Module relay là một board mạch trong đó sử dụng và mạch điều khiển relay. Được thiết kế để có thể điều khiển trực tiếp từ nhiều loại vi điều khiển như Arduino, AVR, PIC, ARM … Sử dụng tín hiệu điện áp thấp (3,3 – 5V) để điều khiển relay đóng mở các tiếp điểm thường đóng (NC) và thường mở (NO). Mô đun relay thường được sử dụng trong mạch điều khiển tự động. Có khả năng điều
khiển tải ngõ ra ở điện áp cao, dòng điện lớn với một dòng tín hiệu điều khiển rất nhỏ ở ngõ vào.
Định nghĩa các chân của module relay
1. VCC: Chân cấp nguồn đầu vào cho mạch điều khiển và cuộn dây relay 2. GND: Chân nguồn tham chiếu 0V.
3. IN: Nhận tín hiệu ngõ vào.
4. NO: Tiếp điểm ngõ ra thường hở của rơ le 5. COM: Chân tiếp điểm chung của rơ le
6. NC: Tiếp điểm ngõ ra thường đóng của rơ le
Hình 3.12 Kí hiệu các chân của module relay 5V
Ưu điểm mạch mô đun relay là mạch chuẩn với mọi loại vi điều khiển, kích thước nhỏ gọn, sơ đồ đấu dây đơn giản với giá thành rất rẻ mà không cần phải tốn công tự làm mạch.
3.4.3 Module I2C và LCD 1602
Màn hình LCD 16x2 là một linh kiện được sử dụng rộng rãi trong trong các dự án điện tử và lập trình. LCD 16x2 được sử dụng để hiển thị trạng thái hoặc các thông số.LCD 16x2 có 16 chân trong đó 8 chân dữ liệu (D0 - D7) và 3 chân điều khiển (RS, RW, EN). 5 chân còn lại dùng để cấp nguồn và đèn nền cho LCD 16x2. Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD ở chế độ lệnh hoặc chế độ dữ
liệu.Chúng còn giúp ta cấu hình ở chế độ đọc hoặc ghi. LCD 16x2 có thể sử dụng ở chế độ 4 bit hoặc 8 bit tùy theo ứng dụng ta đang làm.
Hình 3.13 Màn hình LCD và Module I2C
LCD có quá nhiều nhiều chân gây khó khăn trong quá trình đấu nối và chiếm dụng nhiều chân trên vi điều khiển. Module I2C LCD ra đời và giải quyết vấn để này cho bạn.Thay vì phải mất 6 chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16x2 (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì module IC2 bạn chỉ cần tốn 2 chân (SCL, SDA) để kết nối.Module I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 16x2, LCD 20x4, ...) và tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay.Ưu điểm là tiết kiệm chân cho vi điều khiển và dễ dàng kết nối với LCD.
Thông số kĩ thuật
Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC.
Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780).
Giao tiếp: I2C.
Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2).
Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt.
Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD.
Module RFID RC522 13.56MHz được sử dụng để đọc và ghi dữ liệu cho
thẻ NFC ở tần số 13.56Mhz,với bề ngoài nhỏ gọn mức giá phải chăng module thích hợp cho phổ quát vận dụng như: đóng mở cửa ,kiểm soát xe , hành khách bằng vé thẻ hay thay thế kỹ thuật mã vạch giúp lưu đa dạng dữ liệu hơn hay trong điều hành nhân viên và chấm công, .v.v.
Hình 3.14 Module RFID RC522
Thông Số Kỹ Thuật RFID RC522 :
Dòng làm việc : 13 – 26mA/3.3V-DC
Dòng tĩnh : 10 – 13mA/3.3V-DC
Dòng ở chế độ nghỉ : <80uA
Dòng làm việc max: 30mA
Tần số hoạt động : 13.56Mhz
Các loại thẻ hỗ trợ : mifare_1 S50, mifare_1 S70, mifare UltraLight, mifare Pro, mifare Desfire. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giao tiếp : SPI
Khoảng cách đọc : <60mm/1.95”(mifare_1)
Kích thước : 40mm*60mm
Tốc độ truyền dữ liệu : max 10Mbit/s Tính năng, đặc điểm RFID RC522:
MF RC522 vận dụng cho việc tích hợp cao việc đọc và viết dữ liệu.Giao tiếp với thẻ tại tần số 13.56Mhz.Ngoài ra còn là sự chọn lọc thấp cho sự lớn mạnh
của những trang bị sáng tạo và trang bị di động cầm tay. MF RC552 dùng cho việc tăng điều chế và giải mã điều chế thông báo giao du thụ động bằng những bí quyết hoàn toàn phù hợp trong tần số 13.56Mhz ,tương thích sở hữu bộ phát dấu hiệu 14443A.ISO 14443A xử lý kỹ thuật để phát hiện lỗi và những sườn hình. CRYPTO1 mau chóng tương trợ mã hóa thuật toán để công nhận sản phẩm là mafire. MF RC552 tương trợ mafire giao tiếp có các chuỗi bằng tốc độ cao,tốc độ truyền dữ liệu hai chiều lên tới 424kbit/s. MF RC552 cũng như vậy như MF RC500,MF RC530 nhưng cũng có các 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 mức giá đáng nhắc. Những MF 552 là những module được ngoài mặt để dể dàng sử dụng mang các đầu đọc thẻ mạch. Nâng cao sự tăng trưởng của các vận dụng ,đáp ứng nhu cầu về sử dụng các trang bị đầu/cuối tiêu dùng thẻ nhớ RF. Module này với thể được nạp trược tiếp vào những khuôn reader khác nhau,rất thuận tiện.
Chân kết nối RFID RC522:
SDA(SS) chân chọn lọc chip khi giao thiệp SPI (kích hoạt mức thấp). SCK: Chân xung trong chế độ SPI.
MOSI(SDI): Master Data Out – Slave In trong chế độ giao thiệp SPI. MISO(SDO): Master Data In – Slave Out trong chế độ giao thiệp SPI. IRQ: chân ngắt.
GND: chân nối mass.
RST: chân reset lại module. VCC: nguồn 3.3V.
3.4.5 Cơ cấu chấp hành
Bộ chấp hành khóa cửa điện điều khiển các thanh và chốt trong hệ thống vì vậy bạn chỉ cần nhấn nút unlock trên chìa khóa là có thể mở cửa. Bộ chấp hành này thường được gắn bên dưới chốt cửa, nó nối với chốt cửa thông qua 1 thanh kim loại nhỏ, còn chốt cửa lại nối với núm nhỏ trên tapi thông qua 1 thanh nhỏ
khác. Khi bộ chấp hành điện đẩy chốt lên thì tay nắm cửa kết nối với cơ cấu chấp hành và bạn có thể mở cửa bằng cách kéo tay nắm. Còn khi chốt đi xuống, tay nắm cửa sẽ không được kết nối với cơ cấu chấp hành và cửa sẽ bị khóa.
Bộ chấp hành điện có kích thước nhỏ, bên trong có chứa 1 motor và nhiều bánh răng với nhiệm vụ giảm tốc độ. Bánh răng cuối cùng ăn khớp với 1 thanh răng. Thanh răng này có nhiệm vụ biến chuyển động quay của motor thành chuyển động tịnh tiến của chốt cửa.
CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHÓA CỬA Ô TÔ BẰNG THẺ TỪ VÀ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA ỨNG DỤNG ARDUINO
4.1 Nguyên lý hoạt động của mô hình
Hình 4.1 Nguyên lý hoạt động của mô hình
Thiết bị bao gồm:
• Thẻ từ RFID lưu trữ thông tin (mã ID của thiết bị).
• ECU bộ điểu khiển trung tâm có nhiệm vụ thu thập và xử lý thông tin nhận được từ thẻ từ RFID thông qua Antenna, từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển đóng mở mạch điện hay phát tín hiệu cảnh báo.
• Khóa điều khiển từ xa: Phát tần số tín hiệu điều khiển khóa/mở chuột cửa • Chíp nhận tín hiệu từ khóa điều khiển từ xa: Xác nhận mã thông tin nhận được thông qua Antenna, gửi thông tin đó về ECU bộ điểu khiển trung tâm xử lý tín hiệu.
• Chuột cửa: Cơ cấu chấp hành, thực hiện các điều khiển mà tín hiệu từ khóa điều khiển từ xa và thẻ từ RFID đưa ra.
Hình 4.2 Lưu đồ thuật toán của hệ thống khóa cửa bằng thẻ từ
Gọi các thư viện
Cấp nguồn Đọc dữ liệu từ thẻ từ RFID So sánh mã ID vừa đọc với ID trong bộ nhớ Sai Hiển thị LCD sai thẻ Không kích Rơ-le Kích hoạt Rơ-le trong 5s Đúng Sai Kết thúc Đóng Rơ-le Bắt đầu
Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống khóa cửa điều khiển từ xa
Cấp nguồn Điều khiển phát tín hiệu Nhận tín hiệu từ điều khiển từ xa So sánh mã tín hiệu vừa nhận được với tín hiệu sẵn có trong bộ nhớ Sai Hiển thị LCD Smart key OFF Không kích Rơ-le Kích hoạt Rơ-le Đúng Sai Kết thúc Bắt đầu Hiển thị LCD Smart key ON (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.2 thể hiện sơ đồ thuật toán hệ thống khóa cửa điều khiển từ xa. Khi khóa điện ON, thiết bị được cấp nguồn 12 vôn từ ắc quy, hệ thống bắt đầu đọc và so sánh dữ liệu (mã) từ thẻ RFID, nếu mã ID trùng với ID lưu trong bộ nhớ, ECU điều khiển mở rơ le, nguồn điện được nối từ khóa điện đến ECU và đến Rơ-le sau đó khóa cửa mở LCD hiển thị mở cửa và sau đó 5s cửa tự động đóng lại. Khi không nhận được tín hiệu hoặc ID không trùng khớp ECU không điều khiển đóng rơ le, như vậy không có nguồn điện đến khóa cửa, LCD hiện thị sai thẻ.
Hình 4.3 thể hiện lưu đồ thuật toán hệ thống khóa cửa điều khiển từ xa. Khi ta ấn nút điều khiển trên điều khiển, một mã tín hiệu được gửi đến bộ thu và bộ thu so sánh và gửi về ECU. Nếu đúng mã thì sẽ kích cho Rơ-le mở và hiển thị lên LCD là “Smart key: ON”,nếu sai hoặc không có tín hiệu thì không có tín hiệu điều khiển Rơ-le và hiển thị lên màn hình LCD là “Smart key: OFF”.
4.3 Mô phỏng hệ thống khóa cửa ô tô bằng thẻ từ và điều khiển từ xa trên phần mềm Protues. phần mềm Protues.
4.3.1 Các thành phần chính có trong mạch mô phỏng
Mạch Arduino:
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD…
Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V. Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB. Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO.
GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau.
5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA. 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA. Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V. Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.
RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
Module PCF8574:
Mạch mở rộng chân I/O Expander PCF8574 được sử dụng để mở rộng chân giao tiếp I/O của Vi điều khiển qua giao tiếp I2C, mạch có khả năng mở rộng 8 I/O giúp bạn giao tiếp được với nhiều thiết bị chỉ qua một vài bước thiết đặt đơn giản, mạch tích hợp DIP Switch giúp dễ dàng thay đổi địa chỉ I2C.
Hình 4.5 Module PCF8574
Màn hình LCD:
LCD là một màn hình nhiều điểm ảnh, có thể coi là một Led ma trận dạng lớn, tuy nhiên chúng ta không cần đi vào điều khiển từng Pixel hay là từng chấm nhỏ như trong Phần 1 mà chúng ta sẽ điều khiển qua lệnh, con trỏ… để hiển thị thông tin một cách dễ dàng hơn. Có nhiều loại LCD, trong bài này chúng ta dùng loại đơn giản 16×2.
Hình 4.6 LCD trên Protues
Optocoupler:
Optocoupler mục đích chung và được sử dụng rộng rãi hoặc có thể nói nó optoisolator và photocoupler và nó có các gói DIP 6 chân và SMD. Thiết bị này có hai phần một là LED hồng ngoại và phần còn lại là phototransistor. Hoạt động của thiết bị rất đơn giản khi nguồn điện được cấp cho LED hồng ngoại kích hoạt LED, ánh sáng hồng ngoại được phát hiện bởi phototransistor và kết quả là
transistor trở nên bão hòa hoặc chuyển sang trạng thái bật. Có hai cực gốc của phototransistor bên trong mà từ đó nó có thể được điều khiển, một là phát hiện ánh sáng hoặc phát hiện ánh sáng hồng ngoại và một là được kết nối với chân 6 của thiết bị, do đó nó có thể được điều khiển bằng hai quy trình cùng một lúc. Trong bài lần này, chúng ta sẽ sử dụng Optocoupler để đóng ngắt và điều khiển Rơ-le.
Hình 4.7 Optocoupler trên protues
Module RF điều khiển từ xa trên Protues:
Kỹ Thuật Sóng RF 433Mhz và 315Mhz đang sử dụng rất phổ biến trong việc truyền tín hiệu vô tuyến qua một khoảng cách khá xa (vài trăm mét). Các thiết bị dân dụng như thiết bị điện thông minh hoặc như remote ô tô, mở cửa cuốn, nhà thông minh, truyền dữ liệu giữa các vi điều khiển v.v…Đây là tín hiệu sóng vô tuyến có tần số 433Mhz ( Radio Frequency 433Mhz ). Hz là đơn vị đo của tần số hay chu kỳ sóng, như vậy 433Mhz có nghĩa là 433 000 000 chu kỳ trong mỗi giây. Trong hình trên, kênh liên lạc (Communication Channel) chính là RF 433Mhz.
RF 433Mhz (hay 315Mhz) nằm trong miền tần số sóng điện từ UHF nên thường dùng để truyền tín hiệu trong môi trường không khí. Loại sóng này này cũng tuân theo các định luật phản xạ, khúc xạ, giao thoa của sóng điện từ và còn
có khả năng đâm xuyên (xuyên tường, xuyên vật cản không phải là kim loại). Cự ly truyền phụ thuộc vào nhiều yếu tố: như tần số truyền (tần số càng thấp truyền càng xa); độ ẩm không khí hoặc tính đồng nhất của môi trường truyền; phân cực sóng; công suất phát (dBm), độ nhạy máy thu (dBm) v.v…
Hình 4.8 Module RF điều khiển từ xa trên Protues
Virtual Terminal trong protues:
Hình 4.9 Virtual Terminal
Virtual Terminal là một công cụ trong Proteuѕ, được ѕử dụng để хem dữ liệu đến từ Serial Port (DB9) ᴠà cũng được ѕử dụng để gửi dữ liệu đến Serial Port. Virtual Terminal trong Proteuѕ được ѕử dụng để gửi, nhận dữ liệu đến hoặc từ một cổng nối tiếp (Serial port). Cổng nối tiếp (Serial port) là cổng 9 chân chủ уếu được
tìm thấу trên máу tính ᴠà được ѕử dụng trong các Dự án hệ thống nhúng để giao tiếp dữ liệu. Thông thường trong các dự án của ѕinh ᴠiên, dữ liệuđược gửi từ phần cứng đến máу tính thông qua cổng nối tiếp ᴠà ѕau đó người dùng thiết kế một ѕố ứng dụng trên máу tính của họ để хem dữ liệu đó ở một ѕố dạng có thể biểu diễn. Bâу giờ, trong các dự án, có một ѕố bước kiểm tra khá hữu ích, nếu chúng ta ѕử dụng chúng đúng cách ᴠà các bước kiểm tra nàу уêu cầu một ѕố công cụ để kiểm tra quá trình. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.4 Mạch mô phỏng khóa cửa ô tô điều khiển từ xa trên phần mềm Protues.
Ta sẽ dùng 2 Arduino để viết code lập trình mô phỏng. Arduino đầu tiên sẽ lập trình code cho điều khiển từ xa, giữ mã điều khiển và chuyển qua Module RF TX để truyền đi khi ta ấn nút nhấn. Tiếp theo, Arduino bên kia sẽ nhận tín hiệu gửi về từ bộ thu là Module RF RX để so sánh và đưa ra tín hiệu điều khiển Rơ-le, tức là điều khiển optocoupler. Đây là một dạng điều khiển relay phổ biến hiện nay, phù hợp với các module relay mà ta thực hiện điều khiển trong mô hình thực tế.
Kết quả mô phỏng:
Ở chế độ Smart Key On thì Mô tơ khóa sẽ quay sang bên phải và màn hình LCD hiển thị chế độ Smart Key đang On. Ở chế độ Smart Key OFF thì Mô tơ khóa sẽ quay sang bên trái và màn hình LCD hiển thị chế độ Smart Key đang OFF.
4.5 Mạch mô phỏng khóa cửa ô tô dùng thẻ từ
Hình 4.12 Chế độ Smart Key OFF Hình 4.11 Chế độ Smart Key ON
Hình 4.13 Mạch mô phỏng hệ thống khóa cửa bằng thẻ từ RFID
Kết quả mô phỏng:
Trong mô phỏng này, ta sử dụng Arduino làm vi xử lý, và nhận tín