ĐỒ ÁN CẢM BIẾN MƯA MẠCH GIÀN PHƠI TỰ ĐỘNG

Atmega 328 là một bộ vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 32KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, 1KB EEPROM, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thế giới v

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG.

ĐỒ ÁN 1

ĐỀ TÀI : MẠCH HOẠT ĐỘNG MÁI CHE MƯA TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG ARDUINO VÀ

CẢM BIẾN MƯA

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN :

LỚP :

MSSV :

Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 11 Năm 2018

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ARDUINO UNO R3, L298N VÀ CẢM BIẾN MƯA 2

1.1.1 Một vài thông số của Arduino UNO R3 2

1.1.2 ATMEGA328P Vi điều khiển 8 bit 2

1.1.3 Các chân năng lượng 4

1.1.4 Bộ nhớ 6

1.1.5 Các cổng vào/ra 6

1.1.6 Lập trình cho Arduino 8

1.1.7 MODULE L298N 9

1.1.8 Cảm biến mưa 11

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CODE ARDUINO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 13

2.1 Sơ đồ khối 13

2.2 Lưu đồ giải thuật 13

2.3 Code cho ARDUINO 14

2.4 Nguyên lý hoạt động 15

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG 19

3.1 Mái che mưa tự động 19

3.2 Giàn phơi đồ thông minh 19

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN 20

4.1 Bảng báo giá 20

4.2 Ưu điểm 20

4.3 Hạn chế 21

4.4 Hướng phát triển 21

4.5 Kết thúc đồ án 21

Lời mở đầu

Trong sự phát triển ngày càng nhanh chóng và hiện đại của khoa học kỹ thuật, ngành điện

tử tự động đã tạo nên một dấu ấn quan trọng trong lĩnh vực sản xuất và chế tạo Chúng luôn thay đổi và phát triển từng giờ, không dừng lại ở đó trong những năm gần đây ngànhđiện tử tự động đã ngày càng gần gũi hơn với đời sống con người, hỗ trợ con người trong cuộc sống hàng ngày

Khi thời tiết mưa âm u luôn là nỗi ám ảnh của nhiều người và nhất là các bà nội trợ khi quần áo phơi mãi không khô, thậm chí là phơi nắng hàng tuần mà quần áo vẫn bị ẩm và xuất hiện theo mùi hôi khó chịu Vậy làm sao để đối phó với những thời tiết như thế này?Làm sao để quần áo nhanh khô nhất? Lúc này mái che mưa tự động chính là biện pháp nhanh nhất để giải quyết mối lo quần áo giúp quần áo mau khô thơm tho ngay cả khi trời mưa trời âm u

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ARDUINO UNO R3, L298N VÀ CẢM BIẾN

MƯA

1.1.1 Một vài thông số của Arduino UNO R3

1.1.2 ATMEGA328P Vi điều khiển 8 bit

Atmega328 là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel thuộc họ MegaAVR

có sức mạnh hơn hẳn Atmega8 Atmega 328 là một bộ vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 32KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, 1KB EEPROM, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bít (2KB SRAM)Với 23 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra i/O, 32 thanh ghi, 3 bộ

timer/counter có thể lập trình, có các gắt nội và ngoại (2 lệnh trên một vector ngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART, SPI, I2C Ngoài ra có thể sử dụng bộ biến đổi số tương tự 10 bít (ADC/DAC) mở rộng tới 8 kênh, khả năng lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử dụng tới 6 kênh điều chế độ rộng xung (PWM), hỗ trợ bootloader

Atemega328 có khả năng hoạt động trong một dải điện áp rộng (1.8V – 5.5V), tốc độ thực thi (thông lượng) 1MIPS trên 1MHz

+ Số timer: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit

+ Số kênh xung PWM: 6 kênh (1timer 2 kênh)

Atmega328P-PU

1.1.3 Các chân năng lượng

GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng các thiết bị

sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.

Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này

để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

Lưu ý:

Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do đó bạn phải hết sức cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino UNO Việc làm chập mạch nguồn vào của Arduino UNO sẽ biến nó thành một miếng nhựa chặn giấy mình khuyên bạn nên dùng nguồn từ cổng USB nếu có thể

Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí có thể làm hỏng board Điều này không được nhà sản xuất khuyến khích

Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới 6V có thể làm hỏng board

Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điều khiển

Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của Arduino UNO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển Do đó nếu không dùng để truyền nhận dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng.

1.1.4 Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho

bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu

2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn 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 mà bạn phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): đây giốngnhư một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn 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

1.1.5 Các cổng vào/ra

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).

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

2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kếtnối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cáchđơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ

cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

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 trong khoảng 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 tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

1.1.6 Lập trình cho Arduino

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngôn ngữ này dựatrên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại là một biến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++ Riêng mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển Arduino cũng gọi như vậy Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ học, dễ hiểu Nếu học tốt chương trình Tin học 11 thì việc lập trình Arduino sẽ rất dễ thở đối với bạn

Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là Arduino IDE (Intergrated Development Environment) như hình dưới đây.

Đoạn mã nguồn như trong hình sẽ điều khiển một đèn LED nhấp nháy với chu kì 1 giây

1.1.7 MODULE L298N

Thông số kỹ thuật:

Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H

Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V

Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor)

Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V

Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA (Arduino có thể chơi đến 40mA nên khỏe re nhécác bạn)

Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 )℃)

Nhiệt độ bảo quản: -25 ~ +130 ℃) ℃)

Power GND chân này là GND của nguồn cấp cho Động cơ.

Nếu chơi Arduino thì nhớ nối với GND của Arduino

Jump A enable và B enable, để như hình, đừng rút ra bạn nhé!

Gồm có 4 chân Input IN1, IN2, IN3, IN4 Chức năng các chân này tôi sẽ giải thích ở bước sau:

+Tưởng tượng, chân IN1 là chân OutA.1, chân IN2 là chân OutA.2

+Bạn cấp cực dương vào IN1, cực âm vào IN2 => motor quay một chiều (chiều 1).+Bạn cấp cực âm vào IN1, cực dương vào IN2 => motor quay chiều còn lại (chiều 2)!+Cực dương ở đây là điện thế 5V, cực âm ở đây là điện thế 0V Hiện điện thế được tính

là điện thế ở IN1 trừ hiệu điện thế IN2

+Giả sử, hiệu điện thế 5V sẽ là mạnh nhất trong việc điều khiển động cơ Như vậy, chỉ cần hạ hiệu điện thế xuống là động cơ sẽ bị yếu đi

+Và nếu hiệu điện thế < 0 => động cơ sẽ đảo chiều!

1.1.8 Cảm biến mưa

Mạch cảm biến mưa gồm 2 phần:

mạch cảm biến mưa được gắn ngoài trời

mạch điều chỉnh độ nhạy cần được che chắn

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 1 biến trở màu xanh)

từ đó phát ra tín hiệu đóng / ngắt rơ le qua chân D0 Vì vậy, chúng ta dùng một chân digital để đọc tín hiệu từ cảm biến mưa

Khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 của module cảm biến sẽ được giữ ở mức cao (5V) Khi có nước trên bề mặt cảm biến (trời mưa), đèn LED màu xanh sẽ sáng lên, chân D0 được kéo xuống thấp (0V)

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CODE ARDUINO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT

Không mưa (mua = 1 )

a = mua

a # mua Bắt đầu

Motor chạy thuận 5s rồi dừng

Motor chạy nghịch 5s rồi dừng

Ngưng 3s

2.3 Code cho ARDUINO

int rainSensor = 6; // Chân tín hiệu cảm biến mưa ở chân digital 6 (arduino)

Serial.begin(9600);// Khởi động Serial ở baudrate 9600

Serial.println("Da khoi dong xong");

{

a = mua; Serial.println("a=");

Serial.println(a);

if (mua == HIGH) { Serial.println("Dang khong mua");

digitalWrite(13, HIGH); // cấp nguồn 5v cho mạch đầu a mạchdelay(5000); // thời gian cấp nguồn 5 s

Arduino cấp nguồn 5v cho cảm biến mưa

Cảm biến mưa gửi tín hiệu digital vào chân số 6 của arduino

Sản phẩm hoàn thiện

Arduino nhận tín hiệu từ chân số 6 sau đó tín hiệu ra của Arduino là từ chân số 8 và chân

số 13 truyền vào Module L298N để đảo chiều động cơ

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG

3.1 Mái che mưa tự động

Với mái che kéo chúng ta có thể lắp motor Động Cơ Giảm Tốc 550 DC 12V 30RPM giá 200.000 đ (Momen xoắn cực đại: 50kg.cm chạm mức kéo 50kg khi vật cách trục 1cm, thì motor sẽ ngừng quay) vào trục quay để kéo mái ra và vào thay cho kéo tay

Với 12v cho động cơ giảm tốc thì chúng ta sẽ cấp nguồn riêng cho motor và dung bằng rơle

3.2 Giàn phơi đồ thông minh

Tương tự như mái che mưa tự động nhưng thay vào đó chúng ta làm bằng ròng rọc để đưa đồ vào mái che cố định