Đồ án tốt nghiệp thùng rác thông minh

LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Lê Thanh Cao Nguyễn Thanh Tuấn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy ThS Nguyễn Văn Hiệp, tận tình hướng dẫn, chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu suốt trình chúng em thực đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đặc biệt thầy khoa Điện-Điện tử, nhiệt tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức suốt trình học tập nhóm trường Vốn kiến thức tiếp thu q trình học tập khơng tảng cho trình thực đồ án tốt nghiệp mà hành trang quý báu cho chúng em lập nghiệp sau Bên cạnh đó, chúng em xin cảm ơn hỗ trợ giúp đỡ bạn bè thời gian học tập Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh q trình hồn thành luận văn tốt nghiệp Cuối cùng, chúng chân thành cảm ơn động viên hỗ trợ gia đình suốt thời gian học tập Đặc biệt, chúng xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến cha mẹ, người sinh nuôi dưỡng chúng nên người Sự quan tâm, lo lắng hy sinh lớn lao cha mẹ động lực cho chúng cố gắng phấn đấu đường học tập Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Lê Thanh Cao Nguyễn Thanh Tuấn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH Mục lục LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT 10 Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 2.1.1 Giới thiệu GPS 2.1.2 Cấu trúc hệ thống định vị GPS 2.1.3 Nguyên lý xác định vị trí GPS 10 2.1.4 Tín hiệu GPS 12 2.1.5 Quá trình giải mã tín hiệu GPS 13 2.1.6 Ứng dụng hạn chế GPS 15 2.1.7 Một số hệ thống định vị toàn cầu khác 17 2.2 TỔNG QUAN DỊCH VỤ BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN 19 2.2.1 Tại lại có Googles Maps 20 2.2.2 Thu thập liệu cho Google Maps 21 2.2.3 Tương lai ngành dịch vụ đồ số- đồ trực tuyến 24 2.3 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 25 2.3.1 Giao tiếp Serial – UART 25 2.3.2 Giao tiếp I2C 26 Chương 3: THIẾT KẾ 29 3.1 GIỚI THIỆU: 29 3.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI: 29 3.3 THIẾT KẾ CÁC KHỐI 30 3.3.1 Khối xử lý trung tâm 30 3.3.2 Khối động cơ: 34 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 3.3.3 Khối điều khiển động 35 3.3.4 Khối nhận tín hiệu GPS 37 3.3.4 Khối cảm biến la bàn 40 3.3.5 Khối cảm biến khoảng cách 42 3.3.6 Khối định thời gian 45 3.3.7 Khối nguồn 48 3.3.8 Tính tốn theo lý thuyết 49 3.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH 50 Chương 4: THI CÔNG 53 4.1 GIỚI THIỆU 53 4.2 THI CƠNG MƠ HÌNH XE RÁC 53 4.3 LẬP TRÌNH CHO THÙNG RÁC 56 4.3.1 Giới thiệu phần mềm lập trình Arduino IDE: 56 4.3.2 Lưu đồ giải thuật 59 Chương 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 65 5.1 GIỚI THIỆU 65 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 65 5.2.1 Biết cách sử dụng cảm biến 65 5.2.2 Biết cách sử dụng Arduino Mega 2560 66 5.2.3 Biết cách sử dụng module GPS loại 66 5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 67 5.3.1 Định vị tọa độ Google Maps 67 5.3.2 Kết di chuyển thực tế 71 5.4 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ: 72 5.4.1 Nhận xét 72 5.4.2 Đánh giá 73 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 75 6.1 KẾT LUẬN: 75 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN: 76 6.2.1 Sử dụng nguồn điện pin lượng mặt trời 76 6.2.2 Ứng dụng xử lý ảnh để nhận biết vật thể 77 6.2.3 Ứng dụng Máy học (Machine learning) thùng rác học 77 6.2.4 Kết hợp thêm cảm biến khác 78 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 6.2.5 Ứng dụng IOT- Thùng rác thông minh-thành phố thông minh 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 Sách tham khảo 81 Trang web tham khảo 81 PHỤ LỤC: CODE ARDUINO 83 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống định vị toàn cầu GPS Hình 2.2: Các vệ tinh GPS quỹ đạo bay Hình 2.3: Trạm kiểm soát giới Hình 2.4: Biểu diễn trilateration hình tròn 10 Hình 2.5: Vị trí máy thu GPS (màu xanh) giao điểm ba hình cầu (màu đỏ) Vệ tinh thứ tư (được hiển thị vạch màu vàng) cho bạn thời gian 11 Hình 2.6: Khoảng cách từ GPS tới máy thu (smartphone) 12 Hình 2.7 Mỗi thu GPS ghi lại tín hiệu đến từ nhiều vệ tinh 14 Hình 2.8: Bộ thu tín hiệu GPS so sánh tín hiệu đến với mã cho tất vệ tinh 15 Hình 2.9: Uber, Grap hai ứng dụng dịch vụ tốt GPS 16 Hình 2.10: Google Maps- đồ trực tuyến tốt 20 Hình 2.11: Google hiển thị hình ảnh Street View họ lên đồ 22 Hình 2.12: Google map ứng dụng smartphone kết hợp GPS để đường 23 Hình 2.13: Người dùng Google Maps chỉnh sửa, đóng góp 23 Hình 2.14: Bing Map Microsoft Yandex Nga hai dịch vụ cạnh tranh mạnh mẽ với Google Maps 25 Hình 2.15: Truyền liệu qua lại vi điều khiển vi điểu khiển với PC 26 Hình 2.16: Giao thức truyền nhận liệu I2C 27 Hình 3.1: Sơ đồ khối thùng rác thông minh 29 Hình 3.2: Vi điều khiển PIC 16F887 AT89C52 31 Hình 3.3: Bo mạch Raspberry Pi 31 BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP- Y SINH Hình 3.4: Bo mạch Arduino Mega 2560 32 Hình 3.5: Sơ đồ linh kiện Arduino Mega 2560 33 Hình 3.6: Một số hình ảnh động DC 34 Hình 3.7: Hình ảnh sơ đồ chân module L298 35 Hình 3.8: Kết nối module L298 với Arduino động 36 Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lí kết nối khối cảm biến với Arduino 36 Hình 3.10: Sơ đồ chân module GPS Neo 38 Hình 3.11: Kết nối module GPS với Arduino 39 Hình 3.12: Sơ đồ ngun lí kết nối khối nhận tín hiệu GPS với Arduino 39 Hình 3.13: Cảm biến la bàn số HMC5883L 40 Hình 3.14: Sơ đồ chân cảm biến la bàn số HMC5883L 40 Hình 3.15: Kết nối module la bàn số HMC5883L với Arduino 41 Hình 3.16: Sơ đồ ngun lí kết nối khối cảm biến ba 41 Hình 3.17: Cảm biến siêu âm SRF-04 42 Hình 3.18: Các chân Cảm biến siêu âm SRF-04 43 Hình 3.19: Kết nối module cảm biến khoảng cách HC-SR 04 với Arduino 44 Hình 3.20: Sơ đồ ngun lí kết nối khối cảm cảm biến khoảng cách 45 Hình 3.21: Hình ảnh thực tế moduel RTC DS1307 46 Hình 3.22: Kết nối module RTC DS1307 với Arduino 47 Hình 3.23: Sơ đồ ngun lí kết nối khối định thời gian 47 Hình 3.24: Hình ảnh thực tế Acquy sử dụng đề tài 48 Hình 3.25: Sơ đồ ngun lý tồn mạch 51 Hình 4.1: Hình ảnh thực tế thiết kế mặt đế thùng rác 53 Hình 4.2: Hình ảnh thực tế thiết kế khung bánh xe rác 54 Hình 4.3: Hình ảnh thực tế thiết kế thùng rác thơng minh từ hướng 55 Hình 4.4: Giao diện phần mềm Arduino IDE 57 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH Hình 4.5: Chức nút lệnh Arduino IDE 58 Hình 4.6: Chọn Port kết nối 58 Hình 4.7: Lưu đồ giải thuật chương trình cho Arduino 60 Hình 4.8: Lưu đồ chương trình Xoay 62 Hình 4.9: Lưu đồ chương trình Chuyển hướng 63 Hình 5.1: Lấy tọa độ điểm xuất phát Google map 67 Hình 5.2: Lấy tọa độ điểm thứ Google map 68 Hình 5.3: Lấy tọa độ điểm thứ hai Google map 68 Hình 5.4: Lấy tọa độ điểm thứ ba Google map 69 Hình 5.5: Lấy tọa độ điểm thứ tư Google map 69 Hình 5.6: Lấy tọa độ điểm thứ năm Google map 70 Hình 5.7: Lấy tọa độ điểm thứ sáu Google map 70 Hình 5.8: Hình ảnh thực tế thùng rác thơng minh chạy ngồi trời 72 BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: So sánh số thông số kỹ thuật ba hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu 18 Hình 3.1: Thơng số kỹ thuật Board Arduino Mega 2560 33 Hình 5.1: Dung lượng điện tiêu thụ thực nghiệm 74 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH TÓM TẮT Hiện nay, xã hội ngày phát triển, dân cư ngày đông đúc đặc biệt thành phố lớn, khu cơng nghiệp từ dẫn đến lượng rác thải người xả ngày tăng Do đó, quản lý chất thải vấn đề nóng hổi mà giới phải đối mặt khơng phân biệt nước phát triển hay phát triển Vấn đề việc quản lý chất thải, thùng rác nơi cơng cộng ln ln tình trạng đầy tải trước xe rác tới lấy đưa lượng rác vị trí tập trung lượng rác lớn khác để xử lý Việc thùng rác nơi công cộng đầy tràn dẫn đến nhiều mối nguy hiểm khác bốc mùi, nhiễm mơi trường cảnh quan gốc rễ, nguyên nhân gây bệnh lây nhiễm Xuất phát từ nguyên nhân đó, “Thùng rác thơng minh” đời Với mục đích giúp cho môi trường xanh-sạch-đẹp tự động theo xu hướng trường học thông minh môi trường trường Đại học đồng thời chúng em muốn tìm hiểu sâu mảng lập trình ứng dụng để tạo sản phẩm kết hợp với sản phẩm cơng nghệ robot, mơ hình xe, tính định vị toàn cầu GPS,… Dựa vào kiến thức học mơn lập trình vi xử lý chun ngành Điện tử công nghiệp, chúng em tạo mô hình thùng rác thơng minh thơng báo rác đầy ,tự di chuyển tới vị trí mà ta định vị sẵn GPS chạy vị trí cũ thông qua nút nhấn thùng rác.Thùng rác trang bị realtime để thực số tính định thời gian Trong trình thực đề tài “Thùng rác thơng minh”, nhóm thực đề tài cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đặt thời hạn hạn chế kiến thức thời gian thực nên chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế, mong quý Thầy/Cô bạn sinh viên thông cảm Nhóm biết ơn mong nhận ý kiến đóng góp q Thầy/Cơ bạn sinh viên đề tài BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 10 ... nhiệm vụ đựng rác, thể văn minh gia đình đại Chính vậy, đời thùng rác thông minh lựa chọn hàng đầu cho bếp chị em phụ nữ Có thể kể đến số hãng thùng rác thông minh như: thùng rác thông minh Sensible... rác đầy thùng - Khi phát rác thùng đầy, thùng rác tự di chuyển đến vị trí thùng rác tổng di chuyển vị trí cũ điều khiển nút nhấn - Khi thùng rác đầy lúc di chuyển thùng rác tổng, thùng rác phát... chúng ta- thùng rác đầy bỏ rác vào gây tình trạng rác văng Để tránh tất nguy hiểm trì cơng cộng sức khỏe cộng đồng trường học xã hội, cần phải thiết kế thùng rác mà kiểm sốt lượng rác đồng thời