HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Đề tài Máy rửa tay tự động Môn Đồ án thiết kế hệ thống số Giảng viên Nguyễn Văn Thành Nhóm môn học 01 Nhóm sinh viên 02 Hà Nội, 2021 1 NHẬN[.]
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Đề tài: Máy rửa tay tự động Môn: Đồ án thiết kế hệ thống số Giảng viên : Nguyễn Văn Thành Nhóm mơn học : 01 Nhóm sinh viên : 02 Hà Nội, 2021 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM 02 STT Họ tên Mã sinh viên Cơng việc chủ yếu Đồn Lê Dương B17DCDT048 Leader quản thúc tiến độ Đỗ Công Nam B17DCDT128 Thiết kế phần cứng Trịnh Đức Quang B17DCDT151 Xây dựng phần mềm Bùi Đăng Vương B17DCDT216 Viết báo cáo MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU I Ý tưởng xây dựng đề tài Cách thức hoạt động Linh kiện sử dụng a) Arduino Nano CH340 b) LCD16x2 c) Module I2C Arduino d) Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK e) Máy bơm 12V f) LED báo hiệu g) Cảm biến đo khoảng cách HC-SR40 Sơ đồ khối 10 Mục tiêu đồ án 11 II Quá trình thực 11 Xây dựng phần mềm 11 a Khai báo cổng sử dụng 11 b Thiết lập cổng 12 c Tính lượng xà phịng cịn lại sau lần bơm 13 d Thiết lập trình hoạt động 13 e Chương trình hồn chỉnh 15 Thiết kế phần cứng 19 a Sơ đồ kết nối khối sử dụng 19 b Xây dựng mạch in khối điều khiển 23 c Mơ hình thử nghiệm 24 III Các định hướng cho tương lai sản phẩm 26 LỜI NÓI ĐẦU Vấn đề giữ vệ sinh nơi công công cộng trở thành vấn đề đặc biệt lên từ đại dịch COVID hồnh hành Giữ đơi bàn tay thân trở trở thành phương pháp hữu hiệu vơ quan trọng việc phịng chống dịch bệnh Tuy nhiên thao tác rửa tay tồn rủi ro định mà có tiếp xúc lịng bàn tay khóa nước, nơi cơng cộng tỉ lệ rủi ro tiếp xúc lại cao Bởi thiết bị hỗ trợ việc rửa tay mà không cần tiếp xúc tỏ có ích để giải vấn đề Các chung cư nơi có mật độ dân cư cao, vấn đề giữ vệ sinh chung nơi quan tâm nhiều Đặc biệt sảnh tịa nhà ln có chai dung dịch khử khuẩn phục vụ việc sát khuẩn tay cho cư dân sử dụng thang máy Tuy nhiên với lần nhấn nắp để dung dịch khử khuẩn phun vào tay đồng thời nắp chai trở thành nơi tiếp xúc với bàn tay chưa qua sát khuẩn, mà nơi người sử dụng sau tiếp xúc Có cách để giải vấn đề mà nhiều nơi áp dụng tự động hóa quy trình rửa tay Có nghĩa cải tiến chai xịt khử khuẩn thiết bị, thiết bị tự động phun lượng chất lỏng vào tay người sử dụng người chìa bàn tay phía khu vực định Phương pháp vừa loại bỏ thao tác tiếp xúc ẩn chứa rủi ro, vừa tiết kiệm thời gian cho người sử dụng Chính mà nhóm bọn em lựa chọn đề tài Máy rửa tay tự động với mục đích nâng cao ý thức phịng chống dịch bệnh rèn luyện kĩ làm việc với Arduino số loại cảm biến Trong trình thực bọn em trao đổi, hỗ trợ lẫn trình tìm hiểu thực hiện, nhiên sai xót điều khó tránh khỏi Bọn em mong góp ý thầy để sản phẩm có tính ứng dụng cao I Ý tưởng xây dựng đề tài Cách thức hoạt động ➢ Mục đích thiết bị hạn chế tiếp xúc nên thiết bị hoạt động theo nguyên lí: người dùng đặt tay vào khu vực bên vịi phun chất khử khuẩn lượng nhỏ dung dịch tự động phun ➢ Thiết bị gồm vòi phun riêng biệt, cho nước sạch, cho dung dịch khử khuẩn (xà phịng) ➢ Có thêm đèn báo lượng dung dịch khử khuẩn cịn đủ để sử dụng khơng, đồng thời hiển thị LCD để quản lí khu vực đặt máy rửa tay tự động nắm bắt tình hình, xem cần cho thêm dung dịch sát khuẩn vào bể chứa ➢ Vì lượng nước sử dụng chung với nguồn nước chung cư nên cần quan tâm đến lượng xà phòng lại bể chứa cảm biến khoảng cách Linh kiện sử dụng a) Arduino Nano CH340 ➢ Có kích thước nhỏ gọn, thiết kế chuẩn chân giao tiếp tương đương với Arduino Nano hãng Tuy nhiên sử dụng chip nạp chương trình giao tiếp UART CH340 giá rẻ để tiết kiệm chi phí ➢ Sử dụng MCU Atmega328P-AU dán ➢ Điện áp cấp: 5VDC ➢ Dòng GPIO: 40 mA ➢ Số chân Digital: 14 chân, có chân PWM ➢ Số chân Analog: chân ➢ Lập trình Arduino đơn giản tiện lợi số dòng kit khác STM32, FPGA… Arduino có giá thành rẻ nhóm chọn loại Arduino Nano để tiết kiệm chi phí sản phẩm mà đáp ứng đầy đủ tính cần thiết b) LCD16x2 ➢ LCD (Liquid Crystal Display) sử dụng nhiều ứng dụng Vi điều khiển Nó có khả hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số kí tự đồ họa) ➢ LCD dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn tài nguyên hệ thống giá thành rẻ ➢ Điện áp hoạt động: 5V ➢ Hiển thị tối đa 16 kí tự dịng ➢ Có 16 chân chân liệu (D0 - D7) chân điều khiển (RS, RW, EN) chân lại dùng để cấp nguồn đèn ➢ Có thể cấu hình cho LCD chế độ lệnh chế độ liệu chế độ đọc ghi ➢ Sử dụng LCD 16x2 nhu cầu hiển thị không nhiều, để báo lượng nước bể c) Module I2C Arduino ➢ LCD có q nhiều chân gây khó khăn q trình đấu nối chiếm dụng nhiều chân vi điều khiển Module I2C LCD đời để giải vấn đề ➢ Thay phải chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16x2 (RS, EN, D4, D5, D6, D7) với module I2C cần tốn chân (SCL, SDA) để kết nối ➢ Module I2C hỗ trợ loại LCD sử dụng driver HD44780 tương thích với hầu hết vi điều khiển ➢ Điện áp hoạt động: 2.5-6 VDC ➢ Cách kết nối module I2C Arduino với LCD 16x2 (hình ảnh minh họa) d) Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK ➢ Cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định vật cản phía trước cảm biến ➢ Cảm biến phát tia hồng ngoại với dải tần số chuyên biệt cho khả chống nhiễu tốt kể điều kiện ánh sáng ngồi trời Có thể chỉnh khoảng cách mong muốn thông qua biến trở cảm biến, cảm biến có ngõ cấu trúc Transistor NPN (sinking sensors) nối điện trở nội 10k lên VCC nên sử dụng mà không cần trở kéo lên VCC ➢ Số dây tín hiệu: dây (2 dây nguồn DC dây tín hiệu) ➢ Nguồn cung cấp: 5VDC e) Máy bơm 12V ➢ Điện áp làm việc: 12VDC ➢ Lưu lượng tối đa: 2-3 lit/phút ➢ Áp suất đầu ra: - 2.5kg ➢ Độ sâu hút đạt được: - 2.5m ➢ Tuổi thọ làm việc bình thường: - năm f) LED báo hiệu ➢ LEDs viết tắt từ Light Emitting Diodes nghĩa diode phát quang cấu tạo từ chất bán dẫn loại P loại N ➢ Sử dụng led với mục đích làm đèn báo trạng thái mạch, màu xanh hiểu thiết bị hoạt động tốt, lượng xà phòng (dung dịch sát khuẩn) đủ để sử dụng, màu đỏ nghĩa hết xà phòng g) Cảm biến đo khoảng cách HC-SR40 ➢ Cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 sử dụng phổ biến để xác định khoảng cách rẻ xác Cảm biến sử dụng sóng siêu âm đo khoảng cách khoảng từ -> 300 cm, với độ xác gần phụ thuộc vào cách lập trình ➢ Sử dụng LCD1602, địa mặc định LCD 0x27 LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); ➢ Tiếp khai báo chân sử dụng #define denbao1 // Pin để hiển thị đèn báo #define denbao2 // Pin để hiển thị đèn báo #define TIME_OUT 5000 // Thời gian chờ xung 5s = 5000ms #define Trig // Thiết lập chân Trig chân số #define Echo // Thiết lập chân Echo chân #define hongngoai // Cảm biến hồng ngoại 01 chân #define hongngoai2 // Cảm biến hồng ngoại 02 chân ➢ Khởi tạo biến int relay = 10; // Relay chân số 10 int relay1 = 9; // Relay chân số int temp; int distance = 0; // Thiết lập khoảng cách ban đầu = 0cm b Thiết lập cổng ➢ Cài đặt hiển thị cho LCD • Khởi động cổng Serial với baudrate 9600 Serial.begin(9600); • Thiết lập thơng số LCD với kích thước 16 cột 02 hàng (1602), địa slave: 0x27 lcd.init(); • Bật đèn lcd.backlight(); ➢ Thiết lập chân chế độ hoạt động sau: • Đèn báo hai chân liệu ra, tương tự cho Trig, Echo (dữ liệu vào) Relay pinMode(denbao1, OUTPUT); pinMode(denbao2, OUTPUT); 12 pinMode(Trig, OUTPUT); pinMode(Echo, INPUT); pinMode(relay, OUTPUT); pinMode(relay1, OUTPUT); • Đặt chân data cảm biến hồng ngoại loại E18-D80NK nhận liệu từ cảm biến vào Arduino pinMode(hongngoai, INPUT_PULLUP); pinMode(hongngoai2, INPUT_PULLUP); • Đèn báo đặt mức cao digitalWrite(denbao1, HIGH); digitalWrite(denbao2, HIGH); • Relay đặt 0, tức khơng bơm nước rửa tay digitalWrite(relay, 0); c Tính lượng xà phòng lại sau lần bơm ➢ Nếu vật thể đặt cách cảm biến tối đa 10cm thiết bị bơm dung dịch, tay người vòi bơm bên vịi Sau lượng dung dịch xà phịng cịn lại tính cách sau: float getDistance() { long duration, distanceCm; digitalWrite(Trig, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(Trig, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(Trig, LOW); duration = pulseIn(Echo, HIGH, TIME_OUT); distanceCm = duration / 29.4 / 2; return distanceCm; } d Thiết lập trình hoạt động 13 ➢ Khi cho tay vào vòi có trường hợp xảy • Trường hợp 1: Khi xà phòng nước cảm biến hoạt động máy bơm hoạt động, lượng xà phòng vẫn cập nhật trạng thái lại bao nhiêu, đèn LED báo xanh Serial.println(String("Distance > : ")+distance); checkmaybom(); xaphong(); distancelast= 17 - distance; lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Muc nuoc lai"); lcd.setCursor(5, 1); sprintf(buff," %.2d ",distancelast); lcd.print(buff); if (distancelast > 0) { digitalWrite(denbao1, HIGH); digitalWrite(denbao2, LOW); } • Trường hợp 2: Khi xà phòng hết, người dùng rửa tay với nước (tuy không hiệu rửa với xà phòng sát khuẩn) trạng thái hết tạm thời, đèn đỏ báo hiệu cho người quản lí cho thêm dung dịch khử khuẩn vào bể chứa LCD lại tiếp tục hoạt động để báo hiệu phải thêm dung dịch if ((distance) 0) { digitalWrite(denbao1, HIGH); digitalWrite(denbao2, LOW); } while(distancelast