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. Chương này trình bày khái quát về công nghệ IOT, giới thiệu các module, linh kiện sử dụng cho thiết kế mô hình (Arduino, module RFID, module Sim900, cảm biến chuyển động PIR, ma trận phím), kiến thức cơ bản và các phần mềm liên quan để hỗ trợ cho lập trình điều khiển mô hình. Chương 3: Tính toán và thiết kế.
Đưa ra sơ đồ khối, tính toán và thiết kế khối nguồn, khối điều khiển trung tâm, khối cảm biến, khối báo động, khối động cơ và nút nhấn, khối mở khóa, khối giám sát, khối hiển thị. Chương 4: Thi công hệ thống Thiết kế lưu đồ giải thuật, viết chương trình, thi công mô hình. Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá Đưa ra kết quả, hình ảnh mô hình, nhận xét ưu - nhược điểm và đánh giá về mô hình. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Đưa ra Kết luận đề tài sau thời gian thực hiện, và hướng phát triển của mô hình.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 GIỚI THIỆU VỀ IOTS (INTERNET OF THINGS) Internet of Things (IoTs) là mạng lưới mọi thứ đều được kết nối với Internet hay là các thiết bị kết nối với nhau trong một mạng Internet duy nhất. Trong đó, các thiết bị, đồ vật có khả năng kết nối, thu thập, trao đổi thông tin, dữ liệu với nhau qua mạng bằng smartphone, máy tính bảng, máy tính nhờ được nhúng với các vi mạch điện tử, cảm biến, phần mềm. Ứng dụng của IoTs rất đa dạng, trong nhiều lĩnh vực khác nhau: - Trong đời sống: Giám sát thông minh, nhà thông minh, vận chuyển tự động, quản lý điện năng, cung cấp nước, bảo vệ thông minh, quản lý môi trường.
- Trong y tế: Theo dõi sức khỏe như nhịp tim, huyết áp, phát hiện các tế bào ung thư, chế tạo các bộ phận nhân tạo trong cơ thể. - Trong công nghiệp: Giám sát sản xuất bằng các cảm biến và dây chuyền tự động, thu thập dự liệu của máy móc quản lý, điều khiển qua web hay ứng dụng điện thoại.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.1 Module cảm biến chuyển động PIR HC – SR501 Cảm biến chuyển động HC-SR501 là cảm biến có khả năng nhận biết được một vật di chuyển thông qua các tia hồng ngoại phát ra từ vật thể trong vùng mà cảm biến hoạt động. Module cảm biến có thể điều chỉnh được độ nhạy nhờ 2 biến trở là Sx biến trở điều chỉnh độ nhạy của cảm biến, Tx biến trở điều chỉnh thời gian đóng của cảm biến, giúp cho cảm biến hoạt động phù hợp với những yêu cầu của người dùng.1 Hình dạng của cảm biến PIR HC-SR501. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2 Hình ảnh nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR. Các cảm biến PIR luôn có 2 sensor như hình 2. Chắn trước mắt sensor là một lăng kính (thường làm bằng plastic), chế tạo theo kiểu lăng kính fresnel. Lăng kính fresnel này có tác dụng chặn lại và phân thành nhiều vùng (zone) cho phép tia hồng ngoại đi vào mắt sensor.
2 đơn vị của mắt sensor có tác dụng phân thành 2 điện cực. Một cái là điện cực dương (+) và cái kia là âm (-). Khi 2 đơn vị này được tuần tự kích hoạt (cái này xong rồi mới đến cái kia) thì sẽ sinh ra một xung điện, xung điện này kích hoạt sensor.3 Hình ảnh sơ đồ chân của cảm biến PIR. Thông số kỹ thuật: - Sử dụng điện áp: 4.5V - 20V DC - Điện áp đầu ra: 0V - 3.3V DC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Có 2 chế độ hoạt động: (L) không lặp lại kích hoạt (H) lặp lại kích hoạt - Thời gian trễ: điều chỉnh trong khoảng 0.5-200S - Góc quét <100 độ - Sử dụng cảm biến: 500BP - Khoảng các phát hiện: 2m -4.5m - Kích thước PCB:32mm x 24mm 2.2 Phím ma trận 4x4 Ma trận phím 4x4 gồm có 16 nút bấm được sắp xếp theo ma trận 4 hàng, 4 cột. có đến 16 nút nhấn, nghĩa là nếu làm một cách thông thường (dùng chân digital) thì chúng ta phải cần đến 16 chân. Nhưng do các nút bấm trong cùng một hàng và một cột được nối với nhau, vì vậy ma trận phím 4x4 sẽ có tổng cộng 8 ngõ ra.4 Hình ảnh sơ đồ kết nối của phím ma trận 4x4.5 Hình ảnh phim ma trận 4x4. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2.3 Module Sim900a SIM900A là module được thiết kế dưới dạng module chipset, nhỏ gọn, giá thành thấp, hoạt động ổn định.
Module SIM900A có các tính năng cơ bản của chiếc điện thoại như gọi, nhắn tin, truy cập GPRS.6 Hình ảnh Module SIM900A Điện áp hoạt động 4.5 – 5V , dòng kích tối thiểu 1A Giao diện: TTL Chức năng các chân: - VCC: Chân cấp nguồn (3-5VDC). - DTR: Chân đầu cuối dữ liệu. - TX: Chân truyền dữ liệu trong điều khiển UART. - RX: Chân nhận dữ liệu trong điều khiển UART.
- Speaker: Chân xuất dữ liệu âm thanh. - Microphone: Chân kết nối với mic. - Chân Reset: Reset module sim. - Chân GND: Chân nối mass.4 Vi điều khiển 2.1 Giới thiệu về Arduino Arduino là một board mạch vi xử lý dùng để lập trình xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn.
Ưu điểm của Arduino là ngôn ngữ cực kì dễ học (giống C/C++), các ngoại vi trên bo mạch đều đã được chuẩn hóa, nên không cần biết nhiều về điện tử chúng ta cũng có thể lập trình được. Phần BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, 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.2 Arduino Mega Hình 2.7 Hình ảnh Arduino Mega.
Thông số kỹ thuật: - Chip xử lý: ATmega2560. - Điện áp hoạt động: 5V. - Điện áp đầu vào (giới hạn): 6-20V. - Điện áp đầu vào (khuyến khích): 7-12V.
- Số chân Digital I/O: 54(với 15 chân PWM). - Số chân Analog (input) : 16. - Dòng sử dụng I/O Pin : 20mA. - Dòng sử dụng 3.3V Pin: 50mA - Bộ nhớ Flash: 256KB, 8KB sử dụng cho Bootloader.
- SRAM: 2KB: 8KB. - Xung nhịp: 16 MHz. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nguồn sử dụng: Arduino có thể được cấp nguồn thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài thông qua jack cắm 2.1mm, cũng có thể sử dụng 2 chân Vin và GND để cấp nguồn cho Arduino.
Chức năng các chân: - Chân 5V và chân 3.3V: các chân này dùng để lấy nguồn ra tương ứng 5V và 3. - Vin: Cấp nguồn cho Arduino - GND: chân mass - Reset: chân reset 2.5 Công nghệ RFID 2.1 Giới thiệu về RFID Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến. Công nghệ này cho phép nhận biết các đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng radio, từ đó có thể giám sát, quản lý từng đối tượng. Một thiết bị hay một hệ thống RFID được cấu tạo bởi hai thành phần chính là thiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID có gắn chip.
Thiết bị đọc được gắn anten để thu- phát sóng điện từ, thiết bị phát mã RFID được gắn với vật cần nhận dạng, mỗi thiết bị RFID chứa một mã số nhất định và không trùng lặp nhau.2 Module RFID RC522 Hình 2.8 Hình ảnh Module RFID RC522. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thông số kỹ thuật - Điện áp hoạt động: 3.3V - Dòng điện: 13-26mA - Tần số hoạt động: 13.56MHz - Khoảng cách hoạt động: 0-60mm - Cổng giao tiếp: SPI, tốc độ tối đa 10Mbps Chức năng các chân: - SDA: Kết nối với chân SPI_NSS của vi điều khiển để lựa chọn chip khi giao tiếp SPI (Kích hoạt ở mức thấp). - SCK: Kết nối với chân SPI_NSS của vi điều khiển để tạo xung trong chế độ SPII.
- MISO: Kết nối với chân SPI_MISO của vi điều khiển có chức năng Master Data Out- Slave In trong chế độ giao tiếp SPI. - MOSI: Kết nối với chân SPI_MOSI của vi điều khiển có chức năng Master Data In- Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI. - IRQ: Chân ngắt. - GND: Chân nối mass.
- RST: Chân Reset. - VCC: Chân cấp nguồn.6 Giới thiệu LCD 16x2 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 rẻ.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.9 Hình ảnh LCD 16x2. Thông số kỹ thuật: - Điện áp hoạt động: 5V. - Hiển thị tối đa 16 ký tự trên 2 dòng.
Chức năng các chân: - Chân 1: (Vss) Chân nối đất cho LCD. - Chân 2: VDD Là chân cấp nguồn cho LCD. - Chân 3: VEE là chân điều chỉnh độ tương phản của LCD. - Chân 4: RS Là chân chọn thanh ghi (Register select).
Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi. + Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ ghi) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ đọc). + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD. - Chân 5: R/W là chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write).
Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc. - Chân 6: E Là chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E. + Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào (chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11 do an CHƯƠNG 2.