Thiết kế và thi công mô hình mái hiên tự động

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Thiết kế thi cơng mơ hình mái hiên tự động” cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các số liệu sử dụng phân tích đồ án có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu đồ án tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Người cam đoan Phạm Hữu LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s Võ Thị Bích Ngọc, người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn giảng viên trường Đại học Cơng nghệ TPHCM nói chung, giảng viên Bộ mơn Điện tử viễn thơng nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hoàn thành đồ án tốt nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Người cảm ơn Phạm Hữu Mục Lục DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT III DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU IV LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề .2 1.2 Phương án thiết kế .2 1.3 Mục đích, yêu cầu đề tài .3 1.4 Giới hạn đề tài .3 1.5 Nội dung đề tài .4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu Arduino Arduino Uno 2.1.1 Giới thiệu Arduino 2.1.2 Giới thiệu Arduino Uno 2.1.3 Sơ đồ chân Arduino 2.2 Giới thiệu module sim800l .8 2.2.1 Module sim800l 2.2.2 Một số chức sim800l .9 2.2.3 Một số tập lệnh AT thông dụng 10 2.3 Giới thiệu mạch cầu H L293D đảo chiều động 12 2.4 Giới thiệu cảm biến mưa 19 2.5 Giới thiệu cảm biến nhiệt DTH11 21 2.6 Giới thiệu LCD 16x2 giao tiếp I2C 23 2.6.1 Giới thiệu LCD 16x2 23 2.6.2 Giao tiếp I2C: .25 2.7 Module Relay .27 2.8 Giới thiệu nút nhấn 29 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 30 I 3.1 Sơ đồ khối .30 3.1.1 Khối điều khiển trung tâm 30 3.1.2 Khối điều khiển động 31 3.1.3 Khối cảm biến mưa 32 3.1.4 Khối nhận tin nhắn 33 3.1.5 Khối cảm biến nhiệt .33 3.1.6 Khối hiển thị LCD 34 3.1.7 Khối relay .34 3.1.8 Khối cài đặt nhiệt độ 34 3.3 Tính tốn thiết kế .35 3.1.1 Mạch nguồn LM350 35 3.3.2 Mạch cầu H L293D đảo chiều động 36 3.4 Sơ đồ ngun lí tồn mạch 37 3.5 Ngun lí hoạt động tồn mạch 38 3.6 Lưu đồ giải thuật: 39 3.7 Code chương trình: 40 CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH 44 4.1 Mạch in .44 4.2 Mạch thi công .46 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .47 5.1 Kết luận 47 5.2 Hướng phát triển đề tài .47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 II DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt DCS-1800 GPRS SMS M2M PDA Tên tiếng Anh Digital Communication System-1800 General Packet Radio Service Short Message Service Machine-To-Machine Personal Digital Assistant III Tên tiếng Việt Hệ thống truyền thông kỹ thuật số Dịch vụ vô tuyến Dịch vụ tin nhắn ngắn Máy với máy Các thiết bị cầm tay DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Một số thông số kĩ thuật Arduino Uno .6 Bảng 2.2 Chức chân LCD 16x2………………………………….24 Hình 2.1 Một số chức chân board mạch Arduino……………….5 Hình 2.2 Board Arduino Uno……………………………………………………….7 Hình 2.3 Module sim800l…………………………………………………… Hình 2.4 Sơ đồ chân sim800l…………………………………………………9 Hình 2.5 Chức chân kết nối sim800l……………………………………9 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H………………………………………13 Hình 2.7 Mạch cầu H đóng mở cơng tắc làm đảo chiều động DC………13 Hình 2.8 Sơ đồ tổng quát mạch cầu H sử dụng transistor BJT…….14 Hình 2.9 Mạch cầu H đóng mở cơng tắc làm động DC quay thuận…… 15 Hình 2.10 Mạch cầu H đóng mở cơng tắc làm động DC quay ngược chiều………………………………………………………………………… 16 Hình 2.11 Sơ đồ chân Chip mạch cầu H IC L293D………………… 17 Hình 2.12 Sơ đồ kết nối chân L293D với động ………………………… 18 Hình 2.13 Sơ đồ kết nối Arduino với mạch cầu H sử dụng chip L293D…….18 Hình 2.14 Module cảm biến mưa nguyên lý…………………………… 19 Hình 2.15 Sơ đồ chân chức chân LM393…………………… 21 Hình 2.16 Sơ đồ chân cảm biến nhiệt DTH11……………………………….22 Hình 2.17 Hình dáng loại LCD thơng dụng…………………………….23 Hình 2.18 Sơ đồ chân LCD 16x2……………………………………… 23 Hình 2.19 Kết nối thiết bị vào bus I2C chế độ chuẩn (Standard mode) chế độ nhanh………………………………………………………………….26 Hình 2.20 Cấu tạo chân relay……………………………………………28 Hình 2.21 Module relay kênh…………………………………………… 29 Hình 2.22 Sơ đồ kích thước chân nút nhấn………………………… 29 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống……………………………………………… 30 Hình 3.2 Khối điều khiển trung tâm…………………………………………30 Hình 3.3 Khối điều khiển đảo chiều động DC L293D…………… 31 IV Hình 3.4 Khối cảm biến mưa……………………………………………… 32 Hình 3.5 Khối điều khiển hệ động DC sim800l……………………….33 Hình 3.6 Khối cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11…………………………….33 Hình 3.7 Khối hiển thị LCD 16x2 I2C………………………………… 34 Hình 3.8 Khối Relay kích hoạt hệ thống phun sương……………………… 34 Hình 3.9 Khối cài đặt nhiệt độ…………………………………………… 35 Hình 3.10 Mạch nguồn LM350…………………………………………… 35 Hình 3.11 Mạch Cầu H L293D đảo chiều động cơ…………………………36 Hình 3.12 Sơ đồ ngun lí tồn mạch……………………………………….37 Hình 3.13 Lưu đồ giải thuật…………………………………………….… 39 Hình 4.1 Layout mạch nguồn LM350……………………………………….44 Hình 4.2 Mạch in nguồn Lm350…………………………………………….44 Hình 4.3 Layout mạch cầu H L293D……………………………………… 45 Hình 4.4 Mạch in mạch cầu H L293D………………………………………45 Hình 4.5 Mạch thi cơng tổng thể………………………………………… 46 Hình 4.6 Mơ hình mái hiên………………………………………………… 46 V LỜI MỞ ĐẦU Trong sống nay, với bùng nổ khoa học mạng truyền thông, sống người ngày tiếp cận với thiết bị công nghệ cao khái niệm điều khiển thiết bị từ xa xuất hiện, có nhiều cơng trình nghiên cứu sản phẩm thực tế xuất hiện, nhiên khơng phổ biến nhiều với người giá thành độ phức tạp hệ thống Do đó, để đáp ứng nhu cầu ứng dụng công nghệ điện tử vào đời sống, đồng thời mong muốn áp dụng kiến thức học vào thực tế nên nội dung đồ án trình bày thiết kế thi cơng mơ hình điều khiển mái hiên tự động Giới hạn đề tài: yêu cầu thời gian khả thân nên đề tài giới hạn giải vấn đề sau:  Điều khiển hệ thống qua module sim800l  Cảm biến mưa điều khiển hệ thống mái hiên  Cảm biến nhiệt điều khiển hệ thống (phun sương) Mục đích nghiên cứu: mục đích nghiên cứu đồ án thứ đáp ứng yêu cầu làm đồ án tốt nghiệp hồn thành chương trình học, thứ hai vận dụng kiến thức học suốt năm để nghiên cứu ứng dụng thực tế mạch điện tử vào sống CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Hiện với tốc độ phát triển mạnh công nghệ, việc ứng dụng công nghệ cao vào sống không dừng mức cung cấp thông tin, hay lưu trữ liệu, giải trí mà cịn rộng rãi nhiều lĩnh vực khác, quản lý điều khiển từ xa lĩnh vực cụ thể dần phổ biến Một số ứng dụng như: giám sát, điều khiển từ xa (đóng, mở thiết bị hay cập nhật liệu từ xa) thông qua thiết bị di động smartphone Xuất phát từ thực tế nên định chọn thực đề tài: “Thiết kế thi công mô hình điều khiển mái hiên tự động” 1.2 Phương án thiết kế + Với đề tài có nhiều phương án để thiết kế: - Dùng vi điều khiển: thiết kế mạch vi điều khiển dùng vi mạch lập trình 16FXX, Atmega,… ưu điểm thiết kế đơn giản thay đổi chức mạch dễ, nhiên với phương án cần phải thiết kế thi công mạch hồn tồn thủ cơng, khó khăn vấn đề giao tiếp mạng truyền thông (mạng internet), cần nhiều kỹ việc hàn lắp sửa mạch - Dùng số lập trình (VHDL, Verilog): ưu điểm mạch số lập trình có sẵn, nhược điểm giá thành cao để mua main VHDL, viết code phức tạp để xử lý cảm biến, khó khăn giao tiếp mạng viết ngơn ngữ bậc thấp - Dùng main thiết kế sẵn (Adruino): ưu điểm không cần phải thiết kế lại main xử lý Adruino có bán sẵn phổ biến, giá thành main Adruino rẻ (Adruino Uno giá 120.000VND/main…), mặt ứng dụng dễ dàng thay đổi chức mà không cần thiết kế lại mạch Mặt khác, với Adruino sẵn có cộng đồng lớn hỗ trợ, với nhiều source code chia sẻ sẵn để tham khảo, adruino tương thích với nhiều loại cảm biến thiết bị ngoại vi, tảng dựa C/C++ ngồi cịn tương thích với nhiều ngơn ngữ lập trình khác html, css, php… nên dễ dàng viết code xử lý, hay viết code giao tiếp mạng – mục tiêu đề tài Vì sử dụng main adruino hỗ trợ sẵn nhiều nên dễ dàng phát triển đề tài theo hướng hệ thống + Từ phương án định chọn thực đề tài main Adruino thiết kế sẵn 1.3 - Mục đích, yêu cầu đề tài Mục đích: thiết kế mơ hình điều khiển mái hiên tự động, hệ thống giám sát điều khiển từ xa thiết kế gồm thành phần sau:  Main để điều khiển  Modele sim800l giám sát điều khiển động  Mạch cầu H thực chức điều khiển động  Hệ thống relay để điều khiển đóng mở hệ thống phun sương  Các cảm biến mưa cảm biến nhiệt - Yêu cầu:  Điều khiển giám sát hệ thống qua module sim800l  Điều khiển mái hiên qua cảm biến mưa cảm biến nhiệt độ điều khiển hệ thống phun sương đồng thời đóng mở mái hiên  Giá thành hệ thống vừa phải dễ dàng lắp đặt 1.4 - Giới hạn đề tài Do hạn chế thời gian nghiên cứu nên đề tài giới hạn giải vấn đề sau: giám sát hệ thống qua module sim800l, điều khiển thiết bị từ xa module sim800l, đóng mở hệ thống, đồng thời điều khiển phun sương nhiệt độ cao - Mặt khác, sử dụng module thiết kế sẵn để tập trung phát triển đồ án lên mức hệ thống nên không sâu vào việc tính tốn thiết kế linh kiện mà số module dừng mức độ nghiên cứu nguyên lý hoạt động số thông số cần quan tâm 3.1.6 Khối hiển thị LCD Hình 3.7 Khối hiển thị LCD 16x2 I2C Sử dụng nguồn adapter 5V để khởi động kết hợp module I2C sử dụng chân tín hiệu SDA kết nối với chân analog số arduino chân SCL kết nối với chân analog số arduino 3.1.7 Khối relay Hình 3.8 Khối Relay kích hoạt hệ thống phun sương Kết nối nguồn ni từ adapter 5V, nhận tín hiệu từ chân số arduino kích hoạt hệ thống phun sương theo yêu cầu nhiệt độ 3.1.8 Khối cài đặt nhiệt độ Khi arduino nhận tín hiệu từ DHT11 gửi nhiệt độ arduino ta cài đặt nhiệt độ thông qua nút nhấn gắn thêm trở 10kΩ kéo xuống mức 34 thấp Chúng ta cài đặt nhiệt độ theo yêu cầu để mở hệ thống phun sương Khi nhiệt độ thu từ cảm biến nhiệt nhiệt độ mà ta cài đặt kích relay ngược lại tắt relay Hình 3.9 Khối cài đặt nhiệt độ 3.3 Tính tốn thiết kế 3.1.1 Mạch nguồn LM350 Hình 3.10 Mạch nguồn LM350 + Khi điện áp lưới có giá trị lớn Umax=240V, dịng lớn qua điode 3A Do ta lựa chọn cầu 3A + Điện áp sau chỉnh lưu U =24√2 -1.4=32.54 V +Sau qua khối chỉnh lưu cầu tụ lọc phải đảm bảo chịu điện áp lớn 32.54(V) 35 + Để xác định điện dung tụ ta dựa vào độ gợn sóng sau khối chỉnh lưu: =>Ta chọn tụ lọc : 2200 F /50V (loại tụ hóa)  Khối chỉnh áp: + Phân áp R1 RV1 có nhiệm vụ làm thay đổi điện áp theo biến thiên RV1:  RV  U  1,251   R1   + Khi để tạo điện áp biến thiên từ 3-30v thì:  RV  ≤ 1,251   ≤ 30 R1    1,4R1 ≤ RV1 ≤ 23R1 + Nếu ta chọn R1=220Ω ta có 308 ≤ RV1 ≤ 5060 Như ta chọn biến trở 5K  Khối lọc điện áp ra: - Để tăng độ ổn định để lọc nhiễu điện áp ta sử dụng thêm khối lọc điện áp tụ C2=100uf/50v 3.3.2 Mạch cầu H L293D đảo chiều động Hình 3.11 Mạch Cầu H L293D đảo chiều động 36 3.4 Sơ đồ nguyên lí tồn mạch 37 3.5 Ngun lí hoạt động tồn mạch - Khi có nước bề mặt cảm biến (trời mưa), đèn led màu đỏ sáng lên, chân D0 kéo xuống thấp (0V), Arduino nhận giá trị Thấp (0V) từ cảm biến mưa trời mưa thông qua chân Digital 11 Arduino kết nối tới chân M1 Reverse (PWM) M2 Reverse (PWM) L293D thông qua chân Digital 5, để điểu khiển động DC quay thuận chiều - Khi cảm biến khô (trời không mưa), chân D0 module cảm biến giữ mức cao (5V), Arduino nhận giá trị Thấp (5V) từ cảm biến mưa trời tạnh mưa thông qua chân Digital 11 Arduino kết nối tới chân M1 Reverse (PWM) M2 Reverse (PWM) L293D thông qua chân Digital 5, để điểu khiển động DC quay ngược chiều -Module sim800l thực điều khiển động vô theo pháp tin nhắn chương trình code - Cảm biến nhiệt DHT11 cảm biến nhiệt độ độ ẩm từ mơi trường gửi tín hiệu arduino qua chân số 2, arduino sử lí tín hiệu xuất nhiệt độ độ ẩm qua LCD 16x2 từ LCD ta cài đặt nhiệt độ thơng qua hệ thống nút nhấn Nếu nhiệt độ môi trường lớn nhiệt độ cài đặt kích hoạt hệ thống phun sương qua module relay 38 3.6 Lưu đồ giải thuật: Hình 3.13 Lưu đồ giải thuật chương trình 39 3.7 Code chương trình: #include "SoftwareSerial.h" #include #include SoftwareSerial sim800l(9, 10); int sensorReading = 11; int dc1 = 5; // PWM pin int dc2 = 6; // PWM pin char c; String tin_nhan; float setTempC; float setTempC1; #include "DHT.h" #define DHTPIN11 // what pin we're connected to #define DHTTYPE11 DHT11 // DHT 11 #define minTempC // about 109F #define maxTempC 100 // about 183F #define minTempC1 // about 109F #define maxTempC1 100 // about 183F #define startTempC 34 // starting set Temp #define buttonDN #define buttonUP #define role1 #define role2 LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); DHT dht11(DHTPIN11, DHTTYPE11); byte degree[8] = { 0B01110, 0B01010, 0B01110, 0B00000, 0B00000, 0B00000, 40 0B00000, 0B00000 }; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(buttonDN, INPUT); pinMode(buttonUP, INPUT); pinMode(role1, OUTPUT);//KICH ROLAY CHAN pinMode(role2, OUTPUT); setTempC = startTempC; setTempC1 = startTempC; dht11.begin(); pinMode(dc1, OUTPUT); pinMode(dc2, OUTPUT); pinMode(sensorReading, INPUT); Serial.println("Start!!"); sim800l.begin(9600); sim800l.println("AT+CMGF=1"); //Set SMS Text Mode delay(1000); sim800l.println("AT+CNMI=1,2,0,0,0"); //procedure, how receiving of new messages from the network delay(1000); sim800l.println("AT+CMGL=\"REC UNREAD\""); // Read unread messages } void loop() { dongco(); setTemperature(); setHeater(); displayLCD(); } void displayLCD(){ 41 float h1 = dht11.readHumidity(); float t1 = dht11.readTemperature(); lcd.begin(); lcd.backlight();// initialize the lcd lcd.clear(); lcd.home (); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("T1: "); lcd.setCursor(3,0); lcd.print(round(t1)); lcd.print(""); lcd.write(1); lcd.print("C"); lcd.setCursor(8,0); lcd.print("H1: "); lcd.setCursor(12,0); lcd.print(round(h1)); lcd.print(" %"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("C1: "); lcd.setCursor(3,1); lcd.print(round(setTempC)); lcd.print(""); lcd.write(1); lcd.print("C"); lcd.createChar(1, degree);// go home } void setTemperature() { if (digitalRead(buttonUP)== HIGH){ //setTempC -= incMinus; 42 setTempC++; if(setTempC < minTempC) setTempC = minTempC; } if (digitalRead(buttonDN)== HIGH){ //setTempC += incPlus; setTempC ; if(setTempC > maxTempC) setTempC = maxTempC; } } 43 CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH 4.1 Mạch in Hình 4.1 Layout mạch nguồn LM350 Hình 4.2 Mạch in nguồn Lm350 44 Hình 4.3 Layout mạch cầu H L293D Hình 4.4 Mạch in mạch cầu H L293D 45 4.2 Mạch thi cơng Hình 4.5 Mạch thi cơng tổng thể Hình 4.6 Mơ hình mái hiên 46 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận - Sau khoảng 15 tuần thực đồ án tốt nghiệp em hoàn thành nhiệm vụ đề thiết kế thi cơng mơ hình mái hiên tự động Đồ án hồn thành thực kết sau: - Có thể điều khiển đóng mở hệ thống thơng qua tin nhắn điện thoại - Tự động mở mái hiên thông qua cảm biến mưa chỉnh nhiệt độ để mở hệ thống phun sương trời nắng  Ưu điểm đề tài là: - Có thể điều khiển mái hiên ta đâu - Mạch điện hoạt động với điện áp dòng điện nhỏ dễ sử dụng sửa chữa  Khuyết điểm đề tài: - Mơ hình hoạt động chưa ổn định - Vì sử dụng nhiều module nên vấn đề nhiễu còn, module sim800l hoạt động có lúc chưa ổn định 5.2 Hướng phát triển đề tài - Do chí phí mức cho phép nên em hồn thiện mơ hình nhỏ, ứng dụng vào đời sống nhiều nhiều bất cập cần nhiều module để phát triển thêm hệ thống - Có thể kết hợp điều khiển thêm nhiều thiết bị thông qua hệ thống điều khiển tin nhắn - Phát triển giám sát thông qua hệ thống internet kết hợp nhiều module để phát triển đề tài 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ThS Nguyễn Thị Ngọc Anh (2015), Điện tử 1, Đại học Công nghệ TPHCM [2] ThS Phạm Quốc Phương (2015), Vi điều khiển, Đại học Công nghệ TPHCM [3] Datasheet ATemega328, tập lệnh AT, IC LM393, LM350, IC L293D… [4] Cộng đồng Arduino, Arduino.vn 48 ... thi? ??t bị hay cập nhật liệu từ xa) thông qua thi? ??t bị di động smartphone Xuất phát từ thực tế nên định chọn thực đề tài: ? ?Thi? ??t kế thi cơng mơ hình điều khiển mái hiên tự động? ?? 1.2 Phương án thi? ??t. .. thực đề tài main Adruino thi? ??t kế sẵn 1.3 - Mục đích, yêu cầu đề tài Mục đích: thi? ??t kế mơ hình điều khiển mái hiên tự động, hệ thống giám sát điều khiển từ xa thi? ??t kế gồm thành phần sau: ... 4.7KΩ - Có nhiều thi? ??t bị (ICs) kết nối vào bus I2C, nhiên không xảy chuyện nhầm lẫn thi? ??t bị, thi? ??t bị nhận địa với quan hệ chủ/tớ tồn suốt thời gian kết nối Mỗi thi? ??t bị hoạt đông thi? ??t bị nhận