Khóa luận tốt nghiệp Kỹ thuật máy tính: Thiết kế hệ thống giàn phơi đồ tự động nhằm phù hợp với không gian vừa và nhỏ

TOM TAT KHÓA LUẬNĐề có thê tự động hóa giàn phơi đồ, tôi đã thiết kế một hệ thống giàn phơi đồ tự động dé thực hiện thao tác thu vào và kéo ra dựa vào các dữ liệu từ môi trườngđược đo từ

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH TRUONG DAI HOC CONG NGHE THONG TIN

KHOA KY THUAT MAY TINH

NGUYEN HONG LAC

KHOA LUAN TOT NGHIEP

THIET KE HE THONG GIÀN PHƠI DO TU DONG

DESIGN AN AUTOMATIC DRYING RACK SYSTEM TO SUITABLE FOR MEDIUM AND SMALL SPACE AREA

KY SU NGANH KY THUAT MAY TINH

TP HO CHi MINH, 2022

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH

NGUYEN HONG LẠC - 18520966

KHÓA LUẬN TOT NGHIỆP

THIẾT KE HE THONG GIÀN PHƠI DO TỰ DONG

NHAM PHU HOP VOI DIEN TICH KHONG GIAN VUA

VÀ NHỎ

DESIGN AN AUTOMATIC DRYING RACK SYSTEM TO

SUITABLE FOR MEDIUM AND SMALL SPACE AREA

KY SU NGANH KY THUAT MAY TINH

GIANG VIEN HUONG DAN

Th.S TRAN QUANG NGUYEN

TS PHAM QUOC HUNG

TP HO CHI MINH, 2022

THÔNG TIN HỘI ĐÒNG CHÁM KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

Hội đồng cham khóa luận tốt nghiệp, thành lập theo Quyết định số 528/QD-DHCNTT

ngày 19 tháng 07 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Đại học Công nghệ Thông tin.

LOI CAM ON

Đề dé tài khóa luận tốt nghiệp lần này đạt kết quả tốt đẹp, em đã nhận được sự hỗtrợ giúp đỡ của nhiều tổ chức, các nhân Với tình cảm sâu sắc, cho phép em được

phép bài tỏ lòng biết ơn đến tất cả các cá nhân và tổ chức đã tạo điều kiện, giúp

đỡ cũng như dẫn dắt em trong quá trình hoàn thành kháo luận tốt nghiệp lần này

Em xin gởi tới Th.S Trần Quang Nguyên và TS Phạm Quốc Hùng đã hướng dẫn,

hỗ trợ em tận tình trong quá trình làm khóa luận, cũng như đưa ra những đề xuất,lời khuyên để giúp chúng em phát triển, cải thiện đề tài đúng hướng và theo mộtcách tốt nhất Nếu không có sự giúp đỡ của thầy, em khó lòng mà có thé hoàn

thành được khóa luận.

Và cuối cùng, em xin gửi tới các thầy cô khoa Kỹ Thuật Máy Tính của trường

Dai học Công Nghệ Thông Tin lời chúc sức khỏe và cảm ơn sâu sắc Với sự quan

tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình đã cung cấp cho chúng em nền tảng, kiến thức để em

có thê hoàn thành khóa luận một cách tốt nhất

Một lần nửa em xin chân thành cam ơn!

Chương 1 TONG QUAN -¿- 2-52 SE22E22EE9EE9211211271271111211211211 1121121 11x 3

1.1 Hiện trạng thời tiết khí hậu tại thành phố Hồ Chí Minh - 3II), no 3

1.2.1 _ Lý do chọn đề tài - ¿5c EEEE1211211212171 111111 cxe 31.2.2 Mục tiêu của đề tài - 5c 5222k 2k2 EEEEerrrrrrkee 4

1.2.3 Phạm vi nghiÊn CỨU - G5 111g ng kg 4

1.2.4 Bố cục khóa luận -2-©5¿©52+2++EEtEECEEESEEEEEerkrrkrrrrrrrervee 4Chương2 CƠ SỞ LÝ THUYÊT 2-©2¿+¿2E++2E++EE++EE++EEtrxrerkesree 62.1 Một số thiết bị giàn phơi đồ hiện nay - 2 5255+2cx+2x+ecxesrxesreee 6

2.1.1 Giàn phơi đồ thông minh Saphasa - 2-2 2s x£E£+z£sz£zez 62.1.2 Giàn phơi điều khiển GIL/T-§013ES 2-55 s+2xc2£+zs+cxrred 7

2.2 Thiết bị đo nhiệt độ, độ âm HTC — 2 2-2: ©5222£+E++£xe£Ezx+rxerxerxee 9

2.4 TTGO LORA32 915Mhz SX1276 ESP32 Oled-display 14

2.5 Cảm biến nhiệt độ, độ âm, áp suất không khí BME280 - l6

2.6 Cam con ẽa -Ặ 17

2.7 XY-160D L298 Mach Cau H Điều Khién 2 Động Cơ - 18

2.10.1 Giới thiỆu nh HH HH Tnhh 24

2.10.2 Tổng quan ¿-2¿©2+22+2EE2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrerkrrrres 24

2.11 MQT TT BrO€T .- c 011201112111 11111111 11111011111 01 11H 1H kg re 25

2.11.1 Giới thiệu -c- ckC2EEEEE 2E E1 212112111 ccre 25

2.11.2 Tổng quan - +52+S£+E£+EE+EEEEEEEEEEEEEEEEE212121 2121 re 252.11.3 Kiến trúc thành phần -¿- 2 £+E+©E+EE+EE+EE+EE+E£Eerkerxerxerxrree 25

Chương 3 | PHAN TÍCH VA THIẾT KE KHUNG CHO GIÀN PHƠI 283.1 Tổng quan về thiết kế -¿-©2¿©2++2+++EE+2EEtEEEEEEESEESEEerErerkrsrkrrrrees 283.2 Cấu tạo thành phan của khung giàn phơi . -: ©2252-5552 29

3.2.1 _ Tống quan về thiết kế 2 +E+E+EE+EE+EE£EE£EE£EerEerkerxererree 29

3.2.2 Thanh gá tường - - Ăn nh ng ngư 30

3.2.3 Thanh kết nối l,2,3 -¿©-++©++2+EtEEerkrtrkrrreerkeerkee 31

Chương4 | THIET KE HE THONG TỰ DONG CHO GIÀN PHƠI ĐÔ 334.1 Hệ thống cảm biến nhiệt độ, độ âm đã có -2- ++cx++zx+cxssrxs 334.2 Hệ thống cảm biến nhiệt độ và độ âm sau khi cải tiễn -5- 334.3 Lưu đồ giải thuật toàn hệ thống -2¿ 2: 5222+22x2E++£E+zzxezrxrrxeeres 34

5.1.2 Thurc nghigm 2.0 eee eeeeceseceeseceseceeeceecesecececeeeseceaeceesseeeaeeeaeseeeeaeees 49

5.2 Kịch bản kiểm tra hoạt động cccccccccssesseessesssesssessesseessecssecsessecssecstseseeasecs 505.3 Kịch bản kiểm tra lỗi ¿ 2¿- 2¿©5+22E+2EE2EEE2EEEEE2EEEEEEEEerkrerrrrrree 51

5.4 Gian plod ty 6o 2 51 5.5 Trang WeDo 53 5.6 Cơ sở dữ liệu MySQL vecesccssessessesssessessssssessessessessuessessessssusssessessesseesseesessess 55

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHAT TRIÊN -: 57

1A n 57

6.1.1 Kết QUA 882i 11 576.1.2 Những điều hạn chế 2-©¿+cs+c++cxerx+rrrxerxerree 576.2 Hướng phat rien e.cccececccceccesccscssessessessessesssssscssessessessessessesesssssesssssessesseaees 57

DANH MỤC HÌNH

Hình 2-1 Giàn phơi đồ thông minh [ 12] -2- 22 5£ S2 2£+£x£2£++2z++zx+zrxezzsez 7Hình 2-2 Giàn phơi điều khiển GL/T-8013FS [3] 2- 22 ¿55s ©5z2cxz+ss+2 8Hình 2-3 Thiết bị do nhiệt độ độ âm HTC-2 oo ceecceccccscccsesssessseestesseesseesecseeaseesseess 11

Hình 2-4 Board TTGO LoRa32 SX1276 OLED cscssesssessessesseesessessessesssesseeseess 14 Hình 2-5 Pin Diagram của board TTGO LoRa32 SX1276 OLEI 16

Hình 2-6 Cảm biến nhiệt độ, độ âm, áp suất không khí BME280 l6Hình 2-7 Cảm biến mưa rơi - 2-22 S¿22E2E£EE+2EEEEEEEEEESEEEEEEEEEEEEkrrrkerkerree 18Hình 2-8 Mạch cầu H XY-160D L/29§ - 2-22 2£ ©2£+EE2EEt2EEtEEESEEvrkrrrerree 19Hình 2-9 So đồ cấu tao của mach cầu H o.e.eccceccssssesesseseccecsesecevsvsucersesseeseseeeeseeees 20

Hình 2-10 Động cơ Linear V'T620-2⁄412 - - 5c 1321113 E51E1EEErsresre 21

Hình 2-11 Thông số kỹ thuật do nhà sản xuất cung cấp .: -: s: 22Hình 2-12 Cấu tạo của động cơ Linear [7] -¿+++++zx+zx+zx++xe+rxerxrxs 23Hình 2-13 Kiến trúc thành phần của một MQTT Broker -: s+ 26Hình 2-14 Giao diện phần mềm XAMPPP - 2-22 +2+EE2EEt£EEvEEevrxrrrerree 27

Hình 3-1 Khung giàn phơi bên 'gOảI - - 2c 3+1 **ESEEseeereeerererereere 28

Hình 3-2 Kết cầu một bên khung của giàn phơi -¿ -¿ 5 5z2cx+2zx+>s+srsz 29

Hình 3-3 Thanh ga tường khi nhìn từ đưới lên -¿ ¿ 22 sz2x++z++zx+zr+z 30 Hình 3-4 Thanh ga tường khi nhìn chính diện 5-5 55 5<<<<<+s<+ss+ 31

Hình 3-5 Hình 3D của ba thanh kế nối theo thứ tự từ 1 đến 3 32

Hình 4-1 Mô hình hệ thống cảm biến nhiệt độ, độ âm đã được học [1] 33

Hình 4-2 Hệ thống cảm biến nhiệt độ và độ 4m sau khi tinh chỉnh 34Hình 4-3 Lưu đồ giải thuật toàn hệ thống - 2-2 22 2+££+E+zEe£EeExerszes 35Hình 4-4 Lưu đồ giải thuật của “Sender module” -¿s¿©sz2cx+2zx+zssszss 36

Hình 4-5 Quá trình debug của “Sender modul€”” - ‹s- + +ssx++++essereseseeree 37

Hình 4-6 Gói tin sau khi đóng BI - Ăn 133112191311 EEErrrrrrrreree 38

Hình 4-7 Lưu đồ giải thuật của “Receiver module” -s¿ s¿©sz2c+zzx+zxezss 39

Hình 4-8: Quá trình debug ban dau của “Receiver module” s- s sz<s 40Hình 4-9 Khi nhận lệnh điều khiển động cơ 2-2-5 ©5c25z2z++cxezxcsz 41

Hình 4-10 Quá trình tái khởi động khi mat kết nối Wi-Fi -5¿ ©5552 42

Hình 4-11 Cách hoạt động của S€TV€T c1 St + 11H HH HH ng re, 43

Hình 4-12 Tin nhắn SMS được gửi thông qua Nexmo . : 5: 44

Hình 4-13 Cảnh báo trời sắp mưa ¿552552 2SE2E+2EE2SEE2EEEEEEerkrrrerrerrke 44

Hình 4-14 Cảnh báo trời mưa - - << c E13 3222311111111 11 1111952111111 ve 44

Hình 4-15 Thông báo sau khi nhắn lệnh điều giàn phơi -5- 5 <+ 45Hình 5-1 Biéu đồ lay mẫu với thời gian là 5 phút -¿ s¿©sz©5+5cs+ 46Hình 5-2 Biéu đồ lay mẫu với thời gian là 10 phút -. 2 ¿s+55+=s+ 41Hình 5-3 Biéu đồ lấy mẫu với thời gian là 15 phút -2- 2 s2 s+zs=sz 41Hình 5-4 Biéu đồ lấy mẫu với thời gian 20 phút - 2-2 5z+sz+£s+zxerxzsz 48

Hình 5-5 Biễu đồ lay mẫu với thời gian 25 phút 2-2 ¿+ s+zx+zszzszsz 48

Hình 5-6 Mặt sau của giàn phơi 46 -¿- + ¿55t SE+EE‡EEEEE2EEEEEEeEEerkerkrrsree 52

Hình 5-7 Mặt ngang của giàn pƠiI c2 S1 1211231911191 111 9 11H key 52

Hình 5-8 “Sender module” (phải) và hộp điều khiến động co (trái) 52

Hình 5-9 “Receiver module” (phải) và bộ điều khién tay (trái) - 53

Hình 5-10 Giao diện trang đăng nhập - ¿22c 323 Evseserresrresrrseree 54

Hình 5-11 Giao diện trang đăng ky tài khoản - 5 s+s*++s*++e+sexssseerss 54 Hình 5-12 Giao diện sau khi người dùng đăng nhập . 5555 +-<<++<ss+ 55 Hình 5-13 Dữ liệu thông tin người dùng - - 55+ + x*EseseEeeeeserseesee 55 Hình 5-14 Dữ liệu sau khi Server XỬ lý - - 5 Sàn HH re 56

DANH MỤC BANG

Bang 2-1 So sánh giữa 3 công nghệ kết nối không dây -5z52 13Bang 2-2 Bảng điều khiển động cơ - 52-52 S2SE‡EE2E2EEEEEEEEEEEEEEerkerkrrer 20Bảng 5-1 Sai số sau khi thu thập ¿- 2 2 £+SSE‡EE#EESEEEEEEEEEEEEEEEEerkerkerrree 49Bảng 5-2 Kết quả lấy mẫu và so với HTC-2 2-©2¿2+22++2++2£xv2zxvzxesrss 50

TOM TAT KHÓA LUẬN

Đề có thê tự động hóa giàn phơi đồ, tôi đã thiết kế một hệ thống giàn phơi đồ tự

động dé thực hiện thao tác thu vào và kéo ra dựa vào các dữ liệu từ môi trườngđược đo từ các cảm biến Hơn thế nữa, khung giản phơi sẽ được thiết kế dựa trênmột số mẫu khung giàn đã có trên thị trường với mục dich là dé giàn phơi có diệntích chiếm nhỏ nhất có thể cũng như dễ dàng lắp ráp cho người dùng Hệ thống

gồm 2 thiết bị có chức năng thu thập, truyền nhận dữ liệu thông qua công nghệ

LoRa và bộ điều khiển tay dé điều khiến trực tiếp giàn phơi Dữ liệu sau khi thuthập sẽ được đưa lên trang web để có thể cảnh báo người dùng đồng thời điều

khiến trực tiếp giàn phơi

Giải pháp:

Thiết kế giàn phơi

Giàn phơi sẽ được thiết kế với cơ chế kéo ra và thu vào theo hình cái kéo và gắnlên tường Với thiết kế này, giàn phơi sẽ chiếm khoảng không gian ít nhất khi thu

vào và kéo ra.

Do thông số nhiệt độ và độ dm trong không khí và kiểm tra mưa:

Sử dụng 1 module BME280 dé đo nhiệt độ và độ 4m không khí va 1 module cảm

biến mưa đề nhận diện giọt nước khi trời có mưa

Xây dựng hệ thong tự động và điêu khiển bằng tay:

Thiết kế hệ thống các module LoRa dé tối ưu vị trí lắp đặt của giàn phơi dé:

- 1 thiết bị LoRa “Sender” sẽ đảm nhiệm vai trò thu thập dữ liệu và điều khiển

tự động giản phơi thông qua các nút bam Các dữ liệu này sẽ được truyềncho 1 thiết bị LoRa “Receiver” để xử lý dữ liệu

- _ Thiết bị LoRa “Sender” sẽ được dé ở vị trí gần thiết bi phát Wi-Fi dé việc kết

nôi Wi-Fi dé tránh việc nhiêu Wi-Fi nhat có thê.

MỞ ĐẦUTrong vài năm gần đây, sự phát triển của điện tử và máy tính đã đánh dấu bướcngoặc mới trong công nghệ thông minh và ứng dụng được rất nhiều trong cuộcsống, cụ thể như RFID (Radio Frequency Identification), nhà thông minh (smarthome) và đặc biệt là hệ thống đo thân nhiệt, máy rửa tay thông minh đã giúp íchrất nhiều cho con người, xã hội trong việc phòng chống dịch bệnh Covid-19 Bêncạnh những phát triển to lớn đó, những nhu cau sử dụng các thiết bị gia đình đòihỏi ứng dụng những công nghệ điện tử nhằm phục vụ nhu cầu đời sống của mọingười cũng rất cần thiết khi con người quá bận rộn vào công việc Với đại đa số

cư dân Việt Nam thuộc tầng lớp lao động và chọn Sai Gòn làm miễn đất hứa thìnhững căn hộ giá rẻ, diện tích nhỏ là sự lựa chọn hữu lý và cấp bách Bên cạnh

đó, trên thị trường hiện nay có khá ít sản phâm tự động liên quan đến giàn phơi

đồ và thường chiếm diện tích khá lớn Từ đó, tôi đưa ra giải pháp là thiết kệ hệthống giàn phơi đồ tự động nhăm đáp ứng thời tiết tại thành phố Hồ Chí Minh và

khắc phục về diện tích không gian phơi quan áo

Dé xây dung và thiết kế hệ thống giàn phơi đồ tự động, tôi sử dụng hai phươngthức kết nối không dây là LoRa và Wi-Fi dé giao tiếp các thiết bị trong hệ thống

Việc này sẽ giúp mở rộng phạm vi hoạt động của giản phơi cho các nhà có không

gian nhỏ và việc truyền nhận bi nhiễu ít nhất có thé.

Chương 1 TONG QUAN

1.1 Hiện trạng thời tiết khí hậu tại thành phố Hồ Chí Minh

Thực trạng

Theo trang web weatherplus.vn [18], đưới đây là một số nét tong quan chung về đặc

điểm thời tiết - khí hậu Hồ Chí Minh:

- Nhiét độ: Nhiệt độ trong không khí tại Hồ Chí Minh đạt ngưỡng trung bình

là 27 độ C Trong đó, nhiệt độ cao nhất đạt 40 độ C và thấp nhất khoảng 14,8

độ C Tháng 4 là tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất rơi vào khoảng 29 độ

C Giữa thang 12 và đầu tháng 1 là thời điểm mức nhiệt độ ở thành phố Hồ

Chí Minh là thấp nhất khoảng 26 độ C

- Độ âm: Khí hậu thành phố Hồ Chi Minh có độ âm bình quân xấp xỉ 79,5%

mỗi năm.

Ý nghĩa của dữ liệu thời tiết đối với đề tài

Dựa vào dữ liệu của nhiệt độ và độ âm ở trên, tôi sẽ xác định được khoảng nhiệt độ

và độ âm dùng để làm mốc đữ liệu trong quá trình thiết kế biểu đồ hiển thị trêntrang web (nhiệt độ: từ 25 đến 32°C, độ âm: 50 đến 80 %) Tuy nhiên trong quátrình thử nghiệm ngoài môi trường thực tế, con số có thé thay đối

1.2 Đề tài nguyên cứu

1.2.1 Ly do chọn đề tài

Để thiết kế một sản phẩm vừa thân thiện vừa dé sử dụng cho người dùng trong

thời đại công nghiệp 4.0, tôi dựa trên những mẫu sản phẩm có sản trên thị trường

để thiết kế lại sao cho diện tích hoạt động của giàn phơi chiếm ít nhất và có giá

thành hợp lý.

1.2.2 Mục tiêu của đề tài

Xây dựng được hệ thống giàn phơi đồ tự động nhằm mục đích lắp đặt ở trong

phạm vi một tòa nhà với khí hậu tại thành phố Hồ Chí Minh và có khoảng không

gian vừa và nhỏ.

Thiết kế khung cho giàn phơi:

- Thiết kế khung theo hai hướng: đưa ra và thu vào Dé giảm tối thiểu

khoảng không gian hoạt động của giàn phơi.

- Sir dụng động co Linear dé điều khiển việc hoạt động của giàn phơi

Thiết kế hệ thống:

- Su dụng LoRa trong việc truyền nhận dữ liệu giữa giản phơi với Server

- _ Thiết kế hộp các nút bam dé điều khiển cách hoạt động của giàn phơi

1.2.3 Pham vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu chính của đề tài gồm 4 nội dung chính:

- _ Nội dung 1: Tìm hiểu và thiết kế bộ khung cho giàn phơi đồ tự động

- _ Nội dung 2: Phân tích và thiết kế hệ thong giàn phơi tự động

- _ Nội dung 3: Thực nghiệm và kết qua

- Nội dung 4: Hạn chế và hướng phát triển

1.2.4 Bố cục khóa luận

Khóa luận được chia làm 6 chương, với chương 1 giới thiệu tông quan về đề tàinghiên cứu như phạm vi nghiên cứu, mục tiêu của đề tài Tiếp đến là chương 2,

cơ sở lý thuyết về các công nghệ và thiết bị được dùng dé nghiên cứu va phát

triển đề tài Chương 3 trình bày về cách thiết kế khung giàn phơi đồ Chương 4trình bày về phân tích và thiết kế hệ thống từ từng phần riêng biệt cho đến một hệthống hoàn chỉnh Thực nghiệm và kết quả của đề tài được trình bày thông quachương 5, thé hiện thực nghiệm qua các thông số mà tôi thu thập được cùng với

kết quả đạt được trong quá trình thực hiện đề tài Tổng kết lại phần kết luận về đề

tài cùng với hướng phát triển kế tiếp được thé hiện ở chương 6

Chuong 2 CƠ SỞ LÝ THUYET

2.1 Một số thiết bị giàn phơi đồ hiện nay

Trên thị trường hiện nay có 2 dòng sản phẩm giàn phơi đồ đã được bán:

- Gian phơi đồ thông minh tích hợp cảm biến hoạt động tự động

- Giàn phơi đồ tự động nhưng điều khién bang nút bam

2.1.1 Gian phơi đồ thông minh Saphasa

Giới thiệu

Giàn phơi thông minh của công ty cổ phần Saphasa Việt Nam có khả năng tựđộng kéo ra hoặc thu vào quần áo tùy theo tình hình thời tiết Nếu trời mưa, quần

áo sẽ tự động thu lại tại phần có mái che Nếu trời nắng, quần áo tiếp tục được tự

động kéo ra dé phơi khô Giá san phẩm: 8,800,000 VND cho 1 bộ Hình 2-1 mô

tả hình ảnh bên ngoài của sản phẩm

- Mach tích hợp nút nhắn trên mạch và nút nhắn mở rộng trên mạch

- Mach tích hợp thêm còi chip báo hiệu chạm công tắc hành trình

- Mach tích hợp trong hộp PLC.

- _ Kích thước mạch 115x90x40mm.

- Su dụng replay dé đảo chiều động cơ

- _ Kích thước: dài 2m x rộng 0.6m x cao 1,6m

Các điểm nỗi bật của sản phẩm:

- Tu động thu quan áo khi trơi mưa, trời tối, sử dụng bộ cảm biến nhiệt

- Tu động phơi quan áo khi trời tanh mưa và có nắng lên

- _ Chức năng sấy nêu quan áo bị âm, không lo ngày mưa gió ướt át mà không

có đồ mặc

- _ Chức năng đèn chiếu sáng, bộ tích điện phòng khi mat điện giàn phơi vẫn

hoạt động bình thường

- San phẩm lắp ghép, có bánh xe dé dàng di chuyển

- D6 bền cơ khí lên đến 15 năm, chịu sức nặng lên tới 100kg

2.1.2 Giàn phơi điều khiển GLT-8013FS

Giới thiệu

Giàn Phơi Điều Khién GLT-8013FS với kha năng thông minh chỉ cần ấn nhẹ nút

điều khiến, hệ thống thanh phơi sẽ di chuyên nhẹ nhàng theo ý muốn Tiết kiệm

nhiêu thời gian và công sức cho bạn O đĩa động cơ sử dụng mô-men chịu lực, ít

tiếng ồn Nếu điện áp quá tải có khả năng tự động tắt máy Giá thành 2.200.000

VND Thiết kế của sản phẩm bên ngoài như Hình 2-2

Thông số kỹ thuật:

- Chat liệu: chế tạo từ hop kim nhôm hàng không cao cấp, không bao giờ gi,

không phai màu.

- _ Sản phẩm: Giàn phơi điều khiến từ xa

- Chung loại: Gian phơi điện tử hệ 2 thanh phơi.

- _ Điện áp: 220V/50Hz, Công suất: 120W.

- _ Điện chiếu sáng: 22W-24W

- Kích thước: 1240 x 306 x 80 (mm).

- Tai trọng: 45 kg.

- Hệ thong vi mach điện tử được tích hop nhiều chức năng với công nghệ cao

như: Cảm biên chuyên được, bộ quạt sây khô, đèn led chiêu sáng cao câp

2.1.3 Đánh giá

Sau khi tìm hiểu một số thiết bị giàn phơi trên thị trường, tôi nhận ra rằng tuy một

số sản phẩm đã được sản xuất và bán trên thị trường nhưng những giàn phơi này

có một sô nhược điêm sau:

- San phâm [2] chiếm diện tích lớn trong quá trình hoạt động (kéo ra và thu

vào), nên không phù hợp với nhà có diện tích vừa và nhỏ Gia thành không

phù hợp cho phổ biến rộng rãi

- _ Sản phẩm [3] tuy chiếm diện tích nhỏ hơn so với sản phẩm [2], tuy nhiên

không hoạt động tự động mà người dùng điều khiến Có thé sấy khô quan

áo thông qua quạt và giá thành nhỏ hon sản phẩm [2]

- _ Cả hai sản phẩm đều không tự động lưu đữ liệu và cho người dùng xem dữ

liệu về nhiệt độ và độ âm

Dé có thể khắc phục các nhược điểm trên, tôi đề xuất thiết kế khung giàn phơi đồđược lắp đặt trên tường nhà (theo hướng thắng đứng vuông góc với mặt đất) sẽ giải

thích thêm ở Chương 3: Phân tích và thiết kế khung giàn phơi

Các cảm biến mới sẽ được thêm vô với mục đích giúp cho hệ thống của giản phơi

hoạt động 6n định hơn thông qua việc thu thập các dữ liệu về thời tiết (nhiệt độ, độ

am, trạng thái mưa) cũng như điều khién được chiều ngang của giàn phơi (cảm biến

Thiết bị đo nhiệt độ, độ 4m HTC-2 giúp bạn hiển thị chính xác nhiệt độ, độ âm môi

trường cùng với đồng hồ xem giờ trên màn hình LCD sử dụng pin AAA thông dụng

dễ dàng thay pin khi hết

Nó giúp bạn theo đõi và bảo quản thực phẩm, thiết bị điện tử hay duy trì nhiệt độ,

độ âm trong phòng thí nghiệm phù hợp để sử dụng trong nhà, văn phòng, trường

học, phòng thí nghiệm, nhà kho, bệnh viện

- Hiển thị nhiệt độ và độ âm liên tục

- Nhớ gia tri Max và Min

- Hién thi gid 12/24

Hình 2-3 Thiết bị đo nhiệt độ độ âm HTC-2

Bên cạnh việc thu thập dữ liệu và so sánh với dữ liệu môi trường, giàn phơi cũng

cần phải truyền dữ liệu này đi lên Server thông qua một số loại kết nối phổ biến

như:

- Wi-Fi: 1 thiết bị sẽ kết nối với mạng cá nhân và đây dữ liệu trực tiếp lên

Server Chi tốn một thiết bị và dé dàng thiết lập Tuy nhiên sẽ gặp vấn déđường truyền nếu thiêt

- Bluetooth: dùng 2 thiết bị kết nối bluetooth với nhau sau đó sẽ truyền thăng

lên Server thông qua Wi-Fi Điều này sẽ giúp cho việc truyền dữ liệu ổn địnhhơn nhưng khoảng cách giữa hai thiết bị sẽ bị giới hạn

- LoRa: hệ thống được kết nối như Bluetooth (sử dụng 2 thiết bị dùng Wi-Fi

để đây dữ liệu lên Server) tuy nhiên khoảng cách của hai thiết bị sẽ xa hơn

rat nhiều lân so với Bluetooth.

Vì những lý do trên tôi quyết định sẽ sử dụng LoRa kết hợp với Wi-Fi thay vì dùng

Bluetooth + Wi-Fi hoặc chỉ dùng Wi-Fi

11

2.3 LoRa

Giới thiệu

LoRa là viết tắt của Long Range Radio là một công nghệ điều chế RF cho mạng

diện rộng công suất thấp (LPWAN) có khả năng truyền dữ liệu lên đến 5km ở khu

vực đô thị và 10-15km ở khu vực nông thôn Đặc điểm của công nghệ LoRa là yêu

cầu điện năng cực thấp, cho phép tạo ra các thiết bị hoạt động bằng pm với thời gian

lên tới 10 năm.

Nguyên lý hoạt động

Kỹ thuật điều chế Chirp Spread Spectrum là nền tang dé phát triển công nghệ LoRa

Đầu tiên, tín hiệu đữ liệu sốc sẽ được khuếch đại tần số cao hơn, sau đó nó được mãhóa thành chuỗi tín hiệu chirp, cuối cùng thì sẽ được gửi đi từ anten

Nhờ có nguyên lý hoạt động như trên, tín hiệu LoRa có thé được truyền đi xa vớilượng công suất thấp và ca tín hiệu không mạnh bang tín hiệu nhiễu bên ngoài môi

trường.

Ưu điểm:

- Dễ dàng pho bién: Công nghệ LoRa hiện nay có thể được sử dụng một cách

rộng rãi Quá trình lắp đặt các thiết bị cảm biến có giá cả phải chăng, đồng

thời kiến trúc cũng đơn giản Hiện nay công nghệ LoRa đã được ứng dụngnhiều trong IoT/M2M, đồng thời có cả liên minh các nhà sản xuất sử dụng

công nghệ này.

- Hoat động ở tầm xa với lượng điện năng tiêu thụ thấp: Như đã đề cập lợi thế

lớn nhất của công nghệ LoRa đó là việc điện năng tiêu thụ thấp, nhưng vẫn

có thé dẫn truyền dữ liệu ở tầm xa được Ngoài ra, công suất hoạt độngkhông vì thế mà bị giảm sút, và công nghệ LoRa có thê hỗ trợ hàng triệu tinnhắn từ trạm gốc

- D6 bảo mật cao: Các tín hiệu này sẽ được mã hoá 2 lớp, bao gồm 1 lớp dành

cho ứng dụng có mã hoá AES và l lớp dành cho bảo mật mạng.

12

Nhược điểm:

- Tải trọng và tốc độ thấp hơn: Đây có lẽ là nhược điểm lớn nhất của công

nghệ LoRa, bởi việc phát ra sóng ở tần số đó sẽ làm giảm tốc độ truyền tải,

đồng thời tải trọng của công nghệ cũng sẽ đạt đến mức 100 byte Cũng vì

vậy mà độ trễ của công nghệ LoRa sẽ cao hơn so với các phương pháp khác.

- Han chế trong việc lắp đặt gateway: Việc khó lặp đặt các gateway trong nội

thành cũng là cản trở trong việc phô biến công nghệ LoRa ở khu đông dancư.

So sánh giữa LoRa với Bluetooth và Wi-Fi

Bang 2-1 thé hiện sự so sánh giữa 3 công nghệ kết nối không dây với từng yếu tố

Bảng 2-1 So sánh giữa 3 công nghệ kết nối không dâyYếu tố LoRa Bluetooth Wi-Fi

Độ phủ sóng 2km — 20 km 10m — 1.5km 15m — 100m

Tốc độ truyền đữ | 10 kbps - 50 54 Mbps - 1.3

; 125 kbps — 2 Mbps liệu kbps Gbps

Điện năng tiêu thụ Thấp Thấp Thấp

Chi phí duy trì liên : 5 `

1 lân 1 lan 1 lân

Ý nghĩa của công nghệ LoRa với đề tài

Trong phạm vi một căn phòng hoặc một tòa nhà có diện tích không gian hạn chế, sovới chi dùng Wi-Fi thì khi ding LoRa sẽ tránh được việc phải lắp đặt ở gần nhất cục

13

phát Wi-Fi cũng như việc nhiễu gói tin trong lúc truyền lên server Thêm vào đóviệc kết hợp cả LoRa và Wi-Fi sẽ giúp việc lắp đặt giàn phơi sẽ không còn bó buộc

ở một không gian nhất định mà còn giúp cho việc truyền gói tin lên server ít nhiễu

và ôn định trong khoảng thời gian dài

Do dé tài sẽ sử dung board ESP32 kết nối với module LoRa nên dé không cần phải

hàn mạch và thuận tiện trong việc sử dụng tôi đề xuất sử dụng board ESP32 đã

được tích hợp chip LoRa có tên: TTGO LORA32 915Mhz SX1276 ESP32 display.

Oled-2.4 TTGO LORA32 915Mhz SX1276 ESP32 Oled-display

Giới thiệu

TTGO LORA32 915Mhz SX1276 ESP32 Oled-display (TTGO LoRa32 SX1276

OLED) là một bang mach phát triển tích hợp giữa ESP32, chip LoRa SX1276 và

màn hình OLED SSD1306.

Bảng mạch cũng có một số GPIO để kết nối với các thiết bị ngoại vi, nút PRG

(BOOT) và RST Hình 2-4 là hình ảnh chỉ tiết của board.

Hình 2-4 Board TTGO LoRa32 SX1276 OLED

14

- Hỗ trợ kết nối thông qua USB

- Hai nút bam: PRG va Reset

- Chip hỗ tro nạp thông qua UART: CP2102

- Cac giao tiép được hỗ tro: UART, SPI, SDIO, I2C, PWM, I2S, ADC, DAC,

Cap sensor

- Tan số hoạt động: 40MHz

- _ Hoạt động ở nguồn điện: 2.7V — 3.6V

- Dong hoạt động khi ở chế độ Sleep: 600uA

- _ Nhiệt độ khi hoạt động: -40°C - 85°C

- Su dụng OLED SSD1306 0.96Inch

- Kich thước: 53.07mm x 25.32mm x 7.5mm

Pin Diagram của board TTGO LoRa32 SX1276 OLED được mô tả như Hình 2-5

15

-Se — WW 905 vào 0 ối - ào: am

Hình 2-5 Pin Diagram của board TTGO LoRa32 SX1276 OLED

2 4

2.5 Cam biến nhiệt độ, độ âm, áp suất không khí BME280

Giới thiệu

BME280 là một mạch cảm biến áp suất được sử dụng như một áp kế điện tử giúp

đo áp suất, độ âm, nhiệt độ của môi trường (không khí), cảm biến có thiết kế nhỏ

gon, độ bền cao có thé sử dụng ở trong nha và ngoài trời với các ứng dụng nhathông minh, dự báo thời tiết, vườn thông minh Hình 2-6 bên dưới là cảm biếnBME280 với 6 chân cho phép vừa kết nói I2C lân SPI Trong thiết kế giàn phơi tôi

sẽ dùng SPI dé kết nối với board TTGO LoRa32

ISINWEI

Hình 2-6 Cảm biến nhiệt độ, độ âm, áp suất không khí BME280

16

Thông số kỹ thuật:

- Phạm vi đo độ âm: 0 ~ 100%

- Pham vi đo nhiệt độ: -40 ° C ~ + 85°C

- _ Thời gian đáp ứng đo độ âm: 1S

- D6 trễ: Độ âm tương đối 2%

- Phạm vi đo áp suất: 300 ~ 1100 hPa

- D6 chính xác áp suất tuyệt đối: tuyệt đối + 1hPa (sau khi hàn)

- _ Độ chính xác nhiệt độ tuyệt đối: + 0,5 ° C (ở 25 ° C)

- Giao tiếp: I2C, SPI

2.6 Cảm biến mưa rơi

Giới thiệu:

Mạch cảm biến mưa rơi sử dụng IC chính LM393, là một cảm biến để phát hiệnmưa Nó có thể được sử dụng như một công tắc khi hạt mưa rơi qua bảng mưa vàcũng dé đo cường độ mưa

Sản phẩm bao gồm một bảng mưa và bảng điều khiên tách biệt để thuận tiện hơn,đèn LED báo nguồn và độ nhạy có thê điều chỉnh thông qua biến trở Đầu ra tương

tự được sử dung dé phát hiện lượng mưa tăng hoặc giảm

Khi kết nối với nguồn điện 5V, đèn LED sẽ bật khi bảng cảm ứng không có giọtmưa và đầu ra DO cao Khi thả một ít nước, đầu ra DO ở mức thấp

17

kê chông nhiều.

18

Signal power indicator

Hình 2-8 Mạch cầu H XY-160D L298Thông số kỹ thuật

- Nguồn vào: 6.5 — 27 VDC

- Dong tối da: I5A

- Hai đầu điều khiển động cơ có nguồn bằng với nguồn vào va dòng tối đa

10A

- _ Cấp nguồn 5V dé cấp nguồn tín hiệu

- _ Cấp các tín hiệu điều khiển theo Bảng 2-2 đối với một động cơ (tương tự với

động cơ còn lại)

Cấu tạo chung của mạch cầu H

Mạch cầu H là hệ thống được cấu tạo bởi 2 dạng chính như sau:

- Dạng cấu tạo điển hình: Ở dạng này, mạch cầu H được tạo nên từ 4 transistor

với hệ thống kênh N Lúc này, transistor sẽ hoạt động đồng thời cùng kênh

N Ban chỉ cân sử dung 2 tín hiệu điêu khiên dé mở chúng.

19

- Dạng cấu tạo nỗi bật: Lúc này, mạch cầu H được tạo nên từ 2 cặp đôi

transistor P, N với FET Đây là dạng phản ánh sự ôn định của điện áp Tri sỐkhá nhỏ chỉ khoảng 24V Trường hợp công suất sử dụng lớn, các PET sẽ cóthêm kênh P nên thường sử dụng theo cấu tạo dạng điển hình

vcc

Hình 2-9 Sơ đồ cấu tạo của mạch cầu H

Nguyên lý hoạt động

Cấp các tín hiệu được mô tả như Bảng 2.2 dé điều khiển động cơ như ý muốn

Bảng 2-2 Bảng điều khiển động cơ

IN1 | IN2 |ENAI OUT

0 0 X Ngừng động cơ

1 1 xX Trôi động co

1 | 0 | PWM | Tiến + tốc độ điều khiến

0 | 1 | PWM | Lùi + tốc độ điều khiến

20

1 | 0 1 Tiến + tốc độ tối đa

0 | 1 1 Lui + tốc độ tôi đa

Ý nghĩa của việc sử dụng mạch cầu H XY-160D L298

Do động cơ được sử dụng cho nghiên cứu là động cơ DC (chiều quay phụ thuộc vào

chiều dòng điện) và nguồn cấp cho động cơ hoạt động rất lớn (24V) Nên dé có thé

chịu được công suất của động cơ và điều khiển một cách dễ dàng thì mạch

XY-160D L298 phù hợp hơn các sản pham cầu H cùng loại

2.8 Động cơ Linear VT620-2412

Giới thiệu

Động cơ Linear VT620-2412 có cơ chế di chuyển theo chiều doc và có thể đảo

chiều khi đảo chiều dong điện Trong đề tài này, tôi sử dụng 2 động cơ dé di chuyền

giàn phơi theo chiều ngang (động cơ day lên thì giàn phơi kéo ra và ngược lại)

Hình dáng của động cơ theo Hình 2-10 và 2-11 dưới đây:

&

Hình 2-10 Động co Linear VT620-2412

21

Thông số kỹ thuật

- _ Nguồn cấp vào: 24VDC

- Dòng tối đa: 3.5A

- Tải trọng tối đa: 4000N

- _ Chiều dài tôi đa: 130 MM

- Tốc độ: 8mm/s

Nguyên lý hoạt động chung của động cơ Linear (xy lanh điện)

Là một thiết bị cơ học được vận hành bằng motor kết hợp với trục vít me bên trong

để tạo ra chuyên động tịnh tiễn, với dòng điện | chiều DC

Nguyên lý hoạt động của nó là biến chuyển động quay của động cơ điện thành

chuyển động tịnh tiến thò thụt của cần truyền động, chuyên động đó được điều

khiên khí nén băng cách điêu khiên chiêu quay của động cơ.

22

Socket.io là một module trong Node.js Nó được phát triển đề sử dụng phát triển

để sử dụng các kết nối mở, tạo điều kiện giao tiép thoi gian thuc, tra vé gia trithực ở tai thời điểm đó Socket.io cho phép giao tiếp hai chiều giữa máy khách va

máy chủ.

2.9.2 Tong quan

Lam thé nao dé sir dung Socket.io

Cấu trúc một ứng dung realtime sử dung socket bao gồm 2 phan: phía server va

phía client.

Phía server: đây sẽ là nơi đặt socket.io Người lập trình có thể sự dụng nhiềungôn ngữ khác nhau để cấu hình server như Python, Java, v.v Ở đây, sử dụng

Node.js được khuyến khích dé dựng server

Phía client: thường xây dựng giao diện người dùng Có thể sử dụng js kết hợp

socket đê tạo request vê phía server.

23

Cơ chế hoạt động của Socket.io

Cơ chế hoạt động của một ứng dụng realtime đó là thông qua server dé lắng nghe

di liệu va truyén dữ liệu về các máy client Do đó cần khai báo sử dụng Socket.io

ở cả hai phía.

Cơ chế lắng nghe, truyền dữ liệu của Socket.io

Đề lắng nghe dữ liệu, ta sử dung câu lệnh socket.on(), để phát dữ liệu thì sử dung

Ứng dụng Node.js không lưu trữ các dữ liệu buffer

Các tiễn trình đơn giản nhưng hiệu năng cao:

Do Node.js sử dụng một mô hình luồng đơn (single thread) với các sự kiện lặp vàcác chương trình này cung cấp các dịch vụ cho số lượng request nhiều hơn so với

các Server truyền thống như Apache HTTP Server

Các lĩnh vực mà Node.Js được sử dụng như là một sự lựa chọn hoàn hảo:

- Cac ứng dụng về I/O

- Cac ứng dựng về luồng dit liệu

- Cac ứng dụng về dit liệu hướng đến thời gian thực

- Cac ứng dụng dựa vào JSON APIs

- Cac ứng dụng Single Page Application

24

2.11 MQ TT Broker

2.11.1 Giới thiệu

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là giao thức truyền thông điệp(message) theo mô hình publish/subscribe (cung cấp / thuê bao), được sử dụngcho các thiết bị loT với băng thông thấp, độ tin cậy cao và khả năng được sử dungtrong mạng lưới không én định Nó dựa trên một Broker (tam dich là “Máy chủmôi giới”) “nhẹ” (khá ít xử lý) và được thiết kế có tính mở (tức là không đặctrưng cho ứng dụng cụ thé nao), đơn giản và dé cài đặt

2.11.2 Tổng quan

MQTT hoạt động theo cơ chế client/server, nơi mà mỗi cảm biến là một kháchhàng (client) và kết nối đến một máy chủ, có thé hiểu như một Máy chủ môi giới

(broker), thông qua giao thức TCP (Transmission Control Protocol) Broker chịu

trách nhiệm điều phối tat cả các thông điệp giữa phía gửi đến đúng phía nhận

MQTT là giao thức định hướng ban tin Mỗi bản tin là một đoạn rời rac của tín

hiệu và broker không thể nhìn thấy Mỗi bản tin được publish một địa chỉ, có thể

hiểu như một kênh (Topic) Client đăng kí vào một vài kênh dé nhận/gửi dữ liệu,gọi là subscribe Client có thé subscribe vào nhiều kênh Mỗi client sẽ nhận được

dữ liệu khi bat kỳ trạm nào khác gửi dữ liệu vào kênh đã đăng ký Khi một client

gửi một bản tin đến một kênh nào đó gọi là publish

2.11.3 Kiến trúc thành phần

Thành phần chính của MQTT là Client (Publisher/Subscriber), Server (Broker),

Sessions (tam dich 1a Phién lam viéc), Subscriptions va Topics.

MOQTT Client (Publisher/Subscriber): Clients sẽ subscribe một hoặc nhiéu topics

dé gửi và nhận thông điệp từ những topic tương ứng

MQTT Server (Broker): Broker nhận những thông tin subscribe (Subscriptions)

từ client, nhận thông điệp, chuyên những thông điệp đến các Subscriber tương

ứng dựa trên Subscriptions từ client.

25