CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương này trình bày về sơ đồ mạch in PCB, cách lập trình, cách kiểm tra các mạch của toàn bộ hệ thống. Bên cạnh đó là hình ảnh thực tế, cũng như các kết quả mà hệ thống có tính đến thời điểm hiện tại Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Chương này trình bày các kiến thức, cũng như các kỹ năng mà nhóm có được sau khi thực hiện đề tài như: sử dụng các cảm biến, truyền – nhận thông tin qua wifi, điều khiển các thiết bị bằng bo Arduino Mega 2560 và giám sát – điều khiển trên website. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương này trình bày những kết quả mà đề tài đạt được, đồng thời đưa ra hướng phát triển để có được một đề tài hoàn thiện và đáp ứng được nhu cầu cho cuộc sống hiện đại như ngày nay.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ VÀO RA SỬ DỤNG VÀO ĐỀ TÀI Thiết bị điều khiển trung tâm: Arduino Mega 2560. Các chuẩn truyền dữ liệu: UART, SPI. Thiết bị đầu vào: cảm biến ánh sáng dùng quang trở, DHT11, camera.
Thiết bị đầu ra: LM298n; thiết bị công suất: động cơ DC, đèn 220V; thiết bị giao tiếp công suất: transistor, relay. Thiết bị giao diện điều khiển: Laptop. Web sever – giao diện người dùng.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.1 Giới thiệu về ARDUINO MEGA 2560 Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của Arduino đã cho thấy tầm ảnh hưởng rất nhiều tới thế giới hiện tại, với cộng đồng mạng hỗ trợ, thư viện hỗ trợ hầu hết các Module, các sản phẩm thiết bị ngoại vi khác, thấy được sự quan trọng và phù hợp yêu cầu trong đề tài này, nên chọn ARDUINO. Arduino Mega 2560 sử dụng vi điều khiển Atmega 2560 cho số ngoại vi, các chuẩn giao tiếp và số chân nhiều nhất, bộ nhớ rất lớn (256kb) có thể mở rộng thêm số chân.
Board có cấu trúc tương thích với các board mạch như Uno.Và sử dụng điện áp 5VDC. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.1: Board mạch ARDUINO. Arduino được sử dụng trong đề tài này là Arduino Mega 2560 với thiết kế phần cứng bao gồm 54 chân digital (15 chân có thể sử dụng như các chân PWM), 16 đầu vào analog, 4 UARTs (Cổng nối tiếp phần cứng), 1 thạch anh 16 MHz, 1 cổng kết nối USB, 1 jack cắm điện, 1 đầu ICSP, 1 nút reset.
Ngoài ra Arduino Mega 2560 cơ bản là giống với Arduino Uno R3 mà ta vẫn thường hay sử dụng, chỉ khác về số chân và tính năng, do đó ta có thể lập trình tương tự như lập trình cho Arduino Uno R3.2: Sơ đồ linh kiện trong Arduino Mega 2560. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5 do an CHƯƠNG 2.2 Cảm biến ánh sáng Cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở có khả năng thay đổi điện trở theo cường độ ánh sáng chiếu vào. Thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả và độ tin cậy cao, độ nhiễu thấp do được thiết kế mạch lọc tín hiệu trước khi so sánh với ngưỡng.3: Hình ảnh thực tế của cảm Hình 2.4: Sơ đồ kết nối cảm biến ánh biến ánh sáng. sáng với Arduino Mega 2560.3 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 Cảm biến nhiệt độ được cấu tạo đa dạng khác nhau, chủ yếu là bằng kim loại Platinum có giá trị điện trở 100 Ohm ở nhiệt độ 0 độ C, điện trở sẽ thay đổi khi thay đổi nhiệt độ.
Nguyên lý hoạt động cảm biến nhiệt độ dựa trên mối quan hệ giữa vật liệu kim loại và nhiệt độ. Khi nhiệt độ là 0 độ C thì điện trở là 100Ω, điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng lên và ngược lại. Ưu điểm của cảm biến nhiệt độ là sử dụng đầu dò bằng bạch kim, không bị ăn mòn, rất nhạy với nhiệt độ, hoạt động ổn định. Trong đề tày này, nhóm thực hiện đã chọn loại cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11, đây là 1 trong những module đo nhiệt độ - độ ẩm được sử dụng khá rộng rãi hiện nay bởi giá trị đo được khá chính xác, sai số cho phép nhỏ và giá thành thấp.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.5: Hình ảnh thực tế của module Hình 2.6: Sơ đồ kết nối DHT11 với DHT11.4 Module L298N Mạch điều khiển động cơ DC L298N có khả năng điều khiển hai động cơ DC, dòng tối đa 2A mỗi động cơ, mạch tích hợp diode bảo vệ và IC nguồn 7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho các module khác sử dụng Hình 2.7 Hình ảnh thực tế của module Hình 2.8: Sơ đồ kết nối L298n với L298n.5 Động cơ giảm tốc GA12-N20 Động cơ giảm tốc GA12-N20 với kích thước và trọng lượng nhỏ, gọn thuận tiện cho việc mô phỏng được dùng trong các mạch mô phỏng điều khiển tốc độ động cơ, điều khiển quay thuận nghịch,… Động cơ giảm tốc GA12-N20 là loại động cơ cho phép điều khiển một cách khá chính xác. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.10: Sơ đồ kết nối động cơ ,L298 với Hình 2.9: Hình ảnh thực tế của động arduino.
cơ giảm tốc GA12-N20.6 Đèn Led thanh 5050 Led thanh 5050 sử dụng loại led SMD 5050 nên rất sáng và thật với công suất chỉ có 12W, sử dụng chất liệu nhôm nên lượng nhiệt tỏa ra ít làm tăng độ bền cho bóng, không phát ra bức xạ tia cực tím, hồng ngoại có hại, thân thiện với môi trường, được làm từ nhôm nên tản nhiệt tốt, gọn nhẹ dể vận chuyển.11: Hình ảnh thực tế của led Hình 2.12: Sơ đồ kết nối led thanh 5050 thanh 5050 với Arduino Mega 2560.7 Module ESP8266 Chip ESP8266 được phát triển bởi Espressif để cung cấp giải pháp giao tiếp Wifi cho các thiết bị IoT. Điểm đặc biệt của dòng ESP8266 là nó được tích hợp các mạch RF như balun, antenna switches, TX power amplifier và RX filter ngay bên trong chip với kích thước rất nhỏ chỉ 5x5mm nên các board sử dụng ESP8266 không cần kích thước board lớn cũng như không cần nhiều linh kiện xung quanh. Ngoài ra, giá thành của ESP8266 cũng rất thấp đủ để hấp dẫn các nhà phát triển sản phẩm. Cấu trúc phần cứng của dòng chip ESP8266 có thể tóm tắt như sau: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sử dụng 32-bit MCU core có tên là Tensilica. Tốc độ system clock có thể set ở 80MHz hoặc 160MHz. Không tích hợp bộ nhớ Flash để lưu chương trình. Tích hợp 50KB RAM để lưu dữ liệu ứng dụng khi chạy.
Có đầy đủ các ngoại vi chuẩn đê giao tiếp như 17 GPIO, 1 Slave SDIO, 3 SPI, 1 I2C, 1 I2S, 2 UART, 2 PWM. Tích hợp các mạch RF để truyền nhận dữ liệu ở tần số 2. Hỗ trợ các hoạt động truyền nhận các IP packages ở mức hardware như Acknowledgement, Fragmentation và Defragmentation, Aggregation, Frame Encapsulation v.13: Hình ảnh thực tế của Hình 2.14: Sơ đồ kết nối Esp8266 với Esp8266.8 Module Relay( rơ-le) Một module rơ-le được tạo nên bởi 2 linh kiện thụ động cơ bản là rơ-le và transistor, nên module rơ-le có những thông số của chúng. Rơ-le bình thường gồm có 6 chân.
Trong đó có 3 chân để kích, 3 chân còn lại nối với đồ dùng điện công suất cao. - Ba chân dùng để kích: + Chân (+): cấp hiệu điện thế kích tối ưu vào chân này. + Chân (-) : nối với cực âm. + Chân (S): chân tín hiệu, tùy vào loại module rơ-le mà nó sẽ làm nhiệm vụ kích rơ-le.
+ Nếu bạn đang dùng module rơ-le kích ở mức cao và chân S bạn cấp điện thế dương vào thì module rơ-le của bạn sẽ được kích, ngược lại thì không. Tương tự với module rơ-le kích ở mức thấp. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 9 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Ba chân còn lại nối với đồ dùng điện công suất cao: + Chân COM: chân nối với 1 chân bất kỳ của đồ dùng điện, nhưng mình khuyên bạn nên mắc vào đây chân lửa (nóng) nếu dùng hiệu điện thế xoay chiều và cực dương nếu là hiệu điện một chiều.
+ ON hoặc NO: chân này bạn sẽ nối với chân lửa (nóng) nếu dùng điện xoay chiều và cực dương của nguồn nếu dòng điện một chiều. + OFF hoặc NC: chân này bạn sẽ nối chân lạnh (trung hòa) nếu dùng điện xoay chiều và cực âm của nguồn nếu dùng điện một chiều.15: Hình ảnh thực tế của module Hình 2.16: Hình ảnh thực tế của module rơ-le PNP 2 kênh. rơ-le PNP 1 kênh. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 10 do an CHƯƠNG 2.3 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU 2.1 Giao tiếp Serial – UART UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter Là kiểu truyền thông tin nối tiếp không đồng bộ thường là một mạch tích hợp.
Mục đích của UART là để truyền tín hiệu qua lại lẫn nhau (ví dụ truyền tín hiệu từ Laptop vào Modem hay ngược lại) hay truyền từ vi điều khiển tới vi điều khiển, từ laptop tới vi điều khiển.17: Truyền dữ liệu qua lại giữa 2 vi điều khiển.2 Chuẩn truyền thông SPI SPI (Serial Peripheral Bus) là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hang Motorola đề xuất. Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có một chip Master điều phối quá trình tuyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi Master vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave. SPI là một cách truyền song công (full duplex) nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời. SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có bốn đường giao tiếp trong chuẩn này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select).
SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần một đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi. Đây là điểm khác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta đã biết trong chuẩn UART. Sự tồn tại của chân SCK giúp quá trình tuyền ít bị lỗi và vì thế tốc độ truyền của SPI có thể đạt rất cao. Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip Master.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 11 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MISO– Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thì đây là đường Input còn nếu là chip Slave thì MISO lại là Output. MISO của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau.