Đồ án nhập môn kĩ thuật 2020

HỆ THỐNG ĐÈN ĐƯỜNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN NHẬP MÔN KĨ THUẬT NGÀY HỘI KỸ THUẬT 2020 NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN G6 KHỐI NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ CƠ ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM - KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN NHẬP MƠN KĨ THUẬT Đề tài: HỆ THỐNG ĐÈN ĐƯỜNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH NHÓM THƯC HIỆN: G6 NGUYỄN HOÀNG HẢI NGUYỄN HOÀNG MINH TRẦN VŨ DUY ĐẠO NGUYỄN CHÍ PHI LÂM VĂN CHUẨN GVHD: HUỲNH CƠNG LỚN TpHCM, tháng 12 năm 2019 Đề tài: Hệ thống đèn đường chiếu sáng thông minh MỤC LỤC: Trang I CHUẨN BỊ ĐỀ TÀI: Đặt vấn đề: 2 Lựa chọn đề tài: Lâp kế hoạch thực ( Giản đồ Gantt) : Thiết kế ý tưởng: Đánh giá lựa chọn ý tưởng: Điểm đề tài: II TRIỂN KHAI THIẾT KẾ SẢN PHẨM: Tính tốn thiết kế sản phẩm: a Cấu trúc phận thiết bị b Nguyên tắc hoạt động chung thiết bị: Sơ đồ khối – Chức khối: a Sơ đồ khối thiết bị: b Chức khối: Sơ đồ mạch điện – Nguyên lí hoạt động mạch điện: a Sơ đồ mạch điện: b Nguyên lí hoạt động mạch điện: III Quá trình chuẩn bị vật tư tiến hành chế tạo Quá trình mua linh kiện điện tử: Quá trình lắp ráp, chế tạo: 10 Nhóm G6 (CK19CK09) Đề tài: Hệ thống đèn đường chiếu sáng thông minh I CHUẨN BỊ ĐỀ TÀI: Đặt vấn đề: Ngày nay, điện thiếu sinh hoạt sống ngày người Điện giúp làm nhiều việc mặt, nấu nướng, thắp sáng, giải trí, nói, điện tài nguyên quan trọng cho người Nhưng biết giá trị nguồn tài nguyên này, số trường hợp lãng phí điện khơng sử dụng đến Do phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp sử dụng điện tăng mạnh Cùng với biến đổi khí hậu diễn biến phức tạp nên nhu cầu sử dụng điện ngày tăng mà nguồn lượng để sản xuất điện dần cạn kiệt, dẫn tới tình trạng thiếu điện việc đầu tư phát triển nguồn lượng để sản xuất điện trọng, đồng thời có biện pháp tuyên truyền sử dụng tiết kiệm điện để đáp ứng đủ nhu cầu sản xuất sinh hoạt người Bạn thử tưởng tượng xem, học sinh học muộn, công nhân làm muộn, người bán hàng rong, chuyến hàng tàu đêm…sẽ cần ánh sáng đèn đường để họ thuận tiện việc lại Vì đèn đường chiếu sáng đường phố đóng vai trị quan trọng việc cung cấp ánh sáng cho an toàn cho tất người bộ, sử dụng phương tiện thời gian lại ban đêm Trong trường hợp này, đèn đường hoạt động đêm tiêu thụ nhiều lượng làm giảm tuổi thọ thiết bị điện bóng đèn điện Đặc biệt đèn đường thành phố, yếu tố tiêu thụ điện lớn chi phí lượng đáng kể cho thành phố Xuất phát từ vấn đề này, ý tưởng “Hệ thống đèn đường chiếu sáng thơng minh” chúng em hình thành Lựa chọn đề tài: Để giúp phần tiết kiệm điện tăng độ bền cho bóng đèn, nhóm chúng em nảy ý tưởng “Hệ thống đèn đường chiếu sáng thông minh” Dự án “Hệ thống đèn đường chiếu sáng thông minh” chúng em với việc sử dụng tự động hóa thực thành cơng giúp giảm mức tiêu thụ điện tăng độ bền thiết bị Nhóm G6 (CK19CK09) Đề tài: Hệ thống đèn đường chiếu sáng thông minh Lâp kế hoạch thực ( Giản đồ Gantt) : Hình 1: Giản đồ kế hoạch Gantt Thiết kế ý tưởng: Ban đầu thành viên nhóm chúng em đưa cách giải sau đây: Ý tưởng 1: Đèn tắt hẳn sau tín hiệu cảm biến hồng ngoại nhận thấy xe qua, lại bật lại sau cảm biến nhận tín hiệu có xe khác chạy qua - Ưu điểm: Tiết kiệm điện bóng đèn - Nhược điểm: Đèn bật tắt liên tục dẫn đến tuổi thọ bóng đèn thấp Ý tưởng 2: Sử dụng bóng đèn dây tóc để chiếu sáng để tiết kiệm chi phí - Ưu điểm: Giảm chi phí mua bóng đèn cho hệt thống chiếu sáng - Nhược điểm: Độ sáng không đạt mức tiêu chuẩn chiếu sáng Ý tưởng 3: Sử dụng pin mặt trời để ban ngày thu lượng ánh sáng mặt trời để chiếu sáng vào ban đêm - Ưu điểm: Tiết kiệm điện năng, sử dụng nguồn lượng tự nhiên - Nhược điểm: Do chi phí mua pin mặt trời cao sinh viên chúng em Nên ý tưởng thêm vào phần phát triển đề tài sau Ý tưởng 4: Sử dụng bóng đèn led cho hệt thống chiếu sáng - Ưu điểm: Ánh sáng đạt tiêu chuẩn, độ bền bóng đèn led cao - Nhược điểm: Khơng có Nhóm G6 (CK19CK09) Đề tài: Hệ thống đèn đường chiếu sáng thông minh Ý tưởng 5: Khi nhận tín hiệu xe qua, đèn không tắt hẳn mà điều chỉnh đưa mức thấp - Ưu điểm: Ánh sáng mức vừa phải, giúp tiết kiểm lớn phần điện tiêu thụ, tuổi thọ bóng đèn cao - Nhược điểm: Khơng có Đánh giá lựa chọn ý tưởng: Sau tất thành viên đưa ý tưởng phát triển đề tài, nhóm chúng em có đánh sau: - Phần ý tưởng 1,2,3: Mỗi ý tưởng có ưu điểm riêng, nhiên nhược điểm chúng không phù hợp với hệ thống đèn điện chiếu sáng, nhóm em loại ý tưởng ( 1,2,3 ) -Phần ý tưởng 4,5: Chúng em nhận thấy ưu điểm ý tưởng lại phù hợp với hệ thống đèn chiếu sáng, chưa thấy nhược điểm rõ ràng cả, nhóm chúng em định kết hợp ý tưởng “4,5” để phát triển đề tài Điểm đề tài: Thiết bị chế tạo thành công làm giảm việc sử dụng lượng điện chiếu sáng để tiết kiệm lượng, giảm chi phí vận hành, bảo trì, tăng tuổi thọ bóng đèn nhờ giảm thời gian đốt đèn Hệ thống sử dụng công nghệ cho nguồn sáng đèn LED thay đèn đường thông thường đèn Sodium cao áp… Tự động điều chỉnh mức độ sáng, thời gian chiếu sáng phù hợp với thời điểm ngày mặt trời mọc/lặn, hồn cảnh lúc lưu lượng giao thơng thấp, khu vực khơng có người vào ban đêm,…khác với thiết bị thường điều khiển ON/OFF (Đóng/Mở) Đặc biệt: đối tượng chúng em hướng đến khu vực vùng nông thôn, vùng xâu vùng xa, nhằm giúp cho người dân lại dễ dàng vào ban đêm Vì vậy, em hi vọng đề tài chúng em hoàn thành thật tốt để cải thiện sống người dân II TRIỂN KHAI THIẾT KẾ SẢN PHẨM: Tính tốn thiết kế sản phẩm: a Cấu trúc phận thiết bị Từ nhu cầu thực tế cần có hệ thống đèn đường chiếu sáng tự động hóa nhằm giảm lượng tiêu thụ điện, tăng độ bền thiết bị Chúng em tâm nghiên cứu chế tạo “Hệ thống đèn đường chiếu sáng thơng minh” Nhóm G6 (CK19CK09) Đề tài: Hệ thống đèn đường chiếu sáng thơng minh Hình 2:Hình vẽ mơ đề tài Để đáp ứng yêu cầu “Hệ thống đèn đường chiếu sáng thông minh” chúng em thiết kế hệ thống đèn đường chiếu sáng có linh kiện sau: STT Thiết bị SL ĐV Bộ xử lí trung tâm Arduino Uno R3 Module công suất led Cảm biến ánh sáng BH1750 Cảm biến hồng ngoại TCRT 5000 Đèn led chiếu sáng bóng Nguồn 12V 5W Mạch gắn linh kiện Adapter nguồn 1 4 1 Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái - Bộ xử lí trung tâm Arduino Uno R3: + Điện áp hoạt động: 5V + Cường độ dòng điện: 20mA - Cảm biến ánh sáng BH1750: + Điện áp hoạt động: 5V + Khoảng đo: 1→65535 lux + Giao tiếp: I2C + Kích thước: 21 x 16 x 3.3 (mm) - Cảm biến hồng ngoại TCRT5000: Nhóm G6 (CK19CK09) Đề tài: Hệ thống đèn đường chiếu sáng thông minh + Điện áp hoạt động: 5V + Dòng điện tiêu thụ: 15mA + Khoảng cách phát hiện: 1cm → 30 cm + Góc hoạt động: 35° - Led module bóng 5050: + Điện áp hoạt động: 12V + Năng suất phát sáng: 20→21 LMI + Kích thước: 75 x 12 (mm) b Nguyên tắc hoạt động chung thiết bị: - Arduino đọc tín hiệu từ cảm biến ánh sáng xử lý, có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt chúng tự động bật đèn trời tối tự động tắt trời sáng Khi trời tối đèn bật chế độ cường độ sáng tối thiểu nhằm tiết kiệm điện - Arduino đọc tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại để phân biệt chuyển động xe sau đèn chuyển sang chế độ bật cường độ ánh sáng tối đa Khi xe vượt qua cảm biến, đèn đường, điều kiện bật chế độ bật cường độ ánh sáng tối đa chuyển sang chế độ cường độ ánh sáng tối thiểu đèn trước chuyển sang bật chế độ bật cường độ ánh sáng tối đa Sơ đồ khối – Chức khối: a Sơ đồ khối thiết bị: Cảm biến ánh sáng Bộ xử lý trung tâm Arduino Đèn led chiếu sáng Cảm biến hồng ngoại Nguồn điện Hình 4: Sơ đồ khối hoạt động b Chức khối: Khối cảm biến ánh sáng: cảm nhận thay đổi cường độ ánh sáng mơi trường, tiếp nhận tín hiệu phản hồi xử lý Arduino Nano Màn hình LCD: Dùng để thị thông báo chế độ ánh sáng mơi trường Nhóm G6 (CK19CK09) Đề tài: Hệ thống đèn đường chiếu sáng thông minh Khối cảm biến hồng ngoại: phát di chuyển người, phương tiện lại vào vùng cảm ứng hồi xử lý Arduino Nano Khối đèn led chiếu sáng: có nhiệm vụ chiếu sáng với cường độ sáng khác nhau, chất lượng ánh sáng tốt, tuổi thọ led cao Khối xử lý Arduino Nano: Có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu từ cảm biến ánh sáng, xử lý điều khiển đóng, mở đèn led chiếu sáng; thu nhận tín hiệu từ cảm hồng ngoại điều khiển cường độ chiếu sáng đèn led Sơ đồ mạch điện – Nguyên lí hoạt động mạch điện: a Sơ đồ mạch điện: Hình 5: Sơ đồ mạch hoạt động Nhóm G6 (CK19CK09) Đề tài: Hệ thống đèn đường chiếu sáng thơng minh b Ngun lí hoạt động mạch điện: Dựa vào sơ đồ nguyên lý mạch điện, ta có nguyên tắc hoạt động mạch điện sau: - Arduino đọc tín hiệu cường độ ánh sáng từ cảm biến ánh sáng thông qua chân A4 A5 (chuẩn I2C) - Nếu trời sáng, điều khiển ngõ (D3, D5, D6, D9, D10, D11) tắt hết đèn - Nếu trời tối, điều khiển xung PWM ngõ (D3, D5, D6, D9, D10, D11) để đèn sáng mờ (cường độ sáng tối thiểu) nhằm tiết kiệm điện Khi có xe qua cảm biến (từ cảm biến đến cảm biến 6) nối vào chân (D8, D7, A0, A1, A2, A3) arduino nhận tín hiệu điều khiển ngõ sáng (cường độ sáng tối đa) tương ứng trước cột đèn III Quá trình chuẩn bị vật tư tiến hành chế tạo Quá trình mua linh kiện điện tử: Sau ngày lên ý tưởng tính tốn vật tư, nhóm chúng em tìm hiểu tìm mua thiết bị cần thiết cho đề tài để bước vào giai đoạn lắp ráp, chế tạo Hình 6: Mua linh kiện cửa hàng Nhóm G6 (CK19CK09) Hình 7: Những linh kiện cần thiết Đề tài: Hệ thống đèn đường chiếu sáng thông minh Những linh kiện đề tài: Hình 8: Bộ xử lí Arduino Uno R3 Hình 10: Cảm biến anh sáng Nhóm G6 (CK19CK09) Hình 9: Cảm biến hồng ngoại Hình 11: Đèn led bóng Đề tài: Hệ thống đèn đường chiếu sáng thông minh Quá trình lắp ráp, chế tạo: Hình 12 Hàn gắn linh kiện điện tử Hình 13: Liên kết Arduino với cảm biến, gắn lên bảng mạch ***Uploading*** Nhóm G6 (CK19CK09) 10 ... bật cường độ ánh sáng tối đa Sơ đồ khối – Chức khối: a Sơ đồ khối thiết bị: Cảm biến ánh sáng Bộ xử lý trung tâm Arduino Đèn led chiếu sáng Cảm biến hồng ngoại Nguồn điện Hình 4: Sơ đồ khối hoạt... khối: Khối cảm biến ánh sáng: cảm nhận thay đổi cường độ ánh sáng môi trường, tiếp nhận tín hiệu phản hồi xử lý Arduino Nano Màn hình LCD: Dùng để thị thơng báo chế độ ánh sáng mơi trường Nhóm... Dựa vào sơ đồ nguyên lý mạch điện, ta có nguyên tắc hoạt động mạch điện sau: - Arduino đọc tín hiệu cường độ ánh sáng từ cảm biến ánh sáng thông qua chân A4 A5 (chuẩn I2C) - Nếu trời sáng, điều