THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐẾM VÍT 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 ĐẾM VÍT TỰ ĐỘNG

Họ và tên sinh viên: TRẦN VĂN ĐẠT
NGUYỄN MINH KHOẢNH
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2012-2016

Tháng 06 năm 2016


THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐẾM VÍT TỰ ĐỘNG
TÁC GIẢ
Trần Văn Đạt
Nguyễn Minh khoảnh

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

Giáo viên hướng dẫn:

ThS. Đào Duy Vinh
KS. Nguyễn Trung Trực

Tháng 06 năm 2016

LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu, Phòng đào tạo và Khoa Cơ khí Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho
chúng em học tập trong suốt 4 năm và hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn đến quý thầy, cô giáo Khoa Cơ Khí – Công Nghệ đặt biệt
là thầy, cô Bộ môn Cơ Điện Tử, Trường ĐH Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh đã truyền đạt
kiến thức cho chúng em trong suốt khóa học.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến thầy ThS. Đào Duy Vinh và KS. Nguyễn
Trung Trực người đã trực tiếp và tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt thời gian
thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn đến quý bạn bè đã giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian
thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
TP.HCM, tháng 06 năm 2016
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Minh khoảnh

Trần Văn Đạt


TÓM TẮT
Hiện nay, có nhiều sản phẩm bán ra thị trường có kèm theo một túi vít để lắp ráp.
Việc lấy vít bỏ vào túi bằng thủ công thì tốn nhiều thời gian, công sức và sai sót về số
lượng. Vì vậy, cần có một thiết bị đếm vít tự động để thay thế cho việc đếm bằng thủ
công nhằm giảm chi phí, giảm sai sót về số lượng, giảm công sức. Trên thực tế thì có
nhiều loại máy đếm vít tự động khác nhau nhưng đa số đều có giá thành cao, kết cấu
phức tạp. Vì lý do đó, nhóm em đã tiến hành thực hiện đề tài: “ Thiết kế, chế tạo thiết
bị đếm vít tự động”.
Nội dung chính của đề tài bao gồm:
Tính toán, thiết kế, chế tạo phần cơ khí thiết bị đếm vít tự động.

Tính toán, thiết kế bộ phận cấp vít tự động
Tính toán chọn động cơ cho thiết bị đếm vít tự động.
Thiết kế mạch điều khiển thiết bị đếm vít tự động.
Thiết kế mạch hiển thị số lượng trên LED 7 đoạn.
Thiết kế mạch nguồn cung cấp cho mạch điều khiển, mạch hiển thị, mạch
công suất.
Thiết kế mạch công suất để điều khiển động cơ DC.
Thiết lập giải thuật điều khiển thiết bị đếm vít tự động.
Viết chương trình điều khiển cho vi điều khiển.
Khảo nghiệm khả năng làm việc của thiết bị đếm vít tự động.

MỤC LỤC


LỜI CẢM ƠN..............................................................................................................ii
TÓM TẮT...................................................................................................................iii
MỤC LỤC................................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC HÌNH.........................................................................................vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG......................................................................................viii
Chương 1 MỞ ĐẦU.....................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề.............................................................................................................1
1.2 Mục tiêu của đề tài................................................................................................1
1.3 Ý nghĩa khoa học của đề tài..................................................................................2
1.4 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài..................................................................................2
Chương 2 TỔNG QUAN.............................................................................................3
2.1 Thực trạng máy đếm vít trong và ngoài nước......................................................3
2.1.1 Thực trạng máy đếm vít trên thế giới..............................................................3
2.1.2 Thực trạng máy đếm vít ở nước ta..................................................................4
2.2 Một số linh kiện sử dụng trong đề tài....................................................................6
2.2.1 Mạch vi điều khiển Arduino Mega 2560.........................................................6

2.2.2 Mạch công suất L298 (module L298).............................................................7
2.2.3 Động cơ DC....................................................................................................9
2.2.4 Động cơ RC Servo........................................................................................13
2.2.5 IC ghi dịch 74HC595....................................................................................14
2.2.6 LED 7 đoạn..................................................................................................15
2.2.7 IC ổn áp nguồn LM7805.............................................................................18
2.2.8 Công tắc hành trình......................................................................................19
2.2.9 Module cảm biến hồng ngoại.......................................................................19
Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................21
3.1 Nội dung thực hiện.............................................................................................21
3.2 Phương pháp nghiên cứu....................................................................................21
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................................22
4.1 Sơ đồ cấu tạo thiết bị đếm vít tự động.................................................................22
4.2 Tính toán, thiết kế bộ phận cấp vít tự động.........................................................24
4.2.1 Tính toán, thiết kế phễu chứa vít...................................................................25


4.2.2 Tính toán, thiết kế đĩa cấp vít........................................................................26
4.2.3 Xác định lực cản tác dụng lên trục của đĩa....................................................28
4.2.4 Xác định công suất trên trục quay đĩa..........................................................29
4.2.5 Tính động cơ DC..........................................................................................29
4.2.6 Chọn bộ truyền xích......................................................................................30
4.2.7 Tính khoảng cách hai trục của bộ truyền xích...............................................31
4.2.8 Tính đường kính các đĩa xích........................................................................32
4.2.9 Thiết kế thanh gạt vít....................................................................................32
4.3 Tính toán, thiết kế bộ phận đếm vít.....................................................................33
4.3.1 Thiết kế máng hứng vít.................................................................................34
4.3.2 Thiết kế tấm chặn vít.....................................................................................35
4.4 Tính toán, thiết kế mạch điều khiểm thiết bị đếm vít tự động.............................35
4.4.1 Sơ đồ khối điều khiển thiết bị đếm vít tự động.............................................35

4.4.2 Sơ đồ điều khiển thiết bị đếm vít tự động.....................................................36
4.4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển thiết bị đếm vít tự động...........................37
4.4.4 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn........................................................................39
4.4.5 Giao tiếp giữa vi điều khiển với cảm biến đếm.............................................39
4.4.6 Giao tiếp giữa vi điều khiển với LED 7 đoạn................................................40
4.4.7 Giao tiếp giữa vi điều khiển với nút nhấn.....................................................41
4.5 Lưu đồ giải thuật điều khiển thiết bị đếm vít tự động.........................................42
4.5.1 Giải thuật điều khiển thiết bị đếm vít tự động...............................................42
4.5.2 Giải thuật điều khiển hiển thị giá trị thiết bị đếm vít tự động........................44
4.6 Khảo nghiệm khả năng đếm vít của thiết bị đếm vít tự động..............................47
Chương 5

KẾT LUẬN

VÀ ĐỀ NGHỊ.............................................................................................................48
5.1 Kết luận............................................................................................................... 48
5.2 Đề nghị...............................................................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................49

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Máy đếm vít KLD-Pro xuất sứ từ Trung Quốc...............................................3


Hình 2.2: Máy đếm vít ( đinh, ốc,..) và đóng gói............................................................4
Hình 2.3: Đếm vít thủ công............................................................................................5
Hình 2.4: Máy đến vít xuất xứ từ Việt Nam....................................................................5
Hình 2.5: Mạch vi điều khiển Arduino Mega 2560........................................................6
Hình 2.6: Mạch công suất L298N..................................................................................7
Hình 2.7: Một số động cơ DC thường gặp.....................................................................9
Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động của động cơ DC.........................................................10

Hình 2.9: Đồ thị dạng xung điều chỉnh PWM..............................................................10
Hình 2.10: Nguyên lý điều chỉnh độ rộng xung...........................................................11
Hình 2.11: Nguyên lý truyền động của hộp giảm tốc...................................................12
Hình 2.12: Động cơ RC Servo Futaba S3003..............................................................13
Hình 2.13: Thời gian độ rộng xung quy định góc quay của động cơ RC Servo...........14
Hình 2.14: IC ghi dịch 74HC595................................................................................14
Hình 2.15: LED 7 đoạn................................................................................................16
Hình 2.16: Sơ đồ điều khiển LED 7 đoạn bằng phương pháp chốt..............................16
Hình 2.17: Sơ đồ điều khiển LED 7 đoạn bằng phương pháp quét..............................17
Hình 2.18: IC ổn áp nguồn LM7805............................................................................18
Hình 2.19: Cấu tạo công tắc hành trình.......................................................................19
Hình 2.20: Cảm biến thu phát hồng ngoại...................................................................19
Hình 4.1: Thiết bị đếm vít tự động...............................................................................22
Hình 4.2: Bộ phận cấp vít tự động...............................................................................24
Hình 4.3: Biên dạng phễu chứa vít..............................................................................25
Hình 4.4: Hình khai triển phễu chứa vít.......................................................................26
Hình 4.5: Biên dạng và thông số kỹ thuật của đĩa cấp vít............................................27
Hình 4.6: Bộ truyền xích..............................................................................................30
Hình 4.7: Thông số hình học và biên dạng của thanh gạt............................................33
Hình 4.8: Bộ phận đếm vít...........................................................................................33
Hình 4.9: Thông số hình học và biên dạng của máng hứng.........................................34
Hình 4.10: Thông số hình học và biên dạng của tấm chặn..........................................35
Hình 4.11 : Sơ đồ khối mạch điều khiển thiết bị đếm vít tự động.................................36
Hình 4.12: Sơ đồ điều khiển thiết bị đếm vít tự động...................................................36


Hình 4.13: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển thiết bị đếm vít tự động.........................38
Hình 4.14: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn LM 7805........................................................39
Hình 4.15: Sơ đồ nguyên lý của cảm biến thu phát hồng ngoại...................................39
Hình 4.16: Sơ đồ nguyên lý giao tiếp giữa vi điều khiển với LED 7 đoạn....................40

Hình 4.17: Giao tiếp giữa vi điều khiển với nút nhấn..................................................41
Hình 4.18: Sơ đồ giải thuật điều khiển thiết bị đếm vít tự động...................................43
Hình 4.19: Giải thuật hiển thị giá trị của 4 LED 7 đoạn.............................................45
Hình 4.20: Thiết bị đếm vít tự động.............................................................................46
Hình 4.21: Biểu đồ thể hiện khả năng đếm vít của thiết bị...........................................47

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật máy đến vít KLD-Pro.......................................................3
Bảng 2.2: Mã 7 đoạn dịch bởi IC 74HC595 cho LED anot chung và katot chung.......15
Bảng 4.1: Bảng khảo nghiệm góc nghiêng của phễu chứa vít......................................25
Bảng 4.2: Bảng khảo nghiệm khả năng đếm vít của thiết bị đếm vít tự động..............47


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề.
Ngày nay, ngành kỹ thuật đóng vai trò quan trọng trong thời kỳ đổi mới và đi lên
của đất nước. Đất nước đang trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa các
ngành sản xuất, ngành công nghiệp cơ khí được xác định là ngành công nghiệp mũi
nhọn có nhiệm vụ giải quyết các vấn đề khoa học kỹ thuật để đạt được hiệu quả công
việc cao hơn.
Trong sản xuất hiện nay, để xuất xưởng một sản phẩm thường kèm theo một túi
vít để lắp ráp. Công việc này được công nhân ngồi đếm và bỏ vít vào túi. Tuy nhiên
công việc này tốn nhiều thời gian và chi phí, rất nhiều trường hợp vì mệt mỏi sơ ý đếm
sai số lượng cần thiết làm cho việc lắp ráp sản phẩm không hoàn chỉnh. Do đó việc
thiết kế và chế tạo một thiết bị đếm vít tự động phục vụ cho sản xuất là một thiết thực.
Bởi lẽ lợi ích thiết thực mà nó đem lại: tránh sai xót, tăng năng xuất, giải phóng lao
động chân tay, giảm chi phí và giá thành sản xuất.
Với những thiết thực trên, cùng sự đồng ý của Hội Đồng Khoa Cơ Khí – Công
Nghệ, Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, và sự hướng dẫn của thầy

ThS. Đào Duy Vinh và KS. Nguyễn Trung Trực, nhóm thực hiện đề tài: “Thiết Kế,
Chế Tạo Thiết Bị Đếm Vít Tự Động”.
1.2 Mục tiêu của đề tài.
Hoàn thành việc thiết kế, chế tạo thiết bị đếm vít tự động.
Thiết bị có khả năng tự động vận hành theo thông số cài đặt.
Thiết kế cơ cấu đơn giản phù hợp với khả năng chế tạo ở các xưởng cơ khí tại
Việt Nam.
Giảm giá thành, giảm chi phí, dễ vận hành và hoàn toàn tự động.

1


1.3 Ý nghĩa khoa học của đề tài.
Từ mô hình thiết bị đếm vít tự động cho thấy những ưu nhược điểm của thiết bị
mà từ đó khắc phục những nhược điểm, phát huy những ưu điểm nhằm tạo ra một thiết
bị hoàn hảo, hiện đại.
Tiết kiệm được công sức lao động.
Giảm sai sót trong sản xuất.
Nâng cao năng suất.
1.4 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
Thiết kế được một thiết bị có khả năng chế tạo với công nghệ trong nước và có
giá thành hợp lý.
Góp phần giảm giá thành sản xuất của một sản phẩm, tránh sai sót về số lượng,
làm tăng hiệu quả công việc.

2


Chương 2
TỔNG QUAN

2.1 Thực trạng máy đếm vít trong và ngoài nước.
2.1.1 Thực trạng máy đếm vít trên thế giới.
Thiết bị đếm vít tự động thường bắt gặp trong các nhà máy chế tạo vít, bulong…,
hoặc ở các nhà máy sản xuất các sản phẩm cần lắp ráp bằng vít với những hình dạng
và kích thước khác nhau.
Một số loại máy đếm vít có trên thị trường:

Hình 2.1: Máy đếm vít KLD-Pro xuất xứ từ Trung Quốc.
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật máy đến vít KLD-Pro
Cung cấp điện
Chiều dài vít

AC110-240V
Đếm được các loại vít có chiều dài < 20mm

Kích thước máy

125x180x150mm

Trọng lượng tịnh

3,25 kg
3


Ưu điểm: nhỏ, gọn, dễ dàng vận hành, giá thành phải chăng.
Nhược điểm: Công suất thấp.
Ngoài ra trên thị trường còn có các loại máy đếm vít, ốc.. cùng một lúc và kết
hợp đóng gói.

Hình 2.2: Máy đếm vít ( đinh, ốc,..) và đóng gói.
Tốc độ đóng gói: 20-55 túi/phút.
Điện áp: 380V.
Công suất: 1500W.
Ưu điểm: Công suất cao, kết hợp đếm nhiều loại óc, vít,……cùng một lúc.
Nhược điểm: Giá thành cao, máy chiếm diện tích lớn.
2.1.2 Thực trạng máy đếm vít ở nước ta.
Hiện nay nước ta đang phát triển theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa,
những thiết bị máy móc dần thay thế cho con người. Nhiều nhà máy đã thay thế việc
đếm vít thủ công bằng các thiết bị đếm vít tự động hiện đại, nhưng phần lớn các nhà
máy lại tồn tại việc đếm vít thủ công do quy mô sản xuất nhà máy nhỏ và giá thành
các thiết bị hiện đại thì quá cao.
4


Hình 2.3: Đếm vít thủ công.
Các loại máy đếm vít ở nước ta hiện nay:

Hình 2.4: Máy đếm vít xuất xứ từ Việt Nam.

5


Máy đếm vít và đóng gói bằng hệ thống cấp phôi dạng rung được thể hiện trong
(Hình 2.4). Hệ thống cấp phôi dạng rung bao gồm hai thành phần chính là phễu rung
và thanh rung. Phễu rung dựa trên nguyên tắc điều khiển lực từ trường của nam châm
điện kết hợp phản lực của lò xo lá để tạo thành lực li tâm xoay cùng chiều hoặc ngược
chiều kim đồng hồ. Các chi tiết trong phễu sẽ tự động di chuyển theo các đường dẫn
qua các bẫy. Những chi tiết không sắp xếp theo ý muốn sẽ rơi trở lại đáy phễu, phần
còn lại vượt qua được bẫy sẽ đi ra ngoài cửa phễu đến thanh rung. Thanh rung chuyển

các chi tiết đã được sắp xếp đúng trật tự đến cơ cấu chờ hoặc tách sản phẩm.
Ưu điểm: Phù hợp với hầu hết các chi tiết nhỏ, hiệu suất làm việc cao và bền.
Nhược điểm: Gây ra tiếng ồn do chi tiết va vào phễu, khó chế tạo và giá thành
cao.
2.2 Một số linh kiện sử dụng trong đề tài.
2.2.1 Mạch vi điều khiển Arduino Mega 2560.

a)

b)

a) Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Arduino Mega 2560.
b) Mạch điều khiển Arduino Mega 2560.
Hình 2.5: Mạch vi điều khiển Arduino Mega 2560.

6


Các thông số của Arduino Mega 2560:
Điện áp hoạt động:

7-12V.

Số chân vào/ra(I,O) dạng Digital: 54 (15 chân đầu ra PWM).
Số chân vào dạng tương tự: 16.
Dòng điện trong mỗi chân I/O: 40mA.
Bộ nhớ trong: 256kB.
Sram: 8kB.
Eeprom: 4kB.
Xung nhịp: 16MHz.

Arduino Mega 2560 là một bo mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điều
khiển AVR Atmega 2560.
Atmega 2560 có 256kB bộ nhớ flash để lưu trữ mã (trong đó có 8kB được sử dụng cho
bộ nạp khởi động), 8kB SRAM và 4kB EEPROM
2.2.2 Mạch công suất L298 (module L298).
Mạch công suất L298N sử dụng IC điều khiển L298N có thể điều khiển 2 động
cơ một chiều hoặc 1 động cơ bước 4 pha.
a)
b)
a) Mudule mạch công suất L298N.
b) Sơ đồ nguyên lý mạch công suất
L298N.
Hình 2.6: Mạch công suất L298N.

Đặc điểm kỹ thuật:
Có 2 bộ cầu H công suất 25W.
Dùng IC công suất L298N.
Điện áp tín hiệu 5V/0mA - 36mA.
Điện áp hoạt động của động cơ 5V - 35V.
Dòng điều khiển động cơ 2A/1 mạch cầu H.
Kích thước 43x43x27mm.
7


Sơ đồ chân mạch công suất L298N:
Chân 12V: Cấp nguồn cho động cơ.
Chân GND: Chân mass.
Các chân IN1, IN2, IN3, IN4 nhận tín hiệu điều khiển.
Các chân OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 sẽ nối với động cơ.
Hai chân ENA, ENB: Dùng để điều khiển hai mạch cầu H trong L298N.

Mạch công suất có chức năng nhận tín hiệu điều khiển và điều khiển các động cơ
với điện áp và dòng lớn hơn. Mạch có chức năng đảo chiều dòng điện để điều khiển
chiều quay của động cơ.
Nguyên lý hoạt động:
Mạch công suất L298N sử dụng IC L298, IC L298 tích hợp 2 mạch cầu H bên
trong nên có thể điều khiển 2 động cơ cùng một lúc. Để điều khiển mạch cầu H trong
IC L298 chỉ cần cấp tín hiệu ở mức 0 (không hoạt động) và mức 1 (hoạt động) từ 2
chân ENA (điều khiển mạch cầu H thứ nhất) và chân ENB (điều khiển mạch cầu H thứ
hai). Các chân IN1, IN2, IN3, IN4 có chức năng nhận tín hiệu điều khiển chiều quay
của động cơ. Tín hiệu chân IN1 ở mức cao (HIGH) và chân IN2 ở mức thấp (LOW)
thì động cơ thứ nhất quay thuận (cùng chiều kim đồng hồ), ngược lại thì động cơ quay
ngược chiều. Tương tự như chân IN1, IN2 thì chân IN3, IN4 điều khiển chiều quay
động cơ thứ hai. Các chân OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 là chân tín hiệu ngõ ra kết nối
với động cơ để điều khiển.
Ứng dụng.
Hiện nay, Module L298 được sử dụng rộng rãi trong các mạch điều khiển động
cơ DC hoặc động cơ bước.
2.2.3 Động cơ DC.
Cấu tạo: Động cơ DC gồm có roto, starto, hệ thống chổi quét và các vành
khuyên. Starto được cấu tạo là nam châm vĩnh cửu, có hai cực nam và cực bắc được
đặt đối diện nhau nhằm để tạo ra từ trường. Roto được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật
có các rãnh để đặt các cuộn dây vào, điện áp DC được cung cấp vào cuộn dây nhờ vào
hệ thống chổi quét và vành khuyên.

8


Việc lựa chọn động cơ căn cứ vào các tiêu chí tốc độ, khả năng chịu tải, độ hãm,
dòng, áp.

Hình 2.7: Một số động cơ DC thường gặp.
Nguyên lý hoạt động.
Stator của động cơ điện một chiều thường là một hay nhiều cặp nam châm vĩnh
cửu, hay nam 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 một 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.

Pha 1

Pha 2

Pha 3

Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động của động cơ DC.
Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động
quay.
9


Pha 2: Rotor tiếp tục quay.
Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng
dấu, trở lại pha 1.
Các phương pháp điều khiển động cơ.
Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung PWM:
Phương pháp điều chỉnh độ rộng PWM là phương pháp điều chỉnh điện áp ra
động cơ DC hay nói cách khác là phương pháp điều chỉnh dựa trên sự thay đổi độ rộng
của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra.

Hình 2.9: Đồ thị dạng xung điều chỉnh PWM.
Nguyên lý của PWM.
Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn cho tải một
cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng ngắt.

a)
b)
a) Mạch nguyên lý điều chỉnh độ rộng xung.
b) Biểu đồ xung.
Hình 2.10: Nguyên lý điều chỉnh độ rộng xung.
10


Trong khoảng thời gian 0 – t0 ta kích mức cao cho U1 mở, toàn bộ điện áp nguồn
Ud được đưa ra động cơ DC. Còn trong khoảng thời gian t0 - T ngừng kích mức cao
cho U1, ngắt nguồn cung cấp cho động cơ DC. Với t 0 thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ
cung cấp toàn bộ, một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải.
Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải :
Gọi t1 là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở) còn T là thời gian của cả sườn
âm và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải.

U d  U max *

t1
T

(V ) hay U d  U max * D

với là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM.
Như vậy, trên hình đồ thị dạng điều chế xung.

Điện áp trung bình trên tải sẽ là :
Ud = 12*30 % = 3,6 V (với D = 30%)
Ud = 12*60 % = 7,2 V (Với D = 60%)
Ud = 12*90% = 10,8V (Với D = 90%)

Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ qua hộp giảm tốc:

A: Bánh răng bị động.

B: Bánh răng chủ động.

Hình 2.11: Nguyên lý truyền động của hộp giảm tốc.
11


Cấu tạo hộp giảm tốc gồm các cặp bánh răng lớn nhỏ ăn khớp với nhau. Thông
qua động tác truyền chuyển động giữa các cặp bánh răng, tốc độ cuối cùng mà hộp
giảm tốc cấp cho bộ phận làm việc của máy khác biệt so với tốc độ ban đầu của động
cơ khi đưa vào hộp giảm tốc. Sự khác biệt đó phụ thuộc vào tỉ số truyền giữa các cặp
bánh răng ăn khớp với nhau được chứa bên trong hộp giảm tốc. Công thức tính tỉ số
truyền:

i = n1/n2 = z2/z1
Trong đó:
i: Tỉ số truyền giữa 2 bánh răng.
n1 : Số vòng quay trục chủ động.
n2 :Số vòng quay trục bị động.
z1 : Số răng bánh răng chủ động.
z2 : Số răng bánh răng bị động.

Ứng dụng.
Động cơ DC có vai trò rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực và được ứng dụng rất
rộng rãi. Động cơ DC được ứng dụng để điều khiển các cơ cấu chấp hành, được sử
dụng nhiều trong các robot máy công cụ, các thiết bị y khoa, các thiết bị ôtô, các máy
bán hàng nhỏ, và các máy quét…

12


2.2.4 Động cơ RC Servo.

Hình 2.12: Động cơ RC Servo Futaba S3003.
Động cơ RC Servo gồm có 3 dây và có màu như sau:
Chân GND (màu nâu): Chân cấp mass.
Chân VCC (màu đỏ): Chân cấp nguồn (3.5 V - 8.4 V).
Chân tín hiệu (màu vàng): Chân điều khiển góc của động cơ.
Nguyên lý hoạt động của động cơ RC Servo dựa trên nguyên lý nhận xung PWM
và cho ra góc quay. Tùy từng loại động cơ RC Servo mà động cơ có thể quay được góc
90º hay 180º hay 360º. Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung PWM (Pulse Width
Modulation) là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương
pháp điều chỉnh dựa trên sự thay đổi độ rộng xung vuông, dẫn đến sự thay đổi điện áp
ra.
Góc quay của động cơ được xác định bằng độ rộng của xung PWM cấp đến động
cơ. Ứng với tần số có độ rộng xung là 1ms thì động cơ RC Servo sẽ quay về vị trí cực
tiểu ( 00), còn với tần số có độ rộng xung là 2ms thì động cơ RC Servo sẽ quay đến vị
trí cực đại ( có thể la 90 0 hay 1800 hay 3600 do tuỳ loại động cơ RC Sero). Nếu với tần
số có độ rộng xung dao động trong khoảng 1ms đến 2ms thì động cơ sẽ quay một góc
trong khoảng từ cực tiểu đến cực đại.
13

Hình 2.13: Thời gian độ rộng xung quy định góc quay của động cơ RC Servo.
2.2.5 IC ghi dịch 74HC595

Hình 2.14: IC ghi dịch 74HC595.
74 HC595 là IC ghi dịch 8 bit kết hợp chốt dữ liệu, thường được dùng trong các
mạch quét LED 7 đoạn, LED ma trận… nhằm tiết kiệm số chân vi điều khiển, có thể
mở rộng số chân vi điều khiển tùy thích bằng cách mắc nối tiếp đầu vào thu dữ liệu
của các IC với nhau.
74HC595 đầu ra có 2 mức là 0 và 1 dòng khoảng 35mA, điện áp hoạt động
<=7V. Công suất trung bình 500mW.
Bảng 2.2: Mã 7 đoạn dịch bởi IC 74HC595 cho LED anot chung và katot chung.
14


Số thập phân
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Mã 7 đoạn
Anot chung
Katot chung

11000000
00111111
11111001
00000110
10100100
01011011
10110000
01001111
10011001
01100110
10010010
01101101
10000011
01111100
11111000
00000111
10000000
01111111
10010000
01101111

2.2.6 LED 7 đoạn.
LED 7 đoạn (Seven Segment display) là 1 linh kiện rất thông dụng, được dùng
như là 1 công cụ hiển thị đơn giản nhất.
Trong LED 7 đoạn bao gồm ít nhất là 7 con LED mắc lại với nhau, vì vậy mà có
tên là LED 7 đoạn là vậy,7 LED đơn được mắc sao cho nó có thể hiển thị được các số
từ 0 - 9, và 1 vài chữ cái thông dụng, để phân cách thì người ta còn dùng thêm 1 LED
đơn để hiển thị dấu chấm (dot) .

Cấu tạo của LED 7đoạn:

Cathode chung

Anode chung

15


Hình 2.15: LED 7 đoạn.
LED 7 đoạn có 2 loại: Anode chung và cathode chung.
Loại cathode chung: Chân chung được nối Mass, để kích sáng các thanh LED
phải kích các chân còn lại với mức điện áp 1.
Loại anode 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 điều khiển hiển thị LED 7 đoạn:
Điều khiển LED 7 đoạn bằng phương pháp chốt.

Hình 2.16: Sơ đồ điều khiển LED 7 đoạn bằng phương pháp chốt.
Sơ đồ nguyên lý điều khiển LED 7 đoạn bằng phương pháp chốt được thể hiện
như ở (Hình 2.16). Tuy dễ sử dụng và điều khiển, quá trình lắp mạch nhanh nhưng
không phù hợp vì tốn quá nhiều chân của vi điều khiển, gây tốn kém chi phí khi thiết
kế mạch.Ví dụ như với vi điều khiển Arduino uno R3 chỉ có thể điều khiển được nhiểu
16


nhất 2 LED 7 đoạn theo phương pháp chốt và không còn dư bất kỳ chân vi điều khiển
nào cho các tác vụ khác, phương pháp này chỉ có thể dùng trong trường hợp mạch đơn

giản cần từ 1 đến 2 LED 7 đoạn, nhằm kiểm tra hoạt động của LED hoặc kiểm tra các
lệnh cho vi điều khiển. Để tránh được hạn chế nói trên ta sử dụng phương pháp quét sẽ
phù hợp hơn.
Điều khiển LED 7 đoạn bằng phương pháp quét.

Hình 2.17: Sơ đồ điều khiển LED 7 đoạn bằng phương pháp quét.
Mạch nguyên lý được thiết kế bao gồm đoạn a của LED 1 đến LED 4 được nối
chung với nhau và nối với chân số 1 của vi điều khiển. Các đoạn b1, b2, b3, b4 nối
chung với nhau và nối với chân số 2 của vi điều khiển. Tương tự chân 3 đến chân 7 sẽ
nối với các đoạn c tới g theo thứ tự.
Điều khiển LED theo phương pháp quét có nghĩa là nguồn cung cấp cho các
đoạn không được gắn cố định mà được cấp tuần tự thông qua các transistor A1015, khi
vi điều khiển thông qua điện trở 4,7k Ohm kích cho transistor nào thì LED đó được
phép thể hiện các mã 7 đoạn do chân 1 tới chân 7 quy định.
Tại mỗi thời điểm tường minh chỉ có 1 LED 7 đoạn được phép thể hiện nội
dung con số. Tuy nhiên thời gian quét quá nhanh (khoảng 4ms) nằm trong khoảng lưu
ảnh của mắt vì vậy ta cảm giác như các LED 7 đoạn được sáng cùng lúc.

17