Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện, điện tử thiết kế hệ thống mái che xếp di động thông minh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG    NGUYỄN TÀI THU Đ án THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁI CHE XẾP DI ĐỘNG n iệ -đ ện THÔNG MINH tử ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ   THÁI NGUYÊN, NĂM 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Đ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC án NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ ện -đ Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁI CHE XẾP DI ĐỘNG THÔNG MINH n iệ tử Sinh viên thực : Nguyễn Tài Thu Lớp : CNKTĐ-ĐT - K14A Giáo viên hướng dẫn : Th.S Lê Thị Thu Phương THÁI NGUYÊN, NĂM 2020 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình q thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Lê Thị Thu Phương tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình em thực đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thơng Thái Ngun nói chung, thầy khoa Cơng nghệ tự động hóa nói riêng dạy cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Đ Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình tạo điều kiện, quan tâm, án kết cao giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hồn thành đồ án tốt nghiệp đạt n iệ -đ ện tử LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu đồ án trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị Mọi giúp đỡ cho việc thực đồ án cảm ơn thơng tin trích dẫn đồ án rõ, nguồn gốc rõ ràng phép công bố Đ án n iệ -đ ện tử MỤC LỤC Thái Nguyên, ngày 06 tháng 06 năm 2020 Sinh viên thực LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC Nguyễn Tài Thu DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁI CHE XẾP DI ĐỘNG THÔNG MINH HIỆN Đ NAY 11 1.1 Tổng quan loại mái che 11 án 1.2 Mái che cố định .12 1.3 Mái che xếp di động thông minh 13 1.3.1 Giới thiệu chung 13 ện 1.3.2 Cấu tạo mái che xếp 14 -đ 1.3.3 Ưu điểm 14 1.3.4 Ứng dụng thực tế 17 iệ CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG .19 n 2.1 Đặt vấn đề .19 tử 2.1.1 Khảo sát phân tích hệ thống 19 2.2 Giới thiệu chung Arduino 20 2.2.1 Lịch sử hình thành Arduino .20 2.2.2 Khái niệm Arduino 22 2.2.3 Giới thiệu ngơn ngữ lập trình cho Arduino 24 2.2.4 Giao diện phần mền Arduino IDE 25 2.2.5 Sử dụng số menu thông dụng phần mềm Arduino IDE 26 2.2.6 Cấu trúc chương trình Arduino IDE 27 2.2.7 Phần mềm hỗ trợ Proteus 8.6 29 2.2 Giới thiệu thiết bị sử dụng hệ thống 31 2.2.1 Khối nguồn 31 2.2.2 Khối xử lý trung tâm 34 2.2.3 Khối cảm biến 36 2.2.4 Khối thiết bị chấp hành 42 2.2.5 Module chuyển nguồn dự phòng tự động 48 2.2.6 Module sạc ắc quy XH - M604 49 2.2.7 Module Relay 50 2.2.8 Công tắc hành trình 50 2.2.9 Nút bấm 51 2.2.10 Công tác gạt 52 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁI CHE XẾP DI ĐỘNG THÔNG MINH 53 Đ 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 53 3.1.1 Chức khối 53 án 3.1.2 Nguyên lý hoạt động 54 3.2 Thiết kế phần cứng 54 3.3 Thiết kế phần khí 58 ện 3.4 Lưu đồ thuật toán 61 3.5 Một số hình ảnh kết 63 -đ KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 66 iệ TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 n NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .68 tử DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mái che cố định [1] 12 Hình 1.2 Hình ảnh mái che xếp 13 Hình 1.3: Cấu tạo mái che xếp [2] .14 Hình 1.4: Thiết kế mái bạt xếp nhà hàng 16 Hình 1.5: Các mẫu vải bạt mái xếp 17 Hình 2.1: Những thành viên khởi xướng Arduino [4] 20 Hình 2.2: Giao diện phần mềm Arduino IDE 25 Hình 2.3: Lấy ví dụ có sẵn Arduino IDE 26 Đ Hình 2.4: Lựa chọn loại board sử dụng 26 Hình 2.5: Chọn cổng COM 27 án Hình 2.6: Giao diện bắt đầu mở Proteus 8.6 30 Hình 2.7: Adapter 12VDC, 5A [6] .31 Hình 2.8: Module LM2596 32 ện Hình 2.9: Bình ắc quy 12V [7] 32 Hình 2.10: Cấu tạo bình ắc quy 33 -đ Hình 2.11: Nguyên lý phóng điện ắc quy [7] .34 iệ Hình 2.12: Nguyên lý nạp điện ắc quy [7] 34 n Hình 2.13: Sơ đồ chân Arduino nano [8] 35 tử Hình 2.14: Cảm biến mưa [9] 37 Hình 2.15: Mô-đun điều khiển cảm biến mưa 37 Hình 2.16: Cảm biến BH1750 [10] 38 Hình 2.17: Sơ đồ khối BH1750 39 Hình 2.18: Cảm biến quang E18-D18NK [11] 40 Hình 2.19: Sơ đồ chân E18-D80NK [11] 41 Hình 2.20: Mô tả nguyên lý động của cảm biến hồng ngoại 42 Hình 2.21: Động DC có giảm tốc [12] 43 Hình 2.22: Kích thước dọc, ngang máy điện chiều .44 Hình 2.23: Cấu tạo hệ bánh giảm tốc [13] 45 Hình 2.24: Bóng đèn Led 46 Hình 2.25: Cấu tạo bóng LED .46 Hình 2.26: Module chuyển nguồn dự phịng 48 Hình 2.27: Cách đấu nối dây mạch chuyển nguồn .48 Hình 2.28: Mạch sạc ắc quy XH-M604 .49 Hình 2.29: Module Relay 5V .50 Hình 2.30: Cơng tắc hành trình 51 Hình 2.31: Nút bấm 51 Hình 2.32: Công tắc gạt chân 52 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 53 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 54 Đ Hình 3.3: Sơ đồ mạch sạc ắc quy chuyển nguồn tự động 55 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý cảm biến mưa 55 án Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý cảm biến ánh sáng 56 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển động 56 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bóng đèn .57 ện Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ thống mái che xếp 58 Hình 3.9: Mơ hình mái che xếp di động .58 -đ Hình 3.10: Hình chiếu cạnh mơ hình mái che xếp di động thơng minh .59 iệ Hình 3.11: Hình chiếu đứng mơ hình mái che xếp di động thơng minh .59 n Hình 3.12: Hình chiếu đứng mơ hình hệ thống mái che xếp di động thơng minh 60 tử Hình 3.13: Mơ hình tổng quan hệ thống mái che xếp di động thơng minh 60 Hình 3.14: Lưu đồ thuật toán chế độ điểu khiển tay 61 Hình 3.15: Lưu đồ thuật tốn chế độ điều khiển tự động 62 Hình 3.16: Lưu đồ thuật tốn tồn hệ thống .63 Hình 3.17: Hình ảnh nút chức mạch điều khiển 63 Hình 3.18: Hình ảnh mạch điều khiển sau hoàn thành 64 Hình 3.19: Hình ảnh mạch chuyển nguồn, mạch sạc ắc quy nút bấm 64 Hình 3.20: Hình ảnh mơ hình mái che xếp di động 65 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Lựa chọn tốc độ truyền liệu, kiểu chân vào .28 Bảng 2.2 Một số câu lệnh, cấu trúc thường gặp 28 Đ án n iệ -đ ện tử LỜI NÓI ĐẦU  Lý chọn đề tài Ngày với phát triển khoa học kĩ thuật, nhu cầu đòi hỏi người ngày cao nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Trong có nhu cầu sống tiện nghi, thông minh Điều thúc nhà khoa học thiết kế chế tạo sản phẩm đáp ứng tiện nghi, thơng minh Một số cần kể tới mái che xếp thơng minh Mái che xếp thông minh thiết bị phổ biến thị trường người dùng ưa chuộng Tuy nhiên, hầu hết tất mái che xếp thị trường điều khiển cách thô sơ Đ Trong đời sống nay, tự động hóa thiết bị để chúng hoạt động hiệu xu tất yếu Đề tài “Thiết kế hệ thống mái che xếp di động thông minh” án nhằm thiết kế hệ thống mái che hoạt động hiệu mà không cần nhiều đến điều khiển trực tiếp từ người sử dụng, giúp tiết kiệm thời gian, công sức làm tăng tuổi thọ mái che so với mái che truyền thống khác ện Trong khuôn khổ đồ án này, em đưa phương án kĩ thuật để thiết kế hệ thống mái che hoạt động tự động Tuy nhiên, với kiến thức hạn hẹp thân, -đ phương án em đưa chưa giải pháp tối ưu khó iệ tránh thiếu sót, em mong nhận góp ý từ q thầy n bạn nhằm hoàn thiện sản phẩm tử  Mục đích phạm vi nghiên cứu đề tài Hệ thống mái che xếp di động thông minh theo thời tiết lúc đầu đơn giản là: ban ngày, trời mát, khơng có nắng khơng có mưa mái che tự động vào; trời nắng, mưa mái che tự động che Như thế, người sử dụng không cần phải quay cách thô sơ trước mà sử dụng mái mục đích   Một yêu cầu đặt người muốn can thiệp vào điều khiển đó, mà khơng cần đến yếu tố tự động mạch xử lý đáp ứng Nghĩa là, có hai chế độ, điều khiển cách tự động, hai có can thiệp người Điều khiển tự động theo thay đổi thời tiết, cịn có bàn tay 3.1.2 Nguyên lý hoạt động ❖ Chế độ tự động: Khi cảm biến phát trời mưa trời nắng xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ cảm biến đưa tín hiệu điều khiển cho động mở mái bạt xếp Khi trời không mưa không nắng xử lý trung tâm đưa tín hiệu điều khiển cho động thu mái bạt xếp Khi cảm biến phát trời tối phát có người hệ thống tự động bật đèn Khi khơng có người trời khơng tối hệ thống tự động tắt đèn ❖ Chế độ điều khiển tay: Công tắc gạt: công tắc gạt có chức chuyển từ chế độ điều khiển tự động sang Đ điều khiển chế độ tay Nút bấm 1: nút bấm có chức mở mái bạt xếp án Nút bấm 2: nút bấm có chức thu mái bạt xếp Nút bấm 3: nút bấm có chức dừng mái bạt mái bạt xếp thực thu mở mái bạt 3.2 Thiết kế phần cứng ❖ Sơ đồ nguyên lý khối nguồn n iệ -đ ện Nút bấm 4: nút bấm có chức bật tắt bóng đèn tử Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Nguồn 12V-2A hạ xuống nguồn 5V-2A qua Module hạ áp LM2596 cấp nguồn ni cho tồn hệ thống ❖ Sơ đồ nguyên lý mạch sạc chuyển nguồn tự động Nguồn DC 12V cấp vào chân IN + IN - mạch sạc ắc quy XH-M604 chân BAT+ BAT - nối với cực dương (+), cực âm (-) ắc quy để sạc cho ắc quy 54 Mạch sạc có nút bấm để đặt giá trị bắt đầu sạc cho ắc quy giá trị đạt ngưỡng đầy ắc quy để mạch tự động ngắt sạc Đ Hình 3.3: Sơ đồ mạch sạc ắc quy chuyển nguồn tự động Nguồn DC 12V (nguồn chính) cấp vào chân DC + DC - mạch chuyển nguồn án tự động, chân BAT + BAT - mạch nối với cực dương (+), cực âm (-) ắc quy (nguồn dự phòng) Đầu OUT + OUT - nối vào LM2596 để cấp nguồn cho toàn hệ thống Ở chế độ hoạt động bình thường mạch sử dụng nguồn (DC ện 12V), xảy cố điện mạch tự động chuyển sang sử dụng nguồn dự ❖ Sơ đồ nguyên lý cảm biến mưa n iệ -đ phịng (ắc quy 12V) tử Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý cảm biến mưa 55 Module cảm biến mưa gồm phần chắn để nhận biết mưa kết nối với module chuyển đổi tín hiệu qua chân dương (+) chân GND (-) Các chân A0, D0 module chuyển đổi tín hiệu kết nối với A0, D2 vi điều khiển Arduino Nano sử dụng nguồn ngồi 5V để ni thiết bị ❖ Sơ đồ nguyên lý cảm biến ánh sáng (BH1750) Đ án Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý cảm biến ánh sáng Chân SCL, SDA module cảm biến ánh sáng BH1750 kết nối ện với chân A5, A4 vi điều khiển sử dụng nguồn ngồi 5V để ni thiết bị Bên -đ cạnh cịn mắc thêm trở 4k7 để chống nhiễu tín hiệu cảm biến ❖ Sơ đồ nguyên lý khối điểu khiển động n iệ tử Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển động 56 Động cấp nguồn 12V thông qua module điều khiển động L298N Chân IN3, IN4 module điều khiển L298N kết nối với chân D9, D10 vi điều khiển Arduino Nano Ngoài cịn có nút bấm chức kết nối với chân D3, D4, D5 vi điều khiển, nút bấm có chức mở mái bạt, thu mái xếp dừng khẩn cấp Tiếp đó, cịn có cơng tắc hành trình: hành trình tiến hành trình lùi kết nối với chân D11, D12 vi điều khiển Trở 1k nối tiếp với nút bấm để chống nhiễu chống dội phím ❖ Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bóng đèn Đ án n iệ -đ ện tử Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bóng đèn Arduino nano điều khiển đèn giao tiếp với Arduino qua chuẩn truyền thơng RS232 (RX, TX, GND) để gửi tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại Cảm biến hồng ngoại sử dụng nguồn 5V, chân tín hiệu cảm biến hồng ngoại kết nối với chân D7 vi điều khiển Diode mắc nối tiếp với nguồn 5V có tác dụng chống điện áp ngược 57 ❖ Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ thống mái che xếp di động thông minh Đ án Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ thống mái che xếp 3.3 Thiết kế phần khí n iệ -đ ện Hệ thống mái che xếp di động thông minh bao gồm phần sau: khung mái che, sáo (thanh đỡ mái che), bi treo, puly, động cơ, mái che tử Hình 3.9: Mơ hình mái che xếp di động 58 ❖ Hình chiếu cạnh mơ hình hệ thống mái che xếp di động thơng minh Đ Hình 3.10: Hình chiếu cạnh mơ hình mái che xếp di động thơng minh án ện Mơ hình mái che xếp gồm ray với chiều dài 105cm, chiều cao 55cm, gồm sáo kích thước 40cm chia làm khoảng mái xếp khoảng cách 14,5cm có tổng chiều dài tồn mái 87cm ❖ Hình chiếu đứng mơ hình hệ thống mái che xếp di động thơng minh n iệ -đ tử Hình 3.11: Hình chiếu đứng mơ hình mái che xếp di động thơng minh 59 Mơ hình mái che xếp di động thơng minh có chiều cao 55cm chiều rộng 40cm Động đặt hộp sắt có kích thước 5x5cm, hộp sắt đặt cách mặt đất 14cm ❖ Hình chiếu mơ hình hệ thống mái che xếp di động thông minh Đ án Hình 3.12: Hình chiếu đứng mơ hình hệ thống mái che xếp di động thơng minh ện Mơ hình mái che xếp di động thơng minh có kích thước chiều dài 105cm, chiều rộng 40cm, chiều cao 55cm Mô hình cịn sử dụng hệ thống puly nối dây để thu kéo hệ thống mái che n iệ -đ ❖ Mơ hình tổng quan hệ thống mái che xếp di động thơng minh tử Hình 3.13: Mơ hình tổng quan hệ thống mái che xếp di động thông minh 60 3.4 Lưu đồ thuật toán  Lưu đồ thuật toán chế độ điều khiển tay Đ án n iệ -đ ện tử Hình 3.14: Lưu đồ thuật toán chế độ điểu khiển tay 61  Lưu đồ thuật toán chế độ điều khiển tự động Đ án n iệ -đ ện tử Hình 3.15: Lưu đồ thuật tốn chế độ điều khiển tự động 62  Lưu đồ thuật tốn tồn hệ thống Đ án ện Hình 3.16: Lưu đồ thuật tốn tồn hệ thống n iệ -đ 3.5 Một số hình ảnh kết tử Hình 3.17: Hình ảnh nút chức mạch điều khiển 63 Đ Hình 3.18: Hình ảnh mạch điều khiển sau hồn thành án n iệ -đ ện tử Hình 3.19: Hình ảnh mạch chuyển nguồn, mạch sạc ắc quy nút bấm 64 Hình 3.20: Hình ảnh mơ hình mái che xếp di động Đ Kết luận Ở Chương III em đưa giải pháp tối ưu cho hệ thống, sơ đồ khối, án sơ đồ mạch nguyên lý, sơ đồ mạch in Ngoài thiết kế phần khí hồn thành mơ hình “mái che xếp di động thông minh” n iệ -đ ện tử 65 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận  Trong trình thực đồ án em thu kết sau:  Đã đưa giải pháp xây dựng hệ thống điều khiển mái che xếp di động thông minh  Hiểu biết thêm linh kiện điện, điện tử  Có khả tư thuật tốn làm việc độc lập Biết phân bổ thời gian làm việc cách hợp lý  Phân tích u cầu tốn đặt ra, thiết kế hệ thống mái che xếp di động thông minh Đ  Hiểu thêm rõ thiết kế khí, cấu vận hành hệ thống mái che xếp thực tế Arduino IDE án  Biết thiết kế mạch điện tử phần mềm proteus, Fritzing phần mềm  Đã đưa phương án giải vấn đề đảm bảo hệ thống hoạt động -đ Hướng phát triển đề tài ện bình thường cố điện  Trong tương lai em muốn phát triển hệ thống thêm: iệ  Tích hợp thêm chức điều khiển hệ thống qua wifi n  Thay nguồn dự phòng ắc quy nguồn pin mặt trời sử dụng cố tử điện  Sử dụng loại cảm biến có độ xác cao để hệ thống có độ ổn định cao 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://khoanrutloibetongtphcm.net/su-khac-nhau-giua-mai-che-di-dong-va-maiche-tryen-thong/ [2] http://www.sinhviet.com.vn/220/mai-che-di-dong/mai-che-xep-di-dong [3] https://batchenangmua.net.vn/tin-tuc-nen-su-dung-mai-che-co-dinh-hay-mai-xepdi-dong-thong-minh-90.html [4] https://sites.google.com/site/vinhngohuy/arduino-co-ban/gioi-thieu-ve-arduino [5] Kỹ sư Phạm Quang Huy, “Vi Điều Khiển Và Ứng Dụng - Arduino Dành Cho Người Tự Học”, Nhà xuất Thanh Niên, 2019 [6] https://hshop.vn/products/nguon-power-adaptor-ac-dc-12v-5a Đ [7] https://www.dienkythuat.com/cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong-cua-ac-quy-axitlead-ait-battery [8] https://dientutuonglai.com/gioi-thieu-arduino-nano.html án [9] https://nshopvn.com/product/cam-bien-mua-loai-tot/ [10] https://hshop.vn/products/cam-bien-cuong-do-onh-song-lux-bh1750 ện [11] “ Bài giảng môn học thực hành hệ thống điện điện tử”, Khoa Cơng nghệ Tự Động Hóa , 2019 -đ [12] https://hoplongtech.com/tin-tuc/dong-co-dien-1-chieu-la-gi-nguyen-ly-hoat-dongva-ung-dung n iệ [13] https://thegioidienco.vn/motor-giam-toc-la-gi.html tử 67 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Đ án ện Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 n iệ -đ Giảng viên hướng dẫn tử 68