MÔ HÌNH SMARTHOME SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH SMARTHOME SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SVTH: HUỲNH TRÍ MẪN MSSV: 12141133 Khoá: 2012 Ngành: CN KT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG GVHD: ThS. NGUYỄN NGÔ LÂM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2017i Tp. Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 02 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Huỳnh Trí Mẫn MSSV: 12141133 Ngành: CNKTĐiện tử truyền thông Lớp: 12141CLVT Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Ngô Lâm ĐT: 01669668407 Ngày nhân đề ̣ tài: 12092016 Ngày nộp đề tài: 13022017 1. Tên đề tài : Mô hình Smarthome sử dụng năng lượng mặt trời 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:  TS. Nguyễn Bá Hải, “Giáo trình Lập trình Labview”  Ed Doering, “NI myRio Project Essentials Guide”  NI, “User Guide And Specifications NI myRIO 1900”  Kit Ni MyRIO1900 và các module liên quan 3. Nội dung thưc hi ̣ ên đề ̣ tài:Thiết kế và xây dựng mô hình smarthome điều khiển qua mạng internet sử dụng năng lượng mặt trời  Tìm hiểu về Kit Ni MyRIO1900  Tìm hiểu thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động các thiết bị được sử dụng trong hệ thống.  Làm mô hình thực tế từ mica  Thiết kế Web Server giám sát các thông số của hệ thống và điều khiển hoạt động của hệ thống qua mạng Internet, điều khiển thiết bị qua máy tính bảng  Nhận xét, kết luận. 4. Sản phẩm: Mô hình Smarthome sử dụng năng lượng mặt trời. TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ii PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Huỳnh Trí Mẫn MSSV: 12141133 Ngành: CNKTĐiện tử truyền thông Tên đề tài: Mô hình Smarthome sử dụng năng lượng mặt trời Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Ngô Lâm NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 2. Ưu điểm: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 3. Khuyết điểm: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? ....................................................................................................................................... 5. Đánh giá loại: ....................................................................................................................................... 6. Điểm:……………….(Bằng chữ:............................................................................ ) ....................................................................................................................................... Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc iii PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Huỳnh Trí Mẫn MSSV: 12141133 Ngành: CNKTĐiện tử truyền thông Tên đề tài: Mô hình Smarthome sử dụng năng lượng mặt trời Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Ngô Lâm NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 2. Ưu điểm: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 3. Khuyết điểm: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? ....................................................................................................................................... 5. Đánh giá loại: ....................................................................................................................................... 6. Điểm:……………….(Bằng chữ:............................................................................ ) ....................................................................................................................................... Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên phản biện CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc iv LỜI CẢM ƠN Được sự phân công của khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh và được sự đồng ý của thầy giảng viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Ngô Lâm, em đã thực hiện đề tài mang tên “Mô hình SMARTHOME sử dụng năng lượng mặt trời”. Để có thể hoàn thành đề tài này, em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Đào tạo chất lượng cao, khoa Điện Điện tử Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những năm em học tập tại trường. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Ngô Lâm đã tân t ̣ ı̀nh hướ ng dân v ̃ à tao điề ̣ u kiên thu ̣ ân l ̣ ơi cho em trong su ̣ ốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp. Bên cạnh đó, em cũng xin cảm ơn các anh, chị khóa trước cũng như các baṇ sinh viên trong lớp 12141CLVT đã nhiêt t ̣ ı̀nh đóng góp ý kiến và chia sẻ kinh nghiêm đê ̣ ̉ giúp em có thể hoàn thành đề tài này. Cuối cùng, do kiến thức còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để có thể hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Tp. Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 02 năm 2017 Sinh viên thực hiện Huỳnh Trí Mẫnv TÓM TẮT Trong thời kì công nghệ luôn phát triển không ngừng, nền khoa học kĩ thuật của nước ta cũng cần phải bắt kịp xu hướng chung của thế giới nếu không muốn bị ụt hậu. Các mạch điện, thiết bị điện tử luôn đổi mới, phát triển, các hệ thống điều kiển kit điều kiển cũng có nhiều đổi mới, có tính ứng dụng cũng như đa dụng cao hơn. Một trong số đó rất đáng quan tâm nghiên cứu là kit Ni myRIO. Đi đôi với vấn đề phát triển của khoa học kỹ thuật thì vấn đề năng lượng cung cấp cũng là một vấn đề cấp bách. Và sau khi trao đổi với giáo viên hướng dẫn, người thực hiện đề tài đã quyết định thực hiện nghiên cứu về kit myRio và việc sử dùng năng lượng mặt trời trong đời sống thực tế. Đề tài người thực hiện chọn là: “Mô hình SMARTHOME sử dụng năng lượng mặt trời”. Một trong những điểm mới của đề tài này đó là lập trình bằng phần mềm Labview, không phải lập trình bằng ngôn ngữ truyền thống nữa mà lập trình bằng ngôn ngữ “hình ảnh”, có tính tư duy, trừu tượng hơn. Cũng như áp dụng việc sử dụng năng lượng mặt trời trong thực tế. Đề tài này được người thực hiện đề tài dựa trên sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Ngô Lâm, cũng như sự hỗ trợ về thiết bị của nhà trường, của công ty Nation Instruments, qua tìm hiểu trên mạng, thông tin datasheet của một số linh kiện điện tử cũng như các đề tài đồ án nghiên cứu của các khoá trước. Song do kiến thức có hạn, kinh nghiệm còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài còn nhiều thiếu sót. Người thực hiện đề tài rất mong nhận được sự góp ý của hội đồng bảo vệ, thầy cô, và các bạn sinh viên để có thể nâng cao chất lượng của đồ án.vi ABSTRACT The living standards and people’s needs are higher than ever, requiring technical industry must always change, improvement and enhance the quality of life. In fact, Electronics industry largely and importantly contributes to bring such great achievements. Its characteristic is always proactive, create new products to serve people, not only in life but also in science, military, health care, agriculture… Followed by the increasing demand of energy. However, energy resources are mainly exploited as: coal, nuclear, oil and gas, ... which are increasingly exhausted and has affected the environment. Therefore, to ensure energy resources as well as environmental issues, renewable energy or clean energy is urgently necessary at present. That do not only contribute to enhance the quality of life, but also open up new ways to assist people more in the future. This project, the implementation team builds a model of smart home using solar energy. The controller board is kit Ni myRIO1900. Ni myRIO1900 using programmed with the LabVIEW. The controller board will make decision to control onoff devices based on the program has been programmed and sent information to the unit. The source using two adapter, the solar energy and grid electric.vii MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP........................................................................ i PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN....................................... ii PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ........................................ iii LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................... iv TÓM TẮT .................................................................................................................. v ABSTRACT ............................................................................................................. vi MỤC LỤC............................................................................................................... vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................................ xi DANH MỤC BẢNG.............................................................................................. xiii DANH MỤC HÌNH ẢNH..................................................................................... xiv CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ............................................................................................................ 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài................................................................................. 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 2 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 2 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 3 1.5 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 3 1.6 Bố cục của đồ án............................................................................................ 3 CHƯƠNG 2 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH LABVIEW................................................................... 4 2.1 Phần mềm lập trình Labview......................................................................... 4 2.1.1 Giới thiệu ................................................................................................ 4 2.1.2 Ứng dụng của Labview ........................................................................... 5viii 2.1.3 Cách sử dụng phần mềm Labview .......................................................... 6 2.1.4 Giao tiếp giữa kit NI myRio với phần mềm Labview trên PC............. 10 2.2 Phần mềm tạo giao diện trên máy tính bảng ............................................... 12 CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC KHỐI LIÊN QUAN.......................................... 13 3.1 Kit Ni myRio 1900 ...................................................................................... 13 3.1.1 Giới thiệu .............................................................................................. 13 3.1.2 Thông số kỹ thuật ................................................................................. 14 3.1.3 Các chuẩn giao tiếp 3 ......................................................................... 25 3.2 Module điều khiển động cơ L298 ( mạch cầu H L298) .............................. 34 3.2.1 Giới thiệu chung ................................................................................... 34 3.2.2 Tóm tắt chức năng ................................................................................ 34 3.2.3 Thông số kỹ thuật ................................................................................. 35 3.2.4 Kết nối trên Labview ............................................................................ 35 3.3 Động cơ DC................................................................................................. 35 3.4 Module cảm biến nhiêt đô ̣ (PmodTMP3) .................................................... 36 ̣ 3.5 Module PmodCLS(màn hı̀nh LCD): ........................................................... 37 3.6 Module cảm biến ánh sáng (PmodALS): .................................................... 38 3.7 Module Keypad(PmodKYPD): ................................................................... 38 3.8 Module cảm biến gas MQ2 ......................................................................... 39 3.9 Module Relay một kênh .............................................................................. 39 3.10 Module buzzer .......................................................................................... 40 3.11 Tấm panel năng lượng mặt trời ................................................................ 40 3.11.1 Giới thiệu ........................................................................................... 40ix 3.11.2 Phân loại các tấm pin năng lượng mặt trời ........................................ 42 3.11.3 Thông số kỹ thuật và hình ảnh thực tế của tấm pin ........................... 43 3.12 Mạch sạt pin năng lượng mặt trời V2 ...................................................... 44 3.12.1 Giới thiệu ........................................................................................... 44 3.12.2 Chức năng của mạch ......................................................................... 44 3.12.3 Thông số kỹ thuật .............................................................................. 44 3.13 Acquy tích điện ..................................................................................... 45 CHƯƠNG 4.............................................................................................................. 46 THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ MÔ HÌNH .............................................................. 46 4.1 Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................... 46 4.1.1 Yêu cầu của hệ thống ............................................................................ 46 4.1.2 Sơ đồ khối: ............................................................................................ 46 4.1.3 Chức năng từng khối:............................................................................ 47 4.1.4 Hoạt động của hệ thống ........................................................................ 47 4.2 Thiết kế, tính toán hệ thống ......................................................................... 48 4.2.1 Panel mặt trời, mạch sạt, acquy, mạch chuyển nguồn, adapter ............ 48 4.2.2 Module cảm biến nhiệt độ PmodTMP3 ............................................. 48 4.2.2 Module cảm biến ánh sáng – PmodALS .............................................. 50 4.2.3 Module RTC DS1307 ........................................................................... 51 4.2.4 Module lcd – PmodCLS ....................................................................... 52 4.2.5 Module keypad – PmodKYPD. ............................................................ 54 4.2.6 Module điều khiển động cơ L298 và động cơ ...................................... 56 4.2.7 Module cảm biến gas MQ2 và module buzzer. .................................... 57 4.2.8 Module Relay, Switch, Nút nhấn và hệ thông đèn led. ........................ 58x 4.3 Thiết kế mô hình.......................................................................................... 59 4.3.1 Thiết kế kết cấu mô hình Mica ............................................................. 59 4.3.2 Thiết kế mạch nguyên lý....................................................................... 59 4.4 Hệ thống Web sever .................................................................................... 60 4.4.1 Thiết kế giao diện ................................................................................. 60 4.5 Giao tiếp với máy tính bảng ........................................................................ 61 4.5.1 Yêu cầu ................................................................................................. 61 4.5.2 Phần mềm NI Data Dashboard trên Android........................................ 61 CHƯƠNG 5..............................................................................................................63 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.............................................................63 5.1 Kết luận ........................................................................................................ 63 5.2 Kết quả nghiên cứu ...................................................................................... 63 5.3 Hướng phát triển đề tài ................................................................................ 64 CHƯƠNG 6..............................................................................................................65 KẾT QUẢ VÀ NHÂN X ̣ É T ....................................................................................65 6.1 Kết quả và nhận xét................................................................................... 65 6.1.1 Phần cứng ............................................................................................ 65 6.1.2 Phần mềm ............................................................................................ 67 6.2 Phân tích kết quả ....................................................................................... 67 PHỤ LỤC.................................................................................................................68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................78xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Cụm từ giải thích ADC Analog Digital Convert ARM Advanced RISC Machine AI Analog Input DIO Digital Input Output FPGA Field programmable Gate Array GND Ground GPIB GeneralPurpose Interface Bus I2C InterIntegrated Circuit IC Integrated Circuit IDE Integrated Development Environment IR InfraRed sensor LCD Liquid Crystal Display LED Light Emitting Diode MXP myRio Expansion Port MSP Mini System Port NI Nation Instrument LabVIEW Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench PC personal compute PCI Peripheral Component Interconnectxii PWM Pulse Width Modulation TCPIP Transmission Control Protocol Internet Protocol UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter USB Universal Serial Busxiii DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Bảng mô tả tín hiệu trên các kênh kết nối MXP A và MXP B ..................... 15 Bảng 3.2: Bảng mô tả tín hiệu kết nối MSP C ............................................................... 16 Bảng 3.3: Các chế độ truyền thông trong giao thức SPI.............................................. 311xiv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2. 1: Labview khi khởi động.............................................................................. 4 Hình 2.2: Icon labview 2014....................................................................................... 6 Hình 2.3: Cửa sổ giao diện Labview khi mới khởi động ............................................ 6 Hình 2.4: Front Panel và Block Diagram................................................................... 7 Hình 2.5: Control và Indicator trên Front Panel ....................................................... 7 Hình 2.6: Các hàm trên Block Diagram ..................................................................... 8 Hình 2.7: Click Run để chạy chương trình ................................................................. 8 Hình 2.8: Lưu file........................................................................................................ 9 Hình 2.9: Các lựa chọn khi lưu file bằng Save As ...................................................... 9 Hình 2.10: Giao diện cửa sổ NI MAX....................................................................... 10 Hình 2.11: Các bước thiết lập IP cho kit NI myRio.................................................. 11 Hình 2.12: Gán địa chỉ kit myRio trên phần mềm Labview...................................... 11 Hình 2.13: Giao diện ứng dụng NI Data Dashboard ............................................... 12 Hình 3. 1: Kit Nation Instruments myRio 1900 ........................................................ 13 Hình 3.3: Mặt nhìn từ bên trên của kit myRio .......................................................... 14 Hình 3.4: Mặt nhìn từ bên dưới của kit myRio ......................................................... 14 Hình 3.5: NI myRIO MXP A và MXP B.................................................................... 15 Hình 3.6: NI myRIO MSP C, Audio IO.................................................................... 16 Hình 3.7: Board mở rộng MXP Breadboard ............................................................ 17 Hình 3.8: Sơ đồ khối tổng quát của kit NI myRio ..................................................... 17 Hình 3.9:Mạch điện thể hiện analog input của myRio ............................................. 18 Hình 3.10: Mạch điện thể hiện analog output của NI myRio ................................... 19 Hình 3.11: Line DIO trên Kết nối MXP A và B.......................................... 19 Hình 3.12: Line DIO trên Kết nối MXP A và B........................................ 20 Hình 3.13: Line DIO trên Kết nối MSP C .................................................... 20 Hình 3.14: Giản đồ thời gian của SPI ở Mode 0 ...................................................... 31 Hình 3.15: Giản đồ thời gian của SPI ở Mode 1 ...................................................... 32 Hình 3.16: Giản đồ thời gian của SPI ở Mode 2 ...................................................... 32xv Hình 3.17: Giản đồ thời gian của SPI ở Mode 3 ...................................................... 33 Hình 3. 18 Module điều khiển động cơ L298............................................................ 35 Hình 3. 19: Động cơ DC ........................................................................................... 35 Hình 3. 20 : Module PmodTMP3.............................................................................. 36 Hình 3. 21: Module PmodCLS.................................................................................. 37 Hình 3. 22 : Sơ đồ khối module PmodCLS. .............................................................. 37 Hình 3. 23: Module PmodALS .................................................................................. 38 Hình 3. 24 :Module PmodKYPD............................................................................... 38 Hình 3. 25: Module cảm biến gas MQ2.................................................................... 39 Hình 3. 26: Module Relay 1 kênh.............................................................................. 40 Hình 3. 27: Module buzzer........................................................................................ 40 Hình 3. 28 : Cấu tao t ̣ ấm pin năng lượng mặt trời ................................................... 41 Hình 3. 29: Cấu tao b ̣ ề măt t ̣ ấm pin năng lượng mặt trời ........................................ 41 Hình 3. 30: Tấm panel năng lượng mặt trời ............................................................. 43 Hình 3. 31: Mạch sạt pin năng lượng mặt trời V2.................................................... 44 Hình 3. 32 : Acquy Globe 6V4.5Ah WP4.56 .......................................................... 45 Hình 4. 1: Sơ đồ khối của hệ thống........................................................................... 46 Hình 4. 2: Sơ đồ nối dây các khối của mạch nguồn ................................................. 48 Hình 4. 3: Sơ đồ nối dây module PmodTMP3 với kit NI myRIO.............................. 48 Hình 4. 4:Lưu đồ giải thuật đọc nhiệt độ từ module PmodTMP3 ............................ 49 Hình 4. 5: Kết quả mô phỏng đọc giá trị ánh sáng từ module PmodALS. ............... 49 Hình 4. 6: Sơ đồ kết nối modue PmodALS với kit NI myRIO ................................... 50 Hình 4. 7: Lưu đồ giải thuật đọc cường độ ánh sáng ............................................... 50 Hình 4. 8:Kết quả mô phỏng đọc giá trị ánh sáng từ module PmodALS. ................ 51 Hình 4. 9 : Sơ đồ kết nối module RTC DS1307 với kit NI myRIO ............................ 51 Hình 4. 10: Lưu đồ giải thuật cài đặt thời gian thực từ hệ thống cho module RTC DS1307...................................................................................................................... 52 Hình 4. 11: LCD với:Sơ đồ kết nối board................................................................. 52 Hình 4. 12: Lưu đồ giải thuật điều khiển LCD ......................................................... 53xvi Hình 4. 13: Hình kết quả hiển thị LCD..................................................................... 53 Hình 4. 14: Sơ đồ kết nối module PmodKYPD. với kit NI myRIO............................ 54 Hình 4. 15 : Lưu đồ giải thuật điều khiển PmodKYPD ............................................ 55 Hình 4. 16 : Kết quả mô phỏng điều khiển module PmodKYPD.............................. 56 Hình 4. 17:Sơ đồ kết nối module L298 với kit NI MyRIO 1900................................ 56 Hình 4. 18: Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ bằng Module L298 .................... 57 Hình 4. 19:Sơ đồ kết nối module MQ2 và Module Buzzer ....................................... 57 Hình 4. 20:Lưu đồ giải thuật nhận tín hiệu từ MQ2 và điều khiển buzzer............... 58 Hình 4. 21:Sơ đồ kết nối Module Relay, Nút nhấn Switch, Hệ thống led................. 58 Hình 4. 22: Lưu đồ giải thuật nhận tín hiệu Switch và điều khiển ht đèn, Relay ..... 59 Hình 4. 23: Phần mềm với giao diện người dùng..................................................... 60 Hình 4. 24: Giao diện hoạt động ............................................................................. 61 Hình 4. 25 Giao diện trên máy tính bảng ................................................................. 62 Hình 6. 1: Mô hình đồ án mặt ngang........................................................................ 66 Hình 6. 3 Mô hình mặt trước..................................................................................... 66 Hình 6. 4Phòng điều khiển mô hình.......................................................................... 661 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Trong vài thập niên gần đây nền kinh tế thế giới đã có những dấu hiệu chuyển mình rõ rệt, các ngành kĩ thuật của các nước có những đột phá vô cùng mạnh mẽ, chuyển dần từ lao động máy móc sang trí tuệ nhân tạo. Để bắt kịp xu hướng chung của thế giới, cùng với sự đi lên của nên kinh tế mở, năng động mang tính thị trường của thế giới, nền khoa học kỹ thuật của nước ta cũng có những bước phát triển nhất định. Một trong những xu hướng phát triển của khoa học kỹ thuật mà nước ta đang hướng tới là tự động hóa, hiện đại hóa. Hiện nay, đa phần các nhà máy đã thay thế việc dùng sức lao động của con người, thay vào đó là các dây chuyền sản xuất tự động, giảm thiểu sức lao động của con người, đem lại sự hiệu quả, chính xác, năng suất cao. 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Vài năm trở lại đây, khi thế giới đang dần tiến vào kỷ nguyên Internet of Things (IoT), kết nối mọi vật qua Internet, nhà thông minh trở thành một xu hướng công nghệ tất yếu, là tiêu chuẩn của nhà ở hiện đại. Tại triển lãm lớn nhất thế giới về công nghệ điện tử và tiêu dùng diễn ra đầu tháng 12015 tại Las Vegas (Mỹ), nhà thông minh là một trong những chủ đề nóng nhất. Còn theo hãng tư vấn công nghệ hàng đầu Gartner, công nghệ IoT sẽ bùng nổ kể từ năm 2015 với sự tham gia của hầu hết các hãng công nghệ tên tuổi. Việt Nam không nằm ngoài xu hướng này. Trong năm 2014, chủ đầu tư của hàng loạt khu đô thị lớn như Phú Mỹ Hưng, Royal City, Times City, Ecopark, Vinhomes Central Park… đã đưa nhà thông minh tới các căn hộ, mang lại sự tiện nghi và đẳng cấp cho nhà ở tại đây cho thấy tầm quan trọng của IoT hiện nay. Song song đó môt v ̣ ấn đề khác đăt ra, đo ̣ ́ là vấn đề năng lương, vi ̣ êc c ̣ ác thiết bi ̣ngày càng tiêu thụ nhiều điên năng hơn, thư ̣ ́ năng lương ch ̣ ủ yếu của con ngườ i hiên nay. Vi ̣ êc ch ̣ úng ta phải tiết kiêm c ̣ ác nguồn năng lương ̣ đang có chú ng ta có và2 sử dụng các nguồn năng lượng có khả năng tái tạo khác trở nên cấp bách trên toàn thế giới. Hiên nay vi ̣ êc ph ̣ át triển năng lương ̣ ở các quốc gia khác trên thế giớ i đa c ̃ ó nhiều thành tưu đa ̣ ́ng kể, song ở Viêt Nam v ̣ ấn đề này vẫn còn chưa đươc quan tâm ̣ đúng mứ c. Người thực hiện chọn đề tài Mô hình Smart Home sử dụng năng lượng mặt trời vì nhận thấy để tài có đáp ứng được hay yêu cầu chính trong việc phát triển các ngành kỹ thuật cao ở Việt Nam. Thứ nhất là Việt Nam có thể đuổi theo với các xu thế của thế giới hiện đại với IoT và vấn đề năng lượng. Thứ hai là tính thực tiển cao của đề tài có thể được áp dụng trực tiếp vào Việt Nam trong giai hiện nay. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Với đề tài: “Mô hình SMARTHOME sử dụng năng lượng mặt trời”.Sau khi hoàn thành đồ án người thực hiện cần đạt các mục tiêu:  Biết cách lập trình phần mềm Labview, cách kết nối giao tiếp, điểu khiển, các thông số của kit myRio và các module mạch cầu H, module buzzer, module relay, cảm biến gas, cảm biến nhiêt đô ̣ , c ̣ ảm biến ánh sáng, keypad, lcd của kit.  Thực hiện được giao tiếp giữa thiết bị và máy tính qua mạng Wifi. Qua đó triển khai ứng dụng trên máy tính bảng thông qua phần mềm DashBoard. Điều khiển các thiết bi ̣  Rèn luyện kĩ năng nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu.  Thiết kế giao diện phần mềm giúp người sử dụng theo dõi và điều khiển mạch phần cứng. 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu  Nghiên cứu tài liệu hướng dẫn sử dụng kit myRio về cấu tạo, đặc tính kỹ thuật.  Tìm hiểu về phần mềm lập trình Labview và cách lập trình cho kit.  Phần mềm NI DashBoard.  Các module trong đồ án:Pmod, keypad, mạch cầu H,cảm biến ánh sáng cảm biến nhiệt độ cảm biến gas, module relay, module buzzer.3  Tìm hiểu mạch sạt năng lượng mặt trời V2  Cấu hình mạng để kit giao tiếp được với máy tính.  Xây dựng thuật toán và viết code cho ứng dụng dựa theo mục tiêu đã đề ra. 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: Kit myRio, phần mềm Labview, mạch cầu H, các module theo Kit và các module bên ngoài, cấu hình mạng điều khiển qua wifi, nghiên cứu web seviece ứng dụng Data Dashboard… Mạch sạt accquy mặt trời V2  Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lập trình ứng dụng đơn giản là nền tảng để phát triển các ứng dụng khác sau này, trong phạm vi các kiến thức đã học để từ đó phát triển thêm. Labview là phần mềm có giao diện trực quan, sinh động tuy đã được sử dụng nhiều nhưng vẫn còn khá mới đối với sinh viên hiện nay. Chính vì thế mà người thực hiện quyết định thực hiện đề tài này để nghiên cứu như một cách tiếp cận một công nghệ mới. Tuy vậy cũng không thể tránh khỏi những khó khăn, thiếu sót. 1.5 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập thông tin, tự nghiên cứu, sau đó tổng hợp và đưa ra phương án thực hiện đề tài.  Ý tưởng: Điều khiển các module sử dụng kit myRio gồm điều khiển qua má tı́nh,laptop và điều khiển qua máy tı́nh bảng. 1.6 Bố cục của đồ án Đồ án bao gồm 6 chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Phần mềm lập trình labview. Chương 3: Cơ sở lý thuyết và các khối liên quan. Chương 4: Thiết kế hệ thống và mô hình. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. Chương 6: Kết quả và nhân x ̣ ét.4 CHƯƠNG 2 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH LABVIEW 2.1 Phần mềm lập trình Labview2 2.1.1 Giới thiệu Hình 2. 1: Labview khi khởi động LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là một phần mềm máy tính được phát triển bởi National Instruments. LabVIEW dùng trong hầu hết các phòng thí nghiệm, lĩnh vực khoa học kỹ thuật như tự động hóa, điều khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng không, hóa sinh, điện tử y sinh ở các nước đặc biệt là Mỹ, Hàn quốc, Nhật Bản. Ngôn ngữ lưu đồ đồ họa của LabVIEW hấp dẫn các kỹ sư và nhà khoa học trên toàn thế giới như một phương pháp trực giác hơn trong việc tự động hóa các hệ thống đo lường và điều khiển. Ngôn ngữ lưu đồ kết hợp với IO gắn liền và điều khiển giao diện người sử dụng tương tác cùng đèn chỉ báo làm cho LabVIEW trở thành một sự lựa chọn lý tưởng cho kĩ sư và nhà khoa học.5 LabVIEW được biết đến như là một ngôn ngữ lập trình với khái niệm hoàn toàn khác so với các ngôn ngữ lập trình truyền thống như ngôn ngữ C, Pascal. Bằng cách diễn đạt cú pháp thông qua các hình ảnh trực quan trong môi trường soạn thảo, LabVIEW đã được gọi với tên khác là lập trình G (viết tắt của Graphical). Hiện tại ngoài phiên bản LabVIEW cho các hệ điều hành Window, Linux, hãng NI đã phát triển các modul LabVIEW cho máy hỗ trợ cá nhân (PDA). 2.1.2 Ứng dụng của Labview Như đã nêu ở trên Labview được sử dụng trong các lĩnh vực đo lường, tự động hóa, cơ điện tử, robotics, vật lý, toán học, sinh học, vật liệu ô tô như: Labview giúp người lập trình kết nối bất kỳ cảm biến, và bất kỳ cơ cấu chấp hành nào với máy tính. Labview có thể được sử dụng để xử lý các kiểu dữ liệu như tín hiệu tương tự (analog), tín hiệu số (digital), hình ảnh (vision), âm thanh (audio)… Labview hỗ trợ các giao tiếp khác nhau RS232, RS485, TCPIP, PCI, PXI,… Labview đã trở nên phổ biến ở các phòng thí nghiệm ở Nhật, Hàn, Mỹ, Anh, Đức,… ở Việt Nam, Labview đang dần tiếp cận với sinh viên, kỹ sư. Có thể kể tên một số đề tài đã được thực hiện như: Ứng dụng đo lường: thu thập dữ liệu các thông tin cần thiết của tàu vũ trụ cỡ nhỏ tại cơ quan hàng không và vũ trụ NASA, Hoa Kỳ. Ứng dụng mô phỏng 3D: mô phỏng cánh tay robot đơn giản do Thạc sĩ Đỗ Trung Hiếu thực hiện. Ứng dụng điều khiển phương tiện không người lái: mô tả ứng dụng Labview điều khiển robot không người lái nhằm dò tìm và khám phá dưới nước của tập đoàn Nexans. Ứng dụng thu thập hình ảnh và mô phỏng động lực học: mô phỏng hệ thống lái không trục lái trong ô tô. Đồng thời hình ảnh từ webcam được thu thập và đưa lên giao diện người dùng.6 Trong đề tài này, người thực hiện sử dụng Labview để thu thập thông tin từ cảm biến, sau đó xử lý và truyền tín hiệu lại kit myRio để thực hiện các yêu cầu của đề tài. 2.1.3 Cách sử dụng phần mềm Labview Sau khi cài đặt xong phần mềm Labview, để khởi chạy, ta click vào biểu tượng của phần mềm (hình 2.1) Hình 2.2: Icon labview 2014 Để tạo project mới, chọn File > New Vi (hoặc nhấn phím tắt Ctrl + N) Hình 2.3: Cửa sổ giao diện Labview khi mới khởi động Lúc này xuất hiện hai cửa sổ, màu xám (Front Panel) và màu trắng (Block diagram) như hình 2.2. Nhấn Ctrl+T để canh đều hai cửa sổ Front panel và Block diagram.7 Hình 2.4: Front Panel và Block Diagram Front Panel là nơi để thiết kế giao diện cho toàn bộ hệ thống, là một cửa sổ giao diện người dùng có thể tương tác, quan sát kết quả hiển thị từ các thiết bị ảo… Còn Block Diagram có thể coi như là một sơ đồ khối gồm các thiết bị đầu cuối, subVis, nút, hàm chức năng, các hằng số, cấu trúc, dây kết nối, trong đó dữ liệu được truyền giữa các đối tượng khác nhau trong sơ đồ khối Trong Labview, các nút nhấn được gọi là các Control, đóng vai trò input (hay giá trị nhập vào), có thể đó là các tay nắm, nút ấn, thanh trượt, boolean, chuỗi… nó là công cụ mô phỏng thiết bị đầu vào và cung cấp dữ liệu cho sơ đồ khối của VI. Các LCD hiển thị được gọi là các Indicator, đóng vai trò output (giá trị hiển thị ra kết quả), đó có thể là các đồ thị, biểu đồ, đèn LED, chuỗi trạng thái. Để gọi các control và indicator ta click chuột phải trên cửa sổ Front Panel. Các control thì luôn kết nối vào các nút bên trái của hàm, có các mũi tên lên xuống để tăng giảm giá trị và control thì có màu trằng. Còn các indicator thì luôn kết nối vào các nút bên phải của hàm, không thể nhập giá trị vào và có màu xám. Hình 2.5: Control và Indicator trên Front Panel8 Tương tự, để gọi hàm (Function), ta click chuột phải trên cửa sổ Block Diagram, hay còn gọi là cửa sổ chứa các sơ đồ khối, ta dùng các đường dây nối để tạo mối liên kết giữa các khối và hàm lại. Hình 2.6: Các hàm trên Block Diagram Từ đây, người lập trình sẽ gọi các control, indicator và các hàm để lập trình theo từng yêu cầu, từng mục đích của người thực hiện. Sau khi lập trình xong, để chạy chương trình, ta click vào Operate > Run (hoặc nhấn phím tắt Ctrl + R) hoặc click vào biểu tượng như hình 2.6 Hình 2.7: Click Run để chạy chương trình Trong Labview, để lưu file ta chọn File > Save. Chọn đường dẫn vị trí để lưu file và đặt tên cho file cần lưu rồi nhấn OK. Đối với file chương trình Labview thì đuôi của nó là .VI (viết tắt của chứ Virtual Instrumentation – thiết bị ảo).9 Hình 2.8: Lưu file Để tạo lưu file hiện tại đang mở thành một file mới ta chọn Save as, hộp thoại như hình 2.8 hiện ra. Ý nghĩa của ba lựa chọn trong mục copy là: Substitude… có nghĩa là file mới tạo sẽ được mở, file cũ sẽ đóng lại. Create… có nghĩa là file cũ sẽ được mở, file mới tạo sẽ được đóng lại. Open… có nghĩa là cả hai file cũ và mới tạo sẽ được mở. Nếu chọn mục Rename thì không có file mới nào được tạo nhưng có thể thay đổi tên file hiện tại. Hình 2.9: Các lựa chọn khi lưu file bằng Save As Để mở File, chọn File > Open và chọn file cần mở. Lưu ý là các file được lập trình bởi Labview phiên bản quá cũ sẽ không mở được bằng phần mềm Labview phiên bản cao, và cũng không thể mở các file được lưu bằng Labview có phiên bản cao hơn bằng Labview có phiên bản thấp hơn. Để khắc phục điều này, sử dụng chức năng Save for previous version (trong File) khi muốn file có thể mở bằng các phiên bản Labview thấp hơn.10 Để sử dụng Labview hiệu quả, rút ngắn thời gian, giảm bớt các công đoạn vào thư viện lấy control, indicator… thì cần phải nhớ các quy tắc: Quy tắc 1: Right Click > CreateReplaceChange to để lấy các khối, tạo khối, thay thế khối và đổi chức năng khối. Quy tắc này giúp việc lập trình được nhanh hơn, hạn chế số lần click chuột để tìm các khối cần thiết trong lập trình. Quy tắc 2: Ctrl + H để xem sơ đồ chân của hàm và đọc hướng dẫn tóm tắt của một hàm bất kỳ (context help). Quy tắc 3: Search để tìm kiếm các đối tượng, các hàm. 2.1.4 Giao tiếp giữa kit NI myRio với phần mềm Labview trên PC. Để cấu hình mạng cho NI myRio, sau khi kết nối kit myRio với PC bằng cáp USB, ta tìm và click vào biểu tượng NI MAX trên PC để cấu hình địa chỉ cho kit, ta được giao diện như 2.9 Hình 2.10: Giao diện cửa sổ NI MAX Trong mục Remote, ta chọn kit NI myRio đang kết nối, trong cửa sổ bên phải, ta tìm đến mục SSID và Network Security để thiết lập và đặt mật khẩu cho kit myRio phát wifi (theo các bước như hình 2.10) hoặc sử dụng địa chỉ mặc định 172.22.11.2 nếu sử dụng kit myRio kết nối với PC bằng cáp USB.11 Hình 2.11: Các bước thiết lập IP cho kit NI myRio Trên phần mềm Labview, để kết nối với kit myRio, ta cần gán địa chỉ của kit myRio để phần mềm Labview kết nối đến kit. Click chuột phải vào kit đang kết nối đến PC trong cửa sổ project. Chọn properties, nhập vào địa chỉ của kit vào ô địa chỉ như hình 2.11 và nhấn OK, như vậy kit myRio đã kết nối thành công với phần mềm Labview trên PC. Hình 2.12: Gán địa chỉ kit myRio trên phần mềm Labview12 2.2 Phần mềm tạo giao diện trên máy tính bảng NI Data Dashboard là một phần mềm được NI thiết kế sẵn dành cho cả 3 hệ điều hành cho thiết bị cầm tay lớn trên thị trường là Android, iOS và WindowPhone. Với tính năng chia sẻ biến (Shared Variables) trên Labview, phần mềm NI Data Dashboard có thể biến thành một màn hình hiển thị trạng thái các dữ liệu thu được, hoặc khi thêm các nút nhấn, thanh trượt ta có thể điều khiển các biến chia sẻ đó theo mục đích. Hình 2.13: Giao diện ứng dụng NI Data Dashboard13 CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC KHỐI LIÊN QUAN 3.1 Kit Ni myRio 1900 3 3.1.1 Giới thiệu Hình 3. 1: Kit Nation Instruments myRio 1900 Nation Instruments myRio 1900 (NI myRio) sử dụng các công nghệ mới nhất từ Zynq Xilinx FPGA tích hợp hệ thống trên một chip với một bộ xử lý chạy một hệ điều hành thời gian thực. Công nghệ mạnh mẽ này kết hợp với một gia tốc onboard, đèn lED có thể lập trình, âm thanh IO, analog và kỹ thuật số IO, và cổng USB giúp hàng ngàn ý tưởng dự án đi vào cuộc sống.14 3.1.2 Thông số kỹ thuật NI myRIO sử dụng chip Xilinx Zynq – 7010 với một bộ vi xử lý dualcore CortexA9 ARM ®™ và một FPGA với 28.000 tế bào lập trình logic, 34 chân IO, trong đó có 4 chân vào, 1 chân ra tín hiệu tương tự, 10 chân vào tín hiệu số, các chân cấp nguồn 5V, 3,3V, chân GND, và các chân PWM, UART, I2C. NI myRIO cũng bao gồm WiFi onboard, một cảm biến gia tốc ba trục, và một số đèn LED, nút nhấn. Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho kit NI myRIO bằng ngôn ngữ LabView hoặc hoặc một số ngôn ngữ khác như C, C++. Nhìn hình 3.1 ta thấy mặt trước của kit myRio có led báo nguồn (power), led báo trạng thái (status), led báo wifi và 4 led lập trình (led 0 đến led 3). Hình 3.2: Mặt nhìn từ bên trên của kit myRio Mặt trên của kit myRio có cổng USB, cổng kết nối với máy tính, nguồn cấp cho myRio hoạt động và nút nhấn Reset. Mặt dưới của kit myRio có nút nhấn bậttắt wifi. Hình 3.3: Mặt nhìn từ bên dưới của kit myRio15 NI myRIO có hai port mở rộng kết nối (MXP A và MXP B) được thể hiện trong hình 2.4. Nó sẽ được tuỳ chỉnh với module NI LabVIEW FPGA. Khoảng cách 2 hàng là 0.1inch, 34 vị trí (17x2) IDC kết nối. Hình 3.4: NI myRIO MXP A và MXP B Bảng 3.1: Bảng mô tả tín hiệu trên các kênh kết nối MXP A và MXP B Tín hiệu Tham chiếu Mô tả +5V DGND Đầu ra nguồn + 5V AI AGND 05V tham chiếu, kênh đầu vào analog AO AGND 05V tham chiếu, kênh đầu ra analog AGND NA Tham chiếu cho đầu ra và đầu vào analog +3.3V DGND Đầu ra nguồn +3.3V DIO DGND Đầu vàora: 3.3V tương ứng đầu ra, 3.3V5V tương ứng đầu vào. UART.RX DGND UART đầu vào nhận UART.TX DGND UART Đầu ra truyền DGND NA Tham chiếu cho tín hiệu số 3.3V và 5.5V16 Ngoài ra, mặt hông của NI myRio còn có Mini System Port (MSP) Connectors chứa kênh audio IO và các chân nguồn, tín hiệu tương tự các chân MXP, chỉ khác các chân của MSP là chân đầu cái, còn MXP là chân đầu đực. Hình 3.5: NI myRIO MSP C, Audio IO Bảng 3.2: Bảng mô tả tín hiệu kết nối MSP C Tín hiệu Tham chiếu Mô tả +15V15V AGND +15V15V nguồn đầu ra AI0+AI0; AI1+AI1 AGND ±10V vi phân kênh đầu vào analog AO AGND ±10V tham chiếu, singleended kênh đầu ra analog AGND NA Tham chiếu cho đầu vàora analog Và ±15V nguồn đầu ra +5V DGND Đầu ra nguồn +5V DIO DGND Đầu vàora với 3.3V đầu ra và 3.3V5V đầu vào tương ứng DGND NA Tham chiếu cho line số và +5V nguồn đầu ra17 Trong trường hợp không đủ chân để lập trình, có thể dùng module mở rộng của myRio là MXP Breadboard (hình 3.6), với chức năng của các chân đã được chú thích trên board, kết nối trực tiếp với MXP A hoặc MXP B. Hình 3.6: Board mở rộng MXP Breadboard Hình 3.7: Sơ đồ khối tổng quát của kit NI myRio18  Các kênh tín hiệu Analog Input NI myRio có các chân tín hiệu Analog nằm trên các port mở rộng MXP A, MXP B, MSP C và các chân kết nối audio input. Các tín hiệu analog input là một bộ ghép kênh đơn chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC). MXP A và MXP B có bốn kênh analog input trên mỗi kết nối (AI0AI3), có thể dùng để đo tín hiệu từ 05V. Riêng MSP C có hai kênh analog input AI0 và AI1 với 2 trở kháng cao, có thể dùng để đo tín hiệu đến ±10V. Đối với các tín hiệu đầu vào thì cùng cấp đầu vào với giá trị ±2.5V. Hình 3.8:Mạch điện thể hiện analog input của myRio  Các kênh tín hiệu Analog Output NI myRio cũng có các kênh analog output trên các port mở rộng MXP A, MXP B, MSP C và audio output. Mỗi kênh analog output đều được chuyên dụng để chuyển đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự (DAC), bởi vậy các tín hiệu có thể cập nhật đồng thời. Bộ chuyển đổi DAC của kênh analog output được điều khiển bởi 2 bus truyền thông nối tiếp từ FPGA. Kết nối MXP A và MXP B nằm trên bus thứ nhất, MSP C và audio output nằm ở bus thứ hai.19 Kết nối MXP A và B có 2 kênh đầu ra analog trên kết nối là AO0 và AO1, có thể sử dụng với tín hiệu từ 05V. Kết nối MSP C có 2 kênh đầu ra analog là AO0 và AO1, có thể tạo ra tín hiệu lên đến ±10V. Audio output được điều khiển thông qua cáp hoặc driver headphone. Hình 3.9: Mạch điện thể hiện analog output của NI myRio  DIO Lines NI myRIO có line DIO 3.3V chung trên MXP và kết nối MSP. Kết nối MXP A và MXP B có 16 DIO line trên kết nối, trên MXP mỗi line DIO từ 0 đến 13 có một điện trở kéo lên 40kΩ nối đến 3.3V và line DIO 14 và 15 có điện trở kéo lên 2.2kΩ nối đến 3.3V. Kết nối MSP C có 8 line DIO. Mỗi line DIO có điện trở kéo xuống 40kΩ nối đến Ground. Có thể lập trình trên tất cả các line riêng như là đầu vào hay là đầu ra. Những chức năng kĩ thuật số thứ 2 bao gồm: Giao diện nối tiếp ngoại vi (SPI), I2C, điều chế độ rộng xung PWM và đầu vào encoder sẽ được tìm hiểu trong phần mềm NI myRIO. Hình 3.10: Line DIO trên Kết nối MXP A và B.20 Hình 3.11: Line DIO trên Kết nối MXP A và B Hình 3.12: Line DIO trên Kết nối MSP C  Line UART NI myRIO có một line đầu vào UART nhận (Rx) và một line đầu ra UART truyền (Tx) trên mỗi Kết nối MXP. Line UART là bằng điện giống như các line DIO 0 đến 13. Line UART.Tx và UART.Rx cũng có điện trở kéo lên 40KΩ nối đến 3.3V. Sử dụng LabVIEW Real Time để đọc và ghi trên line UART. Cấu hình serial port được thiết lập như sau: Baud rate 115200. 8 bit data. No parity. One stop bit. No flow control.  Một số chức năng đặc biệt của IO số. PWM: Trong số các cổng digital, người dùng có thể chọn một số cổng dùng để xuất tín hiệu điều chế xung PWM (chân 27,29,31). Điều chế xung thường gặp khi cần điều khiển động cơ DC, động cơ không chổi than hoặc các thí nghiệm liên quan tới nguồn xung ở đầu vào. PWM có nhiều ứng dụng trong viễn thông, xử lý âm thanh hoặc điều khiển động cơ mà phổ biến nhất là động cơ servo trong các máy bay mô hình hay trong đồ án này là động cơ cửa.21 SPI: Đây là một chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ có bus gồm có 4 dây. Với tính năng này NI myRIO có thể kết nối với các thiết bị như LCD, bộ điều khiển video game, bộ điều khiển cảm biến các loại, đọc thẻ nhớ SD… I2C: Đây là một chuẩn giao tiếp đồng bộ khác nhưng bus chỉ có hai dây. Với tính năng này NI myRIO có thể giao tiếp với một số loại cảm biến như thermostat của CPU, tốc độ quạt, một số màn hình OLEDLCD, đọc realtime clock, chỉnh âm lượng cho một số loại loa…  Đặc điểm kỹ thuật: Bộ vi xử lý Loại vi xử lý: Xilinx Z7010 Tốc độ vi xử lý: 667 MHz Số lõi vi xử lý: 2 Bộ nhớ Bộ nhớ không bay hơi: 256 MB Bộ nhớ DDR3: 512 MB Tần số xung nhịp: 533 MHz Độ rộng bus dữ liệu: 16 bit FPGA Loại FPGA: Xilinx Z7010  Đặt điểm wireless Chế độ không dây: IEEE 802.11 b,g,n Băng tầng: ISM 2.4 GHz Độ rộng kênh: 20 MHz Kênh: USA 111, International 113 Công suất truyền: +10 dBm max (10mW) Phạm vi ngoài trời: lên đến 150m (line thẳng) Antenna định hướng: Omnidirectional Bảo mật: WPA, WPA2, WPA2Enterprise22  Cổng USB USB host por: USB 2.0 High speed USB device port: USB 2.0 High speed Đầu vào analog Tốc độ lấy mẫu: 500kSs Độ phân giải: 12 bit Bảo vệ quá áp: ±16 V  Kết nối MPX Cấu hình: 4 kênh singleended trên kết nối Trở kháng đầu vào: >500 kΩ thu nhận 500kSs 1 MΩ được mở nguồn và nghỉ 4.7 kΩ khi được tắt Trở kháng nguồn đề nghị: 3 KΩ hoặc nhỏ hơn Dải điện áp: 0 đến 5V Độ chính xác tuyệt đối: ±50 mV Băng thông: > 300kHz  Kết nối MSP Cấu hình: 2 kênh vi phân Trở kháng đầu vào: lên đến 100 nA rò khi bật nguồn; 4.7 kΩ khi được tắt Dải điện áp: ± 10 V Điện áp làm việc: ± 10V của AGND Độ chính xác tuyệt đối: ±200mV Băng thông: Nhỏ nhất 20kHz, điển hình > 50 kHz Đầu vào audio Cấu hình: 1 đầu vào stereo bao gồm 2 AC gộp lại, kênh single ended Trở kháng đầu vào: 10 kΩ tại DC Dải điện áp: ± 2.5 V Băng thông: 2 Hz đến > 20 kHz23 Đầu ra analog Tốc độ cập nhật tối đa Tất cả các kênh AO trên MXP kết nối: 345kSs Tất cả các kênh AO trên Kết nối MSP và kênh đầu ra audio: 345 kSs Độ phân giải: 12 bit Bảo vệ quá tải: ± 16 V Điện áp khởi động: 0V sau khi khởi tạo FPGA  Kết nối MPX Cấu hình: 2 kênh singleended trên kết nối Dải điện áp: 0 đến 5V Độ chính xác tuyệt đối: 50 mV Dòng điều khiển: 3 mA Tốc độ quay: 0.3V µs  Kết nối MSP Cấu hình: 2 kênh singleended Dải điện áp: ± 10V Độ chính xác tuyệt đối: ± 200 mV Dòng điều khiển: 2mA Tốc độ quay: 2 V µs  Đầu ra Audio Cấu hình: 1 đầu ra stereo bao gồm 2 AC gộp lại, kênh single ended Trở kháng đầu ra: 100 Ω nối tiếp với tụ 22µF Băng thông: 7 Hz đến>50kHz tải 30Ω, 2Hz đến>50 kHz tải tổng trở cao  IO số  Số line Kết nối MXP: 2 port 16 line DIO( kết nối trên mỗi port) Kết nối MSP: 1 port 8 line DIO  Chiều điều khiển: mỗi line DIO được lập trình khác nhau trong phần mềm như là đầu vào hoặc đầu ra.24  Mức logic: 5V tương ứng đầu vào LVTTL; 3.3V tương ứng đầu ra LVTTL  Mức logic đầu vào: Đầu vào điện áp mức thấp (VIL ): nhỏ nhất 0 V ; lớn nhất 0.8 V Đầu vào điện áp mức cao (VIH ): nhỏ nhất 2 V; lớn nhất 5.25 V  Mức logic đầu ra Đầu ra điện áp mức cao ( VOH ), cấp dòng 4 mA: nhỏ nhất 2.4 V, lớn nhất 3.465V Đầu ra điện áp mức thấp (VOL), rút dòng 4 mA: nhỏ nhất 0V; lớn nhất 0.4V  Độ rộng xung: 20 ns  Tần số tối đa cho chức năng số thứ 2  SPI: 4 MHz  PWM: 100 kHz  Đầu vào encoder: 100 kHz  I2C: 400 kHz  Line UART  Tốc độ baud tối đa: 230400bps  Data bit: 5,6,7,8  Stop bit: 1, 2  Parity: odd, even, mark, space  Flow control: XONXOFF  Cảm biến gia tốc Số trục: 3 Phạm vi: ± 8g Độ phân giải: 12 bit Tốc độ lấy mẫu: 800 Ss Nhiễu: 3.9 mg ở 25oC Nguồn đầu ra  Đầu ra nguồn: + 5V25 Điện áp đầu ra: 4.75 V đến 5.25 V Dòng tối đa trên mỗi kết nối: 100 mA  Đầu ra nguồn 3.3 V Điện áp đầu ra: 3.0 V đến 3.6 V Dòng tối đa trên mỗi kết nối: 150 mA  Đầu ra nguồn + 15 V Điện áp đầu ra: +15 V đến +16V Dòng điện tối đa: 32 mA (16 mA khi khởi động) o Đầu ra nguồn 15 V Điện áp đầu ra: 15 V đến 16V Dòng điện tối đa: 32 mA (16 mA khi khởi động) Công suất chung của điện áp đầu ra từ 15V đến +15 V: 500 mW Nguồn yêu cầu Dải điện áp nguồn cung cấp: 6 16 VDC Công suất tiêu thụ tối đa: 14 W Công suất tiêu thụ điển hình ở trạng thái nghỉ: 2.6 W 3.1.3 Các chuẩn giao tiếp  Chuẩn truyền thông bluetooth Giới thiệu Bluetooth là một công nghệ cho phép truyền thông giữa các thiết bị với nhau mà không cần dây dẫn. Nó là một chuẩn điện tử, điều này có nghĩa là các hãng sản xuất muốn có đặc tính này trong sản phẩm thì họ phải tuân theo các yêu cầu của chuẩn này cho sản phẩm của mình. Những tiêu chuẩn kỹ thuật này đảm bảo cho các thiết bị có thể nhận ra và tương tác với nhau khi sử dụng công nghệ Bluetooth. Ngày nay phần lớn các nhà máy đều sản xuất các thiết bị có sử dụng công nghệ Bluetooth. Các thiết bị này gồm có điện thoại di động, máy tính và thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA (Prosonal Digital Assistant). Công nghệ Bluetooth là một công nghệ dựa trên tần số vô tuyến và bất cứ một thiết bị nào có tích hợp bên trong công nghệ này đều có thể truyền thông với các thiết bị khác với một khoảng cách nhất định về cự26 ly để đảm bảo công suất cho việc phát và nhận sóng. Công nghệ này thường được sử dụng để truyền thông giữa hai loại thiết bị khác nhau. Đặc điểm truyền thông. Ưu điểm: Tiêu thụ năng lượng thấp. Cho phép ứng dụng được nhiều loại thiết bị bao gồm các thiết bị cầm tay và điện thoại di động. Khoảng cách giao tiếp cho phép giữa hai thiết bị kết nối có thể lên đến 100m. Bluetooth sử dụng băng tần 2.4GHz, tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới mức tới đa 1Mbps mà các thiết bị không cần phải trực tiếp thấy nhau. Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng dụng này với một ứng dụng khác thông qua chuẩn Bluetooth, do đó có thể độc lập về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng. Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần mềm hỗ trợ. Nhược điểm: Khoảng cách kết nối còn ngắn so với công nghệ mạng không dây khác. Chỉ kết nối được hai thiết bị với nhau, không kết nối thành mạng. Giao thức truyền thông Bluetooth là chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho các kết nối thiết bị cá nhân hay mạng cục bộ nhỏ trong phạm vi băng tần từ 2.4GHz đến 2.485GHz. Bluetooth được thiết kế hoạt động trên 79 tần số đơn lẻ. Khi kết nối, nó sẽ tự động tìm ra tần số tương thích để di chuyển đến thiết bị cần kết nối trong khu vực nhằm đảm bảo sự liên tục.  Chuẩn truyền thông I2C. Giới thiệu. Đầu năm 1980 Phillips đã phát triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây được gọi là I2C. I2C là tên viết tắt của cụm từ InterIntergrated Circuit. Đây là đường Bus giao tiếp giữa các IC với nhau. I2C mặc dù được phát triển bới Philips, nhưng nó đã27 được rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng. I2C trở thành một chuẩn công nghiệp cho các giao tiếp điều khiển, có thể kể ra đây một vài tên tuổi ngoài Philips như: Texas Intrument(TI), MaximDallas, analog Device, National Semiconductor ... Bus I2C được sử dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051, PIC, AVR, ARM... chip nhớ như: RAM tĩnh (Static Ram), EEPROM, bộ chuyển đổi tương tự số (ADC), số tương tự(DAC), IC điểu khi

Định dạng
Số trang	104
Dung lượng	6,73 MB