đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu của đề tài, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đề tài. • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này trình bày giới thiệu phần cứng của hệ thống điều khiển, các chuẩn giao tiếp trong quá trình truyền – nhận dữ liệu. • Chương 3: Tính Toàn Thiết Kế.
Chương này trình bày về cách tính toán, sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý của các board mạnh của hệ thống: mạch điều khiển trung tâm, mạch điều điều khiển thứ cấp, mạch nguồn cung cấp điện áp – dòng điện cho từng bộ xử lí trong hệ thống. • Chương 4: Thi Công Hệ Thống. 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 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 kiến thức, cũng như kỹ năng mà nhóm được sau khi thực hiện đề tài như: sử dụng các cảm biến, truyền – nhận thông tin qua wifi hay sóng RF, điều khiển các thiết bị bằng board Arduino Mega 2560, board Arduino Uno R3 và đưa dữ liệu lên web dùng ESP8266 NodeMCU. • 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 – Y SINH Trang 3 CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 GIỚI THIỆU Trong chương này là các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG - Thiết bị đầu vào: Module cảm biến khí MQ-2. - Thiết bị đầu ra: LCD 16x2, Kit Wi-fi ESP8266 NodeMCU, Còi báo động 12V, Relay 5V. - Thiết bị vừa là thiết bị đầu vào vừa là thiết bị đầu ra: Module Sim900a mini, Module thu phát sóng RF nRF24L01. - Thiết bị điều khiển trung tâm: Arduino Uno R3, Arduino Mega 2560.
- Chuẩn truyền thông: SPI, UART. - Thiết bị giám sát: Laptop, điện thoại có kết nối internet.1 Bộ điều khiển trung tâm Trên thị trường có rất nhiều vi điều khiển để xử lý hệ thống như: vi điều khiển hãng Microchip (tiêu biểu PIC 16F887, 18F4550, vi điều khiển hãng ATMEL (AT89C52), RASPBERRY PI, ARDUINO. Với đề tài này nhóm đang thực hiện chúng em lựa chọn bộ điều khiển trung tâm là Arduino Uno R3, Arduino Mega 2560 R3. ❖ Giới thiệu về Arduino Uno R3 Arduino Uno R3 là một board điều khiển phù hợp nhất cho những người mới bắt đầu sử dụng vi xử lí ATmega328.
Nó có 14 đầu vào / đầu ra số (trong đó 6 chân có thể được sử dụng làm đầu ra PWM), 6 đầu vào analog, một thạch anh thạch anh 16 MHz, một kết nối USB, một jack cắm điện, một đầu ICSP và một nút reset. Nó chứa mọi thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển; chỉ đơn giản kết nối nó với một máy tính bằng cáp USB hoặc sử dụng nó với một bộ chuyển đổi AC sang DC hoặc pin để bắt đầu. Bạn có thể làm việc với UNO mà không phải lo lắng quá nhiều về việc làm sai, kịch bản xấu nhất bạn có thể gặp là thay thế chip với một vài đô la và bắt đầu lại. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 4 CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.1 Hình ảnh thực tế Arduino Uno R3 ❖ Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 ▪ Vi xử lý: Atmega328 ▪ Điện áp hoạt động: 5V ▪ Điện áp đầu vào: 7-12V ▪ Điện áp đầu vào (Giới hạn): 6-20V ▪ Chân vào/ra (I/O) số: 14 (6 chân có thể cho đầu ra PWM) ▪ Chân vào tương tự: 6 ▪ Chân I/O số PWM: 6 ▪ Dòng điện trong mỗi chân I/O: 20mA ▪ Dòng điện chân nguồn 3.3V: 50mA ▪ Bộ nhớ Flash: 32 KB (ATmega328) với 0.5 KB sử dụng cho trình nạp khởi động. Đặc biệt bộ nhớ flash của MEGA được tăng lên một cách đáng kể, gấp 4 lần so với những phiên bản cũ của UNO R3. Điều này cùng với việc trang bị 3 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 5 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT timer và 6 cổng interrupt khiến board mạch Mega hoàn toàn có thể giải quyết được nhiều bài toán hóc búa, cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số cũng như tương tự.
Ngoài việc phát triển được ưu tiên, việc kế thừa cũng được đặc biệt lưu ý. Trên mạch MEGA các chân digital vẫn từ 0-13, analog từ 0-5 và các chân nguồn tương tự thiết kế của UNO. Do vậy chúng ta dễ dàng phát triển nghiên cứu theo kiểu gắp ghép module từ Arduino UNO bê sang Arduino Mega.2 Hình ảnh thực tế Arduino Mega 2560 R3 ❖ Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 ▪ Vi xử lý: ATmega2560 ▪ Điện áp hoạt động: 5V ▪ Điện áp đầu vào (được đề nghị): 7-12V ▪ Điện áp đầu vào (giới hạn): 6-20V ▪ Số lượng chân I/O: 54 chân (trong đó có 15 chân PWM) ▪ Số lượng chân Input Analog: 16 ▪ Dòng điện DC mỗi I/O: 20 mA ▪ Dòng điện DC với chân 3.3V: 50 mA ▪ Bộ nhớ Flash: 256KB trong đó có 8KB sử dụng cho trình nạp khởi động. ▪ SRAM: 8KB ▪ EEPROM: 4KB ▪ Xung nhịp: 16 MHz BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 6 CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ❖ Các thành phần chức năng chính của Arduino Uno R3, Mega2560 Hình 2.3 Các thành phần chức năng của Arduino Uno R3 Hình 2.4 Các thành phần chức năng của Arduino Mega 2560 USB Connector: Arduino sử dụng cáp USB để giao tiếp với máy tính. Thông qua cáp USB chúng ta có thể Upload chương trình cho Arduino hoạt động, ngoài ra USB còn là nguồn cho Arduino. Power Jack: Khi không sử dụng USB làm nguồn thì chúng ta có thể sử dụng nguồn ngoài thông qua jack cắm 2.1mm (cực dương ở giữa) hoặc có thể sử dụng 2 chân Vin và GND để cấp nguồn cho Arduino. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 7 CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Board mạch hoạt động với nguồn ngoài ở điện áp từ 5 – 12 volt. Chúng ta có thể cấp một áp lớn hơn tuy nhiên chân 5V sẽ có mức điện áp lớn hơn 5 volt. Và nếu sử dụng nguồn lớn hơn 12 volt thì sẽ có hiện tượng nóng và làm hỏng board mạch. Khuyết cáo nên dùng nguồn ổn định từ 5 đến dưới 12 volt.
Chân 5V và chân 3.3V (Output voltage): các chân này dùng để lấy nguồn ra từ nguồn mà chúng ta đã cung cấp cho Arduino. Lưu ý: không được cấp nguồn vào các chân này vì sẽ làm hỏng Arduino. GND: chân mass. Chip ATmega328, Chip ATmega2560: Chip ATmega328 có 32KB bộ nhớ flash trong đó 0.5 KB sử dụng cho trình nạp khởi động.
Chip ATmega2560 có 256KB bộ nhớ flash trong đó 8KB sử dụng cho trình nạp khởi động Digital I/O pins: Arduino UNO có 14 chân digital, Arduino Mega 2560 có 54 chân digital với chức năng input và output sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() để điều khiển các chân. Cũng trên 14 chân digital của Uno và 54 chân digital của Mega này chúng ta còn một số chân chức năng đó là: Serial: 0 và 1. Dùng để truyền (Tx) và nhận (Rx) dữ liệu nối tiếp TTL. Chúng ta có thể sử dụng nó để giao tiếp với cổng COM của một số thiết bị hoặc các linh kiện có chuẩn giao tiếp nối tiếp.
PWM (pulse width modulation): 6 chân PWM trên board mạch Uno và 16 chân PWM trên board mạch Mega. Các chân PWM giúp chúng ta có thể sử dụng nó để điều khiển tốc độ động cơ, độ sáng của đèn… Reset button: Dùng để reset Arduino. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 8 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ❖ Một số ứng dụng cơ bản của Arduino Trong công nghiệp Arduino là trung tâm của bộ xử lí nên được dùng làm bộ nhớ trung tâm trong các hệ thống điều khiển tự động như băng chuyền, hệ thống đếm hàng, hệ thống tự động đóng chai trong các nhà máy nước ngọt….5 Hệ thống đếm hàng tự động sử dụng Arduino Nhỏ gọn, đơn giản nhưng nhiều Arduino có thể kết hợp lại với nhau tạo nên nhưng hệ thống lớn như nhà máy điện mặt trời, các robot công nghiệp… Hình 2.6 Máy in 3D sử dụng công nghệ Arduino Trong dân dụng Arduino được biết đến như là một thiết bị nhỏ gọn, rẻ và dễ dàng tương tác nên được sử dụng rất nhiều trong dân dụng.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 9 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các hệ thống điều khiển các thiết bị từ xa, hệ thống chống trộm, ngôi nhà thông minh… Tất cả đề thân thiện và dễ dàng sử dụng. Với giá thành rẻ và dễ dàng lắp đặt, ngày càng có nhiều sản phẩm được hoàn thiện trong lĩnh vực này.7 Hệ thống nhà thông minh sử dụng Arduino Trong học tập Với ưu điểm giá rẻ và mã nguồn mở, Arduino dễ dàng trở thành một trợ thủ đắc lực dành cho các bạn sinh viên muốn thỏa mãn niềm đam mê sáng tạo với công nghệ. Chỉ cần có một tí hiểu biết về lập trình, các bạn có thể dễ dàng tạo ra nhưng sản phẩm đơn giản dành riêng cho mình như xe điều khiển từ xa, các demo đo nhiệt độ, điều khiển thiết bị qua điện thoại… Arduino mang lại khả năng sáng tạo không giới hạn cho các bạn sinh viên, là môi trường học tập rèn luyện lí tưởng để nắm bắt sự phát triển vượt bậc của công nghệ.8 Mô hình xe robot dò đường sử dụng Arduino BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 10 CHƯƠNG 2.2 LCD 16x2 ❖ Giới thiệu LCD Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của vi điều khiển.
LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẽ… ❖ Tổng quan về LCD 16x2 HD44780 Hình dáng, kích thước Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, trên hình dưới đây là loại LCD thông dụng là LCD 16x2.9 Hình dáng của loại LCD 16x2 Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết.