a. Khối điều khiển vận hành
Để nhận biết sự thay đổi sự quá trình hoạt động của máy giặt mà không cần can thiệp quá sâu và phần cứng của máy giặt, nhóm sử dụng module cảm biến dòng ACS712 5A để đo dòng hoạt động của máy. Điểm mạnh của cảm biến này so với các loại cảm biến khác là giá thành rẻ, độ nhạy cao, cấu tạo đơn giản. Việc đọc dữ liệu từ cảm biến cũng rất đơn giản thông qua bộ ADC tích hợp trong vi điều khiển.
Các thông số cơ bản của module ACS712-5A: Điện áp hoạt động: 5VDC
Dòng tiêu thụ trung bình: 20mA Điện trở trong dây dẫn: 1.2mΩ Độ nhạy đầu ra: từ 180-190 mV/A
Do tải sử dụng điện áp xoay chiều nên khi sử dụng module ACS712 không cần quan tâm đến chiều điện áp của tải khi đưa vào cảm biến. Để đo dòng điện xoay chiều thì cần quan tâm đến điện áp hiệu dụng (VRMS) của nó.
Vrms = 𝑉𝑝−𝑝
2 𝑥 0.707 (V) (3.1)
Dòng điện hiệu dụng được tính bằng cách lấy điện áp hiệu dụng vừa đo được chia cho độ nhạy của cảm biến.
Arms = 𝑉𝑟𝑚𝑠
Độ 𝑛ℎạ𝑦 (A) (3.2)
Do điện áp đỉnh thay đổi liên tục, vì vậy để chính xác cần đo nhiều giá trị điện áp đỉnh trong một khoảng thời gian đủ dài.
Bởi vì hệ thống có thể điều khiển bốn tải nên cần đến bốn cảm biến dòng riêng cho từng tải. Cảm biến trả về tín hiệu tương tự nên sử dụng bốn chân ADC (A0-A3) cho việc đọc dữ liệu từ cảm biến.
Sơ đồ kết nối của các cảm biến dòng với mạch MEGA2560:
Hình 3.3. Sơ đồ nối dây ACS712 với Arduino MEGA
Bốn module RFID RC522 giao tiếp với MEGA2560 qua chuẩn SPI. Dùng giao tiếp SPI để truyền dữ liệu giữa các bộ RFID và vi điều khiển bởi vì chuẩn này có tốc độ nhanh (tránh làm sai lệch dữ liệu khi nhiều bộ RFID hoạt động cùng lúc) và nhờ vậy, có thể thêm nhiều module RC522 mà không cần tốn quá nhiều chân của vi điều khiển để giao tiếp.
được sử dụng ở những vị trí cần phát ra âm thanh nhưng không quan tâm đến việc tái tạo âm thanh trung thực, như lò vi sóng, báo cháy và đồ chơi điện tử.
Hình 3.4. Sơ đồ nối chân MEGA2560 với module RFID, RELAY và BUZZER
Để hoạt động được thì các module phải được nối GND chung với vi điều khiển và được cấp nguồn.
b. Khối nhập thông tin
Khối này sử dụng một board Arduino UNO R3 đọc dữ liệu từ module RFID RC522 và truyền về máy chủ đồng thời hiển thị thông tin khách hàng ra màn hình LCD. Ngoài ra còn có thêm một buzzer để báo hiệu khi quét thẻ thành công. Để tiết kiệm chân cho vi điều khiển thì dùng thêm một module chuyển đổi I2C để điều khiển LCD chỉ bằng hai đường tín hiệu và hai chân nguồn. Ngoài ra còn để có thể mở rộng thêm nhiều chức năng về sau này: hiển thị thời gian, led quảng cáo,…
Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý khối nhập thông tin
c. Khối nguồn cấp
Mỗi module trong mạch điều khiển vận hành tiêu thụ năng lượng với những mức khác nhau. Cụ thể là: 4 module RC522 là 104 mA + 4 module Relay 1 kênh có opto cách ly là 320 mA + 4 cảm biến dòng ACS712 là 80 mA + 4 buzzer là 120 mA + Arduino MEGA là 100 mA cùng với các linh kiện điện tử khác ta được tổng dòng tiêu thụ của khối này là khoảng 800 mA. Để tiết kiệm chi phí và không gian thì nhóm đã sử dụng một adapter 5V-2A để cung cấp nguồn cho mạch điều khiển, vận hành.
Thông số kỹ thuật:
Điện áp ngõ vào : 110VAC - 240VAC Tần số điện áp ngõ vào: 50/60Hz Điện áp ngõ ra : 5VDC
Dòng ngõ ra : dòng cực đại lên đến 2000mA. Hiệu suất : 80%.
Điện áp gợn sóng ( răng cưa) : 60mV
Đây là kiểu nguồn xung, là bộ nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung. Khác với nguồn tuyến tính cổ điển sử dụng biến áp sắt từ để làm nhiệm vụ hạ áp rồi sau đó dùng chỉnh lưu kết hợp với ic nguồn tuyến tính tạo ra các
cấp điện áp một chiều mong muốn như 3.3V, 5V, 6V, 9V, 12V, 18V, 24V.... Những bộ nguồn như trên thường rất cồng kềnh và tốn vật liệu lên không còn được sử dụng nhiều.
Hình 3.6. Adapter 5V-2A
Các bộ nguồn xung có ưu điểm là giá thành rẻ, gọn, nhẹ dễ tích hợp cho những thiết bị nhỏ gọn, hiệu suất cao. Tuy nhiên lại có nhược điểm là chế tạo đòi hỏi kỹ thuật cao, thiết kế phức tạp, việc sửa chữa cũng khó khăn cho những người mới học , ngoài ra tuổi thọ của nó thường không cao.
Hình 3.7. Cấu tạo bên trong Adapter
Một bộ nguồn xung thường có cấu tạo cơ bản:
Đầu tiên, điện áp đầu vào xoay chiều qua các cuộn lọc nhiễu rồi vào diode chỉnh lưu thành điện một chiều trên tụ lọc nguồn sơ cấp. Tụ lọc nguồn sơ cấp có nhiệm vụ tích năng lượng điện một chiều cho cuộn dây sơ cấp biến áp xung hoạt động. Cuộn dây sơ
cấp của biến áp xung được cấp điện theo xung cao tần thông qua khối chuyển mạch bán dẫn là các linh kiện như transistor, mosfet hay IGBT. Các xung điện này được tạo ra nhờ bộ tạo xung hoặc các mạch dao động điện tử. Ở bên cuộn thứ cấp của biến áp xung sẽ có những mạch chỉnh lưu cho ra điện một chiều cấp điện cho tải tiêu thụ.
Hình 3.8. Cấu tạo của bộ nguồn xung đơn giản
Biến áp xung cũng có cấu tạo gồm các cuộn dây quấn trên một lõi từ giống như biến áp thông thường chỉ có điều biến áp này sử dụng lõi ferit còn biến áp thường sử dụng lõi thép kỹ thuật điện. Với cùng một kích thước thì biến áp xung cho công suất lớn hơn biến áp thường rất nhiều lần. Ngoài ra biến áp xung hoạt động tốt ở dải tần cao còn biến áp thường chỉ hoạt động ở dải tần thấp.
Điện áp thứ cấp này sẽ được duy trì ở một điện áp nhất định như 3.3V, 5V, 9V, 12V, 15V, 18V, 24V nhờ mạch ổn áp gồm các loại diode và tụ điện. Đồng thời mạch hồi tiếp sẽ lấy tín hiệu điện áp ra để đưa vào bộ tạo xung dao động nhằm khống chế sao cho tần số dao động ổn định với điện áp ra mong muốn.
Với mạch thêm thông tin thì dòng tiêu thụ được do Arduino UNO, LCD, module chuyển đổi I2C và module RFID RC522 cộng lại vào khoảng 100mA. Vì vậy, có thể dùng nguồn từ cổng USB của máy tính để cấp cho mạch.
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
4.1. GIỚI THIỆU
Từ những nghiên cứu trước đó, nhóm thực hiện chia phần thi công hệ thống ra làm 2 phần:
Thiết kế, thi công phần cứng: - Lắp ráp và hàn linh kiện. - Kiểm tra và khắc phục lỗi. Thi công mô hình.
Thiết kế, viết chương trình cho Arduino, thiết kế phần mềm giao diện quản lý hệ thống và cơ sở dữ liệu.
Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng.