BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÁI CHE TỰ ĐỘNG

Mái che tự động là một thiết bị khá phổ biến và được nhiều người dùng ưa chuộng. Tuy nhiên, hầu hết tất cả các mái che trên thị trường hiện nay đều được điều khiển một cách hết sức thô sơ và cơ khí. Khối điều khiển mái che tự động theo thời tiết ban đầu sử dụng cảm biến mưa chỉ đơn giản là: nếu ban ngày, trời mát, không có mưa thì mái che sẽ tự động cuốn vào; nếu như có trời mưa thì mái hiên sẽ tự động cuốn ra che. Như thế, người sử dụng sẽ không cần phải tự quay và kéo một cách sơ sài như trước nữa.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

Ngành: CNKT Điện tử -Viễn thông

GVHD: ThS Nguyễn Ngô Lâm

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 01 Năm 2022

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ***

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Ngành:Công Nghệ Kỹ Thuật Điện tử - Viễn thông Lớp: 18161CLDT2A

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm

1 Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống mái che tự động

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Kiến thức cơ bản về các môn Mạch điện, Điện tử cơ bản, Vi xử lý, Arduino

3 Nội dung thực hiện đề tài:

- Thiết kế hệ thống

- Mô phọng mạch trên Proteus

- Lập trình cho hệ thống

- Chỉnh sửa và kiểm tra mạch

- Viết báo cáo

4 Sản phẩm:

Mô hình mái che tự động

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

*** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngành:Công Nghệ Kỹ Thuật Điện tử - Viễn thông Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống mái che tự động Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2. Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5. Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022

Giáo viên hướng dẫn

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

*** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Ngành:Công Nghệ Kỹ Thuật Điện tử - Viễn thông Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống mái che tự động Họ và tên Giáo viên phản biện:

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2. Ưu điểm:

3. Khuyết điểm:

4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5. Đánh giá loại:

6. Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022

Giáo viên phản biện

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành báo cáo đồ án môn học 1 chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông trước hết em xin gửi đến quý Thầy/Cô trong khoa Đào tạo

Chất lượng cao, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh lời

cảm ơn chân thành Đặc biệt, thầy Nguyễn Ngô Lâm đã tận tình hướng dẫn, giúp

đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đồ án Em xingửi đến thầy lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất

Đồng thời, em cũng xin cảm ơn đến các bạn bè đã hỗ trợ, đóng góp ý kiếncũng như chia sẻ kinh nghiệm để em hoàn thành tốt đề tài

Mặc dù đã cố gắng hết sức, nhưng do lượng kiến thức còn eo hẹp nên khôngtránh khỏi những thiếu sót Do vậy, em rất mong nhận được sự góp ý quý báu củaThầy/Cô để có thể hoàn thiện và tốt hơn nữa cũng như tích lũy kinh nghiệm để hoànthành tốt báo cáo đồ án tốt nghiệp sau này

Sau cùng, em kính chúc quý thầy cô thật dồi dào sức khỏe, luôn tràn đầynhiệt huyết cùng với thành công trong sự nghiệp cao quý

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

I2C Inter-Integrated Circuit Vi mạch tích hợp truyền thông

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

1.1 GIỚI THIỆU:

Trong nhịp sống xã hội lúc nào cũng sôi nổi như ngày nay, con người chúng ta mỗi ngày đều phải lo lắng, phân chia quỹ thời gian của mình trong một ngày ra sao cho thích hợp với nhiều công việc khác nhau Vì thế cho nên chúng ta sẽ ít nhiều mất đi thời gian để chăm sóc cho góc vườn nhỏ kéo mái che mưa trong vườn lặp đi lặp lại khiến bạn mất nhiều khoảng thời gian, khó thực hiện đều đặn và chính xác hằng ngày Chính vì lý do đó, suy nghĩ ứng dụng các cảm biến sẽ thay thế bạn làm việc hoàn toàn tự động dựa vào thời tiết mỗi ngày khác nhau ra đời.

Mái che tự động là một thiết bị khá phổ biến và được nhiều người dùng

ưa chuộng Tuy nhiên, hầu hết tất cả các mái che trên thị trường hiện nay đều được điều khiển một cách hết sức thô sơ và cơ khí.

Khối điều khiển mái che tự động theo thời tiết ban đầu sử dụng cảm biến mưa chỉ đơn giản là: nếu ban ngày, trời mát, không có mưa thì mái che sẽ

tự động cuốn vào; nếu như có trời mưa thì mái hiên sẽ tự động cuốn ra che Như thế, người sử dụng sẽ không cần phải tự quay và kéo một cách sơ sài như trước nữa.

Và với nhu cầu tìm hiểu về hệ thống tự động và ứng dụng của nó trong cuộc sống, cụ thể là trong khu vườn, nay nhóm em đưa ra quyết định sẽ thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công mô hình hệ thống mái che tự động” Hệ thống sử dụng vi điều khiển ESP32 cùng với cảm biến mưa và cảm biến ánh sáng kết hợp module L298 cùng động cơ dùng để kéo mái che, hiển thị trên LCD và gửi dữ liệu lên Firebase bằng WiFi.

1.2 MỤC TIÊU

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hiển thị LCD, module điều khiển động

cơ, cảm biến mưa, cảm biến cường độ sáng và ESP32

Nghiên cứu, thực hành các thao tác kĩ thuật điện tử cơ bản (lắp ráp, test mạch, mô phỏng, thiết kế ).

Ngoài ra khi nghiên cứu đề tài em muốn tạo ra sản phẩm có ích trong một số lĩnh vực trong đời sống Có thể đạt được độ chính xác cao.

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Module ESP32 WROOM-32.

- Module LCD 1602 kết hợp với I2C

- Cảm biến mưa YL-83

Tìm hiểu các lý thuyết có liên quan như ngôn ngữ Arduino

1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN

Chương 1: Tổng quan: Nêu tính cấp thiết của đề tài, xu hướng và tình hình

khoa học và công nghệ hiện nay Sự phát triển công nghiệp và đời sống hằng ngày

và từ đó đưa ra lý do chọn đề tài và xác định mục tiêu cho đề tài

Chương 2: Cở sở lý thuyết: Trình bày tổng quan về các thành phần và chức

năng của từng loại phần cứng có trong hệ thống, dẫn dắt chi tiết cụ thể để xây dựnghoàn chỉnh về mô hình

Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống: Từ yêu cầu đề tài, trình bày về sơ

đồ hệ thống Nêu ra các phương pháp xử lý dữ liệu rồi từ đó thiết kế mô hình

Chương 4: Kết quả thực hiện: Trình bày về kết quả của từng khối nhỏ thông

qua hình ảnh, video Đưa ra các hiển thị như mong muốn đã lập trình

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển: Dựa vào kết quả có được từ

chương 4, đưa ra kết luận tổng quan về những gì đạt được và chưa đạt được của đềtài Từ đó đưa ra hướng phát triển để cải thiện hệ thống

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 KHỐI HIỂN THỊ

2.1.1 Module giao tiếp I2C

LCD có quá nhiều nhiều chân gây khó khăn trong quá trình đấu nối và chiếm

dụng nhiều chân trên vi điều khiển Thay vì phải mất 6 chân vi điều khiển để kết nốivới LCD 16×2 (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì module IC2 chỉ cần 2 chân (SCL,SDA) để kết nối

Module I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 16×2, LCD 20×4,

…) và tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của Module I2C

Bảng 2.3 Kết nối module I2C với ESP32

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật cho LCD 16x2

Max(tối đa) Đơn vị

Arduino LCD TFT 2.4 inch touch Shield là shield màn hình cảm ứng được

thiết kế riêng cho Aruino Uno Màn hình còn có khả năng hiển thị hình ảnh từ thẻnhớ

Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật của màn hình LCD TFT cảm ứng Arduino 2.4 inch

Chip điều khiển ILI9340, ILI9341, ILI9320, SPFD5408

(https://docs.rs-online.com/6d12/0900766b815ca93d.pdf)

Hình 2.3 Màn hình LCD TFT cảm ứng Arduino 2.4 inch

2.2 KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ VÀ ĐỘNG CƠ

2.2.1 Module điều khiển động cơ L298N [3]

Module L298 là một module được gia công sẵn với số lượng lớn, bán thương mại trên thị trường Module có chứa IC L298 đã được tích hợp sẵn mạch cầu H, chuyên được dùng để điều khiển motor, động cơ DC trong các ứng dụng như xe điều khiển, xe tự hành, điều khiển tốc độ quạt hút… Module

có thể điều khiển được hầu hết các loại động cơ hiện có như động cơ có hộp

số giảm tốc, động cơ bước, động cơ Servo…

Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật của module L298N

Tín hiệu điện áp điều khiển ngõ

Tín hiệu điện áp điều khiển ngõ

Tín hiệu điện áp cho phép ngõ

Tín hiệu điện áp điều cho phép

int IN3 = 6;

int IN4 = 7;

void setup()

{

// Set the output pins5 www.handsontec.com

pinMode(IN1, OUTPUT);

pinMode(IN2, OUTPUT);

pinMode(IN3, OUTPUT);

pinMode(IN4, OUTPUT);

}

void loop()

{

// Rotate the Motor A clockwise

digitalWrite(IN1, HIGH);

digitalWrite(IN2, LOW);

delay(2000);

// Motor A

digitalWrite(IN1, HIGH);

digitalWrite(IN2, HIGH);

delay(500);

// Rotate the Motor B clockwise

digitalWrite(IN3, HIGH);

digitalWrite(IN4, LOW);

Động cơ DC giảm tốc V1 Dual Shaft Plastic Geared TT Motor xe là loại được

lựa chọn và sử dụng nhiều nhất hiện nay cho các thiết kế khung Robot, xe,thuyền, , động cơ có chất lượng và giá thành vừa phải cùng với khả năng dễ lắpráp đem đến chi phí tiết kiệm và sự tiện dụng cho người sử dụng

Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật của động cơ giảm tốc DC V1

Điện áp hoạt động 3.0 VDC ~ 9.0 VDCDòng điện tiêu thụ 110 mA ~ 140 mA

Tốc độ quay tại 3.0 VDC 125 vòng/ phútTốc độ quay tại 5.0 VDC 208 vòng/ phút

Hình 2.5 Động cơ giảm tốc DC V1

2.2.3 Động cơ bước

Động cơ bước hay còn gọi là Step Motor là một loại động cơ chạy bằng điện

có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường.Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiểndưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặccác chuyển động của rôto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết

Bảng 2.8 Thông số kỹ thuật của công tắc hành trình KW10-N

Dòng điện tối đa 1.0 A

( http://www.farnell.com/datasheets/1685049.pdf fbclid=IwAR03FjYZ7WX7Ie1SD465GBz9e77KqNeuoHaBTpiJZCC9nhxv_RTXU-6CgHg)

Hình 2.7 Công tắc hành trình KW10-N

2.4 KHỐI CẢM BIẾN

2.4.1 Module cảm biến mưa YL – 83 [5]

Là một lá chắn để nhận biết có mưa hoặc có nước xuất hiện lên bề mặt của lá

chắn thực chất là 2 thanh dẫn được đặt song song với nhau và khi có nước làm thông nhau nhờ tính dẫn điện của nước và phần module chuyển đổi tín hiệu giúp

giao tiếp với các board mạch vi điều khiển, lẫn led báo hiệu để nhận biết trạng thái trên lá chắn.

Cảm biến hổ trợ hai loại ngõ ra tín hiệu là analog (tương tự) và digital (số), để

có thể áp dụng linh hoạt tùy mục đích khác nhau

Hình 2.8 Module cảm biến mưa YL-83

Bảng 2.9 Thông số kỹ thuật của module cảm biến mưa YL-83

Độ nhạy phát hiện mưa Vùng phát hiện nhỏ nhất 0.05 cm

3 D0 Ngõ ra dạng số

(https://www.openhacks.com/uploadsproductos/rain_sensor_module.pdf)Code mẫu

if(analogRead(0)<300) Serial.println("Heavy Rain");

else if(analogRead(0)<500) Serial.println("Moderate Rain");

else Serial.println("No Rain");

2.4.2 Module cảm biến mưa FC-37

Là một phiên bản khác của Module cảm biến mưa YL-83.

Có cấu tạo, chức năng, thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động giống như Module cảm biến mưa YL-83

Hình 2.9 Module cảm biến mưa FC-37

2.4.3 Module cảm biến cường độ ánh sáng BH 1750 [6]

Module cảm biến cường độ sáng GY-302 BH1750 (lux) được sử dụng để đo

cường độ ánh sáng theo đơn vị lux với độ ổn định và độ chính xác cao

Module cảm biến cường độ sáng GY-302 BH1750 (lux) cho ta giá trị cường độánh sáng lux trực tiếp thông qua giao tiếp I2C

Hình 2.10 Module cảm biến cường độ ánh sáng BH-1750Bảng 2.11 Thông số kỹ thuật của module cảm biến cường độ ánh sáng BH-1750

Max(tối đa) Đơn vị

áp kéo lên có thể lên đến 5.5V)

4 SDA Đầu vào nối tiếp SCL truyền xung Clock đầu vào sử

dụng để đồng bộ hóa dữ liệu

Chân địa chỉ để lập trìnhADDR = ‘H’(ADDR > 0.7* Vcc) “1011100”

float lux = lightMeter.readLightLevel();

Serial.print("Light: ");

Serial.print(lux);

Serial.println(" lx");

delay(1000);

}

2.4.4 Module cảm biến cường độ sáng TEMT6000 [7]

Cảm biến cường độ ánh sáng TEMT6000 Analog Light Sensor được sử dụng

để đo cường độ ánh sáng của môi trường xung quanh, cảm biến là dạngPhototransistor được mắc nối tiếp với điện trở tạo thành cầu phân áp trả ra giá trịđiện áp Analog tuyến tính với cường độ ánh sáng, phù hợp với các ứng dụng đocường độ sáng trong nông nghiệp, nhà thông minh,

Hình 2.11 Cảm biến cường độ sáng TEMT6000Bảng 2.13 Thông số kỹ thuật của module cảm biến cường độ ánh sáng TEMT6000

)

Max(tối đa) Đơn vị

Bảng 2.14 Thông số các chân module cảm biến cường độ ánh sáng TEMT6000

Hình 2.12 Bàn phím cứng 1x4 keypadBảng 2.15 Thông số các chân bàn phím cứng 1x4 keypad

2 K(1 - 4) Tín hiệu khi nhấn phím

2.5.2 Bàn phím cảm ứng điện dung

Bàn phím cảm ứng điện dung được sử dụng để làm bàn phím, công tắc cảm

ứng điện dung, công tắc ẩn,…, với khả năng có thể nhận biết điện dung từ tay ngườiqua vị trí cảm ứng với độ nhạy cao, bàn phím phù hợp với các ứng dụng cần độ bền,tạo sự độc đáo và chuyên nghiệp trong các ứng dụng điều khiển cảm ứng

Hình 2.13 Bàn phím cảm ứng điện dungBảng 2.16 Thông số các chân bàn phím cảm ứng điện dung

Bảng 2.17 Thông số kỹ thuật của Adapter 5VDC – 1A

Điện áp đầu vào 100 VAC ~ 240 VAC 50/60 HzĐiện áp đầu ra, Dòng điện đầu ra 5.0 VDC, 1.0 A

Hình 2.14 Nguồn Adapter 5VDC – 1A

2.6.2 Nguồn Adapter 9VDC – 1A

Bảng 2.18 Thông số kỹ thuật của Adapter 5VDC – 1A

Điện áp đầu vào 100 VAC ~ 240 VAC 50/60 HzĐiện áp đầu ra, Dòng điện đầu ra 9.0 VDC, 1.0 A

Hình 2.15 Nguồn Adapter 9VDC – 1A

2.7 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM

2.7.1 Vi điều khiển PIC16F887 [8]

Được hãng Microchip sản xuất, thuộc dòng PIC 16, có 5 port xuất nhập với

35 lệnh đơn

Hình 2.16 Vi điều khiển PIC16F887

Bảng 2.19 Thông số kỹ thuật của PIC16F887

Bảng 2.20 Thông số các chân của vi điều khiển PIC16F887

15-18,24-26 RC(0-7) Port Nhập xuất dữ liệu

ESP32-WROOM-32 là một module với nhiều tính năng cải tiến hơn các

module dòng ESP8266 khi hỗ trợ thêm các tính năng Bluetooth và Bluetooth LowEnergy (BLE) bên cạnh tính năng WiFi Sản phẩm sử dụng chip ESP32-D0WDQ6với 2 CPU có thể được điều khiển độc lập với tần số xung clock lên đến 240 MHz

Module hỗ trợ các chuẩn giao tiếp SPI, UART, I2C và I2S và có khả năng kếtnối với nhiều ngoại vi như các cảm biến, các bộ khuếch đại, thẻ nhớ (SD card),…

Ở chế độ sleep dòng điện hoạt động là 5 µA nên thích hợp cho các ứng dụngdùng pin như các thiết bị điện tử đeo tay Ngoài ra module còn hỗ trợ cập nhậtfirmware từ xa (OTA) do đó người dùng vẫn có thể có những bản cập nhật mới nhấtcủa sản phẩm

Hình 2.17 Module ESP32-WROOM-32Bảng 2.21 Thông số kỹ thuật của ESP32-WROOM-32

Chứng nhận Bluetooth BQBChứng nhận năng lượng tái

Giao diện module

SD card, UART, SPI, SDIO, I2C, LEDPWM, Motor PWM, I 2S, IR, pulsecounter, GPIO, capacitive touch sensor,ADC, DAC, Two-Wire AutomotiveInterface (TWAI®), compatible withISO11898-1 (CAN Specification 2.0)

Điện áp hoạt động / Nguồn

Dòng điện hoạt động Trung bình: 80 mA

nguồn cấp tối thiểuNhiệt độ yêu cầu để hoạt

Kích thước (18.00±0.10) mm × (25.50±0.10) mm ×

(3.10±0.10) mm

Bảng 2.22 Thông số các chân của ESP32-WROOM-32

thạch anh đầu vào), ADC1_CH4, TOUCH9,

RTC_GPIO9

động thạch anh đầu ra), ADC1_CH5,TOUCH8, RTC_GPIO8

IO12 14 I/O GPIO12, ADC2_CH5, TOUCH5,

RTC_GPIO15, MTDI, HSPIQ, HS2_DATA2,

SD_DATA2, EMAC_TXD3

RTC_GPIO14, MTCK, HSPID, HS2_DATA3,

HSPIWP, HS2_DATA0, SD_DATA0

CLK_OUT1, EMAC_TX_CLK

HSPIHD, HS2_DATA1, SD_DATA1,

EMAC_RX_CLK

( https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32-wroom-32_datasheet_en.pdf )

Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý ESP32WROOM32

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

3.1 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

3.1.1 Yêu cầu của hệ thống

- Có màn hình hiển thị trạng thái của động cơ và trạng thái thời tiết

- Có nút nhấn để điều khiển động cơ kéo mái che

- Có đưa dữ liệu lên Sever

3.1.2 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống

Chức năng từng khối: