Hệ thống Nhà thông minh sử dụng arduino

Thiết kế hệ thống nhà thông minh với các tính năng như bật tắt đèn tự động, điều hoà nhiệt độ, giám sát vào ra sử dụng thẻ từ RFID...

LỜI NÓI ĐẦU 3

Chương 1: 4

TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về nhà thông minh 4

1.1.1 Các thành phần cơ bản trong hệ thống ngôi nhà thông minh 4

1.1.2 Triển khai mô hình ngôi nhà thông minh thực tế 6

1.2 Giới thiệu chung về Arduino 7

1.3 Giới thiệu về board Arduino Uno 8

1.4 Lập trình cho Arduino 12

1.5 Cảm biến nhiệt độ LM35 12

1.6 Tổng quan về cảm biến chuyển động PIR 15

1.6.1 PIR là gì? 15

1.6.2 Nguyên lý hoạt động của module cảm biến pir 16

1.7 Cảm biến siêu âm SRF05 21

1.7.1 Giới thiệu cảm biến siêu âm SRF05 21

1.7.2 Các chế độ của SRF05 21

1.7.3 Hoạt động phát và nhận phản hồi sóng cơ bản của SRF05: 25

1.8 Động cơ servo 29

1.9 Module RFID RC522 Tần số 13,56mhz 32

1.10 Cảm biến khí gas 36

1.11 Cảm biến quang trở 43

1.12 Giới thiệu về thiết bị hiển thị (LCD) (liquid Crystal Display) 50

1.13 Relay 56

Chương 2: 60

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 60

2.1 Lưu đồ giải thuật mạch cảm biến chuyển động: 60

2.2 Lưu đồ giải thuật mạch cảm biến nhiệt độ 61

2.3 Lưu đồ giải thuật mạch cảm biến khí gas MQ2: 62

2.4 Lưu đồ giải thuật mạch mở cửa và chống trộm 63

2.5 Hệ thống điều khiển trong nhà 64

2.6 Hệ thống ra vào và chống trộm, đèn trước nhà 65

Chương 3: 66

VIẾT CHƯƠNG TRÌNH 66

3.1 Giới thiệu phần mềm Arduino IDE 66

3.2 Chương trình 68

3.2.1 Chương trình điều khiển tổng hợp các thiết bị trong nhà 68

3.2.2 Chương trình điều khiển hệ thống vào ra, chống trộm và đèn trước nhà 76

TỔNG KẾT 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vi điều khiển AVR và vi điều khiểnPIC ngày càng thông dụng và hoàn thiện hơn , nhưng có thể nói sự xuất hiện của Arduinovào năm 2005 tại Italia đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển Sự xuất hiện củaArduino đã hỗ trợ cho con người rất nhiều trong lập trình và thiết kế, nhất là đối với nhữngngười bắt đầu tìm tòi về vi điều khiển mà không có quá nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc vềvật lý và điện tử Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiều chức năng cơ bản và là mãnguồn mở Ngôn ngữ lập trình trên nền Java lại vô cùng dễ sử dụng tương thích với ngônngữ C và hệ thư viện rất phong phú và được chia sẻ miễn phí Chính vì những lý do nhưvậy nên Arduino hiện đang dần phổ biến và được phát triển ngày càng mạnh mẽ trên toànthế 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 kiến thức còn hạn hẹp, thêmvào đó đây là lần đầu chúng em thực hiện đồ án nên chắc chắn không tránh khỏi nhữngthiếu 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 rất nhiềutrong quá trình tìm hiểu ,thiết kế và hoàn thành đề tài đồ án 1 này

Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 11 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Chương 1:

TỔNG QUAN1.1 Tổng quan về nhà thông minh

- Nhà thông minh là ngôi nhà được trang bị các hệ thống tự động thông minh cùngvới cách bố trí hợp lý, các hệ thống này có khả năng tự điều phối các hoạt động trongngôi nhà theo thói quen sinh hoạt và nhu cầu cá nhân của gia chủ Chúng ta cũng có thểhiểu 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 khiển trung tâm và có thế phối hợp vớinhau để cùng thực hiện một chức năng Các thiết bị này có thể tự đưa ra cách xử lý tìnhhuống được lập trình trước, hoặc là được điều khiển và giám sát từ xa

- Giải pháp nhà thông minh sẽ biến những món đồ điện tử bình thường trong ngôinhà trở nên thông minh và gần gũi với người dùng hơn, chúng được kiểm soát thông quacác thiết bị truyền thông như điều khiển từ xa, điện thoại di động… ngôi nhà thông minhđơn giản nhất có thể được hình dung bao gồm một mạng điều khiển liên kết một sốlượng cố định các thiết bị điện, điện tử gia dụng trong ngôi nhà và chúng được điềukhiển thông qua một chiếc điều khiển từ xa Chỉ với kết nối đơn giản như trên cũng đủ

để hài lòng một số lượng lớn các cá nhân có nhu cầu nhà thông minh ở mức trung bình

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

- Chúng ta đều biết phần lớn căn hộ từ trung bình đến cao cấp đều sử dụng các loạiđiều khiển từ xa để điều khiển máy lạnh, ti vi…còn lại phần lớn các thiết bị khác như hệthống đèn, bình nước nóng lạnh…phải điều khiển bằng tay Những việc như vậy đôi lúc

sẽ đem lại sự bất tiện, khi mà chúng ta mong muốn có một sự tiện nghi và thoải mái hơn,vừa có thể tận hưởng nằm trên giường coi ti vi vừa có thể kiểm soát được hệ thống cácthiết bị trong nhà chỉ với một chiếc smartphone hay 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 vào chỗ hợp

lý tránh gây bất tiện trong sinh hoạt Vì vậy, khi thiết kế ngôi nhà thông minh cần quantâm đến sự thay đổi mềm dẻo trong cách thức lắp đặt và cấu hình sử dụng

 Hệ thống quản lý chiếu sáng

- Các thiết bị chiếu sáng như bóng đèn sợi đốt, đèn neon, đèn ngủ, trang trí…được

sử dụng rất nhiều Vì vậy nếu phối hợp chiếu sáng không hợp lý sẽ dẫn tới bị “ô nhiễm”ánh sáng Ngoài ra, việc chiếu sáng như vậy còn gây lãng phí điện, giảm tuổi thọ thiết

bị Bên cạnh đó số lượng đèn dùng để chiếu sáng là khá lớn, gia chủ sẽ gặp những bấttiện nhỏ trong việc bật tắt, điều chỉnh độ sáng cho phù hợp

- Hệ thống chiếu sáng sẽ được tích hợp chung với các hệ thống khác hoặc sẽ đượctách riêng ra để điều khiển độc lập Các giải pháp đều nhằm tối ưu hóa hệ thống và giúpgia chủ điều khiển dễ dàng hơn Các giải pháp kết hợp sẽ được tính đến để tự động hóatới 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 thống kiểm soátvào ra cho phép chủ nhà quản lý và cấp quyền “đăng nhập” cho các thành viên trong giađình và người thân

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

- Mỗi khi có sự kiện mới, hệ thống kiểm soát ra vào này cũng sẽ kích hoạt các hệthống 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 một vàivấn đề khó khăn khi giao tiếp từ phòng này sang phòng khác Một hệ thống thông tinliên 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 điện thoại

mẹ bồng con Ngoài chức năng liên lạc trong nhà, hệ thống này cần được kết nối vớimạng điện thoại để tiện cho việc giao tiếp và công việc hơn, để làm việc này cần đếnmột bộ chuyển kênh

- Hệ thống quan sát sẽ giúp việc kiểm soát an ninh, người vào/ra ngôi nhà…giúpcho 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 mỗi thế hệlại có nhu cầu giải trí khác nhau Do đó, một hệ thống giải trí đa phương tiện sẽ cungcấp 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 số điệnnước đều phải thông qua các cơ quan nhà nước

- Ngôi nhà thông minh cung cấp giải pháp nhằm đo lường và báo lại các thông sốđiện, nước thường xuyên, kết hợp với hệ thống quản lý chiếu sáng và hệ thống kiểm soátvào ra, từ đó tự động bật/tắt các thiết bị trong nhà nhằm tiết kiệm năng lượng Ngoài ra,các cảm biến sẽ giúp hạn chế và cảnh báo các nguy cơ khác như 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 nào củangôi nhà, các cảm biến có nhiệm vụ gửi các thông số đo được về cho bộ xử lý trung tâm

để có giải pháp phù hợp với từng gói dữ liệu và xử lý từng tình huống tương ứng

- Các cảm biến cơ bản như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến gas, cảm biến ápsuất, 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 không chỉgiúp các thành viên trong gia đình thư giãn mà còn giúp điều hòa không khí Việc xâydựng và duy trì màu xanh trong ngôi nhà là cần thiết, do đó hệ thống điều hòa không khí

và kiểm soát môi trường sẽ giúp ích rất nhiều trong việc chăm sóc cây như độ ẩm cầnthiết, 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 nhận lệnhđiều 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 điềukhiển 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 bình thường

là do nó được trang bị một hệ thống mạng điều khiển và toàn bộ các thay đổi và điềukhiển tự động trong ngôi nhà được xử lý đồng nhất thông qua hệ thống mạng và xử lýtrung tâm Nó có vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ liên kết các hệ thống khác trong ngôinhà lại với nhau, điều phối của hệ thống chấp hành một cách nhịp nhàng theo các điềukiện tác động được lập trình từ trước Chúng ta gọi đó là các hoạt cảnh – hay là các điềukiện môi trường trong ngôi nhà Một vài sự kết hợp tiêu biểu:

 Hệ thống chiếu sáng với Hệ thống xử lý trung tâm có thể được lập trình theo thóiquen của người sử dụng Các thiết bị chiếu sáng sẽ hoạt động theo chu trình thời gianđặt trước

 Hệ thống chiếu sáng kết hợp với Hệ thống cảm biến cung cấp khả năng tự độngđiều khiển ánh sáng như: đèn tự động tắt khi không có người trong phòng, một sốkhu 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 trạng lưutrữ điện trong các UPS, báo cáo mực nước trong bồn chứa…nhằm đảm bảo nguồncung cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày

 Hệ thống giải trí đa phương tiện kết hợp với hệ thống chiếu sáng nhằm đem lạinhững 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 minh thunhỏ

- 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 cácthiết bị thông qua mạng internet

- Thiết kế và thi công một số cảm biến như: cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ,

độ ẩm…và các mạch công suất để điều khiển các thiết bị như đèn chiếu sáng, quạt…

1.2 Giới thiệu chung về Arduino

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những người tự chế rasản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những gì Apple

đã làm được trên thị trường thiết bị di động Số lượng người dùng cực lớn và đa dạng vớitrình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo rachúng 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 các trường đạihọc danh tiếng như MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng; hoặc ngay cả Googlecũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino Mega ADK dùng để phát triển các ứngdụng 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 bịphần 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 lập trình

có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình Vàđiều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phầncứng tới phần mềm Chỉ với khoảng $30, người dùng đã có thể sở hữu 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 kỷthứ 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 một trong nhữngngười phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII) Mặc dù hầunhư không được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờnhững lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên Hiện nay Arduino nổi tiếngtới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan 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 cũng được nhưngtôi 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)

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

Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328 với giá khoảng90.000đ Tuy nhiên nếu yêu cầu phần cứng của bạn không cao hoặc túi tiền không chophép, bạn có thể sử dụng các loại vi điều khiển khác có chức năng tương đương nhưng rẻhơn như ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) với giá khoảng 45.000đ hoặc ATmega168 (bộ nhớflash 16KB) với giá khoảng 65.000đ.

Ngoài việc dùng cho board Arduino UNO, bạn có thể sử dụng những IC điều khiển này chocác mạch tự chế Vì sao ? Vì bạn chỉ cần board Arduino UNO để lập trình cho vi điềukhiển Trên thực tế, bạn không cần phải dụng Arduino UNO trên các sản phẩm của mình,thay vào đó là các mạch tự chế để giảm chi phí như hình dưới đây:

 Các chân năng lượng

 GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng các

thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

 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 dương của

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 từ chânnày 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 với việc

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 được dùng chobootloader 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 nhớ RAM Tuyvậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khimất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

 1KB cho 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 không phải 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 mức điện

áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điệntrở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trởnày 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 2 chân này.Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cầngiao 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 cáchđơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 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 với các 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 Khi chân này đượcngười 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 cấp điện áp 2.5Vvào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng 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/TWI với cácthiết bị khác

1.4 Lập trình cho Arduino

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngôn ngữ này dựatrên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói Và Wiring lại là một biến thể 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 trìnhTin học 11 thì việc lập trình Arduino sẽ rất dễ thở đối với bạn

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

 LM35 không cần phải canh chỉnh nhiệt độ khi sử dụng.

- 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 tựđộng ngắt điện khi nhiệt độ vượt ngưỡng tối đa, đóng điện khi nhiệt độ thấp hơn ngưỡngtối 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

LM35C -40°C đến +110°C +1.5°C 10mV/°C

Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của nó

tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Vì vậy nó có lợi thế hơn các cảm biếntuyến tính hiệu chỉnh theo độ Kelvin (°K) LM35 không cần thiết phải hiệu chỉnh hay tinhchỉnh bên ngoài vì nó được cung cấp phạm vi chính xác tiêu biểu là ±1/4°C tại nhiệt độphòng và ±3/4°C ở nhiệt độ từ -55 tới +150°C Trở kháng ngõ ra thấp, tuyến tính và hiểuchỉnh chính xác làm cho việc đọc ngõ ra và kiểm xoát mạch điện trở nên dễ dàng LM35 cóthể sử dụng nguồn đơn hoặc nguồn đôi và rút dòng khoảng 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, đồngthời với kích thước nhỏ và giá thành rẻ là một trong những ưu điểm của nó Vì đây là cảmbiến tương tự (analog sensor) nên ta có thể dễ dàng đọc được giá trị của nó bằnghàm 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 tia nhiệt phát ra

từ các vật thể nóng Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân nhiệt (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 hồngngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ

đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động Cảm biến nàygọi 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 conngười con vật

 Cấu tạo PIR

Trên đây là đầu dò PIR, loại bên trong gắn 2 cảm biến tia nhiệt, nó có 3 chân ra, một chânnối masse, một chân nối với nguồn volt DC, mức áp làm việc có thể từ 3 đến 15V Góc dòlớn Để tăng độ nhậy cho đầu dò, Bạn dùng kính Fresnel, nó được thiết kế cho loại đầu có 2cảm 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 làcảm biến chỉ làm việc được trong khoảng nhiệt độ trên, các tia nhiệt phát ra từ các vật thểphải nằm trong khoảng nhiệt đọ trên

 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 bóng đèn làtín hiệu output của module PIR, đèn tắt là mức 0, đèn sáng là mức 1, hình cảm biến PIRvới 2 bảng pyroelectric lúc đầu sẽ là màu lợt khi chưa có vật di chuyển vào vùng phát hiệntín hiệu là 1 đường thẳng (Hình 15) Tiếp đến vật thể di chuyển vào vùng ảnh hưởng 1 tínhiệu bắt đầu xuất hiện, hình cảm biến PIR bảng pyroelectric 1 đậm lên nhưng ngõ ra củaPIR là hình bóng đèn vẫn tắt (Hình 16) Khi vật thể đi vào vùng ảnh hưởng thứ 2 thì tínhiệu 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 hiệu output của module PIR lúc này là 1 (Hình 17).Khi vật thể đi qua khỏi vùng ảnh hưởng 2 thì tín hiệu đã trở về 0 nhưng đèn vẫn còn sáng

vì lúc này mạch delay vẫn duy trùy tín hiệu ngõ ra của module PIR ở mức 1 (Hình 18).Đến một thời gian cài đặt trước nhất định nào đó thì đèn sẽ tắt, tín hiệu sẽ trở về 0, mạch ởtrạng thái thường trực (Hình 19)

Hình 15

Hình 16

Hình 17

Hình 18

Hình 19

Các thông số cơ bản của module cảm biến PIR Dưới đậy là thông số kỹ thuật của nhà sảnxuất 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 hoạt động

và giảm giá thành Như vậy, việc sử dụng SRF05 hoàn toàn tương tự SRF04 ngoài nhữngcải 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 tiết kiệmgiá trị trên chân điều khiển Khi chân chế độ không kết ối, thì SRF05 hoạt động riêng biệtchân kích hoạt vầ chân hồi tiếp, như SRF04 SRF05 bao gồm một thời gian trễ trước khixung phản hồi để mang lại điều khiển chậm hơn chẳng hạn như bộ điều khiên thời gian cơbản 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 giản nhất

để sử dụng Tất cả các chương trình ddiern hình cho SRF04 sẽ làm việc SRF05 ở chế độnày Để sử dụng chế độ này, chỉ cần chân chế độ không kết nối- SRF05 có một nội dừngtrên chân này

 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 đểtiết kiệm chân sử dụng cho các bộ điều khiển nhúng Để sử dụng chế độ này, ta kết nối chânMode với mass Khi đó sau khi gửi tín hiệu trigger, thì tín hiệu echo sẽ xuất hiện trên chântrigger trả về bộ điều khiển SRF05 sẽ không lập tức phản hồi tín hiệu echo ngay sau khi

nhận được tín hiệu trigger mà sau thời gian 700uS kể từ kết thúc tín hiệu trigger mới gửi tínhiệu echo Trong thời gian đó có thể kích hoạt lại chân sử dụng từ output sang input đểnhận 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 thiểu 10uSlàm tín hiệu trigger Sau đó cảm biến sẽ gửi một khối 8 chu kỳ sóng siêu âm tại 40kHz vàxuất xung echo Sau đó SRF05 đợi sóng siêu âm phản hồi sau khi gặp vật cản, khi nhậnđược sóng phản hồi thì xung echo bị ngắt Như vậy, xung echo có chiều rộng tỉ lệ thuận với

khoảng cách tới vật cản Thời gian xung echo tồn tại có thể cho ta biết được khoảng cáchgiữa cảm biến với vật Nếu trường hợp không phát hiện được vật cản, hoặc vật cản ngoàitầm xác định của SRF05 (4m) thì sau 30ms xung echo cũng được đưa về mức thấp

SRF05 có thể được kích hoạt nhanh nhất mỗi 50ms (20 lần mỗi giây) Nên chờ mỗi 50msrồi thực hiện lần đo tiếp theo Điều này đảm bảo cho các nhiễu siêu âm phản xạ của lần đotrước 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 tích mặtcủa các cảm biến và là cố định Chùm tỉa của cảm biến được sử dụng trên SRF05 được biểudiễn 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 và được phản xạtrở lại Để tính thời gian cho phản hồi trở về, một ước tínhchính xác có thể đươc làmbằng khoảng cách towd đối tượng Xung âm thanh tạo ra bởi SRF05 là siêu âm, nghĩa

là nó là ở trên phạm vi nhận xét của con người Trong khi tân số thấp hơn có thể được

sử dụng các loại ứng dụng, tần số cao hơn thực hiện tốt 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 Một đốitượng ở một góc cân đối mới thì mới có thể chuyển thành tín hiệu phản chiếu một chiều chocảm 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 cáchquá lớn từ các cảm biền thì các đối tượng sẽ được phát hiện mà không phải là trên mộtđương va chạm

Các vùng phát hiện của SRF05 nằm trong khoảng 1 mét chiều sộng từ bên nàysang 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 lớn hơn ở

cự ly gần là thêm một cải tiến bằng cách thêm một đơn vị SRF05 bổ sung và gắn kết của haiđơn vị hướng về phía trước Thiết lập như vậy thì có một khu vực mà hai khu vực pháthiejn chông chéo lên nhau

ác vùng hoạt động cảu 2 cảm biến tạo góc chung 30 độ Vùng chung thì được phân biệt 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 xung quanh haykhông

1 Thực hiện mỗi chu kì 1s

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

3 Tính toán khoảng cách thu được bằng việc sử dụng hàm pulseIn và các công thứctính

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 cơquay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là động cơquay một góc xác định tùy vào số xung nhận được Việc thiết lập một hệ thống điều khiển

để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ khôngquay cũng không dễ dàng

Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu racủa động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ đượchồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay củađộng cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạchđiều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác Động cơ servo cónhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiếu máy khác nhau, từ máy tiện điềukhiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi 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 xehơi

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 khiển bằng

vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên máy bay hay xe hơi Động cơ servo nhận tínhiệu từ máy thu này Như vậy có nghĩa là ta không cần phải điều khiển robot bằng tín hiệu

vô tuyến bằng cách sử dụng một động cơ servo, trừ khi ta muốn thế Ta có thể điều khiểnđộng cơ servo bằng máy tính, một bộvi xử lý hay thậm chí một 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

9.Servo case

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 động động

cơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế Vị trí của trục vôn kế cho biết vị trí trục racủa servo Khi vôn kế đạt được vị trí mong muốn, mạch điều khiển sẽ tắt động cơ Như ta

dự đoán, động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ không phải quay liên tục như

động cơ DC hay động cơ bước Mặc dù ta có thể chỉnh động cơ servo R/C quay liên tụcnhưng công dụng chính của động cơ servo là đạt được góc quay chính xác trong khoảng từ

90O– 180O Việc điều khiển này có thể ứng dụng để lái Robot, di chuyển các tay máy lênxuống, 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 rộng xung(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 xungnày được gởi đi 50 lần/giây Chú ý rằng không phải số xung trong một giây điều khiểnservo mà là chiều dài của các xung Servo đòi hỏi khoảng 30 – 60 xung/giây Nếu số nàyquá 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 hiện tạicủa trục ra với vị trí nó cần đến Nếu servo ở gần vị trí đích, động cơ được truyền động vớitốc độ thấp Điều này đảm bảo rằng động cơ không vượt quá điểm định đến Nhưng nếuServo ở xa vị trí đích nó sẽ được truyền động với vận tốc tối đa để đến đích càng nhanhcàng tốt Khi trục ra đến vị trí mong muốn, động cơ giảm tốc Quá trình tưởng chừng nhưphức tạp này diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn - một servo trung bình có thể quay 60Otrong vòng ¼ - ½ giây Vì độ dài xung có thể thay đổi tùy theo hãng chế tạo nên ta phảichọn servo và máy thu vô tuyến thuộc cùng một hãng để đảm bảo sự tương thích

 Các giới hạn quay

Các servo khác nhau ở góc quay được với cùng tín hiệu 1 – 2 ms (hoặc bất kỳ) được cungcấp Các servo chuẩn được thiết kế để quay tới và lui từ 90o– 180o khi được cung cấp 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 sẽđụng vật cản bên trong, dẫn đến các bánh răng bị mài mòn hay bị rơ Hiện tượng này kéodài 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 quá nhanh để

có thể dùng trực tiếp lên mô hình máy bay, xe hơi hay robot Tất cả các servo đều có một hệthống bánh răng để giảm vận tốc ra của động cơ còn khoảng 50 – 100v/ph Các bánh răngcủa servo có thể làm plastic, nylon hay kim loại (thường là đồng thau hay nhôm).Bánh răngkim loại có tuổi thọcao nhưng giá thành cũng cao Các bánh răng thay thế luôncó sẵn Khimột hay vài bánh răng bịhư, servo không khớp và ta phải thay bánh răng Trong một vàitrường hợp ta có thể“nâng cấp” bánh răng plastic thành bánh răng kim loại Bên cạnh cácbánh răng dẫn động, trục ra của động cơ cũng thường bị mòn và xước Trong các servo rẻnhất, trục này được đỡ bằng miếng đệm plastic, miếng đệm này rất dễ mất tác dụng nếuđộng cơ chạy nhiều Thực sự thì đây cũng không phải là miếng đệm mà chỉ là một ống lótgiúp giảm ma sát giữ trục và vỏ của servo Các ống lót bằng kim loại, cụ thể là ống lót bằngđồng thau có thấm chất bôi trơn, bền hơn nhưng cũng đắt hơn Servo sử dụng vòng bi cótuổi thọ cao 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 có Các 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 nhưng cũng

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, khôngmạnh bằng servo chuẩn, dùng ở những không gian hẹp trong mô hình máy bay hay xe hơiServo 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 cánh trong mô hình máy bay vừa và lớn Thiết kế bộ phận hạ cánh thường đòi hỏi servo phải đảmbảo góc quay ít nhất là 170o Các servo này thường nhỏ hơn kích thước chuẩn vì không giangiới hạn trong mô hình máy bay

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

 K ết nối động cơ servo với arduino

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 đượcđọc một cách "không tiếp xúc" qua đường dẫn sóng vô tuyến ở khoảng cách từ 50 cm tới 10mét, 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

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 sản xuất 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 ?

Khi phải lựa chọn một hệ thống RFID, yêu cầu đầu tiên là chọn dải tần hoạt động của hệ thống.

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 đếncao

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 thể chứatừ64 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 rãi trong 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 đối vớithẻ 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 đóng gói vớimột thiết bị truyền tiếp, và thiết bị giải mã phát ra một tín hiệu kích hoạt thẻ RFID Vì vậy

nó có thể đọc và viết dữ liệu lên nó Khi một thẻ RFID đi xuyên qua một vùng điện từ, nótìm ra các tín hiệukích hoạt của bộ đọc; các thẻ RFID thụ động hấp thụ năng lượng từtrường điện từ do bộ đọc tạo nên và sử dụng năng lượng đó nuôi các mạch vi chíp, vi chíp

sau đó điểu chế sóng để thẻ phát lại về phía bộ đọc và bộ đọc biến đổi các sóng đó thành tínhiệu số và từ đó nhận dạng món đồ có gắn thẻ RFID.

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 module8/ 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:

37

Standard Encapsulation Bakelite (Black Bakelite)

Detection Gas Combustible gas and smoke

( Combustible gas)

Circuit

Loop Voltage Vc ≤24V DC

Heater Voltage VH5.0V±0.2V ACorDC

Load Resistance RLAdjustable

Character

Heater Resistance RH31Ω±3ΩRoom Tem

Heater consumption PH ≤900mW

Sensing Resistance Rs 2KΩ-20KΩ(in 2000ppm C3H8 )

Sensitivity S Rs(in air)/Rs(1000ppm isobutane)≥5

 Sơ lược về cảm biến và nguyên lý hoạt động

- Trong cảm biến có 6 chân :

+ Chân 1,3 là A

+ Chân 2,5 là B

+ Chân 4,6 là C

- Trong mạch có 2 chân đầu ra là Aout và Dout Trong đó:

+ Aout: điện áp ra tương tự Nó chạy từ 0.3 - 4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quang MQ2

+ Dout: điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí màMQ2 đo được

+ Việc có chân ra số Dout rất tiện cho ta mắc các ứng dụng đơn giản, không cần đến

vi điều khiển Khi đó ta chỉ cần chỉnh giá trị biến trở tới giá trị nồng độ ta muốn cảnh báo.Khi nồng độ MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép thì Dout = 1 Đèn Led tắt Khi nồng độkhí đo được lớn hơn nồng khí cho phép, Dout =0, đèn led sáng

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

 Cách thức thực hiện :

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

được Vout1

Cho khí ga từ bật lửa rò rỉ ra Ta thấy giá trị Aout

tăng lên Khi đạt khoảng cách khí ga từ bật lửa

hợp lý rồi tương ứng với nồng độ khí bắt đầu

nguy hiểm, ta ghi lại giá trị Vout2 Ta chọn giá trị

Vout2 là giá trị ngưỡng cảnh báo Nếu giá trị đo

được lớn hơn ta sẽ cảnh báo

Bên cạnh là mạch thử nghiệm cơ bản của cảm biến

Cảm biến cần phải được đặt 2 điện áp, điện áp

nóng VH và điện áp kiểm tra VC.VH dùng để cung

cấp nhiệt độ làm việc cho cảm biến trong khi VC

dùng để phát hiện điện áp VRL trên điện trở tải RL

trong bộ cảm biến Cảm biến có sự phân cực ánh

sang Vc cần năng lượng nguồn DC VC và VH có

thể cùng sử dụng công suất trên mạch nhưng phải

đảm bảo hiệu suất bộ cảm biến Để cảm biến hoạt động với hiệu suất cao hơn giá trị RL phảiđảm bảo công suất tổng thế:

PS = VC2 * Rs + RL Rs

* Đồ thị biểu diễn độ nhạy của MQ2 với một số chất :

Mạch trên được thiết kế để phát hiện khí Gas từ 200PPM (phần triệu) đến 10.000PPM Khi nồng độ khí Gas ở trong khu vực cao thì đầu OUT của mô-đun sẽ ra ở mức cao.Tín hiệu này sẽ đến IC NE555, đây được coi như một máy phát tần (nó tạo ra xung) và chân Output của IC được nối với loa để đưa ra tín hiệu cảnh báo

 Khối xử lý:

Sử dụng LM358

* LM358

- Sơ đồ khối:

Tương đương với 2 con op amp điện áp vào

theo Analog điện áp ra theo digital

- Hình dáng:

- Ký hiệu :

- Sơ đồ chân và cấu trúc bên trong:

OUTPUT A: Ngõ ra thứ nhất

INVERTING INPUT A: Ngõ vào đảo thứ nhất

NON INVERTING INPUT A: Ngõ vào không đảo thứ hai

V- : Nguồn cung cấp –Vcc

V+: Nguồn cung cấp +Vcc

OUTPUT B: Ngõ ra thứ hai

INVERTING INPUT B: Ngõ vào đảo thứ nhất

NON INVERTING INPUT B: Ngõ vào không đảo thứ hai

Trong mạch báo động khí gas này, tín hiệu đi ra từ cảmbiến khí gas có dạng analog nhưng chưa thực sự ổn định

và chưa thực sự chống được nhiễu, vì thế chúng ta sửdụng với mục đích thứ nhất là để khắc phục tình trạngnhiễu và làm tăng tính ổn định của ngõ ra cảm biến,mục đích thứ hai là chuyển điện áp từ analog sangdigital và so sánh điện áp ra từ cảm biến khí gas vớimức báo động, mỗi khi có sự thay đổi điện áp tại chân 3tín hiệu đầu vào của LM358 thì nó thực hiện so sánh vớiđiện áp chuẩn chân 8 để tạo ra sự biến đổi tín hiệu đầu ra tại chân 1 :