Tìm hiểu và thiết kế các chức năng trong nhà tiện ích hơn

3 1.3 Giới hạn của đề tài Do thời gian có hạn, việc nghiên cứu chưa thể hoàn toàn tốt nên em chỉ có thể thực hiện vài tính năng cơ bản của nhà thông minh như:  Quẹt thẻ mở cửa bằng RFI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn của ThS Trần Duy Cường Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong

đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong đồ án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

về nội dung đồ án của mình Trường Đại học Công nghệ TP.HCM không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

Người cam đoan

Nguyễn Tuấn Đạt

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Công nghệ TP.HCM nói chung và các thầy cô giáo trong khoa Cơ- Điện- Điện tử nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Duy Cường, thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và làm việc sau này

Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành

đồ án tốt nghiệp

i

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.3 Giới hạn của đề tài 3

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

1.5 Tóm tắt nội dung các chương 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Giới thiệu về PIC 16F877A 4

2.2 Cảm biến DS18B20 9

2.2.1 Sơ đồ khối của IC DS18B20 10

2.2.2 Thanh ghi dữ liệu 10

2.2.3 Trao đổi dữ liệu giữa vi điều khiển và DS18B20 12

2.2.4 Cách đọc giá trị nhiệt độ 14

2.3 Module cảm biến khí gas MQ2 16

2.3.1 Giới thiệu về module cảm biến khí gas MQ2 16

2.3.2 Chức năng các chân trong module MQ2 18

2.3.3 Thông số kỹ thuật 18

2.3.4 Cấu trúc và cấu hình 19

2.3.5 Mục đích sử dụng module cảm biến khí gas MQ2 19

2.4 Module RFID và thẻ 19

2.4.1 Giới thiệu về công nghệ RFID 19

2.4.2 Các ứng dụng RFID hiện hành 21

2.4.3 Ưu và nhược điểm của hệ thống RFID 22

2.4.4 Sơ đồ chân trong module RFID RC522 24

2.4.5 Chức năng các chân trong module RC522 25

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM MẠCH 26

3.1 Vẽ sơ đồ khối 26

3.2 Tính toán thiết kế các khối 26

ii

3.2.1 Khối nguồn 26

3.2.2 Khối điều khiển trung tâm 27

3.2.3 Khối thiết bị động cơ mở cửa 28

3.3 Lưu đồ giải thuật 29

3.3.1 Lưu đồ giải thuật điều khiển cửa 29

3.3.2 Lưu đồ giải thuật cảm biến khí gas 29

3.3.3 Lưu đồ giải thuật đọc nhiệt độ trong phòng 30

3.4 Sơ đồ nguyên lý 31

3.5 Mạch in và thi công mạch 34

3.5.1 Mạch in 34

3.5.2 Quá trình thi công 36

3.5.6 Chụp hình cho từng trường hợp của từng chức năng 37

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 41

4.1 Đánh giá kết quả 41

4.2 Hướng phát triển 41

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 42

Tài liệu tham khảo 43

Phụ lục 44

iii

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Mô hình Smart Home 1

Hình 1.2 Hệ thống cửa ra vào 2

Hình 1.3 Quản lý nhiệt độ 2

Hình 2.1 Sơ đồ chân 16F877A 5

Hình 2.2 Hình thực tế chip 16F877A 6

Hình 2.3 Cảm biến nhiệt độ DS182B0 9

Hình 2.4 Sơ đồ khối DS18B20 10

Hình 2.5 Cảm biến MQ2 16

Hình 2.6 Sơ đồ chân module MQ2 18

Hình 2.7 Cấu hình bên trong MQ2 19

Hình 2.8 Minh họa hệ thống RFID 21

Hình 2.9 Hình ảnh thực tế module và thẻ RFID- RC522 24

Hình 2.10 Sơ đồ chân RFID – RC522 24

Hình 3.1 Sơ đồ khối 26

Hình 3.2 Khối nguồn 26

Hình 3.3 Khối MCU 27

Hình 3.4 Khối điều khiển động cơ 28

Hình 3.5 Lưu đồ giải thuật điều khiển cửa 29

Hình 3.6 Lưu đồ giải thuật cảm biến khí gas 29

Hình 3.7 Lưu đồ giải thuật đọc nhiệt độ trong phòng 30

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý 31

Hình 3.9 Mạch in module PIC 34

Hình 3.10 Mạch in module DS18B20 34

Hình 3.11 Mạch in module MQ2 35

Hình 3.12 Mạch in khối motor 35

Hình 3.13 Làm mạch in 36

iv

Hình 3.14 Hàn và gắn linh kiện 36

Hình 3.15 Mô hình sản phẩm 37

Hình 3.16 Cửa mở 37

Hình 3.17 Cửa đóng 38

Hình 3.18 Thẻ không hợp lệ 38

Hình 3.19 Báo hiệu chỉ số nhiệt độ 39

Hình 3.20 Báo hiệu nồng độ khí gas 40

v

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 2.1 Chức năng các chân trong chip 9

Bảng 2.2 Chức năng các chân trong module DS18B20 9

Bảng 2.3 Chức năng các chân trong module MQ2 18

Bảng 2.4 Chức năng các chân trong module RC522 25

Bảng 3.1 Liệt kê sử dụng tài nguyên và kết nối VĐK 16F877A 33

Một ngôi nhà (hoặc căn hộ) được coi là "thông minh" bởi vì hệ thống máy tính của nó có thể theo dõi rất nhiều khía cạnh của cuộc sống thường ngày gồm những tính năng cơ bản:

 Điều khiển chiếu sáng (on/off, dimmer, scence, timer, logic, )

 Điều khiển mành, rèm, cửa cổng

 Hệ thống an ninh, báo động, báo cháy

 Điều khiển điều hòa, máy lạnh

 Hệ thống âm thanh đa vùng

 Camera, chuông báo

 Hệ thống bảo vệ nguồn điện

 Các tiện ích và ứng dụng khác…

Hình 1.1 Mô hình Smart Home

2

Hình 1.2 Hệ thống cửa ra vào

Hình 1.3 Quản lý nhiệt độ

1.2 Mục tiêu của đề tài

Để thực hiện đề tài “Tìm hiểu và thiết kế các chức năng trong nhà tiện ích hơn” em thực hiện nghiên cứu những nội dung sau đây:

 Tìm hiểu cảm biến nhiệt độ DS18B20

 Tìm hiểu cảm biến khí gas MQ2

 Tìm hiểu về lý thuyết và cách thức hoạt động của RFID

 Viết chương trình điều khiển bằng PIC 16F877A

3

1.3 Giới hạn của đề tài

Do thời gian có hạn, việc nghiên cứu chưa thể hoàn toàn tốt nên em chỉ

có thể thực hiện vài tính năng cơ bản của nhà thông minh như:

 Quẹt thẻ mở cửa bằng RFID

 Cảm biến nhiệt độ

 Cảm biến khí gas

Thiết kế mô hình tương đối đơn giản, dễ sử dụng… nếu thiết kế các chức năng trong giao diện quản lý phức tạp và chuyên sâu hơn thì đòi hỏi cần nhiều thời gian hơn để em có thể nghiên cứu và thực hiện được

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Tiết kiệm chi phí quản lý cho người dùng

 Quản lý tài nguyên nhanh và dễ dàng

 An toàn, hiệu quả, chính xác, khách quan, công bằng

 Nâng cao khả năng bảo mật, an ninh giám sát

1.5 Tóm tắt nội dung các chương

Đồ án gồm 5 chương:

 Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết

 Chương 3: Tính toán thiết kế mạch và thực nghiệm mạch

 Chương 4: Đánh giá kết quả và phát triển đề tài

 Chương 5: Kết luận

32 bit được sản xuất bởi các hãng khác

Việc lựa chọn chip để sử dụng dựa vào các tiêu chuẩn sau đây:

 Đáp ứng được yêu cầu cần thiết của bài toán một cách hiệu quả và đầy đủ

 Giá thành hợp lý

Để biết nhu cầu chọn lựa các loại chip 8 bit, 16 bit hay 32 bit để đáp ứng nhu cầu bài toán thì phải dựa vào các tiêu chí sau:

 Tốc độ: tốc độ lớn nhất mà vi điều khiển hỗ trợ

 Kiểu vỏ: vỏ kiểu DIP 40 chân hay QFP Yêu cầu này rất quan trọng

để xét về không gian, kiểu lắp ráp và tạo mẫu thử để cho ra sản phẩm cuối cùng

 Công suất tiêu thụ: đây là điều quan trọng nếu sản phẩm sử dụng pin hoặc ắc quy

 Dung lượng bộ nhớ ROM và RAM trên chip

 Số chân vào, ra và bộ định thời trên chip

 Khả năng dễ dàng nâng cấp cho hiệu suất cao hoặc giảm công suất tiêu thụ

 Giá thành của từng loại chip: đây là yếu tố quan trọng để quyết định giá thành của sản phẩm cuối

5

Hiện nay các bộ vi điều khiển 8 bit họ 8051 là có số lượng lớn nhất các nhà cung cấp đa dạng như Intel, Atmel, Philip… Nhưng về mặt tính năng và công năng thì có thề xem PIC vượt trội hơn rất nhiều so với 89 với nhiều module được tích hợp sẵn như ADC10 BIT, PWM 10 BIT, PROM

256 BYTE, COMPARATER, VERF COMPARATER, một đặc điểm nữa là tất

cả các vi điều khiển PIC sử dụng thì đều có chuẩn PI tức chuẩn công nghiệp thay vì chuẩn PC (chuẩn dân dụng) Ngoài ra PIC còn được rất nhiều nhà sản xuất phần mềm tạo ra các ngôn ngữ hỗ trợ cho việc lập trình ngoài ngôn ngữ Asembly ra còn có thể sử dụng ngôn ngữ C thì sử dụng CCSC, HTPIC hay

sử dụng Basic thì có MirkoBasic… và còn nhiều chương trình khác nữa để hỗ trợ cho việc lập trình bên cạnh ngôn ngữ kinh điển là asembler Vì thế em chọn con PIC 16F887A để làm đề tài này

2.1.1 Sơ đồ chân của PIC 16F877A

Hình 2.1 Sơ đồ chân 16F877A

6

Hình 2.2 Hình thực tế chip 16F877A

2.1.2 Chức năng của các chân

(Reset) hoặc ngõ vào điện thế được lập trình Chân này cho phép tín hiệu Reset thiết bị tác động ở mức thấp

chiều RA0 có thể làm ngõ vào tương tự thứ 0

tự thứ 1

tự thứ 2 hoặc điện áp chuẩn tương tự âm

tự thứ 3 hoặc điện áp chuẩn tương tự dương

clock cho bộ định thời Timer0

7

tương tự thứ 4

chiều RE0 có thể điều khiển việc đọc parrallel slave port hoặc là ngõ vào tương tự thứ 5

parallel slave port hoặc là ngõ vào tương tự thứ 6

chọn parallel slave port hoặc là ngõ vào tương tự thứ 7

logic và các chân I/O (input/output)

thạch anh hay ngõ vào của xung ngoại

thạch anh Nối với thạch anh hay cộng hưởng trong chế độ dao động của thạch anh

15 RC0/T1OSO/T1CKI PORTC là port vào ra hai

chiều RC0 có thể là ngõ vào của bộ dao động Timer1 hoặc ngõ xung clock cho Timer1

8

dao động Timer1 hoặc ngõ vào Capture2/ngõ ra compare2/ngõ vào PWM2

capture1/ngõ ra compare1/ngõ vào PWM1

xung clock đồng bộ nội tiếp/ngõ ra trong cả hai chế độ SPI và I2C

SPI (chế độ SPI) hoặc dữ liệu I/O (chế độ I2C)

PORTD là port vào ra hai chiều hoặc là parallel slave port khi giao tiếp với bus của bộ vi xử

PORTB là port hai chiều RB0

có thể làm chân ngắt ngoài

9

điện thế được lập trình ở mức thấp

37

38

RB4 RB5

Ngõ vào in hay out ở vị trí thứ

4 và 5 của port B

39

40

RB6/PGC RB7/PGD

Hai chân để nạp code và 2 ngõ vào in/out

Bảng 2.1 Chức năng các chân trong chip

2.2 Cảm biến DS18B20

Hình 2.3 Cảm biến nhiệt độ DS182B0

Bảng 2.2 Chức năng các chân trong module DS18B20

Mô tả tính năng của DS1820: DS1820 là nhiệt kế số có độ phân giải

9-12 bit giao tiếp với vi điều khiển thông qua 1 dây duy nhất (1 wire communication) DS1820 hoạt động với điện áp từ 3V-5.5V có thể được cấp nguồn qua chân DQ- chân trao đổi dữ liệu Nó có thể đo nhiệt độ trong tầm –

10

55 tới 125C với độ chính xác +-0.5C Mỗi DS1820 có một Serial code 64bits duy nhất, điều này cho phép kết nối nhiều IC trên cùng đường bus

Chuẩn 1 wire có những đặc điểm sau:

 Chỉ cần một dây điều khiển (master) trong hệ thống

 Giá thành thấp

 Tốc độ đạt dược tối đa 16kbps

 Khoảng cách truyền xa nhất là 300m

 Lượng thông tin trao đổi nhỏ

2.2.1 Sơ đồ khối của IC DS18B20

Hình 2.4 Sơ đồ khối DS18B20

2.2.2 Thanh ghi dữ liệu

Mỗi IC DS1820 có một mã 64bit riêng biệt bao gồm: 8 bit Family code,

48 bit serial code và 8 bit CRC code được lưu trong Rom Các giá trị này giúp phân biệt giữa các IC với nhau trên cùng 1 bus Giá trị Family code của DS1820

là 28h và giá trịCRC là kết quả của quá trình kiểm tra 56 bits trước đó

11

Tổ chức bộ nhớ Scratchpad:

Bộ nhớ DS1820 bao gồm 9 thanh ghi 8bits

Byte 0 và 1 lưu giá trị nhiệt độ chuyển đổi

Byte 2 và 3 lưu giá trị ngưỡng nhiệt độ (giá trị này được lưu khi mất điện) Byte 4 là thanh ghi cấu hình cho hoạt động của DS1820

Byte 5,6 và 7 không sử dụng

Byte 8 là thanh ghi chỉđọc lưu giá trịCRC từ byte 0 đến byte 7

sẽ được gửi đi trước tất cả các byte đều được đọc, nhưng chỉ ghi được byte 2,3

và 4 Để chuyển giá trị TH và TL từ bộ nhờ vào EEPROM thì cần gửi lệnh Copy Scratchpad [48h] đến DS1820 Và dữ liệu từ EPROM cũng có thể được chuyển vào thanh ghi TH,TL thông qua lệnh Recall E2 [B8h]

2.2.3 Trao đổi dữ liệu giữa vi điều khiển và DS18B20

Thông qua 3 bước:

 Bước 1: Khởi tạo

Quá trình khởi tạo bao gồm 1 xung reset do vi điều khiển master gửi đến slave DS1820, sau đó là xung presence từ DS1820 gửi đến vi điều khiển, để chỉ ra sự hiện diện của vi điều khiển và DS1820 và quá trình hoạt động trao đổi dữ liệu

có thể bắt đầu

 Bước 2: Lệnh điều khiển ROM

Các lệnh này làm việc với 64 bits serial code ROM, lệnh này được phát ra sau quá trình khởi tạo Lệnh cho phép vi điều khiển biết có bao nhiêu thiết bị và thiết bị loại gì trên bus

 Bước 3: Lệnh điều khiển DS1820

Sau khi vi điều khiển định địa chỉ thiết bị cần giao tiếp thông qua các lệnh ROM, vi điều khiển sẽ gửi các lệnh điều khiển hoạt động của DS1820 Những lệnh này cho phép vi điều khiển ghi và đọc dữ liệu từ bộ nhờ Scratchpad của DS1820, bắt đầu quá trình chuyển đổi nhiệt độ, và xác định chế độ cấp nguồn

13

Có 5 lệnh điều khiển ROM:

 SEARCH ROM [F0h]: Khi hệ thống bắt đầu hoạt động, thì vi điều khiển

sử dụng lệnh này để kiểm tra code ROM của tất cả các thiết bị có trên bus cho phép vi điều khiển biết được số thiết bị và loại của thiết bị trên bus Nếu trên bus chỉ có 1 thiết bị thì có thể sử dụng lệnh Read_ROM thay cho lệnh Search_ROM Sau mỗi quá trình Search_ROM thì cần phải quay lại quá trình khởi tạo để reset hệ thống

 READ ROM [33h]: Lệnh này được sử dụng khi chỉ có 1 thiết bị trên bus Lệnh này cho phép vi điều khiển đọc 64bit ROM code của thiết bị Nếu trên bus có nhiều thiết bị thì lệnh này sẽ gây ra sự xung đột bus dữ liệu giữa các thiết bị

 MATCH ROM [55h]: Lệnh này theo sau bởi 64 bit ROM code cho phép

vi điều khiển định địa chỉ thiết bị cần giao tiếp Chỉ thiết bị có ROM code phù hợp sẽ trả lời, các thiết bị còn lại sẽ đợi xung reset tiếp theo

 SKIP ROM [CCh]: Lệnh này cho phép vi điều khiển gửi đồng thời đến tất cả các thiết bị trên bus mà không cần bất cứ thông tin nào về ROM Code Ví dụ, muốn gửi lệnh Convert_T đến tất cả các thiết bị trên bus, thì đầu tiên ta gửi lệnh Skip_ROM sau đó tiếp theo là gửi lệnh Convert_T.Tương tự như vậy, nếu theo sau lệnh Skip_ROM là lệnh Read_Scratchpad thì dữ liệu trên DS1820 được đọc về, và lưu ý rằng lệnh này chỉ thực hiện được khi trên bus có 1 thiết bị, nếu trên bus có nhiều thiết bị thì sẽ gây ra xung đột bus

 ALARM SEARCH [ECh]: Lệnh này gần giống với lệnh Search_ROM, nhưng lệnh này chỉ tác động đến thiết bị mà cờ alarm được bật lên sẽ trả lời Lệnh này cho phép xác định các thiết bị mà ở đó nhiệt độ đo được vượt qua ngưỡng nhiệt độ, và sau khi lệnh này được thực thi thì vi điều khiển phải lập lại quá trình khởi tạo – quay lại bước 1

14

2.2.4 Cách đọc giá trị nhiệt độ

Bên trong DS1820 sẽ có bộ chuyển đổi giá trị nhiệt độ sang giá trị số và được lưu trong các thanh thi ở bộ nhớ scratchpad Độ phân giải nhiệt độ đo có thể được cấu hình ở chế độ 9 bits, 10bits, 11bits, 12bits Ở chế độ mặc định thì DS1820 hoạt động ở độ phân giải 12bits

Để bắt đầu quá trình đọc nhiệt độ, và chuyển đổi từ giá trị tương tự sang giá trị số thì vi điều khiển gửi lênh Convert T [44h], sau khi chuyển đổi xong thì giá trị nhiệt độ sẽ được lưu trong 2 thanh ghi nhiệt độ ở bộ nhớ scratchpad

và IC trở về trạng thái nghỉ

Nhiệt độ được lưu bên trong DS1820 được tính ở nhiệt độ Celcius nếu tính ở nhiệt độ Fahrenheit cần phải xây dựng thêm bảng chuyển đổi nhiệt độ Giá trị nhiệt độ lưu trong bộ nhớ gồm 2bytes-16bits: số âm sẽ được lưu dưới dạng bù 2

Bit cao nhất là bit dấu (S) nếu S=0 thì giá trị nhiệt độ dương và S=1 thì giá trị nhiệt độ âm

Nếu cấu hình độ phân giải là 12bits thì tất cả các bit đều được sử dụng Nếu độ phân giải 11bits thì bit 0 không được sử dụng Tương tự nếu cấu hình

là 10bits thì bit 1,0 không được sử dụng, nếu cấu hình là 9 bits thì bit 2,1,0 không được sử dụng

15

Nhiệt độ sau khi được lưu vào trong 2 thanh ghi bộ nhớ sẽ được so sánh với 2 thanh ghi ngưỡng nhiệt độ TH và TL Các giá trị ngưỡng nhiệt độ do người dùng quy định, và nó sẽ không thay đổi khi mất điện

Như vậy chỉ có phần nguyên, các bit 11-4 của giá trị nhiệt độ được so sánh với thanh ghi ngưỡng Nếu giá trị nhiệt độ đọc về nhỏ hơn mức TL hoặc lớn hơn mức TH thì cờ báo quá nhiệt sẽ được bật lên, và nó sẽ thay đổi ở mỗi quá trình đọc nhiệt độ Vi điều khiển có thể kiểm tra trạng thái quá nhiệt bằng lệnh Alarm Search [ECh]

16

2.3 Module cảm biến khí gas MQ2

2.3.1 Giới thiệu về module cảm biến khí gas MQ2

Hình 2.5 Cảm biến MQ2 MQ2 là cảm biến khí, dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy Nó được cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2 Chất này có độ nhạy cảm thấp với không khí sạch Nhưng khi trong môi trường có chất ngây cháy, độ dẫn điện của cảm biến sẽ cao hơn cùng với nồng độ khí tăng lên Chuyển đổi sự thay đổi độ dẫn

để tương ứng với tín hiệu đầu ra của tập trung khí Bộ cảm biến khí MQ-2 có

độ nhạy cao đối với LPG, Propane và Hydrogen, cũng có thể được sử dụng cho Methane và hơi đốt khác, với chi phí thấp và thích hợp cho các ứng dụng khác nhau.Chính nhờ đặc điểm này người ta thêm vào mạch đơn gian để biến đổi từ

độ nhạy này sang điện áp

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

17

Trong mạch có 2 chân đầu ra là Aout và Dout

 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 mà MQ2 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 độ khí đo được lớn hơn nồng khí cho phép, Dout

báo, chỉnh chân biến trở để điện áp đo tại chân 3 của LM358 = Vout2

18

Hình 2.6 Sơ đồ chân module MQ2

2.3.2 Chức năng các chân trong module MQ2

Bảng 2.3 Chức năng các chân trong module MQ2

2.3.3 Thông số kỹ thuật

Điện áp nguồn ≤ 24V DC

Điện áp của heater: 5V AC/DC

Điện trở tải: Thay đổi được (2k đến 47k)

Điện trở heater: 33

Công suất tiêu thụ của heater: < 800mW

Nồng độ phát hiện của một số chất: 10 - 300 ppm NH3, 10 - 1000 ppm Benzen,

10 - 300 ppm Alcol

19

2.3.4 Cấu trúc và cấu hình

Cấu trúc và cấu hình của cảm biến khí MQ-2 được thể hiện như hình 3.6, cảm

biến bao gồm ống gốm AL2O3, lớp nhạy cảm với thiếc dioxide (SnO2), điện cực đo và lò sưởi được cố định vào lớp vỏ bằng nhựa và lưới thép không gỉ Bộ phận làm nóng cung cấp các điều kiện làm việc cần thiết cho công việc của các

bộ phận nhạy cảm MQ-2 bao phủ có 6 chân, 4 trong số chúng được sử dụng

để lấy tín hiệu, và 2 khác được sử dụng để cung cấp dòng điện sưởi ấm

Hình 2.7 Cấu hình bên trong MQ2

2.3.5 Mục đích sử dụng module cảm biến khí gas MQ2

Sử dụng module cảm biến khi gas để phát hiện xem khi gas có bị rò rỉ ra ngoài không khí trong phòng bếp

2.4 Module RFID và thẻ

2.4.1 Giới thiệu về công nghệ RFID

RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ xác nhận dữ liệu đối tượng bằng sóng vô tuyến để nhận dạng, theo dõi và lưu thông tin trong một thẻ (Tag) Reader quét dữ liệu thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu lưu trữ dữ liệu của thẻ

Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động làm việc như sau: một RFID reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua antenna của nó đến một chip không tiếp xúc Reader nhận thông tin trở lại

từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin tìm được

từ con chip Các con chip không tiếp xúc, không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng chúng nhận từ tín hiệu được gửi bởi một reader

Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần số vô tuyến

để truyền dữ liệu từ các thẻ đến các reader Thẻ có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc pallet

Hệ thống RFID gồm những thành phần cơ bản sau:

 Thẻ RFID (RFID Tag, còn được gọi là transponder): là một thẻ gắn chíp

và anten Có 2 loại thẻ RFID:

 Passive tags: không cần nguồn ngoài và nhận năng lượng từ thiết bị

đọc Khoảng cách đọc ngắn

 Active tags: Được nuôi bằng PIN, sử dụng với khoảng cách đọc lớn

 Reader hoặc sensor (cảm biến): để đọc thông tin từ các thẻ, có thể đặt cố định hoặc lưu động

 Antenna: là thiết bị liên kết giữa thẻ và thiết bị đọc Thiết bị đọc phát xạ tín hiệu sóng để kích họat và truyền nhận với thẻ

 Server: thu nhận, xử lý dữ liệu, phục vụ giám sát, thống kê, điều khiển

21

Hình 2.8 Minh họa hệ thống RFID

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

2.4.2 Các ứng dụng RFID hiện hành

Các ứng dụng thương mại cho đầu tư và cung cấp việc quản lý chuyền đang khiến cho sự phát triển và gia tăng công nghệ RFID Wal-Mart trung tâm bán lẻ lớn nhất thế giới đã thúc đẩy sự gia tăng này bởi việc yêu cầu các nhà cung cấp sử dụng thẻ RFID Wal-Mart yêu cầu 100 nhà cung cấp lớn nhất bắt đầu làm thẻ pallet và cho vào hộp các thẻ RFID thụ động trước tháng 1 năm

2005, thúc đẩy các nhà bán lẻ khác thực hiện kế hoạch tương tự Với sự phát triển của Wal-Mart, nhiệm vụ RFID là đưa công nghệ này thành xu thế chủ đạo

và làm cho nó sinh lợi nhiều hơn

22

 RFID trong việc xử phạt

 RFID trong an ninh quốc gia

 Trong hệ thống viễn thông

 Ứng dụng trong quản lý thư viện

 Đọc thiết bị mà không cần phân tích thiết bị sẽ làm cho tiến trình nhanh hơn và cũng có thể xác định những thiết bị đặc biệt và bảo vệ chúng tránh khỏi nhiều nguồn phân tích có thể gây hư hỏng

 Tiết kiệm thời gian xử lý, làm tăng tuổi thọ của thiết bị

 Bộ nhớ và lưu trữ dữ liệu, một thẻ RFID có thể lưu trữ từ 96 bits đến 64Kbytes bộ nhớ, có thể mở rộng ứng dụng và cũng có thể làm một cơ

23

 Giá thành: ban đầu kỹ thuật RFID có giá thành rất cao với đầu đọc và bộ cảm ứng được dùng để lọc thông tin có giá ngoài 2000$ đến 3500$ mỗi cái và các thẻ trị giá 40$ đến 75$ mỗi cái Nhưng đến thời điểm hiện tại nhờ công nghệ này càng hoàn thiện, sản xuất hàng loạt được cung cấp bởi nhiều nhà sản xuất trên thế giới nên giá thành của reader cũng như thẻ giảm còn 1/10 so với lúc ban đầu

 Nhược điểm

 Dễ bị ảnh hưởng gây tổn thương: có thể làm tổn hại một hệ thống RFID bởi việc phủ vật liệu bảo vệ từ 2 đến 3 lớp kim loại thông thường để ngăn chặn tín hiệu radio Cũng có thể tổn hại hệ thống RFID bởi việc đặt hai item đối ngược với cái khác để một thẻ che cái khác Điều đó có thể hủy các tín hiệu Điều này đòi hỏi kiến thức về kỹ thuật và sự canh hàng cẩn thận

 Việc thủ tiêu các thẻ phô ra: các thẻ RFID được dán bên trong bao bì và được phô ra dễ thủ tiêu Điều này có nghĩa là sẽ có nhiều vấn đề khi người sử dụng biết rõ hơn về vai trò của thẻ Ví dụ: Ấn độ đã triển khai công nghệ RFID vào thư viện nhưng vấn đề giữ cho các thẻ tránh bị tiếp xúc là một thách thức lớn

 Những liên quan riêng tư của người sử dụng

 Đụng độ đầu đọc: tín hiệu từ một đầu đọc có thể giao tiếp với tín hiệu từ nơi khác mà nơi đó tin tức chồng chéo nhau Điều này được gọi là đụng

độ đầu đọc Một phương pháp tránh vấn đề trên thường được sử dụng là

kỹ thuật được gọi là phân chia thời gian đa truy cập