thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

thiết kế hệ thống cho kho hành tự độngtài liệu tham khảo thiết kế hệ thống truyền lực của ô tôthiết kế hệ thống ngõ vào tuần tựthiết kế hệ thống tưới tiêu của dhxdphân tích thiết kế hệ thống quản lý cửa hàngthiết kế hệ thống khóa mã điện tửphan tichva thiet ke he thong quan ly vat tuthiết kế hệ thống vi cơ điện tửthiết kế hệ thống điều khiển điện tử công suấtthiết kế hệ thống quản lý vật tư

Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin Và Truyền Thông

Khoa Công Nghệ Tự Động Hóa

BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ SỞ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA TỰ ĐỘNG

Giáo viên hướng dẫn: ThS Lê Thị Thu Huyền

Sinh viên thực tập : Đào Thị Linh

Thái Nguyên, năm 2017

Lời Nói Đầu

Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin,ngành kỹ thuật điều khiển , ngành tự động hóa đã và đang đạt được nhiều tiến

bộ mới Tự động hóa không những làm giảm nhẹ sức lao động cho con người

mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiệnchất lượng sản phẩm chính vì thế Tự động hóa ngày càng khẳng định được vịtrí cũng như vai trò của mình trong các ngành công nghiệp và đang được phổbiến rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp trên thế giới nói chung và ởViệt Nam nói riêng

Không chỉ dừng lại ở đó , sự phát triển của tự động hóa còn đem lạinhiều tiện ích phục vụ đời sống hàng ngày cho con người Nét minh chứng

rõ nét chính là sự ra đời của nhưng chiếc cửa tự động với nhiều tiện ích hơn,

đa năng hơn Để phục vụ tốt hơn nữa đời sống con người trong thời điểm xãhội ngày càng hiện đại và phát triển hiện nay , vẫn luôn đòi hỏi cải tiến hơnnữa công nghệ cùng những tính năg tiện ích cho những chiếc cửa tự động

Nhận thức được sự tiện lợi cùng những ưu điểm vượt trội từ việc sửdụng của những chiếc cửa tự động đem lại đem lại mà em đi đến quyết định

chọn đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA TỰ ĐỘNG” để

thực hiện báo cáo thực tập cơ sở cho môn học này

Trong quá trình thực hiện đồ án, em tuy có nhiều thiếu sót nhưng nhờ

được sự hướng dẫn nhiệt tình cùng những góp ý quý giá mà cô giáo ThS Lê Thị Thu Huyền mang lại,em mới có thể hoàn thành tốt đồ án cho môn học

này Vì đây là lần thực hiện đồ án đầu tiên cho môn chuyên nghành nên mặc

dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót

Do đó em rất mong nhận được nhiều đóng góp ý kiến từ cô ThS Lê Thị Thu

Huyền nói riêng và các thầy cô giáo bộ môn khoa công nghệ tự động hóa

nói chung để đồ án môn học này ngày càng được hoàn thiện hơn ,

em xin chân thành cảm ơn!

Nhận xét của GVHD :

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỬA TỰ ĐỘNG 1

1.1 Giới thiệu chung về Cửa tự động (Automatic door) 1

1.2 Các đặc tính vượt trội của cửa trượt tự động 1

1.3 Một số hệ thống cửa tự động 2

1.4Cấu tạo 4

CHƯƠNG 2 :TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8

2.1 Tìm hiểu tổng quan về arduino 8

2.2 tìm hiểu các thiết bị được sử dụng trong mạch 10

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG 26

3.1 Yêu cầu 26

3.2 lưu đồ của chương trình 26

3.4 sơ đồ mạch động lực 27

3.5Nguyên lí hoạt động 28

KẾT LUẬN 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỬA TỰ ĐỘNG

1.1 Giới thiệu chung về Cửa tự động (Automatic door)

Xã hội hiện đại, nhu cầu đa dạng và đòi hỏi về sự tiện nghi của cuộc sốngkhông ngừng được nâng lên, các tào nhà văn phòng cao ốc hiện đại tiện nghingày càng nhiều việc ứng dụng khoa học công nghệ vào quá trình quản lýđiều hành là rất cần thiết cho việc giảm thiểu nhân sự tiết kiệm thời gian ,tiềnbạc.Đứng trước yêu cầu đó các công ty và các hãng sản xuất đã tạo ra những

bộ cửa có tính tự động hóa cao đáp ứng nhu cầu đi lại của con người.Ngàynay, cửa trượt đang dần trở thành khuynh hướng thiết kế của thời đại mới bởicác ưu điểm vượt trội của nó như khả năng sử dụng với mật độ lưu thông cao,tốc độ đóng mở nhanh và tính an toàn, tiết kiệm diện tích Hiện nay cửa trượt

tự động còn vươn lên một tầm cao mới với các kỹ thuật hiện đại như khảnăng vận hành bằng điều khiển từ xa hay mắt điện tử thông minh

1.2 Các đặc tính vượt trội của cửa trượt tự động:

1/Tính đơn giản: Lắp đặt dễ dàng, thuận tiện, Dễ điều chỉnh

2/Tính kỹ thuật: Tối ưu hóa trình tự hoạt động, nâng cao khả năng chống

gió ,Tăng cường giảm thiểu tiếng ồn

3/Độ tin cậy: Kết cấu bộ điều khiển được tối ưu hóa, bền và ít xảy ra sự cố ,

Đóng mở ổn định,

4/Tính linh hoạt: Bằng việc kết hợp chức năng của các bộ phận, người sử

dụng có thể thực hiện được thêm nhiều chức năng khác.Với kỹ thuật lần đầutiên được áp dụng là thêm cơ năng vào bộ phận điều khiển, cửa trượt tự động

có thể thực hiện thêm các chức năng mới như hoạt động liên thông nhiều cửa,hiển thị nhắc nhở chuông cửa, điều chỉnh ngữ âm và điều khiển trung ương

- Với bộ điều khiển kết hợp với bộ tắt mở gắn ngoài, có thể mở rộng cửa từ20-90%, tiết kiệm năng lượng tối đa

5/Tính an toàn :Cửa sẽ tự động khởi động lại khi gặp vật cản, sensor vật cản

sẽ linh hoạt hơn và phạm vi điều chỉnh sẽ được mở rộng, Dễ mở khi mất điện

1.3 Một số hệ thống cửa tự động

1 Hệ cửa tự động trượt thẳng 02 hoặc 03, 04 cánh:

Hình 1.3.1 Nguyên lý vận hành hệ quan sát (Sensor)

lối đi - Cảnh báo khu vách cố định

Hình 1.3.2Có thể yêu cầu trang bị hệ tự nhận dạng người đi xe lăn (tàn tật)

Hình 1.3.3Hệ cửa trượt 02 cánh

Hình 1.3.4 Hệ cửa trượt 04 cánh

2 Hệ cửa tự động trượt theo dạng vòm cong 02 hoặc 04 cánh:

Hình 1.3.5 Cửa trượt dạng vòm cong

3 Hệ cửa tự động mở quay 02, 03 hoặc 04 cánh:

hình 1.3.6 mô hình cửa tự động mở quay 02, 03 hoặc 04 cánh

1.4Cấu tạo

1/ Đặc điểm chung

Là hệ thống cửa trượt tự động cao cấp có thể đáp ứng được các yêu cầu cao vềcấu hình cũng như kích cỡ theo yêu cầu của khách hàng, dòng sản phẩm này baogồm nhiều chủng loại Hệ thống bao gồm :

Khung bao

- Bằng nhôm định hình

- Được thiết kế lắp đặt treo tường hoặc trần nhà

- Kích thước : a x b mm ( cao x sâu )

- Ray trượt bằng plastic gia cường, chống ồn

Bộ phận vận hành cửa trượt bao gồm : moto ,bộ phận điều khiển (PLC) , Mắt

cảm biến hồng ngoại,hộp kỹ thuật,dây codoa

Hình 1.4.1 hệ thống khung bao

2/Mo tơ: (DC Brushless Motor )đây là loại mô tơ điện một chiều không sử

dụng chổi than cho phép cửa hoạt động với tần suất cao mà không bị nóng Vớimoment xoắn lớn cộng với hệ thống gá được chế tạo đặc biệt giúp cho sự vậnhành của cửa hết sức nhẹ nhàng không bị rung Tải trọng tối đa cho 02 cánh cửalên tới 250 kg hoặc 150 kg cho cửa 1 cánh

Hình 1.4.2 mô phỏng từng chứ năng

3/ Bộ điều khiển ( MICOM Controller) Sử dụng PLC, lập trình hệ thống cho

phép đảm bảo nhiều chức năng đóng - mở, có thể kết hợp với các thiết bị khácnhư đầu đọc thẻ, khoá điện, sensor an toàn đảm bảo độ an toàn và an ninh cao.Trong khi cửa đang mở hoặc đóng, nếu gặp chướng ngại vật cửa sẽ dừng lại đổichiều và sau đó sẽ từ từ đóng lại hoặc mở ra Nếu sau 3 lần gặp vật cản, cửa sẽgiữ nguyên ở vị trí mở và sẽ hoạt động trở lại khi có tín hiệu từ mắt thần(sensor)

4/Mắt cảm biến hồng ngoại : ( SENSOR) : Toàn bộ Hệ cửa tự động đều sử dụng mắt cảm biến (sensor)HORTON (Made in Japan) và mắt cảm biến hồng

ngoại (sensor) của Thụy Điển, Bỉ, cho phép cửa có tầm quét xa, nhạy và liêntục

5/Hộp kỹ thuật(Rail base): Được chế tạo từ hợp kim nhôm với độ cứng cao

giúp cho khung cửa chắc khoẻ và đặc biệt không bị mài mòn trong quá trình sửdụng

1.4.3 Bộ điều khiển trung tâm và ray, tai treo

V/ Các phụ kiện ( Tùy chọn kèm theo )

1/Khoá cơ điện

- Bảo đảm cánh cửa được khoá ở vị trí đóng

- Trọn bộ với board điều khiển và đầu nối gắn với board xử lý

E 100

- Được kích hoạt bằng nút mở từ phía trong và thiết kế kết nối

thiết bị mở từ phía ngoài

- Sự vận hành tiêu chuẩn : mở cửa với chế độ 1 chiều ban đêm, trường hợp đặcbiệt có thể lập trình mở với chế độ tự động ( automatic)

2/Giám sát khoá

- Thiết bị từ tính kiểm soát chính xác sự hoạt động của khoá và thẩm tra tìnhtrạng khoá cánh cửa

- Trong trường hợp khoá hoạt động không bình thường, một tín

hiệu báo lỗi thể hiện trên bàn phím ( có thể kết nối với đèn nháy

hoặc còi báo )

3/Bình điện và mạch sạc

- Trường hợp cúp điện, bình điện bảo đảm sự hoạt động của cửa liên tục trong

30 phút

- Được cung cấp với mạch kiểm soát tình trạng và sạc bình

- Đèn LED báo tình trạng : sạc đầy, đang sạc

- Đèn LED báo nguồn điện chính : ON – OFF

- Được thiết kế cho hoạt động

• Chae dùng mở một lần

• Chae dùng đóng một lần

• Sử dụng liên tục ( với lựa chọn đóng hoặc mở lần cuối cùng )

4/Tia an toàn ( photocell )

- Bao gồm bộ phát & bộ nhận và dây cáp ( 5m )

CHƯƠNG 2 :TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN

2.1 Tìm hiểu tổng quan về arduino

Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vịvua vào thế kỷ thứ 9 là King Arduin Arduino chính thức được đưa ra giới thiệuvào năm 2005 như là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sưMassimo Banzi, là một trong những người phát triển Arduino, tại trườngInteraction Design Instistute Ivrea (IDII) Mặc dù hầu như không được tiếp thị gì

cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyềnmiệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên Hiện nay Arduino nổi tiếng tớinỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đã sản sinh ra Arduino

Hình :2.1những thành viên khởi xướng ARDUNO

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác

với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm mộtboardmạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặcARM Atmel 32-bit Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếpUSB, 6 chân đầu vào analog,

14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau

Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mangđến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinhviên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác vớimôi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành Những ví dụ phổbiến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điềukhiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động Đi cùng với nó là một môi trường pháttriển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phépngười dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++

Giá của các board Arduino dao động xung quanh €20, hoặc $27 hoặc

574 468VNĐ, nếu được "làm giả" thì giá có thể giảm xuống thấp hơn $9 Cácboard Arduino có thể được đặt hàng ở dạng được lắp sẵn hoặc dưới dạng các kittự-làm-lấy Thông tin thiết kế phần cứng được cung cấp công khai để những aimuốn tự làm một mạch Arduino bằng tay có thể tự mình thực hiện được (mãnguồn mở) Người ta ước tính khoảng giữa năm 2011 có trên 300 ngàn mạchArduino chính thức đã được sản xuất thương mại, và vào năm 2013 có khoảng

700 ngàn mạch chính thức đã được đưa tới tay

người dùng

Hình 2.1.2: hình ảnh arduino

2.2 tìm hiểu các thiết bị được sử dụng trong mạch

 ARDUINO UNO

Mạch Arduino Uno là dòng mạch Arduino phổ biến, khi mới bắt đầu làm quen,

lập trình với Arduino thì mạch Arduino thường nói tới chính là dòng Arduino

UNO Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (Mạch Arduino Uno

R3).

Arduino Uno R3 là dòng cơ bản, linh hoạt, thường được sử dụng cho người

mới bắt đầu Bạn có thể sử dụng các dòng Arduino khác như: Arduino Mega,Arduino Nano, Arduino Micro… Nhưng với những ứng dụng cơ bản thì mạchArduino Uno là lựa chọn phù hợp nhất

Hình 2.2.1:ARDUINO UNO R3

Thông số cơ bản của Mạch Arduino UNO R3

Arduino Uno Board sử dụng vi điều khiển

Hình 2.2.2 Arduino Uno Board sử dụng vi điều khiển

Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là:

ATmega8 (Board Arduino Uno r2), ATmega168, ATmega328 (Board Arduino

Uno r3) Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED

nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, điều khiển động cơ bước, điềukhiển động cơ serve, làm một trạm đo nhiệt độ – độ ẩm và hiển thị lên màn hìnhLCD,… hay những ứng dụng khác

Mạch Arduino UNO R3 với thiết kế tiêu chuẩn sử dụng vi điều khiển

ATmega328 Tuy nhiên nếu yêu cầu phần cứng của bạn không cao hoặc túi tiềnkhông cho phép, bạn có thểsử dụng các loại vi điều khiển khác có chức năngtương đương nhưng rẻ hơn như ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) hoặc ATmega168(bộ nhớ flash 16KB)

Nguồn sử dụng

Arduino UNO R3 có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấpnguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC hoặc điện áp giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không cósẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽlàm hỏng Arduino UNO

Các chân năng lượng

GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng

các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải đượcnối 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 dương

của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở

chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V

từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với

việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

Lưu ý:

Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do đó bạn phải hết sứccẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho ArduinoUNO Việc làm chập mạch nguồn vào của Arduino UNO sẽ biến nó thành mộtmiếng nhựa chặn giấy mình khuyên bạn nên dùng nguồn từ cổng USB nếu cóthể

Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các thiết

bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí có thểlàm hỏng board Điều này không được nhà sản xuất khuyến khích

Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới 6V cóthể làm hỏng board

Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điều khiểnATmega328

Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của Arduino UNOvượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển Do đó nếu không dùng để truyền nhận

dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng

Khi các bạn sử dụng mạch Arduino, đặc biệt một số bạn mới bắt đầu tiếp xúc, làmquen thì việc cấp nguồn nên thận trọng Theo mình thì nên sử dụng nguồn 5Vchuẩn qua USB, hoặc sử dụng nguồn 9v cấp cho cổng đầu vào mạch Arduino.Trách trường hợp hỏng mạch Arduino

Bộ nhớ sử dụng

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn sử dụng trên Arduino uno r3 có:

32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ

Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ đượcdùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ nàyđâu

2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai báo

khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớRAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ màbạn phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory):

đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu củamình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên

SRAMCác cổng vào/ra trên Arduino Board

Hình 2.2.3 Mạch Arduino UNO

Mạch Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu.

Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điềukhiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive –

RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua

2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serialkhông dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân nàynếu không cần thiết

Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ

phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàmanalogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ởchân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chânkhác

Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức

năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thứcSPI với các thiết bị khác

LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút

Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13.Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO Broad có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải

tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với

chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các

chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùngcác chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn

là 10bit