3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM MODULE SIM900A LORA EASY WEB SERVER KHỐI ĐIỀU KHIỂN 1 KHỐI ĐIỀU KHIỂN 2 KHỐI CÔNG SUẤT 1 KHỐI CÔNG SUẤT 2 KHỐI NGUỒN KHỐI CẢM BIẾN 1 KHỐI CẢM BIẾN 2 Arduino mega, Sim 900a, ACS712 Lora easy, NodeMCU Esp32s 5V 3.3V
Hình 3-1 Sơ đồ khối của hệ thống
Chức năng từng khối:
Web server: Đây giao diện để người dùng có thể điều khiển và theo dõi trạng thái làm việc của các thiết bị.
Khối xử lý trung tâm: có chức năng lấy các trạng thái điều khiển trên web rồi gửi trạng thái điều khiển tới các khối khác, đồng thời nhận tín hiệu từ khối cảm biến và gửi lên web.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 49
Khối điều khiển: có chức năng nhận lệnh điều khiển từ khối trung tâm và gửi tín hiệu điều khiển xuống khối công suất, sau đó gửi tín hiệu từ khối cảm biến và hồi tiếp về khối xử lý trung tâm.
Khối công suất: đóng ngắt relay để điều khiển các thiết bị ở điện áp cao theo tín hiệu nhận được từ khối điều khiển.
Khối cảm biến: Do dòng điện của các thiết bị để rồi gửi về khối điều khiển.
Khối nguồn: Có chức năng cung cáp nguồn cho toàn mạch, sử dụng adapter 12v và mạch hạ áp 5v để cấp nguồn.
3.2.2. Tính toán và thiết kế mạch. 3.2.2.1. Web server 3.2.2.1. Web server
Giao diện web được xây dựng trên website: hostinger.vn. Các chương trình sử dụng các loại ngôn ngữ như: html, css, java script, php. Trang giao diện gồm có 5 cửa sổ làm việc bao gồm:
a) Sơ lược về đề tài:
b) Cửa sổ điều khiển: hiển thị các nút nhấn để người dùng tương tác, khi click vào nút ON thì sẽ cho thiết bị hoạt động, Khi click vào nut OFF thì thiết bị sẽ ngừng hoạt động.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 50 c) Cửa sổ quản lý dữ liệu: hiển thị trang quản lý cơ sở dữ liệu, cho biết trạng thái ON, OFF lý thuyết của các thiết bị khi được điều khiển.
d) Cửa sổ trạng thái hoạt động: cho biết trang thái làm việc thực tế của các thiết bị.
Hình 3-3 Cửa sổ điều khiển
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 51
Hình 3-5 Cửa sổ trạng thái hoạt động
e) Cửa sổ thông tin sinh viện: hiển thị thông tin của các sinh viên thực hiện đồ án.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 52
3.2.2.2. Thiết kế khối xử lý trung tâm.
Khối xử lý lấy Module NodeMCU Esp-32s là module trung tâm, trong mạch con có Module Sim900a dùng để nhận tin nhắn từ điện thoại đi động, và Module Lora easy dùng để truyền nhận dữ liệu bằng sóng Lora.
Điện áp hoạt động:
- NodeMCU Esp-32s: 3.3V - Sim900a: 5V
- Lora easy: 3.3V
3.2.2.3. Thiết kế khối điều khiển và khối công suất.
Trong khối này, nhóm sử dụng Arduino mega kết nối với Lora easy để nhận và truyền tín dữ liệu với khối xử lý.
Điện áp hoạt động:
- Arduino mega 2560: 5V. - Lora easy: 3.3V.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 53
Hình 3-8 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
Sử dụng Transistor loại NPN C1815 .
Chọn Relay loại 5V với dòng tối đa relay có thể chịu được lên đến 20A, nên đảm bảo khi dòng chạy qua các tiết bị sẽ an toàn.
Thêm 1 diode vào giữa 2 đầu cuộn dây để tránh điện áp ngược dòng, chọn diode loại 1N4007.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 54 Đèn led có dòng là 10mA và điện áp là 1.8v nên:
Rled=𝑉𝑐𝑐−𝑉𝑙𝑒𝑑
𝐼𝑙𝑒𝑑 = 5−1.8
10 = 320 ohm. (1)
Chon R4 và R6 là : 330 ohm
Theo data sheet của Relay 5V thì dòng điện qua cuộn dây là 70mA.
Ic=Iled+ Ic.dây= 71.8 mA (2) Chọn Hfe=60.
Ib= Ic/Hfe= Ic/60=1.97 mA (3)
Rb=𝑉−0.7
𝐼𝑏 =4.6−0.7
1.97 = 1.9 𝐾𝑜𝑚ℎ (4)
Chọn R3=R4=2.2K.
3.2.2.4. Thiết kế khối nguồn.
Nguồn chính sử dụng cho mạch là adapter 12V-1A, Nguồn này sẽ qua module giảm áp để cho về 5V để cung cấp cho các module như arduino, sim900a, NodeMcu-32s. Trên mạch arduino mega2560 sẽ có IC ổn áp đữ về 5V để cấp cho toàn bộ mạch arduino.Nguồn của Module lora easy sẽ được lấy trực tiếp từ chân 3v3 của arduino cũng như là Nodemcu-32s.
Nguồn 220V sẽ cung cấp cho rơ-le bán dẫn.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 55
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 56
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1. GIỚI THIỆU
Phần này gồm có 2 phần là kết quả thi công phần cứng và những kết quả hình ảnh trên màn hình hay mô phỏng tín hiệu, kết quả thống kê. Cụ thể, phần này nêu quá trình thi công PCB, lắp ráp và test mạch, hình vẽ được chụp từ mô hình thực của hệ thống bên ngoài, hình chụp các kết quả chạy và được sắp xếp có hệ thống để người đọc dễ dàng hiểu và hình dung hệ thống được thi công.
4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG4.2.1. Thi công bo mạch 4.2.1. Thi công bo mạch
Các vật liệu chuẩn bị: bo đồng, giấy in, dung dịch rủa mạch(axit), bàn ủi, mỏ hàn, một thau nhựa để rửa bo đồng, kéo cắt, một bút mực lông để vẽ lại những phần giấy in in lên bo đồng bị mất, một máy khoan, một đồng hồ VOM để đo thông mạch.
Mạch in được vẽ bằng phần mềm protues 8.6.
In mạch vào giấy chuyên dụng, cắt bo đồng sao cho bằng với mạch in. Áp giấy in vào bo đồng rồi lấy bàn ủi ủi từ từ cho tới khi mạch in in lên bo đồng. Từ từ bóc giấy in ra khỏi bo đồng, để nguội.
Ngâm bo đồng trong dung dịch axit, rồi lắc đều cho tới khi phần đồng dư bị ăn mòn hết, tiến hành khoan mạch, sau đó lấy giấy nhám chùi hết phần mực in trên bo đồng.
Sơ đồ bố trí linh kiện:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 57 Sơ đồ mạch in:
Hình 4-2 Sơ đồ bố trí linh kiện board điều khiển
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 58
STT Tên linh kiện Giá trị Số lượng Chú thích
1 Module arduino mega 2560 5V 2 ATMega2560
2 Module Lora easy sx1276 3V3 3 Lora
3 Module NodeMCU-32s 3v3 1 Wifi
4 Module sim900a 5V 1
5 Cảm biến đo dòng ACS712 5V 3 Đo dòng điện
6 Module hạ áp 12V-5V 2 Hạ áp từ 12V
xuống 5V
7 Nút nhấn 3A/220V 3
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 59 8 Role 5V 3 9 Diode 1N4007 1A 3 10 Led 1.8V 5 11 Domino 2 chân 6 12 Hang rào 8 13 Bóng đèn 220v 4 14 Transistor c1815 5V 3
Bảng 4-1 Thống kê linh kiện
4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra
Sau khi đã khoan mạch xong, tiến hành hàn linh kiện vào bo đồng. Dùng kéo cắt hết chân linh kiện còn dư khi đã hàn xong, dùng VOM tiến hành đo thông mạch.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 60
Hình 4-6 board mạch điều khiển 2
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 61
4.3. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
4.3.1. Đóng gói bộ điều khiển
Sau khi thi công xong mạch, nhóm tiến hành đóng gói bộ điều khiển.
Các mạch điều khiển được đặt trong hộp cao 5cm nằm bên dưới các phòng như hình sau:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 62
4.3.2. Thi công mô hình
Mô hình được làm từ vật liệu formex, một vật liệu rất rẻ và rất dễ để cắt bằng dao. Mô hình có diện tích 40x40cm, gồm có 3 phòng.
Các vật liệu cần chuẩn bị trước: - 5 miếng formex 60X60. - Dao dọc giấy.
- Thước kẻ dùng để đo đạc.
- Giấy nhám để mài mòn các cạnh.
- Keo 502 để dán các miếng formex lại với nhau.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 63
4.4. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển
a. Giới thiệu phần mềm lập trình arduinoIDE.
Arduino là bo mạch vi điều khiển mạch đơn được sử dụng để làm thiết bị điện tử cho các dự án đa lĩnh vực theo cách tiếp cận dễ dàng đối với người sử dụng.
Phần cứng bao gồm một bảng mạch điện tử phần cứng dạng nguồn mở được thiết từ bộ vi xử lý 8-bit Atmel AVR , hoặc 32-bit Atmel ARM. Phần mềm cho phần cứng
Hình 4-11 Biểu tượng phần mềm lập trình Hình 4-10 Mô hình sau khi trang trí
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 64 này bao gồm một trình biên dịch ngôn ngữ lập trình chuẩn và một bộ nạp khởi động, để có thể thực hiện các lệnh trên bộ vi điều khiển.
Các bảng mạch Arduino có thể được mua trước khi lắp ráp hoặc bộ dụng cụ tự-mình-làm DIY. Thông tin thiết kế phần cứng có sẵn cho những người muốn tự tay lắp ráp một bảng mạch Arduino. Người ta ước tính vào giữa năm 2011 có hơn 300.000 bộ bảng mạch Arduino chính thức đã được sản xuất thương mại.
Sơ lược lịch sử
Arduino được khởi đầu vào năm 2005 từ một dự án cho sinh viên tại Viện Thiết kế Tương tác Ivrea tại Ivrea, Italia. Tại thời điểm của chương trình đó sinh viên thường sử dụng bo mạch "BASIC Stamp" có chi phí tới 100$, xem ra là đắt đôi với sinh viên. Một trong những người sáng lập, Massimo Banzi, hiện đang là giảng viên tại Ivrea.
Một đồ án về phần cứng đã đóng góp vào một thiết kế hệ thống kết nối điện dẫn của sinh viên người Colombia tên là Hernando Barragan. Sau khi các nền tảng hệ thống điện dẫn đã được hoàn tất, các nhà nghiên cứu làm việc để làm cho hệ thống đó gọn nhẹ hơn, rẻ hơn, và có sẵn cho cộng đồng nguồn mở. Trường này cuối cùng đã đóng cửa, do đó, các nhà nghiên cứu, trong số họ là David Cuartielles, đã thúc đẩy ý tưởng phát triển về Arduino.
b. Cài đặt phần mềm arduino IDE
Bước 1: Truy cập địa chỉ http://arduino.cc/en/Main/Software/... . Đây là nơi lưu trữ cũng như cập nhật các bản IDE của Arduino. Bấm vào
mục Windows ZIPfile for non admin install như hình minh họa.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 65 Bạn sẽ được chuyển đến một trang mời quyền góp tiền để phát triển phần mềm cho Arduino, tiếp tục bấm JUSTDOWNLOADđể bắt đầu tải.
Bước 2: Sau khi download xong, các bạn bấm chuột phải vào file vừa download arduino-1.6.4-windows.zip và chọn “Extract here” để giải nén.
Hình 4-14 Nhấp vào JUST DOWNLOAD
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 66
Bước 3: Copy thư mục arduino-1.6.4 vừa giải nén đến nơi lưu trữ.
Bước 4: Chạy file trong thư mục arduino-1.6.4\ để khởi động Arduino IDE
Hình 4-15 Nhấp vào Extract Here để giải nén
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 67
c. Cài đặt driver
Để máy tính của bạn và board Arduino giao tiếp được với nhau, chúng ta cần phải cài đặt driver trước tiên.
Nếu bạn dùng Windows 8, trong một số trường hợp Windows không cho phép bạn cài Arduino driver (do driver không được kí bằng chữ kí số hợp lệ). Do vậy bạn cần vào Windows ở chế độ Disable driver signature enforcement thì mới cài được driver
Xem hướng dẫn thực hiện tại bài viết Disabling Driver Signature on Windows 8 của SparkFun.
Đầu tiên, các bạn chạy file arduino-1.6.4\drivers\dpinst-x86.exe (Windows x86) hoặc arduino-1.6.4\drivers\dpinst-amd64.exe(Windows x64). Cửa sổ “Device Driver Installation Wizard” hiện ra, các bạn chọn Next để tiếp tục.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 68 Khi có yêu cầu xác nhận cài đặt driver, chọn “Install”
Đợi khoảng 10 giây trong lúc quá trình cài đặt diễn ra …
Hình 4-18 Nhấn Install khi có yêu cầu xác nhận
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 69 Quá trình cài đặt đã hoàn tất. Bấm “Finish” để thoát.
4.4.1. Phần mềm lập trình web.
a. Giới thiệu về phần mềm lập trình Adobe Dreamweaver.
Adobe Dreamweaver là phần mềm thiết kế Web mạnh mẽ và hiệu quả. Nó hỗ trợ đầy đủ các phương tiện để bạn có thể thiết kế một trang web mà bạn thích. Trong nội dung bài viết dưới đây Taimienphi.vn sẽ hướng dẫn các bạn cách cài và sử dụng Adobe Dreamweaver.
b. Cách cài đặt phần mềm.
Hình 4-20 Nhấn finish để kết thúc
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 70
Bước 1: Trước tiên bạn cần tải phần mềm về máy. Bạn có thể tải phiên bản mới nhất của Adobe dreamweaver tại đây
Bước 2: Sau khi tải về thành công. Mở thư mục chứa, tìm đến file cài đặt. Sau đó chuột phải chọn Run as administrations
Sau đó một cửa sổ mới chương trình hiện ra, Đợi một lúc.
Hình 4-22 Chọn Run as administrator
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 71
Bước 3: Cửa sổ mới hiện ra, màn hình chào mừng và giới thiệu về Adobe dreamweaver. Bạn tiến hành chọn Accept để sang bước tiếp theo
Bước 4: Ở bước này nếu bạn có key để sử dụng Adobe dreamweaver thì điền vào mục Provide a serial number, Nếu bạn muốn sử dụng Adobe dreamweaver ở phiên bản dùng thử thì chọn Install this product a trial, Chọn ngôn ngữ sử dụng (thường là English) Sau đó Next để sang bước tiếp
Hình 4-25 Nhấn NEXT để tiếp tục Hình 4-24 Nhấn ACCEPT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 72
Bước 5: Nhìn sang bên phải bạn cài thêm các chương trình bổ sung khác như adobe air, adobe media player.... Nếu không muốn cài thêm các chương trình này bạn chỉ cần bỏ tích. Ở mục Location chọn nơi để cài Adobe dreamweaver tốt nhất nên để mặc định. Sau khi đặt các tùy chọn xong nhấn Install để bắt đầu cài đặt chương trình vào máy.
Bước 6: Ở bước này bạn phải đợi khá lâu cho tới khi chương trình chạy xong. Sau khi quá trình hoàn tất nhấn Done
Hình 4-27 Nhấn INSTAL để cài đặt
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 73
c. Hướng dẫn sử đụng phần mềm.
Bước 1: Mở Adobe dreamweaver lên có giao diện như hình dưới
Bước 2: Bạn vào File chọn New..
Hình 4-29 Giao diện khi mở DW
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 74
Bước 3: Trong mục Create New bạn chọn ngôn ngữ thiết Web ( HTML, PHP, CSS, Java, XML, ...) Ở đây Taimienphi chọn HTML
Bước 4: Khung soạn thảo hiện thị ra cho bạn viết Code.
- Tab Code: Viết các lệnh Code
- Tab Split: Chế độ xem 2 cột, một bên là mã code một bên là thiết kế
- Design: Xem thiết kế
Hình 4-31 Nhấp chọn New để tạo file mới
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 75
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 76
4.5. LƯU ĐỒ HỆ THỐNG
4.5.1. Lưu đồ điều khiển từ web server và tin nhắn điện thoại.
Bắt Đầu
Khởi tạo Lora,SIM,cài đăt các thông số.
S
Đ
Kiểm tra có tin nhắn hợp lệ
Xử lý dữ liệu trong tin nhắn.Gửi dữ liệu lên Webserver