Đang tải... (xem toàn văn)
THÙNG rác THÔNG MINH DÙNG PIC (có code và layout) THÙNG rác THÔNG MINH DÙNG PIC (có code và layout) THÙNG rác THÔNG MINH DÙNG PIC (có code và layout) THÙNG rác THÔNG MINH DÙNG PIC (có code và layout) THÙNG rác THÔNG MINH DÙNG PIC (có code và layout) THÙNG rác THÔNG MINH DÙNG PIC (có code và layout)
ĐỒ ÁN THÙNG RÁC THÔNG MINH ĐỒ ÁN Trang 1/27 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THÙNG RÁC THÔNG MINH 1.1 Giới thiệu Khi công nghệ ngày phát triển mạnh giải pháp nhằm nâng cao chất lượng sống dần tăng lên Bên cạnh đó, giảm sức lao động người xây dựng sống văn minh thách thức cho nhà quản lý công ty dịch vụ Thùng rác xưa vốn vật dụng thiếu sống người Cùng với phát triển chung đó, việc đại hóa thùng rác vừa giúp làm mơi trường, vừa giúp người công nhân thu gom rác tiết kiệm sức lao động, vừa giúp nâng cao ý thức loài người việc để rác nơi quy định 1.2 Mục đích nghiên cứu Nhằm ứng dụng chức vi điều khiển PIC16F877A kiến thức học ngày vào thực tiễn để tạo sản phẩm ứng dụng sống 1.3 Đối tượng nghiên cứu Thùng rác có chức tự đóng mở nắp có người muốn đổ rác Sử dụng cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại, mạch thu phát RF 315 MHz, servo sử dụng vi điều khiển PIC16F877A 1.4 Phạm vi nghiên cứu Trong đề tài đồ án lần này, muốn làm mơ hình thùng rác cơng cộng Điều giúp cho người lao cơng biết xác nơi rác đầy để thu gom Mặt khác, bỏ rác vào thùng, thường ngại phải dùng tay mở nắp thùng rác bẩn Do việc tự động mở nắp thùng khiến việc bỏ rác vào thùng dễ dàng hơn, loại bỏ ý niệm lười bỏ rác vào nơi quy định 1.5 Dự kiến kết đạt Sản phẩm có thùng rác mà dơ tay vị trí quy định thùng rác mở nắp Và lượng rác đầy hệ thống gửi thông báo hiển thị lên LCD Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 2/27 Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 3/27 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 1.6 Sơ đồ khối hệ thống Khối nguồn Khối VĐK Khối giao tiếp với người dùng Khối cảm biến tiệm cận Khối VĐK Khối phát Khối giao tiếp với người quản lý Khối thu Hình 2-1: Sơ đồ khối hệ thống 1.1.1 Khối nguồn Hình 2-2: Sơ đồ khối nguồn [1] Chức năng: biến đổi điện áp từ V thành điện áp V để cung cấp cho vi điều khiển khối khác mạch Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 4/27 Các linh kiện chính: LM2576: + Là IC nguồn tích hợp mạch nguồn xung theo nguyên lý Buck, cung cấp đầu ổn định Hình 2-3: Hình ảnh thực tế sơ đồ chân LM2576 [2] + Các thông số kỹ thuật: Dòng ra: A Điện áp ngõ vào: 40 V đến 65 V Giao tiếp chân I/O Tần số 52 KHz Các linh kiện khác: Tụ điện 103, tụ 33 µF, điện trở 330 Ω, điện trở 10 KΩ, diode, LED đơn… Sơ đồ nguyên lý: Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 5/27 Hình 2-4: Mạch nguyên lý khối nguồn 1.1.2 Khối vi điều khiển Chức năng: Điều khiển toàn hoạt động thiết bị mạch Linh kiện chính: PIC16F877A Hình 2-5: Hình ảnh thực tế sơ đồ chân PIC16F877A [3] PIC16F877A vi điều khiển phổ biến, đầy đủ chức năng, phù hợp với ứng dụng Đặc điểm bản: + Là loại vi điều khiển bit tầm trung + Có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh RISC với 35 lệnh + Tất lệnh thực chu kỳ, ngoại trừ lệnh rẽ Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 6/27 nhánh + Sơ đồ chân với chip loại cắm 40 chân Các chức bản: Hình 2-6: Các thơng số PIC16F877A Về phần mềm lập trình: Có thể sử dụng nhiều phần mềm MikroC PRO for PIC, CCS, MPLab…Và sử dụng phần mềm CCS để lập trình cho PIC16F877A Sơ đồ nguyên lý: Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 7/27 Hình 2-7: Mạch nguyên lý khối vi điều khiển Sơ đồ mạch in: Khối vi điều khiển + khối nguồn Hình 2-8: Mạch in khối vi điều khiển khối nguồn Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 8/27 1.1.3 Khối cảm biến tiệm cận Chức năng: Giao tiếp với môi trường từ lấy thơng số đưa khối vi điều khiển Các linh kiện chính: Cảm biến siêu âm SRF05: Hình 2-9: Hình ảnh thực tế sơ đồ chân SRF05 [4] + Chức năng: SRF05 cảm biến siêu âm dùng để đo vật cản Trong đề tài dùng để đo lưu lượng rác + Các thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động: V Khoảng cách đo được: – cm Dòng cấp: < mA Góc qt : 15 º Tín hiệu: TTL + Hoạt động: Biểu đồ thời gian SRF05 Thùng Rác Thơng Minh ĐỒ ÁN Trang 9/27 Hình 2-10: Biểu đồ thời gian SRF05 [5] Giao tiếp với vi điều khiển để đo khoảng cách: Đo khoảng cách SRF05 đo thời gian chân Echo mức cao Để đo thời gian Echo mức cao, sử dụng timer vi điều khiển Kích chân Triger xuất mức delay tối thiểu 10ms Đợi chân Echo lên mức cao Kích hoạt timer: Đợi chân Echo xuống mức thấp Cho phép ngắt cạnh xuống Dừng timer, tính tốn giá trị từ timer, từ tính khoảng cách Reset giá trị đếm để đo lần sau Cách tính khoảng cách: Gọi d khoảng cách cần tính Gọi S quãng đường mà sóng âm được: S= 2xd Gọi V vận tốc sóng âm: V=0,0344 (cm/µs) Gọi t thời gian truyền: S= 2xd = Vxt => d = Vxt/2 = t/58 (cm) Cảm biến hồng ngoại: + Linh kiện chính: Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 11/27 Độ lợi khuếch đại DC 100 dB Điện áp ngõ ra: V đến VCC (+) - 1.5 V Hoạt động: LM358 opamp mắc theo mạch so sánh để tạo tín hiệu mức V V + Sơ đồ nguyên lý: Hình 2-12: Mạch nguyên lý khối cảm biến hồng ngoại + Mạch in: Hình 2-13: Mạch in khối cảm biến hồng ngoại 1.1.4 Khối thu khối phát Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 12/27 Hình 2-14: Hình ảnh thực tế mạch thu phát RF 315 MHz Chức năng: truyền nhận liệu vi điều khiển cung cấp Các linh kiện chính: IC PT2262: Hình 2-15: Sơ đồ chân IC PT2262 [7] + Chức năng: Mã hóa truyền tín hiệu + Các thơng số kỹ thuật: Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 13/27 Điện áp làm việc: - 15 V địa mã hóa địa liệu Tiêu thụ điện thấp Sử dụng dao động ngồi Có thể mã hóa 531441 mã + Hoạt động: Tín hiệu encoder đưa chân 17 PT2262, chân mức tín hiệu nghỉ mức tín hiệu hoạt động Tín hiệu đưa gồm sóng mang dao động (700 KHz) với địa mã hóa liệu Tần số sóng mang dao động định R chân 15 16 tính bằng: f = R/12 IC PT2272: Hình 2-16: Sơ đồ chân IC PT2272 [8] + Chức năng: nhận giải mã tín hiệu từ IC PT2262 + Các thông số kỹ thuật: Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 14/27 Điện áp làm việc: - 15 V địa giải mã tương ứng + liệu + chân báo hiệu mã VT (chân 17) Tiêu thụ điện thấp Sử dụng dao động Có thể giải mã 531441 mã + Hoạt động: Chân 15 16 cần điện trở để làm dao động giải mã Trong dải hồng ngoại 100 KHz dùng R lớn không cần Nhưng từ khoảng 100 KHz dao động trở lên bắt buộc phải dùng R để tạo dao động cho PT2272 Các chân mã hóa PT2262 (chân đến chân 8),nối chân giải mã PT2272 phải nối tương tự Khi truyền mã giải mã chân 17 PT2272 có điện áp cao đưa , báo hiệu mã hóa chân liệu truyền song song 1.1.5 Khối giao tiếp với người dùng Chức năng: Mở nắp thùng có người cần bỏ rác vào thùng Linh kiện chính: Động RC Servo 9G Hình 2-37: Hình ảnh thực tế sơ đồ chân động RC Servo 9G [9] Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 15/27 Chức năng: Đóng mở nắp thùng Thơng số kỹ thuật: + Điện áp hoạt động: 3.5 V – 8.4 V + Tốc độ hoạt động: 60 độ 0.1 giây + Lực kéo: 1.6 Kg.cm + Nhiệt độ hoạt động: ºC đến 55 ºC Hoạt động: + Động RC Servo 9G hoạt động dựa nguyên lý nhận xung PWM cho góc quay + Chỉnh xung có độ rộng 1500µs, góc quay trục 90º, sau tùy theo cách lắp ráp mà tùy chỉnh xung cho phù hợp 1.1.6 Khối giao tiếp với người quản lý Chức năng: Hiển thị thông tin lên hình LCD Linh kiện chính: LCD 16x2 Hình 2-18: Hình ảnh thực tế sơ đồ chân LCD 16x2 [10] Chức năng: Hiển thị dòng cảnh báo rác đầy Thơng số kỹ thuật: + Điện áp hoạt động: V + Chữ đen, xanh + Có thể điều khiển với dây tín hiệu + Có ký tự xây dựng hỗ trợ tiếng anh tiếng nhật + Màn hình có dòng dòng hiển thị 16 ký tự Hoạt động chân: Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 16/27 Bảng 2-1: Hoạt động chân LCD 16x2 [11] 1.7 Thiết kế mơ hình 19cm 32cm 11cm Hình 2-19: Mơ hình thùng rác thông minh CHƯƠNG GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 1.8 Hoạt động hệ thống Khi cấp nguồn cho hệ thống, khối mạch hoạt động sau: Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 17/27 Khi có người dùng để tay trước cảm biến hồng ngoại nắp thùng mở cho phép bỏ rác vào bên Cảm biến siêu âm liên tục đo lưu lượng rác có thùng, khoảng cách đo gần vi điều khiển chuyển tín hiệu rác đầy vào RF phát 315 MHz để tín hiệu truyền Ở phía mạch thu sau nhận tín hiệu lượng rác đầy chuyển tín hiệu cho vi điều khiển, sau vi điều khiển xuất lệnh hiển thị hình LCD dòng chữ “FULL!!!” Nếu rác chưa đầy hình hiển thị dòng chữ “NOT FULL!” 1.9 Lưu đồ giải thuật vi điều khiển Hình 3-4: Lưu đồ giải thuật phần phát Thùng Rác Thông Minh Hình 3-2: Lưu đồ giải thuật phần thu ĐỒ ÁN Trang 18/27 Phần phát: Khởi tạo timer: khởi tạo timer 1, chế độ xung nội, chia Đọc cảm biến siêu âm: đọc thông số đo từ cảm biến siêu âm Đọc cảm biến hồng ngoại: đọc tín hiệu thu từ cảm biến hồng ngoại Cảm biến = 1: Tín hiệu thu từ cảm biến hồng ngoại mức tiến hành mở nắp giữ trạng thái mở vòng s đóng nắp lại Nếu sai tới bước cuối Gửi RF: gửi liệu thu từ cảm biến siêu âm cảm biến hồng ngoại Phần thu: Khởi tạo LCD: Đọc RF: đọc liệu thu từ RF thu Hiển thị LCD: lấy liệu từ RF thu hiển thị hình LCD Thùng Rác Thơng Minh ĐỒ ÁN Trang 19/27 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 1.10 Tiến trình thực nghiệm Bước 1: Cấp điện đo nguồn Bước 2: Thử hoạt động cảm biến siêu âm thùng rác đầy Bước 3: Thử hoạt động cảm biến siêu âm thùng rác rỗng Bước 4: Thử hoạt động nắp thùng có người dơ tay trước cảm biến hồng ngoại Bước 5: Thử hoạt động nắp thùng khơng có người dơ tay trước cảm biến hồng ngoại Trong suốt trình quan sát mạch thu 1.11 Kết thực nghiệm Sau cấp điện áp đo nguồn 5V Sau thử nghiệm hoạt động cảm biến siêu âm có thơng số sau: Khi cảm biến siêu âm đo thùng rác đầy bên phía mạch thu hiển thị dòng chữ “FULL” lên hình LCD Khi cảm biến siêu âm đo thùng rác chưa đầy bên phía mạch thu hiển thị dòng chữ “NOT FULL” lên hình LCD Sau thử nghiệm hoạt động nắp thùng kết đạt sau: Khi có người dơ tay trước cảm biến hồng ngoại nắp thùng tự động mở 5s sau đóng lại Khi khơng có người dơ tay trước cảm biến hồng ngoại nắp thùng khơng mở 1.12 Kết luận thực nghiệm Sau tiến hành thực nghiệm đạt kết giống với dự kiến ban đầu CHƯƠNG 1.13 Ưu điểm Sản phẩm dễ sử dụng Mạch chạy ổn định Thùng Rác Thông Minh KẾT LUẬN ĐỒ ÁN Trang 20/27 1.14 Nhược điểm Truyền liệu ngắn, truyền khoảng 30m Mạch thi công chưa đẹp mắt Chỉ nhận biết mức rác mà nhận biết lượng rác Chi phí cao, thiết kế chưa thực tối ưu 1.15 Hướng phát triển Sử dụng thiết bị RF có khoảng cách truyền xa để đặt sản phẩm đâu thành phố Sử dụng thêm thiết bị cảnh báo loa đèn LED rác đầy Sử dụng PIN lượng mặt trời để cung cấp nguồn hoạt động cho thùng Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 21/27 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] http://tamthien.byethost7.com [4] Stdio, https://www.stdio.vn [5] Học IT- Điện Tử, https://www.youtube.com [11] Hshop, http://hshop.vn Tiếng Anh: [2] Edwinrobotics, https://shop.edwinrobotics.com [3] Microcontrollerslab, http://microcontrollerslab.com [6] Chaney Electronic,INC, http://www.electronickitsbychaneyelectronics.com [7] [8] SZAPG, http://www.szapg.com [9] Conrad, http://www.conrad.com [10] ElectronicWings, http://www.electronicwings.com Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 22/27 PHỤ LỤC A Phần phát: #include #fuses HS, NOWDT, NOPUT #use delay(clock=20M) #define LCD_RS_PIN #define LCD_RW_PIN PIN_d0 PIN_d1 #define LCD_ENABLE_PIN PIN_d2 #define LCD_DATA4 PIN_d3 #define LCD_DATA5 PIN_d4 #define LCD_DATA6 PIN_d5 #define LCD_DATA7 PIN_d6 #include #define TRIG PIN_b0 #define ECHO PIN_b1 #define full 0x0c #define empty 0x0d unsigned int16 x; float kc; void main() { SETUP_TIMER_1 (T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_2); lcd_init(); Thùng Rác Thông Minh ĐỒ ÁN Trang 23/27 WHILE (true) { //Trig output_high (TRIG); delay_us (50); output_low (TRIG); //Cho doi Echo len WHILE (input (ECHO) == 0); SET_TIMER1 (0); WHILE (input (ECHO) == 1) { x=GET_TIMER1(); if(x>50000) break; } x=GET_TIMER1(); kc=(float)x*0.4/58; lcd_gotoxy (1, 1); printf (lcd_putc, "Dis = %5.2f cm ", kc); if(kc