đồ án thiết kế hệ thống kéo rèm tự động ứng dụng smartphone

QUAN VỀ HỆ THỐNG KÉO RÈM

Giới thiệu rèm tự động

Rèm từ động là một loại rèm cửa thông minh có khả năng hoạt động hoàn toàn tự động nhờ vào động cơ đi kèm bên trong giúp người dùng dễ dàng điều khiển hơn thông qua ứng dụng hoặc giọng nói so với các loại rèm truyền thống trước đây.

1.1.1.Lợi ích của rèm cửa thông minh Được điều khiển từ xa

Với các loại rèm truyền thống thì bạn cần phải dùng tay mỗi khi muốn thu hay kéo dài rèm ra nhưng với các loại rèm tự động hiện nay sẽ giúp bạn dễ dàng điều khiển từ xa thông qua các thiết bị hỗ trợ giúp dễ dàng sử dụng cho nhiều đối tượng khác nhau.

Rèm tự động là gì cũng có thiết kế hiện đại phù hợp với nhiều không gian khác nhau nên bạn có thể xem đây là một món phụ kiện trang trí làm cho ngôi nhà của bạn trở nên đẹp đẽ hơn bao giờ hết. Độ an toàn cao

Các loại rèm cửa trước đây thì thường có các dây kéo nên sẽ gây ra nhiều sự cố đối với trẻ nhỏ trong quá trình sử dụng nhưng với rèm tự động sẽ giúp các bậc phụ huynh an tâm hơn vì có thiết kế gọn gàng, không chiếm nhiều diện tích đồng thời đảm bảo an toàn hơn với trẻ nhỏ.

1.1.2 Các dạng rèm cửa tự động phổ biến hiện nay

Rèm vải tự động là một thiết kế thông minh và linh hoạt được lắp thêm động cơ khiến người dùng có thể điều khiển hoạt động của rèm từ xa thông qua remote hay các ứng dụng được tích hợp trên điện thoại giúp việc sử dụng trở nên thuận tiện hơn.

Rèm gỗ thông minh Đúng với cái tên của nó rèm gỗ thông minh là một sản phẩm được làm bằng gỗ có cấu tạo từ nhiều phần khác nhau: trục cuốn, remote với chức năng chính là giúp người dùng dễ dàng điều khiển hoạt động của rèm từ xa thông qua cách điều khiển remote được tích hợp.

Rèm cuốn tự động cũng là một sản phẩm hiện đại, thông minh có khả năng đóng/ mở từ xa nhờ vào các thiết bị điều khiển có thể là remote hay các ứng dụng tích hợp. Rèm cuốn thông minh có được cấu tạo gồm: moter rèm và thanh treo rèm phù hợp với nhau để quá trình kéo lên, xuống trở nên thuận tiện nhất.

1.1.3 Lưu ý khi sử dụng rèm cửa tự động

 Nên lựa chọn loại rèm tự động phù hợp với không gian sống của bạn.

 Thường xuyên vệ sinh rèm cửa tự động để kéo dài tuổi thọ sản phẩm.

 Chú ý đến trẻ em trong quá trình sử dụng rèm cửa thông minh để tránh được sự cố đáng tiếc.

 Nên mua rèm tự động ở những nơi uy tín để đảm bảo về chất lượng cũng như giá thành hợp lý.

Ưu và nhược điểm của hệ thống rèm tự động

Không phải ngẫu nhiên mà đa số khách hàng hiện nay lại có sự ưu ái đối với rèm tự động Với sự phát triển vượt bậc của công nghệ hiện đại thì việc sử dụng hệ thống rèm kéo tự động sẽ mang lại sự tiện nghi hơn trong cuộc sống của mỗi gia đình Tuy nhiên, một sản phẩm hoàn thành khi được ra mắt cũng sẽ sở hữu một vài nhược điểm bất lợi khiến nhiều người có thể không cảm thấy quá hài lòng.

Tại Modero, chúng tôi luôn cố gắng mang đến cho khách hàng những mẫu rèm cửa Hàn Quốc chất lượng chính hãng và tại công ty chúng tôi, những hệ thống rèm kéo truyền thống bằng tay hoặc bằng hệ thống tự động đều có sự cải tiến vượt bậc để mang đến sự hài lòng tốt nhất cho khách hàng Hãy xem xét những ưu điểm nổi trội và nhược điểm của hệ thống rèm tự động để quyết định sự lựa chọn của gia đình mình về các mẫu rèm Hàn Quốc đẹp 2018 này. Ưu điểm của hệ thống rèm kéo tự động

 Giảm nhiều mối nguy hiểm: Một trong những mối nguy hiểm lớn nhất của việc lắp đặt mành truyền thống là các trẻ em gặp phải những chấn thương khác nhau trong nỗ lực để kéo dây rèm Trong khi đó, rèm tự động không có dây nên các bé sẽ được an toàn khi chơi cạnh những vị trí có thiết kế rèm cửa Thay vào đó, bạn chỉ cần chạm vào nút là có thể điều chỉnh lượng ánh sáng trong nhà, mở hoặc đóng tùy thuộc ý thích. Điều chỉnh ánh sáng một cách nhanh chóng mà không cần đến tận nơi kéo rèm

 Thoải mái tận hưởng ánh sáng ngoài trời : Kiểm soát lượng ánh sáng trong nhà là mục đích chính của việc sử dụng rèm cửa Đôi khi để có được ánh sáng tối ưu, bạn sẽ cần phải sử dụng cửa sổ cao để tiếp cận được nhiều hơn Với cửa sổ thông thường, bạn thường xuyên phải đứng lên, ngồi xuống mỗi khi muốn điều chỉnh ánh sáng Tuy nhiên, với thiết kế hệ thống rèm tự động tại Modero, bạn chỉ cần ngồi tại chỗ, sử dụng điều khiển từ xa để điều chỉnh hướng che cũng như độ che của rèm cửa.

 Đa dạng về kiểu dáng và giá cả: Hệ thống rèm tự động xuất phát từ chính các mẫu rèm, chỉ là sự thay thế về hệ thống kéo do đó các mẫu rèm tự động rất đa dạng

 Điều chỉnh không khí trong nhà : Rèm tự động cho phép bạn sử dụng một số cách để kiểm soát không gian trong nhà Một số hệ thống tự động sử dụng tay cầm điều khiển từ xa hoặc sử dụng công tắc trên tường Bằng các cách này, bạn có thể dễ dàng thao tác hoặc kiểm soát ánh sáng theo ý thích của mình để thích ứng với từng mức cường độ ánh sáng khác nhau trong ngày Rèm tự động được ưa chuộng không chỉ trong ngôi nhà của bạn mà ngay cả các văn phòng làm việc công sở cũng rất thích kiểu rèm kéo tự động này

Nhược điểm của hệ thống rèm tự động

Thông thường, các sản phẩm mang tính công nghệ cao thường dễ gặp phải những sự cố kĩ thuật và đó là điều không thể tránh khỏi, đặc biệt khi sử dụng thường xuyên trong thời gian dài Điều cần chú trọng ở đây đó là khách hàng nên tìm đến các đơn vị cung cấp mẫu rèm tự động chất lượng cao để đảm bảo về chất lượng sản phẩm được bảo hành một cách tốt nhất Hãy điểm qua một vài nhược điểm mà hệ thống rèm kéo tự động có thể mắc phải:

 Motor lỗi: Đôi khi động cơ có thể bị lỗi hoặc hỏng, rèm cửa tự động có thể không thể điều chỉnh trong một thời gian cho tới khi có người tới sửa nó Cũng có thể bạn phải thay động cơ mới hoàn toàn để rèm hoạt động trở lại Đương nhiên, bạn phải tính chi phí sửa động cơ cũng là khoản tiêu không mong muốn.

Chuẩn giao tiếp

UART là “Universal Asynchronous Receiver/Transmitter” và nó là một vi mạch sẵn có trong một vi điều khiển nhưng nó lại không giống như một giao thức truyền thông (I2C & SPI)

Chức năng chính của UART là truyền dữ liệu nối tiếp Trong UART, giao tiếp giữa hai thiết bị có thể được thực hiện theo hai cách là giao tiếp dữ liệu nối tiếp và giao tiếp dữ liệu song song.

Trong giao tiếp dữ liệu nối tiếp, dữ liệu có thể được truyền qua một cáp hoặc một đường dây ở dạng bit-bit và nó chỉ cần hai cáp

Truyền thông dữ liệu nối tiếp không đắt khi chúng ta so sánh với giao tiếp song song Nó đòi hỏi rất ít mạch cũng như dây Vì vậy, giao tiếp này thực sự rất hữu ích trong các mạch ghép so với giao tiếp song song.

Trong giao tiếp dữ liệu song song, dữ liệu có thể được truyền qua nhiều cáp cùng một lúc Truyền dữ liệu song song tốn kém nhưng rất nhanh, vì nó đòi hỏi phần cứng và cáp bổ sung Các ví dụ tốt nhất cho giao tiếp này là máy in cũ, PCI, RAM,…

Trong giao tiếp này, có hai loại UART có sẵn là truyền UART và nhận UART và giao tiếp giữa hai loại này có thể được thực hiện trực tiếp với nhau Đối với điều này, chỉ cần hai cáp để giao tiếp giữa hai UART

Luồng dữ liệu sẽ từ cả hai chân truyền (Tx) và nhận (Rx) của UARTs Trong UART, việc truyền dữ liệu từ Tx UART sang Rx UART có thể được thực hiện không đồng bộ (không có tín hiệu CLK để đồng bộ hóa các bit o/p).

Việc truyền dữ liệu của UART có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bus dữ liệu ở dạng song song bởi các thiết bị khác như vi điều khiển, bộ nhớ, CPU, Nó đọc từng bit gói dữ liệu và chuyển đổi dữ liệu nhận được thành dạng song song để loại bỏ ba bit của gói dữ liệu Tóm lại, gói dữ liệu nhận được bởi UART chuyển song song về phía bus dữ liệu ở đầu nhận.

Hình 1.1: Truyền thông UART

Start bit: còn được gọi là bit đồng bộ hóa được đặt trước dữ liệu thực tế Nói chung, một đường truyền dữ liệu không hoạt động được điều khiển ở mức điện áp cao. Để bắt đầu truyền dữ liệu, truyền UART kéo đường dữ liệu từ mức điện áp cao (1) xuống mức điện áp thấp (0) UART thu được thông báo sự chuyển đổi này từ mức cao sang mức thấp qua đường dữ liệu cũng như bắt đầu hiểu dữ liệu thực Nói chung, chỉ có một start-bit.

Stop bits: được đặt ở phần cuối của gói dữ liệu Thông thường, bit này dài 2 bit nhưng thường thường chỉ sử dụng 1 bit Để dừng sóng, UART giữ đường dữ liệu ở mức điện áp cao.

Bit chẵn lẻ: cho phép người nhận đảm bảo liệu dữ liệu được thu thập có đúng hay không Đây là một hệ thống kiểm tra lỗi cấp thấp & bit chẵn lẻ có sẵn trong hai phạm vi như chẵn lẻ – chẵn lẻ cũng như Chẵn lẻ – lẻ Trên thực tế, bit này không được sử dụng rộng rãi nên không bắt buộc.

Hình 1.2: Giao diện UART

Hình trên cho thấy UART giao tiếp với vi điều khiển Giao tiếp UART có thể được thực hiện bằng ba tín hiệu như TXD, RXD và GND.

Bằng cách sử dụng điều này, chúng ta có thể hiển thị một văn bản trong máy tính cá nhân từ board vi điều khiển 8051 cũng như mô-đun UART Trong board 8051, có hai giao diện nối tiếp như UART0 và UART1 Ở đây, giao diện UART0 được sử dụng Chân Tx truyền thông tin đến chân PC & Rx nhận thông tin từ PC Tốc độ Baud có thể được sử dụng để biểu thị tốc độ của cả vi điều khiển và PC Việc truyền và nhận dữ liệu có thể được thực hiện đúng khi tốc độ truyền của cả vi điều khiển và PC là tương tự nhau.

+ Các ứng dụng của UART:

UART thường được sử dụng trong các bộ vi điều khiển cho các yêu cầu chính xác và chúng cũng có sẵn trong các thiết bị liên lạc khác nhau như giao tiếp không dây, thiết bị GPS, module Bluetooth và nhiều ứng dụng khác.

Các tiêu chuẩn truyền thông như RS422 & TIA được sử dụng trong UART ngoại trừ RS232 Thông thường, UART là một IC riêng được sử dụng trong giao tiếp nối tiếp UART.

Những ưu và nhược điểm của UART:

- Nó chỉ cần hai dây để truyền dữ liệu.

- Tín hiệu CLK là không cần thiết.

- Nó bao gồm một bit chẵn lẻ để cho phép kiểm tra lỗi.

- Sắp xếp gói dữ liệu có thể được sửa đổi vì cả hai mặt được sắp xếp.

- Kích thước khung dữ liệu tối đa là 9 bit.

- Nó không chứa một số hệ thống phụ

- Tốc độ truyền của UART phải ở mức 10% của nhau.

ADC là từ viết tắt của Analog to Digital Converter hay bộ chuyển đổi analog sang kỹ thuật số là một mạch chuyển đổi giá trị điện áp liên tục (analog) sang giá trị nhị phân (kỹ thuật số) mà thiết bị kỹ thuật số có thể hiểu được sau đó có thể được sử dụng để tính toán kỹ thuật số Mạch ADC này có thể là vi mạch ADC hoặc được nhúng vào một bộ vi điều khiển.

Thiết bị điện tử ngày nay hoàn toàn là kỹ thuật số, không còn là thời kỳ của máy tính analog Thật không may cho các hệ thống kỹ thuật số, thế giới chúng ta đang sống vẫn là analog và đầy màu sắc, không chỉ đen và trắng.

XÂY DỰNG NGUYÊN LÝ VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG

Nguyên lý hoạt động

Hệ thống điều khiển gồm có ba nút nhấn:

- Nút thứ ba để điều khiến động cơ đi ra.

- Nút thứ hai để điều khiển động cơ đi vào.

- Nút nhấn thứ nhất để chọn chế độ

Khi tất cả các module trong hệ thống đã được cấp nguồn và sẵn sàng hoạt động, thì bộ điều khiển trung tâm sẽ tiếp nhận thông tin từ nút nhấn thứ nhất để chọn chế độ. Khi chế độ tự động hoạt động,cảm biến ánh sáng phát hiện ánh sáng sẽ gửi mức 0 về cho Arduino, bộ điều khiển sẽ điều khiển động cơ đi ra, khi thời tiết mát mẻ động cơ sẽ đi vào Ở chế độ bằng tay, động cơ đi ra hay vào phụ thuộc vào điều khiển của mình.

Sơ đồ khối

Sơ đồ khối gồm có 6 khối

- Khối công tắc hành trình Động cơ

- Khối nguồn: Cấp nguồn cho toàn mạch.

- Khối vi xử lý: Tạo ra các lệnh điều khiển, điều khiển các hoạt động của máy như:

- Khối cảm biến: Quét mục tiêu và gửi tín hiệu quét được về vi xử lý

- Động cơ: Khi được cấp nguồn và nhận được tín hiệu điều khiển từ vi xử lý thì động cơ sẽ quay.

- Khối công tắc hành trình: Khi mà chạm vào công tắc hành trình, động cơ sẽ dừng.

- Khối nút nhấn: Đưa tín hiệu về Arduino Nano để điều khiển

Linh kiện sử dụng

Arduino Nano là một bảng vi điều khiển thân thiện, nhỏ gọn, đầy đủ Arduino Nano nặng khoảng 7g với kích thước từ 1,8cm - 4,5cm Bài viết này trình bày về các thông số kỹ thuật quan trọng, nhất là sơ đồ chân và chức năng của mỗi chân trong bảng Arduino Nano

Arduino Nano có chức năng tương tự như Arduino Duemilanove nhưng khác nhau về dạng mạch Nano được tích hợp vi điều khiển ATmega328P, giống như Arduino UNO Sự khác biệt chính giữa chúng là bảng UNO có dạng PDIP (Plastic Dual-In-line Package) với 30 chân còn Nano có sẵn trong TQFP (plastic quad flat

Công tắc hành trình pack) với 32 chân Trong khi UNO có 6 cổng ADC thì Nano có 8 cổng ADC Bảng Nano không có rắc nguồn DC như các bo mạch Arduino khác, mà thay vào đó có cổng mini-USB Cổng này được sử dụng cho cả việc lập trình và bộ giám sát nối tiếp Tính năng hấp dẫn của arduino Nano là nó sẽ chọn công suất lớn nhất với hiệu điện thế của nó. Đặc điểm kỹ thuật Arduino Nano

Arduino Nano Thông số kỹ thuật

Bộ nhớ Flash 32 KB of which 2 KB used by Bootloader Điện áp ngõ vào (7-12) Volts

Vi điều khiển ATmega328P Điện áp hoạt động 5V

Kích thước bo mạch 18 x 45 mm

Hình 2.3: Thông số Arduino Nano

Theo sơ đồ bên dưới, chúng ta sẽ thảo luận về tất cả các chức năng của mỗi chân.

Bảng 2.1: Chức năng của các chân

Thứ tự chân Tên Pin Kiểu Chức năng

TX I / O Ngõ vào/ra số

Chân TX-truyền dữ liệu

RX I / O Ngõ vào/ra số

Chân Rx-nhận dữ liệu

3 RESET Đầu vào Chân reset, hoạt động ở mức thấp

4 GND Nguồn Chân nối mass

17 3V3 Đầu ra Đầu ra 3.3V (từ FTDI)

18 AREF Đầu vào Tham chiếu ADC

19 A0 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 0

20 A1 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 1

21 A2 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 2

22 A3 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 3

23 A4 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 4

24 A5 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 5

25 A6 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 6

26 A7 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 7

27 + 5V Nguồn Đầu ra 5V (từ bộ điều chỉnh On-board)

28 RESET Đầu vào Chân đặt lại, hoạt động ở mức thấp

29 GND Nguồn Chân nối mass

30 VIN Nguồn Chân nối với nguồn vào

Nano ICSP Kiểu Chức năng

MISO Đầu vào hoặc đầu ra Master In Slave Out

VCC Đầu ra Cấp nguồn

SCK Đầu ra Tạo xung cho

MOSI Đầu ra hoặc đầu vào Master Out Slave In

RST Đầu vào Đặt lại, hoạt động ở mức thấp

GND Nguồn Chân nối đất

Như đã đề cập trước đó, Arduino Nano có 14 ngõ vào/ra digital Các chân làm việc với điện áp tối đa là 5V Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận dòng điện 40mA và có điện trở kéo lên khoảng 20-50kΩ Các chân có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra, sử dụng các hàm pinMode (), digitalWrite () và digitalRead ().

Ngoài các chức năng đầu vào và đầu ra số, các chân này cũng có một số chức năng bổ sung.

Hai chân nhận RX và truyền TX này được sử dụng để truyền dữ liệu nối tiếp TTL Các chân RX và TX được kết nối với các chân tương ứng của chip nối tiếp USB tới TTL.

Mỗi chân số này cung cấp tín hiệu điều chế độ rộng xung 8 bit Tín hiệu PWM có thể được tạo ra bằng cách sử dụng hàm analogWrite ().

Khi chúng ta cần cung cấp một ngắt ngoài cho bộ xử lý hoặc bộ điều khiển khác, chúng ta có thể sử dụng các chân này Các chân này có thể được sử dụng để cho phép ngắt INT0 và INT1 tương ứng bằng cách sử dụng hàm attachInterrupt () Các chân có thể được sử dụng để kích hoạt ba loại ngắt như ngắt trên giá trị thấp, tăng hoặc giảm mức ngắt và thay đổi giá trị ngắt.

 Chân 13, 14, 15 và 16: Giao tiếp SPI

Khi không muốn dữ liệu được truyền đi không đồng bộ, có thể sử dụng các chân ngoại vi nối tiếp này Các chân này hỗ trợ giao tiếp đồng bộ với SCK Mặc dù phần cứng có tính năng này nhưng phần mềm Arduino lại không có Vì vậy, phải sử dụng thư viện SPI để sử dụng tính năng này.

Khi bạn sử dụng chân 16, đèn LED trên bo mạch sẽ sáng.

 Chân 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 và 26: Ngõ vào/ra tương tự

Như đã đề cập trước đó UNO có 6 chân đầu vào tương tự nhưng Arduino Nano có 8 đầu vào tương tự (19 đến 26), được đánh dấu A0 đến A7 Điều này có nghĩa là có thể kết nối 8 kênh đầu vào tương tự để xử lý Mỗi chân tương tự này có một ADC có độ phân giải 1024 bit (do đó nó sẽ cho giá trị 1024) Theo mặc định, các chân được đo từ mặt đất đến 5V Nếu muốn điện áp tham chiếu là 0V đến 3.3V, có thể nối với nguồn 3.3V cho chân AREF (pin thứ 18) bằng cách sử dụng chức năng analogReference (). Tương tự như các chân digital trong Nano, các chân analog cũng có một số chức năng khác.

 Chân 23, 24 như A4 và A5: chuẩn giao tiếp I2C

Khi giao tiếp SPI cũng có những nhược điểm của nó như cần 4 chân và giới hạn trong một thiết bị Đối với truyền thông đường dài, cần sử dụng giao thức I2C I2C hỗ trợ chỉ với hai dây Một cho xung (SCL) và một cho dữ liệu (SDA) Để sử dụng tính năng I2C này, chúng ta cần phải nhập một thư viện có tên là Thư viện Wire.

 Chân 18: AREF Điện áp tham chiếu cho đầu vào dùng cho việc chuyển đổi ADC.

 Chân 28: RESET Đây là chân reset mạch khi chúng ta nhấn nút trên bo Thường được sử dụng để được kết nối với thiết bị chuyển mạch để sử dụng làm nút reset.

Hình 2.5: Các chân ICSP

ICSP là viết tắt của In Circuit Serial Programming, đại diện cho một trong những phương pháp có sẵn để lập trình bảng Arduino Thông thường, một chương trình bộ nạp khởi động Arduino được sử dụng để lập trình một bảng Arduino, nhưng nếu bộ nạp khởi động bị thiếu hoặc bị hỏng, ICSP có thể được sử dụng thay thế ICSP có thể được sử dụng để khôi phục bộ nạp khởi động bị thiếu hoặc bị hỏng.

Mỗi chân ICSP thường được kết nối với một chân Arduino khác có cùng tên hoặc chức năng Ví dụ: MISO của Nano nối với MISO / D12 (Pin 15) Lưu ý, các chân MISO, MOSI và SCK được ghép lại với nhau tạo nên hầu hết giao diện SPI.

Chúng ta có thể sử dụng Arduino để lập trình Arduino khác bằng ICSP này.

2.3.2 Giới thiệu cảm biến mưa

Với thiết kế đơn giản gồm: một lá chắn để nhận biết có mưa hoặc có nước xuất hiện tên bề mặt của lá chắn và phần Module chuyển đổi tín hiệu giúp giao tiếp với các board mạch vi điều khiển, lẫn led báo hiệu để nhận biết trạng thái trên lá chắn.

Cảm biến hổ trợ hai loại ngõ ra tín hiệu là Analog (tương tự) và Digital (số), để có thể áp dụng linh hoạt tùy mục đích khác nhau.

 DO: Dạng Digital - TTL có khả năng điều khiển trực tiếp Relay, Buzzer, …

 Có LED báo hiệu khi có mưa hoặc nước trên bề mặc lá chắn

 Độ nhạy có thể được điều chỉnh thông qua chiết áp

 Kích thước Module chuyển đổi: 3.2cm x 1.4cm

 Lá chắn sử dụng vật liệu chất lượng cao FR-04 hai mặt, bề mặt mạ Niken, chống oxy hóa

 Kích thước lá chắn: 5.0cm x 4.0cm

Hình 2 1 Kết nối cảm biến mưa với Arduino 2.3.3 Giới thiệu công tắc hành trình

Như thường lệ thì trước khi vào nội dung chính chúng ta sẽ tìm hiểu sơ lược về dòng thiết bị này nhé Công tắc hành trình hay còn gọi công tắc giới hạn hành trình là dạng công tắc dùng để giới hạn hành trình của các bộ phận chuyển động nào đó trong một cơ cấu hay một hệ thống Nó có cấu tạo như công tắc điện bình thường, vẫn có chức năng đóng và mở nhưng có thêm cần tác động để cho các bộ phận chuyển động tác động vào làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm bên trong nó Công tắc hành trình sẽ không duy trì trạng thái, khi không còn tác động nữa chúng sẽ trở về vị trí ban đầu So với các loại công tắc bình thường khác thì khi được tác động chúng sẽ vẫn duy trì trạng thái cho tới bị được tác động thêm một lần nữa.

Hình 2 2 Công tắc hành trình

Công tắc hành trình có thể dùng để đóng cắt mạch dùng ở lưới điện hạ áp Nó có tác dụng giống như nút ấn động tác ấn bằng tay được thay thế bằng động tác va chạm của các bộ phận cơ khí, làm cho quá trình chuyển động cơ khí thành tín hiệu điện.

Cấu tạo của công tắc hành trình như thế nào ?

Một công tắc hành trình sẽ được cấu tạo từ các bộ phận như sau:

PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Thiết kế hệ thống

Khối nguồn: Được sự định hướng của giáo viên hướng dẫn, em đã sử dụng sơ đồ nguyên lý mạch nguồn cách ly cho thiết kế board PCB.

Nguồn bảo vệ ngõ vào: Có chức năng bảo vệ khối các sự cố như : quá điện áp ngõ vào, ngược chiều nguồn điện,nối đất với thiết bị

 Khối lọc nguồn: Có chức năng lọc các tín hiệu nhiễu trên nguồn, ổn định điện áp nguồn ngõ vào.

 Khối cách ly DC – DC: Khối có chức năng tạo một dòng điện một chiều cách ly với nguồn điện một chiều phía trước.

 Khối ổn áp: Có chức năng ổn định điện áp một chiều cho ngõ ra là 3.3V cung cấp cho vi xử lý hoạt động.

3.1.2.Thiết kế khối cảm biến

Hình 3 2 Sơ đồ kết nối cảm biến Mạch cảm biến mưa gồm 2 phần:

 Mạch cảm biến mưa được gắn ngoài trời

 Mạch điều chỉnh độ nhạy cần được che chắn

 Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của mạch cảm biến nằm ngoài trời với giá trị định trước (giá trị này thay đổi được thông qua 1 biến trở màu xanh) từ đó phát ra tín hiệu đóng / ngắt rơ le qua chân D0 Vì vậy, chúng ta dùng một chân digital để đọc tín hiệu từ cảm biến mưa.

 Khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 của module cảm biến sẽ được giữ ở mức cao (5V) Khi có nước trên bề mặt cảm biến (trời mưa), đèn LED màu đỏ sẽ sáng lên, chân D0 được kéo xuống thấp (0V).

Mạch cảm biến ánh sáng:

Cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở có khả năng thay đổi điện trở theo cường độ ánh sáng chiếu vào Tín hiệu xuất ra của cảm biến là digital HIGH (5V) và LOW tương ứng với 0 và 1.

Cảm biến này là một dạng cảm biến Digital - tín hiệu xuất ra là giá trị Digital HIGH (5V) và LOW Tại chân OUT, mạch trả về mức HIGH (5V) khi trời tối (cường độ ánh sáng chiếu vào thấp) và LOW nếu ngược lại.

3.1.3.Thiết kế khối điều khiển động cơ

Hình 3 3 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển động cơ

Số chân Tên chân Mô tả

1 Enable 1,2 Chân này cho phép (enable) các chân ngõ vào Input 1(2) và Input 2(7)

2 Input 1 Điều khiển trực tiếp chân Output 1 Điều khiển bằng các mạch kỹ thuật số

3 Output 1 Kết nối đến một đầu của động cơ 1

6 Output 2 Kết nối đến đầu còn lại của động cơ 1

7 Input 2 Điều khiển trực tiếp chân Output 2 Điều khiển bằng các mạch kỹ thuật số

8 Vcc2 (Vs) Kết nối với chân nguồn cho động cơ đang chạy (4.5V đến

9 Enable 3,4 Chân này cho phép (enable) các chân ngõ vào Input 3(10) và Input 4(15)

10 Input 3 Điều khiển trực tiếp chân Output 3 Điều khiển bằng các mạch kỹ thuật số

11 Output 3 Kết nối đến một đầu của động cơ 2

14 Output 4 Kết nối đến đầu còn lại của động cơ 2

15 Input 4 Điều khiển trực tiếp chân Output 4 Điều khiển bằng các mạch kỹ thuật số

16 Vcc2 (Vss) Kết nối với nguồn +5V để cho phép IC hoạt động

Các chân Enable (Enable 1,2 và Enable 3,4) được sử dụng để cho phép (Enable) các chân ngõ vào cho động cơ 1 và động cơ 2 tương ứng Vì trong hầu hết các trường hợp, chúng ta sẽ sử dụng cả hai động cơ, cả hai chân được giữ ở mức cao theo mặc định bằng cách kết nối với nguồn + 5V Các chân ngõ vào Input 1,2 được sử dụng để điều khiển động cơ 1 và Input 3,4 được sử dụng để điều khiển động cơ 2.

Các chân đầu vào được kết nối với bất kỳ mạch Kỹ thuật số hoặc vi điều khiển nào để điều khiển tốc độ và hướng của động cơ Bạn có thể chuyển đổi các chân đầu vào dựa trên bảng sau để điều khiển động cơ của bạn.

- Nút thứ ba để điều khiến động cơ đi ra.

- Nút thứ hai để điều khiển động cơ đi vào.

- Nút nhấn thứ nhất để chọn chế độ

Khi tất cả các module trong hệ thống đã được cấp nguồn và sẵn sàng hoạt động, thì bộ điều khiển trung tâm sẽ tiếp nhận thông tin từ nút nhấn thứ nhất để chọn chế độ. Khi chế độ tự động hoạt động,cảm biến ánh sáng phát hiện ánh sáng sẽ gửi mức 0 về cho Arduino, bộ điều khiển sẽ điều khiển động cơ đi ra, khi thời tiết mát mẻ động cơ sẽ đi vào Ở chế độ bằng tay, động cơ đi ra hay vào phụ thuộc vào điều khiển của mình.

Sơ đồ nguyên lý

Arduino được kết nối với cảm biến ánh sáng, cảm biến mưa và được kết nối với l293d để điều khiển động cơ, các nút nhấn để chọn chế độ.

Hình 3 4 Sơ đồ nguyên lý

Bảng kết nối chân giữa Arduino Uno R3 và module cảm biến ánh sáng:

Arduino Cảm biến ánh sáng

Bảng kết nối chân giữa Arduino Uno R3 và cảm biến mưa:

Bảng kết nối chân giữa Arduino Uno R3 và L293d:

Lưu đồ thuật toán

Thuật toán chọn chế độ

DEM=1 S Đọc giá trị nút ấn Đ Chế độ tự động

Kết thúc if(ct1==0){delay(100);if(ct1==0)

Lập trình cho chọn chế độ

+ Khi bắt đầu, đầu tiên sẽ đọc giá trị của nút bấm Nếu mà dem=1, điều kiện đúng chạy chế độ tự động, nếu điều kiện sai sẽ kiểm tra Nếu mà dem=2, điều kiện đúng chạy chế độ bằng tay, nếu điều kiện sai sẽ kiểm tra Nếu mà dem=3, điều kiện đúng dừng và kết thúc, nếu điệu kiện sai sẽ kiểm tra.

Thuật toán chế độ bằng tay

+Khi bắt đầu, chạy chế đồ bằng tay Khi nhấn nutra=0, rèm vải đi ra, nếu sai thì rèm vải dừng Khi nhấn nutvao=0, nếu điều kiện đúng thì rèm vải đi vào, ngược lại rèm vải dừng. Đọc giá trị nút nhấn

Nutra=1 Mai che đi ra

Nutvao=1 Mái che đi vào Đ Đ

Thuật toán chế độ tự động

CBMUA=1 CBAS=1 Đọc giá trị cảm biến

Thuật toán chế độ tổng

Bắt đầu Đọc giá trị nút nhấn Đọc giá trị nút nhấn

Nutra=1 Mai che đi ra

S Đọc giá trị cam biến

Thiết lập phần mềm điều khiển Blynk

Thiết lập Blynk trên máy tính: Đầu tiền truy cập vào https://blynk.cloud/ đăng nhập, nếu chưa có tài khoản thì chọn Create new account để đăng ký Các bạn nhập tên email vào, sau đó tích chọn Sign Up.

Thông tin sẽ gửi mail đăng ký, sau đó chọn Create Pasword để tạo mật khẩu. Sau khi có tài khoản, bạn đăng nhập vào chọn New Template, nhập tên và chọn đầy đủ như hình dưới:

Sau khi tạo xong sẽ hiện giao diện bên dưới, ta copy mã Template để dán vào code, link tải code mình sẽ để ở phần dưới.

Tiếp theo, chọn Datastreams -> Virtual Pin -> nhập đầy đủ datastream của Pin -

> Create Ở ví dụ này mình làm gửi dữ liệu cảm biến nhiệt độ, độ ẩm lên Blynk nên các bạn tạo tương tự một Pin V1 là độ ẩm, và tạo V3 là Pin điều khiển Led:

Sau khi tạo Pin xong, ta chọn Web Dashboard, kéo các Gauge bên trái qua để hiển thị nhiệt độ và độ ẩm, Switch để làm công tắc bật tắt Led, một biểu đồ chart để để hiển thị nhiệt độ (bản free chỉ hiển thị được 1 biểu đồ), nhấn biểu tượng cài đặt để chọn từng Pin hiển thị phù hợp.

Sau khi chọn xong ta ấn Save để lưu cài đặt:

Tiếp theo, chọn biểu tượng Seach -> New Device để chọn thiết bị từ From template:

Chọn tên template mà bạn đã tạo -> Create, sau đó xem kết quả:

Thiết lập Blynk trên điện thoại:

Trên điện thoại sau khi tải app Blynk mới về, các bạn mở lên sau đó đăng nhập tài khoản đã tạo bên web, tên thiết bị bạn tạo lúc nãy trên web sẽ được hiển thị sẵn:

 Tương tự như bản cũ, các bạn chọn biểu tượng Button để điều khiển led, Value Display để hiển thị nhiệt độ, độ ẩm… nhớ chọn chân Pin cho từng mục:

Thành quả sau khi tạo xong, các bạn có thể thay đổi màu, thiết kế giao diện cho từng dự án:

Xây dựng mạch in

Hình 3 5 Mạch hệ thống Kết quả hệ thống

Dưới đây là một số hình ảnh của sản phẩm sau khi đã hoàn thành:

Kết quả thực nghiệm hệ thống:

Bảng 3.1: Bảng test kết quả chạy thực nghiệm của hệ thống

Thứ 1 - Động cơ đi ra theo tính hiệu của ánh sáng,nhưng không dừng

Thứ 2 - Hệ thống chạy hoàn chỉnh theo chế độ tự động.

Thứ 3 - Hệ thống bị nhiễu trong lúc chuyển chế độ

- Hệ thống chạy theo cầu điều khiển nhưng bị nhiễu do cảm biến hoạt động cùng lúc

Thứ 5 -Hệ thống chạy theo được các yêu cầu đề ra

-Số lần chạy thực nghiệm hệ thống: 5 lần.

-Số lần chạy thực nghiệm các chức năng: 5 lần.

-Tính ổn định phụ thuộc vào các yếu tố:

Nguồn có ổn định hay không.

Chế độ nút nhấn có ổn định không.

Kết luận và đánh giá

- Hiểu biết về rèm tự động.

- Biết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Module cảm biến ánh sáng.

- Biết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Module L293.

- Biết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Arduino Nano R3.

- Biết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ESP8266.

- Biết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động và cách điều khiển động cơ một chiều.

- Ngoài những kiến thức thu được về lý thuyết, trong quá trình thiết kế và thi công hệ thống điều khiển rèm vải thông minh, em đã học hỏi được rất nhiều kinh nghiệm thực tế quý báu vô cùng hữu ích cho tương lai sau này. Ưu điểm của hệ thống

- Lắp đặt gọn nhẹ và dễ dàng sử dụng.

- Hệ thống điều khiển hoạt động ổn định, tốc độ truyền nhận thông tin dữ liệu ổn định và chính xác.

- Mức tiêu thụ điện năng thấp (dòng tiêu thụ nhỏ hơn 50mA.)

Nhược điểm của hệ thống

- Đôi khi chuyển chế độ vẫn còn gặp sự cố.

Hướng phát triển của sản phẩm

- Thêm tính năng điều khiển tốc độ của động cơ.

- Thêm tính năng điều khiển bằng giọng nói.

- Đưa SmartPhone vào để điều khiển và quan sát.

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu về đề tài: “ Thiết kế hệ thống kéo rèm tự động ứng dụng smartphone” Quá trình thực hiện đề tài thì em cũng đã gặp phải nhiểu khó khăn nhưng cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của giảng viên hướng dẫn em đã hoàn thành bài đồ án.

Những vấn đề đã làm được:

- Mạch được thiết kế, thi công hoàn chỉnh, được thử nghiệm nhiều lần và đã hoạt động ổn định.

Trong khi triển khai đề tài và thực hiện thiết kế, sản phẩm vẫn còn gặp nhiều khó khăn và hạn chế Trong tương lai em sẽ cố gắng tìm hiểu, xử lí và khắc phục đồng thời thiết kế sản phẩm với chi phí thấp nhất có thể và nâng cao tính ổn định cho sản phẩm.Và em sẽ phát triển hệ thống thêm nhiều chức năng và phù hợp với nhu cầu sử dụng của con người như:.

- Thêm tính năng điều khiển tốc độ của động cơ.

- Thêm tính năng điều khiển bằng giọng nói.