ĐỒ ÁN CẢM BIẾN MƯA MẠCH GIÀN PHƠI TỰ ĐỘNG

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GỊN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI : MẠCH HOẠT ĐỘNG MÁI CHE MƯA TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG ARDUINO VÀ CẢM BIẾN MƯA NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN : LỚP : MSSV : Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 11 Năm 2018 MỤC LỤC CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ARDUINO UNO R3, L298N VÀ CẢM BIẾN MƯA 1.1.1 Một vài thông số Arduino UNO R3 .2 1.1.2 ATMEGA328P Vi điều khiển bit .2 1.1.3 Các chân lượng 1.1.4 Bộ nhớ 1.1.5 Các cổng vào/ra 1.1.6 Lập trình cho Arduino 1.1.7 MODULE L298N 1.1.8 Cảm biến mưa 11 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CODE ARDUINO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 13 2.1 Sơ đồ khối 13 2.2 Lưu đồ giải thuật 13 2.3 Code cho ARDUINO 14 2.4 Nguyên lý hoạt động 15 CHƯƠNG : ỨNG DỤNG 19 3.1 Mái che mưa tự động 19 3.2 Giàn phơi đồ thông minh 19 CHƯƠNG : KẾT LUẬN 20 4.1 Bảng báo giá .20 4.2 Ưu điểm 20 4.3 Hạn chế .21 4.4 Hướng phát triển 21 4.5 Kết thúc đồ án 21 Lời mở đầu 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, khơng dừng lại năm gần ngành điện tử tự động ngày gần gũi với đời sống người, hỗ trợ người sống hàng ngày Khi thời tiết mưa âm u nỗi ám ảnh nhiều người bà nội trợ quần áo phơi khơng khơ, chí phơi nắng hàng tuần mà quần áo bị ẩm xuất theo mùi khó chịu Vậy để đối phó với thời tiết này? Làm để quần áo nhanh khô nhất? Lúc mái che mưa tự động biện pháp nhanh để giải mối lo quần áo giúp quần áo mau khô thơm tho trời mưa trời âm u CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ARDUINO UNO R3, L298N VÀ CẢM BIẾN MƯA 1.1.1 Một vài thông số Arduino UNO R3 1.1.2 ATMEGA328P Vi điều khiển bit Atmega328 chíp vi điều khiển sản xuất bời hãng Atmel thuộc họ MegaAVR có sức mạnh hẳn Atmega8 Atmega 328 vi điều khiển bít dựa kiến trúc RISC nhớ chương trình 32KB ISP flash ghi xóa hàng nghìn lần, 1KB EEPROM, nhớ RAM vô lớn giới vi xử lý bít (2KB SRAM) Với 23 chân sử dụng cho kết nối vào i/O, 32 ghi, timer/counter lập trình, có gắt nội ngoại (2 lệnh vector ngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART, SPI, I2C Ngồi sử dụng biến đổi số tương tự 10 bít (ADC/DAC) mở rộng tới kênh, khả lập trình watchdog timer, hoạt động với chế độ nguồn, sử dụng tới kênh điều chế độ rộng xung (PWM), hỗ trợ bootloader Atemega328 có khả hoạt động dải điện áp rộng (1.8V – 5.5V), tốc độ thực thi (thơng lượng) 1MIPS 1MHz Thơng số Atmega328P-PU: + Kiến trúc: AVR 8bit + Xung nhịp lớn nhất: 20Mhz + Bộ nhớ chương trình (FLASH): 32KB + Bộ nhớ EEPROM: 1KB + Bộ nhớ RAM: 2KB + Điện áp hoạt động rộng: 1.8V – 5.5V + Số timer: timer gồm timer 8-bit timer 16-bit + Số kênh xung PWM: kênh (1timer kênh) Atmega328P-PU 1.1.3 Các chân lượng GND (Ground): cực âm nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng thiết bị sử dụng nguồn điện riêng biệt chân phải nối với 5V: cấp điện áp 5V đầu Dòng tối đa cho phép chân 500mA 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu Dòng tối đa cho phép chân 50mA Vin (Voltage Input): để cấp nguồn cho Arduino UNO, bạn nối cực dương nguồn với chân cực âm nguồn với chân GND IOREF: điện áp hoạt động vi điều khiển Arduino UNO đo chân Và dĩ nhiên ln 5V Mặc dù bạn không lấy nguồn 5V từ chân để sử dụng chức khơng phải cấp nguồn RESET: việc nhấn nút Reset board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET nối với GND qua điện trở 10KΩ Lưu ý: Arduino UNO khơng có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do bạn phải cẩn thận, kiểm tra cực âm – dương nguồn trước cấp cho Arduino UNO Việc làm chập mạch nguồn vào Arduino UNO biến thành miếng nhựa chặn giấy khuyên bạn nên dùng nguồn từ cổng USB Các chân 3.3V 5V Arduino chân dùng để cấp nguồn cho thiết bị khác, chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí làm hỏng board Điều không nhà sản xuất khuyến khích Cấp nguồn ngồi khơng qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp 6V làm hỏng board Cấp điện áp 13V vào chân RESET board làm hỏng vi điều khiển ATmega328 Cường độ dòng điện vào/ra tất chân Digital Analog Arduino UNO vượt 200mA làm hỏng vi điều khiển Cấp điệp áp 5.5V vào chân Digital Analog Arduino UNO làm hỏng vi điều khiển Cường độ dịng điện qua chân Digital Analog Arduino UNO vượt 40mA làm hỏng vi điều khiển Do khơng dùng để truyền nhận liệu, bạn phải mắc điện trở hạn dòng 1.1.4 Bộ nhớ Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng: 32KB nhớ Flash: đoạn lệnh bạn lập trình lưu trữ nhớ Flash vi điều khiển Thường có khoảng vài KB số dùng cho bootloader đừng lo, bạn cần 20KB nhớ đâu 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị biến bạn khai báo lập trình lưu Bạn khai báo nhiều biến cần nhiều nhớ RAM Tuy vậy, thực nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi điện, liệu SRAM bị 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): giống ổ cứng mini – nơi bạn đọc ghi liệu vào mà lo bị cúp điện giống liệu SRAM 1.1.5 Các cổng vào/ra Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc xuất tín hiệu Chúng có mức điện áp 0V 5V với dòng vào/ra tối đa chân 40mA Ở chân có điện trở pull-up từ cài đặt vi điều khiển ATmega328 (mặc định điện trở khơng kết nối) Một số chân digital có chức đặc biệt sau: chân Serial: (RX) (TX): dùng để gửi (transmit – TX) nhận (receive – RX) liệu TTL Serial Arduino Uno giao tiếp với thiết bị khác thông qua chân Kết nối bluetooth thường thấy nói nơm na kết nối Serial khơng dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng chân không cần thiết Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, 11: cho phép bạn xuất xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) hàm analogWrite() Nói cách đơn giản, bạn điều chỉnh điện áp chân từ mức 0V đến 5V thay cố định mức 0V 5V chân khác Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngồi chức thơng thường, chân dùng để truyền phát liệu giao thức SPI với thiết bị khác LED 13: Arduino UNO có đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn thấy đèn nhấp nháy để báo hiệu Nó nối với chân số 13 Khi chân người dùng sử dụng, LED sáng Arduino UNO có chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp khoảng 0V → 5V Với chân AREF board, bạn để đưa vào điện áp tham chiếu sử dụng chân analog Tức bạn cấp điện áp 2.5V vào chân bạn dùng chân analog để đo điện áp khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải 10bit Đặc biệt, Arduino UNO có chân A4 (SDA) A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với thiết bị khác 1.1.6 Lập trình cho Arduino Các thiết bị dựa tảng Arduino lập trình ngơn riêng Ngơn ngữ dựa ngơn ngữ Wiring viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại biến thể C/C++ Một số người gọi Wiring, số khác gọi C hay C/C++ Riêng gọi “ngôn ngữ Arduino”, đội ngũ phát triển Arduino gọi Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến dễ học, dễ hiểu Nếu học tốt chương trình Tin học 11 việc lập trình Arduino dễ thở bạn Để lập trình gửi lệnh nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án cấp đến cho người dùng mơi trường lập trình Arduino gọi Arduino IDE (Intergrated Development Environment) hình Đoạn mã nguồn hình điều khiển đèn LED nhấp nháy với chu kì giây 1.1.7 MODULE L298N Thơng số kỹ thuật: Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V Dòng tối đa cho cầu H là: 2A (=>2A cho motor) Điện áp tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V Dịng tín hiệu điều khiển: ~ 36mA (Arduino chơi đến 40mA nên khỏe re bạn) Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃) Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃ L298 gồm chân: 12V power, 5V power Đây chân cấp nguồn trực tiếp đến động Bạn cấp nguồn 9-12V 12V Bên cạnh có jumper 5V, bạn để hình có nguồn 5V cổng 5V power, ngược lại khơng Bạn để hình ta cần cấp nguồn 12V vơ 12V power có 5V 5V power, từ cấp cho Arduino 10 Power GND chân GND nguồn cấp cho Động Nếu chơi Arduino nhớ nối với GND Arduino Jump A enable B enable, để hình, đừng rút bạn nhé! Gồm có chân Input IN1, IN2, IN3, IN4 Chức chân tơi giải thích bước sau: +Tưởng tượng, chân IN1 chân OutA.1, chân IN2 chân OutA.2 +Bạn cấp cực dương vào IN1, cực âm vào IN2 => motor quay chiều (chiều 1) +Bạn cấp cực âm vào IN1, cực dương vào IN2 => motor quay chiều lại (chiều 2)! +Cực dương điện 5V, cực âm điện 0V Hiện điện tính điện IN1 trừ hiệu điện IN2 +Giả sử, hiệu điện 5V mạnh việc điều khiển động Như vậy, cần hạ hiệu điện xuống động bị yếu +Và hiệu điện < => động đảo chiều! 1.1.8 Cảm biến mưa 11 Mạch cảm biến mưa gồm phần: mạch cảm biến mưa gắn trời mạch 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 thơng qua biến trở màu xanh) từ phát tín hiệu đóng / ngắt rơ le qua chân D0 Vì vậy, dùng chân digital để đọc tín hiệu từ cảm biến mưa Khi cảm biến khô (trời không mưa), chân D0 module cảm biến giữ mức cao (5V) Khi có nước bề mặt cảm biến (trời mưa), đèn LED màu xanh sáng lên, chân D0 kéo xuống thấp (0V) 12 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CODE ARDUINO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.1 Sơ đồ khối Cảm biến Mô tơ hoạt động Vi xử lý 2.2 Lưu đồ giải thuật Bắt đầu Sai a # mua Đúng a = mua Không mưa (mua = ) Sai Đúng Motor chạy nghịch 5s dừng Ngưng 3s 13 Motor chạy thuận 5s dừng 2.3 Code cho ARDUINO int rainSensor = 6; // Chân tín hiệu cảm biến mưa chân digital (arduino) int a = HIGH; void setup() { pinMode(rainSensor,INPUT);// Đặt chân cảm biến mưa INPUT, tín hiệu truyền đến cho Arduino Serial.begin(9600);// Khởi động Serial baudrate 9600 Serial.println("Da khoi dong xong"); pinMode(13,OUTPUT);// cổng 13 đầu pinMode(8,OUTPUT);// cổng đầu } void loop() { int mua = digitalRead(rainSensor); //Đọc tín hiệu cảm biến mưa Serial.println("mua = "); Serial.println(mua); if (mua != a) 14 { a = mua; Serial.println("a="); Serial.println(a); if (mua == HIGH) { Serial.println("Dang khong mua"); digitalWrite(13, HIGH); // cấp nguồn 5v cho mạch đầu a mạch delay(5000); // thời gian cấp nguồn s digitalWrite(13, LOW); } Else { Serial.println("Dang mua"); digitalWrite(8, HIGH); // cấp nguồn 5v cho mạch đầu a mạch delay(5000); // thời gian cấp nguồn s digitalWrite(8, LOW); } } delay(3000);//đợi 3s cho lần kiểm tra } 2.4 Nguyên lý hoạt động 15 Arduino cấp nguồn 5v cho cảm biến mưa Cảm biến mưa gửi tín hiệu digital vào chân số arduino Sản phẩm hoàn thiện 16 17 Arduino nhận tín hiệu từ chân số sau tín hiệu Arduino từ chân số chân số 13 truyền vào Module L298N để đảo chiều động 18 CHƯƠNG : ỨNG DỤNG 3.1 Mái che mưa tự động Với mái che kéo lắp motor Động Cơ Giảm Tốc 550 DC 12V 30RPM giá 200.000 đ (Momen xoắn cực đại: 50kg.cm chạm mức kéo 50kg vật cách trục 1cm, motor ngừng quay) vào trục quay để kéo mái vào thay cho kéo tay Với 12v cho động giảm tốc cấp nguồn riêng cho motor dung rơ le 3.2 Giàn phơi đồ thông minh Tương tự mái che mưa tự động thay vào làm ròng rọc để đưa đồ vào mái che cố định 19 CHƯƠNG : KẾT LUẬN 4.1 Bảng báo giá STT Tên Linh Kiện Số Lượng Giá Tiền Arduino uno r3 160.000đ L298N 65.000đ Cảm biến mưa 25.000đ Dây nối 10 500đ Motor 20.000đ Pin 9v 10.000đ TỔNG CỘNG 295.000đ 4.2 Ưu điểm - Lắp đặt đơn giản dễ dàng sử dụng - Giúp giảm thiểu thời gian sức lực 20 - Có thể mở rộng dễ dàng phát triển - Ứng dụng vào thực tế 4.3 Hạn chế - Giá thành cao để lắp đặt - Mạch hoạt động liên tục 4.4 Hướng phát triển - Có thể nâng cấp thiết bị kết hợp với cộng nghệ cao internet, Bluetooth để điều khiển từ xa - Áp dụng tốt vào thực tế thương mại hóa 4.5 Kết thúc đồ án Sau thời gian thực đồ án môn học, với hướng dẫn thầy, em hoàn thành đồ án theo yêu cầu đặt Để thực yêu cầu đề tài, em vận dụng kiến thức học từ trước cộng với tìm hiểu vấn đề liên quan đến đề tài Vì kiến thức kinh nghiệm từ đồ án mang lại cho em lớn Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn! 21 ... thay cho kéo tay Với 12v cho động giảm tốc cấp nguồn riêng cho motor dung rơ le 3.2 Giàn phơi đồ thông minh Tương tự mái che mưa tự động thay vào làm rịng rọc để đưa đồ vào mái che cố định 19 CHƯƠNG... việc điều khiển động Như vậy, cần hạ hiệu điện xuống động bị yếu +Và hiệu điện < => động đảo chiều! 1.1.8 Cảm biến mưa 11 Mạch cảm biến mưa gồm phần: mạch cảm biến mưa gắn trời mạch điều chỉnh... xa - Áp dụng tốt vào thực tế thương mại hóa 4.5 Kết thúc đồ án Sau thời gian thực đồ án môn học, với hướng dẫn thầy, em hoàn thành đồ án theo yêu cầu đặt Để thực yêu cầu đề tài, em vận dụng kiến