Báo cáo dự án: Mô hình hệ thống máy cửa ngang | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Trong thời đại công nghệ phát triển mạnh mẽ, việc ứng dụng các hệ thống điều khiển tự động vào đời sống ngày càng phổ biến. Một trong những thiết bị quen thuộc có tính tự động hóa cao là máy giặt, đặc biệt là loại máy giặt cửa ngang, với quy trình giặt tối ưu và hiệu quả hơn so với các dòng máy truyền thống. Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “Thiết kế mô phỏng hệ thống máy giặt cửa ngang sử dụng Arduino” được thực hiện nhằm mục tiêu mô phỏng hoạt động. Tài liệu được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: IoT và ứng dụng 143 tài liệu
Trường: Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông 1.8 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại công nghệ phát triển mạnh mẽ, việc ứng dụng các hệ thống điều
khiển tự động vào đời sống ngày càng phổ biến. Một trong những thiết bị quen thuộc
có tính tự động hóa cao là máy giặt, đặc biệt là loại máy giặt cửa ngang, với quy
trình giặt tối ưu và hiệu quả hơn so với các dòng máy truyền thống.
Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “Thiết kế mô phỏng hệ thống máy giặt cửa
ngang sử dụng Arduino” được thực hiện nhằm mục tiêu mô phỏng hoạt động của
một máy giặt thực tế bằng hệ thống điều khiển sử dụng vi điều khiển Arduino Uno.
Đây là một nền tảng mạnh mẽ, phổ biến và dễ tiếp cận với sinh viên trong việc thiết kế
các hệ thống nhúng và điều khiển tự động.
Mô hình mô phỏng bao gồm các chức năng cơ bản như: cấp nước bằng van điện
tử, đảo chiều động cơ trong quá trình giặt và giũ, giũ nhiều lần theo lựa chọn, vắt quần
áo với điều khiển tốc độ bằng PWM, và hiển thị thông tin trạng thái lên màn hình
LCD. Hệ thống được điều khiển bằng các nút nhấn, cho phép người dùng chọn chế độ,
thời gian giặt hoặc số lần giũ theo nhu cầu.
Việc thực hiện đề tài giúp người học:
Hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của máy giặt cửa ngang.
Ứng dụng kiến thức về Arduino, điều khiển động cơ, xử lý tín hiệu, và lập trình C/C++.
Rèn luyện kỹ năng thiết kế, mô phỏng hệ thống, và xử lý tình huống kỹ thuật thực tế.
Mặc dù đây chỉ là mô hình mô phỏng, nhưng đề tài đã phản ánh tương đối đầy
đủ các bước vận hành chính của một máy giặt hiện đại. Trong quá trình thực hiện,
nhóm đã nỗ lực nghiên cứu, thiết kế, lập trình và thử nghiệm để hệ thống hoạt động ổn
định và đúng chức năng.
Nhóm xin chân thành cảm ơn quý thầy/cô đã tận tình hướng dẫn và hỗ trợ trong
quá trình thực hiện đề tài này. 1 MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG...................................................5
1.1 Giới thiệu............................................................................................5
1.2 Mục tiêu đề tài....................................................................................6
1.3 Lý do chọn đề tài................................................................................6
1.5 Hướng phát triển.................................................................................7
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ VÀ LINH KIỆN ĐIỆN
TỬ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG..........................................................9
2.1 Arduino Uno.......................................................................................9
2.1.1. Giới thiệu chung......................................................................9
2.1.2. Thông số kỹ thuật chính của Arduino Uno.............................9
2.1.3. Ưu điểm của Arduino Uno trong đề tài.................................10
2.1.4. Vai trò trong hệ thống............................................................10
2.1.5. Sơ đồ chân của Arduino Uno................................................10
2.2. MOSFET TIP122............................................................................11
2.2.2. Thông số kỹ thuật chính của TIP122.....................................11
2.2.3. Ưu điểm của TIP122 trong đề tài..........................................12
2.2.4. Vai trò trong hệ thống............................................................12
2.2.5. Sơ đồ chân TIP122................................................................12
2.3 Màn hình LCD I2C 16x2..................................................................12
2.3.2. Thông số kỹ thuật chính của LCD I2C 16x2........................13
2.3.3. Ưu điểm của LCD I2C 16x2 trong đề tài..............................13
2.3.4. Vai trò trong hệ thống............................................................14
2.3.5. Sơ đồ chân kết nối LCD I2C với Arduino Uno.....................14
2.4 Van điện từ (Đóng mở và nước)......................................................14
2.4.1. Giới thiệu chung....................................................................14
2.4.2. Thông số kỹ thuật chính của van điện từ cấp nước...............15
2.4.3. Ưu điểm khi sử dụng van điện từ trong đề tài.......................15
2.4.5. Sơ đồ kết nối van điện từ với Arduino (qua TIP122)............15
2.5 L298..................................................................................................15
2.6.1. Giới thiệu chung....................................................................15
2.6.2. Thông số kỹ thuật chính của L298N.....................................16
2.6.3. Ưu điểm khi sử dụng L298N trong đề tài.............................16
2.6.4. Vai trò trong hệ thống............................................................17 2
2.6.5. Sơ đồ kết nối L298N với Arduino và động cơ......................17
2.6 Động cơ giảm tốc 775 DC 12V 35W...............................................17
2.6.1. Giới thiệu chung....................................................................17
2.6.2. Thông số kỹ thuật chính........................................................18
2.6.3. Ưu điểm của động cơ giảm tốc 775 DC 12V 35W trong đề tài
...................................................................................................18
2.6.4. Vai trò trong hệ thống............................................................19
2.6.5. Sơ đồ kết nối..........................................................................19
2.7 Nguồn 12V 3A.................................................................................19
2.7.1. Giới thiệu chung....................................................................19
2.7.2. Thông số kỹ thuật chính........................................................20
2.7.3. Ưu điểm khi sử dụng nguồn 12V 3A trong hệ thống............20
2.5 Điện trở.............................................................................................21
2.4.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động............................................21
2.4.2. Đặc điểm kỹ thuật..................................................................21
2.5 Nút nhấn...........................................................................................22
2.6.1. Giới thiệu chung....................................................................22
2.6.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động............................................22
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG.......................................................23
3.1. Sơ đồ khối hệ thống.........................................................................23
Mô tả sơ đồ khối..............................................................................23
3.2. Kết nối............................................................................................24
3.3. Giải thuật chương trình....................................................................25
3.3.1. Khởi tạo hệ thống (setup())...................................................25
3.3.2. Vòng lặp chính (loop_plc_style())........................................25
3.3.3. Các hàm hỗ trợ.............................................................................27
3.3.4. Lưu đồ thuật toán..........................................................................27
3.5. Mô phỏng hệ thống..........................................................................28
3.5.1. Mục đích mô phỏng...............................................................28
3.5.2. Công cụ mô phỏng.................................................................29
3.5.3. Các bước thực hiện mô phỏng...............................................29
3.5.4. Kết quả mô phỏng..................................................................30
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ.............................................................................32
4.1 Các nội dung đã thực hiện................................................................32
Phụ lục.........................................................................................................34 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG
1.1 Giới thiệu
Trong bối cảnh xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu nâng cao chất lượng cuộc
sống đang trở thành một xu thế tất yếu. Các thiết bị điện gia dụng đóng vai trò quan
trọng trong việc hỗ trợ con người tiết kiệm thời gian và công sức trong sinh hoạt hàng
ngày. Trong số đó, máy giặt là một thiết bị không thể thiếu đối với hầu hết các hộ gia
đình hiện đại. Sự ra đời và cải tiến liên tục của máy giặt không những giúp giảm thiểu
gánh nặng công việc nhà mà còn góp phần nâng cao hiệu quả làm sạch quần áo, bảo vệ
chất lượng sợi vải và tăng tính tiện nghi cho người sử dụng.
Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại máy giặt với đa dạng mẫu mã, chức
năng và mức giá khác nhau. Tuy nhiên, phần lớn các máy giặt thương mại đều được
thiết kế với cấu trúc phức tạp, sử dụng nhiều vi mạch chuyên dụng và linh kiện điện tử
tích hợp, gây khó khăn cho sinh viên, kỹ sư trẻ hoặc người đam mê kỹ thuật trong việc
nghiên cứu, học tập và mô phỏng lại nguyên lý hoạt động của chúng. Do đó, việc xây
dựng một mô hình máy giặt ở quy mô nhỏ, hoạt động dựa trên các linh kiện rời phổ
biến như Arduino, van điện từ, động cơ DC, nút nhấn, mạch điều khiển L298,… là
một hướng đi thực tế, mang tính giáo dục cao.
Với nền tảng là vi điều khiển Arduino Uno – một trong những nền tảng lập
trình mã nguồn mở phổ biến và dễ tiếp cận – đề tài này tập trung vào việc thiết kế và
mô phỏng hệ thống máy giặt cửa ngang có chức năng điều khiển chu trình giặt, giũ,
vắt thông qua nút nhấn. Hệ thống có khả năng điều chỉnh thời gian giặt, số lần giũ và
mức độ vắt tùy theo nhu cầu của người dùng. Ngoài ra, toàn bộ trạng thái hoạt động
của hệ thống sẽ được hiển thị trên màn hình LCD I2C giúp người sử dụng dễ dàng
theo dõi và kiểm soát quá trình vận hành.
Đề tài này không chỉ mang tính học thuật mà còn có tiềm năng ứng dụng thực
tiễn. Việc thiết kế một mô hình máy giặt có thể tùy chỉnh thông số theo ý muốn là một
bước tiến trong việc tự động hóa các thiết bị gia dụng. Hơn nữa, đề tài cũng cung cấp
nền tảng để phát triển các hệ thống thông minh hơn trong tương lai như: giặt theo
trọng lượng, cảm biến độ bẩn của nước, kết nối mạng để điều khiển từ xa qua smartphone,…
Thông qua việc thực hiện đề tài, sinh viên không những có cơ hội vận dụng
kiến thức lý thuyết đã học về điện tử, vi điều khiển, lập trình, mạch điều khiển công
suất mà còn nâng cao kỹ năng thiết kế hệ thống, lập trình điều khiển và tư duy logic.
Đây là một bước chuẩn bị cần thiết cho sinh viên kỹ thuật trong quá trình học tập và
nghiên cứu chuyên sâu về các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp và dân dụng. 4
Từ những lý do nêu trên, việc nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng một mô hình
máy giặt điều khiển bằng Arduino là hết sức cần thiết và mang lại nhiều giá trị cả về
mặt học thuật lẫn thực tiễn.
1.2 Mục tiêu đề tài
Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế và mô phỏng một hệ thống máy giặt tự
động điều khiển bằng Arduino, có thể thực hiện các chức năng cơ bản của một máy
giặt thực tế bao gồm: giặt, giũ và vắt. Hệ thống được điều khiển bằng các nút nhấn và
thể hiện trạng thái hoạt động thông qua màn hình hiển thị LCD I2C. Cụ thể, đề tài
hướng tới các mục tiêu sau:
Xây dựng mô hình máy giặt mini sử dụng Arduino: Sử dụng vi điều khiển
Arduino Uno làm trung tâm điều khiển toàn bộ quá trình vận hành của hệ
thống. Arduino sẽ tiếp nhận tín hiệu từ các nút nhấn để điều khiển các thiết bị
ngoại vi như động cơ, van nước, bơm xả…
Thiết kế hệ thống điều khiển các chu trình giặt: Phân chia quá trình vận hành
máy giặt thành ba chu trình chính gồm: giặt – giũ – vắt. Mỗi chu trình sẽ có thời
gian hoạt động độc lập, có thể được điều chỉnh hoặc lập trình sẵn.
Điều khiển động cơ giặt/vắt bằng PWM: Sử dụng mạch điều khiển công suất
L298 kết hợp với tín hiệu PWM từ Arduino để điều khiển tốc độ động cơ DC,
nhằm mô phỏng hoạt động giặt và vắt của máy giặt thực tế.
Tự động cấp và xả nước bằng van điện từ: Sử dụng van điện từ để cấp nước vào
thùng giặt và bơm mini để xả nước ra ngoài sau khi kết thúc các chu trình giặt và giũ.
Hiển thị trạng thái hoạt động bằng LCD I2C: Thông qua màn hình LCD 16x2
giao tiếp I2C, người dùng có thể quan sát các thông tin như: chế độ đang hoạt
động (giặt, giũ, vắt), thời gian còn lại, trạng thái van nước, động cơ,…
Tăng khả năng tiếp cận và học tập cho sinh viên kỹ thuật: Đề tài giúp người học
có cơ hội thực hành các kiến thức về lập trình Arduino, điều khiển thiết bị công
suất, thiết kế mạch, xử lý nút nhấn, giao tiếp LCD, quản lý trạng thái hệ thống
và điều khiển tự động.
Tạo nền tảng mở rộng cho các chức năng thông minh: Mặc dù đề tài chỉ dừng
lại ở mức mô phỏng một máy giặt cơ bản, nhưng đây có thể là nền tảng để phát
triển thêm các tính năng thông minh như điều khiển qua Bluetooth/Wi-Fi, cảm
biến đo mức nước, cảm biến trọng lượng quần áo, hoặc tích hợp trí tuệ nhân tạo
để tối ưu chu trình giặt.
1.3 Lý do chọn đề tài 5
Trong thời đại công nghiệp hóa – hiện đại hóa, nhu cầu tự động hóa các thiết bị
gia dụng trong sinh hoạt hằng ngày ngày càng trở nên phổ biến. Máy giặt là một trong
những thiết bị quan trọng không thể thiếu trong mỗi gia đình hiện đại, giúp tiết kiệm
thời gian và công sức cho người sử dụng. Tuy nhiên, các hệ thống máy giặt truyền
thống thường có cấu tạo phức tạp, chi phí cao và khó tiếp cận với sinh viên khi muốn
tìm hiểu về nguyên lý hoạt động cũng như cấu trúc điều khiển bên trong. Chính vì vậy,
nhóm đã quyết định lựa chọn đề tài “Thiết kế và xây dựng mô hình máy giặt tự động
điều khiển bằng Arduino” như một hướng tiếp cận đơn giản, thực tế và dễ hiểu.
Lý do đầu tiên khiến nhóm lựa chọn đề tài này là do tính ứng dụng cao của hệ
thống máy giặt trong thực tế. Thông qua việc xây dựng một mô hình thu nhỏ, nhóm có
thể hiểu sâu hơn về quy trình vận hành của một thiết bị tự động, từ khâu cấp nước,
giặt, giũ, vắt cho đến xả nước và kết thúc chu trình. Việc tái hiện lại các quá trình này
bằng cách sử dụng nền tảng Arduino giúp mô phỏng gần đúng hệ thống thật nhưng với
chi phí thấp, dễ dàng chế tạo và điều chỉnh.
Thứ hai, đề tài này giúp nhóm có điều kiện áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực
hành. Trong quá trình học tập, sinh viên thường được tiếp cận với các khái niệm lập
trình, mạch điện, cảm biến, điều khiển công suất,... nhưng ít có cơ hội để tích hợp
những kiến thức đó vào một hệ thống hoàn chỉnh. Việc thiết kế một mô hình máy giặt
từ đầu giúp nhóm củng cố kiến thức về vi điều khiển, điều chế PWM, điều khiển động
cơ, sử dụng cảm biến, nút nhấn, relay, hiển thị LCD,... đồng thời phát triển kỹ năng tư
duy hệ thống và giải quyết vấn đề.
Thứ ba, đề tài có tiềm năng phát triển theo hướng tự động hóa và IoT. Trong
tương lai, mô hình có thể được nâng cấp để tích hợp các tính năng như cảm biến mực
nước, điều khiển từ xa qua điện thoại, giám sát từ xa qua Internet hoặc ứng dụng trí tuệ
nhân tạo để tối ưu quy trình giặt. Việc chọn một đề tài có khả năng mở rộng như vậy
giúp nhóm có thêm động lực để học hỏi và tiếp cận với các công nghệ tiên tiến.
Cuối cùng, lý do quan trọng không kém là đề tài này phù hợp với khả năng,
nguồn lực và thời gian thực hiện của nhóm. Với những linh kiện phổ biến, giá thành rẻ
và dễ tiếp cận như Arduino Uno, relay, van điện từ, mô tơ DC, LCD I2C,… nhóm có
thể tự chủ trong việc lắp ráp và thử nghiệm mà không phụ thuộc vào thiết bị đắt tiền
hay kỹ thuật quá phức tạp.
1.5 Hướng phát triển
Mô hình máy giặt tự động điều khiển bằng Arduino mà nhóm đã thiết kế là một
phiên bản cơ bản mô phỏng các chức năng chính của máy giặt thực tế. Tuy nhiên, để
nâng cao hiệu quả hoạt động, tăng tính tiện ích và tiếp cận với các xu hướng công nghệ 6
hiện đại, hệ thống hoàn toàn có thể được cải tiến và mở rộng theo nhiều hướng phát triển trong tương lai.
Một trong những hướng phát triển quan trọng là tích hợp các cảm biến thông
minh để nâng cao khả năng tự động hóa và tối ưu chu trình giặt. Cụ thể, có thể bổ sung
cảm biến mực nước để xác định chính xác lượng nước cần thiết, cảm biến tải trọng
(load cell) để ước lượng khối lượng quần áo, từ đó tự động điều chỉnh thời gian và
mức nước phù hợp. Việc này không chỉ giúp tiết kiệm nước mà còn góp phần bảo vệ
động cơ và nâng cao tuổi thọ của thiết bị.
Bên cạnh đó, hệ thống có thể được kết nối mạng để điều khiển từ xa qua
Internet bằng cách tích hợp module WiFi (ESP8266 hoặc ESP32). Người dùng có thể
bật/tắt, lựa chọn chế độ giặt, theo dõi tiến trình giặt và nhận thông báo hoàn tất ngay
trên điện thoại thông qua ứng dụng hoặc trình duyệt web. Đây là bước tiến quan trọng
giúp mô hình tiệm cận với xu hướng Internet of Things (IoT) đang phát triển mạnh mẽ hiện nay.
Ngoài ra, mô hình có thể được mở rộng bằng cách tích hợp màn hình cảm ứng
(TFT hoặc OLED) thay cho LCD 16x2 hiện tại, từ đó cung cấp giao diện trực quan,
thân thiện hơn cho người dùng. Các nút nhấn vật lý có thể được thay thế bằng các nút
cảm ứng điện dung hoặc điều khiển bằng giọng nói để tăng trải nghiệm sử dụng.
Một hướng đi khác là tối ưu thuật toán điều khiển. Thay vì sử dụng các thuật
toán điều khiển tuần tự đơn giản, hệ thống có thể sử dụng thuật toán điều khiển mờ
(fuzzy control) hoặc các thuật toán học máy cơ bản để đưa ra quyết định phù hợp hơn
với từng loại vải, mức độ bẩn, khối lượng giặt,...
Cuối cùng, mô hình có thể được thiết kế lại dưới dạng mô-đun hóa, cho phép dễ
dàng thay thế hoặc nâng cấp từng thành phần (bộ cấp nước, động cơ, bộ điều khiển, bộ
hiển thị,...). Điều này không chỉ phục vụ mục đích học tập mà còn giúp thuận tiện hơn
trong việc bảo trì và thử nghiệm các cải tiến kỹ thuật.
Tóm lại, hướng phát triển của đề tài là rất tiềm năng và phong phú, từ việc nâng
cao độ chính xác và hiệu quả hoạt động, cải thiện giao diện người dùng, đến tích hợp
kết nối thông minh và trí tuệ nhân tạo. Những cải tiến này không chỉ mang lại giá trị
học thuật mà còn mở ra khả năng ứng dụng thực tế rộng rãi hơn cho mô hình trong các
sản phẩm gia dụng thông minh tương lai. 7
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ VÀ LINH KI
ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 2.1 Arduino Uno
2.1.1. Giới thiệu chung
Arduino Uno là một loại vi điều khiển thuộc dòng Arduino, được sử dụng rất
phổ biến trong lĩnh vực học tập, nghiên cứu và phát triển các hệ thống điều khiển tự
động nhờ tính dễ sử dụng, lập trình đơn giản và khả năng tương thích cao với các loại
cảm biến, mô-đun và thiết bị ngoại vi.
Trong hệ thống đếm và hiển thị sản phẩm này, Arduino đóng vai trò là bộ xử lý
trung tâm, thực hiện nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến (quang trở), xử lý logic
từ nút nhấn, điều khiển trạng thái của các đèn LED báo hiệu và hiển thị số lượng sản phẩm trên LED 7 đoạn.
2.1.2. Thông số kỹ thuật chính của Arduino Uno Thông số Giá trị Vi điều khiển ATmega328P Điện áp hoạt động 5V Điện áp vào khuyên dùng 7V – 12V Số chân Digital I/O
14 chân (trong đó có 6 chân PWM) Số chân Analog Input 6 chân Tốc độ xung nhịp 16 MHz Bộ nhớ Flash
32 KB (trong đó 0.5 KB dùng cho bootloader) SRAM 2 KB EEPROM 1 KB Cổng giao tiếp UART, SPI, I2C Kết nối với máy tính Qua cổng USB Type B 8
2.1.3. Ưu điểm của Arduino Uno trong đề tài
Dễ lập trình: Sử dụng phần mềm Arduino IDE, cú pháp đơn giản, thư viện hỗ trợ phong phú.
Kích thước nhỏ gọn: Dễ tích hợp vào các mô hình thử nghiệm và thực tế.
Tính mở rộng cao: Có thể kết nối thêm nhiều cảm biến và thiết bị ngoại vi khác nếu cần.
Giá thành rẻ, dễ tìm mua và sửa chữa trong môi trường học tập.
2.1.4. Vai trò trong hệ thống
Trong đề tài này, Arduino Uno thực hiện các chức năng sau:
Đọc tín hiệu điện áp từ quang trở để phát hiện sản phẩm đi qua.
Nhận tín hiệu từ phím nhấn Start và Stop để điều khiển trạng thái làm việc.
Gửi tín hiệu điều khiển các đèn LED báo hiệu (vàng, đỏ, xanh).
Gửi tín hiệu điều khiển đến mạch hiển thị LED 7 đoạn (qua IC giải mã hoặc hiển thị trực tiếp).
Thực hiện đếm, so sánh và reset bộ đếm khi đạt ngưỡng 999.
2.1.5. Sơ đồ chân của Arduino Uno
Các chân Digital: D0 – D13 dùng để nhận nút nhấn, điều khiển LED, xuất tín hiệu đến LED 7 đoạn.
Các chân Analog: A0 – A5 có thể dùng để đọc giá trị điện áp tương tự từ cảm biến quang trở.
Chân GND và 5V: Cấp nguồn cho cảm biến và các linh kiện ngoại vi. 9
Cổng USB: Dùng để lập trình và cấp nguồn tạm thời cho Arduino khi thử nghiệm.
2.2. MOSFET TIP122
MOSFET TIP122 là một loại transistor Darlington công suất cao thuộc họ
NPN, được sử dụng phổ biến để điều khiển tải điện áp và dòng lớn như van điện từ,
động cơ, đèn hoặc thiết bị công suất trong các ứng dụng tự động hóa. Mặc dù là
transistor lưỡng cực (BJT), TIP122 có cấu trúc kiểu Darlington nên cho hệ số khuếch
đại dòng cao, rất phù hợp để điều khiển bằng tín hiệu dòng nhỏ từ Arduino.
Trong hệ thống máy giặt tự động điều khiển bằng Arduino, TIP122 được dùng
để điều khiển các thiết bị như van cấp nước, van xả nước hoặc động cơ phụ thông qua
tín hiệu điều khiển từ Arduino, giúp bật/tắt thiết bị một cách an toàn và hiệu quả.
2.2.2. Thông số kỹ thuật chính của TIP122 Thông số Giá trị Loại transistor NPN Darlington Điện áp cực đại V 100V Dòng cực đại I 5A
Hệ số khuếch đại dòng >1000
Điện áp điều khiển B-E 2 ~ 2.5V
Công suất tiêu tán tối đa 65W Kiểu chân TO-220
2.2.3. Ưu điểm của TIP122 trong đề tài 10
Khả năng chịu tải lớn: Cho phép điều khiển thiết bị công suất cao với van điện từ 12V.
Điều khiển đơn giản: Có thể kích hoạt bằng trực tiếp từ chân digital của Arduino (qua điện trở).
Tản nhiệt tốt: Với dạng vỏ TO-220, TIP122 có thể gắn thêm tản nhiệt để làm
việc ổn định trong thời gian dài.
Chi phí thấp, dễ tìm mua: Linh kiện phổ biến, giá rẻ và dễ thay thế.
2.2.4. Vai trò trong hệ thống
Trong đề tài máy giặt tự động, TIP122 có vai trò như một công tắc điện tử, cụ thể:
Nhận tín hiệu điều khiển mức cao từ Arduino để kích hoạt van cấp hoặc xả nước.
Điều khiển đóng/ngắt dòng điện qua thiết bị tải công suất cao (van 12V, động cơ...).
Tách biệt mạch điều khiển điện áp thấp (5V) và mạch tải điện áp cao hơn (12V~24V).
Tăng tuổi thọ cho vi điều khiển nhờ hạn chế dòng lớn đi qua Arduino.
2.2.5. Sơ đồ chân TIP122
TIP122 có 3 chân với chức năng: Chân Tên Chức năng 1 Base
Nhận tín hiệu điều khiển 2 Collector
Nối với tải (VD: van, động cơ) 3 Emitter Nối mass của nguồn tải
2.3 Màn hình LCD I2C 16x2
LCD 16x2 là loại màn hình tinh thể lỏng được sử dụng phổ biến trong các dự án
vi điều khiển để hiển thị văn bản. Màn hình này có 2 dòng, mỗi dòng hiển thị được tối
đa 16 ký tự. Khi kết hợp với module ,
I2C LCD 16x2 chỉ cần 2 chân kết nối (SDA và
SCL), giúp tiết kiệm số chân I/O trên vi điều khiển.
Trong hệ thống máy giặt tự động điều khiển bằng Arduino, màn hình LCD I2C
16x2 dùng để hiển thị trạng thái hoạt động như: “Đang giặt”, “Đang giũ”, “Đang vắt”,
“Đã hoàn tất”, hoặc hiển thị thời gian còn lại, chế độ giặt đang sử dụng… giúp người
dùng dễ dàng theo dõi tiến trình của máy. 11
2.3.2. Thông số kỹ thuật chính của LCD I2C 16x2 Thông số Giá trị Loại hiển thị
LCD 16x2 (2 hàng, 16 ký tự mỗi hàng) Giao tiếp
I2C (qua module chuyển đổi PCF8574) Điện áp hoạt động 5V DC Địa chỉ I2C mặc định 0x27 Dòng tiêu thụ ~20 mA Kích thước LCD Khoảng 80mm x 36mm
Số chân giao tiếp với Arduino 2 chân (SDA và SCL)
2.3.3. Ưu điểm của LCD I2C 16x2 trong đề tài
Tiết kiệm chân I/O: Chỉ cần 2 chân SDA và SCL, rất phù hợp với Arduino
Uno có số chân giới hạn.
Hiển thị rõ ràng: Có thể hiển thị trạng thái máy, thời gian, thông báo lỗi, v.v.
Thư viện hỗ trợ đầy đủ: Arduino có thư viện sẵn như LiquidCrystal_I2C, giúp
việc lập trình trở nên đơn giản.
Dễ hiệu chỉnh: Có chiết áp trên module để điều chỉnh độ tương phản màn hình.
Thích hợp với môi trường học tập: Dễ sử dụng, giá rẻ, phổ biến.
2.3.4. Vai trò trong hệ thống
LCD I2C 16x2 đảm nhiệm việc hiển thị các thông tin quan trọng cho người sử dụng: 12
Hiển thị các trạng thái: “Đang giặt”, “Đang vắt”, “Tạm dừng”, “Hoàn tất”.
Thông báo lỗi khi phát sinh (ví dụ: không có nước, van hỏng...).
Hiển thị bộ đếm thời gian cho từng chu kỳ hoạt động.
Giao tiếp với người dùng: hướng dẫn sử dụng đơn giản trên màn hình.
2.3.5. Sơ đồ chân kết nối LCD I2C với Arduino Uno LCD I2C Chức năng Arduino Uno VCC Nguồn 5V 5V GND Mass GND SDA Dữ liệu I2C A4 SCL Xung clock I2C A5
2.4 Van điện từ (Đóng mở và nước).
2.4.1. Giới thiệu chung
Van điện từ (solenoid valve) là một thiết bị chấp hành thường được sử dụng để
điều khiển dòng chảy của chất lỏng hoặc khí. Trong hệ thống máy giặt, van điện từ có
nhiệm vụ đóng hoặc mở đường nước cấp vào lồng giặt theo điều khiển của bộ xử lý trung tâm (Arduino).
Van hoạt động dựa trên nguyên lý nam châm điện: khi có dòng điện đi qua
cuộn dây, lực từ sinh ra sẽ hút lõi sắt để mở van; khi ngắt điện, van sẽ tự động đóng lại
nhờ lực hồi của lò xo.
2.4.2. Thông số kỹ thuật chính của van điện từ cấp nước Thông số
Giá trị phổ biến Điện áp điều khiển 12VDC Dòng tiêu thụ Khoảng 300 – 500 mA Trạng thái bình thường
Thường đóng (NC – Normally Closed) 13 Thông số
Giá trị phổ biến Vật liệu thân van
Nhựa ABS, đồng hoặc inox Áp lực nước làm việc 0.02 – 0.8 MPa Nhiệt độ hoạt động 0 – 80°C Đường kính ống nối 1/2 inch (ren ngoài)
2.4.3. Ưu điểm khi sử dụng van điện từ trong đề tài
Điều khiển tự động hoàn toàn thông qua vi điều khiển (Arduino).
Hoạt động ổn định, đóng/mở nhanh chóng.
Dễ lắp đặt và thay thế do cấu tạo đơn giản.
An toàn: khi mất điện, van sẽ đóng để ngăn nước tràn.
Phổ biến và giá thành rẻ, phù hợp với mô hình nghiên cứu và thực tế.
2.4.4. Vai trò trong hệ thống
Trong hệ thống máy giặt tự động, van điện từ đảm nhiệm chức năng đóng/mở
nguồn cấp nước theo từng giai đoạn hoạt động:
Giai đoạn giặt: Mở van để cho nước vào lồng giặt.
Giai đoạn xả nước: Van đóng, chuyển sang điều khiển bơm hoặc van xả.
Giai đoạn giũ/vắt: Van tiếp tục đóng, không cho nước vào.
Kết thúc chu trình: Van đóng hoàn toàn, đảm bảo an toàn và tiết kiệm nước.
Van được điều khiển bởi Arduino Uno thông qua MOSFET TIP122, vì Arduino
không cấp đủ dòng trực tiếp để kích hoạt cuộn dây của van.
2.4.5. Sơ đồ kết nối van điện từ với Arduino (qua TIP122) Thiết bị
Kết nối đến Cực âm của van
Nối với Cực dương nguồn 12V Cực dương của van
Nối với Collector của TIP122 Chân Base TIP122
Nối với 1 chân Digital Arduino (qua điện trở ~1kΩ) Emitter TIP122
Nối GND chung Arduino và nguồn 12V (Tùy chọn) Diode 1N4007
Đặt song song với van để chống ngược dòng 2.5 L298
2.6.1. Giới thiệu chung
L298N là một module điều khiển động cơ công suất nhỏ và vừa, được tích hợp
sẵn mạch cầu H kép, cho phép điều khiển độc lập hai động cơ DC hoặc một động cơ
bước theo cả hai chiều quay. Đây là một linh kiện phổ biến trong các ứng dụng tự
động hóa, robot, xe điều khiển và hệ thống cơ điện tử như máy giặt tự động. 14
Trong đề tài này, L298N được sử dụng để điều khiển động cơ giặt/vắt, điều
chỉnh được tốc độ (PWM) và chiều quay của động cơ nhờ vào các chân điều khiển logic từ Arduino.
2.6.2. Thông số kỹ thuật chính của L298N Thông số Giá trị
Điện áp điều khiển logic 5V
Điện áp cấp cho động cơ 5V – 35V
Dòng điều khiển tối đa 2A mỗi kênh Số kênh điều khiển 2 kênh (cầu H kép) Tích hợp diode bảo vệ Có
Tốc độ điều khiển PWM Tối đa ~40–50 kHz
2.6.3. Ưu điểm khi sử dụng L298N trong đề tài
Điều khiển được cả chiều quay và tốc độ của động cơ.
Hoạt động ổn định với các động cơ từ 5V đến 24V.
Có tích hợp diode bảo vệ ngược dòng, an toàn cho mạch.
Giao tiếp dễ dàng với Arduino, chỉ cần 3 chân I/O để điều khiển một động cơ.
Tản nhiệt tốt, có thể hoạt động trong thời gian dài nếu có keo tản nhiệt hoặc quạt làm mát bổ sung.
2.6.4. Vai trò trong hệ thống
Trong hệ thống máy giặt tự động:
Giai đoạn giặt: Arduino cấp tín hiệu cho L298N để quay động cơ giặt theo
chiều xuôi/ngược, mô phỏng chuyển động xoay của lồng giặt. 15
Giai đoạn vắt: Arduino phát xung PWM với tần số và độ rộng lớn hơn để tăng
tốc độ quay của động cơ, mô phỏng chức năng vắt của máy giặt.
L298N chịu trách nhiệm điều khiển cả chiều quay và tốc độ của động cơ giặt
thông qua tín hiệu điều khiển từ Arduino.
2.6.5. Sơ đồ kết nối L298N với Arduino và động cơ
Chân L298N Kết nối đến IN1, IN2
Chân Digital Arduino (điều khiển chiều quay) ENA
Chân PWM Arduino (điều khiển tốc độ)
OUT1, OUT2 Hai đầu của động cơ VCC
Nguồn cấp cho động cơ (12V) GND
Nối GND chung với Arduino và nguồn ngoài 5V
Cấp nguồn cho phần điều khiển
2.6 Động cơ giảm tốc 775 DC 12V 35W
2.6.1. Giới thiệu chung
Động cơ giảm tốc 775 DC 12V 35W là loại động cơ điện một chiều có công
suất trung bình, được tích hợp hộp số giảm tốc cơ khí giúp giảm tốc độ quay đồng thời
tăng mô-men xoắn tại trục đầu ra. Loại động cơ này thường được sử dụng trong các
ứng dụng cần lực kéo lớn nhưng tốc độ quay không quá cao, phù hợp cho các hệ thống
cơ khí như máy giặt tự động, robot, thiết bị tự động hóa,...
Trong hệ thống máy giặt tự động, động cơ giảm tốc 775 DC 12V 35W giúp
đảm bảo lực quay đủ mạnh để vận hành lồng giặt, đặc biệt trong các chu trình giặt và
vắt, nơi cần mô-men xoắn lớn để xoay mạnh hoặc giữ tải nặng. 16
2.6.2. Thông số kỹ thuật chính Thông số Giá trị Loại động cơ
Động cơ DC 12V tích hợp hộp số giảm tốc Công suất 35W Điện áp định mức 12V DC Tốc độ không tải 3000 - 5000 vòng/phút
Tỷ số truyền giảm tốc 1:10 Mô-men xoắn đầu ra
Lớn hơn động cơ thông thường. Dòng điện định mức 2.5 - 4 A Trọng lượng Khoảng 400 - 600 gram
2.6.3. Ưu điểm của động cơ giảm tốc 775 DC 12V 35W trong đề tà
Tăng mô-men xoắn đầu ra nhờ hộp số giảm tốc, phù hợp để quay lồng giặt có tải lớn.
Điều khiển dễ dàng bằng nguồn 12V và mạch điều khiển (ví dụ L298N) qua tín hiệu PWM.
Tốc độ quay có thể điều chỉnh theo yêu cầu của từng chu trình giặt, giũ, vắt.
Độ bền cao và vận hành ổn định trong môi trường tải nặng.
Giá thành hợp lý và phổ biến trên thị trường thiết bị điện tử.
2.6.4. Vai trò trong hệ thống
Trong hệ thống máy giặt tự động, động cơ giảm tốc 775 DC 12V 35W có nhiệm vụ: 17
Cung cấp lực quay mạnh mẽ và ổn định cho lồng giặt trong quá trình giặt và vắt.
Được điều khiển thông qua mạch cầu H (như L298N) và Arduino để thay đổi
chiều quay và tốc độ phù hợp từng giai đoạn.
Giúp nâng cao hiệu quả giặt nhờ khả năng duy trì mô-men xoắn lớn khi tải nặng.
2.6.5. Sơ đồ kết nối
Động cơ được kết nối với đầu ra mạch L298N (OUT1, OUT2).
Mạch L298N nhận tín hiệu điều khiển từ Arduino thông qua chân IN1, IN2 và ENA (PWM).
Nguồn điện 12V cấp cho động cơ qua mạch điều khiển.
Mass chung nối với Arduino để đảm bảo tín hiệu điều khiển ổn định.
2.7 Nguồn 12V 3A
2.7.1. Giới thiệu chung
Nguồn điện 12V 3A là bộ cấp nguồn ổn định, cung cấp điện áp một chiều 12V
với dòng tối đa 3 Ampe. Đây là nguồn phổ biến sử dụng trong các hệ thống điều khiển
điện tử và thiết bị công nghiệp nhỏ, đảm bảo cung cấp đủ năng lượng cho các thiết bị
như động cơ DC, van điện từ, mô-đun điều khiển và các linh kiện ngoại vi khác.
Trong hệ thống máy giặt tự động, nguồn 12V 3A đảm nhiệm vai trò cung cấp
điện ổn định cho các thiết bị như động cơ giảm tốc 775 DC, van điện từ và mạch điều
khiển liên quan, giúp hệ thống hoạt động liên tục và an toàn.
2.7.2. Thông số kỹ thuật chính 18 Thông số Giá trị Điện áp đầu ra 12V DC
Dòng điện đầu ra tối đa 3A Loại nguồn
Nguồn DC ổn áp (Switching hoặc Linear) Độ ổn định điện áp ±5% hoặc tốt hơn Bảo vệ quá dòng
Có hoặc không tùy loại nguồn Kích thước Nhỏ gọn, dễ lắp đặt Nhiệt độ hoạt động -10°C đến 60°C
2.7.3. Ưu điểm khi sử dụng nguồn 12V 3A trong hệ thống
Cung cấp dòng đủ lớn để vận hành các động cơ và thiết bị tiêu thụ điện năng
cao trong hệ thống máy giặt.
Độ ổn định cao giúp tránh hiện tượng sụt áp gây gián đoạn hoặc hư hỏng thiết bị.
Kích thước nhỏ gọn, dễ tích hợp vào bộ điều khiển hoặc hộp điều khiển.
Tiết kiệm điện năng và độ bền cao nếu sử dụng nguồn chuyển mạch (switching power supply).
An toàn khi sử dụng nếu nguồn có các tính năng bảo vệ quá dòng, quá áp.
2.7.4. Vai trò trong hệ thống
Nguồn 12V 3A cung cấp năng lượng trực tiếp cho:
Động cơ giảm tốc 775 DC để vận hành lồng giặt.
Van điện từ đóng mở cấp nước trong các chu trình giặt.
Các module điều khiển và thiết bị ngoại vi cần nguồn 12V.
Đảm bảo hệ thống vận hành liên tục, tránh các sự cố do thiếu điện áp hoặc dòng.
2.5 Điện trở
2.4.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động, có chức năng chính là hạn chế dòng
điện chạy qua mạch. Cấu tạo cơ bản của điện trở gồm một dây hoặc vật liệu bán dẫn
có điện trở suất cao, giúp chuyển đổi năng lượng điện thành nhiệt. Khi dòng điện chạy
qua điện trở, nó tạo ra sự sụt áp tỉ lệ với cường độ dòng điện theo định luật Ohm: V=I*R
2.4.2. Đặc điểm kỹ thuật 19
Giá trị điện trở (đơn vị Ohm, Ω) rất đa dạng, từ vài Ω đến hàng MΩ.
Công suất chịu đựng thường phổ biến là 1/4W, 1/2W, 1W tùy ứng dụng.
Có nhiều loại điện trở: điện trở cố định, điện trở biến trở (potentiometer), điện trở nhiệt (NTC, PTC).
Điện trở có sai số phổ biến từ 1% đến 10%, ảnh hưởng đến độ chính xác của mạch.
c. Ứng dụng trong hệ thống điều khiển nhiệt độ buồng sấy
Trong hệ thống này, điện trở được dùng để:
Giới hạn dòng điện vào các chân Base của transistor, đảm bảo transistor hoạt
động an toàn và không bị hỏng do dòng quá lớn.
Điều chỉnh độ sáng của LED 7 đoạn bằng cách giới hạn dòng chạy qua LED,
giúp LED hiển thị rõ nét mà không bị cháy.
Bảo vệ các linh kiện khác khỏi các dòng điện hoặc điện áp vượt quá mức cho phép.
Tạo điện áp phân áp hoặc điều chỉnh tín hiệu analog trong các phần cảm biến hoặc mạch điều khiển.
Nhờ việc lựa chọn đúng giá trị và công suất của điện trở, hệ thống đảm bảo hoạt
động ổn định, chính xác và an toàn trong quá trình điều khiển nhiệt độ buồng sấy.
2.5 Nút nhấn
2.6.1. Giới thiệu chung
Nút bấm (hay còn gọi là công tắc nhấn – Push Button) là một thiết bị điện đơn
giản dùng để tạo ra kết nối tạm thời trong mạch điện khi người dùng tác động lực nhấn
vào. Khi người dùng nhấn nút, hai chân của nút bấm được nối lại với nhau (ON), khi 20
Tài liệu liên quan:
-
Tóm tắt lý thuyết môn IoT và ứng dụng | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông
23 12 -
Accelerated Corner-Detector Algorithms: GPU Implementations and Results | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
46 23 -
Đề xuất Dự án IoT: Thiết bị phát hiện chạm cho xe máy | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
35 18 -
Phân Tích và Giải Pháp FastAPI | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
30 15 -
Tăng cường pháp chế xã hội chủ nghĩa trong quản lý nhà nước | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
25 13