Hiện nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì nhu cầu con ngườiđòi hỏi ngày càng cao trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội. Trong đó cónhu cầu về cuộc sống tiện nghi, thông minh. Điều này đã thôi thúc những nhàthiết kế, chế tạo ra những sản phẩm đáp ứng những tiện nghi, thông minh đó.Một trong số đó cần kể tới là giàn phơi thông minh. Với các nước phát triển thìnó đã được sử dụng rộng rãi, phổ biến còn ở các nước đang phát triển trong đócó Việt Nam thì nó đang là xu hướng mà người tiêu dùng đang hướng tới. Cùngvới sự phát triển hiện đại của các khu nhà hay các khu chung cư với diện tíchkhông lớn lắm thì đa số không gian còn hạn chế. Chính vì vậy mà các loại giànphơi thông minh ra đời như một giải pháp hữu hiệu nhằm đáp ứng nhu cầu thiếtyếu của cuộc sống hiện đại, văn minh đồng thời gia tăng nét đẹp thẩm mĩ chongôi nhà thân yêu.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
-
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CNKT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
THIẾT KẾ MÔ HÌNH GIÀN PHƠI THÔNG MINH SỬ DỤNG
ARDUINO
CBHD : TS Nguyễn Đắc Hải Sinh viên : Nguyễn Văn Tuyến
Mã sinh viên : 1041050388
Hà Nội – Năm 2019
Trang 2MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC BẢNG BIỂU 4
DANH MỤC HÌNH ẢNH 5
LỜI CAM ĐOAN 7
LỜI CẢM ƠN 8
MỞ ĐẦU 9
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG 11
1.1 Một số sản phẩm giàn phơi thông minh đã có trên thị trường 11
1.2 Phương pháp nghiên cứu đề tài 15
1.3 Ưu điểm của đề tài 15
CHƯƠNG 2: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN 16
2.1 Arduino 16
2.1.1 Tổng quan về arduino [1] 16
2.1.2 Một số ứng dụng của arduino 17
2.1.3 Tổng quan về arduino nano [2] 18
2.2 Cảm biến ánh sáng dùng quang trở 21
2.2.1 Giới thiệu 21
2.2.2 Nguyên lý hoạt động 21
2.2.3 Hình ảnh thực tế 21
2.3 Cảm biến mưa 22
2.3.1 Giới thiệu 22
2.3.2 Nguyên lý hoạt động 22
2.3.3 Hình ảnh thực tế 22
Trang 3CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH 23
3.1 Sơ đồ khối 23
3.2 Chức năng mỗi khối 23
3.2.1 Khối nguồn 23
3.2.2 Khối cảm biến 24
3.2.3 Khối vi xử lý 25
3.2.4 Khối chấp hành 30
3.3 Sơ đồ nguyên lý 31
3.4 Lưu đồ thuật toán 32
3.5 Mạch điều khiển giàn phơi 33
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 35
4.1 Kết quả đề tài 35
4.2 Hướng phát triển 37
KẾT LUẬN 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO 40
PHỤ LỤC 42
Trang 4DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
I/O - Input/Output
LED - Light Emiting Diode
TTL - Transistor-Transistor Logic
IDE - Integrated Development Environment
EEPROM - Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory SRAM - Static Random Access Memory
SPI - Serial Peripheral Interface
PWM - Pulse Width Modulation
Trang 5DANH MỤC BẢNG BIỂU
CHƯƠNG 2
Bảng 2.1: Một vài thông số arduino nano [3] 19Bảng 2.2: Chức năng của các chân arduino nano [2] 20CHƯƠNG 3
Bảng 3.1: Cấu hình của Atmega328P [4] 26
Trang 6
DANH MỤC CÁC HÌNH
CHƯƠNG 1
Hình 1.1: Giàn phơi thông minh gắn trên tường inox [7] 11
Hình 1.2: Giàn phơi thông minh gắn trên tường kéo ra thu vào [8] 12
Hình 1.3: Giàn phơi thông minh gắn trên trần inox [9] 13
Hình 1.4: Giàn phơi thông minh gắn trên trần khung nhôm [10] 13
Hình 1.5: Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa GLT-8013-FS [11] 14
Hình 1.6: Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa [12] 15
CHƯƠNG 2 Hình 2.1: Các dòng arduino [13] 16
Hình 2.2: Arduino trong thu thập và điều khiển nhiệt độ, độ ẩm [1] 17
Hình 2.3: Xe điều khiển từ xa [1] 18
Hình 2.4: Mạch arduino nano thực tế [2] 18
Hình 2.5: Sơ đồ chân arduino nano [2] 20
Hình 2.6: Quang trở 21
Hình 2.7: Cảm biến mưa thực tế 22
CHƯƠNG 3 Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển 23
Hình 3.2: Sơ đồ khối nguồn 23
Hình 3.3: Cảm biến quang trở [14] 24
Hình 3.4: Module cảm biến mưa [15] 25
Hình 3.5: Atmega328P thực tế [16] 26
Hình 3.6: Sơ đồ chân chức năng của ATmega328P [4] 27
Hình 3.7: Module điều khiển động cơ L298 30
Hình 3.8: Sơ đồ thiết kế mạch điều khiển giàn phơi thông minh 31
Trang 7Hình 3.9: Lưu đồ thuật toán 32
Hình 3.10: Mạch in 33
Hình 3.11: Mạch điện thiết kế 33
Hình 3.12: Mạch điều khiển giàn phơi 34
Hình 3.13: Mạch điều khiển khi được cấp nguồn 34
CHƯƠNG 4 Hình 4.1: Mô hình được quan sát từ trên xuống 35
Hình 4.2: Mô hình được quan sát từ trái sang phải 35
Hình 4.3: Mô hình được quan sát từ phải sang trái 36
Hình 4.4: Phần để hệ thống điều khiển và thu quần áo vào 36
Hình 4.5: Phần để phơi quần áo 37
Trang 8
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan toàn bộ nội dung của báo cáo này là do em tự tìm hiểu, nghiên cứu dưới sự định hướng của Thầy giáo hướng dẫn Nội dung báo cáo này không sao chép và vi phạm bản quyền từ bất kỳ công trình nghiên cứu nào Các nguồn tài liệu tham khảo đã được liệt kê, trích dẫn theo quy định Nếu những lời cam đoan trên không đúng, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước pháp luật
Hà Nội, tháng 4 năm 2019
Sinh viên
Nguyễn Văn Tuyến
Trang 9LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy TS.Nguyễn Đắc Hải đã tận tình
giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn em thực hiện trong suốt quá trình thực hiện đề tài này Trong thời gian làm việc với thầy, em không những tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả của thầy Đây là những điều rất cần thiết cho
em trong quá trình học tập và công tác sau này
Và em xin cảm ơn các thầy, cô trong khoa Điện Tử đã tạo điều kiện, cung cấp cho em những kiến thức cơ bản, cần thiết để em có điều kiện và đủ kiến thức để thực hiện quá trình nghiên cứu Em xin kính chúc quý thầy cô thật dồi dào sức khoẻ và thành công trên con đường sự nghiệp giảng dạy
Ngoài ra, em cũng xin cảm ơn các thành viên trong lớp điện tử 5 – k10
đã có những ý kiến đóng góp, bổ sung, giúp em hoàn thành tốt đề tài
Em xin chân thành cảm ơn !!!
Trang 10MỞ ĐẦU
Hiện nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì nhu cầu con người đòi hỏi ngày càng cao trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội Trong đó có nhu cầu về cuộc sống tiện nghi, thông minh Điều này đã thôi thúc những nhà thiết kế, chế tạo ra những sản phẩm đáp ứng những tiện nghi, thông minh đó Một trong số đó cần kể tới là giàn phơi thông minh Với các nước phát triển thì
nó đã được sử dụng rộng rãi, phổ biến còn ở các nước đang phát triển trong đó
có Việt Nam thì nó đang là xu hướng mà người tiêu dùng đang hướng tới Cùng với sự phát triển hiện đại của các khu nhà hay các khu chung cư với diện tích không lớn lắm thì đa số không gian còn hạn chế Chính vì vậy mà các loại giàn phơi thông minh ra đời như một giải pháp hữu hiệu nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu của cuộc sống hiện đại, văn minh đồng thời gia tăng nét đẹp thẩm mĩ cho ngôi nhà thân yêu
Lý do chọn đề tài
Việc có một giàn phơi thông minh sẽ không chiếm diện tích của ban công hoặc những nơi có ban công nhỏ sẽ rất phù hợp cho việc có thể lắp đặt được giàn phơi để phơi quần áo dễ dàng, tiện lợi, bảo vệ quần áo khỏi tác động của thời tiết Với lý do trên, em đã chọn đề tài “Thiết kế mô hình giàn phơi thông minh sử dụng arduino” để nghiên cứu Nếu trời có mưa thì giàn phơi sẽ
tự động kéo vào Nếu trời nắng thì giàn phơi sẽ tự động kéo ra Như vậy, người
sử dụng sẽ không cần phải điều khiển mà vẫn sử dụng dàn phơi thuận tiện cho cuộc sống
Mục đích chọn đề tài
Do thực tế hiện nay trong đời sống sinh hoạt của con người, việc phơi quần áo trong những ngày thời tiết xấu là rất bất tiện đặt biệt đối với những gia đình không có điều kiện ở nhà thường xuyên, từ những bất tiện của vấn đề trên
Trang 11sinh viên thực hiện nghiên cứu về vấn đề này nhằm đưa ra ý tưởng chế tạo ra một thiết bị phơi đồ thông minh giúp xóa bỏ mọi bất tiện và hạn chế trong việc phơi quần áo cũng như phù hợp với xu thế mới trong ngành điều khiển tự động
Là một sinh viên ngành điện tử muốn được thử thách bản thân, tìm hiểu
về những kiến thức chuyên ngành để có thêm kinh nghiệm trước khi ra trường phục vụ cho công việc sau này
Phạm vi, đối tượng nghiên cứu đề tài
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại giàn phơi thông minh với những thiết kế mẫu mã, chức năng, tiện ích đa dạng và nhiều chủng loại Từ những giàn phơi thông minh đơn giản nhất đến những giàn phơi thông minh nhất với đầy đủ tính năng vượt trội đắp ứng mọi nhu cầu của người sử dụng Tuy nhiên, những sản phẩm này cũng có nhược điểm là giá thành hơi cao
Do làm việc cá nhân, hạn chế về khả năng tìm kiếm và hạn chế về thời gian nghiên cứu đề tài “Thiết kế mô hình giàn phơi thông minh sử dụng arduino” nên em bó hẹp lại phạm vi nghiên cứu Đề tài của em nghiên cứu sẽ xoay quanh những thiết bị sử dụng chính của giàn phơi thông minh Đó là module cảm biến mưa, cảm biến ánh sáng, module điều khiển động cơ L298 và
bộ xử lý trung tâm arduino nano sử dụng chip Atmega328P Mô hình hoạt động với 2 chế độ: bằng tay và cảm biến tự động
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ưu điểm của giàn phơi thông minh là dùng các loại cảm biến để nhận biết các trạng thái của môi trường bên ngoài từ đó cho ra các chế độ làm việc phù hợp giúp giải quyết các vấn đề khó khăn khi phơi quần áo
Vì vậy đề tài này là một vấn đề không những là một thực tại khách quan
mà còn có tầm quan trọng thực sự trong hiện tại cũng như trong tương lai
Trang 12CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG
1.1 Một số sản phẩm giàn phơi thông minh đã có trên thị trường
- Giàn phơi thông minh gắn tường: Đây là loại giàn phơi thông minh gắn vào tường nhà phù hợp với hộ gia đình có diện tích cực hẹp, còn có tên gọi
là giàn phơi kéo ngang (h 1.1 và h 1.2)
+ Ưu điểm chủ yếu của giàn phơi thông minh là có nhiều thanh phơi, phơi được lượng lớn quần áo cũng như các chăn, ga, gối, đệm Đồng thời khoảng cách giữa các thanh phơi đủ để quần áo nhanh khô mà vẫn cho trọng tải phơi lớn
+ Nhược điểm: Lắp đặt cố định giàn phơi ở độ cao nhất định, không điều chỉnh được thanh phơi lên cao, xuống thấp được
Hình 1.1: Giàn phơi thông minh gắn trên tường inox [7]
Trang 13Hình 1.2: Giàn phơi thông minh gắn trên tường kéo ra thu vào [8]
- Giàn phơi thông minh gắn trần: Tương tự như loại gắn tường, giàn phơi gắn trần làm bằng inox hoặc hợp kim nhôm cường lực chịu được trọng tải tới 60kg Giàn phơi gắn trần giúp quần áo nhanh khô, phơi được nhiều quần áo,
là giải pháp cho nhà mặt phố, biệt thự, hoặc chung cư có ban công diện tích đủ rộng (h 1.3 và h 1.4)
+ Ưu điểm: tiết kiệm diện tích tối đa cho căn nhà bạn, giá cả phải chăng,
có thể điều chỉnh thanh phơi lên cao, xuống thấp, kiểu dáng đa dạng, dễ dàng phơi quần áo cũng như các loại chăn, ga, gối đệm,
+ Nhược điểm: điều chỉnh thanh phơi lên cao xuống thấp theo nhu cầu cần dùng tay quay, số lượng phơi đồ cũng ít hơn so với giàn phơi thông minh gắn tường
Trang 14Hình 1.3: Giàn phơi thông minh gắn trên trần inox [9]
Hình 1.4: Giàn phơi thông minh gắn trên trần khung nhôm [10]
Trang 15- Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa: Còn có tên gọi là giàn phơi thông minh tự động, đây là loại giàn phơi tốt nhất và cũng đắt nhất Nó cho phép bạn điều khiển giàn phơi bằng thiết bị điều khiển từ xa Ngoài ra, loại giàn phơi này có thể được tích hợp tia cực tím kháng khuẩn, quạt sấy khô quần áo Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa là giải pháp phù hợp cho căn hộ có phòng phơi đồ khép kín (h 1.5 và h 1.6)
+ Ưu điểm: dễ dàng vận hành bằng cách nhấn nút lên xuống, dừng đơn giản, không cần dùng sức như giàn phơi thông minh gắn trần; có đèn pha sáng, tích hợp quạt gió, đèn UV diệt khuẩn giúp quần áo nhanh khô hơn Kiểu dáng giàn phơi sang trọng, thông thường với 4 thanh phơi có thể phơi được nhiều đồ hơn
+ Nhược điểm: do tích hợp nhiều chức năng nên giá thành của giàn phơi thông minh điều khiển từ xa giá thành cao hơn giàn phơi thông minh khác Nếu không lựa chọn sản phẩm có chất lượng, sau quá trình sử dụng có thể gặp một
số trục trặc về lỗi điện tử, đặc biệt với khí hậu nóng ẩm của nước ta
Hình 1.5: Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa GLT-8013-FS [11]
Trang 16Hình 1.6: Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa [12]
1.2 Phương pháp nghiên cứu đề tài
- Tham khảo các đề tài liên quan tới đề tài của mình
- Tự thiết kế và viết code theo yêu cầu đặt ra (tự động đưa quần áo ra khi trời không mưa hoặc trời sáng, thu quần áo vào khi trời tối hoặc mưa)
- Thực nghiệm trực tiếp: chạy thử, khắc phục nếu có lỗi, sao cho phù hợp với điều kiện thực tế
1.3 Ưu điểm của đề tài
- Là một thiết bị tiêu dùng thông minh giúp giải quyết các vấn đề bất tiện khi phơi quần áo, đặt biệt đối với những người ít có thời gian ở nhà thường xuyên
- Thiết bị thiết kế ở hai chế độ hoạt động tạo sự tiện lợi và thoải mái cho người sử dụng
- Linh hoạt và dễ dàng di chuyển, vật liệu bền chịu được mọi thời tiết
Trang 17CHƯƠNG 2: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN
2.1 Arduino
2.1.1 Tổng quan về arduino [1]
Arduino là một bo mạch vi xử lý Phần cứng bao gồm một bo mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8 bit, hoặc ARM Atmel 32-bit Những model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB,
6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều bo mở rộng khác nhau, cho phép người dùng viết các chương trình cho Arduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++
Arduino là một nền tảng mà mọi thiết bị phần cứng đều được làm sẵn
và chuẩn hóa, người dùng chỉ việc chọn những thứ mình cần, ráp lại là có thể chạy được Arduino cung cấp cho bạn module điều khiển động cơ có sẵn, mạch điều khiển có sẵn, mạch thu phát sóng không dây có sẵn…
: Các dòng Arduino Hình 2.1: Các dòng arduino [13]
Trang 18Arduino không phải lập trình từ A đến Z Mỗi thứ phần cứng gắn mác
“Arduino” đều có những đoạn lệnh đã được viết sẵn (thư viện) do cộng đồng
người dùng Arduino cùng phát triển
Trang 19Hình 2.3: Xe điều khiển từ xa [1]
2.1.3 Tổng quan về arduino nano [2]
Hình 2.4: Mạch arduino nano thực tế [2]
Trang 20+ Arduino Nano là một trong những phiên bản nhỏ gọn của board Arduino + Arduino Nano có đầy đủ các chức năng và chương trình có trên Arduino + Uno do cùng sử dụng MCU ATmega328P Nhờ việc sử dụng IC dán của Atmega328P thay vì IC chân cắm nên Arduino Nano có thêm 2 chân Analog
so với Arduino Uno [3]
Nó khá đơn giản, các port có thể đủ phục vụ cho nhu cầu của người mới nghiên cứu mãng lập trình cho các ngoại vi, chức năng chẳng thua kém các board khác, tích hợp sẵn board nạp và hợp túi tiền so với các board cao cấp hơn
Một vài thông số Arduino nano:
Bảng 2.1: Một vài thông số arduino nano [3]
Dòng điện một chiều mỗi chân 40 mA
Trang 21 Sơ đồ chân của arduino nano
Hình 2.5: Sơ đồ chân arduino nano [2]
Chức năng của các chân
Bảng 2.2: Chức năng của các chân arduino nano [2]
Số thứ tự chân Tên Kiểu Chức năng
đến 13
19-26 A7-A0 Đầu vào Đầu vào tương tự kênh 0-7
On-30 VIN Nguồn Chân nối với nguồn vào từ 5V-12V
Trang 222.2 Cảm biến ánh sáng dùng quang trở
2.2.1 Giới thiệu
- Quang trở là loại cảm biến ánh sáng đơn giản, nguyên tắc hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong Có thể hiểu một cách dễ dàng rằng, quang trở là một loại điện trở có điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng
- Quang trở là một loại "vật liệu" điện tử rất hay gặp và được sử dụng trong những mạch cảm biến ánh sáng
2.2.2 Nguyên lý hoạt động
Hiện tượng điện trở của chất bán dẫn giảm đi khi bị chiếu sáng Khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể là Cadmium sulfide – CdS) làm phát sinh các điện tử tự do, tức sự dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn Các đặc tính điện và độ nháy của quang điện trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng trong chế tạo [5] Khi ánh sáng kích thích chiếu vào quang trở thì nội trở của quang trở sẽ giảm xuống, tiến về 0 (mạch kín) Nhưng khi ánh sáng kích thích ngừng thì nội trở tăng đến vô cùng (mạch hở)
2.2.3 Hình ảnh thực tế
Hình 2.6: Quang trở
Trang 232.3 Cảm biến mưa
2.3.1 Giới thiệu
Cảm biến mưa sử dụng để phát hiện trời mưa, hay các môi trường có
nước Mạch cảm biến mưa được đặt ngoài trời để kiểm tra trời có mưa không, qua đó truyền tín hiệu về vi điều khiển, từ đó vi điều khiển tổng hợp thông tin tín hiệu từ các cảm biến và nút nhấn để điều khiển động cơ giảm tốc
Mạch cảm biến mưa gồm 2 bộ phận:
- Bộ phận cảm biến mưa được gắn ngoài trời
- Bộ phận điều chỉnh độ nhạy cần được che chắn
2.3.2 Nguyên lý hoạt động
- Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của mạch cảm biến nằm ngoài trời với giá trị định trước (giá trị này thay đổi được thông qua biến trở màu xanh) từ đó phát ra tín hiệu đóng/ngắt qua chân D0
- Khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 của module cảm biến sẽ được giữ ở mức cao (5V-12V) Khi có nước trên bề mặt cảm biến (trời mưa), đèn LED màu đỏ sẽ sáng lên, chân D0 được kéo xuống thấp (0V)
- Mạch hoạt động với nguồn 5V
2.3.3 Hình ảnh thực tế
Hình 2.7: Cảm biến mưa thực tế
Trang 24CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH
3.1 Sơ đồ khối
KHỐI NGUỒN
KHỐI ĐIỀU KHIỂN
KHỐI VI
XỬ LÝ
KHỐI CẢM
BIẾN
Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển
3.2 Chức năng mỗi khối
- Khối nguồn nuôi: là khối tạo ra điện áp 5V cung cấp dòng nuôi vi điều khiển Atmega328P và toàn bộ linh kiện trong mạch
- Khối xử lý trung tâm: sử dụng vi điều khiển Atmega328P được lập trình để điều khiển toàn bộ hoạt động của mạch
- Khối cảm biến
3.2.1 Khối nguồn
Hình 3.2: Sơ đồ khối nguồn