CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Trình bày các lý thuyết liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài, bao gồm các thông số, hình ảnh các linh kiện sử dụng trong đồ án. Chương 3: Thiết Kế và Tính Tóan Trình bày sơ đồ khối, chức năng từng khối. Tính toán và thiết kế từng khối để có thể vẽ sơ đồ nguyên lý toàn mạch.
Chương 4: Thi công hệ thống Trình bày kết quả thi công phần cứng và hình ảnh mô phỏng của mạch, các bước tiến hành thi công mạch. Ngoài ra, trong chương này còn đưa vào lưu đồ và các chương trình lập trình chính. Chương 5: Kết quả - Nhận xét – đánh giá Trình bày kết quả của cả quá trình nghiên cứu, thời gian thực hiện và kiến thức trong suốt thời gian nhận được trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp và cuối cùng là đưa ra nhận xét, đánh giá khách quan của bản thân về sản phẩm tự tay mình làm. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Trình bày kết quả thu được dựa vào phương pháp và mục đích ban đầu, các việc đã và chưa làm được.
Ngoài ra, trong chương này, trình bày hướng phát triển và mở rộng quy mô của đồ án tốt nghiệp này vào thực tế. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2.1 TỔNG QUAN VỀ GPS Hệ thống Định vị Toàn cầu (tiếng Anh: Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh.
GPS là một hệ thống gồm 27 vệ tinh (kể cả 3 cái sơ cua) chuyển động trên các quĩ đạo chung quanh trái đất. Mỗi vệ tinh nặng khoảng 2 tấn, sử dụng năng lượng mặt trời, chuyển động cách mặt đất khoảng 19300km [2]. Mỗi vệ tinh quay quanh trái đất 2 vòng một ngày đêm. Quỹ đạo của các vệ tinh được tính toán sao cho ở bất kỳ nơi nào trên trái đất, vào bất kỳ thời điểm nào, cũng có thể “nhìn thấy” tối thiểu 4 vệ tinh.
Công việc của một máy thu GPS là xác định vị trí của 4 vệ tinh hay hơn nữa, tính toán khoảng cách từ các vệ tinh và sử dụng các thông tin đó để xác định vị trí của chính nó. Quá trình này dựa trên một nguyên lý toán học đơn giản. Vĩ độ (ký hiệu: φ) của một điểm bất kỳ trên mặt Trái Đất là góc tạo thành giữa đường thẳng đứng (phương của dây dọi, có đỉnh nằm ở tâm hệ tọa độ-chính là trọng tâm của địa cầu) tại điểm đó và mặt phẳng tạo bởi xích đạo. Đường tạo bởi các điểm có cùng vĩ độ gọi là vĩ tuyến, và chúng là những đường tròn đồng tâm trên bề mặt Trái Đất.
Kinh độ (ký hiệu: λ) của một điểm trên bề mặt Trái Đất là góc tạo ra giữa mặt phẳng kinh tuyến đi qua điểm đó và mặt phẳng kinh tuyến gốc. Những đường thẳng tạo bởi các điểm có cùng kinh độ gọi là kinh tuyến. Bằng cách phối hợp hai góc này, ta có thể xác định được vị trí nằm ngang của bất kỳ điểm nào trên Trái Đất.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG Thiết bị đầu vào: Nút nhấn đơn không chống dội, module cảm biến rung HDX- 01, module Sim 808A, Cảm biến gia tốc MPU-6050. Thiết bị đầu ra: Buzzer, Led.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thiết bị điều khiển trung tâm: Board Arduino UNO R3. Các chuẩn truyền dữ liệu: UART, I2C.1 Board Arduino Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình.
Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm. Các ứng dụng nổi bật của board mạch Arduino như robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ, phát hiện chuyển động, game tương tác. Board Arduino có rất nhiều phiên bản với hiệu năng và mục đích sử dụng khác nhau như: Arduino Mega, Arduino LilyPad. Trong số đó, Arduino Uno R3 là một trong những phiên bản được sử dụng rộng rãi nhất.
Arduino UNO R3 là một dòng Arduino đủ mạnh về tính năng, 20 chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường. Board Arduino UNO R3 Cấu trúc tổng quát của Arduino UNO R3 như sau: Bảng 2. Cấu trúc tổng quát Arduino UNO R3 Vi điều khiển Atmega328P Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào (khuyên dùng) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chân Digital I/O 14 (Với 6 chân PWM output) Chân PWM Digital I/O 6 Chân đầu vào Analog 6 Dòng sử dụng I/O Pin 20 mA Dòng sử dụng 3.3V Pin 50 mA Bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328P) với 0.5KB dùng bởi bootloader SRAM 2 KB (ATmega328P) EEPROM 1 KB (ATmega328P) Clock Speed 16 MHz LED_BUILTIN 13 Chiều dài 68.6 mm Chiều rộng 53.4 mm Trọng lượng 25 2.2 Module sim 808a Module Sim808A là Module GSM/GPS, xây dựng dựa trên Sim808 của SIMCOM, hỗ trợ GSM/GPRS với 4 băng tần và công nghệ định vị vệ tinh GPS.
Ngoài 2 chức năng chính GSM/GPS, Module Sim808A còn hỗ trợ thêm tính năng Bluetooth. Module Sim808A có GPS với độ nhạy cao với 22 kênh theo dõi và 66 kênh tiếp nhận. Bên cạnh đó, nó cũng hỗ trợ công nghệ A-GPS, giúp cho việc định vị được chính xác hơn, ngay cả khi thiết bị ở trong nhà. Module được thiết kế tối ưu, loại bỏ đi những tính năng không cần thiết để giảm giá thành và phục vụ chủ yếu cho việc giám sát, điều khiển các thiết bị từ xa thông qua GMS/GPRS/GPS.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Module sim 808A thực tế Vin MCU: Chân input, dùng để tương thích với mức điện áp giao tiếp UART giữa vi điều khiển với Module Sim808. Nguồn của vi điều khiển là 3.3V hay 5V sẽ cấp đến chân Vin Arduino.
Vin Sim: Chân input, là chân nguồn cấp cho Module Sim808, nguồn cấp trong dải từ 3. Cấp nguồn áp quá mức này module sẽ bị hỏng. Với Module Sim808 đã tích hợp nguồn DC-DC, chân Vin Sim không cần sử dụng, do nguồn đã được cấp tới chân này từ module nguồn DC-DC. ST: Chân output, được dùng để đọc trạng thái của Module Sim808, để xem module đã khởi động được hay chưa? Nếu tín hiệu đọc về từ chân STA ở mức cao thì module khởi động, ở mức thấp thì module đang ngừng hoạt động.
PWK: Chân Input, dùng để bật/tắt Module Sim808. Chân PWK dùng để điều khiển từ mức thấp lên mức cao, với thời gian ở mức cao là ít nhất 1 giây thì Module Sim808 sẽ được bật/tắt. RST: Chân Input, dùng để khởi động lại Module Sim808. Để reset Module Sim808 xuất một xung từ mức thấp lên mức cao tới chân RST, với thời gian ở mức cao tối thiểu 105ms.
RXD: Chân output, nối với chân RXD của Arduino TXD: Chân input, nối với chân TXD của Arduino GND: 0 VDC, nối chung GND của Arduino BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2.3 Cảm biến rung HDX-01 Hình 2. Cảm biến rung HDX-01 Chức năng : Cảm biến rung này sử dụng để đo độ rung. Nó có thể kích hoạt từ mọi góc độ và thường được sử dụng cho việc đo cảm ứng chạm, sốc. Có thể được sử dụng trong các thiết bị chống trộm, khóa điện tử, cơ khí phát hiện thiết bị rung.
Điện áp hoạt động: < 24VDC Dòng điện: < 1mA Nhiệt độ: < 80°C 2.4 Cảm biến gia tốc MPU-6050 Hình 2. Cảm biến gia tốc MPU - 6050 Module cảm biến gia tốc MPU-6050 GY-521 tích hợp gia tốc 3 trục + con quay hồi chuyển 3 trục giúp kiểm soát cân bằng hoặc định hướng chuyển động cho robot, máy bay, drone, tay cầm chơi game, hệ thống giữ thăng bằng cho camera/máy ảnh, nhận biết sự rơi, rung, lắc. Chức năng: Cảm biến gia tốc được ứng dụng nhiều trong nhiều lĩnh vực: - Kỹ thuật: Cảm biến gia tốc có thể đo gia tốc của các phương tiện, do gia tốc ô tô, máy móc, nhà cửa, các hệ thống tự động hóa và lắp đặt an toàn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Công nghiệp: Cảm biến gia tốc được sử dụng trong việc bảo quản máy móc để báo cáo sự dao động và biến đổi của các trục quay ổ bi,. - Xây dựng: Cảm biến gia tốc được sử dụng để đo các chuyển động và dao động của một cấu trúc chịu ảnh hưởng của các hệ thống chuyển động. - Các thiết bị cá nhân: Được tích hợp trong các smartphone, tablet,. để điều khiển giao diện người dùng ( xoay màn hình ngang/dọc ).
- Y học: Vài năm gần đây, có nhiều công ty đã sản xuất các đồng hồ đeo tay thể thao có chân đế gắn các cảm biến gia tốc giúp cho việc theo dõi tốc độ và vị trí chạy của người đeo nó. Thông số kỹ thuật Chip: MPU-6050 ( 16bit ADC, 16bit data out ) Giá trị Gyroscapes trong khoảng: +/- 250 500 1000 2000 degree/sec Giá trị Acceleration trong khoảng: +/- 2g, +/- 4g, +/- 8g, +/- 16g Giao tiếp: I2C Nguồn sử dụng: 3V - 5V (DC) 2.3 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP 2.1 Chuẩn giao tiếp uart UART : Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, là kiểu truyền thông tin nối tiếp không đồng bộ, UART thường được dùng trong máy tính công nghiệp, truyền thông, vi điều khiển, hay một số các thiết bị truyền tin khác. Một số thông số: Baud rate (tốc độ Baud ) : Khi truyền nhận không đồng bộ để hai mô đun hiểu được nhau thì cần quy định một khoảng thời gian cho 1 bit truyền nhận , nghĩa là trước khi truyền thì tốc độ phải được cài đặt đầu tiên. Theo định nghĩa thì tốc độ baud là số bit truyền trong một giây.