Thiết kế, chế tạo bộ thực hành phục vụ đào tạo iot (internet of things) cho sinh viên ngành kỹ thuật cơ điện tử

Với yêu cầu cấp thiết phải trang bị cho sinh viên kiến thức lý thuyết và kiến thức thực tế để đáp ứng nhu cầu nhân lực cho công nghiệp 4.0, trong chương trình đào tạo của ngành Kỹ thuật Cơ điện tử đã có môn học cơ sở và ứng dụng IoT. Tuy nhiên, hiện nay cơ sở vật chất phục vụ cho môn học vẫn chưa được trang bị đầy đủ và chưa giúp sinh viên nắm bắt thực tế về hệ thống IoT; do đó làm khó khăn cho việc giảng dạy và học tập của giảng viên và sinh viên tại nhà trường. Từ thực tế đó, Trường Đại học Phạm Văn Đồng thực hiện đề tài: “Thiết kế, chế tạo bộ thực hành phục vụ đào tạo IoT cho sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử”.

Mục tiêu của đề tài là chế tạo ra bộ thực hành ứng dụng IoT phục vụ trong công tác giảng dạy chuyên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử tại Trường Đại học Phạm Văn Đồng gồm bộ thực hành cơ bản về cảm biến ứng dụng IoT; bộ thực hành về điều khiển tốc độ và vị trí động cơ DC bằng công nghệ IoT; các bài thực hành về ứng dụng IoT trong việc sử dụng động cơ DC và cảm biến.

Với mục tiêu đặt ra, đề tài nghiên cứu chế tạo và thi công khung bàn cho bộ thực hành bằng việc lựa chọn  vật liệu là khung được làm bằng nhôm định hình 40x40, 40x80. Lựa chọn bánh xe di chuyển, trên cơ sở phân tích ưu điểm của các loại bánh xe cho bàn thực  hành,  đề tài lựa chọn bánh xe Nylon tải trọng nặng trục xoay Footmaster GD-60F để dễ dàng di chuyển và cố định bàn thực hành khi thao tác trong nhà xưởng hay phòng thực hành thuận lợi sinh viên hay quá trình giảng dạy của giảng viên.

Các panel cho các bảng thực hành được thiết kế và gia công với vật liệu mecal dày 5mm để đảm bảo độ cứng và thẩm mỹ cho bộ thực hành. Hộp gá mặt panel có sơn tĩnh điện bề mặt đảm bảo chống xước và thẩm mĩ, an toàn; sản phẩm được thiết kế và sản xuất đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật về tủ điện công nghiệp, có tính thẩm mỹ cao.

Đề tài tiến hành lắp ráp hoàn thiện bàn thực hành ứng dụng IoT gồm: Bộ thực hành cảm biến IoT với số lượng 03 bộ: Bộ thực hành về cảm biến nhiệt độ, độ  ẩm khoảng đo 0 đến 1400C; bộ thực hành về cảm biến áp suất + khoảng đo 2 đến 20 Bar; bộ thực hành về cảm biến trọng lượng 0 đến 100kg. Bộ thực hành về điều khiển tốc độ và vị trí động cơ DC bằng công nghệ IoT có số lượng 03 bộ: Động cơ DC 5V,12V, 24V(100W).

Các ứng dụng, bài tập IoT được thực hiện từ bộ thực hành. Về thực hành điều khiển động cơ qua internet sử dụng điện thoại thông minh, loại động cơ sử dụng điện áp 5V, 12V và 24V. Hai sơ đồ thực hành (sơ đồ thực hành điều khiển động cơ qua wifi sử dụng driver MSD-E3 và động cơ 5V; sơ đồ thực hành điều khiển động cơ qua wifi sử dụng driver MSD-E10 và động cơ 12V, 24V) khác nhau về loại động cơ được sử dụng, mô đun driver điều khiển, nguồn điện công suất cấp cho động cơ; với các chân kết nối giữ Wemos D1 R32 với driver điều khiển “Pulse”, “Dir”, sinh viên có thể được  lựa và điều chỉnh cho phù hợp trong chương trình C. Đây là bài hướng dẫn đã thực hành với các mô đun điều khiển động cơ - IoT thông qua  nền tảng Blynk. Ví dụ thực hành này đơn giản, nhằm giúp cho sinh viên làm quen với các bo mạch wifi trong ứng dụng IoT, driver điều khiển động cơ. Trong ví dụ này, các sinh viên có thể điều khiển chuyển động vị trí của động cơ theo số xung đặt trước từ “Slider” hoặc chuyển sang chế độ qua chạy liên tục với số xung/ đơn vị thời gian. Trong bài thực hành này, động cơ được thiết lập ở chế độ điều khiển vị trí. Sinh viên có thể dễ dàng thiết lập để động cơ chạy ở chế độ vận tốc thông qua cài đặt trên driver động cơ.

Về thực hành đo dữ liệu và giám sát thông số cảm biến qua internet sử dụng điện thoại thông minh, bài thực hành này giúp sinh viên làm quen với thiết bị giao tiếp không dây, mạch đọc tín hiệu từ cảm biến áp suất thông qua ví dụ xây dựng chương trình điều khiển kết nối qua wifi với điện thoại thông minh; ví dụ này có thể mở rộng cho việc đọc tín hiệu cảm biến khác sử dụng các nền tảng ứng dụng IoT khác nhau. Đọc tín hiệu cảm biến áp suất là một trong những nội dung thực hành quan trọng liên quan trực tiếp đến nhiều ứng dụng thực tế; phần này giúp các bạn sinh viên làm quen với thiết lập cách thức giao tiếp với cảm biến áp suất trong ứng dụng IoT, viết chương trình điều khiển trên Arduino và chương trình ứng dụng trên nền tảng Blynk.

Kết quả của đề tài đã cho ra sản phẩm đào tạo có tính mới ở các cơ sở đào tạo hiện nay và thực hiện cho xu hướng đào tạo theo nhu cầu thực tế của doanh nghiệp và sinh viên; qua đó phục vụ tốt cho công tác giảng dạy và học tập của giảng viên và sinh viên trong nhà trường hiện nay