Đang tải... (xem toàn văn)
báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống cơ điện tử_đề tài bàn học thông minh. thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài bàn học thông minh
Trang 11
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ BÀN HỌC THÔNG MINH
Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Trường
Sinh viên thực hiện: Vũ Văn Trung - 2020602533 Nông Tiến Thành - 2020602063 Đào Minh Thành - 2020603318
Hà Nội – Năm 2023
Trang 22
PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM
I Thông tin chung
1 Tên lớp: ME6061.2 Khóa: 15 2 Tên nhóm: N11
Họ và tên thành viên
-Đào Minh Thành MSV: 2020603318 -Nông Tiến Thành MSV:2020602063 -Vũ Văn Trung MSV:2020602533
II Nội dung học tập
1 Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử: Bàn học thông minh
2 Hoạt động của sinh viên
Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế - Thiết lập danh sách yêu cầu
Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ - Xác định các vấn đề cơ bản - Thiết lập cấu trúc chức năng - Phát triển cấu trúc làm việc - Lựa chọn cấu trúc làm việc
Nội dung 3: Thiết kế cụ thể
- Xây dựng các bước thiết kế cụ thể - Tích hợp hệ thống
- Phác thảo sản phẩm bằng phần mềm CAD và/hoặc bằng bản vẽ phác Áp dụng các công cụ hỗ trợ: Mô hình hóa mô phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản phẩm
3 Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch bài tập lớn
IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án
1 Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống cơ điện tử và các tài liệu tham khảo
2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính
TS Nguyễn Anh Tú TS Nguyễn Văn Trường
Trang 33
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây ngành Cơ Điện tử có những bước phát triển vượt bậc, việc ứng dụng các sản phẩm cơ điện tử vào sản xuất ngày càng phổ biến giúp nâng cao năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm Song song với quá trình phát triển đó là yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác, tin cậy, khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt với thời gian dài của các hệ thống cơ điện tử Vì vậy việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống cơ điện tử để đáp ứng được yêu cầu trên là việc làm cần thiết Sự phát triển của hệ thống cơ điện tử là sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới
Học phần Thiết kế hệ thống Cơ Điện tử được đưa vào giảng dạy với mục đích giúp sinh viên có kiến thức và tư duy trong việc lập kế hoạch công việc theo trình tự hợp lý để có thể thiết kế được một hệ thống cơ điện tử hoạt động ổn định, tối ưu và hiệu quả
Học phần cũng rèn luyện cho sinh viên khả năng tư duy hệ thống, kỹ năng làm việc nhóm và kiến thức về nhiều mảng khác nhau, giúp ích cho học tập và công việc sau này
Sau quá trình học tập và tự tìm hiểu về học phần, nhóm sinh viên đã lựa chọn và hoàn thành báo cáo bài tập lớn với đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử “Bàn học thông minh” Đây là một đề tài hay và có tính ứng dụng cao trong đời sống đồng thời cũng là cơ sở cho những nghiên cứu và sản phẩm sau này của sinh viên
Trang 4PHẦN 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 6
1.1 Nhu cầu thị trường 6
1.1.1 Nhu cầu thị trường 6
Trang 55
TỔNG KẾT 54
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hình minh họa 6
Hình 1.2:Hình ảnh minh họa thiếu sáng 8
Hình 1.3: Hình ảnh cấu tạo chung 10
Hình 2.1:Sơ đồ cấu trúc tổng thể của bàn học thông minh 27
Hình 3.6: Quy trình chế tạo bàn học thông minh 45
Hình 3.7: Hình ảnh xi lanh điện minh họa 46
Bảng 2.1: Nguyên tác làm việc cho từng chức năng trong bàn học thông minh 33
Bảng 2.2:Điểm đánh giá các concept bàn học thông minh 38
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 49
Trang 66
PHẦN 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
1.1 Nhu cầu thị trường
1.1.1 Nhu cầu thị trường
Trong thời đại hiện đại, việc học tập và nghiên cứu đang trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của học sinh và sinh viên Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của công nghệ và cách thức học tập, xuất hiện một số vấn đề đáng lo
ngại liên quan đến tư thế ngồi sai, các bệnh liên quan đến cột sống và vấn đề mắt do thiếu ánh sáng trong quá trình học tập
Một trong những nguyên nhân dẫn đến tư thế ngồi sai của học sinh và sinh viên là việc thiếu nhận thức về tư thế ngồi đúng và quan trọng của nó Đa phần học sinh và sinh viên ngồi lâu trong tư thế không đúng, ví dụ như cúi gập, co lưng hoặc vẹo cột sống Tư thế ngồi sai này có thể gây ra căng thẳng và áp lực lên các cơ, dẫn đến các vấn đề liên quan đến cột sống như đau lưng, cột sống cong và thoái hóa đĩa đệm
Ngoài ra, một vấn đề khác là thiếu ánh sáng trong quá trình học tập Học sinh và sinh viên thường tiếp xúc với môi trường học tập thiếu ánh sáng tự nhiên hoặc ánh sáng không đủ Ánh sáng yếu và không đều có thể gây căng thẳng mắt, làm mắt mỏi và gây khó khăn trong việc tập trung Điều này dẫn đến các vấn đề về mắt như căng thẳng mắt, khô mắt và thậm chí có thể góp phần vào sự phát triển của một số vấn đề thị lực như viễn thị và cận thị
Hình 1.1: Hình minh họa
Trang 77
Theo số liệu thống kê mới nhất, nước ta hiện có 5 triệu trẻ em Việt Nam mắc phải các tật khúc xạ ở mắt Toàn bộ cả nước có khoảng 15-40% người mắc phải tật khúc xạ Đối tượng phổ biến nhất mắc phải cận thị là trẻ em từ 6-15 với tỷ lệ 20-40% ở khu vực thành thị và 10-15% ở khu vực nông thôn Như vậy, hiện nay nước ta có khoảng 14-36 triệu người đang gặp phải tật khúc xạ ở mắt và cần được điều chỉnh kính Hơn thế, tình trạng cận thị hiện nay đang có dấu hiệu tăng dần theo từng năm, điều này gây nên tình trạng báo động Việc giảm tỷ lệ cận thị học đường và có những biện pháp để phòng, tránh cận thị học đường cho trẻ là điều cần quan tâm nhất
Trang 88
Sự ra đời của bàn học thông minh là một bước tiến đáng chú ý trong việc cải thiện thực trạng học tập của học sinh và sinh viên Bàn học thông minh được thiết kế nhằm tối ưu hóa sự thoải mái và hiệu quả trong quá trình học tập, đồng thời giảm bớt các vấn đề liên quan đến tư thế ngồi sai, bệnh về cột sống và mắt
1.1.2 Tìm kiếm và hình thành ý tưởng
Nhóm đã đặt ra các tiêu chí cụ thể và tiến hành khảo sát trên 100 học sinh sinh viên từ lứa tuổi từ 10 đến 24 tuổi và nhiều thầy cô đến từ các trường THPT, các trường đại học và một số chuyên gia Bộ GD&ĐT và họ đều cho biết:
Học sinh thường ngồi lưng còng, vai quắn, không tốt cho cột sống Nhiều học sinh có thói quen ngồi kém tự nhiên, ví dụ như ngồi chéo chân, ngồi vắt chéo lưng Thiếu sự chú ý và ý thức về tư thế ngồi đúng và cần thiết của cơ thể Và từ
đó dẫn đến
Cột sống cong quá mức: Học sinh ngồi lưng còng có thể dẫn đến vấn đề về cột sống cong dẹo hoặc cột sống hình thành các khuynh hướng không bình thường
Đau lưng: Ngồi sai tư thế trong thời gian dài có thể gây đau lưng do căng thẳng và áp lực trên các cơ và dây chằng
Hình 1.2:Hình ảnh minh họa thiếu sáng
Trang 99
Nguồn sáng của góc học tập là rất quan trọng Nhiều gia đình đã bố trí góc học tập của các em ở nơi thiếu ánh sáng tự nhiên, ánh sáng chỉ đạt từ 80-120 lux thấp hơn rất nhiều so với chuẩn quy định về ánh sáng học đường Ngược lại có nhiều góc học tập đã đủ ánh sáng tự nhiên hoặc nguồn sáng đã dư thừa nhưng bóng đèn vẫn được thắp sáng gây lãng phí về điện năng cho gia đình và xã hội Và việc thiếu sáng trong quá trình học tập sẽ rất dễ dẫn tới các bệnh về mắt
Theo đó, ta có thể thấy các tiêu chí được quan tâm nhất, quan trọng nhất đó là:
+Vấn đề về mắt
+Vấn đề về dáng ngồi, cột sống +Vấn đề về tiết kiệm điện
Với các tiêu chí trên nhóm đã hiểu được và phát triển đặt ra đã thu được kết quả mức độ nhu cầu của thị trường với sản phẩm “Bàn học thông minh” với điều kiện thiết bị đáp ứng các tiêu chí đã đặt ra Nên thiết bị có thị trường tiềm năng lớn có khả năng phát triển khá tốt
Ý tưởng thiết kế hệ thống “ Bàn học thông minh” : tập trung nghiên cứu tối ưu hóa cho việc học tập làm việc giảm tối đa các bệnh về mắt cột sống trong học đường chất lượng >98%
Tự chế tạo + Mặt bàn + Khung bàn + Chân bàn
Sử dụng module có sẵn + Ốc vít, đai ốc
+ Màn hình hiển thị + Xi lanh điện
Trang 1010 + Mạch xử lý trung tâm
+ Vòng đời của một sản phẩm là: 10 năm
+ Cung cấp phiên bản cập nhật ra thị trường: 02 năm/1 phiên bản
1.1.3 Cấu tạo chung của bàn học thông minh
- Sơ đồ cấu tạo của bàn học thông minh
Hình 1.3: Hình ảnh cấu tạo chung
Trang 11- Bánh xe, ổ cắm, giá đựng sách - Phần mặt bàn
- Chân bàn - Pin
Các thành phần trong hệ thống “Bàn học thông minh” có một chức năng và nhiệm vụ nhất định và được bố trí động bộ với nhau để đạt hiệu suất cao nhất Việc phân chia các thành phần như trên mang tính chất tương đối giúp chúng ta hình dung được sản phẩm
1.1.5 Lập kế hoạch và làm rõ nhiệm vụ
Để thuận tiện cho việc nghiên cứu và phát triển đúng tiến độ, nhóm đã lập ra bảng kế hoạch về dự án bàn học thông minh như sau:
Bảng kế hoạch phát triển Bàn học thông minh
1 15/03/2023-01/04/2023 Tìm hiểu và phân tích thị trường 2 01/04/2023-08/04/2023 Lựa chọn ý tưởng
3 08/04/2023-15/04/2023 Lên kế hoạch và làm rõ nhiệm vụ 4 15/04/2023-22/04/2023 Thiết kế concept
5 22/04/2023-29/04/2023 Thiết kế cụ thể
6 29/04/2023-30/05/2023 Thử nghiệm sản phẩm
7 30/05/2023-30/08/2023 Đưa ra vận hành thử nghiệm dòng sản phẩm alpha
Trang 1211 15/05/2024- 30/11/2024 Thu thập thông tin phản hồi và sửa chữa lỗi, tối ưu hóa thiết bị
12 01/02/2025- 01/03/2025 Sản xuất số lượng lớn và các chiến dịch marketing
Đưa ra thị trường dòng sản phẩm hoàn thiện và liên tục cập nhật thông tin phản hồi
Đây là bảng lập kế hoạch phân rõ nhiệm vụ qua từng giai đoạn, qua từng thời gian Phân tích bảng lập kế hoạch chi tiết giúp hiểu rõ các yếu tố và thành phần quan trọng của dự án
Trang 1313
1.2 Thiết lập danh sách yêu cầu
Trước khi bắt đầu phát triển sản phẩm, cần phải làm rõ được nhiệm vụ thiết kế một cách chi tiết Việc phân tích nhiệm vụ thiết kế trải qua các bước cơ bản sau:
Nhóm 11 Danh sách yêu cầu cho bàn học thông minh 11/10/2023 Thay
D D D D D D
Phần cơ khí:
-Kích thước:
Chiều cao tổng thể: 70-120 (± 5cm); Chiều rộng: 70 (± 5cm);
Chiều dài: 150 (± 5cm);
Độ dày mặt bàn: 5 (+ 0 - 2cm); Độ dày chân: 0.3 (± 0.2mm); Độ rộng chân bàn:10 (+ 0 - 2cm)
D W W D W D W
Mặt bàn:
+ Bề mặt bàn phẳng + Mặt bàn chống lóa mắt + Độ chống sước cao
+ Có khả năng chống thấm nước + Có khả năng chống trượt tốt
+ Điều chỉnh được góc nghiêng 0-45 độ + Cạnh bàn bo góc và bọc nệm
W
Vật liệu:
Vật liệu mặt bàn: Gỗ cao su ghép xuất khẩu; nhựa; kim loại
Trang 1414 W
Hiển thị:
+ Đồng hồ xem giờ + Đông hồ bấm giờ + Hiển thị thời khóa biểu + Hiển thị PIN
- Hiển thi các ghi chú
D W
Kết nối phụ kiện:
+ Có ổ cắm điện + Có ổ USB
W D D D D
+ Động cơ không gây ồn
+ Nâng được tải trọng 50-70kg
Đèn chiếu sáng:
+ Ánh sáng không gây mỏi mắt
+ Đèn có chế độ tự điều chỉnh độ sáng tùy theo ánh sáng môi trường
Trang 1515 D
W D W W W W D D
D
D W W D W D
D D D D D
+ Có thể điều chỉnh ảnh sáng thủ công theo nhiều mức độ
- Điều chỉnh được hướng sáng
- Tự động tắt Hiển thị:
+ Đồng hồ xem giờ + Đông hồ bấm giờ + Hiển thị thời khóa biểu + Hiển thị PIN
- Hiển thi các ghi chú
Bảo vệ động cơ và các thiết bị điện
- Chống ngắn mạch động cơ - Ngắt điện khi động cơ quá tải
Kiểm soạt quá tải
- Có thiết bị hạn chế quá tải
- Ngăn không cho máy hoạt động khi quá tải - Tín hiệu đèn, khi quá tải mọi thao tác chuyển bị loại bỏ
- Vi xử lý: Điều khiển toàn bộ hoạt
Trang 1616 D
W W D D
động, xử lý các yêu cầu dữ liệu
- Cảm biến: Thu nhận các thông tin từ môi trường
Đầu ra:
-Màn hình: Hiển thị đồng hồ và trạng thái -Đèn cảnh báo
D W W
- Vi xử lý: Điều khiển toàn bộ hoạt động, xử lý các yêu cầu dữ liệu
- Cảm biến: Thu nhận các thông tin từ môi trường
Đầu ra:
-Màn hình: Hiển thị đồng hồ và trạng thái -Đèn cảnh báo
-Còi cảnh báo
D D D D D
An toàn:
+ Có hướng dẫn sử dụng an toàn + Bảo đảm an toàn điện
+ Thiết kế chống gù lưng + Chống cận thị
+ Sử dựng vật liệu thân thiện với môi trường
D D D D
Trang 1717 D
D
Lắp ráp
- Dễ dàng thay thế , lắp đặt các thành phần vào mạch
- Kết nối các bộ phận cơ khí, điện chắc chắn, an toàn
D
D D D D
Bảo trì, bảo dưỡng
+Thời gian bảo hành: Tối đa 2 năm phần cơ khí, hỏng linh kiện nào đổi linh kiện đó (trong vòng 6 tháng)
Trang 1818
PHẦN 2: TÓM TẮT ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN
2.1 Cấu chúc chức năng
Giai đoạn 1: Loại bỏ sở thích các nhân, bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng và các ràng buộc cần thiết
❖ Cơ khí: Kích thước:
- Chiều cao tổng thể: 70 cm – 150cm - Tiết diện khung máy
+ Chiều dài: 10 (cm) + Chiều rộng: 70 (cm)
+ Độ dày mặt bàn: 5 (+ 0 - 2cm); + Độ dày chân: 0.3 (± 0.2mm); + Độ rộng chân bàn:10 (+ 0 - 2cm)
+ Khung máy chắc chắn, chịu được va đập tương đối
Trang 1919
❖ Đèn chiếu sáng:
+ Ánh sáng không gây mỏi mắt
+ Có thể điều chỉnh ảnh sáng thủ công theo nhiều mức độ + Điều chỉnh được hướng sáng
❖ Hiển thị:
+ Đồng hồ xem giờ + Đồng hồ bấm giờ + Hiển thị PIN
❖ Kết nối phụ kiện:
+ Có ổ cắm điện + Có ổ USB
❖ Thiết bị điện: - Thiết bị điện: Nguồn điện:
+ Nguồn điện: 215V-230V
Động cơ nâng hạ:
+ Động cơ không gây ồn
+ Nâng được tải trọng 50-70kg - Bộ điều khiển:
+ Motor : Động cơ không chổi than - Bảo vệ động cơ và các thiết bị điện
+ Chống ngắn mạch động cơ
Trang 2020 + Ngắt điện khi động cơ quá tải
- Thiết bị đèn báo
+ Phải có đèn báo đang hoạt động, đang dừng hay đang lỗi
- Kiểm soát quá tải
+ Có thiết bị hạn chế quá tải
+ Ngắn không cho máy hoạt động khi quá tải
+ Tín hiệu đèn và âm thanh khi quá tải mọi thao tác chuyển bị loại bỏ
- Nguồn khẩn cấp
+ Khởi động tự động khi mất điện + Khả năng duy trì ít nhất 1h
❖ Tín hiệu: Đầu vào :
+ Phím chức năng: Nhận yêu cầu thiết lập từ con người
+ Màn hình cảm ứng: Nhận yêu cầu thiết lập từ con người
+ Bộ nhớ: Lưu trữ các lệnh và dữ liệu truyền vào
+ Vi xử lý: Điều khiển toàn bộ hoạt động, xử lý các yêu cầu dữ liệu
+ Cảm biến: Thu nhận các thông tin từ môi trường
Đầu ra:
+ Màn hình: Hiển thị đồng hồ và trạng thái + Đèn cảnh báo
+ Còi cảnh báo
❖ An toàn:
Trang 2121 + Có hướng dẫn sử dụng an toàn
+ Bảo đảm an toàn điện + Thiết kế chống gù lưng + Chống cận thị
+ Sử dựng vật liệu thân thiện với môi trường
❖ Quản lý chất lượng:
+ Hao mòn: 1 – 3 %/năm
+ Tuổi thọ: 30000 – 50000 giờ (điện tử) + Thời gian hoạt động liên tục
+ Vòng đời của pin: 800 – 1000 lần sạc
❖ Bảo trì, bảo dưỡng
+ Thời gian bảo hành: Tối đa 2 năm phần cơ khí, hỏng linh kiện nào đổi linh kiện đó (trong vòng 6 tháng)
+ Hỗ trợ kỹ thuật 24/7
❖ Tái Chế
+ Các bộ phận có thể tái sử dụng + Vật liệu thân thiệt môi trường
Giai đoạn 2: Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm chúng thành các tuyến bố thiết yếu
❖ Kích thước
+ Tiết diện khung máy
+ Trọng lượng tổng thể: 30 – 35kg
Trang 2222
+ Khung máy chắc chắn, chịu được va đập tương đối
❖ Mặt bàn:
+ Bề mặt bàn chống thấm nước + Chỉnh độ nghiêng
+ Động cơ nâng hạ + Đèn chiếu sáng + Bộ điều khiển
+ Bảo vệ động cơ và các thiết bị điện + Thiết bị đèn báo
+ Kiểm soạt quá tải +Cổng căm USB
Trang 2323 +Còi
❖ Tín hiệu:
- Đầu vào
+ Phím chức năng + Màn hình cảm ứng + Bộ nhớ
+ Vi xử lý + Cảm biến - Đầu ra + Màn hình + Đèn cảnh báo + Còi cảnh báo
❖ Quản lý chất lượng:
+ Hao mòn: 1 – 3 %/năm
+ Tuổi thọ pin: 3000 – 5000 giờ
❖ Bảo trì, bảo dưỡng:
+ Thời gian bảo hành: Tối đa 2 năm phần cơ khí, hỏng link kiện nào đổi link kiện đó (trong vòng 6 tháng)
+ Hỗ trợ kỹ thuật 24/7
Trang 2424
❖ Tái Chế:
+ Các bộ phận có thể tái sử dụng + Ví dụ: động cơ, mặt bàn, …
Giai đoạn 3: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước
❖ Kích thước
+ Tiết diện khung máy
❖ Mặt bàn:
+ Bề mặt bàn chống thấm nước + Chỉnh độ nghiêng
+ Màu sắc đơn giản, dễ chịu + Kiểu dáng đẹp mắt
+ Dễ dàng lấy tài liệu và dụng cụ học tập + Dễ dàng sử dụng các chức năng
❖ Thiết bị điện: + Nguồn điện dân dụng
+ Động cơ nâng hạ + Bộ điều khiển
+ Bảo vệ động cơ và các thiết bị điện + Thiết bị đèn báo
+ Kiểm soạt quá tải
Trang 2525
❖ Tín hiệu:
- Đầu vào
+ Thiết bị nhập liệu + Vi xử lý
- Đầu ra + Màn hình + Đèn cảnh báo + Còi cảnh báo
❖ Quản lý chất lượng:
+ Hao mòn + Tuổi thọ pin
❖ Bảo trì, bảo dưỡng:
+ Thời gian bảo hành: Tối đa 2 năm phần cơ khí, hỏng link kiện nào đổi link kiện đó (trong vòng 6 tháng)
+ Hỗ trợ sửa chữa,thay thế
❖ Tái Chế:
+ Các bộ phận có thể tái sử dụng + Ví dụ: động cơ, mặt bàn, …
Trang 2626
2.2 Thiết lập cấu trúc chức năng
2.2.1 Chức năng tổng thể
Trang 2727
Hình 2.1:Sơ đồ cấu trúc tổng thể của bàn học thông minh