Trang 48
Vậy tỉ số giữa công suất trên quãng đường chạy được trong 1s phải lớn hơn ma sát. Mà ‘‘quãng đường chạy được trong 1s’’ đây rõ ràng là vận tốc v(m/s).
Vậy (*) ↔ P₁
𝑆 > 0,4 x P → P₁ (w) > 0,4 x V x P = 0,4 x m x g x v
Bảng 9: Hệ số ma sát trượt của một số vật liệu
• Bán kính của bánh xe = 8cm • Chu vi bánh xe = 50,24cm
• Ta có khối lượng tối đa của nữa chiếc xe là 15kg • Ta chọn chu kỳ của chương trình là 125ms
• Khoảng cách đứt qng lớn nhất mong muốn là 5cm • Vận tốc tối đa mong muốn: Vmax = 0,05/0.125 = 0,4m/s • P = 0,4 x m x g x v ↔ P = 0,4 x 15 x 9,8 x 0,4 = 23,5 (w)
• Số vịng tối đa động cơ cần quay trong 1s N = 0,4/0,5024 = 0,79 vòng/s = 47,8 vòng/phút Vật liệu Hệ số ma sát trượt Gỗ rắn trên gỗ rắn 0,25 Da trên gỗ 0,4 Da trên gang 0,28 Thép trên đất cứng 0,2 – 0,4 Lớp cao su trên đất cứng 0,4 – 0,6 Thép trên thép 0,2 Hình 4. 29: Mơ tả lực ma sát trượt
Trang 49
• Vậy ta chọn động cơ giảm tốc DSD-37RS5550246000-30k có điện áp là 24v dịng điện là 0,8A
• Số vịng quay tối đa: 6000 vịng/phút. Tỉ số truyền: 30:1
• Số vịng quay tối đa khi qua hộp số có tỉ số truyền: 200 vịng/phút ➢ Đơng cơ vận hành vệ sinh chổi, pump, quạt hút:
Chức năng:
Thực hiện công việc vệ sinh cúa máy khi nhận tín hiệu từ Arduino thơng qua relay.
Cách kết nối dây và cách thức giao tiếp:
Cách kết nối dây:
• 2 chân động cơ nối chung vào đầu NO (Thường mở).
Tính tốn cơng suất động cơ:
Pct ≥ Plv + Pmm F = m 𝑥 g = m 𝑥 9,8 Plv = 𝐹 𝑥 𝑉 1000 = 𝑚 𝑥 9,8 𝑥 𝑉 1000 (1) Pmm=( 1 ƞ – 1) x Plv ƞ=0,89 (2) • Pct: Cơng suất cần thiết • Plv: Cơng suất làm việc • Pmm: Cơng suất mở máy • F: lực kéo
Trang 50 • V: Vận tốc xích tải (0,2m/s)
• m: khối lượng của chổi vệ sinh (5kg) • ƞ: hiệu suất của hộp sô chuyển động (0,89) Từ (1) và (2) ta có cơng thức tính cơng suất cần thiết: Pct ≥ Plv + Pmm Pct ≥ 𝑚 𝑥 9,8 𝑥 𝑉 1000 + [( 1 ƞ– 1) 𝑥 𝑚 𝑥 9,8 𝑥 𝑉 1000 ] Pct ≥ 5 𝑥 9,8 𝑥 0,2 1000 + [( 1 0,89– 1) 𝑥 5 𝑥 9,8 𝑥 0,2 1000 ] Pct ≥ 0,011Kw Pct ≥ 11W (*)
Số vòng quay sơ bộ trên động cơ
nsb = nlv 𝑥 uc nlv= 60000 𝑥 𝑉
π D (3)
uc= un 𝑥 ut = uđ 𝑥 ubr = (2÷4) (10÷30) => uc= (20÷120) (4) • nsb: Số vịng quay sơ bộ
• nlv: Số vịng quay trên trục làm việc • uc: Tỉ số truyền chung của hệ
• V: Vận tốc xích tải (0,2m/s) • D: Đường kính (60mm)
• un: Tỉ số truyền ngồi uđ: Tỉ số truyền đai (2ữ4)
ã ut: Tỉ số truyền trong ubr: Tỉ số truyền bánh răng (10÷30) Từ (3) và (4) ta có cơng thức tính số vịng quay sơ bộ:
nsb = nlv 𝑥 uc nsb = nlv 𝑥 uc nsb = 60000 𝑥 𝑉 π D 𝑥 (20÷120) nsb = 60000 𝑥 0,2 π 60 𝑥 (20÷120) nsb = (1273,2÷7639,2) (vịng/phút) (**) Dựa vào (*) và (**) để tiến hành chọn động cơ: Pct ≥ 0,011Kw Pct ≥ 11W
Trang 51 nsb = (1273,2÷7639,2) (vịng/phút)
➔ Chọn động cơ XD-37GB555 24V có Pct= 15W và nsb= 5000 vòng/phút
Sơ đồ nguyên lý - Nguyên lý hoạt động:
Trang 52
Nguyên lý hoạt động:
Máy vệ sinh pin năng lượng mặt trời được cấp nguồn 220v trực tiếp vào máy đi qua bộ hạ áp chuyển điện áp đầu vào từ 220v xuống 24v sau đó tiếp tục dùng mạch hạ áp LM2566 để cấp nguồn phù hợp với Arduino và các thiết bị 5v. Arduino có nhiệm vụ điều khiển chính và kết nối với các linh kiện để trở thành một hệ thống hoàn chỉnh.
ESP8266 (WIFI) có vai trị xuất, thu dữ liệu, tạo ra liên kết giữa Arduino với IP server để có thể kết nối internet sau đó kết nối với điện thoại thơng qua app Blynk trên CH Play hoặc Appstore để dễ dàng điều khiển máy rửa pin từ xa.
Mạch gồm Arduino kết nối với các linh kiện relay, mạch điều khiển động cơ, cảm biến siêu âm và được kết nối internet thông qua ESP8266 liên kết với app Blynk. Tiếp theo là giao diện app Blynk gồm nút nhấn điều khiển xe chạy tiến, dừng, lùi, trái, phải có thể điều khiển tốc độ. Nút nhấn ON/OFF cho cả máy bơm và động cơ chổi. Khi ta nhấn nút điều khiển (tiến, dừng, lùi, trái phải) từ app Blynk chuỗi dữ liệu sẽ gửi qua kit arduino rồi arduino sẽ xuất tín hiệu ra các chân RPWM và LPWM của mạch điều khiển động cơ tương ứng để xử lý và điều khiển cho mạch điều khiển động cơ cho máy chạy theo ý muốn.
Động cơ chổi và máy bơm được gộp chung thành 1 nút nhấn được nối với relay, khi ta nhấn ON cả 2 đều chạy và khi nhấn OFF cả 2 đều dừng.
Cảm biến siêu âm có vai trị dị khoảng cách phía trước, khi máy đi ra khỏi tấm pin năng lượng thì sẽ khơng cho máy dừng hoạt động để đảm bảo an toàn cho hệ thống.
Trang 53
4.4.2. Thiết kế phần cứng Lưu đồ giải thuật: Lưu đồ giải thuật:
Lưu đồ giải thuật chương trình chính
Bắt đầu Kết thúc Xe Chạy Kiểm tra nhấn nút điều khiển xe chạy Vệ Sinh hoạt động Khai báo biến
Nhận dữ liệu từ Blynk Sever Kiểm tra nút nhấn Kiểm tra nhấn nút điều khiển vệ sinh Đ Đ S S
Trang 54
Lưu đồ giải thuật chương trình máy hoạt động hệ thống vệ sinh
Bắt đầu Kiểm tra nút nhấn bật Vệ Sinh hoạt động Vệ Sinh ngưng hoạt động Kiểm tra nút nhấn tắt Kết thúc Đ S S Đ
Trang 55
Lưu đồ giải thuật chương trình máy chạy
Đ Đ Đ Đ Đ S S S S S Bắt đầu Kết thúc Kiểm tra nút nhấn tiến Xe chạy tiến Xe chạy lùi Kiểm tra nút nhấn lùi Xe chạy dừng Kiểm tra nút nhấn dừng Xe chạy sang phải Kiểm tra nút nhấn rẽ phải Xe chạy sang trái Kiểm tra nút nhấn rẽ trái
Trang 56
➢ Giải thích lưu đồ giải thuật chương trình chính:
Khi bắt đầu chương trình thì việc đầu tiên là khởi tạo các biến, điều khiển và xử lý trung tâm, động cơ giảm tốc, cảm biến và Relay. Xét các giá trị về vị trí ban đầu và cho chạy. Nhận dữ liệu từ Blynk Sever. Sau đó đi vào chương trình kiểm tra từng nhánh lệnh switch. Nhánh đầu tiên kiểm tra xem có nhấn hay khơng, nếu có chương trình con xe chạy rồi sau đó quay trở lại kiểm tra nhấn nút. Nhánh thứ hai kiểm tra xem có nhấn nút điều khiển động cơ giảm tốc hay khơng, nếu có chạy chương trình động cơ giảm tốc (chổi), và máy bơm chạy. Sau khi chạy hết các nhánh lệnh switch thì quay trở lại kiểm tra tiếp từ đầu.
➢ Giải thích lưu đồ giải thuật chương trình con xe chạy, chổi vệ sinh và máy bơm:
Trong chương trình xe chạy chương trình sẽ kiểm tra từng nhánh lệnh switch, tổng là có năm chương trình kiểm tra gồm nút nhấn xe tiến, phải, trái, lùi, dừng. Kiểm tra từng nút có nhấn hay khơng, nếu nhấn thì vơ xử lý cho xe chạy, ngược lại khơng nhấn thì kết thúc và quay lại chương trình chính kiểm tra nút nhấn tiếp. Chương trình chổi vệ sinh và máy bơm có nhiệm vụ điều khiển cho động cơ chổi, máy bơm. Kiểm tra từng nút có nhấn hay khơng, nếu nhấn thì vơ xử lý vệ sinh hoạt động, ngược lại khơng nhấn thì kết thúc và quay lại chương trình chính kiểm tra nút nhấn kế tiếp.
Trang 57
Thiết kế giao diện Blynk:
Các chức năng được bố trí trên ứng dụng đơn giản, dễ sử dụng
4.4.3. Thiết kế cơ khí:
Do nhóm tác gỉ khơng phải là sinh viên chun ngành cơ khí, nên nhóm đã kết hợp với sinh viên chuyên ngành cơ khí của viện Việt Nhật để hướng dẫn thi cơng hệ thống cơ khí của máy và nhóm thực hiện thi cơng điện, lập trình điều khiển máy vệ sinh pin năng lượng mặt trời.
Trang 58
Hệ thống khung máy, thân máy:
Khung máy là bộ phận giúp nâng đỡ tồn bộ máy. Nó cịn đóng vai trị liên kết các hệ thống thiết bị lại với nhau thành một chủ thể hợp nhất để máy có thể hoạt động một cách linh hoạt.
Khung máy được ví như bộ xương của cơ thể người. Để nâng đỡ được cơ thể thì chúng ta cần phải cung cấp dinh dưỡng để bộ xương luôn chắc khỏe. Khung máy là toàn bộ phần nâng đỡ cơ thể của máy vệ sinh pin.
Vì tính quan trọng của khung xe là điểm quan trọng nhất nên nhóm tác giả đã chọn sử dụng vật liệu Nhôm A7075
Nhôm A7075 là hợp kim nhơm biến dạng hóa bền, với kẽm là nguyên tố hợp kim chính. Nhơm A7075 có độ bền cao nhất, sức mạnh tương đương với nhiều loại thép, có sức bền mỏi và độ gia cơng trung bình, nhưng lại nhẹ hơn thép. Chi phí tương đối cao nhưng lại phù hợp chất lượng với các ứng dụng mà các hợp kim chi phí thấp hơn khơng đáp ứng được. Nó thường được sử dụng chủ yếu trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và thổi - đúc, cơ khí chính xác,..vv,
Hình 4. 33: Khung máy
Trang 59
những ứng dụng mà u cầu chống ăn mịn vết nứt. Khơng thể hàn được và khả năng chống ăn mịn kém.
Thơng số kỹ thuật của khung:
❖ Dài: 496.81mm ❖ Rộng: 300 mm ❖ Cao: 90mm ❖ Dày: 3mm
❖ Khoản cách 2 trục bánh: 300 mm
❖ Các thơng số được lấy dựa trên đặt tính của vật liệu và dựa trên kích thước của tấm pin
❖ Khối lượng khung máy: 1671.95g
Khung xe gồm:
❖ Hai mảng khung chính: có nhiệm vụ liên kết các bộ phận, hệ thống của máy. ❖ Hai thanh định vị: có nhiệm vụ định hình cho khung máy và liên kết 2 mảng
khung.
❖ Bốn bộ phận trên được liên kết với nhau bằng ốc và chốt định vị, tạo nên khung máy.
❖ Được làm từ vật liệu nhôm 7075 nên chúng khá nhẹ nhưng xe đủ cứng chắc.
Hệ thống rửa trước
Hệ thống rửa trước là hệ thống có nhiệm vụ đầu tiên trong quá trình vệ sinh pin năng lượng mặt trời, hệ thống này vệ sinh pin bằng cách nhờ nước từ hệ thống
Trang 60
cấp nước và chổi cước quay, tạo lực ma sát đủ để sạch vết bẩn nhưng không ảnh hưởng đến bề mặt của pin.
Thơng tin nhóm tác giả sử dụng trong hệ thống rửa:
❖ Nhôm 7075
❖ Cước nylon
❖ Thành phần cấu tạo hệ thống: Khung hệ thống rửa là bộ phận liên kết chổi
cước và khung máy là bộ phận chịu lực và tạo liên kết chính cho hệ thống rửa trước.
❖ Vật liệu: giống như khung máy khung hệ thống rửa cũng dung vật liệu
nhôm 7075.
❖ Khối lượng: 378.7 g
❖ Kích thước: 150 x 645 x 60 (mm) ( D x R x H)
❖ Độ dày: 3mm
Trang 61
Chổi cước: được lắp trên khung hệ thống rửa trước có nhiệm vụ đánh sạch vết bẩn bám trên pin bằng cách tạo ma sát với mặt pin.
Chổi cước hoạt động nhờ lực của động cơ được lắp trên khung hệ thống rửa.
Thông tin của chổi rửa:
❖ Vật liệu: Cước Nylon ❖ Khối lượng: 378.7 g
❖ Kích thước: 600 x 60 “mm” ( chiều dài x đường kính)
Các bộ phận khác của hệ thống rửa trước được sử dụng theo tiêu chuẩn iso và được bán trên thị trường như: Gối đỡ trục, puly, ổ bị, bánh xe phụ…
Hệ thống bánh di chuyển:
Đây là hệ thống giúp máy có thể di chuyển được trên mặt pin. Hệ thống gồm 2 bộ bánh di chuyển độc lập để di chuyển linh hoạt hơn.
Thành phần cấu tạo nên một bộ bánh gồm:
Hình 4. 37: Chổi cước Hình 4. 38: Bánh xe phụ
Trang 62 ❖ Bánh dẫn.
❖ Bánh bị dẫn.
❖ Dây đai phủ cao su đỏ
Vật liệu được nhóm tác giả dùng trong thệ thống:
➢ Nhựa MC Nylon:
MC Nylon là một trong những loại nhựa công nghiệp được sản xuất trực tiếp từ caprolactam monomer Nylon-6 thành khn và cho phép polymer hóa sử dụng như anions.
Vì có những đặc tính kỹ thuật chất lượng cao MC Nylon đã nhanh chóng trở thành một nguyên liệu công nghiệp thay thế cho các vật liệu bằng kim loại và gỗ trong nhiều lĩnh lực sản xuất.
➢ Nhựa MC
Nhựa MC là loại nhựa thông dụng và được sử dụng khá phổ biến và rộng rãi trên thị trường trong nước và ngoài nước hiện nay.
Đặc tính: Nhựa MC cực nhẹ (bằng 1/7 kim loại), chống va chạm tiếng ồn, dễ dàng gia công, chịu được sự ăn mịn, độ bền cơ học cao, có tính cách điện cao.
Có độ cứng và độ dẻo dai cao, độ bền cơ học tốt, có tính cách nhiệt và cách điện, tuyệt vời hấp thụ lực chống sốc, giảm ồn khi tiếp xúc.
Có thế làm bánh xe, làm rolo, chi tiết máy bơm, ống lót, đinh vít, chi tiết chống mỏi.
Hệ thống làm khơ
Trang 63
Hệ thống làm khơ có nhiệm vụ làm khơ khi hệ thống rửa trước đã vệ sinh xong, hệ thống này dùng lực hút để hút nước cịn lại trên mặt pin giúp pin khơ và khơng để lại vết bẩn khi nước đọng lại.
Thông số kỹ thuật của hệ thống làm khơ do nhóm tác giả chọn có:
❖ Vật liệu: nhơm 7075
❖ Kích thước: 150 x 610 x 60 “mm” (D x R x H) ❖ Độ dày: 3mm
❖ Các thông số trên được lấy dựa trên chiều rộng tấm pin là 1200mm.
Hệ thống làm khô gồm:
❖ Khung hệ thống làm khô: được liên kết với khung nhờ thanh kết nối tháo lắp nhanh
❖ Thanh kết nối thao lắp nhanh: có nhiệm vụ liên kết khung hệ thống làm khơ và khung máy.
❖ Các bộ phận khác của hệ thống rửa trước: Gối đỡ trục, puly, vòng bi, bánh xe phụ… được sử dụng theo chuẩn iso và được bán trên thị trường.
4.5. Giới thiệu các cơng cụ lập trình
4.5.1. Arduino IDE
Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những người tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động. Số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến.
Trang 64
Đề tài sử dụng phần mềm ArduinoIDE (Arduino Intergrated Development Environment) để lập trình cho NodeMCU, ngơn ngữ được sử dụng ở ArduinoIDE là C/C++. Tất cả đều là mã nguồn mở, được đóng góp và hỗ trợ rất nhiều từ cộng đồng, rất thích hợp cho những ai mới bắt đầu tìm hiểu hoặc khơng chuyên để dễ dàng tiếp cận, nắm bắt và triển khai nhanh chóng. ArduinoIDE hoạt động được trên cả 3 nền tảng: Windows, MAC OS và Linux.
Trang 65
Vùng lệnh
Bao gồm các nút lệnh menu (File, Edit, Sketch, Tools, Help). Phía dưới là các icon cho phép sử dụng nhanh các chức năng thường dùng của IDE được miêu tả như sau:
Vùng viết chương trình
Là vùng viết các đoạn mã, tên chương trình của bạn được hiển thị ngay dưới dãy các icon, ở đây nó tên là “Blink”. Khi phía sau tên chương trình có một dấu “§” có nghĩa là đoạn chương trình chưa được lưu lại.
Hình 4. 42: Vùng lệnh
Trang 66
Vùng hông báo
Những thông báo từ IDE sẽ được hiển thị tại đây. Để ý rằng góc dưới cùng bên phải hiển thị loại board Arduino và cổng COM được sử dụng. Luôn chú ý tới mục này bởi nếu chọn sai loại board hoặc cổng COM, bạn sẽ không thể upload được code của mình.
Cài đặt thư viện bổ sung cho Arduino IDE
Để giúp cho việc lập trình dễ dàng hơn, cần cài đặt bộ thư viện bổ sung bằng việc chọn Sketch -> Include Library -> Add .ZIP Library -> trỏ đến thư mục