TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề - 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 sả
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Lớp: Cơ Điện Tử 2-K59 Khoa: Cơ Khí
(in đậm Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài)
Người hướng dẫn: TS Phạm Xuân Hiển
Trang 2CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Tầm quan trọng của đề tài 1
1.3 Mục đích nghiên cứu 1
1.4 Dàn ý nghiên cứu 1
1.5 Đồi tượng nghiên cứu 2
1.6 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu 2
CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ DÀN PHƠI THÔNG MINH 3
2.1 Giàn phơi thông minh là gì? 3
2.2 Các bộ phận cấu thành sản phẩm 3
2.2.1 Tổng quan về Arduino 3
2.2.2 Module L298 4
2.2.3 Cảm biến mưa 5
2.2.4 Cảm biến ánh sáng quang trở CDS 5
2.2.5 Đèn sưởi ( dùng để hong khô quần áo) 6
2.2.6 Nguồn điên 6
2.2.7 Động cơ điện DC 12V 6
2.2.8 Công tắc hành trình 6
2.2.9 Khung xương mô hình 6
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH CHO MÔ HÌNH DÀN PHƠI THÔNG MINH 7
3.1 Ý tưởng thiết kế 7
3.2 Sơ đồ của giàn phơi thông minh 7
3.2.1 Sơ đồ khối 7
3.2.2 Lưu đồ thuật toán 7
3.2.3 Sơ đồ mạch 8
3.3 Các chế độ vận hành và nguyên lý hoạt động 8
3.3.1 Chế độ vận hành tự động 8
3.3.2 Chế độ vận hành bằng tay 14
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 18
4.1 Kết quả đề tài 18
4.2 Đánh giá đề tài 18
4.3 Kết luận 18
Trang 3Hình 2.1 Các dòng Arduino 3
Hình 2.2 Arduino UNO R3 trên thực tế 4
Hình 2.3 Sơ đồ khối của Arduino UNO R3 4
Hình 2.4 Module L298 5
Hình 2.5 Cảm biến mưa 5
Hình 2.6 Quang trở CDS 6
Hình 3.1 Sơ đồ khối 7
Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán 7
Hình 3.3 Sơ đồ mạch mô phỏng 8
Hình 3.4 Công tắc 3 chân 9
Hình 3.5 Sơ đồ mạch trong chế độ tự động 9
Hình 3.6 Cảm biến mưa và cảm biến ánh sáng 10
Hình 3.7 Đèn sưởi khi tắt 10
Hình 3.8 Module L298 10
Hình 3.9 Hai công tắc hành trình 11
Hình 3.10 Sơ đồ mạch 11
Hình 3.11 Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng và mưa 12
Hình 3.12 Đèn sưởi tắt 12
Hình 3.13 Module L298 12
Hình 3.14 Hai công tắc hành trình 13
Hình 3.15 Sơ đồ mạch trong chế độ tự động 13
Hình 3.16 Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng 13
Hình 3.17 Đèn sưởi được bật lên 14
Hình 3.18 Module L298 14
Hình 3.19 Hai công tắc hành trình 14
Hình 3.20 Công tắc 3 chân chuyển sang chế độ bằng tay 15
Hình 3.21 Sơ đồ mạch điều khiển tốc độ động cơ 15
Hình 3.22 Bộ điều khiển tốc độ động cơ 15
Hình 3.23 Bấm nút nghịch 16
Hình 3.24 Bấm nút thuận 17
Trang 4CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề
- 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 ngành điện tử tự động đã ngảy càng gần gũi hơn với đời sống con người, hỗ trợ con người trong cuộc sống hằng ngày
- Khi phơi đồ thì chúng ta luôn có những nỗi lo rằng trời hôm nay có nắng không, hay sẽ
có mưa ko? Quần áo sẽ có thể bị ướt do trời mưa khi ta không kịp dọn hay quần áo sẽ mãi không khô do thời tiết âm u, thậm chí phơi đến cả tuần mà quần áo vẫn bị ẩm, còn kèm theo mùi hôi khó chịu
=> Vậy phải làm sao để đối phó với những vấn đề như thế, làm sao để quần áo khô nhanh nhất
- Lúc này giàn phơi thông minh chính là biện pháp nhanh nhất giải quyết mối lo quần áo, giúp quần áo mau khô, thơm tho, không bị ướt ngay cả khi trời mưa, trời âm u
1.2 Tầm quan trọng của đề tài
- Ưu điểm của máy phơi đồ 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
1.3 Mục đích nghiên cứu
- Do thực tiễn 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 nhóm sinh viên thực hiện nghiên cứu
về vấn đề này nhằm đưa ra ý tưởng chế tạo ra môt 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 sinh viên ngành Cơ 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
1.4 Dàn ý nghiên cứu
- Thiết kế cấu trúc sơ đồ
Trang 5- Thi công phần cứng – phần mềm
- Hướng dẫn sử dụng
1.5 Đồi tượng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu là: Nguồn mở của vi điều khiển arduino còn mới mẻ đối với một
số trường, bên cạnh đó dùng ứng dụng đó để nghiên cứu ra một giàn phơi đồ thông minh
1.6 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu
❖Phương pháp:
- Tài liệu tham khảo: Chủ yếu là tham khảo các chi tiết module, cảm biến, khí cụ điện
- Thực nghiệm: Kết nối phần cứng, thiết kế mạch ổn áp, mạch động lực, cơ cấu chuyển động
❖Phương tiện:
Các dụng cụ trong ngành cơ khí và Cơ Điện Tử như máy hàn máy khoan, máy tính, đồng
hồ VOM, để thực hiện đề tài này cần phải thiết kế một số mạch phụ hay dùng testboard
để thử nghiệm và mô phỏng 3D
Trang 6
CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ DÀN PHƠI THÔNG MINH 2.1 Giàn phơi thông minh là gì?
- Giàn phơi thông minh là vật dụng đã trở nên quá quen thuộc đối với nhiều hộ gia đình, trở thành một phần không thể thiếu trong đời sống sinh hoạt của con người Tuy nhiên rất nhiều người lại chưa biết đến giá phơi đồ thông minh này Vậy giàn phơi thông minh là gì,
có khó sử dụng không và sử dụng như thế nào? Trong bài viết dưới đây chúng tôi sẽ làm sáng tỏ hơn vấn đề này
- Giàn phơi thông minh chính chính là một sản phẩm khoa học mang tính ứng dụng cao nhằm giúp cho việc phơi đồ trở lên đơn giản và nhanh hơn gấp nhiều lần so với giàn phơi thông thường; đồng thời giúp quần áo đón được nhiều gió và nắng, giúp quần áo nhanh khô hơn; giúp con người tiết kiệm được thời gian cũng như công sức để tập trung cho việc khác Đây là một giải pháp tuyệt vời trong vấn đề phơi đồ và nhờ nó mà con người sẽ không phải lo quần áo ướt, quần áo ẩm hay có mùi trong những ngày trời mưa hay trời nồm nữa
- Ứng dụng trong cuộc sống: Sử dụng dễ dàng, tiện lợi khi trời trở lạnh mưa gió bão Hệ thống sử dụng hoàn toàn tự động
Trang 7- Arduino không phải lập trình từ A đến Z Mỗi 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
Ở đây ta dùng loại Arduino R3
Hình 2.2 Arduino UNO R3 trên thực tế
- Đây là vi mạch tích hợp nên sử dụng khi mới tìm hiểu về Arduino Hiện dòng mạch này
đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (R3), cũng có thể dùng vi mạch nano nhưng nó khá nhỏ chỉ nên sử dụng cho người đã biết lập trình và thích hợp cho các đề án nhỏ hoặc mô hình nhỏ
- 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
Hình 2.3 Sơ đồ khối của Arduino UNO R3
2.2.2 Module L298
- Mạch cầu H là một mạch đơn giản dùng để điều khiển động cơ DC quay thuận hoặc quay nghịch Trong thực tế, có nhiều kiểu mạch cầu H khác nhau tùy vào cách chúng ta lựa
Trang 8chọn linh kiện có dòng điện, áp điều khiển lớn hay nhỏ, tần số xung PWM… Và chúng sẽ quyết định đến khả năng điều khiển của cầu H
Ta sử dụng loại cầu H – L298
Hình 2.4 Module L298
2.2.3 Cảm biến mưa
- Sử dụng modul cảm biến mưa RK83 - điện áp: 5V
- Sử dụng khi trời mưa thì nó sẽ báo ra một tín hiệu để chúng ta biết trời có mưa
Hình 2.5 Cảm biến mưa
2.2.4 Cảm biến ánh sáng quang trở CDS
- Sử dụng khi trời sáng sẽ nhận tín hiệu truyền đi đưa quần vào được treo trên khung ra
ngoài ánh sáng
Trang 9Hình 2.6 Quang trở CDS
2.2.5 Đèn sưởi ( dùng để hong khô quần áo)
2.2.6 Nguồn điên
- Sử dụng nguồn điện cung cấp cho toàn bộ hệ thống hoạt động
Ta sử dụng nguồn điện phù hợp với điện áp đầu vào ra đầu ra của Arduino và cầu H (điện
áp hoạt động trong khoảng 5-12V)
2.2.7 Động cơ điện DC 12V
2.2.8 Công tắc hành trình
2.2.9 Khung xương mô hình
Trang 10CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH CHO MÔ HÌNH DÀN PHƠI THÔNG MINH 3.1 Ý tưởng thiết kế
- Khi phơi đồ thì chúng ta luôn có những nỗi lo rằng trời hôm nay có nắng không, hay sẽ
có mưa ko? Quần áo sẽ có thể bị ướt do trời mưa khi ta không kịp dọn hay quần áo sẽ mãi không khô do thời tiết âm u, thậm chí phơi đến cả tuần mà quần áo vẫn bị ẩm, còn kèm theo mùi hôi khó chịu
=> Vậy phải làm sao để đối phó với những vấn đề như thế, làm sao để quần áo khô nhanh nhất
- Lúc này giàn phơi thông minh chính là biện pháp nhanh nhất giải quyết mối lo quần áo, giúp quần áo mau khô, thơm tho, không bị ướt ngay cả khi trời mưa, trời âm u
3.2 Sơ đồ của giàn phơi thông minh
3.2.1 Sơ đồ khối
Hình 3.1 Sơ đồ khối
3.2.2 Lưu đồ thuật toán
Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán
Trang 11- Chúng ta sẽ có những trường hợp như sau:
+ Khi trời sáng, không mưa => Phơi đồ
+ Khi trời sáng, có mưa => Thu đồ
Trang 12+ Khi trời tối => Thu đồ
- Quá trình này được xử lý hoàn toàn bởi bộ Arduino R3 và các IC cảm biến
*Cách vận hành hệ thống:
- Khi bắt đầu chương trình tự động ta gạt công tắc sang chế độ tự động
Hình 3.4 Công tắc 3 chân
- Từ đó cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống
- Các cảm biến bây giờ có chức năng thu thập thông tin từ môi trường, rồi chuyển về hê thống xử lý trung tâm là Arduino R3 sẽ phân tích theo chương trình đã được nạp Cuối cùng đưa ra quyết định cuối cùng rồi chuyển về bộ phận điều khiển động cơ là Module L298 để thực hiện hành động phơi đồ hay thu qua động cơ 12V
*Cách thức hoạt động của mạch trong phần mềm proteus
* Tự Động:
- Trời sáng + không mưa
Tổng quát:
Hình 3.5 Sơ đồ mạch trong chế độ tự động
Trang 13- Tín hiệu được truyền từ 2 cảm biến mưa và cảm biến ánh sáng
Hình 3.6 Cảm biến mưa và cảm biến ánh sáng
- Đèn sưởi lúc này được tắt:
Hình 3.7 Đèn sưởi khi tắt
- Chân In3 được bật, In4 được tắt và dộng cơ quay theo chiều ngược kim đồng hồ( tương đương với việc quần áo được phơi ra)
Hình 3.8 Module L298
Trang 14- Khi chạm công tắc hành trinh 2 thì động cơ dừng
Trang 15Hình 3.11 Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng và mưa
- Đèn sưởi lúc này được tắt
Trang 17Hình 3.17 Đèn sưởi được bật lên
-Chân In3 tắt ,In4 bật làm cho động co chuyển động thuận chiều kim đồng hồ(tương đương với thu đồ)
Trang 18Hình 3.20 Công tắc 3 chân chuyển sang chế độ bằng tay
- Khi ở chế độ này động cơ sẽ được điều khiển bằng bộ điều chỉnh tốc độ động cơ DC và đây là sơ đồ mạch :
Hình 3.21 Sơ đồ mạch điều khiển tốc độ động cơ
- Đây là hình ảnh thực tế của bộ điều khiển tốc độ động cơ:
Hình 3.22 Bộ điều khiển tốc độ động cơ
Trang 19- Nhờ vào bộ điều khiển này, ta có thể tùy chỉnh vòng quay của động cơ thông qua 3 nút bấm ( thuận, nghịch, và dừng lại)
- Và ở mô hình giàn phơi thông minh này chúng em có trang bị thêm bộ phận sấy khô quần
áo Khi quần áo lâu ngày chưa khô, thì chúng ta có thể bật máy sấy quần áo lên giúp quần
áo nhanh khô hơn
*Cách thức hoạt động của mạch trong phần mềm proteus
Trang 20Hình 3.24 Bấm nút thuận
- Khi ta bấm nút “thuận” thì động cơ quay thuận chiều kim đồng hồ và nhả ra thì dộng cơ dừng
Trang 21CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết quả đề tài
kế ở 2 chế độ hoạt động tạo sự tiện lợi và thoải mái cho người sử dụng
- Linh hoạt và dễ dàng di chuyển
- Tối ưu khá nhiều, gần với sản phẩm thực tế
-Ðây là một đề tài khá mới mẻ, nên có nhiều hướng phát triển trong tương lai:
- Sản phẩm không chỉ dừng lại ở việc phơi quần áo mà nó có thể mở rộng hơn nữa với quy mô lớn như hệ thống phơi nông sản, hàng thủ công mĩ nghệ, các dây chuyền công nghiệp …
4.3 Kết luận
- Với những đặc điểm và tính năng trên, hệ thống có thể trở thành sản phẩm tiêu dùng, đáp ứng nhu cầu xã hội Ðề tài mang tính hiện đại, thực tiễn cao và tính khả thi tốt trong thực tế Bên cạnh đó do thời gian nghiên cứu và kinh phí có hạn nên đề tài còn nhiều vấn đề cần được cải tiến hơn nữa, hy vọng trong tương lai đề tài sẽ được cải thiện hoàn chỉnh hơn và được ứng dụng rộng rãi hơn trong đời sống
Trang 22TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Lập trình vi điều khiển với Aruino Tác giả: Phạm Quang Huy – Lê Cẩm Nhung
2 Arduino dành cho người tự học Tác giả:Nguyễn Trọng Hiếu, nhà xuất bản bách khoa
Hà Nội
3 Trang Web: Arduino 360.com Và các tài liệu trên mạng…