4.3 Phần mềm Ardudroid
4.3.2 Chương trình con điều chỉnh độ sáng đèn
Hình 4.4: Lưu đồ chương trình con điều chỉnh độ sáng đèn
Giải thích lưu đồ chương trình con điều chỉnh độ sáng đèn:
Kiểm tra nếu giá trị pIndex đã tăng từ 0 đến 2 chưa nếu chưa thì quay lại kiểm tra pIndex, bằng 2 thì thực hiện kiểm tra gói tin có mang mã là ‘r’ hay không, nếu có thì gán giá trị của gói tin vào biến giá trị rValue, nếu không thì bỏ qua bước gán dự liệu.
Xuất giá trị điện áp ra các chân I/O đã định nghĩa (giá trị điện áp thay đổi từ 0V đến 5V, tương ứng giá trị nhận được từ ứng dụng android là 0 đến 255 trong 8 bít dữ liệu). Xóa giá trị pIndex về 0 và cuối cùng thoát chương trình con.
* Nguyên lý chung
Hệ thống sử dụng một bộ được gọi là khối xử lý và điều khiển đèn, khối này sẽ kết nối với điện thoại thông minh qua kết nối không dây.
Hình 4.5: Sơ đồ khối tổng quát.
- Về ứng dụng điều khiển, nhóm lập trình và sử dụng ứng dụng điều khiển trên nền tảng điện thoại sử dụng hệ điều hành Android vì tính phổ biến cũng như sự tiện lợi về lập trình và kết nối.
- Khối xử lý và điều khiển đèn sẽ sử dụng một mạch để điều chỉnh độ sáng đèn, một mạch để giao tiếp kết nối với điện thoại và một bộ xử lý để xây dựng và điều khiển các chế độ thông minh của đèn.
- Về kết nối không dây giữa điện thoại với khối xử lý điều khiển, nhóm sử dụng giao tiếp không dây Bluetooth.
a. Khối xử lý và điều chỉnh độ sáng của đèn
Hình 4.6: Sơ đồ khối khối xử lý và điều khiển độ sáng đèn.
Khối bao gồm 3 phần:
- Khối xử lý trung tâm Arduino: khối này để kết hợp với mạch điều chỉnh độ sáng để điều chỉnh những mức sáng cũng như các chế độ sang mong muốn.
- Module Bluetooth HC-05: kết nối với khối xử lý, dùng để nhận tín hiệu từ ứng dụng điện thoại thông qua kết nối không dây Bluetooth.
b. Mạch điều chỉnh độ sáng đèn bằng góc mở của Triac
Mạch hoạt động dưa trên nguyên lý điều khiển góc của triac để thay đổi dạng sóng của nguồn cấp.
Hình 4.7: Dạng sóng ngõ ra khi điều khiển góc mở Triac.
Mạch được chia làm 3 khối:
Hình 4.8: Sơ đồ khối mạch điều khiển độ sáng đèn.
- Khối mạch tìm điểm 0: Phát hiện điểm 0 để đồng bộ chu kì của điện áp xoay chiều 220V với chu kì góc mở của triac và chia đôi điện áp thành 2 chu kì âm và dương để điều khiển lần lượt từng chu kì âm và dương chứ không phải cả chu kì.
- Khối mạch xử lý tín hiệu: Nhận tín hiệu từ mạch tìm điểm 0, tạo những khoảng thời gian trì hoãn để đưa tín hiệu ra khối mạch điều khiển góc mở triac.
- Khối mạch điều khiển góc mở triac: Nhận tín hiệu từ khối xử lý tín hiệu và điều khiển hoạt động đóng ngắt của triac để điều khiển độ sáng đèn.
a.2.1 Mạch tìm điểm 0
Hình 4.9: Sơ đồ mạch tìm điểm 0.
- Cầu diode:
Dùng trong các mạch chỉnh lưu toàn kì. Điện áp định mức 600V.
Dòng dịnh mức 3A.
- Điện trở sứ (điện trở công suất): Dùng trong các mạch công suất lớn.
Trên mạch thiết kế có giá trị công suất cho phép lớn nhất là 5W. - Diode zener (diode ổn áp):
Là diode làm việc ở chế độ phân cực ngược trên vùng điện áp đánh thủng. Khi phân cực ngược diode sẽ ghim một mức điện áp gần cố định có giá ghi trên diode.
Giới hạn điện áp của nguồn còn 5.1V . Dòng tối đa cho phép là:49mA
- Opto PC817:
Là thiết bị cách ly quang.
Hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện.
Khi cung cấp 5V vào chân số 1, LED phía trong Opto nối giữa chân số 1 và 2 sáng, xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến 3-4 thông,mức logic sẽ bị chuyển từ 1 sang 0.
Điện áp định mức ngõ vào: 6V. Dòng định mức ngõ vào: 50 mA.
Điện áp định mức ngõ ra: tại cực C :80V, tại cực E: 6V. Dòng định mức ngõ ra: 50 mA.
Nguyên lý hoạt động mạch tìm điểm 0:
Hình 4.10: Dạng sóng tín hiệu sau khi qua cầu diode.
- Sau đó, dòng điện qua điện trở sứ để hạn dòng và đi tới diode zener với giá trị tính toán được là 22mA và công suất tại điện trở sứ là khoảng 4.73W.
- Khi điện áp qua diode zener thì giá trị điện áp hoạt động của nó được ghim ở mức 5V.
- Điện áp này trước khi đặt vào chân 1,2 của opto PC817 sẽ được dẫn qua điện trở 470 Ω để hạn dòng với giá trị tính toán được là 11mA.
- Tại PC817, khi cung cấp điện áp 5V vào chân 1, 2 sẽ làm cho LED sáng, nhờ vào hiệu ứng quang điện, chân 3, 4 sẽ thông làm cho điện áp tại INVDK bằng 0, khi LED tắt, chân 3, 4 hở, điện áp tại INVDK bằng Vcc.
a.2.2 Khối xử lý tín hiệu
Dùng Arduino để xử lý tín hiệu INVDK đưa vào.
Khi tín hiệu vào bằng Vcc chúng ta trì hoãn một khoảng thời gian.Thời gian trì hoãn này sẽ quyết định độ sáng của bóng đèn. Sau khi trì hoãn chúng ta sẽ cho tín hiệu OUTVDK bằng 1 trong 1ms sau đó chovề 0.
a.2.3 Mạch điều khiển góc mở Triac
Cấu tạo như hình
Hình 4.11: Sơ đồ mạch điều khiển góc mở Triac.
- Linh kiện cách ly quang MOC3020:
Đầu ra là 1 con Triac cỡ nhỏ. Con triac này được kích dựa vào con LED phát quang ở đầu vào. Tức là khi nào LED sáng thì con triac được kích, LED tắt thì triac cũng đóng.
Điện áp cho phép ngõ ra:220V đến 400V. Dòng định mức ngõ ra: 100mA.
Dòng định mức ngõ vào: 15 đến 30mA. - Triac công suất lớn BTA16:
BTA16 là một triac công suất lớn.
Đóng (thông): Triac sẽ đóng khi IG>0 và điện áp tại A1 và A2 khác nhau. Mở (ngắt) : Triac sẽ mỏ khi IG=0 và điện áp tại A1 và A2 bằng nhau. Điện áp cho phép: 600V.
Dòng cho phép: 16A. Dòng kích: 10 đến 60mA.
Hình 4.12: Các chân của BTA16.
Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển góc mở Triac:
- Ban đầu, triac ở trạng thái ngắt, điện áp giữa hai đầu A1 vá A2 khác nhau, tín hiệu ngõ ra của khối xử tín hiệu OUTVDK sẽ được cho qua điện trở 220Ω để hạn dòng, sau đó được cho qua cách ly quang (có chức năng bảo vệ arduino khỏi dòng ngược về).
- Khi tín hiệu tại OUTVDK lên 1 làm cho MOC3020 dẫn, dòng điện chạy qua điện trở 470Ω tới BTA16 thì tại điểm G của Triac sẽ có dòng làm cho hai đầu A2 và A1 của Triac thông với nhau. Khi tín hiệu tại OUTVDK về 0 làm cho MOC 3020 ngắt nên dòng tại đầu G về 0 và khi điện áp về 0 làm cho điện áp tại 2 đầu A1 và A2 bằng nhau (chênh lệch điện áp giữa 2 đầu bằng 0) làm triac ngắt. - Từ việc đồng bộ điểm 0 giữa chu kì điện áp 220V và chu kì góc mở triac ta xác định được điểm bắt đầu quá trình trì hoãn trong khối xử lí tín hiệu, dựa vào việc điều chỉnh thời gian trì hoãn, ta điều khiển được góc mở triac nhờ đó mà độ sáng đèn cũng thay đổi theo.