Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển của khoa học kỹ thuật và tự động hóa phục vụ đời sống, nhu cầu về không gian sống tiện nghi, thông minh ngày càng gia tăng. Tại các công trình dân dụng, nhà hàng, quán cà phê sân vườn, bể bơi và bãi đỗ xe, các hệ thống che chắn thời tiết đóng vai trò thiết yếu trong việc tạo không gian thoáng mát, bảo vệ người dùng và tài sản trước tác động của nắng, mưa.

Mặc dù mái che xếp di động là sản phẩm phổ biến trên thị trường, phần lớn các hệ thống hiện nay vẫn vận hành theo phương thức truyền thống thông qua tay quay cơ học hoặc nút bấm đơn giản, đòi hỏi sự can thiệp trực tiếp của con người. Điều này gây bất tiện khi thời tiết thay đổi đột ngột lúc vắng người, làm giảm tính chủ động và có thể ảnh hưởng đến độ bền của mái bạt. Nhóm tác giả thuộc Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã thực hiện đề tài "Thiết kế hệ thống mái che xếp di động thông minh" trong khuôn khổ bài tập lớn môn học Thiết bị điện thông minh nhằm tự động hóa quá trình đóng/mở mái che, nâng cao tuổi thọ thiết bị và tối ưu hóa trải nghiệm sử dụng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

  1. Thiết kế và chế tạo hệ thống mạch điều khiển nhỏ gọn, hoạt động ổn định và chính xác.
  2. Xây dựng chế độ tự động đóng/mở mái che dựa trên dữ liệu thời gian thực từ cảm biến thời tiết (nắng, mưa, râm mát, ban ngày, ban đêm).
  3. Xây dựng chế độ điều khiển bằng tay thông qua bảng nút bấm trực tiếp và công tắc chuyển chế độ, đảm bảo tính chính xác và an toàn khi vận hành.
  4. Tích hợp tính năng chiếu sáng tự động: tự động bật đèn khi trời tối và có người di chuyển trong phạm vi quét của cảm biến.
  5. Đưa ra giải pháp cấp nguồn dự phòng bằng ắc quy nhằm duy trì hoạt động của hệ thống khi xảy ra sự cố mất điện lưới.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển tự động mái che xếp di động, bao gồm vi điều khiển, các module cảm biến môi trường (mưa, ánh sáng, vật cản hồng ngoại), mạch lái công suất, động cơ DC giảm tốc và kết cấu cơ khí kéo bạt.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế mô hình thử nghiệm tại xưởng thực hành Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, năm 2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết

Nghiên cứu dựa trên nền tảng kỹ thuật vi điều khiển 8-bit họ AVR (ATmega328P), nguyên lý thu thập và xử lý tín hiệu cảm biến số/tương tự, lý thuyết điều khiển động cơ điện một chiều và cơ học truyền động bánh răng - ròng rọc:

  • Nguyên lý đo lường môi trường: Kỹ thuật đo cường độ ánh sáng kỹ thuật số theo đơn vị Lux ($1\text{ lx} = 1\text{ lm/m}^2$) qua giao thức $I^2C$ của cảm biến BH1750; nguyên lý so sánh điện áp qua cầu phân áp và bộ khuếch đại thuật toán (Op-amp) trên cảm biến mưa; nguyên lý phát - thu bức xạ hồng ngoại thụ động của cảm biến E18-D80NK.
  • Nguyên lý điều khiển chấp hành: Điều chế độ rộng xung (PWM) và điều khiển cầu H để đảo chiều động cơ điện một chiều DC 555; nguyên lý giảm tốc - tăng mô-men xoắn của hộp số bánh răng ăn khớp truyền thống.
  • Lý thuyết kiến trúc cơ khí mái xếp: Cơ cấu khung kim loại định hình, hệ thống thanh sáo đỡ bạt, bi treo chạy trên ray trượt và hệ thống dây cáp/dù liên kết qua hệ puly chuyển động.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu kỹ thuật về các loại mái che hiện có; nghiên cứu cấu trúc phần cứng vi điều khiển Arduino, tập lệnh lập trình Wiring trên nền C/C++, cấu trúc thanh ghi và giao thức truyền thông ($I^2C$, UART, SPI).
  • Phương pháp mô phỏng: Ứng dụng phần mềm Proteus 8.6 để vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điện tử, thiết lập các thông số linh kiện, kiểm tra logic hoạt động và nạp file mã máy (.HEX) để chạy thử nghiệm mạch trước khi thi công thực tế.
  • Phương pháp thực nghiệm - chế tạo: Lựa chọn linh kiện phần cứng, thiết kế và gia công khung cơ khí mô hình, lắp đặt hệ thống cơ điện, lập trình nhúng trên phần mềm Arduino IDE và tiến hành hiệu chuẩn, thử nghiệm thực tế các chế độ hoạt động.

Nguồn dữ liệu

Dữ liệu sử dụng trong đề tài bao gồm thông số kỹ thuật (datasheet) của các linh kiện điện tử (IC ATmega328P, IC LM2596, IC BH1750FVI, cảm biến E18-D80NK, Driver L298N, động cơ DC 555) và các thông số kích thước hình học đo đạc trực tiếp từ mô hình cơ khí chế tạo.


Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống mái che xếp di động thông minh được thiết kế dưới dạng mô hình module hóa gồm các khối chức năng liên kết chặt chẽ:

[Khối Cảm Biến] (Mưa, BH1750, E18-D80NK)

Thông số kỹ thuật các linh kiện phần cứng

Khối chức năng Tên thiết bị / Linh kiện Thông số kỹ thuật chính Vai trò trong hệ thống
Xử lý trung tâm Arduino Uno / Nano (ATmega328P) 16 MHz, Flash 32 KB, SRAM 2 KB, EEPROM 1 KB, 14 chân Digital I/O, 6 chân Analog. Tiếp nhận tín hiệu cảm biến, thực thi thuật toán điều khiển và xuất tín hiệu chấp hành.
Khối nguồn chính Adapter 12VDC - 5A & Module Buck LM2596 Input Adapter: 100~240VAC; LM2596 hạ áp từ 12V xuống 5V, dòng tải cực đại 3A, hiệu suất 92%. Cung cấp nguồn 12VDC cho động cơ và hạ áp 5VDC nuôi vi điều khiển, cảm biến.
Cảm biến mưa Mạch cảm biến mưa (Board cảm biến + Module so sánh) Điện áp: 3-5VDC, thời gian đáp ứng $\le 100\text{ ms}$, độ chính xác độ ẩm $\pm 5%$ RH, ngõ ra Digital (D0) và Analog (A0). Phát hiện hạt mưa trên bề mặt để kích hoạt mở mái che.
Cảm biến ánh sáng GY-30 BH1750FVI Điện áp: 3-5VDC, ADC 16-bit, dải đo 1 - 65535 lux, giao tiếp chuẩn $I^2C$, kích thước $21 \times 16 \times 3.3\text{ mm}$. Đo cường độ ánh sáng môi trường để phân biệt trời nắng, râm mát hoặc trời tối.
Cảm biến vật cản Hồng ngoại E18-D80NK Điện áp: 5VDC, dòng tiêu thụ 100mA, dải phát hiện 3 - 80 cm (chỉnh bằng biến trở), ngõ ra NPN cực thu hở. Phát hiện sự hiện diện của con người khi trời tối để bật đèn chiếu sáng.
Động cơ chấp hành Động cơ DC 555 có giảm tốc Điện áp 12V/24V, công suất 15W, tốc độ động cơ 5300 vòng/phút, tốc độ qua hộp số 80 vòng/phút, trục 6mm. Kéo hệ thống dây cáp và puly để mở hoặc thu mái che.
Lái động cơ Module cầu H L298N Điều khiển động cơ DC 12V đảo chiều quay; nhận tín hiệu điều khiển logic từ Arduino. Đóng vai trò công tắc điện tử công suất điều khiển chiều và trạng thái động cơ.
Cảm biến vị trí Công tắc hành trình (2 cái) Tiếp điểm cơ khí đóng/ngắt nối chân D11, D12. Ngắt động cơ khi bạt kéo hết hành trình mở (tiến) hoặc thu (lùi).

Kết nối phần cứng và giao tiếp tín hiệu

  • Cảm biến mưa: Chân tín hiệu số D0 kết nối với chân D2 của vi điều khiển; chân A0 kết nối với cổng Analog A0.
  • Cảm biến ánh sáng BH1750: Chân SDA kết nối với A4, chân SCL kết nối với A5 của Arduino; mắc thêm 2 điện trở kéo $4.7\text{ k}\Omega$ lên nguồn 5V để chống nhiễu tín hiệu $I^2C$.
  • Khối điều khiển động cơ L298N: Chân IN3 kết nối với D9, chân IN4 kết nối với D10 của Arduino để xuất lệnh quay thuận, quay nghịch hoặc dừng.
  • Bảng nút bấm và bảo vệ: 3 nút nhấn điều khiển (mở bạt, thu bạt, dừng khẩn cấp) lần lượt nối vào chân D3, D4, D5; mỗi nút mắc nối tiếp điện trở $1\text{ k}\Omega$ để chống dội phím và lọc nhiễu.
  • Công tắc chuyển chế độ: Sử dụng công tắc gạt 3 chân (ON - OFF - ON) để chọn chế độ vận hành (Tự động / Bằng tay).

Kích thước và thông số cơ khí của mô hình

Bộ phận cơ khí Quy cách / Kích thước thiết kế Ghi chú kỹ thuật
Khung tổng thể mô hình Dài $105\text{ cm} \times$ Rộng $40\text{ cm} \times$ Cao $55\text{ cm}$ Khung định hình chịu lực cho toàn bộ hệ thống.
Thanh sáo đỡ bạt 7 thanh, chiều dài mỗi thanh $40\text{ cm}$ Phân bố đều đỡ tấm bạt lượn sóng.
Khoảng xếp mái bạt 6 khoảng xếp, khoảng cách giữa các thanh $14.5\text{ cm}$ Đảm bảo độ võng và độ căng đều khi kéo/thu bạt.
Tổng chiều dài mái bạt $87\text{ cm}$ (khi kéo mở hoàn toàn) Tỷ lệ thu phóng phù hợp mô hình thử nghiệm.
Hệ thống puly & dây kéo 7 puly dẫn hướng, dây kéo truyền động Bố trí dẫn động từ trục động cơ đến các thanh sáo.
Gá đặt động cơ Hộp sắt $5 \times 5\text{ cm}$, đặt cách mặt đất $14\text{ cm}$ Cố định động cơ DC 555 và liên kết trục kéo.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁI CHE XẾP DI ĐỘNG THÔNG MINH HIỆN NAY

Chương I tập trung khảo sát tổng quan thị trường và đánh giá ưu - nhược điểm của các loại mái che công trình hiện nay:

  • Mái che cố định: Gồm mái tôn, mái ngói, mái nhựa poly, mái kính cường lực. Ưu điểm là độ bền cơ học cao, tuy nhiên tồn tại nhiều nhược điểm lớn như: thời gian thi công kéo dài, chi phí đầu tư lớn, kết cấu đơn điệu, không thể thay đổi diện tích che phủ, tháo dỡ phức tạp và gây bức bí, thiếu thông thoáng.
  • Mái che xếp di động: Cấu tạo hoàn chỉnh gồm 4 thành phần chính:
    1. Khung kim loại: Sử dụng nhôm đối với mái nhỏ hoặc thép/inox đối với mái kích thước trung bình và lớn.
    2. Bạt mái xếp: Tấm bạt chuyên dụng phủ 1-2 lớp nhựa (vải Canvas giúp chống nắng, cách nhiệt; bạt lưới giúp lấy sáng và che mưa).
    3. Hệ thống dây kéo bạt: Sử dụng dây cáp hoặc dây dù đường kính từ $3\text{ mm}$ đến $8\text{ mm}$.
    4. Hệ bánh xe: Mỗi thanh ngang kim loại gắn 2 đến 3 bánh xe treo chạy dọc trên thanh ray trượt.
  • Ưu điểm thực tiễn của mái xếp di động: Khắc phục tình trạng hấp thụ nhiệt bức xạ, giảm thiểu tiếng ồn hạt mưa tác động (không gây ồn như mái tôn), dễ dàng điều chỉnh độ thông thoáng, chi phí lắp đặt thấp, thời gian thi công nhanh chóng và phù hợp cho nhiều không gian như nhà hàng, quán cà phê, bể bơi, bãi xe.
  • Kết luận chương: Xác lập yêu cầu tích hợp hệ thống điều khiển tự động thông minh vào mái xếp di động nhằm loại bỏ thao tác thủ công, nâng cao độ bền vật liệu và tiện ích sử dụng.

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG

Chương II trình bày toàn bộ cơ sở kỹ thuật và thông số chi tiết của các thiết bị, công nghệ được lựa chọn:

  • Khảo sát hệ thống: Xác định yêu cầu xử lý logic theo hai chế độ:
    • Chế độ Tự động: Tự động mở mái khi cảm biến mưa báo có mưa hoặc cảm biến ánh sáng báo trời nắng; tự động thu mái khi trời râm mát, không mưa hoặc ban đêm; tự động bật đèn khi trời tối và phát hiện có người qua cảm biến hồng ngoại.
    • Chế độ Bằng tay: Thực thi lệnh đóng, mở hoặc dừng khẩn cấp thông qua bảng nút nhấn.
  • Nền tảng Arduino và phần mềm Arduino IDE:
    • Lịch sử hình thành: Ra đời năm 2005 tại Viện Thiết kế Tương tác Ivrea (IDII, Ý) bởi giáo sư Massimo Banzi và cộng sự.
    • Đặc tính kỹ thuật vi điều khiển ATmega328P: Xung nhịp 16 MHz, bộ nhớ Flash 32 KB, SRAM 2 KB, EEPROM 1 KB, tích hợp sẵn các giao tiếp chuẩn UART, SPI, TWI ($I^2C$).
    • Môi trường Arduino IDE: Công cụ nguồn mở hỗ trợ Editor, Debugger và Compiler biên dịch mã nguồn C/C++ sang mã máy. Cấu trúc chương trình chuẩn gồm hàm setup() (thiết lập cấu hình chân vào/ra, baudrate Serial.begin(9600)) và loop() (vòng lặp thực thi lệnh).
  • Phần mềm Proteus 8.6: Đóng vai trò môi trường mô phỏng mạch điện tử, hỗ trợ hơn 6.000 linh kiện, cho phép kiểm tra logic tín hiệu, gỡ lỗi thiết kế và nạp file thực thi HEX trước khi hàn lắp phần cứng.
  • Khảo sát chi tiết linh kiện: Phân tích cấu tạo, sơ đồ chân và thông số vận hành của Adapter 12V-5A, IC hạ áp LM2596, Arduino Uno/Nano, cảm biến mưa (dùng bộ so sánh điện áp), cảm biến ánh sáng BH1750 (giao tiếp $I^2C$), cảm biến hồng ngoại E18-D80NK (dải quét $3-80\text{ cm}$), động cơ DC 555 có hộp số giảm tốc ($80\text{ vòng/phút}$), Driver L298N, các nút bấm và công tắc chuyển mạch.

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁI CHE XẾP DI ĐỘNG THÔNG MINH

Chương III trình bày quá trình tính toán, thiết kế sơ đồ nguyên lý, kết cấu cơ khí và xây dựng thuật toán điều khiển:

  • Sơ đồ khối và chức năng: Hệ thống bao gồm 4 khối chính: Khối nguồn, Khối cảm biến, Khối xử lý trung tâm và Khối đối tượng điều khiển.
  • Thiết kế sơ đồ nguyên lý chi tiết:
    • Mạch nguồn: Chuyển đổi và ổn định nguồn 12VDC/5VDC qua LM2596 cấp cho toàn bộ mạch.
    • Mạch cảm biến: Ghép nối cảm biến mưa (chân D2, A0), cảm biến ánh sáng BH1750 (chân A4, A5 với trở kéo $4.7\text{ k}\Omega$).
    • Mạch điều khiển động cơ: Ghép nối Arduino với Driver L298N qua chân D9, D10; tích hợp 3 nút nhấn tại chân D3, D4, D5 (có trở $1\text{ k}\Omega$ chống dội) và 2 công tắc hành trình tại D11, D12.
  • Thiết kế cơ khí mô hình: Bản vẽ chi tiết bao gồm hình chiếu đứng, hình chiếu bằng, hình chiếu cạnh với kích thước khung $105 \times 40 \times 55\text{ cm}$, 7 thanh sáo đỡ bạt $40\text{ cm}$, 6 khoảng xếp $14.5\text{ cm}$, bạt mở dài $87\text{ cm}$, hộp động cơ $5 \times 5\text{ cm}$ cách sàn $14\text{ cm}$ và hệ 7 puly kéo dây.
  • Lưu đồ thuật toán:
    • Thuật toán chế độ Bằng tay: Quét trạng thái nút nhấn $\rightarrow$ Nếu nhấn nút mở (tiến): kích hoạt động cơ kéo bạt ra cho đến khi chạm công tắc hành trình tiến thì dừng; Nếu nhấn nút thu (lùi): kích hoạt động cơ thu bạt vào cho đến khi chạm công tắc hành trình lùi thì dừng; Nếu nhấn nút dừng: ngắt động cơ ngay lập tức; Quét nút bấm đèn để bật/tắt đèn chiếu sáng.
    • Thuật toán chế độ Tự động: Đọc giá trị cảm biến $\rightarrow$ Nếu trời mưa HOẶC trời nắng: kiểm tra công tắc hành trình tiến, kéo bạt ra ngoài; Nếu trời không mưa, không nắng HOẶC trời tối: kiểm tra công tắc hành trình lùi, thu bạt vào trong; Nếu trời tối VÀ phát hiện có người (cảm biến hồng ngoại mức HIGH): kích hoạt bật đèn chiếu sáng.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Thiết kế và thi công phần cứng hoàn chỉnh: Chế tạo thành công mạch điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển ATmega328P, tích hợp mạch nguồn hạ áp LM2596 hoạt động ổn định ở điện áp 5VDC và 12VDC.
  2. Hiện thực hóa mô hình cơ khí chính xác: Gia công hệ khung mái che kích thước $105 \times 40 \times 55\text{ cm}$ với 7 thanh sáo đỡ bạt, cơ cấu 7 puly và dây kéo vận hành trơn tru, không bị kẹt bạt khi đóng/mở.
  3. Vận hành chính xác các thuật toán điều khiển:
    • Hệ thống phản hồi chính xác tín hiệu thời tiết từ cảm biến mưa và cảm biến ánh sáng BH1750, tự động điều khiển động cơ DC 555 qua mạch cầu L298N để kéo bạt ra hoặc thu bạt vào đúng trạng thái logic.
    • Cơ chế bảo vệ hành trình thông qua 2 công tắc hành trình (tiến/lùi) ngắt động cơ kịp thời, chống quá tải cơ khí và đứt dây kéo.
    • Tính năng chiếu sáng phụ trợ hoạt động tin cậy: đèn tự động bật khi trời tối và có người trong phạm vi quét $3 - 80\text{ cm}$ của cảm biến E18-D80NK.
    • Bảng điều khiển bằng tay phản hồi tức thời các thao tác bấm mở bạt, thu bạt và dừng khẩn cấp.

Đóng góp của đề tài

  • Đưa ra giải pháp kỹ thuật cụ thể kết hợp giữa cơ khí truyền động mái xếp và hệ thống điều khiển nhúng tự động, giải quyết triệt để hạn chế phải thao tác thủ công của các hệ thống mái che truyền thống.
  • Cung cấp mô hình tham khảo trực quan, chi tiết từ khâu tính toán sơ đồ mạch nguyên lý, lựa chọn linh kiện công nghiệp/dân dụng phổ biến cho đến bản vẽ gia công kích thước cơ khí.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Đề tài được thực hiện trong phạm vi bài tập lớn môn học với kiến thức và kinh phí có hạn, hệ thống mới chỉ dừng lại ở quy mô mô hình thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, chưa triển khai thử nghiệm trên hệ mái che kích thước thực tế ngoài trời.
  • Ý tưởng tích hợp bộ ắc quy dự phòng khi mất điện lưới mới dừng lại ở mức đề xuất giải pháp kỹ thuật trong báo cáo, chưa hoàn thiện tích hợp mạch sạc và chuyển nguồn tự động (ATS) trên mô hình phần cứng.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Hoàn thiện mạch chuyển đổi nguồn tự động và quản lý sạc cho bộ ắc quy dự phòng để hệ thống hoạt động liên tục khi xảy ra sự cố điện lưới.
  • Mở rộng nghiên cứu nâng cấp hệ thống kết nối không dây (sử dụng module ESP8266/ESP32 hoặc Bluetooth) để điều khiển, giám sát trạng thái mái che từ xa qua ứng dụng trên điện thoại thông minh (Smart Home).
  • Nâng cấp kết cấu cơ khí và lựa chọn động cơ công suất lớn hơn (động cơ bước, động cơ servo hoặc động cơ xoay chiều có thắng từ) để ứng dụng trực tiếp cho các công trình thực tế.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử, Cơ điện tử và Tự động hóa: Tham khảo phương pháp thiết kế hệ thống nhúng với Arduino, cách lập trình giao tiếp cảm biến số $I^2C$ (BH1750), cảm biến tương tự và mạch lái cầu H L298N.
  • Người thực hiện các đề tài Smart Home, Nhà thông minh, Nông nghiệp thông minh: Tham khảo sơ đồ nguyên lý mạch chống nhiễu (trở kéo $4.7\text{ k}\Omega$ cho $I^2C$, trở $1\text{ k}\Omega$ chống dội nút bấm) và lưu đồ thuật toán phân nhánh điều khiển 2 chế độ (Auto/Manual).
  • Kỹ sư cơ - điện dân dụng: Tham khảo kết cấu hình học, bố trí thanh sáo, ray trượt và cơ cấu dẫn động puly dây kéo cho mái xếp lượn sóng di động.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng những loại cảm biến nào và chức năng của từng loại là gì?

Hệ thống tích hợp 3 loại cảm biến chính:

  • Cảm biến mưa: Nhận biết hạt nước mưa trên bề mặt thông qua mạch so sánh op-amp và xuất tín hiệu số D0 về chân D2 của Arduino.
  • Cảm biến ánh sáng kỹ thuật số GY-30 (BH1750FVI): Đo cường độ ánh sáng môi trường (1 - 65535 lux) qua giao tiếp $I^2C$ (chân A4, A5) để xác định trạng thái trời nắng, râm mát hoặc trời tối.
  • Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK: Phát hiện sự hiện diện của người trong phạm vi 3 - 80 cm để kích hoạt bật đèn tự động vào ban đêm.

2. Động cơ kéo bạt sử dụng loại nào và có thông số kỹ thuật ra sao?

Hệ thống sử dụng động cơ điện một chiều DC 555 có gắn hộp giảm tốc bánh răng. Thông số chính gồm: điện áp danh định 12V/24V, công suất 15W, tốc độ gốc của động cơ 5300 vòng/phút, tốc độ đầu ra qua hộp số giảm tốc là 80 vòng/phút, đường kính trục 6mm và trọng lượng khoảng 300g.

3. Nguyên lý đóng/mở mái che ở chế độ Tự động được lập trình như thế nào?

  • Mở mái che: Khi cảm biến mưa phát hiện có mưa HOẶC cảm biến ánh sáng BH1750 ghi nhận cường độ ánh sáng đạt mức trời nắng, vi điều khiển kích hoạt Driver L298N quay thuận để kéo bạt ra cho đến khi chạm công tắc hành trình tiến.
  • Thu mái che: Khi cảm biến mưa không có tín hiệu mưa VÀ cảm biến ánh sáng báo trời râm mát (không nắng) HOẶC khi trời tối, vi điều khiển kích hoạt động cơ quay nghịch để thu bạt về cho đến khi chạm công tắc hành trình lùi.

4. Mạch điều khiển xử lý chống nhiễu và chống dội tín hiệu bằng giải pháp nào?

  • Trên đường truyền giao tiếp $I^2C$ của cảm biến ánh sáng BH1750 (chân SDA, SCL), mạch mắc thêm 2 điện trở kéo $4.7\text{ k}\Omega$ lên nguồn 5V để ổn định tín hiệu đường truyền.
  • Tại các chân nút bấm điều khiển bằng tay (D3, D4, D5), mạch mắc nối tiếp các điện trở $1\text{ k}\Omega$ để triệt tiêu hiện tượng dội phím cơ khí và lọc xung nhiễu điện áp ngõ vào.

5. Kích thước hình học của mô hình mái che thử nghiệm được thiết kế như thế nào?

Mô hình có kích thước khung dài $105\text{ cm}$, rộng $40\text{ cm}$, cao $55\text{ cm}$. Hệ mái bạt sử dụng 7 thanh sáo dài $40\text{ cm}$, chia thành 6 khoảng xếp đều nhau mỗi khoảng $14.5\text{ cm}$, cho tổng chiều dài bạt khi kéo mở hoàn toàn là $87\text{ cm}$. Hệ thống sử dụng 7 puly dẫn động và hộp động cơ kích thước $5 \times 5\text{ cm}$ đặt cách chân đế $14\text{ cm}$.


Kết luận

Báo cáo bài tập lớn môn học Thiết bị điện thông minh của nhóm sinh viên Khoa Điện - Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình hệ thống mái che xếp di động thông minh điều khiển bằng vi điều khiển Arduino. Hệ thống đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật đề ra, vận hành chính xác ở cả hai chế độ tự động theo thời tiết và điều khiển bằng tay, đồng thời tích hợp bảo vệ hành trình cơ khí và chiếu sáng tự động. Đề tài mang tính thực tiễn cao, là tài liệu tham khảo chi tiết cho sinh viên và kỹ sư trong lĩnh vực tự động hóa công trình và thiết bị nhà thông minh.