Phương pháp nghiên cứu đề tài
- Tham khảo các đề tài liên quan tới đề tài của mình.
Tự thiết kế và lập trình hệ thống tự động giúp đưa quần áo ra ngoài khi thời tiết thuận lợi, như không mưa hoặc trời sáng, đồng thời thu quần áo vào khi trời tối hoặc có mưa.
- Thực nghiệm trực tiếp: chạy thử, khắc phục nếu có lỗi, sao cho phù hợp với điều kiện thực tế.
Ưu điểm của đề tài
Máy phơi quần áo thông minh là giải pháp tiện lợi cho những người bận rộn, giúp khắc phục những bất tiện trong việc phơi đồ Thiết bị này đặc biệt hữu ích cho những ai thường xuyên không có thời gian ở nhà.
- Thiết bị thiết kế ở hai chế độ hoạt động tạo sự tiện lợi và thoải mái cho người sử dụng.
- Linh hoạt và dễ dàng di chuyển, vật liệu bền chịu được mọi thời tiết.
VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN
Arduino
Arduino là một bo mạch vi xử lý với phần cứng mở, được xây dựng trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8 bit hoặc ARM Atmel 32-bit Các model hiện tại của Arduino được trang bị một cổng giao tiếp USB.
Với 6 chân đầu vào analog và 14 chân I/O kỹ thuật số, thiết bị này tương thích với nhiều bo mở rộng khác nhau, cho phép người dùng lập trình Arduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.
Arduino là nền tảng phần cứng chuẩn hóa, cho phép người dùng dễ dàng lựa chọn và lắp ráp các linh kiện cần thiết để vận hành Nền tảng này cung cấp nhiều module như điều khiển động cơ, mạch điều khiển và mạch thu phát sóng không dây, giúp đơn giản hóa quá trình phát triển dự án.
Arduino không phải lập trình từ A đến Z Mỗi thứ phần cứng gắn mác
“Arduino” đều có những đoạn lệnh đã được viết sẵn (thư viện) do cộng đồng người dùng Arduino cùng phát triển.
2.1.2 Một số ứng dụng của arduino
Arduino còn rất nhiều ứng dụng hữu ích khác tùy vào sự sáng tạo của người dùng Có một vài ứng dụng hữu ích phổ biến như sau:
Hình 2.2: Arduino trong thu thập và điều khiển nhiệt độ, độ ẩm [1]
Hình 2.3: Xe điều khiển từ xa [1]
2.1.3 Tổng quan về arduino nano [2]
Hình 2.4: Mạch arduino nano thực tế [2]
+ Arduino Nano là một trong những phiên bản nhỏ gọn của board Arduino.
+ Arduino Nano có đầy đủ các chức năng và chương trình có trên Arduino.
Arduino Nano sử dụng vi điều khiển ATmega328P giống như Arduino Uno, nhưng nhờ vào việc sử dụng IC dán, nó có thêm 2 chân Analog so với Arduino Uno.
Các port trên board này đáp ứng đầy đủ nhu cầu cho người mới bắt đầu trong lĩnh vực lập trình cho các thiết bị ngoại vi Chức năng của nó không thua kém gì so với các board khác, đồng thời tích hợp sẵn board nạp và có mức giá hợp lý hơn so với các board cao cấp.
Một vài thông số Arduino nano:
Bảng 2.1: Một vài thông số arduino nano [3]
Vi điều khiển ATmega328P Điện áp hệ thống 5V Điện áp đầu vào (khuyến nghị) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V
Dòng điện một chiều mỗi chân 40 mA
Flash memory 32 KB trong đó 2 KB được sử dụng bởi bộ nạp khởi động
Tốc độ đồng hồ 16 MHz
Sơ đồ chân của arduino nano
Hình 2.5: Sơ đồ chân arduino nano [2]
Chức năng của các chân Bảng 2.2: Chức năng của các chân arduino nano [2]
Số thứ tự chân Tên Kiểu Chức năng
1-2, 5-16 D0-D13 I/O Cổng đầu vào/đầu ra kỹ thuật số 0 đến 13
3, 28 RESET Đầu vào Chân reset (hoạt đông mức thấp)
4, 29 GND Nguồn Chân nối mát
17 3V3 Đầu ra Đầu ra 3.3V (từ FTDI)
18 AREF Đầu vào Tham chiếu ADC
19-26 A7-A0 Đầu vào Đầu vào tương tự kênh 0-7
+ Đầu ra 5V (từ bộ điều chỉnh On- board) hoặc +5V(đầu vào từ nguồn điện bên ngoài)
30 VIN Nguồn Chân nối với nguồn vào từ 5V-12V
Cảm biến ánh sáng dùng quang trở
Quang trở là một loại cảm biến ánh sáng đơn giản, hoạt động dựa trên nguyên tắc quang điện Nó có thể được hiểu là một điện trở có khả năng thay đổi giá trị theo cường độ ánh sáng.
- Quang trở là một loại "vật liệu" điện tử rất hay gặp và được sử dụng trong những mạch cảm biến ánh sáng.
Khi chất bán dẫn như Cadmium sulfide (CdS) bị chiếu sáng, điện trở của nó giảm do sự phát sinh các điện tử tự do, dẫn đến tăng cường khả năng dẫn điện Đặc tính điện và độ nhạy của quang điện trở phụ thuộc vào loại vật liệu sử dụng Khi có ánh sáng kích thích, điện trở của quang trở giảm gần bằng 0 , tương đương với mạch kín, nhưng khi ánh sáng ngừng chiếu, điện trở tăng lên vô cùng, tạo thành mạch hở.
Cảm biến mưa
Cảm biến mưa được thiết kế để phát hiện mưa và môi trường có nước Mạch cảm biến này được lắp đặt ngoài trời để kiểm tra tình trạng thời tiết, từ đó truyền tín hiệu về vi điều khiển Vi điều khiển sẽ tổng hợp thông tin từ cảm biến và nút nhấn để điều khiển động cơ giảm tốc một cách hiệu quả.
Mạch cảm biến mưa gồm 2 bộ phận:
- Bộ phận cảm biến mưa được gắn ngoài trời.
- Bộ phận điều chỉnh độ nhạy cần được che chắn.
Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của cảm biến ngoài trời với giá trị định trước, có thể điều chỉnh thông qua biến trở màu xanh Khi có sự thay đổi, mạch sẽ phát ra tín hiệu đóng hoặc ngắt qua chân D0.
Khi thời tiết khô ráo, chân D0 của module cảm biến duy trì ở mức cao từ 5V đến 12V Ngược lại, khi có nước xuất hiện trên bề mặt cảm biến do trời mưa, đèn LED màu đỏ sẽ bật sáng và chân D0 sẽ giảm xuống mức thấp 0V.
- Mạch hoạt động với nguồn 5V.
Hình 2.7: Cảm biến mưa thực tế
XÂY DỰNG MÔ HÌNH
Sơ đồ khối
Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển
Chức năng mỗi khối
- Khối nguồn nuôi: là khối tạo ra điện áp 5V cung cấp dòng nuôi vi điều khiển Atmega328P và toàn bộ linh kiện trong mạch
- Khối xử lý trung tâm: sử dụng vi điều khiển Atmega328P được lập trình để điều khiển toàn bộ hoạt động của mạch.
Hình 3.2: Sơ đồ khối nguồn Điện áp đầu vào 5V: cấp cho vi điều khiển.
+ Điện áp đầu vào 12V: cấp cho module điều khiển động cơ L298.
+ Điện áp đầu vào 12V được đưa vào module hạ áp 3A LM2596 để tạo ra điện áp 5V Điện áp 5V cấp đi cho vi điều khiển.
3.2.2 Khối cảm biến a Quang trở
Quang trở là loại cảm biến ánh sáng, nguyên tắc hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong.
Khi ánh sáng chiếu vào quang trở, nội trở của nó sẽ giảm Ngược lại, khi ánh sáng ngừng kích thích, nội trở sẽ tăng trở lại.
Hình 3.3: Cảm biến quang trở [14]
Các thông số kỹ thuật:
- Điện trở kháng ánh sáng: (10 ÷ 20)K.
- Điện trở kháng tối: 2M.- Nhiệt độ môi trường: (-30 ÷ +70)°C.
- Thời gian đáp ứng tăng: 30ms.
- Thời gian đáp ứng giảm: 30ms. b Cảm biến mưa
Hình 3.4: Module cảm biến mưa [15]
Các thông số của cảm biến:
- Kích thước tấm cảm biến mưa: (54 x 40) mm.
- Kích thước board PCB: 30 x 16mm.
- Đầu ra: đầu ra kỹ thuật số (0 và 1) và đầu ra tương tự điện áp A0.
- Có đèn báo hiệu nguồn và đầu ra.
- Đầu ra TTL, tín hiệu đầu ra TTL có giá trị thấp Có thể điều khiển trực tiếp rơ le, còi, quạt
- Độ nhạy có thể được điều chỉnh thông qua chiết áp.
- LED sáng lên khi không có mưa đầu ra cao, có mưa, đầu ra thấp LED tắt.
- D0: Đầu ra tín hiệu TTL chuyển đổi.
- A0: Đầu ra tín hiệu Analog
Bộ vi điều khiển (Micro-Controller) là một mạch tích hợp có khả năng lập trình trên một chip, được sử dụng để điều khiển hoạt động của các hệ thống Cấu trúc của ATmega328P là một ví dụ điển hình trong lĩnh vực này.
Bảng 3.1: Cấu hình của Atmega328P [4]
Tính năng, đặc điểm ATmega328P
Kênh ADC 8 Độ trễ lan truyền AC 400ns
Bộ đếm thời gian/bộ đếm 8 bit 2
Bộ đếm thời gian/bộ đếm 16 bit 3
Phát hiện lỗi đồng hồ (CFD) Có sẵn
Bộ điều chế so sánh đầu ra (OCM1C2) Có sẵn b Sơ đồ chân chức năng [4]
Hình 3.6: Sơ đồ chân chức năng của ATmega328P [4]
Chức năng các chân như sau:
- VCC: điện áp cung cấp kỹ thuật số.
- Port B (PB [7: 0]) XTAL1 / XTAL2 / TOSC1 / TOSC2:
Cổng B là cổng I/O 8 bit hai chiều với điện trở kéo lên bên trong cho mỗi pin Bộ đệm đầu ra của cổng B có khả năng hoạt động đối xứng, cho phép cả chế độ chìm và nguồn cao Khi hoạt động như đầu vào, các chân của cổng B sẽ được kéo thấp bên ngoài và cung cấp nguồn khi các điện trở kéo lên được kích hoạt Ngoài ra, các chân của cổng B vẫn được xác định trong điều kiện đặt lại ngay cả khi đồng hồ không hoạt động.
Tùy thuộc vào cài đặt cầu chì lựa chọn đồng hồ, PB7 có thể được sử dụng làm đầu ra từ bộ khuếch đại dao động đảo ngược.
Nếu bộ tạo dao động RC nội bộ được sử dụng làm nguồn xung nhịp cho chip, thì PB [7: 6] sẽ được sử dụng làm đầu vào TOSC [2: 1] cho bộ đếm timer/counter2, với điều kiện bit AS2 trong ASSR được thiết lập.
Port C (PC [5: 0]) là cổng I/O hai chiều 7 bit với các điện trở kéo lên bên trong cho mỗi pin Bộ đệm đầu ra của PC [5: 0] có khả năng hoạt động đối xứng với khả năng chìm và nguồn cao Khi hoạt động như đầu vào, các chân của port C sẽ được kéo thấp ra bên ngoài và cung cấp nguồn nếu các điện trở kéo lên được kích hoạt Các chân của port C vẫn được xác định trong điều kiện đặt lại ngay cả khi đồng hồ không hoạt động.
Nếu RSTDISBL Fuse được lập trình, PC6 được sử dụng làm chân I/O.
Lưu ý rằng các đặc tính điện của PC6 khác với các chân khác của Port C.
Nếu RSTDISBL Fuse chưa được lập trình, chân PC6 sẽ hoạt động như đầu vào để thực hiện chức năng đặt lại Mức điện thấp kéo dài trên chân này sẽ tạo ra tín hiệu cài đặt lại, ngay cả khi đồng hồ không hoạt động Tuy nhiên, các xung ngắn hơn không đảm bảo sẽ kích hoạt chức năng đặt lại.
Các tính năng đặc biệt khác nhau của port C được xây dựng trong phần chức năng thay thế của Port C.
Cổng D (PD[7:0]) là cổng I/O 8 bit hai chiều với các điện trở kéo lên bên trong cho mỗi pin Bộ đệm đầu ra của cổng D có khả năng hoạt động đối xứng, cho phép cả chức năng chìm và nguồn cao Khi hoạt động như đầu vào, các chân của cổng D sẽ được kéo xuống mức thấp từ bên ngoài, cung cấp nguồn nếu các điện trở kéo lên được kích hoạt Các chân của cổng D luôn ở trạng thái xác định trong điều kiện đặt lại, ngay cả khi đồng hồ không hoạt động.
Port E (PE [3: 0]) là cổng I/O 4 bit hai chiều với điện trở tính toán đối xứng, hỗ trợ cả chế độ chìm và nguồn cao Khi hoạt động như đầu vào, các chân của port E sẽ được kéo thấp từ bên ngoài, cung cấp nguồn khi các điện trở kéo lên được kích hoạt Đặc biệt, các chân của port E vẫn được xác định trong điều kiện đặt lại ngay cả khi đồng hồ không hoạt động.
AVcc là chân điện áp cung cấp cho bộ chuyển đổi A/D, PC [3: 0] và PE [3: 2], cần được kết nối bên ngoài với Vcc, ngay cả khi ADC không được sử dụng Khi sử dụng ADC, AVcc sẽ được kết nối với Vcc thông qua bộ lọc thông thấp Cần lưu ý rằng PC [6: 4] sử dụng điện áp cung cấp kỹ thuật số, Vcc.
- AREF: là chân tham chiếu tương tự cho bộ chuyển đổi A/D.
Trong gói TQFP và VFQFN, ADC [7:6] hoạt động như đầu vào tương tự cho bộ chuyển đổi A/D, được cấp nguồn bởi nguồn cung cấp tương tự và đảm nhiệm vai trò là các kênh ADC 10 bit.
Hình 3.7: Module điều khiển động cơ L298 Mạch điều khiển động cơ DC L298 có khả năng điều khiển 2 động cơ
DC, dòng tối đa 2A mỗi động cơ, mạch tích hợp diot bảo vệ và IC nguồn
7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho các module khác (chỉ sử dụng 5V này nếu nguồn cấp