Nghiên cứu chế tạo hệ thống đèn chiếu sáng thông minh

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH BAN CHẤP HÀNH TP HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ XX NĂM 2018 TÊN CƠNG TRÌNH: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG THÔNG MINH LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Mã số cơng trình: …………………………… (Phần BTC Giải thưởng ghi) MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ PHẦN 1: TỔNG QUAN Chương 1: Module cảm biến chuyển động 1) Ứng dụng 2) Thông số Module cảm biến chuyển động 3) Nguyên lý hoạt động 4) Sơ đồ kết nối Chương 2: Arduino UNO R3 1) Thông số kĩ thuật 2) Nguồn Power……………………………………………………………… 3) Các Power pin .4 4) Bộ nhớ Arduino UNO R3 .5 5) Các cổng vào/ra Arduino UNO R3 6) Phầ n lâ ̣p trình (code) Chương 3: Module Relay 5VDC 1) Khái quát Module Relay 5VDC 12 2) Sử dụng chân Module Relay 13 PHẦN 2: MỤC TIÊU – PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ 1) Mục tiêu 38 2) Phương pháp 3) Kết …… ………………………………………………………38 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nước ta đánh giá có tiềm sản xuất điện, nhiên, lại bị thụ động vào mùa khô, thị trường điện độc quyền sở vật chất, truyền tải điện Bắc Nam chưa đảm bảo Thêm vào đó, ngày, nước ta phải đối đầu với tình trạng thiếu điện trầm trọng, phải nhập điện từ nước ngoài, cắt điện thường xuyên, nhiều nơi phát điện đến ngày Vì vậy, cần phải tiết kiệm điện nhiều để hạn chế tình trạng thiếu điện Để góp phần vào q trình tiết kiệm điện tơi suy nghĩ chế tạo hệ thống đèn led cảm biến chuyển động siêu tiết kiệm điện 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Tiết kiệm điện tiết kiệm tiền cho thân, gia đình bạn, cho cơng ty, đất nước cho tồn giới Nó góp phần tiết kiệm lượng điện không cần thiết hạn chế phần thiếu điện khu vực bạn sinh sống Bên cạnh đó, tiết kiệm điện cịn góp phần gìn giữ tài ngun, mơi trường cho hệ tương lai 1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Chỉ nghiên cứu mơ hình - Chỉ nghiên cứu đề xuất giải pháp 1.4 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI - Góp phần tiết kiệm điện - Tiện lợi cho người sữ dụng - Tiết kiệm chi phí cho người sử dụng 1.5 MỤC TIÊU Tạo nên hệ thống đèn led cảm biến nhỏ gọn tiết kiệm điện tối ưu Từ linh kiện điện tử có sẵn bên thị trường 1.6 PHƯƠNG PHÁP - Thiết kế mạch theo tìm hiểu tài liệu internet tài liệu - Tìm kiếm linh kiện điện tử có sẵn ngồi thị trường - Đưa mơ hình thực tế 2 PHẦN 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: MODULE CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG Ứng dụng: Dùng để điều khiển tự động thiết bị nhà có người: đèn điện, cửa Thơng số Module cảm biến chuyển động Điện áp hoạt động : DC 4.5 V – 20 V Đầu : High 3.3 V/ Low V Có chế độ hoạt động: + L khơng lặp lại kích hoạt + H lặp lại kích hoạt Thời gian trễ: – 200s điều chỉnh từ 0,xx đến hàng chục giây Thời gian khóa: 2.5s (mặc định) Góc quét < 100 độ Kích thước ống cảm biến: 23mm (mặc định) Nhiệt độ hoạt động: -15oC - 70oC Kích thước board: 32mm*24mm Khối lượng: 6g Nguyên tắc hoạt động Cơ chế hoạt động cảm biến chuyển động : cảm biến thu tia hồng ngoại phát từ vật thể phát tia hồng ngoại thân thể người(hay nguồn nhiệt bất kì) Các cảm biến PIR ln có sensor (mắt cảm biến) với đơn vị (element) Chắn trước mắt sensor lăng kính (thường làm plastic), chế tạo theo kiểu lăng kính fresnel Lăng kính fresnel có tác dụng chặn lại phân thành nhiều vùng (zone) cho phép tia hồng ngoại vào mắt sensor đơn vị mắt sensor có tác dụng phân thành điện cực Một điện cực dương (+) âm (-) Khi đơn vị kích hoạt (cái xong đến kia) sinh xung điện, xung điện kích hoạt sensor 3 Kiểm soát ánh sáng (tùy chọn): Bạn lắp thêm quang trở, có quang trở, thiết lặp module hoạt động ban ngày ban đêm Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động cảm biến chuyển động Sơ đồ kết nối Chân VCC : nguồn hoạt động cảm biến cấpvào từ 4.5V đến 20V Chân OUT : Output kết nối với chân I/O vi điều khiển relay Khi cho tín hiệu: + 3,3V có vật thể chuyển động qua + 0V khơng có vật thể qua Chân GND : chân đất nối GND Chế độ H: Điện áp V_out tự động giữ ngun 3.3V khơng cịn chuyển động Chế độ L: Điện áp V_out tự động chuyển hết thời gian trễ 4 Hình 1.2 Sơ đồ kết nối Madule HC – SR501 vi điều khiển Hình 1.3 Ví dụ kết nối với Arduino 5 CHƯƠNG 2: ARDUINO UNO R3 Thông số kỹ thuật Vi điều khiển Điện áp hoạt động Điện áp đầu vào (được đề nghị) Điện áp đầu vào (giới hạn) Số chân I / O kĩ thuật số PWM Digital I / O Pins Analog Input Pins Dòng điện DC I / O Dòng điện DC với chân 3.3V Bộ nhớ flash SRAM EEPROM Tốc độ đồng hồ Chiều dài Bề rộng Cân nặng ATmega328P 5V 7-12V 6-20V 14 (trong có cung cấp đầu PWM) 6 20 mA 50 mA 32 KB (ATmega328P) 0,5 KB sử dụng nạp khởi động KB (ATmega328P) KB (ATmega328P) 16 MHz 68,6 mm 53,4 mm 25 g Nguồn power Bạn cấp nguồn 5V thông qua cổng USB cấp nguồn với điện áp khuyên dùng 7-9V DC cho kit Arduino UNO Khi bạn khơng có sẵn nguồn từ cổng USB, lời khuyên nên thiết kế ứng dụng cấp nguồn pin vuông 9V tối ưu Nếu cấp nguồn vượt ngưỡng giới hạn 20V, kit cháy ngay, nên bạn tuyệt đối cẩn thận dùng đồng hồ đo kỹ trước cắm nguồn Các Power pin GND (Ground): đất nguồn điện cấp cho kit Khi bạn dùng ứng dụng sử dụng nguồn điện riêng nhiều nguồn phải nối chân GND với 5V: Đầu điện áp 5V Các bạn phải lưu ý dòng tối đa cho phép cấp pin 0.5A 3.3V: Đầu điện áp 3.3V Dòng tối đa cho phép cấp pin 0.05A Vin (Voltage Input): Cấp nguồn cho kit Khi kết nối, tiến hành nối cực dương nguồn với pin cực âm nguồn với pin GND IOREF: điện áp hoạt động vi điều khiển Arduino UNO Bạn dùng đồng hồ đo pin Khi đo bạn thấy ln 5V Tuy nhiên ko lấy nguồn từ pin cấp chỗ khác, đơn giản chức khơng phải cấp nguồn RESET: Chân reset nối với nút bấm Khi bạn nhấn nút Reset, kit reset vi điều khiển Nguyên lý chân RESET nối với Ground qua điện trở 10KΩ Vi điều khiển Arduino UNO sử dụng vi điều khiển thuộc họ 8bit AVR ATmega328, ATmega168, ATmega8 Với dịng VDK này, mạch xử lí tác vụ đơn giản điều khiển nhấp nháy đèn LED, thiết lập ứng dụng đo độ ẩm - nhiệt độ sau truyền hiển thị lên LCD , tiếp nhận xử lí tín hiệu cho ứng dụng điều khiển xe từ xa Trên thị trường, Thiết kế tiêu chuẩn Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328P với giá 170.000đ smart-techvn Tuy nhiên yêu cầu ứng dụng bạn khơng cao kinh tế khơng cho phép, bạn sử dụng loại vi điều khiển khác có chức tương đương rẻ ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) Những vi điều khiển dùng mạch tự chế với nhiều ứng dụng không thiết dùng cho Arduino UNO Bộ nhớ Arduino UNO R3 7 32KB nhớ Flash: Đây nơi lưu trữ đoạn lệnh bạn lập trình Những ứng dụng thơng thường để vài KB số cho bootloader, bạn yên tâm, bạn khơng dùng q 20KB đâu 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): Đây nơi lưu giá trị biến bạn khai báo lập trình Bạn khai báo nhiều biến cần nhiều nhớ RAM Cũng Flash, bạn không cần quan tâm đến dung lượng nhớ RAM Và Ram tất nhiên liệu SRAM bị mất điện 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): Đây coi mini USB, nơi bạn đọc ghi liệu mà khơng phải lo bị mất điện Với ứng dụng lớn, bạn nên quan tâm đến dung lượng nhớ để phân bố cho hiệu Các cổng vào/ra Arduino UNO R3 Nhìn hình ảnh ta thấy 14 chân digital dùng để đọc xuất tín hiệu Mức điện áp logic 0V 5V với dòng vào/ra tối đa chân 40mA Ở chân có điện trở pull-up đươc thiết kế có sẵn vi điều khiển ATmega328 (mặc định điện trở khơng kết nối) Khi muốn dùng điện trở pull up này, bạn cần đến lập trình Ngồi ra, cần lưu ý số chân dùng cho giao tiếp bản: - chân Serial: (TX) (RX): dùng để nhận (receive – RX) gửi (transmit – TX) liệu TTL Serial Arduino Uno giao tiếp với thiết bị khác thông qua chân Bạn không nên sử dụng chân không cần thiết - Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, 11: cho phép bạn băm xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) hàm analogWrite() Đây ứng dụng hay, bạn thay đổi điện áp chân từ mức 0V đến 5V thay cố định mức 0V 5V chân khác Hãy thử làm ứng dụng băm xung thay đổi độ sáng led - Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài chức thơng thường, chân cịn dùng để truyền phát liệu giao thức SPI với thiết bị khác - LED 13: board Arduino UNO có đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Bạn thấy đèn nhấp nháy nhấn nút reset Cơng dụng để báo hiệu Nó nối với chân số 13 - Analog Pin: chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp khoảng 0V → 5V Bạn để đưa vào chân AREF board điện áp tham chiếu sử dụng chân analog Nói cách khác, bạn cấp điện áp 2.5V vào chân bạn đo điện áp khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải 10bit - Giao tiếp I2C: chân A4 (SDA) A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với thiết bị khác 9 CHƯƠNG 3: MODULE RELAY 5VDC Khái quát Module Relay 5VDC - Module sử dụng Relay 5VDC để đóng cắt đầu tải với công suất lên tới 220VAC/5A với tải trở 220V/1A với tải cảm - Tín hiệu điều khiển để đóng relay mức cao từ 3VDC-12VDC - Dễ dàng kết nối với mạch điều khiển Sử dụng chân Module Relay + DK : chân điều khiển đóng cắt relay, DK mức cao (3 VDC-12 VDC) relay đóng, DK mức thấp (0 VDC) relay mở + GND: 0VDC nguồn tín hiệu điều khiển + VCC: Nguồn cấp cho cuộn hút Relay (5 VDC cho relay V, 12 VDC cho relay 12 VDC ) 10 PHÂN 2: MỤC TIÊU – PHƯƠNG PHÁP Mục tiêu Đèn phải đủ ánh sáng tiết kiệm điện Phương pháp lắp led Bước Gắn led vào đế hàn led Hình 4.1 Lắp led vào đế 11 Hình 4.2 Hàn led Bước 2: Nối dây nguồn vào mạch nguồn đèn led 12 Hình 4.3: Mặt sau mạch nguồn đèn led Hình 4.4 Mặt trước mạch nguồn đèn led 13 Bước 3: Nối dây Kết Hình 5.1 Sơ đồ kết nối linh kiện lại với ... chế phần thiếu điện khu vực bạn sinh sống Bên cạnh đó, tiết kiệm điện cịn góp phần gìn giữ tài ngun, môi trường cho hệ tương lai 1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Chỉ nghiên cứu mơ hình - Chỉ nghiên cứu. .. ngày Vì vậy, cần phải tiết kiệm điện nhiều để hạn chế tình trạng thiếu điện Để góp phần vào q trình tiết kiệm điện suy nghĩ chế tạo hệ thống đèn led cảm biến chuyển động siêu tiết kiệm điện 1.2... kiệm điện - Tiện lợi cho người sữ dụng - Tiết kiệm chi phí cho người sử dụng 1.5 MỤC TIÊU Tạo nên hệ thống đèn led cảm biến nhỏ gọn tiết kiệm điện tối ưu Từ linh kiện điện tử có sẵn bên ngồi thị