Mục tiêu nghiên cứu đồ án là tìm hiểu thị trường giàn phơi thông minh hiện nay, từ đó đề xuất ý tưởng cải tiến và yêu cầu thiết kế xây dựng mô hình giàn phơi thông minh. Tìm hiểu hệ thống điều khiển cho giàn phơi thông minh. Thiết kế và xây dựng mô hình giàn phơi thông minh.
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CNTT HỮU NGHỊ VIỆT HÀN KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ- VIỄN THƠNG TĨM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI HỆ THỐNG GIÀN PHƠI THÔNG MINH SỬ DỤNG THIẾT BỊ CẢM BIẾN MƢA SVTH : Phạm Văn Tài Lớp : CCVT15A Niên Khóa : 2015-2018 CBHD : ThS Nguyễn Thị Huyền Trang Đà Nẵng, tháng 06 năm 2018 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, nhu cầu người cao nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Trong nhu cầu sống tiện nghi, thơng minh Điều thúc nhà thiết kế, chế tạo sản phẩm đáp ứng tiện nghi, thơng minh Một số cần kể tới giàn phơi thông minh Với nước phát triển sử dụng rộng rãi phổ biến, cịn nước phát triển có Việt Nam có xu hướng tìm cho tiện nghi thơng minh Vì việc có giàn phơi đồ thông minh bảo vệ quần áo trời mưa kể lúc vắng, nhu cầu thị trường rộng mở ý tưởng đề tài “Hệ thống giàn phơi thông minh sử dụng thiết bị cảm biến mƣa” đặt Với mục đích góp phần nhỏ vào việc giới thiệu thiết bị cảm biến mưa tới người thiết kế xây dựng mơ hình thực tế Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu - Mục tiêu: Thiết kế, xây dựng mơ hình giàn phơi thơng minh - Nhiệm vụ nghiên cứu: + Tìm hiểu thị trường giàn phơi thơng minh nay, từ đề xuất ý tưởng cải tiến yêu cầu thiết kế xây dựng mơ hình giàn phơi thơng minh + Tìm hiểu hệ thống điều khiển cho giàn phơi thông minh + Thiết kế xây dựng mơ hình giàn phơi thơng minh Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: + Nghiên cứu mơ hình giàn phơi thông minh sử dụng thiết bị cảm biến mưa + Các thành phần hệ thống điều khiển giàn phơi thông minh - Phạm vi nghiên cứu: + Nghiên cứu lý thuyết thành phần hệ thống điều khiển + Nghiên cứu lý thuyết mơ hình giàn phơi thông minh + Nghiên cứu code phần mềm nạp code Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu kết hợp nghiên cứu lý thuyết xây dựng mơ hình để làm rõ nội dung đề tài Cụ thể sau: - Thu thập, phân tích tài liệu thơng tin liên quan đến đề tài - Tìm hiểu phân tích hệ thống giàn phơi thông minh - Nghiên cứu thành phần, xử lý tín hiệu hệ thống điều khiển giàn phơi thông minh - Sử dụng phần mềm Arduino IDE để nạp code Ý nghĩa khoa học thực tiễn Hệ thống giàn phơi thông minh sử dụng thiết bị cảm biến mưa hướng cho công nghệ cảm biến Đề tài giúp người nghiên cứu có kiến thức tảng hệ thống điều khiển cảm biến với ứng dụng thực tiễn chúng Từ lý thuyết mô phỏng, người nghiên cứu phát triển ý tưởng để xây dựng mơ hình thực tế có tính ứng dụng cao 3 PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIÀN PHƠI HIỆN NAY 1.1 Giới thiệu giàn phơi Thế giới ngày thay đổi theo hướng đại văn minh Các sản phẩm, thiết bị người sáng chế trở nên tiện dụng tiện lợi Nhìn thiết bị cơng nghệ thấy chúng đóng góp quan trọng đến lịch sử phát triển loài người trở thành phần thiếu sống Với sản phẩm hay vật dụng sử dụng đời sống ngày có cải tiến đáng kể theo hướng tích cực so với trước Cái đời thay cũ quy luật thay đổi vạn vật Tuân theo quy luật đó, cách phơi móc treo quần áo trước vốn rườm rà có nhiều bất lợi thay sản phẩm tân tiến Sản phẩm giàn phơi quần áo thơng minh đạt chất lượng cao nhiều người sử dụng Cách phơi đồ trước sử dụng dây treo vừa làm tốn không gian sinh sống lại phải tốn công sức đóng đinh vào tường để giăng dây làm vẻ đẹp nhẵn mịn tường Khắc phục nhược điểm đáp ứng lại nhu cầu cấp thiết tiết kiệm không gian sinh sống, giàn phơi quần áo thông minh chất lượng cao đời 4 1.2 Các loại giàn phơi 1.2.1 Giàn phơi quay tay Hình 1.1 Giàn phơi quay tay 1.2.1.1 Cấu tạo giàn phơi quay tay 1.2.1.2 Ưu điểm nhược điểm * Ƣu điểm: - Kết cấu đơn giản loại giàn phơi - Giá thành rẻ * Nhƣợc điểm: - Vận hành phức tạp, tốn thời gian công sức phải quay tang tay - Dễ bị dao động bị gió thổi phơi giữ hai sợi dây cáp - Lắp đặt tốn thời gian - Không tự động bảo vệ quần áo tránh mưa 5 1.2.2 Giàn phơi bấm điện Hình 1.2 Giàn phơi bấm điện 1.2.2.1 Cấu tạo giàn phơi bấm điện 1.2.2.2 Ưu điểm nhược điểm * Ƣu điểm: - Kết cấu tương đối đơn giản - Vận hành dễ dàng, nhanh chóng nhờ sử dụng động điện Có thể nâng phơi lên xuống dừng trừng * Nhƣợc điểm: - Dễ giao động bị gió tác động phơi giữ hai sợi dây cáp - Lắp đặt thời gian - Không có khả bảo vệ quần áo chống lại mưa 1.2.3 Giàn phơi điều khiển từ xa Hình 1.3 Giàn phơi điều khiển từ xa 1.2.3.1 Cấu tạo giàn phơi điều khiển từ xa 1.2.3.2 Ưu điểm nhược điểm * Ƣu điểm: - Có khả điều khiển từ xa - Dễ dàng việc vận hành - Kết cấu vững chắc, hạn chế dao động phơi bị gió tác động * Nhƣợc điểm: - Giá thành cao - Chưa có khả tự động bảo vệ quần áo trời mưa 1.2.4 Giàn phơi gắn tường Hình 1.4 Giàn phơi gắn tường 1.2.4.1 Cấu tạo giàn phơi bấm tường 1.2.4.2 Ưu điểm nhược điểm * Ƣu điểm: - Chịu trọng tải lớn - Kết cấu đơn giản, dễ dàng lắp đặt - Giá thành rẻ * Nhƣợc điểm: - Chưa có khả bảo vệ quần áo trời mưa - Phải dùng tay để đẩy đẩy vào 1.3 Đề xuất cải tiến giàn phơi thông minh Ý tưởng cải tiến giàn phơi thơng minh sau: Hình 1.5 Mơ giàn phơi thông minh sử dụng thiết bị cảm biến mưa Với tiêu chí, tận dụng tối đa module có sẵn thị trường, từ ưu điểm nhược điểm loại giàn phơi thị trường rút nhược điểm loại giàn phơi, chưa có giàn phơi tự động thu đồ trời mưa từ đề xuất ý tưởng giàn phơi với chức thông minh thu quần áo tự động gặp trời mưa phơi đồ trời khơng mưa có nhà bảo vệ đồ 1.4 Kết luận chƣơng Hiện có nhiều hệ thống giàn phơi đưa vào sử dụng loại giàn có ưu điểm nhược điểm riêng, giàn phơi quay tay vận hành phức tạp, tốn thời gian công sức phải quay tang tay, hay giàn phơi bấm điện lắp đặt thời gian khơng có khả bảo vệ quần áo chống lại mưa từ thiếu sót loại giàn phơi trên, từ ý tưởng thiết kế xây dựng giàn phơi thông minh 8 CHƢƠNG II: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÀN PHƠI THÔNG MINH 2.1 Yêu cầu hệ thống điều khiển Trước hết phải chọn linh kiện hoạt động định trời mưa nắng có giá thành phù hợp dễ dàng lắp ghép, tính tốn giàn phơi phơi năm đồ, tốc độ phơi vừa phải hệ thống phải xếp gọn gàng không ảnh hướng đến khối khác giàn phơi Cuối thử xem hệ thống điều khiển hoạt động theo ý đưa hay không 2.2 Sơ đồ hệ thống 2.2.1 Sơ đồ khối hệ thống Khối Cảm biến Khối nguồn Khối vi điều khiển Khối điều khiển động Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 2.2.2 Sơ đồ nguyên lý Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý 2.2.3 Sơ đồ thuật tốn Hình 2.3 Sơ đồ thuật tốn 10 2.3 Vật liệu, linh kiện Sau số linh kiện module sử dụng hệ thống giàn phơi thông minh: Cảm biến mưa Module Arduino uno R3 Động bước (step motor) Module điều khiển động L298 Dây cắm Adapter 12V2A Đèn LED 2.3.1 Cảm biến mưa Hình 2.4 Cảm biến mưa 2.3.1.1 Thông số 2.3.1.2 Sơ đồ chân module cảm biến mưa 11 Hình 2.5 Sơ đồ chân Module cảm biến mưa Thứ tự chân Tên gọi Mô tả GND Mass VCC 5V A0 Tín hiệu đầu analog D0 Tín hiệu đầu digital * Đặc điểm 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 đỏ sáng lên, chân D0 kéo xuống thấp (0V) 12 2.3.2 Module Arduino Uno R3 2.3.2.1 Thông số kỹ thuật Bảng 2.1 Arduino uno R3 sử dụng hệ vi xử lý ATmega328 với thông số sau Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ Khoảng 30mA Điện áp vào – 12V DC Điện áp vào giới hạn – 20V DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog Dòng tối đa chân I/O (độ phân giải 10bit) 30mA Dòng tối đa (5V) 500mA Dòng tối đa (3,3V) 50mA Bộ nhớ flash 32KB (ATmega328) với 0,5KB dùng bootloader SRAM KB (ATmega328) EPROM KB (ATmega328) 13 2.3.2.2 Chức chân Arduino R3 2.3.3 Hệ vi xử lý ATmega328 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) Hình 2.6 Vi xử lý ATmega328 Hình 2.7 Sơ đồ chân ATmega328 Các thơng số vi điều khiển Atmega328: 14 - Bộ vi xử lý - Giao diện SPI đồng - Kiến trúc: AVR 8bit - Xung nhịp lớn nhất: 20Mhz - Bộ nhớ chương trình (FLASH): 32KB - Bộ nhớ EEPROM: 1KB - 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 2.3.4 Động bước Hình 2.8 Động bước (Step Motor) Động bước loại động điện có nguyên lý ứng dụng khác biệt với đa số động điện thông thường Chúng thực chất động đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động roto có khả cố định roto vào vị trí cần thiết Động bước coi tổng hợp hai loại động cơ: Động chiều không tiếp xúc động đồng giảm tốc công suất nhỏ 15 2.3.5 Module điều khiển động L298 Hình 2.9 Module điều khiển động L298 2.3.5.1 Thông số kĩ thuật 2.3.5.2 Chức chân L298 - chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 nối với chân 5, 7, 10, 12 L298 Đây chân nhận tín hiệu điều khiển - chân OUTUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với chân INPUT) nối với chân 2, 3,13,14 L298 Các chân nối với động - Hai chân ENA ENB dùng để điều khiển mạch cầu H L298 Nếu mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, mức logic “0” mạch cầu H khơng hoạt động 2.3.6 Đèn LED Hình 2.10 Đèn led phát quang 16 LED (viết tắt Light Emitting Diode, có nghĩa điốt phát quang) điốt có khả phát ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống điốt, LED cấu tạo từ khối bán dẫn loại p ghép với khối bán dẫn loại n 2.3.7 Nguồn Adapter 12V 2A Hình 2.11 Nguồn Adapter 12V 2A 2.3.8 Dây cắm Hình 2.12 Dây cắm 17 2.4 Phần mềm nạp code cho module Arduino Uno R3 Hình 2.13 Giao diện phần nềm Arduino IDE 2.5 Sơ đồ kết nối chân hệ thống điều khiển Bảng 2.2 Sơ đồ kết nối chân Động bước Cảm biến (Step Motor) mưa 5v 5v 5v GND GND GND Arduino Uno R3 Module L298 5v GND A0 Analog in1 in2 10 in3 11 in4 Output A Output A- Output B Output B- 2.6 Nguyên tắc hoạt động phận 18 2.6.1 Bộ phận cảm biến Bộ phận cảm biến lắp ngồi trời, nơi thu nước mưa Để nhận tín hiệu cách xác ta phải điều chỉnh cảm biến để nhận độ nhạy nước mưa cách thích hợp 2.6.2 Bộ điều khiển động Động bước kết nối với ròng rọc kéo đồ, nhận tín hiệu từ DC L298 động bước có chức quay để kéo đồ thu phơi đồ 2.6.3 Bộ phận xử lý Bộ phận xử lý có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ cảm biến mưa, sau gửi tín hiệu vừa nhận tới Module điều khiển động L298 Module động L298 điều khiển động bước quay theo tín hiệu nhận 2.7 Nguyên lý hoạt động hệ thống Nguyên lý hoạt động giàn phơi thông minh phụ thuộc vào tính hiệu nhận cảm mưa Sau nhận nước mưa khơng có mưa cảm biến mưa xuất tín hiệu (mở/tắt) tới Arduino qua chân A0 Sau xử lí xong tính hiệu nhận được, Arduino truyền tín hiệu qua chân 8, 9, 10, 11 tới chân in1, in2, in3, in4 DC L298 Từ đây, module điều khiển động điều khiển step motor quay theo tín hiệu nhận để kéo thu dây phơi lại 2.8 Điện áp đầu vào đầu hệ thống 2.9 Kết đạt đƣợc Như theo yêu cầu đưa hệ thống điều khiển hoạt động ổn định giá thành hợp lý với người sử dụng Các linh kiện hoạt động 19 tốt trời mưa trời nắng, trọng lượng chịu đựng giàn phơi năm đồ, tốc độ kéo thu đồ giàn phơi vừa phải 2.10 Kết luận chƣơng Qua chương nêu rõ cấu tạo chức nhiệm vụ linh kiện phận điều khiển nguyên tắc hoạt động hệ thống, vào mắc nối phận linh kiện hệ thống điều khiển hệ thống điều khiển vào hoạt động 20 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH GIÀN PHƠI THƠNG MINH 3.1 u cầu thiết kế xây dựng mơ hình giàn phơi Thiết kế xây dựng mơ hình giàn phơi đơn giản dễ nhìn chất liệu khung giàn phơi sắt, nhà bảo vệ giấy bìa chiều cao giàn phơi hai mươi phân chiều ngang ba mươi phân Có thể bảo vệ đồ trời mưa dễ dàng lấy đồ chịu đựng tốt với thời gian 3.2 Xây dựng mơ hình hồn thành giàn phơi 3.2.1 Mơ giàn phơi phần mềm Paint 3D 3.2.2 Khung giàn phơi Hình 3.1 Khung phơi sau chế tạo Hình 3.2 Giấy Form làm nhà bảo vệ đồ 21 3.2.3 Hệ thống dẫn động khung phơi Hình 3.3 Mơ hệ thống dẫn động giàn phơi 3.3 Mô hình giàn phơi thơng minh hồn thiện Hình 3.4 Mơ hình giàn phơi thơng minh hồn thiện 3.4 Kết đạt đƣợc Đã hoàn thành khâu thiết kế xây dựng mơ u cầu đưa là: hệ thống dẫn động dây phơi chắn, khung phơi nhỏ gọn làm sắt, nhà bảo vệ làm giấy Form cứng, mơ hình hồn thành dễ nhìn dễ dàng lắp đặt bảo vệ đồ trời mưa 22 3.5 Kết luận chƣơng Hệ thống giàn phơi thông minh sử dụng thiết bị cảm biến mưa với thiết kế nhỏ gọn, khung phơi làm sắt nên chắn nhà bảo vệ bìa giấy Form phù hợp với khơng gian bảo vệ đồ Hệ thống tự động phơi thu đồ bảo vệ đồ trời mưa có nước bề mặt cảm biến 23 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Sau thời gian nghiên cứu, đề tài làm sáng tỏ số nội dung sau: - Tổng quan giàn phơi - Hệ thống điều khiển giàn phơi thông minh - Thiết kế xây dựng mơ hình giàn phơi thơng minh Hệ thống giàn phơi hoàn thành vào hoạt động, phơi đồ trời không mưa tự thu đồ trời mưa Trong q trình làm đồ án em có tìm hiểu thêm chức cho giàn phơi thu đồ trời tối phơi đồ trời sáng dùng cảm biến ánh sáng Nhưng hai cảm biến tín hiệu hoạt động ngược nhau, em thử chưa tìm cách để ghép chúng lại với Nếu có điều kiện đề tài tiếp tục phát triển hệ thống đáp ứng nhu cầu ngày cao người Em hy vọng ứng dụng cảm biến mưa, ứng dụng đời sống hàng ngày không đơn mơ hình Đồ án tốt nghiệp thực cố gắng nỗ lực thân bảo tận tình giáo viên hướng dẫn, nhiên thiếu sót khiếm khuyết khơng thể tránh khỏi Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo hội đồng toàn thể bạn để đồ án em hoàn thiện ... tiễn Hệ thống giàn phơi thông minh sử dụng thiết bị cảm biến mưa hướng cho công nghệ cảm biến Đề tài giúp người nghiên cứu có kiến thức tảng hệ thống điều khiển cảm biến với ứng dụng thực tiễn chúng... cứu mơ hình giàn phơi thông minh sử dụng thiết bị cảm biến mưa + Các thành phần hệ thống điều khiển giàn phơi thông minh - Phạm vi nghiên cứu: + Nghiên cứu lý thuyết thành phần hệ thống điều khiển... áo trời mưa - Phải dùng tay để đẩy đẩy vào 1.3 Đề xuất cải tiến giàn phơi thông minh Ý tưởng cải tiến giàn phơi thơng minh sau: Hình 1.5 Mơ giàn phơi thông minh sử dụng thiết bị cảm biến mưa Với