Trang 45
Cách kết nối dây và cách thức giao tiếp:
Cách kết nối dây:
❖ Chân 7 Arduino nối với chân L_EN R_EN của BTS7960 ❖ Chân 6 5 Arduino nối với chân LPWN RPWN của BTS7960 ❖ Chân 4 Arduino nối với chân L_EN R_EN của BTS7960 ❖ Chân 3 2 Arduino nối với chân LPWN RPWN của BTS7960
Cách thức giao tiếp:
❖ Nhận tín hiệu từ Arduino thơng qua thiết bị điều khiển truyền tín hiệu cho động cơ di chuyển tiến, lùi , rẽ phải, rẽ trái, dừng.
❖ Nhận tín hiệu từ Arduino điều khiển tốc độ bằng phương pháp xung PWM.
Khối relay Chức năng:
Có nhiệm vụ đóng ngắt động cơ máy pump và động cơ chổi vệ sinh khi nhận tín hiệu Arduino.
Trang 46
Cách kết nối dây và cách thức giao tiếp:
Cách kết nối dây:
❖ Chân 27 Arduino nối chân DC+ của relay cấp nguồn 5V ❖ Chân 29 Arduino nối chân NI
❖ Chân NO (thường mở) của relay nối với đầu dây chung của máy pump và động cơ chổi để điều khiển chúng
❖ Chân COM nối nguồn 24V để cấp nguồn cho relay
Cách thức giao tiếp:
❖ Các thiết bị động cơ chổi và pump sẽ được ON khi nhận được tín hiệu từ Arduino thơng qua thiết bị điều khiển. Tín hiệu sẽ vào chân NI qua relay khi có tín hiệu ON thì NO sẽ thành thường đóng và cấp điện cho các thiết bị.
Khối động cơ
Gồm 2 nhóm động cơ: Động cơ vận hành di chuyển máy và động cơ vận hành vệ sinh.
➢ Động cơ vận hành di chuyển máy Chức năng:
Giúp máy di chuyển trên các tấm pin, nhận tín hiệu từ thiết bị điều khiển để tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải, dừng. Máy có thể vận chuyển nhanh chậm thông qua phương pháp điều chỉnh xung PWM.
Trang 47
Cách kết nối dây và cách thức giao tiếp:
Cách kết nối dây:
❖ Chân M+ của modun BTS7960 nối vào chân của động cơ ❖ Chân M- của modun BTS7960 nối vào chân cịn lại
Tính tốn cơng suất động cơ:
• P(N): Trọng lượng tồn xe
Lực ma sát. Ở đây µ là hệ số ma sát do bánh xe là cao xu tiếp xúc đường trơn nên chọn giá trị bằng 0,4 , tra ở bảng “Hệ số ma sát trượt của một số vật liệu”:
ã F (N) = P x à = 0,4 x P
• Cơng suất động cơ cho phép có ghi trên nhãn động cơ • P₁ (w) = U x I
• F(N): lực để đẩy tồn bộ xe chạy • W(J): Cơng thực hiện
• S(m): Qng đường chạy
• V(m/s): vận tốc tối đã đạt được ứng với công suất và khối lượng. Định nghĩa cơ bản: Công suất là lượng công (J) thực hiện trong 1s (w=J/s).
❖ Vậy trong 1s , công thực hiện được là: W = P₁ = F x S → F =P₁
𝑆 (*)
❖ Trong 1s, muốn xe có thể chạy thì: F > F ₘₛ ↔ P₁
𝑆 > 0,4 x P
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 quãng 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 vòng 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 cơng 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= (20ữ120) (4) ã nsb: S vũng 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 ngoài 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 hồn 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 không 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 ln chắc khỏe. Khung máy là tồn 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 yêu cầu chống ăn mòn vết nứt. Không 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 khuôn 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 ngun liệu cơng 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 ngồi 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