Đồ án tốt nghiệp công nghệ kỹ thuật điện mô hình điều khiển máy bơm nước bằng sóng wifi và sóng điện thoại

Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐH-BRVT CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN Nhu cầu tự động hóa Việt Nam 1.1 Tự động hóa lĩnh vực cơng nghệ quan trọng phát triển quốc gia Khi ngành phát triển đƣợc ứng dụng rộng rãi góp phần cải thiện đáng kể suất chất lƣợng sản phẩm Nhƣng nƣớc ta ngành thiếu yếu quy mô lẫn lực làm chủ công nghệ Điều điều hạn chế lớn cản trở phát triển mặt đất nƣớc Nhƣng nhìn mặt tích cực hội để ngành khai thác nhu cầu lớn từ sản xuất lạc hậu nƣớc ta Và nghành tự động hóa nơng nghiệp nƣớc ta lại thiếu yếu nhiều, đòi hỏi nhành phải sâu vào giải nhiều vấn đề để nâng cao chất lƣợng nhƣ số lƣợng sản xuất nông nghiệp nƣớc ta Mục tiêu đề tài 1.2 - Nghiên cứu mơ hình điều khiển máy bơm nƣớc sử dụng sóng wifi sóng điện thoại - Nghiên cứu sở lý thuyết để xây dựng mơ hình dựa kiến thức học lập trình - Ứng dụng cơng nghệ gần gũi với sống ngƣời để xây dựng lên hệ thống điều khiển từ xa Tính tối ƣu đề tài 1.3 - Tạo tính tƣ cho sinh viên q trình nghiên cứu - Có tính linh động mở rộng cho sinh viên thiết kế mơ hình dựa sỡ thực tế - Mơ hình đơn giản nhƣng hữu ích SV: Ngơ Văn Hoàng Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐH-BRVT CHƢƠNG 2:THIẾT BỊ VÀ CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 2.1 Giới thiệu Mạch Arduino UNO R3 Mạch Arduino Uno dòng mạch Arduino phổ biến, bắt đầu làm quen, lập trình với Arduino mạch Arduino thƣờng nói tới dịng Arduino UNO Hiện dịng mạch phát triển tới hệ thứ (Mạch Arduino Uno R3) Arduino Uno R3 dòng bản, linh hoạt, thƣờng đƣợc sử dụng cho ngƣời bắt đầu Bạn sử dụng dịng Arduino khác nhƣ: Arduino Mega, Arduino Nano, Arduino Micro… Nhƣng với ứng dụng mạch Arduino Uno lựa chọn phù hợp Hình 2.1: Board mạch Arduino Hình 2.2: Chip Atmega 328 SV: Ngơ Văn Hồng Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐH-BRVT Arduino UNO sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR là: ATmega8 (Board Arduino Uno r2), ATmega168, ATmega328 (Board Arduino Uno r3) Bộ não xử lí tác vụ đơn giản nhƣ điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, điều khiển động bƣớc, điều khiển động serve, làm trạm đo nhiệt độ – độ ẩm hiển thị lên hình LCD,… hay ứng dụng khác Mạch Arduino UNO R3 với thiết kế tiêu chuẩn sử dụng vi điều khiển ATmega328 Tuy nhiên yêu cầu phần cứng bạn không cao túi tiền không cho phép, bạn sử dụng loại vi điều khiển khác có chức tƣơng đƣơng nhƣng rẻ nhƣ ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) Nguồn sử dụng Arduino UNO R3 đƣợc cấp nguồn 5V thông qua cổng USB cấp nguồn với điện áp khuyên dùng 7-12V DC điện áp giới hạn 620V Thƣờng cấp nguồn pin vng 9V hợp lí bạn khơng có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vƣợt ngƣỡng giới hạn trên, bạn làm hỏng Arduino UNO Các chân lƣợng GND (Ground): cực âm nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng thiết bị sử dụng nguồn điện riêng biệt chân phải đƣợc nối với 5V: cấp điện áp 5V đầu Dòng tối đa cho phép chân 500mA 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu Dòng tối đa cho phép chân 50mA Vin (Voltage Input): để cấp nguồn cho Arduino UNO, bạn nối cực dƣơng nguồn với chân cực âm nguồn với chân GND IOREF: điện áp hoạt động vi điều khiển Arduino UNO đƣợc đo chân Và dĩ nhiên ln 5V Mặc dù bạn không đƣợc lấy nguồn 5V từ chân để sử dụng chức khơng phải cấp nguồn RESET: việc nhấn nút Reset board để reset vi điều khiển tƣơng đƣơng với việc chân RESET đƣợc nối với GND qua điện trở 10KΩ SV: Ngô Văn Hoàng 10 Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐH-BRVT Lưu ý: Arduino UNO khơng có bảo vệ cắm ngƣợc nguồn vào Do bạn phải cẩn thận, kiểm tra cực âm – dƣơng nguồn trƣớc cấp cho Arduino UNO Việc làm chập mạch nguồn vào Arduino UNO biến thành miếng nhựa chặn giấy khuyên bạn nên dùng nguồn từ cổng USB Các chân 3.3V 5V Arduino chân dùng để cấp nguồn cho thiết bị khác, chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí làm hỏng board Điều không đƣợc nhà sản xuất khuyến khích Cấp nguồn ngồi khơng qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dƣới 6V làm hỏng board Cấp điện áp 13V vào chân RESET board làm hỏng vi điều khiển ATmega328 Cƣờng độ dòng điện vào/ra tất chân Digital Analog Arduino UNO vƣợt 200mA làm hỏng vi điều khiển Cấp điệp áp 5.5V vào chân Digital Analog Arduino UNO làm hỏng vi điều khiển Cƣờng độ dòng điện qua chân Digital Analog Arduino UNO vƣợt 40mA làm hỏng vi điều khiển Do khơng dùng để truyền nhận liệu, bạn phải mắc điện trở hạn dòng Khi bạn sử dụng mạch Arduino, đặc biệt số bạn bắt đầu tiếp xúc, làm quen việc cấp nguồn nên thận trọng Theo nên sử dụng nguồn 5V chuẩn qua USB, sử dụng nguồn 9v cấp cho cổng đầu vào mạch Arduino Trách trƣờng hợp hỏng mạch Arduino Bộ nhớ sử dụng Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn sử dụng Arduino uno r3 có: 32KB nhớ Flash: đoạn lệnh bạn lập trình đƣợc lƣu trữ nhớ Flash vi điều khiển Thƣờng có khoảng vài KB số đƣợc dùng cho bootloader nhƣng đừng lo, bạn cần 20KB nhớ đâu SV: Ngơ Văn Hồng 11 Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐH-BRVT 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị biến bạn khai báo lập trình lƣu Bạn khai báo nhiều biến cần nhiều nhớ RAM Tuy vậy, thực nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi điện, liệu SRAM bị 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): giống nhƣ ổ cứng mini – nơi bạn đọc ghi liệu vào mà khơng phải lo bị cúp điện giống nhƣ liệu SRAM Các cổng vào/ra Arduino Board Hình 2.3: Các cổng ra/vào Mạch Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc xuất tín hiệu Chúng có mức điện áp 0V 5V với dòng vào/ra tối đa chân 40mA Ở chân có điện trở pull-up từ đƣợc cài đặt vi điều khiển ATmega328 (mặc định điện trở khơng đƣợc kết nối) Một số chân digital có chức đặc biệt nhƣ sau: chân Serial: (RX) (TX): dùng để gửi (transmit – TX) nhận (receive – RX) liệu TTL Serial Arduino Uno giao tiếp với thiết bị khác thông qua chân Kết nối bluetooth thƣờng thấy nói nơm na kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng chân không cần thiết Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, 11: cho phép bạn xuất xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ → 28-1 tƣơng ứng với 0V → 5V) hàm SV: Ngô Văn Hoàng 12 Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐH-BRVT analogWrite() Nói cách đơn giản, bạn điều chỉnh đƣợc điện áp chân từ mức 0V đến 5V thay cố định mức 0V 5V nhƣ chân khác Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài chức thơng thƣờng, chân cịn dùng để truyền phát liệu giao thức SPI với thiết bị khác LED 13: Arduino UNO có đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn thấy đèn nhấp nháy để báo hiệu Nó đƣợc nối với chân số 13 Khi chân đƣợc ngƣời dùng sử dụng, LED sáng Arduino UNO Broad có chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp khoảng 0V → 5V Với chân AREF board, bạn để đƣa vào điện áp tham chiếu sử dụng chân analog Tức bạn cấp điện áp 2.5V vào chân bạn dùng chân analog để đo điện áp khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải 10bit Đặc biệt, Arduino UNO có chân A4 (SDA) A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với thiết bị khác Lập trình cho Arduino Các thiết bị dựa tảng Arduino đƣợc lập trình ngơn riêng Ngơn ngữ dựa ngôn ngữ Wiring đƣợc viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại biến thể C/C++ Một số ngƣời gọi Wiring, số khác gọi C hay C/C++ Riêng gọi “ngơn ngữ Arduino”, đội ngũ phát triển Arduino gọi nhƣ Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến dễ học, dễ hiểu Nếu học tốt chƣơng trình Tin học 11 việc lập trình Arduino dễ thở bạn Để lập trình cho Mạch Arduino, nhà phát triển cung cấp môi trƣờng lập trình Arduino đƣợc gọi Arduino IDE (Intergrated Development Environment) nhƣ hình dƣới SV: Ngơ Văn Hồng 13 Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐH-BRVT Hình 2.4: Giao diện lập trình SV: Ngơ Văn Hồng 14 Đồ án tốt nghiệp 1.1 2.2 Trƣờng ĐH-BRVT Kit RF Thu Phát Wifi ESP8266 ESP-202 1.2 Hình 2.5: Kit ESP8266-12 ESP8266-12 module wifi giá rẻ đƣợc đánh giá cao cho ứng dụng liên quan đến Internet Wifi nhƣ ứng dụng truyền nhận sử dụng thay cho module RF khác ESP8266 chip tích hợp cao, đƣợc thiết kế cho nhu cầu giới kết nối mới, giới Internet of thing (IOT) Nó cung cấp giải pháp kết nối mạng Wi-Fi đầy đủ khép kín, cho phép lƣu trữ ứng dụng để giảm tải tất chức kết nối mạng Wi-Fi từ xử lý ứng dụng ESP8266 có xử lý khả lƣu trữ mạnh mẽ cho phép đƣợc tích hợp với cảm biến, vi điều khiển thiết bị ứng dụng cụ thể khác thơng qua GPIOs với chi phí tối thiểu PCB tối thiểu 2.2.1 Đặc tính bật  SDIO 2.0, SPI, UART  32-pin QFN ( Chip esp8266)  Tích hợp RF switch, balun, 24dBm PA, DCXO, and PMU  Tích hợp xử lý RISC, chip nhớ giao diện nhớ bên  Tích hợp vi xử lý MAC / baseband  Chất lƣợng quản lý dịch vụ  Giao diện I2S cho độ trung thực cao ứng dụng âm  On-chip thấp học sinh bỏ học điều chỉnh tuyến tính cho tất nguồn cung cấp nội  Kiến trúc giả miễn phí hệ đồng hồ độc quyền  Tích hợp WEP, TKIP, AES, cơng cụ WAPI SV: Ngơ Văn Hồng 15 Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐH-BRVT 2.2.2 Thông số kỹ thuật  Wifi 802.11 b/g/n  Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP  Tích hợp giao thức TCP / IP stack  Tích hợp TR chuyển đổi, balun, LNA, khuếch đại quyền lực phù hợp với mạng  PLLs tích hợp, quản lý, DCXO đơn vị quản lý điện  + Công suất đầu 19.5dBm chế độ 802.11b  Tích hợp cơng suất thấp 32-bit CPU đƣợc sử dụng nhƣ vi xử lý ứng dụng  SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART  STBC, MIMO × 1, × MIMO  A-MPDU & A-MSDU tập hợp & 0.4ms khoảng bảo vệ  Thức dậy truyền tải gói liệu