Điều khiển và giám sát hệ thống máy giặt công cộng từ xa

Nguyễn Vũ Lân Nội dung đề tài: - Tạo mô hình giám sát và điều khiển hệ thống máy giặt từ xa - Thiết lập sự tương tác giữa người khiều khiển và máy giặt - Hiển thị khách quan tình trạng m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

ÐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY GIẶT

CÔNG CỘNG TỪ XA

GVHD: TS VŨ QUANG HUY SVTH: LƯƠNG BẢO DANH MSSV: 11146016 NGUYỄN VĂN TRÌNH MSSV: 11146125 NGUYỄN TẤN ĐỊNH MSSV: 11146034

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016

S KL 0 0 4 7 9 5

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

TP HCM, ngày 25 tháng 07 năm 2016

NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên: Lương Bảo Danh MSSV: 11146016

Họ và tên: Nguyễn Văn Trình MSSV: 11146125

Họ và tên: Nguyễn Tấn Định MSSV: 11146034

Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Quang Huy ĐT: 0918 748 924

Ngày nhận đề tài: 22/02/2016 Ngày nộp đề tài: 25/07/2016

1.Tên đề tài:

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT

HỆ THỐNG MÁY GIẶT CÔNG CỘNG TỪ XA

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

3 Nội dung thực hiện đề tài:

4 Sản phẩm:

Nhiệm vụ chính:

- Tạo mô hình giám sát và điều khiển hệ thống máy giặt từ xa (có thể dùng 1 máy để tượng trưng)

- Thiết lập sự tương tác giữa người điều khiển và máy giặt

- Hiển thị khách quan tình trạng máy giặt với người sử dụng về thời lượng sử dụng cũng như tình trạng hoạt động của máy

- Viết báo cáo

Nhiệm vụ chi tiết:

- Tìm hiểu và lựa chọn máy giặt phù hợp với đề tài thực hiện

- Tạo mô hình khách quan cho đồ án

- Lựa chọn bo mạch vi xử lý cho phù hợp và thuận tiện

- Sử dụng RFID để khởi động máy giặt và khống chế thời gian sử dụng theo nhu cầu

và mục đích của người dùng cũng như lợi ích của người thiết kế

- Thiết kế web server bằng module mở rộng của Arduino

- Web có khả năng giám sát trạng thái từng máy, thông báo về tình trạng hoạt động của máy và sự cố nếu có

- Hiển thị tình trạng sử dụng của RFID và thời gian sử dụng còn lại của máy thông qua LCD và LED 7 đoạn

- Hệ thống có khả năng giám sát tình trạng hoạt động của 1 hoặc nhiều máy (on –off)

và có khả năng ngắt bằng máy tính hoặc điện thoại thông qua mạng Internet

- Máy giặt có khả năng Reset khi bị quá tải (tải trọng có thể quy định được bởi người quản lý và thông số sẵn có của máy)

- Viết báo cáo

- Ngắt khẩn cấp khi có sự cố bằng điện thoại thông qua mạng di động

- Hiển thị trạng thái (chế độ đang làm việc của máy Ví dụ: Wash, Spin, Rine, Over Flow) làm việc của máy

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

***

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: Lương Bảo Danh MSSV: 11146016

Nguyễn Văn Trình MSSV: 11146125

Nguyễn Tấn Định MSSV: 11146034

Ngành: Cơ Điện Tử

Tên đề tài: Điều khiển và giám sát hệ thống máy giặt công cộng từ xa

Họ và tên Giáoviên hướng dẫn: TS Vũ Quang Huy

Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 07 năm 2016

Giáo viên hướng dẫn

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

***

PHIẾU GÓP Ý TIẾN ĐỘ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ HỌC KÌ 2 NĂM 2015-2016 Họ và tên Sinh viên: Lương Bảo Danh MSSV: 11146016 Nguyễn Văn Trình MSSV: 11146125 Nguyễn Tấn Định MSSV: 11146034 Ngành: Cơ Điện Tử Tên đề tài: Điều khiển và giám sát hệ thống máy giặt công cộng từ xa Họ và tên Giáo viên phản biện: TS Nguyễn Vũ Lân Nội dung đề tài: - Tạo mô hình giám sát và điều khiển hệ thống máy giặt từ xa - Thiết lập sự tương tác giữa người khiều khiển và máy giặt - Hiển thị khách quan tình trạng máy giặt với người sử dụng về thời lượng cũng như tình trạng hoạt động của máy Các góp ý: Nội dung yêu cầu có đủ và phù hợp của một đồ án hay không: ………

………

Tên đề tài có cần chỉnh sửa không: ………

………

Tiến độ thực hiện đạt yêu cầu không: ………

Nội dung cần bổ sung làm rõ: ………

………

………

Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 07 năm 2016

Giáo viên phản biện

LỜI CAM KẾT

Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY GIẶT CÔNG CỘNG

Số điện thoại liên lạc: 0933789030, 01689641361, 01687884409

Email: luongbaodanh0507@gmail.com, 055dinh@gmail.com, vantrinh0393@gmail.com Lời cam kết: “Chúng em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là công trình do chính chúng

em nghiên cứu và thực hiện Chúng em không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, chúng

em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”

Người thực hiện đề tài

Lương Bảo Danh Nguyễn Văn Trình

Nguyễn Tấn Định

Ban Chủ Nhiệm Khoa và các Thầy Cô trong Cơ Khí Chế Tạo Máy đã dạy chúng

em các kiến thức cơ bản và chuyên ngành

Các bạn cùng đồng hành với nhóm trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu Đặc biệt nhóm chúng em xin gửi lời tri ân đến Thầy Vũ Quang Huy người trực tiếp hướng dẫn đề tài, cùng thầy Thầy Nguyễn Vũ Lân là thấy giáo phản biện Hai thầy đã

hỗ trợ cho chúng em rất nhiều về kiến thức, tài liệu và cơ sở vật chất để chúng em có thể hoàn thành tốt đề tài

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

LỜI CAM KẾT vi

LỜI CẢM ƠN vii

CHƯƠNG I 1

DẪN NHẬP 1

1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu: 1

1.2 Hướng dẫn giải quyết vấn đề: 2

1.3 Giới hạn của đề tài: 2

1.4 Tóm tắt các chương: 3

1.5 Ý nghĩa thực tiễn: 3

CHƯƠNG II 4

CƠ SỞ LÝ LUẬN 4

2.1 Đối tượng nghiên cứu……….4

2.2 Nội dung, phương tiện và phương án thực hiện:………4

2.2.1 Nội dung:……….4

2.2.2 Phương tiện và phương án thực hiện……… 5

CHƯƠNG III 6

MÁY GIẶT CÔNG CỘNG VÀ WEB SERVER 6

3.1 Tổng quan về máy giặt: 6

3.1.1 Khái niệm máy giặt: 6

3.1.2 Giới thiệu một số máy giặt trong thực tế: 6

3.1.3 Các thành phần của máy giặt công cộng: 8

3.1.4 Nguyên lý hoạt động của máy giặt: 9

3.2 Giới thiệu về web server: 10

3.2.1 Tầm quan trọng của Web server……….11

3.2.2 Ứng dụng Web server vào mục đích giám sát………12

3.2.3 Nền tảng kĩ thuật cơ bản của hệ thống 12

CHƯƠNG IV 14

THIẾT KẾ VÀ HỆ THỐNG LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 14

4.1 Thiết kế mô hình: 14

4.2 Lưu đồ giải thuật: 15

4.2.1 Lưu đồ chương trình chính: 15

4.2.2 Lưu đồ Web server: 16

4.2.3 Lưu đồ Module sim 900A: 17

4.2.4 Lưu đồ đọc mã vạch chương trình RFID: 18

4.2.5 Lưu đồ hoạt động của cảm biến dòng: 19

4.3 Sơ đồ khối phần cứng: 20

4.3.1 Sơ đồ hệ thống: 20

4.3.2 Chức năng các khối: 20

4.3.2.1 Khối nguồn……….20

4.3.2.2 Khối cảm biến: sử dụng cảm biến dòng ACS712……… 20

4.3.2.3 Khối hiển thị LCD và LED 7 đoạn:……… 20

4.3.2.4 Khối xử lý:……… 20

4.4 Thiết kế phần mềm: 21

CHƯƠNG V 23

THI CÔNG VÀ THỰC NGHIỆM 23

5.1 Thiết bị: 23

5.1.1 Ardunio: 23

5.1.1.1 Giới thiệu chung về Arduino 23

5.1.1.2 Giới thiệu board Arduino Mega 2560 23

5.1.1.3 Tổ chức bộ nhớ 25

5.1.1.4 Nguồn cấp 26

5.1.1.5 Các cổng vào ra 26

5.1.1.6 Cổng giao tiếp 27

5.1.1.7 USB bảo vệ quá dòng 27

5.1.1.8 Giới thiệu về Arduino IDE và ngôn ngữ lập trình cho Arduino 27

5.1.2 LCD 20x4: 33

5.1.3 Cảm biến dòng ACS712 20A: 34

5.1.4 Thẻ từ RFID – RC55: 36

5.1.4.1 Giới thiệu về RFID: 36

5.1.4.2 Nguyên lý hoạt động của RFID 36

5.1.4.3 Mạch RFID RC522: 37

5.1.5 Ethernet shield: 38

5.1.5.1 Giới thiệu board Ethernet Shield v1.1 38

5.1.5.2 Kết nối broad Ethernet Shield v1.1 với Arduino Mega2560 R3 41

5.1.5.2.1 Kết Nối Phần Cứng 42

5.1.5.2.2 Tìm Địa Chỉ IP của Ethernet Shield 42

5.1.6 LED 7 đoạn: 44

5.1.7 Module Sim 900A: 46

5.1.8 Led đơn: 47

5.1.9 TP Link: 47

5.1.10 Mạch cách ly sử dụng opto: 48

5.2 Thi công: 49

5.2.1 Kết nối Arduino Uno với RFID 49

5.2.2 Kết nối Arduino uno với LCD 50

5.2.3 Kết nối Arduino Uno với Module led 7 đoạn 51

5.2.4 Kết nối Arduino 2560 với cảm biến dòng 52

5.2.5 Kết nối Arduino 2560 với Module sim 900A 53

5.2.6 Kết nối mạch cách ly với aduino 2560 và máy giặt: 54

5.2.7 Kết nối máy giặt với các thiết bị và máy tính: 55

5.2.8 Kết nối giữa điện thoại và máy giặt thông qua Module sim 900A 56

5.3 Thực nghiệm: 57

5.3.1 Bật web server: 57

5.3.2 Giao diện giao tiếp khi dùng thẻ RFID của người dùng với hệ thống: 58

5.3.3 Lựa chọn chế độ hoạt động cho máy giặt: 59

5.3.3.1 Máy giặt hoạt động ở chế độ WASH: 61

5.3.3.2 Máy giặt trong chế độ RINSE và SPIN: 62

5.3.4 Hiển thị và tự động xử lý khi hệ thống máy giặt có sự cố: 64

5.3.5 Điều khiển qua điện thoại di động: 66

CHƯƠNG VI 68

KẾT LUẬN 68

6.1 Kết luận: 68

6.2 Hướng phát triển đề tài……….69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC BẢNG

Bảng kết nối dây giữa Arduino Uno với RFID: 49

Bảng kết nối dây giữa Arduino Uno với Module led 7 đoạn: 51

Bảng kết nối dây giữa Arduino 2560 với cảm biến dòng: 52

Bảng kết nối dây giữa Arduino 2560 với Module sim 900A: 53

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Điều khiển và giám sát hệ thống máy giặt công cộng 1

Hình 3.1: Hệ thống máy giặt 6

Hình 3.2: Trung tâm giặt ủi Hwasung Hàn Quốc 7

Hình 3.3: Cấu tạo máy giặt 8

Hình 3.4: Web server 10

Hình 3.5: Web server chuyển giao dữ liệu tới các máy tính cá nhân 11

Hình 3.6: Embedded Web Server 13

Hình 4.1: Mô hình điều khiển và giám sát hệ thống máy giặt cộng cộng 14

Hình 4.2: Lưu đồ chương trình chính 15

Hình 4.3: Lưu đồ Web server 16

Hình 4.4: Lưu đồ Module sim 900A 17

Hình 4.5: Lưu đồ đọc mã vạch chương trình RFID 18

Hình 4.6: Lưu đồ hoạt động của cảm biến dòng 19

Hình 4.7: Sơ đồ hệ thống 20

Hình 4.8: Giao diện Web Server 21

Hình 4.9: IDE Arduino 22

Hình 5.1: Board Arduino 23

Hình 5.2: Board Arduino Mega 2560 24

Hình 5.3: Sơ đồ khối cấu trúc của AVR 25

Hình 5.4: Giao diện chương trình lập trình cho Arduino IDE 27

Hình 5.5: Quá trình thực hiện của Arduino 28

Hình 5.6: Arduino IDE 29

Hình 5.7: Arduino Toolbar 29

Hình 5.8: IDE Menu 30

Hình 5.9: File menu 30

Hình 5.10: Click Examples 31

Hình 5.11: Edit menu 31

Hình 5.12: Sketch menu 32

Hình 5.13: Tool memu 32

Hình 5.14: Chọn board 33

Hình 5.15: Màn hình LCD 20x4 33

Hình 5.16: Sơ đồ chân ACS712……….35

Hình 5.17: Cảm biến dòng ACS712 35

Hình 5.18: Hoạt động của thiết bị RFID 36

Hình 5.19: Một loại thẻ chip RFID phổ biến 37

Hình 5.20: Mạch và thẻ RFID RC522 37

Hình 5.21: Board Ethernet Shield v1.1 38

Hình 5.22: Các thành phần trên board Ethernet Shield 39

Hình 5.23: Đầu nối ICSP của Ethernet Shield……… 40

Hình 5.24: Đèn leds trên RJ45 40

Hình 5.25: Kết nối broad Ethernet Shield v1.1 với Arduino Mega2560 R3 41

Hình 5.26: Kết nối cáp mạng RJ45 vào Ethernet Shield 42

Hình 5.27: chọn DhcpAddressPrinter 43

Hình 5.28: Serial Monitor 43

Hình 5.29: IP Arduino cấp cho Ethernet 44

Hình 5.30: LED 7 đoạn 44

Hình 5.31: Cấu tạo của LED 7 đoạn 45

Hình 5.32: Module Sim 900A 46

Hình 5.33: Led đơn 47

Hình 5.34: TP Link 47

Hình 5.35: Mạch cách ly sử dụng opto 48

Hình 5.36: Sơ đồ nguyên lý mạch cách ly 48

Hình 5.37: Kết nối Arduino Uno với RFID 49

Hình 5.38: Kết nối Arduino uno với LCD 50

Hình 5.39: Kết nối Arduino Uno với module Led 7 đoạn 51

Hình 5.40: Kết nối Arduino 2560 với cảm biến dòng 52

Hình 5.41: Kết nối Arduino 2560 với Module sim 900A 53

Hình 5.42: Kết nối mạch cách ly với Arduino và máy giặt 54

Hình 5.43: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống máy giặt 55

Hình 5.44: Giao diện hiển thị thời gian cho người sử dụng 55

Hình 5.45: Kết nối máy giặt với các thiết bị và máy tính 56

Hình 5.46: Giao diện kết nối giữa điện thoại và máy giặt 56

Hình 5.47: Giao diện web điều khiển 57

Hình 5.48: Nhấn nút MAY 1 ON để khởi động hệ thống 57

Hình 5.49: Giao diện LCD khi dùng mã thẻ sai 58

Hình 5.50: Giao diện LCD khi dùng mã thẻ đúng 58

Hình 5.51: Thời gian được cộng dồn khi thêm lần nhập mã thẻ đúng 59

Hình 5.52: Lựa chọn chế độ hoạt động cho máy giặt 59

Hình 5.53a: Hiển thị chế độ hoạt động của máy giặt 60

Hình 5.53b: Hiển thị chế độ hoạt động của máy giặt 60

Hình 5.54a: Máy giặt đang hoạt động ở chế độ WASH 61

Hình 5.54b: Máy giặt đang hoạt động ở chế độ WASH 61

Hình 5.55a: Máy giặt trong chế độ RINSE 62

Hình 5.55b: Máy giặt trong chế độ RINSE 62

Hình 5.56a: Máy giặt trong chế độ SPIN 63

Hình 5.56b: Máy giặt trong chế độ SPIN 63

Hình 5.57: Khi máy giặt hoạt động bình thường 64

Hình 5.58: Máy giặt gặp sự cố 65

Hình 5.59: Hệ thống điều khiển tắt máy giặt khẩn cấp khi có sự cố 65

Hình 5.60: Giao diện sau khi Web server chủ động ngắt hệ thống 66

Hình 5.61: Bật máy giặt bằng cách gọi điện thoại 66

Hình 5.62: Bật máy giặt bằng cách nhắn tin trên điện thoại 67

Hình 5.63: Tắt máy giặt bằng cách nhắn tin trên điện thoại 67

CHƯƠNG I DẪN NHẬP 1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu:

Hiện nay, với công nghệ phát triển vượt bậc cũng như sự mở rộng không ngừng của thư viện C trong Ardunio đã mở ra một kỷ nguyên lập trình mới hơn và đưa cho ngành vi điều khiển bước thêm một bước tiến xa hơn trong công nghệ lập trình

Hình 1.1: Điều khiển và giám sát hệ thống máy giặt công cộng

Trong những năm gần đây thì cùng với công nghệ phát triển vượt bậc đã giúp nhóm thực hiện đề tài “Điều khiển và giám sát hệ thống máy giặt công cộng từ xa”

Hãy tưởng tượng những lợi ích thiết thực mà hệ thống máy giặt công cộng mang lại cho những người bận rộn không có thời gian giặt ủi nói riêng và cho tất cả mọi người có nhu cầu giặt ủi nói chung Chiếc máy giặt được điều khiển qua chiếc máy tính mà người dùng không cần phải giao tiếp trực tiếp với máy giặt, chiếc máy tính hoặc điện thoại có thể thông báo cho bạn về tình trạng hoạt động của máy khi bạn đang không có ở gần bên máy giặt của mình

Hệ thống máy giặt công cộng còn giúp bạn tránh những thủ tục quá nhiều khi đến các cửa hàng giặt ủi thông thường và còn nhiều vô số tiện dụng mà hệ thống máy giặt công cộng mang lại cho người dùng

Ngoài những tiện lợi kể trên thì đề tài mà nhóm thực hiện còn mang lại cho bạn những tiện ích khác như là chỉ cần ngồi một chỗ thông qua chiếc máy tính xách tay hay chiếc điện thoại cảm ứng bạn có thể dễ dàng điều khiển và cho máy thực hiện những công việc bao gồm giặt, xã và vắt khô quần áo một cách dễ dàng Không chỉ thực hiện trên một máy mà bạn có thể điều khiển bất kì chiếc máy nào trong hệ thống máy giặt của cửa hàng và ở bất kì nơi đâu

hoặc bất kì khi nào bạn cũng có thể dùng máy tuỳ theo ý muốn người sử dụng và hơn hết bạn luôn biết được tình trạng đang hoạt động của máy thông qua màn hình máy tính hoặc chiếc điện thoại của bạn và quan trọng nhất là bạn không bao giờ phải sợ quần áo bị hư hỏng khi máy có sự cố vì khi có sự cố thì hệ thống giám sát sẽ tự động xử lý tình huống hổ trợ giúp cho bạn bằng cách báo động hoặc ngắt tự động để máy tạm dừng hoạt động

Chính vì những điều đó đã giúp nhóm hiện thực hoá ý tưởng thành đề tài tốt nghiệp của

cả nhóm là: “Điều khiển và giám sát hệ thống máy giặt công cộng từ xa”

1.2 Hướng dẫn giải quyết vấn đề:

Có nhiều hướng thiết kế bộ xử lý trung tâm để điều khiển hệ thống máy giặt Gồm có:

1.3 Giới hạn của đề tài:

Để hoàn thành hệ thống máy giặt như nói trên là rất phức tạp và rất tốn kém Để đáp ứng việc điều khiển toàn bộ các thiết bị này đòi hỏi phải có một lượng thời gian, kiến thức nhất định Bên cạnh đó còn là vấn đề tài chính Với lượng thời gian và kiến thức có hạn, trong đề tài này nhóm chỉ thực thi một phần của hệ thống hoàn chỉnh đó Đó là xây dựng mô hình với một chiếc máy giặt cùng các khả năng sau:

 Thiết kế hệ thống quản lý và hạn chế số lượng đồ giặt cũng như thời gian giặt dựa trên thẻ từ RFID

 Thiết kế hệ thống báo động khi máy bị hư hỏng

 Thiết kế Web server bằng module mở rộng của Arduino

 Bật tắt máy giặtqua Web server

 Hiển thị trạng thái hoạt động của máy thông qua bộ cảm biến dòng ACS712

 Thiết kế bộ đếm thời gian hiển thị thời gian còn lại của người dùng

 Thiết kế giao diện giữa người dùng và máy tính để đơn giản hoá những thao tác thực thi trực tiếp trên máy giặt

1.4 Tóm tắt các chương:

Chương 1: Dẫn nhập

Chương 2 : Cơ sở lý luận

Chương này trình bày về kế hoạch và ý tưởng thực hiện

Chương 3: Máy giặt công cộng và Web server

Trong chương này, ta tìm hiểu sơ bộ về các máy giặt trên thế giới và cách hoạt động của máy giặt, đồng thời tìm hiểu về khái niệm và ứng dụng của Web server

Chương 4: Thiết kế và hệ thống lưu đồ giải thuật

Chương này trình bày các thiết kế chi tiết, nguyên lý hoạt động của mạch điện, cũng như kết quả thu được và tìm hiểu một số hệ thống lưu đồ được sử dụng trong đồ án

Chương 5: Thi công và thực nghiệm

Chương này đưa ra những kết nối trong các bo mạch điều khiển được sử dụng trong đồ

án

Chương 6: Kết luận và tài liệu tham khảo

Chương này nêu những ưu và khuyết của đề tài, khẳng định những đóng góp của đề tài vào thực tiễn Đồng thời cũng đưa ra các đề nghị hướng phát triển cho đề tài

1.5 Ý nghĩa thực tiễn:

Thiết kế mạch điều khiển thiết bị điều khiển và giám sát từ xa thông qua Web server giúp người nghiên cứu có cái nhìn trực quan hơn với những kiến thức đã tiếp nhận, từ đó nâng cao thêm hiệu quả nghiên cứu Mạch điều khiển thiết bị điều khiển và giám sát được thiết kế

từ vi điều khiển cùng với một số IC khác nên giá thành tương đối thấp, giúp tiết kiệm được chi phí Hệ thống máy giặt công cộng có thể được ứng dụng ở nhà riêng, các bệnh viện và đặc biệt tại những nơi công cộng… giúp chúng ta có thể điều khiển các thiết bị của máy giặt theo ý muốn, đồng thời mạch còn có chức năng báo động từ xa thông qua Web server giúp người điều khiển kiểm soát được tình trạng hoạt động của thiết bị từ chiếc điện thoại di động của mình giúp người dùng kiểm soát được hoạt động của các máy giặt, có thể xử lý được các tình trạng khẩn cấp mà máy đang gặp phải như là máy đang bị quá tải hoặc bị quá dòng …

và khi đó người dùng có thể đưa ra biện pháp kịp thời để xử lý

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 Đối tượng nghiên cứu

Nội dung mà đề tài muốn hướng tới là một phương thức điều khiển tự động, trong đó có

sự kết hợp của nhiều lĩnh vực với nhau như: Web server, vi mạch điện tử…Do đó, để tạo ra được một sản phẩm thoả yêu cầu được đặt ra từ trước của đề tài thì người thực hiện cần phải chú ý tập trung nghiên cứu chủ yếu đến đối tượng như: Vi mạch điện tử: là một đối tượng giữ vai trò trung tâm trong việc liên kết và xử lý tín hiệu từ các đối tượng khác Trong đề tài

có một board mạch chính là Arduino, broad này được thiết kế và thi công từ các linh kiện điện tử đã có sẵn ngoài thị trường như: điện trở, tụ điện, các IC số…với sự điều khiển trung tâm là vi điều khiển Board này khi nhận tín hiệu từ cảm biến sẽ điều khiển nhiệm vụ được lập trình từ trước

Web server đóng vai trò kết nối người dùng với các thiết bị của máy giặt Nó chứa đựng các thông tin mà người dùng muốn máy thực hiện và ra lệnh cho các thiết bị ngoại vi làm việc

2.2 Nội dung, phương tiện và phương án thực hiện:

2.2.1 Nội dung:

Từ những lập luận trên, nhóm thực hiện tiến hành thi công đồ án với những nội dung như sau:

Phần viết báo cáo gồm các nội dung chính:

 Mô hình, sơ đồ khối và phương án thiết kế

Phần thi công mô hình và mạch điện gồm:

 Chế tạo mô hình máy giặt công cộng

 Thi công lắp đặt mạch điện và các cảm biến trong đồ án

2.2.2 Phương tiện và phương án thực hiện

Nhóm thực hiện đồ án và tiến hành công việc theo các giai đoạn như sau:

 Giai đoạn 1:

Tìm hiểu về các chế độ hoạt động của máy giặt Công nghệ thẻ từ RFID Đo cường độ dòng điện qua cảm biến dòng và hiển thị thời gian giặt còn lại của người sử dụng lên màn hình LCD Từ đó lựa chọn ra kiểu mẫu phù hợp nhất với khả năng để thực hiện Sau đó trình lên giáo viên hướng dẫn duyệt

 Giai đoạn 2:

Sau khi đưa ra được mô hình dự kiến, được giáo viên hướng dẫn đồng ý, nhóm tiến hành thực hiện từng phần của mô hình đó:

1 Thiết kế mô hình điều khiển và giám sát hệ thống máy giặt công cộng

2 Thi công mạch điện, lắp đặt cảm biến dòng và các mạch điều khiển lên máy giặt

3 Viết chương trình cho vi điều khiển

4 Tạo web server, viết giao diện để kết nối người dùng với các thiết bị

CHƯƠNG III MÁY GIẶT CÔNG CỘNG VÀ WEB SERVER

3.1 Tổng quan về máy giặt:

3.1.1 Khái niệm máy giặt:

Máy giặt là một thiết bị do con người tạo ra để làm sạch quần áo và một số đồ dùng khác như mền, thú nhồi bông,… Máy giặt bao gồm hai phần chính: thứ nhất là phần cơ khí được chế tạo để có thể giặt cũng như vắt xả, thứ hai là phần điều khiển được lập trình để cho

người dùng có thể dễ dàng sử dụng máy thông qua giao diện các nút bấm và hệ thống đèn 3.1.2 Giới thiệu một số máy giặt trong thực tế:

Máy giặt công cộng ở Việt Nam:

Giặt ủi ở 1026, QL1A, KP5, Linh Trung,Thủ Đức, TP.HCM (đầu đường số 18 gần ĐH Nông Lâm TP.HCM) với các ưu điểm và bảng giá được cơ sở giặt ủi đưa ra như sau:

Hình 3.1: Hệ thống máy giặt

GIẶT SẤY QUẦN ÁO CHĂN RA, GỐI MỀN, MÙNG, THÚ BÔNG

BẢNG GIÁ:

- Giặt: 30k/ lượt giặt tối đa 7kg

- Sấy khô: 35k/ lượt sấy tối đa 7kg

- Giặt + sấy khô + gấp: 65k/ lượt tối đa 7kg

- Giặt sấy tự động Orange Laundry

Máy giặt công cộng trên thế giới:

Trung tâm giặt ủi Hwasung Hàn Quốc

Hình 3.2: Trung tâm giặt ủi Hwasung Hàn Quốc

Cách tính toán khối lượng giặt là để chọn máy giặt cho cửa hàng giặt mà công ty đã đưa ra

để giúp khách hàng dễ dàng chọn lựa máy giặt phù hợp với mình:

Ví dụ:

Máy giặt vắt công nghiệp với công suất: 25 – 30 kg/mẻ vải khô thì công suất làm việc trong 1 ngày (khoảng 10 mẻ) là 250 – 300 kg vải khô Ta xét đến từng trường hợp ứng với nhu cầu sử dụng:

- Đối với quần áo: Khối lượng quần áo khoảng từ 3 – 5 bộ/kg, như vậy mỗi mẻ có thể giặt cùng lúc được từ 75 – 150 bộ và mỗi ngày có thể giặt được từ 750 – 1500 bộ quần áo

- Đối với chăn: Khối lượng 1 cái chăn khoảng từ 3 – 5 kg, mỗi mẻ có thể giặt cùng lúc từ

6 – 8 cái và mỗi ngày có thể giặt từ 60 – 80 cái chăn

- Đối với phòng nhà nghỉ: Khối lượng chăn ga khoảng từ 1,5 – 3 kg, mỗi mẻ có thể giặt cùng lúc từ 10 – 20 phòng nghỉ và mỗi ngày có thể giặt được từ 100 – 200 phòng

- Đối với khách sạn 3 sao – 5 sao: Khối lượng chăn ga, rèm mành khoảng từ 3 – 5 kg, mỗi mẻ có thể giặt được từ 6 – 10 phòng và mỗi ngày có thể giặt được từ 60 – 100 phòng

3.1.3 Các thành phần của máy giặt công cộng:

Hình 3.3: Cấu tạo máy giặt

Cấu tạo của chiếc máy giặt gồm:

- Phần công nghệ: Gồm các bộ phận thực hiện các thao tác giặt, giũ, vắt như

Hệ thống puli và dây đai truyền

Điện trở gia nhiệt

Phanh hãm

- Phần điều khiển và bảo vệ: dùng để điều khiển phần động lực và phần công nghệ của máy để thực hiện các thao tác giặt, giũ, vắt

- Board mạch điều khiển

Cấu tạo gồm: chip xử lý và các linh kiện điều khiển các thiệt bị ngoại vi

Chốt xả nước, van cấp nước và môtơ máy giặt

- Van cấp nước: là một van điện từ và phốt cao su chặn nước

- Chốt cửa máy giặt: chỉ là một contact thông thường

- Môtơ: là một môtơ thông thường Các bạn có thể thay thế bằng một môtơ khác sẵn có trên thị trường

3.1.4 Nguyên lý hoạt động của máy giặt:

Nguyên lý hoạt động chung của tất cả máy giặt: là xoay đảo quần áo liên tục trong hỗn hợp chất tẩy Lúc này, bề mặt quần áo được ma sát với nhau, giả lập thành động tác chà quần áo khi giặt tay, giúp các vết bẩn được loại bỏ khỏi sợi vải Tuân thủ nguyên lý này, dòng máy giặt lồng đứng được nhà sản xuất thiết kế một đĩa xoay dưới đáy lồng giặt,

có tác dụng đảo đều quần áo Nhưng do quần áo là một khối không định hình nên việc xoay đảo trong quá trình giặt của dòng máy này thường không hoàn hảo, không đều Còn thiết kế lồng giặt nằm ngang giúp tăng sức ma sát giữa quần áo và bề mặt lồng giặt trong quá trình sử dụng Lực đảo quần áo theo đó cũng mạnh hơn, đều hơn Vì vậy, cũng như khi bạn chà sát quần áo kỹ hơn lúc giặt tay, quần áo được giặt từ loại máy này cũng sẽ sạch

hơn và tiện lợi hơn rất nhiều so với việc dùng tay giặt hay là dùng dòng máy lồng đứng

3.2 Giới thiệu về web server:

Máy Web Server là máy chủ có dung lượng lớn, tốc độ cao, được dùng để lưu trữ thông tin như một ngân hàng dữ liệu, chứa những website đã được thiết kế cùng với những thông tin liên quan khác (các mã Script, các chương trình, và các file Multimedia)

Hình 3.4: Web server

Web Server có khả năng gửi đến máy khách những trang Web thông qua môi trường Internet (hoặc Intranet) qua giao thức HTTP – giao thức được thiết kế để gửi các file đến trình duyệt Web (Web Browser), và các giao thức khác

Tất cả các Web Server đều có một địa chỉ IP (IP Address) hoặc cũng có thể có một Domain Name Giả sử khi bạn đánh vào thanh Address trên trình duyệt của bạn một dòng http://www.abc.com sau đó gõ phím Enter bạn sẽ gửi một yêu cầu đến một Server có Domain Name là www.abc.com Server này sẽ tìm trang Web có tên là index.htm rồi gửi nó đến trình duyệt của bạn

Bất kỳ một máy tính nào cũng có thể trở thành một Web Server bởi việc cài đặt lên nó một chương trình phần mềm Server Software và sau đó kết nối vào Internet

Khi máy tính của bạn kết nối đến một Web Server và gửi đến yêu cầu truy cập các thông tin từ một trang Web nào đó, Web Server Software sẽ nhận yêu cầu và gửi lại cho bạn những thông tin mà bạn mong muốn

Giống như những phần mềm khác mà bạn đã từng cài đặt trên máy tính của mình, Web Server Software cũng chỉ là một ứng dụng phần mềm Nó được cài đặt, và chạy trên máy tính dùng làm Web Server, nhờ có chương trình này mà người sử dụng có thể truy cập đến các thông tin của trang Web từ một máy tính khác ở trên mạng (Internet, Intranet)

Web Server Software còn có thể được tích hợp với CSDL (Database), hay điều khiển việc kết nối vào CSDL để có thể truy cập và kết xuất thông tin từ CSDL lên các trang Web

và truyền tải chúng đến người dùng

Server phải hoạt động liên tục 24/24 giờ, 7 ngày một tuần và 365 ngày một năm, để phục

vụ cho việc cung cấp thông tin trực tuyến Vị trí đặt server đóng vai trò quan trọng trong chất lượng và tốc độ lưu chuyển thông tin từ server và máy tính truy cập

Phần lớn các server sử dụng một bộ ánh xạ cổng chuẩn, và một vài cổng thông dụng được

mô tả ở bảng 1 Phần lớn các Web server sử dụng cổng 80, nhưng ta có thể thay đổi để Web server có thể cài đặt trên cổng không tiêu chuẩn Nếu muốn “dấu” Web server như là một Web server đa host trên một máy tính bằng việc ánh xạ mỗi server cho một cổng khác nhau Chú ý, nếu sử dụng một ánh xạ cổng phi chuẩn, người sử dụng sẽ cần biết số cổng mới của bạn để có thể kết nối tới server của bạn

3.2.1 Tầm quan trọng của Web server

Web server có tầm quan trọng đặc biệt Chẳng hạn trong môi trường hoạt động của một doanh nghiệp, Web server cho phép chuyển giao dữ liệu bao gồm văn bản, đồ họa và âm thanh, video tới người sử dụng Người sử dụng chỉ cần chạy trình duyệt web (Web Browser)

để liên kết các máy chủ qua mạng IP nội bộ Yêu cầu của người sử dụng được đáp ứng bằng cách click chuột vào các chủ đề minh họa, yêu cầu sẽ được gọi xuống từ máy chủ theo giao thức HTTP rồi hiển thị trên máy tính cá nhân

Hình 3.5: Web server chuyển giao dữ liệu tới các máy tính cá nhân

3.2.2 Ứng dụng Web server vào mục đích giám sát

Nền tảng cơ bản trong hệ thống tự động hóa là các ứng dụng được quản lí trên nền tảng kết nối giữa các máy chủ với nhau Nền tảng này còn nhiều thiếu sót, đặc biệt với các hệ thống thời gian thực và chi phí sản xuất rất cao Nhược điểm này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng một máy chủ web nhúng vào vị trí của một máy chủ trên nền tảng PC Embedded Web Server là một hệ thống chip đơn với chuẩn kết nối qua mạng Ethernet Bằng cách nhúng Ethernet vào trong thiết bị, thiết bị đó có khả năng giao tiếp thông qua Ethernet mà không cần phải gián tiếp qua bất cứ máy tính nào Các máy chủ cho phép truy cập Web do vậy hệ thống sẽ tự động giám sát và cung cấp một giải pháp kết nối mạng có khả năng mở rộng được tối ưu hóa đối với thiết bị Người dùng có thể truy cập vào các trang chủ với trình duyệt web bất kì (IE,firefox…) để kiểm tra hiện trạng của hệ thống, đồng thời kiểm soát các thiết bị liên quan và biết được tình trạng hoạt động của thiết bị hiện tại như thế nào Web Server là một hệ thống với hosts là một website đáp ứng tất cả các yêu cầu từ các máy trạm (clients) Thông thường, các máy chủ của web đều dựa trên tiêu chuẩn chung của một hệ thống điều hành Các trang web hoặc ứng dụng như vậy thường đòi hỏi chi phí rất lớn và chiếm dung lượng bộ nhớ khá nhiều, thậm chí đôi khi còn yêu cầu một vài phần cứng đặc biệt nào đó Với Web Server, để sử dụng các ứng dụng chúng ta chỉ việc truy cập vào hệ thống nhúng thông qua trình duyệt Web bởi Web server Các trang web và hình ảnh được hiển thị đồng bộ dưới định dạng HTML trên toàn thế giới và có thể truy xuất vào bất cứ thời điểm nào chỉ bằng việc kết nối thông qua internet Điều này xảy ra dựa trên giao thức HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) Đây là một giao thức TCP/IP dựa trên các tiêu chuẩn phức tạp và nhằm quản lý toàn bộ các thông tin liên lạc Web server (máy chủ HTTP) và trình duyệt (HTTP client) xây dựng dựa trên nền các ứng dụng của TCP/IP

3.2.3 Nền tảng kĩ thuật cơ bản của hệ thống

Các kiến trúc của hệ thống tự động hóa và giám sát an ninh sẽ được thể hiện trong hình minh họa dưới đây Web server sẽ được nhúng vào thiết bị, và điều khiển các cảm biến I/O kết nối với internet để truyền thông với máy trạm (clients)

Trên các máy trạm, giao diện người dùng được tạo ra với nhiều thiết kế và hỗ trợ khác nhau cho Người sử dụng có thể tương tác với thiết bị, hệ thống qua các trình duyệt web chuẩn

Hình 3.6: Embedded Web Server

Qua hình trên chúng ta có thể nhận thấy sự dễ dàng trong việc cấu hình hệ thống cũng như quản lý và điều khiển các I/O , việc trao đổi dữ liệu cũng như upload các lệnh đơn giản chỉ qua vài cú click chuột!

Hệ thống tự động hóa và giám sát hệ thống nhúng thông qua web server thay đổi hoàn toàn phương thức quản lý, giúp người dùng kiểm soát hệ thống của mình một cách linh hoạt,

dễ dàng hơn và hiệu quả vô cùng Hệ thống có thể truy cập từ bất kỳ máy tính / máy tính xách tay, PDA hoặc điện thoại thông minh có kết nối Internet IP-AK2 mang đến những lợi ích rõ rệt như:

Không mất chi phí cho máy chủ chuyên dụng

Không mất chi phí cho phần mềm chuyên dụng

Kiểm soát mọi thứ tại bất cứ nơi đâu, bất cứ khi nào

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ VÀ HỆ THỐNG LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT

4.1 Thiết kế mô hình:

Dựa trên các tiêu chí đặt ra ban đầu mà nhóm đã thiết kế mô hình cho đề tài Điều khiển và giám sát hệ thống máy giặt công cộng từ xa gồm có 3 phần:

+ Giao diện điều khiển và giám sát của Web server trên máy tính

+ Hiển thị thời gian sử dụng và mã thẻ đúng- sai trên LCD và led 7 đoạn

+ Mô hình máy giặt công cộng

Hình 4.1: Mô hình điều khiển và giám sát hệ thống máy giặt cộng cộng

4.2 Lưu đồ giải thuật:

4.2.1 Lưu đồ chương trình chính:

Hình 4.2: Lưu đồ chương trình chính

4.2.2 Lưu đồ Web server:

Hình 4.3: Lưu đồ Web server

4.2.3 Lưu đồ Module sim 900A:

Hình 4.4: Lưu đồ Module sim 900A

4.2.4 Lưu đồ đọc mã vạch chương trình RFID:

Hình 4.5: Lưu đồ đọc mã vạch chương trình RFID

4.2.5 Lưu đồ hoạt động của cảm biến dòng:

Hình 4.6: Lưu đồ hoạt động của cảm biến dòng

4.3.2.2 Khối cảm biến: sử dụng cảm biến dòng ACS712

4.3.2.3 Khối hiển thị LCD và LED 7 đoạn:

Dùng để hiển thị các trạng thái hoạt động của máy giặt và thời gian còn lại của người

sử dụng máy giặt

4.3.2.4 Khối xử lý:

Bao gồm board xử lý trung tâm và một module Ethernet shield mở rộng để xử lí các tín hiệu thu được từ cảm biến dòng Giả sử khi có hiện tượng quá dòng xảy ra (phát hiện

được bởi cảm biến dòng ACS712) thì cảm biến sẽ truyền tín hiệu đến vi điều khiển để vi điều khiển xử lí và đưa ra hệ thống cảnh báo tương ứng như là:

 Tự động ngắt điện và cho máy tự Reset

 Hiển thị trạng thái máy đang gặp sự cố lên giao diện Web server

4.4 Thiết kế phần mềm:

Sử dụng giao diện của Web server để hiển thị trạng thái hoạt động và cường độ dòng điện đi qua máy giặt, đồng thời thực hiện chức năng On- Off máy giặt khi có sự cố xảy ra lúc máy đang được vận hành

Hình 4.8: Giao diện Web Server

Hình 4.9: IDE Arduino

Arduino IDE là phần mềm lập trình cho Arduino Môi trường lập trình cho Arduino IDE

có thể chạy trên 3 nền tảng phổ biến nhất hiện nay là Windows, OS và Linux Do có tính chất nguồn mở nên ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng qua các thư viện C++

Lập trình giao diện cho Web server bằng ngôn ngữ HTML Code được biên dịch cũng bằng Arduino IDE

CHƯƠNG V THI CÔNG VÀ THỰC NGHIỆM 5.1 Thiết bị:

5.1.1 Ardunio:

5.1.1.1 Giới thiệu chung về Arduino

Arduino là nền tảng điện tử mã nguồn mở dựa trên phần cứng và phần mềm thuận tiện cho việc sử dụng và phát triển, thuận tiện cho triển khai dự án một cách linh hoạt

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 Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit

Hình 5.1: Board Arduino

5.1.1.2 Giới thiệu board Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 [8] là bo mạch vi xử lý dựa trên ATmega2560 Có 54 chân vào ra (trong đó 15 chân được sử dụng như là ngõ ra PWM), 16 chân ngõ vào, 4 chân 8 UART, xung 16 MHz, cổng USB kết nối, khe cắm nguồn, ICSP, nút khởi động lại Nó chứa tất cả mọi thứ hỗ trợ cho vi xử lý; kết nối đơn giản với máy tính với dây USB hoặc nguồn AC tới

DC hoặc nguồn bin DC có thể khởi động

Hình 5.2: Board Arduino Mega 2560

Bảng tổng quan cấu trúc của bo mạch Arduino Mega 2560

Điện áp ngõ vào (khuyến nghị) 7-12 V

Các chân I/O số 54 ( có 15 chân cung cấp ngõ ra PWM)

5.1.1.3 Tổ chức bộ nhớ

ATmega2560 có bộ nhớ 256 KB để chứa mã lập trình (trong đó 8 KB được sử dụng để nạp khởi động), EEPROM 4 KB, SRAM 8 KB có thể được đọc và viết với thư viện EEPROM

Hình 5.3: Sơ đồ khối cấu trúc của AVR

5.1.1.4 Nguồn cấp

Arduino Mega được hỗ trợ thông qua kết nối USB hoặc một nguồn cung cấp điện bên ngoài như adapter AC-DC hoặc pin Nguồn điện được chọn tự động Arduino có thể hoạt động trên một nguồn cung cấp bên ngoài từ 6 đến 20V Tuy nhiên, nếu được cung cấp ít hơn 5V, Arduino có thể hoạt động không ổn định Nếu sử dụng nhiều hơn 12V, Arduino bị quá nóng và làm hỏng các linh kiện Phạm vi đề nghị là 7 đến 12V

Chức năng một số chân tại vùng cấp nguồn :

 VIN: Điện áp đầu vào Arduino

 5V: Nguồn quy định cho vi điều khiển và các thành phần khác trên board

 3V3: Điện áp ngõ ra 3.3V Dòng điện là 50 mA

 GND: Chân được nối đất

 AREF: Điện áp tham chiếu cho ngõ vào tương tự

5.1.1.5 Các cổng vào ra

Arduino Mega có 54 ngõ vào/ra tín hiệu số sử dụng như một ngõ vào hoặc ngõ ra, trong

đó có 15 ngõ có thể xuất xung PWM Mỗi ngõ vào/ra hoạt động ở 5V và có điện trở nội kéo lên (mặc định ban đầu là chưa hoạt động) Mỗi ngõ vào/ra có thể cung cấp hoặc nhận được tối đa 40 mA

 Serial: 0 (RX) and 1 (TX); Serial 1: 19 (RX) and 18 (TX); Serial 2: 17 (RX) and 16 (TX); Serial 3: 15 (RX) and 14 (TX) Được sử dụng để nhận (RX) và truyền (TX) TTL dữ liệu nối tiếp

 PWM: từ chân số 0 đến 13 cung cấp 8-bit đầu ra PWM dung lệnh analogWrite ()

 SPI: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS) Những hỗ trợ chân SPI truyền thông bằng cách sử dụng thư viện SPI

 LED: 13 Có một LED kết nối kỹ thuật số chân 13 Khi pin là giá trị cao, đèn LED, khi pin là LOW

Arduino Mega có 16 ngõ vào tương tự, từ A0 đến A15, cung cấp 10 bit độ phân giải (tức là

1024 giá trị khác nhau)