Báo cáo đề tài khoa học kĩ thuật dành cho học sinh trung học, đề tài hệ thống rót nước thông minh

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ...............
---000---

Dự án kỹ thuật
HỆ THỐNG RĨT NƯỚC THƠNG MINH

Nhóm lĩnh vực : 10 - Hệ thống nhúng.
Năm học:


MỤC LỤC
ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG RĨT NƯỚC THƠNG MINH
Phần I. Mở đầu
Phần II: Nội dung
Chương I. Cơ sở lý luận
Trang 3
1. Lịch sử nghiên cứu vấn đề
2. Các khái niệm cơ bản
Trang 5
3. Nguyên lý hoạt động
Trang 6
Chương II : Thực
trạng và giải pháp
Trang 7
Chương III. Kết quả nghiên cứu
Phần III. Kết luận
Tài liệu tham khảo
Trang 15

2

Trang 2
Trang 3
Trang 3

Trang 7
Trang 14


PHẦN MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Nguồn nước hiện nay gặp nhiều ơ nhiễm. Nhiều gia đình họ chọn
nước uống bằng bình đóng 20 lít.
Những bình nước này khi rót nước người ta sẽ dùng giá đở như hình
sau:

Hoặc loại cao cấp hơn thì có bình sứ:

Điều này làm bình nước cao hơn và gây nguy hiểm khi nhà có em
nhỏ dễ gây đổ ngã.
Bên cạnh đó việc uống nước cho người khuyết tật, người già, trẻ em,
và người hay quên thường gặp nhiều khó khăn khi rót nước bị tràn ly. Hoặc
khi rót nước lâu gây cảm giác chán nãn khi cầm ly lâu chờ nước đầy.
Ngoài ra việc uống thiếu nước hoặc quá nhiều nước trong ngày cũng
không tốt cho sức khỏe.
Để khắc phục các vấn đề trên em hình thành ý tưởng và chọn dự án
“Hệ thống rót nước thơng minh” để làm đề tài nghiên cứu.
2. Mục đích nghiên cứu
2.1 Mục đích
Xây dựng một thiết bị thơng minh giúp trẻ em, người già trong việc

rót nước và kiểm soát lượng nước trong ngày.
3


2.2 Mục tiêu
Tạo thành máy rót nước có các chức năng :
- Tự động rót nước, nhận diện dạng ly rót khơng tràn.
- Quản lý lượng nước uống trong ngày.
- Thơng báo khi rót nước xong.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Các khó khăn khi rót nước của trẻ em và người già, người tàn tật.
- Ảnh hưởng của nước đối với sức khỏe.
- Arduino và các cảm biến.
- Các đại lượng điện như: cường độ dòng điện, hiệu điện thế, cơng
suất, điện trở.
4 .Nhiệm vụ nghiên cứu
- Hệ thống hố những vấn đề lý luận liên quan tới nước và sức khỏe.
- Mơ tả thực trạng, phân tích, đánh giá thực trạng của việc uống nước
ở gia đình.
- Đề xuất giải pháp làm ra sản phẩm, và khuyến nghị mở rộng.
5.Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu.
- Phương pháp quan sát.
- Phương pháp thực nghiệm.
6. Phạm vi nghiên cứu
- Việc uống nước trong gia đình, chủ yếu nghiên cứu giúp cho người
bệnh, người tàn tật trẻ em trong việc uống nước.
- Thời gian trong 3 tháng từ tháng 8 đến tháng 10.

4

Nội dung

`

Chương 1: Cơ sở lý luận
1.1 Lịch sử nguyên cứu
Đã có nhiều loại bình nước như máy lọc nước RO nhưng giá
thành cao ( trên 2 triệu). Hoạt động cần điện và phải đi đường nước
khơng tiện lợi.

.
\
Đã có nhiều nghiên cứu về máy chiết rót tự động nhưng chủ yếu
dùng cho cơng nghiệp.

Có nhiều thiết bị rót nước trên youtube nhưng khơng tự động
mang tính thủ cơng.

Có bán các thiết bị rót nước trên thị trường nhưng chỉ dừng lại ở
việc rót nước.

5


Thiết bị rót nước dùng trong ghế nha sỹ chỉ rót được cố định 1
lượng nước và trong 1 loại ly .
Bên cạnh đó em chưa nhận thấy có các loại máy rót nước thơng
minh có thể theo dõi lượng nước uống trong ngày.

Thi KHKT thành phố Hồ Chí Minh năm 2017 có đề tài “Máy
rót nước thơng minh” đạt giải II cấp thành phố. Tuy nhiên cầu trúc
vẫn còn rườm rà, dùng quá nhiều cảm biến. Không chức năng thông
báo và đo lưu lượng nước, giá thành cao. Không sử dụng được nhiều
loại ly lắp đặt khó khăn, chiếm chỗ và dễ ngã hơn. Ngoài ra chỉ cần 1
con bướm hay ruồi đậu vào cảm biến tiệm cận dưới nước sẽ rót mãi
mãi.

Kết hợp ưu điểm và khắc phục khuyết điểm của các loại trên
hình thành nên ý tưởng để làm ở dự án này.
1.2 Các khái niệm cơ bản
1.2.1 phần cứng
Arduino
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các
ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn.

6


Role
Role là một cơng tắc (khóa K). Nhưng khác với cơng tắc
là role được kích hoạt bằng điện thay vì dùng tay người.

Mạch ghi âm kíck bằng arduino
Dùng để ghi âm và phát lại điều khiển bằng Aduino.

Cảm biến khối lượng loadcell và mạch HX711
Là thiết bị đọc khối lương thành tín hiệu số để truyền tín
hiệu cho Arduino.

1.2.2 Phần mềm
Arduino IDE.

1.3 Nguyên lý hoạt động
Thiết bị hoạt động theo nguyên lý sơ đồ sau:
Cảm biến khối lượng
7


Arduino
Role

Máy bơm

Màn hình LCD

Loa nhắc nhở

Chương 2: Thực trạng và giải pháp của vấn đề nghiên cứu:
2.1 Khảo sát thực trạng
- Các loại bình nước hiện nay rất khó rót nước. đặc biệt là với trẻ em.
Ngồi ra vịi nằm bên dưới nên phải dùng chân kê lên dễ gây đỗ ngã.
- Bện cạnh đó có khoảng 45% số lượng người uống không đủ lượng
nước hay uống quá nhiều nước có ảnh hưỡng cho sức khỏe nhất là người
bệnh và trẻ em.
2.2 Nguyên nhân của thực trạng
- Cấu tạo của bình nước vịi thường nằm dưới hoặc khơng có vịi dẫn
đến khó khăn khi rót nước. Ngồi ra khi bình nước cịn lượng nước ít thì áp
lực nước thấp rót nước rất lâu.
- Chưa có thiết bị thống kê lượng nước dẫn đến việc uống nước tùy ý

gây không tốt sức khỏe.
2.3 Giải pháp thực hiện
- Làm ra thiết bị rót nước tự động và thống kê lượng nước trong ngày.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu
3.1 Tiến hành thực nghiệm
3.1.1 Phần cứng
Bước 1: Chọn cảm biến nhận diện ly.
Cảm biến tiệm cận Cảm biến lưu Cảm biến khối lượng
lượng nước
Ưu
Nhận diện nhanh.
Rẻ, chính xác Nhận diện được loại
điểm
theo ml
theo khối lượng.
Khơng kiểm sốt được
lưu lượng nước
Khuyết Lắp đặt khó khăn Khơng
nhận Lập trình hơi khó
điểm
phải dùng nhiều diện được loại
cảm biến như trên.
ly.
8


Giá tiền 95.000đ x 2
55.000đ
100.000đ
Ở đây em chọn cảm biến loadcell 5kg và HX711 và em khắc phục về

lưu lượng bằng cách dùng thời gian rót (hàm delay) để đo lưu lượng nước.

Bước 2 : Chọn máy bơm
Chọn trong 3 phương án
Van điện từ
Máy
bơm
thơng
thường
Ưu
Lượng nước lớn
Có vịi bơm nước đến
điểm
tận đáy bình.
Khuyết
điểm

Kích dùng dịng 12v Motor có chổi
Dùng cho nước áp nên xài lâu phải
lực cao.
motor.
Lượng nước
tương đối khi
nước ít và đầy.
Giá tiền 90.000đ
99.000đ
Từ các lý do trên em chọn phương án 2.

9

Máy bơm dùng
hơi
Lượng nước phù
hợp.

than Khi bình nước ít
thay và đầy lượng
nước khác nhau.
đều
bình
130.000đ


Bước 3: Chọn nguồn điện cho hệ thống

Do Arduino và máy bơm xài điện 1 chiều nên em chọn một trong những
phương án sau:

Ưu điểm
Khuyết điểm

Điện lưới 220V qua
Ắc quy hoặc pin
Adaptor
Ổn định lâu dài.
Cúp điện vẫn sử dụng
được.
Không làm việc khi Không kinh tế, cần
cúp điện.
phải sạc lại.

Kết hợp cả hai

Có 2 ưu điểm của
phía trước.
Xây dựng hệ
thống hơi phức
tạp.

Giá tiền
65.000đ
Ắc quy xe máy cũ 12v
Bên cạnh đó cịn cần 2 mạch giãm áp LM2596 để phù hợp với máy
bơm là 3.7v và arduino là 9v.
Bước 4: Lập hộp điều khiển bằng arduino
Kết hợp các yếu tố trên và âm thanh LCD… tạo thành hộp điều khiển.
Các loại ly ở đây em chọn ly nhựa nhẹ để phù hợp với đối tượng
nghiên cứu chính là người già và trẻ em.
Bước 5: Lắp ghép chúng lại và chuẩn bị viết code.
3.1.2 Phần mềm
Bước 1: Thiết lập chuẩn cho cảm biến khối lượng.
Vật chuẩn 50g được giá trị chuẩn là 396.5 (CALIB).
Bước 2: Tiến hành viết code cho arduino
Nạp code cho arduino.
Thử nghiệm lượng nước và thời gian, loại ly.
Thử nghiệm đo đạc các thông số cho 3 loại ly nhựa như sau :
Cân
Thời
gian
TT

Tên
Lượng nước
Ghi chú
nặng
rót
1
Ly nhựa lớn
81g
240ml
10 giây
2
Ly nhựa vửa
42g
156ml
6.5 giây
3
Ly nhựa nhỏ
50g
96ml
4 giây
Thuật toán cơ bản
Bắt
đầu
Cân
khối lượng t
47407947

10

Mở rờle
6.5 giây


Đúng

Mở rờle
4 giây

Sai

Sai

Đúng

Đúng

Mở rờle
10 giây

Sai
Đóng rờ le
Tắt nước

Bước 3 :  

Hồn thành code và sản phẩm.

3.2 Kết quả thực nghiệm
Thành công viết code cho arduino đúng ý tưởng.
#include <Wire.h>;
#include <LiquidCrystal_I2C.h>;
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);
#include "HX711.h"
int role=2;
int amthanh=3;
HX711 scale(A1, A0);
int data = 0;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(role,OUTPUT);
pinMode(amthanh,OUTPUT);
Serial.println(scale.read());
Serial.println(scale.read_average(20));
Serial.println(scale.get_value(5));
Serial.println(scale.get_units(5), 1);
scale.set_scale(396.5);
11


scale.tare();
Serial.println(scale.read());
Serial.println(scale.read_average(20));
Serial.println(scale.get_value(5));
Serial.println(scale.get_units(5), 1);
lcd.init();
lcd.noDisplay();} // tắt LCD
void loop() { // vòng lặp

Serial.print(scale.get_units(), 1);
Serial.println(scale.get_units(10), 1);
delay(2000);
float t=scale.get_units(10);
if((t>47)&&(t<54))
{
digitalWrite(role,HIGH);
lcd.backlight();
lcd.display();
lcd.print("DANG ROT NUOC");
delay(4000);
lcd.clear();
lcd.print("DA ROT XONG");
digitalWrite(role,LOW);
digitalWrite(amthanh,HIGH);
delay(500);
digitalWrite(amthanh,LOW); data = data + 96; }
else if ((t>40)&&(t<45)) {
digitalWrite(role,HIGH);
lcd.backlight();
lcd.display();
lcd.clear();
lcd.print("DANG ROT NUOC");
delay(6500); lcd.clear();
lcd.print("DA ROT XONG");
digitalWrite(role,LOW);
digitalWrite(amthanh,HIGH);
delay(500);
digitalWrite(amthanh,LOW);
data = data + 156;}

else if ((t>79)&&(t<87))
{
digitalWrite(role,HIGH);
lcd.backlight();
12


lcd.display();
lcd.clear();
lcd.print("DANG ROT NUOC");
delay(10000);
lcd.clear();
lcd.print("DA ROT XONG");
digitalWrite(role,LOW);
digitalWrite(amthanh,HIGH);
delay(500);
digitalWrite(amthanh,LOW);
data = data + 240; }
else
{
digitalWrite(role,LOW);
lcd.clear();
lcd.noDisplay();
lcd.noBacklight();}
int Val = digitalRead(13);
if (Val == LOW) {
lcd.backlight();
lcd.display();
lcd.clear();
lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(data);
lcd.print(" ml");
delay(2000);
lcd.clear();
lcd.noDisplay();
lcd.noBacklight();}}
Hoàn thành sản phẩm sử dụng tốt cho thực tế.

13


PHẦN KẾT LUẬN
14


Tạo được sản phẩm là 1 thiết bị rót nước có các ưu điểm sau:
- Tiện lợi chỉ cần gắn vào thành giường không chiếm chổ, không cần
để cao nên rất an toàn cho trẻ em, người bệnh dễ dàng rót nước tại
giường bệnh của mình.
- Khi nước cịn thừa khơng rót nước nữa ( theo em điều này vừa là
ưu điểm vừa là khuyết điểm).
- Nhận dạng được loại ly, rót đầy ly khơng rót nữa tránh đổ nước cho
người hay quên.
- Thông báo được tổng lượng nước uống trong ngày từ đó điều chỉnh
phù hợp với thực tế.
- Hoạt động an tồn với điện một chiều.
- Khơng phụ thuộc vào điện lưới, có thể thay thế bằng ắc quy.
Tuy nhiên sản phẩm cịn có 1 số khuyết điểm như :
- Chưa có chức năng cảnh báo khi hết nước.
- Khi nước cịn thừa trong ly khơng rót được.

- Chưa lưu được biến lưu lượng nước khi reset lại arduino.
- Tổng khối lượng nước và ly nếu bằng khối lượng 1 loại ly khác sẽ
nhận diện nhầm.
KHUYẾN NGHỊ
- Đề tài theo hướng mở cho người dùng. Có thể tích hợp chức năng
nhận diện ly ngay trên hộp điều khiển bằng bàn phím ma trận 4x4. Thay thế
màn hình LCD bằng module led 7 thanh sẽ gọn gàng hơn. Ngoài ra cần áp
dụng lượng nước cho phù hợp sức khỏe. Có thể tích hợp chức năng cân để
phục vụ cơng việc nội trợ.
- Do Arduino là một lĩnh vực mới khã năng của thầy và trò hạn chế nên
gặp rất nhiều khó khăn. Viết code cịn dài dịng hiệu quả chưa cao nên em
rất cần hướng dẫn nhiều hơn để em hồn thành tốt hơn ý tưởng của mình.

15


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phạm Minh Tuấn , (2016). Lập trình Arduino cho
người mới bắt đầu, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật,
Thành phố Hồ Chí Minh.
[2] Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung (2016). Bài tập
thực hành Arduino, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật,
Thành phố Hồ Chí Minh.
[3] Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung (2016). Bài tập
thực hành Arduino, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật,
Thành phố Hồ Chí Minh.
[4] Giadinh.tv, (2018), Uống nước đúng cách và nên
uống bao nhiêu nước mỗi ngày, />[5] Huỳnh Minh Phú, (2015), Sử dụng cảm biến lực với
Arduino, />v=G5P937DBQec

16


MỤC LỤC
ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG RĨT NƯỚC THƠNG MINH
Phần I. Mở đầu
Phần II: Nội dung
Chương I. Cơ sở lý luận
Trang 3
1. Lịch sử nghiên cứu vấn đề
2. Các khái niệm cơ bản
Trang 5
3. Nguyên lý hoạt động
Trang 6
Chương II : Thực
trạng và giải pháp
Trang 7
Chương III. Kết quả nghiên cứu
Phần III. Kết luận
Tài liệu tham khảo
Trang 15

17

Trang 2
Trang 3
Trang 3

Trang 7
Trang 14