Báo cáo Dự án Máy vệ sinh thông minh cho mèo môn Nhập môn Điện tử - Viễn thông | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

2
Nhận xét thêm của Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét về thái ộ và tinh thần
làm việc của sinh viên)
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
...................................................... ...............................................................................................
......................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................... Ngày: / /2024 Người nhận xét
(Ký và ghi rõ họ tên)
LƯỢC SỬ HIỆU CHỈNH Ngày Thành viên Công việc 21/10/2023 Cả nhóm
Họp bàn ý tưởng, chốt ý tưởng. 22/10/2023 Cả nhóm
Thiết kế sơ bộ, lên kế hoạch. 22/10/2023 Lâm Thành Minh Phân chia nhiệm vụ. 26/10/2023 Phạm Quốc Cường
Đưa ra yêu cầu chức năng, phi chức năng. 27/10/2023
Tăng Tiến Dũng, Lê Tuấn Kiệt Viết email trình bày ề tài. 12/12/2023 Lê Tuấn Kiệt
Lập form khảo sát, hoàn thành tổng quan ề tài. 12/12/2023 Tăng Tiến Dũng
Mua linh kiện, thiết bị cần thiết.
Hoàn thành sơ lược các linh kiện cần dùng. 29/12/2023
Phạm Quốc Cường, Lê Tuấn Làm báo cáo sơ bộ. Kiệt, Tăng Tiến Dũng 02/01/2024 Lâm Thành Minh
Tìm hiểu cách lập trình, hoàn
thành mục tính toán và lập trình. 05/01/2024 Cả nhóm
Lắp ráp mạch, lập trình cho Kit ESP32. 05/01/2024 Cả nhóm Chạy thử. 17/01/2024 Phạm Quốc Cường
Hoàn thành báo cáo(Bao gồm phần
Kiểm thử và Tổng kết) 18/01/2024
Tăng Tiến Dũng, Lê Tuấn Kiệt Làm slide thuyết trình. 19/01/2024 Cả nhóm Kiểm thử sản phẩm 19/01/2024 Lâm Thành Minh Thuyết trình MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................................................... 5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .............................................................................................................. 6
1.1. Mục ích thực hiện: ................................................................................................................................. 6
1.2. Kết luận - giải quyết vấn ề: ................................................................................................................... 7
CHƯƠNG II : KHẢO SÁT THỊ TRƯỜNG VÀ ĐỐI TƯỢNG HƯỚNG TỚI ........................................... 7
2.1 Nghiên cứu sản phẩm trên thị trường ................................................................................................... 7
2.1.1. Máy dọn vệ sinh cho mèo tự ộng PETKIT PURA MAX ............................................................. 7
2.1.2. Hộp vệ sinh cho mèo bán tự ộng model KA224 ........................................................................... 9
2.2 Hướng ối tượng: .................................................................................................................................... 10
CHƯƠNG III: MÔ TẢ YÊU CẦU KỸ THUẬT .......................................................................................... 10
3.1. Yêu cầu chức năng ............................................................................................................................... 10
3.2. Yêu cầu phi chức năng ......................................................................................................................... 10
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ SẢN PHẨM ....................................................................................................... 11
4.1. Thiết kế tổng thể hệ thống: .................................................................................................................. 11
4.1.1. Sơ ồ khối hệ thống: ....................................................................................................................... 11
4.1.2. Sơ ồ mạch ....................................................................................................................................... 12
4.2. Thiết kế từng khối: ............................................................................................................................... 13
4.2.1. Khối iều khiển ............................................................................................................................... 13
4.2.2 Khối nguồn ..................................................................................................................................... 14
4.2.3. Khối xử lý ...................................................................................................................................... 15
4.2.4. Khối nhận tín hiệu ........................................................................................................................ 16
4.2.5. Dây cắm ......................................................................................................................................... 18
4.2.6. Dây truyền dữ liệu ........................................................................................................................ 18
CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN VÀ LẬP TRÌNH .............................................................................................. 19
5.1. Tính toán: ............................................................................................................................................. 19
5.2. Lưu ồ thuật toán: ................................................................................................................................. 21
5.3. Dữ liệu lập trình: .................................................................................................................................. 21
CHƯƠNG VI. KIỂM THỬ VÀ TEST KẾT QUẢ ....................................................................................... 22
6.1. Điều kiện: .............................................................................................................................................. 22
6.2. Phương pháp thực hiện: ...................................................................................................................... 22
6.3.Tổng kết: ................................................................................................................................................ 23
CHƯƠNG VII. TỔNG KẾT .......................................................................................................................... 23
7.1. Tổng kết ................................................................................................................................................ 23
7.1.1. Bảng giá linh kiện ã sử dụng: ...................................................................................................... 23
7.1.2. Đánh giá ưu, nhược iểm của sản phẩm ....................................................................................... 23
7.1.3. Kết quả ạt ược ............................................................................................................................... 24
7.2. Hướng phát triển .................................................................................................................................. 24 LỜI NÓI ĐẦU
Trong bối cảnh xã hội hiện ại ang ngày càng phát triển, những ứng dụng
của Công nghệ Thông tin và Điện tử Viễn thông ang chiếm một phần quan trọng
trong cuộc sống của chúng ta. Nhận thấy sự cấp thiết của việc áp dụng khoa học
kỹ thuật vào cuộc sống, trách nhiệm của mỗi “kỹ sư tương lai” như chúng em là
xây dựng những dự án nhằm phục vụ, cải thiện ời sống hàng ngày.
Chúng em có cơ hội ược thực hiện dự án này khi học Nhập môn Kỹ thuật
Điện tử Viễn thông. Nhóm chúng em hướng tới việc tạo ra một sản phẩm có thể
áp dụng ược những kiến thức ã và ang học, trước hết là ể làm quen với các quy
trình làm việc của kỹ sư, quy trình làm việc nhóm, làm quen với lối tư duy - làm
việc chuyên nghiệp và cuối cùng là ể quá trình thực hiện dự án vừa thú vị vừa bổ ích.
Xuyên suốt quá trình làm việc, chúng em xin cảm ơn thầy Hàn Huy Dũng
ã luôn ồng hành và giúp ỡ, ịnh hướng ể sản phẩm của nhóm ược hoàn thiện hơn.
Khi thực hiện dự án, vì kỹ năng và kinh nghiệm vẫn còn những iểm hạn
chế nên việc xảy ra sai sót là không thể tránh khỏi. Nhóm chúng em rất mong
nhận ược góp ý và ánh giá từ thầy ể tiếp tục cải thiện về dự án nói riêng và ể rút
kinh nghiệm cho những dự án khác trong tương lai nói chung.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện
Nhóm 11 ET1-08 K68
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Mục ích thực hiện:
Trong 1 cuộc khảo sát do nhóm thực hiện online qua Google Form, có
80,3% số người tham gia khảo sát ã và ang nuôi mèo (hình 1.1)
Hình 1.1: Biểu ồ khảo sát
Trong ó, có 92,3% số người ã từng gặp vấn ề trong việc cho mèo i vệ sinh (hình 1.2)
Hình 1.2: Biểu ồ khảo sát về khó khăn của việc chăm sóc mèo
Hiện nay, việc nuôi mèo ã trở thành một xu hướng phổ biến, tuy nhiên, cũng
i kèm với nhiều vấn ề và thách thức mà người chủ mèo thường xuyên phải ối
mặt. Dưới ây là một số vấn ề hiện trạng thường gặp trong việc nuôi mèo: 1. Vấn ề vệ sinh:
• Hộp cát và mùi khó chịu: Duy trì sạch sẽ cho hộp cát và kiểm soát
mùi khó chịu là một thách thức, ặc biệt là khi số lượng mèo tăng lên.
● Rắc rối trong quá trình làm sạch: Việc làm sạch hộp cát ôi khi tốn
nhiều thời gian và công sức. 2. Vấn ề hành vi:
• Vấn ề tiểu tiện: Hành vi i tiểu không úng chỗ hoặc vấn ề về việc chọn
lựa hộp cát có thể xảy ra hiện tượng bốc mùi cũng như gây mất vệ sinh.
1.2. Kết luận - giải quyết vấn ề:
Thông qua cuộc khảo sát, nhóm em thấy có rất nhiều người gặp vấn ề khi
nuôi mèo, trong ó ặc biệt nhất là vấn ề khi mèo i vệ sinh. Nó gây ra rất nhiều
phiền toái cho chủ sở hữu mèo vì phải i dọn sau khi mèo i xong. Vì vậy hiện
nay trên thị trường ã xuất hiện các loại máy dọn vệ sinh thông minh cho mèo,
mang lại sự tiện lợi và tiết kiệm thời gian hơn dành cho những người chủ sở hữu mèo.
Thực tế hiện nay, có một bộ phận người nuôi mèo với mức kinh tế khá
giả sở hữu máy dọn vệ sinh thông minh dành cho mèo. Đa số họ ều hài lòng với
những gì mà máy dọn vệ sinh thông minh mang lại, về tính tiện dụng cũng như
sự sạch sẽ khi sử dụng.
Tuy vậy, vẫn còn 1 bộ phận người nuôi mèo với kinh tế thấp và vừa phải
ang lăn tăn khi chọn mua máy vệ sinh, bởi a phần trên thị trường sản phẩm máy
vệ sinh có mức giá tương ối cao. Và họ phân vân không biết máy vệ sinh thông
minh cho mèo có thực sự tiện dụng như vậy không. Vì vậy, nhóm chúng em
quyết ịnh làm một chiếc máy dọn vệ sinh có giá thành hợp lý, dễ chế tạo
mà vẫn áp ứng ủ yêu cầu về vệ sinh.
CHƯƠNG II : KHẢO SÁT THỊ TRƯỜNG VÀ ĐỐI
TƯỢNG HƯỚNG TỚI
2.1 Nghiên cứu sản phẩm trên thị trường
2.1.1. Máy dọn vệ sinh cho mèo tự ộng PETKIT PURA MAX * Hình ảnh:
Hình 2.1: Máy dọn vệ sinh cho mèo tự ộng PETKIT PURA MAX
* Thông số kỹ thuật máy dọn vệ sinh cho mèo tự ộng PETKIT PURA MAX:
+ Kích thước sản phẩm: 620*538*552mm
+ Kích thước lồng vệ sinh: 480*480*520mm + Dung tích lồng: 76L
+ Khối lượng tịnh: 10kg
+ Công suất thùng chứa chất thải: 7L
+ Công suất xả rác tối a cho mèo trong hộp: 6L
+ Phù hợp với: Mèo nặng hơn 1,5kg trở lên và lớn hơn 6 tháng
+ Mức giá: 8,900,000₫ * Nhận xét:
Ưu iểm: Máy có thể tích lớn, phù hợp với nhiều loại mèo với kích thước
khác nhau; ược trang bị nhiều công nghệ tiên tiến với bình chứa chất thải lớn
tăng sự tiện lợi cho người nuôi
Nhược iểm: Mức giá cao, chỉ phù hợp với một bộ phận nhỏ người nuôi có
kinh tế khá giả. Thể tích lớn cũng là nhược iểm do chiếm diện tích chỗ ở (chỉ
phù hợp với người có nhà to).
2.1.2. Hộp vệ sinh cho mèo bán tự ộng model KA224 * Hình ảnh
Hình 2.2: Hộp vệ sinh cho mèo bán tự ộng model KA224
* Thông số kỹ thuật Hộp vệ sinh cho mèo bán tự ộng model KA224:
+ Kích thước sản phẩm: 640*460*460mm
+ Kích thước lồng vệ sinh: 480*480*520mm + Dung tích lồng: 60L
+ Khối lượng tịnh: 6.5kg
+ Phù hợp với: Mèo loại nhỏ và vừa + Mức giá: 3,000,000₫ * Nhận xét:
+ Ưu iểm: Máy có thể tích vừa, phù hợp với phần lớn loại mèo. Đáp ứng
ược yêu cầu với giá thành dễ chịu hơn
+ Nhược iểm: Giá thành vẫn cao, không phù hợp cho những người muốn
trải nghiệm. Độ bền không ược cao theo ánh giá.
2.2 Hướng ối tượng:
Từ những nghiên cứu trên, nhóm bọn em muốn làm ra sản phẩm hướng
ối tượng tới các bạn nuôi mèo ang là học sinh, sinh viên hay người có thu nhập
thấp không muốn bỏ một số tiền quá lớn dành cho việc vệ sinh của thú cưng,
hay một bộ phận người vẫn ang lăn tăn với máy vệ sinh cho mèo và muốn trải
nghiệm sự tiện lợi khi dùng trước khi bỏ một số tiền lớn ra ể nâng cấp lên một chiếc máy ắt tiền.
CHƯƠNG III: MÔ TẢ YÊU CẦU KỸ THUẬT
3.1. Yêu cầu chức năng
• Làm sạch: Đảm bảo thay ược cát sau khi mèo i vệ sinh xong
• Cảm biến và kiểm soát:
- Cảm biến trọng lượng: Để xác ịnh khi nào mèo rời khỏi hộp và kích
hoạt quá trình làm sạch
• Dễ bảo dưỡng và thay thế:
- Dễ tháo lắp và lau chùi: Thiết kế ể dễ dàng bảo dưỡng và làm sạch
- Thay thế linh kiện dễ dàng: Cung cấp linh kiện có thể thay thế một cách thuận tiện
• Thời gian: Linh ộng về thời gian, không cần phải thay cát mèo thường xuyên
• Khi sử dụng thiết bị, ta bấm vào nút khởi ộng ể cấp nguồn cho thiết bị ể
việc hoạt ộng hoàn toàn tự ộng.
3.2. Yêu cầu phi chức năng
• Độ bền: Sản phẩm có ộ bền ổn, chịu ược lực tác ộng, va ập
• Tuổi thọ: Có tuổi thọ ít nhất 5000h
• Nguồn iện: Sản phẩm gồm 1 nguồn 6V và 1 nguồn 5V
• Khối lượng: Từ 1kg-2kg.
• Nhiệt ộ : Sản phẩm ảm bảo hoạt ộng ổn ịnh trong nhiệt ộ phòng ( ≤27C).
Không sử dụng sản phẩm trong iều kiện quá nhiệt, dưới ánh nắng mặt trời
• Điện áp: Sản phẩm hoạt ộng ược dưới iện áp 220V
• Chất liệu: Nhựa mica
• Kích thước: Chiều cao 15cm; Chiều dài 17cm; Chiều rộng 11.5cm
• Trên thân của thiết bị có 1 nút, dùng ể bật tắt nguồn cho thiết bị
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ SẢN PHẨM
4.1. Thiết kế tổng thể hệ thống:
4.1.1. Sơ ồ khối hệ thống:
Hình 4.1:Sơ ồ khối hệ thống
Giải thích: Nguyên lý hoạt ộng của mô hình nhà vệ sinh thông minh cho
mèo ược thực hiện thông qua quy trình tự ộng khi mèo sử dụng hộp cát. Khi
mèo bước ra khỏi hộp, cảm biến cân nặng loadcell 20kg ược tích hợp sẽ phát
hiện sự thay ổi trọng lượng. Cảm biến này gửi tín hiệu về cho vi xử lý
ESP32 ược lập trình qua phần mềm Adruino IDE v2.2.2, và từ ó, tín hiệu ược
chuyển tiếp ến ộng cơ hoạt ộng trong hệ thống. Động cơ này có nhiệm vụ quay
lồng cát, khiến cho chất thải của mèo sau khi vón cục sẽ nằm ở bên dưới tấm
lưới lọc còn phần cát nguyên ở bên trên. Quá trình này diễn ra một cách tự ộng
và nhanh chóng sau mỗi lần sử dụng, giữ cho hộp cát luôn sạch sẽ và tiện ích cho chủ nhân mèo. 4.1.2. Sơ ồ mạch
Hình 4.2: Sơ ồ mạch.
Nối cảm biến với Esp32:
Bảng 4.1 Bảng nối dây từ Loadcell tới ESP32.
Nối mạch iều khiển ộng cơ với Esp32: L298N ESP32 GND GND ENA GPIO14 IN1 GPIO26 IN2 GPIO27
Bảng 4.2. Bảng nối mạch iều khiển với chip ESP32
4.2. Thiết kế từng khối:
Ta cần thiết kế 3 khối chính của mạch bao gồm những công việc lựa chọn
các phương án linh kiện cho từng khối, so sánh ể có ược phương án tối ưu và
phân tích nội dung, nguyên lý của chúng.
4.2.1. Khối iều khiển
Chức năng: Điều khiển hoạt ộng của khối xử lý/Truyền tín hiệu
- Để phù hợp với yêu cầu phi chức năng của mạch thì nhóm sử dụng vi
iều khiển ESP32 WROOM làm khối iều khiển:
Hình 4.3. ESP32 WROOM
Thông số cơ bản về ESP32 WROOM: ●
Điện áp nguồn (USB): 5V DC ●
Đầu vào/Đầu ra iện áp: 3.3V DC ●
Công suất tiêu thụ: 5μA trong hệ thống treo chế ộ ●
Hiệu suất: Lên ến 600 DMIPS ● Tần số: lên ến 240MHz ●
Wifi: 802.11 B/g/n/E/I (802.11N @ 2.4 GHz lên ến 150 Mbit/S) ●
Bluetooth: 4.2 BR/EDR BLE 2 chế ộ iều khiển ●
Bộ nhớ: 448 Kbyte ROM, 520 Kbyte SRAM, 6 Kbyte SRAM trên
RTC và QSPI Hỗ trợ èn flash / SRAM chip ● Chip USB-Serial: CP2102 ● Ăng ten: PCB ●
GPIO kỹ thuật số: 24 chân (một số chân chỉ làm ầu vào) ●
Kỹ thuật số Analog: 12bit SAR loại ADC, hỗ trợ các phép o trên
lên ến 18 kênh, một số chân hỗ trợ một bộ khuếch ại với lập trình tăng ●
Bảo mật: IEEE 802.11, bao gồm cả WFA, WPA/WPA2 và WAPI 4.2.2 Khối nguồn
Đặc iểm của các loại nguồn ược thể hiện trong bảng dưới ây: Hệ số
Sạc trực tiếp Pin lithium Sạc dự phòng Giá thành 0.3 9 5 9 Thời lượng 0.3 10 7 5 sử dụng Độ cơ ộng 0.1 3 8 7 Độ bền 0,3 10 5 8 Tổng 9 5,9 7,3
Bảng 4.3: Các loại nguồn.
Ở ây, nhóm em sử dụng 2 loại khác nhau ể cấp nguồn: Nguồn pin cấp
nguồn 6V cho motor quay và sạc dự phòng cấp nguồn 5V cho vi xử lý ESP32
và những bộ phận khác. Thông số của khối nguồn: ● Cấp nguồn 6V, 5V ● Output: Micro USB 4.2.3. Khối xử lý
Chức năng: có nhiệm vụ quay ể cát rơi sau khi nhận ược tín hiệu.
* Thông số kỹ thuật của motor quay:
• Kích thước hộp số: 45,8 * 28,4 * 27,2mm (dài * rộng * cao)
• Kích thước ộng cơ 300: 24,5 * 12,5mm (ường kính * chiều cao)
• Loại trục: vật liệu nhựa phẳng kép
• Chiều dài trục: 5.5mm
• Trọng lượng: 48g Hình 4.4: Motor 12V
Hình 4.5: Module iều khi ển ộng cơ L298N
* Thông số của module Điều khiển ộng cơ L298N:
• Điện áp cấp tối a 46V.
• Dòng iện DC ầu ra tối a 4A.
• Điện áp bão hòa thấp. • Bảo vệ quá nhiệt.
• Điện áp ầu vào tương ứng logic “0” lên ến 1,5 V.
4.2.4 Khối nhận tín hiệu
Chức năng: Nhận tín hiệu ầu vào và gửi tín hiệu tới cho khối xử lý Sử
dụng bảng ể so sánh các ặc iểm của từng loại cảm biến: Hệ số Loadcell Loadcell Loadcell 20kg 10kg 5kg Giá 0.3 6 7 8 Độ rộng 0.7 10 8 6 vùng o Tổng 8,8 7,7 6,6
Dựa theo bảng trên, cảm biến loadcell 20kg có iểm cao nhất. Vì vậy nên
khối nhận tín hiệu nhóm quyết ịnh sử dụng cảm biến loadcell 20kg.
 Thông tin về cảm biến loadcell:
Cảm biến loadcell bao gồm hai bộ phận: Bộ phận cho giá trị iện
trở(loadcell) và bộ khuếch ại tín hiệu.
a) Bộ phận cho giá trị iện trở (Loadcell) * Cấu tạo:
Loadcell ược cấu tạo bởi hai thành phần là: Strain gage và Load. Một
loadcell thường bao gồm các strain gage ược dán vào bề mặt của thân loadcell.
Thân loadcell là một khối kim loại àn hồi và tùy theo từng loại loadcell và mục
ích sử dụng loadcell, thân loadcell ược thiết kế nhiều hình dạng khác nhau, chế
tạo bằng nhiều vật liệu khác nhau (nhôm hợp kim, thép không gỉ…)
Strain gage là một iện trở ặc biệt, có iện trở thay ổi khi bị nén hay kéo dãn và
ược nuôi bằng một nguồn ổn ịnh.
Load là một thanh kim loại có tính àn hồi.
Hình 4.5: Cấu tạo cảm biến Loadcell
Một iện áp ược cung cấp cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) và (4) của cầu
iện trở Wheatstone) và iện áp tín hiệu ra ược o giữa hai góc khác. Tại trạng thái
cân bằng (trạng thái không tải), iện áp tín hiệu ra là số không hoặc gần bằng
không khi bốn iện trở ược gắn phù hợp về giá trị. Khi có tải trọng hoặc lực tác
ộng lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), dẫn ến
sự thay ổi về chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại của iện trở strain gage ->
thay ổi giá trị iện trở -> thay ổi iện áp ầu ra.
Hình 4.6: Mô tả hoạt ộng của cảm biến Loadcell
b) Bộ phận khuếch ại tín hiệu: HX711 - IC chuyển ổi tín hiệu
Hình 4.7: Mạch Chuyển Đổi ADC 24bit Loadcell HX711 Linh Kiện Mạch Điện 4.2.5. Dây cắm * Hình ảnh:
Hình 4.8: Dây nhảy *
Thông số kỹ thuật của dây nhảy: + Chiều dài dây: 20cm
+ Phạm vi iện áp: 250 V.AC/DC + Dòng iện tối a: 3A
+ Nhiệt ộ làm việc: -25oC ~85oC
+ Kết nối: Đầu nối vỏ kép tiêu chuẩn 2,54mm / 1pin-1pin
+ Kích thước: 14x 9,5x 2 cm
+ Loại dây: dây Dupont 40 chân 2,54mm từ ầu dương sang ầu âm
4.2.6. Dây truyền dữ liệu * Hình ảnh:
Hình 4.9: Dây truyền dữ liệu.
Chức năng: Truyền dữ liệu cho ESP32
CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN VÀ LẬP TRÌNH 5.1. Tính toán:
Cảm biến cân nặng Loadcell cho tín hiệu ầu ra là tín hiệu iện trở cho nên
chúng cần ược hiệu chỉnh ể ạt ược hiệu quả cao.
* Đoạn code ể tìm hệ số của Cảm biến: