(Tiểu luận) đề tài hệ thống rót rượu tự động sử dụng chip arduino

THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG L06 NHÓM 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 T[.]

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

Thành phố Hồ Chí Minh - 2022

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với thầy Trần Hoàng Quân, Giảng viên Bộ môn Điện tử trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, đã tạo điều kiện cho chúng em có nhiều thời gian cho môn học Thiết kế Hệ thống nhúng Và đồng thời chúng em cũng xin chân thành cảm ơn thầy

đã nhiệt tình hướng dẫn hướng dẫn giúp nhôm em hoàn thành tốt Bài tập lớn này

Trong quá trình học tập, cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo Bài tập lớn, do điều kiện khó khăn và thời gian gấp rút, khó tránh khỏi sai sót, rất mong Thầy

có thể thông cảm Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được

ý kiến đóng góp từ Thầy để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt 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 do việc áp dụng những thành tựu của cuộc cách mạng khoa học công nghệ Cùng với sự thay đổi của nền sản xuất công nghiệp, ngành khoa học công nghệ về tự động hoá, hệ thống nhúng 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 yếu phẩm 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 phân chia mỗi lý như nhau, nhóm chúng em đề xuất “ Hệ thống rót rượu tự động sử dụng chip arduino ” 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 kỹ thuật (an toàn, dễ sử dụng, ) hiệu quả kinh tế (năng suất, giá thành sản xuất, ), không độc hại, 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

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: 2 tháng ( từ đến)

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

1 LCD 2004 kèm module I2C

Hình LCD 4x20

LCD 4x20 ( Liquid Crystal Display) sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 4 dòng với mỗi dòng 20 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu, được sử

dụng trong rất nhiều các ứng dụng của Vi Điều Khiển, dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ.

Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động là 5V Kích thước: 98 x 60 x 13.5 mm

2 Arduino Nano

Hình Arduino Nano

Arduino Nano có chức năng tương tự như Arduino Duemilanove nhưng khác nhau về dạng mạch Nano được tích hợp vi điều khiển ATmega328P, giống như Arduino UNO Sự

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 bo mạch Arduino khác, mà thay vào đó có cổng mini-USB Cổng này được sử dụng cho cả việc lập trình và bộ giám sát nối tiếp Tính năng hấp dẫn của Arduino Nano là nó sẽ chọn công xuất lớn nhất với hiệu điện thế của nó Có thể gắn thêm các module mở rộng để thực hiện thêm các chức năng như điều khiển motor, kết nối wifi hay các chức năng khác Sử dụng ngôn ngữ lập trình C,C++ hoặc Arudino, một ngôn ngữ bắt nguồn từ C,C++ trên phần mềm riêng cho lập trình Arduino IDE

Thông số kỹ thuật:

 Vi điều khiển: Atmega328 bọ 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 khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Khi khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ phải 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 liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM

 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, ko cần mồi nước, không cần luppe giử nước, ko cần để máy sát mực nước) Hút nước dạng chân không, hút vào bình không cần chạm vào máy bơm, đẩy nước dạng nén hơi, bơm hơi vào bình, nước sẽ được đẩy tự động ra ngoài đường ống dẫn; Phun nước dạng hơi (giống

bình 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 đo huyết 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 thành môi trường chân không); Bơm chân không trong bảo quản thực phẩm; Tưới cây; Làm mát trong hệ thống tản nhiệt nước; Phun sương; Nén khí (bơm nổ cả bọc)…Và nhiều ứng dụng khác tùy theo sự sáng tạo của người sử dụng

Thông số kỹ thuật:

 Điện áp: 9 – 12V DC

 Công suất: 12W

 Áp lực: <0,1 Mpa

 Lưu lượng 2.0 L/phút

 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

 Motor 385 12V chất lượng

 Chất liệu: Đồng – Gang – Nhựa ABS

 Kích thước: 90 x 40 x 35 mm

 Trọng lượng 110gram

 Sử dụng nguồn điện ắc quy 12V 1,5Ah trở lên – Biến thể Adapter 12V 2A trở lên

5 Cảm biến tiệm cận

Các loại sensor tiệm cận có một số đặc điểm như sau: Có thể phát hiện được vật thể mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp và cũng không tác động lên vật Khoảng cách xa nhất có thể phát hiện được lên đến 30 mm; Vận hành ổn định, chống sốc và chống rung tốt; Đầu

sensor cảm biến có kích thước nhỏ nên có thể lắp được ở nhiều vị trí khác nhau; Tốc độ đáp ứng cực nhanh và tuổi thọ cao hơn rất nhiều so với các công tắc giới hạn thông thường (limit switch); 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 cấp nguồn 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 Arduino Uno

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 số như mạch tăng áp, hạ áp, tùy vào nhu cầu cũng như mục đích sử dụng mà chúng ta chọn cho 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 có giá 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)

3.1 Tên sản phẩm ( NAME)

HỆ THỐNG RÓT RƯỢU TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG CHIP ARDUINO

3.2 Mục đích ( PURPOSE)

Hệ thống rót rượu tự động thông qua các cảm biến để tạo ra mực nước, rượu tự động những lần rót bằng nhau, làm cho bàn ăn khi nhậu tiện lợi, vui vẻ, không phải tốn sức rót từng ly

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

3.3 Yêu cầu thiết kế (DESIGN ISSUES)

 Constrainrs:

- Chịu nhiệt độ trung bình, cao + thời tiết ngoài trời

- Năng lượng thấp (<20W)

- Độ chính xác (2%)

- Kích thước nhỏ gọn ( 15x20x10cm)

 Functional:

- Báo cáo, hiển thị số liệu chính xác

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

 Real – time:

- Soft real – time với time delay xấp xỉ 3s

 Concurrent:

- Multi – functions:

+ Đọc dữ liệu từ cảm biến

+ Bơm nước ra ngoài

 Reactive:

- Continuous

- Periodic

3.4 Chi phí sản xuất (MANUFATURING COST)

1 Arduino Nano 1 135.000 135.000

2 Cáp USB 2.0 sang Mini USB 1 25.000 25.000

3 L298N mạc cầu H – 2A Đỏ 1 32.000 32.000

4 LCD 1602 – nền xanh lá chữ đen 5V

kèm I2C Driver 1 62.000 62.000

5 E18 – D80NK Cảm biến khoáng

cách vật cản 3 – 80 cm NPN 1 48.000 48.000

6 Đế pin 3x18650 Hàn PCB 1 14.000 14.000

7 Dây ống nước 1 mét 8.000 8.000

8 Bơm 12V 1 50.000 50.000

9 Tấm formex 60x60 cm 1 25.000 25.000

10 Keo đốt 1 cây 3.000 3.000

11 Chiết áp 10K 2 6.000 12.000

12

E-TEN1121 Công tắc toggle

ON-ON gạt giữ 3 chân siết ốc 15A

250VAC

1 12.000 12.000

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 board

2.2 Design interface

2.3 Implement

hardware board

3 Develop

software part

3.1 Develop control

algorithm

3.2 Develop drive

user interface

3.3 Implement

software program

4 Intergrate and

test

4.1 Simulate

operation

4.2 Verify system

3.6 Kích thước vật lý ( PHYSICAL SIZE, WEIGHT)

- Node:

+ Size:

+ Weight:

- Gateway:

+ Size:

+ Weight:

IV THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG ( HARDWARE)

4.1 Nguyên lý hoạt động (PRINCIPLE OF OPERATION)

4.2 Thành phần hệ thống (HARDWARE COMPONENT)

- MCU (Microprocessors/ Microcontrollers)

+ Arduino UNO R3: Atmega328 bọ 8 bit thu thập và xử lý tín hiệu từ cảm biến và truyền thông tin 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:

+ Display devices:

+ Sensors:

+ Interfaces:

- Power supply

+

+

4.3 Sơ đồ khối phần cứng (HARDWARE BLOCK DIAGRAM)

4.4 Sơ đồ mạch thiết kế ( DESIGN DETAIL SCHEMATICS)

V THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM (SOFTWARE)