Chương 1: Tổng quan – Vấn đề nghiên cứu và các lý thuyết liên quan. Chương 2: Thiết kế thùng rác thông minh – Phân tích yêu cầu, thiết kế mạch điện và sản phẩm. Chương 3: Thử nghiệm và đánh giá – Vận hành, thử nghiệm và đánh giá sản phẩm. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Thùng rác thông minh hiện nay đã không còn xa lạ với chúng ta.
Đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu về thùng rác thông minh có thể kể đến như: Hình 1.1a: Thùng rác thông minh sử dụng GPS tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM của tác giả Lê Thanh Cao và Nguyễn Thanh Tuấn. Các mục tiêu của đề tài này bao gồm việc sử dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS để định hướng di chuyển và điểm đến cho thùng rác, thiết kế một chiếc thùng rác có khả năng nhận biết được rác đầy trong thùng.1b: Thùng rác thông minh có chức năng định vị GPS và sử dụng công nghệ RFID để xác thực người dùng đến từ nhóm nghiên cứu sinh viên Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng sáng chế. Hình TỔNG QUAN.1: Thùng rác thông minh từ các đề tài nghiên cứu 4 Từ các đề tài nghiên cứu trên, các công ty thiết bị gia dụng thông minh cũng đã và đang đầu tư vào lĩnh vực này như Xiaomi, EKO… a. Thùng rác thông minh Enic b.
Thùng rác thông minh Xiaomi Hình TỔNG QUAN.2: Một số loại thùng rác thông minh đang có trên thị trường Hiện nay, thùng rác thông minh là một công nghệ đang được phát triển và áp dụng rộng rãi trong các đô thị và khu dân cư. Thùng rác thông minh được trang bị các cảm biến và công nghệ IoT (Internet of Things) để thu thập dữ liệu về mức độ đầy của thùng rác và truyền thông tin đến hệ thống quản lý rác thích hợp. Các tính năng của thùng rác thông minh bao gồm khả năng tự động nén rác, giúp tiết kiệm không gian và giảm tần suất thu gom rác. Ngoài ra, thùng rác thông minh cũng có thể được trang bị các cảm biến khác như cảm biến mùi hôi, cảm biến nhiệt độ, cảm biến khí thải để giám sát và quản lý môi trường xung quanh.
Hơn nữa, thùng rác thông minh có thể kết hợp với hệ thống quản lý rác thông minh để tối ưu hóa quá trình thu gom và xử lý rác thải. Các dữ liệu thu thập từ thùng rác thông minh có thể được sử dụng để phân tích và dự đoán mô hình thu gom rác hiệu quả hơn, từ đó giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng cường sự tiện lợi cho người dân. Tuy nhiên, việc triển khai thùng rác thông minh còn đang đối mặt với một số thách thức như chi phí đầu tư ban đầu, hạ tầng mạng và việc tạo ra những thói 5 quen sử dụng thùng rác thông minh cho cộng đồng. Tuy nhiên, với tiềm năng và lợi ích của công nghệ này, thùng rác thông minh đang trở thành một giải pháp hứa hẹn trong việc quản lý rác thải hiệu quả và bảo vệ môi trường.
Từ những ưu điểm và hạn chế trên, những vấn đề mà đề tài đồ án cần tập trung nghiên cứu giải quyết gồm: Phân tích nhu cầu và vấn đề của đối tượng sử dụng: Nghiên cứu về nhu cầu và vấn đề cụ thể mà đề tài đồ án đang giải quyết. Điều này bao gồm việc xác định những khó khăn, hạn chế hoặc cơ hội mà đối tượng sử dụng đang gặp phải. Tìm hiểu về các giải pháp hiện có: Nghiên cứu về các giải pháp hiện có mà có thể liên quan đến đề tài đồ án. Điều này giúp hiểu rõ hơn về những công nghệ, phương pháp hoặc sản phẩm đã được phát triển và áp dụng trong lĩnh vực tương tự.
Thiết kế và phát triển giải pháp mới: Tập trung vào việc thiết kế và phát triển các giải pháp mới để giải quyết vấn đề được đề ra. Điều này có thể bao gồm nghiên cứu các công nghệ mới, phát triển các phương pháp hoặc thiết kế sản phẩm mới. Đánh giá và kiểm tra hiệu quả: Đánh giá hiệu quả của giải pháp được đề xuất thông qua các phương pháp thí nghiệm hoặc mô phỏng. Điều này giúp xác định mức độ hoạt động, hiệu suất và khả năng áp dụng của giải pháp.
Xem xét yếu tố kinh tế và xã hội: Nghiên cứu về các yếu tố kinh tế và xã hội có liên quan đến vấn đề được nghiên cứu. Điều này bao gồm xem xét các khía cạnh kinh tế, văn hóa, môi trường và xã hội liên quan đến giải pháp được đề xuất. Đề xuất các biện pháp cải tiến và phát triển tương lai: Dựa trên kết quả nghiên cứu và phân tích, đề xuất các biện pháp cải tiến và phát triển tương lai để nâng cao giải pháp đề xuất và giúp giải quyết vấn đề một cách bền vững. NỘI DUNG LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 1.
Vi điều khiển PIC18F4520 Hình LỜI CẢM ƠN.3: Vi điều khiển PIC18F4520 PIC18F4520 là một vi điều khiển 8 bit thuộc họ PIC được sản xuất bời hãng Microchip. [1] Bảng TỔNG QUAN.1: Thông số kỹ thuật cơ bản của PIC18F4520 Kiến trúc Harvard Tốc độ tối đa 20 MHz Bộ nhớ flash 8 KB Bộ nhớ RAM 1 KB Số lượng chân 40 Điện áp hoạt động 2 - 5.5V Có thể sử dụng nhiều phần mềm như MikroC PRO for PIC, CCS, MPLAB… để lập trình cho PIC18F4520. Hình LỜI CẢM ƠN. LED thu/phát hồng ngoại LED thu phát hồng ngoại về bản chất cũng giống một diode phát quang thông Hình LỜI CẢM ƠN.5: LED thu/phát hồng ngoại 7 thường.
Tuy nhiên chúng có sự khác biệt đó là bước sóng nó phát ra không nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy nên chúng ít bị nhiễu bởi ánh sáng thông thường. [2] Vì những tính chất đặc biệt như vậy, LED thu phát hồng ngoại được ứng dụng rất nhiều trong các camera hồng ngoại, các cảm biến phát hiện vật cản hay dò đường của robot. Bảng TỔNG QUAN.2: Thông số kỹ thuật LED thu/phát hồng ngoại Điện áp hoạt động 1.6 VDC Dòng điện hoạt động 20 mA Bước sóng 940 nm Nguyên lý hoạt động: LED phát hồng ngoại phát ra một tia hồng ngoại. Nếu có vật cản, ánh sáng hồng ngoại sẽ phản xạ lại LED thu hồng ngoại làm cho nội trở của LED thu thay đổi dẫn đến làm thay đổi điện áp, từ đó có thể phát hiện được có vật cản hay không.
Hình LỜI CẢM ƠN.6: Nguyên lý hoạt động của LED thu/phát hồng ngoại 1. Quang trở Quang trở còn được gọi là điện trở quang, là một điện trở có thể thay đổi được giá trị theo cường độ ánh sáng. [2] Quang trở được làm bằng chất bán dẫn có trở kháng rất cao và không Hình LỜI CẢM ƠN.7: Quang trở có một tiếp giáp nào. Trong bóng tối, quang trở thường có điện trở lên vài MΩ.
8 Còn khi có ánh sáng chiếu vào thì giá trị điện trở có thể giảm xuống mức một cho đến vài trăm Ω. Cấu tạo: Quang trở gồm 2 phần là phần trên và phần dưới là các màng kim loại được đấu nối với nhau thông qua các đầu cực. Linh kiện này được thiết kế theo cách cung cấp diện tích tiếp xúc tối đa nhất với 2 màng kim loại và được đặt trong một hộp nhựa có thể giúp tiếp xúc được với ánh sáng và có thể cảm nhận được sự thay đổi của cường độ ánh sáng. Thành phần chính để tạo nên quang trở đó chính là Cadmium Sulphide (CdS) được sử dụng là chất quang dẫn, thường không chứa hoặc có rất ít các hạt electron khi không được ánh sáng chiếu vào.
Nguyên lý hoạt động: Hình LỜI CẢM ƠN.8: Nguyên lý hoạt động của quang trở Nguyên lý hoạt động của quang trở dựa trên nguyên lý hiệu ứng quang điện trong một khối vật chất. Khi mà các photon có năng lượng đủ lớn đập vào, sẽ khiến cho các electron bật ra khỏi các phân tử và trở thành các electron tự do trong khối chất và từ chất bán dẫn chuyển thành dẫn điện. Mức độ dẫn điện của quang trở tùy thuộc vào phần lớn các photon được hấp thụ. Khi ánh sáng lọt vào quang trở, các electron sẽ được giải phóng và độ dẫn điện sẽ được tăng lên.
Tùy thuốc vào chất bán dẫn mà các quang trở sẽ có những phản ứng khác nhau với các loại sóng photon khác nhau. LM358 IC LM358 là một bộ khuếch đại thuật toán có 8 chân và sử dụng gói nhúng 8 chân phổ biến. Nó bao gồm hai opamp độc lập trong một gói, với độ lợi cao và có thể sử dụng nguồn đơn hoặc kép. [3] Hình LỜI CẢM ƠN.9: LM358 Trong đồ án này, LM358 được mắc theo mạch so sánh để tạo tín hiệu mức 0V hoặc 5V.
Bảng TỔNG QUAN.3: Thông số kỹ thuật LM358 3-32V với nguồn Điện áp hoạt động đơn, 1.5-16 V với Hình LỜI CẢM ƠN.10: Sơ đồ nguồn đôi chân LM358 Dòng hoạt động ~500µA Tần số cộng hưởng 1MHz Độ lợi DC 100dB Nhiệt độ hoạt động 0-70oC 1. Servo SG90 Động cơ RC Servo SG90 có kích thước nhỏ, là loại được sử dụng nhiều nhất để làm các mô hình nhỏ hoặc các cơ cấu kéo không cần đến lực nặng, động cơ RC Servo SG90 có tốc độ phản ứng nhanh, các bánh Hình LỜI CẢM ƠN.11: Động cơ RC Servo SG90 10 răng được làm bằng nhựa nên cần lưu ý khi nâng tải nặng vì có thể làm hư bánh răng. [4] Sơ đồ dây: Dây nâu: GND Dây đỏ: +5V Dây vàng cam: Chân điều khiển Hình LỜI CẢM ƠN.12: Sơ đồ dây Servo SG90 Bảng TỔNG QUAN.4: Thông số kỹ thuật Servo SG90 Điện áp hoạt động 4.8VDC) Lực kéo 1.8 Kg/cm Kích thước 21x12x22mm Trọng lượng 9g Phương pháp điều khiển PWM: Mỗi xung điều khiển có chu kỳ (period) 20ms, trong đó thời gian của xung dương (pulse width) sẽ quyết định góc quay của servo. 11 Hình TỔNG QUAN.13: Góc quay của servo tương ứng với độ dài xung 1.
Màn hình LCD Màn hình LCD1602 sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 2 dòng với mỗi dòng 16 ký tự. [5] Màn hình LCD có độ bền cao, rất phổ biến và dễ sử dụng, thích hợp cho những người mới học và làm dự án. Hình TỔNG QUAN.14: Màn hình LCD 1602 Bảng TỔNG QUAN.5: Thông số kỹ thuật của LCD 1602 Điện áp hoạt động 5V Màu nền Màu xanh lá hoặc xanh dương Màu chữ Màu đen Số chân kết nối 16 Ký tự hỗ trợ Tiếng Anh, tiếng Nhật 12 Hình TỔNG QUAN.15: Sơ đồ chân của LCD 1602 Bảng TỔNG QUAN.