BÁO CÁO MÔN HỌC KỸ THUẬT XUNG SỐ TƯƠNG TỰ VÀ KỸ THUẬT ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI: Thiết kế cửa tự động đóng mở ngang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ  BÁO CÁO MÔN HỌC KỸ THUẬT XUNG SỐ - TƯƠNG TỰ VÀ KỸ THUẬT ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI: Thiết kế cửa tự động đóng - mở ngang Khoa: Cơ học kỹ thuật tự động hóa Giảng viên: Phạm Đình Tuân Sinh viên thực hiện: Phạm Đăng Dũng Đỗ Văn Hậu Đặng Xuân Đức Đỗ Việt Hùng Nguyễn Khắc Anh Đạt HÀ NỘI 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ  BÁO CÁO MÔN HỌC KỸ THUẬT XUNG SỐ - TƯƠNG TỰ VÀ KỸ THUẬT ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI: Thiết kế cửa tự động đóng - mở ngang Khoa: Cơ học kỹ thuật tự động hóa Giảng viên: Phạm Đình Tuân Sinh viên thực hiện: Phạm Đăng Dũng Đỗ Văn Hậu Đặng Xuân Đức Đỗ Việt Hùng Nguyễn Khắc Anh Đạt HÀ NỘI 2020 Tóm Tắt Bài báo cáo mục tiêu tìm hiểu cách thiết kế hệ thống cửa tự động Để đạt mục tiêu cần tìm hiểu lý thuyết linh kiện, phân tích cách hoạt động nguyên lý động học hệ thống cửa tự động Trên sở tìm hiểu hệ phân tích, xây dựng mơ hình hệ thống, tìm mua linh kiện, tiến hành lắp ráp, xây dựng code cho tối ưu Sau bước hồn thiện sản phẩm, sửa lỗi Cuối hồn thiện sản phẩm trình bày vào báo cáo Từ khóa: hệ thống cửa tự động, nguyên lý hoạt động cửa tự động, Automatic door system, automatic door MỤC LỤC CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lịch sử hình thành Ngày với phát triển ngành khoa học kỹ thuật , kỹ thuật điện-điện tử mà điều khiển tự động đóng vai trị quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản kí, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin… phải nắm bắt vận dụng cách có hiệu nhằm góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật thê giới nói chung phát triển điều khiển tự động nói riêng Xuất phát từ yêu cầu cụ thể thực tế đề tài tham khảo khóa trước định thiết kế mơ hình nhà thơng minh thực tế, thực tế có nhiều thiết bị áp dụng sử dụng nhà thực tế thật có ý nghĩa với chúng ta, làm cho xã hội ngày phát triển hơn, để xứng tầm với phát triển giới 1.2 Tính thực tế đề tài Trong xã hội văn minh đại, cửa phận thiếu cơng trình kiền trúc Nhưng hầu hết loại cửa thông thường mà hay dùng lại có điểm gây phiền tối cho người sử dụng là: Cửa thường đóng mở có tác động người vào Việc thiết kế loại cửa tiện ích hơn, đa hơn, phục vụ tốt cho đời sống người tất yếu vô cần thiết Do vậy, cần thiết kế loại cửa tự động khắc phục nhược điểm cửa thường Vì sử dụng tự động người dùng hồn tồn khơng phải tác dụng trực tiếp lên cánh cửa mà cửa tự động đóng-mở theo ý muốn Đặc biệt, nơi công cộng, công sở, cưa tự động ngày phát triển ưu Đó cửa tự động giúp cho lưu thơng qua cửa nhanh chóng dễ dàng, giảm bớt va chạm nhiều người sử dụng chúng cánh cửa Thêm vào đó, hệ thống máy lạnh sử dụng rộng rãi nơi công sở, công cộng Nếu dùng loại cửa bình thường phải đảm bảo cửa ln đóng khơng có người qua lại để tránh thất lạnh ngồi gây lãng phí Thế điều thực lại khó thực ý thức người nơi cơng cộng khác Do đó, cửa tự động với tính chất ln đóng khơng có người qua lại đáo ứng tốt u cầu Chính ưu điểm bật cửa tự động mà phải phát triển ứng dụng rộng rãi, đồng thời cải tiến nâng cao chất lương hoạt động cửa tự động để ngày đại hơn, tiện ích Để nghiên cứu cách xác cụ thể cửa tự động, cần phải thiết kế chế tạo mơ hình cửa đóng-mở tự động, mơ tả hoạt động, hình dáng, cấu tạo cửa tự động Từ mơ hình ta quan sát tìm hiểu hoạt động cửa tự động, lường trước khó khăn gặp phải chế tạo cửa tự động thực tế Cũng từ mơ hình thấy ưu điểm thiết kế mà từ khắc phục hạn chế, phát huy mạnh thiết kế cánh cửa ưu việt hơn, hoàn thiện cho người CHƯƠNG 2: PHẦN NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1 Các yêu cầu hệ thống cửa 2.1.1 Tính bảo mật Khi thiết kế nhà thiết kế chế tạo theo đơn hàng đặt hàng khách Khi khách hàng đặt loại cửa tự động mà có yêu cầu tính bảo mật, tính bảo mệt thể nhiều yếu tố, ví dụ cửa có ngăn cách mơi trường bên bên ngồi, hay có chức bảo vệ phịng hệ thống khóa Cịn sử dụng hệ thống cửa mà mang yếu tố bảo mật cao hệ thống cửa khóa số đáp ứng tính này, có nghĩa người ngồi khơng mở cửa mã số cửa người cần bấm sai mã số lần có hệ thống cịi báo động Cửa mở nhận mã số cài đặt từ trước Hệ thống cửa tự động có sử dụng mã số thay đổi mã cài đặt cài đặt mã phụ để đảm bảo tính an tồn bảo mật 2.1.2 Tính đơn giản Một tiêu chuẩn mà nhà sản xuất kinh doanh phải xem xét tính đơn giản hệ thống Một sản phẩm đưa thị trường thị trường chấp nhận phải đảm bảo người tiêu dùng dễ dàng sử dụng Chỉ cần vài hướng dẫn nhỏ làm chủ sản phẩm Tính đơn giản đầy thể dễ lắp đặt, dễ vận hành, dễ bảo dưỡng Giống loại cửa đại sử dụng thị trường sử dụng tia hồng ngoại, cửa dùng điều khiển từ xa (remote control), cửa dùng thẻ từ (magnetic cad) để quét mã số có cad, cảm biến an tồn(sensor) … Vì vậy, loại cửa kể khơng cần dùng khóa để khóa mà loại hệ thống cửa chúng sử dụng khóa điện để khóa 2.1.3 Tính thẩm mỹ Khi xã hội ngày văn minh người địi hỏi thẩm mĩ cao sản phẩm phục vụ người cần phải vô phong phú mang nặng tính mỹ quan Một sản phẩm đưa thị trường đánh vào ý thức người hình thức bề ngồi sản phẩm Con người đại khơng cịn mang nặng quan niệm “ăn mặc bền” mà đẹp làm sống trở nên ý nghĩa Với tiêu chí hệ thống cửa nói chung phải đáp ứng thực tiễn Cửa tự động phù hợp với cửa sảnh cửa văn phòng, khách sạn, nhà băng, phòng trưng bày sản phẩm, biệt thự… Cửa từ động vận hành nhờ mô tơ dùng điện thấp tiết kiệm điện năng, an toàn vận hành 2.1.4 Tính thuận tiện Hiện thị trường có nhiều sản phẩm cửa mang tính tư động hóa nhiều nhà sản xuất cung cấp Với thiết bị ngày nội địa hóa với giá thành ngày giảm Các loại cửa đơn giản mà không cần người sử dụng nhiều thời gian, ví dụ muốn mở cửa người sử dụng cần bấm mã số cửa tự động mở vào sau 5s cửa tự động đóng lại Khi cửa đóng tức chúng tự động khóa lại Ví dụ cửa sử dụng tia hồng ngoại sân bay quốc tế hay siêu thị… cần tiến tới gần cửa với khoảng cách định cửa tự động mở sau qua cửa cửa tự động đóng lại 2.1.5 Tính tự động Cửa có microprocessor thiết kế đưa vào điều khiển lập trình tự động cho cửa: Độ rộng cửa cửa, tốc độ đóng mở cửa, tốc độ giảm tốc đóng - mở cửa tất lập trình điều khiển Chế độ đóng cửa thiết kệ tự động hồn tồn, cửa đóng-mở kịp thời hoàn toàn tư động Cùng vời phát triển không ngừng công nghệ tiếng khoa học kỹ thuật, thiết bị cổng cửa bước áp dụng tiến khoa học kỹ thuật để giảm thiểu sức người đưa sản phẩm đến tự động hóa hồn tồn nhờ PLC, CNC, BỘ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA… từ cánh cửa thơ sơ vận hành khóa tay lắp đặt motor chạy điện, điều khiển từ xa, cảm biến quang, dùng thẻ từ để mở cửa tự động kiểm soát người qua lại Hiện ngành tự động hóa bước phát triển nên phải nhập ngoại số thiết bị PLC CNC, thiết bị nội địa hóa để phát triển chất lượng sản phẩm, giảm giá thành sản phẩm với mục đích cung cấp cho người sử dụng sản phẩm cửa có chất lượng cao, mẫu mã đẹp, có nhiều tính đại, tự động an toàn cao, bảo bệ chống đột nhập lại để kiểm soát khẩn cấp 2.2 Một số hệ thống cửa tự động Hiện có nhiều loại cửa tự đông: Cửa kéo, Cửa đẩy, Cửa cuốn, Cửa trượt… Nhưng chúng thường sản xuất nước bán Việt Nam với giá thành cao Vì chúng chưa sử dụng rộng rãi 2.2.1 Cửa trượt Loại cửa có đặc điểm có rãnh trượt cố định cho phép cánh cửa trượt qua trượt lại Cửa thường dùng nhà hàng, khách sạn, sân bay hay nhà ga, quan, trung tâm thương mại… Ưu điểm cửa kết cấu nhẹ nhàng, tạo cảm giác thoải mái, thống đại lịch thích hợp với nơi quan 2.2.2 Cửa xoay Đó hệ thống cửa lắp đặt nhà hàng, viện bảo tàng, nhà chờ sân bay, ngân hàng… Hệ thống hoạt động theo chiều quy định, có nghĩa ta nhìn cửa có hai cánh thức chất cánh ghép lại quay quanh trục cố định Cửa có đường riêng biệt đường vào riêng, khơng có chiều ngược lại Ưu điểm bật hệ thống cửa thuận tiện việc vận hành dễ dành kiểm soát người vào nhờ có cấu khí hai trục đỡ, ví dụ ngày cửa quay vịng số người vào ngày Nhưng có nhược điểm tốn diện tích sử dụng, nên hệ thống cửa ngày lắp đặt thích hợp nơi cơng cộng 2.2.3 Cửa Loại cửa có ưu điểm gọn nhẹ tiện dụng dễ sử dụng Hệ thống cửa lắp đặt cửa hàng, garage oto… cửa nan tôn sơn tĩnh điện, nam nhôm inox, cửa lưới inox lắp đặt mô tơ điều khiển trực tiếp công tắc Động lắp đặt với trục cửa lai trục Khi ta ấn nút ON động quay theo chiều mở cửa lại Khi ta ấn nút OFF động quay theo chiều đóng Tính ưu việt hệ thống tiết kiệm tối đa diện tích sử dụng Hiện hệ thống cửa sửa dụng động điện có cơng suất lớn thuận tiện việc sử dụng có nhược điểm điện hành khó Cịn có cửa lại khơng chắn dễ bị hỏng loại cửa khác CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO MƠ HÌNH CỬA ĐĨNG-MỞ TỰ ĐỘNG Chú ý: Với mức độ quy mơ mơn học nhóm thiết kế mơ hình cách đơn giản để hình dung Khơng đề nặng vào vấn đề khí thiết kế thỏa mãn yêu cầu cửa tự động thực tế 3.1 Các u cầu mơ hình - Kích thước gọn gàng - Hệ thống hoạt động tốt - Hệ thống điện tốt, hoạt động theo thiết kế - Hệ thống cửa đáp ứng yêu cầu đề 3.1.1 Yêu cầu chương trình chung - Cửa phải tự động mở có người vào, phải tự động đóng khơng có người lại - Cửa thiết kế để đóng mở cách thơng minh - Khi cửa đóng lại, lại có tín hiệu người cửa lại mở - Dùng kỹ thuật vi điều khiển để viết chương trình hoạt động cho cửa 3.1.2 Yêu cầu khí Yêu cầu phần khí khơng khắt khe hình thức lẫn chất lượng đảm bảo phần kết cấu hoạt động cửa Trên mơ hình nhóm có yếu tố như: Cánh cửa, rãnh trượt, trục quay… Động loại động chiều cấp nguồn nguồn ni ngồi 5V kết hợp với điều khiển động quay thuận quay ngược 3.2 Mục đích việc chế tạo mơ hình - Nghiên cứu, chế tạo mơ hình cửa tự động sinh viên phải tham khảo thực tế nhiều lĩnh vực tham khảo nhiều tài liệu khác Điều mang lại hiểu biết sâu sắc cho sinh viên không lĩnh vực 10 - - Việc chế tạo mơ hình hoạt động tốt tạo điều kiện cho sinh viên có hội học tập nghiên cứu môn học cách thực thế, hội tốt giúp sinh viên khỏi bỡ ngõ làm việc thực tế Tạo mơ hình cửa đóng-mở tự động hoạt động tốt, từ chế tạo cửa tự động phục vụ thực tế CHƯƠNG 4: CỬA MƠ HÌNH THỰC TẾ Các linh kiện phù hợp với giá thành mà sinh viên đồng thời đáp ứng yêu cầu kỹ thuật 4.1 Vật liệu bên Vật liệu làm cánh cửa lựa chọn bời nhóm nhựa Aluminum Đây hợp kim nhôm cấu tạo từ hai thành phần chủ yếu nhôm nhựa tổng hợp (hợp kim Aluminum composite panel), vật liệu phổ biến ngày để ứng dụng vào cơng trình, vách ngăn hay làm vật liệu nội thất thay gỗ fooc… Nhựa Alu có độ bền cao, nhẹ, chống ăn mịn khơng bị oxi hóa, đặc biệt dễ dàng việc cắt uốn thành hình dáng mong muốn 11 4.2 Mạch điều khiển động l298n Ta điều khiển động DC cách điều khiển điện áp đầu vào động phương pháp phổ biến để làm điều sử dụng tín hiệu PWM Thay đổi độ rộng xung kỹ thuật cho phép điều chỉnh giá trị trung bình điện áp đến thiết bị điện tử cách bật tắt nguồn với tốc độ nhanh Điện áp trung bình phụ thuộc vào chu kỳ xung, lượng thời gian tín hiệu BẬT so với lượng thời gian tín hiệu TẮT khoảng thời gian quy định 12 Nhưng trình hoạt động cửa tự động điều quan trọng tự động Đóng-Mở có người vào Thông thường để đảo chiều động nối dây đảo lại cực động DC trường hợp tự động nên điều khó khả xảy nên việc tích hợp thêm quan trọng mạch L298N mạch cầu H, mạch giúp ta đảo chiều động tín hiệu đưa vào mạch Mạch cầu H chứa bốn chân chuyển mạch, điện trở MOSFET, với động trung tâm tạo thành cấu hình giống chữ H Bằng cách kích hoạt hai cơng tắc cụ thể lúc, thay đổi hướng dịng điện, thay đổi hướng quay động 4.3 Cảm biến chuyển động hc-sr501 13 Cảm biến chuyển động có chức nhận biết chuyển động trước cửa Mỗi cảm biết nhận tín hiệu gửi tín hiệu vi điều khiển để làm nhiệm vụ Trên cảm biến có kết hợp hai linh kiện biến trở để điều chỉnh độ chễ tín hiệu khoảng cách mà ta mong muốn cảm biến nhận biết 4.3 Mạch điều khiển Arduino-R3 Mạch điều khiển coi não hệ thống Nó có chức điều khiển hoạt động linh kiện khác bật tắt cho với chức lập trình sẵn bên 4.5 Cảm biến vật cản hồng ngoại IR Infrared Obstacle Avoidance 14 Cảm biến hồng ngoại hoạt động, tia hồng ngoại phát tần số định, phát hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau so sánh, đèn màu xanh sáng lên đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu (một tín hiệu bậc thấp) Khoảng cách làm việc hiệu ~ 5cm, điện áp làm việc 3.3 V đến 5V Độ nhạy sáng cảm biến điều chỉnh chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng, Có thể sử dụng rộng rãi robot tránh chướng ngại vật, xe tránh chướng ngại vật dò đường 4.6 Sơ đồ đấu nối linh kiện 4.2 Chương trình điều khiển int in1 = 4; int in2 =7; int in3=10; int sensor1= 8; int sensor = 2; // Khai báo chân 15 void setup() { pinMode(in1, OUTPUT); pinMode(in2, OUTPUT); pinMode(in3,OUTPUT) ; (input) pinMode(sensor, INPUT); pinMode(sensor1, INPUT); // Chọn kiểu chân (output), chân vào } void loop() { if(digitalRead(sensor1)==HIGH) SR501 { analogWrite(in3, 127); động digitalWrite(in1,HIGH); digitalWrite(in2,LOW); } else lệnh { if(digitalRead(sensor)==LOW) vật cản // Nếu giá trị tín hiệu out PIR cao thực câu lệnh // sử dụng PWM chọn công suất hoạt động DC nửa // in1 nhận giá trị cao // in2 nhận giá trị thấp // Điều kiện sai thực câu // Nếu giá trị chân out cảm biến hồng ngoại thấp thực lệnh { analogWrite(in3, 127); digitalWrite(in1,HIGH); digitalWrite(in2,LOW); 16 } else câu //Nếu điều kiện sai thực lệnh sau { analogWrite(in3, 127); digitalWrite(in2,HIGH); digitalWrite(in1,LOW); } } } CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Trong q trình làm việc nhóm, thảo luận, tìm hiểu nhóm em có nhiều kinh nghiệm cho thân từ việc lên ý tưởng, tìm hiểu thơng tin đại chúng, bào từ nước thống ý kiến chung để hoàn thành Bên cạnh thuận lợi nguồn thông tin dồi nhóm gặp nhiều khó khắn 5.1 Khó khăn cách khắc phục Khi bắt đầu nhóm chưa hình dung sản phẩm làm phải có gắn kết với thực tế nên nhóm lựa chọn bìa cứng làm vật liệu để làm khung cửa Vì bìa cứng vật liệu dễ dàng tìm kiếm giá thành rẻ, dễ dàng việc cắt gép sản phẩm hoàn thành độ chắn lại khơng đảm bảo Để đảm bảo độ cứng mặt thẩm mĩ nhóm tìm đến vật liệu nhựa Aluminum, nhựa có độ cứng vừa đủ, dẻo dễ dàng cắt uốn Để dẫn truyền cho cánh cửa di chuyển ngang nhóm có sử dụng đai truyền chuyển động Cửa chưa thể phân biệt người với vật đến gần 17 Do cảm biến PIR SR501 có độ trễ lần phát hiện, cửa đóng có người cửa khơng thể mở Để khắc phục vấn đề nhóm tiến hành lắp thêm cảm biến vật cản hồng ngoại trước cửa, q trình cửa đóng có vật cản cửa mở TÀI LIỆU THAM KHẢO http://www.kientrucvietnam.org.vn/ http://www.alcorest.com.vn/ 18 ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ  BÁO CÁO MÔN HỌC KỸ THUẬT XUNG SỐ - TƯƠNG TỰ VÀ KỸ THUẬT ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI: Thiết kế cửa tự động đóng - mở ngang Khoa: Cơ học kỹ thuật tự. .. cách định cửa tự động mở sau qua cửa cửa tự động đóng lại 2.1.5 Tính tự động Cửa có microprocessor thiết kế đưa vào điều khiển lập trình tự động cho cửa: Độ rộng cửa cửa, tốc độ đóng mở cửa, tốc... cách xác cụ thể cửa tự động, cần phải thiết kế chế tạo mơ hình cửa đóng- mở tự động, mơ tả hoạt động, hình dáng, cấu tạo cửa tự động Từ mơ hình ta quan sát tìm hiểu hoạt động cửa tự động, lường trước