ĐỀ tài NGHIÊN cứu KHOA học của SINH VIÊN năm học 2020 2021 THIẾT kế, CHẾ tạo mô HÌNH dàn PHƠI THÔNG MINH

HÀ NÔI, 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NĂM HỌC 2020-2021 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH DÀN PHƠI THƠNG MINH Sinh viên thực Lê Thành Long - 181300467 Vũ Việt Anh - 181302153 Nguyễn Đức Mạnh - 181301768 Đào Văn Huân - 181302210 Nguyễn Duy Sỹ - 181300734 Lớp: Cơ Điện Tử 2-K59 Khoa: Cơ Khí (in đậm Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài) Người hướng dẫn: TS Phạm Xuân Hiển MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tầm quan trọng đề tài 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Dàn ý nghiên cứu 1.5 Đồi tượng nghiên cứu 1.6 Phương pháp phương tiện nghiên cứu CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ DÀN PHƠI THÔNG MINH 2.1 Giàn phơi thơng minh gì? 2.2 Các phận cấu thành sản phẩm 2.2.1 Tổng quan Arduino 2.2.2 Module L298 2.2.3 Cảm biến mưa 2.2.4 Cảm biến ánh sáng quang trở CDS 2.2.5 Đèn sưởi ( dùng để hong khô quần áo) 2.2.6 Nguồn điên 2.2.7 Động điện DC 12V 2.2.8 Công tắc hành trình 2.2.9 Khung xương mơ hình CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH CHO MƠ HÌNH DÀN PHƠI THƠNG MINH 3.1 Ý tưởng thiết kế 3.2 Sơ đồ giàn phơi thông minh 3.2.1 Sơ đồ khối 3.2.2 Lưu đồ thuật toán 3.2.3 Sơ đồ mạch 3.3 Các chế độ vận hành nguyên lý hoạt động 3.3.1 Chế độ vận hành tự động 3.3.2 Chế độ vận hành tay 14 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 18 4.1 Kết đề tài 18 4.2 Đánh giá đề tài 18 4.3 Kết luận 18 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Các dịng Arduino Hình 2.2 Arduino UNO R3 thực tế Hình 2.3 Sơ đồ khối Arduino UNO R3 Hình 2.4 Module L298 Hình 2.5 Cảm biến mưa Hình 2.6 Quang trở CDS Hình 3.1 Sơ đồ khối Hình 3.2 Lưu đồ thuật tốn Hình 3.3 Sơ đồ mạch mơ Hình 3.4 Cơng tắc chân Hình 3.5 Sơ đồ mạch chế độ tự động Hình 3.6 Cảm biến mưa cảm biến ánh sáng 10 Hình 3.7 Đèn sưởi tắt 10 Hình 3.8 Module L298 10 Hình 3.9 Hai cơng tắc hành trình 11 Hình 3.10 Sơ đồ mạch 11 Hình 3.11 Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng mưa 12 Hình 3.12 Đèn sưởi tắt 12 Hình 3.13 Module L298 12 Hình 3.14 Hai cơng tắc hành trình 13 Hình 3.15 Sơ đồ mạch chế độ tự động 13 Hình 3.16 Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng 13 Hình 3.17 Đèn sưởi bật lên 14 Hình 3.18 Module L298 14 Hình 3.19 Hai cơng tắc hành trình 14 Hình 3.20 Cơng tắc chân chuyển sang chế độ tay 15 Hình 3.21 Sơ đồ mạch điều khiển tốc độ động 15 Hình 3.22 Bộ điều khiển tốc độ động 15 Hình 3.23 Bấm nút nghịch 16 Hình 3.24 Bấm nút thuận 17 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề - 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, không dừng lại năm gần ngành điện tử tự động ngảy gần gũi với đời sống người, hỗ trợ người sống ngày - Khi phơi đồ ln có nỗi lo trời hơm có nắng khơng, hay có mưa ko? Quần áo bị ướt trời mưa ta khơng kịp dọn hay quần áo không khô thời tiết âm u, chí phơi đến tuần mà quần áo bị ẩm, kèm theo mùi khó chịu => Vậy phải để đối phó với vấn đề thế, để quần áo khô nhanh - Lúc giàn phơi thơng minh biện pháp nhanh giải mối lo quần áo, giúp quần áo mau khô, thơm tho, không bị ướt trời mưa, trời âm u 1.2 Tầm quan trọng đề tài - Ưu điểm máy phơi đồ thông minh dùng loại cảm biến để nhận biết trạng thái mơi trường bên ngồi từ cho chế độ làm việc phù hợp giúp giải vấn đề khó khăn phơi quần áo - Vì đề tài vấn đề thực khách quan mà cịn có tầm quan trọng thực trong tương lai 1.3 Mục đích nghiên cứu - Do thực tiễn đời sống sinh hoạt người, việc phơi quần áo ngày thời tiết xấu bất tiện đặt biệt gia đình khơng có điều kiện nhà thường xun, từ bất tiện vấn đề nhóm sinh viên thực nghiên cứu vấn đề nhằm đưa ý tưởng chế tạo môt thiết bị phơi đồ thơng minh giúp xóa bỏ bất tiện hạn chế việc phơi quần áo phù hợp với xu ngành điều khiển tự động - Là sinh viên ngành Cơ Điện Tử muốn thử thách thân, tìm hiểu kiến thức chuyên ngành để có thêm kinh nghiệm trước trường phục vụ cho công việc sau 1.4 Dàn ý nghiên cứu - Thiết kế cấu trúc sơ đồ - Thi công phần cứng – phần mềm - Hướng dẫn sử dụng 1.5 Đồi tượng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu là: Nguồn mở vi điều khiển arduino mẻ số trường, bên cạnh dùng ứng dụng để nghiên cứu giàn phơi đồ thông minh 1.6 Phương pháp phương tiện nghiên cứu ❖Phương pháp: - Tài liệu tham khảo: Chủ yếu tham khảo chi tiết module, cảm biến, khí cụ điện - Thực nghiệm: Kết nối phần cứng, thiết kế mạch ổn áp, mạch động lực, cấu chuyển động ❖Phương tiện: Các dụng cụ ngành khí Cơ Điện Tử máy hàn máy khoan, máy tính, đồng hồ VOM, để thực đề tài cần phải thiết kế số mạch phụ hay dùng testboard để thử nghiệm mô 3D 3 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ DÀN PHƠI THƠNG MINH 2.1 Giàn phơi thơng minh gì? - Giàn phơi thơng minh vật dụng trở nên quen thuộc nhiều hộ gia đình, trở thành phần khơng thể thiếu đời sống sinh hoạt người Tuy nhiên nhiều người lại chưa biết đến giá phơi đồ thông minh Vậy giàn phơi thơng minh gì, có khó sử dụng khơng sử dụng nào? Trong viết làm sáng tỏ vấn đề - Giàn phơi thông minh sản phẩm khoa học mang tính ứng dụng cao nhằm giúp cho việc phơi đồ trở lên đơn giản nhanh gấp nhiều lần so với giàn phơi thông thường; đồng thời giúp quần áo đón nhiều gió nắng, giúp quần áo nhanh khô hơn; giúp người tiết kiệm thời gian công sức để tập trung cho việc khác Đây giải pháp tuyệt vời vấn đề phơi đồ nhờ mà người khơng phải lo quần áo ướt, quần áo ẩm hay có mùi ngày trời mưa hay trời nồm - Ứng dụng sống: Sử dụng dễ dàng, tiện lợi trời trở lạnh mưa gió bão Hệ thống sử dụng hoàn toàn tự động 2.2 Các phận cấu thành sản phẩm 2.2.1 Tổng quan Arduino Hình 2.1 Các dịng Arduino - Arduino tảng mà thiết bị phần cứng làm sẵn chuẩn hóa, người dùng việc chọn thứ cần, ráp lại chạy Arduino cung cấp cho bạn module điều khiển động có sẵn, mạch điều khiển có sẵn, mạch thu phát sóng khơng dây có sẵn, … - Arduino khơng phải lập trình từ A đến Z Mỗi phần cứng gắn mác “Arduino” có đoạn lệnh viết sẵn (thư viện) cộng đồng người dùng Arduino phát triển  Ở ta dùng loại Arduino R3 Hình 2.2 Arduino UNO R3 thực tế - Đây vi mạch tích hợp nên sử dụng tìm hiểu Arduino Hiện dịng mạch phát triển tới hệ thứ (R3), dùng vi mạch nano nhỏ nên sử dụng cho người biết lập trình thích hợp cho đề án nhỏ mơ hình nhỏ - Nó đơn giản, port đủ phục vụ cho nhu cầu người nghiên cứu mãng lập trình cho ngoại vi, chức chẳng thua board khác, tích hợp sẵn board nạp hợp túi tiền so với board cao cấp Hình 2.3 Sơ đồ khối Arduino UNO R3 2.2.2 Module L298 - Mạch cầu H mạch đơn giản dùng để điều khiển động DC quay thuận quay nghịch Trong thực tế, có nhiều kiểu mạch cầu H khác tùy vào cách lựa chọn linh kiện có dịng điện, áp điều khiển lớn hay nhỏ, tần số xung PWM… Và chúng định đến khả điều khiển cầu H  Ta sử dụng loại cầu H – L298 Hình 2.4 Module L298 2.2.3 Cảm biến mưa - Sử dụng modul cảm biến mưa RK83 - điện áp: 5V - Sử dụng trời mưa báo tín hiệu để biết trời có mưa Hình 2.5 Cảm biến mưa 2.2.4 Cảm biến ánh sáng quang trở CDS - Sử dụng trời sáng nhận tín hiệu truyền đưa quần vào treo khung ngồi ánh sáng 6 Hình 2.6 Quang trở CDS 2.2.5 Đèn sưởi ( dùng để hong khô quần áo) 2.2.6 Nguồn điên - Sử dụng nguồn điện cung cấp cho toàn hệ thống hoạt động Ta sử dụng nguồn điện phù hợp với điện áp đầu vào đầu Arduino cầu H (điện áp hoạt động khoảng 5-12V) 2.2.7 Động điện DC 12V 2.2.8 Cơng tắc hành trình 2.2.9 Khung xương mơ hình 7 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH CHO MƠ HÌNH DÀN PHƠI THƠNG MINH 3.1 Ý tưởng thiết kế - Khi phơi đồ ln có nỗi lo trời hơm có nắng khơng, hay có mưa ko? Quần áo bị ướt trời mưa ta không kịp dọn hay quần áo không khô thời tiết âm u, chí phơi đến tuần mà quần áo bị ẩm, cịn kèm theo mùi khó chịu => Vậy phải để đối phó với vấn đề thế, để quần áo khô nhanh - Lúc giàn phơi thông minh biện pháp nhanh giải mối lo quần áo, giúp quần áo mau khô, thơm tho, không bị ướt trời mưa, trời âm u 3.2 Sơ đồ giàn phơi thông minh 3.2.1 Sơ đồ khối Hình 3.1 Sơ đồ khối 3.2.2 Lưu đồ thuật tốn Hình 3.2 Lưu đồ thuật tốn 8 3.2.3 Sơ đồ mạch Hình 3.3 Sơ đồ mạch mơ 3.3 Các chế độ vận hành nguyên lý hoạt động 3.3.1 Chế độ vận hành tự động *Nguyên lý hoạt động: - Hệ thống tự động hóa hồn tồn thánh chuỗi khép kín Khi bắt đầu chương trình cảm biến ánh sáng nhận tín hiệu từ ánh sáng xung quanh, sau truyền hệ thống Sau tiếp tục lấy tín hiệu từ cảm biến mưa xem trời có mưa hay khơng Từ truyền tín hiệu đến mạch xử lý - Chúng ta có trường hợp sau: + Khi trời sáng, không mưa => Phơi đồ + Khi trời sáng, có mưa => Thu đồ 9 + Khi trời tối => Thu đồ - Quá trình xử lý hoàn toàn Arduino R3 IC cảm biến *Cách vận hành hệ thống: - Khi bắt đầu chương trình tự động ta gạt cơng tắc sang chế độ tự động Hình 3.4 Cơng tắc chân - Từ cấp nguồn cho tồn hệ thống - Các cảm biến có chức thu thập thông tin từ môi trường, chuyển thống xử lý trung tâm Arduino R3 phân tích theo chương trình nạp Cuối đưa định cuối chuyển phận điều khiển động Module L298 để thực hành động phơi đồ hay thu qua động 12V *Cách thức hoạt động mạch phần mềm proteus * Tự Động: - Trời sáng + không mưa Tổng quát: Hình 3.5 Sơ đồ mạch chế độ tự động 10 - Tín hiệu truyền từ cảm biến mưa cảm biến ánh sáng Hình 3.6 Cảm biến mưa cảm biến ánh sáng - Đèn sưởi lúc tắt: Hình 3.7 Đèn sưởi tắt - Chân In3 bật, In4 tắt dộng quay theo chiều ngược kim đồng hồ( tương đương với việc quần áo phơi ra) Hình 3.8 Module L298 11 - Khi chạm công tắc hành trinh động dừng Hình 3.9 Hai cơng tắc hành trình - Trời sáng+mưa: Hình 3.10 Sơ đồ mạch - Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng cảm biến mưa 12 Hình 3.11 Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng mưa - Đèn sưởi lúc tắt Hình 3.12 Đèn sưởi tắt - Chân In3 tắt ,In4 bật làm cho động chuyển động thuận chiều kim đồng hồ(tương đương với thu đồ) Hình 3.13 Module L298 - Khi chạm cơng tắc hành trình động dừng 13 Hình 3.14 Hai cơng tắc hành trình Hình 3.15 Sơ đồ mạch chế độ tự động - Khi trời tối( khơng mưa hay có mưa thu đồ)và có mưa bật đèn sưởi -Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng: Hình 3.16 Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng - Đèn sưởi bật lên có mưa (tức cảm biến mưa nhận giá trị 0): 14 Hình 3.17 Đèn sưởi bật lên -Chân In3 tắt ,In4 bật làm cho động co chuyển động thuận chiều kim đồng hồ(tương đương với thu đồ) Hình 3.18 Module L298 - Khi chạm cơng tắc hành trình động dừng Hình 3.19 Hai cơng tắc hành trình 3.3.2 Chế độ vận hành tay - Khi ta muốn dùng chế độ vận hành tay trên, ta gạt công tắc sang chế độ vận hành tay 15 Hình 3.20 Công tắc chân chuyển sang chế độ tay - Khi chế độ động điều khiển điều chỉnh tốc độ động DC sơ đồ mạch : Hình 3.21 Sơ đồ mạch điều khiển tốc độ động - Đây hình ảnh thực tế điều khiển tốc độ động cơ: Hình 3.22 Bộ điều khiển tốc độ động 16 - Nhờ vào điều khiển này, ta tùy chỉnh vịng quay động thông qua nút bấm ( thuận, nghịch, dừng lại) - Và mơ hình giàn phơi thơng minh chúng em có trang bị thêm phận sấy khô quần áo Khi quần áo lâu ngày chưa khơ, bật máy sấy quần áo lên giúp quần áo nhanh khô *Cách thức hoạt động mạch phần mềm proteus *Chỉnh tay: - Chế độ chỉnh tay nghịch Hình 3.23 Bấm nút nghịch - Khi ta bấm nút “nghịch” động quay ngược chiều kim đồng hồ nhả dộng dừng - Chế độ chỉnh tay thuận: 17 Hình 3.24 Bấm nút thuận - Khi ta bấm nút “thuận” động quay thuận chiều kim đồng hồ nhả dộng dừng 18 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết đề tài - Bổ sung hình ảnh sau 4.2 Đánh giá đề tài ❖ Ưu điểm - Là thiết bị tiêu dùng thông minh giúp giải vấn đề bất tiện phơi quần áo, đặt biệt người có thời gian nhà thường xun - Thiết bị thiết kế chế độ hoạt động tạo tiện lợi thoải mái cho người sử dụng - Linh hoạt dễ dàng di chuyển - Tối ưu nhiều, gần với sản phẩm thực tế ❖ Nhược điểm - Các cảm biến máy dừng lại mức mơ hình thử nghiệm chưa hoạt động xác so với thực tế - Khi cúp điện máy hoạt động ❖ Hướng phát triển -Ðây đề tài mẻ, nên có nhiều hướng phát triển tương lai: - Sản phẩm không dừng lại việc phơi quần áo mà mở rộng với quy mô lớn hệ thống phơi nông sản, hàng thủ công mĩ nghệ, dây chuyền công nghiệp … 4.3 Kết luận - Với đặc điểm tính trên, hệ thống trở thành sản phẩm tiêu dùng, đáp ứng nhu cầu xã hội Ðề tài mang tính đại, thực tiễn cao tính khả thi tốt thực tế Bên cạnh thời gian nghiên cứu kinh phí có hạn nên đề tài nhiều vấn đề cần cải tiến nữa, hy vọng tương lai đề tài cải thiện hoàn chỉnh ứng dụng rộng rãi đời sống 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lập trình vi điều khiển với Aruino Tác giả: Phạm Quang Huy – Lê Cẩm Nhung Arduino dành cho người tự học Tác giả:Nguyễn Trọng Hiếu, nhà xuất bách khoa Hà Nội Trang Web: Arduino 360.com Và tài liệu mạng… ... QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tầm quan trọng đề tài 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Dàn ý nghiên cứu 1.5 Đồi tượng nghiên cứu ... viên thực nghiên cứu vấn đề nhằm đưa ý tưởng chế tạo môt thiết bị phơi đồ thơng minh giúp xóa bỏ bất tiện hạn chế việc phơi quần áo phù hợp với xu ngành điều khiển tự động - Là sinh viên ngành Cơ... 2.2.9 Khung xương mơ hình CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH CHO MƠ HÌNH DÀN PHƠI THÔNG MINH 3.1 Ý tưởng thiết kế 3.2 Sơ đồ giàn phơi thông minh 3.2.1 Sơ đồ khối