Bài Tập lớn DLCB

Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Nhóm2

Mục Lục

MỞ ĐẦU.......................................................................................................................2

Phần I: Phân tích công nghệ cân ô tô........................................................................4

I, Nguyên lý chung:......................................................................................................4

1.1 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động cảm biến áp trở ( Tenzo) :.................................4

1.1.1 Nguyên lí hoạt động chung.................................................................................................4

1.1.2 Cảm biến áp trở kim loại....................................................................................................6

1.1.2 Cảm biến áp trở bán dẫn......................................................................................................8

1.2 Cấu tạo và nguyên lí của Loadcell..................................................................12

1.2.1 Cấu tạo của Loadcell :.......................................................................................................13

1.2.2 Nguyên lí Loadcell :..........................................................................................................14

1.3 Hộp nối dây - Hộp cộng tín hiệu ( Junction Box) :............................................17

1.4 Đầu cân – Chỉ thị cân (Indicator) :.....................................................................18

1.5 Kết cấu hầm móng :...........................................................................................19

1.5.1 Kiểu móng hầm chìm ( Pit Type ).....................................................................................19

1.5.2 Kiểu móng hầm nổi ( Pitless Type )..................................................................................20

1.6 Mặt bàn cân.......................................................................................................21

1.7 Bảng đèn LED hiển thị phụ...............................................................................22

1.8 Phần mềm quản lí cân........................................................................................22

Phần II: Xây dựng hệ thống cân kiểm ô tô trong nhà máy sản xuất thức ăn gia súc................................................................................................................................24

2.1 Mô hình hệ thống...............................................................................................25

2.2 Danh mục các thiết bị và chức năng..................................................................26

2.3 Lựa chọn thông số cân, thiết bị cân...................................................................27

2.4 Sơ đồ khối..........................................................................................................31

2.5 Thiết kế mạch cho loadcell................................................................................32

2.5.1 Thiết kế mạch nguồn.........................................................................................................32

2.5.2 Thiết kế mạch khuyếch đại tín hiệu...................................................................................32

2.5.3. Mạch mô phỏng................................................................................................................34

Danh Sách Nhóm Sinh viên thực hành:...................................................................35

SVTH: Nhóm 2 - L p T Đ ng Hóa 2 .Khóa 5 – Đ i H c Công Nghi p Hà N iớ ự ộ ạ ọ ệ ộ Page 1


MỞ ĐẦU

Tự động hóa là một trong những ngành mũi nhọn để thúc đẩy tiến trình

công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Cùng sự phát triển nhanh và mạnh

của công nghệ thông tin, của máy tính điện tử, kết hợp với lý thuyết điều

khiển tự động và các lĩnh vực khác đã làm nên những bước đi mới cho lĩnh

vực tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao sản lượng và chất lượng sản

phẩm.

Cân ô tô hiện nay đã trở nên một thành phần cần thiết, trang bị cho các

nhà máy sản xuất chế biến,cân hàng hóa phục vụ công tác quản lí hàng hóa

nhập xuất,nguyên vật liệu cho sản xuất trong nhà máy cũng như là công cụ

phục vụ cho các mô hình ISO,TQM…

Cân ô tô góp phần quản lí,kiểm tra nguyên vật liệu cho quy trình sản xuất

và hàng hóa xuất kho.

Cân ô tô giúp cho nhà máy có thể kiểm tra được nguyên vật liệu tồn kho

cũng như khả năng dự trữ tối đa của nhà máy giúp cho công tác quản trị

cung ứng được dễ dàng hơn,nhà quản lí có thể tham chiếu số liệu báo cáo

để có kế hoạch nhập nguyên vật liệu sản xuất thích hợp.

Trên cơ sở đó,chúng em phân tích và xây dựng hệ thống cân kiểm trọng tải ô

tô cho nhà máy sản xuất thức ăn gia súc như sau:

*Phần I: Phân tích công nghệ cân ô tô.

- Nguyên lý chung.

- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến áp trở (tenzo).

- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của loadcell.

- Hộp nối dây - Hộp cộng tín hiệu ( Junction Box).



- Đầu cân – Chỉ thị cân (Indicator).

- Kết cấu hầm móng.

- Mặt bàn cân, bảng led hiển thị và phần mềm quản lý cân.

* Phần II: Xây dựng hệ thống cân kiểm ô tô trong nhà máy sản xuất thức ăn gia súc.

- Mô hình hệ thống

- Lựa chọn các thiết bị

- Sơ đồ khối

- Mạch cho loadcell.

- Viết chương trình

Với lý thuyết được học trên lớp, cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của

thầyThs.Hà Văn Phương.Đồng thời có sự giúp đở của các bạn trên lớp em

đã hoàn thành Bài tập Lớn đúng thời hạn. Tuy nhiên với thời gian ngắn và

kiến thức của em còn rất hạn chế nên Bài tập lớn của em còn nhiều thiếu sót.

Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô để Đề tài của em được hoàn

thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, Ngày 20 tháng 8 năm 2012



Ph n I: Phân tích công ngh cân ô tô.ầ ệ

I, Nguyên lý chung:Hệ thống cân ô tô hoạt động dựa trên công nghệ cân điện tử.Khi có áp lực do trọng

tải của xe lên mặt cân,các cảm biến (Loadcell) sẽ nhận tín hiệu và truyền đến Hộp nối dây –

Hộp cộng tín hiệu(Junction Box).Tại đây các tín hiệu từ các Loadcell chuyển đến sẽ được

cộng lại và chia trung bình để tìm ra giá trị khối lượng của xe.Giá trị này sẽ được hiển thị ra

màn hình thông qua một bộ chuyển đổi và hiển thị.Đó là Đầu cân – Chỉ thị

cân(Indicator).Hệ thống sẽ được kết nối với máy vi tính để điều khiển và quản lí số liệu

bằng phần mềm chuyên dụng cân ô tô.

Bộ phận chính có nhiệm vụ xác định giá trị trọng tải xe trong hệ thống cân ô tô là bộ

cảm biến gồm các Loadcell được kết nối với nhau.Loadcell hoạt động nhờ vào cơ cấu các

cảm biến đo biến dạng – Áp trở(Tenzo) gắn trên nó.

1.1C u t o và nguyên lí ho t đ ng c m bi n áp tr ( Tenzo)ấ ạ ạ ộ ả ế ở :

1.1.1 Nguyên lí ho t đ ng chung:ạ ộ C m bi n áp tr ho t đ ng d a trên hi u ả ế ở ạ ộ ự ệng áp tr (Piezo resistive effect): “ ứ ở khi v t d n ch u bi n d ng c h c thì đi n ậ ẫ ị ế ạ ơ ọ ệ

tr c a nó thay đ i”ở ủ ổNhư ta đã biết điện trở của một vật dẫn được biểu diễn bằng biểu thức:

R = ρ

lS

Do chịu ảnh hưởng của biến dạng nên điện trởcủa cảm biến thay đổi một lượng ΔR.Ta có:

ΔR/R = Δl/l + Δρ/ρ – ΔS/S

Nếu gọi:



εR = ΔR/R : lượng biến thiên tương đối của điện trở khi bị biến dạng

εl= Δl/l : lượng biến thiên tương đối theo chiều dài

ερ = Δρ/ρ : lượng biến thiên tương đối theo điện trở suất

εS = ΔS/S : lượng biến thiên tương đối theo tiết diện

Ta có thể viết lại dưới dạng : εR= εl+ ερ– εS

Trong cơ học ta đã biết: εS= -2kpεl và ερ= cεv

kp : hệ số Poisson

c : hệ số Bridman

v : thể tích

εv= Δv/v : lượng biến thiên tương đối theo thể tích

Mặt khác : εv= (1 + 2kp)εl

Do đó : ερ= c(1 + 2kp)εl= mεl (m : hệ số )

Từ các biểu thức trên ta có : εR= εl(1 + 2kp +m) = Kεl

K : độ nhạy của cảm biến áp trở

- Với vật liệu lỏng ( thủy ngân,chất điện phân),V = l.S không đổi,kp = 0,5,bỏ qua m

(m rất nhỏ) ta có K = 2

- Với kim loại: kp = 0,24 ÷ 4 ta có K = 0,5 ÷ 4



- Với chất bán dẫn: quan hệ giữa điện trở suất ρ và ứng lực σ được biểu diễn bằng

biểu thức: ερ= k1σ = k1Eεl= mεl

k1 : hệ số

E : môđun đàn hồi

Do m rất lớn nên hệ số k = 1 + k p + m cỡ từ 100 ÷ 200 trong điều kiện bình

thường

Cảm biến áp trở chia thành hai dạng cơ bản là áp trở kim loại và áp trở bán dẫn

1.1.2 C m bi n áp tr kim lo iả ế ở ạCảm biến áp trở kim loại được chế tạo theo 3 dạng cơ bản : dây mảnh,lá mỏng và màng

mỏng

a. Áp trở dạng dây mảnh: gồm có dây điện trở uốn hình răng lược,đường kính 0,02 ÷ 0,03

mm.Hai đầu dây hàn với 2 lá đồng Berin hoặc đồng phốt pho để nối với mạch đo.Hai

phía dán hai tấm giấy mỏng 0,1 mm hoặc nhựa polymide ( 0,03 mm) để cố định hình

dáng dây,chiều dài dây L = nlo ( lo :độ dài một đoạn dây,n :số đoạn); n = 10-20.Bình

thường lo = 8 ÷ 15 mm,có thể tới 100 mm hoặc có thể nhỏ hơn 2,5 mm.Chiều rộng ao = 3

÷ 10 mm

Điện trở dây R = 10 ÷ 150Ω và có thể tới 800 ÷ 1000 Ω

b. Áp trở dạng lá mỏng: là một lá rất mỏng có độ dày 4 ÷ 12 μm làm từ hợp kim

Constantan,chế tạo theo phương pháp ăn mòn quang học.Ưu điểm là có kích thước

nhỏ,hình dáng linh hoạt,độ nhạy lớn ít chịu biến dạng ngang do chế tạo và điện trở lớn.

c. Áp trởdạng màng mỏng: chế tạo bằng phương pháp bốc hơi kim loại có độ nhạy cao

bám vào một khung có hình dạng định trước,Ưu điểm là có thể chế tạo với hình dáng

phức tạp,kích thước nhỏ,điện trở ban đầu lớn,độ nhạy cao.



Hình 1.1 : Sơ đồ cấu tạo áp trở kim loại

a) Áp trở dạng dây mảnh b) Áp trở dạng lá mỏng

d. Yêu cầu vật liệu chế tạo áp trở

+ Độ nhạy : Thông thường K nằm trong khoảng 1,8 ÷ 2,35 ± 0,1.Với hợp kim platin-

vonfram K = 4,1.

+ Hệ số nhiệt cần nhỏ vì điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ.RT = Ro [ 1 + αt(T –

To)],trong đó Ro : điện trở ở nhiệ độ chuẩn To,do đó αt nhỏ sẽ làm cho cảm biến ít bị thay

đổi khi nhiệt độ thay đổi

+ Điện trở suất: phải đủ lớn để giảm kích thước và độ dài dây

+ Vật liệu chọn cần chịu được ứng lực lớn để tránh đứt khi chế tạo và sử dụng.Ứng lực

tối đa không nên biến dạng cố định có trị số lớn hơn 0,2%( Độ lớn của giới hạn đàn hồi

đo bằng kgN/mm2).



Bảng 1:Đặc tính một số vật liệu chế tạo áp trở kim loại

Vật liệu Thành phần Kα

(10-6 1/oK)

ρ

(mm2/m)

Constantan 60%Cu,40%Ni 1,9 ÷ 2,1 ± 50 0,46 ÷ 0,5

NiChrome 80%Ni,20%Cr 2,1 ÷ 2,5 150 ÷ 170 0,9 ÷ 1,7

Platin 5,1 ÷ 5,4 1700 0,2

Manganin84%Cu,12%Mn

4%Ni0,47 ÷ 0,5 ± 10 0,4 ÷ 0,45

Karma74%Ni,20%Cr

3%Cu,3%Fe2,1

Platin-

Vonfram92%Pt,8%W 4,1

1.1.2 C m bi n áp tr bán d nả ế ở ẫ Cảm biến áp trở bán dẫn được chế tạo từ các chất bán dẫn như

Silic,Germani,Asenua…,chia thành hai loại : loại cắt và loại khuếch tán.

a. Loại cắt : là một mẩu cắt từ tấm đơn tinh thể pha tạp.Các mẩu cắt này được gắn lên

một giá đỡ bằng nhựa có chiều dài l = 0,1 ÷ 5 mm,dày 10-2 mm.

Hình 1.2 : Áp trở bán dẫn loại cắt



b. Loại khuếch tán : điện trở được tạo nên bằng cách khuếch tán tạp chất như

Sb,Ga,n…vào một phần của đế đơn tinh thể Silic đã pha tạp.Tùy theo loại tạp chất

khuếch tán mà ta có áp trở loại n hoặc loại p.

Hình 1.3 : Áp trở bán dẫn loại khuếch tán

c. Nguyên lí hoạt động : bình thường các điện tử phân bố trong tinh thể bán dẫn bằng

nhau,độ dẫn điện không thay đổi.Khi bị biến dạng,kích thước các ô mạng tinh thể

thay đổi làm cho nồng độ điện tử trong vùng đó độ dẫn thay đổi theo làm cho điện

trở bị thay đổi.

d. Yêu cầu vật liệu chế tạo

+ Điện trở suất : ρ chịu ảnh hưởng của độ pha tạp và nhiệt độ

- Ảnh hưởng của độ pha tạp : khi tăng độ pha tạp,mật độ hạt dẫn tăng lên làm

cho điện trở suất giảm

ρ = 1/[q(μnn + μpp)]

q : giá trị tuyệt đối của điện tích điện trở hoặc lỗ trống

n,p : mật độ điện tử và lỗ trống tự do

μn,μp : độ linh động của điện tử và lỗ trống

- Ảnh hưởng của nhiệt độ : khi nhiệt độ nhỏ hơn 120 oC,hệ số nhiệt dương và

giảm dần khi độ pha tạp tăng lên ; ở nhiệt độ cao hệ số nhiệt âm và không phụ

thuộc vào độ pha tạp



Hình 1.4 : Sự phụ thuộc ρ vào nồng độ pha tạp và nhiệt độ

+ Độ nhạy : K phụ thuộc vào độ pha tạp,độ biến dạng,nhiệt độ

- Ảnh hưởng của độ pha tạp : khi độ pha tạp tăng,K giảm

Hình 1.5 : Sự phụ thuộc K vào độ pha tạp

- Ảnh hưởng của độ biến dạng : K = K1 + K2ε + K2ε2

Tuy nhiên với độ biến dạng dưới một giá trị cực đại nào đó thì K không đổi

- Ảnh hưởng của nhiệt độ : khi nhiệt độ tăng,K giảm.Tuy nhiên



khi độ pha tạp lớn (Nd = 1020 cm-3),K ít phụ thuộc nhiệt độ

Bảng 2 : Đặc tính của áp trở bán dẫn

Vật liệu K α (10-61/oC) ρ

Germani

Loại n -150 150 0,25.104

Loại p +100 3000 ÷ 8000 1,1.104

Silic

Loại n -130 6000 0,35.104

Loại p +170 1300 7,8.104

Ưu điểm của áp trở bán dẫn là độ nhạy cao K = -200 ÷ +800,kích thước nhỏ 2,5 mm,dải

nhiệt độ làm việc -250 ÷ +250 oC

Nhược điểm là độ bền cơ học kém

Khi đo cảm biến áp trở được gắn vào bề mặt cấu trúc cần khảo sát,khi bề mặt cấu trúc bị

biến dạng thì cảm biến cũng chịu một biến dạng như bề mặt cấu trúc.

Hình 1.6 : Cố định áp trở lên bề mặt khảo sát

1 : bề mặt 5 : dây dẫn

2 : cảm biến áp trở 6 : cáp điện

3 : lớp bảo vệ 7 : keo dán



4 : mối hàn

I.2 Cấu tạo và nguyên lí của Loadcell

Mô hình vị trí lắp đặt của các Loadcell trên bàn cân như hình vẽ dưới đây(cho bộ cảm biến

dùng 6 Loadcell).

Các Loadcell

Hình 1.7 :Sơ đồ vị trí lắp đặt các Loadcell



Hình 1.8 :Vị trí lắp đặt Loadcell

1.2.1 C u t o c a Loadcell :ấ ạ ủ

Hình 1.9 :Hình ảnh Loadcell thực tế và cấu tạo

Cấu tạo cơ bản của Loadcell gồm có trụ thép,chịu tác động trực tiếp của trọng lượng,trên trụ

thép gắn 4 cảm biến áp trở.Các áp trở trên được nối thành mạch cầu 4 nhánh.



1.2.2 Nguyên lí Loadcell :

Hình 1.10 : Sơ đồ tương đương Loadcell

Khi trụ thép chịu lực tác dụng (trong hệ thống cân là trọng lượng của xe ) sẽ bị biến dạng

theo trục X và Y (Hình 1.9) làm cho các áp trở biến dạng theo.Điện trở áp trở A tăng lên ΔR

và áp trở B giảm ΔR

Lúc đó điện áp ra UAB (Hình 1.10) thay đổi theo công thức

Ura = e.ΔR/R

R : điện trở ban đầu các áp trở

ΔR : độ biến thiên điện trở áp trở khi có biến dạng

Điện áp ra Ura này tỉ lệ với lực tác động (trọng lượng xe trong cân ô tô)

Sự thay đổi điện áp ra này chính là tín hiệu của Loadcell mà ta cần.Tín hiệu này sẽ được

truyền đến hộp nối dây (Junction Box).Đây là tín hiệu tương tự Analog

Công nghệ Loadcell giới thiệu ở trên là công nghệ Analog.Hiện nay,ngoài công nghệ

Analog,trong các hệ thống cân ô tô còn ứng dụng công nghệ Digital – Công nghệ số



Hình 1.11 : Loadcell Digital ( Digital Powercell )

Loadcell Digital có bộ vi xử lí riêng với công nghệ kí thuật số,tín hiệu xuất ra là tín hiệu

số.Ngoài ra Loadcell Digital con có bộ chống sét riêng nên có thể hoạt động tốt trong thời

tiết mưa bão.

So sánh công nghệ cân Analog và công nghệ cân Digital

Công nghệ cân Analog Digital

Độ chính xác thấp hơn cao hơn

Tự động điều chỉnh các thông số

môi trườngkhông có

Chống sét,chống nhiễu không có

Tuổi thọ,độ bền thấp hơn cao hơn

Bảo trì khó hơn dễ hơn

Hoạt động tốt khiphải có đủ các

Loadcell

thiếu 1 vẫn hoạt động

tốt

Hiệu quả kinh tế thấp hơn cao hơn

Dữ liệu cân lưu ở Loadcell không có



Già thành công nghệ Digital cao hơn 30% so với công nghệ Analog nhưng do tính ưu việt,kĩ

thuật cao,độ bền cao,chất lượng tốt,độ chính xác tối ưu,mang lại hiệu quả kinh tế cao nên

trên thế giới hiện nay sử dụng công nghệ Digital 60%.



1.3 H p n i dây - H p c ng tín hi u ( Junction Box)ộ ố ộ ộ ệ : Hộp nối dây là nơi kết nối các Loadcell lại với nhau,tùy từng loại mà có thể kết nối được

4,6,8…Loadcell với nhau.



Hình 1.12 : Sơ đồ hộp nối dây 6 Loadcell

Nguyên tắc của hộp nối dây là cộng tất cả các tín hiệu thu được từ các Loadcell nối vào nó

rồi chia trung bình để tìm ra khối lượng chính xác của vật cần cân.

Hình 1.13 : Hình dáng 1 hộp nối dây J-Box

Tín hiệu từ J-Box sẽ được truyền đến đầu cân (Indicator).

1.4 Đ u cân – Ch th cân (Indicator) ầ ỉ ị :Đầu cân là thiết bị nhận tín hiệu từ Loadcell thông qua hộp nối dây và thực hiện việc chuyển

đổi A/D (Analog/Digital),từ đó hiển thị thông số nhờ vào vi mạch và phần mềm trong

nó.Thông thường Indicator cũng là bộ phận cấp nguồn cho Loadcell

Đầu cân được kết nối tới máy tính để truyền dữ liệu qua cổng giao tiếp truyền thông RS

232.Trên đầu cân có máy in để in phiếu cân.Nguồn cấp cho đầu cân có thể dùng Pin hoặc

nguồn xoay chiều 220 V.

Hình 1.14 : Đầu cân Analog



Ứng với công nghệ Digital cũng có loại Indicator chuyên biệt.Loại này không thực hiện

chuyển đổi Analog/Digital nữa mà nhận trực tiếp tín hiệu số từ Loadcell để xử lí.Digital

Indicator có thể kết nối với nhiều Loadcell hơn Analog Indicator.

Hình 1.15 : Digital Indicator

1.5 K t c u h m móngế ấ ầ :Hiện nay có hai dạng hầm móng chính được sử dụng trong hệ thống cân ô tô : Kiểu móng

hầm chìm ( Pit Type )và Kiểu móng hầm nổi ( Pitless Type )

Tùy theo vị trí lắp đặt cân mà lựa chọn kiểu hầm móng thích hợp.

1.5.1 Ki u móng h m chìm ( Pit Type )ể ầ

Hình 1.14 : Mô hình kiểu móng hầm chìm

+ Ưu điểm :

- Gọn,không có bờ dốc,diện tích tối thiểu,có thể kiêm luôn đường đi

- Dễ cho xe vào cân,xe dễ di chuyển



- Chiếm ít diện tích đất sử dụng

- Không làm hạn chế tầm nhìn của nhà máy

- Chiều cao thấp nên không bị ảnh hưởng của gió

- Bàn cân thấp,chi phí xây dựng thấp

+ Nhược điểm :

- Khó bảo hành,bảo trì cân

- Khó làm vệ sinh cân vì phải chui xuống hầm cân

1.5.2 Ki u móng h m n i ( Pitless Type )ể ầ ổ

Hình 1.15 : Mô hình kiểu móng hầm nổi

+ Ưu điểm :

- Dễ bảo trì,vệ sinh khi cần thiết

- Không bị ngập nước

- Chi phí xây dựng thấp

+ Nhược điểm :

- Chịu tác động của gió nhiều hơn

- Diện tích nhiều vì có hai bờ dốc



1.6 M t bàn cânặMặt bàn cân là thiết bị trực tiếp chịu tải trọng của xe,là nơi gắn các cảm biến,hộp nối dây.Có

nhiều kích thước bàn cân khác nhau tùy vào nhu cầu sử dụng và mức cân.Các kích thước

bàn cân thường sử dụng là:

- 3m x 8m : thường dùng 4 Loadcell,mức cân max <= 50 tấn



- 3m x 16m : thường dùng 6 Loadcell,mức cân max >= 80 tấn

- 3m x 18m : thường dùng 8 Loadcell,mức cân max >= 100 tấn

Bàn cân có 3 dang chính tùy theo vật liệu chế tạo : bàn cân bê tông,bàn cân thép,bàn cân bê

tông – thép.

(a) (b)

Hình 1.16 : Mặt bàn cân

a : bàn cân bê tông

b : bàn cân thép





1.7 B ng đèn LED hi n th phả ể ị ụ

Hình 1.17 : Bản LED hiển thị phụ

Bảng đèn LED hiển thị phụ là thiết bị dùng để hiển thị trực quan giá trị khối lượng cân

được của ô tô,dùng để quan sát từ xa

Kích thước bảng LED thường là 200(cao) x 600(dài) x 150(rộng) mm,hoặc 200 x 600 x

100 mm.Số chữ số hiển thị tùy vào kích thước,thường là hiển thị 5 – 6 số.

Bảng LED có cổng RS 232 kết nối với máy vi tính.

1.8 Ph n m m qu n lí cân.ầ ề ả Phần mềm chuyên dụng TPC – Truck Scales chạy trên môi trường Windows,giao diện

tương tác bằng tiếng Việt có dấu nên dễ dàng sử dụng.

Các nhóm chức năng cơ bản được lập trình :

- Lưu trữ và quản lí tự động các thông tin liên quan đến : tên chủ hàng,tên hàng

hóa,số xe,thời gian và khối lượng hàng hóa xuất nhập,…

- In phiếu cân cho từng xe,trong mỗi phiếu ghi rõ các chi tiết : số xe,mã số khách

hàng,nhân viên vận hành cân,khối lượng tổng,khối lượng tịnh,khối lượng trừ

bì,thời gian…

- Khai báo thông tin phục vụ mục đích quản lí thống kê : thống kê chi tiết theo thời

gian,theo khách hàng,theo mặt hàng,theo số xe trong một giai đoạn nhất định



Ngoài ra trong một hệ thống cân ô tô còn có các bộ phận thiết bị phụ trợ khác như : bộ

chống giao động,bộ chống sét đường dây nguồn,hệ thống dây dẫn cáp điện,hệ thống đèn tín

hiệu,barie điều khiển vào ra…



Ph n II: Xây d ng h th ng cân ki m ô tô trong nhàầ ự ệ ố ể máy s n xu t th c ăn gia súc.ả ấ ứ

Trong phần này chúng em xây dựng một hệ thống cân kiểm trọng tải ô tô cho nhà

máy sản xuất thức ăn gia súc, bao gồm :

- Mô hình hệ thống

- Lựa chọn các thiết bị

- Sơ đồ khối

- Thiết kế mạch cho loadcell.

- Lưu đồ thuật toán và viết chương trình.



2.1 Mô hình h th ngệ ố

Hình 2.1 : Mô hình hệ thống

Mô hình trên mô phỏng khái quát hệ thống cân ô tô được thiết kế



Hình 2.2 : Sơ đồ liên kết các thiết bị trong hệ thống

2.2 Danh m c các thi t b và ch c năngụ ế ị ứ Các thiết bị được sử dụng trong hệ thống là :

- Bộ cảm biến lực Loadcell : Gồm 6 Loadcell

- 1 hộp nối dây Junction Box

- 1 đầu cân Indicator

- 1 bảng đèn Led hiển thị

- 1 bộ máy vi tính và máy in

- 1 bàn cân thép

Các thiết bị phụ trợ kèm theo : bộ chống sét,dây cáp điện,bộ giảm chấn….



Chức năng sử dụng từng thiết bị

Tên thiết bị Chức năng Số lượng

Bộ cảm biến lựccảm biến áp lực trọng tải xe và truyền tín

hiệu về đầu cân1 bộ 6 Loadcell

Hộp nối dây kết nối các Cảm biến 1

Đầu cânnhận tín hiệu từ bộ cảm biến và xử lí,hiển

thị thông số,truyền dữ liệu vào máy tính1

Bảng dèn Led hiển thị khối lượng 1

Bàn cân théplà nơi lắp đặt cảm biến và chịu tải trọng

xe1

Bộ máy tính và máy

inđiều hành,quản lí,lưu trữ và in phiếu cân 1

2.3 L a ch n thông s cân,thi t b cânự ọ ố ế ị a. Lựa chọn thông số cân

- Mức cân max : Do đặc thù về hàng hóa và nguyên vật liệu của nhà máy sản xuất

thức ăn gia súc thường là các hàng hóa khô,nhẹ,nguyên liệu thường là nông thủy

sản.Vì vậy để phù hợp về tài chính,chúng em lực chọn cân có mức cân max là 30

tấn

- Phân độ chia : Theo quy định cân cấp 3

Với mức cân max 30 tấn và yêu cầu về độ chính xác ta có thể chọn phân độ chia

là 5 Kg



b. Lựa chọn kích thước bàn cân

Đa số các loại xe tải vận chuyển trong nhà máy sản xuất thức ăn gia súc thường là

loại trung và nhỏ,nên ta có thể lựa chọn bàn cân 3m x 12m cho phù hợp về tài chính

c. Lựa chọn kiểu hầm móng

Nhà máy sản xuất thức ăn gia súc thường đặt ở đồng bằng,và để tiện cho công tác

bảo trì,bảo dưỡng,vệ sinh,sửa chữa.Chúng em lựa chọn kiểu cân nổi

Hình 2.3 : Kiểu hầm móng và hướng

d. Lựa chọn khung bàn cân,sàn cân

Khung bàn cân là bộ phận đảm bảo sự vững chắc và ổn định lâu dài của cân.Hiện

nay trên thị trường có hai loại kết cấu khung bàn cân :

- Loại kết cấu tôn dập chữ U,chữ C, giá thành rẻ,nhưng độ bền không cao,thích

hợp cho những dự án ngắn hạn sau một vài năm

- Loại kết cấu chữ I bằng thép đúc nhập khẩu, độ bền cao,thích hợp cho những

nhu cầu ổn định lâu dài

Trên cơ sở đó,chúng em lựa chọn khung cân kết cấu chữ I bằng thép đúc nhập

khẩu,phục vụ cho nhu cầu lâu dài và giảm thiểu những chi phí sửa chữa sau này mà

nhiều khi không tính được



Các thông số khung và sàn cân như sau :

- Dầm chịu lực dọc : I – 600

- Dầm chịu lực ngang : I – 200

- Sàn cân thép,tole mặt sàn 10mm

- Sàn cân được sơn chống gi,oxy hóa,sơn phủ màu đảm bảo thẩm mỹ

e. Lựa chọn thiết bị

Hiện nay Mettler – Toledo là tập đoàn hàng đầu thế giới về lĩnh vực này nên các thiết

bị đồng bộ của hãng đảm bảo sự tương thích giữa các thiết bị

Tên thiết bị Model Hãng sản xuất

Bộ cảm biến lực( 6 Loadcell) 0782 – 30T Mettler – Toledo

Chỉ thị cân (Indicator) 8142 Pro hoặc Kingbrid Mettler – Toledo

Bảng đèn LED hiển thị phụ Mettler – Toledo

Hộp nối dây (Junction Box) Mettler – Toledo

Bộ chống sét Mettler – Toledo

Các đặc tính kĩ thuật từng thiết bị như sau :

+ Cảm biến lực Loadcell (Model 0782 ) :

- Tải trọng 30 tấn/1 cái

- Khả năng chịu tải :150 % tải trọng

- Độ nhạy : 2mV/V

- Sai số tuyến tính : 0,02 % R.O

- Sai số lặp lại : 0,02/0,01 % R.O

- Cấp chính xác : Theo chuẩn quốc tế OIML,NTEP

- Nhiệt độ làm việc : -10oC đến 40oC

- Chịu được biến thiên nhiệt : -30oC đến 70oC

- Nguồn cung cấp :5 – 15 VDC



- Cấp bảo vệ đạt chuẩn IP 68

+ Chỉ thị cân Indicator (Model 8142 hoặc Kingbrid) :

- Độ phân giải theo tiêu chuẩn TC CE,OMIL

- Hiển thị 7 chữ số,màn hình Katot,hiển thị khối lượng tịnh,tổng ,thực

- Có khả năng lập trình được

- Cổng kết nối vi tính RS 232/485/422

- Nhiệt dộ làm việc : -10oC đến 40oC

- Điện áp sử dụng : 100 VDC – 220 VAC

+ Bảng LED hiển thị phụ :

- Kích thước 200 x 600 x 100 mm

- Hiển thị 6 số,số lớn,rõ,đẹp

- Khả năng nhìn xa >=20m

- Cổng kết nối vi tính RS 232

- Nguồn cấp 220 VAC/50 Hz

+ Hộp nối dây Junction Box :

- Vỏ bằng sơn tĩnh điện chống gỉ

- Dây tín hiệu được bảo vệ bằng ống sắt

- Cấp bảo vệ đạt chuẩn IP 68

+ Bộ chống sét :

- Khả năng cắt dòng sét 40 KA

- Chống sét cho dây pha và dây trung tính

Ngoài ra còn có bộ chân đế định tâm (Mounting kit) kèm theo Loadcell,bộ giảm chấn gồm

4 bộ ngang và 4 bộ dọc ở 4 góc cân,hệ thống dây cáp điện tiêu chuẩn.



2.4 S đ kh iơ ồ ố

Hình 2.4 : Sơ đồ khối hệ thống cân ô tô

Hình trên là sơ đồ các khối làm việc của hệ thống cân ô tô.



2.5 Thi t k m ch cho loadcell.ế ế ạ

2.5.1 Thi t k m ch ngu n.ế ế ạ ồ

Hình 16: Sơ đồ mạch nguồn

Để loadcell có thể làm việc được cần tạo ra một nguồn nuôi cho loadcell,trong đề tài sử sụng nguồn 5V để nuôi loadcell.Ngoài ra mạch chính cũng cần có nguồn nuôi cho vi điều khiển,các mạch nguồn này được tích hợp trên từng mạch.

Nguồn vào là nguồn AC 9V,trong mạch sử dụng hai ic l7805và l7905 để tạo ra điện áp +5V và -5V.

Diode cầu dùng để chỉnh lưu.

Các tụ điện dùng trong mạch có chức năng lọc để điện áp ra thẳng hơn.

2.5.2 Thi t k m ch khuy ch đ i tín hi u.ế ế ạ ế ạ ệ

Vì điện áp đầu ra của loadcell rất nhỏ thường thì chỉ 1 mV/V đến 3 mV/V,để vi điều khiển đọc được tín hiệu ra từ loadcell ta phải sử dụng mạch khuyếch đại tín hiệu đó lên nhiều lần rồi mới đưa tín hiệu điện áp vào vi điều khiển.

Nhất là với những loại loadcell chịu tải trọng lớn từ 500kg trở lên nếu ta đặt vật có khối lượng nhỏ lên thì điện áp ra đo được sẽ rất nhỏ,nếu đặt hai vật có khối lượng chênh lệch nhau một vài kg thì hầu như điện áp ra thay đổi không đáng kể.Vì vậy việc thiết kế mạch khuyếch đại là rất quan trọng,



Trong mạch bên dưới sử dụng ba ic opm(op07) dùng để khuyếch đại,một biến trở có chức năng điều chỉnh để đạt hệ số khuyếch đại mong muốn.Các điện trở dùng trong mạch phải là các điện trở có sai lệch nhỏ(0.1%).

Hình 17: Sơ đồ mạch khuyếch đại

Trong sơ đồ mạch trên các điện trở R1 = R2 = R6 = R7 = 100k

Điện áp ngõ ra được tính bởi công thức:

Trong đó:V1,V2 là các giá trị điện áp từ loadcell .

+Rgain :giá trị của biến trở.


VoutV 2−V 1

=(1+ 2 R 1Rgain

) R 3R 2

Vout=(1+ 2 R 1Rgain

)(V 2−V 1) R 3R 2


+Vout là điện áp sau khi đã khuyếch đại.Muốn giá trị điện áp bằng bao nhiêu ta chỉ cần chỉnh biến trở để thay đổi Rgain.

Mạch khuyếch đại có thể khuyếch đại tín hiệu điện áp ngõ ra của loadcell lên nhiều lần nhưng gía trị khuyếch đại này không vượt quá giá trị điện áp nguồn nuôi cho loadcell.

Ví dụ:điện áp nguồn nuôi cho loadcell là 5V thì giá trị khuyếch đại tối đa phải nhỏ hơn hoặc bằng 5V.

2.5.3. M ch mô ph ng.ạ ỏ

Giá trị định lượng được hiển thị ra LCD là giá trị số,trong khi đó tín điện áp ra từ loadcell là tín hiệu tương tự (analog).Do đó để hiển thị được giá trị kết quả định lượng được ra LCD bắt buộc phải qua quá trình chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số.

Hình 18: Mạch mô phỏng



Danh Sách Nhóm Sinh viên th c hành:ự

1. Nguyễn Thành Đạt2. Vũ Thành Đạt3. Hoàng Xuân Dũng4. Ngô Chí Dũng5. Vũ Mạnh Dũng6. Vũ Trung Dũng <Nhóm Trưởng>7. Tô Mạnh Duy8. Đỗ Thanh Hà9. Hoàng Hữu Hải


Documents

Bài Tập lớn DLCB