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 cơ sở lý thuyết của các module sử dụng trong quá trình thực hiện đồ án. • Chương 3: Thiết Kế và Tính Tóan Chương này trình bày quá trình thiết kế và tính toán phần cứng và các app liên quan đến đồ án.
• Chương 4: Thi công hệ thống Chương này trình bày quá trình thi công và hoàn thiện hệ thống của toàn bộ đề tài. • Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Chương này trình bày kết quả của đồ án, đưa ra nhận xét và đánh giá kết quả cuối cùng của đồ án. • Chương 6: Kết luận và Hướng phát triển Chương này trình bày ưu điểm và nhược điểm của đồ án, sau đó đưa ra hướng phát triển của đồ án BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 QUY TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ CỦA HỆ THỐNG Ban đầu Arduino tạo tín hiệu điều khiển để mạch công suất có điện áp ngõ ra bằng 0 (quạt tắt) và chờ có tác động điều khiển của người dùng thông qua ứng dụng điện thoại hoặc điều khiển trực tiếp trên quạt bằng núm xoay.
Khi có tác động của người dùng thì quạt sẽ bật hoặc tắt và có thể điều chỉnh tốc độ quạt khi quạt đang bật. Arduino nhận được tín hiệu điều khiển thay đổi tốc độ thì sẽ tạo tín hiệu cho mạch công suất nâng hoặc giảm điện áp ngõ ra. Điện áp ngõ ra càng lớn thì quạt quay càng nhanh và ngược lại.1 Arduino Uno R3 Arduino UNO R3 là board mạch đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và có giá thành rẻ để giúp giảm chi phí cho sản phẩm [4]. Board mạch trang bị vi điều khiển Atmega 328 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 và có hình dạng như trong hình 2.
Để phù hợp với đề tài đã chọn thì Ardunio Uno R3 là sự lựa chọn hợp lí, cấu hình phù hợp với yêu cầu và giới hạn của đề tài. Ardunio Nano có nhược điểm là dễ cháy khi bị đoạn mạch do nó không có khả năng tự ngắt nguồn như ở Ardunio Uno. Ardunio Mega có giá thành cao so với 2 loại Ardunio còn lại và có nhiều chân không cần thiết so với yêu cầu của đề tài. Hình ảnh minh họa cho Ardunio UNO R3 2.2 Module HC - 05 Bluetooth là chuẩn truyền thông không dây để trao đổi dữ liệu ở khoảng cách ngắn.
Chuẩn truyền thông này sử dụng sóng radio bước sóng ngắn (UHF radio) trong dải tần số dùng trong công nghiệp, khoa học và y tế (2. Khoảng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT truyền của module này là khoảng 10m. Module Bluetooth thông dụng gồm có Module Bluetooth HC-05 có thể hoạt động được ở 2 chế độ MASTER hoặc SLAVE và Module Bluetooth HC-06 chỉ hoạt động ở chế độ SLAVE.
• Chế độ SLAVE: Thiết lập kết nối từ Smartphone, Laptop, USB, Bluetooth để dò tìm Module sau đó ghép đôivới mã PIN là 1234. Sau khi ghép đôi thành công, sẽ có một cổng Serial từ xa hoạt động ở Baudrate 9600. • Chế độ MASTER: Module sẽ tự động dò tìm thiết bị Bluetooth khác và tiến hành ghép đôi chủ động mà không cần thiết lập gì từ máy tính hoặc Smartphone. Do lí do trên nên trong đề tài này, Module Bluetooth HC-05là lựa chọn tốt nhất để truyền nhận tín hiệu.
Thông số kỹ thuật của Module Bluetooth HC-05 • Giao thức Bluetooth: Bluetooth 2.4 GHz ISM band • Tốc độ: - Không đồng bộ: 2.1Mbps (Max)/160kbps - Đồng bộ: 1Mbps/1Mbps • Bảo mật: Xác thực và mã hóa • Giao tiếp: UART • Nguồn hoạt động: +3.3 VDC 30mA (Hỗ trợ IC 5.0V) • Nhiệt độ làm việc: -20~ +75Độ C • Kích thước: 28mm x 15mm x 2.35mm • Mã ghép đôi: 1234 • Tên thiết bị: HC-05 Hình 2. Hình minh họa cho Module Bluetooth HC-05 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sơ đồ chân HC-05 gồm có • KEY: Chân này để chọn chế độ hoạt động ATMode hoặc DataMode. • VCC: Chân này có thể cấp nguồn từ 3.
• GND: Nối với chân nguồn GND. • TXD, RXD: đây là hai chân UART để giao tiếp module hoạt động ở mức logic 3.3V • STATE: Nếu chỉ cần thả nổi thì không cần quan tâm đến chân này.3 LCD 16x2 LCD 16x2 là loại màn hình hiển thị được tất cả các kí tự trong bảng mã ASCII và 8 kí tự đặc biệt do người dùng tạo ra, với khả năng hiển thị 2 dòng với 16 ký tự mỗi dòng [5].4 Mạch chuyển đổi I2C cho LCD Hình 2. Hình minh họa mạch chuyển đổi I2C cho LCD LCD thường có nhiều chân nên khó khăn trong quá trình kết nối. Thay vì sử dụng tối thiểu sáu chân của vi điều khiển để kết nối với LCD (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì với module chuyển đổi chỉ cần sử dụng hai chân (SCL, SDA) để kết nối.5 Giao tiếp I2C I2C là tên viết tắt của cụm từ tiếng anh “Inter-Integrated Circuit”.
Nó là một giao thức giao tiếp được phát triển bởi Philips Semiconductors để truyền dữ liệu giữa một bộ xử lý trung tâm với nhiều IC trên cùng một board mạch chỉ sử dụng hai đường truyền tín hiệu [4]. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Do tính đơn giản của nó nên loại giao thức này được sử dụng rộng rãi cho giao tiếp giữa vi điều khiển và mảng cảm biến, các thiết bị hiển thị, thiết bị IoT, EEPROMs, v.v … Đây là một loại giao thức giao tiếp nối tiếp đồng bộ. Nó có nghĩa là các bit dữ liệu được truyền từng bit một theo các khoảng thời gian đều đặn được thiết lập bởi một tín hiệu đồng hồ tham chiếu.6 Giao tiếp UART Các tên đầy đủ UART là “Universal Asynchronous Receiver / Transmitter” [4].
Chức năng chính của UART là truyền dữ liệu nối tiếp. Trong UART, giao tiếp giữa hai thiết bị có thể được thực hiện theo hai cách là giao tiếp dữ liệu nối tiếp và giao tiếp dữ liệu song song. Sơ đồ kết nối giao tiếp UART.7 IC cách ly quang TLP250 TLP250 là phần tử chuyên dùng để lái MOSFET và IGBT. TLP250 được sử dụng phổ biến do là loại IC cách ly thông qua quang học (giảm nhiễu giữa các phần tử công suất với vi điều khiển), có thể đóng cắt được với tần số dưới 25kHz, dãy điện áp đầu vào để kích dẫn cho MOSFET, IGBT rộng, lái MOSFET và IGBT theo kiểu đẩy kéo.
Hình ảnh minh họa cho IC cách quang TLP250 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Hình minh họa sơ đồ chân IC cách quang TLP250 Khi có dòng điện phân cực thuận cho diode phát quang thì transitor dẫn từ chân 8 đến chân 6,7 và ngưng dẫn từ chân 6,7 đến chân 5. Ngược lại, khi không có dòng điện phân cực thuận thì transitor dẫn từ chân 6,7 đến chân 5 và ngưng dẫn từ chân 8 đến chân 6,7.8 IGBT 25N120 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) là transistor công suất hiện đại, chế tạo trên công nghệ VLSI, cho nên kích thước gọn nhẹ.
Nó có khả năng chịu được điện áp và dòng điện lớn cũng như tạo nên độ sụt áp vừa phải khi dẫn điện. Yêu cầu của đề tài với nguồn vào là 220V hiệu dụng nên điện áp đỉnh là 310V, và mạch sẽ có các điện áp cảm ứng vì dùng tải cảm nên cần chịu được điện áp VDS>(310+VL) V, điện áp cần chịu được lớn - khoảng 1200V nên dùng MOSFET, BJT là không thể đáp ứng được. Cùng với đó dòng tải là 0.13A, dòng khởi động khoảng 2A. Vì thế cần chọn công tắc bán dẫn có dòng chịu được lớn hơn 2A để mạch hoạt động ổn định.
Ngoài ra, công tắc bán dẫn phải đáp ứng được tần số đóng cắt của mạch công suất là 16kHz. Từ đó, IGBT 25N120 là lựa chọn phù hợp nhất để thực hiện đề thỏa mãn những yêu cầu trên. IGBT 25N120 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.
Sơ đồ chân của IGBT 25N120 2.9 Encoder KY - 040 Mạch Volume xoay Rotary Encoder 360 độ không giới hạn số vòng quay, encoder đưa ra 2 xung vuông 90 độ gọi là 2 phase A và B, xung từ encoder đưa ra có thể dùng để nhận biết chiều quay, tốc độ quay, vị trí, module cung cấp 2 ngõ ra cho 2 phase và 1 ngõ ra dạng nút nhấn. Encoder module KY-040 trông giống 1 module biến trở nhưng có ngõ ra dạng xung số. Bằng việc xoay núm vặn, ngõ ra xung của 2 kênh sẽ thay đổi với 1 độ lệch pha xác định (90 độ) giúp phân biệt được chiều xoay. Đếm số lượng xung ngõ ra sẽ cho biết vị trí góc xoay, vị trí này là không giới hạn.
Đồng thời module cũng cung cấp 1 nút nhấn có thể được lập trình để trở thành 1 nút reset giá trị đếm. Từ đó có thể thấy module này rất nhỏ gọn và phù hợp với việc điều khiển cho quạt Hình 2. Hình minh họa cho Encoder 040 Thông số kỹ thuật của Encoder 040: • Điện áp sử dụng: 3-5 VDC • Độ phân giải: 20 xung/vòng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sơ đồ chân của Encoder 040: • +: Chân cấp nguồn 3-5 VDC • GND: Chân cấp nguồn âm 0 VDC • CLK: Pha A • DT: Pha B • SW: Button Giới thiệu chung về Encoder Bộ mã hóa số vòng quay encoder là một thiết bị cơ điện có khả năng làm biến đổi chuyển động tuyến tính (chuyển động thẳng) hoặc chuyển động tròn thành tín hiệu số hoặc xung.
Khi có sự thay đổi vị trí trục quay, các bộ mã hoá được sử dụng để kiểm tra góc lệch của trục đang làm việc. Các xung đầu ra của bộ mã hoá được nhận và kiểm soát bởi bộ phận cảm biến, để xác định đúng vị trí máy và tốc độ di chuyển. Nhờ có encoder, các động cơ điện được điều khiển vị trí chính xác theo tín hiệu điều khiển. Hình ảnh minh họa của Encoder Cấu tạo Encoder gồm: • Một bộ thu phát quang (LED phát – LED thu).
• Một hệ thống lỗ (rãnh) được bố trí trên một đĩa tròn hoặc một thanh thẳng theo một quy tắc nào đó Hình 2. Hình minh họa cho cấu tạo của Encoder BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10 CHƯƠNG 2.