Đặc điểm Giá trị Điện áp làm việc 3.3 – 6 V DC Dòng tiêu thụ Trạng thái nghỉ: 40 – 50 μA Trạng thái làm việc: 1 – 1.5 mA Tín hiệu ngõ
ra Tín hiệu số trên 1 chân
Thành phần
cảm biến Cảm biến điện dung
Khoảng đo Độ ẩm: 0 đến 100% RH; Nhiệt độ: -40 đến +80 oC Độ chính xác Độ ẩm: ±2 % RH (Có thể lên đến ±5 % RH); Nhiệt độ: ± 0.5 oC Độ phân giải thang đo Độ ẩm: 0.1 %RH; Nhiệt độ: 0.1 oC
Tuổi thọ cao Sai số thay đổi: ± 0.5 %RH/năm Chu kì lấy mẫu 2s Kích thước (mm) 14*18*5.5 Khoảng cách truyền tín hiệu
Tối đa 100 m, tùy thuộc chất lượng dây dẫn và mối nối
Cảm biến này cũng có một số khuyến cáo không nên dùng cho các ứng dụng liên quan đến an toàn thiết bị hay các hệ thống đòi hỏi độ chính xác và an toàn cao. Đối với phạm vi ứng dụng của hệ thống là Giám sát điều kiên môi trường phòng máy để cảnh báo giảm thiểu rủi ro hao mòn thiết bị thì việc xảy ra lỗi là có thể chấp nhận được nhưng cũng cần có cảnh báo khi lỗi xảy ra để thực hiện tác vụ kiểm tra xử lý [14].
Chi tiết về hoạt động giao thức 1-wire của cảm biến DHT22: Nguồn điện và chân:
Khi nguồn điện được cấp (áp 3.3 – 5.5 VDC), trong giây đầu tiên không gửi bất kỳ tín hiệu nào đến sensor để bỏ qua trạng thái khởi động. Nên chèn 1 cảm tụ 100nF giữa VCC và GND để lọc hài.
Tín hiệu truyền thông và giao tiếp:
Dữ liệu truyền thông giữa vi xử lý (MCU) và DHT22 là dữ liệu trên một bus, cấu trúc dữ liệu DHT22 gửi về cho MCU có độ dài 40 bit có cấu trúc như sau:
DATA = 16 bit RH + 16 bit nhiệt độ + 8 bit check-sum
Ví dụ:
- Data = 0000 00101000 1100 0000 0001 0101 1111 1110 1110
- Khi đó ta chuyển bin sang dec với hệ số 0.1 là được giá trị thực: RH = 0000 0010 1000 1100 = 652/10 = 65.2%
Nhiệt độ = 0000 0001 0101 1111 = 351/10 = 35.1 oC
Check-sum = 0000 0010 + 1000 1100 + 0000 0001 + 0101 1111 = 1110 1110
Khi MCU gửi tín hiệu khởi động, DHT22 chuyển trạng thái nghỉ sang làm việc. Khi MCU ngưng gửi tín hiệu khởi động, DHT22 sẽ gửi dữ liệu về độ ẩm và nhiệt độ 40-bit về cho MCU. Nếu MCU không gửi tín hiệu khởi động, DHT22 sẽ chuyển về trạng thái nghỉ. Sau đây là minh họa chi tiết giao thức truyền thông giữa MCU và DHT22 (Hình 3.26, 3.27):
- Bước 1: MCU gửi tín hiệu khởi động cho DHT22 và DHT22 gửi tín hiệu
phản hồi cho MCU.
Ở trạng thái tự do, bus dữ liệu được thả ở mức cao, MCU sẽ kéo mức tín hiệu xuống thấp khoảng dưới 20 ms để đảm bảo DHT22 nhận được tín hiệu sau đó MCU đẩy mức tín hiệu lên cao và đợi 20-40μs để chờ DHT22 phản hồi.
Khi DHT22 nhận được tín hiệu khởi động, DHT22 sẽ kéo mức tín hiệu xuống 80μs để phản hồi, sau đó kéo lên mức cao 80μs nữa để chuẩn bị gửi dữ liệu.
Hình 3.26: Minh họa quá trình chuẩn bị gửi dữ liệu giữa MCU với DHT22 giữa MCU với DHT22
- Bước 2: DHT22 gửi dữ liệu cho MCU
Khi DHT22 đang gửi dữ liệu cho MCU, mỗi bit truyền đi đều bắt đầu bằng mức tín hiệu thấp kéo dài 50μs và mức tín hiệu đi sao sẽ quyết định bit dữ liệu này là "0" hay "1" tùy vào độ dài của mức tín hiệu (26-28 μs sẽ là bit "0", đối với bit "1" là 50μs).
Hình 3.27: Minh họa toàn bộ quá trình truyền dữ liệu giữa MCU và DHT22 giữa MCU và DHT22
3.2.1.6 Khối Giám sát khói – Module cảm biến khí MQ2:
Module cảm biến khí MQ2 cho phép phát hiện khói, khí gây cháy trong phạm vi rộng, thời gian đáp ứng và độ nhạy cao được ứng dụng nhiều trong công nghiệp và dân dụng trong việc phát hiện các khí gây cháy hóa lỏng (LPG), propane, methano, cồn, hydro và khói (Hình 3.28).
Điểm qua một số thông số kỹ thuật và tính năng của module: - Nguồn hoạt động: 5V DC
- Giá trị dữ liệu trả về: Analog, Digital
- Có biến trở điều chỉnh độ nhạy cảm biến, thay đổi ngưỡng cảnh báo cho giá trị mức tín hiệu chân Digital.
Do mức điện áp tín hiệu chân dữ liệu của cảm biến MQ2 trả về là mức điện áp 5V, để không làm hỏng board mạch Pi ta cần thực hiện chuyển mức điện áp này về mức điện áp 3V3 (mức điện áp cao nhất mà chân GPIO của Pi chấp nhận).
Sơ lược một vài thông số kỹ thuật và tính năng của module chuyển mức điện áp AMS1117 3V3 như sau (Hình 3.29):
- Điện áp vào: 4.5 – 12 V DC - Điện áp ra: 3.3V, 800 mA - Sử dụng chip AMS1117
3.2.1.7 Khối Giám sát điện lưới – Adapter 5V DC:
Khối này có chức năng giám sát điện lưới có mất. Khối bao gồm: Một adapter chuyển từ 220V xuống 5 VDC bất kỳ, và một rờ le thường đóng (điện áp kích 5VDC) đóng ngắt tiếp điểm kết nối mức tín hiệu vào một chân GPIO của PI (hoạt động ở chế độ Input) để giám sát (Hình 3.30).
Thông số kỹ thuật yêu cầu của Adapter 5V: - Điện áp vào: 220V AC
- Điện áp ra: 5V DC
Thông số kỹ thuật yêu cầu của Rơ le sử dụng: - Điện áp nuôi: 5 V DC
- Điện áp kích: 5V DC
- Loại tiếp điểm: Thường đóng và thường mở.
3.2.2 Kết nối các giao diện phần cứng, thiết bị:
3.2.2.1 Kết nối các khối qua giao diện Ethernet:
Kết nối Ethernet được thực hiện giữa khối Giám sát và xử lý cục bộ với khối Giám
sát ra vào, khối Giám sát an ninh và chuyển động thông qua Ethernet switch (thiết bị
chuyển mạch IP lớp 2).
3.2.2.2 Kết nối khối Giám sát cục bộ với nhóm Cảm biến:
Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22: Hình 3.30: Module rờ le kích mức thấp 5V DC Hình 3.29: Module chuyển mức điện áp 3V3