GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Cơ sở lựa chọn đề tài
Ngày nay, công nghệ kết nối đầu tiên cần nhắc đến hiển nhiên là Wifi – công nghệ kết nối không dây phổ biến nhất hiện nay Cũng vì tính phổ biến của dạng kết nối này mà cái tên Wifi thường bị lạm dụng để chỉ kết nối không dây nói chung
Lí do mà kết nối Wifi được ưa chuộng như vậy đơn giản là vì khả năng hoạt động hiệu quả trong phạm vi vài chục đến vài trăm mét của các mạng WLAN.
Và trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện nay, việc phát minh và chế tạo ra các thiết bị thông minh có khả năng điều khiển từ xa đang và sẽ rất được quan tâm và rất hữu ích cho cuộc sống hàng ngày.
Vì mục tiêu công nghệ hiện đại hóa ngày càng phát triển, tôi đã quyết định làm một đồ án về điều khiển thiết bị qua WIFI Khi dự án hoàn thành chúng ta có thể điều khiển các thiết bị điện trong nhà thông qua sóng WIFI, bằng cách tương tác qua các nút nhấn để hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị trên giao diện Web Như vậy, dù chúng ta ở bất cứ nơi nào có sóng wifi đều có thể sử dụng được các thiết bị đã kết nối với module điều khiển.
Khi dự án thành công và được áp dụng rộng rãi thì sẽ rất tiện lợi cho cuộc sống thường nhật, giúp cho đất nước ngày càng phát triển.
Giới thiệu đề tài
Nội dung của đồ án bao gồm 3 chương là:
Chương I: Giới thiệu đề tài
Chương II: Tìm hiểu các linh kiện, công nghệ, thiết bị
Chương III: Thiết kế sản phẩm thực
Giới hạn của đề tài
Vì em sử dụng bộ thu phát cảm biến có khoảng cách không xa nên chỉ có thể sử dụng trong phạm vi 20 30 mét Nếu có đều kiện em sẽ cải tiến để có độ bao phủ của sóng wifi tới mức xa nhất có thể.
Đối tượng nghiên cứu
Họ vi điều khiển ARM COTEX M3.
TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN, CÔNG NGHỆ, THIẾT BỊ
Công nghệ WIFI
Wifi mà mạng kết nối Internet không dây, là từ viết tắt của Wireless Fidelity, sử dụng sóng vô tuyến để truyền tín hiệu Loại sóng vô tuyến này tương tự như sóng điện thoại, truyền hình và radio Và trên hầu hết các thiết bị điện tử ngày nay như máy tính, laptop, điện thoại, máy tính bảng đều có thể kết nối Wifi
Hình 2.1 Wifi sử dụng trên các thiết bị thông minh
Kết nối Wifi dựa trên các loại chuẩn kết nối IEEE 802.11, và chủ yếu hiện nay Wifi hoạt động trên băng tần 54 Mbps và có tín hiệu mạnh nhất trong khoảng cách 100 feet (gần 31 mét, các bạn cứ thử tưởng tượng mỗi 1 tầng nhà lấy trung bình là 4 mét thì theo lý thuyết sóng wifi phát ở tầng 1 vẫn sẽ bắt được nếu bạn đang ở tầng 7 - đó là theo lý thuyết) Còn trong thực tế thì trong mỗi ngôi nhà thường có rất nhiều vật cản sóng, nên bạn chỉ cần đứng trên tầng 4 hoặc 5 là tín hiệu đã yếu lắm rồi.
Lúc đầu Wifi được phát triển như là một cách để thay thế cáp Ethernet Cho đến thời điểm hiện tại, Wifi đã trở thành một công nghệ phổ biến cung cấp kết nối giữa các thiết bị.
Không giống như máy thu FM trên xe ô tô, Wifi giao tiếp qua lại chủ yếu quá 2 radio sử dụng điện năng thấp hơn và phát sóng trên một khoảng cách ngắn hơn nhiều.Hai radio cho phép người dùng web tải dữ liệu từ Internet cũng như upload các thông tin - thậm chí là địa chỉ submit thông qua bộ đếm trình duyệt giao tiếp 2 chiều.Wifi phức tạp hơn so với vô tuyến mặt đất đó là Wifi sử dụng giao thức kết nối Internet (Internet Protocol) để giao tiếp Ngôn ngữ này của Internet tạo ra cấu trúc Wifi.
2.1.2 Nguyên tắc hoạt động của Wifi Để có được sóng Wifi thì chúng ta cần phải có bộ phát Wifi - chính là các thiết bị như modem, router Đầu vào, tín hiệu Internet nguồn (được cung cấp bởi các đơn vị ISP như FPT, Viettel, VNPT, CMC hiện nay) Thiết bị modem, router sẽ lấy tín hiệu Internet qua kết nối hữu tuyến rồi chuyển thành tín hiệu vô tuyến, và gửi đến các thiết bị sử dụng như điện thoại smartphone, máy tính bảng, laptop Đây là quá trình nhận tín hiệu không dây (hay còn gọi là adapter) - chính là card wifi trên laptop, điện thoại và chuyển hóa thành tín hiệu Internet Và quá trình này hoàn toàn có thể thực hiện ngược lại, nghĩa là router, modem nhận tín hiệu vô tuyến từ adapter và giải mã chúng, gửi qua Internet.
Hình 2.2 Các kết nối WIFI 2.1.3.Ưu nhược điểm của Wifi.
Hiện nay, có rất nhiều loại sóng có thể kết nối internet như sóng 3g, 4g,… Nhưng sóng wifi có nhiều ưu điểm nổi trội hơn cả.
Mạng wifi không dây không khác gì các hệ thống mạng thông thường. Mạng cho phép người dùng truy xuất tài nguyên mạng ở bất kỳ địa điểm nào trong khu vực được triển khai (home hay office) Với lượng gia tăng người sử dụng laptop thì đây là một điều rất tuyệt vời bởi khi sử dụng mạng không dây đồng nghĩa với việc ta nói không với những dây cáp cổ điển. Ưu điểm di động: Cùng với sự phát triển của các mạng không dây công cộng, người sử dụng có thể truy cập Internet ở mọi nơi Ví dụ như ở các quán Café,người dùng có thể truy cập Internet(mạng không dây) miễn phí.
Hiệu quả: Người sử dụng luôn duy trì kết nối mạng khi họ cần phải đi từ nơi này tới nơi khác.
Khả năng mở rộng: Mạng wifi không dây đáp ứng tức thì khi gia tăng số lượng người dùng Bạn và nhiều người khác có thể sử dụng cùng 1 lúc mà không cần phải kết nối bằng đường cáp như cách cổ điển trước đây Với hệ thống cổ điển trước đây nếu bạn muốn tăng thêm lượng người sử dụng mạng trong hệ thống đồng nghĩa với việc tăng thêm bộ chia và cáp rất lằng nhằng và mất thời gian cũng như tiền bạc.
Hình 2.3 Hình ảnh các ưu điểm WIFI
Bên cạnh những ưu điểm nổi trội nêu trên mạng không dây còn có những điểm hạn chế sau:
- Độ bảo mật: Môi trường kết nối không dây là không khí nên khả năng bị tấn công của người dùng là rất cao Tuy vậy, hiện nay các thiết bị phát wifi cũng đã được nhà sản xuất các trang bị các biện pháp bảo mật khá hữu hiệu, đảm bảo an toàn thông tin cá nhân cho người sử dụng.
- Phạm vi của hệ thống: Với một mạng chuẩn 802.11g, các thiết bị chuẩn chỉ có thể hoạt động tốt nhất trong phạm vi vài chục mét Hệ thống này phù hợp trong một căn hộ, với một tòa nhà lớn thì hệ thống lại không đáp ứng được nhu cầu Giải quyết vấn đề này cần phải mua thêm Repeater hay access point,đẫn đến chi phí gia tăng lên rất nhiều.
- Độ tin cậy: Vì sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông nên việc bị nhiễu, tín hiệu bị giảm do tác động của các thiết bị khác(lò vi sóng,…) là không thể tránh khỏi Nó làm giảm đáng kể rất nhiều hiệu quả hoạt động của mạng.
- Tốc độ: Việc sử dụng hệ thống không dây đồng nghĩa với tốc độ của mạng không dây(1-125 Mbps) chậm hơn rất nhiều so với mạng cổ điển sử dụng cáp
2.1.4.Các chuẩn kết nối Wifi
Hình 2.4 Các chuẩn kết nối WIFI
Kết nối 802.11: Wifi thế hệ thứ nhất Năm 1997, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đã giới thiệu một chuẩn đầu tiên cho WLAN. Chuẩn này được gọi là 802.11 sau khi tên của nhóm được thiết lập nhằm giám sát sự phát triển của nó.
Tuy nhiên, 802.11chỉ hỗ trợ cho băng tần mạng cực đại lên đến 2Mbps, sử dụng băng tần 2,4Ghz của sóng radio hoặc hồng ngoại – quá chậm đối với hầu hết các ứng dụng Với lý do đó, các sản phẩm không dây thiết kế theo chuẩn 802.11 ban đầu dần không được sản xuất.
Kết nối 802.11b: Wi-Fi thế hệ thứ hai IEEE đã mở rộng trên chuẩn 802.11 gốc vào tháng Bảy năm 1999, đó chính là chuẩn 802.11b Chuẩn này hỗ trợ băng thông lên đến 11Mbps, tương quan với Ethernet truyền thống.
802.11b sử dụng tần số vô tuyến (2.4 GHz) giống như chuẩn ban đầu 802.11 Các hãng thích sử dụng các tần số này để chi phí trong sản xuất của họ được giảm Các thiết bị 802.11b có thể bị xuyên nhiễu từ các thiết bị điện thoại không dây (kéo dài), lò vi sóng hoặc các thiết bị khác sử dụng cùng dải tần 2.4 GHz Mặc dù vậy, bằng cách cài đặt các thiết bị 802.11b cách xa các thiết bị như vậy có thể giảm được hiện tượng xuyên nhiễu này.
Ưu điểm của 802.11b – giá thành thấp nhất; phạm vi tín hiệu tốt và không dễ bị cản trở.
Nhược điểm của 802.11b – tốc độ tối đa thấp nhất; các ứng dụng gia đình có thể xuyên nhiễu.
Kết nối 802.11a: Cũng là thế hệ thứ hai.Trong khi 802.11b vẫn đang được phát triển, IEEE đã tạo một mở rộng thứ cấp cho chuẩn 802.11 có tên gọi 802.11a.
Một số loại điều khiển thiết bị thông minh
2.2.1 Điều khiển thiết bị qua webserver
Hình 2.5 Sơ đồ tổng quang hệ thống
Dù đang ở cách xa ngôi nhà, người sử dụng có thể dùng máy tính được kết nối với mạng internet hoặc các thiết bị như điện thoại, máy tính bảng có hỗ trợ Internet để gửi tín hiệu tới bộ điều khiển tác động lên các thiết bị điện trong gia đình Điều này rất thuận tiện khi bạn thường xuyên phải ra khỏi nhà và muốn cập nhập trạng thái và điều khiển hoạt động của các thiết bị điện trong ngôi nhà
Cách thức này có thể nói là tối ưu nhất trong việc hoàn thiện những ngôi nhà smart nhưng chi phí thực hiện lại tốn kém.
2.2.2 Điều khiển thiết bị qua tin nhắn điện thoại
Thiết lập một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS gồm có các thiết bị đơn giản như bóng đèn, quạt máy, lò sưởi đến các thiết bị tinh vi, phức tạp như tivi, máy giặt, điều hòa, hệ thống báo động … Nó hoạt động như một ngôi nhà thông minh Nghĩa là tất cả các thiết bị này có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu thông qua một đầu não trung tâm
Chẳng hạn như việc tắt quạt, đèn điện … khi gia chủ quên chưa tắt trước khi ra khỏi nhà Hay chỉ với một tin nhắn SMS, gia chủ có thể bật máy điều hòa để làm mát phòng trước khi về nhà trong một khoảng thời gian nhất định.
Nhưng kết nối này sẽ không có 1 giao diện để điều khiển các thiết bị mà nó chỉ có thể hiển thị qua các kí hiệu trong sms.
2.2.3 Điều khiển thiết bị qua wifi
Kết hợp cả 2 loại trên thì điều khiển thiết bị qua wifi em thấy là được nhất.Loại này thông qua 1 module thu phát wifi để kết nối với wifi tổng tạo thành kết nối Thông qua giao diện web người dùng có thể thấy được trạng thái hoạt động của các thiết bị cũng như tùy chỉnh được các chế độ on off… Hay hơn đó là mình không cần kết nối qua internet mà chỉ cần thông qua sóng wifi là có thể sử dụng được.
Các phiên bản Module thu phát wifi ESP8266
ESP8266 là một dòng chip tích hợp Wi-Fi 2.4Ghz có thể lập trình được, không biết có bạn nào thắc mắc là modem wifi ở nhà nó hoạt động thế nào, cách thức ra làm sao không nhỉ ? Nếu bạn cũng đang tìm hiểu cũng như muốn điều khiển một cái gì đó từ xa thì đây là một modul thích hợp cho bạn làm điều đó.
ESP8266 cần ít nhất thêm 7 linh kiện nữa mới có thể hoạt động, trong đó phần khó nhất là Antena Đòi hỏi phải được sản xuất, kiểm tra với các thiết bị hiện đại Do đó, trên thị trường xuất hiện nhiều Module và Board mạch phát triển đảm đương hết để người dùng đơn giản nhất trong việc phát triển ứng dụng Một số Module và Board phát triển phổ biến:
Bảng 1.1 Bảng so sánh các thông số.
Số chân pitch form facto r
ESP-02 8 1” 2×4 notch No? None Yes No
ESP-03 14 2mm 2×7 notch No Cerami c No No
ESP-04 14 2mm 2×4 notch No? None No No
SIL No None Yes No
D misc 4×3 dice No None No Yes
2×8 pinhol e Yes Cerami c Yes Yes
Phiên bản Số chân pitch form facto r
LED s Anten na Ant.Sock et Shield ed dài m m
ESP-08 14 2mm 2×7 notch No None No Yes
New 16 2mm 2×8 notch No None No Yes
D misc 4×3 dice No None No No
1×5 notch No None No No
Phiên bản Số chân pitch form facto r
LED s Anten na Ant.Sock et Shield ed dài m m
Hiện tại thì đã có tới 14 phiên bản của ESP8266, quá nhiều sự lựa chọn cho chúng ta Nhưng vì ở Việt Nam không phải lúc nào cũng có đủ tất cả nên mình sẽ giới thiệu 2 phiên bản ESP8266 phổ biến hiện nay Sau đây là 1 số loại phiên bản thông dụng:
Mạch nhỏ, gọn (24.75mm x 14.5mm)
Tích hợp sẳn anten PCB trace trên module
Có hai led báo hiệu: led nguồn, led TXD
Có các chế độ: AP, STA, AT + STA
Lệnh AT rất đơn giản, dễ dàng sử dụng
Khoảng cách giữa các chân 2.54mm
Hình 2.7 Sơ đồ chân ESP - 01
Tích hợp anten PCB trace trên module
Tiêu chuẩn wifi: 802.11b/g/n, với tần số 2.4GHz và hổ trợ bảo mật WPA/WPA2
Khoảng cách giữa các chân 2mm
Hình 2.9 Sơ đồ chân ESP -12
Tích hợp sẵn anten ceramic và anten ngoài U.FL.
Tiêu chuẩn wifi: 802.11b/g/n, với tần số 2.4GHz và hổ trợ bảo mật WPA/WPA2.
Dễ dáng sử dụng với lệnh AT.
Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access Point.
Làm việc như các máy chủ có thể kết nối với 5 máy con.
Khoảng cách giữa các chân 2mm.
Hình 2.11 Sơ đồ chân ESP - 07
RESET: chân reset kéo xuống mass để reset
ADC: chân đọc dữ liệu Analog
CH_PD: Kích hoạt chip, sử dụng cho Flash Boot và updating tại module.
TXD: chân Tx của giao thức UART
RXD: chân Rx của giao thức UART
Còn lại là các chân GPIO
Tìm hiểu về ARM COTEX M3
2.4.1 Tổng quan về ARM COTEX.
Bộ xử lý Cortex là thế hệ lõi nhúng kế tiếp từ ARM Cortex thừa kế các ưu điểm từ các bộ xử lí ARM trước đó, nó là một lõi xử lý hoàn chỉnh, bao gồm bộ xử lí trung tâm Cortex và một hệ thống các thiết bị ngoại vi xung quanh, Cortex cung cấp phần xử lí trung tâm của một hệ thống nhúng Để đáp ứng yêu cầu khắt khe và đa dạng của các hệ thống nhúng, bộ xử lý Cortex gồm có 3 nhánh, được biểu hiện bằng các ký tự sau tên Cortex như sau:
Cortex-A: Bộ vi xử lý dành cho hệ điều hành và các ứng dụng của người dùng phức tạp Hỗ trợ các tập lệnh ARM, Thumb và Thumb-2
Cortex-R: Bộ xử lí dành cho các hệ thống đòi hỏi khắc khe về tính thời gian thực Hỗ trợ các tập lệnh ARM, Thumb, và Thumb-2
Cortex-M: Bộ xử lí dành cho dòng vi điều khiển, được tối ưu hóa cho các ứng dụng nhạy cảm về chi phí Chỉ hỗ trợ tập lệnh Thumb-2 Con số nằm cuối tên
Cortex cho biết mức độ hiệu suất tương đối, với 1 là thấp nhất và 8 là cao nhất. Hiện nay dòng Cortex-M có mức hiệu suất cao nhất là mức 4 STM32 dựa trên bộ xử lý Cortex-M4.
2.4.2 Các phiên bản kiến trúc ARM.
Hinh 2.12 Các phiên bản kiến trúc của lõi ARM
Tính đến thời điểm hiện tại thì phiên bản kiến trúc mới nhất của lõi ARM làARMv9 (Trước đó có ARMv4, ARMv5, ARMv6,…) Bộ xử lý Cortex-M3 dựa trên kiến trúc ARMv9 M và có khả năng thực hiện tập lệnh Thumb-2.
Hình 2.13 Bộ xử lí Cortex và đơn vị xử lí trung tâm Cortex
Thuật ngữ bộ xử lí Cortex (Cortex processor) và đơn vị xử lí trung tâm Cortex (Cortex CPU) sẽ được sử dụng để phân biệt giữa nhúng lõi Cortex hoàn chỉnh và bộ xử lí trung tâm RISC nội (internal RISC CPU).
Trung tâm của bộ xử lý Cortex là một CPU RISC 32-bit CPU này có một phiên bản được đơn giản hóa từ mô hình lập trình (programmer’s model) của ARM7/9, nhưng có một tập lệnh phong phú hơn với sự hỗ trợ tốt cho các phép toán số nguyên, khả năng thao tác với bit tốt hơn và khả năng đáp ứng thời gian thực tốt hơn.
2.4.3 Đơn vị xử lí trung tâm Cortex (Cortex CPU)
Trung tâm của bộ xử lý Cortex là một CPU RISC 32-bit CPU này có một phiên bản được đơn giản hóa từ mô hình lập trình (programmer’s model) của ARM7/9, nhưng có một tập lệnh phong phú hơn với sự hỗ trợ tốt cho các phép toán số nguyên, khả năng thao tác với bit tốt hơn và khả năng đáp ứng thời gian thực tốt hơn.
2.4.3.1 Kiến trúc đường ống (Pipline)
CPU Cortex có thể thực thi hầu hết các lệnh trong một chu kì đơn Giống như CPU của ARM7 và ARM9, việc thực thi này đạt được với một đường ống ba tầng Tuy nhiên Cortex-M3 khả năng dự đoán việc rẽ nhánh để giảm thiểu số lần làm rỗng (flush) đường ống.
Hình 2.14 Kiến trúc đường ống của ARM Cortex 2.4.3.2 Mô hình lập trình (Programmer’s model)
CPU Cortex là bộ xử lý dựa trên kiến trúc RISC, do đó hỗ trợ kiến trúc nạp và lưu trữ (load and store architecture) Để thực hiện lệnh xử lý dữ liệu, các toán hạng phải được nạp vào một tập thanh ghi trung tâm, các phép tính dữ liệu phải được thực hiện trên các thanh ghi này và kết quả sau đó được lưu lại trong bộ nhớ.
Hình 2.15 Kiến trúc load và store của ARM Cortex-M3
Tập thanh ghi này bao gồm mười sáu thanh ghi 32-bit
Các thanh ghi R0-R12 là các thanh ghi đơn giản, có thể được dùng để chứa các biến của chương trình
Thanh ghi R13 được dùng như là con trỏ ngăn xếp (stack pointer). Trong CPU Cortex có hai ngăn xếp được gọi là main stack và process stack
Thanh ghi R14 tiếp theo được gọi là thanh ghi liên kết (link register). Thanh ghi này được sử dụng để lưu trữ các địa chỉ trở về khi một cuộc gọi thủ tục (call a procedure) được thực hiện Điều này cho phép CPU Cortex thực hiện rất nhanh việc nhập và thoát khỏi một thủ tục (fast entry and exit to a procedure).
Thanh ghi R15là bộđếm chương trình (Program Counter)
Hình 2.16 Mô hình lập trình của ARM Cortex-M 2.4.3.3 Thanh ghi XPSR
Ngoài tập thanh ghi trung tâm còn có một thanh ghi riêng biệt được gọi là thanh ghi trạng thái chương trình (Program Status Register) XPSR chứa một số các vùng chức năng quan trọng ảnh hưởng đến việc thực thi của CPU Cortex.
Hình 2.17 Thanh ghi trạng thái chương trình của CPU Cortex
Năm bit đầu là những cờ mã điều kiện và được gán biệt hiệu (aliased) như thanh ghi trạng thái chương trình ứng dụng Bốn cờ N, Z, C, V (Negative, Zero, Carry và Overflow) sẽ được thiết lập và xóa tùy thuộc vào kết quả của một lệnh xử lýdữ liệu Bit Q là được sử dụng bởi các lệnh toán học DPS để chỉ ra rằng một biến đã đạt giá trị tối đa hoặc giá trị tối thiểu của nó
Giống như tập lệnh ARM32-bit, các lệnh Thumb-2 chỉ được thực hiện nếu mã điều kiện của lệnh phù hợp với trạng thái của các cờ trong thanh ghi trạng thái chương trình ứngdụng (Application Program Status Register) Nếu mã điều kiện của lệnh không phù hợp, thì lệnh đi ngang qua đường ống như là một lệnh NOP (lệnh này không làm gì cả) Điều này đảm bảo rằng các lệnh đi qua đường ống một cách trơn tru và giảm thiểu làm rỗng đường ống.
2.4.3.4 Các chế độ hoạt động của CPU.
Bộ xử lý Cortex có hai chế độ hoạt động: chế độ Thread và chế độ Handler. CPU sẽ chạy ở chế độ Thread trong khi nó đang thực thi ở chế độ nền không có ngắt xảy ra và sẽ chuyển sang chế độ Handler khi nó đang thực thi các ngắt đặc biệt (exceptions)
Ngoài ra, CPU Cortex có thể thực thi mã trong chế độ đặc quyền hoặc không đặc quyền (privileged or non-privileged mode) Trong chế độ đặc quyền, CPU có quyền truy cập tất cả các lệnh Trong chế độ không co đặc quyền, một số lệnh bị cấm truy cập (như lệnh MRS và MSR cho phép truy cập vào xPSR và các trường của nó)
Vi điều khiển STM32F103C8T6
Vi điều khiển STM32F103C8T6 là họ vi điều khiển 32 bit của hãng TexasInstrument với
bộ ADC và 9 giao diện kết nối.
Tần số hoạt động lên tới 72 Mhz
Bộ nhớ: 64-128 Kb Flash, 20 Kb SRAM
ADC: 2×12 bit, tần số lấy mẫu 1Mhz
DMA: Điều khiển 7 kênh DMA
Giao diện kết nối: 2xI2C, 3xUSART, 2xSPI, CAN, USB 2.0 full-speed.
Kiểu chân: VFQFPN36, UFQFPN48, BGA100, LQFP48, LQFP64, LQFP100
Thiết bị cầm tay và thiết bị y tế
LM2576
LM2576 là một IC nguồn tích hợp của mạch nguồn xung theo nguyên lý nguồn Buck Với dòng điện định mức đầu ra tải là 3A và có các đầu điện áp đầu ra cố định 3.3V, 5V, 12V, 15V và điện áp biến đổi tùy từng loại Serial của LM2576 Đây là loại IC nguồn cung cấp điện áp đầu ra ổn định, hoạt động ổn định với đầu tản nhiệt tốt giúp IC hoạt động tốt trong nhiệt độ cho phép.
Một số tính năng chính của LM2576:
Điện áp đầu ra của các Serial là 3.3V, 5V, 12V, 15V và điện áp điều chỉnh.
Điện áp điều chỉnh được từ 1.25V đến 37V Với điện áp đầu vào là lớn nhất
Dòng đầu ra định mức là 3A
Điện áp đầu vào định mức là 40V có thể lớn 60V tùy từng dòng Serial
Chỉ giao tiếp với 5 chân đầu vào ra
Tần số đóng cắt chuẩn 52Khz[separator]
Bảo vệ quá dòng và quá nhiệt.
Hình 2.25 Sơ đồ cấu tạo của LM2576 Ở trên là sơ đồ cấu tạo bên trong của LM2576 Nguyên tắc dựa theo nguồn xung (Nguồn Buck) Điện áp đầu ra được điều chỉnh liên tục để đảm bảo cho điện áp đầu ra luôn giữa ở một giá trị cố định Trong sơ đồ cấu tạo thì LM2576 gồm khối: So sánh, tạo dao động, công suất, quá dòng
Chân 1 (Vin): Chân nguồn đầu vào
Chân 2 (Vout): Chân điện áp đầu ra Tùy thuộc dòng LM2576 mà chân này có điện áp ra ổn định khác nhau.
Chân 3 (GND): Chân nguồn chung
Chân 4 (Feedback): Chân đưa tín hiệu phản hồi từ đầu ra về đầu vào. Đưa vào bộ so sánh để điều chỉnh ổn định điện áp
Chân 5 (On/Off): Chân đóng mở Thường để GND
* Thông số chính của LM2576
+ Giải nhiệt độ hoạt động là: −65˚C to +150˚C
+ Điện áp ổn định đầu ra:
IC L298
IC L298 là một IC tích hợp nguyên khối gồm 2 mạch cầu H bên trong Với điện áp làm tăng công suất đầu ra từ 5V – 47V, dòng lên đến 4A, L298 rất thích hợp trong những ứng dụng công suất nhỏ như động cơ DC loại vừa …
4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5, 7, 10, 12 của L298.Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển.
4 chân OUTPUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với các chân INPUT) được nối với các chân 2, 3, 13, 14 của L298 Các chân này sẽ được nối với động cơ.
Hai chân ENA và ENB dung để điều khiển các mạch cầu H trong L298 Nếu ở mức ogic “1” (nối với nguồn 5V) thì cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức logic “0” thì mạch cầu H không hoạt động.
Hình 2.27 Hình ảnh cấu tạo của L298
LM1117
IC AMS1117-3.3 được điều chỉnh và điều chỉnh điện áp cố định được thiết kế để cung cấp lên đến đầu ra 1A hiện tại và hoạt động xuống vi sai đầu vào, đầu ra của 1V Điện áp dropout của thiết bị được đảm bảo tối đa 1.3V, giảm tại hạ tải dòng điện Chip điều chỉnh điện áp tham chiếu đến 1,5% Giới hạn hiện tại được thiết lập để giảm thiểu sự căng thẳng trong điều kiện quá tải trên bộ điều chỉnh và điện nguồn mạch
Các thiết bị AMS1117 là pin tương thích với các nhà quản lý SCSI ba thiết bị đầu cuối và được cung cấp trong gói mount SOT-223 bề mặt cấu hình thấp, 8LSOIC gói và các gói nhựa TO-252 (DPAK)
Ba thiết bị đầu cuối cố định hoặc điều chỉnh điện áp 3.3V
Quy định tải trọng: 0,3% Max.
Điều chỉnh tuyến tính hiệu quả cao
Gửi điều chỉnh để chuyển đổi các nguồn cung cấp
Quản lý nguồn điện cho máy tính xách tay
Pin cung cấp thiết bị
Khái quát về Rơ le
Khái quát: Công dụng của rờ-le là "dùng một năng lượng nhỏ để đóng cắt nguồn năng lượng lớn hơn".
Rơ-le được dùng khá thông dụng trong các ứng dụng điều khiển động cơ và chiếu sáng Khi cần đóng cắt nguồn năng lượng lớn, rơ-le thường được ghép nối tiếp Nghĩa là một rơ-le nhỏ điều khiển một rờ-le lớn hơn, và rơ-le lớn sẽ điều khiển nguồn công suất.
Phân loại theo nguyên lý làm việc:
Rơ le bán dẫn và vi mạch.
Phân loại theo vai trò và đại lượng tác động:
Phân loại theo dòng điện:
Rơ le dòng điện một chiều.
Rơ le dòng điện xoay chiều.
Phân loại theo giá trị và chiều của đại lượng đi vào rơ le:
Hình 2.29 Hình ảnh Rơ le 10 A Thông số kỹ thuật:
Thời gian tác động: 10ms
Thời gian nhả hãm: 5ms
Nhiệt độ hoạt động: -45oC ~ 75oC
Rơ le 5 chân SRD-12VDC là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản:
+: cấp hiệu điện thế kích tối ưu vào chân này.
S: chân tín hiệu, tùy vào loại module rơ-le mà nó sẽ làm nhiệm vụ kích rơ-le
Nếu bạn đang dùng module rơ-le kích ở mức cao và chân S bạn cấp điện thế dương vào thì module rơ-le của bạn sẽ được kích, ngược lại thì không.
Tương tự với module rơ-le kích ở mức thấp
Hình 2.30 Sơ đồ cấu tạo Rơ le
Hình 1.31 là sơ đồ nối chân của Rơ le 12V 5 chân:
Chân 1 và chân 2 được nối vào cuộn hút, khi có điện vào cuộn hút sẽ hút tiếp điểm chuyển từ vị trí 4 xuống tiếp điểm
Chân 3: đặt điện áp(nếu là loại Rơ le 12V thì đặt 12V DC vào đây)
Hình 2.31 Sơ đồ kích thước Rơ le 12V 5 chân
THIẾT KẾ SẢN PHẨM
Sơ đồ khối, lưu đồ thuật toán
Hình 3.1 Sơ đồ khối của mạch
Vi điều khiển Rơ le, động cơ
Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán
Nguyên lý làm việc
Vi điều khiển đọc giá trị trả về của thiết bị
Cho hiển thị các thông số và tình trạng thiết bị lên giao diện web.
Khi muốn thay đổi tình trạng và thông số của thiết bị, vi điều khiển sẽ thực hiện đóng mở rơ le để bật, tắt thiết bị.
Khi thực hiện xong các yêu cầu bật tắt thiết bị, vi điều khiển cũng sẽ thực hiện gửi tín hiệu lên giao diện web để thay đổi trạng thái trên web.
Phân tích thiết kế mạch
3.3.1 Mạch cho vi điều khiển
ARM Cotex M3 có thể chạy với thạch anh ngoài 8 MHz.
Hình 3.3 Mạch ghép nối thạch anh cho vi điều khiển
Hình 3.4 Mạch reset cho vi điều khiển
Hình 3.5 Mạch nguồn o Mạch nguồn tích hợp cùng nguồn động cơ. o Sử dụng LM2576 để cấp nguồn 5V cho toàn bộ mạch. o Nguồn vào ban đầu sẽ lấy từ adapter 12V/ 2A.
Hình 3.6 Mạch điều khiển Rơ le
Sử dụng OPTO PC817 để ngăn cách giữa Rơ le và vi điều khiển Bảo vệ mạch và vi điều khiển khi có sự cố về điện xảy ra.
Hình 3.7 Mạch điều khiển động cơ
Mạch sử dụng IC L298 là một IC tích hợp nguyên khối gồm 2 mạch cầu
H bên trong để dễ dang điều khiển động cơ.
Thiết kế mạch
Hình 3.10 Mạch in ở chế độ 2D
Hình 3.11 Mạch in 3D mặt sau
Hình 3.12 Mạch in 3D mặt trước
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
* Một số kết quả đạt được
Nghiên cứu mô hình hoạt động của đề tài.
Nghiên cứu kit ARM M3 và trình biên dịch Keil C
Lý thuyết mạng WIFI và cách thức truyền nhận dữ liệu
* Hướng phát triển đề tài
Sử dụng thêm nhiều loại cảm biến khác, chẳng hạn như cảm biến độ ẩm không khí để đo độ ẩm không khí, hệ thống báo cháy tự động,… để ứng dụng vào đề tài Như thế người dùng có thể hình dung ra được toàn bộ không gian trong ngồi nhà.
Thêm khối bàn phím, thời gian thực để người dùng có thể trực tiếp chỉnh định lại các thông số của hệ thống sao cho phù hợp và có thể hẹn giờ để tắt/bật thiết bị theo ý muốn.
Phần cứng cho mỗi module cần được tách rời nhằm dễ dàng cho việc chỉnh sửa,thay đổi.