Đang tải... (xem toàn văn)
3. Mục tiêu nghiên cứu: - Tích hợp xe đẩy, nôi điện và võng. - Giúp bé di chuyền mà không cần lực của con người vào xe đẩy. - Có thể thay con người trong việc ru bé ngủ. - Thiết kế và chế tạo xe nôi thông minh phục vụ công việc học tập, nghiên cứu của học sinh. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu bánh xe Mecanum và cách di chuyển. Nghiên cứu các cơ cấu chuyển động. Thiết kế bản vẽ, chế tạo mô hình theo kích thước thực. Nghiên cứu các cơ cấu chuyển động (xe đẩy, võng, nôi điện). Tìm hiểu và sử dụng vi điều khiển atmega328 bộ xử lý trung tâm của xe lăn. Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của biến mưa và module sim900A và cách sử dụng. Nghiên cứu module bluetooth.
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành này, bên cạnh nỗ lực cố gắng thân có hướng dẫn nhiệt tình q Thầy Cơ, động viên ủng hộ gia đình bạn bè suốt thời gian học tập nghiên cứu thực dự án Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy giáo Ngô Văn Tiến, người hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho chúng em hoàn thành dự án Xin gửi lời tri ân điều mà Thầy dành cho chúng em Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến tồn thể q Thầy Cô trường trung học phổ thông Hàn Thuyên q Thầy Cơ tận tình truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu thực dự án Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người khơng ngừng động viên, hỗ trợ tạo điều kiện tốt cho chúng em suốt thời gian học tập thực dự án Cuối cùng, tơi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến anh chị bạn bè lớp hỗ trợ cho chúng em suốt trình học tập, nghiên cứu thực dự án cách hoàn chỉnh 1 Đặt vấn đề: Xã hội ngày phát triển chất lượng sống ngày nâng cao Nhưng nay, tốc độ gia tăng dân số tăng cao, đặc biệt Việt Nam tốc độ gia tăng dân số Việt Nam cao tốc độ gia tăng dân số trung bình giới Qua thực tế chúng em biết Việt Nam gia đình có từ hai đến ba nhiều Điều làm cho ông bố bà mẹ phải tốn nhiều thời gian để chăm sóc Vì vậy, kinh tế gia đình giảm sút làm giảm chất lượng sống Những năm gần đây, khoa học công nghệ chế tạo phát triển mạnh cho đời phát minh giúp đỡ người việc trông trẻ Những phát minh đạt hiệu cao hơn, tốn thời gian cặp bố mẹ để họ vừa chăm sóc vừa làm việc, chăm sóc cho gia đình Chính nhóm chúng em chọn tiến hành nghiên cứu dự án “Xe nôi thông minh” để đáp ứng mong muốn bậc cha mẹ Lịch sử nghiên cứu dự án Trên giới nước có nhiều đề tài nghiên cứu chế tạo loại xe đẩy, võng nôi điện dành cho bé thương mại hóa Các loại ngày tân trang thiết kế đẹp hơn, đồng thời có nhiều tính như: nơi điện Autoru2, Autoru3, nơi điện Long Hưng, võng điện Thái An, xe đẩy Meta Việt Nam sản xuất…Tuy nhiên loại sản phẩm sản xuất cho mục đích riêng biệt chưa phù hợp cho thiết bị nhiều chức chưa có tính thơng minh hoạt động sản phẩm Tại Bắc Ninh chưa có tập thể hay cá nhân thực dự án này, lần dự án “Chế tạo xe nôi thông minh” thực Tỉnh Mục tiêu nghiên cứu: - Tích hợp xe đẩy, nôi điện võng - Giúp bé di chuyền mà không cần lực người vào xe đẩy - Có thể thay người việc ru bé ngủ - Thiết kế chế tạo xe nôi thông minh phục vụ công việc học tập, nghiên cứu học sinh Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu bánh xe Mecanum cách di chuyển Nghiên cứu cấu chuyển động Thiết kế vẽ, chế tạo mơ hình theo kích thước thực Nghiên cứu cấu chuyển động (xe đẩy, võng, nôi điện) Tìm hiểu sử dụng vi điều khiển atmega328 xử lý trung tâm xe lăn Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động biến mưa module sim900A cách sử dụng Nghiên cứu module bluetooth Thời gian nghiên cứu từ tháng 08 năm 2017 đến tháng 02 năm 2018 Địa điểm nghiên cứu trường Trung phổ thông Han Thuyên Phương pháp nghiên cứu dự án: Dựa sở lý thuyết tính toán, thiết kế, chế tạo theo giai đoạn, sau tìm phương án hợp lý, đơn giản tiết kiệm Khảo sát thực tế, tìm hiểu loại máy móc giúp đỡ trơng trẻ đưa vào sử dụng, kế thừa ưu điểm, tìm cách khắc phục nhược điểm để để áp dụng vào thiết kế dự án Sau tìm hiểu thực tế tiến hành nghiên cứu thiết kế mô hình xe nơi lý thuyết, thiết kế cấu chuyển động, cấu làm việc tự động Giai đoạn tiến hành chế tạo Giai đoạn cuối kiểm nghiệm sản phẩm, tìm phương án chưa hợp lý từ sửa chữa thay đổi phương án thiết kế kịp thời Kết cấu dự án Chương : Giới thiệu dự án Chương : Tổng quan xe lăn Chương : Thiết kế chế tạo xe lăn Chương : Kết luận kiến nghị Ý nghĩa dự án Mơ hình xe nơi thơng minh mang ý nghĩa góp phần vào phát triển ngành tự động hóa nói chung ngành khí chế tạo máy nói riêng Từ mơ hình nghiên cứu mà phát triển thành mơ hình thực tế để ứng dụng thực tế Góp phần xây dựng mơ hình phục vụ cho việc tham khảo, học tập học sinh nâng cao tư sáng tạo lứa tuổi học sinh Tạo phương pháp học tập nghiên cứu trực quan mô hình cụ thể CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Những vấn đề tồn tại: Xã hội ngày phát triển làm chất lượng sống người ngày cải thiện Việc sử dụng máy móc khơng xa lạ Trên thị trường ngày có số máy móc giúp đỡ trơng bé mang tính chất tác dụng đơn lẻ giá thành cao Trong gia đình em có em nhỏ thành viên gia đình phải dành thời gian vào việc trơng em Khi trơng em vất vả, khơng làm việc khác, em nghĩ phải làm để giúp đỡ bố mẹ trơng em em có thêm thời gian học 1.2 Kết luận: Từ suy nghĩ mình, em nảy ý tưởng “Chế tạo xe nôi thông minh” để giúp đỡ em việc trông em đỡ đần bố mẹ để họ có thêm thời gian làm việc nghỉ ngơi CHƯƠNG 2: THỰC TRẠNG XE NƠI THƠNG MINH TRONG NƯỚC VÀ NGỒI NƯỚC 2.1 Trên giới: Trên giới có nhiều sản phẩm thương mại hóa có nhiều tính như: Xe đẩy Laura Quattro Crossword BL – Sản phẩm Nhật Tính năng: - Các bánh xe xoay chiều tự động dễ dành thuận tiện di chuyển - Tay cầm đổi chiều tạo điều kiện cho mẹ đối diện trực tiếp với bé -Mái che dạng nhộng ngăn đến 99% tia cự tím, bảo vệ bé khỏi ánh nắng trực tiếp tia UV -Tấm đệm y khoa Mamolu hỗ trợ tư ngồi tự nhiên cho bé -Hệ thống cách nhiệt kép y khoa giúp thơng khí hạ nhiệt -Ghế ngồi có hình thang kép điều chỉnh theo phát triển bé -Đóng mở với động tác chế tự đứng cân -Tay cầm diều chỉnh để phù hợp với chiều cao người sử dụng Thông số kĩ thuật: -Trọng lượng: 5.9kg -Góc ngả: 130-170 -K/t mở: 515 x 830-1020 x 885-1030mm -K/t đóng: 515 x 320-480 x 885-1025mm -Tiêu chuẩn SGĐộ tuổi sử dụng -Từ đến 36 tháng tuổi (dưới 15kg) Giường cũi Graco PNP – Của Mỹ Đặc điểm bật: - Nôi đặt phòng ngủ - Nơi nằm thoải mái cho bé với túi đựng đồ thuận tiện bên - Nơi nhấc khỏi chân đế, thật tiện lợi ba mẹ muốn di chuyển vị trí bé - Chân đế vững chãi làm từ chất liệu cao cấp, cho bé giấc ngủ ngon bảo vệ tối đa - Chân đế dễ dàng gấp lại vô nhỏ gọn - Bàn thay đồ có đệm mềm mại giúp cho việc thay tã trở nên thật dễ dàng - Hệ thống loa MP3 tháo rời điều khiển mức rung nơi Giường tháo rời - Đặt giường lên chân đế vào cũi - Giường tháo rời, thuận tiện cho việc di chuyển - Mái che gập lại, bảo vệ bé khỏi ánh nắng mặt trời Còn nhiều sản phẩm với nhiều chức tiện ích khác nhiên sản phẩm có chung nhược điểm nhiệm vụ sản phẩm đơn lẻ chưa có tính thơng minh sản phẩm 2.2 Trong nước Tại Việt Nam nhờ phát triển mạnh vẽ máy móc nơi điện sản xuất nước không xa nhiều so với sản phẩm ngồi nước điển hình như: Nơi gỗ đại juno Long Hưng Đặc điểm sản phẩm - Khung nôi cách điệu từ hình dáng vòng tay mẹ, gia cố, bạn hoàn toàn yên tâm độ bền vững - Những song chắn gỗ ô gỗ ốp dán decal vui tươi tạo dáng mạnh mẽ, sang trọng cho Nôi - Gỗ làm chất liệu gỗ bền, đẹp - Kiểu dáng sang trọng - Nôi với màu sắc nhẹ nhàng tươi tắn mang đến mềm mại, ấm cúng - Đáy nơi lớp ván ép dày bọc simily có phủ lớp nệm thoáng cực êm - Phần thiết kế khung cao, phủ kín thống, có tính thẩm mỹ cao - Nhịp đưa êm Thông số kỹ thuật - Sức đưa: - 36 kg - Kích thước khối: 125 x 65 x 182 (cm) - Kích thước Nơi: 97 x 61 x 51 (cm) (dài x rộng x cao) - Màu sắc: Màu trắng - Nhà sản xuất: Long Hưng Có nhiều loại nôi điện võng điện nước sản xuất nhiên đồi với xe đẩy theo tìm hiểu chúng em Việt Nam nhập hồn tồn, đa phần sản phẩm xe đẩy cho bé nhập từ Trung Quốc Đài Loan 2.3 Kết luận Như vậy, qua tìm hiểu chúng em nhận thấy đa số sản phẩm phục vụ cho bé dù đại tiện nghi đến đâu thực hiên nhiệm vụ định chưa có tính thơng minh sản phẩm Chính chúng em định chọn dự án chế tạo “Xe nôi thơng minh” với mong muốn tích hợp nhiệm vụ riêng biết sản phẩm có tính thơng minh 10 Khung xe nôi Khi xe nôi làm việc, khung xe có nhiệm vụ: - Cố định phận xe - Chịu trọng tải ghế, bé ác-quy - Đảm bảo độ cứng vững xe hoạt động tốt Dựa nhiệm vụ đề khung xe thiết kế sau: Khung xe làm từ kẽm 15x15 có độ bền cao, chịu trọng tải lớn, để giảm trọng lượng khung mà giữ độ cứng vững khung Khung xe có kích thước 40x60x30 hàn cố định Trên khung xe có hàn vị trí để đặt xe đẩy vào 17 Xe đẩy chúng em tận dụng từ xe đẩy cũ nhà đồng thời cắt phần bánh xe để đặt vào khung xe 3.3.2 Bánh xe Xe có bánh gắn trực tiếp vào động trục vít, điều tạo nên tính độc lập cho bánh, bánh khơng phụ thuộc vào xe nôi thông thường Nhờ mà xe di chuyển nhiều hướng với dạng bánh Mecanum Bánh Mecanum dạng bánh xe đa hướng bánh xe tạo thành lăn nhỏ với trục lắp nghiêng 45 so với trục quay nhờ kết cấu đặc biệt này, bánh xe Mecanum tạo nhiều chuyển động phức hợp theo phương pháp cộng vector Với thiết kế đặc biệt mình, bánh xe Mecanum giải pháp hoàn hảo cho sản phẩm hoạt động 18 không gian nhỏ hẹp, bị giới hạn diện tích hoạt động cần tiết kiệm thời gian thực hành động Bằng cách kết hợp chuyển động bánh, kết cấu sử dụng bánh xe Mecanum thực chuyển động tiến – lùi, chuyển động xoay tròn dễ dàng không gian nhỏ, đặc biệt khả di chuyển ngang cần thiết Với bánh xe này, cách phối hợp tốc độ hướng quay bánh, chi tiết di chuyển theo hướng mà người sử dụng muốn Bánh xe mecanum Thông số kỹ thuật: Khối lượng 400g, tải trọng 70kg Đường kính ngồi 145mm Bề rộng 40mm Trục bánh lắp trực tiếp với loại động giảm tốc có đường kính trục từ đến 24mm Bánh xe đúc nhơm có độ bền cao ,vỏ bọc silicon mềm có nhiều rảnh nên có độ bám cao 19 3.3.3 Động Động giảm tốc Thông số kĩ thuật: Nguồn: 24VDC Công suất: 40W Khối lượng: 2200g Bộ giảm tốc số: 1:9,78k 3.3.4 Cơ cấu rung ru trẻ ngủ chỗ Để rung ru trẻ ngủ võng chúng em sử dụng motor trục vít có thêm cấu biến chuyển động tròn thành chuyển động tịnh tiến 3.3.5 Bánh phụ 20 Trong trường hợp xe nơi hết điện sử dụng motor có giảm tốc nên trường hợp bố mẹ đẩy đặc điểm motor hoạt động có dòng điện vào chúng em thiết kế thêm bánh phụ với bánh cần hạ bánh phụ xuống đẩy xe bình thường 3.3.6 Năng lượng Acquy khơ 12v Để trì hoạt động xe chúng em cần cung cấp nguồn điện chiều cho động cách sử dụng acquy khô loại 12V mắc nối tiếp để tạo nguồn 24v trì hoạt động xe nơi 3.3.7 Module điều khiển động 21 Do xe nôi phải tải trọng lượng lớn nên phải sử dụng động có cơng suất cao để đạt cơng suất động tối đa chúng em sử dụng module điều khiển động có dòng liên tục đạt 6,5A (dòng liên tục động cơ) Để đảm bảo an toàn sử dụng chúng em dùng mạch điều khiển động cho motor Module điều khiển động MC33883 Đặc tính kỹ thuật: - Phần cơng suất dùng POWER MOFETs IRF3205 có thơng số : VDSS = 55V, RDS(on) = 8.0mΩ, ID = 110A - Điện áp cấp ngõ vào từ +12V đến +40VDC - Sử dụng opto xung 6N137, IC lái MC33883 nên tần số PWM đáp ứng lên đến 100Khz - Ngõ vào opto cách ly PWM+, PWM-, DIR+, DIR- - Sử dụng IC kích fet chuyên dụng MC33883 Freescale, nên duty PWM đạt 100%, ưu điểm so với IC kích fet khác - Có Led báo nguồn, Led báo chiều động PWM - Board có nút nhấn DIR PWM thích hợp cho việc test board tay 3.3.8 Cảm biến mưa Phương pháp để phát bé tè chúng em sử dụng cảm biến mưa, phát có nước bề mặt cảm biến – cảm biến sinh tín hiệu gửi điều khiển trung tâm để xử lý 22 Thông số kỹ thuật - Điều chỉnh ngưỡng phát nhờ biến trở vi chỉnh - loại ngõ ra: + Tín hiệu số D0: lên mức cao “1” mức độ mưa vượt ngưỡng mức thấp “0” mức độ mưa ngưỡng + Tín hiệu Analog A0: cho xác mức độ mưa - Điện áp cấp 3.3~5VDC, dòng tiêu thụ VDC Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền liệu) Đo tốt độ ẩm 20-80%RH với sai số 5% Đo tốt nhiệt độ to 50°C sai số ±2°C Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây lần) Kích thước 15mm x 12mm x 5.5mm chân, khoảng cách chân 0.1'' 3.3.11 Bộ điều khiển trung tâm Để xử lý toàn hoạt động xe nôi chúng em sử dụng mạch điều khiển Arduino mega 2560 sử dụng chíp atmega 328 Mạch điều khiển có chức xử lý tín hiệu nhận điều khiển (SmartPhone) thông qua nhận điều khiển (Module bluetooth), từ tín hiệu đưa lệnh để điều khiển mạch cầu H điều khiển động (MC33883) 25 Mạch Arduino mega 2560 Thông số kỹ thuật: - Vi điều khiển: ATmega2560 - Điện áp hoạt động: 5V - Nguồn ngồi ( giắc tròn DC) : 7-9V , Các bạn khơng nên cấp 12V nhiều người dùng phản ánh cấp 12V nóng dễ chết IC ổn áp - Số chân Digital: 54 (15 chân PWM) - Số chân Analog: 16 - Giao tiếp UART : UART - Giao tiếp SPI : ( chân 50 -> 53 ) dùng với thư viện SPI Arduino - Giao tiếp I2C : - Ngắt : chân - Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8KB sử dụng cho Bootloader - SRAM: KB - EEPROM: KB - Xung clock: 16 MHz 3.3.12 Nguyên lý hoạt động Xe nơi điều khiển hồn tồn điện thoại để điều khiển xe nơi việc phải kết nối xe nôi với điên thoại thông qua bluetooth điện thoại phải cài đặt sẵn phần mềm điều khiển xe nôi 26 Nguyên lý hoạt động: điện thoại kết nối từ điện thoại đưa tín hiệu mạch arduino xử lý tín hiệu điều khiển xe nơi hoạt động Lúc cảm biến xe nôi hoạt động phát trẻ tè cảm biến tự động gọi điện lại cho số định sẵn 3.4 Kết đạt Sau nhiều nỗ lực mệt mỏi chúng em chế tạo thành công xe nôi thông minh với yêu cầu đặt ban đầu Có thể áp dụng vào sống thường ngày 3.5 Ưu điểm xe nôi thông minh: 27 Sau hồn thành xe nơi thơng minh đạt số yêu cầu đặt ra: * Ưu điểm: - Hoạt động ổn định - Nhiều chế độ rung lắc ru trẻ ngủ - Di chuyển đa dạng tiến, lùi, trái, phải, ngang, chéo, hình cung - Tự động thông báo cho bố mẹ bé tiểu tiện (tự động gọi điện vào số điện thoại bố mẹ) - Hệ thống rung hẹn giờ, biên độ lắc xe giảm dần theo thời gian hẹn tắt - Tự động bật quạt tắt quạt theo nhiệt độ môi trường - Được điều khiển điên thoại thông minh * Nhược điểm: - Phần mềm điều khiển cài hệ điều hành android - Do motor cũ nên phát tiếng động to 3.6 Đánh giá dự án: 3.6.1 Tính mới, tính sáng tạo: - Có tính sáng tạo cao quy trình thiết kế chế tạo khí, thiết kế cấu chuyển động hệ thống điều khiển từ xa - Được điều khiển điên thoại thông minh - Được chế tạo học sinh trung học sở - Xe nôi thông minh kết hợp xe đẩy, nôi điện võng 3.6.2 Khả áp dụng: Triển khai với trình độ kĩ thuật thị trường vật tư nước Có tính tự động hố cao nên áp dụng cho gia đình có trẻ nhỏ 3.6.3 Hiệu quả: Tính hiệu qủa: So sánh xe nơi thơng minh nhóm với phương pháp khác: Phương pháp trông bé truyền thống: 28 * Ưu điểm: + Chăm sóc bé hiệu * Nhược điểm: + Tốn thơi gian công sức + Ru lắc bé nhiều dẫn đến mệt mỏi Các thiết bị chăm sóc bé khác (nôi điện, võng) * Ưu điểm: + Bền, hư hỏng + Nhiều mẫu mã để lựa chọn * Nhược điểm: + Cố định không di chuyển + Biên độ lắc cố định (dẫn đến mệt mỏi có tượng say xe cho bé) + Chỉ làm số cơng việc người chăm sóc bé phải làm Xe nôi thông minh * Ưu điểm: + Chăm sóc bé khơng cần dùng nhiều sức người + Bền bỉ, hư hỏng + Tự động báo cho cha mẹ tè + Nhiều chế độ rung * Nhược điểm: + Chưa hoàn toàn thay người cơng việc chăm sóc bé 29 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận - Hiện địa bàn tỉnh Bắc Ninh có nhiều gia đình có nhỏ Xe nơi thơng minh đem lại lợi ích cao việc trơng chăm sóc bé giảm bớt mệt mỏi cho cặp bố mẹ - Bố mẹ làm xa mà biết hoạt động Chỉ cần bật cơng tắc cho hoạt động điều khiển - Chính vậy, xe nôi thông minh áp dụng vào thực tế giúp ích nhiều cho gia đình có nhỏ xã hội 4.2 Kiến nghị Để đưa mơ hình vào thực tế nhóm nghiên cứu cần đầu tư thời gian sở vật chất để áp dụng vào thực tế nhiều khắc phục khuyết diểm để xe hoàn thiện Trong tương lai, chúng em tiếp tục nghiên cứu xe Chúng em gắn nhiều cảm biến xe có thêm nhiều chức để xe nơi thơng minh hoàn toàn thay người việc chăm sóc bé 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa môn Công nghệ 10 – Nhà xuất Giáo dục Sách giáo khoa môn Công nghệ 11 – Nhà xuất Giáo dục Sách giáo khoa môn Công nghệ 12 – Nhà xuất Giáo dục Sách giáo khoa môn Vật lý 10 – Nhà xuất Giáo dục Sách giáo khoa môn Vật lý 11 – Nhà xuất Giáo dục Sách giáo khoa môn Vật lý 12 – Nhà xuất Giáo dục Tài liệu hướng dẫn làm rô bốt – HVKTQS – Khoa động lực học môn ôtô quân - Vũ Mạnh Dũng Ơtơ – K40 http://www.google.com http://robotconshop.com 31 ... trơng trẻ đưa vào sử dụng, kế thừa ưu điểm, tìm cách khắc phục nhược điểm để để áp dụng vào thi t kế dự án Sau tìm hiểu thực tế tiến hành nghiên cứu thi t kế mơ hình xe nơi lý thuyết, thi t kế cấu... xe có kích thước 40x60x30 hàn cố định Trên khung xe có hàn vị trí để đặt xe đẩy vào 17 Xe đẩy chúng em tận dụng từ xe đẩy cũ nhà đồng thời cắt phần bánh xe để đặt vào khung xe 3.3.2 Bánh xe Xe... trình thi t kế chế tạo khí, thi t kế cấu chuyển động hệ thống điều khiển từ xa - Được điều khiển điên thoại thông minh - Được chế tạo học sinh trung học sở - Xe nôi thông minh kết hợp xe đẩy,