Gìan phơi đồ thông minh dùng arduino

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

Đề tài: GIÀN PHƠI ĐỒ THÔNG MINH DÙNG
ARDUINO

NGUYỄN CHÍ CƯỜNG
TRẦN NGỌC HỮU ÁI


Bình Dương, tháng 04 năm 2016


Mục lục

TRAN


Trang bìa....................................................................................................................................
MỤC LỤC...................................................................................................................................
DANH MỤC HÌNH......................................................................................................................
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................................


DANH MỤC HÌNH


LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của khoa Điện - Điện tử trường đại hoc

Thủ Dầu Một và sự đồng ý của thầy hướng dẫn Văn Hoàng
Phương chúng em đã thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học sinh
viên “ Giàn phơi đồ thông minh dùng Arduino”
Xin chân thành cám ơn thầy Văn Hồng Phương đã tận
tình, chu đáo hướng dẫn chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian
qua.
Mặt dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một các
hoàn chỉnh nhất. Tuy nhiên do lần đầu thực hiện nghiên cứu
khoa học khó tránh khỏi những sai sót nhất định mà bản thân
chưa nhận thấy được. Chúng em rất mong được sự góp ý của
q thầy, cơ để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn.
Sau cùng, chúng em xin kính chúc q thầy cơ thật dồi dào
sức khoẻ và thành công trên con đường sự nghiệp giảng dạy.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !!!


CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 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 thời tiết mưa, âm u luôn là nỗi ám ảnh của nhiều người và nhất là
các bà nội trợ khi mà quần áo phơi mãi mà khơng khơ, thậm chí là phơi đến
hàng tuần mà quần áo vẫn bị ẩm cịn kèm theo mùi hơi khó chịu. Vậy phải
làm sao để đối phó với tiết trời như thế này, làm sao để quần áo nhanh khơ
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 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 mơt thiết bị phơi đồ thơng 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.

7


Là một sinh viên ngành Điện - 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

1. Thiết kế cấu trúc sơ đồ khối

2. Thi công phần cứng - phần mềm
3. Hướng dẫn sử dụng phần cứng
1.5.

Đối 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

Tham khảo tài liệu: chủ yếu là kham khảo chi tiết các 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 điện - điên tử như máy hàn

máy khoan , máy tính, đồng hồ VOM... để thực hiện đề tài này còn phải
thiết kế một số mạch phụ hay dùng testboard để thử nghiệm và mô phỏng
3D.

8


CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ ARDUINO R3
2.1. Tổng quan về Arduino:

Axduino Leonardo

Axduino Uno

Axduino Robot

Arduino Esploxa

LilyPad Axduino USB

LilyPad Arduino

Arduino Yún

Axduino Due

Axduino Mega
ADK

Axduino Ethernet

LilyPad Axduino

LilyPad Axduino

Axdu1no Tre

Axdu1no
Micro

Axduino Mega
2560

Axduino Mini

Arduino Nano

Ardumo Pro Mini

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, ...

- Arduino khơng phải lập trình từ A đến Z. Mỗi thứ 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.
2.2.

-

Một vài ứng dụng của Arduino

Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm,
gia tốc, vận tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước,

phát hiện chuyển động, phát hiện kim loại, khí độc,.),.
Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,.).

9


- Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác
hoặc các kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth,
315/433Mhz, 2.4Ghz,...), ...
- Định vị GPS, nhắn tin SMS,.
2.3. Tổng quan về Arduino UNO R3:

Hình 2.2 : Mạch Arduino R3 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


* Một vài thơng số của Arduino UNO R3

Hình 2.3 - Sơ đồ khối của Arduino R3

Vi điều khiển

ATmega328 họ 8bit

Điện áp hoạt động

5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động

16 MHz

Dòng tiêu thụ

khoảng 30mA

Điện áp vào khuyên dùng

7-12V DC
11


Điện áp vào giới hạn

6-20V DC

Số chân Digital I/O

14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog

6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi
chân I/O

30 mA

Dòng ra tối đa (5V)

500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V)

50 mA
32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader

Bộ nhớ flash

12


SRAM

2 KB (ATmega328)

EEPROM

1 KB (ATmega328)

Arduino R3
Hình 2.4 - Vi xử lý ATmega328 của Arduino R3

- Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,
Bộ vi điều khiển của

2.3.1.

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,... hay những ứng
dụng khác mà bạn có thể tra cứu trên mạng.
2.3.2.

Nguồn cho vi mạch:

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thơng qua cổng USB hoặc cấp
nguồn ngồi với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V.
Thường thì cấp nguồn bằng pin vng 9V là hợp lí nhất nếu bạn khơng có sẵn
nguồn từ cổng USB. Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ
làm hỏng Arduino UNO.
2.3.3.

Các chân năng lượng:

- 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.

-

IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể
được đo ở chân này. Nhưng không được lấy nguồn từ chân này để sử
dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.
13


-

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 10KQ.

2.3.4.

Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:
-

32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn 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 nhưng đừng lo, bạn hiếm khi
nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu.

-

2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn
khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây. Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng
cần nhiều bộ nhớ RAM. Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ
RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm. Khi mất điện, dữ liệu trên
SRAM sẽ bị mất.

2.3.5. Các cổng vào/ra

Hình 2.5 - Các cổng vào ra của Arduino
Arduino UNO có 14 chân digital. Với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân
là 40mA. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up (treo áp lên 5V) từ được cài
đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này khơng
được kết nối).
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
-

2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit - TX) và nhận
(receive - RX) dữ liệu TTL Serial.

-

Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM.
Bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay
14


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). Ngồi các
chức năng thơng thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu
bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.

-

Arduino UNO có 6 chân analog (A0

A5) 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.
Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp
I2C/TWI với các thiết bị khác.
2.3.1.

Các tập lệnh của Arduino

Arduino có thể dùng vào rất nhiều ứng dụng thú vị khác nhau.Rất đơn giản, chỉ
cần phần mềm IDE, một dây kết nối USB loại A-B, và một bo mạch Arduino là có thể bắt
đầu.
Ngơn ngữ lập trình của Arduino chính là C/C++, nhưng so với lập trình lập trình
trực tiếp với vi điều khiển, lập trình với Arduino đơn giản hơn nhiều vì chỉ phải giao tiếp
với phần cứng thông qua các thư viện, có khá nhiều các library viết sẵn để điều khiển
ngoại vi: LCD, sensor, motor... nên việc bạn cần làm chỉ là kết hợp chúng với nhau để tạo
ứng dụng cho riêng bạn
Phân tích chương trình: có 2 method quan trọng nhất là setup() và loop().

•

setup() làm nhiệm vụ khởi tạo mode cho các ngoại vi của Arduino. Hàm này sẽ được
chạy một lần khi bo mạch Arduino được reset. Ở chương trình này, setup() chỉ làm
nhiệm vụ đặt các chân 4,5,6,7 của Arduino sang mode output.

•

loop() là chương trình chính của Arduino. Đoạn code trong loop() sẽ được Arduino
chạy vô hạn. Trong chương trình này, có hàm digitalWrite() để đặt các chân (pin) ở
mức điện áp cao (HIGH) hay thấp (LOW). Hàm tiếp theo là delay(), nhận đối số là
một số nguyên, thẻ hiện số mili giây ta muốn chương trình tạm ngưng.
Nhưng đầu tiên phải khai báo thư viện giao tiếp với module, các chân giao tiếp.

Trong hàm void setup phải khai báo chân đó là nhận hay xuất tín hiệu từ bo Arduino. Đối
với các lệnh điều kiện trong đó có nhiều câu lệnh ta khơng cần chấm phẩy phía sau như
các ngơn ngữ khác.

15


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ ĐỀ TÀI

Ý tưởng thiết kế

16


- Khi thời tiết mưa, âm u luôn là nỗi ám ảnh của nhiều người và nhất là
các bà nội trợ khi mà quần áo phơi mãi mà không khô, thậm chí là phơi đến

hàng tuần mà quần áo vẫn bị ẩm cịn kèm theo mùi hơi khó chịu. Vậy phải
làm sao để đối phó với tiết trời như thế này, làm sao để quần áo nhanh khô
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 ngay cả khi trời mưa, trời
âm u.
Hình 3.2 - Sơ đồ khối của giàn phơi đồ

Khối điều khiển
động cơ

Khối vận
hành

CIOIO OIOIO JOIOIO OIOIO

QQC UNO),
RX I I ARDUINO

Khối hiển thị


3.2.3.

Chức năng của từng khối

❖ Khố'i nguồn: cung cấ'p nguồn cho các hệ thố'ng hoạt động. Nguồn được
sử dụng là nguồn 12V/5A. Khi muốn cung cấp nguồn cho Arduino, cảm
biến và các relay ta sử dụng IC 7805 để biến đổi nguồn thành 5V. Sơ đồ
mạch như sau:

❖ Khối vận hành: dùng Relay.

- Chế độ vận hành tự động:

18


Hệ thống được tự động hố hồn tồn thành một chuỗi kín. Khi có mưa
hệ thống sẽ thu đồ vào, nhờ cảm biến mưa truyền tín hiệu đến mạch xử lý
chính, mạch chính sẽ gửi tín hiệu qua các relay để thu đồ vào và tương tự hệ
thống sẽ phơi đồ khi hết mưa. Ngồi ra hệ thống cịn có chức năng sấy đồ khi
trời mưa mà đồ vẫn chưa khơthơng qua việc nhận tín hiệu từ cảm biến độ ẩm.
Q trình này được xử lý hồn tồn bởi bộ Arduino R3 và các IC cảm biến.

Hình 3.5 - Lưu đồ giải thuật cho bài toán
* Khối điều khiển động cơ

19


•

Relay trung gian 2: động cơ đóng cửa

•
•
•

Relay trung gian 3: động cơ đưa giàn ra

-

Trường hợp 1: Khi có tín hiệu vào relay 1, cửa giàn phơi đồ sẽ mở ra cho

Relay trung gian 4: động cơ kéo giàn vào
Relay trung gian 5: máy sấy 220V
đến khi gặp công tắc hành trình 1 tác động này ngắt tiếp điềm thường
đóng (relay 1 ngưng kích) động cơ đẩy cửa ra dừng lại, đồng thời cửa
cũng đóng tiếp điểm thường hở (relay 3 kích) giàn phơi được kéo ra ngồi
chạy đến điểm cuối tác động cơng tắc hành trình 2 ( relay 3 ngưng kích)
động cơ kéo giàn ra ngừng

-

Trường hợp 2: Khi có tín hiệu vào relay 4 giàn phơi sẽ được kéo vào sau
đó đến tác động cơng tắt hành trình 3 làm ngắt tiếp điểm thường đóng
(relay 4 ngưng kích) động cơ kéo cửa vào dừng, đồng thời đóng tiếp điểm
thường hở (relay 2 kích) động cơ cửa được đẩy vào và chạy đến điểm
cuối tác động công tắt hành trình 4 (relay 2 ngưng kích) động cơ đẩy cửa
vào dừng.

Khi có tín hiệu vào relay thứ 5, relay kích hoạt máy sấy để sấy đồ
Các tín
hoạt
động
hiệu
tự động)
cung cấp
haycho

cung
relay
cấp trực
được tiếp
lấy từ
(nếu
cácmáy
cảmhoạt
biếnđộng
(nếubằng
máy
tay)

20


CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
4.1.
4.1.1.

Kết quả đề tài
Thi cơng cơ khí

Hình 4.1 - Thi cơng phần cứng

4.1.2.

Hình 4.2 - Mạch động lực điều khiển
Kết nối sản phẩm

Kết nối các module và khí cụ điện lại với nhau thành một hệ thống hoàn
chỉnh.


Hình 4.3 - Sản phẩm đề tài
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 duy chuyển, vật liệu bền chụi được mọi thời tiết
* Nhược điểm

- Các cảm biến trên máy còn 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
- Không thể duy chuyển tự động theo hướng ánh nắng mặt trời, chưa thể
sử dụng ở các gia đình có khu vực giếng trời

❖

Hướng phát triển

Đây là một đề tài khá mới mẻ, nên có nhiều hướng phát triển trong tương
lai:


-

Cần mở rộng hơn nữa để máy có thể tự duy chuyển theo hướng nắng
phù hợp với mọi nơi cần sử dụng.

-

Có thể nhận biết cường độ ánh sáng để thực hiện việc mang đồ vào ra
cho phù hợp.

-

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. Đề 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


PHỤ LỤC 1: CÁC LOẠI RELAY
1.1.

Relay điện tử 5V, 5 chân

- Cấu tạo Relay gồm 2 phần:
+ Cuộn hút:
- Tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình.
- Điện áp làm việc Relay ra DC: 5V
+ Cặp tiếp điểm:
- Khi khơng có từ trường ( ko cấp điện cho cuộn dây). Tiếp điểm 1 được
tiếp xúc với 2 nhờ lực của lò xo. Tiếp điểm thường đóng.
- Khi có năng lượng từ trường thì tiếp điểm 1 bị hút chuyển sang 3.
- Trong Relay có thể có 1 cặp tiếp điểm, 2 cặp tiếp điểm hoặc nhiều hơn.
+Trạng thái hoạt động:
-

0 ( 0V): Bật Relay

-

1 ( 5V): Ngắt Relay

-

Kích thước Module: 54x70MM

-

Hold 3MM


1.2.

Relay trung gian 12V ,14 chân

Thơng số kỹ thuật:
mơ hình

lhh54p

kích thước

27,3 x 21 x 35.2mm

liên hệ với

hình thức

4Z hoặc 4c

vật liệu

hợp kim bạc

hiệu suất kháng

3a/28vdc 3a/240vac
& Le;100m& omega;

kháng cự tại 6
VDC 1a
cuộn dây điện tại
23& #8451;
1 TỶ

-»- ■ TV

X

cuộn dây điện áp

Dc( w)

& Le;0.9W

Ac( va)

& Le;1.2va

Dc( v)

6~220v

Ac( v)

6~380v

dc& Le;75%ac& Le;80%

Lựa chọn- lên điện áp tại 23& #8451;
phát hành điện áp tại 23& #8451;

dc& ge;10& permil;ac& ge;30%

tối đa điện áp tại 23& #8451;

110%

giữa các cửa địa

& ge;1000 VAC 50hz/1min rò rỉ