Thiết kế hệ thống điều chỉnh nhiệt dộ phòng học bằng vi điều khiển ( có link ggdrive mô phỏng cuối bài hoặc liên hệ 0799008541 )

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 4 1 1 Khái quát chung về hệ thống điều khiển 4 1 1 1 Khái niệm 4 1 1 2 Cấu trúc 4 1 1 3 Thiết bị đo 5 1 1 4 Ứng dụng 7 1 2 Điều khiển nhiệt độ phòng 7 1 2 1 Yêu cầu công nghệ 7 1 2 2 Thiết bị chấp hành (quạt) 7 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH LỰC 14 2 1 Mạch nguồn 14 2 2 Sơ đồ khối mạch lực 14 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 25 3 1 Giới thiệu chung về ardurino 25 3 2.

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .3 CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH U CẦU CƠNG NGHỆ 1.1 Khái quát chung hệ thống điều khiển 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Cấu trúc: 1.1.3 Thiết bị đo 1.1.4 Ứng dụng: 1.2 Điều khiển nhiệt độ phòng 1.2.1 Yêu cầu công nghệ 1.2.2 Thiết bị chấp hành (quạt) CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH LỰC .14 2.1 Mạch nguồn 14 2.2 Sơ đồ khối mạch lực 14 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 25 3.1 Giới thiệu chung ardurino 25 3.2 Cảm biến .29 3.3 Các khối điều khiển 32 3.3.1 Arduino uno .32 3.3.2 LM35 .32 3.3.3 Khối hiển thị LCD 33 3.3.4 Khối công suất L293D 33 3.3.5 Motor DC 34 GVHD: Bùi Thanh Hòa SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LỜI MỞ ĐẦU Ngày với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, giới ngày thay đổi, văn minh đại Trong phát triển kỹ thuật tự động hóa đóng góp vai trị quan trọng tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật như: xác, an tồn, tốc độ nhanh gọn nhẹ … Ý tưởng đề tài xuất phát từ toán thực tế thiết kế hệ thống đo nhiệt độ phịng, từ dựa vào nhiệt độ đặt để điều khiển tốc độ quạt phù hợp với thay đổi nhiệt độ để tạo ổn định nhiệt độ cho phòng Đề tài “Thiết kế hệ thống điều chỉnh nhiệt dộ phòng học nha A2’’, thầy giáo BÙI THANH HÒA hướng dẫn kết hợp nhiều môn học kĩ thuật vi điều khiển, sở truyền động điện, truyền động điện tự động, trạng bị điện… Đồ án em gồm chương: - Chương 1: Phân tích u cầu cơng nghệ - Chương 2: Thiết kế mạch lực - Chương 3: Thiết kế mạch điều khiển GVHD: Bùi Thanh Hòa SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GVHD: Bùi Thanh Hòa SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH U CẦU CƠNG NGHỆ 1.1 Khái qt chung hệ thống điều khiển 1.1.1 Khái niệm Hệ thống điều khiển giám sát thành phần thiếu nhà máy công nghiệp đại Từ năm nửa đầu kỷ trước điều khiển tự động chiếm vai trò ngày quan trọng ngành công nghiệp khai thác, chế biến lượng dầu khí, lọc dầu, hóa chất, dược phẩm, thực phẩm, nhà máy điện Các hệ thống điều khiển giám sát sử dụng lĩnh vực có số đặc thù chung xếp vào phạm trù hệ thống điều khiển trình Điều khiển q trình thu thập thơng tin, xử lý thông tin tác động lên hệ thống “gần’’ với mục đích trước Điều khiển tự động q trình điều khiển khơng có tác động người Hệ thống điều khiển: tổng quát hệ thống điều khiển tập hợp dụng cụ, thiết bị điện tử dùng hệ thống cần đảm bảo tính ổn định, xác, chuyển đổi nhịp nhàng quy trình hoạt động sản xuất Nó thực yêu cầu dụng cụ từ cung cấp lượng đến thiết bị bán dẫn, với thành phát triển nhanh chóng cơng nghệ việc điều khiển hệ thống phức tạp thực hệ điều khiển tự động hóa hồn tồn Một hệ thống điều khiển quản lý, lệnh điều khiển hành vi thiết bị hệ thống khác Nó bao gồm hệ thống sưởi gia đình cách sử dụng điều khiển để điều khiển nồi dân dụng hệ thống điều khiển công nghiệp lớn sử dụng để điều khiển trình máy móc cơng nghiệp Trong hình thức phổ biến hệ thống điều khiển phản hồi mong muốn điều khiển trình, gọi đầu mong muốn đầu theo sau tín hiệu điều khiển giá trị cố định hay giá trị thay đổi Hệ thống điều khiển so sánh đầu q trình với tín hiệu điều khiển, áp dụng khác biệt tín hiệu sai số để mang lại đầu q trình gần với tín hiệu điều khiển 1.1.2 Cấu trúc: Tùy theo mơ hình ứng dụng mức độ tự động hóa hệ thống điều khiển trình cơng nghiệp đơn giản đến tương đối phức tạp dựa ba thành phần bản: GVHD: Bùi Thanh Hòa SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 1.1.3 Thiết bị đo Thiết bị chấp hành Thiết bị điều khiển: U: Giá trị đặt C: Tín hiệu điều khiển O: Biến điều khiển Y: Biến điều khiển Thiết bị đo: Chức thiết bị đo cung cấp tín hiệu tỉ lệ theo nghĩa với đại lượng đo.Một thiết bị đo gồm hai thành phần cảm biến (sensor) chuyển đổi đo (transducer) Một cảm biến thực chức tự động cảm nhận đại lượng quan tâm trình kỹ thuật biến đổi thành tín hiệu Để truyền xa sử dụng thiết bị điều khiển dụng cụ báo, tín hiệu từ cảm biến cần khuếch đại, điều hòa chuyển đổi sang dạng thích hợp Thiết bị điều khiển: Thiết bị điều khiển (control equipment, controller) thiết bị tự động thực chức điều khiển, thành phần cốt lõi hệ thống điều khiển công nghiệp Mặc dù thuật ngữ “thiết bị điều khiển” “bộ điều khiển” thực tế sử dụng với nghĩa tương đồng ta cần làm rõ khác biệt nhỏ Tùy theo ngữ cảnh điều khiển hiểu thiết bị điều khiển đơn lẻ (ví dụ điều khiển nhiệt độ) khối phần mềm cài đặt thiết bị điều khiển chia sẻ thiết bị điều khiển chia sẻ Trên sở tín hiệu đo cấu trúc điều khiển lựa chọn, điều khiển thực thuật toán điều khiển, tín hiệu điều khiển để can thiệp trở lại trình ky thuật thơng qua thiết bị chấp hành Tùy theo dạng tín hiệu vào GVHD: Bùi Thanh Hịa SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN phương pháp thể luật điều khiển, thiết bị điều khiển xếp loại thiết bị điều khiển tương tự (analog controller), thiết bị điều khiển lo gic (logic controller) thiết bị điều khiển số (digital controller) Các thiết bị điều khiển cơ, khí nén điện tử xếp vào loại tương tự Một mạch rơ le (cơ điện điện tử) thiết bị điều khiển logic theo nghĩa nó.Một thiết bị điều khiển số xây dựng tảng máy tính số, thay chức thiết bị điều khiển tương tự thiết bị điều khiển logic Một thiết bị điều khiển số chấp nhận đầu vào tín hiệu số tín hiệu tương tự tích hợp thành phần chuyển đổi tương tự -số cần thiết, nhiên thuật toán điều khiển thực máy tính số Một thiết bị điều khiển số khơng có chất lượng độ tin cậy cao mà đảm nhiều chức điều khiển, tính tốn hiển thị lúc Có thể nói rằng, tất giải pháp điều khiển đại (PLC,DCS,DAS) hệ điều khiển số Một thiết bị điều khiển số thực chất máy tính số trang bị thiết bị ngoại vi để thực chức điều khiển Vì ta nói tới máy tính điều khiển tức bao hàm khối xủa lý trung tâm (CPU), khối nguồn (PS) thành phần tích hợp bo mạch Cịn lại khái niệm ‘thiết bị điều khiển’ ‘trạm điều khiển’ , bao hàm máy tính điều khiển thành phần mở rộng, kể module vào module chức khác Thiết bị chấp hành: Một hệ thống thiết bị chấp hành nhận tín hiệu từ điều khiển thực tác động can thiệp tới biến điều khiển Các thiết bị chấp hành tiêu biểu công nghiệp van điều khiển, động cơ, Máy bơm quạt gió Thơng qua thiết bị chấp hành mà hệ thống điều khiển can thiệp vào diễn biến q trình kỹ thuật Ví dụ, tùy theo tín hiệu điều khiển mà van điều khiển điều chỉnh độ mở van, thay đổi lưu lượng cấp, qua điều chỉnh mức chất lỏng bình Một máy bơm có điều chỉnh tốc độ thay đổi áp suất dịng chất lỏng dịng khí qua điều chỉnh lưu lượng Một thiết bị chấp hành công nghiệp bao gồm hai thành phần cấu chấp hành hay cấu dẫn động phần tử điều khiển (control element).Cơ cấu điều khiển có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điều khiển thành lượng (cơ nhiệt), phần tử tác động can thiệp trực tiếp vào biến điều khiển GVHD: Bùi Thanh Hòa SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 1.1.4 Ứng dụng: - Bình chứa chất lỏng - Thiết bị khuấy trộn liên tục - Thiết bị gia nhiệt - Tháp chưng luyện - Nồi bão hòa Ứng dụng số qua trình lớn hệ điện, lọc dầu, hóa chất, nhà máy thép, nhựa, nhà máy xi măng, nhà máy phân bón, nhà máy giấy bột giấy, ô tô lắp ráp xe tải, sản xuất máy bay, sản xuất thủy tinh, nhà máy tách khí tự nhiên, thực phẩm đồ uống chế biến, đóng hộp đóng chai sản xuất loại khác phận … Giúp tăng suất, cải thiện chất lượng,cải thiện mạnh mẽ quán quy trình hay sản phẩm Tăng tính qn đầu ra, giảm chi phí nhân cơng trực tiếp chi phí nhân lực Các phương pháp điều khiển sau thường sử dụng để nâng cao suất, chất lượng mạnh mẽ Cài đặt hệ thống điều khiển tự động nơi cần mức độ xác cao cần thiết, thay người công việc thực môi trường nguy hiểm:hầm mỏ, lửa, sở hạt nhân, nước… Cải thiện kinh tế: Các hệ thống điều khiển lĩnh vực tự động hóa giúp cải thiện kinh tế doanh nghiệp, xã hội hay nhân loại bên canh cịn giúp giảm thời gian hoạt động thời gian xử lý công việc đáng kể Giải phóng người lao động để đảm nhiệm vai trị khác, cung cấp cơng việc cấp cao việc phát triển, triển khai, bảo trì hoạt động trình tự động 1.2 Điều khiển nhiệt độ phịng 1.2.1 u cầu cơng nghệ Tốc độ quạt thay đổi theo nhiệt độ Phòng học nhà A2 có diện tích 70m2 1.2.2 Thiết bị chấp hành (quạt) 1.2.2.1 Quạt điện Khái niệm: Quạt điện dòng thiết bị sử dụng phổ biến không thị trường Việt Nam mà khắp nơi giới Hoạt động dựa chuyển GVHD: Bùi Thanh Hòa SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN hóa điện thành giúp lưu thơng gió nhằm phục vụ cho người Việc nghiên cứu phát triển thành cơng dịng quạt điện tạo bước ngoặt lớn giai đoạn nâng cao đời sống người lên tầm cao mới, tạo tiền đề cho dòng quạt điện hệ phát triển ngày hôm Ngày quạt điện trở thành thiết bị gia dụng thiếu sống người, gia đình.Sự đại cơng nghệ phát triển đời sống quạt ngày có phần nâng cấp so với dòng quạt điện trước Nguyên lý hoạt động: Quạt điện hoạt động dựa nguyên lý chuyển hóa điện thành dựa tiếp xúc với khơng khí để tạo nên luồng gió đẩy phía trước mang lại cảm giác mát mẻ cho người sử dụng Động quạt phận thông qua nguyên lý điện từ để tạo dòng động lực điện, để quạt quay tạo sức gió mạnh hay yếu, độ rung mạnh hay nhẹ độ ồn lớn hay nhỏ phụ thuộc vào chất lượng động Chính mà ngày động nghiên cứu chế tạo dựa theo nhiều tiêu chuẩn để đảm bảo an toàn chất lượng tính Cánh quạt phận quan trọng thiết bị quạt với thiết kế đặc biệt kết hợp với lực quay động ma sát gió trước sau đẩy đẩy gió phía trước tạo nên luồng gió mát,luồng gió mà quạt tạo mạnh hay yếu phụ thuộc vào động Hiện thị trường có nhiều loại quạt mẫu mã khác hầu hết loại quạt hoạt động cách điều khiển khơng khí di chuyển trục dọc tạo gió, cánh quạt đẩy khơng khí vào ngồi để làm mát thơng gió cho phòng Tác dụng quạt điện: Làm mát cho phịng thích hợp sử dụng cho vùng có khí hậu nóng ẩm, quạt điện thiết bị có nhiều mệnh giá khác tùy vào mục đích nhu cầu sử dụng lớn hay nhỏ, nhiều hay dùng để làm mát ổn định nhiệt độ phịng Quạt điện làm tươi khơng khí giúp lưu thơng khơng khí mát mẻ khắp phịng Giúp dễ dàng vào giấc ngủ cảm thấy khó ngủ vào đêm mùa hè nóng nực.Thơng thường phải lựa chọn máy điều hịa khơng khí gây tiếng ồn chịu nóng khơng thoải mái GVHD: Bùi Thanh Hòa SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Quạt điện cho phòng ngủ thay tuyệt vời hoạt động êm chi phí rẻ mà lại giúp lưu thơng khơng khí làm giảm nhiệt độ phịng Ngồi gió mát đưa vào giấc ngủ ngon Giữ độ ẩm tầm kiểm soát quạt điện làm nhiều mát mẻ quạt điện thơng gió cho phịng, trì độ ẩm thích hợp, ổn định nhiệt độ Thổi khơng khí lành vào phịng giữ độ ẩm giảm nhà giữ cho phòng ln thống mát, quạt điện làm lưu thơng khơng khí liên tục giữ khơng khí phịng khơ Bên cạnh quạt điện dùng để trang trí phịng làm bật thêm nét dun dáng cho phịng, quạt điện có nhiều kiểu dáng kích cỡ giúp có thêm nhiều lựa chọn Quạt điện giúp điều hịa khơng khí, ổn định làm giảm nhiệt độ phịng, tiện ích cho người (như quạt bàn điện), thơng gió (như quạt hút khí thải), sang lọc (như dùng để tách hạt ngũ cốc), loại bỏ bụi (máy hút bụi) Chúng ta cịn dùng quạt để sấy khơ quần áo, tóc, khăn tắm … Quạt điện giúp điều hịa khơng khí, ổn định làm giảm nhiệt độ phịng, tiện ích cho người (như quạt bàn điện), thơng gió (như quạt hút khí thải), sang lọc (như dùng để tách hạt ngũ cốc), loại bỏ bụi (máy hút bụi) Chúng ta cịn dùng quạt để sấy khơ quần áo, tóc, khăn tắm … Cấu tạo ngồi thân quạt điện điều khiển nhiệt độ: Động quạt: động quạt phận tạo động lực điện thông qua nguyên lý điện từ, động tim tạo nên sức gió cho quạt Động quạt điện ngày với tiêu chuẩn khắt khe hiệu suất động cơ, độ rung, tiếng động yếu tạo sức nóng GVHD: Bùi Thanh Hòa SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Cánh quạt phận trực tiếp tạo gió thơng qua tác động quay động làm cánh quạt chuyển động, chuyển động tạo nên chênh lệnh áp suất phía trước phía sau từ tạo nên gió Ngày có nhiều mẫu cánh quạt: loại cánh, loại cánh, loại cánh mỏng cánh dày…yếu tố tạo nên hiệu cho cánh sức gió mạnh quạt chạy thiết kế cánh định điều Thân quạt: thân quạt phần đỡ động cánh quạt giúp cho quạt đứng vị trí hoạt động, thân quạt thường thiết kế tháo lắp cần thiết Lồng quạt phận đơn giản quạt lại có ý nghĩa quan trọng có tác dụng bảo vệ tránh nguy hiểm người sử dụng quạt (có khơng) Cấu tạo quạt điện - phần điện: Mô tả: cuộn dây đồng quấn lõi sắt từ stator gồm nhiều tôn silic ghép mỏng lại với để tránh dịng điện phu – GVHD: Bùi Thanh Hòa 10 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN - Độ sụt áp thyrisor: ∆UT = 2,1(V) ; - Dòng điện xung điều khiển: Idk= 70 - Điện áp xung điều khiển: - Dòng điện rò: - Nhiệt độ làm việc cực đại: - Dịng điện trì: Tính L (mA) ; Udk = 3,0 (V) ; Ir = (mA) ; Tmax = 125 0C ; Ih = 70 mA ; Phương trình đoạn Thyristor đóng : Trong đó: Suy ra: (H) Sơ đồ mạch lực: GVHD: Bùi Thanh Hòa 22 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GVHD: Bùi Thanh Hòa 23 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Giới thiệu chung ardurino Bo mạch Arduino khơng cịn xa lạ với người dùng Việt Nam Tuy nhiên, khơng phải học Arduino cách hệ thống - Tổng quan Arduino board bo mạch nguồn mở nhằm đưa tới cho người dùng sản phẩm dễ sử dụng, dễ kết nối lập trình Arduino board thiết kế gồm vi xử lý dòng AVR (Arduino Due dòng ARM), cổng USB, chân analog input, digital I/O … Ngôn ngữ lập trình cho Arduino dựa Wiring (ngơn ngữ Arduino) viết phần mềm Arduino IDE Arduino bao gồm Arduino board Arduino IDE Định nghĩa xác Arduino thật khó Arduino giúp gắn kết nhiệm vụ cách đơn giản Ví dụ, bạn ao ước chế tạo oto điều khiển từ xa, hay muốn có hệ thống tưới tự động… Arduino giúp bạn! - Arduino Uno board mạch vi điều khiển phát triển Arduino.cc, tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa vi điều khiển AVR Atmega328P Với Arduino xây dựng ứng dụng điện tử tương tác với thông qua phần mềm phần cứng hỗ trợ - Khi arduino chưa đời, để làm dự án điện tử nhỏ liên quan đến lập trình, biên dịch, cần đến hỗ trợ thiết bị biên dịch khác để hỗ trợ Ví dụ như, dùng Vi điều khiển PIC IC vi điều khiển họ 8051 , phải thiết kế chân nạp onboard, mua thiết bị hỗ trợ nạp biên dịch mạch nạp 8051, mạch nạp PIC - Hiện Arduino biết đến Việt Nam rộng rãi Từ học sinh trung học, đến sinh viên người làm Những dự án nhỏ lớn thực cách nhanh, mã nguồn mở chia sẻ nhiều diễn dàn nước nước ngồi Giúp ích nhiều cho bạn theo đam mê nghiên cứu chế tạo sản phẩm có ích cho xã hội - Trong năm qua, Arduino não cho hàng ngàn dự án điện tử lớn nhỏ, từ sản phẩm đời ứng dụng đơn giản sống đến dự án khoa học phức tạp - Cứ vậy, thư viện mã nguồn mở ngày tăng lên, giúp ích cho nhiều người biết đến Arduino chuyên viên lập trình nhúng chuyên gia tham khảo xây dựng tiếp nối GVHD: Bùi Thanh Hòa 24 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN - Bạn muốn thiết kế điều khiển thiết bị thông qua cảm biến ánh sáng, Đo nồng độ hóa chất, khí ga xử lý thơng qua cảm biến nồng độ cảm biến khí, Bạn muốn làm robot mini, Bạn muốn quản lý tắt mở thiết bị điện nhà, bạn muốn điều khiển motor, nhận dạng ID, Khó xíu bạn muốn làm máy CNC máy in 3D mini, máy bay không người lái (Flycam) hệ thống thu thập liệu thông qua GSM, xử lý ảnh,điều khiển vạn vật thông qua internet giao tiếp với điện thoại thơng minh - Để làm điều đó, từ đơn giản đến phức tạp bạn cần sử dụng ngôn ngữ lập trình Arduino dựa sơ đồ, hệ thống bạn thiết kế, thông qua phần mềm Arduino IDE, để thực yêu cầu đưa phận xử lý trung tâm (Arduino) Khi tiếp xúc với Arduino Nano tiện dụng, đơn giản, lập trình trực tiếp máy tính (nhờ Arduino Uno R3) đặc biệt kích thước Kích thước Arduino Nano nhỏ tương đương với đồng nghìn gấp lại lần thơi (1.85cm x 4.3cm), thích hợp cho bạn bắt đầu học giá rẻ Arduino Uno dùng để tất thư viện mạch Bài nhằm mục đích giới thiệu mạch Arduino Nano thông số kĩ thuật, với gợi ý ứng dụng bắt đầu với mạch Hình 3.1 Arduino uno GVHD: Bùi Thanh Hòa 25 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Hình 3.2 Giao diện Arduino 1.0.6 Các dòng sản phẩm Arduino: Board: Arduino Uno, Arduino Pro, Arduino Mega, Arduino 101, Arduino Zero, LilyPad Arduino… Module: Arduino Pro mini, Arduino Micro, Arduino LCD Module, Arduino Relay Module, Arduino Driver Module… Shield: Arduino Proto Shield, Arduino Wifi Shield 101, Arduino Ethernet Shield, Arduino GSM Shield … Lập trình ardurino ? Lập trình arduino gì? Chúng ta hiểu Arduino sau: Arduino xem tảng “mã nguồn mở” dùng để tạo nên loại ứng dụng lĩnh vực điện tử, khả tương tác với thiết bị tương ứng tương tác với môi trường để thuận lợi Arduino ví máy tính mini để người sử dụng dùng để lập trình, xây dựng thực loại dự án điện tử cách hữu ích mà khơng cần đến xuất loại công cụ chuyên biệt dùng riêng cho trình phục vụ nạp code GVHD: Bùi Thanh Hòa 26 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Arduino gồm có hai phần phần cứng phần mềm - Phần cứng: Vi điều khiển (hay gọi với tên khác board mạch mã nguồn mở) Một số board sử dụng như: + Arduino Uno: loại board mạch đơn giản phù hợp với đối tượng bắt đầu Dữ liệu số bao gồm 14 chân, đầu vào gồm chân 5V, khả phân giải 1024 mức Chạy với tốc độ 16MHz, điện áp từ 7V đến 12V Kích thước Board 5,5x7cm Giá 200.000 đồng + Arduino Micro: Bao gồm có đến 20 chân, chân phát PWM có chân Thiết kế nhỏ gọn, nhẹ, kích thước bảng board x 2cm + Arduino Pro: Thiết kế mới, chân số sẵn, tùy vào số chân bạn sử dụng để gắn trực tiếp giúp tiết kiệm khoảng không lớn Thường có loại loại có nguồn 3.3V loại có 5V + Arduino Nano: Nếu nói board có kích thước nhỏ gọn board Arduino Nano, lắp đặt dễ dàng với kích thước board x 4cm + Arduino Mega: Là phận thiết kế với chân số lên đếm 64 chân, có 14 chân phát PWM, cổng truyền tiếp Kích thước board x 10 cm + Arduino Leonardo: Là board cổng nối USB dùng lập trình Được thiết kế chip nhỏ điều khiển Kết nối qua COM ảo kết nối với chuột bàn phím - Phần mềm: Các phần mềm dành riêng hỗ trợ cho tích hợp IDE với tác dụng soạn thảo, nạp chương cho board biên dịch code - Các ứng dụng đời sống: Trong đời sống Arduino sử dụng nhiều quan trọng việc chế tạo thiết bị điện tử chất lượng cao Một số ứng dụng dành cho Arduino là: + Lập trình cho robot: Là phần quan trọng nằm tài trung tâm xử lý, điều khiển hoạt động robot Có khả thực đọc cảm biến, dùng điều khiển động sản phẩm GVHD: Bùi Thanh Hòa 27 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN + Thực lập trình loại game tương tác: Arduino tương tác với trò chơi loại trò chơi Tetrix, Marico nhiều game khác + Lập trình máy bay không người lái + Là phần quan trọng đèn giao thông, hiệu ứng đèn nháy cài đặt làm bật biển quảng cáo + Điều khiển thiết bị ánh sáng cảm biến tốt + Ứng dụng máy in màu 3D, điều khiển cảm biến báo hiệu bánh chín - Khả kết nối với thiết bị khác: + Hoạt động cách độc lập điều mà Arduino hồn tồn thực + Kết nối với thiết bị máy tính, cho phép truy cập vào tệp liệu thuộc tính cảm biến bên mơi trường ngồi cung cấp phản hồi thông tin + Liên kết, kết nối với Arduino khác + Kết nối với nhiều thiết bị khác, chip điều khiển 3.2 Cảm biến - Khái niệm: Cảm biến thiết bị phản ứng với tác động (in put) từ môi trường vật lý xung quanh nó.Các tác động cụ thể ánh sáng, nhiệt, chuyển động, độ ẩm, áp suất nhiều tượng môi trường khác.Tương tác lại (out GVHD: Bùi Thanh Hòa 28 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN put) thường tín hiệu điện tử, tín hiệu chuyển đổi lên hình người đọc vị trí cảm biến truyền qua để đọc xử lý tiếp Cảm biến thiết bị điện tử cảm nhận trạng thái hay trình vật lý hay hóa học mơi trường cần khảo sát, biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thơng tin trạng thái hay q trình Thông tin xử lý để rút tham số định tính định lượng mơi trường, phục vụ nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh gọi ngắn gọn đo đạc, phục vụ truyền xử lý thông tin, hay điều khiển trình khác Cảm biến thường đặt vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu hay đầu dị (Test probe), có kèm mạch điện hỗ trợ, nhiều trọn lại gọi "cảm biến" Tuy nhiên nhiều trường hợp thuật ngữ cảm biến dùng cho vật có kích thước lớn Thuật ngữ không dùng cho số loại chi tiết, núm công tắc bật đèn mở tủ lạnh, mặt hàn lâm núm làm việc cảm biến Có nhiều loại cảm biến khác chia hai nhóm chính:  Cảm biến vật lý: sóng điện từ, ánh sáng, tử ngoại, hồng ngoại, tia X, tia gamma, hạt xạ, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, rung động, khoảng cách, chuyển động, gia tốc, từ trường, trọng trường,  Cảm biến hóa học: độ ẩm, độ PH, ion, hợp chất đặc hiệu, khói, Các tượng cần cảm biến đa dạng, phương cách chế cảm biến, cảm biến liên tục phát triển Việc phân loại cảm biến phức tạp khó đưa đủ tiêu chí phân loại cho tập hợp đa dạng - Cảm biến nhiệt độ LM35  LM35 cảm biến nhiệt độ Analog (A0 đến A5 board Arduino Uno)  LM35 không cần phải canh chỉnh nhiệt độ sử dụng  LM35 thay đổi nhiệt độ nhanh xác GVHD: Bùi Thanh Hịa 29 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Cảm biến nhiệt độ LM35 Cảm biến nhiệt độ LM35 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Thông số kỹ thuật cảm biến:  Điện áp hoạt động: 4-20V DC  Công suất tiêu thụ: 60uA  Khoảng đo nhiệt độ: -55°C đến 150°C  Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/°C  Độ xác thực tế: 1/4°C nhiệt độ phòng 3/4°C khoảng 2°C tới 150°C Cảm biến LM35 hoạt động cách cho giá trị hiệu điện định chân Vout (chân giữa) ứng với mức nhiệt độ GVHD: Bùi Thanh Hòa 30 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Sơ đồ đấu nối Arduino Uno Cảm biến nhiệt độ LM35 VCC +Vs (4 - 20V) GND GND A0 VOUT - Thiết bị LCD: Ngày thiết bị hiển thị LCD sử dụng rộng rãi nhiều ứng dụng vi điều khiển.LCD có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác: có khả ký tự đa dạng, trực quan (chữ, số ký tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác tốn tài nguyên hệ thống giá thành rẻ - Hình dáng kích thước: Có nhiều loại LCD với nhiều hình dáng kích thước khác nhau, hình loại LCD thơng dụng GVHD: Bùi Thanh Hòa 31 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.3 Các khối điều khiển 3.3.1 Arduino uno Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc xuất tín hiệu Chúng có mức điện áp 0V 5V với dòng vào/ra tối đa chân 40mA Ở chân có điện trở pull-up từ cài đặt vi điều khiển ATmega328 (mặc định điện trở khơng kết nối) Đọc nhiệt độ từ LM35 hiển thị lên LCD 3.3.2 LM35 Bộ cảm biến LM35 đưa điện áp 10mV cho thay đổi độ K, cảm biến nhiệt cho mức điện áp với độ tương ứng Kenvin Sai số: +/- độ C Hoạt động giải:400uA-5mA Dải nhiệt đo được: -55 độ C đến 150 độ C GVHD: Bùi Thanh Hòa 32 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.3.3 Khối hiển thị LCD LCD 16x2A loại dòng, 16 ký tự, nguồn ni thấp có thểh oạt động hai chế độ bit bit Dùng để hiển thị ký tự chế độ cài đặt trạng thái điều khiển 3.3.4 Khối công suất L293D Mạch điều khiển động L293D phần board mở rộng cho board arduino, dùng để điều khiển loại động DC, động bước động GVHD: Bùi Thanh Hòa 33 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN servo Arduino Motor Shield thiết kế gọn gàng, đẹp mắt tương thích hồn tồn với board Arduino: arduino uno r3, arduino leonardo, arduino mega2560, giúp bạn sử dụng điều khiển cách dễ dàng nhanh chóng Arduino Motor Shield sử dụng IC cầu H L293D hoàn chỉnh với chế độ bảo vệ IC logic 74HC595 để điều khiển động Mạch điều khiển động L293D điều khiển nhiều loại motor khác step motor, servo motor, motor DC, với mức áp lên đến 36V, dòng tối đa 600mA cho kênh điều khiển THÔNG SỐ KỸ THUẬT: Điện áp đầu vào: 4.5V đến 36V Tương thích với board Arduino Uno R3, Arduino Leonardo R3 Arduino Mega 2560 Có thể điều khiển động DC (4 động cơ), động servo (2 động cơ) động bước (2 động cơ) cổng điều khiển servo motor đánh dấu: Servo_1 Servo_2 linh kiện Các cổng điều khiển động DC đánh dấu M1, M2, M, M4, chân chân GND cổng điều khiển động servo có điện áp vào 5V với timer có độ phân giải cao, phù hợp cho ứng dụng điều khiển Arduino có độ xác cao Đặc biệt khơng có jitter Có IC Driver L293D, có cầu H để điều khiển động DC Mỗi cầu H có dịng tối đa 0.6A (dòng chịu đựng cực đại 1.2A) kênh điều khiển Các cổng M dùng điều khiển động DC điều khiển tín hiệu PWM Driver cịn hỗ trợ điều khiển động bước, với cổng dùng cho động servo dùng cho động bước Với Shield L293D, động bước vận hành tất chế độ: full step, half step micro-step Động bước dùng cho driver loại đơn cực (unipolar) lưỡng cực (bipolar) Có sẵn nút RESET để khởi động lại board Arduino Cụ thể điều khiển số lượng motor sau: - jack cắm điều khiển động RC servo - ngõ điều khiển đến động DC độc lập - động step motor loại đơn cực (unipolar) lưỡng cực (bipolar) GVHD: Bùi Thanh Hòa 34 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Mạch tích hợp điện trở nối GND giúp cho khơng tự chạy khởi động board Các chân mà Arduino Motor Shield sử dụng là: - Chân điều khiển RC servo kết nối với chân số 10 Nguồn cung cấp lấy trực tiếp từ board Arduino - Motor nối với chân 11 - Motor nối với chân - Motor nối với chân - Motor nối với chân - Chân 4, 7, 8, 12 dùng điều khiển motor thông qua IC 74HC595 Ngoài để tiện cho việc sử dụng nguồn cắm ngoài, Arduino Motor Shield sử dụng jumper PWR mục đích để lấy nguồn ngồi thơng qua jack DC board arduino để cung cấp nguồn cho motor hoạt động Nếu trường hợp không sử dụng jumper thỉ phải cấp nguồn riêng vào chân EXT_PWR để cấp nguồn cho motor hoạt động Dải nhiệt độ hoạt động:-40 đến 150 độ C 3.3.5 Motor DC Ngày động điện chiều sử dụng rộng rãi ứng dụng công nghiệp cung cấp cơng suất khơng đổi momen không đổi, tốc độ điều chỉnh động điều chỉnh phạm vi rộng, điều khiển tốc độ cách xác, vận hành hiệu giải tốc độ rộng,tăng tốc giảm tốc nhanh đáp ứng nhanh với tín hiệu phản hồi GVHD: Bùi Thanh Hòa 35 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN - Sơ đồ khối mạch điều khiển: Nhiệt độ môi trường Senser LM35 Arduino Uno Hiện thị LCD Khối nguồn Khối công suất L293D Động DC Với sơ đồ ta sử dụng cảm biến đo nhiệt độ môi trường Điện áp cảm biến đưa vào Arduino để xử lý chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số đồng thời nhận giá trị đo từ điều khiển động DC quay với tốc độ phù hợp Trên sơ đồ ta sử dụng khối hiển thị LCD để theo dõi thơng số cách thực GVHD: Bùi Thanh Hịa 36 SVTH: Trương Lam Trường ... ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN phương pháp thể luật điều khiển, thiết bị điều khiển xếp loại thiết bị điều khiển tương tự (analog controller), thiết bị điều khiển lo gic (logic controller) thiết. .. 0.94 (? ? ?) GVHD: Bùi Thanh Hòa 13 SVTH: Trương Lam Trường ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Với yêu cầu đề tài thiết kế hệ thống điều chỉnh nhiệt độ phòng cho dãy phòng học nhà A2, hệ thống điều khiển. .. đổi nhiệt độ để tạo ổn định nhiệt độ cho phòng Đề tài ? ?Thiết kế hệ thống điều chỉnh nhiệt dộ phòng học nha A2’’, thầy giáo BÙI THANH HÒA hướng dẫn kết hợp nhiều môn học kĩ thuật vi điều khiển,