(TIỂU LUẬN) báo cáo THỰC HÀNH điện tử NÂNG CAO đề tài kết nối module SIM(900) với arduino, nhắn tin điều khiển chăm sóc hồ cá thủy sinh

Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ NÂNG CAO ĐỀ TÀI Kết nối module SIM(900) với Arduino, nhắn tin điều khiển chăm sóc hồ cá thủy sinh Giảng viên hướng dẫn: Phù Trần Tín Nhóm sinh viên thực hiện: Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín NHẬN XÉT CỦAGIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Thực hành điện tử nâng cao I GVHD:TS Phù Trần Tín Đặt vấn đề Bạn có sở thích ni cá chăm sóc thủy sinh khơng thường xuyên nhà phải học, làm,  Vì bạn khơng thể cho cá ăn giờ,cây thủy sinh thiếu ánh sáng,không bật tắt đèn,oxi nhằm tiết kiệm điện Để giải vấn đề trên, nhóm định thực đề tài “Kết nối module SIM(900) với Arduino, nhắn tin điều khiển chăm sóc hồ cá thủy sinh” AI Tổng quan mục tiêu kế hoạch tiến độ Tổng quan Mục tiêu Kế hoạch Kinh phí Bảng 1: Tổng quan mục tiêu kế hoạch tến độ Thực hành điện tử nâng cao BI Tên Tuần Tuần GVHD:TS Phù Trần Tín Phân cơng thực Thịnh Thảo luận đề tài Tổng hợp ý kiến Tuần Tìm hiểu linh kiện, thống kê linh kiện Tuần Viết code cho chức điều khiển Servo Arduino Tuần Tổng hợp code thành phần hoàn chỉnh Tuần Thiết kế, bổ sung thêm chức năng,linh kiện (nếu cần) Tuần Cắm TestBoard, kiểm tra sửa lỗi Tuần Vẽ Altium Tuần Kiểm tra sửa lỗi Thực hành điện tử nâng cao Tuần Tổng hợp báo cáo tuầ n(PP Tuần 10 Word) Phát triển sản phẩm Báo cáo sản phẩm, thuyết trình Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín Mục lục NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN I Đặt vấn đề II Tổng quan mục tiêu kế hoạch tiến độ III Phân công thực Chương 1: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN 10 1.1 MODULE ARDUINO UNO R3 10 1.1.1 Năng lượng 11 1.1.2 Bộ nhớ 11 1.1.3 Các cổng vào/ra 12 1.2 MỘT SỐ LINH KIỆN QUAN TRỌNG KHÁC 12 1.2.1 Module Sim900A 13 1.2.2 Relay 15 1.2.3 Động Cơ Servo SG90 16 1.2.4 Máy bơm nước mini DC Motor 12V 17 Chương 2: KỸ THUẬT / CÔNG NGHỆ 17 2.1 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO IDE 17 2.1.1 Arduino IDE gì? 17 2.1.2 Giới thiệu giao diện Arduino IDE 18 2.1.3 Cấu trúc chương trình Arduino: 18 Chương 3: THIẾT KẾ 19 3.1 THIẾT KẾ 19 3.1.1 Mục đích: 19 3.1.2 Sơ đồ khối 20 3.1.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 21 3.2 TÍNH TỐN CHI TIẾT 22 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín 3.2.1 Khối nguồn 22 3.2.2 Khối xử lý 22 3.2.3 Khối điều khiển thiết bị (Khối Relay) 23 3.2.4 Khối thu phát tín hiệu 24 Chương 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 26 4.1 Mơ hình sản phẩm thực tế 26 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 27 Chương 6: PHỤ LỤC 28 Code Arduino 28 Chương 7: Tài liệu tham khảo 33 Mục lục bảng Bảng 1: Tổng quan mục tiêu kế hoạch tến độ Bảng 2: Phân công thực Bảng 3:Thông số Arduino uno 10 Bảng 4: Một số tác vụ Arduino IDE 18 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín Mục lục hình ảnh Hình 1: Arduino UNO R3 Hình 2: Module SIM 900A 12 Hình 3: Relay 5V10A chân SRD-05VDC-SL-C 13 Hình 4: Sơ đồ cấu trúc Relay 13 Hình 5: Động servo 16 Hình 6: Máy bơm nước mini DC Motor 12V 16 Hình 7:Giao diện Arduino IDE 17 Hình 8: Sơ đồ kết nối khối 19 Hình 9: Thiết kế phần mềm Fritzing 21 Hình 10: Sơ đồ nguyên lý mạch giảm áp LM2596 22 Hình 11:Sơ đồ chân Arduino UNO R3 22 Hình 12: Khối điều khiển thiết bị 23 Hình 13: Sơ đồ chức Sim900A 24 Hình 14: Mạch điều khiểu thực tế 26 Hình 15: Giao diện điều khiển SMS 28 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín Chương 1: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN 1.1 MODULE ARDUINO UNO R3 Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, mà người ta thường nói tới dịng Arduino UNO Hiện dịng mạch phát triển tới hệ thứ (R3) Vì giá thành rẻ số chân digital(14 chân)vừa đủ để thực đề tài nên nhóm chọn Arduino UNO R3 Hình 1: Arduino UNO R3 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín Uno có 14 chân đầu vào / đầu digital (trong chân sử dụng làm đầu PWM), đầu vào analog, kết nối USB, giắc cắm nguồn, nút reset nhiều thứ khác Nó chứa thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển Arduino UNO sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR ATmega8, ATmega168, ATmega328 3.2.3 Khối điều khiển thiết bị (Khối Relay) Hình 15: Khối điều khiển thiết bị a) Nguyên lý hoạt động - Khi “Tín hiệu” đưa vào mức (0V) Q1, Q2, Q3 khơng dẫn khơng có dịng I BE >> Role khơng làm việc - Khi “Tín hiệu” đưa vào mức (5V) qua R2, R3, R6 hạn dịng làm cho Q1 dẫn thơng lúc ta có dịng Ice dịng điện chạy qua cuộn dây >> Q1,Q2,Q3 >> Max, Role đóng tiếp điểm thường mở (ĐK thiết bị đó) - Diot D1, D2, D3 mạch có tác dụng chống lại dịng điện cảm ứng cuộn sinh làm hỏng transistor 24 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín - Mục đích R2, R3, R6 tạo dịng vào cực B trans tới ngưỡng bão hòa để trans hoạt động khóa có điều kiện - Lưu ý: Dịng vào Tín hiệu nhỏ chạy thẳng Role nên ta sử dụng transistor để kích dịng cho role b) Ưu điểm - Có thể cách li hồn tồn phần tín hiệu điều khiển với phần nguồn cấp cho Relay - Nhờ cách li tốt qua Opto nên hạn chế nhiễu hoạt động Phù hợp ứng dụng cho Bật/Tắt loại tải cảm động cơ, máy bơm… d) Nhược điểm c) - Tốn nhiều linh kiện –> Chi phí sản xuất, chế tạo cao - Phức tạp với người tiếp cận 3.2.4 Khối thu phát tín hiệu Hình 16: Sơ đồ chức Sim900A Tích hợp nguồn xung ic đệm thiết kế nhỏ gọn giữ yếu tố cần thiết thiết kế Module Sim như: Mạch chuyển mức tín hiệu logic sử dụng Mosfet, IC 25 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín giao tiếp RS232 MAX232, mạch nguồn xung dòng cao, khe sim chuẩn đèn led báo hiệu, mạch kèm với Anten GSM Tắt nguồn bình thường cách gửi lệnh AT “AT + CPOWD = 1” Bộ quản lý nguồn tắt nguồn cung cấp lượng cho phần băng tần sở lại nguồn cung cấp điện cho RTC Phần mềm không hoạt động Các cổng nối tiếp truy cập Nguồn điện (kết nối với VBAT) áp dụng Lệnh AT “AT + CFUN” sử dụng để đặt mơ-đun chế độ chức tối thiểu Trong chế độ này, chức RF chức thẻ SIM bị vơ hiệu hóa, cổng nối tiếp truy cập Mức tiêu thụ điện chế độ thấp chế độ bình thường 26 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín Chương 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 27 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín 4.1 MẠCH IN Hình 17:Mạch dây Hình 18:Mạch 3D Hình 19: Mạch điều khiểu thực tế 28 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín 4.2 Mơ hình sản phẩm thực tế Hình 20: Hình tồn sản phẩm 29 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín Các lệnh tin nhắn đề tài cho Module Sim900A để điều khiển Arduino : #A.led on * : tất led bật #A.led off * : tất led tắt #A.90* :servo xoay 90 độ #A.150* :servo xoay 150 độ #A.motor on* : động motor hoạt động #A.motor off* : tắt động motor #A.all.on* : tất hoạt động # A.all.off* :tất ngưng hoạt động # A.state* :báo trạng thái hoạt động (nhận phản hồi từ module sim900) 30 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín Chương 5: KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Xã hội ngày phát triển không ngừng Song song với điện thoại thơng minh tích hợp với nhiều ứng dụng sống người trở lên dễ dàng hơn, họ dùng điện thoại thơng minh để nghe, gọi nhắn tin,… Bằng nắm bắt thực tiễn tư vấn GVHD, nhóm thống thực đề tài điều khiển thiết bị Module SIM900A qua tin nhắn sms sử dụng arduino làm xử lí trung tâm.Nhằm tiện lợi tiết kiệm thời gian cho người sử dụng, cần biết nhắn tin sms để điều khiển hầu hết thứ Sau nghiên cứu thực có lần thất bại với nhiều nỗ lực cố gắng nhóm thực đề tài, nhóm tìm hiểu học hỏi kiến thức sau: - Đầu tiên nhóm học cách làm việc nhóm giải vấn đề - Nghiên cứu cách sử dụng Arduino UNO R3, Module Sim 900A nhiều linh kiện khác có đồ án - Thiết kế thi công mạch PCB, mơ hình hồn chỉnh - Hiểu giao thức truyền nhận SMS - Giải vấn đề đơn giản hóa cách thức sử dụng Bên cạnh sản phẩm nhiều hạn chế: Thời gian nghiên cứu thi công không nhiều nên phần thiết kế chưa tối ưu chương trình, tính thẩm mỹ hiệu kinh tế đảm bảo hoạt động tốt, Về phần nguồn: sử dụng nguồn chung 12V để điều khiển nhiều thiết bị lúc nên đơi lúc bị chập chờn Hướng phát triển nhóm : - Hoàn thiện vẻ ngoài: nhỏ gọn, tối ưu - Tăng mạnh tính an tồn - Điều khiển nhiều thiết bị hơn.-Dùng cảm biến chuyển động HC-SR501 để bật tắt đèn tự động.(đã thực hoàn thành) 31 Hình 22: Cảm biến chuyển động HCSR501 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín Chương 6: PHỤ LỤC Code Arduino #include #define Motor 13 #define Light 12 #define SERVO_PIN #define LightPIR int PIR =7; int val = 0; String lightState = "HIGH"; String motorState = "HIGH"; Servo gServo; int temp=0,i=0; int led=2; char str[15]; void setup() { pinMode (PIR,INPUT);///////////////////////////// pinMode (LightPIR,OUTPUT); Serial.begin(9600); pinMode(Motor, OUTPUT); digitalWrite(Motor, HIGH); pinMode(Light, OUTPUT); 32 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín digitalWrite(Light, HIGH); gServo.attach(SERVO_PIN); gServo.write(0); delay(100); gServo.write(90); delay(100); gServo.write(0); delay(100); pinMode(led, OUTPUT); Serial.println("AT+CNMI=2,2,0,0,0\r"); delay(500); Serial.println("AT+CMGF=1\r"); delay(1000); } void loop() { val = digitalRead(PIR); ///////////// digitalWrite (LightPIR, val); if(temp==1) { check(); temp=0; i=0; delay(1000); }} void serialEvent() 33 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín { while(Serial.available()) { if(Serial.find("#A.")) { digitalWrite(led, HIGH); delay(1000); digitalWrite(led, LOW); while (Serial.available()) { char inChar=Serial.read(); str[i++]=inChar; if(inChar=='*') { temp=1; return; }}}}} void check() { if(!(strncmp(str,"90",2))) { gServo.write(0); delay(100); gServo.write(90); delay(100); gServo.write(0); delay(100); } if(!(strncmp(str,"150",3))) { 34 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín gServo.write(0); delay(100); gServo.write(150); delay(200); gServo.write(0); delay(100); } if(!(strncmp(str,"motor on",8))) { digitalWrite(Motor, HIGH); motorState = "ON"; } if(!(strncmp(str,"motor off",9))) { digitalWrite(Motor, LOW); motorState = "OFF"; } if(!(strncmp(str,"led on",6))) { digitalWrite(Light, HIGH); lightState = "ON"; } if(!(strncmp(str,"led off",7))) { digitalWrite(Light, LOW); lightState = "OFF"; } if(!(strncmp(str,"all on",6))) { digitalWrite(Light, HIGH); lightState = "ON"; digitalWrite(Motor, HIGH); 35 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín motorState = "ON"; } if(!(strncmp(str,"all off",7))) { digitalWrite(Light, LOW); lightState = "OFF"; digitalWrite(Motor, LOW); motorState = "OFF"; } if(!(strncmp(str,"state",5))) { String message ="Light is "+ lightState +" and "+"Motor is "+ motorState ; sendSMS(message); }} void sendSMS(String message){ Serial.println("AT+CMGF=1\r"); delay(1000); Serial.println("AT+CMGS=\"+84968781077\"\r"); delay(1000); / Send the SMS Serial.println(message); delay(1000); / End AT command with a ^Z, ASCII code 26 Serial.print((char)26); } 36 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín Chương 7: Tài liệu tham khảo https://mlab.vn/index.php?_route_=huong-dan-su-dung-module-sim900.html http://arduino.vn/ https://iotmaker.vn/relay-1-kenh-5v.html https://arduinokit.vn/dong-co-servo-la-gi 37 ... sáng,không bật tắt đèn,oxi nhằm tiết kiệm điện Để giải vấn đề trên, nhóm định thực đề tài ? ?Kết nối module SIM(900) với Arduino, nhắn tin điều khiển chăm sóc hồ cá thủy sinh? ?? AI Tổng quan mục tiêu kế hoạch... Tuần Kiểm tra sửa lỗi Thực hành điện tử nâng cao Tuần Tổng hợp báo cáo tuầ n(PP Tuần 10 Word) Phát triển sản phẩm Báo cáo sản phẩm, thuyết trình Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín... điều khiểu thực tế 28 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín 4.2 Mơ hình sản phẩm thực tế Hình 20: Hình tồn sản phẩm 29 Thực hành điện tử nâng cao GVHD:TS Phù Trần Tín Các lệnh tin nhắn