HỆ THỐNG ĐO TỐC ĐỘ GIÓ VÀ VẬT CẢN SỬ DỤNG ARDUINO NANO

SDT:0334553855 Mọi thắc mắc liên hệ để biết thêm chi tiết và được gửi code file vẽ Chuyên nhận thiết kế đồ án và mạch điện. Mô phỏng wincc và lập trình plc. HỆ THỐNG ĐO TỐC ĐỘ GIÓ VÀ VẬT CẢN SỬ DỤNG ARDUINO NANO

TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ °°  °° ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: Thiết kế Hệ thống đo tốc độ có vật cản Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên: Th.s Đỗ Thế Vinh Nguyễn Trường Sinh Trần Anh Tuấn Đàm Thị Yến Thái Nguyên 2023 K185520114040 K185520114050 K185520114054 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ °°  °° ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: Thiết kế Hệ thống đo tốc độ có vật cản Khoa Cơ khí Chun ngành Kỹ thuật Cơ Điện Tử Giáo viên hướng dẫn: Bộ môn: Th.s Đỗ Thế Vinh Cơ Điện Tử Thái Nguyên 2023 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, ngày….tháng….năm 2023 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ Thái Nguyên, ngày….tháng….năm 2023 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh LỜI CẢM ƠN Sau trình học tập rèn luyện trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, với hướng dẫn tận tình thầy Đỗ Thế Vinh, nhóm chúng em hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp Nhờ tâm cao độ hăng say nghiên cứu nhóm hướng tận tình giáo viên hướng dẫn thầy cô môn Cơ Điện Tử Tuy nhiên kiến thức, kinh nghiêm điều kiện khơng cho phép, nhóm chúng em khơng tránh khỏi sai sót làm đề tài Vì vậy, chúng em mong thầy bỏ qua thiếu sót có góp ý để đề tài nhóm em hồn thiện Cuối chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành thầy Đỗ Thế Vinh tồn thể thầy mơn Cơ Điện Tử giúp đỡ chúng em suốt trình học tập, rèn luyện trường, q trình làm đồ án tốt nghiệp Nhóm sinh viên thực Nguyễn Trường Sinh Trần Anh Tuấn Đàm Thị Yến Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh LỜI MỞ ĐẦU Đo lưu lượng gió hoạt động quan trọng nhiều lĩnh vực, từ đánh giá tiêu chuẩn hiệu suất thiết bị công nghiệp đến đo lường hiệu biện pháp kiểm sốt mơi trường đánh giá tiềm dự án lượng tái tạo Đối với ứng dụng liên quan đến chắn, đo lượng gió đánh giá hiệu chắn điều quan trọng để đảm bảo chúng hoạt động hiệu việc giảm thiểu lưu lượng gió khơng mong muốn, tăng cường an toàn giảm tiếng ồn Hệ thống đo lưu lượng gió chắn thường bao gồm thiết bị đo, cảm biến, phần mềm đo lường phân tích liệu Các liệu đo sử dụng để phân tích hiệu chắn, đưa đánh giá xác hiệu suất chắn điều kiện thực tế Trong lời mở đầu này, khám phá sâu hệ thống đo lưu lượng gió chắn, bao gồm ngun tắc hoạt động nó, tính thiết bị đo phân tích liệu, ứng dụng thực tiễn lĩnh vực khác Chúng ta tìm hiểu cơng nghệ, phương pháp ứng dụng hệ thống đo lưu lượng gió chắn để có nhìn tổng quan lĩnh vực Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI HỆ THỐNG ĐO TỐC ĐỘ GIÓ KHI CĨ VẬT CẢN 1.1 Giới thiệu chung Hình 1-1 Một số loại máy đo gió Máy đo tốc độ gió thiết bị sử dụng để đo đạc tốc độ áp suất gió mơi trường tự nhiên ứng dụng công nghiệp Máy đo tốc độ gió thường sử dụng lĩnh vực lượng tái tạo, nông nghiệp, hóa học, vật liệu địa chất Máy đo tốc độ gió thường thiết kế để đo đạc tốc độ gió theo đơn vị đo tốc độ khác nhau, chẳng hạn m/phút, km/giờ, ft/giây, mph knots Máy đo tốc độ gió trang bị với cảm biến tốc độ gió, áp suất, nhiệt độ độ ẩm để đo lường thông số khác môi trường Các ứng dụng máy đo tốc độ gió đa dạng, từ đo tốc độ gió trạm quan trắc thời tiết đến đo tốc độ gió ứng dụng cơng nghiệp máy bay, tàu thuyền, đường thiết bị điện tử Máy đo gió Hiện nay, máy đo tốc độ gió sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau, từ quan trắc thời tiết, lượng tái tạo đến ứng dụng công nghiệp Các máy đo tốc độ gió thường trang bị tính tiên tiến khả đo đạc tốc độ gió thời gian thực, độ xác cao, tính lưu trữ chia sẻ liệu đo đạc qua mạng, khả hoạt động điều kiện thời tiết khắc nghiệt Một số loại máy đo tốc độ gió sử dụng phổ biến sau: Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh Máy đo tốc độ gió Laser: Máy đo tốc độ gió Laser sử dụng nguyên lý đo đạc tốc độ gió cách phát tia laser đo đạc thời gian mà tia laser di chuyển qua khoảng cách biết trước Loại máy đo có độ xác cao khả đo đạc khoảng cách xa Máy đo tốc độ gió Ultrasonic: Máy đo tốc độ gió Ultrasonic sử dụng nguyên lý đo đạc tốc độ gió cách gửi sóng siêu âm đo đạc thời gian sóng siêu âm di chuyển qua khơng khí Loại máy đo có độ xác cao khả đo đạc khoảng cách xa Máy đo tốc độ gió với cảm biến Cup-Anemometer: Máy đo tốc độ gió với cảm biến Cup-Anemometer sử dụng nguyên lý đo đạc tốc độ gió cách đo đạc tốc độ quay cánh quạt nhỏ gắn trục quay tác động gió Loại máy đo có độ xác cao đơn giản thiết kế Máy đo tốc độ gió với cảm biến Hot-Wire Anemometer: Máy đo tốc độ gió với cảm biến Hot-Wire Anemometer sử dụng nguyên lý đo đạc tốc độ gió cách đo đạc nhiệt độ sợi dây nóng bị gi Máy đo hình chén Dạng máy đo gió hình chén, phát minh tiến sĩ John Thomas Romney Robinson (1846), đài quan sát Armagh, thiết bị tiếng dùng rộng rãi, thiết bị đo gió Máy có chén hình bán cầu, gắn vào đầu tay địn, có tay địn nằm ngang vng góc với Có trục đứng nằm giao điểm tay đòn tâm mà chén quay xung quanh; truyền động đếm số vòng mà trục quay được, từ số vịng quay khoảng thời gian tính vận tốc gió Các chén đặt đối xứng cuối tay đòn, thấy gió ln thổi vào phía chén; phía sau chén hướng vào gió, áp suất gió thổi vào khơng đáng kể, xoay vịng sinh ra; chén đến lượt tạo lực để tiếp tục xoay Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh Hai điểm bật máy đo đơn giản khơng cần chong chóng hướng gió; nhiên khơng phù hợp để lưu liệu lên giấy thời điểm định, ghi thiếu thơng tin gió giật mạnh thời gian ngắn Thật khơng may, tiến sĩ Robinson thiết kế máy đo gió, ông phát biểu dù kích thước chén hay độ dài cánh tay địn, vận tốc chén ln quay ⅓ vận tốc gió Kết xác nhận thí nghiệm độc lập, cịn cách xa thực, tỉ số thực vận tốc gió vận tốc chén phụ thuộc lớn vào kích thước chén chiều dài cánh tay địn, có giá trị ⅔ Vì kết thu máy đo gió thường có sai số đến gần 50% Hình 1-2 Cảm biến đo dạng cối xoay Máy dạng cối xoay Một dạng khác máy đo vận tốc gió có dạng cối xay gió Trong dạng máy đo gió Robinson trục quay nằm thẳng đứng, với dạng trục quay nằm song song với hướng gió, nằm ngang Hơn nữa, gió đổi chiều trục quay thay đổi, chong chóng hướng gió thứ tương tự tạo có mục đích Trong trường hợp hướng gió ln khơng đổi, trường hợp hệ thống thơng gió mỏ nhà cao tầng, máy đo gió cho kết tốt Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh 1.2 Ưu, nhược điểm hệ thống Máy đo tốc độ gió thiết bị sử dụng để đo đạc tốc độ gió mơi trường ngồi trời ứng dụng đo lường liên quan đến thời tiết, lượng gió, hoạt động hàng hải hàng khơng, nhiều lĩnh vực khác Dưới số ưu điểm nhược điểm máy đo tốc độ gió: -  Ưu điểm: Độ xác: Máy đo tốc độ gió thường đo đạc xác tốc độ gió thời - gian thực, giúp cung cấp liệu xác tốc độ gió Đo lường liên tục: Máy đo tốc độ gió hoạt động liên tục nhiều chí nhiều ngày mà khơng cần người điều khiển, đảm bảo tính liên tục - đáng tin cậy liệu đo lường Theo dõi đa thời gian: Máy đo tốc độ gió ghi nhận liệu đo lường theo thời gian, cho phép phân tích xu hướng thời tiết, đánh giá hiệu suất hệ thống lượng gió, theo dõi thay đổi tốc độ gió khoảng thời gian cụ thể  Nhược điểm: - Sai số: Máy đo tốc độ gió gặp sai số nhiều yếu tố khác nhau, chẳng hạn độ xác cảm biến, độ ổn định đồng hồ đo, hiệu chuẩn không đúng, sai số hệ thống đo đạc - Ảnh hưởng mơi trường: Máy đo tốc độ gió bị ảnh hưởng môi trường xung quanh, chẳng hạn địa hình, cối, cơng trình xây dựng, gây sai số kết đo đạc Khả hoạt động nhiều điều kiện thời tiết 1.3 Các chuẩn giao tiếp  I2C Giao tiếp I2C (Inter-Integrated Circuit) giao tiếp nội dạng chuỗi sử dụng để kết nối vi mạch (IC) với mạch in (PCB) Giao tiếp I2C 10 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh +Vị trí nắp cảm biến đo lưu lượng gió, cảm biến chuyển động có gió gửi giá trị arduino nano để sử lý +Hệ thống sử dụng quạt để làm lượng gió thổi vào hệ thống cảm biến +Cảm biến khoảng cách HC-SR04 dùng để đo giá trị khoảng cách chắn, để điều chỉnh động quay thuận, nghịch 70 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh Hình 3-29 Sản phẩm Cấp nguồn 12v cho hệ thống Nguồn 12v qua hạ áp Lm2596 để hạ áp xuống 5v cấp nguồn cho vi điều khiển thiết bị điện 5v Arduino nano đọc tín hiệu từ chân a3 kết nối với cảm biến đo gió Arduino nano tính tốn hiển thị tốc độ gió lên hình LCD 20x4.Hệ thống di chuyển tắm chắn dựa đo khoảng cách khoảng cách thấp khoảng cách đặt hệ thống ngược lại.Người dùng điều khiển tốc độ quạt để thay đổi lượng gió thổi vào cảm biến để quan sát 4.2.Nhận xét kết đo Khoảng cách Góc Tốc độ quạt Tốc độ gió(m/s) 28 70 234 28 70 250 20 70 250 20 130 250 Sau thực test nhiều vị trí khác nhau, hệ thống đưa giá giá trị khác tốc độ gió góc 130 với tốc độ lớn đưa giá trị gió lớn 4.3 Ưu/Nhược điểm Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu đề tài này; đến nay, “mơ hình phân loại đếm sản phẩm theo màu sắc sử dụng Arduino” thiết kế, chế tạo thành công” Ưu điểm: - Mạch nhỏ gọn - Đáp ứng yêu cầu đề tài - Hiển thị rõ ràng Nhược điểm: - Chưa có giao diện giám sát, mơ máy tính 71 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh - Độ ổn định chưa tốt điều kiện ánh sáng mạnh Hướng phát triển - Áp dụng cho hệ thống đo tốc độ nhỏ - Giám sát qua điện thoại - Khắc phục nhược điểm đề đề tài hoàn thiện Do thời gian kiến thức cịn hạn hẹp nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót q trình thực đề tài Rất mong nhận góp ý, đánh giá quý báu quý thầy cô bạn 72 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu thực đồ án, em tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích, học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em q trình học cơng tác sau Mặc dù có nhiều cố gắng nỗ lực thực hiện, kiến thức khả thân cịn nhiều hạn chế nên q trình hồn thiện đề tài tránh sai phạm, thiếu sót,…Rất mong nhận góp ý, dẫn từ nơi quý thầy cô bạn sinh viên Một lần em xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy cô giáo trường Đại học Công Nghiệp Thái Nguyên thầy cô giáo Khoa Cơ Khí tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Đỗ Thế Vinh tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Sau em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè động viên, đóng góp ý kiến giúp đỡ trình học tâp, nghiên cứu hoàn thành đồ án tốt nghiệp 73 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Lý thuyết mạch, Học viện Bưu viễn thơng, 2006 [2] Giáo trình Thiết kế mạch điện tử, tác giả Nguyễn Hữu Trung, Nguyễn Viết Tuyến, NXB Giáo dục, 2009 [3] Tự học nhanh arduino cho người bắt đầu (Ths Huỳnh Minh Phú) [4] Giáo trình ARDUINO bản, Nguyễn Trung Tín - Học viện bưu viễn thơng Việt Nam, 2011 [5] https://www.arduino.cc/ 74 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh PHỤ LỤC +Thư viện hỗ trợ #include #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,4); #include SimpleKalmanFilter locnhieu(2, 2, 0.01); +Cấu hình chân #define TRIG_PIN #define ECHO_PIN #define TIME_OUT 5000 byte degree[8] = { 0b00011, 0b00011, 0b00000, 0b00000, 0b00000, 75 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh 0b00000, 0b00000, 0b00000 }; Servo sr1; Servo sr2; Servo sr3; #define bientro analogRead(A0) #define bientro1 analogRead(A1) #define bientro2 analogRead(A2) //cấu hình chân đầu nối với l298 #define in1 #define in2 #define in3 #define in4 #define ctht1 digitalRead(9) #define ctht2 digitalRead(8) void setup() { 76 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh // put your setup code here, to run once: Serial.begin(9600); lcd.init(); // initialize the lcd lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.createChar(0, degree); +Cấu hình đâu cho chân tín hiệu pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT); pinMode(ECHO_PIN, INPUT); pinMode(A0,INPUT); pinMode(A1,INPUT); pinMode(A2,INPUT); pinMode(in1,OUTPUT); pinMode(in2,OUTPUT); pinMode(in3,OUTPUT); pinMode(in4,OUTPUT); 77 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh pinMode(9,INPUT_PULLUP); pinMode(8,INPUT_PULLUP); sr1.attach(12); sr2.attach(11); sr3.attach(10); } +Khai báo biến long distance ; int Level;int bt,kc,tocdo,kcd=5; long duration, distanceCm; int gt_filter,gt; +code sử dụng chương trình void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: GetDistance(); kc=map(bientro,0,1023,0,45); bt=map(bientro1,0,1023,0,180); tocdo=map(bientro2,0,1023,0,255); 78 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh gt_filter = locnhieu.updateEstimate(kc); Serial.print(distanceCm);Serial.print("=");Serial.print(ctht2);Serial.p rint("=");Serial.print(bientro2);Serial.println(); sr1.write(bt); sr2.write(bt); sr3.write(bt); //digitalWrite(in3,1);digitalWrite(in4,0); dieukhiendongco(); dotocdo(); lcd16(); } +code đo tốc độ động void dotocdo(){ int sensorValue = analogRead(A3); float outvoltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0); Serial.print("Dien ap = "); Serial.print(outvoltage); 79 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Đỗ Thế Vinh Serial.println("V"); Level = * outvoltage; //The level of wind speed is proportional to the output voltage Serial.print("Cap gio "); Serial.print(Level); Serial.println(); delay(500); } +code điều khiển tốc độ động void dieukhiendongco(){ digitalWrite(in1,0); analogWrite(in2,tocdo); if(distanceCm>gt_filter&&ctht2==0) {digitalWrite(in3,0);digitalWrite(in4,1);} if(distanceCm>gt_filter&&ctht2==1) {digitalWrite(in3,0);digitalWrite(in4,0);} if(distanceCm