Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy lau nhà tự động

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH BAN CHẤP HÀNH TP HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ XX NĂM 2018 TÊN CƠNG TRÌNH: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy lau nhà LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Kỹ thuật cơng nghệ CHUN NGÀNH: Cơ khí-Tự động hố Mã số cơng trình: …………………………… i MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH iii TÓM TẮT ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài 2 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn, quy mô phạm vi áp dụng PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .4 1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY LAU NHÀ TỰ ĐỘNG 1.2 GIẢI BÀI TỐN TÌM ĐƯỜNG 1.2.1 Đặt vấn đề .6 1.2.2 Bài tốn tìm đường cục 1.3 KHỐI PHẦN CỨNG TRONG ĐỀ TÀI 1.3.1 ARDUINO .7 1.3.2 Giới thiệu arduino .8 1.3.3 Lịch sử đời 1.3.4 Một số loại arduino thị trường 1.3.5 Một vài ứng dụng arduino 13 1.4 HỆ THỐNG CẢM BIẾN 13 1.5 ĐỘNG CƠ DC 16 1.5.1 Khái niệm động DC, điều khiển động L298 16 1.5.2 Nguyên lý hoạt động 17 1.5.3 Mạch điều khiển động DC 18 1.5 MÀN HÌNH LCD 20 1.5.1 Hình dáng cấu tạo 20 1.5.2 Chức chân LCD .21 1.5.3 Sơ đồ nối LCD MCU .23 ii 1.6 GIAO TIẾP I2C 23 1.6.1 Đă ̣c điể m của giao tiế p I2C 23 1.6.2 Truyề n nhâ ̣n dữ liêụ Master – Slave 24 1.7 GIAO TIẾP SPI 24 PHẦN 2: MỤC TIÊU - PHƯƠNG PHÁP 26 2.1 Mục tiêu 26 2.2 Phương pháp 26 PHẦN 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 27 3.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MÁY LAU NHÀ TỰ ĐỘNG.27 3.1.1 Phương pháp : Sử dụng IC số 27 3.1.2 Phương pháp : Sử dụng vi điều khiển PLC 27 3.1.3 Phương án thiết kế .28 3.2 THIẾT KẾ PHẦN CƠ MÁY LAU NHÀ TỰ ĐỘNG 28 3.3 THIẾT KẾ, TÍNH TỐN PHẦN ĐIỆN 30 3.3.1 Sơ đồ khối máy lau nhà: .30 3.3.2 Thiết kế khối cụ thể .31 3.4 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 35 3.4.1 Khối xử lý 35 3.4.2 Khối vận hành 36 3.5 THIẾT KẾ HOÀN CHỈNH 39 3.6 THI CÔNG, PHÂN BỐ THIẾT BỊ, LẮP RÁP MÁY LAU NHÀ 41 3.7 MƠ HÌNH SAU KHI HOÀN THIỆN 44 3.8 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM 44 PHẦN 4: KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ .47 4.1 KẾT LUẬN 47 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 47 PHỤ LỤC .49 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1- Medion MD 18501 Hình 1.2 - Robot Ilife 750x Hình 1.3- Drone( sử dụng làm điều khiển thiết bị bay) 13 Hình 1.4- Cánh tay robot có sử dụng arduino 13 Hình 1.5- Hình ảnh thu phát hồng ngoại 14 Hình 1.6- Kí hiệu led phát, thu 15 Hình 1.7- Led hông ngoại 15 Hình 1.9- Cơ chế hoạt động cảm biến hồng ngoại 16 Hình 1.10- Động Cơ DC 17 Hình 1.11 – Mạch điện hoạt động DC motor 18 Hình 1.12- Sơ đồ hoạt động động DC theo chiều thuận 19 Hình 1.13- Sơ đồ nguyên ly động DC quay theo chiều nghịch 20 Hình 1.14- Hình dáng loại LCD thơng dụng 21 Hình 1.15- Sơ đồ chân LCD 21 Hình 1.16 - Sơ đồ kết nối chân LCD MCU 23 Hình 1.17- Sơ đồ giao tiế p I2C 23 Hình 3.1- Sơ đồ thiết kế máy lau nhà 29 Hình 3.2- Sơ đồ tính tốn góc di chuyển máy lau nhà 29 Hình 3.3 -Thiết kế vỏ ngồi máy lau nhà 30 Hình 3.54 Sơ đồ khối hệ thống 31 Hình 3.5 - Khối phím nhấn 31 Hình 3.6 -Sơ đồ nguồn phận xử lý 32 Hình 3.7- Atmega328 có nghiệm vụ cung cấp thơng tin lên hình LCD 32 Hình 3.8- Sơ đồ LCD 16x02 để hiể n thi ̣các thông tin nút nhấn 33 Hình 3.9 -Sơ đồ nguồn sử dụng nguồn 12V 34 Hình 3.10- Khối truyền liệu để vận hành 34 Hình 3.11 -Sơ đồ mạch động máy lau nhà 35 Hình 3.12- Sơ đồ mạch cảm biến hồng ngoại 35 Hình 3.13 -Sơ đồ nguyên lý khối xử lý máy lau nhà 39 Hình 3.14 -Sơ đồ mạch in khối xử lý máy lau nhà 39 Hình 3.15 -Sơ đồ nguyên lý khối vân hành máy lau nhà 40 Hình 3.16 -Sơ đồ mạch in khối vận hành máy lau nhà 40 Hình 3.17 -Kiểu dáng bên máy lau nhà 41 Hình 3.18 -Bố trí thiết bị bên máy lau nhà 41 Hình 3.19 -Bố trí thiết bị bên máy lau nhà 42 Hình 3.20 -Hiển thị pin LCD 42 Hình 3.21 -Bố trí lắp đặt bên máy lau nhà 43 Hình 3.22 -Bố trí lắp ráp bên máy lau nhà 43 Hình 3.23- Máy lau nhà hoàn thiện 44 TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu chế tạo máy đa mini truyền động điện ứng dụng dân dụng Máy thay cho người số thao tác, giúp nâng cao độ tin cậy, suất tiết kiệm thời gian củ người dân Máy sau tính tốn, thiết kế, chế tạo lắp ráp hoạt động tốt hộ gia đình Khi sống người nâng cao, nhu cầu sống ngày cao đòi hỏi phải hỗ trợ tốt Và từ nhu cầu thực tế ý tưởng mơ hình máy lau nhà tự động Thiết bị giúp giải phóng sức lao động dành cho việc dọn dẹp, vệ sinh nhà Đề tài nghiên cứu phần cứng phần mềm máy Phần cứng máy lau nhà tính tốn, thiết kế phần vỏ bên ngồi, phần gá phận điện điện tử, cảm biến Phần mềm viết code lập trình điều khiển, tiếp nhận tín hiệu đầu vào từ cảm biến, xử lý trung tâm tính tốn đưa tín hiệu điều khiển đến cấu chấp hành Sau đó, tiến hành lắp ráp máy, thực nghiệm hiệu chỉnh để máy hoạt động ổn định hơn, mục tiêu ban đầu đặt ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài Công nghiệp hố đại hố giúp cho cơng nghiệp tăng suất từ giúp đất nước phát triển Trong đất nước phát triển, người thường phải làm việc nhiều hơn, thời gian công ty, xí nghiệp nhiều nhà dẫn đến thực tế người khơng có thời gian làm việc nhà Một giải pháp cho vấn đề tự động hoá dân dụng, ứng dụng IoT vào sống Khi sống người nâng cao, nhu cầu sống ngày cao đòi hỏi phải hỗ trợ tốt Và từ nhu cầu thực tế ý tưởng mơ hình máy lau nhà tự động Ngày nay, với phát triển cách nhanh chóng ngành điện tử nhiều ngành khác ý tưởng máy lau nhà tự động khơng cịn vướng rào cản công nghệ Việc điều khiển máy lau nhà thông qua smartphone máy tính tạo nên bước ngoặc lớn việc điều khiển tự động, không dây cách linh hoạt, nói phát triển khơng ngừng làm cho cơng nghệ có thêm bước tiến, việc điều khiển dễ dàng Từ ý tưởng đó, nhu cầu sống tốt nên việc xây dựng “MÁY LAU NHÀ TỰ ĐỘNG” để đáp ứng phần sống người sống bận rộn ngày Mục tiêu nghiên cứu Tính tốn, thiết kế, chế tạo máy lau nhà tự động ứng dụng đời sống dân dụng Việt Nam Đối tượng nghiên cứu Máy lau nhà tự động ứng dụng hộ gia đình Phần cứng máy vỏ máy, đồ gá linh kiện, cảm biến Phần mềm máy lập trình điều khiển Phạm vi nghiên cứu Máy lau nhà hoạt động tự động, vừa hút bụi vừa lau nhà Chưa có chế tự xạc lượng Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn, quy mô phạm vi áp dụng Ý nghĩa khoa học: thiết kế, chế tạo máy lau nhà ứng dụng dân dụng giải toán nguồn lao động việc nhà Ý nghĩa thực tiễn: giải vấn đề thiếu nguồn nhân lực phục vụ công việc nhà, giúp người có thời gian nghỉ ngơi để tái sức sản xuất lao động PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY LAU NHÀ TỰ ĐỘNG  Nghiên cứu tổng quan: Hiện trạng việc sản xuất thiết bị nước: Hiện Việt Nam điều kiện kinh tế kỹ thuật chưa chế tạo, sản xuất thương mại hố thiết bị thơng minh máy lau nhà thông minh Hiện trạng việc sản xuất thiết bị nước: Hiện nước phát triển kĩ thuật kinh tế Đức, Mỹ, Nhật, Trung Quốc có bước tiến quan trọng việc sản xuất thương mại hoá thiết bị thông minh máy lau nhà thông minh ngoại lệ áp dụng thực tế vào sống thương mại hố tồn giới Sau loại máy lau nhà thông minh sản xuất giới: Hình 1.1- Medion MD 18501 Sản phẩm thị trường Đức, Made in Germany Thông số:  Dung lượng pin 2500mAh, thời gian hoạt động 90 phút, thời gian sạc đầy khoảng 4,5h  Điện sạc 220V, pin điều khiển 1.5V  Bình chứa bụi 0,3l dễ tháo dỡ rửa sạch, không cần thay  Hai bàn chải hông quét bụi vào ống hút thân máy  Chiều cao 8,3cm, đường kính 30cm, nặng 1,9kg Hình 1.2 - Robot Ilife 750x Sản phẩm thị trường Mỹ, Made in USA:  Trang bị hình LED hiển thị giờ, chế độ chạy, báo pin, báo lỗi  Công suất 1800 Pa  Giảm tiếng ồn tốt dòng Robot: 25)) {dung();delay(1000);} //Thẳng //CB Phải //CB Trái if((sensor3 < 25) && (sensor0 >25) && (sensor2 25) && (sensor0 25) && (sensor2 25) && (sensor0 25)) {xoayphai();delay(1500);dung();delay(800);} if((sensor0 >25) && (sensor2 >25)) {lui();delay(2000); xoaytrai();delay(1000); dung();delay(800);} } dung(); delay(2000); } void dung() { Serial.println("Dung"); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(7,LOW); digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(9,LOW); } void tien() { Serial.println("Tien"); 51 digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,LOW); digitalWrite(8,HIGH); digitalWrite(9,LOW); } void lui() { Serial.println("lui"); digitalWrite(7,HIGH); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(9,HIGH); digitalWrite(8,LOW); } void xoaytrai() {Serial.println("Xoay trai"); digitalWrite(7,HIGH); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(8,HIGH); digitalWrite(9,LOW); } void xoayphai() {Serial.println("Xoay phai"); digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,LOW); digitalWrite(9,HIGH); digitalWrite(8,LOW); } Khối Xử Lý #include #include #include // Chân nối với Arduino #define ONE_WIRE_BUS 13 //Thiết đặt thư viện onewire OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS); 52 //dùng thư viện DallasTemperature để đọc nhiệt độ DallasTemperature sensors(&oneWire); LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); boolean menu = false; unsigned long minutes = 0; unsigned long timer; float temp = 0; void setup() { pinMode(6, INPUT); pinMode(7, INPUT); pinMode(8, INPUT); pinMode(10, OUTPUT); pinMode(9, OUTPUT); digitalWrite(10,LOW); digitalWrite(9,LOW); sensors.begin(); // Nhiệt độ Serial.begin(9600); // uart Serial.println("Hello boss "); lcd.begin(16, 2); delay(100);lcd.clear();delay(100); lcd.print("Hello !"); delay(1500); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Menu "); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Start Timer Info"); delay(100); } void loop() { sensors.requestTemperatures(); lcd.setCursor(9,0); temp = sensors.getTempCByIndex(0); lcd.print(temp); 53 lcd.print(" C"); if(digitalRead(6)==LOW) { while(digitalRead(6)==LOW); if(minutes>0) { timer = millis(); Serial.println(minutes); Serial.println(timer); timer = timer + (minutes*60*1000); Serial.println(timer); } lcd.clear(); lcd.print("WORKING "); lcd.setCursor(12,1); lcd.print("STOP"); boolean work = true; int i = 198; while(work==true) { digitalWrite(10,HIGH); digitalWrite(9,HIGH); delay(10); i++; if(i==200) {i=0; lcd.setCursor(12,0); int sensorValue = dopin(); if( sensorValue < 5) {lcd.setCursor(0,0); lcd.print("STOP"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("BAT LOW "); delay(5000); work = false; } lcd.print(sensorValue); lcd.print("% ");} 54 // Đo nhiệt độ -/// sensors.requestTemperatures(); lcd.setCursor(0,1); temp = sensors.getTempCByIndex(0); lcd.print(temp); lcd.print(" C"); if(digitalRead(7)==LOW) { while(digitalRead(7)==LOW); work = false; } if(digitalRead(8)==LOW) { while(digitalRead(8)==LOW); Serial.print("Gia tri cai "); Serial.print(timer); Serial.print(" & now "); unsigned long NOW = millis(); Serial.println(NOW); } if(timer >0) { unsigned long NOW = millis(); if(NOW >= timer) {work = false;} } } setup(); } else if(digitalRead(7)==LOW) { while(digitalRead(7)==LOW); boolean inf = true; int i = 199; while(inf==true) { i++; if(i==200) { i=0; // Đo PIN -/// lcd.setCursor(0,0); lcd.print("BATTERY "); 55 int sensorValue = dopin(); lcd.print(sensorValue); lcd.print(" % "); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Back "); // Đo nhiệt độ -/// sensors.requestTemperatures(); lcd.setCursor(9,1); temp = sensors.getTempCByIndex(0); lcd.print(temp); lcd.print(" C"); } if(digitalRead(6)==LOW) { while(digitalRead(6)==LOW); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Menu "); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Start Timer Info");inf=false; } } } else if(digitalRead(8)==LOW) { while(digitalRead(8)==LOW); lcd.clear(); lcd.print("SETUP TIMER 00"); lcd.setCursor(8, 1); lcd.print("OK"); menu = true; } while(menu == true) { if(digitalRead(7)==LOW) {minutes += 5; if(minutes >100) {minutes = 100;} lcd.setCursor(13, 0); lcd.print(" "); lcd.setCursor(13, 0); 56 lcd.print(minutes); while(digitalRead(7)==LOW); } if(digitalRead(6)==LOW) { minutes -= 5; if(minutes