Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống nhúng đề tài hệ thống rót rượu tự động sử dụng chip arduino

Cùng với sự thayđổi của nền sản xuất công nghiệp, ngành khoa học công nghệ về tự động hoá, hệ thốngnhúng cũng có những bước phát triển vượt bậc và trở thành ngành mũi nhọn của thế giới.K

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ



BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG

ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG RÓT RƯỢU TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG CHIP ARDUINO

Giáo viên hướng dẫn: Thầy Trần Hoàng Quân Tổ: Nhóm: L06

Sinh viên thực hiện:

2011506 Vũ Thị Ngọc Lan

2012435 Nguyễn Lương Thế Vĩ

Thành phố Hồ Chí Minh - 2022

MỤC LỤC

Thành phố Hồ Chí Minh, đã tạo điều kiện cho chúng em có nhiều thời

học Thiết kế Hệ thống nhúng Và đồng thời chúng em cũng xin chân

những Đồ án, Luận văn tốt nghiệp trong tương lai

Nhóm xin chân thành cảm ơn Thầy! Chúc Thầy sức khỏe và thành

đạt

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022

I GIỚI THIỆU ( INTRODUCE)

1.1 Tổng quan

Ngày nay, thế giới đang chứng kiến sự thay đổi to lớn của nền sản xuất công nghiệp doviệc áp dụng những thành tựu của cuộc cách mạng khoa học công nghệ Cùng với sự thayđổi của nền sản xuất công nghiệp, ngành khoa học công nghệ về tự động hoá, hệ thốngnhúng cũng có những bước phát triển vượt bậc và trở thành ngành mũi nhọn của thế giới.Khi mà tất cả mọi thứ đang dần trở nên tự động hóa thì việc ứng dụng vào nhu yếuphẩm để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng là điều tất yếu không thể thiếu Trên bàn ăn,cũng có thể xích mích, gây lộn chỉ vì ly rượu người này hơn hay ít hơn người kia, để phânchia mỗi lý như nhau, nhóm chúng em đề xuất “ Hệ thống rót rượu tự động sử dụng chiparduino ” để đáp ứng nhu cầu trên

1.2 Nhiệm vụ đề tài

Tính toán, thiết kế và chế tạo một loại máy rót rượu tự động đảm bảo các yêu cầu kỹthuật (an toàn, dễ sử dụng, ) hiệu quả kinh tế (năng suất, giá thành sản xuất, ), không độchại, không gây ô nhiễm môi trường và phù hợp với công nghệ sản xuất trong nước Thiết bị

sử dụng chế tạo nhỏ gọn dễ dàng lắp đặt và công suất thấp tiết kiệm điện vì dùng liên tục

1.3 Phân chia công việc trong nhóm

1 Vũ Thị Ngọc Lan Code, báo cáo

2 Đồng Hữu Thăng Code, sản phẩm

3 Nguyễn Lương Thế Vĩ Code, sản phẩm

Trong quá trình thực hiện đề tài, các thành viên cùng nhau thực hiện và hỗ trợ lẫn nhau, tất

cả đều hoàn thành công việc đúng thời hạn để chuẩn bị báo cáo

Thời gian thực hiện đề tài: 1,5 tháng ( từ 28/10/2022 đến 11/12/2022)

II TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VÀ LINH KIỆN (GENERAL THEORIES)

khác biệt chính giữa chúng là bảng UNO có dạng PDIP (Plastic Dual-In-line Package) với

30 chân còn Nano có sẵn trong TQFP (plastic quad flat pack) với 32 chân. Trong khi UNO

có 6 cổng ADC thì Nano có 8 cổng ADC. Bảng Nano không có giắc nguồn DC như các bomạch Arduino khác, mà thay vào đó có cổng mini – USB. Cổng này được sử dụng cho cảviệc lập trình và bộ giám sát nối tiếp. Tính năng hấp dẫn của Arduino Nano là nó sẽ chọncông xuất lớn nhất với hiệu điện thế của nó Có thể gắn thêm các module mở rộng để thựchiện thêm các chức năng như điều khiển motor, kết nối wifi hay các chức năng khác Sửdụng ngôn ngữ lập trình C, C++ hoặc Arudino, một ngôn ngữ bắt nguồn từ C, C++ trên phầnmềm riêng cho lập trình Arduino IDE

Thông số kỹ thuật:

 Vi điều khiển: Atmega328 bộ 8 bit

 Điện áp hoạt động: 5V DC ( chỉ được cấp qua cổng usb)

 Điện áp vào khuyên dùng: 7 – 12V DC

 Điện áp vào giới hạn: 6 – 20V DC

 Số chân digital I/O: 14 chân (6 chân PWM output) – Dòng tối đa mỗi chân : 30mA

 Số chân analog: 6 chân (độ phân giải 10bit)

 Dòng ra tối đa (5V – 3.3V): 500mA - 50mA

 Bộ nhớ Flash: 32KB (Atmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader

 SRAM (Static Random Access Memory) – 2KB (Atmega328): giá trị các biến khaibáo khi lập trình sẽ lưu ở đây Khi khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộnhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứphải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

 EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory) – 1KB(Atmega328): đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi có thể đọc và ghi dữ liệucủa mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trênSRAM

 Giao động của thạch anh: 16MHz

3 Pin và nguồn

Nguồn AC 110V/ 220V  DC12V sử dụng cấp nguồn cho sản phẩm như đèn LED trong ngàng quảng cáo, camera dùng nguồn 12V, thiết bị ngoại vi, điều khiển tự động

Thông số kỹ thuật:

 Điện áp đầu vào: (AC) 110V – 220V 50 – 60Hz

 Điện áp đầu ra: DC12V

 Dòng điện ra hiện tại: 5A

 Công suất 60W

 Kích thước: 110mm x 78mm x 35mm

4 Máy bơm chân không 12V

Ứng dụng máy bơm là hút nước, chất lỏng (hút áp lực nên có thể hút nước từ trên cao, kocần mồi nước, không cần luppe giử nước, ko cần để máy sát mực nước) Hút nước dạngchân không, hút vào bình không cần chạm vào máy bơm, đẩy nước dạng nén hơi, bơm hơivào bình, nước sẽ được đẩy tự động ra ngoài đường ống dẫn; Phun nước dạng hơi (giốngbình bơm hơi tưới cây) , phun sương Bơm hút nhớt xe, hút nhiên liệu, hoá chất… bơm dạng

chân không; Nén hơi, nén khí trong hệ thống piston xi lanh khí nén; Bơm trong máy đohuyết áp; Bơm hút không khí, bơm bong bóng; Hệ thống lọc không khí; Bơm oxi bể cá,bơm oxi trong vận chuyển cá tôm hải sản; Bơm chân không (hút oxi trong bình chứa thànhmôi trường chân không); Bơm chân không trong bảo quản thực phẩm; Tưới cây; Làm máttrong hệ thống tản nhiệt nước; Phun sương; Nén khí (bơm nổ cả bọc)…Và nhiều ứng dụngkhác tùy theo sự sáng tạo của người sử dụng.

 Ống nước vào ra 10mm – Tự hút nước cao 1 mét – Đẩy cao trên 2 mét

 Đầu ống bơm công nghệ mới chất lượng – Motor lõi đồng tuổi thọ cao

ứng cực nhanh và tuổi thọ cao hơn rất nhiều so với các công tắc giới hạn thông thường (limitswitch); Sensor tiệm cận có thể sử dụng được trong môi trường có điều kiện khắc nghiệt.Thông số kỹ thuật:

 Dòng điện đầu ra DC/ đầu ra điều khiển rơle: Nguồn điện 100mA/ 5V

 Mức điện tiêu thụ hiện tại DC < 25mA

 Thời gian phản hồi < 2ms

 Nhiệt độ môi trường làm việc: -25 ~ + 55 ℃ ℃

 Kích thước: 4.8x2.2cm/1.89x0.87" – Chiều dài dây dẫn: 16cm/6.3"

6 Mạch điều khiển động cơ L298 DC Motor

Mạch điều khiển động cơ L298 DC Motor Driver có khả năng điều khiển 2 động cơ

DC, dòng tối đa 2A mỗi động cơ, mạch tích hợp diod bảo vệ và IC nguồn 7805 giúp cấpnguồn 5VDC cho các module khác Ứng dụng để chế xe điều khiển, xe dò đường, các thiết

bị sử dụng Motor DC hoặc động cơ bước… sử dụng kết hợp với vi điều khiển ArduinoUno

Thông số kỹ thuật:

 Có 2 bộ cầu H

 Sử dụng IC công suất L298N (ST NEW)

 Điện áp tín hiệu 5V/ 0mA-36mA

 Điện áp hoạt động động cơ 5V-35V

 Dòng điều khiển động cơ 2A/1 mạch cầu H

 Nhiệt độ hoạt động -20 tới +135

 Công suất đầu ra 1 cầu H 25W

 Trọng lượng 30g

 Kích thước 43 x 43 x 27mm

7 Biến trở Volum – Chiết áp đơn 10K

Chiết áp đơn được sử dụng rất nhiều trong mạch điện tử cần thay đổi giá trị về thông sốnhư mạch tăng áp, hạ áp, tùy vào nhu cầu cũng như mục đích sử dụng mà chúng ta chọncho mình các linh kiện điện tử phù hợp nhất trong việc sửa chữa hay trong thiết kế mạch.Chiết áp đơn thực chất là một điện trở có núm xoay kết nối vào thanh quét tạo ra hai phần cógiá trị điện trở thay đổi theo vị trí thanh quét

Thông số kỹ thuật:

 Tổng trở kháng: 1KΩ - 1MΩ (tùy giá trị biến trở)

 Sai số: 10%

 Nhiệt độ hoạt động: - 55oC – 125oC

 Điện áp hoạt động tối đa: DC 50V/ AC 25V – Công suất: 0,5W

 Loại: Volume đơn,có 3 chân – Độ dài núm chỉnh: 15mm – Đường kính: 7mm

 Loại điều chỉnh: tuyến tính

 Tiếng ồn: dưới 100mV – Chống cách điện: Hơn 100MΩ

 Điện áp chịu được: 1 phút ở AC 250V

 Trọng lượng: 10g

III ĐẶC TẢ HỆ THỐNG ( SYSTEM REQUIREMENTS)

Hệ thống hoạt động thu thập và truyền phát bằng sử dụng chip arduino

3.3 Yêu cầu thiết kế (DESIGN ISSUES)

- Báo cáo, hiển thị số liệu chính xác

- Cảm biến sai, hệ thống trục trặc cũng không ảnh hưởng

+ Bơm nước ra ngoài

 Reactive: Continuous ; Periodic

3.4 Chi phí sản xuất (MANUFATURING COST)

STT Tên Linh Kiện Số lượng Đơn giá Thành tiền

3.5 Quá trình (PROJECT PLAN)

2 Schedule Week 1 Week 2 Week 3 Week 4 Week 5 Week 6 to

1 Design system

architecture

2 Design hardware part

2.1 Densign central control

IV THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG ( HARDWARE)

4.1 Nguyên lý hoạt động (PRINCIPLE OF OPERATION)

Sau khi mở nguồn, màn hình LCD hiển thị dòng chữ “MAY ROT NUOC” trong 3 giâysau đó chuyển sang hiển thị 3 thông số là tốc độ rót, thời gian rót và số lần rót Sau khi điềuchỉnh tốc độ và thời gian rót nếu đặt ly vào hệ thống sẽ rót theo cài đặt và tự động dừngbơm Sau khi dừng bơm, thông số số lần rót sẽ tăng 1 đơn vị và hệ thống sẽ tạm dừng 3 giây

để người dùng lấy ly ra Nếu sau đó người dùng bấm nút reset số lần rót sẽ về 0

4.2 Thành phần hệ thống (HARDWARE COMPONENT)

- MCU (Microprocessors/ Microcontrollers)

+ Arduino Nano: Atmega328 bọ 8 bit thu thập và xử lý tín hiệu từ cảm biến và truyền thôngtin về đầu thu (Gatewway)

+ L298: Tiếp nhận thông tin truyền về từ đầu thu (Node), xử lý và hiển thị ra ngoại vi

- Ngoại vi (Peripherals)

+ Input devices: 2 biến trở, 1 nút nhấn

+ Display devices: 16x2 LCD I2C

+ Sensors: Cảm biến khoáng cách vật cản NPN

4.4 Sơ đồ mạch thiết kế ( DESIGN DETAIL SCHEMATICS)

(mạch proteus)

V THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM (SOFTWARE)

5.1 Yêu cầu thuật toán (SOFTWARE REQUIREMENTS)

- Đọc chính xác các thông số, quá trình truyền tín hiệu và thu nhận yêu cầu không quá 10s

- Xuất lên LCD dưới dạng hiển thị các thông số trực tiếp, bộ đếm khi nhận được dữ liệu

- Khi có ly, hoạt động bình thường bơm với tốc độ và thời gian như đã chỉnh, màn hình LCDđếm cộng thêm một.

- Khi không có ly, ấn reset lại để trở về ban đầu và bắt đầu đếm từ 0

5.2 Lưu đồ giải thuật (FLOWCHART)

N

Y

NÚT RESET ĐƯỢC NHẤN

BƠM VỚI TỐC ĐỘ & TIME ĐÃ CHỈNH

CÓ LY ? ĐỌC GTRỊ CẢM BIẾN ĐỌC GTRỊ BIẾN TRỞ KHỞI ĐỘNG LCD START

N

Y

ĐẾM +1

5.3 Thuật toán (CODE)

int ca1 = analogRead(A1);

int ca2 = analogRead(A2);

int thoiGian = map(ca1, 0, 1023, 0, 61);

int tocDoHienThi = map(ca2, 0, 1023, 0, 11);

int tocDo = map(ca2, 0, 1023, 0, 255);

6.2 Kết quat hiện thị (DISPLAY)

VII KẾT LUẬN (CONCLUSIONS)

+ Sản phẩm ra đời nhằm góp phần giảm khả năng gây rối và mẫu thuẫn, sản phẩm hoạt động

dễ dàng, nhah chóng, ít tiêu tốn năng lượng và thuạn tiện cho người sử dụng

VIII TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Cộng đồng Arduino Việt Nam, Cách dùng module điều khiển L298N,

khien-dong-co-dc, truy cập ngày 28/11/2022

http://arduino.vn/bai-viet/893-cach-dung-module-dieu-khien-dong-co-l298n-cau-h-de-dieu-[2] Điện tử tương lai, Giới thiểu về Arduino Nano, arduino-nano.html , truy cập ngày 28/11/2022

https://dientutuonglai.com/gioi-thieu-[3] Tham khảo các Hệ thống bán linh kiện điện tử: Hshop, thegioiIC,…

IX VIDEO MÔ TẢ HỆ THỐNG (SIMULATION VIDEO)

https://drive.google.com/drive/folders/

1_ky_hAeTkLX3aAT2wXmC1wCUDksqmuLQ?fbclid=IwAR04IeBymSOqWz-S6KNHwGyJhiLOBCpEb9YXpbUz7yrVUaJzB8mG6OsX1NQ