp điểm (4) và (8) chạm nhau,
biến tiếp điểm hở thành đóng và tiếp điểm 5 từ đóng thành hở.
16