Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển của khoa học và công nghệ, các bộ điều khiển thông minh ngày càng được ứng dụng sâu rộng trong đời sống dân dụng lẫn công nghiệp nhằm nâng cao tiện nghi và chất lượng sống. Tại Việt Nam, các nghiên cứu và dự án về mô hình "ngôi nhà thông minh" (smart house) hoặc bộ điều khiển thiết bị gia dụng đã từng bước được triển khai. Tuy nhiên, việc áp dụng thực tế gặp phải ba rào cản chính: chi phí lắp đặt cao, chưa tối ưu hóa kinh phí vận hành/điều khiển, và giao diện tương tác chưa thực sự thân thiện với người sử dụng. Các đề tài tốt nghiệp trước đây của sinh viên thường tập trung vào phương thức điều khiển qua tin nhắn SMS hoặc sóng vô tuyến RF, tích hợp các cảm biến đơn giản (khói, nhiệt độ, gas, RFID) trên các dòng vi điều khiển 8-bit hoặc 16-bit như PIC hoặc ARM thế hệ cũ, thiếu tính đồng bộ về giao diện đồ họa trực quan và tiện ích giải trí.

Trước thực tiễn đó, đề tài "Thiết kế, thi công hộp điều khiển các thiết bị điện trong nhà" được nhóm sinh viên ngành Điện tử Công nghiệp, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM thực hiện nhằm giải quyết bài toán cân bằng giữa chi phí, hiệu năng và tính tiện dụng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm các nội dung cụ thể sau:

  1. Nghiên cứu tổng quan hoạt động của các bộ điều khiển thông minh trên thị trường và đề xuất giải pháp thiết kế phân khối cho hệ thống.
  2. Thiết kế và thi công mạch điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển 32-bit ARM Cortex-M3 (STM32F103VET6), kết nối với màn hình đồ họa màu LCD 7 inch cảm ứng điện dung, IC giải mã âm thanh MP3 chuyên dụng VS1003B, thẻ nhớ SD và module truyền thông không dây Bluetooth HC-05.
  3. Thiết kế và thi công mạch công suất gồm khối nguồn xung, mạch phát hiện điểm 0 (zero-crossing), 8 ngõ ra xoay chiều 220VAC có khả năng đóng cắt và điều chỉnh độ sáng, cùng 1 ngõ ra một chiều 0–12VDC điều khiển bằng phương pháp băm xung PWM.
  4. Lắp đặt và xử lý tín hiệu từ khối cảm biến môi trường (nhiệt độ, độ ẩm DHT11, cường độ sáng).
  5. Xây dựng ứng dụng điều khiển trên điện thoại thông minh chạy hệ điều hành Android thông qua kết nối Bluetooth bằng môi trường lập trình Eclipse.
  6. Lập trình chương trình điều khiển trung tâm trên phần mềm Keil µVision 5, lắp ráp hoàn thiện phần cứng vào vỏ hộp và thử nghiệm điều khiển các thiết bị điện thực tế (đèn sợi tóc, đèn huỳnh quang, quạt).

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hộp điều khiển trung tâm đa chức năng dành cho các thiết bị điện gia dụng, tích hợp màn hình cảm ứng tại chỗ và giao diện điều khiển không dây từ xa.

Phạm vi nghiên cứu được xác định:

  • Về công suất tải: Hệ thống tập trung điều khiển các thiết bị điện dân dụng có công suất nhỏ trong gia đình như đèn chiếu sáng, quạt điện, tivi, đầu đĩa DVD.
  • Về phạm vi kết nối không dây: Điều khiển qua sóng Bluetooth với bán kính hoạt động hiệu dụng trong phạm vi 10 mét.
  • Về thời gian và không gian: Đề tài được hoàn thành vào tháng 1 năm 2016 tại Bộ môn Điện tử Công nghiệp, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết phần cứng nhúng, xử lý công suất và lập trình ứng dụng di động:

  1. Kiến trúc vi điều khiển ARM Cortex-M3 và chip STM32F103: Lõi Cortex-M3 xây dựng trên kiến trúc Harvard (tách biệt bus nhớ chương trình ICode và bus dữ liệu DCode/System bus), sử dụng tập lệnh kết hợp Thumb-2 (16-bit và 32-bit) tối ưu hóa mật độ mã nguồn và hiệu suất tính toán. Khối điều khiển ngắt vector lồng nhau NVIC (Nested Vector Interrupt Controller) với cơ chế "tail-chaining" giảm độ trễ ngắt xuống còn 6 chu kỳ xung nhịp. Chip STM32F103VET6 hoạt động với xung nhịp tối đa 72 MHz trên bus APB2 và 36 MHz trên bus APB1; bộ phân xử bus BusMatrix phân chia 2/3 thời gian truy cập cho bộ điều khiển DMA và 1/3 cho nhân CPU. Vi điều khiển sở hữu bộ nhớ Flash, SRAM bố trí trong không gian địa chỉ 4 GB, hỗ trợ các ngoại vi như SPI tốc độ truyền lên đến 18 MHz, I2C với khối kiểm tra lỗi gói dữ liệu PEC (CRC-8), các bộ Timer 16-bit đa năng hỗ trợ điều chế độ rộng xung PWM (canh lề cạnh Edge-aligned hoặc canh lề giữa Center-aligned) và bộ biến đổi tương tự - số ADC 12-bit có khối giám sát Analog Watchdog.
  2. Công nghệ hiển thị và giao tiếp thẻ nhớ: Màn hình LCD màu TFT ER-TFTM070-4V2.1 kích thước 7 inch, độ phân giải 800x480 pixel, sử dụng IC điều khiển hiển thị SSD1963 và IC điều khiển cảm ứng điện dung đa điểm FT5206 qua giao diện song song 8/16/24-bit. Giao tiếp thẻ nhớ SD hoạt động ở chế độ SPI với khung lệnh chuẩn 6 byte và các mã lệnh CMD0, CMD1, CMD8, CMD16, CMD17, CMD18, CMD24, CMD25 để đọc/ghi dữ liệu theo từng khối (block 512 byte).
  3. Lý thuyết điều khiển công suất xoay chiều: Phương pháp điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha bằng cách thay đổi góc mở triac $\alpha$ (từ $0^\circ$ đến $180^\circ$, tương ứng 0 đến $\pi$). Với lưới điện xoay chiều tần số 50 Hz (chu kỳ 20 ms), điện áp đi qua điểm 0V hai lần trong một chu kỳ (mỗi nửa chu kỳ kéo dài 10 ms). Mạch phát hiện điểm 0 tạo xung ngắt báo về vi xử lý tại thời điểm điện áp bằng 0V; vi điều khiển căn chỉnh thời gian trễ từ 0 đến 10 ms để phát xung kích mở Opto-Triac, từ đó điều tiết trị số hiệu dụng của điện áp cấp cho tải.
  4. Nền tảng hệ điều hành Android: Hệ thống gồm 5 tầng kiến trúc: Ứng dụng (Application), Khung ứng dụng (Application Framework gồm View System, Content Provider, Resource Manager, Notification Manager, Activity Manager), Thư viện hệ thống C/C++ (Media Framework, SQLite, Surface Manager, Libc), Môi trường thực thi Android Runtime (Dalvik Virtual Machine chạy các tệp .dex) và tầng Nhân Linux 2.6. Bốn thành phần cốt lõi của ứng dụng gồm Activity (quản lý giao diện và vòng đời), Intent (truyền thông điệp), Service (xử lý tác vụ nền) và View.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai bao gồm:

  • Phương pháp phân tích và thiết kế hệ thống nhúng: Phân tách sơ đồ khối phần cứng, tính toán tham số các mạch phối ghép tín hiệu và bảo vệ cách ly.
  • Phương pháp thiết kế mạch in (PCB Design): Vẽ sơ đồ nguyên lý và thiết kế mạch in 2 lớp (Top và Bottom) cho bo mạch điều khiển và bo mạch công suất.
  • Phương pháp lập trình phần mềm nhúng và ứng dụng di động: Viết mã nguồn điều khiển phần cứng bằng ngôn ngữ C trên phần mềm Keil µVision 5; phát triển ứng dụng giao diện Android bằng ngôn ngữ Java trên nền Eclipse (sử dụng plugin Android Development Tools - ADT và bộ công cụ Android SDK).
  • Phương pháp thực nghiệm đo đạc: Lắp ráp thực tế, kiểm tra dạng sóng xung kích, đo kiểm khả năng đáp ứng góc mở triac trên bóng đèn sợi tóc, bóng đèn huỳnh quang và đánh giá độ ổn định kết nối không dây.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống điều khiển được cấu trúc thành 7 khối chức năng chính xoay quanh bộ xử lý trung tâm STM32F103VET6:

Tên khối chức năng Linh kiện / Thiết bị chính Đặc tính kỹ thuật và chức năng
Khối xử lý trung tâm STM32F103VET6 Nhân ARM Cortex-M3, 32-bit, tần số hoạt động lên tới 72 MHz, 100 chân (80 GPIO).
Khối hiển thị & cảm ứng ER-TFTM070-4V2.1 (7 inch) Độ phân giải 800x480 pixel, IC điều khiển SSD1963, IC cảm ứng điện dung FT5206.
Khối giải mã âm thanh IC VS1003B Giải mã định dạng âm thanh MP3, ngõ ra âm thanh hai kênh Left/Right trở kháng $30,\Omega$.
Khối lưu trữ dữ liệu Thẻ Micro SD Kết nối qua chuẩn bus nối tiếp SPI, đọc/ghi tệp âm thanh và hình ảnh theo khối 512 byte.
Khối truyền thông không dây Module Bluetooth HC-05 Kết nối UART với vi điều khiển, phạm vi truyền nhận dữ liệu 10 mét.
Khối đo lường cảm biến Cảm biến DHT11 Đo nhiệt độ và độ ẩm môi trường theo giao thức truyền thông một dây (single-bus).
Khối chuyển đổi nguồn Module xung 220VAC/12VDC; IC LM2576 Cung cấp nguồn 12VDC-2A (độ gợn 100mVpp) và hạ áp xung xuống 5VDC cấp cho hệ thống.
Khối công suất tải xoay chiều Mạch điểm 0, Opto-Triac, Triac 8 kênh ngõ ra 220VAC, cách ly quang, điều khiển đóng cắt và điều chỉnh độ sáng.
Khối công suất tải một chiều MOSFET IRF640 1 kênh ngõ ra 0–12VDC điều chỉnh tốc độ hoặc điện áp bằng tín hiệu băm xung PWM.

Phần cứng mạch công suất tích hợp mạch phát hiện điểm 0 sử dụng optocoupler để bắt đỉnh sóng xoay chiều khi điện áp bằng 0V, tạo xung gửi về chân ngắt ngoài của STM32F103VET6. Tín hiệu kích mở Triac được cách ly thông qua IC Opto-Triac nhằm bảo vệ an toàn cho khối xử lý điện áp thấp. Mạch hạ áp 5V sử dụng vi mạch ổn áp xung LM2576 mang lại hiệu suất chuyển đổi cao và tỏa nhiệt thấp hơn so với vi mạch ổn áp tuyến tính.

Về mặt phần mềm, thuật toán trên vi điều khiển STM32F103VET6 thực hiện vòng lặp quét liên tục:

  • Khởi tạo hệ thống xung clock ngoại HSE, cấu hình các thanh ghi GPIO, ngắt NVIC, cấu hình các kênh Timer ở chế độ PWM và Capture/Compare, thiết lập truyền thông UART cho Bluetooth và SPI cho thẻ SD/VS1003B.
  • Đọc định kỳ dữ liệu từ cảm biến DHT11 để hiển thị nhiệt độ và độ ẩm lên màn hình GLCD.
  • Lắng nghe sự kiện chạm từ màn hình cảm ứng FT5206 và chuỗi lệnh truyền về từ module Bluetooth HC-05.
  • Khi nhận lệnh điều khiển đèn hoặc thiết bị, vi điều khiển tính toán góc kích dựa trên tín hiệu báo ngắt từ mạch phát hiện điểm 0 để trễ thời gian tương ứng (0–10 ms), sau đó phát xung kích mở Triac hoặc điều chỉnh độ rộng chu kỳ làm việc (duty cycle) của xung PWM đưa vào cực cổng MOSFET IRF640.
  • Khối xử lý âm thanh nạp các khối dữ liệu từ thẻ nhớ SD thông qua bus SPI đưa vào bộ đệm của chip VS1003B để giải mã và xuất tín hiệu âm thanh ra ngõ cắm tai nghe/loa ngoài.

Trên điện thoại Android, chương trình xây dựng các Activity tương ứng với giao diện chính, bảng tùy chọn cấu hình, quản lý danh sách thiết bị và màn hình điều chỉnh thanh trượt độ sáng đèn. Kết nối Bluetooth quản lý bằng các luồng (Thread) chạy ngầm nhằm đảm bảo việc gửi nhận dữ liệu không gây nghẽn giao diện người dùng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu các bộ điều khiển thông minh ứng dụng trong nhà ở trên thế giới và tại Việt Nam. Tác giả phân tích các hạn chế của những đề tài trước đây (chủ yếu dựa trên vi điều khiển 8-bit, điều khiển qua SMS/RF đơn giản, chi phí cao, thiếu giao diện đồ họa) để xác lập lý do lựa chọn vi điều khiển ARM Cortex-M3 STM32F103VET6 làm lõi trung tâm. Chương này công bố rõ mục đích đề tài là chế tạo hộp điều khiển tích hợp mạch công suất, mạch điều khiển, màn hình cảm ứng 7 inch, truyền thông Bluetooth và phát nhạc MP3. Phạm vi giới hạn được đặt ra là điều khiển tải công suất nhỏ (quạt, đèn, TV, DVD), bán kính Bluetooth 10m và nội dung thực hiện gồm 11 bước chi tiết từ nghiên cứu, thiết kế phần cứng, lập trình phần mềm Keil C/Eclipse cho đến thi công vỏ hộp và thử nghiệm.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 cung cấp nền tảng lý thuyết toàn diện cho việc thiết kế hệ thống. Tiểu mục 2.1 đi sâu vào kiến trúc vi xử lý ARM Cortex-M3 và vi điều khiển STM32F103VET6: kiến trúc bus đa tầng (ICode, DCode, System, DMA, AHB, APB1, APB2), cơ chế quản lý ngắt NVIC hỗ trợ "tail-chaining", các chế độ hoạt động của 4 khối Timer (Capture/Compare, Edge-aligned PWM, Center-aligned PWM, giao diện Encoder), các ngoại vi SPI, I2C và bộ ADC 12-bit tích hợp Analog Watchdog. Tiểu mục 2.2 và 2.3 phân tích thông số module LCD TFT ER-TFTM070-4V2.1 (độ phân giải 800x480, IC điều khiển SSD1963, cảm ứng FT5206) và giao thức điều khiển thẻ nhớ SD qua SPI (cấu trúc khung truyền 6 byte và bảng mã lệnh CMD). Tiểu mục 2.5 giải thích nguyên lý điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha bằng cách thay đổi góc mở triac từ $0^\circ$ đến $180^\circ$ dựa trên mạch phát hiện điểm 0 với chu kỳ lưới 50 Hz (mỗi nửa chu kỳ là 10 ms). Tiểu mục 2.6 trình bày cấu trúc 5 lớp của hệ điều hành Android, cơ chế thực thi của máy ảo Dalvik trên nền Linux Kernel 2.6 và vòng đời của 4 thành phần phần mềm cơ bản (Activity, Intent, Service, View).

Chương 3: Thiết kế hệ thống

Chương 3 chi tiết hóa sơ đồ khối gồm 7 khối chức năng và thiết kế sơ đồ nguyên lý từng khối. Tác giả trình bày mạch nguồn công suất sử dụng module nguồn xung 220VAC sang 12VDC-2A (độ gợn sóng 100mVpp) kết hợp vi mạch hạ áp xung LM2576 ra nguồn 5VDC; sơ đồ nguyên lý mạch phát hiện điểm 0 dùng cách ly quang; mạch kích Opto-Triac điều khiển 8 ngõ ra 220VAC và mạch điều khiển ngõ ra 0–12VDC dùng MOSFET IRF640. Các sơ đồ kết nối vi điều khiển với màn hình GLCD, IC giải mã âm thanh VS1003B (bao gồm biểu đồ hiệu suất ngõ ra hai kênh Left/Right trở kháng $30,\Omega$), sơ đồ giao tiếp thẻ nhớ SD, module Bluetooth HC-05 và cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 được trình bày chi tiết. Phần cuối chương trình bày lưu đồ giải thuật chương trình chính trên vi điều khiển STM32 (lập trình trên Keil µVision 5) và lưu đồ thuật toán ứng dụng điều khiển trên điện thoại Android (phát triển bằng Eclipse).

Chương 4: Kết quả

Chương 4 công bố toàn bộ các kết quả lý thuyết và thực nghiệm đã hoàn thành. Nhóm nghiên cứu thiết kế thành công các lớp mạch in (Top và Bottom PCB) cho cả bo mạch điều khiển và bo mạch công suất, tiến hành thi công lắp ráp linh kiện thực tế và chế tạo hoàn chỉnh hộp điều khiển cơ khí. Chương này minh chứng hoạt động của giao diện cảm ứng 7 inch tại chỗ (cho phép người dùng thao tác trên màn hình điều khiển chính, thêm thiết bị, đặt tên thiết bị, chỉnh độ sáng đèn, cài đặt chức năng hẹn giờ, hiển thị thông số môi trường) và giao diện ứng dụng điều khiển qua kết nối Bluetooth trên điện thoại Android. Các thử nghiệm tải thực tế được ghi nhận thành công trên bóng đèn sợi tóc (kiểm chứng điều chỉnh độ sáng qua góc mở Triac) và bóng đèn huỳnh quang.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 tổng kết toàn bộ các mục tiêu đã đạt được so với kế hoạch ban đầu, khẳng định hệ thống vận hành đúng nguyên lý thiết kế, đáp ứng các yêu cầu về đóng cắt, điều chỉnh độ sáng, hiển thị thông số môi trường và phát nhạc giải trí. Đồng thời, tác giả đề xuất các hướng phát triển kỹ thuật nhằm nâng cao tính hoàn thiện cho sản phẩm trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Đồ án ghi nhận các kết quả cụ thể về mặt thực hành và kỹ thuật chế tạo:

  • Chế tạo thành công hộp điều khiển hoàn chỉnh tích hợp 2 bo mạch PCB chuyên biệt: bo mạch điều khiển trung tâm STM32F103VET6 và bo mạch công suất.
  • Mạch công suất cung cấp 8 kênh ra tải xoay chiều 220VAC có khả năng đóng cắt độc lập và 1 kênh ra tải một chiều 0–12VDC điều khiển bằng tín hiệu băm xung PWM qua MOSFET IRF640.
  • Vận hành thành công mạch phát hiện điểm 0 trên lưới điện xoay chiều 50 Hz, đồng bộ hóa thuật toán ngắt trên vi điều khiển STM32 để điều khiển góc mở Triac trễ từ 0 đến 10 ms, thực hiện chỉnh mượt độ sáng trên tải đèn sợi tóc.
  • Tích hợp thành công màn hình LCD màu 7 inch cảm ứng điện dung ER-TFTM070-4V2.1 (800x480 pixel), xây dựng giao diện đồ họa tại chỗ cho phép người dùng giám sát nhiệt độ, độ ẩm (đọc từ DHT11), ngày giờ, trạng thái tải, đổi tên thiết bị và thiết lập hẹn giờ bật/tắt.
  • Hoàn thiện ứng dụng điều khiển không dây trên smartphone Android qua môi trường Eclipse, kết nối ổn định với module Bluetooth HC-05 trong phạm vi bán kính 10 mét.
  • Tích hợp IC giải mã VS1003B kết hợp giao tiếp thẻ nhớ Micro SD qua chuẩn bus SPI, thực hiện thành công chức năng phát nhạc MP3 phục vụ nhu cầu giải trí.

Về mặt đóng góp học thuật và ứng dụng, tác giả đã tự thiết kế một hệ thống điều khiển nhà thông minh hoàn chỉnh cả phần cứng lẫn phần mềm dựa trên nền tảng vi xử lý 32-bit Cortex-M3 giá thành thấp, giải quyết trực tiếp nhược điểm chi phí cao và giao diện phức tạp của các bộ điều khiển thương mại cùng thời điểm. Đề tài kết hợp thành công giữa điều khiển trực tiếp qua màn hình cảm ứng điện dung kích thước lớn và điều khiển không dây bằng điện thoại cá nhân.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ vào giới hạn và nội dung được công bố trong văn bản đồ án, công trình còn tồn tại các hạn chế:

  • Hệ thống chỉ được thiết kế và tính toán giới hạn cho các thiết bị điện dân dụng có công suất nhỏ (quạt, đèn chiếu sáng, TV, đầu đĩa DVD), chưa đáp ứng được các tải công suất lớn hoặc tải công nghiệp có dòng khởi động cao.
  • Phương thức điều khiển không dây sử dụng sóng Bluetooth HC-05 bị giới hạn cự ly hoạt động trong bán kính 10 mét và không hỗ trợ điều khiển từ xa qua mạng diện rộng khi người dùng ra khỏi nhà.

Hướng phát triển tiếp theo được tác giả đề xuất:

  • Nghiên cứu mở rộng module truyền thông sang mạng kết nối Internet (thông qua Wi-Fi hoặc mạng di động GSM/GPRS) để giám sát và điều khiển thiết bị từ bất kỳ đâu.
  • Nâng cấp phần cứng mạch công suất, sử dụng các linh kiện đóng cắt có định mức dòng điện và điện áp cao hơn nhằm mở rộng dải tải điều khiển cho nhiều loại thiết bị gia dụng công suất lớn.
  • Bổ sung thêm các cảm biến chuyên dụng như cảm biến báo khói, cảm biến rò rỉ khí gas hoặc cảm biến an ninh chống trộm để nâng cao tính an toàn toàn diện cho ngôi nhà.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này là tài liệu tham khảo thực nghiệm giá trị đối với sinh viên, học viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông, Điện tử Công nghiệp, Cơ điện tử và Kỹ thuật Điều khiển - Tự động hóa.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu bao gồm:

  • Sơ đồ mạch nguyên lý và giải thuật điều khiển góc mở Triac đồng bộ với mạch phát hiện điểm 0 (zero-crossing detector) để làm mờ (dimming) đèn xoay chiều trên vi điều khiển 32-bit.
  • Phương pháp phối ghép phần cứng và cấu hình phần mềm điều khiển màn hình LCD TFT độ phân giải cao sử dụng IC SSD1963 cùng bộ điều khiển cảm ứng điện dung FT5206.
  • Quy trình triển khai giao tiếp SPI giữa vi điều khiển STM32 với thẻ nhớ SD (xử lý tập lệnh CMD chuẩn) và IC giải mã âm thanh số VS1003B.
  • Tài liệu mẫu về thiết kế ứng dụng Android cơ bản bằng Java trên Eclipse tương tác với phần cứng nhúng qua cổng nối tiếp Bluetooth SPP (Serial Port Profile).

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển trung tâm được sử dụng trong hộp điều khiển là dòng chip nào và có đặc tính gì nổi bật?
Hệ thống sử dụng vi điều khiển 32-bit STM32F103VET6 thuộc dòng ARM Cortex-M3 của hãng STMicroelectronics, đóng gói 100 chân (với 80 chân GPIO), tần số hoạt động tối đa 72 MHz trên bus APB2, cấu trúc Harvard, tích hợp bộ điều khiển ngắt lồng nhau NVIC (độ trễ 6 chu kỳ xung nhịp) và bộ phân xử bus dành 2/3 thời gian cho DMA.

2. Mạch công suất của hệ thống hỗ trợ điều khiển bao nhiêu ngõ ra và loại tải nào?
Mạch công suất cung cấp tổng cộng 9 ngõ ra, gồm 8 ngõ ra xoay chiều 220VAC (đóng cắt và điều chỉnh độ sáng thông qua mạch Triac/Opto-Triac) và 1 ngõ ra một chiều 0–12VDC (điều khiển qua xung PWM sử dụng MOSFET IRF640), phục vụ cho các tải công suất nhỏ như đèn sợi tóc, đèn huỳnh quang, quạt điện, tivi, DVD.

3. Nguyên lý điều chỉnh độ sáng đèn xoay chiều được thực hiện như thế nào trong đồ án?
Vi điều khiển sử dụng mạch phát hiện điểm 0 để bắt thời điểm sóng sin điện áp AC 50 Hz đi qua mức 0V (xảy ra mỗi 10 ms). Dựa vào tín hiệu ngắt báo điểm 0, vi điều khiển tính toán khoảng thời gian trễ từ 0 đến 10 ms (tương ứng góc mở triac $\alpha$ từ $0^\circ$ đến $180^\circ$) để xuất xung kích mở Triac; trễ càng ngắn thì Triac dẫn càng sớm, điện áp hiệu dụng qua đèn càng lớn và đèn càng sáng.

4. Màn hình cảm ứng trang bị trên hộp điều khiển sử dụng công nghệ và vi mạch điều khiển gì?
Hệ thống sử dụng module LCD màu TFT 7 inch ER-TFTM070-4V2.1, độ phân giải 800x480 pixel, tích hợp tấm cảm ứng điện dung. Màn hình được điều khiển hiển thị bởi vi mạch SSD1963 và cảm ứng được xử lý bởi IC FT5206, hỗ trợ chuẩn giao tiếp song song 6800/8080.

5. Ứng dụng điều khiển trên điện thoại di động được xây dựng trên nền tảng và môi trường nào?
Ứng dụng được viết cho hệ điều hành Android bằng ngôn ngữ lập trình Java, phát triển trên môi trường tích hợp Eclipse (phiên bản từ 3.2 trở lên) kết hợp công cụ Android Development Tools (ADT plugin) và JDK, kết nối dữ liệu với hộp điều khiển qua module Bluetooth HC-05 trong cự ly 10 mét.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế, thi công hộp điều khiển các thiết bị điện trong nhà" của nhóm tác giả Phạm Văn Nhẩn và Bùi Quang Thọ đã hoàn thành trọn vẹn việc thiết kế và chế tạo một sản phẩm điều khiển thiết bị điện dân dụng tích hợp phần cứng lẫn phần mềm. Bằng việc ứng dụng vi điều khiển 32-bit ARM Cortex-M3 STM32F103VET6 kết hợp màn hình cảm ứng điện dung 7 inch và truyền thông không dây Bluetooth với điện thoại Android, công trình đã đề xuất một giải pháp điều khiển nhà thông minh có chi phí hợp lý và giao diện thân thiện. Toàn bộ các chức năng đóng cắt 8 ngõ ra 220VAC, điều chỉnh độ sáng đèn qua góc kích triac đồng bộ điểm 0, giám sát nhiệt độ - độ ẩm DHT11 và phát nhạc MP3 từ thẻ nhớ SD qua IC VS1003B đều được thử nghiệm thực tế thành công.