ĐỀ TÀI DÂY PHƠI THÔNG MINH Lớp: Công nghệ phần mềm nhúng – L03

Ban Cơ Yếu Chính Phủ Học Viện Kỹ Thuật Mật Mã ĐỀ TÀI DÂY PHƠI THƠNG MINH Lớp: Cơng nghệ phần mềm nhúng – L03 GVHD: Lê Đức Thuận Nhóm thực : Nhóm 20 Sinh viên thực : Nguyễn Hồng Hải – CT040316 Nguyễn Đình Tồn – CT040351 Nguyễn Văn Xuân – CT040355 Hà Nội, 2022 Mục Lục MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG 1.1 Một số sản phẩm giàn phơi thông minh có thị trường 1.2 Phương pháp nghiên cứu đề tài 1.3 Ưu điểm đề tài CHƯƠNG 2: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN 2.1 Arduino 2.1.1 Tổng quan arduino [1] 2.1.2 Một số ứng dụng arduino 2.1.3 Tổng quan arduino nano [2] 2.2 Cảm biến ánh sáng dùng quang trở 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 2.2.3 Hình ảnh thực tế 2.3 Cảm biến mưa 2.3.1 Giới thiệu 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 2.3.3 Hình ảnh thực tế CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3.1 Sơ đồ khối 3.2 Chức khối 3.2.1 Khối nguồn 3.2.2 Khối cảm biến 3.2.3 Khối vi xử lý 3.2.4 Khối chấp hành 3.3 Sơ đồ nguyên lý 3.4 Lưu đồ thuật toán 3.5 Mạch điều khiển giàn phơi KẾT LUẬN PHỤ LỤC Code nạp vào arduino nano điều khiển mạch giàn phơi thông minh MỞ ĐẦU Hiện với phát triển khoa học kỹ thuật nhu cầu người địi hỏi ngày cao nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Trong có nhu cầu sống tiện nghi, thông minh Điều thúc nhà thiết kế, chế tạo sản phẩm đáp ứng tiện nghi, thơng minh Một số cần kể tới giàn phơi thông minh Với nước phát triển sử dụng rộng rãi, phổ biến nước phát triển có Việt Nam xu hướng mà người tiêu dùng hướng tới Cùng với phát triển đại khu nhà hay khu chung cư với diện tích khơng lớn đa số khơng gian cịn hạn chế Chính mà loại giàn phơi thông minh đời giải pháp hữu hiệu nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu sống đại, văn minh đồng thời gia tăng nét đẹp thẩm mĩ cho nhà thân yêu Lý chọn đề tài Việc có giàn phơi thơng minh khơng chiếm diện tích ban cơng nơi có ban cơng nhỏ phù hợp cho việc lắp đặt giàn phơi để phơi quần áo dễ dàng, tiện lợi, bảo vệ quần áo khỏi tác động thời tiết Với lý trên, em chọn đề tài “Thiết kế mơ hình giàn phơi thơng minh sử dụng arduino” để nghiên cứu Nếu trời có mưa giàn phơi tự động kéo vào Nếu trời nắng giàn phơi tự động kéo Như vậy, người sử dụng không cần phải điều khiển mà sử dụng dàn phơi thuận tiện cho sống Mục đích chọn đề tài Do thực tế đời sống sinh hoạt người, việc phơi quần áo ngày thời tiết xấu bất tiện đặt biệt gia đình khơng có điều kiện nhà thường xuyên, từ bất tiện vấn đề sinh viên thực nghiên cứu vấn đề nhằm đưa ý tưởng chế tạo thiết bị phơi đồ thông minh giúp xóa bỏ bất tiện hạn chế việc phơi quần áo phù hợp với xu ngành điều khiển tự động Là sinh viên ngành công nghệ thông tin (công nghệ phần mềm nhúng) muốn thử thách thân, tìm hiểu kiến thức chuyên ngành để có thêm kinh nghiệm trước trường phục vụ cho công việc sau Phạm vi, đối tượng nghiên cứu đề tài Hiện thị trường có nhiều loại giàn phơi thông minh với thiết kế mẫu mã, chức năng, tiện ích đa dạng nhiều chủng loại Từ giàn phơi thông minh đơn giản đến giàn phơi thơng minh với đầy đủ tính vượt trội đắp ứng nhu cầu người sử dụng Tuy nhiên, sản phẩm có nhược điểm giá thành cao Do chúng em chưa có nhiều kiến thức kinh nghiệm làm việc, hạn chế khả tìm kiếm hạn chế thời gian nghiên cứu đề tài “Thiết kế mơ hình giàn phơi thông minh sử dụng arduino” nên chúng em bó hẹp lại phạm vi nghiên cứu Đề tài chúng em nghiên cứu xoay quanh thiết bị sử dụng giàn phơi thơng minh Đó module cảm biến mưa, cảm biến ánh sáng, module điều khiển động L298 xử lý trung tâm Arduino nano sử dụng chip Atmega328P Mơ hình hoạt động với chế độ: tay cảm biến tự động Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ưu điểm giàn phơi thông minh dùng loại cảm biến để nhận biết trạng thái mơi trường bên ngồi từ cho chế độ làm việc phù hợp giúp giải vấn đề khó khăn phơi quần áo Vì đề tài vấn đề thực khách quan mà cịn có tầm quan trọng thực trong tương lai CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG 1.1 Một số sản phẩm giàn phơi thơng minh có thị trường - Giàn phơi thông minh gắn tường: Đây loại giàn phơi thông minh gắn vào tường nhà phù hợp với hộ gia đình có diện tích cực hẹp, cịn có tên gọi giàn phơi kéo ngang (h 1.1 h 1.2) + Ưu điểm chủ yếu giàn phơi thơng minh có nhiều phơi, phơi lượng lớn quần áo chăn, ga, gối, đệm Đồng thời khoảng cách phơi đủ để quần áo nhanh khô mà cho trọng tải phơi lớn + Nhược điểm: Lắp đặt cố định giàn phơi độ cao định, không điều chỉnh phơi lên cao, xuống thấp Hình 1.1: Giàn phơi thơng minh gắn tường inox [7] Hình 1.2: Giàn phơi thông minh gắn tường kéo thu vào [8] - Giàn phơi thông minh gắn trần: Tương tự loại gắn tường, giàn phơi gắn trần làm inox hợp kim nhôm cường lực chịu trọng tải tới 60kg Giàn phơi gắn trần giúp quần áo nhanh khô, phơi nhiều quần áo, giải pháp cho nhà mặt phố, biệt thự, chung cư có ban cơng diện tích đủ rộng (h 1.3 h 1.4) + Ưu điểm: tiết kiệm diện tích tối đa cho nhà bạn, giá phải chăng, điều chỉnh phơi lên cao, xuống thấp, kiểu dáng đa dạng, dễ dàng phơi quần áo loại chăn, ga, gối đệm, + Nhược điểm: điều chỉnh phơi lên cao xuống thấp theo nhu cầu cần dùng tay quay, số lượng phơi đồ so với giàn phơi thơng minh gắn tường Hình 1.3: Giàn phơi thơng minh gắn trần inox [9] Hình 1.4: Giàn phơi thơng minh gắn trần khung nhôm [10] - Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa: Cịn có tên gọi giàn phơi thông minh tự động, loại giàn phơi tốt đắt Nó cho phép bạn điều khiển giàn phơi thiết bị điều khiển từ xa Ngồi ra, loại giàn phơi tích hợp tia cực tím kháng khuẩn, quạt sấy khơ quần áo Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa giải pháp phù hợp cho hộ có phịng phơi đồ khép kín (h 1.5 h 1.6) + Ưu điểm: dễ dàng vận hành cách nhấn nút lên xuống, dừng đơn giản, không cần dùng sức giàn phơi thơng minh gắn trần; có đèn pha sáng, tích hợp quạt gió, đèn UV diệt khuẩn giúp quần áo nhanh khô Kiểu dáng giàn phơi sang trọng, thơng thường với phơi phơi nhiều đồ + Nhược điểm: tích hợp nhiều chức nên giá thành giàn phơi thông minh điều khiển từ xa giá thành cao giàn phơi thơng minh khác Nếu khơng lựa chọn sản phẩm có chất lượng, sau q trình sử dụng gặp số trục trặc lỗi điện tử, đặc biệt với khí hậu nóng ẩm nước ta Hình 1.5: Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa GLT-8013-FS [11] Hình 1.6: Giàn phơi thơng minh điều khiển từ xa [12] 1.2 Phương pháp nghiên cứu đề tài - Tham khảo đề tài liên quan tới đề tài - Tự thiết kế viết code theo yêu cầu đặt (tự động đưa quần áo trời không mưa trời sáng, thu quần áo vào trời tối mưa) - Thực nghiệm trực tiếp: chạy thử, khắc phục có lỗi, cho phù hợp với điều kiện thực tế 1.3 Ưu điểm đề tài - Là thiết bị tiêu dùng thông minh giúp giải vấn đề bất tiện phơi quần áo, đặt biệt người có thời gian nhà thường xuyên - Thiết bị thiết kế hai chế độ hoạt động tạo tiện lợi thoải mái cho người sử dụng - Linh hoạt dễ dàng di chuyển, vật liệu bền chịu thời tiết Tùy thuộc vào cài đặt cầu chì lựa chọn đồng hồ, PB7 sử dụng làm đầu từ khuếch đại dao động đảo ngược Nếu tạo dao động RC hiệu chuẩn bên sử dụng làm nguồn xung nhịp chip, PB [7: 6] sử dụng làm đầu vào TOSC [2: 1] cho đếm timer/counter2 bit AS2 ASSR đặt - Port C (PC [5: 0]): port C cổng I/O hai chiều bit với điện trở kéo lên bên (được chọn cho pin) Bộ đệm đầu PC [5: 0] có đặc tính ổ đĩa đối xứng với khả chìm nguồn cao Là đầu vào, chân port C kéo thấp bên cấp nguồn điện trở kéo lên kích hoạt Các chân port C xác định điều kiện đặt lại đồng hồ khơng chạy - PC6/RESET: Nếu RSTDISBL Fuse lập trình, PC6 sử dụng làm chân I/O Lưu ý đặc tính điện PC6 khác với chân khác Port C Nếu RSTDISBL Fuse không lập trình, PC6 sử dụng làm đầu vào đặt lại Mức thấp chân thời gian dài hơn, độ dài xung tối thiểu tạo cài đặt lại, đồng hồ không chạy Các xung ngắn không đảm bảo để cài đặt lại Các tính đặc biệt khác port C xây dựng phần chức thay Port C - Port D (PD[7: 0]): port D cổng I/O bit hai chiều với điện trở kéo lên bên (được chọn cho pin) Bộ đệm port D đầu có đặc tính ổ đĩa đối xứng với khả chìm nguồn cao Là đầu vào, chân port D kéo bên mức thấp cấp nguồn điện trở kéo lên kích hoạt Các chân port D xác định điều kiện đặt lại đồng hồ không chạy - Port E (PE [3: 0]): port E cổng I/O bit hai chiều với điện trở kéo lên bên (được chọn cho pin) Bộ đệm đầu port E có đặc tính ổ đĩa đối xứng với khả chìm nguồn cao Là đầu vào, chân 26 port E kéo thấp bên cấp nguồn điện trở kéo lên kích hoạt Các chân port E xác định điều kiện đặt lại đồng hồ không chạy - AVcc: AVcc chân điện áp cung cấp cho chuyển đổi A/D, PC [3: 0] PE [3: 2] Nó nên kết nối bên với Vcc, ADC khơng sử dụng Nếu ADC sử dụng, kết nối với Vcc thông qua lọc thông thấp Lưu ý PC [6: 4] sử dụng điện áp cung cấp kỹ thuật số, Vcc - AREF: chân tham chiếu tương tự cho chuyển đổi A/D - ADC[7:6]: Trong gói TQFP VFQFN, ADC [7: 6] đóng vai trị đầu vào tương tự cho chuyển đổi A/D Các chân cung cấp nguồn cung cấp tương tự phục vụ kênh ADC 10 bit 27 3.2.4 Khối chấp hành Hình 3.7: IC điều khiển động L293D L293D IC điều khiển động 16 chân phổ biến Một IC L293D có khả điều khiển hai động DC lúc; điều khiển hướng hai động cách độc lập Vì vậy, bạn có động có điện áp hoạt động 36V dòng điện hoạt động 600mA, điều khiển mạch kỹ thuật số Op-Amp, định thời 555, cổng logic chí vi xử lý Arduino, PIC, ARM, v.v IC lựa chọn phù hợp với bạn Thơng số kỹ thuật [6]:  Có thể sử dụng để điều khiển động DC với lúc  Có thể điều khiển tốc độ chiều quay động  Điện áp động Vcc2 (Vs): 4.5V đến 36V  Dòng điện động cực đại: 1.2A  Dòng điện động liên tực cực đại: 600mA  Điện áp cung cấp cho Vcc1(vss): 4.5V đến 7V  Thời gian chuyển tiếp: 300ns (ở 5V 24V) 28 3.3 Sơ đồ nguyên lý Hình 3.8: Sơ đồ thiết kế mạch điều khiển giàn phơi thơng minh 29 3.4 Lưu đồ thuật tốn Begin auto/hand = sai Chế độ tay Chế độ auto sai NN_out = sai sai Cbm = sai NN_in = đúng Động quay thuận Động quay nghịch Động quay nghịch sai sai Cbas < 980 Động quay thuận sai sai Ctht1 = Ctht2 = Ctht1 = Ctht2 = đúng Stop Hình 3.9: Lưu đồ thuật tốn Trong đó: + NN_out: nút nhấn kéo quần áo + NN_in: nút nhấn kéo quần áo vào + Cbm: cảm biến mưa + Cbas: cảm biến ánh sáng + Ctht1: cơng tắc hành trình + Ctht2: cơng tắc hành trình 30 3.5 Mạch điều khiển giàn phơi 31 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu với đề tài nghiên cứu giàn phơi thơng minh sử dụng arduino Qua q trình thực đồ án, em tìm hiểu nắm vững số kiến thức sau: Kiến thức cảm biến: cảm biến quang sử dụng quang trở cảm - biến mưa - Kiến thức cấu tạo nguyên lý hoạt động arduino nano - Biết sử dụng phần mềm lập trình, thiết kế mạch in, mô mạch điều khiển giàn phơi - Hệ thống thiết kế thực chế độ bán tự động tự động: + Chế độ bán tự động: sử dụng nút nhấn tự phục hồi, nút nhấn có tác dụng đưa quần áo bên ngồi mái che, nút nhấn có tác dụng thu quần áo vào bên mái che theo ý người dùng + Chế độ tự động: sử dụng cảm biến mưa cảm biến ánh sáng Khi trời sáng không mưa quần áo tự động đưa khỏi mái che, cịn trời tối trời mưa quần áo thu bên mái che 32 Tài liệu tham khảo https://arduinokit.vn/mach-arduino-uno-la-gi/ https://www.vietnic.vn/gioi-thieu-ve-arduino-va-ung-dung-arduino#:~:text=%2D%20Arduino%20Uno%20l %C3%A0%20m%E1%BB%99t%20board,v%C3%A0%20ph%E1%BA%A7n%20c%E1%BB%A9ng%20h %E1%BB%97%20tr%E1%BB%A3 33 PHỤ LỤC Code nạp vào arduino nano điều khiển mạch giàn phơi thông minh // chan A la chan su dung tin hieu tuong tu(analog) // chan D chan su dung tin hieu so(digital) #define inC #define inD //inC=1,inD=0: thuan inC=0,inD=1:nghich #define enB //pwm: 0->255 #define ws //water sensor -ko mua:1 có mưa:0 #define ls A0 //quang sensor - chi so ADC tu den 1023 - > as(980): troi toi - < as(980):troi sang #define auto_hand //button mode auto/hand hand: auto: #define NN_in // nut nhan cho quan ao vào -nhấn:0 nhả:1 #define NN_out //nut nhan cho quan ao -nhấn:0 nhả:1 #define ctht1 10 //cong tac hanh trinh vao nhấn:0 nhả:1 #define ctht2 11 // cong tac hanh trinh nhấn:0 nhả:1 int as=980; //cuong anh sang adc thu ve //*********** khai bao ham************ //******a = or or //trong do: 0: motor=stop ,1: motor =thuan, 2: motor=nghich void Motor(int a); //khai bao ham 34 int in=1,out=1; //khai bao bien int cbas=1,cbm=1; // khai bao bien void setup() { pinMode(inC,OUTPUT); pinMode(inD,OUTPUT); pinMode(enB,OUTPUT); pinMode(ws,INPUT); pinMode(ls,INPUT); pinMode(NN_in,INPUT); pinMode(NN_out,INPUT); pinMode(ctht1,INPUT); pinMode(ctht2,INPUT); pinMode(auto_hand,INPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { int d=digitalRead(7); 35 Serial.println(analogRead(ls)); // Serial.println(out); if(d == 0) { if(digitalRead(NN_out) == 0&&in==1) { out=0; } if(digitalRead(NN_in) == 0&&out==1) { in=0; } if(out==0 && digitalRead(ctht1) == 1) { Motor(1); } else 36 { if(in == && digitalRead(ctht2) == 1) { Motor(2); } else { Motor(0); in=out=1; } } } else { if(d == 1) { if(analogRead(ls) > as&&cbm==1) { cbas=0; } 37 if(digitalRead(ws)==0&&cbas==1) { cbm=0; } if((cbm == || cbas==0) && digitalRead(ctht2) == ) { Motor(2); } else { if(cbas==1 && digitalRead(ctht1) == 1) { cbm=digitalRead(ws); if(cbm==0&&digitalRead(ctht2) == 0) { Motor(0); } else 38 {Motor(1);} } else { Motor(0); if(analogRead(ls)>as) cbas=0; else cbas=1; if(digitalRead(ws)==0) cbm=0; else cbm=1; } } } } } void Motor(int a) //viet ham { if(a == 0) { digitalWrite(inC,HIGH); 39 digitalWrite(inD,LOW); analogWrite(enB,0); } else if(a == 1) { digitalWrite(inC,HIG H); digitalWrite(inD,LO W); analogWrite(enB,200) ; } else if(a == 2) { digitalWrite(inC,LOW); digitalWrite(inD,HIGH); analogWrite(enB,200); } } 40