Đồ án tốt nghiệp thiết kế và thi công mô hình công viên 4 0
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.29 MB, 101 trang )
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Phần lớn ở trường học các khuôn viên thường xây như thư viện, căn tin, khu thể
thao, sân đá bóng, nhưng chưa thấy ngôi trường nào làm một công viên xanh thu nhỏ
với nhiều tiện ích kết hợp với các công nghệ kỹ thuật hiện nay. Ngoài ra trong thành
phố Hồ Chí Minh có rất nhiều công viên cây xanh. Nhưng dường như hiếm thấy công
viên nào còn nguyên vẹn, thay vào đó là bị lõm, khuyết với những công trình tạm
hoặc kiên cố, rồi trung tâm tiệc cưới vẫn tồn tại, điều đó thể hiện sự bất lực của chính
quyền trong việc trả lại công viên cho người dân, từ mở đường cho đến quán xá làm
mất diện tích công viên. Đáng lưu ý hơn là nhiều nơi không có công viên cây xanh
nhưng ngay cả nơi may mắn có được, người dân cũng không thể thoải mái tản bộ, thể
dục hoặc thư giãn, vui chơi do phần lớn diện tích đất công viên cây xanh bị hàng
quán, bãi giữ xe lấn chiếm, bị cho thuê tổ chức hội chợ, triển lãm, khu vui chơi có
thu tiền.
Hầu hết các công viên là khuôn viên trồng cây xanh, hệ thống tưới cây còn thô
sơ, chưa có các hệ thống đèn quạt trong công viên để phục vụ. Khả năng giữ an ninh
rất thấp. Cho nên công viên mà nhóm chúng em hướng đến là một nơi có khu tham
quan với hệ thống đo nhiệt độ độ ẩm, có hồ phun nước, đặc biệt hơn có các khu nhà
nghĩ dưỡng, sinh hoạt được gắn các thiết bị được điều khiển bằng Wifi như quạt và
đèn.
Ngoài ra để tránh những vấn đề mất cắp thường xảy ra ở thư viện các trường
học thì công viên được làm thêm thẻ RFID và thành viên làm thẻ sẽ được vào công
viên. Có hệ thống Camera giám sát các hoạt động của công viên. Nhóm đã quyết định
nghiên cứu và thi công đề tài: “Thiết kế và thi công mô hình công viên 4.0”.
1.2. MỤC TIÊU
Thực hiện được tính thực tế và sử dụng công nghệ để thuận tiện đối với sinh
viên, người tham quan và quản lý công viên, tạo ra một địa điểm lý tưởng để mọi
người thư giản và vui chơi. Thiết kế và thi công mô hình công viên với kích thước
chiều dài 80cm, chiều rộng 80cm, chiều cao 15 cm. Sử dụng vi điều khiển PIC16F887
và Module Wifi ESP8266 làm trung tâm điều khiển. Thiết kế App trên Smartphone
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
bằng MIT App Inventer. Đo nhiệt độ, độ ẩm bằng cảm biến DHT-11, hiển thị lên
LCD 16x2 và điều khiển động cơ bơm nước và đèn sưởi. Ứng dụng công nghệ RFID
và Camera phục vụ cho việc ngăn chặn các tác nhân xấu bên ngoài như trộm, cắp
diễn ra.
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong đề tài này, nhóm sẽ tiến hành nghiên cứu các nội dung như sau:
Nội dung 1: Thu thập dữ liệu về các mô hình có trong công viên và khảo sát
người đến công viên muốn công viên cần thêm nhưng mô hình và thiết bị gì để phục
vụ.
Nội dung 2: Tìm hiểu ưu và nhược điểm của một công viên đang hoạt động
hiện nay.
Nội dung 3: Tìm hiểu hệ thống nào cần trong công viên.
Nội dung 4: Thiết kế và thi công mô hình.
Nội dung 5: Đánh giá kết quả thực hiện.
Nội dung 6: Nhận xét ưu nhược điểm của toàn bộ hệ thống và hướng phát triển
đề tài.
1.4.
GIỚI HẠN
Đây là mô hình công viên công nghệ giai đoạn cơ bản. Sử dụng công nghệ thẻ
quẹt RIFD và Camera để giám sát người ra vào hợp lệ.
Sử dụng công nghệ RFID với 2 loại thẻ, ứng với 1 người là thẻ đúng là 1 người
là thẻ sai để ra vào công viên.
Hiển thị nội dung quảng cáo hoặc tên công viên bằng 4 Led Matrix kết nối
Bluetooth với khoảng cách điều khiển 10m.
Điều khiển đèn 12V DC và quạt 12V DC bằng cách kết nối Wifi trong công
viên và sử dụng với khoảng cách từ 10m - 20m.
Màn hình hiển thị nhiệt độ, độ ẩm và quẹt thẻ RFID chỉ là LCD 16x2.
1.5. BỐ CỤC
Đề tài được trình bày trong 6 chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Thiết kế hệ thống
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 4: Thi công hệ thống
Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá
Chương 6: Kết huận và hướng phát triển
Cụ thể như sau:
Chương 1: Tổng quan
Đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, trình bày mục tiêu, nội dung nghiên cứu,
xác định một số giới hạn và trình bày bố cục của đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trình bày, phân tích ưu nhược điểm của các công viên hiện đang còn hoạt động,
từ đó chọn ra phương án phù hợp cho đề tài. Giới thiệu một số lý thuyết liên quan và
những phần cứng cần sử dụng cho đề tài.
Chương 3: Thiết kế hệ thống
Xây dựng sơ đồ khối, trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống. Thiết kế và
lựa chọn linh kiện phù hợp cho từng khối. Xây dựng sơ đồ nguyên lý cho từng khối
và toàn bộ hệ thống.
Chương 4: Thi công hệ thống
Trình bày các bước thi công mô hình hoàn chỉnh từ phần cứng đến phần mềm.
Xây dựng lưu đồ giải thuật, phương trình tính toán các thông số cụ thể, xử lý tín hiệu
và lập trình cho vi điều khiển.
Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá
Trình bày những kết quả đạt được (cấu trúc mô hình). Sau đó đưa ra nhận xét
tổng thể về đề tài cũng như những đánh giá dựa trên các mục tiêu đã đặt ra ban đầu.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Trình bày những ưu nhược điểm của toàn bộ hệ thống. Từ đó, đưa ra kết luận
và hướng phát triển cho đề tài.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1
GIỚI THIỆU VỀ LẬP TRÌNH PIC VÀ MỘT SỐ CÔNG CỤ LIÊN QUAN
2.1.1 Ngôn ngữ C.
Ngôn ngữ lập trình C là một ngôn ngữ mệnh lệnh được phát triển từ đầu thập
niên 1970 bởi Ken Thompson và Dennis Ritchie để dùng trong hệ điều hành UNIX.
Từ đó, ngôn ngữ này đã lan rộng ra nhiều hệ điều hành khác và trở thành một những
ngôn ngữ phổ dụng nhất. C là ngôn ngữ rất có hiệu quả và được ưa chuộng nhất để
viết các phần mềm hệ thống, mặc dù nó cũng được dùng cho việc viết các ứng dụng.
Năm 1989 viện tiêu chuẩn của hoa kỳ đã công bố bản chuẩn hóa C còn được gọi là
ANSI 89 (C89) sau đó năm 1990 nâng cấp bản chuẩn hóa này gọi là ANSI 90 (C90),
Hệ điều hành Unix có tới 90% là được viết bởi ngôn ngữ C. 10% là được viết bởi hợp
ngữ. Ngoài ra có rất nhiều các trình điều khiển hỗ trợ lập trình bằng ngôn ngữ C. So
với các ngôn ngữ như C++/C#, Java, ngôn ngữ C có kích cỡ nhỏ. Các thư viện trong
ngôn ngữ C là hạn chế, chỉ chứa các hàm cơ bản. Ngôn ngữ C không đưa ra các ràng
buộc đối với người lập trình. C được sử dụng trong nhiều dự án khác nhau, như viết
hệ điều hành, chương trình xử lý văn bản, đồ hoạ, bảng tính, và thậm chí cả chương
trình dịch cho các ngôn ngữ khác.
2.1.2 Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification).
Giới thiệu.
RFID là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến. Công nghệ này
cho phép nhận biết các đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng radio, từ đó có
thể giám sát, quản lý hoặc lưu vết từng đối tượng.
Cấu tạo.
Một thiết bị hay một hệ thống RFID được cấu tạo bởi hai thành phần chính là
thiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID có gắn chip hay còn gọi là tag. Thiết bị
đọc được gắn antenna để thu - phát sóng điện từ, thiết bị phát mã RFID tag được gắn
với vật cần nhận dạng, mỗi thiết bi RFID tag chứa một mã số nhất định và không
trùng lặp nhau.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2.1 Cấu trúc thẻ RFID và hệ thống RFID cơ bản.
Nguyên lý hoạt động.
Thiết bị RFID reader phát ra sóng điện từ ở một tần số nhất định, khi đặt thiết
bị RFID trong vùng hoạt động sẽ cảm nhận được sóng điện từ này và thu nhận năng
lượng, từ đó phát lại cho thiết bị RFID reader biết mã số của mình. Từ đó thiết bị
RFID reader nhận biết được tag nào đang trong vùng hoạt động.
Ứng dụng.
Thẻ chip (tag) RFID chứa rất nhiều mã nhận dạng khác nhau, thông thường là
32 bit tương ứng với hơn 4 tỷ mã số khác nhau. Ngoài ra khi xuất xưởng mỗi thẻ chip
RFID được gán một mã số khác nhau. Do vậy, khi một vật được gắn chip RFID thì
khả năng nhận dạng nhầm vật đó với 1 thẻ chip RFID khác là rất thấp, xác suất là 1
phần 4 tỷ. Với ưu điểm về mặt công nghệ như vậy nên sự bảo mật và độ an toàn của
các thiết bị ứng dụng công nghệ RFID là rất cao.
– Ứng dụng quản lý lưu thông hàng hóa.
– Ứng dụng quản lý kho hàng.
– Ứng dụng quản lý thu phí đường bộ tự động.
– Bên cạnh những ứng dụng nổi bật đó còn rất nhiều những ứng dụng thiết thực
cho quản lý như: quản lý nhà máy, quản lý thư viện, quản lý chấm công, quản lý bãi
giữ xe, nhà hàng, phòng khách sạn, phòng học, quản lý nhà ăn, quản lý sinh viên,
quản lý bệnh viện, khóa cửa dùng công nghệ RFID, chống trộm xe máy, …
2.1.3 Phần mềm CCS.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
5
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2.2 Giao diện của phần mềm CCS.
CCS là trình biên dịch lập trình ngôn ngữ C cho Vi điều khiển PIC của hãng
Microchip.
Chương trình là sự tích hợp của 3 trình biên dich riêng biết cho 3 dòng PIC
khác nhau đó là:
‐ PCB cho dòng PIC 12‐bit opcodes
‐ PCM cho dòng PIC 14‐bit opcodes
‐ PCH cho dòng PIC 16 và 18‐bit
Tất cả 3 trình biên dịch này đuợc tích hợp lại vào trong một chương trình bao
gồm cả trình soạn thảo và biên dịch là CCS, phiên bản mới nhất là PCWH Compiler
Ver 3.227.
Giống như nhiều trình biên dich C khác cho PIC, CCS giúp cho người sử dụng
nắm bắt nhanh được vi điều khiển PIC và sử dụng PIC trong các dự án. Các chương
trình diều khiển sẽ được thực hiện nhanh chóng và đạt hiệu quả cao thông qua việc
sử dụng ngôn ngữ lập trình cấp cao – Ngôn ngữ C. Tài liệu hướng dẫn sử dụng có rất
nhiều, nhưng chi tiết nhất chính là bản Help đi kèm theo phần mềm (tài liệu Tiếng
Anh). Trong bản trợ giúp nhà sản xuất đã mô tả rất nhiều về hằng, biến, chỉ thị tiền
xử lý, cấu trúc các câu lệnh trong chương trình, các hàm tạo sẵn cho người sử dụng…
2.1.4 App Inventor
MIT App Inventor dành cho Android là một ứng dụng web nguồn mở ban đầu
được cung cấp bởi Google và hiện tại được duy trì bởi Viện Công nghệ Massachusetts
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
6
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
(MIT). Nền tảng cho phép nhà lập trình tạo ra các ứng dụng phần mềm cho hệ điều
hành Android (OS). Bằng cách sử dụng giao diện đồ họa, nền tảng cho phép người
dùng kéo và thả các khối mã (blocks) để tạo ra các ứng dụng có thể chạy trên thiết bị
Android. Đến thời điểm hiện tại 07/2017, phiên bản IOS của nền tảng này đã bắt đầu
được đưa vào thử nghiệm bởi Thunkable, là một trong các nhà cung cấp ứng dụng
web cho ngôn ngữ này.
Mục tiêu cốt lõi của MIT App Inventor là giúp đỡ những người chưa có kiến
thức về ngôn ngữ lập trình từ trước có thể tạo ra những ứng dụng có ích trên hệ điều
hành Android. Phiên bản mới nhất là MIT App Inventor 2.
Ngày nay, MIT đã hoàn thiện App Inventor và nó được chia sẻ ngay trên tài
khoản Google. Các lập trình viên mới bắt đầu hoặc bất kỳ ai muốn tạo ra ứng dụng
Android chỉ cần vào địa chỉ web của MIT, nhập thông tin tài khoản Google, và từ
những mảnh ghép nhỏ, xây dựng những ý tưởng của mình.
Bạn là người mới bắt đầu hoặc chưa biết gì hết về App Inventor? MIT có sẵn
một loạt các hướng dẫn cụ thể cho bạn làm quen với chương trình.
Hình 2.3 Giao diện của App Inventor
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
7
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.5 Phần mềm Arduino IDE
Hình 2.4 Giao diện của phầm mềm Arduino IDE 1.8.5
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng.
Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng. Và Wiring lại là
một biến thể của C/C++. Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay
C/C++ và đội ngũ phát triển Arduino gọi là ngôn ngữ Arduino. Ngôn ngữ
Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ học, dễ hiểu. Để lập trình
cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này đã
cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là Arduino
IDE (Intergrated Development Environment).
Arduino IDE là phần mềm dùng để lập trình cho Arduino. Môi trường lập trình
Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất hiện nay là Windows,
Macintosh OSX và Linux. Do có tính chất nguồn mở nên môi trường lập trình này
hoàn toàn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởi người dùng có kinh nghiệm. Ngôn
ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua các thư viện C++. Và do ngôn ngữ lập
trình này dựa trên nền tảng ngôn ngữ C của AVR nên người dùng hoàn toàn có thể
nhúng thêm code viết bằng AVR vào chương trình nếu muốn.
2.2 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP TRUYỀN DỮ LIỆU
2.2.1 Giao tiếp UART (Universal Asynchronous Receive/Transmit)
a. Giới thiệu
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
8
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter. Thường
là một mạch tích hợp được sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp giữa máy
tính và các thiết bị ngoại vi. Rất nhiều vi điều khiển hiện nay đã được tích hợp UART,
vì vấn đề tốc độ và độ điện dụng của UART không thể so sánh với các giao tiếp mới
hiện nay nên các dòng PC & Laptop đời mới không còn tích hợp cổng UART. Giao
tiếp SPI và I2C có 1 dây truyền dữ liệu và 1 dây được sử dụng để truyền xung clock
(SCL) để đồng bộ trong giao tiếp. Với UART thì không có dây SCL, vấn đề được
giải quyết khi mà việc truyền UART được dùng giữa 2 vi xử lý với nhau, đồng nghĩa
với việc mỗi vi xử lý có thể tự tạo ra xung clock cho chính nó sử dụng. Để bắt đầu
cho việc truyền dữ liệu bằng UART, một START bit được gửi đi, sau đó là các bit
dữ liệu và kết thúc quá trình truyền là STOP bit.
Hình 2.5 Truyền dữ liệu bằng UART.
Khi ở trạng thái chờ mức điện thế ở mức 1 (high). Khi bắt đầu truyền START
bit sẽ chuyển từ 1 xuống 0 để báo hiệu cho bộ nhận là quá trình truyền dữ liệu sắp
xảy ra. Sau START bit là đến các bit dữ liệu D0-D7 (Theo hình vẽ các bit này có thể
ở mức High or Low tùy theo dữ liệu). Sau khi truyền hết dữ liệu thì đến Bit Parity để
bộ nhận kiểm tra tính đúng đắn của dữ liệu truyền. Cuối cùng là STOP bit là 1 báo
cho thiết bị rằng các bit đã được gửi xong. Thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung
truyền nhằm đảm báo tính đúng đắn của dữ liệu.
b. Các thông số cơ bản trong truyền nhận UART
Baud rate (tốc độ baud): Khoảng thời gian dành cho 1 bit được truyền. Phải
được cài đặt giống nhau ở gửi và nhận.
Frame (khung truyền): Khung truyền quy định về số bit trong mỗi lần truyền.
Start bit: là bit đầu tiên được truyền trong 1 Frame. Báo hiệu cho thiết bị nhận
có một gói dữ liệu sắp được truyền đến (bit bắt buộc).
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
9
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Data: dữ liệu cần truyền. Bit có trọng số nhỏ nhất LSB được truyền trước sau
đó đến bit MSB.
Parity bit: kiểm tra dữ liệu truyền có đúng không.
Stop bit: là 1 hoặc các bit báo cho thiết bị rằng các bit đã được gửi xong. Thiết
bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền nhằm đảm bảo tính đúng đắn của dữ liệu
(bit bắt buộc).
2.2.2 Chuẩn giao tiếp USB (Universal Serial Bus)
a. Giới thiệu
USB là một chuẩn kết nối tuần tự đa dụng trong máy tính. USB sử dụng để kết
nối các thiết bị ngoại vi với máy tính, chúng thường được thiết kế dưới dạng các đầu
cắm cho các thiết bị tuân theo chuẩn cắm và chạy mà với tính năng cắm nóng thiết bị
(nối và ngắt các thiết bị không cần phải khởi động lại hệ thống).
b. Đặc điểm
Cho phép mở rộng 127 thiết bị kết nối cùng vào một máy tính thông qua một
cổng USB duy nhất.
Với USB 2.0 chuẩn tốc độ cao, đường truyền đạt tốc độ tối đa đến 480 Mbps.
Cáp USB gồm hai sợi nguồn (+5V và dây chung GND) cùng một cặp gồm hai
sợi dây xoắn để mang dữ liệu. Trên sợi nguồn, máy tính có thể cấp nguồn lên tới
500mA ở điện áp 5V một chiều (DC).
Những thiết bị tiêu thụ công suất thấp (ví dụ: chuột, bàn phím, loa máy tính
công suất thấp...) được cung cấp điện năng hoạt động trực tiếp từ các cổng USB mà
không cần có sự cung cấp nguồn riêng. Với các thiết bị cần sử dụng nguồn công suất
lớn (như máy in, máy quét...) không sử dụng nguồn điện từ đường truyền USB như
nguồn chính của chúng, lúc này đường truyền nguồn chỉ có tác dụng như một sự so
sánh mức điện thế của tín hiệu.
Những thiết bị USB có đặc tính cắm nóng, điều này có nghĩa các thiết bị có thể
được kết nối (cắm vào) hoặc ngắt kết nối (rút ra) trong mọi thời điểm mà người sử
dụng cần mà không cần phải khởi động lại hệ thống.
Nhiều thiết bị USB có thể được chuyển về trạng thái tạm ngừng hoạt động khi
máy tính chuyển sang chế độ tiết kiệm điện.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
10
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2.3 Chuẩn giao tiếp Wifi (Wireless Fidelity)
Hình 2.6 Chuẩn giao tiếp Wifi
a. Giới thiệu
Wifi viết tắt của từ Wireless Fidelity là hệ thống truy cập Internet không dây sử
dụng sóng vô tuyến, giống như truyền hình, Radio và hoàn toàn không cần cáp nối.
Wifi phát sóng trong một phạm vi nhất định vì thế các thiết bị như laptop, máy tính
bảng, Smartphone chỉ cần bật tính năng kết nối Wifi và hoạt động trong tầm phủ sóng
là có thể kết nối, truy cập sử dụng internet bình thường.
b. Nguyên tắc hoạt động của mạng Wifi
Để tạo được kết nối Wifi nhất thiết phải có Router (bộ thu phát), Router này lấy
thông tin từ mạng Internet qua kết nối hữu tuyến rồi chuyển nó sang tín hiệu vô tuyến
và gửi đi, bộ chuyển tín hiệu không dây (Adapter) trên các thiết bị di động thu nhận
tín hiệu này rồi giải mã nó sang những dữ liệu cần thiết. Quá trình này có thể thực
hiện ngược lại, Router nhận tín hiệu vô tuyến từ Adapter và giải mã chúng rồi gởi
qua Internet.
2.2.4 Giao thức MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)
MQTT là một giao thức gởi dạng publish/subscribe sử dụng cho các thiết
bị Internet of Things với băng thông thấp, độ tin cậy cao và khả năng được sử dụng
trong mạng lưới không ổn định. Bởi vì giao thức này sử dụng băng thông thấp trong
môi trường có độ trễ cao nên nó là một giao thức lý tưởng cho các ứng dụng M2M.
MQTT cũng là giao thức sử dụng trong Facebook Messager.
Trong chương trình ESP8266, sẽ có 4 thông tin quan trọng. Đó là máy chủ,
người dùng, mật khẩu và cổng (port). Hãy nhớ rằng “test.mosquitto.org” không yêu
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
11
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
cầu người dùng đăng nhập và khi bạn đang vận hành một broker của riêng bạn, bạn
không cần đăng nhập (nhưng có thể đặt), nhưng tôi sẽ giới thiệu hai biến này trong
chương trình để dành khi cần sử dụng.
ESP8266 sử dụng giao thức MQTT được coi là "client - khách" của "broker".
Để cho ESP8266 nói chuyện với broker PubSubClient là 1 thư viện rất phổ biến. Thư
viện đó được gọi là 'PubSub' vì nó cho phép ESP 'publish - xuất bản' các tin nhắn
MQTT cho broker và để 'Subscribe - Đăng ký nhận tin' với các tin nhắn MQTT của
broker. Bạn có nhớ tôi đã nói lò nướng không cần phải nghe tủ lạnh nói chuyện với
máy pha cà phê? Vâng, đó là những gì 'đăng ký' là dành cho ESP8266 cụ thể chỉ nhận
được thông báo đã đăng ký. Thư viện có thể được cài đặt thông qua trình quản lý thư
viện IDE Arduino.
2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
Với đề tài này, nhóm sẽ sử dụng một số thiết bị phần cứng như sau:
- Thiết bị xử lý trung tâm: Vi điều khiển PIC 16F887, ESP8266.
- Thiết bị đầu vào: Module đọc thẻ RFID RC522, Camera, cảm biến đo nhiệt độ,
độ ẩm DHT11, Module bluetooth HC-05.
- Thiết bị đầu ra: Động cơ DC, Relay, Buzzer, Động cơ bước 4 dây, Led Matrix,
LCD 16x2, đèn 220V AC.
2.3.1 Thiết bị xử lý trung tâm – Vi điều khiển PIC 16F887
Giới thiệu
Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay
không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit. Lý do sự tồn tại
của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. Các
vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu của máy
tính rất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt. Các hệ thống điều khiển trong
công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệ thống điện của xe hơi, hệ
thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền sản xuất. Có rất nhiều hãng chế
tạo được vi điều khiển, hãng sản xuất nổi tiếng là TI, Microchip, ATMEL tài liệu này
sẽ giới thiệu về vi điều khiển tiêu biểu là PIC16F887 của MICROCHIP.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
12
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2.7 Hệ thống vi xử lý
Đặc điểm thực thi tốc độ
-
Tốc độ hoạt động
Ngõ vào xung clock có tần số 20MHZ
Chu kì lệnh thực hiện 200ns
-
Có nhiều nguồn ngắt
-
Có 3 kiểu định địa chỉ trực tiếp, gián tiếp và tức thời.
Cấu trúc đặc biệt của vi điều khiển
-
Bộ dao động nội chính xác.
Sai số ± 1%.
Có thể lựa chọn tần số từ 31kHz đến 8Mhz bằng phần mềm.
Mạch phát hiện hỏng dao động thạch anh cho các ứng dụng quan trọng.
Có chuyển mạch nguồn xung clock trong quá trình hoạt động để tiết kiệm công
suất.
-
Dãy điện áp hoạt động rộng từ 2V đến 5,5V.
-
Tầm nhiệt độ làm việc theo chuẩn công nghiệp.
-
Có mạch reset khi có điện (Power On Reset–POR).
-
Có bộ định thời chờ ổn định điện áp khi mới có điện (Power up Timer–PWRT)
và bộ định thời chờdao động hoạt động ổn định khi mới cấp điện (OscillatorStartup Timer –OST).
-
Có mạch tự động reset khi phát hiện nguồn điện cấp bị sụt giảm, cho phép lựa
chọn bằng phần mềm (Brown out Reset –BOR)
-
Có bộ định thời giám sát (Watchdog Timer–WDT) dung dao động trong chip cho
phép
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
13
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
-
bằng phần mềm (có thể định thời lên đến 268 giây).
-
Đa hợp ngõ vào reset với ngõ vào có điện trở kéo lên.
-
Có bảo vệ code đã lập trình.
-
Bộ nhớ Flash cho phép xóa và lập trình 100,000 lần.
-
Bộ nhớ Eeprom cho phép xóa và lập trình 1,000,000 lần và có thể tồn tại trên 40
năm.
-
Cho phép đọc/ghi bộ nhớ chương trình khi mạch hoạt động.
-
Có tích hợp mạch gỡ rối.
Cấu trúc nguồn công suất thấp
-
Chế độ chờ: dòng tiêu tán khoảng 50nA, sử dụng nguồn 2V.
-
Dòng hoạt động:
11μA ở tần số hoạt động 32kHz, sử dụng nguồn 2V.
220μA ở tần số hoạt động 4MHz, sử dụng nguồn 2V.
-
Bộ định thời Watchdog Timer khi hoạt động tiêu thụ 1,4μA, điện áp 2V.
Cấu trúc ngoại vi
-
Cấu trúc ngoại vi
-
Có 35 chân I/O cho phép lựa chọn hướng độc lập:
Mỗi ngõ ra có thể nhận/cấp dòng lớn khoảng 25mA nên có thể trực tiếp điều
khiển led.
Có các port báo ngắt khi có thay đổi mức logic.
Có các port có điện trở kéo lên bên trong có thể lập trình.
Có ngõ vào báo thức khỏi chế độ công suất cực thấp.
-
Có module so sánh tương tự:
Có 2 bộ so sánh điện áp tươngtự
Có module nguồn điện áp tham chiếu có thể lập trình.
Có nguồn điện áp tham chiếu cố định có giá trị bằng 0,6V.
Có các ngõ vào và các ngõ ra của bộ so sánh điện áp.
Có chế độ chốt SR.
-
Có bộ chuyển đổi tương tự sang số:
Có 14 bộ chuyển đổi tương tự với độ phân giải 10 bit.
-
Có timer0: 8 bit định thời/đếm xung ngoại có bộ chia trước có thể lập trình.
-
Có timer1:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
14
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
16 bit hoạt động định thời/đếm xung ngoại có bộ chia trước có thể lập trình.
Có ngõ vào cổng của timer1 để có thể điều khiển timer1 đếm từ tín hiệu bên
ngoài.
Có bộ dao động công suất thấp có tần số 32kHz.
-
Có timer2: 8 bit hoạt động định thời với thanh ghi chu kỳ, có bộ chia trước và sau.
-
Có module capture, compare và điều chế xung PWM+ nâng cao
Có bộ capture 16 bit có thể đếm được xung với độ phân giải caonhất là 12,5ns.
Có bộ điều chế xung PWM với số kênh ngõ ra là 1, 2 hoặc 4, có thể lập trình
với tần số lớn nhất là 20kHz.
Có ngõ ra PWM điều khiển lái.
-
Có module capture, compare và điều chế xung PWM
Có bộ capture 16 bit có thể đếm được xung với chu kỳ cao nhất là 12,5ns.
Có bộ so sánh 16 bit có thể so sánh xung đếm với chu kỳ lớn nhất là 200ns
Có bộ điều chế xung PWM có thể lập trình với tần số lớn nhất là 20kHz.
-
Có thể lập trình trên bo ISP thông qua 2 chân.
-
Có module truyền dữ liệu nối tiếp đồng bộ MSSP hổ trợ chuẩn truyền 3 dây SPI,
chuẩn I2C ở 2 chế độ chủ và tớ.
Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC16F887:
Hình 2.8 Sơ đồ chân của Vi điều khiển PIC 16F887
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
15
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Phân loại
Hiện nay có rất nhiều loại vi điều khiển có thể thực hiện được chức năng của
khối xử lý như các dòng AT89xx, Arduino, ARM, PIC, AVR, Raspberry Pi… ARM
và AVR có tốc độ xử lý tốt nhưng có hệ thống thư viện phức tạp nên khó sử dụng và
giá cũng đắt đỏ; Arduino thì có một thống thư viện mở lớn, có tích hợp mạch nạp và
các cổng giao tiếp, tài liệu nhiều nhưng đồi hỏi ngoại ngữvà giá thành cũng hơi cao;
Raspberry Pi là 1 chip xử lý mạnh mẽ, phục vụ nhiều mục đích nhưng để sử dụng
được yêu cầu phải có kiến thức cao. Với AT89xxx thì đây là loại ra đời trước nhiều
loại vi điều khiển khác với công nghệ kém hơn, ít chức năng hơn. Với họ Pic thì dòng
Pic16fxxx được hỗ trợ nhiều và có nhiều chủng loại loại để lựa chọn, tuy giá thành
có cao hơn AT89xxx nhưng lại có nhiều chức năng hơn đồng thời Pic cũng đang được
dùng rất nhiều trong công nghiệp. Chính vì vậy đề tài chọn PIC 16F887 làm trung
tâm điều khiển.
Nguyên lý hoạt động
Trạng thái ngõ vào của vi điều khiển được phát hiện và được lưu vào bộ nhớ
đệm, (bộ nhớ trong vi điều khiển gồm các thành phần như sau: ROM, EPROM,
EEOROM) thực hiện các lệnh trên các trạng thái của chúng và thông qua chương
trình trạng thái, ngõ ra được cập nhật. Sau đó, trạng thái ngõ ra được điều khiển hoàn
toàn tự động theo chương trình trong bộ nhớ. Chương trình được truyền nạp vào vi
điều khiển thông qua những thiết bị lập trình chuyên dụng.
Ứng dụng
Nhờ họat động theo chương trình nên VĐK có thể được ứng dụng để điều khiển
nhiều thiết bị máy móc khác nhau. Chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển và cách
kết nối thì chính VĐK đó để điều khiển thiết bị, hay máy móc khác. Cũng như vậy,
nếu muốn thay đổi quy luật hoạt động của máy móc, thiết bị hay hệ thống sản xuất tự
động, rất đơn giản, chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển. Các đối tượng mà VĐK
có thể điều khiển được rất đa dạng, từ máy bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt,
…VĐK có bộ ADC có đo nhiệt độ và độ ẩm, …
2.3.2 Cảm biến DHT11.
Giới thiệu
DHT11 Là cảm biến nhiệt độ, độ ẩm rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất
dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire (giao tiếp digital 1-wire truyền dữ liệu duy
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
16
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
nhất). Cảm biến được tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu giúp dữ liệu nhận về được chính
xác mà không cần phải qua bất kỳ tính toán nào.
Đặc điểm:
- Điện áp hoạt động: 3V - 5V (DC)
- Dải độ ẩm hoạt động: 20% - 90% RH, sai số ±5%RH
- Dải nhiệt độ hoạt động: 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C
- Tần số lấy mẫu tối đa: 1 Hz
- Khoảng cách truyển tối đa: 20m
- Sơ đồ chân Cảm biến DHT11 gồm 2 chân cấp nguồn, và 1 chân tín hiệu. Hiện
nay, thông dụng ngoài thị trường có hai loại đóng gói cho DHT11: 3 chân và
4 chân. Xem các hình dưới
Hình 2.9 Cảm biến DHT11
Phân loại
Để đọc nhiệt độ môi trường ta có thể sử dụng các loại cảm biến LM35,
DS18B20, LM335Z hay các module được tích hợp đo nhiệt độ như HR202, NTC, …
Với nhiệm vụ đọc nhiệt độ môi trường để xử lý thì cảm biến nhiệt độ DHT11 có thể
đáp ứng tốt yêu cầu đề tài. Với ưu điểm như hoạt động khá chính xác với sai số ít,
kích thước nhỏ và giá thành thấp, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 là một trong
những cảm biến tương tự được sử dụng rất nhiều trong các ứng dụng đo nhiệt độ và
độ ẩm
Ứng dụng
Cảm biến quang đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp tự động
hóa. Ứng dụng chủ yếu của cảm biến DHT11 là dùng để đo nhiệt độ và độ ẩm và để
phục vụ cho các hoạt động trong công nghiệp, …
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
17
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.3.3 Động cơ DC
Giới thiệu
Động cơ DC là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Đầu dây ra
của động cơ thường gồm hai dây (dây nguồn - VCC và dây tiếp đất - GND).
Khi cung cấp năng lượng, động cơ DC sẽ bắt đầu quay, chuyển điện năng thành
cơ năng. Hầu hết các động cơ DC sẽ quay với cường độ RPM rất cao (số vòng quay/
phút). Tốc độ không tải của động cơ DC nếu không giảm tốc có thể đạt từ 1000RPM
tới 40.000RPM.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
– Cấu tạo: gồm có 3 phần chính stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và phần cổ
góp - chỉnh lưu.
+ Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh
cửu, hay nam châm điện.
+ Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều.
+ Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển
động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và
một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
Nguyên lý hoạt động:
Pha 2
Pha 1
Pha 3
Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
+ Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển
động quay của rotor.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
18
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
+ Pha 2: Rotor tiếp tục quay.
+ Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor
cùng dấu, trở lại pha 1.
Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ
sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng.
Phân loại
- Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
- Động cơ điện 1 chiều kích từ song song.
- Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp.
- Động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp.
Ứng dụng
Bởi có thể dễ dàng điều chỉnh tốc độ và khả năng làm việc trong môi trường
quá tải nên động cơ điện một chiều giữ vai trò rất quan trọng trong công nghiệp. Ứng
dụng trong các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn như máy
công cụ lớn, máy cán thép, máy kéo sợi, … Ngoài ra, động cơ điện một chiều còn
được ứng dụng trong học tập, các mô hình đồ án, các công trình nghiên cứu về điện
tử, tự động hóa.
2.3.4 NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module)
Giới thiệu: ESP8266 NodeMCU
ESP8266 NodeMCU là dạng vi điều khiển tích hợp Wifi (Wifi SoC) được phát
triển bởi Espressif Systems, một nhà sản xuất Trung Quốc có trụ sở tại Thượng Hải.
Với vi điều khiển và Wifi tích hợp, ESP8266 cho phép lập trình viên có thể thực hiện
vô số các tác vụ TCP/IP đơn giản để thực hiện vô số các ứng dụng khác nhau, đặc
biệt là các ứng dụng IoT. Tuy nhiên, vào thời điểm ra mắt năm 2014, hầu như chỉ có
tài liệu bằng tiếng Trung Quốc nên ESP8266 chưa được phổ biến như hiện nay.
Module ESP8266 có giá thành rẻ nhất trong tất cả các loại Wifi SoC từ trước tới nay
(trước ESP8266 có series CC3xxx từ Ti rất mắc nên không phổ biến), chỉ khoảng
2USD cho phiên bản đầu tiên, điều này đã thu hút các IoT-er khám phá cũng như
dịch các tài liệu của ESP8266 sang tiếng Anh và phát triển vô số các ứng dụng kèm
theo. Sau nhiều năm phát triển, hiện nay đã có hơn 14 phiên bản ESP ra đời, trong đó
phổ biến nhất là ESP-12.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
19
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2.11 Module ESP8266 ESP-12
Module ESP-12 kết hợp với firmware ESP8266 trên Arduino và thiết kế phần
cứng giao tiếp tiêu chuẩn đã tạo nên NodeMCU, loại Kit phát triển ESP8266 phổ biến
nhất trong thời điểm hiện tại. Với cách sử dụng, kết nối dễ dàng, có thể lập trình, nạp
chương trình trực tiếp trên phần mềm Arduino, đồng thời tương thích với các bộ thư
viện Arduino sẵn có, NodeMCU là sự lựa chọn hàng đầu cho các bạn muốn tìm hiểu
về ESP8266 hiện nay.
Hình 2.12 Module ESP8266 NodeMCU Lua CP2102
Đặc tính nổi bật
- Tích hợp 2 nút nhấn
- Tích hợp chip chuyển usb - uart CP2102
- Full IO: 10 GPIO, 1 Analog, 1SPI, 2 UART, 1 I2C/I2S, PWM, v.v....
- Được hỗ trợ bởi cộng đồng lớn mạnh Nodemcu
Thông số kỹ thuật
- IC chính: ESP8266 Wifi SoC.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
20
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- Phiên bản firmware: NodeMCU Lua
- Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102.
- GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU.
- Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin.
- GIPO giao tiếp mức 3.3VDC
- Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash.
- Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino.
- Kích thước: 25 x 50 mm.
Bảng 2.1: Thành phần NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module)
Vi điều khiển
ESP8266 Wifi Soc
Chip nạp
CP2102
GPIO
10 chân từ D0 - D10, có chức năng
PWM, I2C, SPI, 1-Wire, UART và
ADC trên chân A0
Vin
5 VDC
Điện áp trên mỗi chân GPIO
3.3V
2.3.5 Module điều khiển động cơ L298N
Module L298N là Module điều khiển động cơ (Motor Driver) sử dụng chip cầu H
L298N giúp điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ DC một cách dễ dàng, ngoài
ra module L298N còn điều khiển được 1 động cơ bước lưỡng cực. Mạch cầu H của
IC L298N có thể hoạt động ở điện áp từ 5V đến 35V. Module L298N có tích hợp một
IC nguồn 78M05 để tạo ra nguồn 5V để cung cấp cho các thiết bị khác.
Hình 2.13 Sơ đồ chân Module L298N
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
21
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2.14 Sơ đồ các chân Module L298
Thông số kỹ thuật:
Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H.
Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V
Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=> 2A cho mỗi motor)
Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~
Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)
Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃
L298 gồm các chân:
12V power, 5V power. Đây là 2 chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ. Có
thể cấp nguồn 9-12V ở 12V.
Power GND chân này là GND của nguồn cấp cho Động cơ.
2 chân A enable và B enable, để như hình, đừng rút ra bạn nhé!
Gồm có 4 chân Input. IN1, IN2, IN3, IN4. Nhận tín hiệu điều khiển
Output A: nối với động cơ A. bạn chú ý chân +, -. Nếu bạn nối ngược thì
động cơ sẽ chạy ngược.
Và chú ý nếu bạn nối động cơ bước, bạn phải đấu nối các pha cho phù hợp.
Board này gồm 2 phần điều khiển động cơ. Và có thể điều khiển cho 1 động
cơ bước 6 dây hoặc 4 dây.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
22
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.3.6 Đèn và Relay trung gian đóng cắt
Vì loại bóng đèn 220V AC và 12V DC có giá phù hợp với sinh viên chúng em,
dễ tìm kiếm, tính ứng dụng vào thực tế đời sống cao. Nên nhóm em chọn làm trong
đồ án tốt nghiệp. Sử dụng Relay 5v để đóng cắt các thiết bị.
.
Hình 2.15 Đèn và Relay trung gian
Thông số kỹ thuật:
Đèn 220V AC:
- Công suất: 1W
- Nguồn cấp: 220-240 V AC
- Màu ánh sáng: Trắng, Vàng, Đỏ, ...
- Đầu đèn: E12
- Tuổi thọ: 1000 giờ
Đèn 12V DC:
- Công suất: 3W
- Nguồn cấp: 12V DC
- Màu ánh sáng: Trắng, Vàng, Đỏ, ...
- Đầu đèn: không có
- Chất liệu: Thủy tinh trong suốt
- Ánh sáng màu vàng
Relay:
- Điện áp nuôi mạch: 5VDC.
- Dòng tiêu thụ: khoảng 200mA/1Relay
- Tín hiệu kích: High (5VDC) hoặc Low (0VDC) chọn bằng Jumper.
- Relay trên mạch:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
23
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- Nguồn nuôi: 5VDC.
- Tiếp điểm đóng ngắt max: 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A
- Kích thước: 72 (L) * 55 (W) * 19 (H) mm.
2.3.7 Năng Lượng mặt trời và ắc quy
Pin năng lượng Mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện (Solar panel) bao
gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) - là phần tử bán dẫncó chứa trên bề mặt một
số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh
sáng thành năng lượng điện. Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin
mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện
được ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bào
quang điện trên một tấm pin mặt trời). Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dưới
ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo. Chúng có thể được dùng như cảm biến ánh
sáng (ví dụ cảm biến hồng ngoại), hoặc các phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn
thấy hoặc đo cường độ ánh sáng.
Sự chuyển đổi này thực hiện theo hiệu ứng quang điện. Hoạt động của pin mặt trời
được chia làm ba giai đoạn:
Đầu tiên năng lượng từ các photon ánh sáng được hấp thụ và hình thành các cặp
electron-hole trong chất bán dẫn.
Các cặp electron-hole sau đó bị phân chia bởi ngăn cách tạo bởi các loại chất bán
dẫn khác nhau (p-n junction). Hiệu ứng này tạo nên hiệu điện thế của pin mặt
trời.
Pin mặt trời sau đó được nối trực tiếp vào mạch ngoài và tạo nên dòng điện.
Các pin năng lượng Mặt trời có nhiều ứng dụng trong thực tế. Do giá thành còn
đắt, chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao,
ngoài đảo xa, hoặc phục vụ các hoạt động trên không gian; cụ thể như các vệ tinh quay
xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa,
thiết bị bơm nước... Các Pin năng lượng Mặt trời được thiết kế như
những module thành phần, được ghép lại với nhau tạo thành các tấm năng lượng Mặt
trời có diện tích lớn, thường được đặt trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể có ánh
sáng nhiều nhất, và kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện. Các tấm pin Mặt
Trời lớn ngày nay được lắp thêm bộ phận tự động điều khiển để có thể xoay theo
hướng ánh sáng, giống như loài hoa hướng dương hướng về ánh sáng Mặt Trời.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
24
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bình ắc quy là một dạng nguồn điện hóa học, dùng để lưu trữ điện năng dưới dạng
hóa năng. Bình ắc quy cơ bản như tụ điện (tích trữ năng lượng). Bình ắc quy có các
ngăn mỗi ngăn sẽ cho ra 1 mức điện áp (ví dụ bình 12V có 6 ngăn mỗi ngăn cho ra
mức điện áp là 2V=> bình 12v gồm các ngăn mắc nối tiếp nhau) Các bản cực âm
dương xen kẽ nhau và ngăn cách nhau bởi chất cách điện. Nguyên tắc hoạt động gồm
2 quá trình, đó là quá trình nạp điện và quá trình xả điện.
Hình 2.16 Bình ắc quy và Pin năng lượng mặt trời
2.3.8 Camera quan sát
Camera quan sát là việc sử dụng các mắt điện tử để ghi lại những hình ảnh,
video lại vị trí lắp các mắt điện tử, những hình ảnh đó sẽ được lưu lại và phát trực
tiếp lên màn hình cho chúng ta giám sát, quản lý hay xử lý những sự cố không đáng
có xảy ra.
Tùy vào môi trường khác nhau mà chúng ta sẽ chọn lắp đặt những con mắt
điện tử khác nhau, camera trên thì trường thế giới an ninh đang có rất nhiều hãng mà
chúnAg ta có thể chọn lắp đặt mắt camera.
Hiện nay rất nhiều người chọn camera quan sát để lắp đặt quan sát an ninh cho
hộ gia đình, bệnh viện, trường học, cửa hàng, shop, kho xưởng, ... nhằm bảo vệ an
ninh, nâng cao an ninh quan sát tại khu vực lắp đặt camera quan sát.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
25
