đề tài thiết kế nhà thông minh dựa trên arduino

thiết kế mô hình nhà thông minh dựa trên arduino sư dụng các cảm biến quang trở, khí ga, cảm biến chuyển động, cảm biến siêu âm, thẻ từ RFID.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vi điều khiển AVR và vi điềukhiển PIC ngày càng thông dụng và hoàn thiện hơn , nhưng có thể nói sự xuất hiện củaArduino vào năm 2005 tại Italia đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển Sự xuấthiện của Arduino đã hỗ trợ cho con người rất nhiều trong lập trình và thiết kế, nhất làđối với những người bắt đầu tìm tòi về vi điều khiển mà không có quá nhiều kiến thức,hiểu biết sâu sắc về vật lý và điện tử Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiềuchức năng cơ bản và là mã nguồn mở Ngôn ngữ lập trình trên nền Java lại vô cùng dễ

sử dụng tương thích với ngôn ngữ C và hệ thư viện rất phong phú và được chia sẻmiễn phí Chính vì những lý do như vậy nên Arduino hiện đang dần phổ biến và đượcphát triển ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới

Trên cơ sở kiến thức đã học trong môn học : Tin học cở sở 2, Điện tử tương tự và điện

tử số … cùng với những hiểu biết về các thiết bị điện tử, chúng em đã quyết định thực

hiện đề tài : Thiết kế ngôi nhà thông minh với mục đích để tìm hiểu thêm về

Arduino, làm quen với các thiết bị điện tử và nâng cao hiểu biết cho bản thân Do kiếnthức còn hạn hẹp, thêm vào đó đây là lần đầu chúng em thực hiện đồ án nên chắc chắnkhông tránh khỏi những thiếu sót , hạn chế vì thế chúng em rất mong có được sự góp ý

và nhắc nhờ từ thầy giáo để có thể hoàn thiện đề tài của mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.s Lan Anh đã giúp đỡ chúng em rấtnhiều trong quá trình tìm hiểu ,thiết kế và hoàn thành đề tài đồ án 1 này

Hồ Chí Minh, ngày tháng 11 năm 2015

Sinh viên thực hiện

2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN



Tp.HCM, ngày tháng năm 2015

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN



Tp.HCM, ngày tháng năm 2015

Giáo viên phản biện

4

Chương 1:

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nhà thông minh

- Nhà thông minh là ngôi nhà được trang bị các hệ thống tự động thông minhcùng với cách bố trí hợp lý, các hệ thống này có khả năng tự điều phối các hoạtđộng trong ngôi nhà theo thói quen sinh hoạt và nhu cầu cá nhân của gia chủ.Chúng ta cũng có thể hiểu ngôi nhà thông minh là một hệ thống chỉnh thể mà trong

đó, tất cả các thiết bị điện tử gia dụng đều được liên kết với thiết bị điều khiểntrung tâm và có thế phối hợp với nhau để cùng thực hiện một chức năng Các thiết

bị này có thể tự đưa ra cách xử lý tình huống được lập trình trước, hoặc là đượcđiều khiển và giám sát từ xa

- Giải pháp nhà thông minh sẽ biến những món đồ điện tử bình thường trongngôi nhà trở nên thông minh và gần gũi với người dùng hơn, chúng được kiểm soátthông qua các thiết bị truyền thông như điều khiển từ xa, điện thoại di động… ngôinhà thông minh đơn giản nhất có thể được hình dung bao gồm một mạng điều khiểnliên kết một số lượng cố định các thiết bị điện, điện tử gia dụng trong ngôi nhà vàchúng được điều khiển thông qua một chiếc điều khiển từ xa Chỉ với kết nối đơngiản như trên cũng đủ để hài lòng một số lượng lớn các cá nhân có nhu cầu nhàthông minh ở mức trung bình

- Vậy liệu nhà thông minh có làm thay đổi các thói quen vốn đã rất gắn bó từtrước đến nay với hầu hết mọi người?

- Chúng ta đều biết phần lớn căn hộ từ trung bình đến cao cấp đều sử dụngcác loại điều khiển từ xa để điều khiển máy lạnh, ti vi…còn lại phần lớn các thiết bịkhác như hệ thống đèn, bình nước nóng lạnh…phải điều khiển bằng tay Nhữngviệc như vậy đôi lúc sẽ đem lại sự bất tiện, khi mà chúng ta mong muốn có một sựtiện nghi và thoải mái hơn, vừa có thể tận hưởng nằm trên giường coi ti vi vừa cóthể kiểm soát được hệ thống các thiết bị trong nhà chỉ với một chiếc smartphonehay máy tính bảng

1.1.1 Các thành phần cơ bản trong hệ thống ngôi nhà thông minh

- Mô hình mô phỏng ngôi nhà trong thực tế và sự phân bố khá hợp lý các hệ

thống đi kèm

- Việc bố trí rất quan trọng, những thiết bị không sử dụng nên sắp xếp vàochỗ hợp lý tránh gây bất tiện trong sinh hoạt Vì vậy, khi thiết kế ngôi nhà thôngminh cần quan tâm đến sự thay đổi mềm dẻo trong cách thức lắp đặt và cấu hình sửdụng

- Hệ thống chiếu sáng sẽ được tích hợp chung với các hệ thống khác hoặc sẽđược tách riêng ra để điều khiển độc lập Các giải pháp đều nhằm tối ưu hóa hệthống và giúp gia chủ điều khiển dễ dàng hơn Các giải pháp kết hợp sẽ được tínhđến để tự động hóa tới mức tối đa.

 Hệ thống kiểm soát vào ra

- Khi gia chủ đi vắng, việc kiểm soát các hệ thống vào ra trong ngôi nhà là rấtquan trọng, giúp đề phòng trộm v.v… Ngôi nhà thông minh cung cấp hệ thốngkiểm soát vào ra cho phép chủ nhà quản lý và cấp quyền “đăng nhập” cho các thànhviên trong gia đình và người thân

- Hệ thống cửa ra vào ở các phòng sẽ được lắp đặt các khóa vân tay hoặckhóa phím v.v… nhằm nhận dạng người trong nhà hoặc khách để cấp quyền “đăngnhập” Ngoài ra, còn có thể dùng hệ thống nhận diện khuôn mặt hay giọng nói tùyvào phòng riêng của mỗi người

- Mỗi khi có sự kiện mới, hệ thống kiểm soát ra vào này cũng sẽ kích hoạt các

hệ thống khác để lưu giữ các thay đổi do người dùng tạo ra

 Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc

- Một ngôi nhà bình thường sẽ có từ 4 đến 5 phòng kín, và do vậy sẽ có mộtvài vấn đề khó khăn khi giao tiếp từ phòng này sang phòng khác Một hệ thốngthông tin liên lạc nội bộ có thể giúp giải quyết vấn đề này

- Hệ thống liên lạc nội bộ đơn giản có thể là các điện thoại cố định hoặc điệnthoại mẹ bồng con Ngoài chức năng liên lạc trong nhà, hệ thống này cần được kếtnối với mạng điện thoại để tiện cho việc giao tiếp và công việc hơn, để làm việcnày cần đến một bộ chuyển kênh

- Hệ thống quan sát sẽ giúp việc kiểm soát an ninh, người vào/ra ngôi nhà…giúp cho gia chủ nhận diện khách nhanh chóng thông qua camera

 Hệ thống giải trí đa phương tiện

- Ngôi nhà là nơi sinh hoạt của một gia đình có thể gồm nhiều thế hệ và mỗithế hệ lại có nhu cầu giải trí khác nhau Do đó, một hệ thống giải trí đa phương tiện

sẽ cung cấp cho các thành viên những hoạt động giải trí phù hợp…

 Hệ thống quản lý cấp điện, nước, gas

- Đối với một ngôi nhà bình thường thì việc cung cấp và đo lường các chỉ sốđiện nước đều phải thông qua các cơ quan nhà nước

- Ngôi nhà thông minh cung cấp giải pháp nhằm đo lường và báo lại cácthông số điện, nước thường xuyên, kết hợp với hệ thống quản lý chiếu sáng và hệthống kiểm soát vào ra, từ đó tự động bật/tắt các thiết bị trong nhà nhằm tiết kiệmnăng lượng Ngoài ra, các cảm biến sẽ giúp hạn chế và cảnh báo các nguy cơ khácnhư rò rỉ gas, mực nước ở bể chứa thấp, bể đường ống nước, cháy chập điện…

 Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy

- Hệ thống các cảm biến là thành phần quan trọng trong bất kì hệ thống nàocủa ngôi nhà, các cảm biến có nhiệm vụ gửi các thông số đo được về cho bộ xử lýtrung tâm để có giải pháp phù hợp với từng gói dữ liệu và xử lý từng tình huốngtương ứng

6

- Các cảm biến cơ bản như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến gas, cảm biến

áp suất, cảm biến hồng ngoại…

 Hệ thống điều hòa không khí, kiểm soát môi trường

- Thông thường thì một ngôi nhà cần có những không gian xanh, nó khôngchỉ giúp các thành viên trong gia đình thư giãn mà còn giúp điều hòa không khí.Việc xây dựng và duy trì màu xanh trong ngôi nhà là cần thiết, do đó hệ thống điềuhòa không khí và kiểm soát môi trường sẽ giúp ích rất nhiều trong việc chăm sóccây như độ ẩm cần thiết, hay là ánh sáng phù hợp…

 Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái

- Hệ thống các công tắc và bảng hiển thị sẽ cung cấp thông tin cũng như nhậnlệnh điều khiển từ gia chủ Đảm bảo sự tương tác hai chiều giữa các thành viên và

hệ thống tự động Hệ thống bao gồm: các điều khiển từ xa, các công tắc gắn tường,các bảng điều khiển tương tác HMI, điện thoại thông minh…

 Hệ thống mạng, xử lý trung tâm và sự kết hợp hoạt động

- Ngôi nhà thông minh được đánh giá cao và khác hẳn những ngôi nhà bìnhthường là do nó được trang bị một hệ thống mạng điều khiển và toàn bộ các thayđổi và điều khiển tự động trong ngôi nhà được xử lý đồng nhất thông qua hệ thốngmạng và xử lý trung tâm Nó có vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ liên kết các hệthống khác trong ngôi nhà lại với nhau, điều phối của hệ thống chấp hành một cáchnhịp nhàng theo các điều kiện tác động được lập trình từ trước Chúng ta gọi đó làcác hoạt cảnh – hay là các điều kiện môi trường trong ngôi nhà Một vài sự kết hợptiêu biểu:

• Hệ thống chiếu sáng với Hệ thống xử lý trung tâm có thể được lập trình theothói quen của người sử dụng Các thiết bị chiếu sáng sẽ hoạt động theo chu trìnhthời gian đặt trước

• Hệ thống chiếu sáng kết hợp với Hệ thống cảm biến cung cấp khả năng tựđộng điều khiển ánh sáng như: đèn tự động tắt khi không có người trong phòng,một số khu vực tự sáng đèn khi qua 18h…

• Hệ thống cảnh báo kết hợp với hệ thống chiếu sáng: khi có vấn đề xảy ra nhưcháy nổ, phát hiện ăn trộm…các bóng đèn sẽ chớp sáng liên tục, đồng thời sẽ cótiếng còi báo hiệu

• Hệ thống cảm biến kết hợp với hệ thống xử lý trung tâm báo cáo tình trạnglưu trữ điện trong các UPS, báo cáo mực nước trong bồn chứa…nhằm đảm bảonguồn cung cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày

• Hệ thống giải trí đa phương tiện kết hợp với hệ thống chiếu sáng nhằm đemlại những giây phút thư giãn cho thành viên trong gia đình

1.1.2 Triển khai mô hình ngôi nhà thông minh thực tế

 Mô tả yêu cầu

- Đảm bảo đầy đủ các yếu tố cơ bản nhất mô phỏng một ngôi nhà thông minhthu nhỏ

- Có tính khả thi và thực hiện được trong thời gian ngắn

- Đảm bảo phát triển theo mục tiêu của đề tài đặt ra: điều khiển và quản lý các

- Thiết kế và thi công một số cảm biến như: cảm biến ánh sáng, cảm biếnnhiệt độ, độ ẩm…và các mạch công suất để điều khiển các thiết bị như đèn chiếusáng, quạt…

1.2 Giới thiệu chung về Arduino

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những người tựchế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống vớinhững gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động Số lượng người dùng cựclớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay

cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến

Hình 1.1: Những thành viên khởi xướng Arduino.

Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinh viên và nhà nghiên cứu tại cáctrường đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng; hoặcngay cả Google cũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino Mega ADK dùng đểphát triển các ứng dụng Android tương tác với cảm biến và các thiết bị khác?

Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết

bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật củaArduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lậptrình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lậptrình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chấtnguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Chỉ với khoảng $30, người dùng đã có thể sởhữu một board Arduino có 20 ngõ I/O có thể tương tác và điều khiển chừng ấy thiết bị.Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào thế

kỷ thứ 9 là King Arduin Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm 2005 như

là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi, là mộttrong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Instistute Ivrea(IDII) Mặc dù hầu như không được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyềnvới tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu

8

tiên Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để thamquan nơi đã sản sinh ra Arduino

1.3 Giới thiệu về board Arduino Uno

Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người ta thường nói tớichính là dòng Arduino UNO Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (R3).Bạn sẽ bắt đầu đến với Arduino qua thứ này Bạn có thể dùng Arduino Nano cũngđược nhưng tôi khuyên bạn nên dùng cái này

 Một vài thông số của Arduino UNO R3

Vi điều khiển ATmega328 (họ 8bit)

Điện áp hoạt động 5V – DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động 16 MHz

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328 với giákhoảng 90.000đ Tuy nhiên nếu yêu cầu phần cứng của bạn không cao hoặc túi tiềnkhông cho phép, bạn có thể sử dụng các loại vi điều khiển khác có chức năng tươngđương nhưng rẻ hơn như ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) với giá khoảng 45.000đ hoặcATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) với giá khoảng 65.000đ.

Ngoài việc dùng cho board Arduino UNO, bạn có thể sử dụng những IC điều khiểnnày cho các mạch tự chế Vì sao ? Vì bạn chỉ cần board Arduino UNO để lập trình cho

vi điều khiển Trên thực tế, bạn không cần phải dụng Arduino UNO trên các sản phẩmcủa mình, thay vào đó là các mạch tự chế để giảm chi phí như hình dưới đây:

10

Chế tạo thủ công Sử dụng mạch in

 Năng lượng

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoàivới điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồnbằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấpnguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO

 Các chân năng lượng

• GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùngcác thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối vớinhau

• 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

• 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA

• Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dươngcủa nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

• IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo

ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từchân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

• RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương vớiviệc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

 Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

• 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ

nhớ Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ đượcdùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu

• 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai

báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớRAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạnphải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): đây giống như

một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà khôngphải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM

 Các cổng vào/ra

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mứcđiện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều cócác điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc địnhthì các điện trở này không được kết nối)

 Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

• 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive –

RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây.Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

• Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ

phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite().Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0Vđến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

• Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức

năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI vớicác thiết bị khác

• LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút

Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khichân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 →

210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, bạn

có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấpđiện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trongkhoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWIvới các thiết bị khác

của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++ Riêng

tôi thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển Arduino cũng gọi như vậy.

Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ học, dễ hiểu.Nếu học tốt chương trình Tin học 11 thì việc lập trình Arduino sẽ rất dễ thở đối vớibạn

Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự

án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là

Arduino IDE (Intergrated Development Environment)

1.5 Cảm biến nhiệt độ LM35

 Giới thiệu về cảm biến LM35

LM35 là cảm biến dùng để đo nhiệt độ tính theo °C Có 2 loại thường gặp: loại đónggói theo kiểu IC và kiểu plastis:

 Tính năng của LM35:

• LM35 là một cảm biến nhiệt độ analog

Nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của LM35

→ Đơn vị nhiệt độ: °C

→ Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/°C

Sơ đồ chân của LM35

- Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở nhiệt độ phòng và 3/4°C ngoài khoảng -55°C tới+150°C

- LM35 có hiệu năng cao, dòng qua khoảng 60µA

- Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị hiệu điện thế nhất định tạichân Vout (chân giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ

- Với LM35, bạn có thể tự tạo cho mình mạch cảm biến nhiệt độ sử dụng LM35 và

tự động ngắt điện khi nhiệt độ vượt ngưỡng tối đa, đóng điện khi nhiệt độ thấp hơnngưỡng tối thiểu thông qua module rơ le

• LM35 thay đổi nhiệt độ nhanh và chính xác

• Phù hợp với các ứng dụng điều khiển từ xa

• Khả năng tự tản nhiệt thấp, khoảng 0.08°C trong điều kiện không khí là tĩnh

• Trở kháng ngõ ra thấp 0.1Ω với tải 1mA…

 Bảng thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ họ LM35:

Mã sản phẩm Dải nhiệt độ Độ chính xác Đầu ra

±1/4°C tại nhiệt độ phòng và ±3/4°C ở nhiệt độ từ -55 tới +150°C Trở kháng ngõ rathấp, tuyến tính và hiểu chỉnh chính xác làm cho việc đọc ngõ ra và kiểm xoát mạchđiện trở nên dễ dàng LM35 có thể sử dụng nguồn đơn hoặc nguồn đôi và rút dòngkhoảng 60µA

Cảm biến nhiệt độ LM35 là một loại cảm biến tương tự rất hay được ứng dụng trong

các ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực Vì nó hoạt động khá chính xác với sai số nhỏ,

14

đồng thời với kích thước nhỏ và giá thành rẻ là một trong những ưu điểm của nó Vìđây là cảm biến tương tự (analog sensor) nên ta có thể dễ dàng đọc được giá trị của nóbằng hàm analogRead().

Lắp mạch

1.6 Tổng quan về cảm biến chuyển động PIR

1.6.1 PIR là gì?

PIR là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm biến thụ

động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại Tia hồng ngoại (IR) chính là các tianhiệt phát ra từ các vật thể nóng Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thânnhiệt (thông thường là ở 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt,hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tianhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thểnóng đang chuyển động Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt

tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt,

đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người con vật

 Cấu tạo PIR

16

Trên đây là đầu dò PIR, loại bên trong gắn 2 cảm biến tia nhiệt, nó có 3 chân ra, mộtchân nối masse, một chân nối với nguồn volt DC, mức áp làm việc có thể từ 3 đến15V Góc dò lớn Để tăng độ nhậy cho đầu dò, Bạn dùng kính Fresnel, nó được thiết

kế cho loại đầu có 2 cảm biến, góc dò lớn, có tác dụng ngăn tia tử ngoại

Hình vẽ cho thấy cách dùng đầu dò PIR để phát hiện người hay con vật di chuyển ngang

1.6.2 Nguyên lý hoạt động của module cảm biến pir

 Môi trường hoạt động của cảm biến PIR

Cảm biến PIR chỉ hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ -30 độ C đến 70 độ C Có nghĩa

 Nguyên tắc hoạt động của module cảm biến PIR.

Chúng ta sẽ xem hoạt động của mạch qua các hình mô tả dưới đây: Với hình bóngđèn là tín hiệu output của module PIR, đèn tắt là mức 0, đèn sáng là mức 1, hình cảmbiến PIR với 2 bảng pyroelectric lúc đầu sẽ là màu lợt khi chưa có vật di chuyển vàovùng phát hiện tín hiệu là 1 đường thẳng (Hình 15) Tiếp đến vật thể di chuyển vàovùng ảnh hưởng 1 tín hiệu bắt đầu xuất hiện, hình cảm biến PIR bảng pyroelectric 1đậm lên nhưng ngõ ra của PIR là hình bóng đèn vẫn tắt (Hình 16) Khi vật thể đi vàovùng ảnh hưởng thứ 2 thì tín hiệu hình cảm biến PIR của bảng pyroelectric 1 sẽ lợt

đi, bảng 2 đậm lên tín hiệu xuất hiện ở bảng 2, hình bóng đèn sáng lên, tín hiệuoutput của module PIR lúc này là 1 (Hình 17) Khi vật thể đi qua khỏi vùng ảnhhưởng 2 thì tín hiệu đã trở về 0 nhưng đèn vẫn còn sáng vì lúc này mạch delay vẫnduy trùy tín hiệu ngõ ra của module PIR ở mức 1 (Hình 18) Đến một thời gian càiđặt trước nhất định nào đó thì đèn sẽ tắt, tín hiệu sẽ trở về 0, mạch ở trạng tháithường trực (Hình 19)

Hình 15

18

Hình 16

Hình 17

Hình 18

Hình 19

20

Các thông số cơ bản của module cảm biến PIR Dưới đậy là thông số kỹ thuật của nhàsản xuất cung cấp cho module cảm biến PIR Độ rộng vùng quét của cảm biến PIR(Hình 20)

Kết nối PIR với Arduino

Ta cấp nguồn cho PIR là 5V, Cực âm ta nối GND, Tín hiệu vào là chân số 2 Tín hiệu ra led chọn chân 13

1.7 Cảm biến siêu âm SRF05

1.7.1 Giới thiệu cảm biến siêu âm SRF05

SRF05 là bản nâng cấp của SRF04, được thiết kế để tăng độ chính xác, phạm vi hoạtđộng và giảm giá thành Như vậy, việc sử dụng SRF05 hoàn toàn tương tự SRF04ngoài những cải tiến trên Phạm vi hoạt động được tăng từ 3m lên 4m

+ SRF05 cho phép sử dụng một chân duy nhất cho cả kích hoạt và phản hồi, do đó tiếtkiệm giá trị trên chân điều khiển Khi chân chế độ không kết ối, thì SRF05 hoạt độngriêng biệt chân kích hoạt vầ chân hồi tiếp, như SRF04 SRF05 bao gồm một thời giantrễ trước khi xung phản hồi để mang lại điều khiển chậm hơn chẳng hạn như bộ điềukhiên thời gian cơ bản Stamps và Picaxe để thực hiện các xung lệnh

1.7.2 Các chế độ của SRF05

 Chế độ 1: tương ứng SRF04- tách biệt và phản hồi

Chế độ này sử dụng riêng biệt hai chân kích hoạt và chân phản hồi, và là chế đơn giảnnhất để sử dụng Tất cả các chương trình ddiern hình cho SRF04 sẽ làm việc SRF05 ởchế độ này Để sử dụng chế độ này, chỉ cần chân chế độ không kết nối- SRF05 có mộtnội dừng trên chân này

22

 Chế độ 2- Dùng một chân cho cả kích hoạt va phản hồi

Mode này sử dụng một chân duy nhất cho cả hai tín hiệu trigger và echo, được thiết kế

để tiết kiệm chân sử dụng cho các bộ điều khiển nhúng Để sử dụng chế độ này, ta kếtnối chân Mode với mass Khi đó sau khi gửi tín hiệu trigger, thì tín hiệu echo sẽ xuấthiện trên chân trigger trả về bộ điều khiển SRF05 sẽ không lập tức phản hồi tín hiệuecho ngay sau khi nhận được tín hiệu trigger mà sau thời gian 700uS kể từ kết thúc tínhiệu trigger mới gửi tín hiệu echo Trong thời gian đó có thể kích hoạt lại chân sửdụng từ output sang input để nhận tín hiệu phản hồi

 Tính toán khoảng cách:

Theo sơ đồ thời gian của SRF05 như trên, ta chỉ cần cung cấp một xung ngắn tối thiểu10uS làm tín hiệu trigger Sau đó cảm biến sẽ gửi một khối 8 chu kỳ sóng siêu âm tại40kHz và xuất xung echo Sau đó SRF05 đợi sóng siêu âm phản hồi sau khi gặp vậtcản, khi nhận được sóng phản hồi thì xung echo bị ngắt Như vậy, xung echo có chiềurộng tỉ lệ thuận với khoảng cách tới vật cản Thời gian xung echo tồn tại có thể cho tabiết được khoảng cách giữa cảm biến với vật Nếu trường hợp không phát hiện đượcvật cản, hoặc vật cản ngoài tầm xác định của SRF05 (4m) thì sau 30ms xung echocũng được đưa về mức thấp

24

SRF05 có thể được kích hoạt nhanh nhất mỗi 50ms (20 lần mỗi giây) Nên chờ mỗi

50ms rồi thực hiện lần đo tiếp theo Điều này đảm bảo cho các nhiễu siêu âm phản xạcủa lần đo trước không gây sai lệch kết quả thu được

Công thức tính khoảng cách từ cảm biến tới vật cản:

D= t/58 (cm)D=t/148(inch)+ thay đổi chùm tia và đô rộng chùm

Chùm tia của SRF05 có dạng hình nón với độ rộng của chùm là một hàm của diện tíchmặt của các cảm biến và là cố định Chùm tỉa của cảm biến được sử dụng trên SRF05được biểu diễn bên dưới:

1.7.3 Hoạt động phát và nhận phản hồi sóng cơ bản của SRF05:

 Nguyên tắc cơ bản của sonar: là tạo ra một xung âm thanh điện tử vá sau đó lăng

nghe tiếng vọng tao ra khi các làn sóng âm thanh số truy cập một đối tượng vàđược phản xạ trở lại Để tính thời gian cho phản hồi trở về, một ước tínhchính xác

có thể đươc làm bằng khoảng cách towd đối tượng Xung âm thanh tạo ra bởiSRF05 là siêu âm, nghĩa là nó là ở trên phạm vi nhận xét của con người Trong khitân số thấp hơn có thể được sử dụng các loại ứng dụng, tần số cao hơn thực hiệntốt hơn các phạm vi ngắn, nhu cầu độ chính xác cao

+một số đặc điểm khác của các cảm biến siêu âm SRF05

Mức độ của sóng âm hồi tiếp phụ thuộc vào cấu tạo của đối tượng và góc của nó

Một đối tượng mềm có thể cho ra tín hiệu phản hồi yếu hoặc không có phản hồi Mộtđối tượng ở một góc cân đối mới thì mới có thể chuyển thành tín hiệu phản chiếu mộtchiều cho cảm biến nhận

 Vùng phát hiện của SRF05

Nếu ngưỡng để phát hiện đối tượng được đặt quá gần cả biến, các đối tượng trên mộtđường có thể bị va chạm tại một điểm mù Nếu ngưỡng này được đặt ở một khoảng

26

cách quá lớn từ các cảm biền thì các đối tượng sẽ được phát hiện mà không phải làtrên một đương va chạm.

Các vùng phát hiện của SRF05 nằm trong khoảng 1 mét chiều sộng từ bên

này sang bên kia và không quá 4 mét chiều dài

Một kỹ thuật phổ biến để làm giảm các điểm mù và đạt được phát hiện chiều rộng lớnhơn ở cự ly gần là thêm một cải tiến bằng cách thêm một đơn vị SRF05 bổ sung vàgắn kết của hai đơn vị hướng về phía trước Thiết lập như vậy thì có một khu vực màhai khu vực phát hiejn chông chéo lên nhau

Các vùng hoạt động cảu 2 cảm biến tạo góc chung 30 độ Vùng chung thì được phânbiệt bởi 2 phần tín hiệu trái phải và phần cản ở giữa

 kết nối SRF05 và Arduino

Ta tiến hành lắp đặt cảm biến khoảng cách SRF05 theo sơ đồ sau:

Vcc: nối với nguồn 5V của Adruino

1 Gnd: nối với PIN GND.

2 Trigger: nối với PIN 8

3 Echo: nối với PIN 7

Lập trình điều khiển

Với cảm biến SRF05, ta sẽ minh hoạ việc sử dụng qua việc lập trình cho cảm biến cứ

mỗi chu kì 1s ta tiến hành kích hoạt cảm biến và kiểm tra xem có vật cản ở xungquanh hay không

28

1 Thực hiện mỗi chu kì 1s

2 Kích hoạt cảm biến bằng việc bật PIN Trigger theo thứ tự LOW - HIGH - LOWqua hàm digitalWrite

3 Tính toán khoảng cách thu được bằng việc sử dụng hàm pulseIn và các côngthức tính

4 Ta giả định nếu khoảng cách trả về < 0.5m thì sẽ in ra thông báo có vật cản

5 Lặp lại chu trình này

1.8 Động cơ servo

 Giới thiệu

Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động

cơ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước làđộng cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được Việc thiết lập một hệthống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặclàm động cơ không quay cũng không dễ dàng

Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu

ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí

sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyểnđộng quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trímong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chínhxác Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiếu máykhác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xehơi Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động

cơ dùng trong mô hình máy bay và xe hơi

Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơservo r/c(radiocontrolled) Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiểnbằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên máy bay hay xe hơi Động cơservo nhận tín hiệu từ máy thu này Như vậy có nghĩa là ta không cần phải điều khiểnrobot bằng tín hiệu vô tuyến bằng cách sử dụng một động cơ servo, trừ khi ta muốnthế Ta có thể điều khiển động cơ servo bằng máy tính, một bộvi xử lý hay thậm chímột mạch điện tử đơn giản dùng ic 555

1.motor

2.Electronics board

3.Positive power wire (red)

4.Signal wire (yellow or white)

5.Negative or ground wire (black)

6.Potentiometer

7.Output shaft/gear

8.Servo attachment horn/wheel/arm

10.Integrated control chip

Hình 1 Một động cơ servo r/c kích thước chuẩn điển hình dùng trong mô hình máy

bay và Xe đua Ngoài ra còn có nhiều loại kích thước thông dụng khác.

Để quay động cơ, tín hiệu số được gới tới mạch điều khiển Tín hiệu này khởi độngđộng cơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế Vị trí của trục vôn kế cho biết vịtrí trục ra của servo Khi vôn kế đạt được vị trí mong muốn, mạch điều khiển sẽ tắtđộng cơ Như ta dự đoán, động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ khôngphải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước Mặc dù ta có thể chỉnh động cơservo R/C quay liên tục nhưng công dụng chính của động cơ servo là đạt được gócquay chính xác trong khoảng từ 90O– 180O Việc điều khiển này có thể ứng dụng để láiRobot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp phòng…

 Servo và điều biến độ rộng xung

Trục của động cơ servo R/C được định vị nhờ vào kỹthuật gọi là điều biến độ rộngxung (pwm) Trong hệ thống này, servo là đáp ứng của một dãy các xung số ổn định

Cụ thể hơn, mạch điều khiển là đáp ứng của một tín hiệu số có các xung biến đổi từ 1– 2 ms Các xung này được gởi đi 50 lần/giây Chú ý rằng không phải số xung trongmột giây điều khiển servo mà là chiều dài của các xung Servo đòi hỏi khoảng 30 – 60xung/giây Nếu số này quá thấp, độ chính xác và công suất để duy trì servo sẽ giảm Với độ dài xung 1 ms, servo được điều khiển quay theo một chiều (giả sử là chiều kim Đồng hồ như hình 2.)

Hình 2: Điều khiển vị trí của trục ra của động cơ bằng cách điều chế độ rộng xung

Công suất cung cấp cho động cơ bên trong servo cũng tỉ lệ với độ lệch giữa vị trí hiệntại của trục ra với vị trí nó cần đến Nếu servo ở gần vị trí đích, động cơ được truyềnđộng với tốc độ thấp Điều này đảm bảo rằng động cơ không vượt quá điểm định đến.Nhưng nếu Servo ở xa vị trí đích nó sẽ được truyền động với vận tốc tối đa để đếnđích càng nhanh càng tốt Khi trục ra đến vị trí mong muốn, động cơ giảm tốc Quátrình tưởng chừng như phức tạp này diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn - mộtservo trung bình có thể quay 60O trong vòng ¼ - ½ giây Vì độ dài xung có thể thayđổi tùy theo hãng chế tạo nên ta phải chọn servo và máy thu vô tuyến thuộc cùng mộthãng để đảm bảo sự tương thích

 Các giới hạn quay

30

Các servo khác nhau ở góc quay được với cùng tín hiệu 1 – 2 ms (hoặc bất kỳ) đượccung cấp Các servo chuẩn được thiết kế để quay tới và lui từ 90o– 180o khi được cungcấp toàn bộ chiều dài xung Phần lớn servo có thể quay được 180o hay gần 180o

Nếu ta cố điều khiển servo vượt quá những giới hạn cơ học của nó , trục ra của động

cơ sẽ đụng vật cản bên trong, dẫn đến các bánh răng bị mài mòn hay bị rơ Hiện tượngnày kéo dài hơn vài giây sẽ làm bánh răng của động cơ bị phá hủy

 Hệ thống truyền động bánh răng và truyền công suất

Động cơ bên trong servo R/C quay khoảng vài ngàn vòng / phút Tốc độ này quánhanh để có thể dùng trực tiếp lên mô hình máy bay, xe hơi hay robot Tất cả các servođều có một hệ thống bánh răng để giảm vận tốc ra của động cơ còn khoảng 50 –100v/ph Các bánh răng của servo có thể làm plastic, nylon hay kim loại (thường làđồng thau hay nhôm).Bánh răng kim loại có tuổi thọcao nhưng giá thành cũng cao.Các bánh răng thay thế luôncó sẵn Khi một hay vài bánh răng bịhư, servo không khớp

và ta phải thay bánh răng Trong một vài trường hợp ta có thể“nâng cấp” bánh răngplastic thành bánh răng kim loại Bên cạnh các bánh răng dẫn động, trục ra của động

cơ cũng thường bị mòn và xước Trong các servo rẻ nhất, trục này được đỡ bằngmiếng đệm plastic, miếng đệm này rất dễ mất tác dụng nếu động cơ chạy nhiều Thực

sự thì đây cũng không phải là miếng đệm mà chỉ là một ống lót giúp giảm ma sát giữtrục và vỏ của servo Các ống lót bằng kim loại, cụ thể là ống lót bằng đồng thau cóthấm chất bôi trơn, bền hơn nhưng cũng đắt hơn Servo sử dụng vòng bi có tuổi thọcao nhất và đắt nhất Ta cũng có thể“nâng cấp” servo bằng vòng bi có sẵn

 Các loại và kích thước servo đặc biệt

Ngoài servo kích thước chuẩn dùng trong robot và mô hình điều khiển vô tuyến còn cóCác loại servo R/C khác:

Servo tỉ lệ ¼ / tỉ lệ lớn (quarter-scale / large-scale servo):kích thước gấp khoảng 2 lần Servo chuẩn, công suất lớn hơn rõ, được dùng trong các mô hình máy bay lớn nhưngcũng có thể làm động cơ công suất tốt cho robot

Servo nhỏ(mini-micro servo):kích thước nhỏ hơn khoảng 2 lần so với servo chuẩn,không mạnh bằng servo chuẩn, dùng ở những không gian hẹp trong mô hình máy bayhay xe hơi

Servo tời buồm(sail minch servo):mạnh nhất, dùng để điều khiển các dây thừng của Buồm nhỏ và buồm chính trong mô hình thuyền buồm

Servo thu bộ phận hạ cánh(landing-gear retraction servo):dùng để thu bộ phận hạ cánhtrong mô hình máy bay vừa và lớn Thiết kế bộ phận hạ cánh thường đòi hỏi servophải đảm bảo góc quay ít nhất là 170o Các servo này thường nhỏ hơn kích thướcchuẩn vì không gian giới hạn trong mô hình máy bay

Trong bài này chúng em sử dụng mini-micro servo để mô tả hoạt động đóng mở cửachính khi có tín hiệu từ bộ thẻ từ RFID RC522

 K ết nối động cơ servo với arduino

32

1.9 Module RFID RC522 Tần số 13,56mhz

 RFID là gì?

RFID (radio frequency identification, nhận dạng bằng sóng vô tuyến)

Đó là một kỹ thuật nhận dạng sóng vô tuyến từ xa, cho phép dữ liệu trên một con chíp được đọc một cách "không tiếp xúc" qua đường dẫn sóng vô tuyến ở khoảng cách từ

50 cm tới 10 mét, tùy theo kiểu của thẻ nhãn RFID

Hệ thống RFID gồm hai thành phần: thứ nhất là những chiếc thẻ nhãn nhỏ (cỡ vài cm)

có gắn chip silicon cùng ăng ten radio và thành phần thứ hai là bộ đọc cho phép giao tiếp với thẻ nhãn và truyền dữ liệu tới hệ thống máy tính trung tâm

Bộ nhớ của con chip có thể chứa từ 96 đến 512 bit dữ liệu, nhiều gấp 64 lần so với một

mã vạch Ưu việt hơn, thông tin được lưu giữ trên con chíp có thể được sửa đổi bởi sự tương tác của bộ đọc Dung lượng lưu trữ cao của những thẻ nhãn RFID thông minh này sẽ cho phép chúng cung cấp nhiều thông tin đa dạng như thời gian lưu trữ, ngày bày bán, giá và thậm chí cả nhiệt độ sản phẩm

"Bằng việc gắn thẻ RFID lên các vật dụng và mở bộ đầu đọc trên máy tính, các công

ty có thể tự động biết được rất nhiều thông tin", Kevin Ashton, Phó chủ tịch hãng Thing Magic, một nhà cung cấp lớn giải pháp RFID, cho biết

Với công nghệ RFID, các sản phẩm ngay lập tức sẽ được nhận dạng tự động

Chip trên thẻ nhãn RFID được gắn kèm với một ăngten chuyển tín hiệu đến một máy cầm tay hoặc máy đọc cố định Các máy này sẽ chuyển đổi sóng radio từ thẻ RFID sang một mã liên quan đến việc xác định các thông tin trong một cơ sở dữ liệu máy tính do cơ quan quản lý kiểm soát

Thẻ RFID, có thể đính lên bất cứ sản phẩm nào, từ vỏ hộp đồ uống, đế giày, quần bò cho đến trục ôtô Các công ty chỉ việc sử dụng máy tính để quản lý các sản phẩm từ

xa RFID có thể thay thế kỹ thuật mã vạch hiện nay do RFID không chỉ có khả năng xác định nguồn gốc sản phẩm mà còn cho phép nhà cung cấp và đại lý bán lẻ biết chính xác hơn thông tin những mặt hàng trên quầy và trong kho của họ Các công ty bán lẻ sẽ không còn phải lo kiểm kho, không sợ giao nhầm hàng và thống kê số lượng,mặt hàng sản phẩm đang kinh doanh của các cửa hàng Hơn nữa họ còn có thể biết chính xác bên trong túi khách hàng vào, ra có những gì

Khi một RFID được gắn vào một sản phẩm, ngay tức khắc nó sẽ phát ra các tín hiệu

vô tuyến cho biết sản phẩm ấy đang nằm ở chỗ nào, trên xe đẩy vào kho, trong kho lạnh hay trên xe đẩy của khách hàng Do thiết bị này được nối kết trong mạng vi tính của cửa hàng nên nhờ vậy các nhân viên bán hàng có thể biết rõ sản phẩm ấy được sảnxuất khi nào, tại nhà máy nào, màu sắc và kích cỡ của sản phẩm; để bảo quản sản phẩm tốt hơn thì phải lưu trữ nó ở nhiệt độ nào

Nhờ RFID sẽ giảm được rất nhiều thời gian và chi phí quản lý, lợi nhuận sẽ cao hơn Bởi: RFID là một công nghệ đang nổi

Bạn hãy nói chuyện với những công ty đang ứng dụng RFID và sẽ thấy rõ ràng chúng

ta chưa hiểu nhiều về công nghệ mới này Những gì chúng ta biết đã và đang thay đổi từng ngày

Về lâu dài, nhiều chuyên gia RFID tin tưởng rằng RFID sẽ phổ biến như việc sử dụng các máy tính cá nhân trong kinh doanh ngày nay

 Dải tần hoạt động của hệ thống RFID ?

Tần số thấp – low frequency 125 KHz: dải đọc ngắn tốc độ đọc thấp

dải tần cao – high frequency 13.56 MHz: khoảng cách đọc ngắn tốc độ đọc trung bìnhphần lớn thẻ passive sử dụng dải này

Dải tần cao hơn – high frequency: dải đọc từ ngắn đến trung bình, tốc độ đọc trung bình đến cao

Phần lớn thẻ active sử dụng tần số này

Dải siêu cao tần – uhf frequency 868-928 MHz: dải đọc rộng tốc độ đọc cao

phần lớn dùng thẻ active và một số thẻ passive cao tần sử dụng dải này

Dải vi sóng – microwave 2.45-5.8 GHz: dải đọc rộng tốc độ đọc lớn

 Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống RFID.

• Khả năng cập nhật, thay đổi dữ liệu trực tiếp: Hệ thống RFID có khả năng đọc/ghithôngtin trên thẻ một cách dễ dàng

• Các đối tượng cần nhận dạng có thể được kiểm soát trong bất kỳ một điều kiện vàkhônggian giới hạn nào

• Mỗi đối tượng cần nhận dạng trong hệ thống RFID chỉ có một số nhận dạng duynhất.Cũng như khả năng mã hoá dữ liệu

• Lưu trữ được nhiều dữ liệu hơn trên tag Phụ thuộc vào nhà sản xuất, nó có thểchứa từ64 cho tới 512bit thông tin

• Tuổi thọ cũng như độ bền lâu hơn trong trường hợp thẻ thụ động không cần pin

Nhược điểm:

• Giá thành của hệ thống RFID hiện nay vẫn còn cao, chưa thể áp dụng rộng rãitrong tất cả các lĩnh vực cần nhận dạng

• Các chuẩn của công nghệ RFID hiện nay vẫn chưa được thống nhất

• Chịu ảnh hưởng của các chất liệu cần nhận dạng như là kim loại và chất lỏng đốivới thẻ thụ động

 Nguyên lý làm việc của RFID.

Bộ đọc phát ra sóng điện từ, thẻ chứa đựng một hệ thống tiếp sóng với một chip nhớ

kĩ thuật số lưu giữ một mã sản phẩm điện tử duy nhất và anten của thẻ được đónggói với một thiết bị truyền tiếp, và thiết bị giải mã phát ra một tín hiệu kích hoạt thẻRFID Vì vậy nó có thể đọc và viết dữ liệu lên nó Khi một thẻ RFID đi xuyên qua mộtvùng điện từ, nó tìm ra các tín hiệukích hoạt của bộ đọc; các thẻ RFID thụ động hấpthụ năng lượng từ trường điện từ do bộ đọc tạo nên và sử dụng năng lượng đó nuôi cácmạch vi chíp, vi chíp sau đó điểu chế sóng để thẻ phát lại về phía bộ đọc và bộ đọcbiến đổi các sóng đó thành tín hiệu số và từ đó nhận dạng món đồ có gắn thẻ RFID

34

 Board RFID RC522

Điện áp hoạt động: 3.3V 13-26mA

Dòng tiêu thụ ở chế độ Stand by: 3.3V 10-13mASleep-mode: <80uA

Tải tối đa: 30mA

Tần số hoạt động: 13.56Mhz

Khoảng cách đọc: 0 – 60mm

Giao thức truyền thông: SPI

Tốc độ dữ liệu tối đa: 10Mbit / s

Kích thước: 40 x 60 mm

Nhiệt độ hoạt động: -20 đến 80 ° C

Độ ẩm hoạt động: 5% -95%

Tốc độ cao SPI: 10Mbit / s

HỖ TRỢ ISO / IEC 14443A /MIFARE

Phụ kiện: móc khóa và thẻ

 Chân kết nối RC522:

Chân kết nối module RFIF RC522

1/ SDA(CS)-Chân lựa chọn chip khi giao tiếp SPI( Kích hoạt ở mức thấp)

2/ SCK-Chân xung trong chế độ SPI

3/ MOSI(SDI)-Master Data Out- Slave In trong chế độ giao tiếp SPI

4/ MISO(SDO)-Master Data In- Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI

5/ IRQ – Chân ngắt

6/ GND – Chân mass

7/ RST – Chân reset module

8/ 3V3

Ta tiến hành lắp đặt module RFID RC522 theo sơ đồ sau:

THỨ TỰ SPI CHÂN TRÊN UNO

1.10 Cảm biến khí gas

 Giới thiệu về cảm biến MQ2:

MQ2 là cảm biến khí, dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy Ví dụ như phát hiện các loại khí:

- Khi môi trường sạch điện áp đầu ra của cảm biến thấp, giá trị điện áp đầu ra càng tăng khi nồng độ khí gây cháy xung quang MQ2 càng cao

- MQ2 hoạt động rất tốt trong môi trường khí hóa lỏng LPG, H2, và các chất khí gây cháy khác Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng do mạch đơn giản và chi phí thấp

Thông tin sản phẩm:

38

Heater ResistanceHeater consumptionSensing ResistanceSensitivity

+ Sơ lược về cảm biến và nguyên lý hoạt động

- Trong cảm biến có 6 chân :

+ Aout: điện áp ra tương tự Nó chạy từ 0.3

- 4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quang

+ Ta có thể ghép nối vào mạch Realy để điều khiển bật tắt đèn, còi, hoặc thiết

bị cảnh báo khác

+ Cách thức thực hiện :

Đầu tiên đo trạng thái không khí sạch, giá trị thu được Vout1

40