đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Nền tảng lý thuyết quan trọng được trình bày ở chương này, dựa vào đó để tính toán và thiết kế mạch thực tế. • Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Các thông số tính toán, mẫu thiết kế từng khối, phần mềm lập trình sử dụng sẽ được trình bày cụ thể ở chương này.
• Chương 4: Thi công hệ thống Nội dung chương sẽ trình bày tóm tắt từng bước quá trình thi công hệ thống, hoàn thành mô hình hệ thống. • Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Sau khi hoàn thành việc thi công, chương này trình bày kết quả nghiên cứu và từ đó rút ra nhận xét, đánh giá. • Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Nội dung chương sẽ nêu rõ nhóm có hoàn thành mục tiêu ban đầu đã đề ra, nếu không hoàn thành được thì tìm hiểu nguyên nhân. Hướng phát triển của đề tài sau này.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 QUY TRÌNH GIÁM SÁT CỦA HỆ THỐNG Ban đầu Arduino giao tiếp với các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, bụi và ánh sáng thông qua các chuẩn giao tiếp rồi hiển thị dữ liệu đo được lên LCD 20x4, đồng thời dữ liệu từ cảm biến sẽ cập nhật liên tục và hiển thị trên Web qua Wifi. Dữ liệu cập nhật theo thời gian thực và thời gian cập nhật là 15 giây.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.1 Khối cảm biến 2.1 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 Do mạch ứng dụng trong môi trường không khí bình thường nên giới hạn tiêu chí đo nhiệt độ của mạch nằm trong khoảng 0 – 50ºC và độ ẩm là 40 - 80% RH. Trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ và độ ẩm.
Do vậy, chúng ta cần chọn loại cảm biến thích hợp cho hệ thống. Bảng dưới đây liệt kê thông tin của một số loại cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm thông dụng. Bảng so sánh các cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm thông dụng. Thông số kỹ DHT11 AS2301 SHT10 thuật Nguồn sử dụng 3 – 5.5VDC Dải đo nhiệt độ 0 – 50oC -40oC đến 80oC -40oC đến 123.8oC Dải đo độ ẩm 20 – 90% RH 0 – 100% RH 0 – 100% RH Khoảng cách Tối đa 20m Tối đa 20m Tối đa 20m truyền Độ nhạy Tốt Tốt Rất tốt Giá thành 30.000đ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Căn cứ vào số liệu bảng so sánh trên ta thấy cả 2 dòng AS2301 và SHT10 đều có dải đo nhiệt độ và độ ẩm lớn hơn so với DHT11. Tuy nhiên nếu xét cụ thể từng dòng, SHT10 có giá thành quá cao, AS2301 cũng có giá thành cao và điều khiển phức tạp hơn nhiều so với DHT11. Do đó, DHT11 là sự lựa chọn tốt nhất do được sử dụng phổ biến, giá thành rẻ, thông số kĩ thuật phù hợp với nhu cầu và giới hạn của đề tài. Mô tả chân và sơ đồ kết nối với vi điều khiển của cảm biến DHT11 Hình 2-1.
Sơ đồ chân của cảm biến DHT11 Mô tả chân: - Chân số 1: nối với nguồn (3. - Chân số 2: truyền dữ liệu nối tiếp. - Chân số 3: chân không kết nối. - Chân số 4: nối mass.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sơ đồ kết nối: Hình 2-2. Sơ đồ kết nối giữa Vi điều khiển với DHT11 Trong đó, MCU: Micro Ctroller Unit (khối vi điều khiển). Tổng quan quá trình giao tiếp Quá trình giao tiếp giữa cảm biến DHT11 với khối điều khiển Arduino sẽ diễn ra theo 03 giai đoạn được trình bày tóm tắt như sau.
Đầu tiên khối điều khiển gửi đi một xung bắt đầu chờ tín hiệu từ DHT11, nếu có DHT11 sẽ trả lời bằng cách kéo tín hiệu từ mức logic 1 xuống mức logic 0. Khi đó quá trình truyền nhận dữ liệu bắt đầu. Khi quá trình giao tiếp của khối điều khiển và cảm biến DHT11 bắt đầu, chân dữ liệu được kéo xuống mức logic 0 trong khoảng thời gian ít nhất 18ms để chắc chắn cảm biến DHT11 phát hiện tín hiệu từ khối điều khiển. Sau đó khối điều khiển sẽ đưa mức logic lên 1 và đợi tầm 20-40 µs chờ cảm biến phản hồi.
Khi cảm biến DHT11 phát hiện tín hiệu bắt đầu, nó sẽ hồi tiếp về mức 0 và giữ khoảng 80µs để chuẩn bị gửi dữ liệu về. Sau đó lại đưa tín hiệu lên mức 1 khoảng 80µs để chuẩn bị truyền dữ liệu. Sau khi đưa tín hiệu chân dữ liệu về mức logic 0, cảm biến đưa nó lên mức logic 1. Nếu chân dữ liệu giữ mức logic 1 trong khoảng 26-28µs thì ta được bit 0, còn nếu 70µs thì ta được bit 1.
Đọc giá trị trên DHT11 Sau khi giao tiếp được với khối điều khiển, cảm biến DHT11 sẽ trả về giá trị nhiệt độ và độ ẩm dưới dạng 40 bit dữ liệu, tương ứng chia làm 5 byte. Trong đó: Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm.
Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ. Byte 4: giá trị phần thập phân của nhiệt độ. Byte 5: kiểm tra tổng. Nếu (Byte 5) = (Byte 1 + Byte 2 + Byte 3 + Byte 4) thì giá trị độ ẩm và nhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có ý nghĩa.
Ví dụ: Dữ liệu nhận 40 Bit: 00110101 00000000 00011000 00000000 01001101 Dữ liệu đã nhận chính xác về Độ ẩm: 00110101 = 35H = 53%RH Dữ liệu đã nhận chính xác về Nhiệt độ: 00011000 = 18H = 24oC 2.2 Cảm biến bụi Sharp GP2Y10 (Dust Sensor) Ô nhiễm môi trường không khí ngày càng trầm trọng. Điều này, ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe mỗi con người. Vì vậy module cảm biến bụi sẽ giúp chúng ta biết được mức độ ô nhiễm môi trường không khí để có thể cải thiện chất lượng không khí. Cảm biến bụi Sharp GP2Y10 a.
Thông số cơ bản của cảm biến ▪ Nguồn : 3,3 – 5 VDC ▪ Dòng tiêu thụ : 10mA ▪ Ngõ ra : analog với tỉ lệ 0,5V ~ 0,1mg/m3 ▪ Nhiệt độ hoạt động : -40 ~ 85 độ C BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. Sơ đồ chân kết nối Sơ đồ chân kết nối được trình bày ở hình sau: Hình 2-4. Sơ đồ chân và tổng quan quá trình kết nối với vi điều khiển của cảm biến bụi Sharp GP2Y10 Bảng 2-2. Chân kết nối của cảm biến bụi GP2Y10 Thứ tự chân cảm biến bụi Thuộc tính 1.
LED-GND Chân nối đất 3. LED Chân ngõ vào số 4. S-GND Chân nối đất 5. Vo Chân ngõ ra analog 6.
VCC Chân nguồn trực tiếp 3,3V c. Nguyên lý hoạt động của cảm biến Cảm biến bụi được cấu tạo bởi ba thành phần chính: IR LED, Phototransistor, Amplifer. IR LED và Phototransistor là 02 bộ phận dùng để truyền và nhận hồng ngoại và được đặt chệch gốc với nhau. Khi có bụi bay vào, tia hồng ngoại từ IR LED sẽ bị dội vào Phototransistor, lúc này điện áp từ phototransistor sẽ được đưa đến mạch khuếch đại (Amplifier) và xuất ra chân Vo.3 Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Cảm biến BH1750 được sử dụng để đo cường độ ánh sáng, cảm biến có mạch chuyển đổi tương tự ra số nội và bộ tiền xử lý nên giá trị được trả ra là giá trị trực tiếp cường độ ánh sáng mà không phải qua bất kỳ xử lý. Cảm biến BHT1750 được kết nối với vi điều khiển thông qua giao tiếp I2C. Đơn vị cho số lượng ánh sáng chiếu từ một nguồn bất kỳ trong một giây là lumen. Cảm biến ánh sáng sẽ đọc giá trị trong một giây trên 1 mét vuông.
Đơn vị là Lux viết tắt là lx. Lux = 1 Lm/m2 a) Thông số cơ bản của cảm biến • Nguồn: 3 – 5VDC • Giao tiếp: I2C • Khoảng đo: 1 – 65535 lux b) Sơ đồ nối chân và các chế độ đo Hình 2-5. Sơ đồ chân kết nối của cảm biến BH1750 Bảng 2-3. Chân kết nối của cảm biến BH1750 Chân Chi tiết VCC Chân cấp nguồn 3-5V GND Chân nối đất SCL Chuẩn giao tiếp I2C SDA Chuẩn giao tiếp I2C ADDR Chân địa chỉ để lập trình.
ADDR = ‘H’ (ADDR > 0,7Vcc) “1011100” ADDR = ‘L’ ( ADDR < 0,3Vcc) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT “0100011” Cảm biến BH1750 có 3 chế độ đo: • H-Resolution với độ nhậy sáng 0.5 lux • H-Resolution với độ nhậy sáng 1 lux. • L-Resolution với độ nhậy sáng 4 lux.2 Khối vi điều khiển Arduino là một board mạch vi xử lý tích hợp, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8 bit, hoặc ARM Atmel 32-bit.
Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau. Một vài thông số lựa chọn Arduino trong các board Arduino phổ biến. Thông số kĩ thuật Arduino Arduino Arduino Uno Nano Mega Chip điều khiển ATmega328 ATmega328 ATmega2560 Điện áp khuyên dùng 7 – 12VDC 7 –12VDC 7 – 15VDC Số chân Digital I/O – PWM – 14 – 6 – 6 14 – 6 – 8 54 – 15 – 16 Analog Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30mA 40mA 40mA Tốc độ 16MHz 16MHz 16MHz Giá thành 130.000đ Từ bảng so sánh trên ta thấy Arduino Uno là sự lựa chọn hợp lí, giá cả vừa phải, cấu hình phù hợp với yêu cầu và giới hạn của đề tài. Arduino Nano có giá thành rẽ hơn Arduino Uno nhưng ở Nano có một nhược điểm lớn là thường rất dễ bị cháy khi bị đoản mạch vì nó không có khả năng tự ngắt nguồn như Uno.
Arduino Mega có giá thành hơi cao và có BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT rất nhiều chân không cần thiết so với yêu cầu để tài.