Tài liệu thiết kế hệ thống chiếu sáng thông minh có lưu trữ

tai lieu, document1 of 66.

LỜI NÓI ĐẦU
Trong đời sống, dù nông thôn hay thành thị những yêu cầu của con người ngày càng tăng
cao để có thể đáp ứng được với nhu cầu nay, rất nhiều nhà phát triển, nhà thiết kế đã sáng
tạo và áp dụng ngày càng nhiều những tiên tiến khoa học vào đời sống, theo đề ra của đồ
án cũng như xu thế mới này chúng em sẽ thiết kế đèn led thông minh, nhận biết con người
bật tắt tự động hoặc bằng tay.
Đồ án môn học là cơ hội để cho mỗi sinh viên có thể kiểm tra và đánh giá lại kiến thức
mình đã học. Trong quá trình làm đồ án, em đã được hướng dẫn, chỉ bảo tận tình để em có
thể hồn thành đồ án mơn học của mình.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng do hạn chế về kiến thức và cịn nhiều thiếu sót, em rất
mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp, bổ sung từ phía các thầy cô giáo, bạn bè hay
những người quan tâm đến đề tài này.
Trong q trình nghiên cứu đề tài, em có tham khảo một số tài liệu :
+ Giáo tình vi điều khiển
+ Các nguồn internet
Em xin chân thành cảm ơn!

luan van, khoa luan 1 of 66.


tai lieu, document2 of 66.

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ ........................................................ 1
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 2
2.1 Hệ thống chiếu sáng thông minh................................................................................ 2
2.2 Một số phương pháp điều khiển................................................................................. 2
2.3 Phương pháp điều khiển dùng IC số mạch logic ................................................... 2
2.4 Phương pháp điều khiển dùng vi điều khiển ......................................................... 2

KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 3
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG ...................................................... 4
3.1 Sơ đồ khối của hệ thông ........................................................................................... 4
3.2 Tổng quan về Arduino ............................................................................................. 4
3.2.1 Lịch sử ................................................................................................................ 5
3.2.2 Phần cứng ........................................................................................................... 5
3.2.3 Các loại Arduino .................................................................................................. 8
3.3 Giới thiệu các loại thiết bị trong hệ thống................................................................. 9
3.3.1 Cảm biến chuyển động (PIR) .............................................................................. 9
3.3.2 Relay điện từ ..................................................................................................... 10
3.3.3 Pin lithium......................................................................................................... 13
3.4 Các khối mạch thiết kế ............................................................................................ 15
3.4.1 Khối chuyển nguồn ............................................................................................ 15
3.4.2 Khối nút nhấn ................................................................................................... 17
3.4.3 Khối điều khiển bóng đèn .................................................................................. 17
3.4.5 Khối điều khiển sạc pin .................................................................................... 18
KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 19
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ....................................................................................................... 20
CHƯƠNG 4 : LẶP TRÌNH PHẦN MỀM ........................................................................ 21
4.1 Lưu đồ thuật toán ..................................................................................................... 21
4.2 Giới thiệu về phần mền Arduino IDE ..................................................................... 22
4.3 Mã chương trình ...................................................................................................... 22
CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................... 26
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 26
HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................................................. 26

luan van, khoa luan 2 of 66.


tai lieu, document3 of 66.

CHƯƠNG 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ
Công nghệ ngày càng phát triển, dẫn đến nhu cầu của con người về tự động trong
sinh hoạt đời sống cũng ngày càng tăng cao.
Và do yêu cầu của đề tài môn học chúng em xin thiết kế mơ hình đèn thơng minh.
Tên đồ án : Thiết kế hệ thống chiếu sáng thơng minh có lưu trữ
Nội dung chính của đồ án :
 Tìm hiểu cơ bản vệ hệ thống chiếu sáng thơng minh có lưu trữ
 Tìm hiểu cơ bản về cấu tạo ngun lí hoạt động thiết bị sử dụng.
 Thiết kế phần cứng cho 1 hệ thống nhỏ.
 Thiết kế phần mềm .
Thiết bị sử dụng ban đầu :
 Vi điều khiển arduino(atmega328);
 Cảm biến chuyển động.
 Nguồn lưu trữ
 Tự động chuyển nguồn

1

luan van, khoa luan 3 of 66.


tai lieu, document4 of 66.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Hệ thống chiếu sáng thông minh
Một hệ thống chiếu sáng thông minh bao gồm rất nhiều những hệ thống bên trong, chúng
kết hợp với nhau có thể qua rất nhiều những giao thức khác nhau như internet , hồng
ngoại , Bluetooth. Những chúng đều có chung những mục đích là làm tối ưu hóa việc sử
dụng điện cũng như chiếu sáng đúng thời điểm và đúng chỗ tránh hao phí.

Các thiết bị chiếu sáng giời rạc khi chúng kết nối với nhau thành 1 hệ thống chúng có thể
tạo nên rất nhiều chế độ hoạt động thông minh.Và hơn hết chúng cũng có thể kết nối với
các thiết bị thơng minh khác qua đường truyền nội bộ. Và số lượng các thiết bị có thể mở
rộng gần như là khơng giới hạn. Tạo nên hệ thống đơng bộ, chúng có khả năng thu thập
các thói quên của chủ nhà đề đáp ứng nhu cầu tốt hơn.

2.2 Một số phương pháp điều khiển
2.3 Phương pháp điều khiển dùng IC số mạch logic
Phương pháp này có giá thành rẻ, và có cấu tạo đơn giản, mạch nhỏ gọn rẽ thao tác lắp đặt
cũng như thay thế . Tuy nhiên mạch chỉ dựa vào các tác động logic đơn giản, khả năng đáp
ứng nhu cầu hạn chế, tính tùy biến, linh động khơng cao khó điều chỉnh với các dự án lớn,
ít khả năng nâng cấp hệ thống sau này.
Vì vậy ta nên thay thế các mạch logic này bằng các dòng vi điều khiển, các dòng vi điều
khiển hiện nay được sản suất rất phổ biến nên giá thành rẻ, rẽ tiếp cận với người sử dụng.

2.4 Phương pháp điều khiển dùng vi điều khiển
Với những tòa nhà lớn yêu cầu điều khiển càng mở rộng hơn nên việc áp dụng các dòng vi
điều khiển càng cần thiết.
Với tkhả năng đáp ứng với điều kiện môi trường thay đổi như nhiệt độ, độ ẩm và các tiến
hiệu nghiễu do các thiết bị khác ảnh hưởng. Tốc độ xử lí của vi điều khiển là một điểm
cộng lớn, với các dòng vi điều khiển hiện hành tốc độ xử lí có thể lên đến hàng triệu câu
lệnh trên micro giây, hoàn toàn dáp ứng với nhu cầu cần tác động nhanh và chính xác.
Và một điểm cộng lớn nữa là mạch tích hợp vơ cùng nhỏ gọn, khả năng lấp trình tùy biến
cao, thích ứng tốt với nhu cầu phát triển mở rộng các dự án sau này.
2

luan van, khoa luan 4 of 66.


tai lieu, document5 of 66.

2.5. Hệ thống điều khiển trực tiếp
Hệ thống điều khiển trực tiếp sử dụng các tiếp điển vật lí dưới sự tác động trực tiếp của
con người điều khiển.
Ưu điểm :





Có độ tin cậy cao
Giá thành rẻ hơn khi sử dụng các phương pháp khác.
Phổ biến hơn, chúng ta có thể mua ở mọi cửa hàng đồ điện.
Sử lý , bảo dương đơn giản và an tồn

Ngược điểm:






Tính linh hoạt khơng cao.
Khả năng đáp ứng nhu cầu con người trong thời kì phát triển về cơng nghệ.
Khả năng đa dạng hóa phương thức điều khiển thấp
Khả năng mở rộng hệ thống thấp
Khả năng đơng bộ hóa hệ thống khác thấp.

KẾT LUẬN
Với yêu cầu tự động hóa ,kết nối vạn vật cũng như tính nhu cầu mới của con người, và

cũng như yêu cầu của đồ án mơn học, và các tính năng vượt trội hơn hẳn của vi điều khiển
với các mạch logic đơn giản. Chúng em lựa chọn thiết kế hệ thống đèn thông minh có lưu
trữ bật tắt tự động khi phát hiện chuyển động hoặc bằng tay dùng vi điều khiển áp dụng
quy mơ nhỏ, mang tính tìm hiểu và học hỏi.

3

luan van, khoa luan 5 of 66.


tai lieu, document6 of 66.

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG
3.1 Sơ đồ khối của hệ thơng

KHỐI NGUỒN
CHÍNH

KHỐI NGUỒN
DỰ PHỊNG

KHỐI CHUYỂN
NGUỒN

KHỐI CẢM
BIẾN CHUYỂN
ĐỘNH

KHỐI ĐIỀU
KHIỂN

KHỐI NÚT
NHẤN

KHỐI KÍCH MỞ
ĐÈN

3.2 Tổng quan về Arduino

Hình ảnh Arduino nano
4

luan van, khoa luan 6 of 66.


tai lieu, document7 of 66.

Arduino là một board mạch vi xử lý được sinh ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây dựng
các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao
gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit,
hoặc ARM Atmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB,
6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng
khác nhau.
Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một
phương thức dễ dàng, khơng tốn kém cho những người u thích, sinh viên và giới
chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với mơi trường thơng qua
các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích
mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động.
Đi cùng với nó là một mơi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá
nhân thơng thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngơn

ngữ C hoặc C++.
Thông tin thiết kế phần cứng được cung cấp công khai để những ai muốn tự làm một
mạch Arduino bằng tay có thể tự mình thực hiện được (mã nguồn mở). Người ta ước tính
khoảng giữa năm 2011 có trên 300 ngàn mạch Arduino chính 2 thức đã được sản xuất
thương mại, và vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn mạch chính thức đã được đưa tới tay
người dùng.

3.2.1 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.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.

3.2.2 Phần cứng
Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ
dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh quan trọng của
5

luan van, khoa luan 7 of 66.


tai lieu, document8 of 66.

Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của
board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield. Vài shield
truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân khác nhau, nhưng nhiều
shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²Cnhiều shield có thể được xếp chồng và
sử dụng dưới dạng song song. Arduino chính thức thường sử dụng các dòng chip

megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và
ATmega2560. Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Arduino
tương thích. Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh
dao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù một vài
thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard do hạn chế
về kích cỡ thiết bị. Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn với một
boot loader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip, so với
các thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài. Điều này giúp cho việc sử dụng
Arduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một bộ
nạp chương trình.
Theo nguyên tắc, khi sử dụng ngăn xếp phần mềm Arduino, tất cả các board được lập
trình thơng qua một kết nối RS-232, nhưng cách thức thực hiện lại tùy thuộc vào đời
phần cứng. Các board Serial Arduino có chứa một mạch chuyển đổi giữa RS232 sang
TTL. Các board Arduino hiện tại được lập trình thơng qua cổng USB, thực hiện thông
qua chip chuyển đổi USB-to-serial như là FTDI FT232. Vài biến thể, như Arduino Mini
và Boarduino khơng chính thức, sử dụng một board adapter hoặc cáp nối USB-to-serial
có thể tháo rời được, Bluetooth hoặc các phương thức khác. (Khi sử dụng một cơng cụ
lập trình vi điều khiển truyền thống thay vì ArduinoIDE, cơng cụ lập trình AVR ISP tiêu
chuẩn sẽ được sử dụng.)
Board Arduino sẽ đưa ra hầu hết các chân I/O của vi điều khiển để sử dụng cho những
mạch ngoài. Diecimila, Duemilanove, và bây giờ là Uno đưa ra 14 chân I/O kỹ thuật số,
6 trong số đó có thể tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) và 6 chân input analog, có
thể được sử dụng như là 6 chân I/O số. Những chân này được thiết kế nằm phía trên mặt
board, thơng qua các header cái 0.10-inch (2.5 mm). Nhiều shield ứng dụng plug-in cũng
được thương mại hóa. Các board Arduino Nano, và Arduino-compatible Bare Bones
6

luan van, khoa luan 8 of 66.

tai lieu, document9 of 66.

Board và Boarduino có thể cung cấp các chân header đực ở mặt trên của board dùng để
cắm vào các breadboard.
Có nhiều biến thể như Arduino-compatible và Arduino-derived. Một vài trong số đó có
chức năng tương đương với Arduino và có thể sử dụng để thay thế qua lại. Nhiều mở
rộng cho Arduino được thực thiện bằng cách thêm vào các driver đầu ra, thường sử dụng
trong các trường học để đơn giản hóa các cấu trúc của các 'con rệp' và các robot nhỏ.
Những board khác thường tương đương về điện nhưng có thay đổi về hình dạng-đơi khi
cịn duy trì độ tương thích với các shield, đôi khi không. Vài biến thể sử dụng bộ vi xử lý
hoàn toàn khác biệt, với các mức độ tương thích khác nhau.

7

luan van, khoa luan 9 of 66.


tai lieu, document10 of 66.

3.2.3 Các loại Arduino

Hình Ảnh Các loại Arduino

8

luan van, khoa luan 10 of 66.


tai lieu, document11 of 66.

3.3 Giới thiệu các loại thiết bị trong hệ thống
3.3.1 Cảm biến chuyển động (PIR)
PIR là gì
Nó là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm biến thụ động
dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ra
từ các vật thể nóng. Trong các cơ thể sống, trong chúng ta ln có thân nhiệt (thông
thường là ở 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là
các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín
hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển
động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó khơng dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn
tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt, đó là thân nhiệt của
các thực thể khác, như con người con vật...

Trên đây là đầu dò PIR, loại bên trong gắn 2 cảm biến tia nhiệt, nó có 3 chân ra, một
chân nối masse, một chân nối với nguồn volt DC, mức áp làm việc có thể từ 3 đến 15V.
Góc dị lớn. Để tăng độ nhậy cho đầu dị, Bạn dùng kính Fresnel, nó được thiết kế cho
loại đầu có 2 cảm biến, góc dị lớn, có tác dụng ngăn tia tử ngoại.
Thơng số kĩ thuật
- Sử dụng điện áp: 4.5-12V DC
- Đầu ra: 1.5 - 3.3V

9

luan van, khoa luan 11 of 66.


tai lieu, document12 of 66.

- Thời gian trễ: điều chỉnh trong khoảng 4-200 giây
- Thời gian kích hoạt: 2.5s (Chống nhiễu)

- Kích thước PCB: 32mmx24mm
- Góc qt: <100 độ
- Khoảng các phát hiện: 2-4.5m
Nguyên lý làm việc
Các nguồn nhiệt (với người và con vật là nguồn thân nhiệt) đều phát ra tia hồng ngoại,
qua kính Fresnel, qua kích lọc lấy tia hồng ngoại, nó được cho tiêu tụ trên 2 cảm biến
hồng ngoại gắn trong đầu dò, và tạo ra điện áp được khuếch đại với transistor FET. Khi
có một vật nóng đi ngang qua, từ 2 cảm biến này sẽ cho xuất hiện 2 tín hiệu và tín hiệu
này sẽ được khuếch đại để có biên độ đủ cao và đưa vào mạch so áp để tác động vào một
thiết bị điều khiển hay báo động.

3.3.2 Relay điện từ
Cấu tạo của relay (rơ – le)
Về cấu trúc cơ bản của relay (rơ – le) sẽ bao gồm một cuộn dây kim loại đồng hoặc nhôm
được quấn quanh một lõi sắt từ. Bộ phận này có phần tĩnh được gọi là ách từ (Yoke) và
phần động được gọi là phần cứng (Armature). Phần cứng sẽ được kết nối với một tiếp

10

luan van, khoa luan 12 of 66.


tai lieu, document13 of 66.

điểm động, cuộn dây có tác dụng hút thanh tiếp điểm lại để tạo thành trạng thái NO và
NC. Mạch tiếp điểm (mạch lực) có nhiệm vụ đóng cắt các thiết bị tải với dịng điện nhỏ
và được cách ly bởi cuộn hút.

Nguyên lý làm việc của relay (rơ – le)
Các bạn có thể quan sát sơ đồ mơ tả bên mình cung cấp bên dưới để tiện cho việc hình

dung nhé. Khi dịng điện chạy qua mạch thứ nhất (1) thì nó sẽ kích hoạt nam châm điện
(màu nâu) và tạo ra từ trường để thu hút một tiếp điểm (màu đỏ) và kích hoạt mạch thứ
hai (2). Khi tắt nguồn, một lò xo được lắp trước vào tiếp điểm có nhiệm vụ kéo tiếp điểm
trở lại vị trí ban đầu, tắt mạch thứ hai một lần nữa.

Đây là một ví dụ về rơ le “thường mở” (NO). Các tiếp điểm trong mạch thứ hai không
được kết nối theo mặc định và chỉ bật khi dòng điện chạy qua nam châm. Các rơ le khác
là “thường đóng” (NC). Các tiếp điểm được kết nối để dòng điện chạy qua chúng theo
mặc định) và chỉ tắt khi nam châm được kích hoạt, kéo hoặc đẩy các tiếp điểm ra xa
nhau. Thông thường rơle mở là phổ biến nhất.
11

luan van, khoa luan 13 of 66.


tai lieu, document14 of 66.

Bên dưới là một hình ảnh động khác cho thấy cách một relay liên kết hai mạch với nhau.
Ở phía bên trái, có một mạch đầu vào được cung cấp bởi một công tắc hoặc một loại cảm
biến nào đó. Khi mạch này được kích hoạt, nó cung cấp dịng điện cho một nam châm
điện kéo cơng tắc kim loại đóng lại và kích hoạt mạch đầu ra thứ hai (ở phía bên phải).
Dịng điện tương đối nhỏ trong mạch đầu vào do đó kích hoạt dòng điện lớn hơn trong
mạch đầu ra.
Thứ nhất: mạch đầu vào (vịng màu xanh) bị tắt và khơng có dịng điện chạy qua cho đến
khi một cái gì đó (có thể là cảm biến hoặc đóng cơng tắc) bật nó. Mạch đầu ra (vòng lặp
màu đỏ) cũng bị tắt.
Thứ hai: khi một dòng điện nhỏ chạy trong mạch đầu vào. Nó sẽ kích hoạt nam châm
điện (được hiển thị ở đây dưới dạng một cuộn dây màu xanh đậm). Và tạo ra một từ
trường xung quanh nó.
Thứ ba: nam châm điện năng lượng kéo thanh kim loại trong mạch đầu ra về phía nó,

đóng cơng tắc và cho phép dịng điện lớn hơn nhiều chạy qua mạch đầu ra.
Thứ tư: mạch đầu ra vận hành một thiết bị có dịng điện cao như đèn hoặc động cơ điện.
Các loại relay (rơ – le) trên thị trường hiện nay
Theo mình được biết thì trên thị trường hiện nay sẽ có hai dạng relay là module rơ-le
đóng ở mức thấp (nối cực âm vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng) và module rơ-le đóng ở
mức cao (nối cực dương vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng). Nếu chúng ta so sánh giữa 2
module rơ-le có cùng thơng số kỹ thuật thì hầu hết mọi linh kiện của nó đều giống nhau,
chỉ khác nhau ở chỗ cái transistor của mỗi module. Chính vì bộ phận transistor này nên ta
mới có được 2 loại module rơ-le (có 2 loại transistor là NPN – kích ở mức cao, và PNP –
kích ở mức thấp).

12

luan van, khoa luan 14 of 66.


tai lieu, document15 of 66.

Một số loại rơ-le trên thị trường

3.3.3 Pin lithium
Cấu tạo

Cấu tạo một viên pin Li-ion hình trụ cơ bản gồm: Vỏ ngoài, cực dương, cực âm, màng
ngăn cách điện và dung mơi.
Cực dương (Positive) cịn gọi là Cathod được cấu tạo từ Lithium cacbonat oxide (LiCo2).
Có cấu trúc phân tử bao gồm phân tử Oxide coban liên kết với ngun từ Lithium. Khi có
dịng điện chạy qua, nguyên từ Lithium dể dàng tách khỏi câu trúc tạo thành ion dương
Lithium, Li+.
Cực âm (Negative) cấu tạo từ graphene (than chì) có chức năng lưu giữ các ion Lithium

L+ trong tinh thể.
Màng ngăn cách điện (seperator) là mỏng làm bằng nhựa PE hoặc PP nằm giữa cực
dương và cực âm, có nhiều lỗ nhỏ có chức năng ngăn cách giữa cực dương và cực âm
13

luan van, khoa luan 15 of 66.


tai lieu, document16 of 66.

nhưng vẫn cho các ion Li+ đi qua. Một số pin màng ngăn cách có khả năng khít lại khi
nhiệt độ cao, khơng cho Li+ đi qua.
Dung dịch điện phân: là chất lỏng lấp đầy cực dương, cực âm và màng ngăn, chứa LiPF6
và dung môi hữu cơ, chứa rất ít nước ( thấp hơn 0.001%) vì Lithium tác dụng với nước.
Dung dịch có chức năng như vật dẫn các ion Li+ từ . Các lá dài được quấn lại thành
nhiều vòng, ép chặt với nhau, ở giữa chúng là dung dịch điện phân như hình. Lớp vỏ bên
ngoài thường làm bằng kim loại để nén chặt các lớp vật liệu bên trong. Pin còn được
trang bị lỗ thốt khí để tránh để pin nổ khi áp suất bên trong tăng cao.
Pin Lithium ion có nhiều ưu điểm như : Chu kỳ sạc xả lớn, sạc bất cứ lúc nào cũng không
ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin .
Bên cạnh đó nó vẫn tồn tại một số nhược điểm : Pin lithium ion bị suy giảm chất lượng
theo thời gian, dù cho bạn có xài hay không. Pin lithium – ion phải được bọc trong lớp vỏ
bằng kim loại , và dung môi điện phân dễ cháy nổ nếu pin bị va đập , biến dạng.
Hơn nữa, cuộc sống ngày càng phát triển mang đến nhiều điều sáng tạo, trong đó có các
thiết bị đeo được như Smartwatch hay Smartphone cong, đòi hỏi viên pin phải cong theo
thiết bị để tăng tính thẩm mỹ , thời trang. Pin Lithium ion khơng đáp ứng được điều đó.
Vì những nhược điểm trên, ngày nay các nhà sản xuất đang chuyển sang sử dụng một
loại pin tốt hơn, khắc phục những nhược điểm và duy trì những ưu điểm của pin Lithium
ion.

Hình ảnh thực tế Pin Lithium

14

luan van, khoa luan 16 of 66.


tai lieu, document17 of 66.

3.4 Các khối mạch thiết kế
3.4.1 Khối chuyển nguồn

Khối chuyển nguồn tự động khi nguồn chính mất.
Jack J1 là đầu vào kết nối với nguồn chính
Tụ C1 có nhiệm vụ lọc nhiễu và ổn định điện áp đầu vào
R1 hạn dịng cho led D1 báo có nguồn vào
Nguồn chính cấp vào tiếp điểm thường mở relay
Nguồn phụ cấp vào tiếp điểm thường đóng cửa relay
Nguyên lý hoạt động : Khi cấp điện vào jack j lập tức cuộn hút của relay có điện và tiếp
điểm thường mở của relay đóng lại cấp nguồn cho mạch. Ngược lại khi mất điện thì tiếp
điểm nhả ra chuyển nguồn cấp sang nguồn pin dự phòng.
3.4.1.2 Khối cảm biến chuyển động
Khi có con người đi vào vùng quét của cảm biến chuyển động thì cảm biến chuyển động
sẽ đẩy chân Out từ mức thấp lên mức cao và sẽ giữ mức cao đến khi người đi ra khỏi
vùng quét của cảm biến , chân Out sẽ trả lại mức thấp, từ chức năng như vậy đưa vào vi
điều khiển xử lý kích mở bóng đèn.

15

luan van, khoa luan 17 of 66.

tai lieu, document18 of 66.

Tính năng:
+ Tự động cảm ứng: Khi có người vào phạm vi cảm ứng, OUT: 1.5-3.3V; khơng
phát hiện ở 0V
+ Khơng lặp lại kích hoạt: module tự động đưa về mức thấp khi hết thời gian trễ
+ Có lặp lại kích hoạt: module ln giữ ở mức cao cho đến khi khơng cịn người
chuyển động
+ Thiết lập thời gian: module hoạt động ổn định khi cài đặt >5s
Thông số kĩ thuật:
+ Sử dụng điện áp: 4.5-12V DC
+ Đầu ra: 1.5 - 3.3V
+ Thời gian trễ: điều chỉnh trong khoảng 4-200 giây
+ Thời gian kích hoạt: 2.5s (Chống nhiễu)
+ Kích thước PCB: 32mmx24mm
+ Góc qt: <100 độ
+Khoảng các phát hiện: 2-4.5m

16

luan van, khoa luan 18 of 66.


tai lieu, document19 of 66.

3.4.2 Khối nút nhấn

Khối nút nhấn để điều khiển bóng đèn bật tắt khi ở chế độ ban ngày

Khối này được mắc nối tiếp giữa 1 điện trở với 1 nút nhấn đồng thời lấy tín hiệu ở điểm
nối đưa về vi điều khiển để xử lý.
Khi nút nhấn được nhấn điểm a ở trên sẽ được kéo xuống mass , ta nhận biết được trạng
thái nhấn
Khi khong tác động nút nhấn được kéo lên VCC , ta nhận được trạng thái khi không nhấn

3.4.3 Khối điều khiển bóng đèn
Chúng ta dùng bóng đèn led thay cho bóng 220v để an tồn khi di chuyển mà vẫn đảm
bảo yêu cầu của đồ án môn học. Transitor dùn để kích mở bóng led điện trở R5 dùng để
hạn dịng trên bóng led.

17

luan van, khoa luan 19 of 66.


tai lieu, document20 of 66.

-

Thông số kỹ thuật :

-

Chọn Unguon =5v

-

Uled=2v

-

Cường độ dòng điện qua led I=15mA =0.015A

-

Mắc nối tiếp 2 bóng với R5 nên:

-

R5 =

-

Cơng suất P = U.I=5*0.015*2=0.15W

𝑈𝑛𝑔𝑢𝑜𝑛−𝑈(1𝑙𝑒𝑑)∗2𝑙𝑒𝑑 5𝑣−2𝑣∗2
𝐼(1𝑙𝑒𝑑)

=

0.015𝐴

≈66

3.4.5 Khối điều khiển sạc pin
Modun sử dụng ic TP4056 cho phép điều khiển dòng sạc và điện áp sạccho pin.Có chức
năng ngắt tải bảo vệ pin khi điện áp xuống quá thấp để tránh làm hư hỏng pin (chai pin),
mạch được sử dụng để sạc cho các loại pin Lithium có điện áp 3.7~4.2VDC (Pin Lipo,
Pin 18650,...), mạch có kích thước nhỏ gọn với cổng USB kết nối tiện dụng, đèn báo

đang sạc và sạc đầy hiển thị trạng thái pin. Tự động ngắt khi pin sạc đầy

Thông số kỹ thuật:
-

Nguồn đầu vào:
+ 4.5~8VDC: Chân nguồn vào + / -

-

Nguồn sạc đầy: 4.2VDC

-

Dịng sạc: 1A có thể biến đổi theo trạng thái pin.
18

luan van, khoa luan 20 of 66.


tai lieu, document21 of 66.

-

Charging method: Linear charging 1%

-

Charging precision: 1.5%

-

Chức năng ngắt tải bảo vệ pin khi điện áp xuống quá thấp để tránh làm hư hỏng
pin (chai pin).

-

-

Đèn trạng thái sạc:
+

Đèn đỏ: đang sạc, chưa đầy

+

Đèn xanh lá: Đã sạc đầy.

Kích thước: 17x22x5mm

KẾT LUẬN
Từ những khối chức năng trên và những linh kiện đã chuẩn bị đảm bảo chất lượng ta bắt
đầu tiến hành làm mơ hình thực nhiệm để có thể xem được mạch thiết kế và mơ hình có
thể đáp ứng được các u cầu của đồ án, cũng như nhu cầu thực tế của con người.

19

luan van, khoa luan 21 of 66.

tai lieu, document22 of 66.

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

20

luan van, khoa luan 22 of 66.


tai lieu, document23 of 66.

CHƯƠNG 4 : LẶP TRÌNH PHẦN MỀM
4.1 Lưu đồ thuật toán

BẮT ĐẦU

KHỞI TẠO I/O

SAI

SAI
CBAS=1

BUTTON=0

ĐÚNG

TRANGTHAIDEN=0

ĐÚNG

TRANGTHAIDEN=!

TRANGTHAIDEN=1

TRANGTHAIDEN

TRANGTHAIDEN=1

ĐÚNG

BẬT ĐÈN

SAI

TẮT ĐÈN

21

luan van, khoa luan 23 of 66.


tai lieu, document24 of 66.

4.2 Giới thiệu về phần mền Arduino IDE
Mơi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino là một ứng dụng crossplatform (đa nền
tảng) được viết bằng Java, và từ IDE này sẽ được sử dụng cho Ngơn ngữ lập trình xử lý
(Processing programming language) và project Wiring. Nó được thiết kế để dành cho
những người mới tập làm quen với lĩnh vực phát triển phần mềm. Nó bao gồm một
chương trình code editor với các chức năng như đánh 7 dấu cú pháp, tự động brace
matching, và tự động canh lề, cũng như compile(biên dịch) và upload chương trình lên

board chỉ với 1 cú nhấp chuột.
Một chương trình hoặc code viết cho Arduino được gọi là một sketch. Các chương trình
Arduino được viết bằng C hoặc C++. Arduino IDE đi kèm với một thư viện phần mềm
được gọi là "Wiring", từ project Wiring gốc, có thể giúp các thao tác input/output được
dễ dàng hơn. Người dùng chỉ cần định nghĩa 2 hàm để tạo ra một chương trình vịng thực
thi (cyclic executive) có thể chạy được:
 setup(): hàm này chạy mỗi khi khởi động một chương trình, dùng để thiết lập các cài
đặt
 loop(): hàm này được gọi lặp lại cho đến khi tắt nguồn board mạch

4.3 Mã chương trình
#define LED 13
#define BUTTON 3
#define CBCD 4
bool trangthailed=0; // khai báo biến trạng thái đèn
bool dem=0;
long last;
void setup() {
// khai báo đầu ra đầu vào
pinMode(LED,OUTPUT);
22

luan van, khoa luan 24 of 66.


tai lieu, document25 of 66.

pinMode(BUTTON,INPUT);
pinMode(CBCD,INPUT);
last=millis();

}
void loop() {
//chương trình chính
if(digitalRead(CBCD)== 1 && trangthailed == 0 && dem==0 )
{
trangthailed=1;
dem=1;
}
if(digitalRead(CBCD)== 0 && trangthailed==1 && dem==1 )
{
trangthailed=0;
dem=0;
}

if(digitalRead(BUTTON)== 0)
{
delay(30);
if(digitalRead(BUTTON)== 0) trangthailed=!trangthailed;
while(digitalRead(BUTTON)== 0);
}
23

luan van, khoa luan 25 of 66.