DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................... 5 LỜI CAM ĐOAN ................................................................................. 7 LỜI CẢM ƠN ....................................................................................... 8 MỞ ĐẦU ............................................................................................... 9 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG ................................................. 11 1.1 Một số sản phẩm giàn phơi thông minh đã có trên thị trường...... 11 1.2 Phương pháp nghiên cứu đề tài ..................................................... 15 1.3 Ưu điểm của đề tài ........................................................................ 15 CHƯƠNG 2: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN .............................. 16 2.1 Arduino ......................................................................................... 16 2.1.1 Tổng quan về arduino [1] ....................................................... 16 2.1.2 Một số ứng dụng của arduino ............................................... 17 2.1.3 Tổng quan về arduino nano [2] .............................................. 18 2.2 Cảm biến ánh sáng dùng quang trở............................................... 21 2.2.1 Giới thiệu ............................................................................... 21 Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 2 2.2.2 Nguyên lý hoạt động .............................................................. 21 2.2.3 Hình ảnh thực tế ..................................................................... 21 2.3 Cảm biến mưa ............................................................................... 22 2.3.1 Giới thiệu ............................................................................... 22 2.3.2 Nguyên lý hoạt động .............................................................. 22 2.3.3 Hình ảnh thực tế ..................................................................... 22 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH .............................................. 23 3.1 Sơ đồ khối ..................................................................................... 23 3.2 Chức năng mỗi khối ...................................................................... 23 3.2.1 Khối nguồn ............................................................................. 23 3.2.2 Khối cảm biến ........................................................................ 24 3.2.3 Khối vi xử lý .......................................................................... 25 3.2.4 Khối chấp hành ...................................................................... 30 3.3 Sơ đồ nguyên lý ............................................................................ 31 3.4 Lưu đồ thuật toán .......................................................................... 32 3.5 Mạch điều khiển giàn phơi ........................................................... 33 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ........ 35 Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 3 4.1 Kết quả đề tài ................................................................................ 35 4.2 Hướng phát triển ........................................................................... 37 KẾT LUẬN ......................................................................................... 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. 40 PHỤ LỤC ...
Trang 1Thiết kế hệ thống dàn phơi quần áo tự động sử dụng arduino
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội (Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội)
Scan to open on Studocu
Thiết kế hệ thống dàn phơi quần áo tự động sử dụng arduino
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội (Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội)
Scan to open on Studocu
Trang 2MỤC LỤC
Trang 3Trang DANH MỤC BẢNGBIỂU 4DANH MỤC HÌNH ẢNH 5
LỜI CAM ĐOAN 7
LỜI CẢM ƠN 8
MỞ ĐẦU 9
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG 11
1.1 Một số sản phẩm giàn phơi thông minh đã có trên thị trường 111.2 Phương pháp nghiên cứu đề tài 15
1.3 Ưu điểm của đề tài 15
CHƯƠNG 2: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN 16
2.1 Arduino .16
2.1.1 Tổng quan về arduino [1] 16
2.1.2 Một số ứng dụng của arduino 17
2.1.3 Tổng quan về arduino nano [2] 18
2.2 Cảm biến ánh sáng dùng quang trở 21
2.2.1 Giới thiệu .
Trang 42.2.2 Nguyên lý hoạt động
212.2.3 Hình ảnh thực tế
212.3 Cảm biến mưa .
222.3.1 Giới thiệu .
222.3.2 Nguyên lý hoạt động
222.3.3 Hình ảnh thực tế
22 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔHÌNH 23
3.1 Sơ đồ khối .
233.2 Chức năng mỗi khối
233.2.1 Khối nguồn 23
323.5 Mạch điều khiển giàn phơi
33CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 35
Trang 54.1 Kết quả đề tài 35
4.2 Hướng phát triển .37
KẾT LUẬN .39
TÀI LIỆU THAM KHẢO .40
PHỤ LỤC 42
IDE - Integrated Development Environment
EEPROM - Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory SRAM - Static Random Access Memory
SPI - Serial Peripheral Interface PWM - Pulse Width Modulation
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang 7DANH MỤC CÁC HÌNH
CHƯƠNG 1
Hình 1.1: Giàn phơi thông minh gắn trên tường inox [7] 11
Hình 1.2: Giàn phơi thông minh gắn trên tường kéo ra thu vào [8] 12
Hình 1.3: Giàn phơi thông minh gắn trên trần inox [9] 13
Hình 1.4: Giàn phơi thông minh gắn trên trần khung nhôm [10] 13
Hình 1.5: Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa GLT-8013-FS [11] 14
Hình 1.6: Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa [12] 15
CHƯƠNG 2 Hình 2.1: Các dòng arduino [13]
16Hình 2.2: Arduino trong thu thập và điều khiển nhiệt độ, độ ẩm [1] 17
Hình 2.3: Xe điều khiển từ xa [1]
18Hình 2.4: Mạch arduino nano thực tế [2]
18Hình 2.5: Sơ đồ chân arduino nano [2]
20Hình 2.6: Quang trở .
21Hình 2.7: Cảm biến mưa thực tế
22CHƯƠNG 3 Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển
23Hình 3.2: Sơ đồ khối nguồn 23
Trang 8Hình 3.3: Cảm biến quang trở [14] 24
Hình 3.4: Module cảm biến mưa [15] 25
Hình 3.5: Atmega328P thực tế [16] 26
Hình 3.6: Sơ đồ chân chức năng của ATmega328P [4] 27
Hình 3.7: Module điều khiển động cơ L298 30
Hình 3.8: Sơ đồ thiết kế mạch điều khiển giàn phơi thông minh
toán 32
Hình 3.10: Mạch in .33
Hình 3.11: Mạch điện thiết kế 33
Hình 3.12: Mạch điều khiển giàn phơi 34
Hình 3.13: Mạch điều khiển khi được cấp nguồn 34
Trang 9LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan toàn bộ nội dung của báo cáo này là do em tự tìmhiểu, nghiên cứu dưới sự định hướng của Thầy giáo hướng dẫn Nội dung báocáo này không sao chép và vi phạm bản quyền từ bất kỳ công trình nghiên cứunào Các nguồn tài liệu tham khảo đã được liệt kê, trích dẫn theo quy định.Nếu những lời cam đoan trên không đúng, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệmtrước pháp luật
Hà Nội, tháng 4 năm 2019 Sinh viên
Nguyễn Văn Tuyến
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy TS.Nguyễn Đắc Hải đã tận
tình giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn em thực hiện trong suốt quá trình thực hiệnđề tài này Trong thời gian làm việc với thầy, em không những tiếp thu thêmnhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiêncứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả của thầy Đây là những điều rất cần thiếtcho em trong quá trình học tập và công tác sau này
Và em xin cảm ơn các thầy, cô trong khoa Điện Tử đã tạo điều kiện,cung cấp cho em những kiến thức cơ bản, cần thiết để em có điều kiện và đủkiến thức để thực hiện quá trình nghiên cứu Em xin kính chúc quý thầy côthật dồi dào sức khoẻ và thành công trên con đường sự nghiệp giảng dạy
Ngoài ra, em cũng xin cảm ơn các thành viên trong lớp điện tử 5 – k10đã có những ý kiến đóng góp, bổ sung, giúp em hoàn thành tốt đề tài
Trang 10Em xin chân thành cảm ơn !!!
MỞ ĐẦU
Hiện nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì nhu cầu con ngườiđòi hỏi ngày càng cao trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội Trong đó cónhu cầu về cuộc sống tiện nghi, thông minh Điều này đã thôi thúc những nhàthiết kế, chế tạo ra những sản phẩm đáp ứng những tiện nghi, thông minh đó.Một trong số đó cần kể tới là giàn phơi thông minh Với các nước phát triểnthì nó đã được sử dụng rộng rãi, phổ biến còn ở các nước đang phát triển trongđó có Việt Nam thì nó đang là xu hướng mà người tiêu dùng đang hướng tới.Cùng với sự phát triển hiện đại của các khu nhà hay các khu chung cư vớidiện tích không lớn lắm thì đa số không gian còn hạn chế Chính vì vậy màcác loại giàn phơi thông minh ra đời như một giải pháp hữu hiệu nhằm đápứng nhu cầu thiết yếu của cuộc sống hiện đại, văn minh đồng thời gia tăng nétđẹp thẩm mĩ cho ngôi nhà thân yêu
Lý do chọn đề tài
Việc có một giàn phơi thông minh sẽ không chiếm diện tích của bancông hoặc những nơi có ban công nhỏ sẽ rất phù hợp cho việc có thể lắp đặtđược giàn phơi để phơi quần áo dễ dàng, tiện lợi, bảo vệ quần áo khỏi tácđộng của thời tiết Với lý do trên, em đã chọn đề tài “Thiết kế mô hình giànphơi thông minh sử dụng arduino” để nghiên cứu Nếu trời có mưa thì giànphơi sẽ tự động kéo vào Nếu trời nắng thì giàn phơi sẽ tự động kéo ra Nhưvậy, người sử dụng sẽ không cần phải điều khiển mà vẫn sử dụng dàn phơithuận tiện cho cuộc sống
Trang 11Mục đích chọn đề tài
Do thực tế hiện nay trong đời sống sinh hoạt của con người, việc phơiquần áo trong những ngày thời tiết xấu là rất bất tiện đặt biệt đối với nhữnggia đình không có điều kiện ở nhà thường xuyên, từ những bất tiện của vấn đềtrên sinh viên thực hiện nghiên cứu về vấn đề này nhằm đưa ra ý tưởng chếtạo ra một thiết bị phơi đồ thông minh giúp xóa bỏ mọi bất tiện và hạn chếtrong việc phơi quần áo cũng như phù hợp với xu thế mới trong ngành điềukhiển tự động
Là một sinh viên ngành điện tử muốn được thử thách bản thân, tìmhiểu về những kiến thức chuyên ngành để có thêm kinh nghiệm trước khi ratrường phục vụ cho công việc sau này
Phạm vi, đối tượng nghiên cứu đề tài
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại giàn phơi thông minh vớinhững thiết kế mẫu mã, chức năng, tiện ích đa dạng và nhiều chủng loại Từnhững giàn phơi thông minh đơn giản nhất đến những giàn phơi thông minhnhất với đầy đủ tính năng vượt trội đắp ứng mọi nhu cầu của người sử dụng Tuy nhiên, những sản phẩm này cũng có nhược điểm là giá thành hơi cao
Do làm việc cá nhân, hạn chế về khả năng tìm kiếm và hạn chế về thờigian nghiên cứu đề tài “Thiết kế mô hình giàn phơi thông minh sử dụngarduino” nên em bó hẹp lại phạm vi nghiên cứu Đề tài của em nghiên cứu sẽxoay quanh những thiết bị sử dụng chính của giàn phơi thông minh Đó làmodule cảm biến mưa, cảm biến ánh sáng, module điều khiển động cơ L298và bộ xử lý trung tâm arduino nano sử dụng chip Atmega328P Mô hình hoạtđộng với 2 chế độ: bằng tay và cảm biến tự động
Trang 12Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ưu điểm của giàn phơi thông minh là dùng các loại cảm biến để nhậnbiết các trạng thái của môi trường bên ngoài từ đó cho ra các chế độ làm việcphù hợp giúp giải quyết các vấn đề khó khăn khi phơi quần áo
Vì vậy đề tài này là một vấn đề không những là một thực tại kháchquan mà còn có tầm quan trọng thực sự trong hiện tại cũng như trong tương
lai
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG
1.1 Một số sản phẩm giàn phơi thông minh đã có trên thị trường
- Giàn phơi thông minh gắn tường: Đây là loại giàn phơi thông minhgắn vào tường nhà phù hợp với hộ gia đình có diện tích cực hẹp, còn có têngọi là giàn phơi kéo ngang (h 1.1 và h 1.2)
+ Ưu điểm chủ yếu của giàn phơi thông minh là có nhiều thanh phơi,phơi được lượng lớn quần áo cũng như các chăn, ga, gối, đệm Đồng thờikhoảng cách giữa các thanh phơi đủ để quần áo nhanh khô mà vẫn cho trọngtải phơi lớn
+ Nhược điểm: Lắp đặt cố định giàn phơi ở độ cao nhất định, không điều chỉnh được thanh phơi lên cao, xuống thấp được
Trang 13Hình 1.1: Giàn phơi thông minh gắn trên tường inox [7]
Trang 14Hình 1.2: Giàn phơi thông minh gắn trên tường kéo ra thu vào [8] - Giàn phơi thông minh gắn trần: Tương tự như loại gắn tường, giànphơi gắn trần làm bằng inox hoặc hợp kim nhôm cường lực chịu được trọngtải tới 60kg Giàn phơi gắn trần giúp quần áo nhanh khô, phơi được nhiềuquần áo, là giải pháp cho nhà mặt phố, biệt thự, hoặc chung cư có ban côngdiện tích đủ rộng (h 1.3 và h 1.4)
+ Ưu điểm: tiết kiệm diện tích tối đa cho căn nhà bạn, giá cả phảichăng, có thể điều chỉnh thanh phơi lên cao, xuống thấp, kiểu dáng đa dạng,dễ dàng phơi quần áo cũng như các loại chăn, ga, gối đệm,
+ Nhược điểm: điều chỉnh thanh phơi lên cao xuống thấp theo nhu cầucần dùng tay quay, số lượng phơi đồ cũng ít hơn so với giàn phơi thông minhgắn tường
Trang 15Hình 1.3: Giàn phơi thông minh gắn trên trần inox [9]
Hình 1.4: Giàn phơi thông minh gắn trên trần khung nhôm [10] - Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa: Còn có tên gọi là giàn phơithông minh tự động, đây là loại giàn phơi tốt nhất và cũng đắt nhất Nó chophép bạn điều khiển giàn phơi bằng thiết bị điều khiển từ xa Ngoài ra, loạigiàn phơi này có thể được tích hợp tia cực tím kháng khuẩn, quạt sấy khôquần áo
Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa là giải pháp phù hợp cho căn hộ cóphòng phơi đồ khép kín (h 1.5 và h 1.6)
+ Ưu điểm: dễ dàng vận hành bằng cách nhấn nút lên xuống, dừng đơn giản, không cần dùng sức như giàn phơi thông minh gắn trần; có đèn pha sáng, tích hợp quạt gió, đèn UV diệt khuẩn giúp quần áo nhanh khô hơn Kiểu dáng giànphơi sang trọng, thông thường với 4 thanh phơi có thể phơi được nhiều đồ hơn
+ Nhược điểm: do tích hợp nhiều chức năng nên giá thành của giànphơi thông minh điều khiển từ xa giá thành cao hơn giàn phơi thông minh
Trang 16khác Nếu không lựa chọn sản phẩm có chất lượng, sau quá trình sử dụng cóthể gặp một
số trục trặc về lỗi điện tử, đặc biệt với khí hậu nóng ẩm của nước ta
Hình 1.5: Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa GLT-8013-FS [11]
Hình 1.6: Giàn phơi thông minh điều khiển từ xa [12]
1.2 Phương pháp nghiên cứu đề tài
- Tham khảo các đề tài liên quan tới đề tài của mình
Trang 17- Tự thiết kế và viết code theo yêu cầu đặt ra (tự động đưaquần áo ra khi trời không mưa hoặc trời sáng, thu quần áo vào khi trờitối hoặc mưa)
- Thực nghiệm trực tiếp: chạy thử, khắc phục nếu có lỗi, saocho phù hợp với điều kiện thực tế
1.3 Ưu điểm của đề tài
- Là một thiết bị tiêu dùng thông minh giúp giải quyết cácvấn đề bất tiện khi phơi quần áo, đặt biệt đối với những người ít cóthời gian ở nhà thường xuyên
- Thiết bị thiết kế ở hai chế độ hoạt động tạo sự tiện lợi vàthoải mái cho người sử dụng
- Linh hoạt và dễ dàng di chuyển, vật liệu bền chịu đượcmọi thời tiết
CHƯƠNG 2: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN
2.1 Arduino
2.1.1 Tổng quan về arduino [1]
Hình 2.: 1Các dòng Arduino: Các dòng arduino
Trang 18Arduino là một bo mạch vi xử lý Phần cứng bao gồm một bo mạchnguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8 bit, hoặc ARMAtmel 32-bit Những model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB,6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều bo mởrộng khác nhau, cho phép người dùng viết các chương trình cho Arduino bằngngôn ngữ C hoặc C++
Arduino là một nền tảng mà mọi thiết bị phần cứng đều được làm sẵnvà chuẩn hóa, người dùng chỉ việc chọn những thứ mình cần, ráp lại là có thểchạy được Arduino cung cấp cho bạn module điều khiển động cơ có sẵn,mạch điều khiển có sẵn, mạch thu phát sóng không dây có sẵn…
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 củangười dùng Có một vài ứng dụng hữu ích phổ biến như sau:
Trang 19Hình 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]
Trang 20+ Arduino Nano có đầy đủ các chức năng và chương trình có trên Arduino + Uno do cùng sử dụng MCU ATmega328P Nhờ việc sử dụng IC dán củaAtmega328P thay vì IC chân cắm nên Arduino Nano có thêm 2 chân Analogso với Arduino Uno [3]
Nó khá đơn giản, các port có thể đủ phục vụ cho nhu cầu của người mớinghiên cứu mãng lập trình cho các ngoại vi, chức năng chẳng thua kém cácboard khác, tích hợp sẵn board nạp và hợp túi tiền so với các board cao cấphơn
Một vài thông số Arduino nano:
Bảng 2.1: Một vài thông số arduino nano [3]
Sơ đồ chân của arduino nano
Trang 21Hình 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
đến 13
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
vào/đầu ra
+ Đầu ra 5V (từ bộ điều chỉnhOnboard) hoặc +5V(đầu vào từnguồn điện bên ngoài)
30 VIN Nguồn Chân nối với nguồn vào từ 5V-12V
Trang 222.2 Cảm biến ánh sáng dùng quang trở 2.2.1 Giới thiệu
- Quang trở là loại cảm biến ánh sáng đơn giản, nguyên tắchoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong Có thể hiểu một cáchdễ dàng rằng, quang trở là một loại điện trở có điện trở thay đổi theocường độ ánh sáng
- Quang trở là một loại "vật liệu" điện tử rất hay gặp vàđược sử dụng trong những mạch cảm biến ánh sáng
2.2.2 Nguyên lý hoạt động
Hiện tượng điện trở của chất bán dẫn giảm đi khi bị chiếu sáng Khiánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể là Cadmium sulfide – CdS) làm phátsinh các điện tử tự do, tức sự dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chấtbán dẫn Các đặc tính điện và độ nháy của quang điện trở dĩ nhiên tùy thuộcvào vật liệu dùng trong chế tạo [5] Khi ánh sáng kích thích chiếu vào quangtrở thì nội trở của quang trở sẽ giảm xuống, tiến về 0 (mạch kín) Nhưng khiánh sáng kích thích ngừng thì nội trở tăng đến vô cùng (mạch hở)
2.2.3 Hình ảnh thực tế
Hình 2.6: Quang trở
Trang 232.3 Cảm biến mưa 2.3.1 Giới thiệu
Cảm biến mưa sử dụng để phát hiện trời mưa, hay các môi trường có
nước Mạch cảm biến mưa được đặt ngoài trời để kiểm tra trời có mưa không,qua đó truyền tín hiệu về vi điều khiển, từ đó vi điều khiển tổng hợp thông tintín hiệu từ các cảm biến và nút nhấn để điều khiển động cơ giảm tốc
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
2.3.2 Nguyên lý hoạt động
- Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệuđiện thế của mạch cảm biến nằm ngoài trời với giá trị định trước (giátrị này thay đổi được thông qua biến trở màu xanh) từ đó phát ra tínhiệu đóng/ngắt qua chân D0
- Khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 củamodule cảm biến sẽ được giữ ở mức cao (5V-12V) Khi có nước trênbề mặt cảm biến (trời mưa), đèn LED màu đỏ sẽ sáng lên, chân D0được kéo xuống thấp (0V)
- Mạch hoạt động với nguồn 5V
2.3.3 Hình ảnh thực tế
Trang 24Hình 2.7: Cảm biến mưa thực tế
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH
3.2 Chức năng mỗi khối
- Khối nguồn nuôi: là khối tạo ra điện áp 5V cung cấp dòngnuôi vi điều khiển Atmega328P và toàn bộ linh kiện trong mạch
- Khối xử lý trung tâm: sử dụng vi điều khiển Atmega328Pđược lập
trình để điều khiển toàn bộ hoạt động của mạch - Khối cảm biến
3 S đồồ khồối.1ơ
KHỐỐI NGUỐỒN
KHỐỐI ĐIỀỒU
KHỐỐI VI XỬ LÝ
Hình 3 1: S đơ ồồ khồối mạch điềồu khiển