báo cáo thực tập hệ thống nhúng điều khiển tốc độ động cơ bằng công nghệ rfid

Vi điều khiển: Mô-đun sử dụng một vi điều khiển để điều khiển các hoạt động của chip đọc RFID và giao tiếp với các thiết bị bên ngoài như máy tính hoặc vi điều khiển khác.. print "Waitin

GVHD: Th.S Nguyễn Thanh Nghĩa

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Đức Minh Sang MSSV:20161253 Nhóm: 02CLC Lớp: 20161CLDT2B Đinh Ngọc Hải MSSV: 20161185 Nhóm: 02CLC Lớp: 20161CLDT2B

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

Trường Đại Học Sư phạm kỹ Thuật TP.HCM

Số 1 Võ Văn Ngân, Phường Linh Chiểu, TP.Thủ Đức, Tp.HCM

ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

BẰNG CÔNG NGHỆ RFID

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Phương pháp nghiên cứu 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 3

2.1.1 Giới thiệu về Raspberry Pi 4 3

2.1.2 Hệ điều hành và phần mềm 5

2.1.3 Mạch công suất cầu H (L298N) 17

2.1.4 Động cơ DC 19

2.1.5 RFID MFRC-522 NFC 13.56MHz 20

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG 23

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI 23

3.2 KẾT NỐI PHẦN CỨNG 24

3.3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 25

3.3.1 CODE 25

3.3.2 Giải thích hệ thống hoạt động: 27

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 31

cơ có thể mang lại nhiều lợi ích Với công nghệ này, ta có thể tạo ra một hệthống tự động điều khiển tốc độ cơ từ xa Khi tín hiệu được truyền qua sóng vôtuyến từ thẻ RFID, bộ điều khiển có thể nhận được thông tin về tốc độ của máykhí và điều chỉnh tốc độ cơ khí theo ý muốn Điều này sẽ giúp tăng tính chínhxác và hiệu quả của quá trình điều khiển tốc độ, từ đó giảm thiểu rủi ro tai nạn

và tăng khả năng kiểm tra giám sát trong quá trình hoạt động Do đó nhóm đã

thực hiện đề tài “Điều khiển tốc dộ động cơ bằng thẻ RFID”

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

❖ Đề tài có những mục tiêu chính như sau:

Sử dụng thẻ tag và đầu đọc RC522

Viết chương trình điều khiển cho Raspberry Pi 4

Lắp ráp mô hình

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tìm hiểu tổng quan về lý thuyết của đề tài

Đọc hiểu các tài liệu liên quan đến đề tài

Thiết kế phần cứng vàt thiết kế phần mềm

Thực nghiệm và kiểm chứng sản phẩm

CHƯƠNG 1

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

sử dụng được trong những công việc tùy biến khác nhau

Hình 2.1: Raspberry Pi 4 Model B

b Cấu trúc phần cứng Raspberry Pi 4.

CHƯƠNG 2

CHNG 2

Hình 2.2: Cấu tạo của Raspberry Pi

Raspberry Pi 4 Model B ra mắt tháng 6/2019 với nhiều nâng cấp rất đáng

kể giúp tăng hiệu năng của máy tính mini này lên tới 3x lần

Thông số kỹ thuật của Raspberry Pi 4 Model B:

Broadcom BCM2711, Quad core Cortex-A72 (ARM v8) 64-bit SoC @1.5GHz

RAM: 2GB, 4GB hoặc 8GB LPDDR4-2400 SDRAM

Wifi chuẩn 2.4 GHz và 5.0 GHz IEEE 802.11ac Bluetooth 5.0, BLE Cổng mạng Gigabit Ethernet

Hai cổng USB 3.0 và 2 cổng USB 2.0

Chuẩn 40 chân GPIO

Hỗ trợ 2 cổng ra màn hình chuẩn Micro HDMI với độ phân giải lên tới 4K Cổng MIPI DSI

Cổng MIPI CSI

Cổng AV 4 chân H.265 (4kp60 decode), H264 (1080p60 decode, 1080p30encode)

Khe cắm Micro-SD cho hệ điều hành và lưu trữ

Nguồn điện DC 5V – 3A DC chuẩn USB-C 5V DC via GPIO header(minimum 3A*)

Hình 2.3: Sơ đồ chân GPIO của Raspberry Pi

CHƯƠNG 2

2.1.2 Hệ điều hành và phần mềm

Raspberry Pi tương thích với các phiên bản hệ điều hành khác nhau như:Raspbian, RaspbianVN Customize, OpenELEC, Ubuntu,…

Phần mềm Raspbian

Raspbian là phiên bản hệ điều hành phổ biến nhất trên Raspberry Pi Raspbian là một

hệ điều hành dễ sử dụng Nó là nền tảng rất tốt cho những người mới bắt đầu làmquen với Raspberry Pi Raspbian bao gồm các ứng dụng đa phương tiện và đồ họa(xem ảnh, xem phim, soạn thảo notepad)

Hình 2.4: Giao diện của Raspberry

CHƯƠNG 2

- Phần mềm IP Scanner

https://www.advanced-ip-scanner.com/

Sau khi hoàn tất tải về các phần mềm ta tiến hành cài đặt hệ điều hành Raspbian

1 Cài hệ điều hành Raspbian cho Raspberry Pi:

Mở phần mềm Raspberry Pi Imager đã tải trước đó và làm theo thứ tự

CHƯƠNG 2

2

Hệ điều hành đang được cài vào thẻ nhớ ( trong quá trình tải hệ điều hành Raspberry phải được kết nối với mạng )

2 Tạo 1 file SSH trong folder chứa HĐH

Nhấp “Accept”

Hoàn thành nó sẽ xuất hiện màn hình bên dưới

pi

Password nhập:

Nhập: “sudo raspi-config””

Nhấn Enter nó sẽ xuất hiện màn hình bên dưới và chọn “Interface Options”

Nhấn Enter và chọn “VNC”

Nhấn Enter chọn “Yes”

CHƯƠNG 2

Nhấn Enter

Nhấn Enter

CHƯƠNG 2

Nhấn Enter Nhấn Enter để kết thúc

6 Mở phần mềm Advanced ID Scanner

CHƯƠNG 2

7 Mở phần mềm VNC

Nhập ID

CHƯƠNG 2

Nhấn Continue

Nhấn Enter

Nhập:

“raspberry

pi.local”

Làm như hình rồi nhấn: “OK”

2.1.3 Mạch công suất cầu H (L298N)

a Định nghĩa

Mạch cầu H điều khiển động cơ L298N cho phép kiểm soát tốc độ và hướng củahai động cơ DC ,hoặc kiểm soát một động cơ bước lưỡng cực một cách dễ dàng

b Cấu tạo Mạch cầu H (L298N)

❖ Module điều khiển động cơ L298N

Hình 2.5: Module điều khiển động cơ L298N

Bảng 2.1: Chức năng các chân.

TÊN CHÂN CHỨC NĂNG

IN3 & IN4 Các chân đầu vào điều khiển hướng quay của Động cơ B

❖ Sơ đồ nguên lý:

Nguyên lý hoạt động:

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý module L298N

Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển các mạch cầu H trong L298 Nếu ởmức logic “1” (nối với nguồn 5V) thì cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ởmức logic “0” thì mạch cầu H không hoạt động

Khi ENA = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào

Khi ENA = 1:

INT1 = 1; INT2 = 0: động cơ quay thuận

INT1 = 0; INT2 = 1: động cơ quay nghịch

INT1 = INT2: động cơ dừng ngay tức thì

Thông số kỹ thuật

Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H

Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V

Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A

Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V

Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA

Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)

Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃

2.1.4 Động cơ DC

CHƯƠNG 2

Hình 2.9: Động cơ DC

Tiêu chuẩn ISO/IEC 14443 A: tiêu chuẩn này sử dụng phương thứctruy cập bằng đường tải với tần số 106 kbps hoặc 212 kbps Điểm nổi bật của tiêuchuẩn này hỗ trợ nhiều thẻ trong cùng một lúc.

Tiêu chuẩn ISO/IEC 14443 B: tiêu chuẩn này sử dụng phương thứctruy cập bằng đường tải với tần số 106 kbps Điểm nổi bật của tiêu chuẩn này hỗtrợ khoảng cách đọc xa hơn so với tiêu chuẩn ISO/IEC 14443A, tuy nhiên, nó chỉ

hỗ trợ một thẻ trong cùng một thời điểm

Các linh kiện điện tử khác: Bao gồm các linh kiện điện tử khácnhư điện trở, tụ điện, cuộn cảm và các linh kiện khác để giúp mô-đun hoạtđộng ổn định và chính xác

Hình 2.10: Reader.

b Thẻ tag

Đây là thẻ thụ động, thẻ không có nguồn năng lượng riêng và phụ thuộc vàonăng lượng từ sóng radio phát từ đầu đọc để hoạt động Khi thẻ được đặt gần đầu đọc, sóng radio từ đầu đọc sẽ truyền năng lượng đến anten trên thẻ, làm cho chip trên thẻ hoạt động để truyền dữ liệu về đầu đọc

Hình 2.11: thẻ Tag

Thông Số Kĩ Thuật Module RFID RC522

- Nguồn: 3.3VDC, 13 – 26mA

- Dòng ở chế độ chờ: 10-13mA

- Dòng ở chế độ nghỉ: <80uA

- Tần số sóng mang: 13.56MHz

- Khoảng cách hoạt động: 0 60mm (mifare1 card) ～

- Giao tiếp: SPI

- Tốc độ truyền dữ liệu: tối đa 10Mbit/s

- Nhiệt độ hoạt động: -20 đến 80 ° C

- Hỗ trợ: ISO / IEC 14443A /MIFAR - Kích thước: 60mm×40mm

Hình 3.2 Sơ đồ nối dây.

3.3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

pulse_start = time.time()while GPIO.input(ECHO)==1:

pulse_end = time.time()pulse_duration = pulse_end - pulse_startdistance = pulse_duration * 17150distance = round(distance, 3)print (x, "distance: ", distance)dist_add = dist_add + distancetime.sleep(.1) # 100ms interval between readings

except Exception as e:

passavg_dist=dist_add/(loop)

if (water_level<=low_level_trigger):

GPIO.output(PIN_2, True)

GPIO.output(PIN_1, False)gpio.output(pin_3,false)

if (water_level>low_level_trigger and

water_level<high_level_trigger):

GPIO.output(PIN_1, False)GPIO.output(PIN_2, False)gpio.output(pin_3,false)

def main():

print ("Waiting For Sensor To Settle")

time.sleep(0.3) #settling time

Hệ thống hoạt động dựa trên dữ liệu cảm biến đo được từ bồn nước, hệ thống gửi

dữ liệu đo được về web điều khiển đồng thời sẽ báo hiệu cho người sử dụng biếtqua led và còi báo động(buzzer):

Hệ thống bồn nước được thiết kế có 2 mức báo động:

-Mức nước thấp: để tránh tình trạng bồn nước cạn sạch khi sử dụng thì sẽ thiếtlập một mức nước thấp(low water level) Mức nước thấp sẽ đặt gần đáy bồn 1

nước thấp này thì đèn led sẽ nhâp nháy liên tục báo hiệu nước gần cạn, lúc đó máybơm sẽ tự động bơm nước vào bồn.

-Mức nước cao: đây là mực nước báo hiệu bồn nước sắp đầy tránh tình trạngbơm nước tràn ra ngoài gây lãng phí nguồn nước Mức nước cao sẽ được đặt ở gầnmặt bồn cách mặt bồn khoảng 10% Khi bơm nước gần đầy qua mức nước cao thìlúc này đèn led ở mức nước cao sẽ sáng cùng lúc đó còi báo động sẽ vang lên báohiệu nước đã đầy và máy bơm sẽ được ngắt

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

Kết quả:

Đo khoảng cách bồn:

CHƯƠNG 4

Lần đầu hệ thống sẽ đo khoảng cách của bồn Cùng lúc này trên web điều khiển sẽ thiết lập bồn nước theo các số đo ta có được từ cam biến.

Đồng thời, sẽ thiết lập mức nước thấp và cao

-Khi ở dưới 3cm sẽ là mức nước thấp

-Khi ở trên 7cm sẽ là mức nước cao

Khi mực nước thấp:

Cảm biến khi đo được nước ở dưới mức thấp đã cài đặt thì lúc này hệ thống cảnh báo sẽcho ta biết, led vàng nhấp nháy liên tục.

Khi mực nước nằm trong khoảng cho phép:

Vì mực nước nằm trong khoảng an toàn nên hệ thống báo động sẽ tắt.

Khi mực nước cao:

Khi nước bơm qua giới hạn giới hạn cho phép ở mức cao lúc này hệ thống báo động sẽđược bật lên, led ở mức cao sẽ sáng và còi báo động vang lên.

Đánh giá:

Hạn chế:

Hệ thống còn thô sơ, chưa được tối ưu Tuy nhiên thời gian phản hồi từ cảm biến

đo được còn hơi lâu, cảm biến không đo được ở những chỗ không bằng phẳngtrong bể

Hướng phát triển:

Hệ thống bồn nước thông minh có thể được phát triển theo hướng như sau:

- Sử dụng cảm biến: Hệ thống có thể được trang bị các cảm biến để theo dõi mức nước trong bồn vàcung cấp thông tin về mức nước cho người dùng

-Kết nối Internet of Things (IoT): Bằng cách kết nối với IoT, hệ thống có thể tự động phát hiện vàbáo cáo lỗi kỹ thuật và các vấn đề khác

-Tự động điều chỉnh nước: Hệ thống có thể được lập trình để tự động điều chỉnh mức nước trongbồn thông qua bơm nước

-Quản lý thông minh: Hệ thống có thể được tích hợp với phần mềm quản lý để theo dõi mức nước

và phân tích dữ liệu, từ đó đưa ra các dự đoán và khuyến nghị về việc sử dụng nước

-Tiết kiệm nước: Hệ thống có thể được lập trình để tiết kiệm nước bằng cách điều chỉnh mức nướctheo nhu cầu thực tế và giảm lượng nước bị lãng phí

- Điều khiển từ xa: Người dùng có thể điều khiển hệ thống bồn nước thông minh từ xa thông quacác thiết bị di động hoặc máy tính

-Tích hợp hệ thống năng lượng mặt trời: Hệ thống bồn nước thông minh có thể được tích hợp với hệthống năng lượng mặt trời để cung cấp nguồn năng lượng cho bơm nước và giảm chi phí hoạt độngcủa hệ thống

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

[1] Raspberry Pi, "Raspberry Pi," [Online] Available: 3-b-plus-product-brief.pdf

https://datasheets.raspberrypi.com/rpi3/raspberry-pi-[2] Hshop, "HSHOP ĐIỆN TỬ VÀ ROBOT," 11 2022 [Online] Available: co-dc-giam-toc-v1-dual-shaft-plastic-geared-tt-motor [Accessed 11 2022]

https://hshop.vn/products/dong-[3] AUTODESK, "AUTODESK Instructables," [Online] Available: Interface-RFID-RC522-With-Raspberry-Pi/?

https://www.instructables.com/How-to-fbclid=IwAR1Pus5OwVXNmc7sxaw6gqDORXOz9OI6jkl3jY_cc3jRHYHQua9yYBUcwaA