đặt vấn đề, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung thực hiện, giới hạn và bố cục của đồ án. Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chƣơng này trình bày quy trình hoạt động của mô hình. Cụ thể: Trình bày về lý thuyết về mạch nguồn, nguyên tắc hoạt động của mạch công suất, chip ESP8266 và mạch cảm ứng điện dung. Trình bày lý thuyết về web server và cơ sở dữ liệu.
Phƣơng thức truyền nhận dữ liệu giữa thiết bị và web server. Chƣơng 3: Tính Toán và Thiết Kế Trình bày các phƣơng án thiết kế, tính toán các thông số và từ đó tiến hành thiết kế mạch nguồn, mạch công suất, mạch xử lý trung tâm, mạch cảm ứng. Thiết kế cơ sở dữ liệu, xây dựng giao diện web server. Chƣơng 4: Thi Công Hệ Thống Trong chƣơng này trình bày quá trình thực hiện thi công các board mạch, các phần điều khiển và phần cứng mô hình của đề tài.
Sau đó lắp ráp một hệ thống mô hình hoàn chỉnh đã xây dựng trƣớc đó, để từ đó xây dựng nên lƣu đồ giải thuật và viết chƣơng trình điều khiển cho hệ thống. Sau khi có đƣợc mô hình và chƣơng trình điều khiển, tiến hành cho hệ thống hoạt động, tìm lỗi và khắc phục lỗi nếu có. Chƣơng 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Chƣơng này trình bày kết quả mô hình, những yêu cầu đạt đƣợc và chƣa đạt đƣợc bao gồm cả về phần cứng và phần mềm. Từ đó đƣa ra nhận xét, đánh giá và tìm cách khắc phục.
Chƣơng 6: Kết luận và Hƣớng phát triển Trình bày tóm tắt những việc làm đƣợc và chƣa làm đƣợc của cả mô hình. Nêu hƣớng phát triển của sản phẩm trong tƣơng lai. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Chƣơng 2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH Mô hình đƣợc sử dụng để đóng tắt thiết bị điện trong nhà 220VAC. Nguồn điện 220VAC là nguồn cung cấp cho toàn mô hình, 220VAC sẽ đƣợc chuyển đ i thành nguồn 12VDC, trƣớc khi hạ xuống thành nguồn 3,3VDC cấp cho các board mạch trong mô hình hoạt động.
Công tắc có 4 phím cảm ứng, để điều khiển 4 thiết bị. Quá trình hoạt động nhƣ sau: 2.1 Điều khiển trực tiếp từ mô hình Khi ngƣời dùng chạm vào bề mặt phím cảm ứng điện dung của mô hình, tín hiệu điều khiển đƣợc đƣa tới bộ xử lý trung tâm, sau đó bộ xử lý trung tâm gửi tín hiệu điều khiển đến mạch công suất, cho phép đóng tắt thiết bị tƣơng ứng. Tiếp theo gửi dữ liệu chứa trạng thái của thiết bị lên server thông qua Internet, cụ thể là mạng wifi. Server sẽ tiếp nhận dữ liệu vừa gửi tới, kế đến tiến hành xử lý và lƣu dữ liệu vào cơ sở dữ liệu.
Cập nhật trạng thái hiện tại của thiết bị trên web. Ngƣời dùng có thể truy cập vào web để biết đƣợc trạng thái hiện tại của thiết bị.2 Điều khiển thông qua web Ngƣời dùng truy cập vào web, server sẽ trả về trạng thái hiện tại của thiết bị lên web. Ngƣời dùng có thể lựa chọn thiết bị cần điều khiển. Khi ngƣời dùng tác động vào web, server sẽ gửi dữ liệu điều khiển về bộ xử lý trung tâm.
Bộ xử lý trung tâm nhận dữ liệu, sau đó tiến hành tác động để đóng mở thiết bị tƣơng ứng và đồng thời server sẽ cập nhật trạng thái của thiết bị vừa đƣợc tác động. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI 2.2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG 2.1 Mạch cảm ứng điện dung a. Tổng quan [1] Cảm ứng điện dung là công nghệ cảm ứng dựa trên những thay đ i của điện tích trên màn hình khi tay ngƣời chạm nhẹ vào. Công nghệ này ra đời nhƣ một sự kế tục của các công nghệ cảm ứng trƣớc đó nhƣ cảm ứng hồng ngoại, cảm ứng sóng âm bề mặt và cảm ứng điện trở.
Ƣu điểm của công nghệ này là ngƣời dùng không cần tác động mạnh lên lớp cảm ứng, chỉ cần chạm nhẹ. Về bản chất, cảm ứng điện dung có thể chia thành 2 loại: Một là cảm ứng đơn điểm, chỉ nhận đƣợc tối đa 1 chạm trong quá trình thao tác, hai là cảm ứng đa điểm (multi-touch), nghĩa là cho phép ngƣời dùng thực hiện đƣợc nhiều thao tác chạm cùng một lúc. IC cảm ứng điện dung AT42QT2120 [2] Hình 2.1: IC Cảm ứng điện dung AT42QT2120. AT42QT2120 sử dụng nguồn từ 1,8 ~ 5,5V, chỉ cần chạm vào lớp đồng tƣơng ứng với kênh cảm ứng điện dung thì kênh cảm ứng điện dung sẽ hoạt động tƣơng tự nhƣ tác động vào nút nhấn.
Khi có điện dung thay đ i trên lớp đồng (nối với ngõ vào của IC AT42QT2120) thì ngõ ra tƣơng ứng của IC sẽ xuất ra 1 mức điện áp. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Thông số kỹ thuật: Có 5 kênh cảm ứng, tối đa 12 kênh khi giao tiếp thông chuẩn I2C. Điện áp làm việc từ 1,8 ~ 5,5V. Dòng tiêu thụ khi hoạt động khoảng 0,55mA.
Kênh cảm ứng, có thể đƣợc tác động từ lớp nhựa có độ dày lên đến 10mm, lớp thủy tinh có độ dày lên đến 20mm. AT42QT2120 có 2 chế độ làm việc: chế độ Comms và chế độ Standalone. Với chế độ Comms: AT42QT2120 có thiết lập tối đa 12 kênh cảm ứng điện dung thông qua chuẩn giao tiếp I2C. Ở chế độ này, phải cần 1 vi điều khiển để giao tiếp với AT42QT2120.
Với chế độ Standalone: AT42QT2120 hoạt động độc lập, có thể thiết lập tối đa 5 kênh cảm ứng điện dung. AT42QT2120 có dãy điện áp hoạt động rộng, dòng tiêu thụ thấp, có 5 kênh cảm ứng đáp ứng hơn cả yêu cầu của đề tài là 4 kênh, có thể mở rộng lên thành 12 kênh dễ dàng cho việc mở rộng và phát triển đề tài với quy mô lớn. Vì thế nhóm quyết định chọn AT42QT2120 để xây dựng mạch cảm ứng điện dung.2: Sơ đồ chân của AT42QT2120. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Bảng 2.1 Mô tả các chân của AT42QT2120 ở chế độ Standalone STT Tên Kiểu chân Mô tả 1 KEY6 I/O Ngõ vào cảm ứng điện dung kênh thứ 6 2 KEY5 I/O Ngõ vào cảm ứng điện dung kênh thứ 5 3 KEY4 I/O Ngõ vào cảm ứng điện dung kênh thứ 4 4 KEY3 I/O Ngõ vào cảm ứng điện dung kênh thứ 3 5 KEY2 I/O Ngõ vào cảm ứng điện dung kênh thứ 2 6 GUARD I/O Kênh bảo vệ (kênh thứ 1) 7 PROX I/O Kênh này đƣợc sử dụng nhƣ 1 cảm biến tiệm cận (kênh 0) 8 VSS P Nối với mass 9 VDD P Nối với nguồn 10 MODE I Dùng để lựa chọn chế độ hoạt động Chế độ Comms: nối chân MODE với VSS Chế độ Standalone: nối chân MODE với VDD 11 N/C OD Ở chế độ Standalone, chân này không sử dụng 12 RESET I Dùng để reset AT42Q2120, reset tích cực mức thấp 13 PXOUT OD Ngõ ra cực máng hở của kênh cảm biến tiệm cận 14 N/C OD Ở chế độ Standalone, chân này không sử dụng 15 N/C OD Ở chế độ Standalone, chân này không sử dụng 16 OUT6 I/O Ngõ ra tín hiệu của kênh cảm ứng điện dung thứ 6 17 OUT5 I/O Ngõ ra tín hiệu của kênh cảm ứng điện dung thứ 5 18 OUT4 I/O Ngõ ra tín hiệu của kênh cảm ứng điện dung thứ 4 19 OUT3 I/O Ngõ ra tín hiệu của kênh cảm ứng điện dung thứ 3 20 OUT2 I/O Ngõ ra tín hiệu của kênh cảm ứng điện dung thứ 2 Chú thích kiểu chân: I: Chỉ có thể là chân ngõ vào (Input) I/O: Có thể là chân ngõ vào hoặc ngõ ra (Input/Output) P: Chân nguồn (Power) OD: Chân loại cực máng hở (Open Drain) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI 2.2 Mạch công suất Mạch xử lý trung tâm sử dụng điện áp 3,3VDC, có công suất thấp nên không thể đóng tắt đƣợc thiết bị điện 220VAC.
Để điều khiển đƣợc thiết bị, mạch xử lý trung tâm cần gửi tín hiệu điều khiển đến một mạch điện khác, đó là mạch công suất. Có nhiều loại mạch dùng để đóng cắt thiết bị điện 220VAC, nhƣng thông dụng nhất là mạch công suất dùng relay và mạch công suất sử dụng triac. Việc sử dụng mạch công suất dùng relay có 2 nhƣợc điểm lớn mà ngƣời dùng cần quan tâm là gây ồn và dễ gây nhiễu cho các thiết bị xung quanh. Với mạch công suất sử dụng triac, khi đóng cắt thiết bị sẽ không gây ra tiếng ồn, hạn chế phát sinh tia lửa điện nhƣ việc đóng cắt bằng relay nên giảm thiểu đƣợc việc gây nhiễu cho các thiết bị xung quanh.
Với những ƣu điểm trên nên nhóm quyết định sử dụng mạch công suất dùng triac để đóng tắt thiết bị điện 220VAC. Triac BTA12 – 600BRG [3] Hình 2.3: Triac BTA12 – 600BRG. Triac BTA12 – 600BRG là linh kiện bán dẫn có 3 cực lớp, làm việc nhƣ 2 thyristor mắc song song ngƣợc chiều, có thể dẫn điện theo hai chiều.4: Sơ đồ chân của triac BTA12 – 600BRG. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Triac BTA12 đƣợc sử dụng trong các ứng dụng điều chỉnh điện áp xoay chiều, điều khiển động cơ, điều khiển đóng tắt thiết bị điện,… Thông số kỹ thuật: Điện áp cực đại chịu đƣợc: 600V.
Dòng điện thuận cực đại: 12A. Điện áp điều khiển mở van: 1,3V Dòng điều khiển mở van: 50mA Nhiệt độ làm việc: - 40oC ~ 125oC. Opto Coupler MOC3020 [4] Opto MOC3020 là một linh kiện bán dẫn cấu tạo gồm 1 bộ phát quang và một cảm biến quang tích hợp trong 1 khối bán dẫn. Bộ phát quang là 1 diode phát quang dùng để phát ra ánh sáng kích cho các cảm biến quang (triac) dẫn.5: Sơ đồ chân và cấu tạo của MOC3020.
MOC3020 đƣợc dùng để cách ly giữa các khối chênh lệch nhau về điện áp hay công suất nhƣ khối có công suất nhỏ với khối điện áp lớn, có thể dùng để chống nhiễu cho các mạch cầu H, ngõ ra PLC, chống nhiễu cho các thiết bị đo lƣờng. Nguyên lý hoạt động: khi có dòng điện đủ lớn đi qua 2 đầu led trong opto, sẽ làm cho led phát sáng. Khi led phát sáng làm thông 2 cực của triac, mở cho dòng điện chạy qua. Thông số kỹ thuật: Emitter: Dòng duy trì tối đa: 60mA.
Điện áp ngƣợc tối đa: 3V. Điện áp thuận đầu vào: 1,5V.