سیستم بارگیری، توزین و تخلیه اتوماتیک مایعات

دهمین دوره از پروژه های دانش‌آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پرشور شما دوستان و علاقه‌مندان به پایان رسید اما کار ما هنوز تمام نشده است! این دوره نیز همچون سال های گذشته دوستان بسیاری با ثبت طرح ها و ایده های خلاقانه خود در منوی "پیشنهاد موضوع" ما را در ارتقای تنوع پروژه ها یاری نموده‌اند. هم چون گذشته بر آن شدیم تا با گردآوری این ایده های جالب، علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه‌ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقه‌مند فراهم آوریم. فراموش نکنید که ما همیشه منتظر طرح های جدید شما عزیزان هستیم.

نام ایده: سیستم بارگیری، توزین و تخلیه اتوماتیک مایعات
نام ارائه‌دهنده/دهندگان: بهداد مسگری، میثم شوکتی، محمد جواد ملکوتی خواه، علیرضا شاه پناه، رضا مهرآبادی
 زمینه و نوع پروژه: شیمی
درجه سختی: متوسط
نام مدرسه: سرای دانش واحد سید خندان

در پژوهش حاضر دانش آموزان سعی دارند به معرفی دستگاه بارگیری، توزن و تخلیه اتوماتیک مایعات بپردازند، آن ها ابتدا به معرفی دستگاه، نقاط قوت و ضعف و همچنین کاربردهای آن پرداختند.

از این سیستم برای توزین مایعات در حجم کم استفاده می شود. این توزین به دلیل آنکه دقت بالایی دارد، می تواند در صنایع غذایی، شیمیایی، دارویی و ... مورد استفاده قرار گیرد. در این دستگاه بارگیری و تخلیه مایعات بصورت اتوماتیک انجام می شود. با توجه به اینکه مراحل کار دستگاه بدون دخالت انسانی صورت می پذیرد سرعت کارکرد دستگاه در انجام فرآیند افزایش می یابد.

پمپ آکواریوم 220 ولت، این پمپ توانایی بالابردن آب تا ارتفاع یک متر را دارا می باشد و با برق 220 ولت AC کار می کند؛ شیر برقی تخلیه 220 ولت، این شیر برقی با فرمان 220 ولت مسیر عبور مایعات را باز می کند و با قطع شدن برق این مسیر بسته می شود؛ مخزن اندازه گیری وزن، این مخزن پلاستیکی به حجم حدود 2 لیتر است و به لودسل و شیر برقی متصل است؛ لودسل از این قطعه جهت اندازه گیری وزن استفاده می شود. این قطعه دارای 4 سیم است که 2 سیم آن برق ورودی با ولتاژ 5 ولت DC است و دو سیم آن برق خروجی است که متناسب با وزن اندازه گیری شده است و رابطه خطی آن بصورت زیر است:

شکل 1- دو تایمر صنعتی استفاده شده در پروژ

جهت کنترل روشن یا خاموش شدن پمپ و شیر تخلیه از میکروکنترلر ATMEGA16 استفاده می شود. جهت برنامه نویسی این میکروکنترلر از زبان برنامه نویسی C استفاده شده است و برنامه در محیط CodeVision نوشته و اجرا شده است. برای مثال وزن مورد نظر در برنامه روی 850 گرم تنظیم شده است که اگر وزن مایع درون مخزن کمتر از 850 گرم باشد پمپ کار می کند تا عدد نشان داده شده روی LCD به 850 گرم برسد؛ LCD کاراکتری، این LCD دارای 2 سطر و 16 ستون جهت نمایش اعداد و حروف می باشد. جهت نشان دادن وزن مایع، اطلاعات از سوی میکروکنترلر به LCD ارسال می شود و LCD آن ها را نمایش می دهد. این LCD به پورت A از میکروکنترلر متصل است. (شکل 2)

شکل 2- اتصال میکروکنترلر به LCD

جهت تقویت ولتاژ خروجی لودسل از ماژول از نوع HX711 استفاده می¬شود. این ماژول ولتاژ ضعیف چند میلی ولتی ورودی را در عدد 128 ضرب می کند و سپس حاصل را به دیجیتال تبدیل می کند. خروجی این ماژول 24 بیتی است و این 24 بیت به سوی میکروکنترلر ارسال می شود. جهت ارتباط این ماژول با میکروکنترلر از دو پایه پورت A (PA0 و PA1) استفاده شده است. جهت تقویت جریان خروجی میکروکنترلر از ترانزیستور استفاده می-شود. ترانزیستور در این پروژه مانند یک سوئیچ عمل می کند. خروجی ترانزیستور به رله وصل می شود که جریانی حدود 40 میلی آمپر را تأمین می کند. خروجی میکروکنترلر با یک مقاومت یک کیلو اهم به ترانزیستور وصل می-شود که جریانی حدود 1 میلی آمپر دارد و بنابراین مشاهده می شود که تا 40 برابر جریان کمتری از سمت میکروکنترلر کشیده می شود. قابل توجه است که جریان مجازی که کارخانه سازنده میکروکنترلر برای آن تعریف کرده تا به تجهیزات دیگر وارد شود 20 میلی آمپر است؛ جهت حذف و خنثی نمودن نوسانات منبع تغذیه DC (5 ولت) از یک خازن 47 میکروفاراد استفاده شده است و در صورتی که کیفیت ولتاژ منبع تغذیه مناسب باشد، نیازی به استفاده از خازن نیست؛ جهت تبدیل ولتاژ 5 ولت DC به 220 ولت AC از رله استفاده می¬شود تا کنترل روشن و خاموش شدن پمپ و شیر تخلیه انجام بپذیرد. رله دارای دو کنتاکت باز و بسته است که کنتاکت بسته برای پمپ و کنتاکت باز برای شیر تخلیه استفاده شده است. فرمان 5 ولت روشن شدن رله از سمت پایه کلکتور ترانزیستور می آید.

2-2 طرز کار دستگاه

ابتدا پمپ در یک مخزن جداگانه آب قرار می گیرد و شلنگ خروجی آن در بالای مخزن اصلی اندازه گیری وزن قرار می گیرد. سپس برق 5 ولت DC به مدار وصل می شود و برق 220 ولت AC هم به تایمر متصل می¬شود. زمان تایمرها روی چند ثانیه به دلخواه تنظیم می شود. وقتی وزن روی صفر گرم باشد پمپ پس از سپری شدن زمان تأخیر تایمر شروع به کار می کند و آب وارد مخزن می شود. وقتی وزن به 850 گرم (یا عدد دلخواه دیگری) رسید، پمپ خاموش می شود و پس از سپری شدن تأخیر مربوط به تایمر شیر تخلیه، این شیر باز می شود و آب شروع به تخلیه شدن می کند. وقتی وزن دوباره کاهش یافت و به صفر رسید، دوباره پمپ بعد از گذشتن زمان تأخیر مربوطه روشن می شود و این فرآیند به صورت اتوماتیک دوباره تکرار می شود. لازم به ذکر است که دقت اندازه گیری دستگاه حدود یک گرم می باشد. در شکل (3) نمایی از مدار الکترونیکی دستگاه مشاهده می شود.

شکل 3- بخش الکترونیکی دستگاه

مهارت های کسب شده

آشنایی با شیوه انجام پژوهش
آشنایی با شیوه کار سیستم بارگیری، توزین و تخلیه اتوماتیک مایعات

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: مهدی رحمانی

تنظیم: نسرین صادقی