Từ những vấn đề trên chúng em quyết định chế tạo Thùng rác thông minh sit dung Arduino, động cơ Servo va cam biến siêu âm để tự động đóng mở nắp.. Tìm hiểu bo Arduino Nano, động cơ Serv
Trang 1DAI HOC QUOC GIA THANH PHO HO CHi MINH
TRUGNG DAI HOC BACH KHOA
KHOA KY THUAT GIAO THONG
BAO CAO DO AN NHAP MÔN KĨ THUẬT
ĐỀ TÀI:
THUNG RAC THONG MINH
GVHD: Ths.Tran Van Tao NHÓM: 6 - L01
TP.HCM 12-2023
Trang 2
Bảng phân chia công việc
STT | MSSV | Sinh viên thực hiện | Phân công công việc | Tiên trình
1 2310706 Trần Thành Đạt Chuẩn bị nguyên liệu | Hoàn thành
2 | 2312283 Tran Hiéu Nghia Thiết kế, lắp đặt Hoàn thành
3 2312663 Bùi Án Phúc Kiểm tra vận hành Hoàn thành
4 | 2313829 Dương Tường Thiết kế, lắp đặt Hoàn thành
Trang 3
Mục lục
1 Giới thiệu đề tài 3
11 Hinhthanhytudng 2 0.0 3
12 Mục tiêu ee ee 3
1.3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 3
“an 3 2_ Mô tả sản phẩm 5
21 Yeucau ee 5
2.2 Dac tinh kithuaét 2 0.0.0 .00200 0.00 0.00008 D
3 Cau tao va nguyén li hoat déng 9 3.1 Nguyên vật liệu chuẩn bị ee 9 3.2 CẤu lạO eee 9 3.3 Một số hình ảnh thực tế sản phẩm 9 3.4 Neguyénlihoat déng 2.2 2 0 000004 11 4_ Đánh giá sản phẩm 11
41 Unudiem 0 0.000 ee 11
"2: 7 — ee ee 11 5_ Phương hướng phát triển 11
Trang 4
1 Giới thiệu đề tài
1.1 Hình thành ý tưởng
Khi xã hội ngày càng phát triển,dân cư ngày càng đông đúc đặc biệt là ở các thành phố lớn, các khu công nghiệp dẫn đến tình trạng lượng rác thải con người
xã ra ngày càng tăng cao.Vì vậy, quản lý nguồn rác thải là một trong những vấn
đề mà cá quốc gia kể cả phát triển hay đang phát triển đều đang đối mặt Sử dụng
thùng rác là một cách hữu hiệu để quản lý rác thải, góp một phần cho môi trường luôn trong tình trang xanh sạch đẹp
Hiện nay, đời sống người dân dần được nâng cao Các vật dụng trong các gia đình được cơ giới hóa, tự động hóa và thông minh Ngành sản xuất cơ khí, điện
tử và các đồ gia dụng thông minh cần phải nhanh chóng nâng cao, vì đó là một
trong các ngành trọng điểm của nền công nghiệp đặc biệt là chế tạo thiết bị thông
minh phục vụ đời sống con người
Với thùng rác truyền thống, ta phải sử dụng tay hoặc chân để mở nắp.Tuy
nhiên, thùng rác là nơi tập trung rất nhiều vi khuẩn việc sử dụng tay hoặc chân dé
mở nắp có thể gây ra nhiều căn bệnh lây nhiễm ảnh hưởng đến sức khoẻ người sử dụng và mọi người xung quanh Từ những vấn đề trên chúng em quyết định chế
tạo Thùng rác thông minh sit dung Arduino, động cơ Servo va cam biến siêu
âm để tự động đóng mở nắp
1.2 Mục tiêu
Ứng dụng chức năng của arduino, servo, cẩm biến siêu âm những kiến thức
đã học vào thực tiễn để tạo ra 1 sản phẩm ứng dụng trong cuộc sống
Giúp cho môi trường xanh sạch đẹp và tự động hoá theo xu hướng của xã hội
ma cu thể hơn là trong môi trường Đại học
1.3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Thu thập, phân tích cá tài liệu và thông tin liên quan đến đề tài
Tìm hiểu bo Arduino Nano, động cơ Servo và cảm biến siêu âm Nghiên cứu
cách lấp đặt, cơ cấu nâng hạ nắp
1.4 Y nghĩa
Đưa công nghệ mới vào đời sống xã hội để mọi người được nắm bắt được về công nghệ mới với một cách hiện dại và hiện quả nhất
Tạo ra loại thùng rác mới, thân thiện với môi trường ứng dụng hiệu quả vào
cuộc sống, giúp cải thiện việc phải tiếp xúc trực tiếp vao thùng rác để giảm nguy
Trang 5
cơ bị các bệnh do vi khuẩn gây ra
Trang 62_ Mô tả sản phẩm
2.1 Yêu cầu
- Về thiết kế:
+ Nhỏ gon, tiết kiệm không gian
+ Dung tích phù hợp với sinh hoạt và công việc văn phòng
- Giá cả: Phù hợp với túi tiền của đa số người dân
- Chức năng: Hoạt động trơn tru, dễ sử dụng và sửa chữa, thay thế
- Thời gian hoạt động:
+ Hoạt động được liên tục trong thời gian dài
+ Khi hết pin sẽ được sạc và tiếp tục sử dụng
2.2 Đặc tính kĩ thuật
a Bo mạch Arduino Nano
Hình 1: Arduino Nano
Arduino Nano là một trong những loại bảng mạch điện tử được ứng dụng phổ
biến, rộng rãi và đa dạng bậc nhất hiện nay Không chỉ sở hữu ưu thế với kích
thước siêu nhỏ, chi 185 mm x 430 mm, trọng lượng khoảng 7g, bằng mạch Arduino Nano còn cho phép các lập trình viên sử dụng đơn giản, tiện lợi
Arduino Nano là một bảng mạch điện tử có kích thước nhỏ chỉ bằng 1 nửa đồng
xu gấp lại, được phát triển dựa trên dựa trên ATimega328P phát hành vào năm
2008 và khá thân thiện với breadboard Arduino Nano cung cấp các kết nối và
thông số kỹ thuật tương tự như bảng dién tit Arduino Ủno nhưng với kích thước
nhỏ gọn hơn rất nhiều
Thông số kĩ thuật:
+ Vi điều khiển: ATmega328
+ Điện áp hoạt động: 5 VDC
Trang 7
-+ Tần số hoạt động : 16 MHz
+ Dong tiéu thụ: 30 mA
+ Điện ấp khuyên dùng: 7 - 12 VDC
+ Dién ap gidi han: 6 - 20 VDC
+ Số chan Digital I/O: 14 (6 chan PWM)
+ Số chan Analog: 8 (Độ phân giải 10 bit)
+ Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 40 mA
+ Dòng ra tối da 5V: 500 mA
+ Dòng ra tối đa 3.3V: 50 mA
+ Bộ nhớ Flash: 32 KB (ATmega328) với 2KB dùng bởi bootloader
+ SRAM: 2 KB (ATmega328)
+ EEPROM: 1 KB (ATmega328)
b Cảm biến siêu âm HC-SR04
Hình 2: Cảm biến HC - SR04
Cảm biến siêu âm HC-SR04 (Ultrasonic Sensor) dudc sit dung rat pho bién dé
xác định khoảng cách vì rẻ và chính xác Cảm biến HC-SR04 sử dụng sóng siêu
âm và có thể đo khoảng cách trong khoảng từ 2 -> 300em, với độ chính xác gần như chỉ phụ thuộc vào cách lập trình
Cảm biến siêu âm SR04 sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm Cảm biến gồm 2 module.1 module phát ra sóng siêu âm vA 1 module thu séng siéu 4m phan
xa về Dau tiên cảm biến sẽ phát ra 1 sóng siêu âm với tần số 40khz Nếu có chướng
ngại vật trên đường đi, sóng siêu âm sẽ phản xạ lại và tác động lên module nhận sóng Bằng cách đo thời gian từ lúc phát đến lúc nhận sóng ta sẽ tính được khoảng
cách từ cảm biến đến chướng ngại vật
Thông số kĩ thuật:
+ Dién ap: 5V DC
+ Dong hoat déng: < 2mA
+ Mức cao: 5V
Trang 8+ Mức thấp: 0V
-+ Góc tối đa: 15 độ
+ Khoảng cách: 2em — 450cm (4.5m)
+ Độ chính xác: 3mm
c Động cơ Servo
Động cơ servo (servo motors) là một loại động cơ điện được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao như robot, máy CNC, may in 3D, may bay điều khiển từ xa và các thiết bị tự động hóa khác Servo motors được điều khiển bằng tín hiệu điện analog hoặc số, cho phép chúng hoạt động ở một vị trí cụ thể
và giữ vị trí đó trong thời gian dài
Động cơ servo bao gồm một trục quay, một bộ giảm tốc và một động cơ điện
Bộ giảm tốc giúp giảm tốc độ của động cơ và tăng lực xoắn của nó, trong khi trục
quay cung cấp độ chính xác và độ tin cậy trong việc giữ vị trí
Các ứng dụng đòi hỏi động cơ servo thường yêu cầu chính xác, độ tin cậy và tốc độ cao Điều này là do động cơ servo có khả năng điều khiển vị trí và tốc độ chính xác, đồng thời cũng có thể chịu được tải cao mà không bị mất vị trí Vì vậy, động cơ servo được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng nơi độ chính xác là yêu
cầu cần thiết
Hiện nay có rất nhiều động cơ servo có sẵn trên thị trường và mỗi loại có đặc
điểm và ứng dụng riêng.Hần hết các động cơ Servo có điện áp hoạt động từ 4.8V đến 6.5V, điện áp càng cao thì momen xoắn đạt được càng cao, nhưng pho biến
nhất là hoạt động ở + 5V
Với sản phẩm thùng rác thông minh của chúng em hiện tại đang sử dung loại đọng cơ servo MG908.Đây là phiên bản nâng cấp của động cơ RC Servo 9G với các bánh răng được làm bằng kim loại cho lực khéo khỏe và độ bền cao, động cơ
có kích thước nhỏ gọn, cách điều khiển giống như các động cơ RC Servo phổ biến
trên thị trường hiện nay: MG996, MG995, 9G, Phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau: Robot cánh tay máy, robot nhện, cơ cấu chuyển hướng, cơ cấu quay góc,
Hình 3: Déng co servo MG90s
Trang 9Thông số kỹ thuật:
+ Điện ấp hoạt động: 4.8 - 6VDC
+ Momen cực đại: 1.8kg/cm(4.8V ),2.2kg/cm(6V)
+ Operating Speed: 0.1sec/60degree(4.8v), 0.08sec/60degree(6v)
+ Banh rang: Kim loai
+ Độ dài dây nối: 175mm
+ Trọng lượng: 13.4g
+ Kích thước: 22.8 x 12.2 x 28.5mm
d Thùng rác
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại thùng rác đa dang về mẫu mã, kiểu dáng, màu sắc những có điểm chung là đa số đều được sản xuất từ nhựa.Giá
thành cho những sản phẩm có kích thước từ 5L đến 20L thích hợp trong sinh hoạt gia đình và văn phòng dao động từ 25000 VND tới 400000 VNĐ tuỳ chất lượng,
thiết kế
Để tối ưu hoá giá thành cũng như lựa chọn loại thùng thích hợp nhất cho việc lắp dặt, đi dây, chất liêu chúng em đã lựa chọn loại thùng rác đạp chữ nhật 10L
kèm ruột có 2 nắp của Inochi
Hình 4: Thùng rác 10L Inochi
Thông số kỹ thuật:
+ Kích thước: 200x272x351 mm
+ Khối lượng: 705 g
+ Chất liệu: Nhựa PP (Polypropylen) nguyên sinh, HIPS, hạt mầu, inox và phụ
gia kháng khuẩn Ag+
+ Màu sắc: Ghi sữa; Xanh chàm; Nâu Café; Be sữa
Trang 10
3 Câu tạo và nguyên lí hoạt động
3.1 Nguyên vật liệu chuẩn bị
+ 1 bo mạch Arduino Nano 3.0 LGTSE328P
+ 1 cắm biến siêu âm SRF04
+ 1 động cơ Servo MGO90S
+ 1 thúng rác đạp chữ nhật 10L Inochi
+ Keo, khoan
3.2 Câu tạo
Nắp thùng gồm:
+ Servo được lắp bên dưới nắp thùng
+ Cẩm biến siêu âm được lắp thông qua lỗ khoan từ nút mở nắp
Thân thùng gồm:
+ Arduino được lắp phía sau thân thùng và được lắp các tấm foam để bảo vệ + Phần nguồn ở đây chúng em sử dụng nguồn từ sạc dự phòng được lắp bên
thân thùng để dễ dàng thay thế và di chuyển
3.3 Một số hình ảnh thực tế sản phẩm
Một số hình ảnh thực tế sản phẩm:
+ Phần nắp:
Trang 11
(a) Mặt trên (b) Mặt trong
Hình 5ð: Phần nắp
+ Phần thân:
(a) Mặt bên (b) Mặt sau
Hình 6: Phần thân
10
Trang 12
3.4 Nguyên lí hoạt động
Ta dùng nguồn 5V từ sạc dự phòng hay dùng đầu sạc dành cho điện thoại cắm trực tiếp vào ổ cắm (nêu có) Với loại Servo hiện tại chũng em đang dùng không cần phải dùng nguồn riêng mà sử dụng trực tiếp từ bo mạch Arduino nên rất tiện
lợi trong việc di chuyển
Khi đã cung cấp nguồn, dòng điện di qua Arduino Nano rồi đến cảm biến siêu
am HC-SREFU4, khi cảm biến hoạt động phát ra sóng siêu âm Khi có người hay vật cản trong tầm hoạt động từ 1-20em của cảm biến mà ta lập trình, cẩm biến
sẽ chuyển tín hiệu về Arduino để xử lý rồi truyền tín hiệu cho Servo quay 1 góc
130 độ (có thể điều chỉnh được góc quay).Néu vẫn còn vật cẩn trong tầm hoạt động của cảm biến Servo sẽ vẫn giữ nắp của thùng rác ở trạng thái mở, sau 3s nếu không còn gì trong tầm hoạt động của cảm biến thì nắp sẽ được đóng lại một cách
tự động mà người dùng không cần động tay vào bất cứ thao tác nào
4 Đánh giá sản phẩm
4.1 Ưu điểm
+ Không cần sử dụng tay hay chân để mở nắp
+ Kiểu dáng tỉnh tế, hiện đại
+ Có thể dễ dàng di chuyển một cách linh hoạt vì sử dụng nguồn rời
+ Dễ bảo trì, sửa chữa và thay thế khi có vấn đề hỏng hóc
+ Giá thành rẻ hơn so với các sản phẩm cùng dạng hiện đang có trên thị trường
4.2 Hạn chế
+ Kích thước sản phẩm có hơi nhỏ so với nhu cầu thực tế
+ Thùng vẫn thiếu hệ thống cảm biến báo rác đầy
+ Việc đóng mở nắp có hơi ồn
+ Không chống được nước
+ Chưa có khả năng xử lý rác hay ngăn mùi hiệu quả
5_ Phương hướng phát triển
+ Sử dụng pin năng lượng mặt trời để làm nguồn năng lượng cho thùng rác hoạt động
+ Chế tạo thêm hệ thống vòi xịt gel rủa tay gắn trên thùng rác
+ Gắn thêm cảm biến báo rác đầy và thêm hệ thống ép rác để tối ưu hoá khả năng
11
Trang 13
chứa rác của thùng
+ Nâng cấp khả năng chống nước
12
Trang 14
KẾT LUẬN
Qua một khoảng thời gian cùng hợp tác và làm việc, nhóm 6 - L01 chúng em dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Văn Tạo đã hoàn thành sản phẩm cho
đồ án cuối kì lần này Sau khi vận hành thử sản phẩm, nhóm đánh giá sản phẩm
đã đạt những yêu cầu đề ra Tuy rằng sản phẩm vẫn có thể chưa đẹp mắt và còn thiếu một số chức năng nhưng với giá thành không quá đắt thì dây là một sản phẩm có thể chấp nhận được
Tuy có nhiều cố gắng, nỗ lực trong quá trình làm việc, không thể tránh khỏi những thiếu sót, nhóm chúng em rất mong nhận được sự góp ý từ các thầy cô cũng
như các bạn để sản phẩm được hoàn thiện hơn
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
13