TỔNG QUAN 1 1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay
Tính cấp thiết của đề tài
Bắt nguồn từ nhu cầu của phụ huynh luôn mong muốn giáo dục cho con mình các kỹ năng tự học, phân tích, đam mê trong STEM ( Science, Technology, Engineering và Math Bên cạnh đó phụ huynh có nhu cầu đầu tƣ nhiều cho việc học tập của con em , cũng nhƣ có tầm nhìn dài hạn trong STEM để khi trưởng thành trẻ có cơ hội gia nhập các thị trường việc làm cạnh tranh khi tốt nghiệp Không những vậy, việc tiếp xúc sớm những thiết bị công nghệ mang tính hỗ trợ giúp cho trẻ có tính sáng tạo và định hướng niềm đam mê trong STEM
Theo nghiên cứu mới nhất của Amcham Vietnam ( Hiệp Hội Thương Mại Hoa Kỳ tại VIệt Nam), vào năm 2020 tầng lớp trung lưu tại Việt Nam sẽ là gần 33 triệu người Những người này có thu nhập trung bình 15 triệu đồng/ người/ tháng Đây là một trong những thị trường tiềm năng để phát triển về STEM Vì người Việt Nam có định hướng gia đình nên cha mẹ có xu hướng đầu tư vào giáo dục cho con cái để tạo một nền tảng vững chắc Sản phẩm của họ sẽ đáp ứng kỳ vọng của chúng ta về một cách mới để học hỏi và vui chơi trong các lĩnh vực STEM Áp dụng những kiến thức đã học, nghiên cứu về điện tử - viễn thông và nhu cầu thực tế, người thực hiện đề tài quyết định lựa chọn đề tài “ THIẾT
KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỌC TOÁN CHO HỌC SINH TIỂU HỌC “ để nghiên cứu và phát triển Tiến hành thiết kế và thi công một hệ thống sử dụng kit Arduino Mega kết nối với 4 bộ cảm biến màu có đánh giá kết quả đúng sai và thông qua module sim để kiểm tra kết quả từ xa thông qua tin nhắn điện thoại.
Mục tiêu nghiên cứu
- Tìm hiểu căn bản về cách thức nhận biết màu sắc
- Tìm hiểu về phương thức hoạt động cũng như sơ đồ kết nối của các cảm biến màu, phương thức giao tiếp giữa module Arduino với các cảm biến và lý thuyết liên quan
- Khảo sát về cách thức hoạt động của module sim để nhận tin nhắn
- Thiết kế hệ thống hoạt động, kiểm tra
- Đánh giả kết quả thực hiện.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Arduino Mega 2560: đọc đƣợc mã màu và gửi lên Board Arduino Mega
- Module sim 900A: nhận kết quả từ Board Arduino Mega 2560
- Cảm biến màu: lấy mã màu và gửi lên Board Arduino Mega 2560
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài thực hiện những phạm vi sau:
- Bảng cửu chương từ 1 đến 9
- Cảm biến màu nhận biến 10 màu tương ứng với 10 số
- Kiểm tra kết quả đúng sai?
- Kiểm tra từ xa thông qua tin nhắn điện thoại.
Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện đề tài, sinh viên thực hiện đề tài đã sử dụng một số phương pháp nghiên cứu như sau:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: o Tham khảo tài liệu trong sách và trên mạng Internet o Tham khảo các ví dụ đi kèm với bộ phần mềm ứng dụng o Tham khảo thêm các ví dụ hướng dẫn trên mạng Internet
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: o Sinh viên thực hiện đề tài đã thiết kế phần cứng o Thiết kế phần mềm trên máy tính o Tiến hành khảo sát, căn chỉnh trên thiết bị và phần mềm.
Bố cục của đồ án
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Tìm hiểu về giao thức thực hiện của cảm biến màu TCS3200, kit Arduino Mega 2560, Module Sim 900A và một số thiết bị liên quan sử dụng trong việc thiết kế , thi công cho đề tài
Chương 3: Thiết kế và thi công
Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài thiết kế và các tính toán, thiết kế
Chương 4: Kết Quả Thực Hiện
Phần này gồm có 2 phần là kết quả thi công phần cứng và những kết quả hình ảnh trên màn hình
Chương 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Chương này sẽ trình bày những ưu điểm và nhược điểm của hệ thống Những điều làm được và chưa làm được đồng thời đưa ra hướng phát triển và mở rộng cho đề tài
CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 2.1 KIT MODULE SIM 900A
Giới thiệu Module Sim 900A
Các modem đƣợc sử dụng từ những ngày đầu của sự ra đời máy tính
Từ Modem là một từ đƣợc hình thành từ hai từ modulator và demodulator
Và định nghĩa đặc trƣng này cũng giúp ta hình dung đƣợc phần nào là thiết bị này dùng để làm gì Dữ liệu số thì đến từ một DTE, thiết bị dữ liệu đầu cuối đƣợc điều chế theo cái cách mà nó có thể đƣợc truyền dữ liệu qua các đường dây truyền dẫn Ở một mặt khác của đường dây, một modem khác thứ
2 điều chế dữ liệu đến và xúc tiến, duy trì nó
Các module ngày xưa chỉ tương thích cho việc gửi nhận dữ liệu Để thiết lập một kết nối thì một thiết bị thứ hai nhƣ một dialer thì đƣợc cần đến Đôi khi kết nối cũng đƣợc thiết lập bằng tay bằng cách quay số điện thoại tương ứng và một khi module được bật thì kết nối coi như được thực thi Các máy tính loại nhỏ ở các năm 70 thâm nhập vào thị trường là các gia đình, cùng với chi phí thì sự thiếu hụt về kiến thức kỹ thuật trở thành một vấn đề nan giải
Một modem GSM là một module wireless, nó làm việc cùng với một mạng wireless GSM Một module wireless thì cũng hoạt động giống nhƣ một module quay số Điểm khác nhau chính ở đây là modem quay số thì truyền và nhận dữ liệu thông qua một đường dây điện thoại cố định trong khi đó một modem wireless thì việc gửi nhận dữ liệu thông qua sóng.[5]
Giống nhƣ một điện thoại di động GSM, một modem GSM yêu cầu một thẻ sim với một mạng wireless để hoạt động
Cấu trúc mạng GSM Hình 2.2
Module Sim900A là một trong những loại modem GSM Nhƣng module Sim900A đƣợc nâng cao hơn có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn Nó sử dụng công nghệ GSM/GPRS hoạt động ở băng tầng GSM 850Mhz, EGSM 900Mhz, DCS 1800Mhz và PCS 1900Mhz, tính năng GPRS của Sim900A có nhiều lớp:
Và hỗ trợ GPRS theo dạng đồ thị mã hóa CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4.
Đặc điểm của Module Sim900A
- Nguồn cung cấp khoảng 3.4 – 4.6 vôn
- Nguồn lưu trữ: điện năng tiêu thụ trong chế độ chờ là 1.5mA ( BS-PA- MFRMS = 5)
- Băng tần: EGSM 900Mhz, DCS 1800Mhz và PCS 1900MHz, Sim900A có thể tự động tìm kiếm các băng tần
GPRS có nhiều rãnh loại 8 ( lựa chọn )
GPRS có nhiều rãnh loại 10 ( mặc định )
Hạn chế: - 40 0 C tới -30 0 C và +80 0 C tới +80 0 C
Nhiệt độ bảo quản: -45 0 C tới 90 0 C
GPRS dữ liệu tải xuống: Max 85.6 kpbs
GPRS dữ liệu up lên: Max 42.8 kpbs
Sơ đồ mã hóa: CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4
Sim900A hỗ trợ giao thức PAP, kiểu sử dụng kết nối PPP
Sim900A tích hợp giao thức TCP/IP
Hỗ trợ chuyển đổi phát song kênh điều khiển ( PBCCH)
MT, MO, CB, kiểu ký tự và PDU
Bộ nhớ SMS: Sim card
Kết nối thông qua anten ngoài 500km hoặc đế anten
Dạng mã hóa âm thanh
Toàn bộ chế độ ( ETS 06.10 )
Toàn bộ chế độ tăng cường ( ETS 06.50/ 06.06/ 06.80 )
Tương thích với nhiều tốc độ ( AMR)
- 15 cổng nối tiếp và cổng gỡ lỗi
8 dây kết nối với dây trạng thái và dây điều khiển, không cân bằng, không đồng bộ
Cổng nối tiếp sử dụng cho tập lệnh AT hoặc chuỗi dữ liệu
Hỗ trợ bắt tay phần cứng RTS/CTS và tắt/mở điều khiển dòng bằng phần mềm
Hỗ trợ tốc độ truyền 1200 BPS tới 115200 BPS
2 dây giao tiếp DBG_TXD và DBG_RXD
Cổng gỡ rối đƣợc sử dụng để gỡ rối và cập nhật phần mềm.[2]
Khảo sát sơ đồ chân Sim900A
Sơ đồ chân của Sim900A [10]
Sơ đồ chân của Sim900A Hình 2.3
+ Chân 55, 56, 57: 3 chân của chip đƣợc dành riêng để kết nối tới nguồn cung cấp, nguồn cung cấp của SIM900 là nguồn đơn VBAT là 3,4 V – 4,5 V
+ Chân 17, 18, 29, 39, 45, 46, 53, 54, 58, 59, 61, 62, 63, 64, 65: chân mass + Chân 1: PWRKEY, bật tắt mở nguồn
+ Chân 4: RI, chân báo tín hiệu khi nhận đƣợc tin nhắn hoạc điện thoại
+ Chân 9: TXD, chân truyền dữ liệu
+ Chân 10: RXD, chân nhận dữ liệu
+ Chân 19: MIC_P, ngõ vào micro +
+ Chân 20: MIC_N, ngõ vào micro-
+ Chân 21: SPK_P, ngõ ra loa+
+ Chân 22: SPK_N, ngõ ra loa-
+ Chân 25: ADC, ngõ vào tương tự
+ Chân 26: VRTC, nguồn cấp cho thời gian thực
+ Chân 27: DBG_TXD, chân truyền dữ liệudebug
+ Chân 28: DBG_RXD, chân nhận dữ liệu debug
+ Chân 30: SIM_VDD, nguồn cấp cho SIM
+ Chân 31: SIM_DATA, dữ liệu SIM
+ Chân 32: SIM_CLK, xung nhịp SIM
+ Chân 33: SIM_RST, reset SIM
+ Chân 52: NETLIGHT, báo trạng thái hoạt động của SIM
+ Chân 60: RF_ANT, kết nối với anten ngoài
+ Chân 66: STATUS, báo trạng thái của SIM
Khảo sát tập lệnh AT Sim900A
Khi chúng ta xem trong RS232 port layout thì chuẩn RS232 miêu tả một lệnh truyền thông với bộ kết nối 25 chân DB25, nó đƣợc thiết kế để thực thi quá trình truyền các lệnh đến modem đƣợc kết nối với nó Thao tác này bao gồm cả các lệnh quay một số điện thoại nào đó Không may đó là các
11 quá trình dùng RS232 với chi phí thấp này chỉ thể hiện trên các máy tính ở các hộ gia đình trong những năm 70, và kênh truyền thông thứ hai không được thực thi Thế nên nhất thiết phải có một phương pháp được thiết lập để sử dụng kênh dữ liệu hiện tại để không chỉ truyền dữ liệu từ một điểm đầu cuối này tới một điểm đầu cuối khác mà nó còn nhắm tới modem duy nhất Năm 1977, Dennis Hayes đã đƣa ra giải pháp cho vấn đề này, Modem thông minh của ông sử dụng chuẩn truyền thông RS232 đơn giản kết nối tới một máy tính để truyền cả câu lệnh và dữ liệu Bởi vì mỗi lệnh bắt đầu với chữ AT trong chữ Attention nên ngôn ngữ điều khiển đƣợc định nghĩa bởi Hayes nhanh chóng đƣợc biết đến với bộ lệnh Hayes AT Chính vì sự đơn giản và khả năng thực thi với chi phí thấp của nó, bộ lệnh Hayes AT nhanh chóng đƣợc sử dụng phổ biến trong các modem của các nhà sản xuất khác nhau Khi chức năng và độ tích hợp của các modem ngày càng tăng cùng thời gian, nên làm cho ngôn ngữ Hayes AT ngày càng phức tạp Vì thế nhanh chóng mỗi nhà sản xuất modem đã sử dụng ngôn ngữ riêng của ông ấy Ngày nay bộ lệnh AT bao gồm cả các lệnh về dữ liệu, fax, voice và các truyền thông SMS.[4]
Các lệnh AT là các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển một modem
AT là một cách viết gọn của chữ Attention Mỗi dòng lệnh của nó bắt đầu với “AT” hay “at” Đó là lý do tại sao các lệnh modem đƣợc gọi là các lệnh
AT Nhiều lệnh của nó đƣợc sử dụng để điều khiển các modem quay số sử dụng dây mối (wired dial-up modems), chẳng hạn nhƣ ATD (Dial), ATA (Answer), ATH (Hool control) và ATO (return to online data state), cũng đƣợc hỗ trợ bởi các modem GSM/GPRS và các điện thoại di động
Bên cạnh bộ lệnh AT thông dụng này, các modem GSM/GPRS và các điện thoại di động còn đƣợc hỗ trợ bởi một bộ lệnh AT đặc biệt đối với công nghệ GSM Nó bao gồm các lệnh liên quan tới SMS nhƣ AT+ CMGS (gửi tin nhắn SMS), AT+CMSS (gửi tin nhắn SMS từ một vùng lưu trữ), AT+CMGL (chuỗi liệt kê các tin nhắn SMS) và AT+CMGR (đọc tin nhắn SMS)
Ngoài ra, các modem GSM còn hỗ trợ một bộ lệnh AT mở rộng Những lệnh AT mở rộng này đƣợc định nghĩa trong các chuẩn của GSM Với các lệnh AT mở rộng này,bạn có thể làm một số thứ nhƣ sau:
Đọc, viết, xóa tin nhắn
Kiểm tra chiều dài tín hiệu
Kiểm tra trạng thái sạc pin và mức sạc của pin
Đọc viết và tìm kiếm về các mục danh bạ
Số tin nhắn SMS có thể đƣợc thực thi bởi một modem SMS trên một phút thì rất thấp, nó chỉ khoảng từ 6 đến 10 tin nhắn SMS trên một phút.[2]
Các lệnh khởi tạo GSM Module Sim900A
Nếu lệnh thực hiện đƣợc thì trả về: Ok
Bắt đầu thực hiện các lệnh tiếp theo
Nếu lệnh không thực hiện đƣợc thì trả về dạng +CMS ERROR
- Lệnh AT+CMGF=[]
Nếu lệnh thực hiện đƣợc thì trả về Ok
Với : 0 dạng dữ liệu PDU
1 dạng dữ liệu kiểu text
Nếu lệnh không thực hiện đƣợc thì trả về dạng +CMS ERROR
- Lệnh AT&W[] Lưu cấu hình cho GSM Module Sim900
Nếu lệnh thực hiện đƣợc thì trả về Ok
Nếu lệnh không thực hiện đƣợc thì trả về dạng +CMS ERROR
Nếu lệnh thực hiện đƣợc thì trả về: Ok
Với : 0 tắt chế độ Echo
Nếu lệnh không thực hiện đƣợc thì trả về dạng +CMS ERROR
Các lệnh về SMS
- Lệnh xóa tin nhắn: AT+CMGD=
Ví dụ: muốn xóa một tin nhắn nào đó được lưu trên sim thì ta thực hiện lệnh sau: AT+CMGD=
Với lệnh thực hiện đƣợc thì trả về: Ok
Nếu lệnh không thực hiện đƣợc thì trả về dạng: +CMS ERROR
- Lệnh đọc tin nhắn: AT+CMGR=[,mode]
Với : số nguyên, đó là vị trí ngăn nhớ chứa tin nhăn cần đọc
: 0 dạng dữ liệu PDU
1 dạng dữ liệu kiểu text Nếu như lệnh được thực hiện thì kiểu dữ liệu trả về dưới dạng text ( mode=1):
+CMGR:,,[],[,,,,,,, ]
+CMGR:,,[][,,,,,[],,, ]
+CMGR: ,,,[],[],,,
+CMGR:,,[,,[],[],[], ]
+CMGR:,,,,,
Nếu dữ liệu trả về dạng PDU(mode=0):
+CMGR: ,[],
Nếu lệnh bị lỗi thì trả về dưới dạng:
- Lệnh gửi tin nhắn SMS: AT+CMGS
Nếu gửi tin nhắn dưới dạng text:
+CMGS=[,] text is entered
Nếu gửi tin nhắn dạng PDU:
+CMGS= PDU is given
- Lệnh đƣợc thực hiện thành công thi dữ liệu trả về:
OK Dạng PDU: +CMGS:
- Lệnh bị lỗi: +CMS ERROR:
- Lệnh viết tin nhắn lưu vào ngăn nhớ: AT+CMGW
Nếu viết tin nhắn dưới dạng text:
AT+CMGW=[[,[,]]]text is entered
- Lệnh đƣợc thực hiện đúng thì dữ liệu trả về dạng: +CMGW:
- Lệnh sai: +CMS ERROR:
Nếu viết tin nhắn dưới dạng PDU:
AT+CMGW=[,] PDU is given
- Lệnh gửi tin nhắn từ một ngăn nhớ nào đó:
AT+CMSS=[,[,]]
Nếu lệnh đƣợc thực hiện thành công dữ liệu trả về dạng:
Dạng text: +CMGS: [,]
Dạng PDU: +CMGS: [,]
Nếu lệnh bị lỗi: +CMS ERROR:
- Lệnh báo hiệu tin nhắn mới:
AT+CNMI=[[,[, [,[,]]]]]
Nếu lệnh đƣợc thƣch hiện đúng thì dữ liệu trả về dạng: OK
Nếu lệnh bị lỗi: +CMS ERROR:
TỔNG QUAN VỀ TIN NHẮN SMS
SMS (Short Message Service) là dịch vụ gửi tin nhắn giữa các thuê bao và dữ liệu có thể được lưu giữ bởi một tin nhắn SMS là rất giới hạn Một tin
14 nhắn SMS có thể chứa tối đa là 140 byte (1120 bit) dữ liệu Vì vậy, một tin nhắn SMS chỉ có thể chứa:
160 kí tự nếu nhƣ mã hóa kí tự 7 bit đƣợc sử dụng (mã hóa kí tự 7 bit thì phù hợp với mã hóa các lí tự latin chẳng hạn nhƣ các lí tự alphabet của tiếng Anh)
70 kí tự nếu nhƣ mã hóa kí tự 16 bit Unicode UCS2 đƣợc sử dụng (các tin nhắn SMS không chứa các kí tự latin nhƣ kí tự chữ Trung Quốc phải sử dụng mã hóa kí tự 16 bit)
Tin nhắn SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau Nó có thể hoạt động tốt với nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode , bao gồm cả Arabic, Trung Quốc, Nhật bản và Hàn Quốc Bên cạnh gửi tin nhắn dạng text thì tin nhắn SMS còn có thể mang các dữ liệu dạng binary Nó còn cho phép gửi nhạc chuông, hình ảnh cùng nhiều tiện ích khác … tới một điện thoại khác.[4]
Một trong những ƣu điểm nổi trội của SMS đó là nó đƣợc hỗ trợ bởi các điện thoại có sử dụng GSM hoàn toàn Hầu hết tất cả các tiện ích cộng thêm gồm cả dịch vụ gửi tin nhắn giá rẻ đƣợc cung cấp, sử dụng thông qua sóng mang wireless Không giống nhƣ SMS, các công nghệ mobile nhƣ WAP và mobile Java thì không đƣợc hỗ trợ trên nhiều model điện thoại
Sử dụng tin nhắn SMS ngày càng phát triển và trở lên rộng khắp Các tin nhắn SMS có thể đƣợc gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào
Ngày nay, hầu hết mọi người đều có điện thoại di động của riêng mình và mang nó theo người hầu như cả ngày Với một điện thoại di động , bạn có thể gửi và đọc các tin nhắn SMS bất cứ lúc nào bạn muốn, sẽ không gặp khó khăn gì khi bạn đang ở trong văn phòng hay trên xe bus hay ở nhà…Tin nhắn SMS có thể đƣợc gửi tới các điện thoại mà tắt nguồn
Nếu nhƣ không chắc cho một cuộc gọi nào đó thì bạn có thể gửi một tin nhắn SMS đến bạn của bạn thậm chí khi người đó tắt nguồn máy điện thoại trong lúc bạn gửi tin nhắn đó Hệ thống SMS của mạng điện thoại sẽ lưu trữ tin nhắn đó rồi sau đó gửi nó tới người bạn đó khi điện thoại của người bạn này mở nguồn Các tin nhắn SMS ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên lạc với người khác
Việc đọc và viết các tin nhắn SMS không gây ra ồn ào Trong khi đó, bạn phải chạy ra ngoài khỏi rạp hát, thƣ viện hay một nơi nào đó để thực hiện một cuộc điện thoại hay trả lời một cuộc gọi Bạn không cần phải làm nhƣ vậy nếu nhƣ tin nhắn SMS đƣợc sử dụng
Các điện thoại di động và chúng có thể đƣợc thay đổi giữa các sóng mạng Wireless khác nhau
Tin nhắn SMS là một công nghệ rất thành công và trưởng thành Tất cả các điện thoại mobile ngày nay đều có hỗ trợ nó Bạn không chỉ có thể trao đổi các tin nhắn SMS đối với người sử dụng mobile ở cùng một nhà cung cấp dịch vụ mạng sóng mang wireless, mà đồng thời bạn cũng có thể trao đổi nó với người sử dụng khác ở các nhà cung cấp dịch vụ khác
SMS là một công nghệ phù hợp với các ứng dụng Wireless sử dụng cùng với nó [1]
Nói nhƣ vậy là do:
Thứ nhất, tin nhắn SMS đƣợc hỗ trợ 100% bởi các điện thoại có sử dụng công nghệ GSM Xây dựng các ứng dụng wireless trên nền công nghệ SMS có thể phát huy tối đa những ứng dụng có thể dành cho người sử dụng
Thứ hai, các tin nhắn SMS còn tương thích với việc mang các dữ liệu binary bên cạnh gửi các text Nó có thể đƣợc sử dụng để gửi nhạc chuông, hình ảnh,…
Thứ ba, tin nhắn SMS hỗ trợ việc chi trả các dịch vụ trực tuyến
2.2.2 Cấu trúc một tin nhắn SMS
Nội dung của một tin nhắn SMS khi đƣợc gửi đi sẽ đƣợc chia làm 5 phần nhƣ sau:
Cấu trúc một tin nhắn SMS Hình 2.4
- Instructions to air interface: Chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface (giao diện không khí)
- Instructions to SMSC: Chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn SMSC (short message service centre)
- Instructions to handset: Chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay
- Instructions to SIM (optional): Chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM (Subscriber Identity Modules)
- Message body: Nội dung tin nhắn SMS
2.2.3 Tin nhắn SMS chuỗi và tin nhắn SMS dài
Một trong những trở ngại của công nghệ SMS là tin nhắn SMS chỉ có thể mang một lƣợng giới hạn các dữ liệu Để khắc phục trở ngại này,một mở rộng của nó gọi là SMS chuỗi (hay SMS dài) đã ra đời Một tin nhắn SMS dạng text dài có thể chứa nhiều hơn 160 kí tự theo chuẩn dùng trong tiếng
Anh Cơ cấu hoạt động cơ bản SMS chuỗi làm việc nhƣ sau: điện thoại di động của người gửi sẽ chia tin nhắn dài ra thành nhiều phần nhỏ và sau đó gửi các phần nhỏ này nhƣ một tin nhắn SMS đơn Khi các tin nhắn SMS này đã đƣợc gửi tới đích hoàn toàn thì nó sẽ đƣợc kết hợp lại với nhau trên máy di động của người nhận.[3]
Khó khăn của SMS chuỗi là nó ít đƣợc hỗ trợ nhiều so với SMS ở các thiết bị có sử dụng sóng wireless.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
GSM (Global System for Mobile communication) là hệ thống thông tin di động số toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G(second generation) có cấu trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lƣợng cao với các băng tần khác nhau: 400Mhz, 900Mhz, 1800Mhz và 1900Mhz, đƣợc tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) quy định
GSM là một hệ thống có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào phần cứng, người ta có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau
Do nó hầu nhƣ có mặt khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện việc ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễ dàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình bất cứ nơi đâu Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chất lƣợng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn đó là tin nhắn SMS Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệ GSM đƣợc xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau
Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đƣa ra tính năng roaming cho thuê bao của mình với các mạng khác trên toàn thế giới Và công nghệ GSM cũng phát triển thêm các tính năng truyền dữ liệu nhƣ GPRS và sau này truyền với tốc độ cao hơn sử dụng EDGE
GSM hiện chiếm 85% thị trường di động với 2,5 tỷ thuê bao tại 218 quốc gia và vùng lãnh thổ Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng đƣợc nhiều nơi trên thế giới.[5]
2.3.2 Sơ đồ khối mạng GSM
Các thành phần mạng GSM Hình 2.5
AUC: Trung tâm nhận thực
VLR: Bộ ghi định vị tạm trú
HLR: Bộ ghi định vị thường trú
EIR: Bộ ghi nhận dạng thiết bị
MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ mạng
BSC: Bộ điều khiển trạm gốc
BTS: Trạm thu phát gốc
NSS: Phân hệ chuyển mạch
BSS: Phân hệ trạm gốc
OSS: Phân hệ khai thác bảo dƣỡng PSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói
CSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển mạnh thành kênh
PSTN: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng
PLMN: Mạng di động mặt đất ISDN: Mạng số dịch vụ tích hợp OMC: Trung tâm khai thác và bảo dƣỡng
CẢM BIẾN MÀU
2.4.1 Giới thiệu về cảm biến màu TCS3200
Cảm biến màu TCS3200 Hình 2.6
Cảm biến màu sắc TCS3200 sử dụng IC TAOS TCS3200 RGB với 4 led trắng Cảm biến màu TCS3200 có thể phát hiện và đo lường một phạm vi gần nhƣ vô hạn của màu sắc có thể nhìn thấy
Cảm biến màu TCS3200 tích hợp một dãy bộ dò ánh sáng quang bên trong, với mỗi cảm biến ứng với các màu đỏ, xanh lá và xanh dương Các bộ lọc của mỗi màu đƣợc phân bố đều khắp cảm biến để loại bỏ sai lệch vị trí giữa các màu sắc Bên trong cảm biến có bộ dao động tạo ra sóng vuông có tần số là tỷ lệ thuận với cường độ của màu sắc được lựa chọn.[10]
Sơ đồ layout cảm biến màu TCS3200 Hình 2.7
Cảm biến màu TCS3200 có thể phân biệt đƣợc nhiều màu khác nhau, nó có thể phát hiện và phân biệt nhờ vào sự chuyển đổi từ cường độ ánh sáng sang tần số với độ phân giải cao Đồng thời, TCS3200 có khả năng đƣợc lập trình để nhận biết đầy đủ các màu sắc
Sự pha màu từ 3 màu cơ bản Red, Green và Blue Hình 2.8
Dựa trên nguyên lý sự phản xạ, hấp thụ ánh sáng trắng của vật thể và sự phối chọn màu sắc bởi ba màu cơ bản là Red, Green và Blue thì TCS3200 có cấu tạo là 4 bộ lọc photodiode là Red, Green, Blue và Clear để nhận biết màu sắc vật thể
Với điều kiện test là ánh sáng có bước sóng λp = 470 nm (Dải màu Blue), λp = 524 nm (dải màu Green), λp = 640 nm (dải màu Red) thì 4 bộ lọc photodiode sẽ cho ra tần số khác nhau.Tần số ra lớn nhất khi ánh sáng chiếu vào cảm biến cùng loại photodiode đƣợc chọn vì khi đó photodiode sẽ hấp thụ nhiều nhất
Cảm biến màu TCS3200 có các bộ tách sóng quang, có 2 bộ lọc màu sắc là bộ lọc màu đỏ, xanh dương hoặc xanh lá hoặc không có bộ lọc Các bộ lọc của mỗi màu đƣợc phân bố đều khắp các mảng để loại bỏ sai lệch vị trí giữa các điểm màu Bên trong là một bộ dao động tạo đầu ra sóng vuông có tần số là tỷ lệ thuận với cường độ của màu sắc lựa chọn.[7]
- Điện áp cung cấp: 2,7V đến 5.5V
- Kích thước Module: 33mm x 33mm
- Module có chức năng chống nhiễu bởi ánh sáng bên ngoài giúp cảm biến không bị nhiễu
- Module cảm biến màu TCS3200 có 2 hàng jum để giao tiếp và cảm biến này có 10 chân Chức năng của các chân là:
Chân S0, S1: Đầu vào chọn tỷ lệ tần số đƣa ra
Chân S2, S3: Đầu vào chọn kiểu photodiode
Chân OE: Đầu vào cho phép xuất tần số ở chân OUT
Chân OUT: Đầu ra là tần số thay đổi phụ thuộc cường độ và màu sắc
Bảng 2.1 Chức năng các chân của TCS3200
Ngõ vào Điện áp ngõ vào
Ngõ ra Điện áp ngõ ra
S0 Với S1, những quyết định nhân rộng của tần số đầu ra
S1 Với S0, những quyết định nhân rộng của tần số đầu ra
S2 Với S3, các chân này xác định màu sắc cảm nhận bới các cảm biến S3 Với S2, các chân này xác định màu sắc cảm nhận bởi các cảm biến
OE Pin Các pin ra cho tần số đầu ra ( các màu sắc cảm nhận )
LED Nếu kết nối với 5V hoặc một pin kỹ thuật số, các đèn LED trên bảng chip sẽ sáng lên
- Chuyển đổi từ cường độ ánh sáng sang tần số với độ phân giải cao
- Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra
- Điện năng tiêu thụ thấp
- Giao tiếp trực tiếp với vi điều khiển
- Phát hiện tốt nhất khoảng cách 1cm - 5cm
2.4.3 Nguyên lý hoạt động Ánh sáng trắng là hỗn hợp rất nhiều ánh sáng có bước sóng màu sắc khác nhau Khi ta chiếu ánh sáng trắng vào một vật thể bất kì, tại bề mặt của vật thể sẽ xảy ra hiện tƣợng hấp thụ và phản xạ ánh sáng
Ví dụ: Một vật thể có màu sắc đỏ khi đƣợc chiếu ánh sáng trắng thì những ánh sáng không nằm trong dải bước sóng màu đỏ sẽ bị vật thể hấp thụ Còn ánh sáng có bước sóng nằm trong dải màu đỏ sẽ bị phản xạ ngược lại.Và khiến mắt ta nhận biết vật thể đó là màu đỏ
Cảm biến TCS3200 có bộ lọc màu, nó chỉ cho phép nhận biết một màu sắc và các màu khác sẽ bị chặn lại.Cảm biến khi có ánh sáng và chuyển đổi nó thành tần số nhất định, sau đó tần số này đƣợc đƣa vào một bộ chuyển đổi tần số.[10]
Tần số được tạo ra tương ứng với màu sắc của ánh sáng, tạo ra một tần số nhất định, tần số đầu ra này sau đó sẽ quyết định màu sắc đã cảm nhận đƣợc Vì vậy, về cơ bản là ánh sáng đã đƣợc chuyển đổi thành một tần số Mỗi màu sắc có tần số riêng của nó Đây chính là cách cảm biến này có thể phân biệt giữa các màu sắc
Cấu tạo cảm biến TCS3200 Hình 2.9
- Current-to-Frequency Converter: bộ chuyển đổi tần số
Khối đầu tiên là mảng ma trận 8x8 gồm các photodiode Bao gồm 16 photodiode có thể lọc màu sắc xanh dương ( Blue ), 16 photodiode có thể lọc màu đỏ ( Red ), 16 photodiode có thể lọc màu xanh lá (Green) và 16 photodiode trắng không lọc ( Clear ) Tất cả photodiode cùng màu đƣợc kết nối song song với nhau và đƣợc đặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu Bản chất của 4 loại photodiode trên nhƣ là các bộ lọc ánh sáng có màu sắc khác nhau Có nghĩa là nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng có cùng màu với loại photodiode tương ứng và không tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác
- Việc lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào là S2 và S3:
Bảng 2.2 Thông số 2 chân đầu vào S2 và S3
Thấp (L) Thấp ( L) Màu đỏ Thấp (L) Cao ( H) Màu xanh da trời Cao (H) Thấp (L) Clear (Không có bộ lọc) Cao (H) Cao (H) Màu xanh lá cây
Yếu tố quan trọng nhất là 2 chân S2 và S3 Chính là những xác định màu sắc đã đƣợc cảm nhận Vì đây là 2 chân (S2,S3) và có thể cao hoặc thấp, có tổng cộng 4 kết hợp có thể Khi bạn chọn một bộ lọc màu sắc, nó chỉ có thể cho phép nhận biết một màu sắc đặc biệt để có đƣợc thông qua và ngăn chặn những màu sắc khác đi qua Lựa chọn các loại màu khác nhau của các tổ hợp do S2 và S3 chọn lọc nhất định.[10]
- Khối thứ 2 là bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số Bảng 2.3 Bộ chuyển đổi đòng diện thành tần số
S0 S1 Mở rộng quy mô sản lƣợng tần số ( f0)
Tần số đầu ra có độ rộng xung 50% và tỉ lệ với ánh sáng có cường độ và màu sắc khác nhau Tần số đầu ra nằm trong khoảng 2Hz – 500Khz., có dạng xung vuông với tần số khác nhau khi màu sắc và cường độ sáng khác nhau
Ta có thể lựa chọn tỷ lệ tần số đẩu ra ở các mức khác nhau nhƣ bảng trên cho phù hợp với phần cứng đo tần số
Nguồn nạp xuống cảm biến là một phương pháp tiết kiệm điện Nó chứa các đầu ra ở trạng thái khá cao Nó tương tự như đầu ra cho pin, nhưng nguồn nạp xuống cảm biến với pin này giúp tiết kiệm năng lƣợng nhiều hơn so với việc vô hiệu hóa các cảm biến với sản lƣợng cho phép sử dụng Vì vậy, nó rất hiệu quả Để làm điều này, bạn sẽ chỉ làm cho S0 và S1 đều thấp Các kết hợp khác để thay đổi tỉ lệ của các chân đƣợc thực hiện bằng cách kết nối các tín hiệu đầu ra của bộ chuyển đổi cho một loạt các tần số nhỏ Tất cả các kết quả đầu ra nhỏ có một chu kì nhiệm vụ 505 nhƣng chúng ta có thể thay đổi tần số của các tín hiệu bằng nhiều cách hoặc là 100%, 20% và 2%
Board Arduino Mega 2560
2.5.1 Giới thiệu Board Adruino Mega 2560
Arduino Mega 2560 là một vi điều khiển hoạt động dựa trên chip
ATmega2560 có bộ nhớ flash memory 256Kb để lưu trữ mã ( trong đó có
8Kb đƣợc sử dụng cho bộ nạp khởi động), 8Kb cho bộ nhớ SRAM, 4Kb cho bộ nhớ EEPROM Dùng để hỗ trợ thêm khả năng viết những chương trình phức tạp và điều khiển các thiết bị lớn hơn nhƣ máy in 3D, điều khiển robot…
Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trước giờ vì không sử dụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2 lập trình nhƣ là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ
Cấu tạo chính của Adruino Mega 2560 bao gồm các phần sau:
- Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lí trung tâm của toàn board mạch Với mỗi mẫu Arduino khác nhau thì con chip là khác nhau Ở con Arduino
Mega 2560 này thì sử dụng ATMega2560
- Bộ nhớ: ATMega 2560 có 256 Kb bộ nhớ flash để lưu trữ code ( trong đó có 8 KB đƣợc sử dụng cho bootloader ), 8 KB SRAM và 4 KB EEPROM
( có thể đọc và ghi với thƣ viện EEPROM)
- Ngõ vào, ngõ ra: mỗi một chân trong 54 chân số của board đều có thể sử dụng nhƣ một ngõ vào hoặc ngõ ra Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận
24 đƣợc tối đa 40mA và có một điện trở kéo lên bên trong 20-50 KOhms Ngoài ra, một số chân có chức năng đặc biệt:
Serial: để truyền và nhận dữ liệu nối tiếp
External Interrupt: các chân này có thể đƣợc cấu hình để kích hoạt sự kiện ngắt mức thấp, ngắt cạnh lên hoặc xuống…
- IOREF: chân này cung cấp điện áp tham chiếu cho vi xử lý hoạt động
- PWM: cung cấp ngõ ra PWM 8 bit
- SPI: các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI bằng cách sử dụng thƣ viện SPI
- LED (chân 13): đƣợc kết nối sẵn với một con LED, khi ngõ ra chân này mức cao thì LED sáng, mức thấp LED tắt
- TWI: hỗ trợ giao tiếp PWI bằng việc sử dụng thƣ viện PWI
- 4 UARTs (cổng nối tiếp phần cứng )
- 1 cổng kết nối USB: đây là cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều khiển Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính
- 1 Jack nguồn dùng đề lấy nguồn vào chạy Arduino, có thể lấy nguồn từ cổng USB hoặc có thể cung cấp nguồn từ bên ngoài với điện áp từ 6 đến 20V (hoạt động tốt trong phạm vi 7– 12V) Nguồn bên ngoài có thể lấy từ bộ chuyển đổi AC sang DC hoặc dùng pin Các chân nguồn nhƣ sau:
V_in: khi sử dụng nguồn bên ngoài thì cấp vào chân này
5V: có 3 chân ngõ ra là 5V, chân này là 5V lấy từ board
3.3V: có 1 chân ngõ ra là 3,3V lấy ra từ board, dòng lớn nhất là 50mA
- 5 chân GND: chân nối đất
Bảng 2.4 4 cổng Serial giao tiếp
Cổng Serial Chân RX Chân TX
2.5.2 Sơ đồ khối, sơ đồ chân
Sơ đồ khối Arduino Mega 2560 Hình 2.12
Sơ đồ chân Mega 2560 Hình 2.13
- Điện áp đầu vào ( đƣợc khuyến nghị ): 7-12V
- Điện áp đầu vào( giới hạn): 6-20V
- Chân vào/ra ( I/O) số: 54 chân (15 chân đầu ra là PWM)
- Chân vào input analog: 16 chân
- Dòng điện DC trên mỗi chân I/O: 40mA
- Dòng điện DC trên chân nguồn 3,3V: 50mA
Các Mega 2560 có 16 đầu vào tương tự, mỗi ngõ vào tương tự đều có độ phân giải 10 bit (tức là 1024 giá trị khác nhau ) Theo mặc định đo từ 0 đến 5 volts, mặc dù là nó có thể thay đổi phần trên của phạm vi bằng cách sử dụng chân Aref và
Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình cho Arduino
Giao diện phần mềm Arduino IDE Hình 2.14 Để viết một chương trình cho Arduino, người sử dụng chỉ cần định nghĩa hai hàm để thực hiện một chương trình điều hành theo chu kỳ:
Setup( ): hàm chạy một lần duy nhất vào lúc bắt đầu của một chương trình dùng để khởi tạo các thiết lập
Loop( ): hàm đƣợc gọi lặp lại liên tục cho đến khi board mạch đƣợc tắt đi
Khi bật điện bảng mạch Arduino, reset hay nạp chương trình mới, hàm setup( ) sẽ đƣợc gọi đến đầu tiên Sau khi xử lý xong hàm setup( ), Arduino sẽ nhảy đến hàm loop() và lặp vô hạn hàm này cho đến khi bạn tắt điện bo mạch Arduino Chu trình đó có thể mô tả trong hình dưới đây:
Chu trình hoạt động của một chương trình trên Arduino Hình 2.15
Arduino IDE sử dụng GNU toolchain và AVR libc để biên dịch chương trình, và sử dụng Avrdude để tải lên các chương trình vào bo mạch chủ Do nền tảng Arduino sử dụng vi điều khiển Atmel, môi trường phát triển của Atmel, AVR Studio hoặc Atmel Studio mới hơn, cũng có thể đƣợc sử dụng để phát triển phần mềm cho các Arduino.[8][9]
Cáp USB
Dây cáp dùng để cắm vào máy tính để nạp chương trình cho board và dây đồng thời cũng lấy nguồn từ nguồn usb của máy tính để cho boarrd hoạt động Ngoài ra cáp USB còn đƣợc dùng để truyền dữ liệu từ board Arduino lên máy tính Dây cáp có 2 đầu, đầu 1a đƣợc dùng để cắm vào cổng USB trên board Arduino, đầu 1b dùng để cắm vào cổng USB trên máy tính
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 29 3.1 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG
Với vấn đề và yêu cầu được đặt ra như trên, người thực hiện đề tài đã phân tích yêu cầu, phương pháp thực hiện để từ đó xây dụng nên một sơ đồ khối hệ thống nhƣ
Sơ đồ khối hệ thống Hình 3.1
Sơ đồ khối bao gồm các khối chính:
VI XỬ LÝ TRUNG TÂM ARDUINO MEGA 2560
Khối vi xử lý trung tâm
Khối xử lí trung tâm Đây là khối quan trọng có nhiệm vụ làm đầu não điều khiển và quản lý mọi hoạt động của hệ thống Nó điều khiển mọi hoạt động của hệ thống, nhận tín hiệu xử lý tín hiệu, đƣa ra kết quả
Khối giao tiếp mạng GSM Để truyền nhận dữ liệu và tín hiệu trên mạng di động, hệ thống cần đƣợc trang bị một module làm nhiệm vụ kết nối và giao tiếp với mạng di động GSM
Khối cảm biến thu thập dữ liệu
Có thể thu nhập dữ liệu từ bên ngoài gửi về bộ điều khiển trung tâm để xử lý vì thế khối này đóng vai trò quan trọng nhƣ một giác quan của hệ thống
Khối hiển thị Để hiển thị kết quả đúng sai khi bộ vi xử lý trung tâm đƣa ra kết quả
Dùng để cung cấp nguồn cho các khối trong hệ thống nhƣ: khối vi xử lý trung tâm, khối hiển thị, khối giao tiếp.
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
Trong một hệ thống, phần cứng phục vụ cho đề tài bao gồm 1 board Arduino Mega2560, Module Sim900A, Cảm biến màu TCS3200 đều đƣợc thiết kế và bán sẵn trên thị trường Nên nhiệm vụ của người thực hiện là nghiên cứu kết nối và lập trình tất cả thành một hệ thống để phục vụ cho đề tài mình đã chọn
3.3.1 Sơ đồ nguyên lý và tính toán
Yêu cầu: khối nguồn có nhiệm vụ tạo ra điện áp và dòng điện ổn định cho toàn hệ thống điện tử
Các phương án đưa ra: Nguồn của Arduino, nguồn từ cổng USB, nguồn từ sạc điện thoại, làm mạch nguồn từ LM2576ADJ…
Lựa chọn: Vì arduino có thể đƣợc cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài thông qua Adaptor với điện áp khuyên dùng là 7-12V
DC và giới hạn là 6-20V Thường thì nên cấp nguồn 9V Và có các ngõ ra ở
2 mức điện áp là 5V đầu ra với dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA
Và điện áp 3.3V dòng ra tối đa là 50 mA và các chân in/out có dòng ra tối đa là 30mA, với các ngõ ra này có thể cung cấp nguồn để nuôi cảm biến màu
32 Để cung cấp nguồn tổng những mô đun này ta cần chọn dòng 1A để cấp hết các mô đun này Vì vậy người thực hiện đề tài chọn Adaptor 9V- 1A để làm nguồn cấp cho hệ thống
Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật của Apdapter 12V
Thông số Mô tả Điện áp ngõ vào 100-240V AC (50Hz)
Dòng điện ngõ vào 0.7A (max) Điện áp ngõ ra 9V
Dòng điện ngõ ra 1A Đầu kết nối 2.1x5.5mm
Khối điều khiển trung tâm:
Yêu cầu: để làm đƣợc nhiệm vụ này cần sử dụng một bộ điều khiển hoạt động ổn định đủ sức xử lý và đáp ứng đƣợc nhu cầu của hệ thống nêu trên về: tốc độ xử lý, tài nguyên hỗ trợ và phải đủ bộ nhớ để có thể chạy được một chương trình hoàn thiện và khá phức tạp
Các phương án đưa ra: Arduino Uno R3, Arduino Mega 2560, PLC, các bộ FPGA, arm cortex, armstm32c8t6,…
Lựa chọn: Ở đây người thực hiện đề tài chọn Board Arduino Mega
2560 làm bộ điều khiển trung tâm vì vi điều khiển này hoàn toàn có thể đáp ứng đƣợc những yêu cầu trên, Arduino Mega 2560 đƣợc nhà sản xuất Arduino và cộng đồng hỗ trợ về công cụ lập trình cũng nhƣ tài liệu nghiên cứu và tham khảo phong phú Đồng thời về giá cả, cách sử dụng, những phương án hỗ trợ đều thuận tiện cho đề tài người thực hiện đã chọn Ngoài ra với 4 bộ UART đƣợc trang bị, khối điều khiển trung tâm sẽ giao tiếp đƣợc với các thiết bị ngoại vi nhiều hơn
Sơ đồ và chức năng các chân Arduino Mega 2560 Hình 3.3
Chọn các chân 2,8,9,10 cho cảm biến màu TCS3200 thứ 1, các chân
3,4,5,6,7 cho cảm biến màu TCS3200 thứ 2, các chân 21,22,24,26,28 cho cảm biến TCS3200 thứ 3, các chân 20,30,32,34,36 cho cảm biến thứ 4 Chân
TX0, RX0 cho Module sim 900A.Chân 52,53 cho hai led đơn tín hiệu
Yêu cầu: hiển thị đƣợc báo hiệu kết quả đúng hay sai của phép toán
Các phương án đưa ra: có thể dùng LCD, Led đơn, Led 7 đoạn, Led ma trận…
Lựa chọn: chọn hiển thị bằng hai led đơn siêu sáng, một led màu đỏ và một led màu xanh lá cây vì sản phẩm này phổ biến, dễ tìm kiếm thông tin và giá thành rẻ, phù hợp với yêu cầu đặt ra
Yêu cầu: nhận diện màu sắc với độ chính xác và ổn định Kích thước nhỏ gọn phù hợp với mô hình
Các phương án lựa chọn: để thực hiện đề tài này, người thực hiện đã nghiên cứu và biết được hướng thực hiện để tài này gồm: Xử lý ảnh, Cảm biến màu
Lựa chọn: người thực hiện đã chọn nghiên cứu theo hướng sử dụng cảm biến màu TCS3200 vì tính thực tế, cũng nhƣ là cách sử dụng dễ dàng hơn, giài thuật lập trình đơn giản hơn Tuy rằng, phương án này mức độ ổn định không cao nhƣng với đề tài đang thực hiện thì đây là lựa chọn thích hợp nhất
Sơ đồ kết nối mẫu của Arduino Uno và Cảm biến màu TCS3200 Hình 3.4
Yêu cầu: Báo kết quả qua tin nhắn
Các phương án lựa chọn:Hiện nay trên thị trường có khá nhiều nhà sản xuất cung cấp module có chức năng kết nối GSM nhƣ: Ginwave, Neoway, Simcom,
Lựa chọn: người thực hiện đề tài chọn Sim900A của Simcom để thực hiện vì lý do phổ biến, giá cả phù hợp với đề tài sinh viên, đƣợc cộng đồng hỗ trợ mạnh và quan trọng là Sim900A có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu của đề tài
Bảng 3.2 Sơ đồ chân giao tiếp của Module Sim 900A và Arduino Mega 2560
THIẾT KẾ PHẦN MỀM
Chương trình có nhiệm vụ hoạt động khi đầu tiên là chúng ta phải cài đặt các chân ngõ vào, ngõ ra, chân tín hiệu, chân GND cho hệ thống Sau đó ta nhấn nút nhấn thì hệ thống sẽ delay 2 giây, sau đó sẽ lấy mã GRB từ các module cảm biến màu và tiến hành giải mã để xác định màu Sau khi phân tích và xác định màu thì tiến hành thực hiện thuật toán bảng cửu chương và gán cho những module cảm biến tương ứng cho từng số Nếu kết quả đúng khối hiển thị sẽ sáng màu xanh, và nếu sai sẽ sáng màu đỏ Tiến hành vòng giải thuật đó cho đến khoảng 10 lần sẽ xuất giá trị ra ngoài
GIẢI MÃ MÀU CB2 GIẢI MÃ MÀU CB3 GIẢI MÃ MÀU CB4 a[count _start]= màu 1 b[count_start]= màu 2 c[count_start]= màu 3 d[count_start]= màu 4
Tích = màu 1 x màu 2 Donvi = Tích %10 Chục = Tích/10
Lưu đồ chương trình chính Hình 3.5
Xuất kết quả 10 phép tính
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Mô hình hỗ trợ học toán cho học sinh tiểu học đƣợc làm từ mica dày 5mm
Mô hình hỗ trợ học toán cho học sinh tiểu học Hình 4.1
Mô hình hỗ trợ học toán chờ kiểm tra màu và phép toán Hình 4.2
Mô hình hỗ trợ học toán ở trạng thái chờ kiểm tra màu, lúc này 4 con cảm biến màu sẽ sáng đèn lên và chờ người dùng đưa từng thẻ màu vào để quét
Bảng màu và số tương ứng Hình 4.3
Khi phần cứng đã đƣợc chuẩn bị tốt và đầy đủ, thì chúng ta bắt đầu kiếm tra kết quả Ở đây người thực hiện kiểm tra giải thuật bảng cửu chương Theo mục đích ban đầu tức là người thực hiện sẽ dùng cảm biến màu để thực hiện giải thuật này bằng cách gán số vào từng màu, theo nhƣ hình trên thì ta thấy, mỗi số đƣợc gán với một màu tương ứng Và người thực hiện tiến hành kiểm tra phép tính
Mô hình thực hiện phép toán và cho kết quả đúng Hình 4.4
Phép toán đƣợc đƣa ra kiểm tra là 2 x 6 , ở đây số 2 đƣợc gán cho màu đỏ, số 6 đƣợc gán cho màu hồng, số 2 đƣợc gán cho màu đỏ và số 1 đƣợc gán cho màu xanh đen Khi người thực hiện đưa màu vào 4 khối cảm biến, nếu đúng tần số của dải màu mà chúng nhận đƣợc thì sẽ cho ra kết quả đúng, và lúc này khối hiển thị đúng sẽ sáng lên, báo hiệu cho người thực hiện phép toán này đúng
Mô hình thực hiện phép toán và cho kết quả sai Hình 4.5
Và ngƣợc lại, khi những thẻ màu đƣợc lắp sai thì phép toán là sai, lúc này khối hiển thị sai sẽ sáng lên, báo hiệu cho người thực hiện biết phép toán này sai.