Demonstrator mecatronic, cu senzor de mișcare, pentru comanda [303490]

[anonimizat], pentru comanda

unui micromotor electric de curent continuu.

Construcție, funcționare și aplicații

Coordonator: Student: [anonimizat]. Valer DOLGA Burcă Dorina Florentina

Popescu Vlad Marian

Timisoara, 2017

Cuprins

Capitolul I: Introducere

Temă

Motivație

Introducere in mecatronica

Capitolul II: Analiza variantelor posibile și alegerea variantei optime preconizate

2.1 Prima variantă contructivă

2.2 A [anonimizat]-efracție-

2.3 A treia variantă contructivă

Capitolul III: Componentele folosite

3.1 Placa Arduino

3.1.1 Scurtă prezentare

3.1.2 Istoric

3.1.3 Hardware

3.1.4 Plăcuțe oficiale

3.1.5 Software

3.1.6 Exemplu de program

3.1.7 Dezvoltare

3.1.8 Aplicații

3.1.9 Shield-uri

Buzzer

3.2.1 Istorie

3.2.2 Tipuri de buzzer

3.2.3 Aplicații

Fototranzistor

3.3.1 Scurtă prezentare

3.3.2 Utilizări ale fototranzistorului

3.4 Micromotor

3.4.1

3.4.2

Capitolul III: Realizarea proiectului

Partea Hardware

Partea Software

Capitolul IV:

Capitolul V:

Capitolul VI: Concluzii

Anexa

Anexa

Bibliografie

Capitolul I: [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat], micromotorul electric de curent continuu este pus in funcțiune.

Pentru realizarea proiectului de licență am folosit :

O placă arduino

O placă de test Breadboard

O [anonimizat]-a stârnit curiozitatea și interesul și ne-a [anonimizat]. [anonimizat], mecanică și informatică. [anonimizat]. Cea mai mare provocare pe care am întâlnit-o în realizarea acestei lucrări a fost alegerea componentelor dintr-o gamă atât de largă și realizarea unui cod pentru programarea plăcuței Arduino.

1.3 Introducere în Mecatronică

„Mecatronica este o aplicație a conceptului de inginerie concurentă pentru proiectarea sistemelor electromecanice. [anonimizat], computere și mecanice sunt proiectate simultan pentru a funcționa și a [anonimizat].” (Georgia Tech. University – USA)

Mecatronica [1.1] [anonimizat], analizează semnalele obținute și execută sarcini adecvate. [anonimizat]. Inițial, s-a [anonimizat] o combinație de mecanică și electronică. [anonimizat]ină tot mai complexe, iar definiția a fost extinsă pentru a include mai multe domenii tehnice.

Japonezii au definit sensul acestor mișcǎri de înnoire, brevetând termenul de mecatronicǎ, la începutul deceniului al 8-lea al secolului trecut.

Termenul de "mecatronică" a fost creat de Tetsuro Mori, inginer al companiei Yaskawa Electric Corporation. Cuvântul "mecatronică" a fost înregistrat ca marcă înregistrată de companie în Japonia cu numărul de înregistrare "46-32714" în 1971. Totuși, după aceea, compania a eliberat dreptul de a folosi cuvântul în public, iar cuvântul "mecatronică" sa răspândit restul lumii. În prezent, cuvântul este tradus în fiecare limbă, iar cuvântul este considerat un termen esențial pentru domeniile industriale.

Aplicații ale mecatronicii:

Automatizare și robotică

Sisteme de detectare și control

Inginerie auto, echipamente auto în proiectarea subsistemelor, cum ar fi sistemele de frânare antiblocare

Controale computerizate,cum ar fi mașini de frezat CNC, jeturi de apă CNC

Produse pentru consumatori

Sisteme mecatronice

Mecatronică medicală, sisteme de imagistică medicală

Transport și sisteme de vehicule

Sisteme de producție asistate de calculator

Proiectare asistată de calculator

Inginerie și sisteme de producție

Microcontrolere / PLC-uri

Mecatronica [1.2] presupune realizarea de noi funcții imposibile înainte(de exemplu: programarea video player-ului), ameliorarea unor operații si a unor sarcini viitoare (funcții inteligente), ameliorarea flexibilități în proiectarea produselor prin utilizarea softului, amortizarea vibrațiilor din structura sistemelor mecanice, cumularea acțiunilor mecanice și electronice în scopul reducerii dimensiunilor și costurilor produselor.

Mecatronica este o cooperare a diferitelor domenii dominante în faza de concepție. Trei faze sunt specifice: faza de concepție, faza de proiectare cu evidențierea disciplinelor specifice, faza de implementare când domină disciplinele tradiționale.

Fig

Caracteristicile produselor pentru toate fazele din perioada de viață sunt determinate în perioada de început a dezvoltării. Aproximativ 70 % din costurile totale și calitate sunt determinate în faza de construcție cu toate că numai resurse reduse sunt utilizate aici (în varianta tradițională, mecanică, numai 5 %) . Din cauza greșelilor din timpul fazelor de început un număr mare de întreprinderi suferă din cauza “greșelilor și deviațiilor” din producție. Sume mari sunt cheltuite pentru asigurarea calității și testarea acestor produse. În multe cazuri este mult mai ușor a proiecta produse, pe care variațiile normale din producție nu le conduc la erori. Utilizând conceptul de mecatronică, în faze de dezvoltare de început, se pot obține produse de calitate la preț de cost mai redus. Bariera tradițională din perioada de dezvoltare o constituie aplicarea conceptelor de optimizare. Lucrul în echipă este strict necesar pentru a putea obține integrarea soluțiilor tehnice și de a reduce timpul de lucru. Se pot nominaliza dintre aspectele preconizate a fi obținute:

reducerea timpului de dezvoltare și a costurilor;

orientare de marketing (focalizată pe utilizator);

capabilitate de reacție rapidă la schimbările care afectează competitivitatea.

În același timp este necesar să se facă diferențe între caracteristicile imperative ale produsului și caracteristicile de marketing. Un robot industrial este un prim exemplu al unui sistem mecatronic, acesta include aspecte ale electronicii, mecanicii și calculatoarelor pentru a-și desfășura activitatea de zi cu zi.

Se considera că primul utilaj complet din punct de vedere al conceptului mecatronic a fost mașina-unealtă comandata numeric (CNC) pentru producția elicelor de elicopter, construită la Massachsetts Institute of Technology din SUA, in 1952.

În concluzie, putem spune că mecatronica este o sferă interdisciplinara a științei și tehnicii care se ocupa în general de problemele mecanicii, electronicii și informaticii. Totuși, în ea sunt incluse mai multe domenii, care formeaza baza mecatronicii, și care acopera multe discipline cunoscute, cum ar fi: electrotehnica, energetica, tehnica de cifrare, tehnica microprocesarii informatiei, tehnica reglarii si altele.

Exemple de demonstratoare mecatronice:

Sistemele mecatronice se clasifică în următoarele categorii:

Clasa 1: este definită prin servo-tehnologie electronică de putere și teorie controlului: produse mecanice cu electronică încorporată pentru a mări capacitățiile funcționale (de exemplu: mașini unelte cu comandă numerică)

Clasa 2: produsele sunt remarcate prin utilizarea componentelor de calcul, memorie și circuite prin capabilități speciale: sisteme mecanice tradiționale cu o componentă electronică semnificativă modernizată dar cu interfața utilizator schimbată (exemplu: mașini de țesut, sisteme de producție automate)

Clasa 3: produsele sunt caracterizate prin înlocuiri ale sistemelor mecanice de către circuite integrate si microprocesor: sisteme care mențin funcționalitatea sistemelor mecanice tradiționale dar mecanismele interne sunt înlocuite printr-un sistem electronic adecvat (exemplu: ceasul electronic)

Clasa 4 : produse proiectate cu tehnologie mecanică si electronică printr-o integrare sinergică (exemplu: mașini de spălat)

Exemplificarea sistemelor mecatronice:

Sistemul antișoc ABS – implementat în anii 1970

Sistemul de control al dinamicii automobiluli VDC – implementat în anii 1990

Fig

Linia pentru montaj

Fig

Mașina de bobinat Yaskawa

Fig

Capitolul 2: : Analiza variantelor posibile și alegerea variantei optime preconizate

2.1 Prima variantă contructivă

Un senzor de lumină [2.1] este numit și fotosenzor sau senzor fotoelectric, deoarece convertește energia luminoasă în semnale electrice. Un fotorezistor își schimbă rezistența atunci când lumina se află pe ea, acesta fiind denumit și LDR. Când nu există lumină, rezistența LDR este foarte ridicată. Când LDR are multă lumină, rezistența sa scade. Există o gamă largă de aplicații ale senzorilor de lumină, cum ar fi sistemele de securitate, alarmele de închidere a garajelor, sistemele de urmărire a energiei solare, o altă aplicație bună este trackerul solar, care urmărește soarele și rotește panoul solar în consecință.În acest proiect, un simplu senzor de lumină este proiectat folosind LDR și placa Arduino.

Componente utilizate:

Arduino UNO

Fotorezistor (LDR)

100 KΩ potențiometru

Buzzer

Un LDR este un tip de rezistență variabilă care își schimbă rezistența în funcție de intensitatea incidentului luminos pe acesta. În general, atunci când intensitatea luminii este mai mică, adică în condiții de întuneric, rezistența LDR va fi în ordinea Mega Ohms (MΩ).

Pe măsură ce intensitatea luminii crește, rezistența scade și scade până la câțiva ohmi la intensitatea maximă a luminii.

Potențiometru de 100 KΩ este un rezistor variabil a cărui rezistență poate fi variată de la 0Ω la 100KΩ.

Deoarece fotorezistorul sau LDR este un rezistor variabil, trebuie utilizată o rețea de divizoare de tensiune pentru a obține ieșirea echivalentă analogică din ea. Un potențiometru de 100 KΩ și LDR formează un divizor de tensiune, iar ieșirea divizorului de tensiune este legată de intrarea analogică A0 a lui Arduino.Un buzzer este conectat la pinul 11 al lui Arduino.

În acest proiect, este implementat un simplu senzor de lumină care indică momentul când este multă lumina. Toate conexiunile sunt realizate conform schemei de circuit. Codul este scris în Arduino. Când LDR detectează o lumină peste o anumită intensitate, Arduino va declanșa soneria. Când intensitatea luminii scade, buzzer-ul este oprit. Potențiometrul este utilizat pentru reglarea nivelelor de intensitate la care se declanșează soneria.

Motivul pentru care am respins această variantă este pentru ca din punct de vedere tehnologic nu era suficient de complexă.

Codul pentru Arduino:

}

2.2 A doua varianta constructivă – Alarmă anti-efracție –

Acest proiect [2.2] utilizează perechea detectorului de emițătoare cu infraroșu pentru a determina obiectele ce intră in câmpul lor de acțiune și declanșează o alarmă imediat ce obiectul traversează câmpul infraroșu.

Componente:

Arduino uno R3

Breadboard

Conectori / Cabluri pentru jumperi

Infraroșu Emitator și detector pereche LED

Buzzer

Rezistor 1kohm

Potențiometru 10kohm

Schema circuitului:

Ledul Alb care se observă în imagini este un emițător cu infraroșu. Pentru a vedea dacă emițătorul LED (alb) funcționează corect: se pornește camera de telefon mobil și se observă LED-ul prin ea, apoi se va observa că există o lumină purpurie.

LED-ul din spate este detectorul IR. Motivul pentru care este făcut negru este că culoarea neagră are cea mai mare absorbție; Așa că absoarbe cea mai mare parte a luminii infraroșii emise de emițător.

Codul Arduino:

int dtect=8;

int sense=A0;

int buzzpin=9;

void setup()

{

pinMode(dtect,OUTPUT);

pinMode(sense,INPUT);

pinMode(buzzpin,OUTPUT);

digitalWrite(dtect,HIGH);

Serial.begin(9600);

}

void loop()

{

int val=analogRead(sense);

Serial.println(val);

if(val>=1005)

{

buzz(50);

}

}

void buzz(unsigned char time)

{

analogWrite(buzzpin,170);

delay(time);

analogWrite(buzzpin,0);

delay(time);

}

2.3 A treia variantă constructivă -Lampă de iluminat-

[2.3] Folosind un senzor de lumină, un fir și LED-uri, se poate realiza cu ușurință o lampă de noapte automată care se va aprinde când se opeștelumina.

Componente necesare:

LDR senzor de lumină

Acumulator de 9V

Baterie, 9V

Sârmă

Rezistor 10KΩ

Bandă de lipit fără sudură

LED – 3mm

Rezistor de 330 ohmi

Bibliografie

https://en.wikipedia.org/wiki/Mechatronics

1.2 Dolga Valer, Proiectarea sistemelor mecatronice, Ed. Politehnica, 2007, ISBN 978-973-625-573-1

1.3 http://www.mecatronica.ro/definitie_mecatronica.html

2.1 http://www.electronicshub.org/arduino-light-sensor/

2.2 http://www.instructables.com/id/ARDUINO-Burglar-Alarm-Using-Infrared-Emitter-Detec/

2.3 http://makezine.com/projects/arduino-controlled-night-light/