chương 1 thì chương 2 này nhóm sẽ trình bày một số lý thuyết cơ bản đã nghiên cứu được và áp dụng trong đề tài.1 KIT NODEMCU ESP32 2.1 Giới thiệu Là kit phát triển dựa trên nền tảng chip ESP32-D0WDQ6 với nhân xử lý dual-core Xtensa® 32-bit LX6 microprocessors đầy mạnh mẽ bên trong module ESP32-WROOM-32 với thiết kế dễ sử dụng có tích hợp luôn giao tiếp WIFI, Bluetooth truyền nhận dữ liệu và đặc biệt là sử dụng trực tiếp trên trình biên dịch của Arduino IDE để lập trình và nạp chương trình. Được dùng trong các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu điều khiển qua Wifi và Bluetooth, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến công nghệ IoT. Kit còn tích hợp IC CP2102, giúp dễ dàng giao tiếp với máy tính thông qua Micro USB để thao tác với board. Hình Kit ngoài thực tế: Hình 2.1: Kit NODEMCU ESP32 DEVKIT V1.2 Thông số kỹ thuật − IC chính : Modulde ESP32-WROOM-32 SoC.4GHz hỗ trợ chuẩn 802.2 BR/EDR và BLE.
− Phiên bản firmware: NodeMCU-32S. − Điện áp hoạt động: 3. 3 do an − Điện áp cung cấp: 5V thông qua cổng USB hoặc chân Vin. − Số chân I/O: 30 chân (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM, One- wire).
− Số chân ngõ vào Analog: 15 chân. − Giao tiếp: IC giao tiếp UART CP2102 thông qua cáp Micro USB. − Bộ nhớ ROM: 448 KB. − Bộ nhớ SRAM: 520 KB.
− Kích thước: 18 mm x 20 mm x 3 mm. Bên dưới đây là hình ảnh sơ đồ chi tiết từng chân của KIT NODEMCU ESP32: Hình 2.2: Sơ đồ chân giao tiếp kit ESP32.2 MẠCH GIAO TIẾP I2C 2.1 Giới thiệu Do LCD có quá nhiều chân gây khó khăn trong quá trình kết nối và chiếm dụng nhiều chân của vi điều khiển, nên Module chuyển đổi I2C ra đời khắc phục cho nhược điểm trên. Thay vì sử dụng tất cả các chân của LCD thì với I2C chỉ cần sử dụng hai chân tín hiệu là SCL và SDA. I2C là chuẩn giao tiếp được phát minh để đơn giản hóa việc trao đổi dữ liệu.
Đôi khi nó cũng được gọi là chuẩn giao tiếp Two Wire Interface (TWI) vì chỉ sử dụng hai kết nối để truyền tải dữ liệu, hai kết nối của I2C là SDA và SCL. SDA là đường truyền dữ liệu hai hướng, còn SDL là đường truyền xung đồng hồ và chủ theo một hướng. Nhìn vào hình 2.3, có thể thấy có hai thiết bị được nối cùng một bus I2C, tuy nhiên không xảy ra sự nhầm lẫn giữa các thiết bị vì mỗi thiết bị sẽ được nhận ra bởi một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ/ tớ tồn tại trong suốt thời gian kết nối. 4 do an Trên một bus I2C thì quyền điều khiển thuộc về thiết bị chủ (Master).
Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ (Slave) trong quá trình kết nối. Một bus I2C chuẩn truyền 8 bit dữ liệu có hướng trên đường truyền là 100Kbits/s ở chế độ chuẩn, 400Kbits/s ở chế độ nhanh và cao nhất là 3.4Mbits/s ở chế độ cao tốc. Mỗi xung clock có một bit dữ liệu được truyền. Mức tín hiệu SDA chỉ được thay đổi khi xung clock đang ở mức thấp, và ổn định khi xung clock ở mức cao.3: Chuẩn giao tiếp I2C.4: Quá trình truyền 1 bit dữ liệu.
Quá trình truyền dữ liệu: • Thiết bị chủ xác định đúng địa chỉ của thiết bị tớ. Cùng với việc xác định địa chỉ, thiết bị chủ sẽ quyết định đọc hay ghi vào thiết bị tớ. • Thiết bị chủ gửi dữ liệu tới thiết bị tớ. • Thiết bị chủ kết thúc quá trình truyền dữ liệu.
• Khi thiết bị chủ muốn nhận dữ liệu từ thiết bị tớ, quá trình cũng diễn ra tương tự. • Tần số xung nhịp đồng hồ có thể xuống 0 Hz.2 Thông số kỹ thuật − Điện áp hoạt động: 2. − Hỗ trợ màn hình: LCD 1602, 1604, 2004 (driver HD44780). − Địa chỉ mặc định: 0X27.
− Kích thước: 41. Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt. Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD.3 Sơ đồ kết nối Dưới đây là sơ đồ kết nối chân của mạch giao tiếp I2C: Hình 2.5: Sơ đồ kết nối chân mạch giao tiếp I2C.3 MODULE CẢM BIẾN ĐO DÒNG ACS712 2.1 Giới thiệu cảm biến Hall Hiệu ứng Hall Ban đầu ta có 1 thanh kim loại và sau đó ta cấp nguồn điện vào 2 đầu của tấm kim loại khi đó sẽ xuất hiện dòng điện đó là dòng dịch chuyển của các electron chạy từ đầu này sang đầu kia của tấm kim loại. Sau đó ta đặt một nam châm điện vuông góc với tấm kim loại có cực S gần với tấm kim loại khi đó sẽ làm lệnh các electron khỏi vị trí ban đầu vì cùng dấu thì đẩy nhau khác dấu là hút nhau.
Nếu ta coi vị trí ban đầu khi các electron chưa bị dịch chuyển là mức 0, khi đó các electron bị từ trường của nam châm dịch chuyên khỏi vị trí mốc sẽ là âm còn phía trên mức 0 sẽ xuất hiện các điện tích dương và nếu ta đo đồng hồ vào 2 điểm này sẽ xuất hiện 1 điện áp. Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi ta áp dụng một từ trường vuông góc lên một 1 bảng làm bằng kim loại hay chất dẫn điện nói chung (thanh Hall) đang có dòng điện chảy qua lúc đó ta nhận được một hiệu điện thế U (hiệu điện thế Hall) sinh ra tại 2 mặt đối diện của thanh Hall. 6 do an Sau đây là hình ảnh minh họa về hiệu ứng Hall: Hình 2.6: Mô phỏng hiệu ứng Hall.4 Giới thiệu module ACS712[8] Module cảm biến đo dòng ACS712 20A sử dụng IC ACS712ELC-30B dựa trên hiệu ứng Hall chuyển dòng điện cần đo thành giá trị điện thế. IC ACS712 sẽ xuất ra một tín hiệu analog ở chân Vout biến đổi tuyến tính theo Ip(dòng điện cần đo) được lấy mẫu thứ cấp DC (hoặc AC) trong phạm vi cho phép.
Tụ Cf dùng để chống nhiễu.2 Thông số kỹ thuật − Đường tín hiệu analog có độ nhiễu thấp. − Thời gian chuyển đổi: 5µS. − Điện trở nội: 1. − Nguồn cung cấp: 5V.
− Độ nhạy ngõ ra: 96 – 104 mV/A. − Điện áp cách ly tối đa: 2100V (RMS). − Nhiệt độ hoạt động: -40 – 85 °C.3 Sơ đồ kết nối Hình 2.7: Sơ đồ kết nối chân cảm biến đo dòng ACS712.4 Cách sử dụng 2.1 Đo dòng DC Khi đo DC phải mắc tải nối tiếp Ip+ và Ip- đúng chiều, khi dòng điện đi từ Ip+ đến Ip- Vout sẽ ra mức điện áp tương ứng 2.5~5VDC tương ứng dòng 0~Max, nếu mắc ngược Vout sẽ ra điện thế 2.5~0VDC tương ứng với 0~(-Max). Khi cấp nguồn 5VDC cho module khi chưa có dòng Ip (chưa có tải mắc nối tiếp) thì Vout = 2.5VDC, khi dòng Ip( dòng của tải) bằng Max thì Vout=5DC, Vout sẽ tuyến tính với dòng Ip trong khoản 2.5~5VDC tương ứng với dòng 0~Max, để kiểm tra có thể dùng đồng hồ VOM thang đo DC để đo Vout.2 Đo dòng AC Khi đo dòng điện AC, do dòng điện AC không có chiều nên không cần quan tâm chiều, khi cấp nguồn 5V DC cho module khi chưa có dòng Ip (chưa có tải mắc nối tiếp với domino) thì Vout = 2.5VDC, khi có dòng xoay chiều Ip (dòng AC) do dòng xoay chiều độ lớn thay đổi liên tục theo hàm Sin, nên điện thế Vout sẽ có độ lớn tuyến tính với dòng điện AC từ 0~5VDC tương ứng với (-Max)~Max (dòng xoay chiều), để kiểm tra dùng đồng hồ VOM thang đo AC đo Vout.4 MODULE CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ-2 [9] 2.1 Giới thiệu Cảm biến khí gas MQ-2 sử dụng phân tử SnO2 có độ dẫn điện thấp hơn trong không khí sạch, khi khí dễ cháy tồn tại, cảm biến có độ dẫn điện cao hơn, nồng độ chất dễ cháy càng cao thì độ dẫn điện của SnO2 sẽ càng cao và được tương ứng chuyển đổi thành mức tín hiệu điện.
Cảm biến khí có độ nhạy cao với LPG, Propane và Hydrogen, mê-tan (CH4) và hơi dễ bắt lửa khác, chi phí thấp và phù hợp cho các ứng dụng khác nhau. 8 do an Cảm biến xuất ra cả hai dạng tín hiệu là Analog và Digital, tín hiệu Digital có thể điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở.2 Thông số kỹ thuật − Nguồn hoạt động: 5V. − Tín hiệu ngõ ra: Analog và Digital. − Kích thước: 32 mm x 20 mm.3 Sơ đồ mạch cảm biến thực tế Hình 2.8: Sơ đồ mạch cảm biến khí Gas.1 Giới thiệu Relay là thiết bị đóng ngắt cơ bản, nó như một công tắc điện tử được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống và trong các thiết bị điện tử.
Relay có hai trạng thái “ đóng và mở ”. Trên thị trường có 2 loại module là: module relay đóng ở mức thấp (nối cực âm vào chân tín hiệu ngõ vào thì relay sẽ đóng), module relay đóng ở mức cao (nối cực dương vào chân tín hiệu ngõ vào thì relay sẽ đóng). Sự khác nhau là do có 2 loại transistor là NPN – kích ở mức cao và PNP – kích ở mức thấp. Relay gồm có: − Cơ cấu tiếp thu: Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian.
− Cơ cấu trung gian: Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho Relay tác động. − Cơ cấu chấp hành: Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển.2 Cấu tạo Relay Các chân đấu nối và chân chuyển mạch của relay thường được ký hiệu là COM, NC và NO: − COM là chân chung, nơi kết nối vào đường cấp nguồn chờ. − NC và NO là 2 chân chuyển đổi. Trong đó, NC là chân thường đóng và NO là chân thường mở (hay dùng để nối với thiết bị).
Hình ảnh minh họa thực tế: Hình 2.9: Cấu tạo relay 2.3 Cách thức hoạt động Tiếp điểm đóng ngắt gồm 3 tiếp điểm NC, NO và COM. Bình thường khi cuộn hút chưa được cấp điện, chân COM luôn kết nối với chân NC. Khi cuộn dây AB được cấp điện, chân COM sẽ kết nối với NO của role. Relay bình thường gồm 6 chân trong đó 3 chân dùng để kích, 3 chân còn lại nối với đồ dùng điện AC hoặc DC.
Hình ảnh Module relay trên thị trường: Hình 2.10: Module relay 2 kênh. 10 do an Thông số kỹ thuật: • Điện áp hoạt động 5V. • Dòng tiêu thụ: khoảng 20mA. • Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A.
• Có đèn báo đóng ngắt. Có thể chọn mức tín hiệu kích HIGH (5V) hoặc LOW (0V) qua Jumper trên mỗi relay.