Báo cáo đề tài khoa học kĩ thuật dành cho học sinh trung học, đề tài hệ thống rót nước thông minh

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO -000 - Dự án kỹ thuật HỆ THỐNG RĨT NƯỚC THƠNG MINH Nhóm lĩnh vực : 10 - Hệ thống nhúng Năm học: MỤC LỤC ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG RÓT NƯỚC THÔNG MINH Phần I Mở đầu Phần II: Nội dung Chương I Cơ sở lý luận Trang Lịch sử nghiên cứu vấn đề Các khái niệm Trang Nguyên lý hoạt động Trang Chương II : Thực trạng giải pháp Trang Chương III Kết nghiên cứu Phần III Kết luận Tài liệu tham khảo Trang 15 Trang Trang Trang Trang Trang 14 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nguồn nước gặp nhiều nhiễm Nhiều gia đình họ chọn nước uống bình đóng 20 lít Những bình nước rót nước người ta dùng giá đở hình sau: Hoặc loại cao cấp có bình sứ: Điều làm bình nước cao gây nguy hiểm nhà có em nhỏ dễ gây đổ ngã Bên cạnh việc uống nước cho người khuyết tật, người già, trẻ em, người hay quên thường gặp nhiều khó khăn rót nước bị tràn ly Hoặc rót nước lâu gây cảm giác chán nãn cầm ly lâu chờ nước đầy Ngoài việc uống thiếu nước nhiều nước ngày không tốt cho sức khỏe Để khắc phục vấn đề em hình thành ý tưởng chọn dự án “Hệ thống rót nước thơng minh” để làm đề tài nghiên cứu Mục đích nghiên cứu 2.1 Mục đích Xây dựng thiết bị thơng minh giúp trẻ em, người già việc rót nước kiểm sốt lượng nước ngày 2.2 Mục tiêu Tạo thành máy rót nước có chức : - Tự động rót nước, nhận diện dạng ly rót khơng tràn - Quản lý lượng nước uống ngày - Thông báo rót nước xong Đối tượng nghiên cứu - Các khó khăn rót nước trẻ em người già, người tàn tật - Ảnh hưởng nước sức khỏe - Arduino cảm biến - Các đại lượng điện như: cường độ dòng điện, hiệu điện thế, công suất, điện trở Nhiệm vụ nghiên cứu - Hệ thống hoá vấn đề lý luận liên quan tới nước sức khỏe - Mơ tả thực trạng, phân tích, đánh giá thực trạng việc uống nước gia đình - Đề xuất giải pháp làm sản phẩm, khuyến nghị mở rộng 5.Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Phương pháp quan sát - Phương pháp thực nghiệm Phạm vi nghiên cứu - Việc uống nước gia đình, chủ yếu nghiên cứu giúp cho người bệnh, người tàn tật trẻ em việc uống nước - Thời gian tháng từ tháng đến tháng 10 Nội dung ` Chương 1: Cơ sở lý luận 1.1 Lịch sử nguyên cứu Đã có nhiều loại bình nước máy lọc nước RO giá thành cao ( triệu) Hoạt động cần điện phải đường nước không tiện lợi \ Đã có nhiều nghiên cứu máy chiết rót tự động chủ yếu dùng cho cơng nghiệp Có nhiều thiết bị rót nước youtube khơng tự động mang tính thủ cơng Có bán thiết bị rót nước thị trường dừng lại việc rót nước Thiết bị rót nước dùng ghế nha sỹ rót cố định lượng nước loại ly Bên cạnh em chưa nhận thấy có loại máy rót nước thơng minh theo dõi lượng nước uống ngày Thi KHKT thành phố Hồ Chí Minh năm 2017 có đề tài “Máy rót nước thơng minh” đạt giải II cấp thành phố Tuy nhiên cầu trúc rườm rà, dùng nhiều cảm biến Không chức thông báo đo lưu lượng nước, giá thành cao Khơng sử dụng nhiều loại ly lắp đặt khó khăn, chiếm chỗ dễ ngã Ngoài cần bướm hay ruồi đậu vào cảm biến tiệm cận nước rót mãi Kết hợp ưu điểm khắc phục khuyết điểm loại hình thành nên ý tưởng để làm dự án 1.2 Các khái niệm 1.2.1 phần cứng Arduino Arduino là board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với với môi trường thuận lợi Role Role một cơng tắc (khóa K) Nhưng khác với cơng tắc role kích hoạt điện thay dùng tay người Mạch ghi âm kíck arduino Dùng để ghi âm phát lại điều khiển Aduino Cảm biến khối lượng loadcell mạch HX711 Là thiết bị đọc khối lương thành tín hiệu số để truyền tín hiệu cho Arduino 1.2.2 Phần mềm Arduino IDE 1.3 Nguyên lý hoạt động Thiết bị hoạt động theo nguyên lý sơ đồ sau: Cảm biến khối lượng Arduino Role Máy bơm Màn hình LCD Loa nhắc nhở Chương 2: Thực trạng giải pháp vấn đề nghiên cứu: 2.1 Khảo sát thực trạng - Các loại bình nước khó rót nước đặc biệt với trẻ em Ngồi vịi nằm bên nên phải dùng chân kê lên dễ gây đỗ ngã - Bện cạnh có khoảng 45% số lượng người uống khơng đủ lượng nước hay uống nhiều nước có ảnh hưỡng cho sức khỏe người bệnh trẻ em 2.2 Nguyên nhân thực trạng - Cấu tạo bình nước vịi thường nằm khơng có vịi dẫn đến khó khăn rót nước Ngồi bình nước cịn lượng nước áp lực nước thấp rót nước lâu - Chưa có thiết bị thống kê lượng nước dẫn đến việc uống nước tùy ý gây không tốt sức khỏe 2.3 Giải pháp thực - Làm thiết bị rót nước tự động thống kê lượng nước ngày Chương 3: Kết nghiên cứu 3.1 Tiến hành thực nghiệm 3.1.1 Phần cứng Bước 1: Chọn cảm biến nhận diện ly Cảm biến tiệm cận Cảm biến lưu Cảm biến khối lượng lượng nước Ưu Nhận diện nhanh Rẻ, xác Nhận diện loại điểm theo ml theo khối lượng Không kiểm sốt lưu lượng nước Khuyết Lắp đặt khó khăn Khơng nhận Lập trình khó điểm phải dùng nhiều diện loại cảm biến ly Giá tiền 95.000đ x 55.000đ 100.000đ Ở em chọn cảm biến loadcell 5kg HX711 em khắc phục lưu lượng cách dùng thời gian rót (hàm delay) để đo lưu lượng nước Bước : Chọn máy bơm Chọn phương án Van điện từ Máy bơm thơng thường Ưu Lượng nước lớn Có vịi bơm nước đến điểm tận đáy bình Khuyết điểm Kích dùng dịng 12v Motor có chổi Dùng cho nước áp nên xài lâu phải lực cao motor Lượng nước tương đối nước đầy Giá tiền 90.000đ 99.000đ Từ lý em chọn phương án Máy bơm dùng Lượng nước phù hợp than Khi bình nước thay đầy lượng nước khác bình 130.000đ Bước 3: Chọn nguồn điện cho hệ thống Do Arduino máy bơm xài điện chiều nên em chọn phương án sau: Ưu điểm Khuyết điểm Điện lưới 220V qua Ắc quy pin Adaptor Ổn định lâu dài Cúp điện sử dụng Không làm việc Không kinh tế, cần cúp điện phải sạc lại Kết hợp hai Có ưu điểm phía trước Xây dựng hệ thống phức tạp Giá tiền 65.000đ Ắc quy xe máy cũ 12v Bên cạnh cịn cần mạch giãm áp LM2596 để phù hợp với máy bơm 3.7v arduino 9v Bước 4: Lập hộp điều khiển arduino Kết hợp yếu tố âm LCD… tạo thành hộp điều khiển Các loại ly em chọn ly nhựa nhẹ để phù hợp với đối tượng nghiên cứu người già trẻ em Bước 5: Lắp ghép chúng lại chuẩn bị viết code 3.1.2 Phần mềm Bước 1: Thiết lập chuẩn cho cảm biến khối lượng Vật chuẩn 50g giá trị chuẩn 396.5 (CALIB) Bước 2: Tiến hành viết code cho arduino Nạp code cho arduino Thử nghiệm lượng nước thời gian, loại ly Thử nghiệm đo đạc thông số cho loại ly nhựa sau : Cân Thời gian TT Tên Lượng nước Ghi nặng rót Ly nhựa lớn 81g 240ml 10 giây Ly nhựa vửa 42g 156ml 6.5 giây Ly nhựa nhỏ 50g 96ml giây Thuật toán Bắt đầu Cân khối lượng t 47