THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHĂM SÓC VẬT NUÔI KHI CHỦ VẮNG NHÀ

Thiết bị chăm sóc vật nuôi khi chủ vắng nhà được thiết kế chế tạo với các nội dung chính sau: Tính toán thiết kế phần khung của thiết bị chăm sóc thú cưng Tính toán chọn động cơ cho van cấp thức ăn cho vật nuôi một cách tự động Thiết kế mạch nguồn, thiết kế mạch công suất điểu khiển các cơ cấu chấp hành cho thiết bị chăm sóc vật nuôi Thiết kế mạch điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng Thiết lập giải thuật điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng Viết chương trình điều khiển cho thiết bị chăm sóc vật nuôi có các chức năng: Tự động cung cấp thức ăn và nước uống khi đến giờ. Ngoài ra, khi chủ vật nuôi đi công tác có thể cho thú nuôi ăn, uống từ xa bằng cách thực hiện thao tác trên điện thoại, máy tính bảng qua internet. Khảo nghiệm sơ bộ thiết bị để đánh giá khả năng làm việc của thiết bị chăm sóc thú cưng.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHĂM SÓC VẬT

NUÔI KHI CHỦ VẮNG NHÀ

Họ và tên sinh viên: Lê Hoàng Phương

Nguyễn Tiểu Bình

Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Niên khóa: 2012-2016

Tháng 06 năm 2016

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHĂM SÓC VẬT NUÔI KHI

CHỦ VẮNG NHÀ

TÁC GIẢ

LÊ HOÀNG PHƯƠNG NGUYỄN TIỂU BÌNH

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn:

ThS ĐÀO DUY VINH

KS NGUYỄN TRUNG TRỰC

Tháng 06 năm 2016

Xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Đào Duy Vinh và KS.Nguyễn Trung Trực đãhướng dẫn chúng tôi thực hiện khóa luận này.

Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành đề tài một cách hoàn chỉnh nhất Song buổiđầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận thực tế nên còn hạn chế vềkiến thức cũng như kinh nghiệm, khó tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bảnthân chưa thấy được Chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, cô để khóaluận được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

TPHCM, tháng 6 năm 2016Sinh viên thực hiện

Lê Hoàng Phương

Nguyễn Tiểu Bình

TÓM TẮT

Đề tài “Thiết kế, chế tạo thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà” được

thực hiện tại trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, thời gian 3 tháng từtháng 2 đến tháng 5 năm 2016

Thiết bị chăm sóc vật nuôi khi chủ vắng nhà được thiết kế chế tạo với các nộidung chính sau:

Tính toán thiết kế phần khung của thiết bị chăm sóc thú cưng

Tính toán chọn động cơ cho van cấp thức ăn cho vật nuôi một cách tự độngThiết kế mạch nguồn, thiết kế mạch công suất điểu khiển các cơ cấu chấp hànhcho thiết bị chăm sóc vật nuôi

Thiết kế mạch điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng

Thiết lập giải thuật điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng

Viết chương trình điều khiển cho thiết bị chăm sóc vật nuôi có các chức năng: Tựđộng cung cấp thức ăn và nước uống khi đến giờ Ngoài ra, khi chủ vật nuôi đi côngtác có thể cho thú nuôi ăn, uống từ xa bằng cách thực hiện thao tác trên điện thoại,máy tính bảng qua internet

Khảo nghiệm sơ bộ thiết bị để đánh giá khả năng làm việc của thiết bị chăm sócthú cưng

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT iv

DANH SÁCH HÌNH………v

DANH SÁCH CÁC BẢNG……… vii

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 2

1.3 Ý nghĩa khoa học của đề tài 2

1.4 Ý nghĩa thực tiễn cũa đề tài 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Thực trạng về thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà ở trong và ngoài nước 3

2.1.1 Thực trạng về thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà trên thế giới 3

2.1.2 Thực trạng về thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà trong nước 4

2.2 Tổng quan lượng thức ăn và nước của thú cưng 4

2.3 Một số linh kiện, thiết bị sử dụng trong đề tài 7

2.3.1 Module wifi ESP 8266 7

2.3.2 Mạch điều khiển Arduino Uno 8

2.3.3 Mạch điều khiển động cơ DC ( mạch cầu H L298) 11

2.3.4 Mạch phát âm thanh 13

2.3.5 Mạch thời gian thực RTC DS1307 14

2.3.6 Động cơ điện một chiều 17

2.3.7 Encoder 19

2.3.8 Van điện từ 21

2.3.9 Role ( Relay) 23

2.3.10 Mạch ổn áp nguồn LM2596S 25

2.3.11 Nút nhấn 26

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

3.1 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 27

3.2 phươn pháp nghiên cứu 27

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

4.1 Tính toán, thiết kế kết cấu thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà 30

4.1.1 Kết cấu cung cấp thức ăn 30

4.1.2 Cơ cấu cung cấp nước 33

4.2 Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà 34

4.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ DC 35

4.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nhận wifi 36

4.2.3 Sơ đồ nguyên lý giao tiếp giữa mạch điều khiển và mạch thời gian thực 37

4.2.5 sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng tự động 38

4.3 Sơ đồ điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà 39

4.4 Sơ đồ giải thuật điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà 40

4.4.1 Sơ đồ giải thuật điều khiển wifi chăm sóc thú cưng qua mạng internet 41

4.4.2 Sơ đồ giải thuật điều khiển cơ cấu cấp thức ăn 42

4.4.3 Sơ đồ giải thuật điều khiển cơ cấu cấp nước cho thú cưng 43

4.4.4 Sơ đồ giải thuật điều khiển nút nhấn 44

4.4.5 Sơ đồ giải thuật điều khiển mạch thời gian thực 45

4.5 khảo nghiệm thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà 48

CHƯƠNG 5 50

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 50

KẾT LUẬN: 50

KIẾN NGHỊ: 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 51

DANH SÁCH HÌN

Hình 2.1 Thiết bị cho vật nuôi ăn tự động 3

Hình 2.2 Sơ đồ mạch nhận wifi ESP8266 8

Hình 2.3 Sơ đồ chân của Arduino Uno 10

Hình 2.4 Mạch điều khiển động cơ L298N 11

Hình 2.5 Sơ dồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ L298N 12

Hình 2.6 mạch nhận âm thanh ISD1820 13

Hình 2.7 Mạch thời gian thực RTC DS1307 15

Hình 2.8 Động cơ điện một chiều 17

Hình 2.9 Sơ đồ cấu tạo của encoder 19

Hình 2.10 Cấu tạo van điện từ và tác động trực tiếp 22

hình 2.11: Role điện từ 24

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý mạch ồn áp nguồn LM2596S 25

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý giao tiếp giữa nút nhấn và mạch điều khiển 26

Hình 4.1 Sơ đồ cấu tạo thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà 28

Hình 4.2 Sơ đồ cấu tạo cơ cấu cung cấp thức ăn cho thú cưng 30

Hình 4.3 Sơ đồ cấu tạo cơ cấu cấp thức ăn 31

Hình 4.4 Sơ đồ cấu tạo hệ thống cung cấp nước cho thú cưng 33

Hình 4.5 Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà 34

Hình 4.6 Sơ dồ nguyên lý điều khiển mạch động cơ DC 35

Hình 4.7 Sơ dồ nguyên lý mạch nhân wifi 36

Hình 4.8 Sơ đồ nguyên lý mạch thời gian thực 37

Hình 4.9 sơ dồ nguyên lý mạch điều khiển của thiết bị chăm sóc vật nuôi 38

Hình 4.10 Sơ đồ điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng 39

Hình 4.11 Sơ đồ giải thuật điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà 40

Hình 4.12 Sơ đồ giải thuật điều khiển mạch nhận wifi 41

Hình 4.13 Sơ đồ giải thuật điều khiển cơ cấu cấp thức ăn 42

Hình 4.14 Sơ đồ giải thuật cơ cấu cấp nước cho thú cưng 43

Hình 4.15 Sơ đồ giải thuật điều khiển nút nhấn 44

Hình 4.16 Sơ đồ giải thuật điều khiển mạch thời gian thực 45

Hình 4.17 Mô hình thiết bị chăm sóc vật nuôi khi chủ vắng nhà đã chế tạo và lắp đặt 46

Hình 4.18 Giao diện websever của thiết bị chăm sóc vật nuôi khi chủ vắng nhà 47

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Lượng thức ăn trung bính mỗi ngày cho thú cưng 5

Bảng 2.2: Lượng nước trung bình mỗi ngày cho thú cưng 6

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của Arduino 9

Bảng 4.1 Số vòng quay của van cấp thức ăn mỗi bữa cho thú cưng 32

Bảng 4.2 Bảng kết nối chân giữa mạch điều khiển và mạch nhận wifi 36

Bảng 4.3 bảng kết quả khảo nghiệm số lần quay của động cơ DC cấp thức ăn 48

Bảng 4.4 bảng kết quả khảo nghiệm lượng nước cần cung cấp cho thú cưng 49

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU1.1 Đặt vấn đề

Hàng thập kỷ qua, vật nuôi đã trở thành yếu tố quan trọng trong cuộc sống củahang nghìn người trên thế giới Theo thống kê của Hiệp hội Nhân đạo Mỹ, 46% hộ giađình Mỹ sở hữu ít nhất một con chó, 39% sở hữu ít nhất một con chó, mèo, còn lạinuôi thằn lằn, vẹt, cá…

Thông thường người ta nuôi một con thú cưng trong nhà chỉ vì trông chúng rấtđáng yêu Ngoài ra, một nghiên cứu mới đây cho thấy, việc nuôi chó, mèo trong nhàcòn giúp chủ nhân của nó vui vẻ hơn, kéo dài tuổi thọ Chưa kể những loài vật nuôikhác như, cá, vẹt, thằn lằn cũng hỗ trợ rất nhiều trong cuộc sống con người

Cuộc sống ngày càng trở nên bận rộn trong khi thú cưng lại là một hình thức giảitrí được nhiều người yêu thích Thiết bị chăm sóc vật nuôi khi chủ vắng nhà là mộtgiải pháp phù hợp với những người nuôi thú thường xuyên vắng nhà, giúp cho chủnhân của chúng

Hiện nay, người nuôi thú cưng đa số vẫn sử dụng phương pháp cho ăn truyềnthống là chăm sóc thủ công, thường khó kiểm soát lượng thức ăn, lượng nước thừa và

độ đồng đều Chính vậy nên chất thải hữu cơ, thức ăn thừa tích tụ sẽ gây mất vệ sinh,

dễ ảnh hưởng đến sức khỏe cho thú cưng và chủ nhà

Do đó việc thiết kế, chế tạo thiết bị chăm sóc thú cưng tự động phục vụ cho việcnâng cao chất lượng chăm sóc thú cưng là 1 việc làm cần thiết Thiết bị giúp chủ thúcưng có thể phân bố lượng thức ăn và lượng nước đồng đều trong mỗi buổi ăn, cungcấp thức ăn và lượng nước chính xác đáp ứng yêu cầu chăm sóc thú cưng hiệu quả.Với những kết quả thiết thực trên và được sự đồng ý của khoa cơ khí – công nghệĐại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của thầy Đào Duy Vinh và

KS Nguyễn Trung Trực Nhóm sinh viên quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế, chếtạo thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà”.

1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Mục tiêu chung: Thiết kế, chế tạo khảo nghiệm thiết bị chăm sóc vật vật nuôi khichủ vắng nhà Thiết bị gồm 2 phần: phần cung cấp nước và phần cung cấp thức ăn.Mục tiêu cụ thể:

Phần cơ: Thiết kế, chế tạo các bộ phận cơ khí: khung thiết bị, bộ phận cấp thức

ăn, bộ phận cấp nước, khay chứa thức ăn, khay chứa nước

Phần điều khiển:

Thiết kế website điều khiển

Viết chương trình điều khiển động bộ phận cấp thức ăn

Viết chương trình điều khiển bộ phận cấp nước

1.3 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Phân bố lượng thức ăn và lượng nước đồng đều cho mỗi bữa ăn

1.4 Ý nghĩa thực tiễn cũa đề tài

Thiết kế được một thiết bị có khả năng chăm sóc thú cưng 1 cách tự động

Cung cấp thức ăn và lượng nước 1 cách chính xác theo thời gian đã cài đặt.Thiết kế được một thết bị có khả năng chế tạo với công nghệ trong nước có giáthành hợp lý, góp phần tiết kiệm thời gian chi tiêu sinh hoạt cho chủ nhà khi chăm sócvật nuôi

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN2.1 Thực trạng về thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà ở trong và ngoài nước.

2.1.1 Thực trạng về thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà trên thế giới.

Máy cho vật nuôi ăn tự động (Qpet Automatic Feeder) với màn hình LCD: đượcsản xuất tại Mỹ, mang lại nhiều lợi ích cho việc chăm sóc thú nuôi khi chủ vắng nhà

1 Khay chứa thức ăn 4 Hộp chứa thức ăn

2 Màn hình LCD 5 Hộp vi diều khiển

3.Nắp đậy bảo quản thức ăn

Hình 2.1 Thiết bị cho vật nuôi ăn tự động.

Nguyên lý hoạt động: Máy cho ăn tự động có bộ phận cảm biến để tự độngngừng cung cấp khi thức ăn trong khay đã đầy, với thiết bị này bạn có thể lập trình tựđộng, cài đặt ngày giờ để máy cung cấp thức ăn từ 1 đến 4 lần một ngày

Ưu điểm: Chỉ cần đổ thức ăn vào hộp và cài đặt giờ theo ý muốn, máy sẽ tự độngcho ăn Nhờ vậy, người chủ có thể tiết kiệm được thời gian và kiểm soát được lượngthức ăn

Nhược điểm:

Không thể quan sát trực tiếp trong quá trình cho vật nuôi ăn

Giá thành cao

2.1.2 Thực trạng về thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà trong nước.

Thú cưng trong nước chủ yếu được chăm sóc chủ yếu theo cách thủ công của chủnuôi Thức ăn, nước uống sẽ được chứa sẵn trong máng thức ăn, thú cưng sẽ tự ăn uống nếu chúng đói hoặc bất kì lúc nào chúng thích

Ưu điểm: Chủ thú cưng không cần lo lắng đến việc có mặt ở nhà đúng giờ cho vật nuôi ăn

Nhược điểm:

Không kiểm soát được lượng thức ăn của thú cưng

Thức ăn không đảm bảo được chất lượng

2.2 Tổng quan lượng thức ăn và nước của thú cưng.

Thức ăn sử dụng để cung cấp cho thú cưng là thức ăn khô Thức ăn khô có 2 dạng chính là thức ăn hạt và thức ăn sấy khô

Thức ăn khô là hỗn hợp các thành phần như ngũ cốc, thịt và các sản phẩm phụcủa thịt, chất béo, khoáng chất và vitamin… Được các nhà sản xuất tính toán cân bằnghàm lượng dinh dưỡng phù hợp với từng loại thú cưng khác nhau và từng lứa tuổikhác nhau của chúng

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại thức ăn dành cho thú cưng như CPclassic của Thái Lan, Pedigree của Mỹ và thức ăn của Viện nghiên cứu cộng nghệ bảo

quản và chế biến thức ăn cho vật nuôi Ngoài ra hiện nay còn rất nhiều thức ăn côngnghiệp với các nhãn hiệu Royal Canin, Natural Core…

Đường kính mỗi viên thức ăn trung bình: 6 – 12mm ( tùy theo mỗi loại có kích thước khác nhau)

Bảng 2.1 Lượng thức ăn trung bính mỗi ngày cho thú cưng

Lượng thức ăn trung bình hằng ngày của thú cưng

Cân nặng của thú cưng

Tình trạng cơ thểHoạt động ít Hoạt động nhiều

Bảng 2.2: Lượng nước trung bình mỗi ngày cho thú cưng

Lượng nước trung bình hằng ngày của thú cưng

Cân nặng của thú cưng Lượng nước cần cung cấp

2.3 Một số linh kiện, thiết bị sử dụng trong đề tài.

2.3.1 Module wifi ESP 8266

ESP8266 cung cấp một giải pháp kết nối mạng Wi-Fi đầy đủ và khép kín, chophép nó có thể lưu trữ các ứng dụng hoặc để giảm tải tất cả các chức năng kết nốimạng Wi-Fi từ một bộ xử lý ứng dụng

ESP8266 có thể xử lý và khả năng lưu trữ mạnh mẽ cho phép nó được tích hợpvới các bộ cảm biến, vi điều khiển và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông quaGPIOs với một chi phí tối thiểu và một PCB tối thiểu Một số thông số kỹ thuật nhưsau:

Hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n

Wifi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2

Chuẩn điện áp hoạt động 3.3V

Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến 115200

Có 3 chế độ hoạt động : Client, Access point, Both Client and Access point

Công suất đầu ra 19.5dBm ở chế độ 802.11b

Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK,WPA_WPA2_PSK

Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP

Làm việc như máy các máy chủ có thể kết nối với 5 máy con

Nhận và truyền tải các gói dữ liệu trong <2ms

Chế độ chờ tiêu thụ điện năng <1.0mW (DTIM3)

Hình 2.2 Sơ đồ mạch nhận wifi ESP8266

VCC: 3.3V, dòng có thể lên 300mA vì thế cần mạch nguồn riêng ams1117 3.3V

5V-GND: 0V

Tx: Chân Tx cua 3 giao thức UART, kết nối đến chân Rx của vi đều khiển

Rx: Chân Rx cua 3 giao thức UART, kết nối đến chân Tx của vi đều khiển

RST: Chân reset, kéo xuống mass để reset

CH_PD: Chân này nếu được kéo lên đến mức cao module sẽ bắt đầu thu phátwifi, kéo xuống mức thấp module dừng phát wifi Vì ESP8266 khởi động hút dòng lớnnên chúng ta giữ chân này ở mức 0V khi khởi động hệ thống của mình, sau 2s hãy kéochân CH_PD lên 3.3V, để đảm bảo module hoạt động ổn định

GPIO0: Kéo xuống thấp cho chế độ upgrade firmware

GPIO2: Không sử dụng

2.3.2 Mạch điều khiển Arduino Uno

Arduino là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bịphần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật của

Arduino là môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình cóthể học một cách nhanh chóng.

Arduino Uno là sử dụng chip Atmega328 Nó có 14 chân digital I/O, 6 chân đầuvào (input) analog, thạch anh dao động 16Mhz Thông số kỹ thuật của mạch điềukhiển:

Điện áp đầu vào (input)(kiến nghị) 7-12V

Điện áp đầu vào(giới hạn) 6-20V

Số chân Digital I/O 14 (có 6 chân điều chế độ rộng

xung PWM) Số

sử dụng bootloader

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của Arduino

Arduino Uno R3 có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có

2 mức điện áp là 0V và 5V với vòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA, ở mỗi chânđều có các điện trở pull – up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328

Arduino UNO R3 có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấpnguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V.

Hình 2.3 Sơ đồ chân của Arduino Uno.

Một chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

Serial : chân 0 (Rx ), chân 1 ( Tx) Hai chân này dùng để truyền (Tx) và nhận (Rx) dữ liêu nối tiếp TTL Chúng ta có thể sử dụng nó để giao tiếp với cổng COM của một số thiết bị hoặc các linh kiện có chuẩn giao tiếp nối tiếp

PWM (pulse width modulation): các chân 3, 5, 6, 9, 10, 11 trên bo mạch có dấu

“~” là các chân PWM chúng ta có thể sử dụng nó để điều khiển tốc độ động cơ, độ sáng của đèn…

SPI : 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK), các chân này hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn SPI

I2C: Arduino hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn I2C Các chân A4 (SDA) và A5 (SCL) cho phép chúng tao giao tiếp giửa Arduino với các linh kiện có chuẩn giao tiếp là I2C Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board,

bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn

cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trongkhoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếpI2C/TWI với các thiết bị khác

2.3.3 Mạch điều khiển động cơ DC ( mạch cầu H L298)

Mạch điều khiển động cơ L298 điều khiển tốc độ và chiều quay động cơ thôngqua vi điều khiển Mạch điều khiển động cơ nguồn từ 5-35V, chịu được dòng tối đa2A Ngoài ra, mạch được tích hợp IC7805 tạo nguồn ra 5V cung cấp cho các thiết bịkhác

Hình 2.4 Mạch điều khiển động cơ L298N

Thông số kỹ thuật:

Điện áp của tín hiệu điều khiển 5-7V

Dòng của tín hiệu điều khiển 0-36mA

Công suất hao phí 20W(khi nhiệt độ T=75 0C)

Nhiệt độ bảo quản -250C - +1300C

Sơ dồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ L298N:

Hình 2.5 Sơ dồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ L298N

Mô tả sơ đồ chân mạch điều khiển động cơ DC L298:

Chân 12V Power, 5V Power: là 2 chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ Nguồn 5Vcấp cho động cơ 5V và tương tự 12V cấp cho động cơ 12V, cùng với đó chuyển Jump 5Venable về phía 5V, và hướng ngược lại nếu dùng điện áp 12V

Power GND: chân GND của nguồn cấp cho động cơ

Hai jump A enable và B enable, dùng để điều khiển tốc độ động cơ bằng băm xungPWM

Bốn chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4-là các chân tín hiệu nối vào vi điều khiển.Hai chân OUT1,OUT2: điều khiển chiều quay động cơ 1 Hai chân OUT3,OUT4:điều khiển chiều quay động cơ 2 Mạch có thể điều khiển cùng lúc hai động cơ độc lập và

có thể điều khiển động cơ bước 6 dây hoặc 4 dây

2.3.4 Mạch phát âm thanh

Mạch phát âm thanh ISD1820 được dùng để lưu và phát âm thanh được ngườidùng ghi vào Đoạn ghi âm được lưu vào bộ nhớ của IC, được nhúng vào bộ nhớFlash, dữ liệu có thể lưu trữ đến 100 năm và có thể ghi / xóa lên đến 100000 lần và ghiđược trong vòng 10s Thông số kỹ thuật của mạch phát âm thanh :

Điện áp cung cấp : 2,2 – 5,5 VDC

Có bộ khuếch đại âm thanh nội bên trong, mạch này có thể phát trực tiếp ra loa 8Ohm 0.5 W

Microphone hàn trực tiếp trên board

Tất cả chân của ISD được xuất ra ngoài để dễ điều khiển với vi điều khiển

Có 3 phím điều khiển trên board REC, PLAYE, PLAYL, thuận tiện cho quá trình

sử dụng

Kích thước: 32 x 42.5 mm

Hình 2.6 mạch nhận âm thanh ISD1820

REC: Ngõ vào REC được kích hoạt khi chân này được kéo lên mức cao Chânnày phải được giữ ở mức cao trong quá trình ghi âm Tín hiệu REC được ưu tiên hơn

so với tín hiệu PLAYE Nếu chân REC được kéo lên cao trong quá trình phát lại thìquá trình phát lại sẽ ngưng ngay lập tức và chuyển sang quá trình ghi âm Quá trìnhghi âm chỉ hoàn tất khi chân REC được kéo xuống thấp, chân REC đã được kéo điệntrở nội xuống thấp

PLAYE: Khi chân này nhận được 1 xung tín hiệu mức thì quá trình phát lại sẽ bắtđầu Đoạn phát lại được tiếp tục cho đến khi kết thúc bộ nhớ của chip cho dù bạn cókéo chân đó xuống mức thấp thì chu kỳ phát vẫn không dừng lại Chân này đã đượckéo điện trở nội xuống thấp

PLAYL: Khi tín hiệu của chân này chuyển từ thấp sang cao thì quá trình phát lại

sẽ bắt đầu Nó sẽ phát tiếp tiệp cho đến khi phát hiện được tín hiệu mức thấp ở chânPLAYL, hoặc kết thúc bộ nhớ hoặc tín hiệu cuối cùng của đoạn ghi âm Chân này sẽđược kéo điện trở nội điện xuống thấp

2.3.5 Mạch thời gian thực RTC DS1307

Module thời gian thực DS1307 (RTC) có chức năng lưu trữ thông tin ngày thángnăm cũng như giờ phút giây, nó sẽ hoạt động như một chiếc đồng hồ và có thể xuất dữliệu ra ngoài qua giao thức I2C Module đi kèm với EEPROM AT24C32 có khả nănglưu trữ thêm thông tin lên đến 32 Kbit

Thông số kỹ thuật của mạch thời gian thực:

Nguồn cung cấp: 5VDC

Khả năng lưu trữ 32 KBit với EEPROM AT24C32

Lưu trữ thông tin giờ phút giây AM/PM

Có ngõ ra tần số 1Hz

Hình 2.7 Mạch thời gian thực RTC DS1307

Các chân của mạch thời gian thực DS1307:

X1 và X2: Là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao động

cho IC

V BAT: Cực dương của nguồn 3V nuôi IC

GND: Chân nối mass.

Vcc: Nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điều khiển Chú ý

là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thì DS1307 vẫn đang hoạtđộng

SQW/OUT: Một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần số của

xung được tạo có thể được lập trình Như vậy chân này hầu như không liên quan đếnchức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, chúng ta sẽ bỏ trống chân này khinối mạch

SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C.

Cấu tạo bên trong DS1307 bao gồm một số thành phần như mạch nguồn, mạchdao động, mạch điều khiển logic, mạch giao điện I2C, con trỏ địa chỉ và các thanh ghi(hay RAM) Sử dụng DS1307 chủ yếu là ghi và đọc các thanh ghi của IC này Vì thếcần hiểu rõ 2 vấn đề cơ bản đó là cấu trúc các thanh ghi và cách truy xuất các thanhghi này thông qua giao diện I2C

Bộ nhớ DS1307 có tất cả 64 thanh ghi 8-bit được đánh địa chỉ từ 0 đến 63 (từ0x00 đến 0x3F theo hệ hexadecimal) Tuy nhiên, thực chất chỉ có 8 thanh ghi đầu làdùng cho chức năng “đồng hồ” còn lại 56 thanh ghi bỏ trống có thể được dùng chứabiến tạm như RAM nếu muốn Bảy thanh ghi đầu tiên chứa thông tin về thời gian củađồng hồ bao gồm: Giây (SECONDS), phút (MINUETS), giờ (HOURS), thứ (DAY),ngày (DATE), tháng (MONTH) và năm (YEAR) Việc ghi giá trị vào 7 thanh ghi nàytương đương với việc “cài đặt” thời gian khởi động cho RTC Việc đọc giá từ 7 thanhghi là đọc thời gian thực mà IC tạo ra.

Thanh ghi giây (SECONDS): Thanh ghi này là thanh ghi đầu tiên trong bộ nhớ

của DS1307, địa chỉ của nó là 0x00 Bốn bit thấp của thanh ghi này chứa mã BCD bit của chữ số hàng đơn vị của giá trị giây Do giá trị cao nhất của chữ số hàng chục là

4-5 nên chỉ cần 3 bit là có thể mã hóa được (số 4-5 =101, 3 bit) Bit cao nhất, bit 7, trongthanh ghi này là 1 điều khiển có tên CH (Clock halt – treo đồng hồ), nếu bit này đượcset bằng 1 bộ dao động trong chip bị vô hiệu hóa, đồng hồ không hoạt động Vì vậy,phải reset bit này xuống 0 ngay từ đầu

Thanh ghi phút (MINUTES): Có địa chỉ 0x01, chứa giá trị phút của đồng hồ.

Tương tự thanh ghi SECONDS, chỉ có 7 bit của thanh ghi này được dùng lưu mã BCDcủa phút, bit 7 luôn luôn bằng 0

Thanh ghi giờ (HOURS): Có thể nói đây là thanh ghi phức tạp nhất trong

DS1307 Thanh ghi này có địa chỉ 0x02 Trước hết 4-bits thấp của thanh ghi này đượcdùng cho chữ số hàng đơn vị của giờ Do DS1307 hỗ trợ 2 loại hệ thống hiển thị giờ(gọi là mode) là 12h (1h đến 12h) và 24h (1h đến 24h) giờ, bit6 xác lập hệ thống giờ.Nếu bit6 = 0 thì hệ thống 24h được chọn, khi đó 2 bit cao 5 và 4 dùng mã hóa chữ sốhàng chục của giá trị giờ Do giá trị lớn nhất của chữ số hàng chục trong trường hợpnày là 2 (=10, nhị phân) nên 2 bit 5 và 4 là đủ để mã hóa Nếu bit6 = 1 thì hệ thống12h được chọn, với trường hợp này chỉ có bit 4 dùng mã hóa chữ số hàng chục củagiờ, bit 5 (màu orangetrong hình 4) chỉ buổi trong ngày, AM hoặc PM Bit5 = 0 là AM

và bit5 = 1 là PM Bit 7 luôn bằng 0

2.3.6 Động cơ điện một chiều.

Hình 2.8 Động cơ điện một chiều.

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phầnđộng

Phần tĩnh hay stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từtrường nó gồm có:

Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích từ bằngnam châm điện), mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc) Dây quấn kíchthích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ, các cuộn dây điện từnay được mắc nối tiếp với nhau

Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấnkích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điệnhay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơ điện nhỏ có thểdùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông Dây quấn kích từ

được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện

kỹ thành một khối, tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích

từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau

Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính Lõi thép của cực từ phụthường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giốngnhư dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại, trong máy điệnlớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.Các bộ phận khác:

Phần quay hay rôto: Bao gồm những bộ phận chính sau:

Phần sinh ra sức điện động gồm có: Mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ (láthép kĩ thuật) xếp lại với nhau Trên mạch từ có các rãnh để lồng dây quấn phần ứng.Cuộn dây phần ứng: Gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một qui luật nhất định Mỗibối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng gọi

là phiến góp, các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi

là cổ góp hay vành góp Tỳ trên cổ góp là cặp chổi than làm bằng than graphit và đượcghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo

Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điệndày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điệnxoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấnvào Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió đểkhi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục Trong những động

cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có

để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làmnguội dây quấn và lõi sắt Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được éptrực tiếp vào trục Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giárôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto

Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và

có dòng điện chạy qua, dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cáchđiện Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài Kw thường dùng dây có tiết diện tròn.Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật, dây quấn được cáchđiện cẩn thận với rãnh của lõi thép Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệngrãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn Nêm có thể làm bằng tre, gỗ haybakelit

Cổ góp: Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớpmica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùnghai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica.Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và cácphiến góp được dễ dàng

Cấu tạo của encoder như (hình 2.9), trong đó bao gồm : một đĩa tròn xoay đượcquay quanh trục Trên đĩa có các vạch được mã hoá, hai cảm biến chiếu lên mặt đĩa.Khi đĩa quay, chỗ không có vạch, đèn led không chiếu xuyên qua Và chỗ có vạch, đènled sẽ chiếu xuyên qua Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa đặt mắt cảm biến Với các tínhiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua sẽ được mắt cảm biến xác nhận có chiếuxuyên qua đĩa tròn hay không Số xung vuông đếm tăng lên liên tục thể hiện số lần ánhsáng chiếu xuyên qua đĩa tròn xoay.

Encoder khi hoạt động tạo ra các tín hiệu xung vuông, các tín hiệu xung vuôngnày là ánh sáng xuyên qua vạch trên đĩa xoay Nên tần số của xung đầu ra sẽ phụ thuộcvào tốc độ quay của tấm tròn đó Đối với encoder đơn giản nhất thường có 2 tín hiệu

ra lệch pha nhau 900 , ngoài ra với số tính hiệu nhiều hơn thì sẽ có độ lệch pha nhiềuhơn Đối với Encoder có hai tín hiệu, hai tín hiệu có thể xác định được chiều quay củađộng cơ là thuận hay nghịch qua độ lệch giữa hai pha

Encoder được chia làm 2 loại: encoder tuyệt đối (absolute encoder) và encodertương đối (incremental encoder)

Encoder tuyệt đối, tức là tín hiệu nhận được, chỉ rõ vị trí của encoder, không cần

xử lý Còn với encoder tương đối, là loại encoder chỉ có 1, 2, hoặc tối đa là 3 vòng lỗ.Nếu đục một lỗ trên một cái đĩa quay, thì cứ mỗi lần đĩa quay 1 vòng, hai cảm biến sẽnhận được tín hiệu một lần Nếu có nhiều lỗ hơn, Encoder cho được thông tin chi tiếthơn, có nghĩa là đĩa quay 1/4 vòng, 1/8 vòng, hoặc 1/n vòng, tùy theo số lỗ nằm trênEncoder tương đối

Encoder tuyệt đối

Ba bộ phận quan trọng nhất cấu thành Encoder tuyệt đối là đèn LED, đĩa mã hoá

và các photosensor Ánh sáng được chiếu từ đèn LED qua đĩa mã hoá đến cácphotosensor Số đèn LED bằng với số dải băng (vòng lỗ) trên đĩa mã hoá và cũng bằngvới số photosensor Tuy nhiên, một số Encoder chỉ cần dùng 1 đèn LED công suất lớn,ánh sáng chiếu phủ hết các dải băng trên đĩa mã hoá Trên Encoder, đèn LED, dải băng

và photosensor phải sắp xếp cùng nằm trên một đường thẳng Đèn LED vàphotosensor

được gắn cố định trên vỏ của Encoder và đĩa mã hoá thì quay quanh trục mangcác tín hiệu mã hoá nhằm để xác định góc quay.

Khi ánh sáng từ nguồn sáng chiếu tới đĩa mã hoá, nếu đối diện với tia sáng làvùng diện tích trong suốt, ánh sáng xuyên qua đĩa đến photosensor là xuất hiện dòngchảy qua photosensor ( photosensor nhận được tín hiệu 1 trong mã nhị phân) Ngượclại, nếu đối diện với tia sáng là vùng diện tích bị phủ lớp chắn sáng, ánh sáng khôngđến được photosensor (lúc này photosensor nhận tín hiệu 0 trong mã nhị phân) Từ đó

từ hai trạng thái 0 và 1, số nhị phân với hai chữ số 00, 01, 10, 11 là 4 trạng thái Điều

đó có nghĩa là với 2 chữ số, ta có thể chia đĩa encoder thành 4 phần bằng nhau Với 4trạng thái đó, giúp xác định được độ chính xác đến 1/4 vòng (góc đo nhỏ nhất trongtrường hợp này là 90 độ) Và như vậy với 10 vòng lỗ, thì số trạng thái giúp xác định vịtrị chính xác 1/(2^10) tức là 1/1024 vòng Nói cách khác, độ phân giải encoder là 1024xung trên vòng

Encoder tương đối

Encoder tuyệt đối rất có tốt cho những trường hợp khi góc quay là nhỏ, và động

cơ không quay nhiều vòng Khi đó, việc xử lý encoder tuyệt đối trở nên dễ dàng chongười dùng hơn, vì chỉ cần đọc giá trị là xác định được vị trí góc của trục quay Tuynhiên, nếu động cơ quay nhiều vòng, điều này không có lợi, bởi vì khi đó, phải xử lý

để đếm số vòng quay của trục Encoder tương đối sẽ khắc phục điều trên Encodertương đối sẽ tăng 1 đơn vị khi một lần lên xuống của cạnh xung Mỗi lần quay qua lỗ,thì encoder sẽ tăng một đơn vị trong biến đếm Để đếm số vòng quay của đĩa có số lỗlớn và tránh sai sót trong quá trình vận hành, Khi đó lổ định vị sẽ có nhiệm vụ đếm sốvòng quay của đĩa mã hoá

2.3.8 Van điện từ

Van điện từ hay còn gọi là solenoid vavle là loại van được điều khiển bởi dòngđiện thông qua tác dụng của lực điện từ Van điện từ có thể là van chặn (loại 1 ngã)hoặc van chuyển dòng (nhiều ngã) Van điện từ được sử dụng trong hệ thống nước, khínén, gas