Bài tập lớn thiết bị điện thông minh đề tài tính toán và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số thông qua ứng dụng app trên điện thoại smartphone

Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA ĐIỆNBÀI TẬP LỚNTHIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG MINHĐề Tài:Tính toán và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số thông quaứng dụng app trên điện thoại sma

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG MINH

Đề Tài:

Tính toán và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số thông qua

ứng dụng app trên điện thoại smartphone

GVHD: TS Nguyễn Việt Anh Tên SV: Nguyễn Thanh Cao MSV: 2020604899

Khoa: Điện

Hà Nội, 2023

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

DANH MỤC VIẾT TẮT 6

Nội dung đề tài 7

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 10

1.1 Mục tiêu và phạm vi đề tài 10

1.2 Phương ph愃Āp nghiên cứu 11

1.2.1 Phương ph愃Āp nghiên cứu tài liệu 11

1.2.2 Phương ph愃Āp nghiên cứu thực tiễn 11

1.3 S漃Āng Bluetooth 11

CHƯƠNG 2 Yêu cầu tính to愃Ān, thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số 12

2.1 Tổng quan về Internet of things 12

2.1.1 Định nghĩa 12

2.1.2 C愃Āc loại nền tảng IoTs 13

2.1.3 Kiến trúc mạng IoTs 13

2.1.4 Ứng dụng của IoTs 14

2.2 Tổng quan về thiết bị điện thông minh 14

2.2.1 Định nghĩa 14

2.2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị điện thông minh 15

2.2.3 Kỹ thuật điều khiển, kết nối của c愃Āc thiết bị điện thông minh 16

2.2.4 Lợi ích tuyệt vời của thiết bị điện thông minh 17

2.3 Giới thiệu phần cứng xây dựng trong mạch điều khiển quạt bàn ba số 19

2.3.1 Mạch Arduino Uno 19

2.3.2 Mạch Relay 25

2.3.3 Mạch giao tiếp truyền thông 28

2.4 Mô tả phần mềm sử dụng để kết nối mạch điều khiển quạt bàn ba số 31

2.4.1 Giới thiê ̣u về ứng dụng điều khiển 31

2.4.2 Hướng d̀n sử dụng 32

2.4.3 Ưu và nhược điểm 36

2.5 Tính to愃Ān và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số 37

2.5.1 Nguyên lý hoạt động của mạch 37

2.5.2 Thiết kế mạch tương ứng 37

2.6 Lập trình kết nối phần cứng, phần mềm 39

2.6.1 Lập trình code cho Arduino 39

2.6.2 Lập trình App điều khiển quạt qua Bluetooth 41

2.7 Xây dựng mô hình thực nghiệm mạch điều khiển quạt bàn ba số 46

CHƯƠNG 3 Kết luận, kiến nghị và hướng ph愃Āt triển của đề tài 52

3.1 Kết luận 52

3.2 Kiến nghị 53

3.3 Hướng ph愃Āt triển của đề tài 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

PHỤ LỤC 54

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Ứng dụng của IoTs 13

Hình 2.2: Điều khiển và kiểm so愃Āt c愃Āc thiết bị 15

Hình 2.3: Điều chỉnh hoạt động của thiết bị 15

Hình 2.4:Thiết lập hệ thống an ninh cho không gian 16

Hình 2.5: C愃Āc thiết bị IoTs giúp bảo vệ ngôi nhà của bạn 16

Hình 2.6: Điều khiển c愃Āc thiết bị từ xa 17

Hình 2.7: IoTs giúp tiết kiệm điện năng hiệu quả 18

Hình 2.8: Mạch Arduino Uno 18

Hình 2.9: Cấu tạo Arduino 19

Hình 2.10: Arduino UNO (R3) 20

Hình 2.11: LilyPad Arduino 20

Hình 2.12: RedBoard 21

Hình 2.13: Arduino Mega (R3) 21

Hình 2.14: Arduino Leonardo 21

Hình 2.15: Arduino Uno R3 chíp cắm 23

Hình 2.16: C愃Āc mạch relay 24

Hình 2.17: C愃Āc khối Relay 24

Hình 2.18: Cấu tạo Relay 25

Hình 2.19: Nguyên lý mạch Relay 26

Hình 2.20: Mạch 4 Relay Opto chọn mức kích High/Low (10A – 250VAC) 27

Hình 2.21: Mạch thu ph愃Āt Bluetooth HC-06 28

Hình 2.22: Module Bluetooth 29

Hình 2.23: Công cụ hướng d̀n và khởi tạo ứng dụng 30

Hình 2.24: MIT App Inventor 31

Hình 2.25: Trang Wed của Mit App Inventor 32

Hình 2.26: Khởi tạo project 32

Hình 2.27: Giao diện 1 project 33

Hình 2.28: C愃Āc tính năng để thiết kế 1 ứng dụng 33

Hình 2.29: Giao diện khối lệnh 34

Hình 2.30: Trích xuất khởi tạo thành 1 app hoàn chỉnh 34

Hình 2.31: Sơ đồ dấu dây Arduino với mạch Relay 36

Hình 2.32: Sơ đồ kết nối module Bluetooth với Arduino 37

Hình 2.33: Sơ đồ đấu dây Module Relay với quạt 37

Hình 2.34: Giao diện phần mềm Arduino IEE 38

Hình 2.35: Code khai b愃Āo dữ liệu 38

Hình 2.36: Code giao tiếp nối tiếp giữa bo Arduino và một thiết bị kh愃Āc 39

Hình 2.37: Tập lệnh điều khiển relay 39

Hình 2.38: Lệnh truyền ph愃Āt cho Relay 39

Hình 2.39: Giao diện của app điều khiển sau khi thiết kế 40

Hình 2.40: Layout dùng để thiết kế 41

Hình 2.41: C愃Āc thành phần Label, Button, Listpicker 41

Hình 2.42: Thành phần Bluetooth 42

Hình 2.43: Thành phần SpeechRecognizer 42

Hình 2.44: Code truy cập Bluetooth và Điều khiển bằng giọng n漃Āi 43

Hình 2.45: Code điều khiển quạt 43

Hình 2.46: Code khiển thông qua giọng n漃Āi 44

Hình 2.47: Code sau khi c愃Āc lệnh được thực hiện, 44

Hình 2.48: Xuất file apk để hoàn thiện app điều khiển 45

Hình 2.49: Điều khiển quạt qua nút nhấn cơ số 1 45

Hình 2.50: Điều khiển quạt qua nút nhấn cơ số 2 46

Hình 2.51:Điều khiển quạt qua nút nhấn cơ số 3 46

Hình 2.52: Điều khiển quạt qua nút nhấn số 1 47

Hình 2.53: Điều khiển quạt qua nút nhấn số 2 47

Hình 2.54: Điều khiển quạt qua nút nhấn số 3 48

Hình 2.55: Điều khiển tắt quạt qua nút tắt 48

Hình 2.56: Điều khiển quạt bằng giọng n漃Āi số 1 49

Hình 2.57: Điều khiển quạt bằng giọng n漃Āi số 2 49

Hình 2.58: Điều khiển quạt bằng giọng n漃Āi số 3 50

Hình 2.59: Điều khiển tắt quạt bằng giọng n漃Āi 50

DANH MỤC VIẾT TẮT

STT TÊN VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT

2 Arduino UNO R3 Arduino UNO Release 3 Arduino UNO thế hệ 3

7 PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung

Nội dung đề tài

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG MINH

I Thông tin chung:

1 2020604899 Nguyễn Thanh Cao Điện 5 – K15 Điện – Điện tửGiảng viên hướng d̀n: Nguyễn Việt Anh Khoa: Điện

II Tên đề tài: Tính to愃Ān và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số thông

qua ứng dụng app trên điện thoại smartphone

1 Số liệu phục vụ tính toán, thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số.

- Công suất chịu tải tối đa: 1000 W

- Tương thích với trợ lý ảo (Google Assistant và Amazon Alexa)

- Cơ chế bảo vệ thông minh: tự ngắt khi bị đoản mạch, nhiệt độ cao, qu愃Ādòng hoặc qu愃Ā tải

2 Yêu cầu tính toán, thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số.

Chương 1: Phần mở đầu.

1.1 Lý do chọn đề tài

1.2 Mục tiêu và phạm vi đề tài.

1.3 Phương ph愃Āp nghiên cứu

1.4.S漃Āng Bluetooth

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số.

2.1 Tổng quan về Internet of things

2.2 Tổng quan về thiết bị điện thông minh

2.3 Giới thiệu phần cứng xây dựng trong mạch điều khiển quạt bàn basố

2.4 Mô tả phần mềm sử dụng để kết nối mạch điều khiển quạt bàn ba số.2.5 Tính to愃Ān và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số

2.6 Lập trình kết nối phần cứng, phần mềm

2.7 Xây dựng mô hình thực nghiệm mạch điều khiển quạt bàn ba số

Chương 3: Kết luận, kiến nghị và hướng phát triển của đề tài.

3.1 Kết luận

 Thuật to愃Ān thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số

 Bảng thông số cơ bản được thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số

 Kết quả vận hành mô hình thực nghiệm

3.2 Kiến nghị

3.3 Hướng ph愃Āt triển của đề tài

III Các yêu cầu khi thực hiện bài tập lớn.

1 Tiêu chuẩn phục vụ tính toán, thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số.

- Nguyên tắc bố trí, lắp đặt mạch điều khiển quạt bàn ba số an toàn và hiệu

2 Bản vẽ cần thực hiện.

1

Bản vẽ lắp đặt mạch điều khiển quạt bàn

ba số thông qua ứng dụng app trên điện

thoại smartphone

3 Trình bày báo cáo bài tập lớn.

- Thực hiện theo biểu m̀u “BM03” về “Quy cách chung của báo cáo tiểu luận/Bài tập lớn/ Đồ án/ Dự án” trong Quyết định số 815/QĐ-ĐHCN

ngày 15/08/2019

4 Thời gian thực hiện bài tập lớn:

Ngày giao đề tài 17/10/2023 Ngày hoàn thành: 14/12/2023

Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Việt Anh

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG.

Hiện nay, nhu cầu về sự tiện nghi của con người càng tăng cao, trong đ漃Ā c漃Ā

sự quan tâm về c愃Āc thiết bị thông minh, bộ điều khiển thông minh

Ví dụ: Bộ điều khiển bật tắt c愃Āc thiết bị điện như: đèn, m愃Āy quạt, m愃Āy lạnh,TV…, thông qua điều khiển từ xa, qua Internet, giúp cho việc điều khiển thiết bịtrong nhà thông minh hơn, an toàn hơn

Do bộ điều khiển được kết nối với Bluetooth, nên người dùng c漃Ā thể bật, tắt

và xem trạng th愃Āi thiết bị đang trong tình trạng đã bật hay tắt, hẹn giờ bật tắt thiết

bị qua phần mềm hỗ trợ trên điện thoại thông minh

Thấy được sự tiện ích của thiết bị này và phối hợp với khả năng nghiên cứucủa em, đồng thời dựa trên nền tảng của đề tài trước cho phép em ph愃Āt triển lên

đề tài: “Tính toán và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số thông qua ứng

dụng app trên điện thoại smartphone” Đây cũng là thiết bị trong c愃Āc dự 愃Ān

cho nhà thông minh

1.1 Mục tiêu và phạm vi đề tài.

 Mục tiêu: Nghiên cứu và thiết kế thành công bộ điều khiển từ xa c漃Ā khảnăng:

 Điều khiển quạt bàn ba số bâ ̣t tắt được từ xa

 Điều khiển đa dạng phù hợp với nhiều người dùng

 Thông b愃Āo trạng th愃Āi thiết bị điện qua phần mềm trên điện thoạiAndroid

 Phương ph愃Āp nghiên cứu

Trong phạm vi đề tài, người nghiên cứu thực hiện c愃Āc nhiệm vụ sau đây:

 Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của c愃Āc hệ thống hiện c漃Ā

 Đọc kỹ c愃Āc tài hiệu liên quan về mạch điện tử và am hiểu về Vi điềukhiển

1.2 Phương pháp nghiên cứu

1.2.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Nghiên cứu c愃Āc tài liệu liên quan đến đề tài như:

 C愃Āc gi愃Āo trình lý thuyết như: Mạch điện tử, Điện tử công nghiệp, Kỹthuật vi xử lý…

 C愃Āc sơ đồ nguyên lý c漃Ā liên quan đến đề tài

 Tham khảo c愃Āc đề tài trên web, s愃Āch, tài liệu liên quan chuyên ngành

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

 Tham khảo c愃Āc ý kiến của c愃Āc thầy cô gi愃Āo chuyên ngành

 Học hỏi c愃Āc kinh nghiệm của những người đi trước

 Lấy kinh nghiệm trong suốt qu愃Ā trình học tại trường

1.3 S漃Āng Bluetooth

Bluetooth cũng là một loại s漃Āng radio nhưng ở tần số 2.4G S漃Āng bluetoothngoài việc được sử dụng thành một hình thức giao tiếp giữa c愃Āc thiết bị điện tửthông minh thì n漃Ā cũng được ứng dụng làm remote Một số loại quạt trần hiệnnay cũng được ứng dụng s漃Āng bluetooth để điều khiển nhưng tính ứng dụng chưathực sự cao Chủ yếu c愃Āc m̀u quạt trần này đến từ Trung Quốc và mang tính phôdiễn công nghệ là nhiều

Ưu điểm:

 Kết nối hiện đại, c漃Ā thể gửi và nhận tín hiệu hai chiều giữa remote

và quạt

 Không bị giới hạn bởi vật cản

 Điều khiển trực tiếp trên điện thoại

 Chỉ cần dùng smartphone là c漃Ā thể điều khiển được

Nhược điểm:

 Tốn năng lượng

 Phải mở ứng dụng trên điện thoại, tính sẵn sàng kém

 Khoảng c愃Āch ngắn.

Ưu điểm lớn nhất của việc sử dụng điều khiển từ xa cho quạt bằngbluetooth là tính năng gửi nhận tín hiệu hai chiều Nghĩa là trên điện thoại c漃Ā thểcập nhật trạng th愃Āi hoạt động của quạt: số vòng quay, thời gian sử dụng, nhiệt độđộng cơ

Tuy nhiên, bởi vì c愃Āc thông tin này không thực sự hữu ích trong khi sự bấttiện khi sử dụng bluetooth để điều khiển và thao t愃Āc Nhất là gia đình c漃Ā ngườigià là gần như kh漃Ā để sử dụng, nên công nghệ này không được phổ biến rộng rãi

và trao đổi dữ liệu với nhau

- IoT c漃Ā thể được định nghĩa là một cơ sở hạ tầng mạng động toàn cầu vớic愃Āc khả năng tự định hình một c愃Āch thông minh dựa trên c愃Āc giao thức liên lạctiêu chuẩn và tương t愃Āc

Công nghệ nền tảng cho IoTs

- Trang bị cho sản phẩm c漃Ā chức năng điều khiển từ xa, chức năng quản lýthời gian thực…và khả năng tích hợp với điện thoại thông minh hoặc c愃Āc thiết bịkh愃Āc của người tiêu dùng

- Truy cập qua thuê bao dịch vụ đ愃Ām mây của nhà cung cấp, nền tảng trongtrường hợp này được gọi là nền tảng dịch vụ thuê bao, PaaS (Platform as aService)

 Hạ tầng mạng và điện to愃Ān đ愃Ām mây (Network and Cloud).

 C愃Āc lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-creation and SolutionsLayers)

Vạn vật (Things): Giải ph愃Āp IoT giúp c愃Āc thiết bị thông minh được sàng lọc,kết nối và quản lý dữ liệu một c愃Āch cục bộ

Trạm kết nối (Gateways): Cho phép c愃Āc vật dụng c漃Ā sẵn này kết nối vớiđiện to愃Ān đ愃Ām mây một c愃Āch bảo mật và dễ dàng quản lý

Hạ tầng mạng và điện to愃Ān đ愃Ām mây (Network and Cloud): + Cơ sở hạ tầngkết nối: Bao gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp

và nhiều thiết bị kh愃Āc kết nối đến mạng lưới viễn thông + Trung tâm dữ liệu/ hạtầng điện to愃Ān đ愃Ām mây: Bao gồm một hệ thống lớn c愃Āc m愃Āy chủ, hệ thống lưutrữ và mạng ảo h漃Āa được kết nối

C愃Āc lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-Creation and Solutions Layers):Gồm c愃Āc API (Application Progmraming Interface) hỗ trợ cho công t愃Āc quản lý,

phân tích dữ liệu và tận dụng hệ thống tài nguyên sẵn c漃Ā một c愃Āch hiệu quả vànhanh ch漃Āng.

2.1.4 Ứng dụng của IoTs.

 C愃Āc ứng dụng của IoT trong chăm s漃Āc sức khỏe

 C愃Āc ứng dụng của IoT trong công nghệ xe không người l愃Āi, xe tự l愃Āi

 C愃Āc ví dụ ứng dụng của internet of things trong nhà thông minh

 C愃Āc ví dụ ứng dụng của internet of things trong công nghiệp sản xuất

 C愃Āc ứng dụng IoT trong b愃Ān lẻ

 C愃Āc ứng dụng của IoT trong chuỗi cung ứng hàng h漃Āa

 Thành phố thông minh ứng dụng IoT

 C愃Āc ứng dụng iot trong nông nghiệp

Hình 2.1: Ứng dụng của IoTs.

2.2 Tổng quan về thiết bị điện thông minh.

2.2.1 Định nghĩa

Thiết bị điện thông minh là :

- Là giải ph愃Āp tự động h漃Āa cho phép kết nối c愃Āc thiết bị sử dụng điện trongnhà với nhau

- Thiết bị thông minh c漃Ā nhiều c愃Āch để điều khiển, c漃Ā khả năng tự động xử

lý và thông b愃Āo cho người sử dụng

- Tương t愃Āc được với c愃Āc thông số môi trường, c漃Ā thể gi愃Ām s愃Āt và điềukhiển c愃Āc thiết bị từ xa, đem lại sự an toàn, tiện nghi, linh hoạt, tiết kiệm và thểhiện đẳng cấp

2.2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị điện thông minh.

a Hoạt động theo phương thức bán tự động:

+ Thiết bị kiểm so愃Āt trung tâm kết nối với c愃Āc thiết bị kh愃Āc thông quaphương thức truyền thông dữ liệu mạng dây hoặc không dây

+ Kiểm so愃Āt, điều khiển c愃Āc thiết bị điện một c愃Āch đơn giản, dễ dàng thôngqua điện thoại, m愃Āy tính, m愃Āy tính bảng,…vào bất kỳ thời điểm nào

b Hoạt động theo phương thức tự động hoàn toàn:

Với sự tích hợp c愃Āc cảm biến chuyển động, cảm ứng 愃Ānh s愃Āng thông minh,không cần đến sự hỗ trợ của con người mà thiết bị v̀n hoạt động rất tốt

2.2.3 Kỹ thuật điều khiển, kết nối của các thiết bị điện thông minh.

Thiết bị điện - điện tử được sản xuất dựa trên trí tuệ nhân tạo kết nối với c愃Ācthiết bị không dây kh愃Āc như: 4G, WiFi, Tạo nên một mạng lưới giúp bạn dễdàng điều khiển

Hình 2.2: Điều khiển và kiểm soát các thiết bị.

Điều khiển và kiểm so愃Āt c愃Āc thiết bị: Điều khiển hoặc quản lý c愃Āc thiết bịđ漃Ā thông qua ứng dụng không kể xa hay gần

Hình 2.3: Điều chỉnh hoạt động của thiết bị.

Điều chỉnh hoạt động của thiết bị: Dễ dàng tiến hành cài đặt c愃Āc thiết bịtheo ý muốn và tình hình thực tế với c愃Āc tính năng như: Ánh s愃Āng, nhiệt độ,…Thiết lập hệ thống an ninh cho không gian: Camera, cảm biến chuông b愃Āođộng, sẽ gi愃Ām s愃Āt và đảm bảo kẻ gian sẽ không đột nhập vào buổi đêm hay khibạn vắng nhà

Hình 2.4:Thiết lập hệ thống an ninh cho không gian.

2.2.4 Lợi ích tuyệt vời của thiết bị điện thông minh

2.2.4.1 Bảo đảm an toàn cho ngôi nhà của bạn

Ngôi nhà là tổ ấm quan trọng, không chỉ c漃Ā ý nghĩa về mặt vật chất mà còn

là chỗ dựa tinh thần cho chúng ta C愃Āc thiết bị điện thông minh sẽ giúp bạn bảo

vệ ngôi nhà ngay từ xa một c愃Āch tiện lợi và đơn giản

Bên cạnh đ漃Ā, c愃Āc thiết bị này cũng bảo vệ an toàn cho bạn khi ở trong ngôinhà của mình C愃Āc thiết bị này luôn đảm bảo khả năng chống ch愃Āy nổ, c愃Āch điện

và c愃Āch nhiệt tốt

Hình 2.5: Các thiết bị IoTs giúp bảo vệ ngôi nhà của bạn.

2.2.4.2 Giúp cuộc sống trở nên tiện lợi

Bạn c漃Ā thể kiểm so愃Āt c愃Āc thiết bị điện trong ngôi nhà của mình ngay từ xamột c愃Āch dễ dàng, tiết kiệm thời gian và chi phí, nhờ đ漃Ā cuộc sống cũng trở nêntiện lợi hơn bao giờ hết

Hình 2.6: Điều khiển các thiết bị từ xa.

2.2.4.3 Tiết kiệm điện năng hiệu quả

C愃Āc thiết bị điện thông minh là giải ph愃Āp tuyệt vời dành cho những ngườihay quên Bạn c漃Ā thể tắt hay điều chỉnh dễ dàng c愃Āc thiết bị từ xa mà không cầnquay về nhà, tiết kiệm thời gian cũng như điện năng vô cùng hiệu quả

Hình 2.7: IoTs giúp tiết kiệm điện năng hiệu quả.

2.3 Giới thiệu phần cứng xây dựng trong mạch điều khiển quạt bàn ba số.

2.3.1 Mạch Arduino Uno

Hình 2.8: Mạch Arduino Uno.

Arduino Uno là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều

khiển Microchip ATmega328 được ph愃Āt triển bởi Arduino.cc Bảng mạch đượctrang bị c愃Āc bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog c漃Ā thể giao tiếp với c愃Ācbảng mạch mở rộng kh愃Āc nhau Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạnmới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…Dựa trên nền tảng mở do

Arduino.cc cung cấp c愃Āc bạn dễ dàng xây dựng cho mình một dự 愃Ān nhanh nhất (lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…).

2.3.1.1 Cấu tạo của Arduino

C漃Ā rất nhiều những phiên bản mạch Arduino kh愃Āc nhau và chúng hoàn toànc漃Ā thể được sử dụng với nhiều mục tiêu Nhưng hầu hết những mạch đều giốngnhau về những thành phần chính :

Hình 2.9: Cấu tạo Arduino.

 Nguồn(USB / Barrel Jack)

 C愃Āc chân (5V, 3.3V, GND, Digital, Analog, PWM, ISF)

 Nút Reset (Reset Button)

 Đèn LED báo nguồn (Power LED Indicator)

 LED TX và RX (TX RX LEDs)

 IC chủ (Main IC)

 Bộ điều chỉnh điện 愃Āp (Voltage Regulator)

2.3.1.2 Các loại mạch Arduino thường được sử dụng

Arduino được tạo ra với rất nhiều những phiên bản kh愃Āc nhau Ngoài ra,một phần của phần cứng hoàn toàn c漃Ā thể được lan rộng ra để người kh愃Āc hoàntoàn c漃Ā thể sửa đổi và sản xuất ra những d̀n xuất của mạch để hoàn toàn c漃Ā thể

phân phối ra nhiều những tính năng hơn Dưới đây là 1 số ít mạch Arduinothường được sử dụng (Nguồn ảnh: tham khảo Điện tử s愃Āng tạo) [1]

2.3.1.3 Mạch Arduino được sử dụng trong đề tài

►Arduino Uno R3 là một board mạch vi điều khiển được ph愃Āt triển bởiArduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều khiển

► Phiên bản hiện tại của Arduino Uno R3 đi kèm với giao diện USB, 6chân đầu vào analog, 14 cổng kỹ thuật số I / O được sử dụng để kết nối với c愃Ācmạch điện tử, thiết bị bên ngoài Trong đ漃Ā c漃Ā 14 cổng I / O, 6 chân đầu raxung PWM cho phép c愃Āc nhà thiết kế kiểm so愃Āt và điều khiển c愃Āc thiết bị mạchđiện tử ngoại vi một c愃Āch trực quan.

► Arduino Uno R3 được kết nối trực tiếp với m愃Āy tính thông qua USB đểgiao tiếp với phần mềm lập trình IDE, tương thích với Windows, MAC hoặcLinux Systems, tuy nhiên, Windows thích hợp hơn để sử dụng C愃Āc ngôn ngữ lậptrình như C và C ++ được sử dụng trong IDE

► Ngoài USB, người dùng c漃Ā thể dùng nguồn điện ngoài để cấp nguồn cho

bo mạch

► C愃Āc bo mạch Arduino Uno kh愃Ā giống với c愃Āc bo mạch kh愃Āc trong c愃Ācloại Arduino về mặt sử dụng và chức năng, tuy nhiên c愃Āc bo mạch Uno không đikèm với chip điều khiển FTDI USB to Serial

► C漃Ā rất nhiều phiên bản bo mạch Uno, tuy nhiên, Arduino Nano V3 vàArduino Uno là những phiên bản chính thức nhất đi kèm với vi điều khiểnAtmega328 8 bit AVR Atmel trong đ漃Ā bộ nhớ RAM là 32KB

► Khi tính chất và chức năng của nhiệm vụ trở nên phức tạp, thẻ nhớ SDMirco c漃Ā thể được kết nối thêm vào Arduino để lưu trữ được nhiều thông tinhơn

=> Từ c愃Āc ưu điểm và những tính năng ưu việt trên ta thấy Arduino Uno R3rất phù hợp với yêu cầu của đề tài đưa ra Nên mạch Arduino được sử dụng trong

đề tài này là: Arduino Uno R3 chíp cắm.

Hình 2.15: Arduino Uno R3 chíp cắm.

Thông số kỹ thuật: (Tham khảo thiết bị tại: Hshop.vn) [1]

 Chip điều khiển chính: ATmega328P

 Chip nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2

 Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài cắm từ giắc tròn

DC

 Số chân Digital I/O: 14 (trong đ漃Ā 6 chân c漃Ā khả năng xuất xung PWM)

 Số chân PWM Digital I/O: 6

 Số chân Analog Input: 6

 Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O: 20 mA

 Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50 mA

 Flash Memory: 32 KB (ATmega328P), 0.5 KB dùng cho bootloader

Hình 2.17: Các khối Relay.

Relay chuyển mạch với điện 愃Āp và dòng điện kh愃Āc nhiều so với tín hiệuđược sử dụng để c漃Ā thể cấp hoặc kích hoạt cho relay Bạn c漃Ā thể hiểu đơn giản,

relay là một trong những thiết bị thông dụng, nhỏ gọn, gi愃Ā thành hợp lý Hiệnđang được sử dụng rất nhiều trong c愃Āc hệ thống điện hằng ngày của chúng ta.

2.3.2.2 Cấu tạo

Hình 2.18: Cấu tạo Relay.

Relay c漃Ā cấu tạo bao gồm khối cơ bản như sau:

 Cuộn dây: Được làm từ đồng hoặc nhôm, quấn quanh lõi sắt từ, bộ phầnnày được gọi là phần tĩnh (Yoke)

 Phần ứng của rơ le được kết nối với 1 tiếp điểm động Cuộn dây sẽ c漃Ānhiệm vụ là hút thanh tiếp điểm lại để c漃Ā thể tạo thành trạng th愃Āi NO và

NC Nhiệm vụ của mạch tiếp điểm là đ漃Āng ngắt c愃Āc thiết bị tải với dòngđiện nhỏ và c愃Āch ly bởi 1 cuộn hút

2.3.2.3 Nguyên lý hoạt động của relay

Khi cấp dòng điện chạy qua relay, điện sẽ chạy qua mạch thứ 1, nam châmđiện sẽ được kích hoạt, tạo ra từ trường để hút tiếp điểm màu đỏ đ漃Āng lại Sau đ漃Ā

sẽ kích hoạt mạch thứ 2 Khi tắt nguồn điện, một lò xò được lắp trước vào tiếp

điểm sẽ c漃Ā nhiệm vụ kéo tiếp điểm về lại vị trí ban đầu và tắt mạch số 2 một lầnnữa.

Hình 2.19: Nguyên lý mạch Relay.

Với hình ảnh này bạn c漃Ā thể thấy c愃Āch 1 rơ le liên kết c愃Āc mạch với nhau, ởphía bên tr愃Āi, đ漃Ā là mạch đầu vào được cấp bởi 1 công tắc tơ hoặc 1 loại cảmbiến nào đ漃Ā Khi mạch được kích hoạt sẽ c漃Ā dòng điện đi qua phần nam châmđiện, sau đ漃Ā công tắc sẽ được kéo lại và đ漃Āng mạch và từ đ漃Ā mạch đầu ra thứ 2bên phải sẽ được kích hoạt

2.3.2.4 Mạch relay được sử dụng trong đề tài

Trong đề tài này em sử dụng: Mạch 4 Relay Opto chọn mức kích

High/Low (10A – 250VAC)

Mạch 4 Relay Opto chọn mức kích High/Low (10A – 250VAC) được sửdụng để bật, tắt thiết bị AC/DC qua Relay, mạch c漃Ā thể tùy chọn kích bằng mứccao hoặc thấp (High/Low) qua Jumper, ngoài ra mạch còn bổ sung thêm Optoc愃Āch ly cho độ an toàn và chống nhiễu vượt trội (một số mạch trên thị trườngkhông c漃Ā Opto), thích hợp với c愃Āc ứng dụng bật tắt, điều khiển thiết bị quaRelay

Từ yêu cầu thực tế cần điều khiển 3 nút hộp số cấp tốc độ ta thấy mạch 4Relay rất phù hợp với yêu cầu đề ra (Công suất tải 1000W, điện 愃Āp 110-

250V) Do đ漃Ā trong đề tài này em sử dụng: Mạch 4 Relay Opto chọn

mức kích High/Low (10A – 250VAC)

Hình 2.20: Mạch 4 Relay Opto chọn mức kích High/Low (10A – 250VAC).

Thông số kỹ thuật sản phẩm: (Tham khảo thiết bị tại: Hshop.vn) [1]

 Điện 愃Āp sử dụng: 5 VDC, 250VAC

 Dòng tiêu thụ: khoảng 200mA /1Relay

 Tín hiệu kích: Tùy chọn mức cao High (5 VDC theo loại Relay) hoặc thấpLow (0VDC) qua Jumper

 Tiếp điểm đ漃Āng ngắt Relay trên mạch: Max 250VAC-10A hoặc

30VDC-10A (Để an toàn nên dùng cho tải c漃Ā công suất <100W).

 Kích thước: 72 (L) * 55 (W) * 19 (H) mm

2.3.3 Mạch giao tiếp truyền thông

- Để thiết bị c漃Ā thể giao tiếp được với nhau thì chúng phải được kết nối dựatrên c愃Āc chuẩn giao thức kết nối

- Hiện nay c漃Ā nhiều công nghệ giao tiếp được biết đến như Wifi, Bluetooth,Zigbee và mạng di động 2G/3G/4G…