Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu hướng phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp và kỷ nguyên Internet of Things (IoT), mô hình nhà thông minh (Smart Home) đang trở thành giải pháp nhà ở hiện đại, cho phép người dùng giám sát và điều khiển các thiết bị dân dụng thông qua mạng máy tính, điện thoại thông minh (smartphone) hoặc máy tính bảng (tablet). Trong sinh hoạt gia đình tại Việt Nam, việc giặt và phơi quần áo là nhu cầu thiết yếu hàng ngày. Tuy nhiên, phần lớn các hệ thống phơi đồ dân dụng hiện nay vẫn được vận hành thủ công bằng tay, làm tiêu tốn thời gian, công sức và gặp nhiều bất tiện khi thời tiết thay đổi đột ngột, đặc biệt là khi xuất hiện mưa giông lúc người sử dụng vắng nhà.

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài "Thiết kế giàn phơi thông minh" được thực hiện nhằm xây dựng một hệ thống phơi đồ tự động kết hợp điều khiển từ xa, giúp tiết kiệm diện tích, nâng cao tính an toàn, thẩm mỹ cho khu vực ban công sân phơi (nhất là tại các căn hộ chung cư, nhà cao tầng) và giải phóng sức lao động.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý luận chung về board vi điều khiển Arduino và các ứng dụng thực tế.
  2. Khảo sát nhu cầu thực tế và nguyên lý hoạt động của các hệ thống giàn phơi đồ trong hộ gia đình hiện nay.
  3. Đề xuất giải pháp, thiết kế phần cứng và lập trình hệ thống giàn phơi thông minh có khả năng tự động nhận dạng trời mưa để thu đồ vào mái che, tự động đưa đồ ra phơi khi tạnh mưa, đồng thời hỗ trợ điều khiển qua nút bấm vật lý và qua giao diện máy chủ web (Web Server) thông qua mạng Internet.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Kit vi điều khiển Arduino Uno R3 (chip ATmega328), module mở rộng Arduino Ethernet Shield (chip Wiznet W5100), module cảm biến mưa (IC LM393), module điều khiển động cơ cầu H L298N, động cơ điện một chiều (DC) giảm tốc hộp số vuông 20 rpm, module công tắc hành trình, chuẩn truyền thông SPI và kỹ thuật lập trình máy chủ Web nhúng.
  • Phạm vi nghiên cứu: Đồ án tốt nghiệp đại học ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử Truyền thông, Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM; thời gian thực hiện từ ngày 24/09/2015 đến ngày 09/01/2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án ứng dụng các nền tảng lý thuyết và công nghệ phần cứng, phần mềm nhúng chuyên ngành điện tử truyền thông:

  • Kiến trúc phần cứng vi điều khiển: Nền tảng Arduino Uno R3 hoạt động dựa trên vi điều khiển 8-bit AVR ATmega328P-PU, quản lý các tác vụ đọc tín hiệu cảm biến, xử lý logic điều khiển và truyền nhận dữ liệu qua các chân vào/ra số (Digital I/O) và tương tự (Analog).
  • Nguyên lý mạch cầu H (H-Bridge): Sử dụng IC STMicroelectronics L298N để điều khiển đóng ngắt dòng điện công suất qua động cơ DC, cho phép đảo chiều quay thuận/nghịch và phanh dừng động cơ thông qua các mức logic TTL.
  • Cảm biến phát hiện mưa: Hoạt động dựa trên mạch cầu phân áp và bộ so sánh điện áp LM393, đo sự thay đổi trở kháng trên bề mặt tấm cảm biến khi có giọt nước đọng để chuyển đổi thành tín hiệu số (D0).
  • Chuẩn giao tiếp vi điều khiển và mạng: Giao diện ngoại vi nối tiếp SPI (Serial Peripheral Interface) đồng bộ 4 dây theo chuẩn Motorola; chuẩn mạng cục bộ Ethernet IEEE 802.3 với cấu trúc khung MAC, địa chỉ vật lý, phân loại mạng 10/100/1000 Mbps và giao thức truyền tải TCP/IP.
  • Kiến trúc Web Server nhúng: Lập trình máy chủ web trực tiếp trên bộ nhớ vi điều khiển thông qua thư viện Arduino Ethernet, xử lý các bản tin yêu cầu HTTP GET từ trình duyệt client.

Phương pháp nghiên cứu thực hiện:

  • Phương pháp nghiên cứu tài liệu kỹ thuật: Khảo sát sơ đồ nguyên lý, tập lệnh vi điều khiển ATmega328, datasheet module L298N, chip Ethernet W5100 và các tài liệu hướng dẫn lập trình trên môi trường Arduino IDE.
  • Phương pháp quan sát và khảo sát thực tế: Nghiên cứu các mẫu giàn phơi cơ khí và tự động hiện có trên thị trường để lựa chọn cơ cấu truyền động phù hợp.
  • Phương pháp thiết kế hệ thống kỹ thuật: Phân chia hệ thống thành các khối chức năng độc lập, tính toán thông số điện áp/dòng điện, thiết kế mạch kết nối phần cứng và xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển nhúng.
  • Phương pháp thực nghiệm mô hình: Gia công khung cơ khí mẫu, lắp ráp mạch điện tử và kiểm thử hoạt động kéo/thu đồ trong các điều kiện có mưa, không mưa, nhấn nút cơ và gửi lệnh qua giao diện web.

Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật cốt lõi của các khối linh kiện trong hệ thống:

Khối linh kiện / Module Thông số kỹ thuật chi tiết Vai trò trong hệ thống
Kit Arduino Uno R3 Vi điều khiển ATmega328 (8-bit, 16 MHz); Điện áp hoạt động: 5V DC; Điện áp vào khuyên dùng: 7–12V DC; 14 chân Digital I/O (6 chân PWM), 6 chân Analog 10-bit; Bộ nhớ Flash: 32 KB, SRAM: 2 KB, EEPROM: 1 KB. Xử lý trung tâm, tiếp nhận tín hiệu cảm biến và điều khiển cơ cấu chấp hành.
Module Ethernet Shield Chip điều khiển Wiznet W5100 (bộ đệm 16 KB); Tốc độ mạng: 10/100 Mbps; Kết nối qua SPI (chân D10, D11, D12, D13); Hỗ trợ thẻ micro-SD (FAT16/FAT32, tối đa 2GB); Kích thước: 73 x 53 x 23 mm; Trọng lượng: 31g. Kết nối mạng LAN/Internet, lưu trữ và chạy Web Server điều khiển từ xa.
Module L298N H-Bridge IC ST L298N (2 cầu H); Điện áp cấp: 5V–35V; Dòng điện cực đại: 2A/cầu; Công suất tiêu thụ tối đa: 20W ($T=75^\circ\text{C}$); Kích thước: 55 x 49 x 33 mm. Nhận tín hiệu điều khiển logic từ Arduino để cấp nguồn đảo chiều động cơ DC.
Module cảm biến mưa Tấm cảm biến: 54 x 40 mm; Board mạch so sánh LM393: 30 x 16 mm; Điện áp: 5V; Đầu ra: Digital TTL (D0) và Analog (A0); Có chiết áp chỉnh độ nhạy. Phát hiện sự hiện diện của nước mưa và gửi tín hiệu logic về vi điều khiển.
Động cơ DC giảm tốc Động cơ điện một chiều kết hợp hộp số vuông bánh răng trục vít; Tốc độ định mức: 20 rpm; Điện áp cấp: 12V DC. Tạo lực kéo/thu giàn phơi thông qua cơ cấu dây cáp/trục vít.
Công tắc hành trình Tiếp điểm đóng/ngắt cơ học; Dòng định mức chuẩn; Kiểu tác động hành trình giới hạn. Xác định vị trí kịch trong (mái che) và kịch ngoài (sân phơi) để ngắt động cơ.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống giàn phơi thông minh được thiết kế theo cấu trúc module hóa, kết hợp giữa cơ khí truyền động, mạch điều khiển điện tử và phần mềm nhúng.

Sơ đồ khối chức năng và liên kết phần cứng:

  • Khối xử lý trung tâm (Arduino Uno R3): Kết nối trực tiếp với Ethernet Shield qua các chân cắm mở rộng (Header) và giao tiếp qua chuẩn SPI (D10 - Chip Select W5100, D11 - MOSI, D12 - MISO, D13 - SCK). Arduino nhận tín hiệu số từ chân D0 của cảm biến mưa, tín hiệu từ 2 công tắc hành trình, tín hiệu nút nhấn cơ và xử lý các lệnh nhận được từ Ethernet Shield.
  • Khối cảm biến mưa: Tấm quét ngoài trời nối với board so sánh LM393. Chân D0 nối vào 1 chân Digital I/O của Arduino. Trở kháng bề mặt giảm khi có nước khiến đầu ra D0 chuyển từ mức cao (5V - không mưa) sang mức thấp (0V - có mưa).
  • Khối công suất (L298N): Chân IN1, IN2 kết nối với các chân Digital của Arduino; chân ENA nối mức cao (+5V) để kích hoạt cầu H; ngõ ra OUT1, OUT2 nối trực tiếp với 2 cực của động cơ DC 12V; nguồn nuôi công suất 12V được cấp riêng từ biến áp/bộ nguồn một chiều.

Bảng trạng thái điều khiển động cơ DC qua mạch cầu H L298N:

Tín hiệu IN1 Tín hiệu IN2 Trạng thái Transistor phía A Trạng thái Transistor phía B Chiều quay / Hoạt động động cơ
LOW (0V) HIGH (12V/5V) Q1 mở, Q3 đóng Q2 đóng, Q4 mở Quay theo chiều thuận (Đẩy giàn phơi ra)
HIGH (12V/5V) LOW (0V) Q1 đóng, Q3 mở Q2 mở, Q4 đóng Quay theo chiều ngược (Kéo giàn phơi vào)
LOW (0V) LOW (0V) Q1, Q2 mở Q3, Q4 đóng Dừng động cơ (Không có dòng về GND)
HIGH (12V/5V) HIGH (12V/5V) Q1, Q2 đóng Q3, Q4 mở Dừng động cơ (Không có dòng từ nguồn)
  • Khối cơ cấu chấp hành và an toàn: Động cơ DC giảm tốc hộp số vuông 20 rpm sử dụng bánh răng chuyển hướng trục vít, giúp giữ cố định giàn phơi khi mất điện hoặc khi động cơ dừng mà không bị trượt tải. Hai công tắc hành trình gắn tại hai đầu giới hạn của khung chuyển động, đảm bảo ngắt điện tức thời khi giàn phơi chạm tới vị trí thu hết hoặc phơi hết.
  • Khối mạng và giao diện Web Server: Arduino Ethernet Shield được cấp địa chỉ MAC phần cứng (DE:AD:BE:EF:FE:ED) và cấu hình địa chỉ IP tĩnh trong mạng nội bộ thông qua modem/router cáp quang GPON. Chương trình nhúng khởi tạo một HTTP Server lắng nghe cổng mặc định (cổng 80). Giao diện web được xây dựng bằng mã nguồn HTML/CSS tinh gọn, cung cấp các nút nhấn điều khiển (Kéo ra / Thu vào) và hiển thị trạng thái hoạt động thực tế.

Quy trình vận hành thuật toán:

  1. Hệ thống khởi tạo cấu hình I/O, thiết lập địa chỉ IP mạng và khởi động Web Server.
  2. Vòng lặp liên tục quét trạng thái cảm biến mưa: Nếu phát hiện mưa ($D0 = \text{LOW}$), hệ thống phát lệnh kích hoạt L298N quay động cơ kéo giàn phơi vào trong mái che cho đến khi chạm công tắc hành trình trong thì dừng lại.
  3. Khi cảm biến khô ráo ($D0 = \text{HIGH}$), hệ thống tự động kích hoạt động cơ quay theo chiều ngược lại để đưa giàn phơi ra ngoài trời cho đến khi chạm công tắc hành trình ngoài.
  4. Song song với quá trình tự động, hệ thống liên tục kiểm tra sự kiện bấm nút cơ trên hộp điều khiển và lắng nghe các gói tin HTTP Request từ trình duyệt người dùng để thực thi lệnh can thiệp thủ công theo ý muốn.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày bối cảnh công nghệ nhà thông minh trong thời đại mới, nhấn mạnh tính cấp thiết của việc tự động hóa công việc phơi đồ trong các hộ gia đình Việt Nam nhằm khắc phục tình trạng phụ thuộc vào thời tiết và tốn công sức vận hành thủ công. Tác giả xác định rõ ràng mục tiêu thiết kế mô hình giàn phơi thông minh, 3 nhiệm vụ nghiên cứu trọng tâm, đối tượng phần cứng (Arduino Uno, Ethernet Shield, module L298N, cảm biến mưa, động cơ DC giảm tốc) và bố cục tổng thể gồm 6 chương của báo cáo.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 tập trung cung cấp cơ sở lý thuyết chi tiết về các linh kiện điện tử và nền tảng phần cứng:

  • Lịch sử hình thành, phân loại các dòng mạch Arduino (Diecimila, Uno, Mega 2560 R3...) và phân tích cấu tạo kit Arduino Uno R3 sử dụng chip ATmega328P-PU cùng các thông số điện áp, xung nhịp 16 MHz, cấu trúc bộ nhớ (32KB Flash, 2KB SRAM, 1KB EEPROM) và sơ đồ 14 chân Digital I/O, 6 chân Analog.
  • Môi trường phát triển tích hợp Arduino IDE, ngôn ngữ Wiring/C++ và phương thức cài đặt driver USB trên hệ điều hành Windows.
  • Nguyên lý hoạt động của mạch cầu H sử dụng transistor BJT/MOSFET và cấu tạo module ST L298N (kiểu chân Multiwatt 15, dòng tải tối đa 2A, công suất 20W, bảng chức năng các chân Sense, Enable, Input, Output).
  • Cấu hình phần cứng module Arduino Ethernet Shield W5100, các IC hỗ trợ (HX1198, CJ117, 74VHC125PW), khe thẻ Micro SD, địa chỉ MAC, hệ thống LED chỉ thị (PWR, LINK, FULLD, 100M, RX, TX, COLL) và kết nối SPI.
  • Cấu tạo module cảm biến mưa dùng IC so sánh LM393, kích thước tấm cảm biến ($54 \times 40\text{ mm}$), chế độ kết nối chân D0/A0 và nguyên lý chuyển đổi điện áp.
  • Cấu tạo động cơ DC giảm tốc sử dụng hộp số bánh răng vuông góc (trục vít) 20 rpm và module công tắc hành trình.

Chương 3: Nội dung nghiên cứu chính

Chương 3 đi sâu vào các giải pháp truyền thông và giao thức mạng ứng dụng trong hệ thống:

  • Chuẩn giao tiếp nối tiếp SPI (Serial Peripheral Interface): Phân tích giản đồ thời gian Motorola, 4 đường tín hiệu chính (SCK, MOSI, MISO, SS), các cấu hình kết nối điểm - điểm (Point-to-Point), đa Slave song song (Multi-Slave) và kết nối nối tiếp (Daisy-Chained).
  • Nguyên lý hoạt động của máy chủ Web (Web Server), cấu trúc xử lý yêu cầu/phản hồi HTTP Client-Server và phương pháp lập trình Web Server nhúng trên nền tảng Arduino kết hợp Ethernet Shield W5100.
  • Tổng quan về mạng cục bộ Ethernet: Khảo sát cấu trúc khung tin MAC theo chuẩn IEEE 802.3, định dạng địa chỉ MAC 48-bit, đặc tính vật lý cáp mạng xoắn đôi UTP (CAT6), cơ chế truyền tin Unicast, Broadcast và phân loại tốc độ mạng từ Ethernet 10 Mbps, Fast Ethernet 100 Mbps đến Gigabit Ethernet.

Chương 4: Thiết kế hệ thống

Chương 4 mô tả toàn diện quy trình thiết kế và tính toán kỹ thuật cho từng khối chức năng:

  • Xây dựng sơ đồ khối tổng quát gồm 6 khối: Khối xử lý trung tâm, Khối cảm biến mưa, Khối công suất, Khối cơ cấu chấp hành, Khối giao tiếp ngoại vi (Ethernet Shield) và Khối giao diện Web/nút nhấn cơ.
  • Thiết kế sơ đồ nguyên lý kết nối chi tiết giữa Arduino Uno R3 với module L298N, module cảm biến mưa, các công tắc hành trình, nút nhấn điều khiển và modem cáp quang GPON.
  • Xây dựng các lưu đồ giải thuật phần mềm: Lưu đồ thuật toán chính của hệ thống, lưu đồ giải thuật kiểm tra và xử lý tín hiệu cảm biến mưa, lưu đồ thuật toán điều khiển phối hợp giữa nút nhấn cơ vật lý và nút nhấn trên giao diện Web.
  • Thiết kế giao diện điều khiển Web Server trực quan bằng HTML và triển khai lắp đặt mô hình cơ khí - điện tử thực tế.

Chương 5: Kết quả nghiên cứu

Chương 5 công bố các kết quả thực nghiệm đạt được sau quá trình chế tạo và vận hành:

  • Kết quả phần cứng: Hoàn thiện mô hình tổng thể giàn phơi cơ khí, hộp điều khiển bảo vệ mạch điện tử, đấu nối thành công bo mạch Arduino Uno R3, Ethernet Shield, module L298N, cụm cảm biến mưa và động cơ giảm tốc.
  • Kết quả phần mềm: Truy cập thành công giao diện điều khiển qua địa chỉ IP tĩnh trên trình duyệt web máy tính và điện thoại di động thông minh; kiểm thử thành công các chức năng điều khiển kéo/thu giàn phơi bằng nút nhấn web và nút nhấn cơ.
  • Phân tích ưu điểm (tính tiện dụng, hoạt động tự động chính xác theo thời tiết, khả năng điều khiển từ xa qua mạng, giá thành rẻ) và nhược điểm của mô hình thực nghiệm.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 tổng kết toàn bộ kết quả thực hiện của đồ án so với nhiệm vụ ban đầu và đề xuất các giải pháp nâng cấp, mở rộng hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính của đề tài:

  • Chế tạo thành công mô hình phần cứng giàn phơi thông minh hoàn chỉnh, tích hợp động cơ DC giảm tốc hộp số vuông tốc độ 20 rpm, mạch công suất cầu H L298N, module cảm biến mưa LM393 và cơ cấu hạn vị hành trình bằng công tắc cơ.
  • Tự động hóa hoàn toàn chu trình thu/phơi quần áo dựa trên thời tiết: Khi bề mặt cảm biến xuất hiện nước mưa, hệ thống thu giàn phơi vào vùng mái che an toàn; khi trời hết mưa và cảm biến khô ráo, giàn phơi tự động đẩy đồ ra ngoài.
  • Thiết lập thành công máy chủ Web Server nhúng trên kit Arduino Uno R3 kết hợp Ethernet Shield W5100, cho phép thiết bị di động và máy tính truy cập qua địa chỉ IP mạng nội bộ để giám sát và điều khiển thủ công bằng các nút bấm trên giao diện trình duyệt.
  • Tích hợp cụm nút nhấn cơ học trực tiếp trên vỏ hộp điều khiển, đảm bảo khả năng vận hành linh hoạt tại chỗ khi không có kết nối mạng.

Đóng góp của đồ án:

  • Hiện thực hóa mô hình thiết bị nhà thông minh giá rẻ, mã nguồn mở, có tính khả thi cao trong việc ứng dụng vào các hộ gia đình đô thị.
  • Đưa ra giải pháp kết hợp hiệu quả giữa điều khiển tự động theo cảm biến môi trường, điều khiển cơ học tại chỗ và điều khiển giám sát từ xa qua mạng Internet trên một nền tảng vi điều khiển giới hạn tài nguyên (ATmega328).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài (dựa trên phạm vi nghiên cứu và phân tích trong văn bản):

  • Hệ thống kết nối mạng dựa trên module Arduino Ethernet Shield W5100 sử dụng cáp mạng có dây (cổng RJ45), gây vướng víu và hạn chế tính linh động trong lắp đặt so với kết nối không dây.
  • Giao diện Web Server còn ở mức đơn giản, chưa tích hợp hệ thống xác thực người dùng (tài khoản, mật khẩu) để bảo mật khi mở rộng điều khiển qua mạng Internet công cộng.
  • Hệ thống chỉ mới sử dụng cảm biến mưa, chưa có cảm biến đo độ ẩm của quần áo hoặc cảm biến cường độ ánh sáng/bức xạ mặt trời để tối ưu hóa thời gian phơi đồ.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Thay thế kết nối Ethernet có dây bằng module truyền thông không dây Wi-Fi (như ESP8266/ESP32) hoặc các chuẩn không dây khác để tối ưu hóa việc lắp đặt.
  • Tích hợp thêm cảm biến ánh sáng (quang trở LDR) và cảm biến độ ẩm để hệ thống tự động thu quần áo khi trời tắt nắng hoặc khi đồ phơi đã đạt độ khô tiêu chuẩn.
  • Nâng cấp phần mềm quản lý, xây dựng ứng dụng chuyên dụng trên hệ điều hành Android/iOS và tăng cường bảo mật cho hệ thống máy chủ điều khiển.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử Truyền thông, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử, Kỹ thuật Máy tính và Công nghệ Thông tin đang thực hiện đồ án môn học hoặc khóa luận tốt nghiệp về hệ thống nhúng và IoT.
  • Các kỹ sư, người phát triển dự án DIY (Do It Yourself) cần tài liệu tham khảo chi tiết về:
    • Phương pháp ghép nối và lập trình giao tiếp SPI giữa kit Arduino Uno R3 với module Wiznet W5100.
    • Kỹ thuật thiết kế mạch công suất điều khiển động cơ một chiều qua IC cầu H L298N.
    • Cách xây dựng máy chủ Web Server nhúng trên vi điều khiển AVR để điều khiển thiết bị qua mạng LAN/Internet.
    • Giải thuật xử lý tín hiệu cảm biến thời tiết kết hợp công tắc hành trình bảo vệ cơ khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển trung tâm và các module chính tạo nên hệ thống giàn phơi thông minh là gì?
Hệ thống sử dụng kit vi điều khiển Arduino Uno R3 (chip AVR 8-bit ATmega328P-PU) làm khối xử lý trung tâm, kết hợp với module mạng Arduino Ethernet Shield (chip Wiznet W5100), module công suất cầu H L298N, module cảm biến mưa (IC so sánh LM393), động cơ DC giảm tốc hộp số vuông 20 rpm và các module công tắc hành trình.

2. Cảm biến mưa phát hiện thời tiết và gửi tín hiệu về Arduino theo nguyên lý nào?
Cảm biến mưa bao gồm tấm quét đọng nước ngoài trời nối với mạch so sánh điện áp LM393. Khi trời khô ráo, trở kháng tấm cảm biến cao, ngõ ra số D0 ở mức cao (5V). Khi có nước mưa trên bề mặt, trở kháng giảm, bộ so sánh LM393 kích hoạt đèn LED đỏ sáng và kéo ngõ ra D0 xuống mức thấp (0V). Arduino đọc giá trị chân D0 để nhận biết trạng thái mưa hay không mưa.

3. Mạch cầu H L298N điều khiển đảo chiều và dừng động cơ DC bằng các mức logic nào?
Module L298N nhận tín hiệu logic từ 2 chân vi điều khiển vào cực IN1 và IN2:

  • IN1 mức LOW (0V) và IN2 mức HIGH (5V/12V): Động cơ quay thuận (kéo giàn phơi ra).
  • IN1 mức HIGH (5V/12V) và IN2 mức LOW (0V): Động cơ quay ngược (thu giàn phơi vào).
  • IN1 và IN2 cùng mức LOW hoặc cùng mức HIGH: Ngắt dòng điện qua động cơ, động cơ dừng hoạt động.

4. Module Ethernet Shield W5100 giao tiếp với Arduino Uno qua chuẩn truyền thông nào và sử dụng các chân nào?
Module Arduino Ethernet Shield giao tiếp với vi điều khiển ATmega328 thông qua chuẩn truyền thông nối tiếp SPI (Serial Peripheral Interface) sử dụng các chân: chân D10 (chọn chip W5100 - Chip Select), chân D11 (SPI MOSI), chân D12 (SPI MISO), chân D13 (SPI SCK) và chân D4 (dùng để chọn thẻ nhớ Micro SD).

5. Người dùng có thể điều khiển giàn phơi thông qua những phương thức nào?
Hệ thống hỗ trợ 3 phương thức điều khiển:

  • Tự động: Cảm biến mưa tự động kích hoạt thu đồ khi trời mưa và đẩy đồ ra khi tạnh mưa.
  • Thủ công tại chỗ: Người dùng nhấn các nút bấm cơ học trên hộp điều khiển của hệ thống.
  • Từ xa qua mạng: Người dùng truy cập vào địa chỉ IP của Web Server nhúng trên Arduino từ trình duyệt web của máy tính hoặc điện thoại thông minh kết nối mạng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế giàn phơi thông minh" của nhóm tác giả Nguyễn Ngọc Tuyến và Hồ Nguyễn Duy Phương (Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm thành công mô hình giàn phơi quần áo tự động tích hợp công nghệ IoT. Bằng việc kết hợp kit vi điều khiển Arduino Uno R3, module Ethernet Shield W5100, mạch cầu H L298N và cảm biến mưa LM393, hệ thống đã giải quyết trọn vẹn bài toán tự động thu/phơi đồ theo thời tiết và cho phép người dùng giám sát, điều khiển linh hoạt qua giao diện máy chủ web. Đây là một công trình ứng dụng có giá trị thực tiễn cao, đóng góp một giải pháp tự động hóa gia dụng chi phí thấp, đồng thời cung cấp tài liệu kỹ thuật hữu ích cho các nghiên cứu về hệ thống nhúng và nhà thông minh.