THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CẤP NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CẤP NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

Sinh viên thực hiện : ĐẶNG HOÀNG NHIÊN
PHẠM VĂN TOÀN
Ngành : CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa : 2012 – 2016

Tháng 06/2016


THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, KHẢO NGHIỆM
THIẾT BỊ CẤP NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

TÁC GIẢ
PHẠM VĂN TOÀN
ĐẶNG HOÀNG NHIÊN

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

Giáo viên hướng dẫn:
ThS. NGUYỄN ĐĂNG KHOA

Tháng 6 năm 2016
2

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện đề tài, chùng em đã
nhận được nhiều sự giúp đỡ của những người thân, quý thầy cô trong trường Đại Học
Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt
quá trình học tập và hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường Đại Học
Nông Lâm TP.HCM cùng toàn thể quý thầy cô trong khoa đã truyền đạt những kiến thức
quý báu trong suốt bốn năm học tại trường
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Nguyễn Đăng Khoa, người đã trực tiếp
và tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Chân thành cảm ơn đến quý bạn bè đã giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian thực
hiện đề tài.
Tháng 6 Năm 2016
Sinh Viên thực hiện

PHẠM VĂN TOÀN
ĐẶNG HOÀNG NHIÊN

3


TÓM TẮT
Hiện nay ở nước ta, chai nhựa đang được sử dụng rất phổ biến để chứa nước giải
khát vì sự tiện dụng của nó. Vì thế nhu cầu sử dụng chai nhựa ngày càng tăng, nhưng con
người thì không nên lãng phí thời gian cho những việc như chiếc, rót, vặn nắp chai một
cách thủ công mà trong khi đó máy móc có thể làm tốt hơn họ. Song đó, thiết bị để cung
cấp nắp chai cho dây chuyền này cũng chiếm phần quan trọng không kém nên nhu cầu
cầu có một thiết bị vừa có thể cấp nắp chai cho dây chuyền đóng nắp mà vừa có thể kiểm
soát số lượng đã cấp. Vì lý do này nhóm em đã tiến hành thực hiện đề tài “ Thiết kế chế

tạo thiết bị cấp nắp chai tự động ”.
Sơ lược nội dung của đề tài bao gồm:
Thiết kế chế tạo phần cơ thiết bị cấp nắp chai tự động.
Tính toán chọn động cơ cho thiết bị
Tính toán bộ truyền động cho thiết bị.
Thiết kế mạch điều khiển cho thiết bị cấp nắp tự động.
Thiết kế mạch hiển thị số lượng trên Led 7 đoạn.
Viết chương trình điều khiển hoạt động của thiết bị cho vi điều khiển.
Sau quá trình chế tạo và lắp đặt, thiết bị có thế cung cấp nắp chai cho quy trình
đóng nắp và kiểm soát được số lượng nắp chai đã cung cấp.

4


MỤC LỤC

5


MỤC LỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Bảng liệt kê các chức năng chân của L298............................................16
Bảng 4.1: Bảng khảo nghiệm góc nghiêng của phễu trên cụm cơ cấu lấy nắp......26
Bảng 4.2: Bảng khảo nghiệm thời gian cần để cấp 20 nắp chai.............................53
Bảng 4.3: Bảng khảo nghiệm số nắp chai cấp được trong 1 phút..........................53

6


MỤC LỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Máy chiếc rót, cấp, đóng nắp chai tự động..............................................4

Hình 2.2: Dây chuyền chiếc rót và đóng nắp chai trà xanh......................................5
Hình 2.3: Mạch vi điều khiển Arduino....................................................................6
Hình 2.4: Mạch cảm biến dạng thu phát hồng ngoại...............................................7
Hình 2.5: Sơ đồ chân IC ghi dịch 74HC595...........................................................9
Hình 2.6: Cấu tạo led 7 đoạn................................................................................10
Hình 2.7: Mạch hiển thị sử dụng 4 led 7 đoạn......................................................11
Hình 2.8: Mạch sơ đồ nguyên lý của mạch hiển thị sử dụn 4 Led 7 đoạn.............12
Hình 2.9: Động cơ DC..........................................................................................13
Hình 2.10: Cấu tạo động cơ DC...........................................................................13
Hình 2.11: Nguyên tắc hoạt động của dộng cơ DC................................................14
Hình 2.12: Module L298N....................................................................................15
Hình 2.13: Sơ đồ mạch nguyên lý module L298N................................................15
Hình 2.14: Động cơ RC Servo MG90S.................................................................17
Hình 2.15: Thời gian xung ở mức cao quy định góc quay của động cơ RC Servo.18
Hình 2.16: Cấu tạo Transistor................................................................................19
Hình 2.17: Biến áp và Cấu tạo biến áp..................................................................20
Hình 4.1: Sơ đồ cấu tạo máy cấp nắp chai tự động................................................23
Hình 4.2: Cụm cơ cấu cấp nắp tự động..................................................................25
Hình 4.3: Biên dạng phễu chứa.............................................................................26
7


Hình 4.4: Hình khai triển dạng tấm thân phễu.......................................................27
Hình 4.5: Biên dạng khớp nối................................................................................28
Hình 4.6: Biên dạng và thông số kỹ thuật của đĩa lấy nắp.....................................29
Hình 4.7: Bộ truyền xích.......................................................................................32
Hình 4.8: Bộ phận hứng nắp và dẫn nắp................................................................33
Hình 4.9: Thông số hình học và biên dạng máng lọc.............................................34
Hình 4.10: Thông số hình học và biên dạng của máng hứng.................................34
Hình 4.11: Đường dẫn nắp....................................................................................35

Hình 4.12: Cơ cấu tiếp nắp chai............................................................................36
Hình 4.13: Chai lấy nắp ra khỏi máng tiếp nắp.....................................................36
Hình 4.14: Ảnh mô hình thiết kế 3D thiết bị cấp nắp chai tự động........................37
Hình 4.15: Mạch nguyên lý điều khiển thiết bị cấp nắp chai tự động....................38
Hình 4.16: Mạch nguyên lý nguồn 12 V sử dụng IC LM7812..............................39
Hình 4.17: Mạch nguyên lý nguồn 5V ..................................................................39
Hình 4.18: Mạch nguyên lý nút nhấn....................................................................40
Hình 4.19: Mạch cảm biến dạng thu phát hồng ngoại...........................................41
Hình 4.20: Mạch nguyên lý điều khiển led 7 đoạn...............................................42
Hình 4.21: Sơ đồ mạch nguyên lý mạch công suất điều khiển động cơ DC..........43
Hình 4.22: Sơ đồ khối hệ thống thiết bị điều khiển máy cấp nắp chai tự động......44
Hình 4.23: Sơ đồ điều khiển thiết bị cấp nắp chai tự động. ..................................45
Hình 4.24: Giải thuật điều khiển thiết bị cấp nắp chai tự động..............................46
8


Hình 4.25: Giải thuật điều khiển cảm biến đếm dạng hồng ngoại.........................48
Hình 4.26: Giải thuật điều khiển led 7 đoạn.........................................................50
Hình 4.27: Giải thuật điều khiển động cơ quay đĩa lấy nắp...................................51
Hình 4.28: Giải thuật điều khiển động cơ RC Servo..............................................52
Hình 4.29: Mạch điều khiển thiết bị cấp nắp chai tự động sau khi được lắp ráp. . .55
Hình 4.30: Thiết bị cấp nắp chai tự động sau khi chế tạo và lắp đặt......................56

9


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề.
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của của nền kinh tế, các nhà máy xí

ngiệp cũng đã đầu tư phát triển đổi mới công nghệ. Các dây chuyền sản xuất hiện đại
đem lại lợi ích là: năng suất cao, sản phẩm đồng bộ, các dây chuyền chế biến được
đồng bộ và hoạt động nhịp nhàng, giải phóng lao động chân tay, vệ sinh cho thực
phẩm,... đã và đang ứng dụng rộng rãi trong nền công ngiệp hiện đại.
1.2. Mục tiêu đề tài.
Công nghệ tự động hóa đang trở thành một ngành kỹ thuật đa nhiệm vụ, nó đáp
ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành khác như trong công nghiệp, xây
dựng, y tế,... kể cả trong nông lâm nghiệp và ngày càng được ứng dụng nhiều trong
đời sống thực tế hàng ngày.
Trong công nghiệp, trong những nhà máy sản xuất nước uống đóng chai, rượu,
thực phẩm,.... thì dây chuyền cung cấp và đóng nắp chai là một khâu không thể thiếu
và rất quan trọng. Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó nhóm đã thiết kế, chế tạo “ thiết bị
cung cấp nắp chai tự động” thiết bị cần đáp ứng về các thiết kế cơ bản như sau:
Thiết kế chế tạo, khảo ngiệm mô hình thiết bị cung cấp nắp chai tự động.
Thiết kế mạch điều khiển tự động cho thiết bị vận hành tự động.
1.3 Nội dung đề tài.
Thiết kế phần cơ khí:
Bộ phận chứa nắp bằng phễu chứa.
Bộ phận cấp nắp bằng đĩa quay có cắt rãnh định hình
Bộ phận lật nắp bằng máng lọc có cắt rãnh định hình.
Bộ phận dẫn nắp bằng các thanh thép uốn theo biên dạng đường dẫn.
10


Bộ phận tiếp nắp cho chai bằng máng tiếp và tấm giữ nắp
Truyền động cơ khí bằng bộ truyền xích
Thiết kế bộ phận điều khiển
Thiết kế mạch điều khiển giao tiếp động cơ DC với vi điều khiển.
Thiết kế mạch điều khiển giao tiếp led 7 đoạn với vi điều khiển.
Thiết kế mạch điều khiển với các nút nhấn.

Thiết kế mạch điều khiển giao tiếp cảm biến đếm với vi điều khiển

11


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Ý Nghĩa của việc sử dụng mặt hàng đóng chai hiện nay.
Xã hội ngày càng phát triển đời sống người dân ngày càng được nâng cao. Do
đó, nhu cầu ăn uống của người dân cũng được nâng cao. Chính vì vậy mà những năm
gần đây các loại nước ngọt đóng chai ( như cocacola, pepsi, trà xanh, nước ép trái
cây đóng chai ... ) phục vụ cho người dân rất đa dạng và được bán rộng khắp trên cả
nước tạo điều kiện thuận lợi cho người tiêu dùng trong việc chọn lựa, đa dạng cả về
mẫu mã lẫn chất lượng. Thời gian gần đây ta nhận thấy các sản phẩm nước uống giải
khát của các tập đoàn lớn như Coca hay Pepsi đã không còn chiếm thị phần lớn ở thị
trường Việt Nam thay vào đó là các loại nước uống giải khát có giá trị dinh dưỡng
hơn. Như các loại nước trái cây ép hay các loại trà thảo dược.
Nếu như trước đây các loại nước ngọt chỉ có mặt tại các cửa hàng lớn, siêu thị
thì giờ đây nó đã có mặt ở mọi nơi từ các tiệm bách hoá, các cửa hàng bán lẻ nhỏ, các
quán nước ven đường hay nói đúng hơn chỉ cần vài ba bước là có thể mua được. Từ
đó, có thể thấy mức độ phổ biến của các sản phẩm nước ngọt. Nước ta có khoảng 80
triệu người chỉ cần tính mỗi người sử dụng một chai nước, thì con số chai nước cần
sản xuất đã lên tới 80 triệu chai do đó nhu cầu sử dụng nó là rất lớn.
Chính vì thế, nhiều cơ sở, nhiều xí nghiệp, công ty sản xuất nước ngọt đã thành
lập, đó là nhu cầu tất yếu.
Ngoài các loại nước uống, phải kể đến sự phát triển của các sản phẩm chai
đóng nắp hiện nay: Như các sản phẩm dầu mỡ bôi trơn, nước mắm,... Do đó có thể
thấy nhu cầu sản xuất chai đóng nắp rất cao.

12

2.2 Thực trạng sản xuất của các công ty ở Việt Nam.
Cùng với sự phát triển của các sản phẩm nước ép trái cây đóng chai ... ta thấy
việc chuyển đổi sử dụng chai chứa cho các sản phẩm, các loại chai nhựa thay thế cho
các loại chai thủy tinh vì sự tiện dụng của chai nhựa. Do đó nó cũng làm thay đổi
công nghệ chiết rót và đóng nắp chai, các chai thủy tinh thì nắp thường được đóng chặt
vào còn chai nhựa thường được xoáy.
Với nhu cầu sản lượng lớn thì công việc sản xuất chiết rót, đóng nắp chai bằng
tay là không hiệu quả. Đặt ra yêu cầu đưa hệ thống dây chuyền tự động chiết rót và
đóng nắp chai tự động vào sản xuất. Trên thị trường Việt Nam có hệ thống chiết rót và
đóng nắp chai tự động ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau nhưng các
dây chuyền đều được nhập từ nước ngoài: Đài Loan , Trung Quốc... Do đó giá
thành cao và gặp nhiều khó khăn trong quá trình vận hành, sửa chữa.

Hình 2.1: Máy chiết rót, cấp, đóng nắp tự động chai thủy tinh
13


Máy chiết rót, cấp, đóng nắp chai thủy tinh là một hệ thống dây chuyền tự động
tích hợp đầy đủ các thiết bị chiết rót cho chai, cấp nắp cho chai và sau đó là đóng nắp
cho chai. Máy được chế tạo dựa theo ứng dụng công nghệ hiện đai và được trang bị
nhứng cảm biến từ, cảm biến quang hiệu Ormon , Xylanh, Solenoid khí hiệu SMC và
được điều khiển bằng PLC đảm bảo cho máy hoạt động ổn định và có năng suất cao.
Máy chiếc rót, cấp, đóng nắp hoạt động theo 3 khâu chính, khâu thứ nhất là chiếc rót
cho chai, tại nơi đây chai sẽ được đổ đầy dung tích cần cấp,sau đó, chai sẽ được đưa
sang khâu thứ 2 là khâu cấp nắp. tại nơi đây nắp chai sẽ được đặt lên miệng chai và
chuyển sang khâu thứ 3. Khi đến khâu thứ 3, xi lanh sẽ đóng xuống nắp chai và làm
kín chai.

Hình 2.2: Dây chuyền chiếc rót và vặn nắp chai dầu bôi trơn.
Dây chuyền chiếc rót và đóng nắp dầu bôi trơn là một mô hình dây chuyền sản
xuất với quy mô lớn. Dây chuyền được trang bị đầy đủ 3 thiết bị chính là thiết bị vòi
phun chiếc rót, thiêt bị phễu rung cấp nắp chai và động cơ vặn nắp. Về nguyên lý hoạt
động thì cơ bàn gần giống với máy chiếc rót, cấp và đóng nắp tự động như đã nêu ở
mục trên nhưng nắp chai ở máy này được vặn chặt vào chai bằng động cơ .

14


2.3 Một số linh kiện kiện được sử dụng trong đề tài.
2.3.1 Mạch vi điều khiển Arduino Atmega 2560

Hình 2.3: Cấu tạo của Arduino Mega2560
Mạch vi điều khiển là board mạch có tác dụng xây dựng các ứng dụng tương
tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board
mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel.
Mạch có thể tương tác với môi trường xung quanh, nó có thể kết nối với hệ
thống cảm biến đa dạng về chủng loại: cảm biến nhiệt độ, gia tốc, vận tốc, cường độ
ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động, phát hiện kim loại.
Tương tác với các thiết bị hiển thị: màn hình LCD, đèn Led.
Mạch vi điều khiển có thể giao tiếp với các module chức năng (shield) hỗ trợ
kết nối có dây với các thiết bị khác hặc các kết nối không dây thông dụng như: 3G,
GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433MHz, 2.4GHz,…
Kết nối với các module khác như module điều khiển động cơ L298N
Trong đề tài này, tôi sẽ dùng vi điều khiển Arduino MEGA 2560 – một loại
Arduino rất quen thuộc mà ai cũng có thể làm được.
Arduino Mega 2560 là 1 bo mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điểu
khiển AVR Atmega2560. Cấu tạo chính của Arduino Mega 2560 bao gồm các phần
sau:- Cổng USB: đây là loại cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều khiển.

Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính.
Các thông số chi tiết của Ardiuno Mega 2560:
Vi xử lý:
5V
Điện áp hoạt động:
7-12V
Điện áp đầu vào:
6-20V
Chân vào/ra (I/O) số:
54 (15 chân là đầu ra PWM)
15


Chân vào tương tự:
Dòng điện trong mỗi chân I/O:
Dòng điện Chân nguồn 3.3V:
Bộ nhớ trong:
SRAM:
EEPROM:
Xung nhịp:

16
40mA
50mA
256 KB
8 KB
4 KB
16MHz

Mạch vi điều khiển Atmega 2560 có 256 KB bộ nhớ flash để lưu trữ mã (trong

đó có 8 KB được sử dụng cho bộ nạp khởi động), 8 KB SRAM và 4 KB của
EEPROM.
2.3.2 Mạch cảm biển dùng led thu phát hồng ngoại

1. Chân cực dương(VCC) 2. Chân cực âm(GND) 3. Chân tín hiệu(OUT)
Hình 2.4: Cảm biến dùng led thu phát hồng ngoại.

Thông số kỹ thuật:
Điện áp làm việc: 3.3-5V.
Kích thước: 32x14mm
Đèn báo đỏ sáng khi cấp nguồn.
Khoảng cách phát hiện vật: 2-5cm.
Mô đung được so sánh điện áp thông qua chiết áp.
Cổng giao tiếp với vi điều khiển:
VCC: điện áp từ 3.3-5V kết nối với vi điều khiển.
GND: nối GND trên vi điều khiển.
OUT: đầu ra kỹ thuật số( mức 0 hoặc mức 1) nối chân digital trên vi điều
khiển.
Nguyên lý hoạt động:
16


Module cảm biến là loại cảm biến hồng ngoại thu phát chung. Module có ba
chân: hai chân nguồn và một chân tín hiệu như hình vẽ .Ban đầu, led phát sẽ tạo ra
sóng ánh sáng với bước sóng hồng ngoại. Khi gặp vật cản, sóng ánh sáng sẻ phản xạ
đến led thu nhận biết sự có mặt của vật, ở led thu bình thường có nội trở rất lớn, khi
led thu bị tia hồng ngoại chiếu vào thì nội trở giảm xuống, làm ngắn mạch tạo tín hiệu.
2.3.3 IC ghi dịch 74HC595
IC ghi dịch 74HC595 là vi mạch với 8 bit ngõ vào nối tiếp ghi dịch ra song
song với ngõ ra chốt. Thanh ghi tích lũy có 3 trạng thái ngõ ra. Tín hiệu clock riêng lẽ

được tính cho cả thanh ghi dịch và thanh ghi tích lũy. Thanh ghi dịch có thể được xóa
trực tiếp. Tín hiệu clock của thanh ghi dịch và thanh ghi tích lũy đều được kích ở mức
cạnh dương. Khi ta nối 2 chân này lại với nhau thì trạng thái thanh ghi dịch sẽ luôn là
1 xung clock ở đầu thanh ghi tích lũy.
Sơ đồ chân của IC ghi dịch 74HC595 được thể hiện trên Hình 2.5

Chân 1 – 7 và chân 15: Ngõ ra song song.

Chân 8 : GND

Chân 9 : Q7’ Ngõ ra nối tiếp.

Chân 16 : VCC
17


Chân 10 : (MR : Master Reset) : Chân reset ,tích cực mức thấp.
Chân 11 : (SH_CP : Shift Register Clock Input) : Ngõ vào xung clock dịch nối tiếp.
Chân 12 : (ST_CP: Storage Register Clock Input) Ngõ vào xung clock ra song song.
Chân 13: (OE: Oput Enable): cho phép ngõ ra, tích cực mức thấp.
Chân 14: (DS: Data Serial Input): Ngõ vào dữ liệu nối tiếp.
Hình 2.5: Sơ đồ chân IC ghi dịch 74HC595
Thông số kỹ thuật của IC ghi dịch 74HC595:
Điện áp ngõ ra: Vcc= 2 - 6V
Điện áp ngõ ra: Vi,Vo = 0 – 6V.
Điện áp mức [1]ư ngõ vào: VIHMin = 2,4V ( Vcc = 5V).
Điện áp mức [1] ngõ ra: VOH = 5V(Vcc = 5V).
Điện áp mức [0] ngõ vào : VILmax = 1,35V ( Vcc = 5V).
Điện áp mức [0] ngõ ra : VOL = 0,1V ( Vcc = 5V).
Dòng ngõ vào/ra: II, IO = ± 20mA

Tần số đáp ứng tối đa cho SH_CP và ST_CP: fmax = 100MHz
Nhiệt độ cho phép trong khoảng -40oC đến 125oC
2.3.4 Led 7 đoạn

Hình 2.6: Cấu tạo led 7 đoạn.
18


LED 7 đoạn là một công cụ thông dụng được dùng để hiển thị các thông số
dưới dạng các số từ 0 đến 9.
Led 7 đoạn có 2 loại: Anode chung và cathode chung
Loại anode chung: Chân chung được nối Mass, để kích sáng các thanh led phải
kích các chân còn lại với mức điện áp mức 1.
Loại cathode chung: Chân chung được nối vào nguồn 5V, để kích sáng các
thanh led phải kích các chân còn lại với mức 0.
Ứng dụng led 7 đoạn dùng để hiển thị giao tiếp với người sử dụng nhằm giám
sát, theo dõi quá trình nhất định ví dụ: thời gian, số lượng…
Bằng cách phối hợp sự sáng tắt led ở các đoạn tạo thành con số, thường là thể
hiện ở dạng số hệ thập phân.
Các phương pháp cơ bản điều khiển hiển thị nội dung trên led 7 đoạn:
Phương pháp chốt: Ở phương pháp này, các chân led được nối trực tiếp với vi
các chân của vi điều khiển. Do số lượng chân trên vi điều khiển có hạn nên sẽ không
điều khiển được nhiều led
Phương pháp quét: Nguyên lý điều khiển ở phương pháp này là cho lần lượt
từng led sáng trong 1 khoảng thời gian cực kỳ ngắn. Mỗi led sẽ thể hiện 1 giá trị tương
ứng với vị trí của nó. Với khoảng thời gian cực ngắn này, mắt ta sẽ không thể thấy
được led tắt nên ta sẽ có cảm giác là led sáng liên tục.
Giới thiệu mạch hiển thị sử dụng 4 led 7 đoạn.
Mạch hiển thị sử dụng 4 led 7 đoạn là mạch tích hợp 4 Led 7 đoạn và 2 IC
74HC595. 2 IC này sẽ làm nhiệm vụ điều khiển hiển thị và bật tắt của 4 Led 7 đoạn .

19


Hình 2.7:Mạch hiển thị sử dụng 4 Led 7 đoạn

Hình 2.8: Mạch sơ đồ nguyên lý của mạch hiển thị sử dụng 4 Led 7 đoạn
Thông số kỹ thuật của mạch hiển thị sử dụng 4 Led 7 đoạn.
Điện áp làm việc: 3.3 - 5V
Chân chung: Anode
Kích thước modul 42x24x12mm
Kích thước led: 0.36”
Tích hợp IC ghi dịch chuyên dụng 74HC595
Sơ đồ mạch nguyên lý modul 4 led 7 đoạn được thể hiện trên hình 2.8, 4 Led

nối chung cực âm (Anode chung) nên ta sẽ kích sáng thanh Led (a,b,c,d,e,f,g,dp) ở
mức cao. Tương ứng với mỗi chân a,b,c,d,e,f,g,dp trên mỗi led sẽ được nối chung với
nhau tạo thành những chân chung cho 4 led là a,b,c,d,e,f,g,dp. Các chân chung này
được nối vào IC ghi dịch 74HC595 được tích hợp trên modul. Mỗi chân nguồn của
mỗi led sẽ được nối với IC 74HC595 còn lại trên modul. Modul có 5 chân, 2 chân
nguồn (VCC, GND) và 3 chân điều khiển (DATA,LATCH,CLOCK). Để điều khiển
được modul 4 led 7 đoạn này, ta cần cấp nguồn 3.3 ~ 5V vào chân cho modul. Sau đó
nối 3 chân điều khiển của modul vào các chân digital trên Vi điều khiển. Để xuất tín
hiệu điều khiển cho modul, ta thực hiện lệnh xuất nâng cao ( Xuất 8 bit dữ liệu đã

20


được mã hóa với mỗi 1 IC 74HC595). Với modul 4 Led 7 đoạn này, ta có thể hiển thị
được đến con số hàng nghìn.

2.3.5 Động cơ điện một chiều (động cơ DC)
Động cơ điện một chiều là máy điện chuyển đổi năng lượng điện một chiều
sang năng lượng cơ. Được sử dụng hầu hết trong những cơ cấu máy móc từ vi mô đến
vỹ mô. Động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện.
Cấu tạo động cơ DC bao gồm:
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và
phần động.
Phần động hay rotor (4)
Nam châm tạo từ trường hay stator (3)
Vành khuyên (2)
Thanh quét (5)
Cổ góp bao gồm vành khuyên (2) và thanh quét (5)
Trục motor (1)

Hình 2.9: Động cơ DC có hộp giảm tốc

21


1. Trục motor

2.Vành khuyên

3. Stator

4.Rotor

5.Chổi quét

Hình 2.10: Cấu tạo động cơ DC

Stator bao gồ vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm. Số lượng
cực từ chính ảnh hưởng tới tốc độ quay. Đối với động cơ công suất nhỏ người ta có thể
kích từ bằng nam châm vĩnh cửu. Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay
nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với
nguồn điện một chiều, một phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận
chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của
rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than
tiếp xúc với cổ góp.

22


Hình 2.11: Nguyên lý hoạt động của dộng cơ DC
Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi quét ở 2 đầu A và B (dương ở A và
âm ở B), khi đó trong khung dây abcd xuất hiện dòng điện. Khung dây abcd có điện
nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ (xác định theo quy tắc bàn tay
trái), sinh ra mômen làm quay khung dây. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các
thanh dẫn ab,cd đổi chỗ cho nhau, nhưng do có phiến góp đổi chiều dòng điện, nên
chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo chiều quay của khung dây (tức rôto) không
đổi. Khi rôto quay, các thanh dẫn rôto cắt từ trường sẽ cảm ứng sinh ra suất điện động
Eư. Chiều suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ, chiều
suất điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản
điện. Phương trình cân bằng điện áp của động cơ điện một chiều là:
U = Eư + IưRư
Để điều khiển tốc độ động cơ ta sử dụng phương pháp điều khiển điện áp phần
ứng để thay đổi tốc độ động cơ DC cụ thể là sử dụng phương pháp điều chế độ rộng
xung (PWM – Pulse Width Modulation).
2.3.6 Mạch điều khiển động cơ L298N (mạch cầu H)
Module điều khiển động cơ L298N dùng để điều khiển tốc độ và đảo chiều

động cơ. Được sử dụng rộng rãi để điều khiển những động cơ công suất nhỏ 5 ~ 48W

23


Được tích hợp bởi hai mạch cầu H, có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của
động cơ DC một cách dễ dàng.

Hình 2.12: Mạch điều khiển động cơ L298N

Hình 2.13: Sơ đồ mạch nguyên lý mạch điều khiển động cơ L298N.
Bảng 2.1: Bảng liệt kê chức năng chân của L298
Châ

Tên

Mô tả
24


n
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14

OUT1
OUT2

Nối đầu dương DC motor 1 hoặc stepper motor A
Nối đầu âm DC motor 1 hoặc stepper motor A
Tháo jumper ra nếu sử dụng nguồn trên 12V. Jumper này
12V Jumper dùng để cấp nguồn cho IC ổn áp tạo ra nguồn 5V nếu nguồn
trên 12V sẽ làm cháy IC nguồn.
Chân +12V
Cắm dây nguồn cung cấp điện áp cho motor vào đây từ 6V
đến 35V
Chân GND
Cắm chân GND của nguồn vào đây
Chân +5V
Ngõ ra nguồn 5V, nếu Jumper đầu vào không rút ra.
Chân Enable Chân này dùng để cấp xung PWM cho motor nếu dùng VDK
của motor 1 thì rút jumper ra và cắm chân PWM vào đây. Giữ nguyên khi
dùng với động cơ bước.
IN1
Đầu vào tín hiệu 1
IN2
Đầu vào tín hiệu 2
IN3
Đầu vào tín hiệu 3

IN4
Đầu vào tín hiệu 4
Chân Enable Chân này dùng để cấp xung PWM cho motor nếu dùng VDK
của Motor 2 thì rút jumper ra và cắm chân PWM vào đây. Giữ nguyên khi
dùng với động cơ bước.
OUT3
Nối đầu dương DC motor 2 hoặc stepper motor B
OUT4
Nối đầu âm DC motor 2 hoặc stepper motor B

2.3.7
Động cơ RC Servo.
Động cơ RC Servo là động cơ mà chỉ quay khi được điều khiển bằng cách cấp
xung cho nó với góc quay nằm trong khoảng 0 o – 180o. Một động cơ RC Servo được
cấu tạo làm ba phần: Một động cơ DC nhỏ, một hộp số giảm tốc và bộ điều khiển góc
quay.

25