3.2.2.1. Cảm biến nhiệt độ LM35
Đề tài này sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 cho ứng dụng giám sát nhiệt độ của lớp học. Cảm biến LM35 giao tiếp với vi điều khiển bằng cách đưa ra một giá trị hiệu điện thế nhất định tại chân Vout (chân ở giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ. Tín hiệu này được đưa vào bộ ADC được tích hợp sẵn của vi điều khiển và đầu ra dạng digital để xử lý. Như vậy, bằng cách đưa vào chân bên trái của cảm biến LM35 hiệu điện thế 5V, chân phải nối đất, đo hiệu điện thế ở chân giữa bằng các chân được gắn tương ứng trên vi điều khiển sẽ thu được nhiệt độ hiện tại.
Sơ đồ kết nối giữa cảm biến nhiệt độ LM35 và vi điều khiển trung tâm như sau:
Hình 3.3 Sơ đồ kết nối của cảm biến LM35
Tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35:
Ở đề tài tốt nghiệp này, vi điều khiển được sử dụng là STM32F103 với bộ ADC 12 bit. Công thức tính nhiệt độ dựa vào hiệu điện thế đầu ra của LM35 như sau: Ta có: u = t * k
Trong đó u: điện áp đầu ra (mV)
t: nhiệt độ môi trường đo (°C)
k: là hệ số theo nhiệt độ của LM35, 10mV/1°C
Điện áp tham chiếu cho LM35 Vref là 3.3V, bộ giải mã ADC sử dụng 12bit, thì bước thay đổi của LM35 sẽ là 3.3/(212) = 3.3/4096. Giá trị ADC đo được thì điện
34 áp đầu vào của LM35 là: u = (t*k)/(3.3/4096) = ((10−2)* 4096*t)/3.3 = 12.41 *t. Vậy nhiệt độ ta đo được t = (giá trị ADC) / 12.41.
Sai số của LM35:
+ Tại 0°C thì điện áp của LM35 là 10mV + Tại 150°C thì điện áp của LM35 là 1.5V
==> Dải điện áp ADC biến đổi là 1.5 - 0.01 = 1.49 (V) + ADC 12 bit nên bước thay đổi của ADC là: n = 0.81mV Vậy sai số của hệ thống đo là: Y = 0.00081/1.49 = 0.054%
3.2.2.2. Cảm biến đo dòng ACS712
Cảm biến đo dòng ACS712 được sử dụng cho ứng dụng đo dòng điện xoay chiều từ các thiết bị điện (điều hòa, máy chiếu) để phát hiện tín hiệu bật tắt các thiết bị đó để phục vụ cho việc điều khiển hệ thống. Cụ thể, khi các thiết bị này tắt, dòng điện ra = 0, ngược lại, khi trong chế độ hoạt động, giá trị dòng này > 0.
Việc lấy các tín hiệu này nhằm mục đích xây dựng các kịch bản tự động cho lớp học:
- Kịch bản 1: Khi có tín hiệu bật điều hòa, hệ thống điều khiển 2 cửa sổ đóng 1 cách tự động để tiết kiệm điện.
- Kịch bản 2: Khi có tín hiệu bật máy chiếu, hệ thống điều khiển đèn và rèm ở khu vực máy chiếu tắt và đóng 1 cách tự động để thuận tiện cho việc dạy và học bằng máy chiếu.
Trong khuôn khổ luận văn này, việc tích hợp cảm biến này trên các thiết bị thật là không khả thi do giá thành và rủi ro cao. Vì thế, tôi sử dụng 2 đèn 220V thay thế để mô phỏng cho hệ thống. Tín hiệu bật tắt đèn tương ứng với tín hiệu mở đóng điều hòa (máy chiếu).
Sơ đồ kết nối giữa cảm biến đo dòng ACS712 và vi điều khiển trung tâm như sau:
Hình 3.4 Sơ đồ kết nối của cảm biến ACS712
Các tín hiệu đầu vào của cảm biến là 2 dây ra của dòng điện xoay chiều. Tín hiệu điện áp ra của cảm biến được đưa vào bộ ADC để xử lý.
35 Điện áp tham chiếu cho ACS712 Vref là 3.3V, bộ giải mã ADC sử dụng 12bit, thì bước thay đổi của ACS712 sẽ là 3.3/(212) = 3.3/4096.
Vậy giá trị dòng điện ra đo được I = (giá trị ADC) * 3.3 / 4096.
3.2.2.3. Công tắc hành trình
Đề tài này sử dụng các công tắc hành trình 5V cho ứng dụng điều khiển các rèm cửa. Cụ thể mỗi rèm cửa cần 3 công tắc hành trình để xác định các điểm giới hạn tương ứng với 3 trạng thái của rèm: mở, mở 50%, đóng (tương ứng với công tắc hành trình 1, 2, 3).
Khi rèm cửa chạm tới cần gạt của công tắc hành trình, xảy ra ngắt ngoài trên các chân tương ứng của MCU. MCU xử lí các tín hiệu ngắt đó và đưa ra tín hiệu điều khiển rèm.
- Khi có tín hiệu mở rèm, MCU gửi tín hiệu điều khiển động cơ 1 chiều quay thuận, khi rèm chạm tới cần gạt của công tắc hành trình 2 thì xảy ra ngắt ngoài tại chân này, nhưng động cơ không dừng, vì ngắt này không tương ứng với chế độ mở rèm, đến khi rèm chạm tới cần gạt của công tắc hành trình 1 thì xảy ra ngắt ngoài tại chân này, MCU mới gửi tín hiệu dừng động cơ.
- Khi có tín hiệu mở rèm 50%, MCU gửi tín hiệu điều khiển động cơ 1 chiều quay thuận, khi rèm chạm tới cần gạt của công tắc hành trình 2 thì xảy ra ngắt ngoài tại chân này, MCU gửi tín hiệu dừng động cơ.
- Khi có tín hiệu đóng rèm, MCU gửi tín hiệu điều khiển động cơ 1 chiều quay nghịch, khi rèm chạm tới cần gạt của công tắc hành trình 3 thì xảy ra ngắt ngoài tại chân này, MCU gửi tín hiệu dừng động cơ.
Sơ đồ kết nối giữa các công tắc hành trình và vi điều khiển trung tâm như sau:
Hình 3.5 Sơ đồ kết nối của công tắc hành trình
3.2.2.4. Cảm biến mưa
Cảm biến mưa được sử dụng trong luận văn cho ứng dụng phát hiện khi trời mưa để đưa ra tín hiệu đóng các cửa sổ. Cảm biến mưa này hỗ trợ hai loại ngõ ra tín hiệu là analog (tương tự) và digital (số), để có thể áp dụng linh hoạt tùy mục đích khác nhau. Trong khuôn khổ đề tài này, dạng tín hiệu được sử dụng là tín hiệu
36 Digital ở chân D0. Chân D0 này được kết nối với chân ngắt ngoài của vi điều khiển. Cụ thể, khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 của module cảm biến mưa sẽ được giữ ở mức cao (5V-12V). Khi có nước trên bề mặt cảm biến (trời mưa), có tín hiệu ngắt ngoài, đèn LED màu đỏ sẽ sáng lên, chân D0 được kéo xuống thấp (0V).
Sơ đồ kết nối giữa cảm biến mưa và vi điều khiển trung tâm như sau:
Hình 3.6 Sơ đồ kết nối của cảm biến mưa