Tìm hiểu và thiết kế các chức năng trong nhà tiện ích hơn

SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự
hướng dẫn của ThS. Trần Duy Cường. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong
đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây.
Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh
giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài
liệu tham khảo.
Ngoài ra, trong đồ án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số
liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích
nguồn gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
về nội dung đồ án của mình. Trường Đại học Công nghệ TP.HCM không liên
quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình
thực hiện (nếu có).

Người cam đoan

Nguyễn Tuấn Đạt


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo
trong trường Đại học Công nghệ TP.HCM nói chung và các thầy cô giáo trong

khoa Cơ- Điện- Điện tử nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em
những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Duy Cường, thầy đã tận
tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt
nghiệp. Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều
kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu
khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong
quá trình học tập và làm việc sau này.
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên,
đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành
đồ án tốt nghiệp.


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

NỘI DUNG
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ....................................................... 1
1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu ............................................................ 1
1.2 Mục tiêu của đề tài .................................................................................. 2
1.3 Giới hạn của đề tài .................................................................................. 3
1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................ 3
1.5 Tóm tắt nội dung các chương.................................................................. 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................. 4
2.1 Giới thiệu về PIC 16F877A .................................................................... 4
2.2 Cảm biến DS18B20................................................................................. 9
2.2.1 Sơ đồ khối của IC DS18B20 .......................................................... 10
2.2.2 Thanh ghi dữ liệu ........................................................................... 10
2.2.3 Trao đổi dữ liệu giữa vi điều khiển và DS18B20 .......................... 12

2.2.4 Cách đọc giá trị nhiệt độ ................................................................ 14
2.3 Module cảm biến khí gas MQ2 ............................................................. 16
2.3.1 Giới thiệu về module cảm biến khí gas MQ2 ................................ 16
2.3.2 Chức năng các chân trong module MQ2 ....................................... 18
2.3.3 Thông số kỹ thuật ........................................................................... 18
2.3.4 Cấu trúc và cấu hình....................................................................... 19
2.3.5 Mục đích sử dụng module cảm biến khí gas MQ2 ........................ 19
2.4 Module RFID và thẻ.............................................................................. 19
2.4.1 Giới thiệu về công nghệ RFID ....................................................... 19
2.4.2 Các ứng dụng RFID hiện hành ...................................................... 21
2.4.3 Ưu và nhược điểm của hệ thống RFID .......................................... 22
2.4.4 Sơ đồ chân trong module RFID RC522 ......................................... 24
2.4.5 Chức năng các chân trong module RC522 .................................... 25
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM MẠCH.......... 26
3.1 Vẽ sơ đồ khối ........................................................................................ 26
3.2 Tính toán thiết kế các khối .................................................................... 26

i


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

3.2.1 Khối nguồn ..................................................................................... 26
3.2.2 Khối điều khiển trung tâm ............................................................. 27
3.2.3 Khối thiết bị động cơ mở cửa......................................................... 28
3.3 Lưu đồ giải thuật ................................................................................... 29
3.3.1 Lưu đồ giải thuật điều khiển cửa ................................................... 29
3.3.2 Lưu đồ giải thuật cảm biến khí gas ................................................ 29

3.3.3 Lưu đồ giải thuật đọc nhiệt độ trong phòng ................................... 30
3.4 Sơ đồ nguyên lý..................................................................................... 31
3.5 Mạch in và thi công mạch ..................................................................... 34
3.5.1 Mạch in........................................................................................... 34
3.5.2 Quá trình thi công........................................................................... 36
3.5.6 Chụp hình cho từng trường hợp của từng chức năng .................... 37
CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ................ 41
4.1 Đánh giá kết quả.................................................................................... 41
4.2 Hướng phát triển ................................................................................... 41
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN................................................................................ 42
Tài liệu tham khảo ........................................................................................... 43
Phụ lục ............................................................................................................. 44

ii


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mô hình Smart Home ......................................................................... 1
Hình 1.2 Hệ thống cửa ra vào ........................................................................... 2
Hình 1.3 Quản lý nhiệt độ ................................................................................. 2
Hình 2.1 Sơ đồ chân 16F877A .......................................................................... 5
Hình 2.2 Hình thực tế chip 16F877A ................................................................ 6
Hình 2.3 Cảm biến nhiệt độ DS182B0 ............................................................. 9
Hình 2.4 Sơ đồ khối DS18B20 ....................................................................... 10
Hình 2.5 Cảm biến MQ2 ................................................................................. 16
Hình 2.6 Sơ đồ chân module MQ2 ................................................................. 18

Hình 2.7 Cấu hình bên trong MQ2 ................................................................. 19
Hình 2.8 Minh họa hệ thống RFID ................................................................. 21
Hình 2.9 Hình ảnh thực tế module và thẻ RFID- RC522 ............................... 24
Hình 2.10 Sơ đồ chân RFID – RC522 ............................................................ 24
Hình 3.1 Sơ đồ khối ........................................................................................ 26
Hình 3.2 Khối nguồn ....................................................................................... 26
Hình 3.3 Khối MCU ........................................................................................ 27
Hình 3.4 Khối điều khiển động cơ .................................................................. 28
Hình 3.5 Lưu đồ giải thuật điều khiển cửa ..................................................... 29
Hình 3.6 Lưu đồ giải thuật cảm biến khí gas .................................................. 29
Hình 3.7 Lưu đồ giải thuật đọc nhiệt độ trong phòng ..................................... 30
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý................................................................................ 31
Hình 3.9 Mạch in module PIC ........................................................................ 34
Hình 3.10 Mạch in module DS18B20 ............................................................. 34
Hình 3.11 Mạch in module MQ2 .................................................................... 35
Hình 3.12 Mạch in khối motor ........................................................................ 35
Hình 3.13 Làm mạch in ................................................................................... 36
iii


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

Hình 3.14 Hàn và gắn linh kiện ...................................................................... 36
Hình 3.15 Mô hình sản phẩm .......................................................................... 37
Hình 3.16 Cửa mở ........................................................................................... 37
Hình 3.17 Cửa đóng ........................................................................................ 38
Hình 3.18 Thẻ không hợp lệ............................................................................ 38
Hình 3.19 Báo hiệu chỉ số nhiệt độ ................................................................. 39

Hình 3.20 Báo hiệu nồng độ khí gas ............................................................... 40

iv


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1 Chức năng các chân trong chip.......................................................... 9
Bảng 2.2 Chức năng các chân trong module DS18B20.................................... 9
Bảng 2.3 Chức năng các chân trong module MQ2 ......................................... 18
Bảng 2.4 Chức năng các chân trong module RC522 ...................................... 25
Bảng 3.1 Liệt kê sử dụng tài nguyên và kết nối VĐK 16F877A .................... 33

v


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Nhà thông minh (tiếng Anh là "Smart Home") hoặc hệ thống nhà thông
minh là một ngôi nhà/ căn hộ được trang bị hệ thống tự động tiên tiến nhằm
mục đích làm cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an toàn và góp phần sử dụng
hợp lý các nguồn tài nguyên.
Một ngôi nhà (hoặc căn hộ) được coi là "thông minh" bởi vì hệ thống

máy tính của nó có thể theo dõi rất nhiều khía cạnh của cuộc sống thường ngày
gồm những tính năng cơ bản:
 Điều khiển chiếu sáng (on/off, dimmer, scence, timer, logic,...)
 Điều khiển mành, rèm, cửa cổng
 Hệ thống an ninh, báo động, báo cháy
 Điều khiển điều hòa, máy lạnh
 Hệ thống âm thanh đa vùng
 Camera, chuông báo
 Hệ thống bảo vệ nguồn điện
 Các tiện ích và ứng dụng khác….

Hình 1.1 Mô hình Smart Home
1


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

Hình 1.2 Hệ thống cửa ra vào

Hình 1.3 Quản lý nhiệt độ
1.2 Mục tiêu của đề tài
Để thực hiện đề tài “Tìm hiểu và thiết kế các chức năng trong nhà tiện
ích hơn” em thực hiện nghiên cứu những nội dung sau đây:
 Tìm hiểu cảm biến nhiệt độ DS18B20
 Tìm hiểu cảm biến khí gas MQ2
 Tìm hiểu về lý thuyết và cách thức hoạt động của RFID.
 Viết chương trình điều khiển bằng PIC 16F877A

2


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

1.3 Giới hạn của đề tài
Do thời gian có hạn, việc nghiên cứu chưa thể hoàn toàn tốt nên em chỉ
có thể thực hiện vài tính năng cơ bản của nhà thông minh như:
 Quẹt thẻ mở cửa bằng RFID
 Cảm biến nhiệt độ
 Cảm biến khí gas
Thiết kế mô hình tương đối đơn giản, dễ sử dụng… nếu thiết kế các chức
năng trong giao diện quản lý phức tạp và chuyên sâu hơn thì đòi hỏi cần nhiều
thời gian hơn để em có thể nghiên cứu và thực hiện được.
1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
 Tiết kiệm chi phí quản lý cho người dùng
 Quản lý tài nguyên nhanh và dễ dàng.
 An toàn, hiệu quả, chính xác, khách quan, công bằng.
 Nâng cao khả năng bảo mật, an ninh giám sát
1.5 Tóm tắt nội dung các chương
Đồ án gồm 5 chương:
 Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài
 Chương 2: Cơ sở lý thuyết
 Chương 3: Tính toán thiết kế mạch và thực nghiệm mạch
 Chương 4: Đánh giá kết quả và phát triển đề tài
 Chương 5: Kết luận

3

SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Giới thiệu về PIC 16F877A
Trên thị trường hiện có 4 họ vi điều khiển 8 bit thông dụng là 6811 của
Motorola, 8051 của Intel, z8 của Xinog và Pic 16 của Microchip Technology.
Mỗi một loại riêng đều có một tập lệnh và thanh ghi riêng duy nhất nên chúng
không tương thích lẫn nhau. Ngoài ra cũng có những bộ vi điều khiển 16 bit và
32 bit được sản xuất bởi các hãng khác.
Việc lựa chọn chip để sử dụng dựa vào các tiêu chuẩn sau đây:
 Đáp ứng được yêu cầu cần thiết của bài toán một cách hiệu quả và
đầy đủ.
 Giá thành hợp lý.
Để biết nhu cầu chọn lựa các loại chip 8 bit, 16 bit hay 32 bit để đáp ứng
nhu cầu bài toán thì phải dựa vào các tiêu chí sau:
 Tốc độ: tốc độ lớn nhất mà vi điều khiển hỗ trợ.
 Kiểu vỏ: vỏ kiểu DIP 40 chân hay QFP. Yêu cầu này rất quan trọng
để xét về không gian, kiểu lắp ráp và tạo mẫu thử để cho ra sản phẩm
cuối cùng.
 Công suất tiêu thụ: đây là điều quan trọng nếu sản phẩm sử dụng pin
hoặc ắc quy.
 Dung lượng bộ nhớ ROM và RAM trên chip.
 Số chân vào, ra và bộ định thời trên chip.
 Khả năng dễ dàng nâng cấp cho hiệu suất cao hoặc giảm công suất
tiêu thụ.
 Giá thành của từng loại chip: đây là yếu tố quan trọng để quyết định

giá thành của sản phẩm cuối.

4


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

Hiện nay các bộ vi điều khiển 8 bit họ 8051 là có số lượng lớn nhất các
nhà cung cấp đa dạng như Intel, Atmel, Philip… Nhưng về mặt tính năng và
công năng thì có thề xem PIC vượt trội hơn rất nhiều so với 89 với
nhiều module được tích hợp sẵn như ADC10 BIT, PWM 10 BIT, PROM
256 BYTE, COMPARATER, VERF COMPARATER, một đặc điểm nữa là tất
cả các vi điều khiển PIC sử dụng thì đều có chuẩn PI tức chuẩn công nghiệp
thay vì chuẩn PC (chuẩn dân dụng). Ngoài ra PIC còn được rất nhiều nhà sản
xuất phần mềm tạo ra các ngôn ngữ hỗ trợ cho việc lập trình ngoài ngôn
ngữ Asembly ra còn có thể sử dụng ngôn ngữ C thì sử dụng CCSC, HTPIC hay
sử dụng Basic thì có MirkoBasic… và còn nhiều chương trình khác nữa để hỗ
trợ cho việc lập trình bên cạnh ngôn ngữ kinh điển là asembler. Vì thế em chọn
con PIC 16F887A để làm đề tài này.
2.1.1 Sơ đồ chân của PIC 16F877A

Hình 2.1 Sơ đồ chân 16F877A

5


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

Hình 2.2 Hình thực tế chip 16F877A
2.1.2 Chức năng của các chân
STT chân

Tên chân

Chức năng chân

1

MCLR / VPP

Ngõ vào của Master Clear
(Reset) hoặc ngõ vào điện thế
được lập trình. Chân này cho
phép tín hiệu Reset thiết bị tác
động ở mức thấp.

2

PORTA là port vào ra hai

RA0/AN0

chiều. RA0 có thể làm ngõ vào
tương tự thứ 0.
3

RA1 có thể làm ngõ vào tương

RA1/AN1

tự thứ 1.
4

RA2 có thể làm ngõ vào tương

RA2/AN2/VREF-

tự thứ 2 hoặc điện áp chuẩn
tương tự âm.
5

RA3 có thể làm ngõ vào tương

RA3/AN3/VREF+

tự thứ 3 hoặc điện áp chuẩn
tương tự dương.
6

RA4 có thể làm ngõ vào xung

RA4/T0CKI

clock cho bộ định thời Timer0.

6

SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

7

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

RA5 có thể làm ngõ ngõ vào

RA5/AN4/ SS

tương tự thứ 4.
8

PORTE là port vào ra hai

RE0/ RD /AN5

chiều. RE0 có thể điều khiển
việc đọc parrallel slave port
hoặc là ngõ vào tương tự thứ 5.
9

RE1 có thể điều khiển việc ghi

RE1/ WR /AN6

parallel slave port hoặc là ngõ
vào tương tự thứ 6.

10

RE2 có thể điều khiển việc

RE2/ CS /AN7

chọn parallel slave port hoặc là
ngõ vào tương tự thứ 7.
11, 32

Cung cấp nguồn cho các mức

VDD

logic và các chân I/O
(input/output)
12, 31

VSS

Nối đất cho chip để làm việc.

13

OSC1/CLKI

Đầu vào của xung dao động
thạch anh hay ngõ vào của
xung ngoại.

14

Đầu ra của xung dao động

OSC2/CLKO

thạch anh. Nối với thạch anh
hay cộng hưởng trong chế độ
dao động của thạch anh.
15

RC0/T1OSO/T1CKI

PORTC là port vào ra hai
chiều. RC0 có thể là ngõ vào
của bộ dao động Timer1 hoặc
ngõ xung clock cho Timer1.

7


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

16

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

RC1 có thể là ngõ vào của bộ

RC1/T1OSI/CCP2

dao động Timer1 hoặc
vào

ngõ

Capture2/ngõ

ra

compare2/ngõ vào PWM2.
17

RC2 có thể là ngõ vào

RC2/CCP1

capture1/ngõ ra compare1/ngõ
vào PWM1.
18

RC3 có thể là ngõ vào

RC3/SCK/SCL

xung clock đồng bộ nội
tiếp/ngõ ra trong cả hai chế độ
SPI và I2C.
23

RC4 có thể là dữ liệu bên trong

RC4/SDI/SDA

SPI (chế độ SPI) hoặc dữ liệu
I/O (chế độ I2C).
19

RD0/PSP0

PORTD là port vào ra hai chiều

20

RD1/PSP1

hoặc là parallel slave port khi

21

RD2/PSP2

giao tiếp với bus của bộ vi xử

22

RD3/PSP3

lý.

27

RD4/PSP4

28

RD5/PSP5

29

RD6/PSP6

30

RD7/PSP7

33

RB0/INT

PORTB là port hai chiều. RB0

34

RB1

có thể làm chân ngắt ngoài.

35

RB2

8


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

36

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

RB3 có thể làm ngõ vào của

RB3/PGM

điện thế được lập trình ở mức
thấp.
37

RB4

Ngõ vào in hay out ở vị trí thứ

38

RB5

4 và 5 của port B.

39

RB6/PGC

Hai chân để nạp code và 2 ngõ

40

RB7/PGD

vào in/out.

Bảng 2.1 Chức năng các chân trong chip
2.2 Cảm biến DS18B20

Hình 2.3 Cảm biến nhiệt độ DS182B0
STT chân

Tên chân

Chức năng

1

Vcc (đỏ)

Chân cấp nguồn (5V)

2

Data (vàng)

Chân giao tiếp tín hiệu

3

GND (đen)

Chân nối đất (mass)

Bảng 2.2 Chức năng các chân trong module DS18B20
Mô tả tính năng của DS1820: DS1820 là nhiệt kế số có độ phân giải 912 bit giao tiếp với vi điều khiển thông qua 1 dây duy nhất (1 wire
communication). DS1820 hoạt động với điện áp từ 3V-5.5V có thể được cấp
nguồn qua chân DQ- chân trao đổi dữ liệu. Nó có thể đo nhiệt độ trong tầm –

9


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

55 tới 125C với độ chính xác +-0.5C. Mỗi DS1820 có một Serial code 64bits
duy nhất, điều này cho phép kết nối nhiều IC trên cùng đường bus.
Chuẩn 1 wire có những đặc điểm sau:
 Chỉ cần một dây điều khiển (master) trong hệ thống.
 Giá thành thấp.
 Tốc độ đạt dược tối đa 16kbps.
 Khoảng cách truyền xa nhất là 300m.
 Lượng thông tin trao đổi nhỏ.
2.2.1 Sơ đồ khối của IC DS18B20

Hình 2.4 Sơ đồ khối DS18B20
2.2.2 Thanh ghi dữ liệu
Mỗi IC DS1820 có một mã 64bit riêng biệt bao gồm: 8 bit Family code,
48 bit serial code và 8 bit CRC code được lưu trong Rom. Các giá trị này giúp
phân biệt giữa các IC với nhau trên cùng 1 bus. Giá trị Family code của DS1820
là 28h và giá trịCRC là kết quả của quá trình kiểm tra 56 bits trước đó.

10


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

Tổ chức bộ nhớ Scratchpad:
Bộ nhớ DS1820 bao gồm 9 thanh ghi 8bits

Byte 0 và 1 lưu giá trị nhiệt độ chuyển đổi.
Byte 2 và 3 lưu giá trị ngưỡng nhiệt độ. (giá trị này được lưu khi mất điện).
Byte 4 là thanh ghi cấu hình cho hoạt động của DS1820.
Byte 5,6 và 7 không sử dụng.
Byte 8 là thanh ghi chỉđọc lưu giá trịCRC từ byte 0 đến byte 7.

11


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

Dữ liệu trong byte 2,3,4 được ghi thông qua lệnh Write Scratchpad [4Eh] và dữ
liệu được truyền đến.
DS1820 với bit LSB của byte 2, sau khi ghi dữ liệu có thể được đọc lại thông
qua lệnh Read Scratchpad [BEh], và khi đọc Scratchpad thì bit LSB của byte 0
sẽ được gửi đi trước tất cả các byte đều được đọc, nhưng chỉ ghi được byte 2,3
và 4. Để chuyển giá trị TH và TL từ bộ nhờ vào EEPROM thì cần gửi lệnh
Copy Scratchpad [48h] đến DS1820. Và dữ liệu từ EPROM cũng có thể được
chuyển vào thanh ghi TH,TL thông qua lệnh Recall E2 [B8h].
2.2.3 Trao đổi dữ liệu giữa vi điều khiển và DS18B20
Thông qua 3 bước:
 Bước 1: Khởi tạo
Quá trình khởi tạo bao gồm 1 xung reset do vi điều khiển master gửi đến slave
DS1820, sau đó là xung presence từ DS1820 gửi đến vi điều khiển, để chỉ ra sự
hiện diện của vi điều khiển và DS1820 và quá trình hoạt động trao đổi dữ liệu
có thể bắt đầu.
 Bước 2: Lệnh điều khiển ROM
Các lệnh này làm việc với 64 bits serial code ROM, lệnh này được phát ra sau
quá trình khởi tạo. Lệnh cho phép vi điều khiển biết có bao nhiêu thiết bị và
thiết bị loại gì trên bus.
 Bước 3: Lệnh điều khiển DS1820
Sau khi vi điều khiển định địa chỉ thiết bị cần giao tiếp thông qua các lệnh
ROM, vi điều khiển sẽ gửi các lệnh điều khiển hoạt động của DS1820. Những
lệnh này cho phép vi điều khiển ghi và đọc dữ liệu từ bộ nhờ Scratchpad của
DS1820, bắt đầu quá trình chuyển đổi nhiệt độ, và xác định chế độ cấp nguồn.

12


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

Có 5 lệnh điều khiển ROM:
 SEARCH ROM [F0h]: Khi hệ thống bắt đầu hoạt động, thì vi điều khiển
sử dụng lệnh này để kiểm tra code ROM của tất cả các thiết bị có trên
bus cho phép vi điều khiển biết được số thiết bị và loại của thiết bị trên
bus. Nếu trên bus chỉ có 1 thiết bị thì có thể sử dụng lệnh Read_ROM
thay cho lệnh Search_ROM. Sau mỗi quá trình Search_ROM thì cần phải
quay lại quá trình khởi tạo để reset hệ thống.
 READ ROM [33h]: Lệnh này được sử dụng khi chỉ có 1 thiết bị trên bus.
Lệnh này cho phép vi điều khiển đọc 64bit ROM code của thiết bị. Nếu
trên bus có nhiều thiết bị thì lệnh này sẽ gây ra sự xung đột bus dữ liệu
giữa các thiết bị.
 MATCH ROM [55h]: Lệnh này theo sau bởi 64 bit ROM code cho phép
vi điều khiển định địa chỉ thiết bị cần giao tiếp. Chỉ thiết bị có ROM code
phù hợp sẽ trả lời, các thiết bị còn lại sẽ đợi xung reset tiếp theo.
 SKIP ROM [CCh]: Lệnh này cho phép vi điều khiển gửi đồng thời đến
tất cả các thiết bị trên bus mà không cần bất cứ thông tin nào về ROM
Code. Ví dụ, muốn gửi lệnh Convert_T đến tất cả các thiết bị trên bus,
thì đầu tiên ta gửi lệnh Skip_ROM sau đó tiếp theo là gửi lệnh
Convert_T.Tương tự như vậy, nếu theo sau lệnh Skip_ROM là lệnh
Read_Scratchpad thì dữ liệu trên DS1820 được đọc về, và lưu ý rằng
lệnh này chỉ thực hiện được khi trên bus có 1 thiết bị, nếu trên bus có
nhiều thiết bị thì sẽ gây ra xung đột bus.
 ALARM SEARCH [ECh]: Lệnh này gần giống với lệnh Search_ROM,
nhưng lệnh này chỉ tác động đến thiết bị mà cờ alarm được bật lên sẽ trả
lời. Lệnh này cho phép xác định các thiết bị mà ở đó nhiệt độ đo được
vượt qua ngưỡng nhiệt độ, và sau khi lệnh này được thực thi thì vi điều
khiển phải lập lại quá trình khởi tạo – quay lại bước 1.

13


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

2.2.4 Cách đọc giá trị nhiệt độ
Bên trong DS1820 sẽ có bộ chuyển đổi giá trị nhiệt độ sang giá trị số và
được lưu trong các thanh thi ở bộ nhớ scratchpad. Độ phân giải nhiệt độ đo có
thể được cấu hình ở chế độ 9 bits, 10bits, 11bits, 12bits. Ở chế độ mặc định thì
DS1820 hoạt động ở độ phân giải 12bits.
Để bắt đầu quá trình đọc nhiệt độ, và chuyển đổi từ giá trị tương tự sang
giá trị số thì vi điều khiển gửi lênh Convert T [44h], sau khi chuyển đổi xong
thì giá trị nhiệt độ sẽ được lưu trong 2 thanh ghi nhiệt độ ở bộ nhớ scratchpad
và IC trở về trạng thái nghỉ.
Nhiệt độ được lưu bên trong DS1820 được tính ở nhiệt độ Celcius nếu
tính ở nhiệt độ Fahrenheit cần phải xây dựng thêm bảng chuyển đổi nhiệt độ.
Giá trị nhiệt độ lưu trong bộ nhớ gồm 2bytes-16bits: số âm sẽ được lưu dưới
dạng bù 2.
Bit cao nhất là bit dấu (S) nếu S=0 thì giá trị nhiệt độ dương và S=1 thì
giá trị nhiệt độ âm.
Nếu cấu hình độ phân giải là 12bits thì tất cả các bit đều được sử dụng.
Nếu độ phân giải 11bits thì bit 0 không được sử dụng. Tương tự nếu cấu hình
là 10bits thì bit 1,0 không được sử dụng, nếu cấu hình là 9 bits thì bit 2,1,0
không được sử dụng.

14

SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

Nhiệt độ sau khi được lưu vào trong 2 thanh ghi bộ nhớ sẽ được so sánh
với 2 thanh ghi ngưỡng nhiệt độ TH và TL. Các giá trị ngưỡng nhiệt độ do
người dùng quy định, và nó sẽ không thay đổi khi mất điện.
Như vậy chỉ có phần nguyên, các bit 11-4 của giá trị nhiệt độ được so
sánh với thanh ghi ngưỡng. Nếu giá trị nhiệt độ đọc về nhỏ hơn mức TL hoặc
lớn hơn mức TH thì cờ báo quá nhiệt sẽ được bật lên, và nó sẽ thay đổi ở mỗi
quá trình đọc nhiệt độ. Vi điều khiển có thể kiểm tra trạng thái quá nhiệt bằng
lệnh Alarm Search [ECh].

15


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

2.3 Module cảm biến khí gas MQ2
2.3.1 Giới thiệu về module cảm biến khí gas MQ2

Hình 2.5 Cảm biến MQ2
MQ2 là cảm biến khí, dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy. Nó
được cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2. Chất này có độ nhạy cảm thấp với không
khí sạch. Nhưng khi trong môi trường có chất ngây cháy, độ dẫn điện của cảm
biến sẽ cao hơn cùng với nồng độ khí tăng lên. Chuyển đổi sự thay đổi độ dẫn
để tương ứng với tín hiệu đầu ra của tập trung khí. Bộ cảm biến khí MQ-2 có
độ nhạy cao đối với LPG, Propane và Hydrogen, cũng có thể được sử dụng cho

Methane và hơi đốt khác, với chi phí thấp và thích hợp cho các ứng dụng khác
nhau.Chính nhờ đặc điểm này người ta thêm vào mạch đơn gian để biến đổi từ
độ nhạy này sang điện áp.
Khi môi trường sạch điện áp đầu ra của cảm biến thấp, giá trị điện áp đầu
ra càng tăng khi nồng độ khí gây cháy xung quang MQ2 càng cao.
MQ2 hoạt động rất tốt trong môi trường khí hóa lỏng LPG, H2, và các
chất khí gây cháy khác. Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân
dụng do mạch đơn giản và chi phí thấp.

16


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

Trong mạch có 2 chân đầu ra là Aout và Dout
 Aout: điện áp ra tương tự. Nó chạy từ 0.3-4.5V, phụ thuộc vào nồng độ
khí xung quang MQ2.
 Dout: điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng
độ khí mà MQ2 đo được.
Việc có chân ra số Dout rất tiện cho ta mắc các ứng dụng đơn giản, không
cần đến vi điều khiển. Khi đó ta chỉ cần chỉnh giá trị biến trở tới giá trị nồng độ
ta muốn cảnh báo. Khi nồng độ MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép thì Dout
= 1. Đèn Led tắt. Khi nồng độ khí đo được lớn hơn nồng khí cho phép, Dout
=0, đèn led sáng.
Ta có thể ghép nối vào mạch Realy để điều khiển bật tắt đèn, còi, hoặc
thiết bị cảnh báo khác.
Một điều khó khăn khi làm việc với MQ2 là chúng ta khó có thể quy từ
điện áp Aout về giá trị nồng độ ppm. Rồi từ đó hiển thị và cảnh báo theo ppm.

Do giá trị điện áp trả về từng loại khí khác nhau, lại bị ảnh hưởng nhiệt độ, độ
ẩm nữa.
Trong thiết bị để xác định điểm cảnh báo làm khá thủ công. Đầu tiên đo
trạng thái không khí sạch, giá trị thu được Vout1, cho khí gas từ bật lửa rò rỉ
ra. Ta thấy giá trị Aout tăng lên. Khi đạt đủ khí gas từ bật lửa hợp lý rồi tương
ứng với nồng độ khí bắt đầu nguy hiểm, ta ghi lại giá trị Vout2. Ta chọn giá trị
Vout2 là giá trị ngưỡng cảnh báo. Nếu giá trị đo được lớn hơn ta sẽ được cảnh
báo, chỉnh chân biến trở để điện áp đo tại chân 3 của LM358 = Vout2.

17


SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt

GVHD: Th.S Trần Duy Cường

Hình 2.6 Sơ đồ chân module MQ2
2.3.2 Chức năng các chân trong module MQ2
STT chân

Tên chân

Chức năng

1

VCC

Chân cấp nguồn (5V)

2

GND

Chân nối mass (nối đất)

3

DO

Chân xuất tín hiệu số (Digital)

4

AC

Chân xuất tín hiệu tương tự (Analog)

Bảng 2.3 Chức năng các chân trong module MQ2
2.3.3 Thông số kỹ thuật
Điện áp nguồn ≤ 24V DC
Điện áp của heater: 5V AC/DC
Điện trở tải: Thay đổi được (2k đến 47k)
Điện trở heater: 33
Công suất tiêu thụ của heater: < 800mW
Nồng độ phát hiện của một số chất: 10 - 300 ppm NH3, 10 - 1000 ppm Benzen,
10 - 300 ppm Alcol

18