TIỂU LUẬN thiết kế, chế tạo hệ thống dàn phơi thông minh

MỞ ĐẦU Ngày với phát triển khoa hoc kĩ thuật,cũng nhu cầu đòi hỏi cuả người ngày cao nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Trong có nhu cầu sống tiện nghi,thông minh Điều thúc nhà khoa học thiết kế chế tạo sản phẩm đáp ứng tiện nghi,thơng minh Một số cần kể tới giàn phơi quần áo thơng minh Với nước phát triển sử dụng rộng rãi phổ biến, nước phát triển có Việt Nam có xu hướng tìm cho tiện nghi,thơng minh Mặt khác với phát triển khu nhà hay khu chung cư với diện tích khơng lớn mà việc nhỏ gọn mà đáp ứng yêu cầu cần thiết khu chung cư Vì việc có giàn phơi quần áo thơng minh khơng chiếm diện tích ban công nơi ban công nhỏ lắp giàn phơi thơng minh giúp thoát khỏi rắc rối việc phơi quần áo Với vấn đề nêu nhóm sinh viên chúng em thực đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ thống dàn phơi thông minh” LỜI CẢM ƠN Sản phẩm làm kết hợp nghiên cứu lý thuyết triển khai thực tế sở làm việc theo nhóm Đề tài kết hợp khí- điện tử- tin học, thiết kế kết cấu khí, chọn động thiết kế chế tạo mạch điều khiển, xây dựng phần mềm điều khiển lập trình Đây sản phẩm nhóm sinh viên chúng em nên khơng thể tránh khỏi thiếu xót hạn chế, chúng em mong nhận góp ý, bảo thầy giáo, cô giáo bạn Chúng em xin trân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Phạm Văn Hùng, thầy mơn Tự động hóa tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt đề tài này, chúng em xin trân thành cảm ơn ban lãnh đạo môn tạo điều kiện làm việc trang thiết bị cần thiết giúp đỡ chúng em suốt thời gian qua MỤC LỤC MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .5 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nội dung đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Chức hệ thống 2.1.1 Chức 2.1.2 Sơ đồ khối 2.2 Ngun lý hoạt động – quy trình cơng nghệ 2.3 Lựa chọn thiết bị 10 2.3.1 Cảm biến tốc độ gió .10 2.3.2 Động giảm tốc LS220 .11 2.3.3 Module L298 12 2.3 ARDUINO NANO .13 2.3.5 Màn hình LCD1602 .14 2.3.6 Nguồn adapte 12VDC 15 2.3.7 Cảm biến mưa 16 2.3.8 Cảm biến ánh sáng 17 2.3.9 Các linh kiện thiết bị khác .17 2.4 Thiết kế phần mềm .18 2.4.1 Phần mềm Arduino IDE 18 2.4.2 Phần mềm mô proteus 26 2.4.3.Phần mềm blynk .28 2.4.4 Thiết kế mạch 30 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Kết 33 3.1.1 Tổng quan mơ hình 33 3.1.2 Đánh giá hệ thống 37 3.2 Thảo luận .38 3.2.1 Ý nghĩa khoa học ứng dụng thực tiễn .38 3.2.2 Định hướng phát triển 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC .40 DANH MỤC HÌNH ẢN Hình Sơ đồ khối .8 Hình 2 Cảm biến tốc độ gió 10 Hình Động giảm tốc LS220 .11 Hình Module l298 12 Hình Màn hình LCD 1602 .14 Hình Nguồn Adapter 12VDC 15 Hình Cảm biến mưa .16 Hình Cảm biến ánh sáng 17 Hình 11 Phần mềm Arduino IDE 18 Hình 12 Arduino Toolbar 19 Hình 13 IDE Menu 19 Hình 14 File menu .20 Hình 15 Click Examples 21 Hình 16 Edit menu 22 Hình 17 Sketch menu 23 Hình 18 Tool menu 24 Hình 19 Chọn Board 25 Hình 20 Phần mềm proteus 8.8 26 Hình 21 Sơ đồ nguyên lý 31 Hình 22 Mạch in Hình Tổng quan mơ hình .33 Hình Cảm biến bảng điều khiển 34 Hình 3 Cơ cấu phơi 35 Hình Khung mơ hình 36 Hình Mạch điều khiển 37 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, kỹ thuật điện tử liên tục có tiến vượt bậc, đặc biệt kỹ thuật chế tạo vi mạch điện tử công nghệ chế tạo cảm biến Sự đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật điện tử mà đặc trưng kỹ thuật vi xử lý kỹ thuật công nghệ chế tạo cảm biến tạo bước ngoặt quan trọng phát triển khoa học kỹ thuật tạo tiền đề cho việc chế tạo sảm phẩm máy móc có chức tự động hóa cao thơng minh Với thời tiết Việt Nam, mua hè thường xuyên xuất mưa rào làm cho việc phơi quần áo gặp nhiều khó khăn Một vài năm gần thị trường xuất giải pháp cho phơi quần áo gia đình, giàn phơi thơng minh Giàn phơi thơng minh có nhiều ưu điểm an tồn, tiện lợi tiết kiệm diện tích nhiên sản phẩm giàn phơi quần áo thông minh có mặt thị trường hồn tồn nhập chủ yếu từ Đài Loan , Trung Quốc … với giá thành đắt Nhằm khắc vấn nạn nhếch nhách chung cư, đô thị tạo tiện nghi cho sống ngày, chúng em bắt tay vào nghiên cứu thực đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống dàn phơi thông minh” 1.2 Mục tiêu đề tài Nghiên cứu xây dựng mô hình điều khiển giàn phơi thơng minh dựa Arduino Từ phát triển cao hơn, đưa điều khiển áp dụng vào thực tế Làm quen với việc tính tốn thiết kế , chế tạo, ngun lý hoạt động giàn phơi củng cố phần lý thuyết mạch điện tử, cảm biến mạch điều khiển vi điều khiển 1.3 Nội dung đề tài Việc thực nghiên cứu đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống dàn phơi thông minh” điều kiện : - Thời gian thực đề tài học kỳ - Kinh nghiệm thực tế chưa nhiều - Vật tư linh kiện không đồng Vì chúng em thực nghiên cứu đề tài với đặc điểm sau đây: - Lập trình Arduino - Sư dụng mạch điều khiển động DC - Thiết kết mơ hình thí nghiệm giàn phơi Giàn phơi quần áo thông minh đa dạng nguồn gốc ,chủng loại chức hoạt động Đề tài thiết kế giàn phơi thông minh nghiên cứu, câu lạc cơng nghệ đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên thiết kế sản phẩm tương đối hoàn chỉnh 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp kế thừa: Kế thừa từ tài liệu, cơng trình nghiên cứu trước hai mảng đề tài: Cấu trúc vi điều khiển atmega điều khiển động điện chiều Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Sau xây dựng xong sở lý thuyết đề tài tiến hành thử nghiệm hoạt động thiết bị có Các bước tiến hành nghiên cứu tìm hiểu sở lý thuyết vấn đề nghiên cứu, tiến hành thiết kế chương trình điều khiển mạch điều khiển, sau thử nghiệm mơ hình để đưa kết luận CHƯƠNG NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Chức hệ thống 2.1.1 Chức +) Đo thơng số mơi trường: gió, mưa, ánh sáng +) Điều khiển giám sát từ xa qua mạng internet với phần mềm Blynk +) Điều khiển giám sát chỗ qua bảng điều khiển +) Điều khiển tự động kéo dàn phơi theo quy trình định sẵn 2.1.2 Sơ đồ khối Hình Sơ đồ khối +) Các cảm biến tiến hành đo đạc thông số từ môi trường gửi vế cho Arduino +) Các nút nhấn dùng cho người điều khiển thao tác lệnh hoạt động cho hệ thống +) Màn hình LCD để hiển thị thơng tin, liệu cho người dùng quan sát +) Arduino làm nhiệm vụ xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ cảm biến tín hiệu điều khiển từ nút nhấn từ Esp8266, từ đưa thông tin điều khiển cho động cơ, đồng thời liệu môi trường qua xử lý hiển thị lên hình LCD gửi cho Esp8266 +) Esp8266 đóng vai trị giao tiếp mạng Wifi, nhận liệu từ Arduino để gửi lên giao diện Blynk nhận liệu điều khiển từ Blynk gửi xuống cho Arduino +) Blynk phần mềm cài đặt Smartphone, đóng vai trị làm giao diện điều khiển từ xa giúp người dùng giám sát điều khiển hoạt động hệ thống thông qua mạng internet +) Động DC sử dụng để truyền chuyển động cho dàn phơi thơng qua kết cấu khí 2.2 Ngun lý hoạt động – quy trình cơng nghệ Điều khiển, giám sát hệ thống thông chỗ qua nút nhấn hình LCD từ xa thơng qua giao diện phần mềm Blynk Hệ thống giám sát thông số tốc độ gió, trạng thái ánh sáng: “sáng” “tối”, trạng thái mưa: “mưa” “tạnh”, trạng thái dàn phơi “phơi” “thu” Khi nhấn nút PHƠI đạt đủ ba trạng thái “tạnh”, “sáng” tốc độ gió < 10, động DC quay thuận đưa dàn phơi ngồi đến gặp cơng tắc hành trình số dừng lại Nếu khơng đạt đủ trạng thái hệ thống chuyển sang chế độ thu, động DC quay ngược đưa dàn phơi quay lại vào đến gặp công tắc hành trính số dừng Khi nhấn nút THU hệ thống chuyển sang chế độ thu, động DC quay ngược đưa dàn phơi quay lại vào đến gặp cơng tắc hành trính số dừng Khi Stop động DC dừng 2.3 Lựa chọn thiết bị 2.3.1 Cảm biến tốc độ gió Hình 2 Cảm biến tốc độ gió Thơng số kỹ thuật : Độ xác: +- 1m/s 10 Hình 20 Mạch in 32 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết 3.1.1 Tổng quan mô hình Hình Tổng quan mơ hình 33 Hình Cảm biến bảng điều khiển 34 Trên hình hiển thị thơng tin trạng thái dàn phơi giá trị cảm biến Các cảm biến đặt mơ hình nhằm mơ lại vị trí đặt cảm biến nhà, vị trí giúp cảm biến đo đạc sác thơng số mơi trường Hình 3 Cơ cấu phơi Cơ cấu dàn phơi kéo nhờ chuyển động động dây đai 35 Hình Khung mơ hình 36 Hình Mạch điều khiển Khung mơ hình sử dụng kết cấu nhơm định hình giúp đảm bảo phần khí vữ trãi cho hệ thống hoạt động ổn định Mạch điều khiển module, cảm biến đặt hộp điều khiển tạo tính thẩm mĩ cho hệ thống 3.1.2 Đánh giá hệ thống +) Các cảm biến hoạt động tốt +) Các cảm biến báo +) Thuật toán điều khiển chạy theo yêu cầu đặt +) Độ nhạy hệ thống tốt, thực lệnh có tín hiệu đầu vào +) Làm việc ổn định, đạt đầy đủ yêu cầu đề 37 3.2 Thảo luận 3.2.1 Ý nghĩa khoa học ứng dụng thực tiễn Nhóm nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công hệ thống dàn phơi thông minh Đây hệ thống điện tử hồn chỉnh, kết hợp khí- điện tửtin học, đề tài tài liệu tham khảo, phục vụ tốt cho công tác đào tạo, nghiên cứu, ứng dụng phát triển công nghiệp sản xuất tự động hóa Việt Nam Ưu điểm: hệ thống làm việc ổn định, linh hoạt với hai chế độ điều khiển từ xa điều khiển chỗ đồng với nhau, dễ dàng thay đổi thơng số đầu vào nhờ lập trình điều khiển dễ dàng thay đổi, độ xác cao 3.2.2 Định hướng phát triển - Xây dựng kết cấu khí, mạch điều khiển, động hoàn thiện gắn liền với thực tế - Cải tiến thêm chức đo độ khô quần áo - Kết hợp thêm hệ thống giam sát qua hình cảm ứng - Ứng dụng công cho hệ thống, kết hợp với kết cấu nhà thông minh 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tống Văn On, Hoàng Đức Hải; Họ vi điều khiển; Nhà xuất Lao động- Xã hội; Xuất năm 2009 Huỳnh Đắc Thắng; Kỹ thuật số thực hành; NXB KH-KT; Hà Nội 2006 Bộ môn Công nghệ chế tạo máy; Cơ sở Công nghệ chế tạo máy; NXB KH-KT; Hà Nội 2008 Website hocavr.com Website Arduino.vn PHỤ LỤC #include #include "LiquidCrystal_I2C.h" #include #define L1 12 // Chân điều khiển động qua L298 #define L2 11 // Chân điều khiển động qua L298 #define CTT 10 // Cơng tắc hành trình thu #define CTP // Cơng tắc hành trình phơi #define BTSTOP // Nút nhấn bắt đầu chạy #define BTP #define BTT #define MUA // Chân đọc cảm biến mưa - LOGIC - #define AS // Chân đọc quang trở - LOGIC - #define SANG #define TOI LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // Khởi tạo LCD SimpleKalmanFilter km(1, 1, 0.001); int data = 0, cp = 0, i = 0; float wind = 0; int mang[50], st = 0, pt = 0; int P = 0, T = 0, trangthai = 0, gui = 0, stopp = 0; int sensorValue = 0; unsigned long int time_ht = 0, time_gui = 0; void setup() { // Khai báo vào chân pinMode(L1, OUTPUT); pinMode(L2, OUTPUT); pinMode(BTSTOP, INPUT_PULLUP); pinMode(CTP, INPUT_PULLUP); pinMode(CTT, INPUT_PULLUP); pinMode(BTT, INPUT_PULLUP); pinMode(BTP, INPUT_PULLUP); pinMode(AS, INPUT_PULLUP); pinMode(MUA, INPUT_PULLUP); pinMode(BTSTOP, INPUT_PULLUP); // Đặt chân điều khiển động mức thấp - động dừng digitalWrite(L1, LOW); digitalWrite(L2, LOW); lcd.begin(); lcd.backlight(); Serial.begin(115200); } void loop() { do_gio(); // -// if (digitalRead(BTSTOP) == || mang[3] == 1) { st = 0; } if (digitalRead(BTP) == || mang[1] == 1) { st = 1; } if (digitalRead(BTT) == || mang[2] == 1) { st = 1; } if (st == 0) { digitalWrite(L1, LOW); digitalWrite(L2, LOW); } else { if (digitalRead(BTP) == || mang[1] == 1) { mang[1] = 0; pt = 1; } if (digitalRead(BTT) == || mang[2] == 1) { mang[2] = 0; pt = 0; } if (pt == 1) { if (digitalRead(MUA) == || digitalRead(AS) == TOI || wind >= 5) { thu(); } else phoi(); } if (pt == 0) thu(); } hien_thi(); guidulieu(); // -// } // hàm điều khiển động phơi void phoi() { if (digitalRead(CTP) == 1) { trangthai = 1; digitalWrite(L1, HIGH); digitalWrite(L2, LOW); } else { digitalWrite(L1, LOW); digitalWrite(L2, LOW); } } // hàm điều khiển động thu void thu() { if (digitalRead(CTT) == 1) { trangthai = 0; digitalWrite(L2, HIGH); digitalWrite(L1, LOW); } else { digitalWrite(L1, LOW); digitalWrite(L2, LOW); } } // // // Hàm nhận liệu truyền từ Esp void serialEvent() { while (Serial.available()) { data = Serial.read(); if (data == 250) { i = 0; cp = 1; } if (cp == 1) { mang[i] = data; i++; if (i == 4) cp = 0; } } P = mang[1]; // đặt biến tương ứng so với bên code truyền Esp T = mang[2]; stopp = mang[3]; } // // // // void hien_thi() { if (millis() - time_ht >= 200) { // sau 200ms hiển thị lần lcd.setCursor(0, 0); if (trangthai == 1) lcd.print("PHOI"); else lcd.print("THU"); lcd.setCursor(6, 0); lcd.print("GIO:"); lcd.print(wind); if (wind < 10) lcd.print(" "); lcd.setCursor(0, 1); if (digitalRead(MUA) == 0) lcd.print("MUA "); else lcd.print("TANH"); lcd.setCursor(6, 1); if (digitalRead(AS) == TOI) lcd.print("TOI "); else lcd.print("SANG"); time_ht = millis(); } } // hàm gửi liệu sang Esp void guidulieu() { // GUI DU LIEU // if (millis() - time_gui >= 400) { Serial.print(trangthai); Serial.print("|"); Serial.print(wind); Serial.print("|"); Serial.print(digitalRead(MUA)); Serial.print("|"); Serial.print(digitalRead(AS)); Serial.print("\n"); time_gui = millis(); } } void do_gio() { sensorValue = analogRead(A0); sensorValue = km.updateEstimate(sensorValue); sensorValue = km.updateEstimate(sensorValue); float outvoltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0); wind = 25 * outvoltage; // Toc gio; } ... đạt đầy đủ yêu cầu đề 37 3.2 Thảo luận 3.2.1 Ý nghĩa khoa học ứng dụng thực tiễn Nhóm nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công hệ thống dàn phơi thông minh Đây hệ thống điện tử hồn chỉnh, kết hợp... thị tạo tiện nghi cho sống ngày, chúng em bắt tay vào nghiên cứu thực đề tài ? ?Thiết kế, chế tạo hệ thống dàn phơi thông minh? ?? 1.2 Mục tiêu đề tài Nghiên cứu xây dựng mơ hình điều khiển giàn phơi. .. động DC - Thiết kết mơ hình thí nghiệm giàn phơi Giàn phơi quần áo thông minh đa dạng nguồn gốc ,chủng loại chức hoạt động Đề tài thiết kế giàn phơi thông minh nghiên cứu, câu lạc cơng nghệ đại