1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ - VŨ THỊ DUYÊN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY GIẶT DÂN DỤNG Chuyên ngành: Sư phạm kỹ thuật KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Người hướng dẫn khoa học TS NGUYỄN THẾ LÂM HÀ NỘI - 2013 LờI CảM ƠN Lời em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hớng dẫn khoa học TS Nguyễn Thế Lâm tận tình hớng dẫn để em hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Vật Lý, thầy cô giáo trờng Đại Học S Phạm Hà Nội giúp em hoàn thành khóa học Cuối em xin cảm ơn tất bạn sinh viên lớp K35C khoa Vật Lý trờng Đại học S Phạm Hà Nội 2, cảm ơn bạn bè ngời thân giúp đỡ em hoàn thành tốt đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 năm 2013 Sinh viên Vũ Thị Duyên Lời cam đoan Khóa luận tốt nghiệp với đề tài nghiên cứu Thiết kế mô hình máy giặt dân dụng đợc hoàn thành với nỗ lực thân hớng dẫn tận tình thầy giáo Nguyễn Thế Lâm Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu đề tài riêng cá nhân tôi, không trùng lặp với kết nghiên cứu Hà Nội, tháng 05 năm 2013 Sinh viên Vũ Thị Duyên Mục lục Lời cảm ơn Lêi cam ®oan Mở đầu ch¬ng tỉng quan máy giặt .3 1.1 Giới thiệu máy giặt 1.1.1 .Lịch sử đời máy giặt 1.1.2 Phân loại máy giặt 1.2 .Nguyên lí giặt máy giặt 1.2.1 .Nguyên lí tẩy bẩn máy giặt 1.2.2 Nguyên lí tẩy bẩn máy giặt thùng quay ngang chơng tổng quan vỊ hä vi ®iỊu khiĨn 8051 11 2.1 S¬ ®å ch©n 8051 11 2.2 CÊu trúc bên vi điều khiển 13 2.3 Tãm t¾t tËp lƯnh cđa 8051 25 2.4 Chơng trình ngôn ngữ Assembly 8051 32 CHƯƠNG THIếT Kế Và THI CÔNG Bộ ĐIềU KHIểN MáY GIặT ứNG dụng vi xử lý 35 3.1 Thiết kế phần khí 35 3.2 .ThiÕt kÕ m¹ch ®iÖn 38 3.3 ThiÕt kÕ phÇn mỊm 44 KÕt ln 46 TàI LIệU THAM KHảO 47 1.Lý chn ti Mở đầu S tin b không ngng khoa học kỹ thuật đặc biệt ngành điện t ng dng rt nhiu công nghip v dân dụng Trong lĩnh vực điều khiển, từ c«ng nghệ vi x lý phát trin mnh m em đến c¸c kỹ thuật điều khiển đại cã nhiều ưu điểm so với việc sử dụng c¸c mạch điều khiển lắp r¸p từ c¸c linh kiện rời như: kÝch thước mạch nhỏ, gọn, gi¸ thành rẻ, độ làm vic tin cy v công sut tiêu th thp Ngy lĩnh vực điều khiển ứng dụng rộng r·i c¸c thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt ngày người máy git, ng h in t, lò vi sóng, iu hồ nhiệt độ nhằm gióp cho đời sống người ngày đại tiện lợi Vậy t«i mun nghiên cu v ch to mô hình máy giặt dân dụng Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu, tìm hiểu cấu tạo nguyên lý làm việc máy giặt chế tạo đợc mô hình máy giặt Gi¶ thuyÕt khoa häc Đối tượng, phạm vi nghiên cu - Nghiên cứu cấu tạo, hoạt động máy giặt - Thit k v ch to mch in cho máy giặt - Vit chng trình điều khiển máy giặt Nhim v nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết chế tạo máy giặt Phơng pháp nghiên cøu Lý thuyết thực nghiệm CÊu tróc khãa luận - Nội dung: Chơng 1: Tổng quan máy giặt Chơng 2: Tổng quan họ vi điều khiển 8051 Chơng 3: Thiết kế thi công điều khiển máy giặt ứng dụng vi xử lý Chơng 1: tổng quan máy giặt 1.1 giới thiệu máy giặt Có nhiều cách phân loại máy giặt nhng ngời ta thờng phân loại theo mức độ tự động hoá theo kết cấu 1.1 Lịch sử đời máy giặt Suốt hàng kỷ, công việc giặt giũ ác mộng nhiều phụ nữ nơi khắp giới Để làm áo quần họ phải dùng nhiều cách nặng nhọc nh đứng dẫm lên chúng, nhồi chúng, đập chúng vào tảng đá dùng gậy để đánh thật mạnh vào chúng sông, hồ hay biển Chính trình khó khăn nh chiếm hết thời gian tiêu hao công sức phụ nữ, khiến họ thoát khỏi công việc nhà để tiến xã hội Đây động lực để phát sinh máy giặt Nhờ chức thay phụ nữ thực công đoạn đầy ám ảnh đó, đời máy giặt trở thành cột mốc đánh dấu thời kì giải phóng phụ nữ khỏi gánh nặng việc nội trợ Ngy 09/08/1910, sáng chế dành cho máy giặt chạy điện đợc cấp cho Alva J.Fisher (1862 – 1947) mét kü s ë Chicago, bang IIIinois (Mỹ) Máy giặt xuất từ kỉ thứ XVII Tất nhiên, chút giống với máy giặt mà sử dụng ngày nay, ngoại trừ mục đích giặt quần áo dơ Chính xác hơn, sáng chế thuộc máy giặt vắt Washinh & Wrinhinh đợc chế tạo vào năm 1961, Anh Tuy nhiên hoạt động máy dùng sức ngời Ngoài thiết kế loại máy giặt lần xuất vào năm 1752 mét t¹p chÝ cđa Anh “The Gentlemen’s Magazine” 3.2.1.2 Sơ đồ mạch nguồn: Hình 3.3 Sơ đồ khối nguồn chiều Sơ đồ khối nguồn hoàn chỉnh với chức khối nh sau: - Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay chiều U2 có giá trị thích hợp với yêu cầu - Mạch chỉnh lu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U2 thành điện áp chiều không phẳng (có giá trị nhấp nhô) - Bộ lọc có nhiệm vụ san điện áp chiều đập mạch thành điện áp chiều nhấp nhô - Bộ ổn áp chiều có nhiệm vụ ổn định điện áp (dòng điện) đầu U02 (It) U01 bị thay đổi theo ổn định U01 hay It Trong nhiều trờng hợp yêu cầu cao không cần ổn áp hay ổn dòng chiều 7805 220V D2 IN 12V C1 D4 D3 OUT COM + D1 R8 1k D4 LED0 Mach nguon H×nh 3.3 Sơ đồ mạch nguồn - Máy biến áp 220V/12V biến đổi điện áp xoay chiều 220V thành điện áp xoáy chiều 12V - Mạch chỉnh lu cầu: biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều - Tụ C1: lọc điện áp xoay chiều sau đợc chỉnh lu (loại bỏ pha âm) thành điện áp chiều phẳng để cung cấp cho tải tiêu thụ, ta thấy tụ áp DC sau điot điện áp nhấp nhô, có tụ điện áp đợc lọc tơng đối phẳng, tụ điện lớn điện áp DC phẳng - Giới thiệu IC ổn áp 7805: Đầu vào >7V đầu 5V 500mA Mạch ổn áp cần cho vi điều khiển nguồn vi điều khiển không ổn định treo vi điều khiển, không chạy đúng, hoăc reset liên tục, chí chết chíp 3.2.2 Sơ đồ mạch vi điều khiển bản: - Chân 18, 19 nối với thạch anh tạo thành mạch dao động cho vi điều khiển Tần số thạch anh thờng đợc dùng ứng dụng là: 11,052Mhz (giao tiếp với cổng Com máy tính) 12 Mhz Tần số tối đa 24Mhz Tần số lớn vi điều khiển xử lý nhanh - Điện trở than để tăng dòng xuất cho vi ®iỊu khiĨn ®Ĩ kÝch tranzitor ë møc Bản chất port cực C tranzitor Nếu điện trở kéo lên nguồn cực C áp, cực B đợc kích hay không Lu ý: Nếu thiết lập điện trở kéo lên nhỏ dòng chảy vào tranzitor lớn dẫn đến cháy nóng làm giảm tuổi thọ vi điều khiển Nếu thiết lập điện trở kéo lên lớn dẫn đến sụt áp chân vi điều khiển 3.2.3 Sơ đồ mạch cầu H đảo chiều ®éng c¬: +V +V P0.1 R4 Q3 NPN Q5 NPN M1 P0.2 R3 Q4 NPN Q6 NPN Hình 3.4 Sơ đồ mạch cầu H đảo chiều động Cấu tạo tranzitor: Tranzitor gåm ba líp b¸n dÉn ghÐp víi hình thành hai mối tiếp giáp p-n, ghép theo thứ tự pnp ta đợc tranzitor thuận, ghép theo thứ tự npn ta đợc tranzitor nghịch Ba lớp bán dẫn đợc nối ba cực, lớp gọi cùc gèc B (bazơ), líp b¸n dÉn B rÊt máng có nồng độ tạp chất thấp Hai lớp bán dẫn bên đợc nối thành cực phát E cực góp C Chức tranzitor: Tranzitor linh kiện điện tử thụ động, tức cần nguồn cung cấp lợng để hoạt động, cụ thể cần phân cực cho tranzitor để hoạt động Tùy theo mục đích mà tranzitor đợc mắc với mạch điện kiểu khác để thực chức sau: - Khãa ®iƯn tư - Trun dÉn ®iƯn - Bé khuếch đại Sử dụng tranzitor nghịch C2335 hai điện trở 1K Sử dụng mạch cầu H có u điểm làm cho mạch trở nên đơn giản tiết kiệm chi phí Nguyên lý hoạt động Khi tín hiệu điều khiển vào P0.1 5V tín hiệu ®iỊu khiĨn cđa P0.2 lµ 0V lóc nµy Q3 vµ Q6 thông, Q4 Q5 khóa động quay theo chiều thuận Khi tín hiệu điều khiển vào P0.1 0V tín hiệu điều khiển P0.2 5V lúc Q5 Q4 thông, Q3 Q6 khóa động quay theo chiều ngợc lại 3.2.4 Mạch rơle 5V 12V +V +V R5 1k 5V Q1 NPN D1 LED1 R1 P0.3 Hình 3.4 Sơ đồ mạch rơle - Rơle loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu thay đổi nhảy cấp tín hiệu đầu vào đạt giá trị xác định Rơle thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ điều khiển làm việc mạch điện động lực Cấu tạo rơle: gồm lõi sắt, cuộn từ tiếp điểm Chức rơle: Dùng lợng nhỏ để đóng cắt nguồn lợng lớn - Điot mắc song song với cuộn dây rơle để dập xung ngợc, bảo vệ tranzitor đóng mở dòng cho rơle Khi cuộn dây rơle bị ngắt dòng điện (do tranzitor ngng dẫn) phát sinh dòng điện cảm ứng (cùng chiều với dòng ban đầu), dòng điện đợc điot dập đợc phân cực thuận Nhờ mối nối CE tranzitor không bị phá hủy dòng điện cảm ứng 3.2.5 Mạch điện tổng thể điều khiển máy giỈt 5V +V 5V 12V +V +V 12V +V R5 1k R2 1k 5V 5V D2 LED1 7805 IN 220V 12V D4 + D1 D2 Q1 D1 LED1 Q2 OUT NPN NPN COM C1 D3 R1 R7 5V +V 8051 40 R P0.0 1k + P0.3 S1 C2 RESET R6 1k R4 22pF C4 C3 22pF +V +V 18 Q3 NPN Q5 NPN M1 20 R3 Q4 NPN Q6 NPN Hình 3.6 Sơ đồ mạch điện tổng thể điều khiển máy giặt Nguyên lý hoạt động mạch Khi cấp dòng điện xoay chiều 220V cho máy biến áp, đầu may biến áp dòng điện xoay chiều 12V, dòng điện xoay chiều qua mạch chỉnh lu cầu thành dòng điện chiều 12V sau tụ lọc có nhiệm vụ san phẳng độ gợn sóng để dòng điện đến IC ổn áp 7805 đợc phẳng IC 7805 cho điện áp chiều 5V cho IC 8051 để điều khiển rơle điều khiển động 3.3 Thiết kế phần mềm Chơng trình điều khiển ORG 00H ;#include MOV TMOD,#01H chuanbi:CLR P0.1 ;dung quay CLR P0.2 SETB P0.0 ;dong cac van nuoc SETB P0.3 CLR P1.0 ;tat coi ; -Capnuoc: CLR P0.0 ;mo van nuoc MOV R0,#10;thoi gian cho Chocapnuoc: LCALL DELAY DJNZ R0,chocapnuoc Dungcapnuoc:SETB P0.0 Ngamquanao: MOV R0,#5 ; so lan dao Quaytrai: SETB P0.1 CLR P0.2 LCALL DELAY Quayphai: CLR P0.1 SETB P0.2 LCALL DELAY DJNZ R0,Quaytrai Xanuoc: CLR P0.3 Dunglai: CLR P0.1 ;quay dao lan CLR P0.2 MOV R0,#10;thoi gian cho ; mo van xa Choxanuoc: LCALL DELAY DJNZ R0,choxanuoc Vatkho: CLR P0.1 ;quay phai SETB P0.2 MOV R0,#10;so lan quay Chovatkho: LCALL DELAY DJNZ R0,chovatkho stop: CLR P0.1 ;dung quay CLR P0.2 SETB P0.0 ;dong cac van nuoc SETB P0.3 SETB P1.0 ;phat tin hieu da giat xong LCALL DELAY CLR P1.0 ;dung phat tin hieu ; -DELAY: MOV R7,#200 NAPLAI: MOV TH0,#HIGH(-50000) MOV TL0,#LOW(-50000) SETB TR0 CHO: JNB TF0,CHO CLR TF0 CLR TR0 DJNZ R7,NAPLAI RET ; KÕT LUËn Qua trình tìm hiểu nghiên cứu mô hình rút đợc số kết luận nh sau: Thiết kế chế tạo đợc cấu khí cho máy giặt nh: thùng quay, thùng giặt, ống cấp nớc thoát nớc Các cấu hoạt động tốt, đạt đợc yêu cầu đề Thiết kế chế tạo mạch điện cho máy giặt nh: mạch nguồn, mạch rơle, mạch vi điều khiển Các mạch điện hoạt động tốt theo yêu cầu đặt Viết chơng trình điều khiển tay Assembly nạp chơng trình điều khiển cho máy giặt Máy giặt hoạt động theo chơng trình đề Để đề tài thêm phong phú tăng hiệu sử dụng cần đáp ứng đợc yêu cầu sau: - Khống chế lựa chọn mức nớc bảng điều khiển - Có khả tự nhận biết khối lợng đồ giặt để tự động lựa chọn chế độ giặt mức nớc phù hợp - Có thêm nhiều chế độ giặt dành cho loại vải khác - Có thêm chức giặt nớc nóng chọn đợc chế độ giặt Với cố gắng nỗ lực thân hớng dẫn tận tình thầy Nguyễn Thế Lâm ®· hoµn thµnh khãa ln theo ®óng thêi gian quy định Khoa học kỹ thuật phát triển nh vũ bão, công nghệ chế tạo máy giặt thông minh thay đổi ngày, mong nhận đợc nhiều ý khiến đóng góp từ quý thầy cô bạn để luận văn có nhiều cải tiến Hà Nội, tháng 05 năm 2013 Sinh viên Vũ Thị Duyên Tài liệu tham khảo [1] Lê Văn Doanh, Điện tử công suất, NXB Khoa học Kĩ thuật Hà Nội 2000 [2] Nguyễn Mạnh Giang, Cấu trúc lập trình ghép nối ứng dụng vi điều khiển, NXB Lao động - Xã hội Hà Nội 2005 [3] Trần Khánh Hà, Máy giặt dân dụng, NXB Khoa học Kĩ thuật Hà Nội 2005 [4] Vũ Quang Hồi, Trang bị điện điện tử công nghiệp, NXB Giáo dục [5] Nguyễn Ngọc Lâm, Thực hành ứng dụng vi điều khiển, Hà Nội 200 [6] Phạm Ngọc Nam, Kỹ thuật vi xử lý, NXB Đại Học Bách Khoa TPHCM 2007 [7] Nguyễn Viết Nguyên, Kỹ thuật mạch điện tử, NXB Giáo dục 2005 [8] Tống Văn On, Hoàng Đức Hải, Hä vi ®iỊu khiĨn 8051 NXB Lao ®éng - X· hội Hà Nội 2001 [9] Tống Văn On, Hoàng Đức Hải, Thiết kế hệ thống với họ 8051 NXB Phơng Đông [10] Đỗ Xuân Thụ Kỹ thuật điện tử, NXB Gi¸o Dơc 2005 ... ngang Máy giặt thùng đứng Hình 1.4 Hình ảnh máy giặt ngày Năm 2000 hãng sản xuất Nhật Bản Hàn Quốc với máy giặt thiết kế đại sang trọng đợc bà nội trợ a dùng Từ đến máy giặt phát triển mạnh mẽ hình. .. lợi Vậy t«i muốn nghiên cu v ch to mô hình máy giặt dân dụng Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu, tìm hiểu cấu tạo nguyên lý làm việc máy giặt chế tạo đợc mô hình máy giặt 3 Giả thuyÕt khoa häc Đối... quan vỊ máy giặt .3 1.1 Giới thiệu máy giặt 1.1.1 .Lịch sử đời máy giỈt 1.1.2 Phân loại máy giặt 1.2 .Nguyên lí giặt máy giặt 1.2.1 .Nguyên lí tẩy bẩn máy giặt 1.2.2