Khối 2: Module cảm biến mưa

6. Điểm: (Bằng chữ: )

4.2.2 Khối 2: Module cảm biến mưa

4.2.2.1 Phương án thiết kế

Những người thực hiện đề tài đã ìm hiểu các hệ thống điện tử phát hiện mưa chia ra làm hai loại: thứ nhất là dùng camera để nhận biết và loại thứ hai là dùng cảm biến (tương tự da của con người). Trong môi trường Arduino, bạn có thể dùng cả 2 cách trên để phát hiện mưa. Tuy nhiên, để tiết kiệm chi phí và dễ dàng trong việc lập trình, cài đặt, những người thực hiện đề tài thường chọn phương pháp thứ hai đó là sử dụng cảm biến mưa.

Hình 4. 9 : Cảm biến mưa

Mạch cảm biến mưa được đặt ngoài trời để kiểm tra trời có mưa không, qua đó truyền tín hiệu điều khiển đóng / ngắt rơ le.

Mạch cảm biến mưa gồm 2 bộ phận:

 Bộ phận cảm biến mưa được gắn ngoài trời

 Bộ phận điều chỉnh độ nhạy cần được che chắn

Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của mạch cảm biến nằm ngoài trời với giá trị định trước (giá trị này thay đổi được thông qua 1 biến trở màu xanh) từ đó phát ra tín hiệu đóng / ngắt rơ le qua chân D0.

Khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 của module cảm biến sẽ được giữ ở mức cao (5V-12V). Khi có nước trên bề mặt cảm biến (trời mưa), đèn led màu đỏ sẽ sáng lên, chân D0 được kéo xuống thấp (0V).

Mạch hoạt động với nguồn 5V. 4.2.2.2 Sơ đồ nguyên lí.

Hình 4. 10 : Sơ đồ nguyên lí 4.2.2.3 Kết nối

 Chân VCC được nối với nguồn 5V của Module Arduino Ethernet Shield cung cấp nguồn cho module hoạt động.

 Chân GND được nối với chân GND của Module Arduino Ethernet Shield.

 Chân D0 được nối với chân số 6 (Digital) của Module Arduino Ethernet Shield.

4.2.3 Khối 3 : Khối công suất 4.2.3.1 Phương án thiết kế 4.2.3.1 Phương án thiết kế

Mạch cầu H L298N có khả năng chịu được điện áp 12V, 2A, dòng và áp này phù hợp với động cơ được lựa chọn. Module này có khả năng điều khiển 2 động cơ, điều khiển chiều thuận nghịch, điều khiển tốc độ của động cơ, giá thành phù hợp với khả năng cho phép. Ngoài ra có 4 lỗ nằm ở 4 góc của module thuận tiện cho việc cố định modue khi sử dụng.

Hình 4. 11 : Hình ảnh thực tế 4.2.3.2 Sơ đồ nguyên lí

4.2.3.3 Kết nối

 Chân ENA được nối với chân Digital 5 của Arduino Ethernet Shield.Chân này cho phép điều khiển mạch cầu A gồm 2 ngõ ra OUT1 và OUT2.

 Chân IN1 nối với chân Digital 2 của Arduino Ethernet Shield. Đây là chân nhận tín hiệu điều khiển từ Arduino Unno.

 Chân IN2 nối với chân Digital 4 của Arduino Ethernet Shield. Đây là chân nhận tín hiệu điều khiển từ Arduino Unno.

 Chân VCC nối với nguồn 12V được cung cấp từ adapter.

 Chân VS nối với nguồn 5V của Arduino Ethernet Shield.

 2 chân OUT1 và OUT2 nối với động cơ, 2 chân này điều khiển chế độ hoạt động cho động cơ.

4.2.4 Khối 4 : Động cơ 4.2.4.1 Phương án thiết kế

Những người thực hiện đề tài lựa chọn 2 phương án đó là sử dụng động cơ DC và động cơ DC giảm tốc hộp số vuông.

Vì yêu cầu của giàn phơi đặt ra là khi kéo đồ với một khối lượng đáng kể thì cần một động cơ khỏe, tốc độ không quá nhanh, khóa trục quay khi không cấp điện. Thiết kế nhỏ gọn, có thể đặt trong hộp điều khiển, thông số định mức phù hợp với ngõ ra điều khiển của Module mạch cầu L298N.

Do đó, những người thực hiện đề tài quyết định chọn động cơ DC giảm tốc hộp số vuông với thông số kỹ thuật công suất 20W, điện áp 12V, dòng điện nhỏ hơn 2A, tốc độ 90 vòng / phút. Cơ cấu bên trong hộp giảm tốc bằng cơ cấu trục vít nên khi không cấp điện, trục quay sẽ bị khóa.

4.2.4.2 Sơ đồ nguyên lí

Hình 4. 14 : Sơ đồ nguyên lí 4.2.4.3 Kết nối

Hai dây của động cơ nối với 2 ngõ ra điều khiển OUT1 và OUT2 của mạch cầu l298N.

4.2.5 Khối 5 : giao ti ếp thiết bị ngoại vi 4.2.5.1 Phương án thiết kế 4.2.5.1 Phương án thiết kế

Giàn phơi thông minh có thêm tính năng điều khiển qua mạng Ethernet, do đó, cần một modem mạng để có thể thực hiện điều này. Những người thực hiện đề tài đã có sẵn modem mạng lắp đặt tại nhà,nên đã chọn modem wifi cáp quang Gpon để thực hiện đề tài.

Hình 4. 15 : Modem wifi cáp quang Gpon 4.2.5.2 Kết nối

4.2.6 Khối 6 : Giao diện webserver 4.2.6.1 Yêu cầu 4.2.6.1 Yêu cầu

Yêu cầu được đặt ra là thiết kế một giao diện web đơn giản, dễ sử dụng với tất cả các đối tượng người dùng, được viết bằng ngôn ngữ HTML trong công cụ lập trình cho Arduino IDE classic version 1.0.6.Giao diện web được lập trình đáp ứng được những tính năng đặt ra của đề tài như điều khiển động cơ kéo vào, kéo ra, hiển thị trạng thái thời tiết.

4.2.6.2 Phần mềm 4.2.6.2.1 Cảm biến 4.2.6.2.1 Cảm biến

Hình 4. 16 : Lưu đồ giải thuật kiểm tra cảm biến

Giải thích : Khi thời thiết có mưa (hoặc không),hệ thống cảm biến sẽ tự động

nhận diện, gửi tín hiều về khối vi xử lí trung tâm,từ khối xử lí trung tâm gửi tín hiệu điều khiển động cơ thu đồ vào (kéo đồ ra). Người dùng có thể theo dõi trạng thái thời tiết thông qua giao diện web.

4.2.6.2.2 Nút nhấn cơ/nút nhấn giao diện web

Hình 4. 17 : Lưu đồ thuật toán nút nhấn cơ/nút nhấn trên web

Giải thích : Khi quần áo đã phơi khô xong, người dùng muốn thu đồ vào để cất hoặc thu xong rồi kéo đồ mới ra để phơi, người dùng có thể thao tác trên nút nhấn cơ gắn trên hộp điều khiển hoặc nút nhấn thông qua giao diện web, từ đó gửi tín hiều về khối vi xử lí trung tâm, từ khối xử lí trung tâm gửi tín hiệu điều khiển động cơ thu đồ vào (kéo đồ ra).

4.2.6.3.Thiết kế giao diện chính của chương trình

Sau khi nghiên cứu và tính toán những tính năng chính của giàn phơi, những người thực hiện đã phác họa ra giao diện đơn giản trên web được lập trình đơn giản bằng ngôn ngữ HTML như sau:

Hình 4. 18 : Phác họa giao diện đơn giản trên web

Hình 4. 19 : Giao diện web xây dụng trên Arduino IDE 1.0.6 Tên đề tài

Nút nhấn điều khiển kéo vào/kéo ra

Hiện thị trạng thái thời tiết(mưa/không mưa)

Hình 4. 20 : Giao diện thực tế trên giao diện điện thoại.

4.2.7 Triển khai mô hình thực tế

Hình 4. 22 : Mô hình triển khai thực tế

Các thiết bị cần thiết cho hệ thống:

 Hộp điều khiển: là thiết bị chính bao gồm vi điều khiển, động cơ,có gắn nút nhấn,thiết kế hình hộp đặt và bảo vệ các thiết bị bên trong, có khóa cẩn thận.

 Cảm biến mưa: đặt trực tiếp ngoài trời để có thể dễ dàng phát hiện thời tiết mưa hay không mưa

 Khung giàn phơi: thiết kế bằng gỗ chắc chắn, làm giá đỡ cho thanh phơi đồ cũng như gắn các thiết bị liên quan.

 Mái che đồ: che chắn hộp điều khiển cũng như che đồ khi gặp thời tiết mưa,tránh bị ướt đồ khi thu vào.

Yêu cầu kỹ thuật và trang thiết bị để phần mềm hoạt động tốt:

 Khung phơi đảm bảo chắc chắn, chịu được khối lượng đồ từ 7kg đến 10kg theo thiết kế ban đầu.

 Động cơ chạy chậm, khỏe đảm bảo kéo đồ ra vào một cách trơn tru.

 Cảm biến hoạt động tốt, dễ dàng phát hiện thời tiết mưa hay không, từ đó hệ thống xử lí hoạt động phù hợp.

 Mái che đủ rộng để che chắn hộp điều khiển cũng như che đồ tránh bị ướt khi trời mưa.

 Giao diện web điều khiển qua mạng thiết kế đơn giản rõ ràng, dễ sử dụng với người dùng.

Chương 5 KẾT QUẢ

5.1 Kết quả nghiên cứu

Sau thực hiện đề tài “THIẾT KẾ GIÀN PHƠI THÔNG MINH” đề tài đã hoàn

thành các nội dung chính như sau :

Về nội dung lý thuyết :

 Nắm được về cấu trúc Arduino UNO R3.

 Tìm hiểu và phân tích các đặc tính kỹ thuật của Arduino UNO R3.

 Trình bày các giao tiếp Arduino UNO R3 với các thiết bị ngoại vi.

 Tìm hiểu về cảm biến mưa, mạch cầu L298N, công tắc hành trình, module Arduino Ethernet shield.

Về nội dung đề tài :

 Tìm hiểu đặc tính các linh kiện sử dụng như: Arduino UNO R3, mạch cầu L298N, cảm biến mưa, công tắc hành trình v.v…

 Thiết kế giàn phơi thông minh: cơ bản đã hoạt động tự động theo đúng yêu cầu đặt ra ban đầu và cảm biến mưa kiểm tra tốt khi thời tiết có mưa hay khô ráo, hệ thống có tính ổn định. Các nút nhấn hoạt động tốt phù hợp yêu cầu điều khiển bằng tay và giao diện webserver đảm bảo được các yêu cầu khi cần điều khiển từ xa .

5.1.1 Kết quả phần cứng :

Về phần cứng: cơ bản đã thiết kế sơ bộ được hệ thống vận hành dây truyền và ròng rọc để phục vụ hoạt động thu vào và kéo ra của giàn phơi. Phần cứng cho phép nhận biết và kiểm tra trời có mưa hay không thông qua module cảm biến mưa. Đồng thời còn có 2 nút nhấn “thu vào” và “kéo ra” để phục vụ cho điều khiển bằng tay.

Hình 5. 1 : Hình ảnh tổng thể của sản phẩm sau khi hoàn thành

Hình 5. 3 : Mặt sau của sản phẩm

Hình 5. 5 : Mặt sau của hộp điều khiển

5.1.2 Kết quả phần mềm

Về phần mềm : thiết kế được giao diện của webserver đơn giản, dễ sử dụng với người sử dụng. Dưới đây là giao diện và các tính năng.

5.1.2.1 Truy cập giao diện điều khiển Webserver

Hình 5. 7 : Truy cập địa chỉ IP của webserver

 Để truy cập địa chỉ giao diện điều khiển webserver, ta chỉ cần mở một trình duyệt web phổ biến hiện nay như Google Chrome, Cốc Cốc, Internet Explorer, Firefox…v.v.

 Sau đó gõ địa chỉ IP đã thiết đặt từ trước cho Arduino vào địa chỉ Address như trong hình, chúng ta đã có thể truy cập tới giao diện điều khiển của webserver như hình sau.

Hình 5. 8 : Giao diện điều khiển Webserve 5.1.2.2 Chức năng chính

Giao diện này cho phép người sử dụng có thể điều khiển dàn phơi thu vào hoặc kéo ra từ xa bằng cách nhấn 2 nút nhấn “kéo ra” và “thu vào” trên giao diện web thông qua mạng internet. Đồng thời giao diện còn cung cấp thêm thông tin về thời tiết tại nơi đặt giàn phơi để người sử dụng có thể biết là hiện nay trời có mưa hay không mưa.

5.2 Phân tích ưu, nhược điểm:

Ngày nay cùng với nhu cầu về tiện ích của con người mà hệ thống giàn phơi thông minh được ứng dụng rộng rãi trong mọi nhà, chung cư, cao ốc hay các siêu thị, bệnh viện, trường học, …

Ưu điểm :

 Mạch đơn giản, dễ thi công và lắp đặt, giá thành rẻ, sử dụng phù hợp.

 Hệ thống hoạt động tốt và ổn định ở điều kiện thử nghiệm cho phép.

Trên cơ sở hệ thống đã hoàn tất, có thể phát triển, mở rộng thêm nhiều ứng dụng hữu ích khác phục vụ cho ứng dụng thực tiễn trong đời sống.

Nhược điểm :

 Hệ thống sẽ ngừng hoạt động khi cúp điện.

 Cảm biến có thể nhận biết những chất lỏng không mong muốn do các yếu tố khách quan.

 Hộp điều khiển có thể bị hư hỏng nếu che chắn không tốt.

Page | 85

Chương 6

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận

Qua quá trình nghiên cứu, thử nghiệm, thực hiện đề tài trong thời gian cho phép với những công cụ lập trình hỗ trợ, nhóm thực hiện đề tài đã hoàn thành đề tài “THIẾT KẾ GIÀN PHƠI THÔNG MINH” với các kết quả cụ thể:.

6.1.1 Kết quả đạt được

Lựa chọn và thực hiện thành công hệ thống giàn phơi cảm biến mưa với sự hỗ trợ của ngôn ngữ lập trình cho Arduino.

Là cơ hội tốt mà qua đó nhóm thực hiện đề tài có cơ hội tìm hiểu thêm về cảm biến mưa, mạch cầu L298N, Arduino UNO R3 và các ứng dụng vào thực tế. Học hỏi được nhiều kinh nghiệm thực tế về chuyên môn cũng như các kỹ năng mềm khi thực hiện đề tài.

Có thể so sánh với một số mẫu giàn phơi thông minh trong thực tế về những vấn đề sau:

 Chức năng: một số mẫu giàn phơi thông minh được bày bán trên thị trường không có sự tự động, đòi hỏi người sử dụng phải điều khiển bằng củ quay thủ công. Trong trường hợp trời mưa thì vật phơi sẽ ướt nếu người sử dụng không có mặt để thu vật phơi vào. Và khi vật phơi khô, người sử dụng ở xa giàn phơi muốn thu vào cũng không thể làm được. Đó là một sự bất tiện lớn.

 Giá thành: sau khi khảo sát một số nhà sản xuất giàn phơi thông minh trên thị trường thì nhóm thực hiện nhận thấy các mẫu giàn phơi thông minh trên thị trường có giá thành khá cao, từ khoảng 1 triệu 800 ngàn đến 4 triệu 500 ngàn (đối với 2 nhà sản xuất là Hòa Phát và Duy Lợi) nhưng lại không đáp ứng được về sự tiện lợi và đa phần là điều khiển thủ công bằng tay cho các công đoạn. Giàn phơi thông minh của nhóm thực hiện có giá thành rẻ hơn nhiều nhưng lại mang lại sự tiện lợi lớn hơn rất nhiều cho người sử dụng.

 Sử dung: so với một số mẫu giàn phơi thông minh trong thực tế thì sản phẩm của nhóm thực hiện được sử dụng dễ dàng hơn. Có sự linh hoạt, tự động và điều khiển từ xa giúp người sử dụng cảm thấy hài lòng và tiết kiệm thời gian hơn.

Page | 86

6.1.2 Ý nghĩa

Mô hình hóa ở mức cơ sở hệ thống giàn phơi ứng dụng công nghệ cảm biến mưa kèm theo các công cụ lập trình hỗ trợ. Từ đó, nhóm thực hiện đề tài có thể dễ dàng tiếp cận được các công nghệ và kiến thức mới trong tương lai.

Hệ thống có thể được phát triển thêm ở cấp độ cao hơn với sự bố trí hợp lý hơn nhằm tăng tốc độ cho hệ thống, bên cạnh đó cần phải đảm bảo độ tin cậy và chính xác cho hệ thống, nhằng đáp ứng nhu cầu nghiên cứu học tập và quan trọng hơn hết là có thể áp dụng hệ thống trong đời sống thực tế.

6.2 Hướng phát triển

Phát triển thêm về các chức năng :

● Quạt sấy khô quần áo vào buổi đêm hay những ngày ẩm. ● Đèn UV để diệt khuẩn cho quần áo.

● Xây dựng hệ thống băng truyền và con chạy để việc thu kéo quần áo có thể thực hiện dễ dàng hơn.

● Có thể tăng chiều dài băng truyền và công suất động cơ phục vụ cho những khối lượng vật phơi lớn.

Page | 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt :

[1] Nguyễn Trọng Hiếu, Phạm Quang Huy, “Vi điều khiển và ứng dụng Arduino

dành cho người tự học”, Nhà xuất bản bách khoa Hà Nội, Việt Nam.

Tiếng Anh :

[2] Brian Evans, “Beginning Arduino Programming”, pp.1-200. Địa chỉ web : [3] http://arduino.vn [4] http://youtube.com [5] http://arduino.cc [6] http://www.hocavr.com/index.php/lectures/spi [7]http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=L298n%20datasheet&gclid= CI_TvqCEi8oCFdeJaAodIwgI1g [8] http://www.instructables.com/id/Control-DC-and-stepper-motors-with-L298N- Dual-Moto/ [9] https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoEthernetShield [10] https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoEthernetShield [11] http://www.instructables.com/id/Arduino-Ethernet-Shield-Tutorial/ [12] https://www.youtube.com/watch?v=qwNvYYqBy7I [13] http://www.hocmangcoban.tk/2014/04/cac-chuan-day-mang-cach-bam-day-va- ket.html [14] http://hshop.vn/dong-co-giamtoc-hop-so-vuong-20rpm.html [15] http://tailieu.vn/tag/tong-quan-ve-cong-nghe-ethernet.html [16] http://gianphoithongminhhanoi.com/ [17] http://sieuthiduyloi.com/danh-muc-sp/san-pham/gian-phoi-thong-minh/ [18] https://www.youtube.com/watch?v=DGLvMFLUEhY [19] https://www.youtube.com/watch?v=W0WB4RuZYpI