Thiết kế và thi công mô hình cửa tự Động

Con người với sự trợ giúp của máy móc, những công cụ thông minh đã không phải trực tiếp làm việc, hay những công việc mà con người không thê làm được với khả năng của mình mà chỉ việc đi

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG TP HÒ CHÍ MINH

KHOA CONG NGHỆ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

OOOO

ĐỎ ÁN 1

THIET KE VA THI CONG MO HINH CUA TU DONG

GVHD: Ths HOANG BAC HUY SVTH: HUYNH THAI TAI MSSV: 2032210483 LỚP: 12DHTDH05

NHẬN XÉT CUA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

KHOA CN ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do — Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỎ ÁN

1 Họ và tên sinh viên được giao đề tài

Họ tên: Huynh Thái Tài

MSSV: 2032210483

Lớp: I2DHTDH05

2 Tén dé tai: THIET KE VA THI CONG MO HiNH CUA TU ĐỘNG

3 Nhiệm vụ của đề tài:

Churong 1: TONG QUAN VE HE THONG CUA TU DONG

Chuong 2: CAC LINH KIEN SU DUNG TRONG HE THONG

Chuong 3: THI CONG VA THIET KE HE THONG CỬA TU DONG

Chương 4: KẾT LUẬN

4, Ngày giao nhiệm vụ: 19/8/2023

5 Ngày hoàn thành và nộp về khoa: 12/12/2023

Tp.HCM, ngày tháng năm 202 Giảng viên hướng dẫn

LỜI CÁM ƠN

3

Em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô thuộc Tổ bộ môn Điện-Điện tử và Tự

động hóa Trường Đại học Công thương Tp.HCM Đặc biệt, em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thay Hoang Đắc Huy đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đồ án nảy

Xin chân thành cảm ơn các bạn lớp 12DHTDH05 đã cung cấp những tài liệu kỹ thuật và những ý kiến đóng góp quý báu

TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2023 Sinh viên thực hiện Huỳnh Thái Tài

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2 1 SE TH HH tt the H 1t 2n ng Hee 7 CHƯƠNG 1: TỎNG QUAN VỀ HỆ THÓNG CỬA TỰ ĐỘNG -cccsc: 10 1.1 Khái niệm về hệ thống tự động - + s SE E1 11 1 11121 rrrrye 10

1.2 Vai trò của hệ thông cửa tự động -.L L0 12112 11221122 1111221 tra ky 10 1.3 Ứng dụng hệ thống cửa tự động L 2200122111212 n2 ng 2H ca 10

CHƯƠNG 2: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THÓNG -¿ 11

2.1 Kat Ardiuno no R3 Q0 222111 nnn TT HH KT ng 2111k kn ng 11h11 k K11 xen nh he 11

2.1.1 Cấu tạo ATduUino s sccE 21221121221121121212221212121 2121k 11

2.1.2 Théng 86 ki thuat cla Arduino Uno R3 cccccccccccscssssesscesesecsvevsessescsessvsssevecseses 12 2.1.3 Ứng đụng của Arduino Uno R3 - s22 1 2E E122 2x tre 14

2.2 Cảm biến siêu âm HC-SR04 55 s2 2122112112211 1122121 re 15 2.2.1 Thong $6 k¥ thuat.n ccc csccscsscscsseesesesseesesesevseesevevsssssevsesevevsvstereeeeesess 15 2.2.2 Cấu fạO St T21 2122212121221 12121211221 rreree l6

2.2.3 Nguyên lý hoạt động Q2 Q2 n 2n S2 H1 1H21 Hệ 17

2.2.4 Ứng đựng -s c1 1E 111221 ng t n1 ng nghe 18 2.2.5 Ưu nhược điểm - 2-52 s22 921211121271121121121121121121221212E1e nude 18

2.3 Động cơ servo SG90 180 độ Q.0 20112211222 H122 21111502 nườ 18

2.3.1 Thông số kỹ thuật 1 S1 1E 1211211112112 11 1 2111212111 111gr ườn 19 2.3.2 Cấu fạO c1 2022212121221 121212111222 19 2.3.3 Sơ đồ các chân - s12 21211 2nre re 20

2.3.4 Nguyên lý hoạt động Q2 LH 2n n2 HH n1 1k1 kệ 21

2.3.5 Ung dung c.cccccccccccccescessessessessesssssessesssessssessussvesecsuesevsessresevsunssesevssseesaeevevseees 22 2.4 Màn hình LCD1602 tích hợp sẵn module chuyền đôi I2C 52 5sccsc se: 22 2.4.1 Thông số kỹ thuật S1 1 11211112112 11 12111212111 ru ườn 22 2.4.2 Sơ đồ chân - n2 2222121221211 2121212121211 ren 23 2.4.3 Ứng đựng -.-s c1 t1 21t 2n n1 nh ng noi 23 CHUONG 3: THI CONG VA THIET KE HỆ THÓNG CỬA TỰ ĐỌNG 24 3.1 Sơ đồ khối mô hình - 2: 22292 9EE212711212121121271212121222011 re 24 3.2 Lưu đồ giải thuật 5 St E1 H1 n1 H21 1t ng ng Hn He re ai 24 3.3 Sơ đỗ đầu nối phần cứng 5 c tn 12 E1 H21 1012121 trung 25 3.4 Mô hình thực tẾ - + 2s E22 221221211122121212122121212121 215tr rrre 25

MUC LUC HINH ANH

Hình 2.I Arduino Ủno RÄ 2L 2221221112211 12 112 1111511511121 1511151111511 kệ II

Hình 2.2 Sơ đỗ chân Atmega 328 5 ST 2E21E112112121121112 111kg H rau 14

Hình 2.3 Module cảm biến siêu âm HIC-SR04 2 5 SE E1 EEEE1271E1 2111 EE Hee 15 Hình 2.4 Phát sóng trên cảm biến siêu âm HC-SR04 52 2 2S E2E2E12E2212E2Ex re 16 Hinh 2.5 Kích thước và sóng cảm biến siêu âm HC-SR04 52 St SE xxx re 17 Hình 2.6 Động cơ servo I80 độ L0 11212 2112011522 1115012511151 1211111 ky 19 Hình 2.7 Hướng dẫn sử dụng động cơ Servo SG90 với Arduino c-cccccsrsrsre2 20 Hình 2.8 Chân của S€TVO - L L1 11120121 11211211111 11111111111 11 111 11111 E11 11 K11 KHE k Hy 21 Hinh 2.9 Neguyén li hoat déng cla Servo cece ccc cece cee ceeeeesseeceeeseseseeeesieseenesateees 22

Hình 2.10 Sơ đồ chân của màn hình LCD1602 tích hợp săn module chuyên đôi I2C 23 Hình 3.1 Sơ đồ khối 20 222 22211122111122111122112.11 1111 1e 24 Hình 3.2 Lưu đồ giải thuật 52 S1 9 1E 1121211 112121 1 1 H1 rn 24 Hình 3.3 Sơ đồ đầu nối 2c 222 2 211 2221112211112211122111101111201111111 1e 25 Hình 3.4 Mô phỏng đầu nỗi phần cứng - c5 n1 1 HH 1y 25 Hình 3.5 Mô hình thực tÊ . 25: 22 22 112221112221112211112111121110.1111.111.1 1e 26

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật Đặc biệt trong lĩnh vực tự động hóa đã tạo nên một động lực thúc đây và phát triển các ngành công nghiệp khác nhằm phục vụ và đáp ứng được nhu cầu của con người trong cuộc sống Con người với sự trợ giúp của máy móc, những công cụ thông minh đã không phải trực tiếp làm việc, hay những công việc mà con người không thê làm được với khả năng của mình mà chỉ việc điều khiển chúng hay chúng làm việc hoàn toàn tự động đã mang lại những lợi ích hết sức

to lớn, giảm nhẹ và tối ưu hóa công việc Với sự tiễn bộ này đã đáp ứng được những nhu cầu của con người trong cuộc sống hiện đại nói chung và trong sự phát triển của khoa học

kỹ thuật nói riêng Đối với những sinh viên ngành công nghệ kĩ thuật điều khiển tự động hóa chúng ta thì việc nghiên cứu, tìm hiểu các đặc tính của công nghệ tự động, các dây truyền công nghệ có ý nghĩa thực tế hết sức quan trọng Nó không những trang bị cho chúng ta kỹ năng làm việc trong lĩnh vực điều khiển tự động, điện tử mà còn giúp chúng

ta theo kịp với sự phát triển của khoa học kĩ thuật ngày nay khi tốt nghiệp ra trường Sau đây em xin tìm hiểu về công nghệ hệ thông mở cửa tự động dùng cảm biến cũng như thiết

kế một ứng dụng thực tế là “Thiết kế và thi công mô hình cửa tự động”

1 Lý do chọn đề tài

Việc sử dụng các loại cửa tự động không những góp phân tăng sự sang trọng và hiện đại cho nơi sử dụng mà còn giúp tiết kiệm thời gian, đem đến sự tiện lợi cho những người qua lại Chính vì vậy mà từ khi ra đời cho tời nay cửa tự động đã không ngừng được cải tiến hiện đại hóa dé đáp ứng nhu cầu của người sử dụng Nhìn chung cửa tự động là một loại thiết bị thay thế cho các loại cửa thông thường, nó có chức năng tự động cảm nhận đối vời người qua lại, tự động mở ra khi có người cần đi qua và tự động đóng lại khi không còn người qua lại

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:

Trong xã hội văn minh hiện đại, cửa là một bộ phận không thê thiếu được trong từng công trình kiến trúc Tuy nhiên loại cửa bình thường mà chúng ta hay dùng có những nhược điểm gây phiền toái cho người sử dụng, đó là: cửa được đóng mở khi có tác động

7

của con người vào nó Vì vậy mà dùng cửa thường tốn thời gian và gây cảm giác bat tiện cho người sử dụng

Việc thiết kế ra một loại cửa tiện ích hơn, đa năng hơn, phục vụ tốt hơn cho đời sống con người trong thời điểm xã hội ngày càng hiện đại và phát triển hiện nay là yếu tốt tất yêu và vô cùng cần thiết Vì vậy cần thiết kế ra loại cửa tự động khắc phục những nhược điểm của cửa thường

Nghiên cứu và thiết kế sử dụng hệ thống mở cửa tự động dùng cảm biến siêu âm HC-SR04 đề mở cửa tự động nhằm tiết kiệm thời gian và thuận tiện hơn trong đời sống

3 Đối tượng và phạm vỉ nghiên cứu

-_ Đối tượng:

+ Tìm hiểu CN cửa tự động hiện nay, và cảm biến được dùng trong hệ thông cửa +_ Tìm hiểu mô hình HT mở cửa tự động mở dùng cảm biến chuyên động thân nhiệt

+ Các thành phần và hệ thông điều khiển của mô hình

+ Các cảm biến, linh kiện và Arduino UNO được sử dụng trong mô hình

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Nghiên cứu cách thức hoạt động tìm hiểu nghuyên lí mạch

+ Nghiên cứu lý thuyết về phần cứng và phần mềm của mô hình

+ Thiết kê thi công Aruduino no kết nội với cảm biến

4 Phương pháp nghiên cứu

- _ Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và mô hình thực tế dé lam rõ nội dung đề tài Cụ thê như sau:

+ Thu thập, phân tích các tài liệu và thong tin liên quan đến đề tài

+ Tim hiéu qua tai ligéu internet va sách báo và nhu cầu đời sống xã hội

+ Su dung phan mềm chuyên dụng đề thực hiện viết code và nap code

+ Sử dụng các phần mềm vẽ mô phỏng và lập trình

5 Dự kiến kết quả

nN

- Hoan thanh san pham đúng như lý thuyết trình bày và hoạt động được

- _ Các kết quả quá trình thực hiện, đánh giá chất lượng hệ thống

.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài giúp người nghiên cứu có được kiến thức nền tảng về công nghệ cửa tự động

Từ lý thuyết và kết quả nghiên cứu, người nghiên cửu có thê phát triển ý tưởng đề xây dựng những mô hình hệ thông mở cửa tự động thực tế có tính ứng dụng cao

Đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống mở cửa tự động dùng cảm biến siêu âm HC- SR04” góp phần vào đời sống cải thiện thêm nhiều chức năng cho hệ thống mang đến các ứng dụng thực tế cao hơn

Nội dung báo cáo Gồm 4 chương được giới thiệu sơ lược sau đây:

- - Chương l: Tổng quan về hệ thông mở cửa tự động

- _ Chương 2: Các linh kiện sử dụng trong hệ thông

- - Chương 3: Thi công và thiết kế hệ thống cửa tự động

- Chuong 4: Kết luận

CHUONG 1: TONG QUAN VE HE THONG CUA TU DONG

1.1 Khái niệm về hệ thống tự động

Hệ thống điều khiến tự động là hệ thống bao gồm các phân tử tự động nhằm điều khién các quá trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà không có sự tham gia trực tiếp cua con ngƯỜI

Hệ thống điều khiến tự động: là tập hợp các thành phần vật lý có mối liên quan và tác động qua lại lần nhau đê chỉ huy, tự hiệu chỉnh hoặc điều khiên một hệ thông khác

Hệ thống điều khiên tự động xuất hiện ngày nay rat phổ biến

- _ Hệ thống điều hoà không khí

- _ Hệ thống cửa tử động

- _ Hệ thống tự động báo cháy v.v

Trong môi trường sản xuât:

- Các máy tự động

- Cac duong dây sản xuât, lắp ráp tự động

- _ Các máy điều khiên theo chương trình, Máy tính, Robot v.v

1.2 Vai trò của hệ thống cửa tự động

Động cơ cửa tự động là một thiết bị quan trọng dùng đề điều khiển hoạt động của cửa tự động Nó đảm bảo rằng cửa mở và đóng một cách chính xác và đồng bộ Động cơ cửa tự động có thể điều chính độ mở và tốc độ của cửa, giúp đám bảo sự an toàn và tiện nghi cho người sử dụng

1.3 Ứng dụng hệ thống cửa tự động

Ở những nơi công cộng cửa tự động ngày càng phát huy ưu điểm vì sẽ giúp cho lưu thông qua cửa ngày càng nhanh chóng, dễ đàng, cũng như giảm đi những va chạm khi nhiêu người cùng sử dụng chung Ï cánh cửa Thêm vào đó hiện nay hệ thông máy lạnh được sử dụng khá rộng rãi ở những nơi công sở, công cộng Nếu ta dùng loại cửa bình thường thì phải đảm bảo cửa luôn đóng khi không có người qua lại đề tránh thất thoát hơi lạnh ra gây lãng phí Thế nhưng điều này trong thực tế rất khó thực hiện vì ý thức của mỗi người nơi công cộng là rất khác nhau Do đó, cửa tự động, với tính chất là luôn đóng khi không có người qua lại đã đáp ứng tốt yêu cầu này

10

Chính vi những yêu điểm nỗi bật của cửa tự động mà chúng ta ngày càng phát trién img dụng nó rộng rãi hơn, đồng thời nghiên cứu dé cái tiến nâng cao chất lượng hoạt động của cửa tự động đề nó ngày càng hiện đại hơn, tiện ích hơn

II

CHUONG 2: CAC LINH KIEN SU DUNG TRONG HE THONG

2.1, Kit Ardiuno Uno R3

Ardiuno hoạt động độc lập, nó kết nối với máy tính đề truy cập dữ liệu cảm biến bên ngoài thế giới và cung cấp thông tin phản hồi cho bạn Các ardiuno sẽ tự kết nối với nhau

và có thể kết nỗi với các thiết bị điện tử và chíp điều khiển bên ngài khác Không chỉ vậy,

Ardumo còn là công cụ học tập, sáng tạo dé ban thực hiện các dự án khoa học dé đàng Hiện tại có một công đồng Arduino rất lớn nên bạn có thê học hỏi và tham khảo ý kiến từ THỌI người

Arduino mang téi tính linh hoạt và chi phí học tập, sử dụng thấp hơn nhiều so với các linh kiện khác Đây là ngôn ngữ lập trình khá đơn giản và quen thuộc với người đã có kinh nghiệm Java Vì thế, Arduino là công cụ tuyệt vời để bạn học tập và nghiên cứu, thử

nghiệm các thiết bị điện tử

Arduino tương tác thế giới xung quanh thông qua cảm biến điện tử, động cơ và đèn Các bộ phận của Arduino bao gồm phần cứng và phần mềm như sau:

Phân cứng Arduino la bang mạch nguồn mở, cùng bộ vi xử lý và chân đầu vào/ đầu

ra (I/ O) đề liên lạc, điều khiển các đối tượng vật lý (LED, servo, nút, v.v.) Bảng mạch thường được cấp nguồn qua USB hoặc nguồn điện bên ngoài, cho phép cung cấp năng lượng cho các phần cứng, cảm biến khác

12

trình gồm:

Arduino Uno một loại board mạch đơn giản nhất hợp cho người mới bắt đầu Dữ liệu board này gồm 14 chân đầu, 6 chân 5V giúp phân giải 1024 mức Arduino Uno có thê chạy với tốc độ 16MHz, điện áp 7v-l2v Kích thước board này là 5.5x7cm giá khoảng

hơn 150.000 đồng

Các chân năng luong cua Arduino Uno:

- GND (Ground): cyc 4m ctia nguén dién cap cho Arduino UNO Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

- 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

- 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA

- Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực đương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

- IOREF: điện áp hoạt động của vì điều khiển trên Arduino ƯNO có thê được đo ở chân nay Va di nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này đề sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

- RESET: viéc nhan nut Reset trén board dé reset vi điều khiển tương đương với

việc chân RESET được nối với GND qua | dién trở I0KO

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại là một biến thê của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thi goi la C hay C/C++ Riêng mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển Arduino cũng gọi như vậy Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phô biến hiện nay do đó rất để học, để hiểu Nếu học tốt chương trình Tin hoc 11 thi viéc lap trinh Arduino sé rất đễ thở đối với bạn 2.1.2 Thông số kĩ thuật của Arduino Uno R3

13

Dong tiéu thu Khoang 30mA

Dién ap vao khuyén dung 7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20v DC

S6 chan Digital I/O 14 chan (6 chan PWM output)

Số chân Analog 6 chân

Dòng trên mỗi chân I/O 20 mA

Arduino function Arduino function reset (PCINT14/RESET) PCð6L"! 291 1PC5 (ADCSSCL/PCINT13) analog input 5

digital pin 0 (RX) (PCINT16/RXD) POOL]: 2717) PC4 (ADC4/SDA/PCINT12) analog input 4

digital pin 1 (TX) (PCINT17/TXD) PDICRh D.PC3 (ADC3⁄PCINT11) analog input 3

digital pin 2 (PCINT18/NT0) PD2E*+ 251) PC2 (ADC2/PCINT 10) analog input 2

digital pin 3(PWM) (PCINT19/40C2B/NT1) PO3CJs 21 PC1 (ADC1/PCINTS) analog input 1

digital pin 4 (PCINT20/XCK/TO) PD4 Cie z2 PCO (ADC0/PC!NT8) analog input 0

VCC vceccy 21 GNO GND GND GNDC 2+) AREF analog reference crystal (PCINT6/XTAL1/TOSC1) PB6FV] of) AVCC vec crystal (PCINT7/XTAL2/TOSC2) PB7L»s 991 1PBS (SCK/PCINTS) digital pin 13

digital pin 5 (PWM) (PCINT21/OCO0B/T1) PDSEitt 1991 1PB4 (MiISO/PCINT4) digital pin 12

digital pin 6(PWM) (PCINT22XOCOA/AINO) PD6LÍ+z

digital pin 7 (PCINT223/AIN1) PD7LẬ*2

digital pin 8 (PCINTO/CLKOACP1) PBOLẬ‹4

+ PB3 (MOSLUOC2A/PCINT3) digital pin 11 (PWM) 161) PB2 (SS/OC1B/PCINT2) digital pin 10(PWM) 9sÏ2 PB1 (OC1A/PCINT1) digital pin 9 (PWM)

Degital Pins 11, 12 & 13 are used by the ICSP header for MISO, MOSI, SCK connections (Atmega 168 pins 17, 18 & 19) Avoid low- impedance loads on these pins when using the ICSP header

Hinh 2.2 So do chén Atmega 328

Digital: Cac chan I/O digital (chân số 2 — 13 ) được sử đụng làm chân nhập, xuất tin hiệu số thông qua các hàm chính: pinModeQ), digitalWrite(), digitalRead() Điện áp hoạt động là 5V, dòng điện qua các chân này ở chế độ bình thường là 20mA, cấp dòng quá 40mA sẽ phá hỏng vi điều khiến

Analog: Uno có 6 chân Input analog (A0 - A5), độ phân giải mỗi chân là 10 bít (0

— 1023) Các chân này dùng để đọc tín hiệu điện áp 0 — 5V (mặc định) tương ứng với

1024 giá trị, sử dụng hàm analogRead()

PWM: các chân được đánh số 3, 5, 6, 9, 10, 11; có chức năng cấp xung PWM (8 bit)

thông qua hàm analogWrite()

UART: Atmega328P cho phép truyền đữ liệu thông qua hai chân 0 (RX) và chân | (TX)

2.1.3 Ứng dụng của Arduino Uno R3

Các ứng dụng của Arduino Uno chủ yếu liên quan đến các dự án dựa trên Arduino Uno bao gồm những điều sau:

-_ Báo động cho khách trong văn phòng bang Arduino Uno

- Robot bóng đá dựa trên Arduino no

- Nhắc nhở dùng thuốc tự dong dia trén Arduino Uno

15

- - Taxi dựa trên Arduino Uno với đồng hồ đo giá vé kỹ thuật số

- Thanh thông minh dựa trén Arduino Uno

- Robot diéu khién ô tô bằng điện thoại thông minh và Arduino

2.2 Cảm biến siêu âm HC-SR04

Cảm biến siêu âm HC-SR04 là một dạng cảm biến module Cảm biến này thường chỉ là một bản mạch, hoạt động theo nguyên lý thu phát sóng siêu âm bởi 2 chiếc loa cao tần

Cảm biến siêu âm HC-SR04 thường được kết hợp với các bộ arduino, PIC, AVR

dé chạy một số ứng dụng như : phát hiện vật cản trên xe robot, đo khoảng cách vật,

Hình 2.3 Module cảm biến siêu âm HC-SR04 Chính vì là một cảm biến siêu âm dạng module, cho nên hầu như ứng dụng hay độ chính xác của cảm biến đều phụ thuộc vào phần code mà người sử dụng lập trình và nạp vào bản mạch điều khiến

l6