6. Bố cục của luận án
3.7Nghiên cứu giải pháp nâng cấp cảm biến
Hình ảnh của cảm biến được trình bày trong hình 3.11. Cảm biến có hai mắt đo ánh sáng, mắt đo ánh sáng thứ nhất được gắn trên một bệ đỡ chuyển động quay bởi một mô tơ bước, mắt đo này sẽ có nhiệm vụ đo cường độánh sáng đa hướng. Mắt đo ánh sáng thứ hai là một cảm biến tĩnh đo cường độ ánh sáng để tham chiếu.Trong hệ thống này không cần sử dụng
nhiều cảm biến như trong mạng cảm biến. Bằng cách xoay cảm biến ánh sáng, hệ thống
Hình 3.11: Hình ảnh hệ cảm biến quay mới
58 này có thểtránh được các sự cốkhi hướng đo ánh sáng của cảm biến bị các vật thể che chắn. Các thành phần chính của hệ thống là cảm biến ánh sáng, động cơ bước, mạch điều khiển động cơ và mạch điều khiển chính. Hệ thống sử dụng một bộ vi điều khiển để điều khiển góc quay, cảm biến đo cường độ ánh sáng và truyền dữ liệu lên nền tảng điện toán đám mây.
Cảm biến mới được thể hiện trong hình 3.11 có đường kính tổng thể là 100 mm. Hệ thống
này đủ nhỏđể sử dụng trong hầu hết các ứng dụng trong nhà.
Bảng 3.3 tóm tắt các tính năng của cảm biến . Hệ thống sử dụng một cảm biến ánh sáng đểđo động cường độ ánh sáng đa hướng. Trong hệ thống này, không cần sử dụng nhiều cảm biến như trong mạng cảm biến. Bằng cách xoay cảm biến ánh sáng, hệ thống có thểtránh được các sự cốkhi góc đo tĩnh bị vật thể chặn
Bảng 3.3: Mô tả cảm biến quay
Đặc điểm hệ thống Giá trị
Cảm biến ánh sáng BH1750
Động cơ bước 28BYJ-48
Module điều khiển động cơ bước ULN2003
Vi điều khiển ESP8266
Đường kính tổng thể (mm) 100 Sốhướng đo của cảm biến 8 và 16
59
Hình 3.12: Sơ đồ khối cảm biến
60
Hình 3.14: Mạch nguyên lý của cảm biến mới
Như trong sơ đồ hệ thống ở hình 3.12, các thành phần chính của hệ thống là cảm biến ánh sáng, động cơ bước, bảng điều khiển động cơ và bảng điều khiển chính. Hệ thống sử dụng bộ vi điều khiển để điều khiển vòng quay, cảm biến độ rọi của ánh sáng và truyền dữ liệu đến nền tảng giám sát. Trong mô hình này, đế quay cảm biến đã được tinh chỉnh, hình 3.13 cho thấy một số hình ảnh mô hình 3D của đế cảm biến
Hệ thống mới sử dụng một cảm biến tĩnh để cung cấp giá trịđo tham chiếu theo yêu cầu. Trong nghiên cứu này, cảm biến tĩnh được xem xét như là cảm biến có vectơ pháp tuyến bề mặt cảm biến cốđịnh, do đó góc quan sát θ đối với bất kỳ nguồn chiếu sáng nào không thay đổi (xem công thức (3.3)). Cảm biến quay là cảm biến mà góc quan sát của nó có thể được thay đổi. Bằng cách xoay cảm biến theo một trục khác với vectơ pháp tuyến của bề mặt cảm biến, chúng ta có thểthay đổi góc quan sát của nó.
Mạch nguyên lý của hệ thống được thể hiện trong hình 3.14. Các cảm biến giao tiếp với vi điều khiển bằng giao thức I2C. Cảm biến tĩnh và cảm biến quay đồng thời đều là mô-đun đo cường độ ánh sáng kỹ thuật số BH1750 [66]. Mô-đun cảm biến có một bộ chuyển đổi bên trong để chuyển đổi tín hiệu tương tự sang giá trị kỹ thuật số. Mô-đun cũng chứa bộ xử lý tiền xửlý để xử lý giá trị kỹ thuật số và trả về giá trịđo trong phạm vi từ1 đến 65535 Lux
61 Phương pháp xây dựng thuật toán của phép đo cường độ ánh sáng giữtương tựnhư trong thuật toán được trình bày ở phần 3.4 ngoại trừ bổ sung việc thu thập dữ liệu cảm biến tĩnh.. Hình 3.15 trình bày các bước chính của thuật toán. Ban đầu, chương trình thiết lập hướng ban đầu của cảm biến. Cảm biến có thể quay theo một góc 360 độ, do đó có thể đặt bất kỳgóc nào làm hướng đo ban đầu. Sau đó, cảm biến bắt đầu thu thập góc và chiếu sáng dữ liệu. Trong mỗi lần lặp lại của vòng lặp chính được thể hiện trong hình 3.15, chương trình điều khiển sẽ quay cảm biến bằng cách tăng bước động cơ, tính toán góc phát hiện, nhận thông tin mức độ ánh sáng và truyền dữ liệu đến phần mềm giám sát. Việc đếm số bước của động cơ được sử dụng để tính góc dựa trên công thức (3.5). Khi động cơ quay trọn một vòng (2048 bước), việc đếm sẽđược đặt lại về 0 và hướng quay được đảo ngược. Cảm biến có thểđo ánh sáng theo bất kỳhướng nào hoặc tại một nhóm các hướng khoảng cách. Bảng 3.2 tóm tắt một số sự kết hợp của các hướng cảm ứng này, khoảng góc (∆α) và khoảng bước của động cơ. Mô tả8 hướng cảm ứng với cách nhau 45 độvà 16 hướng cách nhau 22.5 độ được thể hiện trong hình 3.16
62
Hình 3.16: Hình ảnh mô phỏng cảm biến quay với sốlượng góc quay khác nhau