ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN XÂY DỰNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.38 MB, 70 trang )

Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

1.2.1. Giới thiệu về IoT:...6

1.2.2. Cấu trúc của IoT:...7

1.2.3. Ứng dụng IoT trong các lĩnh vực cuộc sống:...9

1.3. Tổng quan nhà thông minh...10

1.3.1. Giới thiệu:...10

1.3.2. Các thành phần chính trong hệ thống nhà thơng minh: 111.4. Giải pháp thiết kế nhà thông minh trong đồ án:...12

Chương 2. Cơ sở lý thuyết...13

2.1. Khối vi điều khiển:...13

2.3. Khối cảm biến RFID:...29

2.4. Khối hiển thị LCD 16x02 I2C...31

2.5. Các chuẩn truyền thông:...32

2.5.1. I2C:...32

2.5.2. SPI:...34

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

3.2. Hệ thống kiểm soát ra vào:...40

3.3. Hệ thống điều khiển quạt:...40

3.4. Hệ thống điều khiển ổ điện:...41

3.5. Hệ thống giám sát thời tiết:...41

Chương 4. Xây dựng lưu đồ thuật toán, xây dựng code...43

4.1. Hệ thống chiếu sáng:...43

4.1.1. Lưu đồ thuật toán...43

4.1.2. Xây dựng chương trình...44

4.2. Hệ thống kiểm sốt ra vào:...45

4.2.1. Lưu đồ thuật tốn...45

4.2.2. Xây dựng chương trình...46

4.3. Hệ thống điều khiển quạt:...47

4.3.1. Lưu đồ thuật toán...47

4.3.2. Xây dựng chương trình...47

4.4. Hệ thống điều khiển ổ điện:...49

4.4.1. Lưu đồ thuật tốn...49

4.4.2. Xây dựng chương trình...50

4.5. Hệ thống giám sát thời tiết:...51

4.5.1. Lưu đồ thuật toán...51

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Phụ lục...57

DANH MỤC HÌNH ẢNHHình 1.1 Mạng lưới vạn vật kết nối...7

Hình 1.2 Mơ hình nhà thơng minh...11

Hình 2.1 Bo mạch vi xử lý Arduino Uno R3...13

Hình 2.2 Module ESP32 – WROOM - 32...17

Hình 2.3 Module NodeMCU v2 ESP8266...20

Hình 2.13 Mơ hình mạng sử dụng giao thức I2C...32

Hình 2.14 Sơ đồ giao tiếp I2C...33

Hình 2.15 Hai chế độ của CPOL...35

Hình 2.16 Hai chế độ của CPHA...35

Hình 2.17 Phương pháp kết nối Daisy Chain trong giao tiếp SPI...36

Hình 2.18 Mơ hình giao tiếp Client – Server...37

Hình 2.19 Arduino IDE...38

Hình 2.20 Phần mềm Blynk...39

Hình 3.1 Mơ hình đấu nối hệ thống...42

Hình 4.1 Lưu đồ thuật toán cho hệ thống chiếu sáng – nút nhấn trên app...43

Hình 4.2 Lưu đồ thuật tốn cho hệ thống chiếu sáng – nút nhấn vậtlý...43

Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán cho hệ thống kiểm soát vào ra...45

Hình 4.4 Lưu đồ thuật tốn điều khiển tốc độ quạt...47

Hình 4.5 Chế độ Automation của Blynk...47

Hình 4.6 Cửa sổ New Automation...48

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Hình 4.7 Cửa sổ When...48

Hình 4.8 Cửa sổ Do this...49

Hình 4.9 Lưu đồ thuật tốn điều khiển ổ điện...49

Hình 4.10 Chọn thời gian, múi giờ, chế độ lặp lại trong cửa sổ When...50

Hình 4.11 Chọn đối tượng và trạng thái cho đối tượng đó...50

Hình 4.12 Lưu đồ thuật tốn giao tiếp ESP32 với OpenWeatherMap...51

Hình 5.1 Giao diện Web Blynk cho điều khiển đèn và tốc độ quạt 53Hình 5.2 Giao diện Web Blynk điều khiển ổ điện...53

DANH MỤC BẢNG BIỂUBảng 2-1 Thông số kỹ thuật board Arduino Uno R3...14

Bảng 2-2 Bảng Pins NodeMCU...22

Bảng 2-3 Bảng Pins Module Relay...24

Bảng 2-4 Bảng Pins Motor Driver L298N...28

Bảng 2-5 Các chế độ của SPI...35

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

1.1.2. Mục tiêu:

Đề tài được đưa ra nhằm hướng tới các mục tiêu cụ thể: Điều khiển các thiết bị điện trong nhà từ xa qua

 Xây dựng hệ thống giám sát vào ra với RFID.

 Hệ thống dự báo thời tiết sử dụng dữ liệu trên Web.

1.2. Tổng quan về IoT:

1.2.1. Giới thiệu về IoT:

Trong suốt quá trình phát triển của loài người chúngta cho tới hiện nay, chúng ta đã trải qua 4 cuộc Cáchmạng Công nghiệp: Cách mạng Công nghiệp đầu tiên sửdụng năng lượng nước và hơi nước để cơ giới hóa sản

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

xuất. Cách mạng lần thứ 2 diễn ra nhờ sử dụng điệnnăng để sản xuất hàng loạt. Cuộc Cách mạng lần 3 là vềđiện tử và công nghệ thông tin để tự động hóa sản xuất.Và giờ đây là cuộc Cách mạng thứ 4, kết hợp các côngnghệ lại với nhau để làm mờ đi ranh giới vật lý, kỹ thuậtsố và sinh học.

Công nghệ 4.0 diễn ra chủ yếu trên 3 lĩnh vực chínhgồm Cơng nghệ sinh học, Kỹ thuật số và Vật lý. Nhữngyếu tố cốt lõi của Kỹ thuật số trong CMCN 4.0 là: Trí tuệnhân tạo (AI), Vạn vật kết nối (IoT) và Dữ liệu lớn (BigData).

Mạng lưới vạn vật kết nối Internet là mạng lưới cácthiết bị điện, điện tử được kết nối với nhau trong một liênmạng. Việc kết nối này được thực hiện qua Wifi, mạng3G/4G, Bluetooth,…. Các thiết bị có thể là điện thoạithơng minh, máy giặt, máy pha café, bóng đèn,….

Hình 1.1 Mạng lưới vạn vật kết nối

1.2.2. Cấu trúc của IoT:

Để có được một hệ thống IoT ta cần có một nềntảng quản lý ứng dụng, chạy phân tích, lưu trữ và bảomật dữ liệu. Nhìn chung, nền tảng IoT đề cập tới cácthành phần của phần mềm cung cấp giao diện giữa các

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

cảm biến và ứng dụng, các giao tiếp, luồng xử lý dữ liệu,quản lý thiết bị, và các chức năng của phần mềm trunggian ở giữa. Một nền tảng IoT đầu cuối đích thực baogồm 8 khối kiến trúc quan trọng:

 Kết nối và đồng bộ hóa: Có chức năng tích hợp vàđồng bộ các giao thức khác nhau và định dạng dữliệu khác nhau vào một giao diện “phần mềm” đảmbảo việc truyền dữ liệu chính xác và tương tác vớicác thiết bị.

 Quản lý thiết bị: Đây là thành phần đảm bảo kết nối“mọi thứ” hoạt động bình thường, chạy các bản vávà cập nhật phần mềm cũng như ứng dụng đangchạy trên thiết bị hoặc các gateways ngoại biên. Cơ sở dữ liệu: Đây là thành phần được coi là quan

trọng của một nền tảng. Ngoài khả năng lưu trữ dữliệu thiết bị, nó cịn có khả năng mở rộng đáp ứngđáp ứng các cơ sở dữ liệu dựa trên đám mây.

 Quản lý và xử lý hoạt động: Chức năng đưa dữ liệuvào hoạt động dựa trên nguyên tắc Event – Action –Triggers cho phép thực thi các hoạt động “thôngminh” dựa trên dữ liệu từ cảm biến cụ thể.

 Phân tích: Có chức năng thực hiện hàng loạt cácphân tích phức tạp từ việc phân cụm dữ liệu cơ bảnvà khả năng tự học để phân tích, dự đốn, tríchxuất những dữ liệu giá trị nhất trong luồng dữ liệuIoT.

 Dữ liệu trực quan: Cho phép con người xem xét cácmẫu và quan sát các xu hướng từ bảng điều khiển

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

trực quan, nơi dữ liệu được miêu tả sinh động quabiểu đồ đường thẳng, hình họa mơ phỏng.

 Cơng cụ bổ sung: Thành phần này cho phép cácnhà phát triển IoT thử nghiệm trước khi đưa sảnphẩm ra thị trường với các trường hợp sử dụng đượcbiểu diễn trên hệ sinh thái mô phỏng dùng để hiểnthị, quản lý và kiểm soát thiết bị kết nối.

 Các giao diện bên ngồi: Đây là nơi cho phép tíchhợp với các hệ thống của bên thứ 3 và phần còn lạicủa hệ thống CNTT thông qua các giao diện lậptrình ứng dụng (API), các bộ phát triển phần mềm(SDK) và các gateways.

1.2.3. Ứng dụng IoT trong các lĩnh vực cuộc sống:

Ứng dụng Smartphone

Quyền điều khiển, giám sát cả ngôi nhà được thugọn vào trong chiếc Smart phone của bạn. Bạn có thểbật tắt đèn, nóng lạnh, điều hịa,… ngay cả khi khơng ởnhà. Các cơng ty đang xây dựng và sản xuất hàng loạtcác thiết bị giúp cuộc sống con người thuận tiện hơn.Trong tương lai, Smarthome được dự đốn sẽ phổ biếnnhư điện thoại thơng minh ngày nay.

Các chức năng nội bộ trong ô tô

Các nhà sản xuất ô tô đã bước qua giai đoạn tậptrung vào việc tối ưu hóa câc chức năng nội bộ của mộtchiếc xe. Giờ đây họ hướng tới việc tối ưu hóa sự hài lịngcủa người dùng thơng qua trải nghiệm các tiện ích bên

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

trong xe. Các tính năng tự động lái, tránh vật cản, đỗ xe,… được tích hợp để tối ưu hóa hoạt động của xe cũngnhư bảo vệ an tồn cho người dùng.

Internet công nghiệp

Industrial internet là tiếng vang mới trong ngànhcông nghiệp, được gọi tắt là IioT (industrial Internet ofThings). IIoT hỗ trợ kỹ thuật công nghiệp với các cảmbiến, phần mềm lớn để tạo ra những cỗ máy thơng minh.Máy móc có tính chính xác và nhất qn hơn con ngườitrong giao tiếp. Từ những dữ liệu thu thập được giúp cáccông ty, nhà quản lý giải quyết các vấn đề sớm hơn, hiệuquả cao hơn.

Trong công nghiệp

Ngày nay người nơng dân đã có thể áp dụng tựđộng hóa vào sản xuất để tăng năng suất lao động, giảmkhối lượng công việc. Dựa theo dữ liệu từ cảm biến độẩm, mức độ dinh dưỡng trong đất, mức độ hấp thụ nướccủa đất, hệ thống tự động hóa sẽ tự động điều chỉnh hệthống tưới tiêu, phân bón để đầu ra nơng sản đạt chỉ tiêu.

Trong kiểm sốt năng lượng

Mạng lưới điện thơng minh trong vài năm tới sẽ trởnên đáng tin cậy và phổ biến hơn. Dữ liệu người dùngđược thu thập tự động để phân tích hành vi người dùngqua đó sẽ có phương pháp ngắt điện tự động ở cấp hộgia đình

Trong giáo dục và học tập

Các trường học ngày nay hầu hết đều đã có các cơsở dữ liệu để lưu trữ thành tích học tập của học sinh để

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

tiện cho theo dõi và quản lý. Đồng thời việc cung cấp tàiliệu học tập cũng diễn ra trực tuyến, tiện cho theo dõiquá trình học tập và giảng dạy.

Trong y tế

Một hệ thống chăm sóc sức khỏe được kết nối cùngcác thiết bị theo dõi thông minh mang lại tiềm năng tolớn cho việc theo dõi và điều trị bệnh. Các dữ liệu đượcthu thập và cập nhật liên tục sau đó được phân tích chophép mọi người kiểm sốt tình trạng sức khỏe của bảnthân, đồng thời các y bác sĩ cũng dễ dàng hơn trong việcvẽ ra pháp đồ điều trị cho bệnh nhân.

1.3. Tổng quan nhà thông minh

1.3.1. Giới thiệu:

Nhà thông minh là ngôi nhà được trang bị các hệthống tự động thơng minh cùng cách bố trí phù hợp, cáchệ thống này có khả năng tự điều phối các hoạt độngtrong nhà theo nhu cầu của gia chủ. Nó là một chỉnh thểmà trong đó các thiết bị gia dụng đều kết nối với mộtthiết bị điều khiển trung tâm. Các thiết bị này có khảnăng tự xử lý các tình huống được đặt ra từ trước hoặcđược điều khiển và giám sát từ xa.

Nhà thông minh đem lại sự tiện dụng cho ngườidùng. Các thiết bị trong gia đình như máy lạnh, ti vi cóthể điều khiển từ xa nhờ điều khiển, nhưng các thiết bịđèn, bình nước nóng lạnh lại chỉ được điều khiển bằngtay. Điều này gây ra một số bất tiện nhất định. Giờ đâyquyền điều hành cả ngôi nhà được thu lại trong chiếcSmartphone, khắc phục được sự bất tiện đó.

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Hình 1.2 Mơ hình nhà thơng minh

1.3.2. Các thành phần chính trong hệ thống nhà thơng minh:

Nhìn chung một hệ thống nhà thông minh thường gồmcác thành phần như sau:

 Hệ thống chiếu sáng

 Hệ thống kiểm soát vào ra (thường là hệ thốngnhận diện qua công nghệ RFID)

 Hệ thống quan sát (camera)

 Hệ thống quản lý, giám sát điện, nước.

 Hệ thống cảm biến báo động (rò rỉ gas, cảnh báocháy, cảnh báo đột nhập)

 Hệ thống giám sát môi trường

1.4. Giải pháp thiết kế nhà thông minh trong đồ án:

Dựa vào những tìm hiểu về hệ thống nhà thôngminh trên thị trường, căn cứ vào phạm vi đề tài cùng khả

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

năng bản thân, em xin đưa ra phương án xây dựng hệthống nhà thông minh như sau:

 Hệ thống kiểm soát vào/ ra áp dụng công nghệRFID

 Hệ thống chiếu sáng Điều khiển quạt, ổ điện Giám sát thời tiết

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Khối vi điều khiển:

Các dòng chip của vi điều khiển phổ biến trên thị trườnghiện nay có PIC, AVR, 8051,ARM,…. Thế nhưng với các dòng vixử lý khác tồn tại một số vấn đề, nổi bật có thể kể tới: Bộ nhớgiới hạn, giới hạn về thư viện trong cơng cụ lập trình, tốc độxử lý thấp, …. Với 32KB Flash Memory, 2KB SRAM, 1KBEEPROM; 16kHz tần số xung thạch anh; đa dạng thư việnđược cung cấp bởi phần mềm cùng cộng đồng người dùngArduino IDE một cách miễn phí, bo mạch Arduino Uno R3 sửdụng chip Atmega328P khắc phục được hầu hết các nhượcđiểm trên. Vậy nên trong đồ án này, vi xử lý được sử dụngtrong đồ án là Arduino Uno R3.

2.1.1. Arduino Uno R3:

 Giới thiệu: Arduino Uno R3 là một bảng mạch vi điềukhiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển MicrochipAtmega328, phát triển bởi Arduino.cc và lần đầu đượcgiới thiệu năm 2010. Bảng mạch bộ vi điều khiển đượctrang bị với bộ chân đầu vào/ ra Digital và Analog có thểgiao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau [1].

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Hình 2.3 Bo mạch vi xử lý Arduino Uno R3

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V

Dòng điện trên chân 3.3V 50 mA

Flash Memory 32 KB (ATmega328P)

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

 Nguồn:

- LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch vàđược nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao(HIGH) thì LED sẽ sáng và ngược lại.

- VIN: Chân này dùng để cấp nguồn ngoài (điện ápcấp từ 7-12VDC).

- 5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mỗi chân này tốiđa là 500mA).

- 3V3: Điện áp ra 3.3V (dòng điện trên mỗi chân nàytối đa là 50mA).

- GND: Là chân mang điện cực âm trên board.

- IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiểntrên Arduino UNO và có thể đọc điện áp trên chânIOREF. Chân IOREF không dùng để làm chân cấpnguồn.

 Bộ nhớ:

Vi điều khiển ATmega328:

- 32 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm0.5KB.

- 2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory):giá trị các biến khai báo sẽ được lưu ở đây. Khaibáo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớRAM. Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.- 1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble

Programmable Read Only Memory): Là nơi cóthể đọc và ghi dữ liệu vào đây và khơng bị mất dữliệu khi mất nguồn.

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

 Các chân đầu vào ra:

Trên Board Arduino Uno R3 có 14 chân Digital đượcsử dụng để làm chân đầu vào và đầu ra và chúng sửdụng các hàm pinMode(), digitalWrite(), digitalRead().Giá trị điện áp trên mỗi chân là 5V, dịng trên mỗi chânlà 20mA và bên trong có điện trở kéo lên là 20-50 ohm.Dòng tối đa trên mỗi chân I/O khơng vượt q 40mA đểtránh trường hợp gây hỏng board mạch.

Ngồi ra, một số chân Digital có chức năng đặcbiệt:

- Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Được sử dụng để nhận dữ liệu

(RX) và truyền dữ liệu (TX) TTL.

- Ngắt ngoài: Chân 2 và 3.

- PWM: 3, 5, 6, 9 và 11 Cung cấp đầu ra xung PWM

với độ phân giải 8 bit bằng hàm analogWrite ().

- SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Các chân

này hỗ trợ giao tiếp SPI bằng thư viện SPI.

- LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được

nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao (HIGH)thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).

- TWI/I2C: A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp

I2C/TWI với các thiết bị khác.

Arduino Uno R3 có 6 chân Analog từ A0 đến A5, đầuvào cung cấp độ phân giải 10 bit.

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

2.1.2. ESP32-WROOM-32:

 Tổng quan: ESP32-WROOM-32 là một module mạnh mẽcó hỗ trợ Wifi và Bluetooth. Module này sử dụng chipESP32-D0WDQ6. Nó bao gồm 2 CPU trung tâm có thểđược điều khiển độc lập, và xung đồng hồ của CPU cóthể điều chỉnh được từ 80 MHz đến 240 MHz. Chip nàycũng bao gồm bộ đồng xử lý công suất thấp có thể thaythế CPU để tiết kiệm năng lượng khi thực hiện cácnhiệm vụ không yêu cầu nhiều sức mạnh tính tốn, vídụ như điều khiển các thiết bị ngoại vi. ESP32 tích hợpnhiều thiết bị ngoại vi, có thể kể tới như cảm biếnchạm, giao tiếp thẻ SD, Ethernet, SPI tốc độ cao, UART,I2S và I2C [2].

Hình 2.4 Module ESP32 – WROOM - 32

 Bộ xử lý:

- CPU: Bộ xử lý Xtensa lõi kép (hoặc lõi đơn) 32 bitsLX6, hoạt động ở tần số 240MHz (160 MHz choESP32-S0WD và ESP32-U4WDH) và hoạt động tối

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

đa 600 MIPS (200 MIPS với S0WD/ U4WDH).

ESP32-- Bộ đồng xử lý (coprocessor) công suất thấp hỗ trợviệc đọc ADC và điều khiển các thiết bị ngoại vi khiCPU vào chế độ deep sleep.

 Hệ thống xung nhịp: CPU Clock, RTC Clock, Audio PLLClock.

 GPIO vật lý và các ngoại vi:

- ADC SAR 12 bit để giao tiếp với các cảm biếnanalog.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

GPIO đều có thể được dùng để triển khai HSPI vàVSPI.

- 2 I2S

- 2 I2C, hoạt động được ở cả chế độ master và slave,với chế độ Standard mode (100 Kbit/s) và Fastmode (400 Kbit/s). Hỗ trợ 2 chế độ định địa chỉ là 7-bit và 10-bit. Các GPIO đều có thể được dùng đểtriển khai I2C.

- 3 UART (UART 0, UART 1, UART 2) với tốc độ lênđến 5Mbps.

- SD/SDIO/CE-ATA/MMC/eMMC host controller.- SDIO/SPI slave controller

- Ethernet MAC interface cho DMA và IEEE 1588Precision Time Protocol

- Cảm biến hiệu ứng Hall

- Bộ khuếch đại analog công suất cực thấp (Ultra lowpower analog pre-amplifier)

 Quản lý năng lượng:

- Hỗ trợ 5 chế độ hoạt động với mức tiêu thụ nănglượng khác nhau: Active, Modern Sleep, Light Sleep,Deep Sleep và Hibernation.

- Bộ ổn áp nội với điện áp rơi thấp (internal lowdropout regulator)

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

- Individual power domain (tạm dịch: Miền nguồnriêng) cho RTC

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

2.1.3. NodeMCU v2 ESP8266:

 Giới thiệu: Bảng mạch phát triển NodeMCU v2 ESP8266cùng với module ESP-12E bao gồm chip ESP8266 có vixử lý Tensilica Xtensa 32-bit LX106 RISC. Vi xử lý hỗ trợRTOs và hoạt động ở tần số 80MHz đến 160MHz có thểthay đổi được. NodeMCU có 128KB RAM và 4MB bộ nhớFlash để lưu trữ dữ liệu và chương trình. Khả năng xử lýmạnh mẽ tích hợp Wifi/ Bluetooth và tính năng DeepSleep Operating khiến cho NodeMCU lý tưởng cho các dựán IoT [3].

Hình 2.5 Module NodeMCU v2 ESP8266

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

- Chân Digital I/O (DIO): 16- Chân Analog vào (ADC): 1- UART: 1

- SPI: 1- I2C: 1

- Bộ nhớ Flash: 4 MB- SRAM: 64 KB

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

 Chân Pinout NodeMCU Development:

cấp nguồn quaUSB port

3.3V: Nguồn 3.3V

có thể được cấpqua chân này đểcấp nguồn cho bomạch

chân input output dùng chođa mục đích

giao tiếp SPI.

UART0 (RXD0 &TXD0) và UART1(RXD2 & TXD2).UART1 được sử

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

dụng để tải phầncứng/ chươngtrình.

- Phương thức điều khiển: Buzzer chủ động và bị động- Cơ chế tạo âm thanh: Piezo Buzzer và Buzzer thông

- Nhiệt độ hoạt động: - 20’C đến 70’C

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

- Dòng điện làm việc: 0.8A- Cơng suất: 9.6W

- Kích thước: L54 x D38 x H28- Thời gian kích liên tục: <10s- Tốc độ phản ứng: <1s

- Trọng lượng: 150g

Hình 2.7 Khóa từ LY-03 12VDC

2.2.3. Module Relay: (1/2 kênh)

Sơ đồ chân:

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Bảng 2-3 Bảng Pins Module Relay

Hình 2.8 Module Relay 5V 2 kênh

2.2.4. Động cơ DC

Chiều dài: 25mmĐường kính: 21mmĐộ dài trục: 9mmĐiện áp: 3-6V

Dòng điện: 0,35-0,4V

Tốc độ cực đại: 1500 vòng/ phút

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Hình 2.9 Động cơ DC

2.2.5. Driver động cơ DC

Driver động cơ DC hoạt động như một bộ khuếch đại đểchuyển đổi tín hiệu điện áp thấp sang tín hiệu điện áp cao đểđiều khiển động cơ. Driver nhận tín hiệu điều khiển từ vi điềukhiển và khuếch đại tín hiệu này nhờ vào nguồn ngồi rồi gửitới động cơ. Khi đó động cơ sẽ hoạt động với dòng điện vàđiện áp phù hợp [4].

Driver cấu tạo bởi một mạch cầu H với 4 công tắc S1, S2,S3, S4 với S1 và S3, S2 và S4 đôi một được điều khiển bởicùng một tín hiệu điều khiển. Dưới đây là sơ đồ và bảng trạngthái của Motor theo S1, S2, S3, S4.

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Hình 2.10 Mạch cầu H của Motor Driver

Trong thực tế các công tắc được thay bằng cácTransistor: 2 transistor NPN và 2 transistor PNP.

Hình 2.11 Mạch cầu H sử dụng Transistor

Driver động cơ 1 chiều L298N là driver điện áp, dòng điện caodựa trên transistor dual H-bridge driver, có nghĩa là driver nàycó thể vận hành 2 motor riêng biệt

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Hình 2.12 Motor Driver L298N

Bảng 2-4 Bảng Pins Motor Driver L298N

khiển hướng củađộng cơ 1

khiển hướng củađộng cơ 2

khiển hướng củađộng cơ 1

khiển hướng củađộng cơ 2

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Thông số kỹ thuật:

Điện áp Motor: 4,5-46 VDC.

Dòng điện Motor: Làm việc ổn định ở 2A, dòng điện tối đa 3A.Bảo vệ quá tải: Có cảm biến dịng ở mỗi Motor, để phát hiệnq tải trên động cơ.

PWM/điều chỉnh tốc độ: Hỗ trợ PWM điều chỉnh tốc độ độngcơ, từ 10-40 kHz.

Bảo vệ nhiệt: Driver có bộ tản nhiệt trong.

2.3. Khối cảm biến RFID:

RFID (radio frequency identification): được sử dụng

để xác định vật thể hoặc tìm vật thể. Vật thể cần được theodõi, xác định sẽ được gắn RFID tag. RFID reader sẽ liên tụcphát ra sóng radio. Khi vật thể vào trong tầm của Reader,RFID tag được sử dụng để gửi phản hồi về Reader [5].

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

Hình 2.13 Bộ đầu đọc RFID và thẻ RFID

Hệ thống RFFID bao gồm 2 thành phần: RFID reader vàRFID tag. RFID tag lại chia thành 3 loại: Active tag, Passivetag và Semi Passive tag. Passive tag bản thân khơng cónguồn cấp nên nó phụ thuộc vào sóng radio phát ra từ bộRFID reader. Semi Passive RFID có nguồn cấp, nhưng để gửitín hiệu phản hồi về RFID reader chúng cần dựa vào tín hiệuphát ra từ RFID reader. Active tag có nguồn cấp riêng, và khigửi tín hiệu về RFID reader nó sử dụng nguồn riêng của nó.

RFID Reader bao gồm 3 thành phần: Bộ tạo tín hiệu RF,vi điều khiển và bộ nhận/ phát hiện tín hiệu. Bộ tạo tín hiệuRF tạo sóng radio và truyền đi qua ăng ten. Bộ nhận/ pháthiện tín hiệu dùng để nhận tín hiệu phản hồi từ RFID tag. Viđiều khiển xử lý tín hiệu được gửi đi từ RFID tag.

Phần lớn RFID tag được sử dụng hiện nay là Passive tag,vì ưu điểm giá thành rẻ so với Active tag, cũng như không cầnnguồn cấp nên rất gọn nhẹ. Passive tag có rất nhiều dạng:Móc khóa, thẻ hoặc nhãn dán.

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

Các thành phần có trong RFID tag: bộ tiếp sóng để nhậnsóng radio từ Reader và gửi lại tín hiệu phản hồi trở lạiReader. Vì Passive reader khơng có nguồn cấp riêng nên nóphụ thuộc vào sóng radio phát ra từ Reader. Vì vậy chúngnhận năng lượng từ reader. Bộ chỉnh lưu: năng lượng sinh ratừ sóng radio từ reader được tích trữ trong tụ điện. năng lượngnày sẽ được sử dụng cho bộ xử lý và bộ nhớ bên trong RFIDtag.

Nguyên tắc làm việc hệ thống RFID:

Nguyên tắc hoạt động dựa trên tần số hoạt động. Với LFvà HF tag, nguyên lý hoạt động dựa trên ghép cảm ứnginductive coupling (near field Coupling). UHFtag dựa trênelectromagnetic Coupling (far field coupling)

RFID reader liên tục phát ra tín hiệu với tần số cố định.Tín hiệu vơ tuyến này được gửi đi này phục vụ 3 mục đích: tạođủ nguồn cho thẻ thụ động, đồng bộ xung với thẻ thụ động,đóng vai trị là sóng mang tín hiệu trở về từ thẻ. Từ trường tạora bởi RFID reader bắt cặp với ăng ten của thẻ nhờ vàonguyên lý ghép cặp cảm ứng. Và vì sự đồng bộ này, điện ápsẽ được sinh ra qua cuộn dây của thẻ RFID. Một phần điện ápsẽ được chỉnh lưu và được sử dụng như là nguồn cấp cho bộđiều khiển cũng như bộ nhớ. Khi RFID reader phát đi tín hiệuvơ tuyến với một tần số cụ thể, điện áp sinh ra trong cuộn dâycũng là 1 phần của tần số. Vậy điện áp được sinh ra này cũngđược sử dụng để đồng bộ đồng hồ cho bộ điều khiển. Giả sửta nối một tải vào cuộn dây này, dòng điện sẽ chạy qua tải.Giả sử ta bật/ tắt tải này và dòng điện cũng sẽ được bật/ tắt.Việc bật/ tắt dòng điện này cũng sinh ra điện áp trong RFID

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

reader. Giả sử nếu tình trạng bật tắt của tải dựa theo dữ liệulưu trong thẻ RFID, dữ liệu này có thể được đọc bởi RFIDreader ở dạng điện áp. Dữ liệu này giúp RFID Reader phânbiệt mỗi thẻ RFID là khác nhau.

2.4. Khối hiển thị LCD 16x02 I2C

Hình 2.14 Module LCD 1602 I2C

Điện áp MAX: 7VĐiện áp MIN: 0,3V

Điện áp hoạt động ổn định: 2,7-5,5VĐiện áp ra mức cao: >2,4V

Điện áp ra mức thấp: <0,4V

Dòng điện cấp nguồn: 350uA-600uANhiệt độ hoạt động: -30 – 75 độ CChức năng từng chân LCD 1602 I2C:VCC: Nguồn cấp hoạt động

GND: Chân GND

SDA: Chân data của giao tiếp I2C

</div>