THIẾT kế hệ THỐNG cửa tự ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU:
1.1.1 Khái quát về toàn cầu hóa:
Có người cho rằng toàn cầu hóa đã manh nha xuất hiện từ thưở bình minh của nền
văn minh phương Tây. Có người gắn liền sự ra đời của toàn cầu hóa với làn sóng thực
dân hóa đầu tiên của các cường quốc Châu Âu thế kỷ 15-16, hay sự xuất hiện của các
công ty như Đông Ấn Hà Lan với những tuyến đường giao thương nối liền từ Âu sang Á.
Cũng có người cho rằng toàn cầu hóa xuất hiện khi bức điện tín đầu tiên được truyền
xuyên Đại Tây Dương lần đầu tiên vào giữa thế kỷ 19. Toàn cầu hóa là một xu hướng tất
yếu không để tránh khỏi và kéo theo sự phát triển cũng như phổ cập của các tiến bộ công
nghệ khiến thế giới chuyển mình một cách mạnh mẽ với tốc độ nhanh hơn bao giờ hết.
Các nguồn lực tạo nên một quốc gia cường thịnh có thể kể đến là tài nguyên, nhân
lực và tri thức. Khi tài nguyên hữu hạn cạn kiệt, nhân lực có thể dễ dàng thay thế bằng
máy móc thì tri thức là yếu tố sót lại với giá trị không hạn mức để phát triển một đất
nước. Muốn có nguồn tri thức tân thời đáp ứng nhu cầu phát triển cũng như chạy đua kĩ
thuật thì học hỏi là nhu cầu tiên quyết. Thay vì phải gửi nguồn lực quốc gia đi nước ngoài
thì chi bằng đem các tiến bộ kĩ thuật về nước ta. Toàn cầu hóa vốn dĩ là giai đoạn không
thể tránh khỏi nếu không nói tất yếu nhằm đẩy nhanh tốc độ phát triển kinh tế thông qua
các cơ hội tiềm năm. Không nằm ngoài xu thế kinh tế đương đại đó, có thể nói Việt Nam
đã bắt đầu gia nhập tiến trình toàn cầu hóa từ những năm 1986 với phương châm “đa

đang hóa, đa phương hóa quan hệ đối ngoại. Việt Nam sẵn sàng là bạn của tất cả các
nước trong cộng đồng quốc tế, phấn đấu vì hòa bình, độc lập và phát triển”. Bước nhảy
vọt quan trọng nhất chắc chắn là vào ngày 11 tháng 1 năm 2007 khi Việt Nam chính thức
gia nhập Tổ chức thương mại thế giới (WTO) sau 11 năm đàm phán.
Xu thế toàn cầu hóa cũng như gia nhập các tổ chức kinh tế thế giới (WTO,
ASEAN, APEC,…), kí kết các Hiệp định thương mại tự do tạo nên những thách thức về
mặt chủ quyền, nhưng cũng không thể phủ nhận các tác động vô cùng tích cực đến công
nghệ đang dần lạc hậu, giúp nguồn tri thức nước ta có thể tiếp cận với các tiến bộ khoa
học trên toàn thế giới. Kĩ thuật tiên tiến của các quốc gia đi trước, các nghiên cứu về đổi
mới công nghệ chưa bao giờ dễ tiếp cận đến thế. Các sản phẩm kĩ thuật cao du nhập vào
nước ta hằng ngày và dần trở nên quen thuộc


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 3
1.1.2 Bối cảnh ra đời của cửa tự động:
Trong thời đại công nghệ phát triển tính theo ngày, việc đảm bảo tối ưu sự tiện
nghi trong mọi khía cạnh cuộc sống của con người là một nhu cầu chính đáng. Các sản
phẩm tự động hóa giúp tối ưu môi trường làm việc, sinh hoạt. Chiếc cửa tự động cơ khí
đầu tiên được phát minh vào năm 1931 ở Mỹ nhưng đến năm 1960, những hệ thống cửa
tự động của Horton Automatics mới được bán trên thị trường. Cửa tự động vì sự tiện nghi
của con người mà dần được cải tiến và tối ưu qua các năm, độ chính xác cũng như tốc độ
luôn được cải thiện qua mỗi thế hệ cửa. Trong những năm 1970 khi mà cảm biến chuyển
động được phát minh, nó là cú thúc mạnh đẩy cửa tự động trở nên phổ biến để đáp ứng
nhu cầu của người khuyết tật thông qua công nghệ “không chạm” ở một mức độ lớn.
1980, cửa xoay tự động được phát minh và công nghệ cảm biến chuyển động trở nên
thông dụng ở cửa trượt. 1990, cảm biến nhiệt chuyển động trở thành cảm biến chủ yếu
dùng cho các cửa tự động
Không ai rõ chiếc cửa tự động đầu tiên xuất hiện ở Việt Nam là khi nào và ở đâu,
nhưng ngày nay chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp chúng ở các trung tâm thương mại, siêu

thị lớn nhưng vẫn chưa thật sự phổ cập trong các cửa hàng vừa và nhỏ. Vì vậy đề tài
“Thiết kế cửa tự động” mang ý nghĩa nghiên cứu về hệ thống nguyên lý thuyết và dựng
mô hình mô phỏng nhằm tìm hướng phát triển để cửa tự động trở nên thông dụng hơn.
1.1.3

Khái quát chung về cửa tự động:

Cửa tự động là một loại cửa có thể đóng mở một cách tự động mà không cần sự
tác động trực tiếp của con người. Chỉ cần khi có con người hoặc vật đến gần thì cửa sẽ tự
động mở ra và khi không có người thì nó sẽ tự động đóng lại. Loại cửa này rất tiện lợi
giúp người hoặc vật có thể đi ra đi vào dễ dàng, thay thế cho việc đóng mở cửa bằng tay
mất thời gian và gây không ít phiền toái, rất thuận tiện cho cho việc lưu thông, bốc dỡ
hàng hóa, tiện lợi cho người mang vác vật cồng kềnh (như ở sân ga, bến cảng, v.v…).
Hiện nay trên thế giới tồn tại nhiều loại cửa tự động với nhiều hình dáng - kích
thước - chức năng khác nhau, thỏa mãn các yêu cầu và mục đích của người dùng. Tính
năng và công dụng cũng ngày càng được nâng cao, an toàn và đảm bảo hiệu quả về tiết
kiệm không gian, thời gian và năng lượng.
Cửa tự động cũng có một hệ thống điện tương đối phức tạp, phải đảm bảo chạy
đúng vị trí. Làm thế nào để người vào và người ra không phải đợi quá lâu trong khi cửa
đang ở trạng thái đóng hoặc mở và lưu lượng người ra vào liên tục như thế đòi hỏi việc
thiết kế phần điện và phần lập trình là hết sức phức tạp.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4
Song song đó, cửa cũng cần phải đảm bảo an toàn cho hành khách , hàng hóa.
Ngoài các hệ thống đóng cắt bằng điện, giám sát hoạt động của cửa thông qua các cảm
biến, nó còn có các hệ thống bảo vệ cơ khí cho cửa khi sự cố xảy ra. Để đảm bảo độ êm
khi chạy, cửa sẽ không dừng lại mà hãm nhẹ bằng điện và phải đảm bảo đóng mở chính
xác, đúng lúc để cho người ra vào được thuận lợi nhất.

Việc thiết kế ra một loại cửa tiện ích hơn, đa năng hơn, phục vụ tốt hơn cho đời
sống con người là tất yếu và vô cùng cần thiết và có thể khắc phục những nhược điểm
của cửa thường. Xuất phát từ yêu cầu đó, cửa tự động được thiết kế thỏa mãn và khắc
phục những nhược điểm của cửa thông thường. Vì khi sử dụng cửa tự động người dùng
hoàn toàn không phải tác động trực tiếp lên cánh cửa mà cửa vẫn tự động mở theo ý
muốn của mình. Với tính năng này, cửa tự động mang lại những thuận lợi lớn cho người
sử dụng như: nếu người dùng cửa đang bê vác vật gì đó thì cửa tự động không những chỉ
tạo cảm giác thoải mái mà thực sự đã giúp họ đi qua mà không cần phải tác động trực
tiếp, tiết kiệm thời gian để đóng mở cửa. Đặc biệt,ở môi trường công cộng, cửa tự dộng
ngày càng phát huy ưu điểm giúp cho lưu thông qua cửa nhanh chóng dễ dàng, giảm đi
những va chạm khi nhiều người cùng sử dụng chung một cánh cửa.
Thêm vào đó, hiện nay hệ thống máy lạnh được phổ biến khá. Nếu ta dùng loại
cửa bình thường thì phải đảm bảo cửa luôn đóng khi không có người qua lại để tránh thất
thoát hơi lạnh ra ngoài gây lãng phí. Thế nhưng điều này trong thực tế lại rất khó vì ý
thức của mỗi người ở nơi công cộng là rất khác nhau. Do đó, cửa tự động, với tính chất là
luôn đóng khi không có người qua lại đã đáp ứng được tốt yêu cầu này. Chính vì những
ưu điểm nổi bật của cửa tự động mà chúng ta càng phải phát triển ứng dụng nó rộng rãi
hơn, đồng thời nghiên cứu để cải tiến và nâng cao chất lượng hoạt động của cửa tự động
để nó ngày càng hiện đại hợn, tiện ích hơn. Để nghiên cứu một cách chính xác và cụ thể
về cửa tự động, cần thiết phải chế tạo mô hình và mô tả hoạt động, hình dáng, cấu tạo của
nó. Từ mô hình này ta có thể quan sát và tìm hiểu hoạt động của cửa tự động, cũng như
có thể lường trước những khó khăn có thể gặp phải khi chế tạo cũng như các ưu nhược
điểm và tiến hành khắc phục những hạn chế, phát huy thế mạnh, tạo nên sản phẩm hoàn
thiện hơn cho con người.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5

1.2 PHÂN LOẠI CỬA TỰ ĐỘNG:

1.2.1 Phân loại theo sơ đồ dẫn động:
Cửa đóng mở theo thủy lực:
Đặc điểm của loại cửa này là được kéo sang trái và sang phải, nhờ pittong-xilanh
thủy lực nên hành trình bị hạn chế. Hiện nay cửa tự động bằng thủy lực không được ứng
dụng nhiều trong thực tế.
Cửa đóng mở theo phương pháp dẫn động điện
Loại này đóng mở cửa nhờ động cơ điện một chiều được truyền qua hộp giảm tốc
tới puly rồi tới dây đai treo cửa và nhờ đó mà hành trình kéo cửa của nó không bị hạn
chế. Hệ thống cửa hoạt động theo nguyên tắc này được ứng dụng rộng rãi trong thực tế vì
có kết cấu đơn giản, tiết diện nhỏ, chuyển động êm, an toàn và tiết kiệm không gian sử
dụng.
1.2.2

Phân loại theo tính chất và công dụng của cửa:

Cửa kéo:
Loại cửa này còn khá lạ ở nước ta, với kết cấu đơn giản gồm một động cơ được
gắn cố định với trần nhà và kéo cửa bằng một đoạn dây.
• Ưu điểm: đơn giản nhưng hiệu quả cao, cánh cửa chắc.
• Nhược điểm: động cơ gắn với trần nhà vì vậy cần phải gắn đủ chắc để chịu được
sức nặng của cửa.
Vì vậy trong thực tế người ta ít dùng loại cửa kéo này do nhược điểm trên có thể
sẽ gây nguy hiểm cho người sử dụng.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6

Hình 1.1: Cửa kéo thực tế.

Cửa cuốn:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7
Loại cửa này có khả năng cuộn tròn lại được. Khi có tín hiệu điều khiển đóng mở
cửa, động cơ sẽ tác động qua một trục và cuốn lá cửa quanh trục đó. Loại cửa này có ưu
điểm là gọn nhẹ, tiện dụng và dễ sử dụng vì chỉ cần một động cơ công suất nhỏ. Cửa
cuốn thường được dùng làm cửa cho gara ô tô, có tính kinh tế cao vì dễ chế tạo. Nhưng
cũng có nhược điểm là cửa không chắc chắn và dễ bị hỏng hơn các loại cửa khác.

Hình 1.2: Cửa cuốn thực tế.
Cửa trượt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8
Đây là loại cửa được sử dụng nhiều nhất trên thị trường hiện nay, có thể dễ dàng
bắt gặp loại cửa này ở những trung tâm thương mại lớn (BigC, Metro,… ), các ngân
hàng, các bệnh viện và khách sạn lớn.
Cửa được treo lên trên 1 hệ thống dây đai và puly. Hai puly quay tròn được là nhờ
1 động cơ điện 1 chiều hoặc động cơ điện đặc biệt không chổi than. Hai cánh cửa được
đặt trên thanh ray để làm dẫn đường cho cửa đẩy ra đẩy vô không bị chệch hướng. Cửa
có gắn cảm biến hồng ngoại để phát hiện người và vật khi đến gần.
Nhược điểm của loại cửa này là không chắc chắn, và do tính phổ biến, yêu cầu mỹ
quan của công trình cho nên đôi khi kết cấu cơ khí của cửa rất cồng kềnh.
Do tính phổ biến của nó mà nên loại này lại được chia thành nhiều loại:
• Cửa trượt 1 cánh (mở về một bên): loại cửa này được sử dụng ở những nơi có số
lượng người ra vào không nhiều hay các cơ sở không có tính chất giao dịch.
•

Cửa trượt 2 cánh (mở về hai bên).

• Cửa trượt xếp.
• Cửa trượt tròn.

Hình 1.3: Cửa trượt 2 cánh ngoài thực tế.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9

Hình 1.4: Cửa trượt tròn

1.3 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Đứng trước xu thế phát triển tất yếu trong thời kì hội nhập quốc tế, tự động hóa là
một ngành khoa học phát triển mạnh mẽ trong thời gian gần đây. Tự động hóa có mặt ở
khắp nơi, mọi lĩnh vực trong cuộc sống. Trong các nhà máy xí nghiệp, xưởng sản xuất
đều có các dây truyền sản xuất tự động. Hoặc ở sân bay, nhà ga, siêu thị, các tòa cao ốc,
trung tâm thương mại là các cửa tự động, thang máy, các máy bán hàng tự động.
Một vấn đề đặt ra là việc nghiên cứu các ứng dụng của tự động hóa áp dụng trong
quá trình phát triển của xã hội là điều tất yếu và cần thiết đối với sinh viên ngành Điện.
Việc học hỏi tìm tòi và sáng tạo những ứng dụng của tự động hóa bằng nhiều phương
thức sẽ góp phần không nhỏ vào sự phát triển nền công nghiệp nước nhà nói riêng và sự
đi lên của xã hội nói chung.
Qua những lý do trên, em xin đề xuất làm đề tài “Mô hình cửa tự động” với mong
muốn lấy ý kiến phản hồi nghiên cứu đề tài cùng với đánh giá hoạt động thực hiện. Đồng
thời đề xuất một số giải pháp nâng cao trình độ về kiến thức tự động hóa.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10
1.4 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu, chế tạo ra mô hình cửa tự động này giúp cho sinh viên có những hiểu
biết sâu sắc về lĩnh vực điều khiển thông minh và có thể nắm bắt được nhiều kiến thức
của các ngành như: điện, điện tử, cơ khí…
Việc tạo ra mô hình hoạt động tốt sẽ tạo điều kiện cho sinh viên có cơ hội học tập,
thực nghiệm. Để từ đó sinh viên tích lũy được nhiều kinh nghiệm, nâng cao tay nghề,
trình độ chuyên môn phục vụ công tác.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
2.1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ:
Cửa thiết kế có thể đóng mở thông minh, khi cảm biến quang số 1 có tín hiệu
người hoặc vật thể từ đằng xa lại gần thì cửa mở ngay để người hoặc vật thể có thể lập
tức ra vào mà không làm giảm tốc độ di chuyển của đối tượng. Khi cửa mở gần hết thì
công tắc hành trình mở được kích hoạt để cửa dừng lại. Khi tín hiệu người hoặc vật thể
vừa qua khỏi cảm biến quang số 2 đặt gần cửa, cửa sẽ đóng lại. Nhưng khi cảm biến
quang số 1 phát hiện tín hiệu mà sau 20 giây cảm biến quang gần cửa không phát hiện tín
hiệu đối tượng đi qua thì cửa cũng sẽ tự động đóng lại. Khi gần hết hành trình đóng thì
cửa kích hoạt công tắc hành trình đóng để cửa dừng lại kết thúc một chu kì làm việc. nếu
cảm biến quang số 1 phát hiện lại có tín hiệu người và vật thể thì cửa lại lập tức mở ra bắt
đầu một chu kì mới.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12

2.2 LƯU ĐỒ HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH:
Cửa đợi 20
giây cho
người và vật
đi qua cửa

Cảm biến quang số 1
phát tín hiệu

Động cơ quay nghịch cửa
đóng

Động cơ quay thuận cửa
mở

Cửa chạm công tắc hành
trình dưới

Chạm công tắc hành trình
trên

Cửa dừng lại

Cửa dừng lại

Cảm biến quang số 2 phát
hiện người hoặc vật vừa đi
qua khỏi cửa

Hoàn thành 1 chu kì

sai
đúng

Hình 2.1: Lưu đồ giải thuật cửa tự động


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13

CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ TRONG MÔ HÌNH ARDUINO
3.1 PHẦN CỨNG CỦA MÔ HÌNH ARDUINO:
3.1.1 Arduino UNO R3:
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. Phần cứng bao gồm một board mạch
nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit hoặc ARM Atmel
32bit. Những mẫu hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào
analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.
Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người ta thường
nói tới chính là dòng Arduino UNO. Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ
3 (R3). Arduino Uno R3 có chức năng xử lý tín hiệu nhận được từ các cảm biến và
đưa tín hiệu đến những bộ phận hiển thị như là LCD và đồ thị Excel thông qua cổng
COM.

Hình 2.1 Board mạch Arduino Uno R3
3.1.1.1 Thông số kĩ thuật của Arduino UNO R3:
Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật của Arduino UNO R3
Loại vi điều khiển
Điện áp hoạt động

Tần số hoạt động
Dòng tiêu thụ
Điện áp vào khuyên dùng
Điện áp vào giới hạn

ATmega328 họ 8 bit
5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
16MHz
Khoảng 300mA
7-12V
6-20V


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14
Số chân Digital I/O
14 chân (6 chân hardware)
Số chân Analog
6 chân (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O
30mA
Dòng ra tối đa (5V)
500mA
Dòng ra tối đa (3.3V)
50mA
32KB (Atmega328 với 0.5KB dùng với 0.5KB
Bộ nhớ
dùng bởi bootloader)
SRAM
2KB (Atmega328)

EEPROM
1KB (Atmega328)
3.1.1.2 Vi điều khiển Atmega328 SMD:
Arduino UNO sử dụng được ba vi điều khiển họ 8bit: AVR là ATmega8,
ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều
khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo
nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…

Hình 3.2 Vi điều khiển Atmega328 SMD
Nguồn 5V có thể được cấp cho Arduino UNO thông qua cổng USB hoặc cấp
nguồn khác với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V DC. Thường
thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu không có sẵn nguồn từ cổng
USB. Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, Arduino UNO sẽ hỏng.

3.1.1.3 Cấu trúc chân Arduino UNO:
Các chân năng lượng của Arduino UNO:
• GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi dùng các
thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì phải được nối những chân
này với nhau.


•
•
•
•

•

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15

5V : cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.
VIN (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, ta nối cực dương
của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
IOREF: có thể đo điện áp của vi điều khiển trên Arduino UNO ở chân này vì
nó luôn có giá trị 5V. Nhưng không thể lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng
bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.
RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với
việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.

Hình 3.3 Các chân năng lượng của Arduino UNO R3

3.1.1.4 Bộ nhớ:
• 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ
Flash của vi điều khiển. Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được
dùng cho bootloader.
• 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): là nơi lưu trữ giá trị các
biến đã khai báo khi lập trình. Khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ
nhớ RAM.. Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16
• 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory):
đây giống như một chiệc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của
mình vào đây mà mình không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu
trên SRAM
3.1.1.5 Các cổng vào ra:
• Chân Serial: gồm 1(TX) và 0(RX), dùng để gửi (transmit – TX) và nhận
(receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino UNO có thể giao tiếp với thiết bị

khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth còn được gọi kết nối Serial
không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này.
• Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ
phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm
analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở
chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những
chân khác.
• Chân giao tiếp SPI: 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK). Ngoài các chức
năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức
SPI với các thiết bị khác.
• LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm
nút RESET, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân
số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.

Hình 3.4 Các chân Serial, PWM, SPI và LED 13
3.1.1.6 Các chân analog:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit
(0→210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board,
bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn
cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp
trong khoảng từ 0V→2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.
Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp
I2C/TWI với các thiết bị khác.

Hình 3.5 Các chân Analog
3.1.2 Motor shield L298N:

Hình 3.6 Motor shield L298N và các chân


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18
Thông 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 là: 2A
Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA
Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)
Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃

L298 gồm các chân:
• +12V, +5V: đây là 2 chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ (có thể cấp nguồn 912V ở 12V)
• 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. Tương tự với output B
3.1.3 Động cơ DC giảm tốc V1

Hình 3.7 Đông cơ giảm tốc V1
Động cơ DC giảm tốc V1 là loại được lựa chọn và sử dụng nhiều nhất hiện nay
cho các thiết kế đơn giản. Động cơ có chất lượng và giá thành vừa phải cùng với khả
năng dễ lắp ráp của nó đem đến chi phí tiết kiệm và sự tiện dụng cho người sử dụng.
Động cơ DC giảm tốc V1 cải tiến khác với loại bình thường ở phần thiết kế trục bổ xung
thêm những vòng đồng ở các chỗ tiếp xúc giúp đăng độ bền và giảm ma sát, 2 khối chổi
than lớn, điều này giúp động cơ V1 cải tiến có độ bền > 10 lần so với động cơ thường
cùng với khả năng chụi được mức điện áp lên đến 12VDC.
Thông số kỹ thuật:


•
•
•
•

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 19
Điện áp hoạt động :
3-6VDC
Dòng điện tiêu thụ:
110-200mA
Tỉ số truyền:
1:48 125 vòng/ 1 phút tại 3V DC
208 vòng/ 1 phút tại 5V DC.
Momen:
0.8KG.CM
3.1.4 Cảm biến siêu âm HY-SRF05

Hình 3.8 Cảm biến siêu âm HY-SRF05
Dùng đo khoảng cách, đo mực chất lỏng, robot dò đường,phát hiện các vết đứt gãy
trong dây cáp.
Thông số kỹ thuật:
•
•
•
•
•
•

Điện áp vào: 5V
Dòng tiêu thụ : <2mA
Tín hiệu đầu ra: xung HIGH(5V) và LOW(0V)
Khoảng cách đo : 2cm – 450cm
Độ chính xác : 0.5cm
Góc cảm biến :<15 độ

Sơ đồ chân: có 5 chân
•
•
•
•
•

VCC : 5V
Trig (T) : digital input.
Echo (R): digital output.
OUT
GND

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 20

3.2 PHẦN MỀM:
3.2.1 Phần mềm Arduino IDE (Intergrated Development Environment)
Arduino IDE là phần mềm dùng để lập trình cho Arduino. Môi trường lập trình
Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất hiện nay là Windows,
Macintosh OSX và Linux. Do có tính chất nguồn mở nên môi trường lập trình này
hoàn toàn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởi người dùng có kinh nghiệm.
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng.Nó là “ngôn
ngữ Arduino”. Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ
học, dễ hiểu.

Hình 3.9 Giao diện phần mềm Arduino


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 21
Giao diện của phần mềm Arduino IDE có nhiều phần, tuy nhiên chúng ta chú ý
đến những phần quan trọng. Chức năng của từng phần như sau:
• Nút kiểm tra chương trình:
Dùng để kiểm tra xem chương trình được viết có lỗi không. Nếu chương trình bị
lỗi thì phần mềm Arduino IDE sẽ hiển thị thông tin lỗi ở vùng thông báo thông tin.
• Nút nạp chương trình vào board Arduino:
Dùng để nạp chương trình được viết xuống mạch Arduino. Trong quá trình nạp,
chương trình sẽ được kiểm tra lỗi trước sau đó mới thực hiện nạp xuống mạch
Arduino.
• Màn hình hiển thị giao tiếp với máy tính:

Khi nhấp vào biểu tượng cái kính lúp thì phần giao tiếp với máy tính sẽ được mở
ra. Phần này sẽ hiển thị các thông số mà người dùng muốn đưa lên màn hình. Muốn
đưa lên màn hình phải có lệnh Serial.print() mới có thể đưa thông số cần hiển thị lên
màn hình
• Vùng lập trình:
Vùng này để người lập trình thực hiện việc lập trình cho chương trình của mình.
• Vùng thông báo thông tin:
Có chức năng thông báo các thông tin lỗi của chương trình hoặc các vấn đề liên
quan đến chương trình được lập.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 22
CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN:
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
const int trigPin = 10;
const int echoPin = 9;
const int IN1 = 8;
const int IN2 = 7;
#define MAX_SPEED 255 //từ 0-255
#define MIN_SPEED 0
long duration;
int distance;
void setup()
{
lcd.clear();
lcd.begin(16, 2);
lcd.print("WELCOME");
pinMode(trigPin, OUTPUT);

pinMode(echoPin, INPUT);
pinMode(IN1, OUTPUT);
pinMode(IN2, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void motor_Dung() {
digitalWrite(IN1, LOW);
digitalWrite(IN2, LOW);
}
void motor_Tien(int speed) {
//speed: từ 0 - MAX_SPEED
speed = constrain(speed, MIN_SPEED, MAX_SPEED); //đảm báo giá trị nằm trong một
khoảng từ 0 - MAX_SPEED
digitalWrite(IN1, HIGH);
//chân này không có PWM
analogWrite(IN2, 255 - speed);
}
void motor_Lui(int speed) {
speed = constrain(speed, MIN_SPEED, MAX_SPEED); //đảm báo giá trị nằm trong một


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 23
digitalWrite(IN1, LOW);
analogWrite(IN2, speed);

khoảng từ 0 - MAX_SPEED
//chân này không có PWM

}

void loop()
{
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
distance= duration*0.034/2;
if(distance <= 5)
{
motor_Tien(MAX_SPEED);
delay(5000);

//motor tiến
//tiến 5s

lcd.clear();
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("Moi vao");
delay(1000);
motor_Dung();
//motor dừng
delay(4000);
//dừng 4s
motor_Lui(MAX_SPEED); //motor lùi
delay(5000);
//lùi 5s
}
else

{
digitalWrite(13, LOW);
analogWrite(mt_IN1_Pin2,50);
analogWrite(mt_IN2_Pin3, 0);
}
}


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 24

CHƯƠNG 4: CÁC THIẾT BỊ TRONG MÔ HÌNH PLC
4.1 PHẦN CỨNG MÔ HÌNH PLC:
4.1.1 PLC (Programmable Logical Controller)
4.1.1.1 Khái niệm PLC:
PLC là bộ điều khiển logic theo chương trình bao gồm: bộ xử lý trung tâm CPU,
bộ nhớ chứa chương trình và các module giao diện nhập xuất. PLC được nối trực tiếp đến
các thiết bị ngõ I/O. Vì thế, khi có tín hiệu nhập, CPU sẽ xử lý tín hiệu và gởi tín hiệu đến
thiết bị xuất.

Hình 4.1: Sơ đồ khối PLC

4.1.1.2 Vai trò của PLC
PLC được xem như là trái tim của hệ thống điều khiển tự động. Với một chương
trình ứng dụng (đã được lưu trữ bên trong bộ nhớ PLC) thì PLC liên tục kiểm tra trạng
thái của hệ thống, bao gồm: kiểm tra tín hiệu phản hồi từ các thiết bị nhập, dựa vào
chương trình logic để xử lý tín hiệu và mang các tín hiệu điều khiển ra thiết bị xuất.
PLC còn được dùng để điều khiển những hệ thống từ đơn giản đến phức tạp, hoặc
có thể kết hợp chúng với nhau thành một mạng truyền thông có thể điều khiển một quá
trình phức hợp.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 25
4.1.1.3 Ưu nhược điểm của PLC
Ưu điểm:
• Những dây kết nối trong hệ thống điều khiển bằng PLC giảm đến 80% so
với hệ thống điều khiển thông thường.
• Công suất tiêu thụ trong hệ thống nhỏ
• Sự thay đổi các ngõ I/O và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhờ
phần mềm điều khiển bằng máy tính hay trên bàn phím lập trình bằng tay.
• Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh.
• Bảo trì và sửa chữa dễ dàng, độ bền và độ tin cậy vận hành cao.
• Giá thành của hệ thống thấp.
• Có thiết bị chống nhiễu.
• Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ lập trình và có thể lập trên máy tính, thích
hợp cho việc thực hiện các lệnh tuần tự của nó.
• Các module rời nên có thể thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết.
Nhược điểm:
• Giải pháp đơn lẻ, cần tích hợp giao diện người và máy.
• Kiến trúc đóng kín, khó tích hợp sản phẩm ngoài.
• Năng lực tính toán tương đối yếu.