Thiết kế hệ thống dàn phơi quần Áo tự Động thông minh sử dụng arduino (nguyễn văn tuyến)

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 ...

Chức năng mỗi khối

Khối nguồn

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.

Khối cảm biến

Quang trở là loại cảm biến ánh sáng, nguyên tắc hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong

Khi ánh sáng kích thích chiếu vào quang trở thì nội trở của quang trở sẽ thay đổi giảm xuống Nhưng khi ánh sáng ngừng kích thích thì nội trở tăng.

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.

Khối vi xử lý

Bộ vi điều khiển (Micro-Controller) là mạch tích hợp trên một chip có thể lập trình được dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống Theo các tập lệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó a Cấu trúc của ATmega328P [4]

Hình 3.5: Atmega328P thực tế [16] Cấu hình của Atmega328P:

Bảng 3.1: Cấu hình của Atmega328P [4]

Tính năng, đặc điểm ATmega328PB

ADC 10-bit 15 ksps 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:

Port B là cổng I/O 8 bit hai chiều với các điện trở kéo lên bên trong(được chọn cho mỗi pin) Bộ đệm đầu ra của port B có các đặc tính ổ đĩa đối xứng với cả khả năng chìm và nguồn cao Là đầu vào, các chân của cổng B được kéo thấp bên ngoài sẽ cấp nguồn nếu các điện trở kéo lên được kích hoạt Các chân của port B được xác định trong một điều kiện đặt lại ngay cả khi đồng hồ không chạy

Tùy thuộc vào cài đặt cầu chì lựa chọn đồng hồ, PB6 có thể được sử dụng làm đầu vào cho bộ khuếch đại dao động đảo ngược và đầu vào cho mạch vận hành đồng hồ bên trong

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 hiệu chuẩn bên trong được sử dụng làm nguồn xung nhịp chip, PB [7: 6] được sử dụng làm đầu vào TOSC [2: 1] cho bộ đếm timer/counter2 nếu bit AS2 trong ASSR được đặt

- Port C (PC [5: 0]): port C là cổng I/O hai chiều 7 bit với các điện trở kéo lên bên trong (được chọn cho mỗi pin) Bộ đệm đầu ra PC [5: 0] có các đặc tính ổ đĩa đối xứng với cả khả năng chìm và nguồn cao Là đầu vào, các chân của port C được kéo thấp ra bên ngoài sẽ cấp nguồn nếu các điện trở kéo lên được kích hoạt Các chân của port C được xác định trong điều kiện đặt lại ngay cả khi đồng hồ không chạy

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 không được lập trình, PC6 được sử dụng làm đầu vào đặt lại Mức thấp trên chân này trong thời gian dài hơn, độ dài xung tối thiểu sẽ tạo ra cài đặt lại, ngay cả khi đồng hồ không chạy Các xung ngắn hơn không được đảm bảo để cài đặt lại

Các tính năng đặc biệt khác nhau của port C được xây dựng trong phần chức năng thay thế của Port C

- Port D (PD [7: 0]): port D là cổng I/O 8 bit hai chiều với các điện trở kéo lên bên trong (được chọn cho mỗi pin) Bộ đệm port

D đầu ra có các đặc tính ổ đĩa đối xứng với cả khả năng chìm và nguồn cao Là đầu vào, các chân của port D được kéo bên ngoài ở mức thấp sẽ cấp nguồn nếu các điện trở kéo lên được kích hoạt Các chân của port D được xác định trong một điều kiện đặt lại ngay cả khi đồng hồ không chạy

- Port E (PE [3: 0]): port E là cổng I/O 4 bit hai chiều với các điện trở kéo lên bên trong (được chọn cho mỗi pin) Bộ đệm đầu ra port E có các đặc tính ổ đĩa đối xứng với cả khả năng chìm và nguồn cao Là đầu vào, các chân của port E được kéo thấp bên ngoài sẽ cấp nguồn nếu các điện trở kéo lên được kích hoạt Các chân của port E được xác định trong một điều kiện đặt lại ngay cả khi đồng hồ không chạy

- AVcc: AVcc là chân điện áp cung cấp cho bộ chuyển đổi A/D, PC [3: 0] và PE [3: 2] Nó nên được kết nối bên ngoài với Vcc, ngay cả khi ADC không được sử dụng Nếu ADC được sử dụng, nó sẽ được kết nối với Vcc thông qua bộ lọc thông thấp 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

- ADC[7:6]: Trong gói TQFP và VFQFN, ADC [7: 6] đóng vai trò là đầu vào tương tự cho bộ chuyển đổi A/D Các chân này được cung cấp bởi nguồn cung cấp tương tự và phục vụ như các kênh ADC

Hình 2.1: Các dòng arduino [13] 16 Hình 2.2: Arduino trong thu thập và điều khiển nhiệt độ, độ ẩm [1]

Bảng 2.1: Một vài thông số arduino nano [3] 19

Bảng 2.2: Chức năng của các chân arduino nano [2] 20

Bảng 3.1: Cấu hình của Atmega328P [4] 26

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] 16 Hình 2.2: Arduino trong thu thập và điều khiển nhiệt độ, độ ẩm [1] 17

Hình 2.3: Xe điều khiển từ xa [1]

Hình 2.4: Mạch arduino nano thực tế [2]

Hình 2.5: Sơ đồ chân arduino nano [2]

Hình 2.7: Cảm biến mưa thực tế

Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển

Hình 3.2: Sơ đồ khối nguồn

Hình 3.3: Cảm biến quang trở [14] 24

Hình 3.4: Module cảm biến mưa [15] 25

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

31 Hình 3.9: Lưu đồ thuật toán 32

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

Hình 4.1: Mô hình được quan sát từ trên xuống 35

Hình 4.2: Mô hình được quan sát từ trái sang phải 35

Hình 4.3: Mô hình được quan sát từ phải sang trái 36

Hình 4.4: Phần để hệ thống điều khiển và thu quần áo vào 36

Hình 4.5: Phần để phơi quần áo 37

Em xin cam đoan toàn bộ nội dung của báo cáo này là do em tự tìm hiểu, nghiên cứu dưới sự định hướng của Thầy giáo hướng dẫn Nội dung báo cáo này không sao chép và vi phạm bản quyền từ bất kỳ công trình nghiên cứu nào 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 nhiệm trước pháp luật

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 hiện đề tài này Trong thời gian làm việc với thầy, em không những tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả của thầy Đây là những điều rất cần thiết cho 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 đủ kiến thức để thực hiện quá trình nghiên cứu Em xin kính chúc quý thầy cô thật 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 – k10 đã có những ý kiến đóng góp, bổ sung, giúp em hoàn thành tốt đề tài

Em xin chân thành cảm ơn !!!

Hiện nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì nhu cầu con người đòi hỏi ngày càng cao trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội Trong đó có nhu cầu về cuộc sống tiện nghi, thông minh Điều này đã thôi thúc những nhà thiết 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 triển thì nó đã được sử dụng rộng rãi, phổ biến còn ở các nước đang phát triển trong đó 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 với diện tích không lớn lắm thì đa số không gian còn hạn chế Chính vì vậy mà các loại giàn phơi thông minh ra đời như một giải pháp hữu hiệu nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu của cuộc sống hiện đại, văn minh đồng thời gia tăng nét đẹp 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 ban công hoặc những nơi có ban công nhỏ sẽ rất phù hợp cho việc có thể lắp đặt được giàn phơi để phơi quần áo dễ dàng, tiện lợi, bảo vệ quần áo khỏi tác động của thời tiết Với lý do trên, em đã chọn đề tài “Thiết kế mô hình giàn phơi thông minh sử dụng arduino” để nghiên cứu Nếu trời có mưa thì giàn phơi sẽ tự động kéo vào Nếu trời nắng thì giàn phơi sẽ tự động kéo ra Như vậy, người sử dụng sẽ không cần phải điều khiển mà vẫn sử dụng dàn phơi thuận tiện cho cuộc sống

Mục đích chọn đề tài

Do thực tế hiện nay trong đời sống sinh hoạt của con người, việc phơi quần áo trong những ngày thời tiết xấu là rất bất tiện đặt biệt đối với những gia đình không có điều kiện ở nhà thường xuyên, từ những bất tiện của vấn đề trên sinh viên thực hiện nghiên cứu về vấn đề này nhằm đưa ra ý tưởng chế tạo ra một thiết bị phơi đồ thông minh giúp xóa bỏ mọi bất tiện và hạn chế trong việc phơi quần áo cũng như phù hợp với xu thế mới trong ngành điều khiển tự động

Là một sinh viên ngành điện tử muốn được thử thách bản thân, tìm hiểu về những kiến thức chuyên ngành để có thêm kinh nghiệm trước khi ra trường 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 với những thiết kế mẫu mã, chức năng, tiện ích đa dạng và nhiều chủng loại Từ những giàn phơi thông minh đơn giản nhất đến những giàn phơi thông minh nhất 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 thời gian nghiên cứu đề tài “Thiết kế mô hình giàn phơi thông minh sử dụng arduino” nên em bó hẹp lại phạm vi nghiên cứu Đề tài của em nghiên cứu sẽ xoay quanh những thiết bị sử dụng chính của giàn phơi thông minh Đó là module cảm biến mưa, cảm biến ánh sáng, module điều khiển động cơ L298 và bộ xử lý trung tâm arduino nano sử dụng chip Atmega328P Mô hình hoạt động với 2 chế độ: bằng tay và cảm biến tự động Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ưu điểm của giàn phơi thông minh là dùng các loại cảm biến để nhận biết các trạng thái của môi trường bên ngoài từ đó cho ra các chế độ làm việc phù 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 khách quan mà còn có tầm quan trọng thực sự trong hiện tại cũng như trong tương lai

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 minh gắn vào tường nhà phù hợp với hộ gia đình có diện tích cực hẹp, còn có tên gọi 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 thời khoảng cách giữa các thanh phơi đủ để quần áo nhanh khô mà vẫn cho trọng tải 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

Hình 1.1: Giàn phơi thông minh gắn trên tường inox [7]

Hình 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, giàn phơi gắn trần làm bằng inox hoặc hợp kim nhôm cường lực chịu được trọng tải tới 60kg Giàn phơi gắn trần giúp quần áo nhanh khô, phơi được nhiều quần áo, là giải pháp cho nhà mặt phố, biệt thự, hoặc chung cư có ban công diện tích đủ rộng (h 1.3 và h 1.4)

+ Ưu điểm: tiết kiệm diện tích tối đa cho căn nhà bạn, giá cả phải chăng, 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 cầu cần dùng tay quay, số lượng phơi đồ cũng ít hơn so với giàn phơi thông minh gắn tường

Hình 1.3: Giàn phơi thông minh gắn trên trần inox [9]

Hình 1.4: Giàn phơi thông minh gắn trên trần khung nhôm [10]