Giới thiệu
DHT11 Là cảm biến nhiệt độ, độ ẩm rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire (giao tiếp digital 1-wire truyền dữ liệu duy
nhất). Cảm biến được tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu giúp dữ liệu nhận về được chính xác mà không cần phải qua bất kỳ tính toán nào.
Đặc điểm:
- Điện áp hoạt động: 3V - 5V (DC)
- Dải độ ẩm hoạt động: 20% - 90% RH, sai số ±5%RH
- Dải nhiệt độ hoạt động: 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C
- Tần số lấy mẫu tối đa: 1 Hz
- Khoảng cách truyển tối đa: 20m
- Sơ đồ chân Cảm biến DHT11 gồm 2 chân cấp nguồn, và 1 chân tín hiệu. Hiện nay, thông dụng ngoài thị trường có hai loại đóng gói cho DHT11: 3 chân và 4 chân. Xem các hình dưới
Hình 2.9 Cảm biến DHT11
Phân loại
Để đọc nhiệt độ môi trường ta có thể sử dụng các loại cảm biến LM35, DS18B20, LM335Z hay các module được tích hợp đo nhiệt độ như HR202, NTC, … Với nhiệm vụ đọc nhiệt độ môi trường để xử lý thì cảm biến nhiệt độ DHT11 có thể đáp ứng tốt yêu cầu đề tài. Với ưu điểm như hoạt động khá chính xác với sai số ít, kích thước nhỏ và giá thành thấp, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 là một trong những cảm biến tương tự được sử dụng rất nhiều trong các ứng dụng đo nhiệt độ và độ ẩm
Ứng dụng
Cảm biến quang đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa. Ứng dụng chủ yếu của cảm biến DHT11 là dùng để đo nhiệt độ và độ ẩm và để phục vụ cho các hoạt động trong công nghiệp, …
2.3.3 Động cơ DC Giới thiệu
Động cơ DC là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Đầu dây ra của động cơ thường gồm hai dây (dây nguồn - VCC và dây tiếp đất - GND).
Khi cung cấp năng lượng, động cơ DC sẽ bắt đầu quay, chuyển điện năng thành cơ năng. Hầu hết các động cơ DC sẽ quay với cường độ RPM rất cao (số vòng quay/ phút). Tốc độ không tải của động cơ DC nếu không giảm tốc có thể đạt từ 1000RPM tới 40.000RPM.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
– Cấu tạo: gồm có 3 phần chính stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và phần cổ góp - chỉnh lưu.
+ Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện.
+ Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều.
+ Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
Nguyên lý hoạt động:
Pha 1
Pha 3 Pha 2
Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
+ Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor.
+ Pha 2: Rotor tiếp tục quay.
+ Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1.
Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng.
Phân loại
- Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
- Động cơ điện 1 chiều kích từ song song.
- Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp.
- Động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp.
Ứng dụng
Bởi có thể dễ dàng điều chỉnh tốc độ và khả năng làm việc trong môi trường quá tải nên động cơ điện một chiều giữ vai trò rất quan trọng trong công nghiệp. Ứng dụng trong các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn như máy công cụ lớn, máy cán thép, máy kéo sợi, … Ngoài ra, động cơ điện một chiều còn được ứng dụng trong học tập, các mô hình đồ án, các công trình nghiên cứu về điện tử, tự động hóa.
2.3.4 NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module) Giới thiệu: ESP8266 NodeMCU Giới thiệu: ESP8266 NodeMCU
ESP8266 NodeMCUlà dạng vi điều khiển tích hợp Wifi (Wifi SoC) được phát triển bởi Espressif Systems, một nhà sản xuất Trung Quốc có trụ sở tại Thượng Hải. Với vi điều khiển và Wifi tích hợp, ESP8266 cho phép lập trình viên có thể thực hiện vô số các tác vụ TCP/IP đơn giản để thực hiện vô số các ứng dụng khác nhau, đặc biệt là các ứng dụng IoT. Tuy nhiên, vào thời điểm ra mắt năm 2014, hầu như chỉ có tài liệu bằng tiếng Trung Quốc nên ESP8266 chưa được phổ biến như hiện nay. Module ESP8266 có giá thành rẻ nhất trong tất cả các loại Wifi SoC từ trước tới nay (trước ESP8266 có series CC3xxx từ Ti rất mắc nên không phổ biến), chỉ khoảng 2USD cho phiên bản đầu tiên, điều này đã thu hút các IoT-er khám phá cũng như dịch các tài liệu của ESP8266 sang tiếng Anh và phát triển vô số các ứng dụng kèm theo. Sau nhiều năm phát triển, hiện nay đã có hơn 14 phiên bản ESP ra đời, trong đó phổ biến nhất là ESP-12.
Hình 2.11 Module ESP8266 ESP-12
Module ESP-12 kết hợp với firmware ESP8266 trên Arduino và thiết kế phần cứng giao tiếp tiêu chuẩn đã tạo nên NodeMCU, loại Kit phát triển ESP8266 phổ biến nhất trong thời điểm hiện tại. Với cách sử dụng, kết nối dễ dàng, có thể lập trình, nạp chương trình trực tiếp trên phần mềm Arduino, đồng thời tương thích với các bộ thư viện Arduino sẵn có, NodeMCU là sự lựa chọn hàng đầu cho các bạn muốn tìm hiểu về ESP8266 hiện nay.
Hình 2.12 Module ESP8266 NodeMCU Lua CP2102
Đặc tính nổi bật
- Tích hợp 2 nút nhấn
- Tích hợp chip chuyển usb - uart CP2102
- Full IO: 10 GPIO, 1 Analog, 1SPI, 2 UART, 1 I2C/I2S, PWM, v.v....
- Được hỗ trợ bởi cộng đồng lớn mạnh Nodemcu
Thông số kỹ thuật
- Phiên bản firmware: NodeMCU Lua
- Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102.
- GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU.
- Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin.
- GIPO giao tiếp mức 3.3VDC
- Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash.
- Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino.
- Kích thước: 25 x 50 mm.
Bảng 2.1: Thành phần NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module) Vi điều khiển ESP8266 Wifi Soc
Chip nạp CP2102
GPIO 10 chân từ D0 - D10, có chức năng PWM, I2C, SPI, 1-Wire, UART và ADC trên chân A0
Vin 5 VDC
Điện áp trên mỗi chân GPIO 3.3V
2.3.5 Module điều khiển động cơ L298N
Module L298N là Module điều khiển động cơ (Motor Driver) sử dụng chip cầu H L298N giúp điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ DC một cách dễ dàng, ngoài ra module L298N còn điều khiển được 1 động cơ bước lưỡng cực. Mạch cầu H của IC L298N có thể hoạt động ở điện áp từ 5V đến 35V. Module L298N có tích hợp một IC nguồn 78M05 để tạo ra nguồn 5V để cung cấp cho các thiết bị khác.
Hình 2.14 Sơ đồ các chân Module L298
Thông số kỹ thuật:
Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H.
Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V
Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=> 2A cho mỗi motor)
Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~
Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)
Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃
L298 gồm các chân:
12V power, 5V power. Đây là 2 chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ. Có thể cấp nguồn 9-12V ở 12V.
Power GND chân này là GND của nguồn cấp cho Động cơ.
2 chân A enable và B enable, để như hình, đừng rút ra bạn nhé!
Gồm có 4 chân Input. IN1, IN2, IN3, IN4. Nhận tín hiệu điều khiển
Output A: nối với động cơ A. bạn chú ý chân +, -. Nếu bạn nối ngược thì động cơ sẽ chạy ngược.
Và chú ý nếu bạn nối động cơ bước, bạn phải đấu nối các pha cho phù hợp.
Board này gồm 2 phần điều khiển động cơ. Và có thể điều khiển cho 1 động cơ bước 6 dây hoặc 4 dây.
2.3.6 Đèn và Relay trung gian đóng cắt
Vì loại bóng đèn 220V AC và 12V DC có giá phù hợp với sinh viên chúng em, dễ tìm kiếm, tính ứng dụng vào thực tế đời sống cao. Nên nhóm em chọn làm trong đồ án tốt nghiệp. Sử dụng Relay 5v để đóng cắt các thiết bị.
.
Hình 2.15 Đèn và Relay trung gian
Thông số kỹ thuật: Đèn 220V AC: - Công suất: 1W - Nguồn cấp: 220-240 V AC - Màu ánh sáng: Trắng, Vàng, Đỏ, ... - Đầu đèn: E12 - Tuổi thọ: 1000 giờ Đèn 12V DC: - Công suất: 3W - Nguồn cấp: 12V DC - Màu ánh sáng: Trắng, Vàng, Đỏ, ... - Đầu đèn: không có
- Chất liệu: Thủy tinh trong suốt
- Ánh sáng màu vàng
Relay:
- Điện áp nuôi mạch: 5VDC.
- Dòng tiêu thụ: khoảng 200mA/1Relay
- Tín hiệu kích: High (5VDC) hoặc Low (0VDC) chọn bằng Jumper.
- Nguồn nuôi: 5VDC.
- Tiếp điểm đóng ngắt max: 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A
- Kích thước: 72 (L) * 55 (W) * 19 (H) mm.
2.3.7 Năng Lượng mặt trời và ắc quy
Pin năng lượng Mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) - là phần tử bán dẫncó chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin mặt trời). Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo. Chúng có thể được dùng như cảm biến ánh sáng (ví dụ cảm biến hồng ngoại), hoặc các phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy hoặc đo cường độ ánh sáng.
Sự chuyển đổi này thực hiện theo hiệu ứng quang điện. Hoạt động của pin mặt trời được chia làm ba giai đoạn:
Đầu tiên năng lượng từ các photon ánh sáng được hấp thụ và hình thành các cặp electron-hole trong chất bán dẫn.
Các cặp electron-hole sau đó bị phân chia bởi ngăn cách tạo bởi các loại chất bán dẫn khác nhau (p-n junction). Hiệu ứng này tạo nên hiệu điện thế của pin mặt trời.
Pin mặt trời sau đó được nối trực tiếp vào mạch ngoài và tạo nên dòng điện. Các pin năng lượng Mặt trời có nhiều ứng dụng trong thực tế. Do giá thành còn đắt, chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao, ngoài đảo xa, hoặc phục vụ các hoạt động trên không gian; cụ thể như các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước... Các Pin năng lượng Mặt trời được thiết kế như những module thành phần, được ghép lại với nhau tạo thành các tấm năng lượng Mặt trời có diện tích lớn, thường được đặt trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể có ánh sáng nhiều nhất, và kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện. Các tấm pin Mặt Trời lớn ngày nay được lắp thêm bộ phận tự động điều khiển để có thể xoay theo hướng ánh sáng, giống như loài hoa hướng dương hướng về ánh sáng Mặt Trời.
Bình ắc quy là một dạng nguồn điện hóa học, dùng để lưu trữ điện năng dưới dạng hóa năng. Bình ắc quy cơ bản như tụ điện (tích trữ năng lượng). Bình ắc quy có các ngăn mỗi ngăn sẽ cho ra 1 mức điện áp (ví dụ bình 12V có 6 ngăn mỗi ngăn cho ra mức điện áp là 2V=> bình 12v gồm các ngăn mắc nối tiếp nhau) Các bản cực âm dương xen kẽ nhau và ngăn cách nhau bởi chất cách điện. Nguyên tắc hoạt động gồm 2 quá trình, đó là quá trình nạp điện và quá trình xả điện.
Hình 2.16 Bình ắc quy và Pin năng lượng mặt trời
2.3.8 Camera quan sát
Camera quan sát là việc sử dụng các mắt điện tử để ghi lại những hình ảnh, video lại vị trí lắp các mắt điện tử, những hình ảnh đó sẽ được lưu lại và phát trực tiếp lên màn hình cho chúng ta giám sát, quản lý hay xử lý những sự cố không đáng có xảy ra.
Tùy vào môi trường khác nhau mà chúng ta sẽ chọn lắp đặt những con mắt điện tử khác nhau, camera trên thì trường thế giới an ninh đang có rất nhiều hãng mà chúnAg ta có thể chọn lắp đặt mắt camera.
Hiện nay rất nhiều người chọn camera quan sát để lắp đặt quan sát an ninh cho hộ gia đình, bệnh viện, trường học, cửa hàng, shop, kho xưởng, ... nhằm bảo vệ an ninh, nâng cao an ninh quan sát tại khu vực lắp đặt camera quan sát.
Hình 2.17 Camera giám sát công viên
2.3.9 Tổng quan về module RFID.
RFID - Radio Frequency Identification Detection là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến. Là một phương pháp nhận dạng tự động dựa trên việc lưu trữ dữ liệu từ xa sử dụng thiết bị thẻ RFID và một đầu đọc RFID.
Các thành phần của hệ thống RFID gồm 2 thành phần quan trọng nhất là: - Tag (thẻ RFID).
- Reader (đầu đọc RFID).
(Trên Tag và Reader đều có Anten)
Tag và Reader giao tiếp với nhau ở cùng một Tần Số. RFID sử dụng sóng Radio nên tốc độ truyền dữ liệu, khoảng cách truyền giữa Tag và Reader phụ thuộc rất nhiều vào Tần Số. Do đó tùy thuộc vào ứng dụng trực tiếp mà các hệ thống RFID sử dụng rất nhiều dải tần số khác nhau, ở đây mình nêu ra 3 dải tần số thông dụng:
- Tần số thấp ( LF ) (khoảng 100kHz – 150 kHz). - Tần số cao ( HF ) (10 – 15 MHz).
Hình 2.18 Hình ảnh Module RFID Đặc điểm của module MF RC522:
MF RC522 ứng dụng cho việc tích hợp cao việc đọc và viết dữ liệu.
Giao tiếp với thẻ tại tần số 13.56Mhz.
Là sự lựa chọn tốt cho sự phát triển của các thiết bị thông minh và thiết bị di động cầm tay.
MF RC552 sử dụng cho việc nâng cao điều chế và giải mã điều chế thông tin giao tiếp thụ động bằng các phương pháp hoàn toàn thích hợp trong tần số 13.56 Mhz.
Tương thích với bộ phát tín hiệu 14443A.
ISO 14443A xử lý kỹ thuật để phát hiện lỗi và các khung hình.
CRYPTO1 nhanh chóng hỗ trợ mã hóa thuật toán để xác nhận sản phẩm là mafire.
MF RC552 hỗ trợ mafire giao tiếp với các chuỗi bằng tốc độ cao, tốc độ truyền dữ liệu 2 chiều lên tới 424kbit/s.
MF RC552 cũng tương tự như MF RC500, MF RC530 nhưng cũng có những đặc điểm và sự khác biệt, giao tiếp giữa nó và máy chủ ở chế độ SPI giúp giảm thiểu các kết nối hạn hẹp của PCB, giảm chi phí đáng kể.
Các MF 552 là các module được thiết kế để dể dàng sử dụng với các đầu đọc thẻ mạch.
Giá thành rẻ và được áp dụng cho sự phát triển các thiết bị cho người sử dụng
Nâng cao sự phát triển của các ứng dụng, đáp ứng nhu cầu về sử dụng các thiết bị đầu/cuối sử dụng thẻ nhớ RF.
Module này có thể được nạp trược tiếp vào các khuôn reader khác nhau, rất thuận tiện.
Sơ đồ chân kết nối:
Chân 1: SDA(SS) chân lựa chọn chip khi giao tiếp SPI (kích hoạt mức thấp) Chân 2: SCK: chân xung trong chế độ SPI.
Chân 3: MOSI(SDI): Master Data Out – Slave In trong chế độ giao tiếp SPI. Chân 4: MISO(SDO): Master Data In – Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI. Chân 5: IRQ: chân ngắt.
Chân 6 GND: chân nối mass.
Chân 7: RST: chân reset lại module.