Програмно керована система для переробки пластикових відходів

Миргородський, Євгеній Русланович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6378

Title:	Програмно керована система для переробки пластикових відходів
Authors:	Зубко, Ігор Анатолійович Миргородський, Євгеній Русланович
Issue Date:	Jun-2023
Abstract:	В роботі проведено аналіз сучасного стану індустрії переробки пластикових відходів Виявлено, що переробка пластикових відходів виконується промисловими установками, які є дуже дорогими і громіздкими. Обрано елементну базу , яка включає в себе плату Arduino Nano V3.0, модуль з герконовим датчком, LCD QC1602A дисплей, мембранну клавіатуру 4х4, датчик температури DS18B20, 1-канальний модуль реле 5В без оптоізоляції. Запропоновано опис роботи та емуляції пристрою, що включає в себе опис процесу керування, опис роботи модулів програмного забезпечення. Наведено результати емуляції запропонованих рішень, що доводить можливість реалізації системи переробки пластикових відходів.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6378
Appears in Collections:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_151_2023_Миргородський.pdf Restricted Access		833.52 kB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеня «бакалавр»
на тему: Програмно керована система для переробки пластикових
відходів

Виконав: здобувач вищої освіти 4 курсу,
групи АКІТ-1909, спеціальності
151 «Автоматизація та
комп’ютерно-інтегровані
технології»
Миргородський Є.Р.
(прізвище та ініціали)
Керівник Зубко І.А.
(прізвище та ініціали)
Рецензент
(прізвище та ініціали)

Черкаси 2023
1

ЗМІСТ

ВСТУП ........................................................................................................................ 3
1 ОГЛЯД ОСОБЛИВОСТЕЙ І ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ
ПЛАСТИКОВИХ ВІДХОДІВ ................................................................................ 5
1.1 ОСНОВНІ НАПРЯМИ УТИЛІЗАЦІЇ ТА ЗНЕШКОДЖЕННЯ ВІДХОДІВ ПОЛІМЕРІВ .... 5
1.2 СПОСОБИ УТИЛІЗАЦІЇ ТА ЗНЕШКОДЖЕННЯ ВІДХОДІВ ПОЛІМЕРІВ .................... 9
1.3 ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ ПОЛІМЕРІВ .................................................... 17
1.4 МАШИНА ОДНО ПОРЦІЙНА ДЛЯ ЛИТТЯ .......................................................... 26
2 ВИБІР ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ ............................................................................ 29
2.1 ОПИС ARDUINO UNO REV3/R3 ТА ARDUINO NANO V3.0 .............................. 29
2.2 ВИБІР КЛАВІАТУРИ ......................................................................................... 38
2.3 LCD 1602 СИМВОЛЬНИЙ ДИСПЛЕЙ 16X2 ...................................................... 40
2.4 ТЕМПЕРАТУРНИЙ ДАТЧИК ВОДОНЕПРОНИКНИЙ DS18B20 ........................... 41
2.5 1-КАНАЛЬНИЙ МОДУЛЬ РЕЛЕ 5В БЕЗ ОПТОІЗОЛЯЦІЇ ....................................... 44
3 ОПИС РОБОТИ ТА ЕМУЛЯЦІЇ ПРИСТРОЮ ............................................... 46
3.1 ОПИС ПРОЦЕСУ КЕРУВАННЯ ПРИСТРОЄМ ...................................................... 46
3.2 ОПИС РОБОТИ МОДУЛІВ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРИСТРОЮ ............. 47
3.3 ЕМУЛЯЦІЯ РОБОТИ СИСТЕМИ ПЕРЕРОБКИ ПЛАСТИКОВИХ ВІДХОДІВ ............. 59
ВИСНОВКИ ........................................................................................................... 61
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ............................................................. 62

ЧДТУ 231951.001 ПЗ
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Розроб. Миргородський Літ. Лист Листів
Програмно керована
Перевір. Зубко У 2
система для переробки
Реценз.
пластикових відходів
Н. Контр. 2 ЧДТУ, АКІТ-1909
Затверд. Лукашенко Пояснювальна записка

ВСТУП

У сучасному світі проблема забруднення навколишнього середовища
пластиковими відходами є однією з найбільш актуальних. Пластикові відходи
широко використовуються в упаковках, одноразових посудинах, текстильній
промисловості та багатьох інших галузях, що призводить до накопичення великої
кількості неперероблених відходів. Це створює серйозні проблеми для довкілля,
здоров'я людей та економіки.
Розробка програмно керованої системи для переробки пластикових відходів
є надзвичайно актуальною в контексті пошуку сталого розвитку та екологічної
ефективності. Така система має потенціал зменшити негативний вплив
пластикових відходів на навколишнє середовище шляхом їх використання як
вторинних сировинних матеріалів для виробництва нових продуктів.
Одним з викликів у переробці пластикових відходів є велика
різноманітність їхніх типів та складу. Кожен вид пластику вимагає
індивідуального підходу до переробки, що ускладнює процес. Розробка
програмно керованої системи дозволить автоматизувати та оптимізувати процес
сортування та переробки пластикових відходів. Завдяки аналізу даних та
використанню штучного інтелекту, система зможе швидко визначати тип
пластику, його якість та можливість переробки, що значно збільшить
ефективність виробництва та знизить витрати.
Крім того, розробка такої системи сприятиме створенню нових робочих
місць та розвитку інноваційних технологій. Вона потребуватиме спеціалістів з
різних галузей, таких як програмування, інженерія та екологія, що сприятиме
взаємодії між різними галузями та забезпечить прогресивний розвиток.
Застосування програмно керованої системи для переробки пластикових
відходів матиме значний вплив на збереження навколишнього середовища та
здоров'я людей. Зменшення викидів пластику у довкілля допоможе зберегти
природні ресурси, зменшити забруднення водних систем, лісів та океанів. Крім
Лист
3 ЧДТУ 231951.001 ПЗ 3
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

того, рециклінг пластикових відходів дозволить зменшити потребу у
використанні первинних сировин, що сприятиме збереженню енергії та зниженню
викидів парникових газів.
Отже, розробка програмно керованої системи для переробки пластикових
відходів є необхідним кроком у напрямку сталого розвитку та екологічної
ефективності. Вона дозволить забезпечити оптимальну переробку різних типів
пластику, зменшити негативний вплив на довкілля та створити нові можливості
для інноваційного розвитку.

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
4
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

1 ОГЛЯД ОСОБЛИВОСТЕЙ І ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ
ПЛАСТИКОВИХ ВІДХОДІВ
1.1 Основні напрями утилізації та знешкодження відходів полімерів
Полімери широко використовуються у світі, як для пакувальних матеріалів,
так і для виготовлення товарів народного споживання, зокрема й будівельних
матеріалів. Упаковка народилася ще до всякого виробництва. Спочатку вона була
одноразовою. Однак у міру переходу до цивілізації частка багаторазових
вмістилищ безперервно зростала. Початковими її функціями були
транспортування і зберігання: з рідинами і сипучими тілами поводитися без
допомоги тари взагалі неможливо. Упаковка перетворилася на засіб виробництва -
перебування в ній продукту протягом певного терміну стало необхідною
технологічною операцією. Але перемога товарної економіки поклала на упаковку
зовсім нову місію, що стала в наш час мало не головною - рекламу і просування.
Відтепер основними вимогами до неї стали привабливість і впізнаваність. Проте в
одній лише Німеччині 10 років тому вироблялося 20 млн. пластикових
стаканчиків для йогурту щодня. У 1990-х роках європейські країни споживали
100-150 кг одноразової упаковки на душу населення на рік. У США ця цифра
наближалася до 200 кг. Однак дешеві й технологічні пластики виявилися
ксенобіотиками - речовинами, нездатними включитися в природні геохімічні
цикли.
На повітрі і сонячному світлі вони частково розкладаються (слід зауважити,
що продукти такого розкладання часом створюють більше проблем, ніж вихідний
пластик), у позбавленій же кисню і ультрафіолетових променів товщі
сміттєзвалища зберігаються вічно. Звичайно, практично всі полімери горючі, і у
свій час розвинені країни зробили ставку на сміттєспалювальні заводи, що давали
змогу не тільки позбуватися відходів, а й отримувати додаткову енергію. Але
виявилося, що домогтися гарантованого повного згоряння мокрого, брудного,
перемішаного з харчовими та іншими відходами пластику неможливо навіть із
кисневим піддувом. Неповне ж згоряння перетворює такий завод на постійне
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
5
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

джерело цілого букета унікальних токсинів і канцерогенів (особливо під час
згоряння пластиків з хлорвмісними речовинами, що становлять величезну частку
пакувального матеріалу). До того ж гарячі гази захоплюють із собою в атмосферу
масу шкідливих речовин - зокрема, важких металів.
З усіх пластиків, що випускаються, 41 % використовується в упаковці, з цієї
кількості 47 % витрачається на упаковку харчових продуктів. Зручність і безпека,
низька ціна та висока естетика є визначальними умовами прискореного зростання
використання пластичних мас під час виготовлення упаковки. Упаковка із
синтетичних полімерів, що становить 40 % побутового сміття, практично "вічна" -
вона не піддається розкладанню. Тому використання пластмасової упаковки
пов'язане з утворенням відходів у розмірі 40...50 кг/рік у розрахунку на одну
людину.
З огляду на специфічні властивості полімерних матеріалів - вони не
піддаються гниттю, корозії, проблема їхньої утилізації має насамперед
екологічний характер. Від загального рівня відходів переробляється тільки 5...7 %
від їхньої маси. В усередненому складі твердих побутових відходів, що
поставляються на захоронення, 8 % становить пластмаса, що становить 320 тис. т
на рік. Однак нині проблема переробки відходів полімерних матеріалів набуває
актуального значення не тільки з позицій охорони довкілля, а й пов'язана з тим,
що в умовах дефіциту полімерної сировини пластмасові відходи стають
потужним сировинним і енергетичним ресурсом. Водночас розв'язання питань,
пов'язаних з охороною довкілля, потребує значних капітальних вкладень. Вартість
обробки та знищення відходів пластмас приблизно у 8 разів перевищує витрати на
обробку більшості промислових і майже втричі - на знищення побутових відходів.
Це пов'язано зі специфічними особливостями пластмас, які значно ускладнюють
або роблять непридатними відомі методи знищення твердих відходів.
Використання відходів полімерів дає змогу суттєво заощаджувати первинну
сировину (насамперед нафту) та електроенергію.
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
6
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Проблем, пов'язаних з утилізацією полімерних відходів, досить багато.
Вони мають свою специфіку, але їх не можна вважати нерозв'язними. Однак
розв'язання неможливе без організації збирання, сортування та первинної обробки
амортизованих матеріалів і виробів; без розроблення системи цін на вторинну
сировину, які стимулюють підприємства до їхньої переробки; без створення
ефективних способів переробки вторинної полімерної сировини, а також методів
її модифікації з метою підвищення якості; без створення спеціального
устаткування для її переробки; без розроблення номенклатури виробів, що
випускаються із вторинної полімерної сировини.
Іншим шляхом боротьби з відходами полімерів є перетворення їх на
вторсировину. Однак перше, що для цього треба - розділити їх, що не завжди
можливо. Так, ламінований картон не можна розділити на целюлозу та
поліетилен, а придумати спосіб його утилізації цілком досі не вдається.
Пошуки рішення сьогодні тривають за всіма напрямами одразу:
• роздільний збір із подальшою утилізацією вдосконалення "вогняного
поховання" сміття
• безпечне захоронення з подальшою рекультивацією звалища до стану
"зеленої галявини"
• розробка матеріалів, які після порушення цілісності швидко
розпадатимуться на безпечні сполуки
• повернення до паперу та картону
Кожен із цих шляхів має перспективи, але кожен вимагає додаткових
витрат. Наприклад, на алюмінієві банки з пивом на частку пакування припадає до
трьох чвертей роздрібної ціни.
Впровадити сучасну упаковку або навіть лінію для її виготовлення
виявилося незрівнянно простіше, ніж культуру поводження з нею - від технології
відбілювання макулатури до психологічної готовності громадян возитися з
поділом побутового сміття. І хоча обсяги споживання пакувальних матеріалів
можуть значно відрізнятися залежно від регіону, проблема їх подальшої утилізації
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
7
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

стоїть гостро. У всьому світі лісові масиви і річки засмічені пластиковими
пляшками.

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
8
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

1.2 Способи утилізації та знешкодження відходів полімерів
У промисловості застосовують такі основні напрямки утилізації та
ліквідації відходів пластмас:
1. перероблення відходів у полімерну сировину і повторне її використання для
отримання виробів;
2. спалювання разом із побутовими відходами;
3. піроліз і отримання рідкого і газоподібного палива;
4. поховання на полігонах і звалищах.
Незважаючи на значні переваги повторного використання полімерних
матеріалів, у такий спосіб утилізується лише незначна їхня кількість, що пов'язано
з трудомісткістю збирання, поділу, сортування, очищення відходів (передусім
відходів побутового споживання). Тому поряд із вторинною переробкою відходів
пластмас у вироби в промисловості використовуються й інші способи утилізації.
Спалювання відходів пластмас - найменш ефективний спосіб їх видалення і
знешкодження, оскільки при цьому повністю руйнується дорогий полімер та інші
компоненти пластику. Воно застосовується при переробці відходів пластмас
тільки в тих випадках, коли інші способи з технічних або економічних причин не
можуть бути використані. Зокрема, спалювання відходів пластмас
використовують, коли їх виділення із суміші інших відходів неможливе або
занадто дороге.
Конструкції печей, що використовуються для спалювання відходів
пластмас, можуть бути найрізноманітнішими, але повинні враховувати
особливості горіння цих матеріалів. Під час горіння відходів пластмас у печі
створюється висока температура, що вимагає спеціальних заходів захисту. Крім
того, необхідне оснащення печей системами допалювання, очищення та обробки
димових газів, оскільки під час горіння пластмас утворюються такі токсичні гази,
як аміак, оксиди азоту, хлористий водень, діоксини тощо.
Вельми перспективною є переробка відходів пластмас піролізом, унаслідок
якої з пластмасових відходів за 425 С отримують паливо, яке на 95% складається
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
9
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

з рідких вуглеводнів і на 5% - з горючого газу. Застосування цієї технології для
переробки пластмасових відходів економічно вигідне. Установка, що переробляє
11,3 тис. т/рік відходів, окупається за три роки. Використання цих установок
доцільне лише в районах з ресурсами відходів не менше 465 тис. т/рік.
Захоронення відходів пластмас - найменш доцільний спосіб їхнього
видалення, оскільки завдає прямої шкоди навколишньому середовищу і
призводить до нераціонального використання природних ресурсів. На відміну від
спалювання, захоронення відходів пластмас не дає змоги використовувати
потенційні енергетичні ресурси, що містяться в полімерах.
Найбільш раціональний спосіб утилізації відходів пластмас - це їх повторне
використання за прямим призначенням. Капітальні витрати при такому способі
утилізації невеликі. При цьому не тільки досягається ресурсозберігаючий ефект
від повторного залучення матеріальних ресурсів у виробничий цикл, а й істотно
знижуються навантаження на навколишнє середовище.
У разі якщо є ринок збуту продуктів переробки, здійснено безперервність і
регулярність надходження відходів, розроблено економічну технологію їхньої
переробки, а відходи, які надходять, стандартизовано, є сенс створювати
спеціалізовані підприємства з переробки відходів. Якщо кількість полімерних
відходів невелика, то доцільно передавати їх на переробку підприємству -
виробнику первинної продукції.
Залежно від якості та чистоти відходів така схема може бути реалізована в
повному або скороченому обсязі. Як правило, промислові відходи не потребують
виконання всіх стадій процесу, показаного на цій схемі. Побутові полімерні
відходи, навпаки, потребують ретельної підготовки.
Переробку технологічних відходів термопластів слід починати з визначення
ступеня зміни їхніх властивостей і вибору найефективнішої технології їхнього
використання.
Висока якість готових виробів і стабільність технологічного процесу
можуть бути забезпечені лише за умови рівномірного дозування подрібнених або
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
10
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

гранульованих відходів і хорошого змішування їх з вихідною сировиною.
Під час переробки відходів на підприємствах, що виробляють вироби з
термопластів, вони повертаються в основний технологічний процес.
У процесі вторинного використання пластмас необхідно запобігти або
зменшити погіршення їхніх фізико-механічних і реологічних властивостей
унаслідок старіння, спричинюваного напругою зсуву і нагріванням -
термомеханічною дією, якій піддаються полімери під час розмелювання,
розплавлення і формування. З цією метою в композиції на основі вторинних
полімерних матеріалів вводять додаткові стабілізатори, які дають змогу без зміни
технологічних властивостей полімерів зберегти їхні експлуатаційні
характеристики.
Збирання та сортування відходів пластмас є найслабшою ланкою в процесі
організації переробки як технологічних відходів, так і ще більшою мірою відходів
споживання.
Ідеальне сортування відходів має забезпечити поділ їх не тільки за видами,
марками, кольором, а й за формою, ступенем забрудненості, вмістом чужорідних
матеріалів, фізико-механічними властивостями тощо, що потребує великих витрат
і робить утилізацію відходів неефективною.
Найпростішим і водночас таким, що задовольняє основним вимогам, є
сортування, яке здійснюють у процесі збирання відходів безпосередньо на
робочому місці, тобто на стадії їхнього утворення (так зване навколомашинне
збирання відходів).
Навколомашинна переробка відходів дає змогу додавати до первинної
сировини найближчі за властивостями вторинні матеріали. При цьому усувається
необхідність їхнього сортування за кольором, знижується можливість їхнього
забруднення, відпадає необхідність у складських приміщеннях, перевірці якості
вторинних матеріалів, їхньому сушінні тощо.
Ідентифікація пластмас має важливе значення. Серед проблем, що
виникають під час утилізації пластмас, головна - визначення природи матеріалу,
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
11
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

тобто його ідентифікація. Якщо відсутнє спеціальне обладнання для проведення
хімічного, фізико-хімічного та інших видів спеціального аналізу, то можна
скористатися простими, але досить точними способами ідентифікації, за
допомогою методу виключення або порівняння з точно відомими зразками чи
шляхом аналізу відомостей про можливість застосування тих чи інших видів
пластмас для певних цілей.
Щоб відрізнити термопластичний матеріал від термореактивного, слід
прикласти до зразка розпечений металевий предмет. Якщо при цьому зразок
плавиться, то це термопластичний матеріал.
Якщо зразок пластмаси (непористий) плаває на поверхні води, в яку додано
кілька крапель мийної речовини (для зниження поверхневого натягу), то цей
зразок, найімовірніше, з неполярного полімеру - поліетилену або поліпропілену.
Продукти горіння таких матеріалів пахнуть стеариновою свічкою, що горить.
Спалювання зразків пластику - досить надійний спосіб його ідентифікації.
Для цього шматок або смужку пластику беруть щипцями, пінцетом, кліщами або
іншим аналогічним інструментом (порошкоподібний матеріал насипають на лезо
ножа або інший зручний інструмент) і підносять до полум'я. Отримані результати
порівнюють з відомою поведінкою пластмас під час горіння. До уваги беруться
такі характеристики: легкість займання, характер плавлення, тривалість горіння
після винесення з полум'я, наявність кіптяви, колір полум'я, запах. При цьому
необхідно пам'ятати про заходи безпеки при визначенні запаху і при підпалюванні
зразків.
Повторному використанню відходів термопластів, як правило, передують
подрібнення і гранулювання. З цією метою розроблено спеціальні машини та
установки для отримання вторинної сировини, яка за формою і розмірами
відповідає первинній сировині.
Первинна сировина, що використовується під час переробки пластмас, являє
собою головним чином гранули зі стандартною величиною зерен, з постійною
об'ємною масою і хорошою сипучістю.
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
12
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Механізм руйнування полімерних матеріалів принципово відрізняється від
процесів, що протікають під час подрібнення низькомолекулярних сполук,
оскільки енергія руйнування полімерів витрачається головним чином на механічні
втрати. Це стосується як пластмас, так і ще більшою мірою гум, тобто матеріалів,
здатних до значних зворотних деформацій. Тому оптимальні умови для
подрібнення відходів полімерних матеріалів виникають за високих швидкостей
деформування. Руйнуванню сприяє також зниження температури, за якої матеріал
стає склоподібним, крихким, або підвищення температури до значень, коли його
міцнісні властивості різко падають. Великогабаритні відходи пластмас
попередньо нарізають на циркулярних пилах або стрічково-пиляльних верстатах.

Рисунок 1 - Конструкція роторно-ножового подрібнювача з водяним
охолодженням: 1 - поворотна плита; 2 - електродвигун; 3 - лоток; 4 - сьмна
калібрувальна решітка; 5 - ротор; 6 - татор; 7 - олійовідбивні; 8 - ножі ротора; 9 -
завантажувальний бункер; 10 - маховик; 11 - наполегливі підшипники; 12 - олійні
подрібнювачі; 13 - регульовані ножі статора; 14 - штуцер для подачі води.
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
13
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Для подрібнення широко використовують ріжучі гранулятори, переробка
відходів у яких відбувається між роторними і статорними ножами, а сито,
розташоване в нижній частині машин, визначає задану величину зерен.
Конструкція роторно-ножового подрібнювача зображена на рис. 1.
Продуктивність подрібнювача визначається видом відходів, а також
конструктивними особливостями установки: числом і довжиною ножів, а також
частотою обертання ротора. У процесі роботи продуктивність роторних
подрібнювачів падає внаслідок зносу ножів. Тому при падінні продуктивності
подрібнювача на 20-30% від початкового значення при роботі на одному матеріалі
необхідно заточувати ножі.
Ступінь подрібнення відходів визначається розміром комірок сита, що
огороджує камеру помелу з боку виходу подрібненого матеріалу. Розмір частинок
подрібнених відходів коливається від 3 - 5 до 25 - 30 мм. Роторні подрібнювачі
під час роботи видають сильний шум. З метою його зменшення подрібнювач
разом із двигуном і вентилятором поміщають у шумозахисний кожух, що дає
змогу знизити рівень шуму на 10 - 15 дБ.
Під час подрібнення відходів в'язких термопластів основна кількість енергії
перетворюється на тепло і лише мізерно мала кількість витрачається на
руйнування матеріалу. Це знижує продуктивність обладнання, призводить до
налипання розплавленого внаслідок розігріву пластику на частини обладнання.
Так, продуктивність роторних дробарок порівняно з паспортними даними
становить лише 20-30% для поліетилену і 35-55% для поліаміду. Тому в ножових
подрібнювачах часто використовують охолодження відходів і деталей дробарок
водою. Більш перспективним є використання кріогенного подрібнення. Після
глибокого охолодження таких відходів у середовищі рідкого азоту (температура
випаровування - мінус 195,8 °С) полімер переходить у склоподібний стан і стає
крихким, що значно спрощує його подрібнення.
Деякі види відходів можна подрібнювати після охолодження в середовищі
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
14
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

зрідженого вуглекислого газу (температура випаровування - мінус 78,5 °С).
Холодоагенти вводять безпосередньо в дробарку або використовують
спеціальний конвеєр, на якому пластмасові відходи попередньо охолоджуються, а
потім в охолодженому вигляді подаються на подрібнення.
Кріогенна техніка подрібнення полімерних відходів порівняно з
подрібненням за кімнатної температури має низку переваг. Зокрема, витрата
енергії на подрібнення полімерних відходів на одній з таких установок, створених
і використовуваних в Японії для утилізації полімерних деталей електропобутової
апаратури, що випускається фірмою "Хітачі", становить 6 Вт-год/кг відходів
порівняно з 24 на звичайній установці.
Під час подрібнення тонких і легких відходів (обрізків плівки, волокон,
палітурок, залишків тканин і килимів із синтетичних полімерів, штучних шкір
тощо) за допомогою роторних подрібнювачів одержують обрізки з незначною
об'ємною масою та поганою сипучістю, подальша переробка яких на наявному
технологічному обладнанні практично неможлива. Відходи такого типу, що
мають насипну масу менше 0,25 г/см3 , перетворюють на гранулят за допомогою
плавлення.
Для підготовки до переробки об'ємних відходів пластмас, наприклад плівки,
використовують агломерацію. Агломератори забезпечують безперервне
приготування сипучого грануляту з плівкових, волокнистих і пористих відходів
термопластів усіх видів: поліефірних, поліпропіленових, полістирольних,
поліамідних, полівінілхлоридних тощо.
Розроблено агломератор для гранулювання відходів термопластів з низькою
насипною щільністю, минаючи підготовчі стадії. Він являє собою циліндр, що
обертається, з електрообігрівом. Під час роботи температура в циліндрі
підтримується вище за температуру плавлення термопласту. Циліндр розміщений
усередині циліндричного кожуха, що нагрівається, зміщеного щодо осі циліндра.
Кожух і циліндр агломератора утворюють камеру зі зменшуваним поперечним
перерізом, що закінчується з протилежного боку раклею, за якою розташована
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
15
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

головка з отворами або прорізами.
Потрапляючи на гарячу поверхню циліндра, що обертається, матеріал, що
вводиться в бункер, плавиться і прилипає до його поверхні. Оскільки поперечний
переріз камери під час обертання циліндра зменшується, розплавлений матеріал
притискається до найобмеженішої зони камери і, зрештою, до раклі, а потім
видавлюється назовні через головку. З матеріалу, що проходить послідовно
пристрій охолодження і ріжучі елементи, отримують гранулят. Розмір частинок 2-
15 мм, насипна щільність 400 кг/м . У процесі агломерації можливе введення в
композицію будь-яких добавок (наповнювачів, барвників тощо).
Поділ сумішей відходів полімерів здійснюють різними методами. Змішані
відходи термопластів містять, як правило, речовини, що різняться за механічними
та хімічними властивостями, що дає змогу для їхнього розділення застосовувати
фізичні та хімічні способи.
Розділяти суміші термопластів можна, поєднуючи процеси грохочення і
повітряної сепарації, основу якої становить відмінність у швидкостях осідання,
розмірах твердих частинок і їхній щільності. Повне сортування досягається, коли
швидкість осідання найбільших частинок легкого компонента дорівнює
швидкості осідання найменших частинок важкого компонента. За допомогою
цього методу можна розділити до п'яти-шести видів матеріалів.
Для поділу відходів пластмас за видами можна використовувати
флотаційний метод, що ґрунтується на відмінності в змочуваності полімерів
водою. З метою збільшення ефективності поділу використовують ПАР, що
змінюють змочуваність полімерів і поверхневий натяг на межі розділу повітря -
полімер - вода. Зокрема, для виділення із суміші відходів частинок ПВХ
використовують водні розчини сульфонату двоосновного аліфатичного спирту,
поліоксіетиленсульфату та інших ПАР.
Хороші результати отримують у разі послідовного розділення відходів
різних пластмас у сольових розчинах із різною густиною.

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
16
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

1.3 Обладнання для переробки полімерів
Дробарки, шредери, пульвейзери, обладнання для вторинної переробки
полімерних матеріалів
Для забезпечення ефективного виробництва пластикової продукції
необхідно проводити вторинну переробку полімерних матеріалів [4]. Цей процес
включає в себе використання різноманітного комплексу обладнання з метою
підготовки пластикових відходів до переробки та повторного використання.
Для подрібнення пластикових відходів на фракції розміром від 5 до 20 мм
використовуються дробарки, а товстостінні масивні відходи піддаються
подрібненню за допомогою шредерів. Пульвейзери використовуються для
подрібнення виробів з ПВХ та інших відходів до порошкового стану. Центрифуги
служать для висушування більшості подрібнених пластикових відходів, а
флотаційні ванни відділяють подрібнені поліолефіни від інших відходів. Гвинтові
ущільнювачі видаляють вологу з матеріалу шляхом застосування тиску або
підвищення температури. Компактори використовуються для агломерації
пластикових відходів, а екструдери формують напівфабрикати або готові вироби
шляхом пресування пластифікованого матеріалу.
Гранулятори та подрібнювачі можуть застосовуватись на різних
виробничих лініях, таких як ливарні машини, видувні машини, екструзійні
машини та лінії переробки. Крім того, гранулятори можуть використовуватись
для подрібнення мікросхем, кабелю, EPS, ПЕТ-пляшок, плівки PP/PE та труб з
ПВХ/PP/PE.
Екструзійні лінії для виробництва всіх видів полімерних профілів
Для виготовлення різних полімерних профілів, таких як водостічні системи,
промислові і будівельні профілі, віконні і підвіконні профілі, системи забірних
огорож і багато інших, використовуються екструзійні лінії полімерних профілів.
Ці виробничі лінії складаються з різних компонентів, які забезпечують процес
екструзії профілю.
Головні елементи екструзійної лінії включають екструдер і екструзійну
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
17
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

головку, ванну вакуумного калібрування, водяну ванну охолодження, тягнучий
пристрій, відрізний пристрій і приймальний стіл. Основною відмінністю
екструзійної лінії профілів від лінії для виготовлення труб є конструкційні
особливості системи формування та калібрування профілю. Успішність
екструзійної лінії для профілів залежить не лише від ефективності пластифікації
екструдера, але й від якості та конструкції екструзійного інструменту.
Опис процесу виготовлення полягає в безперервній пластифікації та
гомогенізації полімерного матеріалу в системі екструдера, після чого він
пропускається через канали екструзійної головки. Пластифікація включає перехід
полімерного матеріалу з твердого в пластичний та рідкий стан під впливом
нагрівання. Цей процес забезпечує матеріалу необхідну температуру, тиск,
ступінь змішування та термічну однорідність, включаючи однорідність в'язкості
та швидкості потоку. Пластифікований матеріал потім пропускається через
екструзійну головку, де набуває необхідної форми профілю. Процес екструзії
відбувається у внутрішній частині екструдера, узгоджується з системою
калібрування екструдата, яка включає пластифікуючу систему, шнековий привід
та систему управління і регулювання.
Його функції включають:
• Транспортування матеріалу через систему з заданою швидкістю до
екструзійної головки.
• Нагрів полімерного матеріалу для зміни його фізичного стану.
• Стискання матеріалу для створення зміни тиску.
• Перемішування з метою уніфікації складу і властивостей матеріалу, зокрема
термічних і механічних, а також для стандартизації реологічних
властивостей.
Для покращення ефективності екструзії, поліпшення якості продукції і
особливо ефективної пластифікації складних пластиків, використовуються
одношнекові та багатошнекові системи, такі як лінійні, планетарні, каскадні та
інші.
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
18
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Сучасні екструзійні лінії для полімерних профілів мають ряд переваг,
зокрема:
• Жорстка антивібраційна конструкція.
• Автоматичний і ручний регулятор руху по трьох осях для легкого
вирівнювання в залежності від моделі.
• Вакуумні пристрої великої ємності для комбінованого калібрування
"повітря/вода" для швидкого охолодження профілю.
• Сепаратори з глушником води і повітря для комбінованого калібрування.
• Спеціальні версії з додатковими вакуумними групами, профільною
системою сушки та іншими аксесуарами.

Екструзія є широко використовуваним методом отримання виробів і
напівфабрикатів з полімерних матеріалів. Цей процес здійснюється шляхом
видавлювання розплавленого полімеру через формуючу головку для створення
виробу з потрібним профілем. Разом з литтям пластмас під тиском, екструзія
вважається одним з найпопулярніших способів виготовлення пластмасових
виробів. Цей метод може бути застосований до різних типів полімерних
матеріалів, включаючи термопласти, реактопласти і еластомери.[5]

Рисунок 2 – Екструдер
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
19
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Шнекові або черв'ячні екструдери є основним типом екструдерів, які
широко використовуються для екструзії пластмас. Крім того, існують дискові
екструдери, а також видувні екструдери, які застосовуються для методу
екструзійно-видувного формування виробів. Однак для успішного виробництва
продукції за допомогою екструзії необхідно мати не лише сам екструдер, а й
додаткове обладнання, яке складає екструзійну лінію. Важливо зазначити, що
екструдери з вертикальними шнеками майже не використовуються в практиці.

Рисунок 3 – Шнековий екструдер

Екструдер - це пристрій, який використовується для пластифікації
матеріалів і надання їм форми шляхом прогону через спеціальний інструмент
(екструзійну головку) з відповідною конфігурацією. Головним чином екструдери
застосовуються для обробки термопластичних полімерних матеріалів, а також для
переробки гумових сумішей (у цьому випадку їх часто називають шприц-
машиною). Виробництво екструдерами охоплює виготовлення плівок, листів,
труб, шлангів, виробів з складним профілем тощо. Крім того, вони
використовуються для нанесення тонких покриттів на різноманітні матеріали, такі
як папір, картон, тканина, фольга, а також для ізоляції проводів і кабелів.
Екструдери також використовуються для отримання гранул, підготовки
композицій для каландрування, формування металевих виробів та інших цілей. [5]
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
20
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Типи і пристрій екструдерів
Одношнековий або однечерв'ячний екструдер без зони дегазації є
найпростішим устаткуванням для екструзії є (рис. 4). Вони широко
використовуються при виробництві плівок, листів, труб, профілів, в якості однієї
зі складових частин ліній-грануляторів і т.д. [5]

Рисунок 4 - Схема одношнекового екструдера:
1- бункер; 2- черв'як (шнек); 3- циліндр; 4- порожнину для циркуляції води;
5- нагрівач; 6- формуюча головка з адаптером.

Рисунок 5 – Контролер екструдера

Зона завантаження, зона стиснення і зона дозування - основні складові
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
21
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

шнека екструдера. Зона завантаження переміщує полімер від бункера до більш
нагрітих секцій циліндра. У зоні стиснення глибина нарізки зменшується, що
призводить до стиснення плавлячихся гранул. Цей процес сприяє збільшенню
зсувного впливу на розплавлений полімер, покращує змішування, забезпечує
більш однорідний розподіл тепла. Остання зона шнека призначена для подальшої
гомогенізації розплаву, однорідного дозування через фільєру і згладжування
пульсації на виході. Шнек витискує розплавлений полімер через фільєру, яка
визначає кінцеву форму виробу. Фільєра є "серцем" екструдера і має великий
вплив на якість виробу. Існує багато типів і конструкцій фільєр, але її температура
має відповідати вимогам технології. Для нагріву фільєри використовують плоскі
або патронні нагрівачі. Двошнекові екструдери використовуються як у випадках,
коли потрібен одношнековий екструдер, так і у спеціальних випадках, коли
одношнековий екструдер не впорається з завданнями. У вітчизняних умовах
двошнекові екструдери переважно використовуються для екструзії ПВХ у
будівельні вироби. Технологія екструзії ПВХ часто передбачає використання
порошкоподібної сировини, яку неможливо обробити на стандартній
одношнековій лінії. Зазвичай двошнекові екструдери обов'язково оснащуються
пристроєм дегазації. Двошнекові екструдери поділяються на два основних типи:
1. Екструдери зі шнеками, які знаходяться в зачепленні, можуть мати
односпрямоване або протилежно спрямоване обертання шнеків.
2. Екструдери зі шнеками, які не перебувають в зачепленні, також можуть
мати односпрямоване або протилежно спрямоване обертання шнеків.
Багатошнекові екструдери рідко використовуються. До цієї категорії
входять чотиришнекові екструдери і планетарні екструдери. Планетарний
екструдер має черв'ячну систему, що складається з одного центрального черв'яка
та 6 додаткових шнеків, розташованих навколо основного на однаковій радіальній
відстані. Ця конструкція дозволяє обробляти матеріали, які швидко псуються при
високих температурах (часто - ПВХ-композиції) без необхідності використання
високих температур, але з ефективним змішуванням та видаленням газів з
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
22
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

розплаву.
Дискові екструдери є рідкісним типом сучасних екструзійних машин.
Робота дискового екструдера базується на переміщенні полімерного матеріалу та
створенні тиску за рахунок адгезії полімеру до рухомих частин екструдера. Вони
можуть бути однодисковими або багатодисковими. Багатодисковий екструдер є
найсучаснішим варіантом і може створювати значно вищий тиск на виході, ніж
стандартний одношнековий екструдер. Однак, вартість багатодискового
екструдера зазвичай вища через його складну конструкцію [5].

Сфера застосування екстудерів
Екструдери знаходять широке застосування в різних галузях промисловості.
Вони використовуються для виробництва парникових (тепличних) плівок,
поліпропілену, ПЕ стретч-плівки, поліпропіленової плівки і ПВХ стретч-плівки.
Крім того, екструдери використовуються для виготовлення різноманітної
упаковки, такої як пакети "фасування", "майка", сміттєві мішки, пакети з
переробній і петлевою ручкою тощо. В харчовій промисловості екструдери
застосовуються для виробництва сухих сніданків і снеків. Також вони широко
використовуються в агропромисловому комплексі.
У виробництві екструдерів задіяні зарубіжні виробники, такі як American
Maplan Corporation, Battenfeld GmbH, BAUSANO & FIGLI SPA, Berstorff GmbH,
COSTRUZIONE MECCANICHE LUIGI BANDERA SpA, ENTEK Manufacturing,
Inc., ENTEX Rust & Mitschke GmbH, ERMAFA Kunststofftechnik Chemnitz GmbH,
Gamma Meccanica SpA, KUHNE GmbH та інші.
Україна також має компанії, що займаються виробництвом екструдерів для
різних галузей економіки. Наприклад, машинобудівне підприємство
"ЧеркасиЕлеваторМаш" займається серійним виробництвом та реалізацією
модернізованих екструдерів для переробки ріпаку, виробництва паливних
брикетів з лушпиння соняшнику, тирси та іншої рослинної біомаси, а також для
виробництва повнораціонних комбікормів. ТОВ "Тронка-Агротех"
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
23
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

спеціалізується на виготовленні екструдерів для харчової промисловості, ВАТ
"Хімтекстильмаш" - екструдерів для плавлення гранул полімерів, а ТОВ "НВП
Екструдер" виробляє екструдери для переробки пластмаси.

Гранулятори
Полімери гранулюють або ущільнюючи порошкоподібні матеріали з малою
насипною масою в щільні правильні освіти (гранули, таблетки та ін.), Або
подрібнюючи великі блоки або всілякі відходи, браковані вироби з полімерів і ін.
Найбільш поширені методи грануляції термопластичних полімерів з розплаву. В
цьому випадку гранулятори використовують також для поєднання полімеру з
пластифікаторами, видалення вологи і летких речовин, а також для введення в
полімерний матеріал різних інгредієнтів (наприклад, антиокислювачів,
барвників). Розплав термопластичного полімеру продавлюють через головку
екструдера гранулятора у вигляді джгута або стрічки, які розрізають на гранули
відразу ж після виходу з головки або після охолодження на повітрі або в воді.
Термореактивні полімери гранулюють подрібненням холодного матеріалу в
розмельному агрегаті (наприклад, в рифлених вальцях), а також шляхом
механічного ущільнення порошкоподібних матеріалів у спекотних і нормальній
температурі.

Рисунок 6 - Гранулятор
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
24
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
25
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

1.4 Машина одно порційна для лиття
Технологічне обладнання під моделі ENIVIV Machinegu Industrial Co., Ltd.
призначене для виготовлення виробів з термопластичних матеріалів методом
лиття під тиском. Ця машина розроблена для експлуатації в помірному і
холодному кліматі та відповідає 4-й категорії розміщення.

Рисунок 6 - Литтєва машина

На литтєвій машині можна виготовляти один або кілька виробів за один
цикл. Вона має номінальний об'єм впорску 125 см³ на цикл при тиску лиття до
1320 кгс (з температурою пластикації до 350°C). Для лиття використовуються
матеріали, такі як поліпропілен, полістирол, поліетилен і їх сополімери у вигляді
гранул, розміром найбільшої сторони або діаметром не більше 4,5 мм.
Гранульований матеріал засипається у бункер, звідки він потрапляє на шнек
циліндра пластикації. Під впливом нагрівання та тертя шнека матеріал
розплавляється і переходить у вигляді гомогенної в'язкої маси. Під тиском
розплаву шнек переміщується до форми, де впорскується під заданим тиском.
Виріб охолоджується та виштовхується з форми.
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
26
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Механізм впорску моделі ENIVIV Machinegu Industrial Co., Ltd. здійснює
обертання шнека циліндра пластикації і впорску підготовленого матеріалу в
пресформу. Він складається з гідроциліндра, поршня і шліцевого вала, який
з'єднаний муфтою з гідроциліндром і шнеком циліндра пластикації.
Механізм запирання використовується для закріплення пресформи,
утримання її під час циклу та видалення готового виробу. Цей механізм є
шарнірно-ричажним і приводиться в дію гідроциліндром.
Гідрообладнання машини.
Гідропривід термопластавтомата здійснює:
а) запирання форми з необхідним зусиллям;
б) підвод і відвод механізма впорску;
в) впорск матеріалу в пресформу;
г) набір матеріала черв'яком;
д) литтєве пресування;
є) розімкнення форми.
ЕNIVIV Масhinегу Іndustrіаl СО., LND машини для лиття пластмас під
тиском з мікрокомп'ютером. Зусилля стиснення термопластатоматів від 30 тонн
до 3500 тонн.
Основні комплектуючі в термопластавтоматах ЕNIVIV :
- Клапани: REXROTH (Німеччина), VICKTRS (Великобританія);
- Пропорційні клапани: NACHI (Японія), VICKTRS (Великобританія);
- Насоси:- NACHI (Японія), VICKTRS (Великобританія);
- Гідромотори: ITALMOT (Італія);
- Датчик позиціонування NOVETCHNIK (Німеччина);
-Комп'ютерна система управління GOODVIEW (Тайвань) або EMPС
(Тайвань), комплектуючі NOVETCHNIK (Німеччина);
- Електромотор ТЕСО (Тайвань);
- Шнек і матеріальний циліндр з німецької або японської сталі.

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
27
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Зусилля запирання 30 тонн
Зусилля виштовхування 2,6 - 4 тонн
Розміри плит 410 * 410 мм
Відстань меж колонами 270 * 270 мм
Хід виштовхувача 50 мм
Габарити машини довжина/висота/ширина 3,62* 1,6 * 2,1 м
Маса машини близько 3 тонн.
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
28
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

2 ВИБІР ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ

2.1 Опис Arduino Uno Rev3/R3 та Arduino Nano V3.0
Arduino Uno Rev3 (рис. 7) - це плата, заснована на мікроконтролері
ATmega328P. Платформа має 14 цифрових пінів входу / виходу, 6 з яких можуть
використовуватися як виходи ШІМ, 6 аналогових входів, кварцовий генератор 16
МГц, роз'єм USB, силовий роз'єм, роз'єм ICSP і кнопку перезавантаження. Для
роботи необхідно підключити платформу до комп'ютера за допомогою кабелю
USB, або подати живлення за допомогою адаптера AC / DC або батареї.

Рисунок 7 – Плата Arduino Uno Rev3/R3

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
29
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Arduino Uno Rev3 - це плата, заснована на мікроконтролері ATmega328P.
Платформа має 14 цифрових пінів входу / виходу, 6 з яких можуть
використовуватися як виходи ШІМ, 6 аналогових входів, кварцовий генератор 16
МГц, роз'єм USB, силовий роз'єм, роз'єм ICSP і кнопку перезавантаження. Для
роботи необхідно підключити платформу до комп'ютера за допомогою кабелю
USB, або подати живлення за допомогою адаптера AC / DC або батареї.
На відміну від всіх попередніх плат Ардуіно, Uno в якості перетворювача
інтерфейсів USB-UART використовує мікроконтролер ATmega16U2 (ATmega8U2
до версії R2) замість мікросхеми FTDI. На китайських варіантах використовується
перетворювач інтерфейсів USB-UART CH340G [22].
На платі Arduino Uno версії R2 для спрощення процесу оновлення
прошивки доданий резистор, що підтягує до землі лінію HWB мікроконтролера
8U2.
Зміни на платі версії R3 перераховані нижче:
• Розпінування 1.0: додані виходи SDA і SCL (біля виведення AREF), а також
два нових виходи, розташовані біля виходу RESET. Перший - IOREF -
дозволяє платам розширення підлаштовуватися під робочу напругу
Ардуіно. Даний вихід передбачений для сумісності плат розширення як з 5
В По-Ардуіно на базі мікроконтролерів AVR, так і з 3.3 В-платами Arduino
Due. Другий вихід ні до чого не приєднаний і зарезервований для майбутніх
цілей.
• Покращена стійкість ланцюга скидання.
• Мікроконтролер ATmega8U2 замінений на ATmega16U2.
Опис елементів плати зображено на рис.8.
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
30
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Рисунок 8 – Елементи плати Arduino Uno Rev3/R3

• USB Plug - роз'єм для підключення пристроїв USB;
• Analog Reference Pin - для визначення опірної напруги АЦП;
• Digital Ground - земля;
• Digital I / O Pins (2-13) - цифрові виходи;
• Serial OUT (TX) - пін передачі даних по UART;
• Serial IN (RX) - пін прийому даних по UART;
• Reset Button - кнопка перезавантаження мікроконтролера;
• In-Circuit Serial Programmer (ISCP) - через ці контакти можна
перепрограмувати плату;
• ATmega328P Microcontroller - власне сам чіп Ардуіно, він же
мікроконтролер, процесор, мозок і т.д .;
• Analog In Pins (0-5) - аналогові входи;
• Voltage In - вхід використовується для подачі живлення від зовнішнього
джерела;
• Ground Pins - земля;
• 5 Volt Power Pin - живлення 5 В;
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
31
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

• 3 Volt Power Pin - живлення 3.3 В;
• Reset Pin - вхід для перезавантаження;
• External Power Supply - роз'єм для підключення зовнішнього джерела
живлення.
Опис пінів
Піни Ардуіно використовуються для підключення зовнішніх пристроїв і
можуть працювати як в режимі входу, так і в режимі виходу. Кожен вихід має
навантажувальний резистор (за замовчуванням відключений) 20-50 кОм і може
пропускати до 40 мА.
Деякі виходи мають особливі функції:
• Піни 0 і 1 - контакти UART (RХ і TX відповідно).
• Піни c 10 по 13 - контакти SPI (SS, MOSI, MISO і SCK відповідно)
• Піни A4 і A5 - контакти I2C (SDA і SCL відповідно).
Піни з номерами від 0 до 13 є цифровими. Це означає, що ви можете
зчитувати і подавати на них тільки два види сигналів: HIGH і LOW. За допомогою
ШІМ також можна використовувати цифрові порти для управління потужністю
підключених пристроїв [20].

Таблиця 1 – Цифрові піни
Пін Адресація Спеціальне призначення ШІМ

0 0 RX

1 1 TX

2 2 Вхід для переривань
3 3 Вхід для переривань ШІМ

4 4

5 5 ШІМ

6 6 ШІМ

7 7

8 8
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
32
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Продовження таблиці 1

9 9 ШІМ
10 10 SPI(SS) ШІМ
11 11 SPI(MOSI) ШІМ

12 12 SPI(MISO)

13 13 SPI(SCK) До виходу також приєднаний
вбудований світлодіод (є в більшості плат
Arduino)

Аналогові Піни Arduino Uno Rev3 призначені для підключення аналогових
пристроїв і є входами для вбудованого аналого-цифрового перетворювача (АЦП),
який в Ардуіно уно десяти розрядний.

Таблиця 2 – Аналогові піни
П Адр Спеціальне
ін есація призначення

A A0
0 або 14

A A1
1 або 15

A A2
2 або 16

A A3
3 або 17
A A4 I2C (SCA)
4 або 18
A A5 I2C (SCL)
5 або 19

Додаткові піни на платі та живлення
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
33
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

AREF - видає опірну напруги для вбудованого АЦП. Може управлятися
функцією analogReference ().
RESET - Низький рівень сигналу на виводі перезавантажує мікроконтролер.
Зазвичай застосовується для підключення кнопки перезавантаження на платі
розширення, що закриває доступ до кнопки на самій платі Arduino.
Плати Arduino Uno R3 може отримувати живлення через підключення USB
або від зовнішнього джерела живлення. Джерело живлення вибирається
автоматично.
Живити плату можна наступними способами:
• від зовнішнього адаптера - рекомендований напруга від 7 до 12 В. При
використанні напруги вище 12 В регулятор напруги може перегрітися і
пошкодити плату. При напрузі живлення нижче 7 В, висновок 5V може
видавати менше 5 В, що призведе до нестабільної роботи плати;
• від USB-порту комп'ютера;
• подача 5 В безпосередньо на пін 5V. В цьому випадку обходиться стороною
вхідний стабілізатор і навіть найменше перевищення напруги може
привести до проблем із виробом [20].
Виходи живлення:
• 5V - на цей пін Ардуіно подає 5 В, його можна використовувати для
живлення зовнішніх пристроїв;
• 3.3V - на цей пін від внутрішнього стабілізатора подається напруга 3.3 В;
• GND - висновок землі;
• VIN - пін для подачі зовнішнього напруги;
• IREF - пін для інформування зовнішніх пристроїв про робочій напрузі
плати.
Опис Arduino Nano V3.0

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
34
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Рисунок 9 – Плата Arduino Nano V3.0

Платформа Arduino Nano (укр. Ардуіно Нано) - відкрита і компактна
платформа з сімейства Arduino, побудована на мікроконтролері ATmega328, має
невеликі розміри та може бути використана в компактних пристроях.
Arduino Nano - це зменшений аналог Arduino Uno, відрізняється
формфактором плати, яка в 2-2.5 рази менше (19 x 43 мм), ніж Arduino Uno (53 х
69 мм), у відсутності силового роз'єму постійного струму і роботі через кабель
Mini-B USB. Платформа Nano має контакти у вигляді пінів, тому її легко
встановлювати на макетну плату.
На платі використовується чіп FTDI FT232RL для USB-Serial перетворення і
застосовується mini-USB кабель для зв'язку з Ардуіно замість стандартного.
Зв'язок з різними пристроями забезпечують UART, I2C і SPI інтерфейси [20].
Опис елементів плати зображено на рис.10.

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
35
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Рисунок 10 – Елементи плати Arduino Nano V3.0

• USB Jack - роз'єм USB Mini-B для підключення пристроїв USB;
• Analog Reference Pin - для визначення опорного напруги АЦП;
• Ground - земля;
• Digital Pins (2-13) - цифрові виходи;
• TXD - пін передачі даних по UART;
• RXD - пін прийому даних по UART;
• Reset Button - кнопка перезавантаження мікроконтролера;
• ISCP (In-Circuit Serial Programmer) - контакти для перепрограмування плати;
• Microcontroller ATmega328P - мікроконтролер - головний елемент на платі;
• Analog Input Pins (A0-A7) - аналогові входи;
• Vin - вхід використовується для подачі живлення від зовнішнього джерела;
• Ground Pins - земля;
• 5 Volt Power Pin - живлення 5 В;
• 3 Volt Power Pin - живлення 3.3 В;
• RST - вхід для перезавантаження;
• SMD Crystal - кварцовий резонатор (жарг. «Кварц») - прилад, в якому
п'єзоелектричний ефект і явище механічного резонансу використовуються
для побудови високодобротного резонансного елементу електронної схеми;
• TX LED (White) - світлодіод - індикатор відправлення даних по UART;
• RX LED (Red) - світлодіод - індикатор прийому даних по UART;
• Power LED (Blue) - світлодіод - індикатор живлення;
• Pin 13 LED (Wellow) - підключений світлодіод до 13-му піну [20].
Опис пінів та живлення
Кожен з 14 цифрових виходів Nano, використовуючи функції pinMode (),
digitalWrite (), і digitalRead (), можна налаштовувати як вхід або вихід. Виходи
працюють при напрузі 5 В. Кожен вихід має навантажувальний резистор 20-50
кОм і може пропускати до 40 мА. Деякі виходи мають особливі функції:
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
36
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

• Послідовна шина: 0 (RX) і 1 (TX). Виходи використовуються для отримання
(RX) і передачі (TX) даних TTL. Дані виходи підключені до відповідних
виходів мікросхеми послідовної шини FTDI USB-to-TTL.
• Зовнішнє переривання: 2 і 3. Дані виходи можуть бути налаштовані на
виклик переривання або на молодшому значенні, або на передньому чи
задньому фронті, або при зміні значення. Детальна інформація знаходиться
в описі функції attachInterrupt ().
• ШІМ: 3, 5, 6, 9, 10, і 11. Будь-який з виходів забезпечує ШІМ з роздільною
здатністю 8 біт за допомогою функції analogWrite ().
• SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). За допомогою даних виходів
здійснюється зв'язок SPI, яка, хоча і підтримується апаратною частиною, не
включена в мову Arduino.
• LED: 13. Вбудований світлодіод, підключений до цифрового виходу 13.
Якщо значення на виході має високий потенціал, то світлодіод горить.
На платформі Nano встановлені 8 аналогових входів, кожен дозволом 10 біт
(тобто може приймати 1024 різних значення). Стандартно висновки мають
діапазон вимірювання до 5 В, щодо землі, проте є можливість змінити верхню
межу за допомогою функції analogReference (). Деякі виходи мають додаткові
функції:
I2C: A4 (SDA) і A5 (SCL). За допомогою висновків здійснюється зв'язок I2C
(TWI). Для створення використовується бібліотека Wire.
Додаткова пара виходів платформи:
AREF. Опорна напруга для аналогових входів. Використовується з
функцією analogReference ().
Reset. Низький рівень сигналу на виводі перезавантажує мікроконтролер.
Зазвичай застосовується для підключення кнопки перезавантаження на платі
розширення, що закриває доступ до кнопки на самій платі Arduino.
Arduino Nano може отримувати живлення через підключення Mini-B USB,
або від нерегульованого 6-20 В (вихід 30), або регульованого 5 В (вихід 27),
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
37
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

зовнішнього джерела живлення. Автоматично вибирається джерело з найвищою
напругою.
Мікросхема FTDI FT232RL (або CH340G) отримує живлення, тільки якщо
сама платформа запитана від USB. Таким чином при роботі від зовнішнього
джерела (НЕ USB), буде відсутня напруга 3.3 В, що генерується мікросхемою
FTDI FT232RL (або CH340G), при цьому світлодіоди RX і TX блимають тільки
при наявності сигналу високого рівня на виходах 0 і 1 [20].
В результаті було вирішено що для цього проекту краще підходить плата
Arduino Nano V3.0, так як на ній встановлений мікроконтролер ATmega328 і він
має майже всі функції, що і Arduino Uno Rev3/R3, до того ж розміри Arduino Nano
V3.0 менші що дає переваги в мобільності.
Для побудови пристрою доцільно взяти плату Arduino Nano, це дозволить
зменшити габаритні розміри.

2.2 Вибір клавіатури

Для введення інформації з організованої клавіатури для Arduino створено
ряд пристроїв, для побудови дазатора потрібно використовувати клавіатуру з 16
кнопками.
Існує кілька варіантів таких клавіатур.
Сенсорна 16-ти кнопкова клавіатура TTP229
Модуль сенсорної 16-кнопкової клавіатури на TTP229 призначений для
побудови систем введення даних і призначений для заміни традиційних
кнопкових і мембранних клавіатур. Наднизьке споживання струму дозволяє
рекомендувати клавіатуру для портативних пристроїв з автономним живленням.

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
38
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Рисунок 11 - Сенсорна 16-ти кнопкова клавіатура TTP229
Характеристики:
• Побудований на мікросхемі TTP229 - 16-канальному датчику сенсорного
введення
• Вбудований індикатор живлення
• Робоча напруга: від 2.4В до 5.5В
• Програмований режим виведення, режиму сканування клавіатури, часу
натискання і утримання натискання кнопки, переходу в режим економії
енергії.
• Розміри плати: 49.3 мм x64.5 мм
Недоліками таких клавіатур є складна реалізація, необхідність використання
додаткових бібліотек.

16-ти кнопкова мембранна клавіатура
16-кнопочна мембранна клавіатура 4х4. 10 цифр, 4 букви, * і #.
Зручна недорога клавіатура для введення буквено-циферних даних. Чудово
підходить для підключення до Arduino-подібних плат, мала вага, зручний форм-
фактор.
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
39
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Рисунок 12 - 16-кнопочна мембранна клавіатура 4х4

Характеристики:
• Розмір клавіатури: 77 x 70 x 0.8мм
• Довжина шлейфу: 86мм
• Маса: 10гр
• Роз'єм: 8 пінів (мама), крок 2.54mm
• Максимальна напруга: 35В, 100мА
• Опір ізоляції: 100МОм, 100В
• Діелектрична стійкість: 250VRms (50-60Гц, 1хв)
• Брязкіт контактів: <= 5мсек
• Час життя: 1 мільйон натискань
• Робоча температура: від 0 до +70 градусів Цельсія
• Допустима вологість: 90% -95%
Перевагою даної клавіатури є максимально проста конструкція і висока
надійність. Дана клавіатура використана для реалізації моделі.

2.3 LCD 1602 символьний дисплей 16x2

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
40
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

LCD QC1602A дисплей для підключення до Arduino. Має два рядки по 16
символів в кожній. Працює зі стандартною бібліотекою LiquidCrystal з поставки
Arduino IDE.

Рисунок 13 - LCD 1602 символьний дісплей 16x2 з припаяним i2c модулем
Характеристики:
• Розміри 80 x 36 мм
• Робоча температура 0 ~ 50 ° C
• Підсвітка блакитна
• Колір символів білий
• Розмір символу 4.35 x 2.95мм
• Формат 16 x 2
• Розміри точки 0.5 x 0.5мм
• Інтерфейс HD44780
• Видима область 64.5 x 13.8мм
• Живлення 5В
Для роботи через інтерфейс i2c комплектується спеціальним модулем.

2.4 Температурний датчик водонепроникний DS18B20
Датчик температури DS18B20 (рис. 14) в захисному водонепроникному
корпусі з пиловологозахистом IP67. Діапазон температур, вимірюваних датчиком
знаходиться в межі -55С ... + 125С. Але якщо захисна оболонка датчика зроблена
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
41
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

з ПВХ, то рекомендується верхній діапазон виміру обмежити ста градусами. Сам
вимірювальний елемент DS18B20 розміщений в герметичному
пиловологозахищеному корпусі, що забезпечує максимальний ступінь захисту
датчика і дозволяє проводити вимірювання температури в будь-яких умовах
вологості, запиленості, а також при повному зануренні датчика в рідину.

Рисунок 14 – Датчик температури DS18B20

Характеристики:
• Червоний дріт - VCC (живлення)
• Зелений (Синій, Жовтий) провід - DATA (дані)
• Жовтий (Чорний, Чорний) провід - GND (земля)
• Робоча напруга дані/живлення від 3В до 5.5В
• Точність ± 0.5 ° C в діапазоні -10 ° C до + 85 ° C
• Робочий діапазон температур від -55 до 125 ° C
• Вибір 9 чи 12 бітної розрядності
• Інтерфейс 1-Wire
• Унікальний 64 бітний ID в кожному чіпі
• Паралельне включення сенсорів
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
42
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

• Зонд з нержавіючої сталі діаметром 6 мм і довжиною 50 мм
• Кабель діаметром 4 мм і довжиною 100 см.
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
43
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

2.5 1-канальний модуль реле 5В без оптоізоляції

1-канальний модуль реле 5В без оптоізоляції (рис. 15) - це електронний
модуль, який містить реле та електронні компоненти для його керування. Модуль
призначений для використання в різних електронних пристроях, які потребують
керування різними навантаженнями за допомогою сигналів з мікроконтролерів
або інших електронних пристроїв.

Рисунок 15 – 1-канальний модуль реле 5В без оптоізоляції

Модуль має один канал реле, що дозволяє керувати одним навантаженням.
Цей модуль працює з напругою живлення 5В, тому його можна легко інтегрувати
з різноманітними мікроконтролерами, такими як Arduino, Raspberry Pi та інші.
Модуль має два входи: вхід керування (IN) та вхід живлення (VCC), а також
два виходи: вихід реле (COM) та вихід нормально відкритого контакту (NO).
Керування реле здійснюється за допомогою сигналу з мікроконтролера, що
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
44
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

подається на вхід керування. При активації реле, контакт COM переводиться в
положення NO, і навантаження підключається до джерела живлення.
Цей модуль реле без оптоізоляції не має додаткових заходів безпеки для
захисту електронних пристроїв від можливих впливів, таких як перенапруга або
перевантаження, тому може бути потрібна додаткова оптоізоляція для
забезпечення надійного функціонування електронних пристроїв.
Параметри що стосуються виводів NC, NO та COM не мають перевищувати
значень, вказаних на корпусі реле.

Таблиця 3 - Основні характеристики 1-канального модуля реле 5В без
оптоізоляції
Вхідна напруга 5 В
Вихідний сигнал До 250 В AC 10 А, 30 В DC 10 A
Розміри 43х17х19 мм

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
45
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

3 ОПИС РОБОТИ ТА ЕМУЛЯЦІЇ ПРИСТРОЮ
3.1 Опис процесу керування пристроєм
Керування пристроєм виконується за наступними вказівками:
С - калібрування, натиснення 2 секунди для входу, для пуску/зупинки #
A - введення маси, натиснення 2 секунди для входу, доступно, коли не
виконується калібрування або обрахунок.
Введення маси відбувається автоматично, після запиту потрібно ввести 4
цифри, які автоматично будуть перетворені в формат ХХХ.Х (максимум 3 цілих
розряди і 1 десятковий) старші розряди які не порібні заповнюються нулями,
наприклад, для введення значення 23.5 порібно ввести 0235, якщо дробова
частина не порібна вводиться нуль (для введення значення 7 - ввести 0070).
Введення маси потрібне для того, щоб користувач пам'ятав, яку масу пластику
потрібно покласти на нагрівач.
# - зупинка циклу (при роботі і калібруванні).
* - запуск роботи, можливий лише при наявності значення калібрування.
Калібрування виконується для обчислення часу необхідного для переробки
заданої кількості пластику, тому користувач повинен відслідковувати вагу
пластику, що потрапляє на нагрівач, оскільки завелика вага може не сплавитися
до кінця за обчислений час. Режим калібрування передбачає контроль
користувача, оскільки датчик, що може перевірити готовність, відсутній, а
відмітка часу по готовності встановюється після натиснення користувачем кнопки
зупинки Також потрібно враховувати ступінь подрібнення, оскільки розплавлення
пластику з різним ступенем подрібнення, але однаковою масою може займати
різний час.

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
46
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

3.2 Опис роботи модулів програмного забезпечення пристрою
Перед початком роботи пограми відбувається підключення бібліотека для
роботи з екраном через I2C
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

Після цього виконується задавання імен константам
#define I2C_ADDR 0x27 - адреса пристрою I2C
#define LCD_COLUMNS 16 - кількість стовбців на екрані
#define LCD_LINES 2 - кількість рядків на екрані

Створення об'єкту екрану з вказанням адреси, стовбців і рядків
LiquidCrystal_I2C lcd_1(I2C_ADDR, LCD_COLUMNS, LCD_LINES);

Задавання змінних підрахунку часу, блокування повторного вводу,
збереження маси при калібуванні, збереження маси перекачування за крок,
швидкості.

const float BETA = 3950;
unsigned long t=0;
bool f=0;
float mass=0;
float time=0;
bool complete_calibrate=0;

Для роботи з клавіатурою задаються масиви пінів рядків і стовбців.

int rows[]={11,10,9,8};
int cols[]={7,6,5,4};

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
47
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Задається масив відповідностей кодів натиснутих кнопок

char simbols[][2]=
{
{1,0x1},
{2,0x2},
{3,0x3},
{4,0xa},
{5,0x4},
{6,0x5},
{7,0x6},
{8,0xb},
{9,0x7},
{10,0x8},
{11,0x9},
{12,0xc},
{13,0xe},
{14,0x0},
{15,0xf},
{16,0xd}
};

Стандартна функція для встановлення початкових значень та ініціалізацій.
Виконується призначення пінів для роботи з клавіатурою 4х4, ініціалізація
дисплею, зчитування з постійної пам'яті збереженої інформації, призначення пінів
для роботи з кроковим двигуном, ініціалізація кнопок Старт/Стоп, виведення
початкового екрану.

void setup()
{
pinMode(4, INPUT);
pinMode(5, INPUT);
pinMode(6, INPUT);
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
48
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

pinMode(7, INPUT);
pinMode(8, OUTPUT);
pinMode(9, OUTPUT);
pinMode(10, OUTPUT);
pinMode(11, OUTPUT);
lcd_1.init();
first_screen();
}

Основний цикл роботи програми

void loop()
{

При натисненні С викликається функція калібрування

if (readkey()==12)
{
calibrate ();
}

При натисненні А викликається функція для введення маси

if (readkey()==4)
{
enter_mass();
}

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
49
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

При натисненні кнопки *, вмикається нагрівання до заданої температури на
час обчислений при калібруванні.

if (readkey()==13)
{
bool stop=0;
lcd_1.setCursor(0, 0);
lcd_1.print("Process..");
t=millis();
while ((millis()-t)<time)
{
if (temp_corect())
{
digitalWrite(3, HIGH);
}
else
{
digitalWrite(3, LOW);
}

При натисненні # відбувається зупинка циклу і відображення головного
екрану

if (digitalRead(13)==0)
{
stop=1;
break;
}
}
if (stop==1) first_screen();

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
50
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Якщо примусової зупинки не відбулося вивід повідомлення про завершення

else
{
lcd_1.setCursor(0, 0);
lcd_1.print("Complete ");
delay(2000);
first_screen();
}
}
}

Функція, що повертає значення натиснутої кнопки, приймає значення
обчисленого коду ключа та повернення значення, що прив'язане до ключа.

int FindKey(unsigned int keyCode){
for(int i=0;i<16;i++){
if(simbols[i][0]==keyCode){
return simbols[i][1];
}
}
return 'n';
}

Функція калібрування відраховує час необхідний для розплавлення заданої
кількості пластику

void calibrate ()
{
bool perm=0;
while (readkey_no_wait()==16)
{
if ((millis()-t)>2000)
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
51
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

{
perm=1;
break;
}
}
lcd_1.setCursor(0, 0);
lcd_1.print("Enter mass ");
lcd_1.setCursor(0, 1);
lcd_1.print(" press #");
mass=enter_num();
lcd_1.setCursor(0, 0);
lcd_1.print("pres * to edit");
while(1)
{
bool s=0;
switch (readkey_no_wait())
{
case 13:
delay(500);
lcd_1.setCursor(0, 1);
lcd_1.print(" press #");
mass=enter_num();
break;
case 15:
s=1;
break;
}
lcd_1.setCursor(0, 1);
lcd_1.print(mass, 1);
if (s==1)
{
first_screen();
break;
}
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
52
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

}
if (perm==1)
{
lcd_1.setCursor(0, 0);
lcd_1.print("Calibration ");
lcd_1.setCursor(0, 1);
lcd_1.print("to start press #");
int i;
t=millis();
while(1)
{
if (readkey_no_wait()!=15) continue;
if (readkey()==15)
{
if(temp_corect())
{
digitalWrite(3, HIGH);
}
else
{
digitalWrite(3, LOW);
}
lcd_1.setCursor(0, 1);
lcd_1.print("to stop press # ");
}
if (readkey()==15 )
{
break;
}
}
}

lcd_1.setCursor(0, 0);
lcd_1.print(" ");
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
53
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

lcd_1.setCursor(0, 1);
lcd_1.print("Complete ");
delay(2000);
time= millis()-t;
first_screen();
return;
}

Функція зчитування номеру натиснутої кнопки виконує виявлення
пересічення стовпця і рядка де натиснута кнопка, при цьому функція не допускає
повторного ввдення однакових символів раніше ніж через 0.2 секунди.

int readkey()
{
int c;
for(int i=0;i<4;i++){
digitalWrite(rows[i], HIGH);
for(int j=0;j<4;j++){
if((digitalRead(cols[j])==HIGH) && f==0){
c=(4*i+j)+1;
t=millis();
f=1;
break;
}
}
digitalWrite(rows[i], LOW);
}
if (((millis()-t) < 200) && f==1)
{
delay(10);
}
else f=0;
return c;
}
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
54
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Функція зчитування номеру натиснутої кнопки виконує виявлення
пересічення стовпця і рядка де натиснута кнопка, контроль одноразового
натиснення кнопки відсутній, застосовується коли необхідно обрахувати
тривалість натиснення на кнопку.

int readkey_no_wait()
{
int c;
for(int i=0;i<4;i++){
digitalWrite(rows[i], HIGH);
for(int j=0;j<4;j++){
if((digitalRead(cols[j])==HIGH)){
c=(4*i+j)+1;
break;
}
}
digitalWrite(rows[i], LOW);
}
return c;
}

Функція введення цифрової інформації з претворенням введених цифр в
число формату ХХХ.Х для можливості виконання над ним арифметичних
операцій.

float enter_num()
{
float m=0;
int a [4]={0,0,0,0};
int l=0;
while (1)
{
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
55
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

for(int i=0;i<4;i++){
digitalWrite(rows[i], HIGH);
for(int j=0;j<4;j++){
if((digitalRead(cols[j])==HIGH) && f==0){
if(FindKey(4*i+j+1)<0xa)
{
a[l]=FindKey(4*i+j+1);
lcd_1.setCursor(l, 1);
lcd_1.print(String(a[l]));
l++;
}
if (l>3)
{
break;
}
t=millis();
f=1;
break;
}
}
digitalWrite(rows[i], LOW);
}
if (((millis()-t) < 200) && f==1)
{
delay(10);
}
else f=0;
if (l>3)
{
break;
}
}
m=(a[0]*100)+(a[1]*10)+(a[2])+(a[3]*0.1);
return m; }
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
56
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Функція для введення маси
void enter_mass()
{
t=millis();
bool perm=0;
while (readkey_no_wait()==4)
{
if ((millis()-t)>2000)
{
perm=1;
break;
}
}
if (perm==1)
{
lcd_1.setCursor(0, 0);
lcd_1.print("Enter mass ");
lcd_1.setCursor(0, 1);
lcd_1.print("000.0 ");
delay(1000);
float tmass=enter_num();
lcd_1.setCursor(0, 0);
lcd_1.print("Complete! ");
lcd_1.setCursor(0, 1);
lcd_1.print(tmass, 1);
delay(2000);
if (tmass!=mass)
{
mass=tmass;
}
}
first_screen();
return; }
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
57
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Функція виведення початкового екрану викодить запрошення ввести масу
або виводить інформацію отриману після калібрування.

void first_screen()
{
if (mass==0)
{
lcd_1.setCursor(0, 0);
lcd_1.print("To enter mass");
lcd_1.setCursor(0, 1);
lcd_1.print("press A 2 sec");
}
if (mass>0 && time>0)
{
lcd_1.setCursor(0, 0);
lcd_1.print("For "+ String(mass)+ " g");
lcd_1.setCursor(0, 1);
lcd_1.print("time " + String(time/1000) + " sec");
}
return;
}

Функція, що перевіряє коректність температури на датчику і повертає
значення true, якщо температура коректна, і значення false якщо температура
перевищила задане значення.

bool temp_corect()
{
int analogValue = analogRead(A0);
float celsius = 1 / (log(1 / (1023. / analogValue - 1)) / BETA + 1.0 / 298.15) - 273.15;
if (celsius < 150) return true;
else return false;
}
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
58
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

3.3 Емуляція роботи системи переробки пластикових відходів
Емуляція роботи системи переробки пластикових відходів виконана в
емуляторі Wokwi. Зібрану схему для емуляції зображено на рис. 16.
Під час емуляції роботи пристрою перевірено роботу функцій системи
переробки пластикових відходів.
Перевірка функції калібрування показала, що програма відраховує
необхідний час для розплавлення заданої кількості пластику, зберігає це значення
і може використовувати його для автоматизованого розплаву наступних порцій.
Перевірено функцію введення даних, підтверджено, що введені з клавіатури
числа коректно обробляються програмою і можуть використовуватись для
цільових обрахунків.
Перевірено роботи, підтверджено, що розплав виконується згідно заданого
часу.
Перевірено роботу системи виведення інформації, підтверджено коретність
даних, що виводяться. Перевірено і підтверджено зручність і зрозумілість
виведених даних.
Потрібно вказати на особливість процесу калібкування, він потребує участі
людини, яка візуально визначає готовність і натискає кнопку зупинки.

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
59
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Рисунок 16 - Схема для емуляції роботи системи переробки пластикових відходів

На основі емуляції підтверджено можливість реалізації системи переробки
пластикових відходів.

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
60
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

ВИСНОВКИ
В роботі проведено аналіз сучасного стану індустрії переробки пластикових
відходів Виявлено, що переробка пластикових відходів виконується
промисловими установками, які є дуже дорогими і громіздкими.
Обрано елементну базу , яка включає в себе плату Arduino Nano V3.0,
модуль з герконовим датчком, LCD QC1602A дисплей, мембранну клавіатуру 4х4,
датчик температури DS18B20, 1-канальний модуль реле 5В без оптоізоляції.
Запропоновано опис роботи та емуляції пристрою, що включає в себе опис
процесу керування, опис роботи модулів програмного забезпечення. Наведено
результати емуляції запропонованих рішень, що доводить можливість реалізації
системи переробки пластикових відходів.

Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
61
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Мікульонок І. О. Обладнання і процеси переробки термопластичних
матеріалів з використанням вторинної сировини: монографія. – К.: ІВЦ
„Видавництво «Політехніка»”, 2009. – 265 c.: іл. – Бібліогр.: с. 239– 262.
2. Барало О.В., Самойленко П.Г., Гранат С.Є., Ковальов В.О. Автоматизація
технологічних процесів і системи автоматичного керування. Навчальний
посібник. Київ. «Аграрна освіта». 2010. 557 с. [Електронний ресурс]. –
Режим доступу: https://www.kyrator.com.ua/index.php
3. Хоровіц, П.А. Мистецтво схемотехніки-1. К .: Світ, 1999.
4. Статті [Электронный ресурс]. – Режим доступу :
https://dalgakiran.ua/uk/category/statti/
5. Екструзія і екструдери [Электронный ресурс]. – Режим доступу :
https://intmax.com.ua/zastosuvannya/extruders-1.html
6. Курта С.А., Курганський В.С. Хімія і технологія ВМС, навчальний
посібник, рекомендовано МОН України, Івано-Франківськ:Видав. «Плай»
ЦІТ Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника,
2010. –291 с,. ISBN 966-640-164-9. ІІ доповнене видання. Свідоцтво про
реєстрацію авторського права на твір в Україні, № 25394 від 20.08.2008р.
7. Пахаренко В. А. Переработка полимерных композиционных материалов :
учеб. пособие [для вузов] / В. А. Пахаренко, Р. А. Яковлева, А. В.
Пахаренко. — К. : Воля, 2006. — 552 с.
8. Суберляк О. В. Технологія переробки полімерних та композиційних
матеріалів : підруч. [для студ. вищ. навч. закл.] / О. В. Суберляк, П. І.
Баштанник. — Львів : Растр-7, 2007. — 376 c.
9. Дядичев В. В. Переработка отходов полимерных материалов методом
соэкструзии : монография / В. В. Дядичев. — Луганск : Изд-во ВНУ им. В.
Даля, 2003. — 220 с
Лист
62 ЧДТУ 231951.001 ПЗ 62
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

10. Мікульонок І. О. Переробка вторинної сировини екструзією : монографія /
І. О. Мікульонок, Л. Б. Радченко. — К. : ІВЦ «Видавництво
„Політехніка”», 2006. — 184 c.
11. Grover R. Competition-Based Approach for Undergraduate Mechatronics
Education Using the Arduino Platform / International Conference of Teaching.
Assessment and Learning. – Bangkok : Chulalongkorn University, 2014. – P.
78–83.
12. Taha M. In-situ thermoset polyurethane coating of glass beads dispersed in
polystyrene by reactive extrusion / M. Taha, J. F. Gerard, A. Maazouz // J.
Mater. Sci. — 1999. — Vol. 34, N 17. — P. 4341—4346.
13. Benkreira H. Mixing of masterbatches and thermoplastics in extrusion/injection
moulding machines / H. Benkreira // Chem. Eng. Res. and Des. A. — 1994. —
Vol. 72, N 6. — P. 723—727.
14. Jacker M. Die neue Extrudergeneration fur die PVC-Verarbeitung / M. Jacker,
R. Mickley // MAN Forsch., Plan., Bauen. — 1996. — N 10. — P. 66—73.
15. Wang Ning He. Experiment and prediction of polymer devolatilization in screw
devolatilizer / Ning He Wang, N. Hashimoto // J. Chem. Eng. Jap. — 2000. —
Vol. 33, N 3. — P. 353—358
16. Tadmor Z. Machine invention, innovation, and elementary steps / Z. Tadmor //
Adv. Polym. Technol. — 2002. — Vol. 21, N 2. — P. 87—97.
17. Глинський Я. М., Анохін В.Є., Ряжська В.А. C++ і C++ Builder:
Навчальний посібник 5-те вид. – Львів: СПД Глинський, 2011. – 192 с.
18. Ракицька Г. В. Тенденції утилізації полімервмісних відходів / Г. В.
Ракицька, І. О. Мікульонок // Екологія. Людина. Суспільство : X міжнар.
наук.-практ. конф. студ., аспірантів та молодих вчених, (Київ, 16—20 трав.
2007 р.) : зб. тез доп. — К. : НТУУ «КПІ», 2007. — С. 151.
19. Сідоров Д. Е. Моделювання процесів змішування полімерів при розробці
змішувачів для екструзійного та литтєвого обладнання : автореф. дис. на
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
63
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

здобуття наук. ступеня канд. техн. наук : спец. 05.17.08 «Процеси та
обладнання хімічної технології» / Д. Е. Сідоров. — К., 2002. — 20 с.
20. Мікульонок І. О. Моделювання термообробки погонних композитних
матеріалів / І. О. Мікульонок, Л. Б. Радченко, Л. І. Ружинська // Наукові
вісті НТУУ «КПІ». — 2005. — № 2. — С. 66—71.
21. Довідкова інформація Arduino [Электронный ресурс]. – Режим доступу :
https://www.arduino.cc
Лист
ЧДТУ 231951.001 ПЗ
64
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets