CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RÈM CỬA 1 1 Tình hình nghiên cứu hiện nay Ngày nay, khi mọi thứ đều áp dụng công nghệ hóa, hiện đại hóa dẫn đến những nội thất trong gia đình bạn được tự động hóa theo S.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RÈM CỬA 1.1 Tình hình nghiên cứu Ngày nay, thứ áp dụng cơng nghệ hóa, đại hóa dẫn đến nội thất gia đình bạn tự động hóa theo Sẽ thật tuyệt vời đồ dùng điều khiển giọng nói hay smartphone thông minh Và đời đểcập nhật xu hướng 4.0 đại Trong xu thứ phải thơng minh, đại, tự động việc trang trí nhà cửa cần đến tự động hóa Bạn nghĩ cần ngồi chỗ, bấm nút rèm cửa nhà đóng mở theo ý muốn bạn? Rèm cửa tự động gọi rèm thông minh điều khiển từ xa Những rèm cửa có động làm tăng thêm tỉnh tế sang nhà bạn chúng vận hành điều khiến trọng cho nhà mượt mà điều khiển từ xa Khơng có dây làm cho rèm tự động an tồn so với rèm có dây dùng tay Những phương pháp trang trí rèm động lựa chọn hồn hảo cho ngơi nhà có cửa cao, cửa thơng tầng, cửa lớn, nhà có vật ni trẻ em Chúng hoạt động dựa lực kéo Moter rèm Sức kéo moter lên đến 50kg Moter rèm tùy hãng có mức cơng xuất hoạt động, lực kéo cũng, độ bền, tiếng ồn khác Sản phẩm sử dụng phòng ngủ, phòng khách, khách sạn hộ hay biệt .thự nhiều 1.2 Lí chọn đề tài Việt Nam quốc gia phát triển nhà cao tầng dần mọc lên nhiều thành phố, dự án hộ, penthouse, shophouse, nhà phố liền kề, trung tâm thương mại cao cấp, Hầu hết rèm cửa sản phẩm thiếu phần nội thất nhà cửa, bên cạnh rèm cửa tích hợp điện thơng minh lại sản phẩm khiến người tiêu dùng yêu thích Chính em nghiên cứu tiến hành : “thiết kế hệ thống rèm cửa thông minh” 1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu 1.3.1 Sự cần thiết rèm cửa tự động thực tế Ngoài ưu điểm loại rèm truyền thống rèm cửa tự động cịn mang đến tiện dụng khơng ngờ sau: Bảo vệ thiết bị nội thất, cản sáng cách nhiệt hiệu sử dụng rèm tự động: Ta cài đặt đóng mớ rèm theo thời gian, nhiệt độ, độ ẩm để bảo vệ thiết bị nhà khơng có nhà Tiết kiệm thời gian, cơng sức: Nhờ có điều khiển từ xa giúp cho bạn dễ dàng điều khiển đóng mớ rèm theo ý muốn phù hợp với rèm có kích thước lớn, chiều cao rèm lớn khó khớn việc đóng mớ tay Thể đẳng cấp sang trọng đại cho gia chủ: rèm tự động hay Còn gọi rèm cao cấp không giúp không gian thêm sang trọng đại mà giúp người sử dụng thể đáng cấp nhà đại Sự đa dạng màu sắc, hoa vấn, kiểu cách rèm tự động mang lại điểm nhấn trang nhã, hài háa, tạo sinh động cho không gian sống làm việc Với người sử dụng: Rèm tự động tiện ích vừa thể gu thẩm mỹ vừa đem đến an toàn Khác với mành rèm truyền thống, trẻ em gặp tai nạn lúc nào, với rèm tự động, bạn để chúng chơi đùa thỏa thích gần rèm cửa, đóng – mở, chỉnh ánh sáng gian pháng theo ý muốn 1.3.2 Các loại rèm cửa thông minh tự động Rèm vải tự động: loại rèm sử dụng phổ biến Đặc biệt biệt thự nhà tầng hay chung cư cao cấp Một phần việc sử dụng rèm vải thói quen từ lâu người Việt phần rèm vải có khả chống nắng, cản sáng tốt Hình 1.1 Rèm vải tự động Rèm tự động: rèm có ưu điểm gọn gàng tiện lợi sử dụng nhiều trường học đại ,không gian công sở Rèm tự động xu nhiều khách hàng lựa chọn thời gian gần Hình Rèm tự động Rèm cầu vồng: xuất vài năm gần lại khách hàng yêu thích Bởi thiết kế sử dụng tiện lợi, giúp điều chỉnh ánh sáng linh hoạt Khi kết hợp rèm cầu vồng với động tạo siêu phẩm rèm đại cho khơng gian Hình1 Rèm cầu vồng Rèm roman tự động: thiết kế dành riêng cho không gian yêu cầu tỉ mỉ cao Rèm roman có nhiều mẫu mã, họa tiết khách hàng có lựa chọn phong phú Hình1.4 Rèm roman tự động Rèm sáo gỗ tự động: thông thường rèm gỗ thường nặng loại rèm khác, nên rèm gỗ kết hợp với động Vừa mang vẻ đẹp thiên nhiên vừa mang nét đại, rèm sáo gỗ tự động tuyệt tác cho khơng gian Hình1.4 Rèm sáo gỗ tự động 1.3.3 Những hạn chế rèm cửa tự động Chi phí cao so với loại rèm khác Trong trình sử dụng motor bị hỏng tốn nhiều chi phí sửa chữa nhiều thời gian 1.4 Một số động rèm thông minh phổ biến 1.4.1 Động rèm kéo Aqara Smart Curtain Motor Động rèm kéo Aqara Smart Curtain Motor với thiết kế đơn giản, dễ dàng sử dụng giúp nhà bạn trở nên sang trọng, tiện nghi nhiều Động rèm thơng minh Aqara cịn hỗ trợ Apple Homekit Người dùng mở/ đóng rèm từ xa mong muốn qua ứng dụng điện thoại Thanh ray di chuyển sử dụng êm nhẹ nhàng, khơng gây ồn Ray hãng chất liệu thép cứng, sơn tĩnh điện, chống trượt, chống rối, chống kẹt bánh xe 1.4.2 Động rèm cửa kéo ngang Zigbee Tuya Điều chỉnh ánh sáng theo mong muốn thực dễ dàng thông qua thiết bị công nghệ thông minh Động rèm cửa kéo ngang Zigbee Tuya động rèm kết hợp với chất liệu rèm đa dạng tạo cảm giác nhẹ nhàng cho người dùng Các vách tương cao vút rộng khơng cịn thách thức việc đóng/ mở thường xuyên linh hoạt kết hợp lớp rèm Sử dụng sóng Zigbee giúp tiết kiệm lượng, khả tạo thành Mesh liên kết nhiều thiết bị Zigbee Tuya với Với khả kết nối, sản phẩm điều khiển bật/ tắt, phản hồi trạng thái, hẹn thông qua ứng dụng Tuya Smart Smart Life 1.4.3 Thiết bị SwitchBot Curtain SwitchBot Curtain robot khơng dây kích thước nhỏ, gọn Được cài đặt đơn giản Người dùng điều khiển mở/ đóng rèm thông qua ứng dụng điện thoại thông minh Với thiết kế nhỏ gọn, thân thiện với người dùng SwitchBot Curtian đáng thiết bị công nghệ người dùng lựa chọn cho nhà thông minh 1.4.4 Động rèm vải Novo N17 Với vận hành êm ái, cách sử dụng dễ dàng độ bền cao Động rèm vải Novo 17 loại động điều khiển cơng tắc, điều khiển ứng dụng điện thoại thông minh, Ipad Động vận hành nhẹ nhàng không gây tiếng ồn 1.5 kết luận Từ chương I thấy lợi ích to lớn phát triển hệ thống rèm cửa thông minh kinh tế Việt Nam Rèm cửa tự động dần thay rèm cửa thơng thường tiện ích vượt trội Nó giúp người giải nhiều vấn dề : thời gian, thẩm mĩ, sang trọng, CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan Arduino Arduino board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với với môi trường thuận lợi Phân cứng bao gồm board mạch nguồn mở, thiết kế nên tảng vi xử lý AVR Atmel bit, ARM: Atmel 32-bit Những Model trang bị gồm cổng giao tiếp USB, chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật sơ tương thích với nhiều board mở rộng khác Hình2.1 Board mạch arduino Arduino thật board mạch vi xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phân cứng cảm biến, động cơ, đèn thiết bị khác Đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngơn ngữ lập trình có thê học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình Và điều làm nên tượng Arduino mức giá thấp tính chất nguồn mở từ phân cứng tới phân mềm Chỉ với khoảng $30, người dùng có thê sở hữu board Arduino có 20 ngõ L/O tương tác điều khiển chừng thiết bị Được giới thiệu vào năm 2005, nhà thiết kế Arduino cỗ gắng mang đến phương thức dễ dàng, không tôn cho người yêu thích, sinh viên giới chuyên nghiệp đề tạo nhiết bị có khả tương tác với môi trường thông qua cảm biến cầu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho người yêu thích bắt đầu bao gồm robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ ánh sáng, phát chuyển động Đi với mơi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy máy tính cá nhân thơng thường cho phép người dùng viết chương trình cho Arduino băng ngơn ngữ C C++ Hình 2.2 Một số loại board Arduino: (a) Arduino Uno (b) Arduino Mega 2.2 Tổng quan Arduino Uno (R3) 2.2.1 Thành phần chức Arduino Uno 2.2.1.1 Arduino chế tạo chủ yếu để phục vụ dự án điện tử Nó bao gồm: Một phần mềm Một bảng lập trình vật lý IDE, hay cịn gọi mơi trường phát triển tích hợp Người dùng sử dụng arduino để viết tải mã máy tính lên bảng vật lý Có nhiều nguyên nhân dẫn đến yêu thích người bắt đầu tảng Có thể kể đến: Nguyên nhân là: Arduino IDE sử dụng phiên C ++ đơn giản hóa Điều tạo điều kiện cho trình dạy học lập trình diễn dễ dàng – Khởi động vi điều khiển trước nạp chương trình Hình2.7 Mạch reset Phần 4: Thiết kế mạch nạp giao tiếp máy tính – Vi điều khiển Atmega328P Board Arduino UnoR3 nạp sẵn bootloader, cho phép nhận chương trình thông qua chuẩn giao tiếp UART (chân 1) giây đầu sau vi điều khiển Reset – Máy tính giao tiếp với Board mạch Arduino qua chuẩn giao tiếp USB (D+/D-), thông qua vi điều khiển trung gian ATMEGA16U2 IC trung gian CH340 (thường thấy mạch sử dụng chip dán) Vi điều khiển IC có nhiệm vụ chuyển đổi chuẩn giao tiếp USB thành chuẩn giao tiếp UART để nạp chương trình giao tiếp truyền nhận liệu với máy tính (Serial) – Phần thiết kế mạch nạp có tích hợp thêm 02 đèn LED,nên nạp chương trình bạn thấy 2LED nhấp nháy Cịn giao tiếp, có liệu từ máy tính gửi xuống vi điều khiển đèn LED Rx nháy Cịn có liệu từ vi điều khiển gửi lên máy tính đèn Tx nháy Hình 2.8 Mạch nạp giao tiếp máy tính 2.2 Các chức Arduino Uno Mơi trường bắt đầu học phát triển lập trình cho người bắt đầu Bất kỳ cảm thấy hứng thú quan tâm đến việc tạo đối tượng mơi trường tương tác sử dụng arduino Với Arduino, người dùng, từ chuyên nghiệp đến bắt đầu, dễ dàng đóng góp tạo dự án họ tảng Có lý đưa lý giải cho phổ biến arduino là: Nền tảng hoàn tồn miễn phí Phần mềm phần cứng tảng dễ học người bắt đầu Nó kết nối với nhiều linh kiện phụ kiện Có thể kể đến: đèn LED, đơn vị GPS, nút, động cơ, internet, smartphone, Bo mạch phần cứng có giá thành thấp Thành phần quan trọng, dự án điện tử Arduino ví não hầu hết dự án điện tử Một số dự án mà arduino đóng vai trò quan trọng là: Robot, máy đo độ trung thực, tay ném xúc xắc, 2.3 Cảm biến ánh sáng 2.3.1 Đặc điểm cảm biến LDR Cảm biến LDR (Light Dependent Resistor) cảm biến ánh sáng dựa điện trở Cảm biến LDR gọi quang trở Hình 2.9 Cảm biến LDR Cảm biến LDR nhận điện áp 5V để hoạt động Tín hiệu ánh sáng lấy từ LDR nằm khoảng 0-1023 Tín hiệu tín hiệu analog nên phải kết nối LDR với chân analog Arduino (A0 – A5) 2.3.2 Nguyên lý hoạt động Hoạt động cảm biến ánh sáng dựa hiệu ứng quang điện khối vật chất Khi photon có lượng đủ lớn đập vào, làm bật electron khỏi phân tử, trở thành tự khối chất làm chất bán dẫn thành dẫn điện Mức độ dẫn điện tuỳ thuộc số photon hấp thụ Tuỳ thuộc chất bán dẫn mà quang trở phản ứng khác với bước sóng photon khác Quang trở phản ứng trễ điốt quang, cỡ 10 ms, nên tránh thay đổi nhanh nguồn sáng 2.4 Màn hình LCD Màn hình LCD 1602 LCD 1602 hình thơng dụng lập trình Arduino Chúng ta điểm qua vài thơng số kỹ thuật bạn 2.4.1 Đặc điểm Màn hình LCD1602 xanh dương sử dụng driver HD44780, có khả hiển thị dịng với dịng 16 ký tự, hình có độ bền cao, phổ biến, nhiều code mẫu dễ dàng sử dụng kèm mạch chuyển tiếp I2C Hình2.10 Màn hình LCD1602 Chức chân LCD 1602: - Chân số - VSS : chân nối đất cho LCD nối với GND mạch điều khiển - Chân số - VDD : chân cấp nguồn cho LCD, nối với VCC=5V mạch điều khiển - Chân số - VE : điều chỉnh độ tương phản LCD - Chân số - RS : chân chọn ghi, nối với logic "0" logic "1": + Logic “0”: Bus DB0 - DB7 nối với ghi lệnh IR LCD (ở chế độ “ghi” write) nối với đếm địa LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0 - DB7 nối với ghi liệu DR bên LCD - Chân số - R/W : chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), nối với logic “0” để ghi nối với logic “1” đọc - Chân số - E : chân cho phép (Enable) Sau tín hiệu đặt lên bus DB0DB7, lệnh chấp nhận có xung cho phép chân sau: + Ở chế độ ghi: Dữ liệu bus LCD chuyển vào ghi bên phát xung (high-to-low transition) tín hiệu chân E + Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD xuất DB0-DB7 phát cạnh lên (low-tohigh transition) chân E LCD giữ bus đến chân E xuống mức thấp - LED+: Chân anode đèn led hiển thị LCD, cấp nguồn vào chân nên mắc kèm theo điện trở để hạn dòng - LED- : Chân cathode đèn led hiển thị LCD 2.4.2 Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động 5V Kích thước: 80 x 36 x 12.5mm Chữ trắng, xanh dương Khoảng cách hai chân kết nối 0.1 inch tiện dụng kết nối với Breadboard Tên chân ghi mặt sau hình LCD hổ trợ việc kết nối, dây điện Có đèn led nền, dùng biến trở PWM điều chình độ sáng để sử dụng điện Có thể điều khiển với dây tín hiệu 2.5 Động micro servo Đây động servo micro có bánh nhựa dành cho RC, có mơ men lực 1.80kg.cm 4.8V Nó giải pháp hồn hảo cho dự án robot học sinh lắp ráp cánh tay robot Ưu điểm động servo RC so với động chổi than DC khả điều khiển góc quay 2.5.1 Cấu tạo động RC servo bao gồm 10 phần bản: Động Board điều khiển tín hiệu hồi tiếp Dây nguồn (red) Dây tín hiệu vào (Yellow or White) Dây mass (black) Volt kế Trục/ bánh output Horn/Wheel/Arm gắn kèm Vỏ servo Chip điều khiển 2.5.2Thông số kỹ thuật: Nguồn gốc: Trung Quốc Tương thích với thư viện Arduino Servo Bánh nhựa Điện áp hoạt động: 4.8 - 5VDC Tốc độ 4.80V(không tải): 0.12 s/60° Mô men lực 4.80V : 1.8 kg.cm (~0.1765 N.m) Góc quay: 180 độ Kích thước: 23.0 x12.2 x 29.0mm Trọng lượng: 9.0g Hệ thống dây điện: Nâu = GND Đỏ = 5V Cam = Tín hiệu 2.5.3 Nguyên lý động RC servo : Theo nghiên cứu giám sát cho thấy động RC servo hoạt động dựa nguyên lý PWM Cụ thể: Servo đáp ứng dãy xung số ổn định Chi tiết mạch điều khiển đáp ứng số tín hiệu ứng với xung biến đổi từ 1-2ms Các xung gửi 50 lần/ giây - đồng nghĩa với việc cung cấp xung 20ms lần Động RC servo đòi hỏi 30- 60 xung/giây Nếu số quay không đáp ứng đủ điều kiện quay thấp dẫn đến độ xác cơng suất servo giảm Chiều dài (độ rộng) xung định đến vị trí góc trục động cơ: Độ rộng xung 1.5ms cho trục động quay đến vị trí góc 90 độ (được gọi Neutral) Độ rộng xung nhỏ 1.5ms cho trục động quay vị trí góc độ Độ rộng xung lớn 1.5ms trục động quay đến vị trí góc 180 độ Các servo khác góc quay với tín hiệu - 2ms servo chuẩn thiết kế để quay tới lui từ 90 - 180 độ Lúc cung cấp toàn chiều dài xung Hâu hết servo quay 180 độ hay gần 180 độ Nếu cố khiến servo quay giới hạn học truc động đụng vật cản bên khiến bánh bị mài mòn, bị rơ Nếu để tượng kéo dài lâu ngày động bánh bị hủy Ảnh minh họa điều khiển góc quay với độ rộng xung khác Dựa theo nguyên lý hoạt động động RC servo mà ta có cách điều khiển sau: Góc quay động 180 độ, để quay hết 180 độ ta cần cấp xung có độ rộng (chiều dài) từ 1.25ms - 1.75ms tức khoảng 500 μs Nếu chia nhỏ khoảng μs vị trí góc thu đạt nhiều. 2.6 Kết luận chương Trong chương trình bày cụ thể thành phần cấu thành hệ thống Việc lựa chọn linh kiện để sử dụng cho điều khiển đảm bảo tiêu chí kỹ thuật kinh tế Trong chương tổng hợp thành phần để thiết kế điều khiển hoạt động cách tối ưu CHƯƠNG : THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Lưu đồ thuật toán Chế độ sử dụng khối cảm biến ánh sáng Ưu điểm cảm biến ánh sáng chủ động việc xác định độ sáng tối môi trường Cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở có khả thay đổi điện trở theo cường độ ánh sáng chiếu vào Từ yếu tố tơi xây dựng lưu đồ thuật tốn sau: Bắt đầu Cảm biến ánh sáng Độ sáng < ngưỡng ? Đóng rèm Hình 3.1 Lưu đồ thuật tốn 3.1 thiết kế mạch cho mơ hình Thiết kế phần cứng Mở rèm 3.2 Mơ hình sau chạy Khi giá trị quang trở lớn giá trị cho trước rèm đóng lại Khi giá trị quang trở nhỏ giá trị cho trước rèm mở 3.3 thiết kế mơ hình( kích thước thật) 3.3.1 Lựa chọn động Động Digital RC Servo LD-20MG có hộp số bánh kim loại, tốc độ phản ứng nhanh với lực kéo khỏe theo thông số nhà sản xuất moment lên đến 20Kg.cm Thông số kỹ thuật: Điện áp làm việc: 6~7.4VDC (lưu ý không cấp nguồn 6VDC) Dịng tiêu thụ khơng tải: 100mA Dịng tiêu thụ có tải: 2.4~3A Góc quay tối đa: 180 độ (độ xác 0.3 độ) Tần số PWM: 500~2500us tương ứng 0~180 độ Tốc độ: 0.2sec / 60 ° 7.4VDC Lực kéo moment: 20Kg.cm 7.4VDC Hộp số kim loại, thân có vỏ nhơm tản nhiệt Chiều dài cáp: 30cm Kích thước: 54.5 x 20 x 47.5mm Trọng lượng: 66g Thứ tự dây: Nâu: GND (0VDC) Đỏ: VCC (6~7.4VDC) Cam: dây cấp xung ... nào, với rèm tự động, bạn để chúng chơi đùa thỏa thích gần rèm cửa, đóng – mở, chỉnh ánh sáng gian pháng theo ý muốn 1.3.2 Các loại rèm cửa thông minh tự động Rèm vải tự động: loại rèm sử dụng... thiết rèm cửa tự động thực tế Ngoài ưu điểm loại rèm truyền thống rèm cửa tự động cịn mang đến tiện dụng khơng ngờ sau: Bảo vệ thiết bị nội thất, cản sáng cách nhiệt hiệu sử dụng rèm tự động: ... Hình1.4 Rèm roman tự động Rèm sáo gỗ tự động: thông thường rèm gỗ thường nặng loại rèm khác, nên rèm gỗ kết hợp với động Vừa mang vẻ đẹp thiên nhiên vừa mang nét đại, rèm sáo gỗ tự động tuyệt