Đồ án 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 thiết kế mái che được gắn với tường ngoài của căn nhà, có chức năng che mưa nắng Khi được thiết kế hài hòa với cấu trúc của ngôi nhà và không gian xung quanh, mái hiên không chỉ bảo vệ mà còn góp phần làm đẹp cho ngoại thất, tạo điểm nhấn cho cửa nhà, quán cafe hay nhà hàng.

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

Mái hiên và mái che là những cấu trúc kiến trúc có chức năng chính là bảo vệ không gian bên dưới khỏi mưa nắng, đồng thời đảm bảo tính thẩm mỹ cho ngôi nhà.

Mái hiên, hay còn gọi là mái che, là thuật ngữ chỉ những 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.

Mái hiên và mái che cố định là những giải pháp 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 về chiều dài, chiều rộng hay chiều cao trong suốt quá trình sử dụng.

Mái che và mái hiên di động là giải pháp che nắng mưa linh hoạt, có khả năng điều chỉnh kích thước theo nhu cầu sử dụng Với chi phí lắp đặt thấp và dễ dàng sửa chữa, sản phẩm này ngày càng được ưa chuộng Người dùng có thể điều chỉnh mái hiên bằng tay quay hoặc remote, tạo không gian thoải mái dưới mái che Được làm từ nhiều chất liệu khác nhau, mái hiên di động cũng thích hợp cho việc quảng cáo và sử dụng trong các không gian như quán hàng hay nhà để xe.

Mái che cố định

Dòng sản phẩm mái cố định hiện nay bao gồm mái ngói, mái tôn, mái nhựa và mái hiên bằng kính cường lực, tất cả đều có cấu trúc bền vững Mặc dù sở hữu độ bền cao, nhưng các loại mái cố định này vẫn gặp nhiều nhược điểm và bất tiện trong quá trình sử dụng.

+ 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 góp phần cải thiện đời sống người dân, dẫn đến nhu cầu gia tăng về ẩm thực Do đó, số lượng nhà hàng, quán ăn và quán cà phê ngày càng nhiều, đáp ứng nhu cầu ăn uống của cộng đồng.

Mái che xếp thông minh đang trở thành lựa chọn phổ biến cho mái che ngoài trời giá rẻ, nhờ vào khả năng che mưa, che nắng hiệu quả Sản phẩm này không chỉ đáp ứng các tiêu chí về chất lượng và thẩm mỹ, mà còn mang tính hiện đại Với cấu tạo đặc biệt và nhiều lợi ích, mái che xếp thông minh ngày càng được nhiều người tin tưởng lựa chọn.

Dựa trên nhu cầu thực tế, tôi đã tiến hành khảo sát và đề xuất thiết kế “hệ thống mái che xếp di động thông minh” với các thành phần cấu trúc được tối ưu hóa.

Dựa vào tín hiệu từ cảm biến mưa và cảm biến ánh sáng, bộ xử lý trung tâm sẽ phân tích và phát tín hiệu cho động cơ hoạt động.

Khi cảm biến mưa phát hiện trời đang mưa hoặc cảm biến ánh sáng nhận tín hiệu trời nắng, mái che sẽ tự động mở ra.

● 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 nên cơn sốt trong cộng đồng DIY toàn cầu trong những năm gần đây, tương tự như thành công của Apple trong lĩnh vực thiết bị di động Số lượng người dùng đa dạng, từ học sinh đến sinh viên đại học, đã khiến ngay cả những người sáng lập cũng phải ngạc nhiên trước 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 ưa chuộng bởi sinh viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học hàng đầu như MIT, Stanford và Carnegie Mellon Sự quan tâm này còn được củng cố khi Google phát hành bộ kit Arduino Mega ADK, hỗ trợ phát triển ứng dụng Android tương tác với cảm biến và thiết bị khác.

Arduino là một bo mạch vi xử lý cho phép lập trình 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, phù hợp cho cả những người mới bắt đầu Sự thành công của Arduino đến từ mức giá thấp, chỉ khoảng 30 USD, và tính chất nguồn mở của cả phần cứng lẫn phần mềm Với 20 ngõ I/O, người dùng có thể dễ dàng tương tác và điều khiển nhiều thiết bị khác nhau.

Arduino được sáng lập tại thị trấn Ivrea, Ý, và mang tên vua Arduin từ thế kỷ 9 Sản phẩm này chính thức ra mắt vào năm

Arduino được ra mắt vào năm 2005 như một công cụ đơn giản dành cho sinh viên của giáo sư Massimo Banzi tại trường Interaction Design Institute Ivrea Mặc dù không được tiếp thị mạnh mẽ, nhưng thông tin về Arduino đã nhanh chóng lan tỏa nhờ sự giới thiệu tích cực từ những người dùng đầu tiên Hiện nay, Arduino đã trở nên nổi tiếng đến mức nhiều người tìm đến Ivrea chỉ để tham quan nơi khởi nguồn của sản phẩm này.

Arduino là một nền tảng phổ biến trên toàn cầu, thể hiện sức mạnh vượt trội qua nhiều ứng dụng sáng tạo trong cộng đồng mã 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 người dùng lập trình và tương tác với môi trường xung quanh thông qua cảm biến Thiết bị này giúp đơn giản hóa việc lắp ráp và điều khiển các thiết bị điện tử, làm cho nó trở nên dễ dàng tiếp cận cho mọi người, ngay cả những người không có nhiều kiến thức về điện tử Arduino nổi bật với khả năng thiết kế linh hoạt và tiết kiệm thời gian, mang lại nhiều lợi ích so với các nền tảng vi điều khiển khác.

Lập trình Arduino hỗ trợ chạy trên nhiều nền tảng khác nhau, bao gồm các hệ điều hành như Windows, Mac OS, Linux cho máy tính để bàn và Android cho thiết bị di động.

+ Ngôn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu.

Arduino là một nền tảng mở, cho phép người dùng dễ dàng chia sẻ và tích hợp phần mềm chạy trên nó vào các 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, chia thành hai loại chính: bo mạch chính với chip Atmega và bo mạch mở rộng chức năng Các bo mạch chính tương tự nhau về chức năng, nhưng khác nhau về cấu hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ và kích thước Một số bo mạch còn tích hợp thêm tính năng kết nối như Ethernet và Bluetooth, trong khi bo mạch mở rộng chủ yếu bổ sung các tính 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 cấu hình mạnh mẽ, bao gồm bộ nhớ ROM, RAM và Flash Arduino còn tích hợp nhiều ngõ vào ra digital I/O, trong đó có nhiều ngõ xuất tín hiệu PWM, ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, 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, cho phép người dùng tùy chỉnh số lượng ngõ vào và ngõ ra theo nhu cầu.

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 phân chia tín hiệu thành 1024 mức khác nhau 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 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 lĩnh vực 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 đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho các thiết bị của hệ thống mái che xếp di động thông minh khi xảy ra mất điện Trong hệ thống này, ắc quy 12V được sử dụng làm 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 cần thay thế Ắc quy còn được gọi là 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, cấu trúc được chia thành nhiều ngăn nhỏ, mỗi ngăn chứa các bản cực âm và dương Giữa các bản cực này có tấm chắn ngăn cách, 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, trên đó có các cọc bình để kết nối ắc quy với tải hoặc nối các ắc quy với nhau Đối với các loại ắc quy hở, phía trên bình còn có nút thông hơi giúp 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 Sự kết hợp giữa hai cực ắc quy và thiết bị tiêu thụ điện dẫn đến phản ứng hóa học, tạo ra năng lượng điện phục vụ cho các 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 xảy ra phản ứng ngược lại so với chiều phản ứng ban đầu Phản ứng tổng hợp trong toàn bộ bình ắc quy sẽ là:

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 cấu trúc và số lượng chân vào ra tương tự như Arduino Uno, nhưng được thiết kế nhỏ gọn hơn để tiện lợi cho việc sử dụng Với kích thước được tối giản, Arduino Nano chỉ hỗ trợ nạp code và cung cấp điện thông 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 nguồn ngoài, với khả năng tự động chọn nguồn nuôi Ngoài ra, thiết bị cũng có thể nhận nguồn từ bộ chuyển đổi.

Bo mạch có thể hoạt động với nguồn AC hoặc từ pin, yêu cầu điện áp từ 6-12V Nếu điện áp cung cấp dưới 7V, chân 5V có thể không hoạt động ổn định Ngược lại, nếu điện áp vượt quá 12V, bộ biến áp có thể bị nóng, ảnh hưởng đến hoạt động của mạch.

Chân Vin trên mạch Arduino cho phép cung cấp điện áp từ nguồn ngoài, khác với nguồn 5V từ kết nối USB hoặc bộ nguồn khác Người dùng có thể 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 shield cấu hình đúng đọc điện áp này để chọn nguồn điện phù hợp Nó cũng hỗ trợ biến đổi điện áp để hoạt động với 5V hoặc 3,3V, với mức điện áp khuyến nghị 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() Các chân hoạt động ở mức điện áp 5V và có khả năng cung cấp hoặc nhận tối đa 40mA, với trở kéo nội từ 20-50Kohm Ngoài ra, một số chân còn có chức năng đặc biệt.

Chân RX và TX được sử dụng để nhận và truyền dữ liệu nối tiếp kiểu TTL Các chân này có khả năng 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 GND: kết nối với đất

● 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 màu xanh Tín hiệu từ cảm biến sẽ được gửi đến chân D0 để đóng ngắt rơ le Khi không có mưa, chân D0 duy trì ở mức cao (5V), nhưng 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 Là một đơn vị dẫn suất, lux được định nghĩa dựa trên các đơn vị cơ bản khác, cụ thể là đo độ rọi bằng quang thông chia cho 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 điện ổn định với các mức điện áp khác nhau như 5VDC và 12VDC, đảm bảo hoạt động hiệu quả 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 nhận dữ liệu từ khối cảm biến, giúp xác định trạng thái hiện tại của hệ thống Nó không chỉ xử lý dữ liệu mà còn phát tín hiệu điều khiển cho động cơ Sự hoạt động nhịp nhàng và hiệu quả của hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào khả năng điều khiển của khối này.

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

Khối nguồn dự phòng (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, giúp đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục và ổn định.

Nguyên lý hoạt động

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

Hệ thống sẽ tự động bật đèn khi cảm biến phát hiện trời tối và có người hiện diện Ngược lại, khi không có người hoặc trời không tối, đèn sẽ tự động tắt.

❖ 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 kết nối vào chân IN + và IN - của mạch sạc ắc quy XH-M604 Chân BAT+ và BAT - cần được nối với cực dương (+) và cực âm (-) của ắc quy để thực hiện quá trình sạc cho ắc quy.

Mạch sạc này được thiết kế với 2 nút bấm, cho phép người dùng dễ dàng đặt giá trị bắt đầu sạc cho ắc quy và thiết lập ngưỡng đầy để mạch tự động ngắt sạc khi ắc quy đã được nạp đủ điện.

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

Nguồn DC 12V được kết nối vào chân DC + và DC - của mạch chuyển nguồn tự động, trong khi chân BAT + và BAT - được nối với cực dương và cực âm của ắc quy dự phòng 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 sử dụng nguồn 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 lá chắn để phát hiện mưa, 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 sử dụng nguồn ngoài 5V để cấp điện cho thiết bị.

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

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý cảm biến ánh sáng

Module cảm biến ánh sáng BH1750 được kết nối chân SCL và SDA lần lượt với chân A5 và A4 của vi điều khiển, sử dụng nguồn ngoài 5V để cấp điện cho thiết bị Ngoài ra, cần thêm 2 con trở 4k7 để giảm thiểu 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 vi điều khiển Arduino Nano Ba nút bấm chức năng kết nối với chân D3, D4, D5, cho phép điều khiển 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), cho phép gửi tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại Cảm biến hồng ngoại hoạt động với nguồn 5V và chân tín hiệu được kết nối với chân D7 của vi điều khiển Để bảo vệ mạch, diode được mắc nối tiếp với nguồn 5V nhằm ngăn chặn điện áp ngược.

❖ 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, 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 hai thanh ray dài 105cm và cao 55cm, bao gồm 7 thanh sáo, mỗi thanh có kích thước 40cm Mái che này được chia thành 6 khoảng xếp, với khoảng cách giữa các thanh là 14,5cm, tạo nên tổng chiều dài mái lên đến 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, với động cơ được lắp đặt trong một hộp sắt kích thước 5x5cm, 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 ra 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 3.17: Hình ảnh các nút chức năng mạch điều khiển

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.