3 Giám sát thông số qua Thingspeak
2.6 Thông số kỹ thuật của AMS1117-3.3V
Thông số Điều kiện Giá trị
. Min Thường Max
Điện áp đầu ra (V) 3.235 3.3 3.365
Ổn định đầu vào (mV) 1 6
Ổn định tải (mV) 1 10
Dòng điện giới hạn (mA) 800
Line Regulation (Max) 1.5V < (VIN - VOUT) < 12V 0.2 Load Regulation VIN = 4.75V, 0 < IOUT < 0.8A 0.4%
Nhiệt độ hoạt động −40oC 12oC
Hình 2.15: Hình ảnh thực tế AMS1117-3.3V
Nguồn đầu vào của chọn hạ từ 5V xuống để giảm tối đa nhiệt lượng toả ra, đồng thời đảm bảo độ chính xác của điện áp đầu ra.
- Với nguồn 5V: công suất tiêu thụ được thống kê như sau
Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật của AMS1117-3.3V
Thiết bị (5V) Dòng điện tiêu thụ tối đa (mA) Công suất tiêu thụ tối đa (mW)
Cảm biến DHT11 1.5 7.5 Khối 3.3V 370 1544 Khối relay 46 230 HC05 40 200 PL2303HX 24 126 BH1750 7 35 Khối hiển thị 2.5 8.25 Tổng 491 2150.75
Như vậy, công suất tiêu thụ của nguồn 5v khá lớn. Chính vì vậy, em đã sử dụng Atapter 5V 2A để cấp cho mạch.
Thiết kế mạch nguồn
Tụ phía đầu vào của AMS1117 sẽ gồm 2 tụ: tụ hoá 100uF 16V lọc các thành phần thấp tần và tụ ceramic 104 lọc các thành phần cao tần khỏi điện áp đi vào IC.
Tụ phía đầu ra: sử dụng tụ hoá 100uF 16V nhằm duy trì sự ổn định của vòng feedback cũng như cải thiện ripple cho điện áp đầu ra.
Hình 2.16: Mạch nguồn 3.3V
2.3.2 Thiết kế mạch điều khiển Relay
Từ chân điều khiển Relay được đưa ra từ vi điều khiển. Cho phép opto quang dân. tại đây sẽ có tín hiệu dòng điện tại cực điều khiển của tranzito, lúc này tranzito sẽ dẫn khiến cuộn hút của Relay hút và Relay bật.
Lưu ý: Cần thêm linh kiện quan trọng như Opto quang, Diode D1 và điện trở R28.
Hình 2.17: Mạch điều khiển Relay
- Opto quang có nhiệm vụ bảo vệ vi điều khiển tránh điện áp đánh ngược về từ Relay. Cách ly ngoại vi ra khỏi vi khối điều khiển.
- Diode D1 có nhiệm vụ bảo vệ Tranzito. Trường hợp đóng cắt Relay, từ trường trong cuộn hút vẫn còn và sinh ra điện theo phương trình: VL = dφ dt = dLi dt = −Ldi dt
Thời gian xả từ trường trong cuộn hút rất nhanh sẽ sinh ra điện áp rất lớn. Điện áp này sẽ đánh thủng Tranzito và đánh ngược về vi điều khiển. Mặc dù có opto quang cách li để điện áp này không về khối MCU được nhưng sẽ vẫn hỏng tranzito. Vì vậy cần có diode D1 mắc ngược để tạo mạch kín và chống xung ngược bảo vệ tranzito.
Điện trở R28 được chọn là giá trị 1k vì với giá trị đó, tranzito sẽ hoạt động ở chế độ bão hòa cho phép mở cực đại và điện áp ra từ vi điều khiển chỉ cho phép tranzito đóng mở chứ không hoạt động ở chế độ khuếch đại.
Tranzito được chọn là C1815 có thông số như sau: - VCEsat = 0.25V
- VBEnguong = 1.45V
- β = 100
- Điện trở của Relay là 100Ω
Ta có thể tính được điện áp của chân C của tranzito:
Ic = Vcc−VCEsat Rc = 0.0475(A) Ic = βIB => Ic = Ic β = 4.75.10 −4(A) RB = Vcc −VBEnguong IB = 7473.7(Ω)
Như vậy, chỉ cần chọn RB < 7473.7Ω thì tranzito sẽ hoạt động ở chế độ bão hòa.
2.3.3 Thiết kế mạch PCB
Một số lưu ý khi thiết kế mạch PCB
Mạch dao động thạch anh
Với mạch dao động thạch anh, 2 đường dây dao động phải được đi theo hình dáng đối xứng với nhau, giúp cho tần số dao động ổn định hơn. Nếu muốn tránh nhiễu tốt hơn nữa thì nên sử dụng ground- shielding.
Hình 2.18: Mạch dao động thạch anh
Mạch nguồn 3.3V:
Theo nguyên tắc, bất kỳ chân nguồn nào của các IC trên mạch đều nên có tụ lọc, và các đường nguồn bao giờ cũng phải đi qua các chân tụ trước khi vào chân nguồn, ví dụ như ở layout hình với IC PL2303HX.
Hình 2.19: Mạch PCB có tụ lọc nhiễu dần chân nguồn
Hình 2.20: Toàn bộ thiết kế mạch PCB
Khu vực không phủ đồng góc trái bên dưới để cách ly khu vực Relay với toàn bộ mạch để tránh nhiễu với điện áp cao.
Hình 2.21: Thiết kế PCB dạng 3D
2.4 Thiết kế phần mềm
2.4.1 Lưu đồ thuật toán cho hệ thốngMô tả hoạt động: Mô tả hoạt động:
Hình 2.22: Lưu đồ thuật toán của hệ thống
Khi mạch được cấp nguồn, vi xử lý sẽ bắt đầu quá trình cấu hình (quá trình khởi tạo) bao gồm khởi tạo các biến toàn cục, chia xung clock, cấu hình các ngắt phục vụ đọc cảm biến, ngắt cho timer, UART1, GPIO, I2C cho đọc cảm biến BH1750 và LCD; đồng thời khởi tạo ESP8266.
Sau khi khởi tạo xong, vi điều khiển sẽ kết nối lần lượt tới từng cảm biến để đọc dữ liệu. Dữ liệu đọc được sẽ được so sánh với các thông số yêu cầu để điều khiển Relay (đèn, bơm), sau đó hiển thị dữ liệu lên màn hình LCD. Cuối cùng của chu trình là dữ liệu sẽ được gửi lên Server trung gian Thinkspeak thông qua module Wifi ESP8266. Kết thúc chu trình, chương trình sẽ quay lại bước kết nối và đọc giá trị từ cảm biến.
2.4.2 Giao tiếp với cảm biến DHT11
DHT11 là cảm biến sử dụng giao tiếp 1 dây, mỗi khi muốn đọc dữ liệu, vi điều khiển gửi tín hiệu yêu cầu đọc và đợi dữ liệu gửi về từ cảm biến. Trình tự đọc dữ liệu từ cảm biến gồm hai bước:
- Gửi tín hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại.
- Khi đã giao tiếp được với DHT11, cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độ đo được.
Để khởi tạo cảm biến, các bước như sau: - Đặt pin (dữ liệu) làm đầu ra
- Kéo pin thấp trong 18ms
- Đọc dữ liệu bằng cách đặt pin làm đầu vào Bước 1: Gửi tín hiệu Start tới cảm biến
Hình 2.23: Xung tín hiệu cho phép khởi tạo cảm biến
Để khởi tạo cảm biến, trước tiên chúng ta phải kéo dòng dữ liệu THẤP trong khoảng 18 ms . Sau đó, DHT11 sẽ kéo dòng THẤP trong 80us và CAO khoảng 80us . Khi điều này được thực hiện, cảm biến sẽ được khởi tạo và bắt đầu truyền.
Bước 2: Cảm biến phản hồi
Hình 2.24: Xung tín hiệu cho phép khởi tạo cảm biến
Dữ liệu đọc được từ DHT11
Bây giờ DHT11 sẽ gửi 40 bit dữ liệu (5byte). Mỗi lần truyền của bit bắt đầu với mức điện áp thấp kéo dài 50us , độ dài tín hiệu cấp điện áp cao sau đây quyết định xem bit đó có phải là “1” hay “0” hay không.
Nếu độ dài của cấp điện áp cao vào khoảng 26-28 us , thì bit là “0” Và nếu độ dài khoảng 70 us , thì bit là “1” 40 bit gửi bởi DHT11 như sau DỮ LIỆU = 8 bit dữ liệu số nguyên RH cao + 8 bit số thập phân RH + 8 bit dữ liệu số nguyên T + 8 bit dữ liệu số thập phân T + 8 bit checksum.
Nếu Byte Checksum = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) thì giá trị độ ẩm và nhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa. Đối với cảm biến DHT11, thời gian là rất quan trọng, vì vậy dùng 1 timer để tạo ra đơn vị thời gian trong quá trình đọc cảm biến. Sai số của cảm biến