Đồ án cảnh báo khí gas cảnh báo cháy

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
--------------------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
xxxx

THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG CẢNH BÁO KHÍ GAS SỬ
DỤNG ARDUINO

CBHD

: SSSi

Sinh viên thực hiện

: sssss

Mã số sinh viên

: ssss

HÀ NỘI – 2021
1


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
Hà Nội, ngày ..... tháng ..... năm ....
Người nhận xét

2


MỤC LỤC

3


DANH SÁCH VIẾT TẮT
ADC: Analog Digital Converter
DC: Direct Current
I/O: Input/ output

SRAM:Static Random Access Memory
EEPROM:Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory
USART: Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter
PWM: Pulse width modulation
PCB: Printed circuit board
 

4


DANH MỤC HÌNH

5


LỜI CAM ĐOAN
Để hồn thành đề tài này em có tham khảo một số tài liệu có liên quan
đến cảm biến khí gas MQ-2, Module Sim 800L và vi điều khiển Arduino.
Em xin cam đoan đề tài này là do em thực hiện, các số liệu và kết quả
của đề tài này là trung thực. Mọi sự giúp đỡ cho bài báo cáo này đã được cảm
ơn và các thông tin trích dẫn trong bài báo cáo đã được ghi rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày tháng năm 2021
Sinh viên
 

6


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên em xin cảm ơn chân

thành đến toàn thể thầy cô trong trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội và các
thầy cơ trong khoa SSSS nói riêng, những người đã tận tình hướng dẫn, dạy
dỗ và trang bị cho em những kiến thức bổ ích trong bốn năm vừa qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ssss đã hướng dẫn
cho em những kiến thức, kỹ năng cơ bản cần có để hồn thành đề tài nghiên
cứu này.
Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên,
cổ vũ và đóng góp ý kiến trong q trình học tập, nghiên cứu cũng như quá
trình làm đồ án tốt nghiệp.
Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu đề tài, vì kiến thức chun ngành
cịn hạn chế nên em vẫn cịn nhiều thiếu sót khi tìm hiểu, đánh giá và trình
bày về đề tài. Rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý của các thầy cơ giảng
viên bộ mơn để đề tài của em được dầy đủ và hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn! 

7


LỜI MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Như chúng ta cũng đã biết, gần như các thiết bị tự động trong nhà máy,
trong đời sống của các gia đình ngày nay đều hoạt động độc lập với nhau, mỗi
thiết bị có một quy trình sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào sự thiết lập, cài đặt
của người sử dụng. Chúng chưa có một sự liên kết nào với nhau về mặt dữ
liệu. Nhưng đối với hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thơng qua gọi điện thoại
thì lại khác. Ở đây, các thiết bị điều khiển tự động được kết nối với nhau
thành một hệ thống hoàn chỉnh qua một một thiết bị trung tâm và có thể giao
tiếp với nhau về mặt dữ liệu. Điều khiển thiết bị bằng gọi điện thông qua
mạng di động là một ứng dụng mang tính hiện đại và có giá trị thực tiễn cao.
Với chỉ một chiếc điện thoại di động trên tay, bất cứ ở đâu hay đang làm gì thì

vẫn có thể quản lý, giám sát và điều khiển được các thiết bị điện trong gia
đình, như vậy sẽ khơng cần phải lo lắng mình đã bật hay tắt thiết bị trong nhà
hay chưa. Qua đây cho thấy giải pháp điều khiển thiết bị thông qua gọi điện
thoại là một giải pháp hữu dụng trong thực tiễn hiện nay.
Chính vì vậy mà em thực hiện đề tài quyết định chọn đề tài “Thiết kế mơ
hình hệ thống cảnh báo khí gas sử dụng Arduino” là đề tài tốt nghiệp.
Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống sử dụng cảm biến khí gas, để phát hiện trong gia đình hay nhà
máy có rị rỉ khí gas hay khơng. Nếu phát hiện rị rỉ khí gas, hệ thống sẽ bật
còi báo, đồng thời thực hiện cuộc gọi đến 1 hay nhiều số điện thoại đã cài sẵn
để cảnh báo, giúp mọi người có những khắc phục kịp thời, tránh cháy nổ xảy
ra.
Nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu về :
Arduino ATMEGA328P
Cảm biến khí gas MQ-2
Module Sim 800L
8


Phạm vi nghiên cứu
Điều khiển các thiết bị trong nhà (cụ thể là điều khiển hai thiết bị công
suất trung bình) bằng cách gọi điện thoại tại ví trí có phủ sóng của mạng điện
thoại di động đang hoạt động trong nước như Viettel, Mobile Phone, Vina
Phone …
Hệ thống còn có chức năng tự động báo rị rỉ gas bằng cách gọi điện
thoại tới người chủ.
Với đề tài “Thiết kế mơ hình hệ thống cảnh báo khí gas sử dụng
Arduino” báo cáo của em gồm những nội dung sau:
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Cấu trúc, nguyên lý hoạt động và thiết kế mạch.
Chương 4: Kết quả.

9


CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu đề tài
Như chúng ta cũng đã biết, gần như các thiết bị tự động trong nhà máy,
trong đời sống của các gia đình ngày nay đều hoạt động độc lập với nhau, mỗi
thiết bị có một quy trình sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào sự thiết lập, cài đặt
của người sử dụng.Chúng chưa có một sự liên kết nào với nhau về mặt dữ
liệu. Nhưng đối với hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thơng qua gọi điện thoại
thì lại khác. Ở đây, các thiết bị điều khiển tự động được kết nối với nhau
thành một hệ thống hoàn chỉnh qua một một thiết bị trung tâm và có thể giao
tiếp với nhau về mặt dữ liệu.
Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống,
cộng với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên em đã chọn đề
tài " Thiết kế mơ hình hệ thống cảnh báo khí gas sử dụng arduino " để đáp
ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người và góp phần vào sự tiến bộ,
văn minh, hiện đại của nước nhà.
1.2 Ứng dụng của hệ thống cảnh báo khí gas
1.2.1.Khái niệm
Hiện nay, với đặc tính là nguồn nhiên liệu sạch và thân thiện với mơi
trường thì khí gas dần khẳng định được vị trí quan trọng trong đời sống của
chúng ta và đã góp phần tạo nên sự văn minh của xã hội. Lợi ích của gas là
rất tích cực, được sử dụng rộng rãi trong dân dụng, thương mại, vận tải và các
ứng dụng công nghiệp.
Gas là hỗn hợp của các chất Hydrocacbon, trong đó thành phần chủ yếu

là khí Propane (C3H8), Butane (C4H10) và một số thành phần khác.
1.2.2.Ứng dụng của khí gas trong cơng nghiệp
Khí cơng nghiệp là loại ngun liệu khí được sản xt để sử dụng trong
cơng nghiệp. Các khí trong cơng nhiệp được sửu dụng nhiều nhất như:
nitrogen, oxy, caarbon dioxide, hydro, acetylen,…

10


Các loại khí cơng nghiệp được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp
khác nhau. Bao gồm các ngành công nghiệp nặng như dầu khí, hố dầu, hóa
chất, điện, khai thác mỏ, luyện kim, kim loại. Và cũng được sử dụng trong các
ngành dược phẩm, công nghệ sinh học, thực phẩm, nước, phân bón, điện hạt
nhân, điện tử, hàng khơng vũ trụ, phân tích thí nghiệm, kiểm nghiệm mơi
trường…[10]
1.2.2.1.Ứng dụng trong ngành thực phẩm
Nước ngọt có gas đã trở thành loại nước giải khát quá quen thuộc trong
cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Nước có gas chiếm đến 94% thành phần
của nước ngọt, có tên gọi hóa học là: Carbon dioxide (CO2) - có vai trị như
một chất bảo quản nhẹ. Khí CO2 được sử dụng nhiều trong ngành sản xuất
nước giải khát và bia rượu.
Trong cơng nghiệp khí CO2 được điều chế từ các khí sinh ra khi lên men
rượu bia, phân hủy chất béo, từ các khí thu được trong sản xuất hóa chất, như
sản xuất amoniac hoặc tổng hợp methanol, từ khói các nhà máy cơng nghiệp
đốt than.[10]
1.2.2.2.Ứng dụng trong thiết bị gia dụng
a.Máy điều hòa
Gas điều hịa là mơi chất được sử dụng trong hệ thống làm hạnh hấp thụ
nhiệt, có nhiệm vụ mang nhiệt từ nơi có nhiệt độ thấp thải ra nơi có nhiệt độ
cao hơn. Đây chính là thành phần khơng thể thiếu trong q trình làm lạnh

của hệ thống điều hịa nói chung và các hệ thống làm lạnh nói riêng.
Các loại gas được sử dụng trong máy điều hóa khơng khí như gas R22,
gas R410A, gas R32 . . . nhưng được sử dụng nhiều nhất vẫn là gas R22 và
Gas R410A.
Gas điều hòa R22
Gas R22 là loại gas được sử dụng đầu tiên trên các máy lạnh, chiếm hơn
70% trên thị trường điều hòa hiện nay, được sủ dụng cho máy điều hịa khơng
khí loại thường (khơng sử dụng cơng nghệ Inverter).
11


Gas điều hòa R410A
Gas R410A có độ bay hơi cao hơn, và khi môi trường ở tầm thấp sẽ gây
thiếu oxi chính vì vậy mà phịng của bạn phải được thống khí nếu khơng sẽ
rất nguy hiểm khi có hiện tượng rị rỉ khí gas.
Gas điều hòa Gas R32
Loại Gas R32 là loại gas mới nhất hiện nay, được ứng dụng sử dụng
nhiều nhất tại Nhật Bản. Loại gas này được phát minh ra nhằm thay thế cho
loại gas R22 và loại R410A.
b.Tủ lạnh
Gas tủ lạnh được nằm trong các dây đồng có tác dụng chuyển tải nhiệt từ
dàn lạnh tới dàn nóng. Khí gas khi đi qua dàn lạnh sẽ hấp thụ nhiệt xung
quanh dàn lạnh để chuyển tới dàn nóng. Tại đây, khí gas sẽ được làm mát
thơng qua việc tản nhiệt ra môi trường.
Gas R12
Gas R12 là loại gas lâu đời nhất, được sử dụng phổ biến trong các tủ
lạnh đời cũ. Gas R12 bình thường có mùi hơi, khi đốt có màu xanh lá và mùi
hắc, có thể gây chống và nhức đầu khi hít nhiều.
Gas R134A
Do tính chất độc hại và gây nguy hiểm cho tầng Ozon của gas R12 nên

gas R134A được tạo ra để thay thế cho gas R12. Loại gas này được sử dụng
phổ biến cho nhiều loại tủ lạnh dân dụng hiện nay.
Gas R404
Gas R404 là loại gas chuyên dùng cho các tủ cấp đông. Loại gas này
được thiết kế dành riêng cho nhu cầu làm đông ở nhiệt độ sâu hơn đồng thời
đảm bảo tuổi thọ cho máy nén, các chi tiết và dầu bôi trơn cao hơn.
Gas R600
Gas R600 được ứng dụng trong các dòng tủ lạnh cao cấp. Gas R600 là
Gas Hidrocacbon (HC gas) nhằm bảo vệ môi trường và an toàn với tầng ozon,
tránh hiện tượng biến đổi toàn cầu.
12


1.2.2.3.Ứng dụng làm nhiên liệu khí đốt
a.Khí đốt hóa lỏng (Liquefied Petrolium Gas - LPG)
LPG là khí khơng màu, khơng mùi (được thêm mùi để dễ phát hiện khi
bị rò rỉ), nhiệt độ ngọn lửa từ 1890ºC đến 1935ºC, nhẹ hơn nước nhưng nặng
hơn khơng khí, dễ cháy, khơng chứa chất độc nhưng có thể gây ngạt thở.
Khí đốt ( Petrolium gas) là sản phẩm phụ thu được trong quá trình chế
biến dầu, Khí đốt được hóa lỏng để tạo thành LPG. Thành phần hóa học chủ
yếu gồm propan, butan và một lượng nhỏ propylen, butylen và các khí khác.
b.Khí thiên nhiên hóa lỏng (Liquefied Natural Gas - LNG )
LNG là khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, khơng độc hại và khơng
có tính chất ăn mịn, có nhiệt độ ngọn lửa khoảng 2440oCvà nhẹ hơn
khơng khí.
Khí thiên nhiên (Natural gas) được hóa lỏng ở -120ºC đến -170ºC (tùy
vào tỷ lệ thành phần hỗn hợp trong chất khí), giúp dễ dàng bảo quản và vận
chuyển.
c.Khí nén thiên nhiên( Compressed Natural Gas - CNG)
CNG là khí khơng màu, khơng mùi, có nhiệt độ ngọn lửa khoảng 1950ºC

và nhẹ hơn khơng khí. Thành phần chủ yếu của CNG gồm các hydrocarbon,
trong đó metan có thể chiếm đến 95%, etan chiếm 5% đến 10% cùng một
lượng nhỏ propan, butan và các khí khác.
Thơng thường, hương lưu huỳnh được thêm vào giúp dễ phát hiện khi bị
rị rỉ. Do nhẹ hơn khơng khí nên trong trường hợp rị rỉ, khí thiên nhiên (cả
CNG và LNG) không gây thiệt hại nghiêm trọng như xăng hoặc LPG.
1.2.3.Tính chất nguy hiểm cháy, nổ của gas
Khi thốt ra khỏi thiết bị chứa, gas chuyển thành thể khí nên rất khó bảo
quản. Mặt khác, do khơng có mùi, khơng có màu nên gas thốt ra thiết bị
chứa rất khó phát hiện, do đó nhà sản xuất phải đưa thêm vào hỗn hợp gas
chất tạo ra mùi bắp cải thối để dễ phát hiện gas bị rò rỉ.[10]

13


Tỷ trọng của gas nặng hơn khơng khí (Propan gấp 1,55 lần; Butan gấp
2,07 lần) nên khi thoát khỏi thiết bị chứa, gas tích tụ ở những chỗ trũng trên
mặt đất và tạo thành hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ.
Do nhiệt độ ngọn lửa của gas khi bị cháy rất cao (1900oC đến 1950oC)
nên dễ gây bỏng cho người và gia súc đồng thời gây cháy lan, khó khăn cho
việc chữa cháy (vận tốc cháy lan của Butan là 0,38m/s của Propan là 0,46m/s)
1.2.4. Ứng dụng trong gia đình

Hình 1. 1 Thiết bị rị rỉ khí gas trong gia đình
Trong gia đình rị rỉ gas sẽ gây ra nhiều nguy hiểm. Với nồng độ gas
trong khơng khí xấp xỉ 40%, gas sẽ cháy nổ nếu gặp tia lửa. Dưới nồng độ
này dù không gây cháy nổ nhưng sẽ gây ngộ độc khí, nếu khu vực kín cịn có
thể dẫn đến tử vong. Van bình bị rị, ống dẫn gas bị thủng, đứt do chuột cắn
hoặc bếp khơng kín... đều là những ngun nhân có thể biến bình gas gia đình
thành "bom nổ chậm". Thiết bị cảnh báo rò rỉ ga là thiết bị khơng thể thiếu

trong bếp nhà bạn. Nó giống như chiếc van khóa bình gas, cho gia đình an
toàn.
1.3 Kết luận chương
Trong chương 1 đã giới thiệu sơ lược tình hình nghiên cứu về các khí gas
với ứng dụng thực tế đối với thiết bị. Từ đó giúp ích cho q trình đưa ra u
cầu cơng nghệ, lên kế hoạch, nhiệm vụ thiết kế mơ hình cảnh báo khí gas .

14


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Sơ lược về Arduino
2.1.1 Khái niệm Arduino
Arduino là một nền tảng điện tử nguồn mở dựa trên phần cứng và phần
mềm dễ sử dụng. Các bo mạch arduino có thể đọc các đầu vào - sáng trên cảm
biến, ngón tay trên nút hoặc tin nhắn Twitter - và biến nó thành đầu ra - kích
hoạt động cơ, bật đèn LED, xuất bản một cái gì đó trực tuyến.[4]
Trong những năm qua, Arduino là bộ não của hàng ngàn dự án, từ các
vật thể hàng ngày đến các công cụ khoa học phức tạp. Một cộng đồng các nhà
sản xuất trên toàn thế giới - sinh viên, người có sở thích, nghệ sĩ, lập trình
viên và chuyên gia - đã tập hợp xung quanh nền tảng nguồn mở này, những
đóng góp của họ đã bổ sung vào một lượng kiến thức đáng kinh ngạc có thể
giúp ích rất nhiều cho người mới và các chuyên gia.[4]
Arduino được sinh ra tại Viện Thiết kế Tương tác Ivrea như một công cụ
dễ dàng để tạo mẫu nhanh, nhằm vào các sinh viên khơng có nền tảng về điện
tử và lập trình. Ngay khi tiếp cận cộng đồng rộng hơn, bo mạch Arduino bắt
đầu thay đổi để thích ứng với các nhu cầu và thách thức mới, phân biệt ưu đãi
của nó từ bo mạch 8 bit đơn giản đến các sản phẩm cho các ứng dụng IoT có
thể đeo, in 3D và mơi trường nhúng. Tất cả các bo mạch Arduino hoàn toàn là
nguồn mở, trao quyền cho người dùng xây dựng chúng một cách độc lập và

cuối cùng thích ứng chúng với nhu cầu cụ thể của họ. Phần mềm cũng là
nguồn mở và nó đang phát triển thơng qua sự đóng góp của người dùng trên
toàn thế giới.[4]
2.1.2 Lý do chọn Arduino
Nhờ trải nghiệm người dùng đơn giản và dễ tiếp cận, Arduino đã được
sử dụng trong hàng ngàn dự án và ứng dụng khác nhau. Phần mềm Arduino
rất dễ sử dụng cho người mới bắt đầu, nhưng đủ linh hoạt cho người dùng cao
cấp. Nó chạy trên Mac, Windows và Linux. Giáo viên và sinh viên sử dụng nó
để xây dựng các cơng cụ khoa học chi phí thấp, để chứng minh các nguyên
15


tắc hóa học và vật lý, hoặc để bắt đầu với lập trình và robot. Các nhà thiết kế
và kiến trúc sư xây dựng các nguyên mẫu tương tác, nhạc sĩ và nghệ sĩ sử
dụng nó để cài đặt và để thử nghiệm các nhạc cụ mới. Các nhà sản xuất, tất
nhiên, sử dụng nó để xây dựng nhiều dự án được trưng bày tại Maker Faire.
Arduino là một công cụ quan trọng để học những điều mới. Bất cứ ai - trẻ em,
người có sở thích, nghệ sĩ, lập trình viên - có thể bắt đầu mày mị chỉ cần làm
theo các hướng dẫn từng bước của một bộ.[4]
Có nhiều nền tảng vi điều khiển và vi điều khiển khác có sẵn cho máy
tính vật lý. Parallax Basic Stamp, Bmed-24 của Netmedia, Phidgets, Bảng
tiện dụng của MIT và nhiều loại khác cung cấp chức năng tương tự. Tất cả
các công cụ này lấy các chi tiết lộn xộn của lập trình vi điều khiển và gói nó
trong một gói dễ sử dụng. Arduino cũng đơn giản hóa q trình làm việc với
vi điều khiển, nhưng nó mang lại một số lợi thế cho giáo viên, học sinh và
những người nghiệp dư quan tâm hơn các hệ thống khác:
- Không tốn kém - Bảng mạch Arduino tương đối rẻ so với các nền tảng
vi điều khiển khác. Phiên bản ít tốn kém nhất của mơ-đun Arduino có thể
được lắp ráp bằng tay và thậm chí các mơ-đun Arduino được lắp ráp sẵn có
giá dưới 50 đơ la.

- Đa nền tảng - Phần mềm Arduino chạy trên các hệ điều hành Windows,
Macintosh OSX và Linux. Hầu hết các hệ thống vi điều khiển được giới hạn
trong Windows.
- Mơi trường lập trình đơn giản, rõ ràng - Phần mềm Arduino dễ sử dụng
cho người mới bắt đầu, nhưng đủ linh hoạt để người dùng cao cấp cũng có thể
tận dụng. Đối với giáo viên, nó thuận tiện dựa trên mơi trường lập trình xử lý,
vì vậy sinh viên học lập trình trong mơi trường đó sẽ quen với cách thức hoạt
động của Arduino.
- Mã nguồn mở và phần mềm mở rộng - Phần mềm Arduino được xuất
bản dưới dạng các công cụ nguồn mở, có sẵn để mở rộng bởi các lập trình
viên có kinh nghiệm. Ngơn ngữ có thể được mở rộng thông qua các thư viện
16


C ++ và mọi người muốn hiểu các chi tiết kỹ thuật có thể thực hiện bước nhảy
vọt từ Arduino sang ngơn ngữ lập trình AVR C mà nó dựa trên. Tương tự, bạn
có thể thêm mã AVR-C trực tiếp vào các chương trình Arduino của mình nếu
muốn.
- Nguồn mở và phần cứng có thể hoạt động - Các kế hoạch của bo mạch
Arduino được xuất bản theo giấy phép Creative Commons, vì vậy các nhà
thiết kế mạch có kinh nghiệm có thể tạo phiên bản mơ-đun của riêng họ, mở
rộng và cải thiện nó. Ngay cả những người dùng tương đối thiếu kinh nghiệm
cũng có thể xây dựng phiên bản modul bánh mì để hiểu cách thức hoạt động
và tiết kiệm tiền.[4]
2.1.3 Lịch sử
Arduino được khởi động vào năm 2005 như là một dự án dành cho sinh
viên trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) tại
Ivrea, Italy. Vào thời điểm đó các sinh viên sử dụng một "BASIC Stamp" (con
tem Cơ Bản) có giá khoảng $100, xem như giá dành cho sinh viên. Massimo
Banzi, một trong những người sáng lập, giảng dạy tại Ivrea. Cái tên

"Arduino" đến từ một quán bar tại Ivrea, nơi một vài nhà sáng lập của dự án
này thường xuyên gặp mặt. Bản thân quán bar này có được lấy tên là Arduino,
Bá tước của Ivrea, và là vua của Italy từ năm 1002 đến 1014.[3]
Lý thuyết phần cứng được đóng góp bởi một sinh viên người Colombia
tên là Hernando Barragan. Sau khi nền tảng Wiring hoàn thành, các nhà
nghiên cứu đã làm việc với nhau để giúp nó nhẹ hơn, rẻ hơn, và khả dụng đối
với cộng đồng mã nguồn mở. Trường này cuối cùng bị đóng cửa, vì vậy các
nhà nghiên cứu, một trong số đó là David Cuarlielles, đã phổ biến ý tưởng
này.[3]
2.2 Một số loại arduino trên thị trường
2.2.1 Arduino Uno R3
Đây là loại linh hoạt và phổ biến nhất trong tất cả các bảng, với kích
thước trung bình cho phép nó được đặt trong hầu hết mọi không gian. Thoạt
17


nhìn có vẻ đơn giản, nhưng nó có một số lượng mô-đun mở rộng (như môđun mở rộng Wi-Fi, Bluetooth và I / O bảng), cho phép chúng ta có những gì
chúng ta cần khi chúng ta cần (chỉ trong thời gian). Điều này làm cho nó là
một vi điều khiển rất linh hoạt. Nó có sự hỗ trợ lớn hơn từ các nhà phát triển
hơn bất kỳ ai khác hội đồng quản trị trên thị trường hiện nay.[1]_(trang 65)

Hình 2. 1 Arduino UNO (Fritzing tool).[1]
Arduino UNO có 13 cổng kỹ thuật số, 6 cổng analog, 5V và cổng 3,3 V.
Bên cạnh đó, gắn kết Chip ATMEGA328 có thể thay thế, đây là một tính năng
quan trọng cho tương lai có thể sửa đổi hoặc để sửa chữa.[1]_(trang 65)

18


2.2.2 Arduino Pro Mini ( là board Arduino rất nhỏ, sử dụng chip

ATmega328 SMD)

Hình 2. 2 Arduino Pro Mini
Đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng thực tế địi hỏi sự gọn gàng.
Board Arduino Pro Mini 5V 16MHz mặc định sử dụng nguồn 5V và IC
ATmega328 chạy ở xung nhịp 16MHZ. Tuy nhiên trên board có sẵn ngõ vào
RAW để cấp nguồn thông qua mạch điều áp. Nguồn vào cho ngõ RAW có thể
từ 3.3V - 12V (max 12V).[5]_(trang 10)
- RAW: cấp nguồn thông qua mạch điều áp
- Vcc: cấp nguồn 5V hoặc 3.3V (Lưu ý: nguồn > 5.5V sẽ gây hỏng IC)
Vì sử dụng chung dịng chip ATmega328 nên việc lập trình và thiết kế
ứng dụng hồn tồn tương tự board Arduino Uno R3. Ngồi ra có 1 sự khác
biệt nhỏ là board Arduino Pro Mini có tới 8 cổng analog (thay vì 6 như trên
Arduino Uno R3). Trong đó 2 ngõ analog A6,A7 khơng thể xuất tín hiệu
digital Arduino Pro Mini khơng có sẵn giao tiếp USB.[5]_(trang 10)
Điều này có nghĩa là bạn khơng thể cắm trực tiếp board Arduino Pro
Mini vào máy tính như Arduino Mega 2560, Arduino Uno R3, Arduino Nano.
Nếu bạn cần 1 board arduino kích thước nhỏ, có sẵn cổng USB để kết
nối với máy tính thì Arduino Nano là sự lựa chọn thích hợp hơn là Arduino
Pro Mini.
19


Tuy nhiên bạn có thể dễ dàng sử dụng board Arduino Uno R3 sẵn có của
mình để lập trình cho Arduino Pro Mini.
2.2.3 Arduino Mega 2560

Hình 2. 3 Arduino Mega 2560
Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trước giờ vì khơng sử
dụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý. Thay vào đó, nó

sử dụng ATmega16U2 lập trình như là một cơng cụ chuyển đổi tín hiệu từ
USB. Ngồi ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ
khác số lượng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên các bạn vẫn có thể
lập trình cho con vi điều khiển này bằng chương trình lập trình cho Arduino
Uno R3.[5]_(trang 16)
2.2.4 Arduino nano ( Nhỏ, tiện lợi, mang trên mình tinh hoa của Arduino
Uno)
Khi chúng ta tiếp xúc với Arduino Nano, đó là sự tiện dụng, đơn giản, có
thể lập trình trực tiếp bằng máy tính (như UNO R3) và đặc biệt hơn cả đó là
kích thước của nó. Kích thước của Arduino Nano cực kì nhỏ chỉ tương đương
đồng 2 nghìn gấp lại 2 lần (1.85cm x 4.3cm), rất thích hợp cho những người
mới học, vì giá rẻ hơn Arduino Uno nhưng dùng được tất cả các thư viện của
mạch này.

20


Hình 2. 4 Arduino nano .[6]
Trong đề tài này em sử dụng arduino nano nên sẽ tìm hiểu kĩ hơn về nó.
2.2.4.1 Sơ đồ ngun lý

Hình 2. 5 Sơ đồ khối xử lý trung tâm
21


Vi điều khiển
Điện áp hoạt động
Tần số hoạt động
Dòng tiêu thụ
Điện áp vào khuyên dùng

Điện áp vào giới hạn
Số chân Digital I/O
Số chân Analog
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O
Dòng ra tối đa (5V)
Dòng ra tối đa (3.3V)
Bộ nhớ flash

Atmega328P (họ 8 bit)
5V – DC
16 MHz
30 mA
7-12 – DC
6-20V – DC
14 (6 chân PWM)
8 (độ phân giải 10 bit)
40 mA
500 mA
50 mA
32 KB (Atmega328P) với 2KB dùng
bởi boothloader
SRAM
2 KB (Atmega328P)
EEPROM
1 KB (Atmega328P)
Kích thước
1.85cm × 4.3cm
Hình 2. 6 Một vài thơng số của Arduino nano. [5]_(trang 14)
Các thông số kĩ thuật của Arduino Nano hầu như giống hồn arduino uno
r3, vì vậy các thư viện trên Arduino Uno đều hoạt động tốt trên Arduino Uno.

Tuy nhiên, ở Nano có một lợi thế cực kì quan trọng, nhờ đó Arduino Nano đã
được ứng dụng rất nhiều trong các dự án DIY, đó chính là kích thước của nó.
Đồng thời Nano cịn số lượng chân Analog nhiều hơn Uno (2 chân A6, A7 chỉ
dùng để đọc) cùng với dùng ra tối đa của mỗi chân IO lên đến 40mA. Nhưng,
có một điểm trừ nhẹ cho Nano, đó là mạch này Nano cần đến 2KB bộ nhớ
cho bootloader (ở Uno là 0.5KB). Tuy nhiên cịn đến tận 30KB bộ nhớ flash
để lập trình, để dùng hết được 30KB này với tơi, đó là cả một vấn đề lập trình.
2.2.4.2 Cổng kết nối với Arduino Nano
Khác với Arduino Nano sử dụng cổng USB type B, Nano lại sử dụng
một cổng nhỏ hơn có tên là mini USB. Vì sử dụng cổng này nên kích thước
board (về chiều cao) cũng giảm đi khá nhiều, ngoài ra bạn có thể lập trình
thẳng trực tiếp cho Nano từ máy tính điều này tạo nhiều điện thuận lợi cho
người mới.

22


2.2.4.3 Lập trình cho Arduino Nano
Cũng tương tự như bên Arduino Uno R3 , Arduino Nano sử dụng
chương trình Arduino IDE để lập trình, và ngơn ngữ lập trình cho Arduino
cũng tên là Arduino và được xây dựng trên ngôn ngữ C.
2.2.4.4 Giới thiệu cấu trúc phần cứng Atmega328P
Atmega328P là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel
thuộc họ MegaAVR có sức mạnh hơn hẳn Atmega8. Atmega 328P là một bộ
vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 32KB ISP
flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, 1KB EEPROM, một bộ nhớ RAM vô
cùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bít (2KB SRAM).[7]
Với 23 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra I/O, 32 thanh
ghi, 3 bộ timer/counter có thể lập trình, có các gắt nội và ngoại (2 lệnh trên
một vector ngắt), giao thức truyền thơng nối tiếp USART. Ngồi ra có thể sử

dụng bộ biến đổi số tương tự 10 bít (ADC/DAC) mở rộng tới 8 kênh, khả
năng lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử
dụng tới 6 kênh điều chế độ rộng xung (PWM), hỗ trợ bootloader.

23

Hình 2. 7 Sơ đồ chân atmega328p.[7]


2.2.4.5 Nhiệm vụ của vi điều khiển atmega328p
Trên Arduino, vi điều khiển là thành phần chính thực hiện tất cả công
việc. Khi một bản phác thảo Arduino được tải vào Arduino, nó thực sự được
nạp vào bộ nhớ bên trong chip vi điều khiển. Sau đó, vi điều khiển chạy hoặc
thực hiện bản phác thảo khi Arduino được cấp nguồn hoặc thiết lập lại sau khi
lập trình.
2.2.4.6 Ứng dụng arduino nano
Với kích thước vơ cùng nhỏ gọn giá thành thấp và khả năng tương tự
như Arduino Uno, bạn có thể ứng dụng nó trong các dự án u cầu kích thước
nhỏ và khối lượng nhẹ, chẳng hạn như:

Hình 2. 8 Xe tăng mini [6]
2.3 Giới thiệu Module Sim 800L
2.3.1 Tổng quan về module sim 800L
Module SIM800L GSM / GPRS là một module GSM thu nhỏ, có thể
được tích hợp vào các dự án IoT khác nhau. Bạn có thể sử dụng module này
để thực hiện hầu hết mọi thứ mà một chiếc điện thoại di động bình thường có
thể làm: Tin nhắn văn bản SMS, thực hiện hoặc nhận các cuộc gọi điện thoại,
24

kết nối với internet thông qua GPRS (2G), TCP / IP,… Trên hết, module
SIM800L hỗ trợ mạng GSM / GPRS bốn băng tần, có nghĩa là nó hoạt động
được ở nhiều loại mạng khác nhau ở các quốc tra khác nhau trên thế giới.

Hình 2. 9 Module Sim 800L [8]
Trung tâm của module là chip SIM800L GSM của SimCom. Điện áp
hoạt động của chip là từ 3,4V đến 4,4V, tương thích trực tiếp với pin LiPo.

Hình 2. 10 Mặt trước Module Sim 800L
Tất cả các chân tín hiệu chính của GSM SIM800L được nối ra header
nên bạn có thể dễ dàng cấp nguồn và điều khiển module thông qua UART.
Module hỗ trợ baudrate từ 1200bps đến 115200bps với việc tự động điều
chỉnh baudrate phù hợp.
Module cần một ăng-ten ngoài để kết nối với mạng di động. Các module
đã đi kèm với một ăng-ten xoắn ốc được kết nối trực tiếp đến chân NET trên
25