ĐỀ tài NGHIÊN cứu KHOA học của SINH VIÊN năm học 2020 2021 THIẾT kế, CHẾ tạo mô HÌNH dàn PHƠI THÔNG MINH

HÀ NÔI, 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
NĂM HỌC 2020-2021

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH
DÀN PHƠI THƠNG MINH

Sinh viên thực hiện
Lê Thành Long - 181300467
Vũ Việt Anh - 181302153
Nguyễn Đức Mạnh - 181301768
Đào Văn Huân - 181302210
Nguyễn Duy Sỹ - 181300734
Lớp: Cơ Điện Tử 2-K59 Khoa: Cơ Khí
(in đậm Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài)
Người hướng dẫn: TS. Phạm Xuân Hiển


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ............................................................................ 1
1.1 Đặt vấn đề ................................................................................................................... 1
1.2 Tầm quan trọng của đề tài. .......................................................................................... 1
1.3 Mục đích nghiên cứu. .................................................................................................. 1
1.4 Dàn ý nghiên cứu. ....................................................................................................... 1
1.5 Đồi tượng nghiên cứu. ................................................................................................ 2
1.6 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu.................................................................... 2
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ DÀN PHƠI THÔNG MINH .............................................. 3

2.1 Giàn phơi thơng minh là gì? ........................................................................................ 3
2.2 Các bộ phận cấu thành sản phẩm. ............................................................................... 3
2.2.1 Tổng quan về Arduino. ........................................................................................ 3
2.2.2 Module L298 ........................................................................................................ 4
2.2.3 Cảm biến mưa. ..................................................................................................... 5
2.2.4 Cảm biến ánh sáng quang trở CDS. ..................................................................... 5
2.2.5 Đèn sưởi ( dùng để hong khô quần áo). ............................................................... 6
2.2.6 Nguồn điên. .......................................................................................................... 6
2.2.7 Động cơ điện DC 12V.......................................................................................... 6
2.2.8 Cơng tắc hành trình. ............................................................................................. 6
2.2.9 Khung xương mơ hình. ........................................................................................ 6
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MẠCH CHO MƠ HÌNH DÀN PHƠI THÔNG MINH ............... 7
3.1 Ý tưởng thiết kế........................................................................................................... 7
3.2 Sơ đồ của giàn phơi thông minh. ................................................................................ 7
3.2.1 Sơ đồ khối. ........................................................................................................... 7
3.2.2 Lưu đồ thuật toán ................................................................................................. 7
3.2.3 Sơ đồ mạch ........................................................................................................... 8
3.3 Các chế độ vận hành và nguyên lý hoạt động ............................................................. 8
3.3.1 Chế độ vận hành tự động ..................................................................................... 8
3.3.2 Chế độ vận hành bằng tay .................................................................................. 14
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 18
4.1 Kết quả đề tài. ........................................................................................................... 18
4.2 Đánh giá đề tài .......................................................................................................... 18
4.3 Kết luận ..................................................................................................................... 18


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Các dịng Arduino .................................................................................................. 3
Hình 2.2 Arduino UNO R3 trên thực tế ................................................................................ 4

Hình 2.3 Sơ đồ khối của Arduino UNO R3 .......................................................................... 4
Hình 2.4 Module L298 .......................................................................................................... 5
Hình 2.5 Cảm biến mưa ........................................................................................................ 5
Hình 2.6 Quang trở CDS ....................................................................................................... 6
Hình 3.1 Sơ đồ khối .............................................................................................................. 7
Hình 3.2 Lưu đồ thuật tốn. ................................................................................................. 7
Hình 3.3 Sơ đồ mạch mơ phỏng ............................................................................................ 8
Hình 3.4 Cơng tắc 3 chân ...................................................................................................... 9
Hình 3.5 Sơ đồ mạch trong chế độ tự động .......................................................................... 9
Hình 3.6 Cảm biến mưa và cảm biến ánh sáng ................................................................... 10
Hình 3.7 Đèn sưởi khi tắt .................................................................................................... 10
Hình 3.8 Module L298 ........................................................................................................ 10
Hình 3.9 Hai cơng tắc hành trình ........................................................................................ 11
Hình 3.10 Sơ đồ mạch ......................................................................................................... 11
Hình 3.11 Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng và mưa............................................................... 12
Hình 3.12 Đèn sưởi tắt ........................................................................................................ 12
Hình 3.13 Module L298 ...................................................................................................... 12
Hình 3.14 Hai cơng tắc hành trình ...................................................................................... 13
Hình 3.15 Sơ đồ mạch trong chế độ tự động. ..................................................................... 13
Hình 3.16 Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng ........................................................................... 13
Hình 3.17 Đèn sưởi được bật lên ....................................................................................... 14
Hình 3.18 Module L298 ...................................................................................................... 14
Hình 3.19 Hai cơng tắc hành trình ...................................................................................... 14
Hình 3.20 Cơng tắc 3 chân chuyển sang chế độ bằng tay ................................................... 15
Hình 3.21 Sơ đồ mạch điều khiển tốc độ động cơ. ............................................................. 15
Hình 3.22 Bộ điều khiển tốc độ động cơ............................................................................. 15
Hình 3.23 Bấm nút nghịch .................................................................................................. 16
Hình 3.24 Bấm nút thuận ................................................................................................... 17

1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề
- Trong sự phát triển ngày càng nhanh chóng và hiện đại của khoa học kỹ thuật, ngành
điện tử tự động đã tạo nên một dấu ấn quan trọng trong lĩnh vực sản xuất và chế tạo, chúng
luôn thay đổi và phát triển từng giờ, khơng dừng lại ở đó trong những năm gần đây ngành
điện tử tự động đã ngảy càng gần gũi hơn với đời sống con người, hỗ trợ con người trong
cuộc sống hằng ngày.
- Khi phơi đồ thì chúng ta ln có những nỗi lo rằng trời hơm nay có nắng khơng, hay sẽ
có mưa ko? Quần áo sẽ có thể bị ướt do trời mưa khi ta không kịp dọn hay quần áo sẽ mãi
không khô do thời tiết âm u, thậm chí phơi đến cả tuần mà quần áo vẫn bị ẩm, còn kèm
theo mùi hơi khó chịu.
=> Vậy phải làm sao để đối phó với những vấn đề như thế, làm sao để quần áo khơ nhanh
nhất.
- Lúc này giàn phơi thơng minh chính là biện pháp nhanh nhất giải quyết mối lo quần áo,
giúp quần áo mau khô, thơm tho, không bị ướt ngay cả khi trời mưa, trời âm u.
1.2 Tầm quan trọng của đề tài.
- Ưu điểm của máy phơi đồ thông minh là dùng các loại cảm biến để nhận biết các trạng
thái của mơi trường bên ngồi từ đó cho ra các chế độ làm việc phù hợp giúp giải quyết
các vấn đề khó khăn khi phơi quần áo.
- Vì vậy đề tài này là một vấn đề khơng những là một thực tại khách quan mà cịn có tầm
quan trọng thực sự trong hiện tại cũng như trong tương lai.
1.3 Mục đích nghiên cứu.
- Do thực tiễn hiện nay trong đời sống sinh hoạt của con người, việc phơi quần áo trong
những ngày thời tiết xấu là rất bất tiện đặt biệt đối với những gia đình khơng có điều kiện ở
nhà thường xuyên, từ những bất tiện của vấn đề trên nhóm sinh viên thực hiện nghiên cứu
về vấn đề này nhằm đưa ra ý tưởng chế tạo ra môt thiết bị phơi đồ thông minh giúp xóa bỏ
mọi bất tiện và hạn chế trong việc phơi quần áo cũng như phù hợp với xu thế mới trong
ngành điều khiển tự động.
- Là sinh viên ngành Cơ Điện Tử muốn được thử thách bản thân, tìm hiểu về những kiến

thức chuyên ngành để có thêm kinh nghiệm trước khi ra trường phục vụ cho công việc sau
này.
1.4 Dàn ý nghiên cứu.
- Thiết kế cấu trúc sơ đồ


2
- Thi công phần cứng – phần mềm
- Hướng dẫn sử dụng
1.5 Đồi tượng nghiên cứu.
- Đối tượng nghiên cứu là: Nguồn mở của vi điều khiển arduino còn mới mẻ đối với một
số trường, bên cạnh đó dùng ứng dụng đó để nghiên cứu ra một giàn phơi đồ thông minh.
1.6 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu.
❖Phương pháp:
- Tài liệu tham khảo: Chủ yếu là tham khảo các chi tiết module, cảm biến, khí cụ điện.
- Thực nghiệm: Kết nối phần cứng, thiết kế mạch ổn áp, mạch động lực, cơ cấu
chuyển động.
❖Phương tiện:
Các dụng cụ trong ngành cơ khí và Cơ Điện Tử như máy hàn máy khoan, máy tính, đồng
hồ VOM,... để thực hiện đề tài này cần phải thiết kế một số mạch phụ hay dùng testboard
để thử nghiệm và mô phỏng 3D.


3
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ DÀN PHƠI THÔNG MINH
2.1 Giàn phơi thơng minh là gì?
- Giàn phơi thơng minh là vật dụng đã trở nên quá quen thuộc đối với nhiều hộ gia đình,
trở thành một phần khơng thể thiếu trong đời sống sinh hoạt của con người. Tuy nhiên rất
nhiều người lại chưa biết đến giá phơi đồ thông minh này. Vậy giàn phơi thơng minh là gì,
có khó sử dụng không và sử dụng như thế nào? Trong bài viết dưới đây chúng tôi sẽ làm

sáng tỏ hơn vấn đề này.
- Giàn phơi thơng minh chính chính là một sản phẩm khoa học mang tính ứng dụng cao
nhằm giúp cho việc phơi đồ trở lên đơn giản và nhanh hơn gấp nhiều lần so với giàn phơi
thông thường; đồng thời giúp quần áo đón được nhiều gió và nắng, giúp quần áo nhanh
khô hơn; giúp con người tiết kiệm được thời gian cũng như công sức để tập trung cho việc
khác. Đây là một giải pháp tuyệt vời trong vấn đề phơi đồ và nhờ nó mà con người sẽ
không phải lo quần áo ướt, quần áo ẩm hay có mùi trong những ngày trời mưa hay trời
nồm nữa.
- Ứng dụng trong cuộc sống: Sử dụng dễ dàng, tiện lợi khi trời trở lạnh mưa gió bão. Hệ
thống sử dụng hoàn toàn tự động.
2.2 Các bộ phận cấu thành sản phẩm.
2.2.1 Tổng quan về Arduino.

Hình 2.1 Các dịng Arduino
- Arduino là một nền tảng mà mọi thiết bị phần cứng đều được làm sẵn và chuẩn hóa,
người dùng chỉ việc chọn những thứ mình cần, ráp lại là có thể chạy được. Arduino cung
cấp cho bạn module điều khiển động cơ có sẵn, mạch điều khiển có sẵn, mạch thu phát
sóng khơng dây có sẵn, …


4
- Arduino khơng phải lập trình từ A đến Z. Mỗi phần cứng gắn mác “Arduino” đều có
những đoạn lệnh đã được viết sẵn (thư viện) do cộng đồng người dùng Arduino cùng phát
triển.
 Ở đây ta dùng loại Arduino R3

Hình 2.2 Arduino UNO R3 trên thực tế
- Đây là vi mạch tích hợp nên sử dụng khi mới tìm hiểu về Arduino. Hiện dòng mạch này
đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (R3), cũng có thể dùng vi mạch nano nhưng nó khá nhỏ chỉ
nên sử dụng cho người đã biết lập trình và thích hợp cho các đề án nhỏ hoặc mơ hình nhỏ.

- Nó khá đơn giản, các port có thể đủ phục vụ cho nhu cầu của người mới nghiên cứu
mãng lập trình cho các ngoại vi, chức năng chẳng thua kém các board khác, tích hợp sẵn
board nạp và hợp túi tiền so với các board cao cấp hơn.

Hình 2.3 Sơ đồ khối của Arduino UNO R3
2.2.2 Module L298
- Mạch cầu H là một mạch đơn giản dùng để điều khiển động cơ DC quay thuận hoặc
quay nghịch. Trong thực tế, có nhiều kiểu mạch cầu H khác nhau tùy vào cách chúng ta lựa


5
chọn linh kiện có dịng điện, áp điều khiển lớn hay nhỏ, tần số xung PWM… Và chúng sẽ
quyết định đến khả năng điều khiển của cầu H.
 Ta sử dụng loại cầu H – L298.

Hình 2.4 Module L298
2.2.3 Cảm biến mưa.
- Sử dụng modul cảm biến mưa RK83 - điện áp: 5V
- Sử dụng khi trời mưa thì nó sẽ báo ra một tín hiệu để chúng ta biết trời có mưa.

Hình 2.5 Cảm biến mưa
2.2.4 Cảm biến ánh sáng quang trở CDS.
- Sử dụng khi trời sáng sẽ nhận tín hiệu truyền đi đưa quần vào được treo trên khung ra
ngoài ánh sáng.


6

Hình 2.6 Quang trở CDS
2.2.5 Đèn sưởi ( dùng để hong khô quần áo).

2.2.6 Nguồn điên.
- Sử dụng nguồn điện cung cấp cho toàn bộ hệ thống hoạt động.
Ta sử dụng nguồn điện phù hợp với điện áp đầu vào ra đầu ra của Arduino và cầu H (điện
áp hoạt động trong khoảng 5-12V)
2.2.7 Động cơ điện DC 12V.
2.2.8 Công tắc hành trình.
2.2.9 Khung xương mơ hình.


7
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MẠCH CHO MƠ HÌNH DÀN PHƠI THƠNG MINH
3.1 Ý tưởng thiết kế.
- Khi phơi đồ thì chúng ta ln có những nỗi lo rằng trời hơm nay có nắng khơng, hay sẽ
có mưa ko? Quần áo sẽ có thể bị ướt do trời mưa khi ta không kịp dọn hay quần áo sẽ mãi
không khô do thời tiết âm u, thậm chí phơi đến cả tuần mà quần áo vẫn bị ẩm, cịn kèm
theo mùi hơi khó chịu.
=> Vậy phải làm sao để đối phó với những vấn đề như thế, làm sao để quần áo khơ nhanh
nhất.
- Lúc này giàn phơi thơng minh chính là biện pháp nhanh nhất giải quyết mối lo quần áo,
giúp quần áo mau khô, thơm tho, không bị ướt ngay cả khi trời mưa, trời âm u.
3.2 Sơ đồ của giàn phơi thơng minh.
3.2.1 Sơ đồ khối.

Hình 3.1 Sơ đồ khối
3.2.2 Lưu đồ thuật tốn

Hình 3.2 Lưu đồ thuật tốn.


8

3.2.3 Sơ đồ mạch

Hình 3.3 Sơ đồ mạch mơ phỏng
3.3 Các chế độ vận hành và nguyên lý hoạt động
3.3.1 Chế độ vận hành tự động
*Nguyên lý hoạt động:
- Hệ thống được tự động hóa hồn tồn thánh một chuỗi khép kín. Khi bắt đầu chương
trình cảm biến ánh sáng sẽ nhận tín hiệu từ ánh sáng xung quanh, sau đó truyền về hệ
thống. Sau đó tiếp tục lấy tín hiệu từ cảm biến mưa xem trời có mưa hay khơng. Từ đó
truyền tín hiệu đến mạch xử lý chính .
- Chúng ta sẽ có những trường hợp như sau:
+ Khi trời sáng, không mưa => Phơi đồ.
+ Khi trời sáng, có mưa => Thu đồ.


9
+ Khi trời tối => Thu đồ.
- Quá trình này được xử lý hoàn toàn bởi bộ Arduino R3 và các IC cảm biến.
*Cách vận hành hệ thống:
- Khi bắt đầu chương trình tự động ta gạt cơng tắc sang chế độ tự động.

Hình 3.4 Cơng tắc 3 chân
- Từ đó cấp nguồn cho tồn bộ hệ thống.
- Các cảm biến bây giờ có chức năng thu thập thơng tin từ môi trường, rồi chuyển về hê
thống xử lý trung tâm là Arduino R3 sẽ phân tích theo chương trình đã được nạp. Cuối
cùng đưa ra quyết định cuối cùng rồi chuyển về bộ phận điều khiển động cơ là Module
L298 để thực hiện hành động phơi đồ hay thu qua động cơ 12V.

*Cách thức hoạt động của mạch trong phần mềm proteus
* Tự Động:

- Trời sáng + không mưa
Tổng quát:

Hình 3.5 Sơ đồ mạch trong chế độ tự động


10

- Tín hiệu được truyền từ 2 cảm biến mưa và cảm biến ánh sáng

Hình 3.6 Cảm biến mưa và cảm biến ánh sáng
- Đèn sưởi lúc này được tắt:

Hình 3.7 Đèn sưởi khi tắt
- Chân In3 được bật, In4 được tắt và dộng cơ quay theo chiều ngược kim đồng hồ( tương
đương với việc quần áo được phơi ra).

Hình 3.8 Module L298


11
- Khi chạm cơng tắc hành trinh 2 thì động cơ dừng.

Hình 3.9 Hai cơng tắc hành trình
- Trời sáng+mưa:

Hình 3.10 Sơ đồ mạch
- Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng và cảm biến mưa.

12

Hình 3.11 Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng và mưa
- Đèn sưởi lúc này được tắt.

Hình 3.12 Đèn sưởi tắt
- Chân In3 tắt ,In4 bật làm cho động cơ chuyển động thuận chiều kim đồng hồ(tương
đương với thu đồ).

Hình 3.13 Module L298
- Khi chạm cơng tắc hành trình 1 thì động cơ dừng.


13

Hình 3.14 Hai cơng tắc hành trình

Hình 3.15 Sơ đồ mạch trong chế độ tự động.
- Khi trời tối( không mưa hay có mưa đều thu đồ)và có mưa thì bật đèn sưởi.
-Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng:

Hình 3.16 Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng
- Đèn sưởi được bật lên khi có mưa (tức là cảm biến mưa nhận giá trị là 0):


14

Hình 3.17 Đèn sưởi được bật lên
-Chân In3 tắt ,In4 bật làm cho động co chuyển động thuận chiều kim đồng hồ(tương đương
với thu đồ)

Hình 3.18 Module L298
- Khi chạm cơng tắc hành trình 1 thì động cơ dừng.

Hình 3.19 Hai cơng tắc hành trình
3.3.2 Chế độ vận hành bằng tay
- Khi ta muốn dùng chế độ vận hành bằng tay cũng như trên, ta gạt công tắc sang chế độ
vận hành bằng tay.


15

Hình 3.20 Cơng tắc 3 chân chuyển sang chế độ bằng tay
- Khi ở chế độ này động cơ sẽ được điều khiển bằng bộ điều chỉnh tốc độ động cơ DC và
đây là sơ đồ mạch :

Hình 3.21 Sơ đồ mạch điều khiển tốc độ động cơ.
- Đây là hình ảnh thực tế của bộ điều khiển tốc độ động cơ:

Hình 3.22 Bộ điều khiển tốc độ động cơ.


16
- Nhờ vào bộ điều khiển này, ta có thể tùy chỉnh vịng quay của động cơ thơng qua 3 nút
bấm ( thuận, nghịch, và dừng lại).
- Và ở mô hình giàn phơi thơng minh này chúng em có trang bị thêm bộ phận sấy khô quần
áo. Khi quần áo lâu ngày chưa khơ, thì chúng ta có thể bật máy sấy quần áo lên giúp quần
áo nhanh khô hơn.

*Cách thức hoạt động của mạch trong phần mềm proteus

*Chỉnh tay:
- Chế độ chỉnh tay nghịch

Hình 3.23 Bấm nút nghịch
- Khi ta bấm nút “nghịch” thì động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ và nhả ra thì dộng
cơ dừng
- Chế độ chỉnh tay thuận:


17

Hình 3.24 Bấm nút thuận
- Khi ta bấm nút “thuận” thì động cơ quay thuận chiều kim đồng hồ và nhả ra thì dộng cơ
dừng


18
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1 Kết quả đề tài.
- Bổ sung hình ảnh sau.
4.2 Đánh giá đề tài
❖ Ưu điểm
- Là một thiết bị tiêu dùng thông minh giúp giải quyết các vấn đề bất tiện khi phơi
quần áo, đặt biệt đối với những người ít có thời gian ở nhà thường xuyên - Thiết bị thiết
kế ở 2 chế độ hoạt động tạo sự tiện lợi và thoải mái cho người sử dụng.
- Linh hoạt và dễ dàng di chuyển.
- Tối ưu khá nhiều, gần với sản phẩm thực tế.
❖ Nhược điểm
- Các cảm biến trên máy cịn dừng lại ở mức mơ hình thử nghiệm chưa có thể hoạt
động chính xác so với thực tế .

- Khi cúp điện máy không thể hoạt động được
❖ Hướng phát triển
-Ðây là một đề tài khá mới mẻ, nên có nhiều hướng phát triển trong tương lai:
- Sản phẩm không chỉ dừng lại ở việc phơi quần áo mà nó có thể mở rộng hơn nữa với
quy mơ lớn như hệ thống phơi nông sản, hàng thủ công mĩ nghệ, các dây chuyền công
nghiệp …
4.3 Kết luận
- Với những đặc điểm và tính năng trên, hệ thống có thể trở thành sản phẩm tiêu dùng,
đáp ứng nhu cầu xã hội. Ðề tài mang tính hiện đại, thực tiễn cao và tính khả thi tốt
trong thực tế. Bên cạnh đó do thời gian nghiên cứu và kinh phí có hạn nên đề tài còn
nhiều vấn đề cần được cải tiến hơn nữa, hy vọng trong tương lai đề tài sẽ được cải thiện
hoàn chỉnh hơn và được ứng dụng rộng rãi hơn trong đời sống.


19
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lập trình vi điều khiển với Aruino.. Tác giả: Phạm Quang Huy – Lê Cẩm Nhung
2. Arduino dành cho người tự học. Tác giả:Nguyễn Trọng Hiếu, nhà xuất bản bách khoa
Hà Nội
3. Trang Web: Arduino 360.com. Và các tài liệu trên mạng…