Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện, điện tử thiết kế hệ thống mái che xếp di động thông minh

TỔNG QUAN VỀ MÁI CHE XẾP DI ĐỘNG THÔNG MINH HIỆN NAY

Tổng quan về các loại mái che hiện nay

Mái hiên, mái che là một trong những kiến trúc, vật dụng có tác dụng che mưa, nắng và tăng tính thẩm mỹ cho không gian sống.

Mái hiên nhà là một thiết kế mái che được gắn với tường ngoài của ngôi nhà, có chức năng che mưa nắng Nếu được thiết kế hài hòa với cấu trúc của ngôi nhà và không gian xung quanh, mái hiên không chỉ bảo vệ mà còn nâng cao vẻ đẹp ngoại thất cho ngôi nhà, quán cafe hay nhà hàng.

Mái che là cấu trúc bảo vệ khỏi mưa nắng, bao gồm cả mái hiên và có thể được sử dụng cho nhiều không gian như bể bơi, hồ cá, nhà xe, cửa hàng, nhà hàng và quán Thiết kế mái che đa dạng với các loại như cố định, di động và nhiều chất liệu khác nhau.

Mái hiên và mái che đều là những cấu trúc thiết yếu, có chức năng bảo vệ không gian bên dưới khỏi mưa nắng, đồng thời nâng cao tính thẩm mỹ cho ngôi nhà.

Mái hiên, hay còn gọi là mái che, là thiết bị có chức năng chính là bảo vệ công trình khỏi mưa nắng Dựa vào tính chất hoạt động, mái hiên được phân thành hai loại khác nhau.

Mái hiên và mái che cố định là những giải pháp hiệu quả để bảo vệ khỏi nắng mưa, được lắp đặt chắc chắn vào cấu trúc của ngôi nhà Loại mái che này không thể điều chỉnh kích thước trong quá trình sử dụng, mang lại sự ổn định và bền bỉ cho không gian sống.

Mái che và mái hiên di động là giải pháp che nắng mưa linh hoạt, có thể điều chỉnh kích thước theo nhu cầu sử dụng Với chi phí lắp đặt thấp và dễ dàng sửa chữa, mái hiên di động trở nên phổ biến Người dùng có thể điều chỉnh chúng bằng tay hoặc qua remote, phù hợp cho nhiều không gian như quán hàng và nhà để xe Ngoài ra, mái che còn có thể sử dụng với nhiều chất liệu khác nhau và lắp đặt bảng quảng cáo, mang lại tính tiện lợi và thẩm mỹ cho không gian.

Mái che cố định

Khi nhắc đến sản phẩm mái cố định, chúng ta thường nghĩ đến mái ngói, mái tôn, mái nhựa và mái hiên bằng kính cường lực Những sản phẩm này có cấu tạo chắc chắn và độ bền cao Tuy nhiên, mái cố định cũng tồn tại nhiều nhược điểm và bất tiện cần lưu ý.

+ Thời gian lắp đặt, thi công lâu

+ Kiểu dáng khá đơn điệu

+ Tháo dỡ rất phức tạp

Hình 1.1: Mái che cố định [1]

TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG

Đặt vấn đề

2.1.1 Khảo sát và phân tích hệ thống Đề tài: “Thiết kế hệ thống mái che xếp di động thông minh”

Sự phát triển của nền kinh tế và xã hội đã dẫn đến cải thiện đời sống người dân, kéo theo sự gia tăng xây dựng các nhà hàng, quán ăn và quán cà phê để đáp ứng nhu cầu ẩm thực ngày càng cao.

Mái che xếp thông minh hiện nay là lựa chọn phổ biến cho mái che ngoài trời với giá cả phải chăng Sản phẩm này không chỉ hiệu quả trong việc che nắng, che mưa mà còn đáp ứng đầy đủ các tiêu chí về chất lượng, thẩm mỹ và tính hiện đại Với cấu trúc đặc biệt và nhiều lợi ích, mái che xếp thông minh ngày càng được ưa chuộng và tin tưởng lựa chọn.

Dựa trên nhu cầu thực tế, tôi đã tiến hành khảo sát và đề xuất thiết kế cho "hệ thống mái che xếp di động thông minh", bao gồm các thành phần chính sau đây.

Dựa vào tín hiệu từ cảm biến mưa và cảm biến ánh sáng, bộ xử lý trung tâm sẽ xử lý thông tin và gửi tín hiệu điều khiển đến động cơ.

Khi cảm biến mưa phát hiện trời đang mưa hoặc cảm biến ánh sáng nhận tín hiệu trời đang nắng, mái che sẽ tự động mở ra, giúp bảo vệ không gian bên dưới khỏi các yếu tố thời tiết.

● Khi cảm biến mưa không phát hiện có mưa và cảm biến ánh sáng không có tín hiệu trời nắng khi đó mái che sẽ tự động thu lại.

Bên cạnh đó cảm biến quang sẽ phát hiện chuyển động và cảm biến ánh sáng đưa về giá trị trời tối đèn sẽ tự động bật

Khi nhấn nút mở mái che có tín hiệu: mái che sẽ mở ra

Khi nhấn nút thu mái che có tín hiệu: mái che sẽ thu lại

✔ Chế độ tự động chuyển sang nguồn dự phòng (Ắc quy) khi sự cố mất điện.

Giới thiệu chung về Arduino

2.2.1 Lịch sử hình thành của Arduino

Arduino đã tạo ra một cơn sốt trong cộng đồng DIY toàn cầu, tương tự như thành công của Apple trong lĩnh vực thiết bị di động Sự đa dạng và số lượng người dùng, từ học sinh đến sinh viên đại học, đã khiến ngay cả những người sáng lập cũng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến của nó.

Hình 2.1: Những thành viên khởi xướng Arduino [4]

Arduino là một nền tảng mã nguồn mở được nhiều sinh viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học danh tiếng như MIT, Stanford và Carnegie Mellon sử dụng Sự quan tâm từ Google, với việc phát hành bộ kit Arduino Mega ADK để phát triển ứng dụng Android tương tác với cảm biến và thiết bị khác, chứng tỏ tầm quan trọng và tiềm năng của Arduino trong lĩnh vực công nghệ.

Arduino là một bo mạch vi xử lý cho phép lập trình và tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ và đèn Điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển dễ sử dụng và ngôn ngữ lập trình dễ học, ngay cả với những người không có nhiều kiến thức về điện tử Sự phổ biến của Arduino còn đến từ mức giá phải chăng, chỉ khoảng $30, cho một board có 20 ngõ I/O, giúp người dùng dễ dàng điều khiển nhiều thiết bị khác nhau Tính chất nguồn mở của Arduino từ phần cứng đến phần mềm cũng góp phần tạo nên sức hút mạnh mẽ cho cộng đồng người dùng.

Arduino được phát triển tại thị trấn Ivrea, Ý, và mang tên vị vua King Arduin từ thế kỷ thứ 9 Sản phẩm này chính thức ra mắt vào năm

Arduino ra đời vào năm 2005 như một công cụ đơn giản dành cho sinh viên của giáo sư Massimo Banzi tại trường Interaction Design Institute Ivrea (IDII) Mặc dù không được tiếp thị rộng rãi, nhưng tin tức về Arduino đã nhanh chóng lan tỏa nhờ sự giới thiệu tích cực từ những người dùng đầu tiên Hiện tại, Arduino đã trở nên nổi tiếng đến mức nhiều người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi sản sinh ra nó.

Arduino đang ngày càng phổ biến trên toàn thế giới nhờ vào nhiều ứng dụng sáng tạo từ cộng đồng nguồn mở Tuy nhiên, tại Việt Nam, Arduino vẫn chưa được nhiều người biết đến.

Arduino là nền tảng mẫu mở về điện tử, bao gồm cả phần cứng lẫn phần mềm, cho phép lập trình và tương tác với môi trường thông qua cảm biến Thiết bị này giúp đơn giản hóa quá trình lắp ráp và điều khiển các linh kiện điện tử, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận công nghệ mà không cần nhiều kiến thức chuyên sâu Arduino nổi bật so với các nền tảng vi điều khiển khác nhờ tính dễ sử dụng và khả năng lập trình linh hoạt.

Lập trình Arduino hỗ trợ đa nền tảng, cho phép người dùng thực hiện trên nhiều hệ điều hành khác nhau như Windows, Mac OS, Linux trên máy tính để bàn và Android trên thiết bị di động.

+ Ngôn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu.

Arduino là một nền tảng mở, cho phép phần mềm chạy trên nó được chia sẻ dễ dàng và tích hợp linh hoạt vào nhiều nền tảng khác nhau.

+ Mở rộng phần cứng: Arduino được thiết kế và sử dụng theo dạng module nên việc mở rộng phần cứng cũng dễ dàng hơn.

+ Đơn giản và nhanh: Rất dễ dàng lắp ráp, lập trình và sử dụng thiết bị.

+ Dễ dàng chia sẻ: Mọi người dễ dàng chia sẻ mã nguồn với nhau mà không lo lắng về ngôn ngữ hay hệ điều hành mình đang sử dụng.

Arduino có nhiều module được thiết kế cho các ứng dụng khác nhau, bao gồm hai loại bo mạch: bo mạch chính với chip Atmega và bo mạch mở rộng chức năng Mặc dù các bo mạch chính tương tự về chức năng, nhưng chúng khác nhau về cấu hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ và kích thước Một số bo mạch còn tích hợp tính năng kết nối như Ethernet và Bluetooth, trong khi các bo mạch mở rộng chủ yếu nhằm bổ sung thêm chức năng cho bo mạch chính.

- Arduino là một board mạch Vi Điều Khiển sử dụng chip AVR 8bit như Atmega328, Atmega168, ATmega8 của Atmel.

Board mạch Arduino sử dụng vi xử lý 8-bit megaAVR của Atmel, với hai chip phổ biến là ATmega328 và ATmega2560 Những vi xử lý này hỗ trợ lập trình các ứng dụng điều khiển phức tạp nhờ vào cấu hình mạnh mẽ, bao gồm bộ nhớ ROM, RAM và Flash Ngoài ra, board còn tích hợp nhiều ngõ vào ra digital I/O, trong đó có nhiều ngõ hỗ trợ xuất tín hiệu PWM, đọc tín hiệu analog, và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, và TWI (I2C).

● EEPROM: 1KB (ATmega328) và 4KB (ATmega2560)

● SRAM: 2KB (Atmega328) và 8KB (Atmega2560)

● Flash: 32KB (Atmega328) và 256KB (Atmega2560)

❖ Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào:

Các board mạch Arduino được trang bị các cổng digital có khả năng cấu hình linh hoạt thành ngõ vào hoặc ngõ ra thông qua phần mềm Điều này cho phép người dùng dễ dàng điều chỉnh số lượng ngõ vào và ngõ ra theo nhu cầu của dự án.

Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, và trên Atmega2560 là 54.

Các board mạch Arduino được trang bị ngõ vào analog với độ phân giải 10-bit, cho phép chia điện áp thành 1024 mức khác nhau Chẳng hạn, với điện áp chuẩn 5V, độ phân giải đạt khoảng 0.5mV.

Số lượng cổng vào analog là 6 đối với Atmega328, và 16 đối với Atmega2560.

Với tính năng đọc analog, người dùng có thể đọc nhiều loại cảm biến như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, gyro, accelerometer…

❖ Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra:

Tương tự như các cổng vào digital, người dùng có thể cấu hình trên phần mềm để quyết định dùng ngõ digital nào là ngõ ra.

Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, và trên Atmega2560 là 54.

Trong số các cổng digital, người dùng có thể lựa chọn một số cổng để xuất tín hiệu điều chế xung PWM, với độ phân giải tín hiệu PWM đạt 8-bit.

Số lượng cổng PWM đối với các board dùng Atmega328 là 6, và đối với các board dùng Atmega2560 là 14.

PWM được ứng dụng rộng rãi trong viễn thông, xử lý âm thanh và điều khiển động cơ, đặc biệt là trong việc điều khiển động cơ servos cho các máy bay mô hình.

Giới thiệu các thiết bị sử dụng trong hệ thống

2.2.1.1 Khối nguồn chính (Adapter 12VDC, 5A)

Khối nguồn cung cấp năng lượng cho toàn bộ các hoạt động trong hệ thống. Khối nguồn quyết định thời gian sống lâu hay ngắn của thiết bị [6]

− Điện áp ngõ vào:100~240VAC, 50/60Hz.

− Điện áp ngõ ra: 12VDC

− Dòng điện ngõ ra tối đa: 5A

− Kiểu giắc ngõ ra: Chuẩn Jack DC tròn đường kính ngoài 5.5mm [6]

Ngoại trử kit vi điều khiển Arduino Nano, các thiết bị khác sử dụng nguồn 5V thông qua Module Buck DC to DC giúp dòng ra tối đa lên đến 3A.

Thông số kỹ thuật LM2596:

● Điện áp đầu vào: Từ 3V đến 30V.

● Điện áp đầu ra: Điều chỉnh được trong khoảng 1.5V đến 30V.

● Sử dụng IC LM2596 ADJ

● Dòng đáp ứng tối đa là 3A.

● Kích thước: 45 (dài) * 20 (rộng) * 14 (cao) mm

2.2.1.2 Khối nguồn dự phòng (ắc quy)

Nguồn điện dự phòng rất quan trọng cho hệ thống mái che xếp di động thông minh, đảm bảo cung cấp năng lượng cho các thiết bị khi lưới điện bị mất Hệ thống này sử dụng ắc quy 12V như nguồn dự phòng hiệu quả.

Ắc quy 12V là nguồn điện thứ cấp, chuyển hóa hóa năng thành điện năng để lưu trữ và cung cấp điện cho thiết bị Người dùng có thể tái sạc ắc quy bằng máy nạp, cho phép sử dụng nhiều lần trước khi thay thế Ắc quy còn được gọi bằng nhiều tên khác nhau như acquy, bình accu, bình ắc quy, ắc quy lưu điện, và ắc quy tích điện.

Cấu tạo của ắc quy:

Hình 2.10: Cấu tạo của bình ắc quy

Bên trong ắc quy được cấu tạo từ nhiều ngăn nhỏ, mỗi ngăn chứa các bản cực âm và dương Giữa các bản cực này có tấm chắn ngăn cách, giúp đảm bảo hiệu suất hoạt động của ắc quy.

2 bản cực được điền đầy bằng chất điện phân và được nối với nhau bằng thanh nối

Ắc quy được bảo vệ bởi một lớp vỏ bọc bên ngoài, với các cọc bình ở phía trên để kết nối với tải hoặc nối các ắc quy với nhau Đối với các ắc quy hở, còn có nút thông hơi trên bề mặt bình nhằm thoát khí ra môi trường.

Nguyên lý hoạt động của ắc quy:

Khi thiết bị tiêu thụ điện được kết nối với bình ắc quy, quá trình phóng điện diễn ra Trong quá trình này, phản ứng hóa học xảy ra giữa hai cực của ắc quy, cung cấp năng lượng cho thiết bị.

+ Tại cực dương: 2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O + O2

+ Tại cực âm: Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2

+ Phản ứng toàn bình: Pb+PbO2+2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O

Quá trình phóng điện kết thúc khi mà PbO2 ở cực dương và Pb ở cực âm hoàn toàn chuyển thành PbSO4 1[7]

Hình 2.11: Nguyên lý phóng điện của ắc quy [7]

●Nạp điện: Khi có dòng điện nạp vào bình ắc quy: Xảy ra quá trình nạp điện.

Do tác dụng của dòng điện nạp, bên trong ắc quy sẽ xảy ra phản ứng ngược lại so với chiều phản ứng thông thường, dẫn đến phản ứng tổng hợp trong toàn bộ bình.

Kết thúc quá trình nạp thì ắc quy trở lại trạng thái ban đầu: Cực dương gồm: PbO2, cực âm là Pb.

Hình 2.12: Nguyên lý nạp điện của ắc quy [7]

2.2.2 Khối xử lý trung tâm

Board Arduino Nano có thiết kế và số lượng chân vào ra tương tự như Arduino Uno, nhưng được thu nhỏ kích thước để tiện lợi hơn Với kích thước gọn nhẹ, Arduino Nano chỉ hỗ trợ nạp code và cung cấp điện qua một cổng mini USB duy nhất.

Hình 2.13: Sơ đồ chân Arduino nano [8] a Thông số kỹ thuật chi tiết

- Điện áp đầu vào (khuyến nghị) 7-12 V

- Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20 V

- Chân vào/ra số 14 (6 chân có khả năng xuất ra tín hiệu PWM)

- Dòng điện mỗi chân vào/ra 40 mA

- Bộ nhớ 16KB (ATmega168), 32KB (ATmega328) trong đó 2 KB dùng để nạp bootloader

- SRAM 1KB (ATmega168) hoặc 2KB (ATmega328)

- EEPROM 512 bytes (ATmega168) hoặc 1 KB (ATmega328)

Arduino Nano có thể được cấp nguồn qua cổng USB hoặc từ nguồn ngoài, với khả năng tự động chọn nguồn nuôi Ngoài ra, nó cũng có thể sử dụng nguồn từ bộ chuyển đổi.

Bo mạch có thể hoạt động với nguồn AC hoặc từ pin, với điện áp từ 6-12V Tuy nhiên, nếu nguồn cấp không đạt tối thiểu 7V, chân 5V có thể không cung cấp đủ điện áp, dẫn đến hoạt động không ổn định Nếu điện áp vượt quá 12V, bộ biến áp có thể bị nóng, gây ảnh hưởng đến mạch.

Chân Vin trên mạch Arduino cho phép cấp điện áp từ nguồn ngoài, khác với 5V từ kết nối USB hoặc bộ nguồn khác Người dùng có thể cung cấp nguồn cho chân này thông qua các jack cắm nguồn.

- Chân 5V: Chân cấp điện áp ra 5V từ bộ điều chỉnh điện áp của bo mạch.

- Chân 3,3V: Chân cấp điện áp ra 3,3V từ bộ điều chỉnh điện áp.

- Chân GND: Chân nối đất.

Chân IOREF cung cấp điện áp tham chiếu cho vi điều khiển, cho phép các shied cấu hình đúng đọc điện áp này để chọn nguồn điện phù hợp Điều này giúp biến đổi điện áp để hoạt động hiệu quả với 5V hoặc 3,3V, với khuyến nghị nguồn điện từ 7-12V.

Arduino Nano có 20 chân vào ra tín hiệu số, có thể sử dụng làm chân Input hoặc Output thông qua các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() Thiết bị hoạt động ở mức điện áp 5V, với mỗi chân có khả năng cung cấp hoặc nhận tối đa 40mA và có trở kéo nội từ 20-50Kohm Ngoài ra, một số chân còn có chức năng đặc biệt.

Chân TTL được sử dụng để nhận (RX) và truyền (TX) dữ liệu nối tiếp, cho phép cấu hình để kích hoạt ngắt ở mức thấp, sườn lên hoặc sườn xuống.

- Chân 13: Được nối với một led khi chân này ở mức cao đèn sáng, khi ở mức thấp đèn tắt.

- Có một cặp chân khác trên bo:

- Chân AREF: Tham chiếu điện áp cho đầu vào analog Sử dụng hàm analog Reference ().

- Chân RESET: Nối đường dây xuống low để reset vi xử lý [8]

Mạch cảm biến mưa gồm 2 bộ phận:

• Bộ phận phát hiện mưa gắn ngoài trời

• Bộ phận mô-đun điều khiển, so sánh giá trị tương tự và chuyển đổi nó thành một giá trị kỹ thuật số

● Thời gian đáp ứng: ≤100mS

● Đầu ra: tín hiệu mức cao / thấp và tín hiệu tương tự

● Nhiệt độ làm việc: 0-60 °C (nhiệt độ danh định 20 °C)

● Độ ẩm làm việc: dưới 95% RH không ngưng tụ (độ ẩm danh nghĩa 65% RH)

● Độ nhạy cảm biến độ ẩm có thể được điều chỉnh bởi chiết áp

● Tín hiệu đầu ra của bảng có thể được kết nối trực tiếp với cổng IO của bộ vi điều khiển hoặc chuyển đổi ADC.

● Độ chính xác phát hiện độ ẩm là ± 5% RH [9]

Hình 2.15: Mô-đun điều khiển cảm biến mưa

● Chân VCC: kết nối với nguồn 5V

● Chân A0: chân tín hiệu đầu ra dạng tương tự

● Chân D0: chân tín hiệu đầu ra dạng số

Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của cảm biến ngoài trời với giá trị định trước, có thể điều chỉnh qua biến trở Tín hiệu đóng ngắt rơ le được phát ra qua chân D0, cho phép sử dụng chân digital để đọc tín hiệu từ cảm biến Khi trời không mưa, chân D0 duy trì mức cao (5V), còn khi có nước trên bề mặt cảm biến, đèn LED đỏ sẽ sáng và chân D0 sẽ giảm xuống mức thấp (0V).

2.2.3.2 Cảm biến ánh sáng BH1750FVI

Lux (ký hiệu: lx) là đơn vị đo độ rọi trong hệ SI, dùng để đánh giá cường độ ánh sáng mà mắt người cảm nhận được Đây là một đơn vị dẫn suất, được định nghĩa dựa trên các đơn vị cơ bản hơn, và được tính bằng quang thông trên một đơn vị diện tích.

1 lx = 1 lm/m² lm (lumen): đơn vị đo quang thông trong SI.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁI CHE XẾP DI ĐỘNG THÔNG MINH 53 3.1 Sơ đồ khối hệ thống

Chức năng các khối

Khối nguồn chính cung cấp nguồn ổn định 5VDC và 12VDC cho toàn bộ hệ thống, bao gồm khối cảm biến, khối xử lý và khối đối tượng điều khiển.

● Khối cảm biến : Nhiệm vụ của khối cảm biến là thu tín hiệu và xử lý thông tin sản phẩm để truyền về khối điều khiển trung tâm.

Khối xử lý trung tâm đóng vai trò quan trọng trong việc lấy dữ liệu từ khối cảm biến để xác định trạng thái hiện tại của hệ thống Nó không chỉ xử lý dữ liệu thu được mà còn phát tín hiệu điều khiển cho động cơ Sự hoạt động nhịp nhàng và hiệu quả của hệ thống phụ thuộc nhiều vào khối điều khiển này.

Khối đối tượng điều khiển nhận dữ liệu từ cảm biến, sau đó khối điều khiển trung tâm sẽ xử lý tín hiệu và xác định trạng thái điều khiển Kết quả này sẽ được gửi đến các thiết bị điều khiển như động cơ và bóng đèn.

Khối nguồn dự phòng, hay còn gọi là ắc quy, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống khi xảy ra sự cố mất điện từ nguồn chính Điều này giúp đảm bảo rằng hệ thống vẫn hoạt động bình thường và không bị gián đoạn.

Nguyên lý hoạt động

Khi cảm biến nhận thấy trời mưa hoặc nắng, bộ xử lý trung tâm sẽ nhận tín hiệu và điều khiển động cơ mở mái bạt xếp Ngược lại, khi thời tiết không còn mưa hoặc nắng, bộ xử lý sẽ gửi tín hiệu để động cơ thu mái bạt xếp lại.

Khi cảm biến nhận diện trời tối và có người, hệ thống sẽ tự động bật đèn Ngược lại, khi không có người hoặc trời sáng, hệ thống sẽ tự động tắt đèn.

❖ Chế độ điều khiển bằng tay:

Công tắc gạt: công tắc gạt có chức năng chuyển từ chế độ điều khiển tự động sang điều khiển chế độ bằng tay

Nút bấm 1: nút bấm 1 có chức năng mở mái bạt xếp.

Nút bấm 2: nút bấm 2 có chức năng thu mái bạt xếp.

Nút bấm 3: nút bấm 3 có chức năng dừng mái bạt khi mái bạt xếp đang thực hiện thu hoặc mở mái bạt.

Nút bấm 4: nút bấm 4 có chức năng bật tắt bóng đèn.

Thiết kế phần cứng

❖ Sơ đồ nguyên lý khối nguồn

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn

Nguồn 12V-2A được hạ xuống nguồn 5V-2A qua Module hạ áp LM2596 đi cấp nguồn nuôi cho toàn hệ thống.

❖ Sơ đồ nguyên lý mạch sạc và chuyển nguồn tự động

Nguồn DC 12V được cấp vào chân IN + và IN - của mạch sạc ắc quy XH-M604, trong khi chân BAT+ và BAT - được kết nối với cực dương (+) và cực âm (-) của ắc quy để tiến hành sạc Mạch sạc này được trang bị hai nút bấm cho phép người dùng thiết lập giá trị bắt đầu sạc và ngưỡng đầy của ắc quy, giúp mạch tự động ngắt sạc khi ắc quy đã đầy.

Hình 3.3: Sơ đồ mạch sạc ắc quy và chuyển nguồn tự động

Mạch chuyển nguồn tự động sử dụng nguồn DC 12V cấp vào chân DC + và DC - để kết nối với ắc quy dự phòng qua chân BAT + và BAT - Đầu ra OUT + và OUT - được kết nối với LM2596 để cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống Trong chế độ hoạt động bình thường, mạch sử dụng nguồn chính DC 12V, và khi xảy ra sự cố mất điện, mạch sẽ tự động chuyển sang nguồn dự phòng từ ắc quy 12V.

❖ Sơ đồ nguyên lý cảm biến mưa

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý cảm biến mưa

Module cảm biến mưa bao gồm một lá chắn để phát hiện mưa, được kết nối với module chuyển đổi tín hiệu qua chân dương (+) và chân GND (-) Các chân A0 và D0 của module chuyển đổi tín hiệu được kết nối với A0 và D2 của vi điều khiển Arduino Nano, đồng thời thiết bị sử dụng nguồn ngoài 5V để hoạt động.

❖ Sơ đồ nguyên lý cảm biến ánh sáng (BH1750)

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý cảm biến ánh sáng

Chân SCL và SDA của module cảm biến ánh sáng BH1750 được kết nối với chân A5 và A4 của vi điều khiển, đồng thời sử dụng nguồn 5V bên ngoài để cấp điện cho thiết bị Ngoài ra, cần thêm 2 điện trở 4k7 để giảm nhiễu tín hiệu từ cảm biến.

❖ Sơ đồ nguyên lý khối điểu khiển động cơ

Động cơ được cấp nguồn 12V thông qua module điều khiển L298N, với chân IN3 và IN4 kết nối đến chân D9 và D10 của Arduino Nano Ba nút bấm chức năng được kết nối với chân D3, D4 và D5, tương ứng với các chức năng mở mái bạt, thu mái xếp và dừng khẩn cấp Ngoài ra, hai công tắc hành trình tiến và lùi được kết nối với chân D11 và D12 của vi điều khiển Để chống nhiễu và dội phím, các nút bấm được nối tiếp với trở 1k.

❖ Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bóng đèn

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bóng đèn

Arduino Nano điều khiển đèn thông qua giao tiếp RS232 (RX, TX, GND) để nhận tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại Cảm biến hồng ngoại hoạt động với nguồn 5V, và chân tín hiệu của nó được kết nối với chân D7 của vi điều khiển Để bảo vệ mạch khỏi điện áp ngược, diode được mắc nối tiếp với nguồn 5V.

❖ Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ thống mái che xếp di động thông minh

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ thống mái che xếp

Thiết kế phần cơ khí

Hệ thống mái che xếp di động thông minh bao gồm các thành phần chính như khung mái che, thanh sáo (thanh đỡ mái che), bi treo, puly, động cơ và mái che.

Hình 3.9: Mô hình mái che xếp di động

❖ Hình chiếu cạnh mô hình hệ thống mái che xếp di động thông minh

Hình 3.10: Hình chiếu cạnh của mô hình mái che xếp di động thông minh

Mô hình mái che xếp được thiết kế với 2 thanh ray dài 105cm và cao 55cm, bao gồm 7 thanh sáo có kích thước mỗi thanh 40cm Mái che được chia thành 6 khoảng, mỗi khoảng cách nhau 14,5cm, với tổng chiều dài toàn bộ mái là 87cm.

❖ Hình chiếu đứng mô hình hệ thống mái che xếp di động thông minh

Hình 3.11: Hình chiếu đứng mô hình mái che xếp di động thông minh

Mái che xếp di động thông minh có kích thước chiều cao 55cm và chiều rộng 40cm Động cơ của mái che được lắp đặt trong một hộp sắt kích thước 5x5cm, được đặt cách mặt đất 14cm.

❖ Hình chiếu bằng mô hình hệ thống mái che xếp di động thông minh

Hình 3.12: Hình chiếu đứng mô hình hệ thống mái che xếp di động thông minh

Mô hình mái che xếp di động thông minh có kích thước 105cm chiều dài, 40cm chiều rộng và 55cm chiều cao Nó được trang bị hệ thống 7 puly nối dây, giúp thu gọn và kéo mái che một cách dễ dàng.

❖ Mô hình tổng quan hệ thống mái che xếp di động thông minh

Hình 3.13: Mô hình tổng quan hệ thống mái che xếp di động thông minh

Lưu đồ thuật toán

 Lưu đồ thuật toán chế độ điều khiển bằng tay

Hình 3.14: Lưu đồ thuật toán chế độ điểu khiển bằng tay

 Lưu đồ thuật toán chế độ điều khiển tự động

Hình 3.15: Lưu đồ thuật toán chế độ điều khiển tự động

 Lưu đồ thuật toán toàn hệ thống

Hình 3.16: Lưu đồ thuật toán toàn hệ thống

Một số hình ảnh kết quả

Hình 3.18: Hình ảnh mạch điều khiển sau khi hoàn thành

Hình 3.19: Hình ảnh mạch chuyển nguồn, mạch sạc ắc quy và nút bấm

Trong Chương III, tôi đã trình bày các giải pháp tối ưu cho hệ thống, bao gồm sơ đồ khối, sơ đồ mạch nguyên lý và sơ đồ mạch in Bên cạnh đó, tôi cũng đã thiết kế phần cơ khí và hoàn thành mô hình "mái che xếp di động thông minh".

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

 Trong quá trình thực hiện đồ án em đã thu được các quả kết sau:

 Đã đưa ra được giải pháp xây dựng hệ thống điều khiển mái che xếp di động thông minh

 Hiểu biết thêm về các linh kiện điện, điện tử.

 Có khả năng tư duy thuật toán và làm việc độc lập Biết phân bổ thời gian làm việc một cách hợp lý.

 Phân tích yêu cầu bài toán đặt ra, thiết kế được hệ thống mái che xếp di động thông minh.

 Hiểu thêm rõ về thiết kế cơ khí, cơ cấu vận hành của hệ thống mái che xếp trong thực tế.

 Biết thiết kế mạch điện tử trên phần mềm proteus, Fritzing và phần mềm Arduino IDE.

 Đã đưa ra phương án và giải quyết được vấn đề đảm bảo hệ thống hoạt động bình thường khi sự cố mất điện.

2 Hướng phát triển của đề tài

 Trong tương lai em muốn phát triển hệ thống thêm:

 Tích hợp thêm chức năng điều khiển hệ thống qua wifi.

 Thay thế nguồn dự phòng ắc quy bằng nguồn pin mặt trời sử dụng khi sự cố mất điện.

 Sử dụng các loại cảm biến có độ chính xác cao hơn để hệ thống có độ ổn định cao.