Chương 1: Tổng quan. Giới thiệu về đề tài, khả năng ứng dụng và phát triển mô hình lớp học tự động để tạo môi trường học tập lí tưởng và xác định mục tiêu, đối tượng, và phạm vi nghiên cứu. ● Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Trình bày tổng quát về thông tin phần cứng được sử dụng trong hệ thống ● Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống.
Trình bày đầy đủ sơ đồ khối, chức năng của từng khối, sơ đồ nguyên lý và kết nối giữa các linh kiện để mô tả cách thức hoạt động của hệ thống. ● Chương 4: Lập trình cho hệ thống. ● Chương 5: Kết quả nhận xét và đánh giá. Trình bày kết quả bằng hình ảnh.
Đánh giá kết quả • Chương 6: kết luận và hướng phát triển Từ kết quả có được, nếu kết luận ưu nhược điểm hệ thống, đưa ra hướng phát triển và cải thiện BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG 2 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 VI ĐIỀU KHIỂN 2.1 Vi xử lý Vi xử lý (hay còn được gọi là vi điều khiển hoặc vi tính nhúng) là một loại chip điện tử tích hợp nhiều thành phần bên trong, bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU), bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi (peripheral devices) (Nguyễn Đình Phú, 08/2016). Chúng có khả năng xử lý và điều khiển các tác vụ phức tạp một cách nhanh chóng và hiệu quả Hình 2. 1: Bộ vi xử lý.
Bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ chương trình cho vi điều khiển thực hiện và lưu trữ dữ liệu cần xử lý, trong khi các thiết bị ngoại vi được sử dụng để nhập và xuất dữ liệu từ bên ngoài vào vi điều khiển và kiểm soát trở lại. Các khối này kết hợp với nhau để tạo thành một hệ thống vi điều khiển. Một hệ thống vi điều khiển càng phức tạp khi yêu cầu điều khiển càng cao. Ngược lại, khi yêu cầu điều khiển đơn giản hơn, hệ thống vi điều khiển vẫn phải có đủ các khối cơ bản như trên.
Để kết nối các khối trên thành một hệ thống vi điều khiển, nhà thiết kế phải có kiến thức rõ về các thành phần của vi điều khiển, bộ nhớ, và các thiết bị ngoại vi. Tuy nhiên, hệ thống vi điều khiển có thể trở nên phức tạp và chiếm nhiều không gian trên mạch in. Một vấn đề chính là người thiết kế cần phải hiểu rõ về hệ thống. Hơn nữa, BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG 3 CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT vi điều khiển thường xử lý dữ liệu theo byte hoặc word trong khi các đối tượng điều khiển trong công nghiệp thường điều khiển theo bit. Các loại máy tính nhúng thông dụng Các loại máy tính nhúng thông dụng trên thị trường hiện nay bao gồm: Raspberry Pi: Là một máy tính nhúng phổ biến với khả năng xử lý mạnh mẽ, tích hợp các thiết bị ngoại vi như cổng Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth và GPIO. Arduino: Là một loại vi điều khiển phổ biến, tích hợp các thiết bị ngoại vi như GPIO, I2C, SPI và các cảm biến để thực hiện các ứng dụng nhúng. BeagleBone: Là một loại máy tính nhúng phổ biến với khả năng xử lý mạnh mẽ, tích hợp các thiết bị ngoại vi như GPIO, Ethernet và các cổng giao tiếp khác.
NVIDIA Jetson Nano: Là một loại máy tính nhúng được thiết kế cho các ứng dụng trí tuệ nhân tạo với khả năng xử lý mạnh mẽ và tích hợp các thiết bị ngoại vi như Ethernet, Wi-Fi và GPIO. Orange Pi: Là một loại máy tính nhúng với khả năng xử lý mạnh mẽ và tích hợp các thiết bị ngoại vi như Ethernet, Wi-Fi và các cổng giao tiếp khác. Vì đề tài có sử dụng nhận diện hình ảnh thông qua camera và kết nối với cảm biến để điều khiển các thiết bị điện nên nhóm tận dụng thiết bị có sẵn là Raspberry Pi 4 phiên bản 8GB ram Hình 2. 2: Raspberry pi 4 mô phỏng và thực tế.3 Raspberry pi 4 Đề tài này sẽ trình bày về một máy tính nhúng có tên là Raspberry Pi 4.
Với kích thước chỉ bằng một chiếc thẻ tín dụng nhưng lại tích hợp đầy đủ các linh kiện cần thiết như CPU, RAM, GPU, khe cắm thẻ micro SD, Wifi, Bluetooth, HDMI, Ethernet, cổng âm thanh và các cổng USB. Với bộ vi xử lý Broadcom BCM2711, BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG 4 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Raspberry Pi 4 có tốc độ xung nhịp lên đến 1,5GHz và có thể lên đến 8GB RAM. Nó cũng hỗ trợ các phiên bản khác nhau của hệ điều hành như Raspbian, Ubuntu, và Windows 10 IoT Core.
Trong đề tài này, nhóm sẽ sử dụng phiên bản Raspberry Pi 4 có RAM 8GB. 3: Sơ đồ chân trên raspberry pi 4. ✓ Một số thông số kỹ thuật: • 4 lõi xử lý Cortex-A72, mỗi lõi có tần số xung nhịp 1.5 GHz, kiến trúc vi xử lý 64-bit của ARM • RAM: 8GB LPDDR4-2400 SDRAM • Wifi chuẩn IEEE 802.11ac hỗ trợ băng tầng 2.4 GHz và 5 GHz • 4 cổng USB (Universal Serial Bus) type A • 40 chân GPIO • Nguồn DC 5V – 3A DC chuẩn USB-C • Có 2 nguồn ra chân GPIO là 5V và 3,3V 2.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DHT11 2.1 Khái niệm nhiệt độ Nhiệt độ (temperature) là một trong những đại lượng vật lý cơ bản, dùng để đo mức độ nóng hoặc lạnh của một vật hay môi trường. Nó là đại lượng vô hướng, được đo bằng đơn vị độ C (Celsius), độ F (Fahrenheit), hoặc độ K (Kelvin).
Nhiệt độ thể hiện mức độ năng lượng nhiệt (năng lượng cấp cho các phân tử) của một vật hay môi trường. Nhiệt độ cao hơn thể hiện mức độ nóng hơn, trong khi BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG 5 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT nhiệt độ thấp hơn thể hiện mức độ lạnh hơn. Sự chuyển đổi nhiệt độ giữa các đơn vị đo khác nhau có thể được thực hiện bằng các công thức toán học đơn giản.2 Cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị được sử dụng để đo sự biến đổi về nhiệt độ của vật cần đo.
Nó có thể là một đầu dò điện trở (Resistance Temperature Detector) hoặc là một cặp nhiệt điện. Khi nhiệt độ của vật cần đo thay đổi, các cảm biến sẽ phát ra một tín hiệu tương ứng. Các bộ đọc sẽ đọc tín hiệu này và quy ra thành một giá trị con số cụ thể.3 Phân loại cảm biến nhiệt độ Có 3 loại cảm biến nhiệt độ phổ biến: • Cảm biến nhiệt độ (Cặp nhiệt điện – Thermocouple) (vietchem, 2022): Sử dụng hiệu ứng Seebeck để tạo ra một điện thế tương ứng với nhiệt độ. Cặp nhiệt điện có nhiều loại như loại K, R, S, T, J,.
tùy thuộc vào vật liệu sử dụng để tạo ra cặp nhiệt điện. Các cặp nhiệt điện có độ bền cao, khả năng đo nhiệt độ rộng và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp. Tuy nhiên, chúng có độ chính xác không cao như các loại cảm biến nhiệt độ khác. 4: Cặp nhiệt điện • Nhiệt điện trở (RTD - Resistance Temperature Detector) (vietchem, 2022): Sử dụng hiệu ứng nhiệt điện trở của vật liệu để đo nhiệt độ.
RTD thường sử dụng chất liệu như platinum, nickel hoặc copper để làm vật liệu đo nhiệt độ. RTD có độ chính xác cao hơn so với cặp nhiệt điện và được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG 6 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT độ chính xác cao như trong các thiết bị y tế và trong ngành công nghiệp chế tạo thiết bị chính xác. 5: Nhiệt điện trở.
• Điện trở oxit kim loại (Metal Oxide Resistive Sensor) (vietchem, 2022): Sử dụng hiệu ứng nhiệt điện trở của vật liệu oxit kim loại để đo nhiệt độ. Điện trở oxit kim loại có độ chính xác trung bình và giá thành thấp, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng tiêu thụ năng lượng như các thiết bị gia dụng. • Cảm biến nhiệt bán dẫn (Semiconductor Temperature Sensor) (vietchem, 2022): Có nhiều loại như diode, IC, transistor,. sử dụng hiệu ứng nhiệt điện trở hoặc điện thế để đo nhiệt độ.
Cảm biến nhiệt bán dẫn có độ chính xác cao, tốc độ đáp ứng nhanh và được sử dụng trong nhiều ứng dụng, từ các hệ thống điều khiển nhiệt độ đến các thiết bị di động. 6: Cảm biến nhiệt bán dẫn • Nhiệt kế bức xạ (Infrared Temperature Sensor) (vietchem, 2022): Sử dụng ánh sáng hồng ngoại để đo nhiệt độ của vật mà không cần tiếp xúc vật đó. Nhiệt kế bức xạ được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng y tế, thực phẩm, và trong ngành công nghiệp để đo nhiệt độ của các bề mặt nóng. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG 7 CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. 7: Nhiệt kế bức xạ 2.4 Cảm biến nhiệt độ DHT11 Có nhiều loại cảm biến nhiệt độ thông dụng trên thị trường như LM35, DS18B20, DHT11, PT100, KTY81, NTC, … Tuy nhiên, để đo nhiệt độ môi trường xung quanh và chi phí thấp thì DHT11 là lựa chọn phù hợp. Cảm biến nhiệt độ DHT11 cho khả năng đo nhiệt độ từ 0 đến 50 độ C với độ chính xác cao, độ phân giải đo 8 bit, và khoảng cách giữa hai lần đo là 2 giây. Ngoài ra, DHT11 còn cho phép đo độ ẩm không khí trong khoảng 20% đến 90% độ ẩm tương đối với độ chính xác 5%.
DHT11 cũng rất dễ dàng sử dụng vì nó chỉ cần kết nối với điện áp 5VDC và có thể đọc dữ liệu thông qua chân số liệu (data) của nó. Cảm biến DHT11 sử dụng giao thức truyền thông 1-wire để giao tiếp với vi điều khiển. Khi cảm biến nhận được lệnh đọc từ vi điều khiển, nó sẽ trả về một gói dữ liệu chứa các giá trị nhiệt độ và độ ẩm. Các giá trị này được mã hóa và truyền đi dưới dạng số bằng cách sử dụng chuỗi các xung có độ dài khác nhau.) Thông số kỹ thuật: • Điện áp hoạt động: từ 3.5V • Dòng tiêu thụ: khoảng 1.5mA • Đo độ ẩm: từ 20% ~ 90% với độ sai lệch khoảng 5% • Đo nhiệt độ: từ 0 đến 50 độ C với độ sai lệch khoảng 2 độ C BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG 8 CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. 8: Cảm biến nhiệt độ DHT11 2.3 CẢM BIẾN ĐỘ SÁNG 2.1 Cảm biến độ sáng Cảm biến độ sáng là thiết bị dùng để đo và phản hồi mức độ ánh sáng trong một không gian cụ thể. ảm biến độ sáng thường được sử dụng trong các ứng dụng tự động hóa và IoT để điều khiển ánh sáng tự động.