Những bình nước này khi rót nước người ta sẽ dùng giá đở như hình sau: Hoặc loại cao cấp hơn thì có bình sứ: Điều này làm bình nước cao hơn và gây nguy hiểm khi nhà có em nhỏ dễ gây đổ
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
-000 -Dự án kỹ thuật
HỆ THỐNG RÓT NƯỚC THÔNG MINH
Nhóm lĩnh vực : 10 - Hệ thống nhúng.
Năm học:
Trang 2MỤC LỤC
ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG RÓT NƯỚC THÔNG MINH
Chương I Cơ sở lý luận
Trang 3
1 Lịch sử nghiên cứu vấn đề Trang 3
2 Các khái niệm cơ bản
Trang 5
3 Nguyên lý hoạt động
Trang 6
Chương II : Thực trạng và giải pháp
Trang 7
Chương III Kết quả nghiên cứu Trang 7
Tài liệu tham khảo
Trang 15
Trang 3PHẦN MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài
Nguồn nước hiện nay gặp nhiều ô nhiễm Nhiều gia đình họ chọn nước uống bằng bình đóng 20 lít
Những bình nước này khi rót nước người ta sẽ dùng giá đở như hình sau:
Hoặc loại cao cấp hơn thì có bình sứ:
Điều này làm bình nước cao hơn và gây nguy hiểm khi nhà có em nhỏ dễ gây đổ ngã
Bên cạnh đó việc uống nước cho người khuyết tật, người già, trẻ em,
và người hay quên thường gặp nhiều khó khăn khi rót nước bị tràn ly Hoặc khi rót nước lâu gây cảm giác chán nãn khi cầm ly lâu chờ nước đầy
Ngoài ra việc uống thiếu nước hoặc quá nhiều nước trong ngày cũng không tốt cho sức khỏe
Để khắc phục các vấn đề trên em hình thành ý tưởng và chọn dự án
“Hệ thống rót nước thông minh” để làm đề tài nghiên cứu.
2 Mục đích nghiên cứu
2.1 Mục đích
Xây dựng một thiết bị thông minh giúp trẻ em, người già trong việc rót nước và kiểm soát lượng nước trong ngày
Trang 42.2 Mục tiêu
Tạo thành máy rót nước có các chức năng :
- Tự động rót nước, nhận diện dạng ly rót không tràn
- Quản lý lượng nước uống trong ngày
- Thông báo khi rót nước xong
3 Đối tượng nghiên cứu
- Các khó khăn khi rót nước của trẻ em và người già, người tàn tật.
- Ảnh hưởng của nước đối với sức khỏe
- Arduino và các cảm biến
- Các đại lượng điện như: cường độ dòng điện, hiệu điện thế, công suất, điện trở
4 Nhiệm vụ nghiên cứu
- Hệ thống hoá những vấn đề lý luận liên quan tới nước và sức khỏe
- Mô tả thực trạng, phân tích, đánh giá thực trạng của việc uống nước
ở gia đình
- Đề xuất giải pháp làm ra sản phẩm, và khuyến nghị mở rộng
5.Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu
- Phương pháp quan sát
- Phương pháp thực nghiệm
6 Phạm vi nghiên cứu
- Việc uống nước trong gia đình, chủ yếu nghiên cứu giúp cho người bệnh, người tàn tật trẻ em trong việc uống nước
- Thời gian trong 3 tháng từ tháng 8 đến tháng 10
Trang 5Nội dung Chương 1: Cơ sở lý luận
` 1.1 Lịch sử nguyên cứu
Đã có nhiều loại bình nước như máy lọc nước RO nhưng giá thành cao ( trên 2 triệu) Hoạt động cần điện và phải đi đường nước không tiện lợi
\ Đã có nhiều nghiên cứu về máy chiết rót tự động nhưng chủ yếu dùng cho công nghiệp
Có nhiều thiết bị rót nước trên youtube nhưng không tự động mang tính thủ công
Có bán các thiết bị rót nước trên thị trường nhưng chỉ dừng lại ở việc rót nước
Trang 6Thiết bị rót nước dùng trong ghế nha sỹ chỉ rót được cố định 1 lượng nước và trong 1 loại ly
Bên cạnh đó em chưa nhận thấy có các loại máy rót nước thông minh có thể theo dõi lượng nước uống trong ngày
Thi KHKT thành phố Hồ Chí Minh năm 2017 có đề tài “Máy rót nước thông minh” đạt giải II cấp thành phố Tuy nhiên cầu trúc vẫn còn rườm rà, dùng quá nhiều cảm biến Không chức năng thông báo và đo lưu lượng nước, giá thành cao Không sử dụng được nhiều loại ly lắp đặt khó khăn, chiếm chỗ và dễ ngã hơn Ngoài ra chỉ cần 1 con bướm hay ruồi đậu vào cảm biến tiệm cận dưới nước sẽ rót mãi mãi
Kết hợp ưu điểm và khắc phục khuyết điểm của các loại trên hình thành nên ý tưởng để làm ở dự án này
1.2 Các khái niệm cơ bản
1.2.1 phần cứng
Arduino
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn
Trang 7Role Role là một công tắc (khóa K) Nhưng khác với công tắc
là role được kích hoạt bằng điện thay vì dùng tay người.
Mạch ghi âm kíck bằng arduino
Dùng để ghi âm và phát lại điều khiển bằng Aduino
Cảm biến khối lượng loadcell và mạch HX711
Là thiết bị đọc khối lương thành tín hiệu số để truyền tín hiệu cho Arduino
1.2.2 Phần mềm
Arduino IDE.
1.3 Nguyên lý hoạt động
Thiết bị hoạt động theo nguyên lý sơ đồ sau:
Cảm biến khối lượng
Trang 8Chương 2: Thực trạng và giải pháp của vấn đề nghiên cứu:
2.1 Khảo sát thực trạng
- Các loại bình nước hiện nay rất khó rót nước đặc biệt là với trẻ em Ngoài ra vòi nằm bên dưới nên phải dùng chân kê lên dễ gây đỗ ngã
- Bện cạnh đó có khoảng 45% số lượng người uống không đủ lượng nước hay uống quá nhiều nước có ảnh hưỡng cho sức khỏe nhất là người bệnh và trẻ em
2.2 Nguyên nhân của thực trạng
- Cấu tạo của bình nước vòi thường nằm dưới hoặc không có vòi dẫn đến khó khăn khi rót nước Ngoài ra khi bình nước còn lượng nước ít thì áp lực nước thấp rót nước rất lâu
- Chưa có thiết bị thống kê lượng nước dẫn đến việc uống nước tùy ý gây không tốt sức khỏe
2.3 Giải pháp thực hiện
- Làm ra thiết bị rót nước tự động và thống kê lượng nước trong ngày
Chương 3: Kết quả nghiên cứu
3.1 Tiến hành thực nghiệm
3.1.1 Phần cứng
Bước 1: Chọn cảm biến nhận diện ly
Cảm biến tiệm cận Cảm biến lưu
lượng nước Cảm biến khối lượng Ưu
điểm Nhận diện nhanh. Rẻ, chính xáctheo ml Nhận diện được loạitheo khối lượng
Không kiểm soát được lưu lượng nước
Khuyết
điểm Lắp đặt khó khănphải dùng nhiều
cảm biến như trên
Không nhận diện được loại ly
Lập trình hơi khó
Arduino
Trang 9Giá tiền 95.000đ x 2 55.000đ 100.000đ
Ở đây em chọn cảm biến loadcell 5kg và HX711 và em khắc phục về lưu lượng bằng cách dùng thời gian rót (hàm delay) để đo lưu lượng nước
Bước 2 : Chọn máy bơm
Chọn trong 3 phương án
Van điện từ Máy bơm thông
thường Máy bơm dùnghơi Ưu
điểm Lượng nước lớn Có vòi bơm nước đếntận đáy bình Lượng nước phùhợp
Khuyết
điểm Kích dùng dòng 12vDùng cho nước áp
lực cao
Motor có chổi than nên xài lâu phải thay motor
Lượng nước đều tương đối khi bình nước ít và đầy
Khi bình nước ít
và đầy lượng nước khác nhau
Giá tiền 90.000đ 99.000đ 130.000đ
Từ các lý do trên em chọn phương án 2
Trang 10Bước 3: Chọn nguồn điện cho hệ thống
Do Arduino và máy bơm xài điện 1 chiều nên em chọn một trong những phương án sau:
Điện lưới 220V qua Adaptor Ắc quy hoặc pin Kết hợp cả hai
Ưu điểm Ổn định lâu dài Cúp điện vẫn sử dụng
được Có 2 ưu điểm củaphía trước Khuyết điểm Không làm việc khi
cúp điện Không kinh tế, cầnphải sạc lại Xây dựng hệthống hơi phức
tạp
Giá tiền 65.000đ Ắc quy xe máy cũ 12v
Bên cạnh đó còn cần 2 mạch giãm áp LM2596 để phù hợp với máy bơm là 3.7v và arduino là 9v
Bước 4: Lập hộp điều khiển bằng arduino
Kết hợp các yếu tố trên và âm thanh LCD… tạo thành hộp điều khiển Các loại ly ở đây em chọn ly nhựa nhẹ để phù hợp với đối tượng nghiên cứu chính là người già và trẻ em
Bước 5: Lắp ghép chúng lại và chuẩn bị viết code
3.1.2 Phần mềm
Bước 1: Thiết lập chuẩn cho cảm biến khối lượng
Vật chuẩn 50g được giá trị chuẩn là 396.5 (CALIB)
Bước 2: Tiến hành viết code cho arduino
Nạp code cho arduino
Thử nghiệm lượng nước và thời gian, loại ly
Thử nghiệm đo đạc các thông số cho 3 loại ly nhựa như sau :
TT Tên nặngCân Lượng nước Thời gianrót Ghi chú
1 Ly nhựa lớn 81g 240ml 10 giây
2 Ly nhựa vửa 42g 156ml 6.5 giây
3 Ly nhựa nhỏ 50g 96ml 4 giây
Thuật toán cơ bản
10
Cân khối lượng t
Mở rờle Bắt
đầu
Trang 11Đúng Đúng
Đúng
Bước 3 : Hoàn thành code và sản phẩm.
3.2 Kết quả thực nghiệm
Thành công viết code cho arduino đúng ý tưởng
#include <Wire.h>;
#include <LiquidCrystal_I2C.h>;
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);
#include "HX711.h"
int role=2;
int amthanh=3;
HX711 scale(A1, A0);
int data = 0;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(role,OUTPUT);
pinMode(amthanh,OUTPUT);
Serial.println(scale.read());
Serial.println(scale.read_average(20));
Serial.println(scale.get_value(5));
Serial.println(scale.get_units(5), 1);
scale.set_scale(396.5);
Đóng rờ le Tắt nước
Mở rờle
4 giây
Mở rờle
10 giây
Sai
Sai
Sai
Trang 12Serial.println(scale.read());
Serial.println(scale.read_average(20));
Serial.println(scale.get_value(5));
Serial.println(scale.get_units(5), 1);
lcd.init();
lcd.noDisplay();} // tắt LCD
void loop() { // vòng lặp
Serial.print(scale.get_units(), 1);
Serial.println(scale.get_units(10), 1);
delay(2000);
float t=scale.get_units(10);
if((t>47)&&(t<54))
{
digitalWrite(role,HIGH);
lcd.backlight();
lcd.display();
lcd.print("DANG ROT NUOC");
delay(4000);
lcd.clear();
lcd.print("DA ROT XONG");
digitalWrite(role,LOW);
digitalWrite(amthanh,HIGH);
delay(500);
digitalWrite(amthanh,LOW); data = data + 96; } else if ((t>40)&&(t<45)) {
digitalWrite(role,HIGH);
lcd.backlight();
lcd.display();
lcd.clear();
lcd.print("DANG ROT NUOC");
delay(6500); lcd.clear();
lcd.print("DA ROT XONG");
digitalWrite(role,LOW);
digitalWrite(amthanh,HIGH);
delay(500);
digitalWrite(amthanh,LOW);
data = data + 156;}
else if ((t>79)&&(t<87))
{
digitalWrite(role,HIGH);
lcd.backlight();
Trang 13lcd.display();
lcd.clear();
lcd.print("DANG ROT NUOC");
delay(10000);
lcd.clear();
lcd.print("DA ROT XONG");
digitalWrite(role,LOW);
digitalWrite(amthanh,HIGH);
delay(500);
digitalWrite(amthanh,LOW);
data = data + 240; }
else
{
digitalWrite(role,LOW);
lcd.clear();
lcd.noDisplay();
lcd.noBacklight();}
int Val = digitalRead(13);
if (Val == LOW) {
lcd.backlight();
lcd.display();
lcd.clear();
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(data);
lcd.print(" ml");
delay(2000);
lcd.clear();
lcd.noDisplay();
lcd.noBacklight();}}
Hoàn thành sản phẩm sử dụng tốt cho thực tế
Trang 14PHẦN KẾT LUẬN
Trang 15Tạo được sản phẩm là 1 thiết bị rót nước có các ưu điểm sau:
- Tiện lợi chỉ cần gắn vào thành giường không chiếm chổ, không cần
để cao nên rất an toàn cho trẻ em, người bệnh dễ dàng rót nước tại giường bệnh của mình
- Khi nước còn thừa không rót nước nữa ( theo em điều này vừa là
ưu điểm vừa là khuyết điểm)
- Nhận dạng được loại ly, rót đầy ly không rót nữa tránh đổ nước cho người hay quên
- Thông báo được tổng lượng nước uống trong ngày từ đó điều chỉnh phù hợp với thực tế
- Hoạt động an toàn với điện một chiều
- Không phụ thuộc vào điện lưới, có thể thay thế bằng ắc quy
Tuy nhiên sản phẩm còn có 1 số khuyết điểm như :
- Chưa có chức năng cảnh báo khi hết nước
- Khi nước còn thừa trong ly không rót được
- Chưa lưu được biến lưu lượng nước khi reset lại arduino
- Tổng khối lượng nước và ly nếu bằng khối lượng 1 loại ly khác sẽ nhận diện nhầm
KHUYẾN NGHỊ
- Đề tài theo hướng mở cho người dùng Có thể tích hợp chức năng nhận diện ly ngay trên hộp điều khiển bằng bàn phím ma trận 4x4 Thay thế màn hình LCD bằng module led 7 thanh sẽ gọn gàng hơn Ngoài ra cần áp dụng lượng nước cho phù hợp sức khỏe Có thể tích hợp chức năng cân để phục vụ công việc nội trợ
- Do Arduino là một lĩnh vực mới khã năng của thầy và trò hạn chế nên gặp rất nhiều khó khăn Viết code còn dài dòng hiệu quả chưa cao nên em rất cần hướng dẫn nhiều hơn để em hoàn thành tốt hơn ý tưởng của mình
Trang 16TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phạm Minh Tuấn , (2016). Lập trình Arduino cho
người mới bắt đầu, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật,
Thành phố Hồ Chí Minh
[2] Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung (2016). Bài tập
thực hành Arduino, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật,
Thành phố Hồ Chí Minh
[3] Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung (2016). Bài tập
thực hành Arduino, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật,
Thành phố Hồ Chí Minh
[4] Giadinh.tv, (2018), Uống nước đúng cách và nên uống bao nhiêu nước mỗi ngày, https://giadinh.tv/uong-nuoc-dung-cach-va-nen-uong-bao-nhieu-nuoc-moi-ngay/
[5] Huỳnh Minh Phú, (2015), Sử dụng cảm biến lực với
Arduino, https://www.youtube.com/watch?
v=G5P937DBQec
Trang 17MỤC LỤC
ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG RÓT NƯỚC THÔNG MINH
Chương I Cơ sở lý luận
Trang 3
1 Lịch sử nghiên cứu vấn đề Trang 3
2 Các khái niệm cơ bản
Trang 5
3 Nguyên lý hoạt động
Trang 6
Chương II : Thực trạng và giải pháp
Trang 7
Chương III Kết quả nghiên cứu Trang 7
Tài liệu tham khảo
Trang 15