5. Phương pháp nghiên cứu
5.3.2. Sơ đồ nguyên lý của module cảm biến và wireless
Hình 5.8 Sơ đồ nguyên lý của module cảm biến và Wireless
5.3.2.1. Nguyên lý hoạt động mạch đo độ ẩm (hình 5.9)
Cảm biến độ ẩm HS1101 được gắn vào Jack JP3, chân 2 của JP3 được nối đất, chân 1 của JP3 được nối với chân 11 – CPS2 của PIC16F1823.
Các chân CPSx của PIC16F1823 được nối với module cảm biến điện dung CPS (Capacitive Sensing Module) như hình 5.10
Hình 5.10. Module cảm biến điện dung
Module CPS gồm có 3 khối:
- Khối 1: khối Analog MUX dùng để chọn 1 trong 8 kênh đầu vào CPS; - Khối 2: khối dao động cảm biến điện dung (Capacitive Sensing Oscillator), đầu vào của khối là điện dung, đầu ra của khối là các dao động xung (CPSCLK) có tần số tương ứng với điện dung đầu vào;
- Khối 3: khối đếm, có chức năng đếm xung CPSCLK trong một đơn vị thời gian. Khối đếm thường sử dụng 2 bộ đếm Timer 0 (8 bít) dùng để tạo thời gian cơ sở cố định, nguồn xung cho Timer 0 thường lấy từ hệ thống và Timer 1 (16 bít, có cổng điều khiển đếm: Timer1 Gate Control Logic) dùng để đếm xung CPSCLK. Mỗi khi Timer 0 đếm đầy, cờ Overflow sẽ báo, cờ này được nối với cổng điều khiển
đếm của Timer 1. Khi có cờ Overflow, Timer 1 ngừng đếm. Tần số tương ứng với điện dung đầu vào bằng giá trị của Timer 1 chia cho giá trị của Timer 0.
Trong luận văn, giá trị độ ẩm được xác định như sau: - Xác lập nguồn xung cho Timer 0 là Fosc/4;
- Cho độ ẩm là 100% RH, Timer 1 cho giá trị 1700 (hum_100 = 1700); - Cho độ ẩm là 60% RH, Timer 1 cho giá trị 1850 (hum_60 = 1850);
- Nếu coi quan hệ giữa chân ra điện dung (biến thiên theo độ ẩm) của cảm biến HS1101 với tần số (CPSCLK) là tuyến tính thì giá trị độ ẩm cần đo được xác định theo công thức: hum = 100 – (100-60)*(X –hum_100)/(hum_60 – hum_100) (1). X: giá trị của Timer 1.
5.3.2.2. Nguyên lý hoạt động mạch báo khói (hình 5.11)
Hình 5.11. Sơ đồ nguyên lý mạch đo độ ẩm và báo khói
Cảm biến khói có 2 chân ra được nối với Jack JP2. Chân 1 được nối với nguồn VCC, R1 = R2 = 10K, để hạn chế dòng. Chân 1 được nối với chân 2, Chân 2 được nối với chân 12 – PGC (RA1) của PIC, khi xác lập hệ thống, RA1 được cấu hình là chân vào. Chân 3 được nối đất.
Nguyên lý hoạt động: khi không có khói, chân 2 và 3 của cảm biến khói bị tách rời, giá trị của RA1 = 1. Khi có khói, cảm biến khói chập chân 2 và chân 3, giá trị của RA1 = 0. PIC liên tục đọc chân vào RA1, nếu RA1 = 0, sẽ ghi vào bản tin cần truyền chữ „Y‟ – có khói, ngược lại sẽ ghi chứ „N‟ – không khói.
5.3.2.3. Nguyên lý hoạt động mạch Wireless (hình 5.12)
Hình 5.12. Sơ đồ nguyên lý mạch nRF24L01
Module nRF24L01 (nRF) được kết nối với PIC qua giao tiếp SPI, Jack JP4. - Nguồn của hệ thống 4.2 V được nối vào chân 2 VCC qua đi ốt giảm áp D1, nRF có điện áp làm việc từ 1.9 đến 3.6 V. Tụ C1 để lọc nguồn chống nhiễu;
- Chân 3 – CE - chân vào, dùng để cho phép module hoạt động ở các mode truyền (TX mode) hay nhận (RX mode) dữ liệu và cài đặt cấu hình module, CE = 0 là chế độ gửi lệnh cài đặt cấu hình. CE = 1 là chế độ truyền (TX mode) hoặc nhận (RX mode) dữ liệu, chân này được nối với chân 5 (RC5 – được cấu hình là chân ra) của PIC;
- Chân 4 – CSN - chân vào, dùng để chọn chip SPI, được nối với chân 6 (RC4 – được cấu hình là chân ra) của PIC;
- Chân 5 – SCK - chân vào, chân nguồn xung đồng hồ cho SPI, chân 10 (RC0 – được cấu hình là chân ra) của PIC;
- Chân 6 – MOSI - chân vào, dùng để nhận dữ liệu từ Master (Master Out Slave In), được nối với chân 8 (RC2 – được cấu hình là chân ra) của PIC;
- Chân 7 – MISO - chân ra, dùng để truyền dữ liệu cho Master ( Master In. Slave Out), được nối với chân 9 (RC1 – được cấu hình là chân vào) của PIC;
- Chân 8 – IRQ - chân ra, dùng để tạo tín hiệu Interrupt mỗi khi nhận được gói tin hoặc truyền xong một gói tin, được nối với chân 7 (RC3 – được cấu hình là chân vào) của PIC.
Nguyên lý làm việc của hệ thống module cảm biến:
1. PIC đọc giá trị của Timer 1, xác định giá trị độ ẩm môi trường qua công thức (1);
2. PIC đọc trạng thái chân RA1 (RA1=0 – Có khói. RA1=1 – Không khói); 3. Chuyển giá trị Timer 1 sang dạng văn bản;
4. Ghi giá trị văn bản của Timer 1 và trạng thái có khói hay không vào một bộ đệm 32 byte có dạng sau: "$W002;H 0086;S N; RF\r\n". Trong đó “$W002” chỉ số thứ tự của module cảm biến, “H 0086” chỉ giá trị % RH của độ ẩm, “S N” chỉ trạng thái không có khói, “S Y” chỉ trạng thái có khói,” RF\r\n” là các ký tự điều khiển về đầu dòng (\r), xuống dòng(\n);
5. PIC gửi nội dung bộ đệm 32 byte vào bộ đệm Tx FIFO của module nRF qua bus SPI;
6. PIC định nghĩa cho mỗi module nRF(PIC) một địa chỉ 5 byte và đặt các module này ở chế độ nhận dữ liệu (RX mode);
7. Module nRF(ARM) gửi các gói tin request tới các module nRF(PIC), sau khi nhận được request, các module nRF(PIC) gửi thông tin về độ ẩm và khói đã lưu sẵn trong bộ đệm Tx FIFO 32 byte cho module nRF(ARM). 8. Quay lại bước 1.