Báo cáo dàn phơi đồ thông minh Arduino

Khi thời tiết mưa, âm u luôn là nỗi ám ảnh của nhiều người và nhất là các bà nội trợ khi mà quần áo phơi mãi mà không khô, thậm chí là phơi đến hàng tuần mà quần áo vẫn bị ẩm còn kèm theo mùi hôi khó chịu. Vậy phải làm sao để đối phó với tiết trời như thế này, làm sao để quần áo nhanh khô nhất. Lúc này giàn phơi thông minh chính là biện pháp nhanh nhất giải quyết mối lo quần áo, giúp quần áo mau khô, thơm tho ngay cả khi trời mưa, trời âm u.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN Đề tài: GIÀN PHƠI ĐỒ THƠNG MINH DÙNG ARDUINO NGUYỄN CHÍ CƯỜNG TRẦN NGỌC HỮU ÁI Bình Dương, tháng 04 năm 2016 Mục lục TRANG Trang bìa MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 11 1.2 Tầm quan trọng đề tài 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Dàn ý nghiên cứu 1.5 Đối tượng nghiên cứu 1.6 Phương pháp phương tiện nghiên cứu  Phương pháp  Phương tiện CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ ARDUINO R3 2.1 Tổng quan Arduino: .3 2.2 Một vài ứng dụng Arduino 2.3 Tổng quan Arduino UNO R3: Một vài thông số Arduino UNO R3  2.3.1 Bộ vi điều khiển Arduino R3 2.3.2 Nguồn cho vi mạch: .6 2.3.3 Các chân lượng: .6 2.3.4 Bộ nhớ 2.3.5 Các cổng vào/ra .7 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ ĐỀ TÀI 3.1 Ý tưởng thiết kế 3.2 Sơ đồ khối giàn phơi đồ dùng Arduino 3.2.1 Sơ đồ khối 3.2.2 Sơ đồ kết nối thực tế 10 Hình 3.3 – Sơ đồ kết nối thực tế .10 3.2.3 Chức khối 10 Hình 3.4 – Sơ đồ vận hành tay 11 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 14 4.1 Kết đề tài 14 4.1.1 Thi cơng khí 14 4.1.2 Kết nối sản phẩm 15 4.2 Đánh giá đề tài 15 PHỤ LỤC 1: CÁC LOẠI RELAY 17 1.1 Relay điện tử 5V, chân 17 1.2 Relay trung gian 12V ,14 chân 18 PHỤ LỤC 2: CÁC LOẠI CẢM BIẾN .20 2.1  2.2 Mạch cảm biến mưa: 20 Mạch cảm biến mưa gồm phận: 20 Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ DHT11: 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 – Các dòng Arduino Hình 2.2 : Mạch Arduino R3 thực tế Hình 2.3 – Sơ đồ khối Arduino R3 Hình 2.4 – Vi xử lý ATmega328 Arduino R3 Hình 2.5 - Các cổng vào Arduino Hình 3.1 – Mơ hình giàn phơi đồ .9 Hình 3.2 – Sơ đồ kết nối thực tế .9 Hình 3.3 – Sơ đồ kết nối thực tế .10 Hình 3.4 – Sơ đồ vận hành tay 11 Hình 3.5 - Lưu đồ giải thuật cho toán 12 Hình 3.6 – Sơ đồ động lực .12 Hình 4.1 – Thi cơng phần cứng .14 Hình 4.2 – Mạch động lực điều khiển 14 Hình 4.3 – Sản phẩm đề tài 15 LỜI CẢM ƠN Được phân công khoa Điện – Điện tử trường đại hoc Thủ Dầu Một đồng ý thầy hướng dẫn Văn Hoàng Phương chúng em thực đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên “ Giàn phơi đồ thông minh dùng Arduino” Xin chân thành cám ơn thầy Văn Hồng Phương tận tình, chu đáo hướng dẫn bảo chúng em suốt thời gian qua Mặt dù có nhiều cố gắng để thực đề tài hoàn chỉnh Tuy nhiên lần đầu thực nghiên cứu khoa học khó tránh khỏi sai sót định mà thân chưa nhận thấy Chúng em mong góp ý q thầy, để đề tài chúng em hoàn thiện Sau cùng, chúng em xin kính chúc q thầy thật dồi sức khoẻ thành công đường nghiệp giảng dạy Chúng em xin chân thành cảm ơn !!! CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Trong phát triển ngày nhanh chóng đại khoa học kỹ thuật, ngành điện tử tự động tạo nên dấu ấn quan trọng lĩnh vực sản xuất chế tạo, chúng thay đổi phát triển giờ, không dừng lại năm gần ngành điện tử tự động ngảy gần gũi với đời sống người, hỗ trợ người sống ngày Khi thời tiết mưa, âm u nỗi ám ảnh nhiều người bà nội trợ mà quần áo phơi mà khơng khơ, chí phơi đến hàng tuần mà quần áo bị ẩm kèm theo mùi khó chịu Vậy phải để đối phó với tiết trời này, để quần áo nhanh khô Lúc giàn phơi thông minh biện pháp nhanh giải mối lo quần áo, giúp quần áo mau khô, thơm tho trời mưa, trời âm u 1.2 Tầm quan trọng đề tài Ưu điểm máy phơi đồ thông minh dùng loại cảm biến để nhận biết trạng thái mơi trường bên ngồi từ cho chế độ làm việc phù hợp giúp giải vấn đề khó khăn phơi quần áo Vì đề tài vấn đề thực khách quan mà có tầm quan trọng thực trong tương lai 1.3 Mục đích nghiên cứu Do thực tiễn đời sống sinh hoạt người, việc phơi quần áo ngày thời tiết xấu bất tiện đặt biệt gia đình khơng có điều kiện nhà thường xuyên, từ bất tiện vấn đề nhóm sinh viên thực nghiên cứu vấn đề nhằm đưa ý tưởng chế tạo môt thiết bị phơi đồ thơng minh giúp xóa bỏ bất tiện hạn chế việc phơi quần áo phù hợp với xu ngành điều khiển tự động Là sinh viên ngành Điện – Điện tử muốn thử thách thân, tìm hiểu kiến thức chuyên ngành để có thêm kinh nghiệm trước trường phục vụ cho công việc sau 1.4 Dàn ý nghiên cứu Thiết kế cấu trúc sơ đồ khối Thi công phần cứng – phần mềm Hướng dẫn sử dụng phần cứng 1.5 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là: nguồn mở vi điều khiển arduino mẻ số trường, bên cạnh dùng ứng dụng để nghiên cứu giàn phơi đồ thông minh 1.6 Phương pháp phương tiện nghiên cứu  Phương pháp - Tham khảo tài liệu: chủ yếu kham khảo chi tiết module, cảm biến, khí cụ điện - Thực nghiệm: kết nối phần cứng, thiết kế mạch ổn áp, mạch động lực, cấu chuyển động  Phương tiện - Các dụng cụ ngành khí điện – điên tử máy hàn máy khoan , máy tính, đồng hồ VOM… để thực đề tài phải thiết kế số mạch phụ hay dùng testboard để thử nghiệm mô 3D CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ ARDUINO R3 2.1 Tổng quan Arduino: Hình 2.1 – Các dòng Arduino Arduino tảng mà thiết bị phần cứng làm sẵn chuẩn hóa , - người dùng việc chọn thứ cần, ráp lại chạy Arduino cung cấp cho bạn module điều khiển động có sẵn, mạch điều khiển có sẵn, mạch thu phát sóng khơng dây có sẵn, … Arduino khơng phải lập trình từ A đến Z Mỗi thứ phần cứng gắn mác “Arduino” - có đoạn lệnh viết sẵn (thư viện) cộng đồng người dùng Arduino phát triển 2.2 - Một vài ứng dụng Arduino Hệ thống cảm biến đa dạng chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát chuyển động, phát kim loại, khí độc,…),… - Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…) - Các module chức (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với thiết bị khác kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz, 2.4Ghz,…), … - Định vị GPS, nhắn tin SMS,… 2.3 Tổng quan Arduino UNO R3: Hình 2.2 : Mạch Arduino R3 thực tế Đây vi mạch tích hợp nên sử dụng tìm hiểu Arduino Hiện dòng mạch phát triển tới hệ thứ (R3), dùng vi mạch nano nhỏ nên sử dụng cho người biết lập trình thích hợp cho đề án nhỏ mơ hình nhỏ Nó đơn giản, port đủ phục vụ cho nhu cầu người nghiên cứu mãng lập trình cho ngoại vi, chức chẳng thua board khác, tích hợp sẵn board nạp hợp túi tiền so với board cao cấp  Một vài thơng số Arduino UNO R3 Hình 2.3 – Sơ đồ khối Arduino R3 - Chế độ vận hành tay Hình 3.4 – Sơ đồ vận hành tay - Chế độ vận hành tự động: Hệ thống tự động hố hồn tồn thành chuỗi kín Khi có mưa hệ thống thu đồ vào, nhờ cảm biến mưa truyền tín hiệu đến mạch xử lý chính, mạch gửi tín hiệu qua relay để thu đồ vào tương tự hệ thống phơi đồ hết mưa Ngồi hệ thống có chức sấy đồ trời mưa mà đồ chưa khơ thơng qua việc nhận tín hiệu từ cảm biến độ ẩm Quá trình xử lý hoàn toàn Arduino R3 IC cảm biến Lưu đồ giải thuật cho tốn Hình 3.5 - Lưu đồ giải thuật cho toán  Khối điều khiển động Hình 3.6 – Sơ đồ động lực  Relay trung gian 1: động mở cửa  Relay trung gian 2: động đóng cửa  Relay trung gian 3: động đưa giàn  Relay trung gian 4: động kéo giàn vào  Relay trung gian 5: máy sấy 220V - Trường hợp 1: Khi có tín hiệu vào relay 1, cửa giàn phơi đồ mở gặp cơng tắc hành trình tác động ngắt tiếp điềm thường đóng (relay ngưng kích) động đẩy cửa dừng lại, đồng thời cửa đóng tiếp điểm thường hở (relay kích) giàn phơi kéo ngồi chạy đến điểm cuối tác động cơng tắc hành trình ( relay ngưng kích) động kéo giàn ngừng - Trường hợp 2: Khi có tín hiệu vào relay giàn phơi kéo vào sau đến tác động cơng tắt hành trình làm ngắt tiếp điểm thường đóng (relay ngưng kích) động kéo cửa vào dừng, đồng thời đóng tiếp điểm thường hở (relay kích) động cửa đẩy vào chạy đến điểm cuối tác động cơng tắt hành trình (relay ngưng kích) động đẩy cửa vào dừng - Khi có tín hiệu vào relay thứ 5, relay kích hoạt máy sấy để sấy đồ Các tín hiệu cung cấp cho relay lấy từ cảm biến (nếu máy hoạt động tự động) hay cung cấp trực tiếp (nếu máy hoạt động tay) CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4.1 Kết đề tài 4.1.1 Thi công khí Hình 4.1 – Thi cơng phần cứng Hình 4.2 – Mạch động lực điều khiển 4.1.2 Kết nối sản phẩm - Kết nối module khí cụ điện lại với thành hệ thống hoàn chỉnh Hình 4.3 – Sản phẩm đề tài 4.2 Đánh giá đề tài  Ưu điểm - Là thiết bị tiêu dùng thông minh giúp giải vấn đề bất tiện phơi quần áo, đặt biệt người có thời gian nhà thường xun - Thiết bị thiết kế chế độ hoạt động tạo tiện lợi thoải mái cho người sử dụng - Linh hoạt dễ dàng chuyển, vật liệu bền chụi thời tiết  Nhược điểm - Các cảm biến máy dừng lại mức mơ hình thử nghiệm chưa hoạt động xác so với thực tế - Khi cúp điện máy hoạt động - Không thể chuyển tự động theo hướng ánh nắng mặt trời, chưa thể sử dụng gia đình có khu vực giếng trời  Hướng phát triển Ðây đề tài mẻ, nên có nhiều hướng phát triển tương lai: - Cần mở rộng để máy tự chuyển theo hướng nắng phù hợp với nơi cần sử dụng - Có thể nhận biết cường độ ánh sáng để thực việc mang đồ vào cho phù hợp - Sản phẩm không dừng lại việc phơi quần áo mà mở rộng với quy mô lớn hệ thống phơi nông sản, hàng thủ công mĩ nghệ, dây chuyền công nghiệp … 4.3 Kết luận Với đặc điểm tính trên, hệ thống trở thành sản phẩm tiêu dùng, đáp ứng nhu cầu xã hội Ðề tài mang tính đại, thực tiễn cao tính khả thi tốt thực tế Bên cạnh thời gian nghiên cứu kinh phí có hạn nên đề tài nhiều vấn đề cần cải tiến nữa, hy vọng tương lai đề tài cải thiện hoàn chỉnh ứng dụng rộng rãi đời sống PHỤ LỤC 1: CÁC LOẠI RELAY 1.1 Relay điện tử 5V, chân - Cấu tạo Relay gồm phần: + Cuộn hút: - Tạo lượng từ trường để hút tiếp điểm phía - Điện áp làm việc Relay DC: 5V + Cặp tiếp điểm: - Khi khơng có từ trường ( ko cấp điện cho cuộn dây) Tiếp điểm tiếp xúc với nhờ lực lò xo Tiếp điểm thường đóng - Khi có lượng từ trường tiếp điểm bị hút chuyển sang - Trong Relay có cặp tiếp điểm, cặp tiếp điểm nhiều +Trạng thái hoạt động: - ( 0V): Bật Relay - ( 5V): Ngắt Relay - Kích thước Module: 54x70MM - Hold 3MM 1.2 Relay trung gian 12V ,14 chân Thông số kỹ thuật: mơ hình lhh54p kích thước 27,3 x 21 x 35.2mm liên hệ với hình thức 4Z 4c vật liệu hợp kim bạc hiệu suất kháng 3a/28vdc 3a/240vac kháng cự VDC 1a & Le;100m& omega; cuộn dây điện 23& Dc( w) & Le;0.9W #8451; Ac( va) & Le;1.2va cuộn dây điện áp Dc( v) 6~220v Ac( v) 6~380v Lựa chọn- lên điện áp 23& #8451; dc& Le;75%ac& Le;80% phát hành điện áp 23& #8451; dc& ge;10& permil;ac& ge;30% tối đa điện áp 23& #8451; 110% sức mạnh điện môi cửa địa & ge;1000 VAC 50hz/1min rò rỉ liên lạc 1mA địa liên lạc & ge;1000 VAC 50hz/1min rò rỉ cuộn dây địa & ge;1500 VAC 50hz/1min rò rỉ liên lạc 1mA 1mA cách kháng cự 500 VDC & ge;500m& omega; sống điện 105lần(Tần số: 1time/1s 1time/1s) khí 106Lần( tần số: 300 lần/1min) nhiệt độ môi trường xung quanh -25& #8451;~ +55& #8451; loại thiết bị đầu cuối chènloại hoặchànLoại( xin vui lòng đánh dấu bạn cần) phù hợp ổ cắm Pyf14a pyf14a-e đơn vị trọng lượng & asymp;40g mơ hình tham khảo My4( omron loại) PHỤ LỤC 2: CÁC LOẠI CẢM BIẾN 2.1 Mạch cảm biến mưa:  Mạch cảm biến mưa gồm phận:  phận cảm biến mưa gắn trời  phận điều chỉnh độ nhạy cần che chắn Mạch cảm biến mưa hoạt động cách so sánh hiệu điện mạch cảm biến nằm trời với giá trị định trước (giá trị thay đổi thông qua biến trở màu xanh) từ phát tín hiệu đóng / ngắt rơ le qua chân D0 Khi cảm biến khô (trời không mưa), chân D0 module cảm biến giữ mức cao (5V-12V) Khi có nước bề mặt cảm biến (trời mưa), đèn LED màu đỏ sáng lên, chân D0 kéo xuống thấp (0V) 2.2 Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ DHT11: DHT11 cảm biến nhiệt độ độ ẩm Nó đời sau sử dụng thay cho dòng SHT1x nơi khơng cần độ xác cao nhiệt độ độ ẩm - DHT11 có cấu tạo chân hình Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn dây - Thông số kỹ thuật: + Do độ ẩm: 20%-95% + Nhiệt độ: 0-50º + Sai số độ ẩm ±5% + Sai số nhiệt độ: ±2ºC  Nguyên lý hoạt động: - Sơ đồ kết nối vi xử lý: Nguyên lý hoạt động: Để giao tiếp với DHT11 theo chuẩn chân vi xử lý thực theo bước: + Gửi tin hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau DHT11 xác nhận lại + Khi giao tiếp với DHT11, Cảm biến gửi lại byte liệu nhiệt độ đo - Bước 1: gửi tín hiệu Start + MCU thiết lập chân DATA Output, kéo chân DATA xuống khoảng thời gian >18ms Trong Code để 25ms Khi DHT11 hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt độ độ ẩm + MCU đưa chân DATA lên 1, sau thiết lập lại chân đầu vào Sau khoảng 2040us, DHT11 kéo chân DATA xuống thấp Nếu >40us mà chân DATA ko kéo xuống thấp nghĩa ko giao tiếp với DHT11 + Chân DATA mức thấp 80us sau DHT11 kéo nên cao 80us Bằng việc giám sát chân DATA, MCU biết có giao tiếp với DHT11 ko Nếu tín hiệu đo DHT11 lên cao, hồn thiện q trình giao tiếp MCU với DHT - Bước 2: đọc giá trị DHT11 + DHT11 trả giá trị nhiệt độ độ ẩm dạng byte Trong đó: Byte 1: giá trị phần nguyên độ ẩm (RH%) Byte 2: giá trị phần thập phân độ ẩm (RH%) Byte 3: giá trị phần nguyên nhiệt độ (TC) Byte : giá trị phần thập phân nhiệt độ (TC) Byte : kiểm tra tổng Nếu Byte = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) giá trị độ ẩm nhiệt độ xác, sai kết đo khơng có nghĩa + Đọc liệu: Sau giao tiếp với DHT11, DHT11 gửi liên tiếp 40 bit MCU, tương ứng chia thành byte kết Nhiệt độ độ ẩm - Bit 0: - Bit 1: Sau tín hiệu đưa 0, ta đợi chân DATA MCU DHT11 kéo lên Nếu chân DATA khoảng 26-28 us 0, tồn 70us Do lập trình ta bắt sườn lên chân DATA, sau delay 50us Nếu giá trị đo ta đọc bit 0, giá trị đo giá trị đo Cứ ta đọc bit TÀI LIỆU THAM KHẢO Lập trình vi điều khiển với Aruino tác giả Phạm Quang Huy – Lê Cẩm Nhung Arduino dành cho người tự học tác giả Nguyễn Trọng Hiếu, nhà xuất bách khoa Hà Nội Lập trình vi điều khiển với Aruino tác giả nhóm sinh viên đại học sư phạm kỹ thuật Hồ Chí Minh ... Mơ hình giàn phơi đồ 3.2 Sơ đồ khối giàn phơi đồ dùng Arduino 3.2.1 Sơ đồ khối Khối điều khiển động Khối vận hành Khối hiển thị Nguồn Hình 3.2 – Sơ đồ khối giàn phơi đồ 3.2.2 Sơ đồ kết nối thực... tưởng thiết kế 3.2 Sơ đồ khối giàn phơi đồ dùng Arduino 3.2.1 Sơ đồ khối 3.2.2 Sơ đồ kết nối thực tế 10 Hình 3.3 – Sơ đồ kết nối thực tế .10... Các dòng Arduino Hình 2.2 : Mạch Arduino R3 thực tế Hình 2.3 – Sơ đồ khối Arduino R3 Hình 2.4 – Vi xử lý ATmega328 Arduino R3 Hình 2.5 - Các cổng vào Arduino