- GPIO (General Purpose Input/Output) là một chức năng cơ bản và phổ biến của vi điều khiển, nó bao gồm các chân đầu vào và đầu ra tín hiệu số được lập trình bởi người dùng. Bài viết này sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về chức năng GPIO trên board NodeMCU và ESP32 Dev Kit và những lưu ý quan trọng khi sử dụng.
- Chúng ta biết rằng ở mỗi chân trên vi điều khiển có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau, NodeMCU có tổng cộng 13 chân GPIO tuy nhiên một số chân được dùng cho những mục đích quan trọng khác vì vậy chúng ta phải lưu ý khi sử dụng như sau:
Tất cả các GPIO đều có trở kéo lên nguồn bên trong (ngoại trừ GPIO16 có trở kéo xuống GND). Người dùng có thể cấu hình kích hoạt hoặc khơng kích hoạt trở kéo này.
45
GPIO1 và GPIO3: hai GPIO này được nối với TX và RX của bộ UART0, NodeMCU nạp code thông qua bộ UART này nên tránh sử dụng 2 chân GPIO này.
GPIO0, GPIO2, GPIO15: đây là các chân có nhiệm vụ cấu hình mode cho ESP8266 điều khiển q trình nạp code nên bên trong NodeMCU (có tên gọi là strapping pins) có các trở kéo để định sẵn mức logic cho chúng như sau: GPIO0: HIGH, GPIO2: HIGH, GPIO15: LOW. Vì vậy khi muốn sử dụng các chân này ở vai trò GPIO cần phải thiết kế một nguyên lý riêng để tránh xung đột đến quá trình nạp code. GPIO9, GPIO10: hai chân này được dùng để giao tiếp với External Flash của ESP8266 vì vậy cũng không thể dùng được (đã test thực nghiệm).
Như vậy, các GPIO còn lại: GPIO 4, 5, 12, 13, 14, 16 có thể sử dụng bình thường.
Các linh kiện phun khử khuẩn.
Giới thiệu chung về máy bơm.
Máy bơm nước là một loại máy thủy lực, nhận năng lượng từ bên ngoài (cơ năng, điện năng, thủy năng … ) và truyền năng lượng cho dòng chất lỏng, nhờ vậy đưa chất lỏng lên một độ cao nhất định hoặc dịch chuyển chất lỏng theo hệ thống đường ống.
Máy bơm mini áp lực Sinleader 60W 12V là loại bơm nhỏ gọn dùng nguồn 12v 5A rất thích hợp phun thuốc trừ sâu, phun sương tưới lan. Hoặc làm hệ thống tưới nhỏ giọt phun sương nhỏ. Sinleader 60W với cách vận hành đơn giản có rờ le tự động ngắt đồng thời đi kèm với bộ sản phẩm có thiết bị điều tốc chỉnh tốc độ dịng nước.Cơng tắt áp lực tự động ngắt điện khi khóa nước ra.
46
Hình 3.11 Ảnh minh hoa máy bơm
Thông số kỹ thuật.
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật máy bơm
Thương hiệu Sinleader
Điện áp 12V
Công suất 2.6A
Áp lực 0.48Mpa
Lưu lượng 3.1 l/phút
Ống vào và ra 12mm
Ống dây cho phép tối đa 50m
Tự hút 1.5m
47
Nguồn cho máy bơm.
- Nguồn điện cung cấp cho máy bơm hoạt động là apdapter 12V 5A. - Thông số kỹ thuật
Điện áp đầu vào: 110V – 220V.
Điện áp đầu ra: 12V (DC).
Ampe: 5A.
Jack cắm DC: 2.1 mm, 5.5mm.
Hình 3.12 Hệ thống nguồn
Ống dẫn nước. đầu nối và đầu phun
- Ống dây PU 12mm kết nối từ nguồn nước đến đầu vào hút nước của máy bơm và đầu còn lại kết nối máy ở đầu ra máy bơm.
- Ống dây PE 8mm để kết nói với đầu phun tạo sương
- Thông thường theo tiêu chuẩn của Bộ Y Tế, kích thước giọt sương là 0.1 – 0.3 micro mét, tuy nhiên trên thị trường thông thường không lưu hành loại đầu phun có thể tạo ra kích thước hạt sương nêu trên. Vì vậy nhóm đã chọn đầu phun có thể cho ra kích thước giọt sương 0.6 micro mét gần giống với tiêu chuẩn của Bộ Y Tế nhất.
48
Hình 3.13 Ống nước, đầu nối và đầu phun
e. Bình hóa chất.
Tùy theo phịng bệnh và khu vực phun khử khuẩn mà chúng ta sẽ chọn số lít của bình hóa chất cho phù hợp. Nhóm đồ án chúng em thiết kế máy có thể bỏ các loại bình hóa chất từ 0.5 lít đến 2 lít.
49
L298n.
Giới thiệu chung.
L298 là một mạch ngun khối tích hợp trong gói Multiwatt và PowerSO20 15 đạo trình. Nó là một trình điều khiển tồn cầu kép điện áp cao, dịng điện cao được hủy ký để chấp nhận các mức logic TTL tiêu chuẩn và truyền động các tải cảm ứng như rơle, solenoid, DC và động cơ bước. Hai đầu vào kích hoạt được cung cấp để bật hoặc tắt thiết bị một cách độc lập với các tín hiệu đưa vào. Các bộ phát của bóng bán dẫn thấp hơn của mỗi cây cầu được kết nối với nhau và đầu cuối bên ngồi tương ứng có thể được sử dụng để kết nối với một điện trở cảm nhận bên ngoài. Một đầu vào nguồn bổ sung được cung cấp để logic hoạt động ở điện áp thấp hơn.
50
Sơ đồ khối, thông số kỹ thuật, chân của L298n. Hình 3.16 Sơ đồ khối
Bảng 3.4 Thơng số kỹ thuật
Driver L298N tích hợp hai mạch cầu H.
Điện áp điều khiển +5 V ~ +12 V
Dòng tối đa cho mỗi cầu H 2A (=>2A cho mỗi motor) Điện áp của tín hiệu điều khiển +5 V ~ +7 V
Dịng của tín hiệu điều khiển 0 ~ 36mA
Công suất hao phí 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃) Nhiệt độ bảo quản -25 ℃ ~ +130 ℃
L298n gồm các chân
12V power, 5V power. Đây là 2 chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ.
Power GND chân này là GND của nguồn cấp cho Động cơ.
2 Jump A enable và B enable
Gồm có 4 chân Input. IN1, IN2, IN3, IN4.
Output A: nối với động cơ A. bạn chú ý chân +, -. Nếu nối ngược thì động cơ sẽ chạy ngược.
51
Nguyên lý hoạt động và sơ đồ nối dây. a. Giai đoạn đầu ra nguồn.
L298 tích hợp hai giai đoạn đầu ra cơng suất (A; B). Giai đoạn đầu ra công suất là một cấu hình cầu và các đầu ra của nó có thể điều khiển tải cảm ứng ở chế độ com-mon hoặc khác nhau, tùy thuộc vào trạng thái của đầu vào. Dòng điện chạy qua tải đi ra từ cầu nối ở đầu ra cảm biến: một điện trở bên ngoài (RSA; RSB.) Cho phép phát hiện mật độ trong của dòng điện này.
b. Giai đoạn đầu vào.
Mỗi cây cầu được điều khiển bởi bốn cổng vào trong đó là In1; Trong 2 ; EnA và In3; In4; EnB. Các đầu vào In thiết lập trạng thái cầu nối khi đầu vào En cao; trạng thái thấp của đầu vào En ức chế cầu nối. Tất cả các đầu vào đều tương thích với TTL.
c. Đề xuất.
- Một tụ điện không cảm ứng, thường là 100 nF, phải được đặt trước giữa cả Vs và Vss, nối đất, càng gần chân GND càng tốt. Khi ca-pacitor lớn của nguồn điện quá xa IC, phải nhìn thấy một thứ hai nhỏ hơn gần L298.
- Điện trở cảm giác, không thuộc loại dây quấn, phải được nối đất gần cực âm của Vs mà phải gần chân GND của I.C.
- Mỗi đầu vào phải được kết nối với nguồn tín hiệu điều khiển bằng một đường dẫn rất ngắn.
- Bật và Tắt: Trước khi BẬT Điện áp Sup-ply và trước khi TẮT, thiết bị Bật trong phải được chuyển sang trạng thái Thấp.
52
Nhôm alu.
Giới thiệu chung về nhôm alu.
Được biết đến là một loại vật liệu có trọng lượng nhẹ, độ bền cao, chịu được nhiệt độ tốt, dễ tạo hình nên tấm nhơm alu được sử dụng rất phổ biến hiện nay. Đặc biệt, sản phẩm ln có nhiều màu sắc và kiểu dáng đa dạng cho khách hàng lựa chọn, phù hợp với đặc điểm thiết kế của cơng trình, bảng hiệu… Ngồi ra, tấm nhơm nhựa ngày càng được cải tiến theo thời gian về chất liệu cũng như dây chuyền công nghệ sản xuất nên càng nhận được sự yêu mến tin cậy của người dùng.
Hình 3.17 Vật liệu làm khung – Nhôm Alu
Để biết rõ hơn về tấm nhơm alu thì chúng ta cần nắm cấu tạo chính của vật liệu này. Cụ thể, tấm nhơm có kết cấu chính bao gồm 2 lớp nhơm chống ăn mịn dày 0,5mm và có một lõi ở giữa dày 3mm là nhựa chống cháy Polyethylene. Nhìn chung, sản phẩm có thể chịu được nhiệt độ từ -50 đến 80 độ C, thích ứng với mọi điều kiện thời tiết, kháng oxy hóa, chống ăn mịn ngay cả trong mơi trường axit, dầu… Trong q trình sản xuất, tấm nhơm nhựa cũng được chú trọng để đáp ứng
53
tốt các tiêu chuẩn kỹ thuật quan trọng như đảm bảo độ bền trước những tác động ngoại lực hay môi trường đặc biệt, độ láng của bề mặt và độ dày của lớp sơn phủ phải đẹp, đạt chuẩn.
Đặc điểm kỹ thuật của tấm nhôm alu
a. Đặc điểm cấu tạo chi tiết của tấm nhôm nhựa alu:
- Phần lớp nhơm đế sử dụng keo dính cao phân tử để kết dính với phần lõi nhựa, bề mặt lớp nhơm đế có phủ một lớp sơn chống oxy hóa cao cấp.
- Phần lõi nhựa có chất liệu Polyethylene với khả năng chống cháy siêu tốt. - Phần lớp nhơm ngồi cũng được kết dính với phần lõi nhựa bằng keo kết dính
cao phân tử và được phủ thêm lớp sơn PVDF hay PE trên bề mặt.
- Cuối cùng là lớp màng bảo vệ bề mặt giúp gia tăng độ bền cho sản phẩm, chống chịu các tác động từ bên ngoài và chống trầy xước.
a. Những ưu điểm nổi bật của tấm nhôm nhựa alu bao gồm:
- Đa dạng tùy chọn màu sắc, mẫu mã.
- Vật liệu nhẹ, vận chuyển hay thi công đều dễ dàng, đơn giản, nhanh chóng. - Vệ sinh dễ dàng, khơng tốn nhiều thời gian.
- Bề mặt nhẵn mịn, bóng đẹp, có thể bẻ góc, uốn cong, cắt, cưa, khoan lỗ, bào rãnh, tạo hình tùy ý.
- Cách nhiệt, cách âm – tiêu âm tốt.
- Thời gian sử dụng vượt trội lên đến hơn 20 năm. Bền đẹp, chống mài mịn, chống cháy.
- Khơng dễ bị trầy xước hay bong tróc trên bề mặt.
Với những đặc tính kỹ thuật vượt trội như vậy nên tấm nhôm nhựa được sử dụng khá rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực như làm vách ngăn nội thết, làm đường ống, cầu thàng, trần nhà, ốp nội thất và ngoại thất, trang trí trong xây dựng, thiết kế biển quảng cao, trang trí thân tàu, thân xe, làm vỏ máy…
Để biết rõ hơn về tấm nhơm alu thì chúng ta cần nắm cấu tạo chính của vật liệu này. Cụ thể, tấm nhơm có kết cấu chính bao gồm 2 lớp nhơm chống ăn mịn dày 0,5mm và có một lõi ở giữa dày 3mm là nhựa chống cháy Polyethylene. Nhìn chung, sản phẩm có thể chịu được nhiệt độ từ -50 đến 80 độ C, thích ứng với mọi
54
điều kiện thời tiết, kháng oxy hóa, chống ăn mịn ngay cả trong mơi trường axit, dầu… Trong q trình sản xuất, tấm nhơm nhựa cũng được chú trọng để đáp ứng tốt các tiêu chuẩn kỹ thuật quan trọng như đảm bảo độ bền trước những tác động ngoại lực hay môi trường đặc biệt, độ láng của bề mặt và độ dày của lớp sơn phủ phải đẹp, đạt chuẩn…
Tấm nhôm alu tổ ong.
Tấm nhôm tổ ong là loại tấm nhơm có cấu tạo khác biệt đơi chút với những tấm nhơm thơng dụng thường thấy trên thị trường. Theo đó, nhơm tổ ong bao gồm 2 tấm nhơm trang trí dày khoảng 1mm ở dạng cứng và có phần lõi ở giữa gồm nhiều ống nhôm nhỏ được ghép lại thành dạng tổ ong – đây có thể là yếu tố chính đã tạo nên tên gọi cho loại tấm nhôm này. Một loại kẹo chuyên dụng đã được sử dụng để kết dính tất cả các bộ phận của tấm nhơm lại với nhau, đảm bảo tính chắc chắn và đẹp hồn hảo. Ngồi ra, để có được độ bền tối ưu cho sản phẩm thì 2 tấm nhơm trang trí có chất liệu hợp kim nhơm được phun thêm sơn PE hay PVDF trên bề mặt.
Hình 3.18 Minh hoạ nhôm miếng alu tổ ong
Bên cạnh đó, nhờ vào hình dáng tổ ong của phần lõi ở giữa mà tấm nhơm tổ ong có thể chịu được những lực tác động rất lớn, cực kỳ hữu ích để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Khơng chỉ thế, nó cịn có trọng lượng nhẹ, khơng gây q
55
nhiều trở ngại khi muốn vận chuyển, lắp đặt. Cùng với những đặc tính vốn có của nhôm, sản phẩm trở thành một sự lựa chọn tuyệt hảo cho những cơng trình xây dựng, kể cả các cơng trình ngồi trời. Dù là nắng mưa hay các điều kiện có bazo, acid hay nhiều hóa chất khác thì vật liệu nhơm tổ ong vận ln bền bỉ.
Người tiêu dùng có thể lựa chọn sản phẩm với rất nhiều độ dày khác nhau, từ 12mm – 30mm, song song đó là bề mặt tấm nhơm cũng có những thiết kế ấn tượng với đa dạng các màu sắc khác nhau hoặc có thêm đá trang trí. Điểm qua những ưu điểm nổi bật của nhơm tổ ong thì chúng ta có thể thấy các yếu tố như trọng lượng nhẹ, chịu lực tốt, chống trầy xước, chống ẩm mốc, chống cháy, chống sốc, cách âm, cách nhiệt, có thể dễ dàng uốn cong tạo dáng đẹp, nhiều màu sắc, bề mặt đẹp…
Với những ưu điểm vượt trội như trên thì việc sản phẩm được ứng dụng rộng rãi cũng là điều tất yếu: để ốp tường, làm mặt ghế, mặt bàn, làm mái nhà, trần nhà, làm vách ngăn phòng, làm tủ trưng bày, làm mái vòm, dùng làm bảng quảng cáo, dùng để chế tạo thân xe tải, xe lửa, máy bay, tàu thuyền…
Sản phẩm mang đến rất nhiều tiện ích cho đời sống và sản xuất, đặc biệt là cho lĩnh vực thiết kế nội thất và quảng cáo. Theo thời gian thì những giá trị của tấm nhơm tổ ong ngày càng trở nên vượt trội hơn nữa chứ không hề lu mờ trước sự ra đời cũng những vật liệu khác.
Vì tính chịu va đập cao, bền nên nhóm đồ án chọn tấm nhơm tổ ong để thiết kế khung máy. Vì mơi trường phịng phẫu thuật nói chung và các khu vực khác trong bệnh viện nói riêng có rất nhiều thiết bị trong q trình di chuyển khơng tránh khỏi những va chạm . Bởi mơ hình được thiết kế điều khiển từ xa có khả năng sẻ va chạm hay ngã làm ảnh hưởng đến các linh kiện bên trong máy và có khả năng phần thân máy sẽ bị biến dạng do phải chịu lực va đập. Nên khi chọn tấm nhôm tổ ong sẽ hạn chế ảnh hưởng đến các linh kiện bên trong và hạn chế sự biến dạng của khung máy.
56
CHƯƠNG IV:THIẾT KẾ THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH SẢN PHẨM
4.1 Thiết kế.
4.1.1 Điều khiển động cơ DC với L298n và Arduino và Esp8266.
Điều khiển động cơ PWM DC.
Chúng ta có thể điều khiển tốc độ của động cơ DC bằng cách điều khiển điện áp đầu vào của động cơ và phương pháp phổ biến nhất để làm điều đó là sử dụng tín hiệu PWM.
Hình 4.1 Minh hoạ điều khiển động cơ PWM DC
PWM hay thay đổi độ rộng xung là một kỹ thuật cho phép chúng ta điều chỉnh giá trị trung bình của điện áp đến thiết bị điện tử bằng cách bật và tắt nguồn với tốc độ nhanh. Điện áp trung bình phụ thuộc vào chu kỳ xung, hoặc lượng thời gian tín hiệu BẬT so với lượng thời gian tín hiệu TẮT trong một khoảng thời gian quy định.
57
Vì vậy: Tùy thuộc vào kích thước của động cơ, chúng ta có thể chỉ cần kết nối
đầu ra Arduino với chân cua điện trở hoặc chân của MOSFET và điều khiển tốc độ của động cơ bằng cách điều khiển đầu ra PWM. Tín hiệu Arduino cơng suất thấp bật và tắt chân tại MOSFET thơng qua đó động cơ cơng suất cao được điều khiển.
Hình 4.3 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ Arduino PWM DC
Lưu ý: Arduino GND và nguồn cung cấp năng lượng động cơ GND nên được
kết nối với nhau.
4.1.2 Điều khiển động cơ DC bằng mạch cầu H
Mặt khác, để điều khiển hướng quay, chúng ta chỉ cần đảo ngược hướng của dòng điện qua động cơ, và phương pháp phổ biến nhất để làm điều đó là sử dụng