Thiết kế và chế tạo thiết bị giám sát đo tiếng ồn

TRƢỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
---------------------------

ĐINH VĂN NHÀNH

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
THIẾT BỊ GIÁM SÁT ĐO TIẾNG ỒN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐÀ NẴNG: NĂM 2019
1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
---------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
THIẾT BỊ GIÁM SÁT ĐO TIẾNG ỒN
CHUYÊN NGÀNH : THIẾT KẾ SỐ

GVHD: Ths. TRƢƠNG VĂN TRƢƠNG
SVTH: ĐINH VĂN NHÀNH
LỚP: K21 ETS
MSSV: 2121154279

NIÊN KHÓA: NĂM 2019 - 2020


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cơ Trường Đại Học Duy Tân nói
chung, q Thầy Cơ của khoa Điện-Điện Tử nói riêng đã tận tình dạy bảo, truyền
đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình học.
Kính gửi đến Thầy Trương Văn Trương lời cảm ơn chân thành và sâu sắc
nhất, cảm ơn Thầy đã tận tình theo sát và chỉ dẫn cho em trong quá trình thực hiện
dự án này.
Em xin cảm ơn các bạn cùng lớp đã động viên, góp ý, giúp đỡ tơi rất nhiều
trong quá trình tìm hiểu và làm dự án.


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan với Ban giám hiệu nhà trường đây là cơng trình nghiên cứu của
em, do nỗ lực học hỏi và cố gắng của bản thân để hoàn thành được đồ án này. Các
số liệu và kết quả trong đồ án là trung thực và không trùng lặp với bất kỳ cơng trình
nào khác đã được công bố.
Đây là lần đầu tiên em thực hiện nghiên cứu về đề tài này nên sẽ có nhiều
thiếu sót vì vậy kính mong các thầy cơ cho lời khun ,nhận xét và chỉ bảo cho em
để đề tài này được hoàn thiện hơn.

Giảng viên hƣớng dẫn

Sinh viên thực hiện
Đinh Văn Nhành


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỒ ÁN
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống đo tiếng ồn
-SV thực hiện: Đinh Văn Nhành
Mã số SV: 2121154279
- Lớp: K21ETS Khoa:Điện - Điện tử
Năm thứ: 4,5
Số năm đào tạo: 4,5
- Người hướng dẫn: ThS. Trương Văn Trương
2. Mục tiêu đề tài:
- Thiết kế hệ thống đo được tiếng ồn và phát hiện được trong môi trường thông qua
module cảm biến
- Thu thập dữ liệu và hiển thị trên màn hình LCD.
3. Tính mới và sáng tạo:
- Xây dựng được board mạch thu thập dữ liệu tiếng ồn và truyền thông RF
4. Kết quả nghiên cứu:
- Phương pháp đo đạc và cân chỉnh cảm biến dựa theo datasheet của nhà sản xuất.
- Hệ thống trao đổi dữ liệu thông qua kết nối giữa các thiết bị.
- Thiết kế theo dõi các thông số tiếng ồn (dB)của môi trường.
5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội,an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
- Đề tài có khả năng áp dụng vào thực tiễn, ứng dụng tại các trạm đo đạc và giám
sát chất lượng ở các khu công nghiệp,cơng trình,giao qn bar và nhà dân.
- Số liệu thống kê từ hệ thống có thể giúp nhận biết mức độ tiếng ồn cho mọi người.
6.Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí
nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu
có):
Ngày 2 tháng 12 năm 2019
SV chịu trách nhiệm chính

thực hiện đề tài
(kí, họ và tên)


Nhận xét của ngƣời hƣớng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện
đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi): ......................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Ngày 04 tháng 12 năm 2019
Xác nhận của Chủ tịch HĐKH cấp Khoa
(kí tên và đóng dấu)

Ngƣời hƣớng dẫn
(kí, họ và tên)


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU............................................................................................. 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................ 1
1.2 Mục tiêu đề tài ....................................................................................................... 2
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 2
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu......................................................................................... 2

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 2
1.4 Cách tiếp cận – Phương pháp nghiên cứu ............................................................. 2
1.4.1 Cách tiếp cận ...................................................................................................... 2
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC LINH KIỆN ĐƢỢC SỬ DỤNG . 3
2.1 Giới thiệu chung về Arduino ................................................................................. 3
2.2 Mạch điều khiển Arduino Uno.............................................................................. 4
2.3 Các linh kiện được sử dụng trong đề tài ............................................................... 7
2.3.1 Module NRF24L01 ............................................................................................ 7
2.3.3 Chức năng các chân............................................................................................ 8
2.4 Giao thức SPI ........................................................................................................ 8
2.4.1 Giao thức SPI là gì ? .......................................................................................... 8
2.5 Cách hoạt động của module .................................................................................. 9
2.6 Cảm biến âm thanh KY-037 ............................................................................... 10
2.6.1 Thông số kĩ thuật và sơ đồ kết nối cảm biến âm thanh KY-037...................... 10
2.6.2 Nguyên lý hoạt động ........................................................................................ 10
2.7 Module FT232rl .................................................................................................. 11
2.7.1 Giới thiệu sơ lược về Module FT232rl ............................................................ 11
2.7.2 Thông số kỹ thuật ............................................................................................. 11
2.7.3 Sơ đồ chân ........................................................................................................ 11
2.8 Màn hình LCD .................................................................................................... 12
2.8.1 Giới thiệu sơ lược về LCD và thư viện điều khiển LCD của Arduino ............ 12
2.8.2 Cấu tạo và thông số kỹ thuật ............................................................................ 12


CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ..................................... 12
PHẦN I: THIẾT KẾ ............................................................................................... 13
3.1 Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................................ 13
3.2 Các kết nối cơ bản trong hệ thống ...................................................................... 14
3.2.1 Kết nối board Arduino Uno và module nRF24L01 ........................................ 14
3.2.2 Cách nối mạch với các mạch Uno, Nano, Promini, Leonardo,........................ 14

3.3 Sơ đồ cảm biến âm thanh trên Arduino .............................................................. 15
3.4 Sơ đồ nguyên lí của hệ thống .............................................................................. 16
3.4.1 Sơ đồ layout trên Orcard .................................................................................. 16
3.4.2 Sơ đồ layout trên PDF ...................................................................................... 17
PHẦN II: THI CÔNG MẠCH ............................................................................... 18
3.5 Cách làm mạch bằng tay .................................................................................... 18
3.6 Mạch sau khi đã lắp linh kiện hoàn chỉnh .......................................................... 21
CHƢƠNG 4: KIỂM THỬ, ĐÁNH GIÁ VÀ PHÁT TRIỂN ............................... 22
4.1. Kết quả kiểm thử ................................................................................................ 22
4.1.1 Khảo sát các giá trị đo từ các cảm biến. ........................................................... 22
4.1.2 Khảo sát tại công trường nằm trên đường Phạm Văn Đồng. ........................... 22
4.2.1 Kết quả đạt được .............................................................................................. 29
4.2.2 Ưu điểm ........................................................................................................... 29
4.2.3 Nhược điểm ...................................................................................................... 29
4.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................................................... 29
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 31


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Người dân Đà Nẵng phải chịu cảnh ơ nhiễm tiếng ồn. ............................... 2
Hình 2.1: Những thành viên khởi xướng Arduino. ..................................................... 3
Hình 2.2: Sự đa dạng của board mạch Arduino .......................................................... 4
Hình 2.3: Mạch Arduino UNO.................................................................................... 4
Hình 2.4: Các cổng vào ra Arduino Uno .................................................................... 6
Hình 2.5: Module giao tiếp nRF24L01 ....................................................................... 7
Hình 2.6: Giao thức SPI .............................................................................................. 9
Hình 2.7: nRF24L01 + Cấu trúc gói ShockBurst nâng cao ........................................ 9
Hình 2.8: Cảm biến âm thanh KY-037 ..................................................................... 10
Hình 2.9: Module FT232rl ........................................................................................ 11

Hình 2.10: Màn hình LCD ........................................................................................ 12
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống khối .................................................................................. 13
Hình 3.2: Các chân kết nối nRF24L01 ..................................................................... 14
Hình 3.3: Cấu hình cho Module nRF24L01 ............................................................. 14
Hình 3.4: Các chân kết nối KY-037 .......................................................................... 15
Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý trên Capture ................................................................... 16
Hình 3.6.Sơ đồ mạch Layout sau khi hồn thiện ...................................................... 16
Hình 3.7: Sơ đồ mạch layout được xuất ra pdf ......................................................... 17
Hình 3.8: Ủi mạch trong khoảng 15-20 phút ............................................................ 18
Hình 3.9: Sau khi ủi mạch ......................................................................................... 19
Hình 3.10: Mạch sau khi được ngâm qua dung dịch ................................................ 20
Hình 3.11: Thành phảm của quá trình trên ............................................................... 20
Hình 3.12 Mạch hồn chỉnh ..................................................................................... 21


Danh Mục Bảng
Bảng 2.1: Chức năng các chân .................................................................................... 8
Bảng 3.1: Sơ đồ nối chân của nRF24L01 ................................................................. 15
Bảng 3.2: Kết nối chấn UNO với KY-037 ................................................................ 15
Bảng 4.1: Khảo sát tại công trường nẳm trên đường Phạm Văn Đồng. ................... 22
Bảng 4.2: Khảo sát tại hầm chui Điện Biên Phủ. ...................................................... 23
Bảng 4.3: Khảo sát tại tòa nhà hành chính TP Đà Nẵng. ......................................... 24
Bảng 4.4: Khảo sát tại ngã tư đường Núi Thành-Duy Tân ...................................... 25
Bảng 4.5: Khảo sát các giá trị đo từ các cảm biến. ................................................... 26
Bảng 4.6: Khảo sát các giá trị đo từ các cảm biến. ................................................... 27
Bảng 4.7: Khảo sát tại đèn xanh đèn đỏ cầu Tiên Sơn ............................................. 28


1

CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Trong sự phát triển mạnh mẽ của đơ thị hóa hiện nay, ô nhiễm tiếng ồn đã dần trở
thành vấn nạn, gây ảnh hưởng không nhỏ tới sức khỏe cũng như chất lượng sống
của người dân. Mặc dù một số nước đã có quy định khắt khe về hạn chế tiếng ồn
trong khu dân cư với chế tài xử phạt nghiêm khắc. Tuy nhiên, tại Việt Nam, thực
trạng ô nhiễm tiếng ồn đã đến mức đáng báo động.
Theo Tổ chức Y tế thế giới (WHO), trong ba thập niên trở lại đây, nạn ô nhiễm
tiếng ồn ngày càng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sống của con người, nhất là
tại các nước đang phát triển. Ngồi tiếng ồn cơng nghiệp trong các nhà máy, tiếng
ồn phát ra từ xe cộ và từ các hoạt động giải trí trong đời sống, nhất là âm nhạc
cường độ lớn cũng làm tổn hại sức khỏe của chúng ta, thường gặp nhất là chứng ù
tai, mất tập trung, stress…`
Tiếng ồn là một đặc điểm nổi bật của môi trường bao gồm tiếng ồn từ giao
thơng, cơng nghiệp và hàng xóm. Tiếp xúc với tiếng ồn vận chuyển làm rối loạn
giấc ngủ trong phịng thí nghiệm, nhưng nói chung khơng phải trong các nghiên cứu
thực địa nơi thích ứng xảy ra. Tiếng ồn can thiệp vào hiệu suất nhiệm vụ phức tạp,
sửa đổi hành vi xã hội và gây khó chịu. Các nghiên cứu về phơi nhiễm tiếng ồn
nghề nghiệp và môi trường cho thấy mối liên quan với tăng huyết áp, trong khi các
nghiên cứu cộng đồng chỉ cho thấy mối quan hệ yếu giữa tiếng ồn và bệnh tim
mạch. Tiếp xúc với tiếng ồn máy bay và giao thơng đường bộ có liên quan đến các
triệu chứng tâm lý nhưng không phải là rối loạn tâm thần được xác định lâm
sàng. Trong cả nghiên cứu công nghiệp và nghiên cứu cộng đồng, tiếp xúc với tiếng
ồn có liên quan đến sự tăng tiết catecholamine. Còn bé, tiếp xúc với tiếng ồn máy
bay mãn tính làm suy yếu khả năng đọc hiểu và trí nhớ dài hạn và có thể liên quan
đến tăng huyết áp. Nghiên cứu sâu hơn là cần thiết để xem xét các chiến lược đối
phó và hậu quả sức khỏe có thể có của việc thích ứng với tiếng ồn.[ 8]
Tiếp xúc với tiếng ồn gây ra một số phản ứng sinh lý ngắn hạn có thể dự đốn
qua trung gian hệ thống thần kinh tự trị. Tiếp xúc với tiếng ồn gây ra kích hoạt sinh
lý bao gồm gia tăng nhịp tim và huyết áp, co mạch ngoại vi và do đó tăng kháng lực

mạch máu ngoại vi. Có thói quen nhanh chóng tiếp xúc với tiếng ồn ngắn nhưng
thói quen sử dụng tiếng ồn kéo dài ít chắc chắn hơn.[2]


2

Hình 1.1: Người dân Đà Nẵng phải chịu cảnh ơ nhiễm tiếng ồn.
1.2 Mục tiêu đề tài


Thiết kế thiết bị có thể theo dõi và giám sát các chỉ số tiếng ồn ở nơi như cơng trình,
tiếng xe cộ, qn bar, để đưa ra một số cảnh báo về tiếng ồn đang được giám sát.
 Thiết bị nhỏ gọn lắp đặt dễ dàng,di chuyển di động. Ứng dụng hiển thị các chỉ số
tiếng ồn , từ đó có thể biết tình hình tiếng ồn của những nơi mà bạn muốn xem.

 Sản phầm đơn giản, dễ dùng và được sử dụng như một sản phẩm hỗ trợ.
1.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu
 Nghiên cứu về cách thức hoạt động, nguyên lý làm việc của Arduino Mega 2560 và
Arduino UNO
 Nghiên cứu cách thức giao tiếp với các loại cảm biến module KY -037
 Module giao tiếp RF tầm gần NRF24L01 và giao thức kết nối liên quan
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
- Hệ thống đọc và ghi số liệu từ đó phát hiện tình trạng tiếng ồn.Kết quả thực
nghiệm và đánh giá hiển thị ra thơng số ra màn hình LCD
- Kiểm thử, đánh giá và đưa ra các kiến nghị về sản phẩm.
1.4 Cách tiếp cận – Phƣơng pháp nghiên cứu
1.4.1 Cách tiếp cận
 Sử dụng kiến thức đã học trên lớp, các bài thực hành về lập trình, các thơng tin sưu
tầm trên Internet, sự hướng dẫn của giảng viên, từ đó tìm ra các phương pháp để

đáp ứng các yêu cầu mà đề tài cần.
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu
 Nghiên cứu lý thuyết.
 Thiết kế, thi công, kiểm thử kết quả trên máy tính.
 Xây dựng lưu đồ thuật tốn, viết chương trình, kiểm thử.


3
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC LINH KIỆN ĐƢỢC SỬ DỤNG
2.1 Giới thiệu chung về Arduino
Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những
người tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần
giống với những gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động. Số lượng
người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thơng lên đến đại
học đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ
biến.

Hình 2.1: Những thành viên khởi xướng Arduino.
Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinh viên và nhà nghiên cứu tại
các trường đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng,
hoặc ngay cả Google cũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino Mega ADK
dùng để phát triển các ứng dụng Android tương tác với cảm biến và các thiết bị
khác? Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với
các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm
nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một
ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu
về điện tử và lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất
thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm.

4

Hình 2.2: Sự đa dạng của board mạch Arduino
Hiện nay, với cùng với sự phát triển đó là những mạch Arduino liên tục ra đời:
Arduino Uno, Arduino Pro, Arduino Micro, Arduino Pro Mini, Arduino Nano,
Arduino Mega 250, Arduino Zero, Arduino Due, Arduino Gemma.
2.2 Mạch điều khiển Arduino Uno

Hình 2.3: Mạch Arduino UNO
 Nguồn(Arduino Uno )
Arduino UNO R3 có thể được cấp nguồn 5V thơng qua cổng USB hoặc cấp
nguồn ngồi với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V. Thường
thì cấp nguồn bằng pin vng 9V là hợp lí nhất nếu bạn khơng có sẵn nguồn từ
cổng USB. Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino
UNO R3.
 GND (round): cực m của nguồn điện cấp cho Arduino UNO R3. Khi bạn dùng các
thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với
nhau.


5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.


5



3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.
Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương



của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở









chân này. Và dĩ nhiên nó ln là 5V. Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ
chân này để sử dụng bởi chức năng của nó khơng phải là cấp nguồn.
RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc
chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
Lƣu ý:(Arduino Uno)
Arduino UNO R3 không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào. Do đó bạn phải hết sức
cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino UNO.
Việc làm chập mạch nguồn vào của Arduino UNO sẽ biến nó thành một miếng
nhựa chặn giấy. Tôi khuyên bạn nên dùng nguồn từ cổng USB nếu có thể.
Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các thiết
bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào. Việc cấp nguồn sai vị trí có thể làm



hỏng board. Điều này không được nhà sản xuất khuyến khích.
Cấp nguồn ngồi khơng qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới 6V có



thể làm hỏng board.
Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điều khiển







ATmega328.
Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của Arduino UNO
nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển.
Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino UNO sẽ làm
hỏng vi điều khiển.
Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của Arduino UNO
vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển. Do đó nếu khơng dùng để truyền nhận
dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng.

 Bộ nhớ
Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:
 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ
Flash của vi điều khiển. Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng
cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu.
 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai báo
khi lập trình sẽ lưu ở đây. Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ
RAM. Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà
bạn phải bận tâm. Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.

6
 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble programmable Read Only Memor): đây
giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào
đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM.
 Các cổng vào ra:

Hình 2.4: Các cổng vào ra Arduino Uno
Arduino UNO R3 có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng
chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở
mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển
ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive –
RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thơng qua 2
chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nơm na chính là kết nối Serial khơng
dây. Nếu khơng cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không
cần thiết
 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân
giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite().
Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức
0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.
 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các chức
năng thơng thường, 4 chân này cịn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI
với các thiết bị khác.
 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút
Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi
chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu
10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với

chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các
chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các


7
chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là
10bit.
Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp
I2C/TWI với các thiết bị khác.
2.3 Các linh kiện đƣợc sử dụng trong đề tài
2.3.1 Module NRF24L01
NRF24L01 là một trong những module wireless với chi phí thấp, đồng thời
dễ dàng kết nối với các MCU như ARM/PIC/AVR/STM32 thông qua giao tiếp SPI,
được ứng dụng truyền nhận dữ liệu từ xa qua sóng RF giữa các mạch vi xử lý như
Arduino, Raspberry,…
Wireless NRF24L01 được thiết kế với bộ khuyếch đại công suất và anten
SMA giúp tăng khoảng cách liên lạc khơng dây lên đến 1Km trong điều kiện khơng







có vật cản , sử dụng giao thức SPI để giao tiếp.
2.3.2 Thông số kỹ thuật
Điện áp làm việc: 1.9 ~ 3.6 V
Kích thước board siêu nhỏ chỉ 12 x 26mm
PCB mạ vàng chất lượng và chính xác cao
Phạm vi gần 100m tại 250kbps

Tốc độ dữ liệu 250kbps đến 2Mbit



Tự động nhận biết
Tự động truyền lại
6 đường dữ liệu
Tối thiểu số lượng các linh kiện bên ngồi
Có thể dùng phân mềm để chọn lựa kênh từ 2400MHz to 2525MHz (có thể chọn
125 kênh)
Các PIN đầu ra GND, VCC, CE, CSN, SCK, MOSI, MISO, IRQ



Rất nhiều ứng dụng ghi chú và hỗ trợ trên Website của Nordic Semiconductor







Hình 2.5: Module giao tiếp nRF24L01


8
2.3.3 Chức năng các chân
1

GND

Ground

2

VCC

Power input 3.3 V
Mức thấp: tải dữ liệu lên radio hoặc copy một gói tin

3

nhận được.

CE - Chip Enable

Mức cao: thiết lập radio sang Mode receive/transmit
4

Đây là chế độ SPI slave select pin, Nó được đưa về
mức thấp để bắt đầu giao tiếp SPI, Đưa về mức cao để

CSN - Chip Select N

hoàn tất giao dịch
Xung clock giao tiếp SPI

5

SCK - SPI Clock

6

MOSI - Master Out, Slave Dữ liệu nối tiếp được truyền từ Master (MCU) qua
In
chân này tới Slave (nRF24L01)

7

MISO - Master In, Slave Dữ liệu nối tiếp được truyền từ Slave (nRF24L01) qua
Out
chân này tới Master (MCU)

8

IRQ - Interrupt Request

Yêu cầu ngắt. radio điều khiển chân này về mức thấp
để kích hoạt interrupt.

Bảng 2.1: Chức năng các chân
2.4 Giao thức SPI
2.4.1 Giao thức SPI là gì ?
SPI (Serial Peripheral Interface, SPI bus — Giao diện Ngoại vi Nối tiếp, bus
SPI) là một chuẩn đồng bộ nối tiếp để truyền dữ liệu ở chế độ song cơng tồn
phần (full-duplex) .Đây là kiểu truyền thơng Master-Slave, trong đó có 1 chip
Master điều phối q trình truyền thơng và các chip Slaves được điều khiển bởi
Master vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave. Đơi khi SPI cịn được





gọi là giao diện bốn dây (four wire).
Sơ đồ kết nối hai hệ thống với nhau bằng giao tiếp SPI. Một hệ thống được trang bị
bộ thu/phát tín hiệu SPI Master cịn hệ thống kia được trang bị bộ thu/phát tín hiệu
SPI Slave. SPI Master và SPI Slave kết nối với nhau thông qua bốn đường tín hiệu:
SS (Slave Select): về cơ bản đây là tín hiệu báo sự bắt đầu và kết thúc một lần
thu/phát dữ liệu qua SPI. Tín hiệu SS sẽ do bộ SPI Master tạo ra.
SCLK (Serial Clock): tín hiệu clock được tạo ra bởi SPI Master để định thời cho dữ
liệu. Tại mỗi cạnh lên hoặc xuống của mỗi clock, một bit dữ liệu sẽ được truyền đi
trên dây MOSI và MISO.


9


MOSI (Master Out Slave In): đường truyền dữ liệu từ SPI Master đến SPI Slave.
Tín hiệu trên đường dây này do SPI Master tạo ra.



MISO (Master In Slave Out): đường truyền dữ liệu từ SPI Slave đến SPI Master.
Tín hiệu trên đường dây này do SPI Slave tạo ra.

Hình 2.6: Giao thức SPI
Hai hệ thống kết nối với nhau qua SPI. Một hệ thống được trang bị SPI Master còn
hệ thống kia được trang bị SPI Slave. SPI Master và SPI Slave kết nối với nhau qua
bốn đường tín hiệu: Slave Select (SS), Serial Clock (SCLK), Master-Out-Slave-In
(MOSI), và Master-In-Slave-Out (MISO). Hướng mũi tên trên các đường tín hiệu

cho biết nơi tạo ra và nơi nhận tín hiệu.
2.5 Cách hoạt động của module
Mơ-đun thu phát nRF24L01 sử dụng cấu trúc gói được gọi là ShockBurst nâng
cao. Cấu trúc gói đơn giản này được chia thành 5 trường khác nhau, được minh họa
dưới đây.

Hình 2.7: nRF24L01 + Cấu trúc gói ShockBurst nâng cao


10
Cấu trúc ShockBurst ban đầu chỉ bao gồm các trường Bắt đầu, Địa chỉ, Tải trọng
và Kiểm tra dự phòng chu kỳ (CRC). ShockBurst được cải tiến mang lại chức năng
lớn hơn cho truyền thông nâng cao hơn bằng cách sử dụng trường điều khiển
gói (PCF) mới được giới thiệu .
Cấu trúc mới này là tuyệt vời cho một số lý do.
Thứ nhất, nó cho phép tải trọng có chiều dài thay đổi với một công cụ xác định
chiều dài tải trọng, nghĩa là tải trọng có thể thay đổi từ 1 đến 32 byte.
Thứ hai, nó cung cấp cho mỗi gói tin được gửi một ID gói, cho phép thiết bị
nhận xác định xem một tin nhắn có mới hay khơng hoặc nó đã được truyền lại (và
do đó có thể bỏ qua).
Cuối cùng, và quan trọng nhất, mỗi tin nhắn có thể yêu cầu một xác nhận được gửi
khi nhận được bởi một thiết bị khác.
2.6 Cảm biến âm thanh KY-037
Ky-037 là một trong những module cảm biếm âm thanh với chi phí thấp, đồng
thời dễ dàng kết nối với các MCU. Cảm biến này gồm 1 micro, 1 bộ so sánh và 2
ngõ ra.Và có 4 chân 1 chân VCC ,1 chân GND, 1 chân A0 ngõ ra tương tự, tín hiệu
điện áp ngõ ra của micro. và chân D0 khi cường độ âm thanh đạt đến một ngưỡng
nhất định, đầu ra tín hiệu cao/ thấp.









Hình 2.8: Cảm biến âm thanh KY-037
2.6.1 Thông số kĩ thuật và sơ đồ kết nối cảm biến âm thanh KY-037
Điện áp: 3V-15V
Chân dương (+): kết nối 5V của arduino
Chân âm (-): kết nối GND của arduino
Chân A0: kết nối với A0 của arduino
Chân D0: kết nối với D13 của arduino
Độ nhạy có thể điều chỉnh bằng chiết áp trên mạch
2.6.2 Nguyên lý hoạt động
Cảm biến âm thanh giúp nhận biết và phát hiện cường độ âm thanh của môi
trường xung quanh. Thích hợp để làm các ứng dụng cơ bản về nhận biết, giám sát
các tiếng động của môi trường xung quanh, và nhiều ứng dụng thú vị khác. Độ nhạy


11
có thể được điều chỉnh bằng chiết áp trên module để phù hợp với từng nhu cầu ứng
dụng.
- Nó sử dụng một microphone, mạch khuếch đại tín hiệu, máy dị biên độ và bộ
đệm. Khi phát hiện âm thanh nó sẽ qua mạch khuếch đại để khuếch đại tín hiệu rồi
gửi tín hiệu analog
2.7 Module FT232rl
2.7.1 Giới thiệu sơ lược về Module FT232rl
Mạch chuyển USB UART TTL FT232RL sử dụng IC FT232RL từ chính hãng
FTDI, mạch được thiết kể nhỏ gọn nhưng vẫn ra chân đầy đủ, rất dễ sử dụng với

mọi hệ điều hành Windows, Mac, Linux,...
Mạch chuyển USB UART TTL FT232RL có chất lượng tốt, khơng sử dụng thạch
anh ngồi nên có độ bền và độ ổn định cao, thích hợp cho các ứng dụng cần chuyển
USB sang UART TTL hoặc giao tiếp Vi điều khiển với máy tính.

Hình 2.9: Module FT232rl













2.7.2 Thơng số kỹ thuật
IC chính: FT232RL từ FTDI
Nguồn cấp: 5VDC từ cổng USB
Chuyển giao tiếp từ USB sang UART TTL.
Tốc độ Baudrate: tùy chỉnh.
Có ngõ ra nguồn cho cả 3V3 và 5VDC.
Kích thước: 17x32.5mm
2.7.3 Sơ đồ chân
DTR: Chân UART TTL Data Terminal Ready, thường không sử dụng.
RXD: chân nhận dữ liệu UART TTL Reiceve
TXD: chân truyền dữ liệu UART TTL Transmit

VCC: Chân nguồn cấp, có thể chọn nguồn cấp 5V hoặc 3.3VDC qua Jumper.
CTS: Chân UART TTL hardware flow control (also called RTS/CTS flow control)


12
2.8 Màn hình LCD
2.8.1 Giới thiệu sơ lược về LCD và thư viện điều khiển LCD của Arduino
Thư viện LiquidCrystal là thư viện điều khiển LCD trên Arduino, nó được xây
dựng để cho các bạn có thể lập trình điều khiển các module LCD ơ vng một cách
nhanh chóng mà khơng cần phải lập trình nhiều. Thư viện này được viết để phù hợp
với con IC HD44780 (con điều khiển module LCD), tuy nhiên, trên thị trường mình
tồn thấy các con LCD của Trung Quốc và thư viện này vẫn hoạt động tốt. Nghĩa là,
bạn chỉ cần mua module LCD về và gắn vào Arduino, nạp code là chạy được,
không cần quan tâm đến IC điều khiển LCD.
2.8.2 Cấu tạo và thơng số kỹ thuật

Hình 2.10: Màn hình LCD
 VSS: tương đương với GND - cực âm
 VDD: tương đương với VCC - cực dương (5V)
 Constrast Voltage (Vo): điều khiển độ sáng màn hình
 Register Select (RS): điều khiển địa chỉ nào sẽ được ghi dữ liệu
 Read/Write (RW): Bạn sẽ đọc (read mode) hay ghi (write mode) dữ liệu? Nó sẽ phụ
thuộc vào bạn gửi giá trị gì vào.
 Enable pin: Cho phép ghi vào LCD.
 D0 - D7: 8 chân dư liệu, mỗi chân sẽ có giá trị HIGH hoặc LOW nếu bạn đang ở
chế độ đọc (read mode) và nó sẽ nhận giá trị HIGH hoặc LOW nếu đang ở chế độ
ghi (write mode).
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

13
PHẦN I: THIẾT KẾ
3.1 Sơ đồ khối hệ thống
BỘ PHÁT

BỘ THU

Khối cấp nguồn

Khối cấp nguồn

Khối điều khiển

Khối điều

trung tâm

khiển trung tâm
Khởi động Module nRF24L01
Khởi động Module KY-037

Khởi động Module nRF24L01

Khởi động LCD

Khởi động LCD

Đọc dữ liệu

Nhận dữ liệu

Analog từ KY-037

từ nRF24L01

Đ

Đ
S
Chuyển qua

S

Chuyển qua

nRF24L01(thu)

nRF24L01(phát)

Đ
Hiển thị dữ liệu phát

Đ
S

S

Hiển thị dữ liệu thu

trên LCD

trên LCD

Kết thúc

Kết thúc
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống khối


14
- Khối nguồn: Cấp nguồn 5V từ ngoài vào cho board mạch chính qua cổng usb của
máy tính.
- Khối điều khiến trung tâm:
+ Cấp nguồn và điều khiển hoạt động khối cảm biến.
+ Nhận dữ liệu từ khối cảm biến và gửi dữ liệu cho bên thu.
- Khối cảm biến:
+ Đo các thông số về tiếng ồn
- Khối hiển thị: Hiển thị kết quả đo được ra màn hình LCD.
3.2 Các kết nối cơ bản trong hệ thống
3.2.1 Kết nối board Arduino Uno và module nRF24L01

Hình 3.2: Các chân kết nối nRF24L01
3.2.2 Cách nối mạch với các mạch Uno, Nano, Promini, Leonardo,...
Tơi chỉ nói về cách nối module NRF24 với Arduino (Uno, Nano, Promini,
Leonardo,...):

Hình 3.3: Cấu hình cho Module nRF24L01


15

NRF24

Arduino

1

GND

2

3.3V

3

D9

4

D10

5

D13

6

D11

7

D12

Bảng 3.1: Sơ đồ nối chân của nRF24L01
3.3 Sơ đồ cảm biến âm thanh trên Arduino

Hình 3.4: Các chân kết nối KY-037
*Các chân kết nối:
Arduino Uno

Descrition

KY-037

VCC(5V)

Source

VCC(5V)

GND

Ground

GND

PWM(PIN 2)

Serial

A0

Bảng 3.2: Kết nối chấn UNO với KY-037