NGHIÊN cứu THIẾT kế, CHẾ tạo MODULE điều KHIỂN đa THIẾT bị QUA SÓNG RADIO sử DỤNG MODULE NRF24L01+

BÔVVVDVDKVKDKVDK

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
---------------------

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2021

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MODULE ĐIỀU KHIỂN

ĐA THIẾT BỊ QUA SÓNG RADIO SỬ DỤNG MODULE NRF24L01+
SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI:
1. TRẦN VĂN KHỞI (CƠ ĐIỆN TỬ 2 K59)
2. NGUYỄN VĂN THỨC (CƠ ĐIỆN TỬ 2 K59)
3. ĐẶNG XUÂN LONG (CƠ ĐIỆN TỬ 2 K60)
4. PHẠM MẠNH TIẾN (CƠ ĐIỆN TỬ 2 K60)

NGƯỜI HƯỚNG DẪN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC:
GIẢNG VIÊN: THS. TRỊNH TUẤN DƯƠNG

Hà Nội – 2021


MỤC LỤC
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MODULE ĐIỀU KHIỂN
ĐA THIẾT BỊ QUA SÓNG RADIO SỬ DỤNG MODULE NRF24L01+...... 1
SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI: .................................................................... 1
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 4
LỜI CẢM ƠN....................................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ................................................................................ 3

1.1Tổng quan ...................................................................................................... 3
1.1.1 Lí do chọn đề tài ..................................................................................... 3
1.1.2 Nội dung thực hiện................................................................................. 3
1.2

Sóng RF (Radio Frequency) và cách thức truyền tín hiệu .......................... 4

1.2.1 Sóng RF.................................................................................................. 4
1.2.2 Cách thức truyền tín hiệu....................................................................... 6
Như đã tìm hiểu ở trên, ta đã nắm được sóng vơ tuyến là gì ? "Vậy sóng vơ
tuyến hoạt động ra sao?". Trong điện tử, một môi trường con người không tiếp
xúc trực tiếp được mà phải tiếp xúc với nó thơng qua dịng diện.Vì vậy, ta sẽ
tạo sóng bằng điện. .......................................................................................... 6
1.2.2.1 Phân loại theo phương thức lan truyền............................................. 6
1.2.3 Cấu tạo nguyên lý và ưu nhược điểm của mạch thu phát sóng RF....... 8
1.2.3.1 Mạch phát sóng RF .......................................................................... 8
1.2.3.2 Mạch thu sóng RF .......................................................................... 10
1.2.3.3 Ưu điểm và hạn chế của mạch thu sóng RF .................................... 12
1.2.4

Phương pháp tạo ra sóng RF ........................................................... 12

1.2.5

Ứng dụng của sóng RF ..................................................................... 13

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN LINH KIỆN LẮP RÁP ....................................... 14
2.1 Module NRF24l01+ .................................................................................... 14
2.1.1 Giới thiệu Module NRF24L01+ ............................................................ 14
2.1.2 Thông số kỹ thuật của module NRF24L01+ ........................................ 14

2.1.3 Sơ đồ khối của module NRF24L01+ .................................................... 16
_ Radio.............................................................................................................. 16
2.1.4 Chức năng tổng quát của module NRF24L01+ ..................................... 17
2.1.5 Các đặc điểm hoạt động ........................................................................ 19


Sau quá trình khảo sát về module BRF24L01+ ta nhận thấy module này có
những đặc điểm sau:.......................................................................................... 19
2.1.6 Các ứng dụng tiêu biểu.......................................................................... 19
2.2 Arduno Uno R3 ........................................................................................... 20
Board mạch Arduino Uno R3 là một board vi điều khiển được sử dụng rộng rãi
nhờ vào đặc điểm thân thiện với người sử dụng, cấu hình mạnh và dễ dàng ứng
dụng trong việc thử nghiệm, phát triển sản phẩm. ............................................. 20
2.4.1

Đặc điểm kỹ thuật của Arduno Uno ................................................. 20

2.4.3 Một số ứng dụng của Arduino Uno........................................................ 22
2.5 Tay cầm điều khiển ................................................................................... 22
2.6 Module Relay .............................................................................................. 25
2.6.1 Khái quát chung về Relay (Rơ-le) ........................................................ 25
2.6.2 Cấu tạo của Relay ................................................................................. 25
2.6.3 Cách sử dụng Relay ............................................................................. 26
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ...................................... 28
3.1 Sơ đồ khối chung của ổ cắm ........................................................................ 28
3.2 Chức năng của khối ..................................................................................... 28
3.3

Thiết kế ổ cắm ........................................................................................ 29

Hình 3.8 Sản phẩm hồn chỉnh .......................................................................... 31
3.4 Thiết kế tay cầm điều khiển......................................................................... 31
Hình 3.9 Sản phẩm tay cầm hoàn thiện ............................................................. 32
KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM ................. 33


LỜI NĨI ĐẦU

Khoa học ngày càng đóng vai trị quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát
triển và tiến bộ của con người. Những phương thức truyển đạt thông tin khơng chỉ
dừng lại ở các thiết bị có dây và điều khiển trực tiếp ở khoảng cách gần mà đã có
những bước nhảy vọt trong lĩnh vực khơng dây. Một trong những ứng dụng của
truyền đạt thông tin không dây đó là truyền tín hiệu qua sóng RF. Sóng RF nghe có
vẻ hơi xạ là nhưng nó lại hiện hữu trong đời sống hàng ngày của mỗi chúng ta.
Đài Radio, điện thoại di động…. là những thí dụ sinh động của sóng RF mà ta có
thể dễ dàng bắt gặp. Trong thời đại cơng nghệ 4.0 địi hỏi mọi thứ phải thơng minh
hơn, linh hoạt dễ sử dụng và có tính tương tác cao với con người. Và sự kết hợp
giữa mạch RF và một thiết bị có tính gần gũi như ổ điện là một ý tưởng tuyệt vời.
Đề tài “Chế tạo Module điều khiển đa thiết bị thông qua sóng Radio sử dụng mạch
NRF24L01” mà nhóm em đang thực hiện chính là sự kết hợp đó, với mong muốn
tìm hiểu và phát triển một sản phẩm cơng nghệ có tính ứng dụng cao trong cuộc
sống.


LỜI CẢM ƠN
Đề tài được thực hiện trong khoảng thời gian đại dịch Covid-19 diễn ra vô
cùng phức tạp, mọi hoạt động học tập đều bị gián đoạn. Các thành viên trong nhóm
phải trao đổi thảo luận từ xa. Đó là trở ngại nhưng cùng là cơ hội để các thành viên
trong nhóm chứng minh được sự tâm huyết của mình với đề tài và đã hồn thành
đúng tiến độ đã đề ra. Để thực hiện đề tài các thành viên trong nhóm đã liên tục

tìm tịi tham khảo nhiều nguồn, tài liệu trên Internet để có được thành quả như
ngày hôm nay. Cảm ơn tất cả các thành viên đã đồn kết, làm tốt nhiệm vụ của
mình đồng thời đóng góp cho lợi ích chung của cả nhóm.
Cả nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Trịnh Tuấn Dương đã ln
giám sát, góp ý, cũng như có những lời khuyên chân thành để sản phẩm của nhóm
được hồn thiện.
Tuy sản phẩm đã hồn thiện, song khơng tránh khỏi được những thiếu sót,
chúng em rất mong nhận được sự góp ý từ các thầy/cơ để sản phẩm được hồn
thiện hơn.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày 02 tháng 08 năm 2021
Sinh viên đại diện
Thức
Nguyễn Văn Thức


DANH MỤC CÁC HÌNH
STT

Chú thích

Trang

Hình 1.1

Sóng vơ tuyến ( hình minh họa )

7

Hình 1.2

Mạch phát sóng RF

9

Hình 1.3

Sơ đồ khối mạch phát sóng RF

9

Hình 1.4

Mạch thu sóng RF

10

Hình 1.5

Sơ đồ khối mạch thu sóng RF

11

Hình 2.1

Module NRF24L01+

14

Hình 2.2

Sơ đồ khối module NRF24L01+

16

Hình 2.3

Sơ đồ phần cứng module NRF24L01+

19

Hình 2.7

Board mạch Arduino Uno R3

25

Hình 2.8

Arduino Joystick Shield

31

Hình 2.9

Sơ đồ chân kết nối Arduino Joystick Shield

32

Hình 2.10

Module relay kích thích ở mức thấp

33

Hình 2.11

Chân relay

34

Hình 3.1

Sơ đồ khối chung của thiết bị

36

Hình 3.2

Sơ đồ mạch nguyên lý tay cầm

37

Hình 3.3

Sản phẩm tay cầm điều khiển

38

Hình 3.4

Sơ đồ mạch nguyên lý của ổ cắm

39

Hình 3.5

Kết quả hồn thiện mạch ổ cắm

40

Hình 3.6

Sản phẩm ổ cắm hồn chỉnh

40

Hình 3.7

Sản phẩm hồn chỉnh

41

1


DANH MỤC CÁC BẢNG
STT

Chú thích

Trang

Bảng
1.1

Phân loại sóng RF theo tần số

4,5,6

Bảng
1.2

So sánh ưu nhược điểm của mạch thu phát RF với phương thức
truyền bằng bluetooth và internet

12

Bảng
2.1

Chức năng các chân module NRF24L01+

17,18

Bảng
2.4

Thông số kĩ thuật Arduino Uno R3

26

Bảng
2.5

Chức năng các chân của Arduino Uno R3

28,29

2


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1Tổng quan
1.1.1 Lí do chọn đề tài
Bằng việc tích hợp mạch NRF24L01+ ta đã biến ổ cắm bình thường thành
một chiếc ổ cắm thơng minh với khả năng tương tác với mọi thiết bị, cho phép
chúng ta điều khiển mọi thiết bị điện từ xa trong phạm vi 10-15m. Thử tưởng
tượng thay vì cầm một đống Remote của máy lạnh, quạt, tivi, ... thì ta chỉ cẩm 1
chiếc remote điều khiển ổ cắm thông minh giúp ta dễ dàng quản lý các thiết bị điện
trong gia đình từ đó có thể giảm thiểu tối đa chi phí điện hàng tháng. Hơn thế nữa
sản phẩm này vô cùng hữu dụng với những bậc cha mẹ muốn điều khiển các thiết
bị điện trong phịng con cái. Khơng ít trường hợp trẻ lén xem tivi, chơi
game…muộn mà không chịu đi ngủ thì với ổ cắm thơng minh các bậc phụ huynh
có tồn quyển vơ hiệu hóa tồn bộ để trẻ có thể ngủ đúng giờ. Từ những vấn đề
thực tiễn phát sinh với mong muốn đưa ra một giải pháp tốt nhất, nhóm em đã
quyết định chọn và nghiên cứu ổ cắm thông minh.
Với đề tài này chúng ta xác định mục tiêu là khả năng điều khiển các thiết bị
điện từ xa của ổ cắm. Yêu cầu đặt ra cho ổ cắm này gồm các tiêu chí:
- Khả năng phản hồi nhanh các thao tác.

- Tính an tồn của thiết bị - đã là thiết bị điện thì yếu tố an tồn phải được
đặt lên hàng đầu.
- Tính thẩm mỹ - một thiết bị dù có tiện lợi đến mấy nhưng khơng có tính
thẩm mỹ thì cũng là một sự thất bại đối với đội ngũ thiết kế.
- Độ bền cao - Với một thiết bị điện thì độ bền là một yếu tố quan trọng
không kém.

1.1.2 Nội dung thực hiện
Sử dụng các kiến thức đã học để tìm hiểu, xây dựng cấu trúc hoạt động
phần cứng ổ cắm cũng như tay cầm, viết phần mềm điều khiển cho thiết bị.
- Tiến hành thiết lập sơ đồ khối hệ thống.
- Thực hiện lắp đặt phần cứng và viết nạp code theo yêu cầu chức năng
3


1.2 Sóng RF (Radio Frequency) và cách thức truyền tín hiệu
1.2.1 Sóng RF
Sóng RF (Radio Frequency) hay tần số vơ tuyến là sóng điện từ có dải tần số
trong khoảng 3 kHz tới tới 300 GHz. Nhờ có năng lượng lớn, truyền đi rất xa nên
sóng RF được ứng dụng rất nhiều trong truyền thông vô tuyến. Giống như các sóng
điện từ khác, sóng RF được truyền đi với vận tốc ánh sáng (v = 300,000,000km/s).
Các tần số khác nhau của sóng vơ tuyến có đặc tính truyền lan khác nhau trong
khí quyển, sóng ngắn nhờ phản xạ từ tầng điện ly nên có thể truyền xa, sóng dài
được truyền theo đường cong trái đất. Thông qua bảng phân loại sau ta có thể hiểu
rõ hơn về sóng RF:

Tần số
30 – 300Hz

Bước sóng

10^4 km10^3 km

Tên gọi
Tần số cực
kì thấp

Kí hiệu
ELF

300 –
3000Hz

10^3km –
100km

Tần số thoại

VF

3 – 30 kHz

100km –
10km

Tần số rất
thấp

VLF

30 – 300

kHz

10km – 1km

Tần số thấp

LF

1km – 100m Tần số trung
bình

MF

300kHZ –
3 MHz

4

Cơng dụng
Chứa tần số điện
mạng xoay chiều,
các tín hiệu đo
lường từ xa tần thấp
Chứa các tần số
kênh thoại tiêu
chuẩn
Chứa phần trên của
dải nghe được của
tiếng nói. Dùng cho
hệ thống an ninh

quân sự, chuyên
dụng, thông tin
dưới nước ( tàu
ngầm ).
Dùng cho dẫn
đường hàng hải và
hàng không.
Dùng cho phát
thanh thương mại
sóng trung (535 –


1605 kHz). Cũng
được dùng cho
đường dẫn hang hải
và hang không.
Dùng trong thơng
tin vơ tuyến 2 chiều
với mục đích thơng
tin ở cự ly xa xuyên
lục địa, liên lạc
hàng hải, hàng
không, nghiệp dư,
phát thanh quảng
bá…

3 – 30 MHz

100m - 10m

Tần số cao

HF

30 – 300
MHz

10m – 1m

Tần số rất
cao

VHF

Dùng cho vô tuyến
di động, thông tin
hàng hải và hàng
không, phát thanh
FM thương mại (
88 đến 108 MHZ) ,
truyền hình thương
mại ( kênh 2 đến 12
tần số từ 54 – 216
MHz).

300 MHz –
3 GHz

1m – 10cm

Tần số cực
cao

UHF

Dùng cho các kênh
truyền hình thương
mại từ kênh 14 đến

5


3 – 30 GHz

10cm – 1cm

Tần số siêu
cao

SHF

30 – 300
GHz

1 cm – 1mm

Tần số cực
kỳ cao

EHF

kênh 83, các dịch
vụ thông tin di
động mặt đất, di
động tế bào, một số
hệ thống radar và
dẫn đường, hệ
thống viba và vệ
tinh.
Dùng cho các kênh
truyền hình thương
mại từ kênh 14 đến
kênh 83, các dịch
vụ thơng tin di
động mặt đất, di
động tế bào, một số
hệ thống radar và
dẫn đường, hệ
thống viba và vệ
tinh
Ít sử dụng trong
thơng tin vơ tuyến

Bảng 1.1 Phân loại sóng RF theo tần số
1.2.2 Cách thức truyền tín hiệu
Như đã tìm hiểu ở trên, ta đã nắm được sóng vơ tuyến là gì ? "Vậy sóng vơ tuyến
hoạt động ra sao?". Trong điện tử, một môi trường con người không tiếp xúc trực
tiếp được mà phải tiếp xúc với nó thơng qua dịng diện.Vì vậy, ta sẽ tạo sóng bằng
điện.
Vậy, nó gửi tín hiệu như thế nào? Đơn giản thôi, ta hãy xem rằng, khi sử

dụng module phát sóng thì mọi dữ liệu của chúng ta sẽ được chuyển thành tín hiệu
điện và sẽ được gửi đi trong không trung thông qua anten.
1.2.2.1 Phân loại theo phương thức lan truyền
6


Các sóng bức xạ từ điểm phát có thể đến được các điểm thu theo những
đường khác nhau.
 Sóng mặt đất: Các sóng truyền lan dọc theo bề mặt trái đất (sóng bề
mặt ).
 Sóng điện li: Các sóng đi tới các lớp riêng biệt của tầng ion và phản
xạ lại nơi được gọi (sóng trời).
 Sóng khơng gian gồm: Sóng trực tiếp và phản xạ từ mặt đất
 Sóng truyền trong thông tin viba là phương truyền thẳng.
Trong thực tế hiện nay thường tính tốn tối ưu độ cao anten ứng với R =
50km. Do đó để đảm bảo thơng tin một cách chắc chắn và tin cậy thì anten của
thiết bị thu và anten của thiết bị phát phải nhìn thấy nhau, do bề mặt Trái Đất có độ
cong nhất định và địa hình phức tạp nên mơi trường truyền dẫn đến thơng tin trong
tầm nhìn phẳng. Để tăng cự li liên lạc thì tăng độ cao anten, thiết lập các trạm
trung gian có chức năng chuyển tiếp.
Chức năng của trạm chuyển tiếp là: Thực hiện chức năng khuếch đại để
bù đắp suy hao trên đường truyền sau đó, nó phát đi đến trạm trung gian kế tiếp để
chuyển tiếp tình trạng trung gian là anten phát và anten thu đặt gần nhau.

Hình 1.1 Sóng vơ tuyến (hình minh họa)
Vậy làm sao, chúng ta thu được tín hiệu sóng vơ tuyến? Sóng vơ tuyến
được truyền vào khơng trung, và càng đi xa nó càng rộng, vì vậy nó sẽ càng yếu đi.
7

Để thu được sóng vơ tuyến, ta cần phải có một mạch thu sóng. Ăn ten của mạch
thu sẽ dựa vào những dao động của sóng vơ tuyến để tạo thành tín hiệu điện mà
điện tử có thể hiểu được rồi từ đó dịch mã ra các giá trị.
Nếu như vậy lỡ có nhiều mạch phát và nhiều mạch thu thì sao, lúc này sẽ
có chuyện gì xảy ra? Sóng có nhiều đại lượng đặc trưng cơ bản, trong đó có một
đại lượng và bạn đã từng rất nhiều lần nghe qua, đó là tần số. Tần số nghĩa là số
lần dao động trong 1 giây. Đại lượng này đặc trưng duy nhất cho mỗi mạch thu /
phát sóng, nghĩa là mỗi mạch chỉ có thể truyền phát lẫn nhau khi nó cũng tần số.
Ví dụ như xe điều khiển từ xa có tần số mạch phát = tần số mạch thu = 27MHz.
Tần số trong truyền sóng thường rất lớn (từ 27Mhz - 5GHz) nên có rất nhiều tần số
thoải mái cho bạn lựa chọn.
Kết luận: Để truyền phát thơng tin qua sóng vơ tuyến chúng ta cần 2
module: 1 là thu, và 2 là phát. Tuỳ thuộc vào ứng dụng của ta mà ta lựa chọn tần số
cho phù hợp. Những module có tần số cao thường truyền rất xa nhưng khơng
"xun tường" được, trong khi đó các loại có tần số thấp hơn thì lại xun tường
tốt.
Ví dụ: Bộ phát sóng Wifi mới nhất ở tần số 5GHZ truyền rất là xa (vài
km) nhưng lại xuyên tường cực yếu, còn bộ phát Wifi ở tần số 2.4GHz thì
lại có khoảng cách thu sóng ổn định gần hơn nhưng xuyên tường tốt, ...

1.2.3 Cấu tạo nguyên lý và ưu nhược điểm của mạch thu phát sóng RF
1.2.3.1 Mạch phát sóng RF

8


Hình 1.2 Mạch phát sóng RF
Ngun lý làm việc của mạch phát sóng RF:
Tín hiệu đi ra từ vi điều khiển sau đó được lọc nhiễu và tiến hành mã hóa, để
có thể truyền đi xa phải kết hợp với sóng có năng lượng cao. Chính vì vậy người ta

đã dùng một mạch dao động LC để tạo ra sóng điện từ có tần số ổn định để làm
sóng mang tín hiệu đi xa và sau đó qua một mạch khuếch đại, cuối cùng sóng
mang được phát vào mơi trường xung quanh nhờ 1 anten.

Phát
Phlệnh
điều khiển

Mã hóa

Điều
chế

Dao động
cao tần
9

Khuếch
đại cao
tần


Hình 1.3 Sơ đồ khối mạch phát sóng RF
Chức năng các khối:
- Khối phát lệnh điều khiển: dùng các phím để phát lệnh điều khiển theo
phương thức ma trận phím hay từng phím nhấn riêng lẻ.
- Khối mã hóa: biến đổi sóng dao động điện được tạo ra từ bàn phím lệnh
thành sóng điện từ có tần số đặc trưng cho lệnh điều khiển tương ứng.
- Khối dao động cao tần: Tần dao động bên trong máy phát, có nhiệm vụ làm
sóng mang để chuyển chờ tín hiệu điều khiển trong khơng gian.

- Khối điều chế: phối hợp hai tín hiệu dao động lại với nhau theo các phương
pháp khác nhau, tùy theo đặc điểm của hệ thống thu phát mà có các kiểu
điều chế khác nhau.
- Khối khuếch đại cao tần: khuếch đại biên độ tín hiệu nhằm tăng cường cơng
suất bức xạ sóng điện từ.
1.2.3.2 Mạch thu sóng RF

Hình 1.3 Mạch thu sóng RF
Ngun lý làm việc của mạch thu sóng RF:

10


Sóng mang sau khi được phát ra vào mơi trường xung quanh thì trong khơng
gian cùng tồn tại nhiều sóng có tần số khác nhau. Nhờ có mạch giao động mà khi
tín hiệu gửi đi từ bộ phát sóng RF có cùng tần số sẽ xảy ra cộng hưởng làm biên độ
và pha có giá trị lớn sau đó nó được đưa qua 1 mạch lọc để tách sóng rồi được lọc
nhiễu và mã hóa trước khi đưa tín hiệu vào vi điều khiển.

Khuếch
đại cao tần

Tách sóng

Trộn tần

Dao động
nội

Thiết bị

Giải mã

Lệnh điều
khiển

Hình 1.4 Sơ đồ khối mạch thu sóng RF

Chức năng các khối:
- Khối khuếch đại cao tần: khuếch đại biên độ tín hiệu cao tần vừa thu
được từ anten để bù lại năng lượng của sóng điện từ bị tiêu hao khi lan
truyền trong môi trường.
- Khối dao động nội: là dao động cao tần hình sin biến đổi năng lượng dao
động thành một chiều thành xoay chiều có tần số yêu cầu. Khối dao động
nội là dao động tự kích có tần số ổn định cao.
- Khối tách sóng: có nhiệm vụ triệt tiêu sóng mang cao tần, phục hồi lại tín
hiệu điều khiển.
- Khối giải mã: nhận biết tín hiệu vừa phát đi để phát ra lệnh đúng tác động
đúng thiết bị cần điều khiển.
11


- Khối lệnh điều khiển: gồm các mạch động lực, đóng ngắt nguồn cho thiết
bị hay điều khiển chức năng thiết bị đã được đặt trước.

1.2.3.3 Ưu điểm và hạn chế của mạch thu sóng RF

Tên
module(
ví dụ)

Hình
ảnh

Ưu
điểm

Nhược
điểm

RF
433 MHz

- Khơng cần
internet
- Khoảng cách
tương đối lớn
( trăm –
nghìn mét )
- Khoảng cách
giới hạn

Bluetooth
HC – 06

- Nhiều thiết
bị di động
tích hợp sẵn
bluetooh
- Khơng cần
internet

- Khoảng cách
thu phát
ngắn

Internet
HF – EP21

- Không bị giới hạn
về khoảng cách
- Dễ tích hợp để tạo
nên hệ IoT

- Phụ thuộc vào
đường truyền
internet, có thể
khơng ổn định

Bảng 1.2 So sánh ưu nhược điểm của mạch thu phát RF với phương thức truyền
bằng bluetooth và internet
1.2.4 Phương pháp tạo ra sóng RF

Để có sóng RF trong điều khiển vơ tuyến, khởi đầu người ta dùng mạch dao
động cộng hưởng LC được kết nối bởi một cuộn dây và một tụ điện. Khi mạch LC
bị kích thích, trong cuộn dây sẽ xuất hiện từ trường và trong tụ điện sẽ xuất hiện từ
12


trường. Khi vào trạng thái cộng hưởng, từ trường trong cuộn dây L và điện trường
trong tụ điện C sẽ kết hợp tạo ra dạng sóng điện từ trường. Dùng dây anten phù
hợp cho việc phát sóng trong mạch LC vào khơng gian, đến đây sóng RF dùng cho

cơng việc điều khiển vô tuyến đã được tạo ra. Dùng mạch cộng hưởng LC tạo sóng
mang có tần số lớn, sau đó tạo ra các mã lệnh điều khiển, gắn với các mã lệnh điều
khiển này vào sóng mang bằng các phương pháp điều chế rồi phát chúng vào
không gian.

1.2.5 Ứng dụng của sóng RF
Trong thẩm mỹ: xóa nhăn, đánh bay mỡ, đẩy lùi q trình lão hóa mà khơng
ảnh hưởng đến cấu trúc da, giúp da trắng sáng đều và mịn màng.
Trong y khoa: sóng RF được ứng dụng trong việc xét nghiệm và tìm ra
ngun nhân bệnh lí viêm đa khớp dạng thấp. Những kết quả mà sóng RF mang lại
thường chính xác tuyệt đối giúp bác sĩ có những can thiệp kịp thời trong q trình
điều trị.
Trong vơ tuyến truyền hình: sóng RF được sử dụng rất nhiều trong vơ tuyến
điện, phát sóng hình ảnh, âm thanh truyền hình.

13


Hình 2

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN LINH KIỆN LẮP RÁP
2.1 Module NRF24l01+
2.1.1 Giới thiệu Module NRF24L01+
Module NRF24L01 là một module truyền nhận dữ liệu nâng cao với khả
năng kết nối point-to-point (2 node mạng), hoặc network (mạng lưới nhiều node
mạng), sử dụng sóng radio 2.4GHz. Khoảng cách đạt được của module không
khuếch đại công suất trong không gian không vật cản là 100m và của module có
khuếch đại cơng suất lên tới 1km.
Có khả năng truyền tín hiệu 2 chiều. Tức là một module vừa có thể là
transmitter vừa có thể là receiver. Khác biệt so với loại 433Mhz là phải có 2

module riêng biệt. Module hoạt động ở 3.3V do đó có thể dễ dàng sử dụng với hệ
thống 3.2V hoặc hệ thống 5V.

Hình 2.1 Module NRF24L01+
2.1.2 Thơng số kỹ thuật của module NRF24L01+
Đến với cấu hình chân của Mơ-đun thu phát nRF24L01, nó có 8 chân. Chúng là
VCC, GND, MOSI, MISO, SCK, IRQ, CE và CSN.


VCC: Chân cấp nguồn. Chỉ có 3,3V phải được đưa ra.



GND: chân GND của bộ nguồn.



SCK: Chân đồng hồ SPI.
14




MOSI: Chân đầu vào dữ liệu SPI Slave.



MISO: Chân đầu ra dữ liệu SPI Slave.



IRQ: Chân ngắt hoạt động THẤP.



CE: Pin cho phép chip.



CSN: SPI Chip Chọn Pin.

Ta sẽ đi tìm hiểu sâu hơn về phần cứng của mạch nRF24L01+ :
Tần số vô tuyến
Mô-đun thu phát NRF24L01 + được thiết kế để hoạt động ở băng tần ISM
toàn cầu 2,4 GHz và sử dụng điều chế GFSK để truyền dữ liệu. Tốc độ truyền dữ
liệu có thể là 250kbps, 1Mbps và 2Mbps.
“Băng tần ISM 2,4 GHz là gì?
Băng tần 2,4 GHz là một trong các băng tần Công nghiệp, Khoa học và Y tế
(ISM) được quốc tế dành riêng cho việc sử dụng các thiết bị công suất thấp chưa
được cấp phép. Ví dụ như điện thoại khơng dây, thiết bị Bluetooth, thiết bị giao
tiếp trường gần (NFC) và mạng máy tính khơng dây (WiFi) đều sử dụng tần số
ISM.”

Sự tiêu thụ năng lượng
Điện áp hoạt động của mô-đun là từ 1,9 đến 3,6V , nhưng tin tốt là các chân
logic có khả năng chịu được 5 V , vì vậy ta có thể dễ dàng kết nối nó với Arduino
hoặc bất kỳ vi điều khiển logic 5V nào mà không cần sử dụng bất kỳ bộ chuyển
đổi mức logic nào.
Module hỗ trợ cơng suất đầu ra có thể lập trình viz. 0 dBm, -6 dBm, -12
dBm hoặc -18 dBm và tiêu thụ khoảng 12 mA một cách khó tin trong q trình

truyền ở 0 dBm, thậm chí cịn thấp hơn một đèn LED. Và trên hết, nó tiêu thụ 26
µA ở chế độ chờ và 900 nA ở chế độ tắt nguồn. Đó là lý do tại sao chúng là thiết bị
không dây phù hợp cho các ứng dụng năng lượng thấp.
Giao diện SPI
Module thu phát NRF24L01 + giao tiếp qua Giao diện ngoại vi nối tiếp 4
chân ( SPI ) với tốc độ dữ liệu tối đa là 10Mbps . Tất cả các thông số như kênh tần
15


số (125 kênh có thể lựa chọn), cơng suất đầu ra (0 dBm, -6 dBm, -12 dBm hoặc 18 dBm) và tốc độ dữ liệu (250kbps, 1Mbps hoặc 2Mbps) có thể được cấu hình
thơng qua giao diện SPI.

Bus SPI sử dụng khái niệm Master và Slave, trong hầu hết các ứng dụng phổ
biến, Arduino của chúng ta là Master và module thu phát nRF24L01 + là
Slave. Không giống như bus I2C, số lượng Slave trên bus SPI bị giới hạn, trên
Arduino Uno bạn có thể sử dụng tối đa hai Slave SPI tức là hai mô-đun thu phát
nRF24L01 +
2.1.3 Sơ đồ khối của module NRF24L01+

Hình 2.2 Sơ đồ khối của NRF24L01+
_ Radio
 Hoạt động ở giải tần 2.4GHz
 Có 126 kênh
 Truyền và nhận dữ liệu
16


 Truyền tốc độ cao 1Mbps hoặc 2Mbps
_ Công suất phát
 Có thể cài đặt 4 cơng suất nguồn phát: 0 , -6 , -12 , -18dBm

_ Thu
 Có bộ lọc nhiễu tại đầu thu
 Khuếch đại bị ảnh hưởng
_ Nguồn cấp
 Hoạt động từ 1.9V – 3,6V
 Các chân IO chạy được cả 3,3V lẫn 5V
_ Giao tiếp
 Tốc độ tối đa 8Mbps
 4 pin PSI
 3 -32 bytes

2.1.4 Chức năng tổng quát của module NRF24L01+

Chân

Tên

Mô tả

1

GND

Ground

2

VCC

Power input 3.3V

3

CE – Chip

Mức thấp: tải dữ liệu lên radio hoặc copy một gói

Enable

tin nhận được.
Mức cao: thiết lập radio sang Mode receive/tran.

4

CSN – Chip

Đây là chế độ SPI slave select pin. Nó được đưa về

Select N

mức thấp để bắt đầu giao tiếp SPI, đưa về mức cao
để hoàn tất giao thức.

5

SCK – SPI

Xung quanh giao tiếp SPI

Clock

17


6

MOSI – Master Dữ liệu nối tiếp được truyền từ Master ( MCU )
Out, Slave In

7

MISO – Master Dữ liệu nối tiếp được truyền từ Slave (NRF24L01)
In, Slave Out

8

qua chân này tới Slave (NRF24L01 )

qua chân này tới Master (MCU)

IRQ – Interrupt Yêu cầu ngắn. Radio điều khiển chân này về mức
Request

thấp để kích hoạt interrupt

Bảng 2.1 Chức năng các chân module NRF24L01+

- Module NRF24L01+ hoạt động ở tần số sóng ngắn 2.4GHz nên module này
có khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao và truyền nhận dữ liệu trong điều kiện
mơi trường có vật cản.

- Module NRF24L01+ có 126 kênh truyền. Điều này giúp ta có thể nhận
truyền dữ liệu trên nhiều kênh khác nhau.
- Module khả năng thay đổi cơng suất phát bằng chương trình, điều này giúp
nó có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng.

18


Hình 2.3 Sơ đồ phần cứng module NRF24L01+

2.1.5 Các đặc điểm hoạt động
Sau quá trình khảo sát về module BRF24L01+ ta nhận thấy module này có
những đặc điểm sau:
- Độ tích hợp cao với giá thành thấp, yêu cầu số thành phần bên ngoài nhỏ,
module của hang Nordic’s sản xuất nhằm tích hợp với các dịng vi điều
khiển nhờ khả năng kết nối linh hoạt bằng chuẩn SPI.
- Khả năng tự xác định nhiễu và chống nhiễu module tốt, vì sử dụng dải tần
thương mại 2,4 GHz.
- Số lượng các thiết bị module cung cấp lớn với 126 kênh có tốc độ truyền cao
lên đến 2 Mbits.
- Qua quá trình thí nghiệm khoảng cách truyền nhận tối đa khi sử dụng anten
thích hợp là 100m cịn sử dụng anten chun dụng là 200m vẫn truyền dữ
liệu tốt.

2.1.6 Các ứng dụng tiêu biểu
Trong lĩnh vực tự động:
- Điều khiển nhiệt độ và ánh sáng.
- Các thiết bị thông minh.
- Hệ thống cảnh báo và bảo vệ.
- Điều khiển trong công nghiệp.

- Quản lý trong kiểm kê.
- Nhà máy tự động.
- Tiếp nhận dữ liệu.
- Điều khiển từ xa.
19


- Các cơng cụ dẫn chương trình.

2.2 Arduno Uno R3
Board mạch Arduino Uno R3 là một board vi điều khiển được sử
dụng rộng rãi nhờ vào đặc điểm thân thiện với người sử dụng, cấu hình
mạnh và dễ dàng ứng dụng trong việc thử nghiệm, phát triển sản phẩm.

Hình 2.7 Board mạch Arduino Uno
2.4.1 Đặc điểm kỹ thuật của Arduno Uno
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

ATmega328 họ 8bit

5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
16 MHz
khoảng 30mA
7-12V DC
6-20V DC
14 (6 chân hardware PWM)
6 (độ phân giải 10bit)
30 mA
500 mA
50 mA
32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader
20