29
2.4.2.2 Arduino IDE
Là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử. Arduino gồm có board mạch có thể lập trình được ( thường gọi là vi điều khiển ) và các phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp IDE (Integrated Development Environment) dùng để soạn thảo, biên dịch code và nạp chương cho board.Chương trình được cung cấp từ trang chủ của Arduino (arduino.cc) và phù hợp với nhiều phiên bản window và hệ điều hành khác nhau IDE lập trình trên nền tảng C.
Hình 2.16: Giao diện Arduino IDE 2.5 Cảm biến 2.5 Cảm biến
2.5.1 Cảm Biến Mƣa
2.5.1.1 Nguyên lý hoạt động
Cảm Biến Nước Mưa sử dụng để phát hiện mực nước, trời mưa, hay các mơi trường có nước. Mạch cảm biến mưa được đặt ngoài trời để kiểm tra trời có mưa khơng, qua đó truyền tín hiệu điều khiển đóng / ngắt rơ le.
Mạch cảm biến mưa gồm 2 bộ phận:
30
+ Bộ phận điều ch nh độ nhạy cần được che chắn. (Phước, 2021)
Hình 2.17: Cảm biến mưa
Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của mạch cảm biến nă m ngoài trời với giá trị định trước (giá trị này thay đổi được thơng qua 1 biến trở màu xanh) từ đó phát ra tín hiệu đóng / ngắt rơ le qua chân D0.
Khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 của module cảm biến sẽ được giữ ở mức cao (5V-12V). Khi có nước trên bề mặt cảm biến (trời mưa), đèn LED màu đỏ sẽ sáng lên, chân D0 được kéo xuống thấp (0V).
2.5.1.2 Thông số kĩ thuật
- Mạch hoạt động với nguồn 5V. - Led báo nguồn ( Màu xanh) - Led cảnh báo mưa ( Màu đỏ)
- Hoạt động trên nguyên lý: Nước rơi vào board sẽ tạo ra mơi trường dẫn điện. - Có 2 dạng tín hiệu: Analog( AO) và Digital (DO)
- Dạng tín hiệu : TTL, đầu ra 100mA ( Có thể sử dụng trực tiếp Relay, Cịi công suất nhỏ...)
31 - Điều ch nh độ nhạy bằng biến trở. - Sử dụng LM358 để chuyển AO --> DO - Kích thước: 5.4*4.0 mm
- Dày 1.6 mm [2]
2.5.2 Cảm Biến Độ Â m Đất 2.5.2.1 Nguyên Lý
Cảm biến độ ẩm đất, trạng thái đầu ra mức thấp (0V), khi đất thiếu nước đầu ra sẽ là mức cao (5V), độ nhạy cao chúng ta có thể điều ch nh được bằng biến trở. Phần đầu đo được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm của đất, khi độ ầm của đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao. Nhờ thế, các bạn có thể sử dụng Analog hoặc Digital của Arduino để đọc giá trị từ cảm biến.
2.5.2.2 Sơ Đồ Và Đặc Ti nh
Hình 2.18: Sơ đồ đặc tính LM35
- Điện áp hoạt động: 3.3V-5V - Kích thước PCB: 3cm * 1.6cm
32
- Led đỏ báo nguồn vào, Led xanh báo độ ẩm. - IC so sánh : LM393
- VCC: 3.3V-5V - GND: 0V
- DO: Đầu ra tín hiệu số (0 và 1)
- AO: Đầu ra Analog (Tín hiệu tương tự)
- Cảm biến độ ẩm đất rất nhạy với độ ẩm môi trường xung quanh, thường được sử dụng để phát hiện độ ẩm của đất.
- Khi độ ẩm đất vượt quá giá trị được thiết lập, ngõ ra của module D0 ở mức giá trị là 0V.
- Ngõ ra D0 có thể được kết nối trực tiếp với vi điều khiển như (Arduino, PIC, AVR), để phát hiện cao và thấp, và do đó để phát hiện độ ẩm của đất.
- Đầu ra Analog AO có thể được kết nối với bộ chuyển đổi ADC, bạn có thể nhận được các giá trị chính xác hơn độ ẩm của đất.[3]
2.5.3 Cảm Biến Khí Gas 2.5.3.1 Giới thiệu
MQ2 là cảm biến khí, dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy. Nó được cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2. Chất này có độ nhạy cảm thấp với khơng khí sạch. Nhưng khi trong mơi trường có chất gây cháy, độ dẫn của nó thay đổi ngay. Chính nhờ đặc điểm này người ta thêm vào mạch đơn giản để biến đổi từ độ nhạy này sang điện áp.
Khi môi trường sạch điện áp đầu ra của cảm biến thấp, giá trị điện áp đầu ra càng tăng khi nồng độ khí gây cháy xung quanh MQ2 càng cao.
MQ2 hoạt động rất tốt trong mơi trường khí hóa lỏng LPG, H2, và các chất khí gây cháy khác. Nó được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp và dân dụng do mạch đơn giản và chi phí thấp.
33 Hình 2.19: Sơ đồ chân MQ2 2.5.3.2 Nguyên lý hoạt động Trong đó: - Chân 1,3 là A - Chân 2,5 là B - Chân 4,6 là C Sơ đồ mắc MQ2 Hình 2.20: Sơ đồ mắc MQ2
34
- Aout: điện áp ra tương tự. Nó chạy từ 0.3à4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quang MQ2.
- Dout: điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà MQ2 đo được.
- Việc có chân ra số Dout rất tiện cho ta mắc các ứng dụng đơn giản, không cần đến vi điều khiển. Khi đó ta ch cần ch nh giá trị biến trở tới giá trị nồng độ ta muốn cảnh báo. Khi nồng độ MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép thì Dout = 1. Đèn Led tắt. Khi nồng độ khí đo được lớn hơn nồng khí cho phép, Dout = 0, đèn led sáng.
- Ta có thể ghép nối vào mạch Realy để điều khiển bật tắt đèn, còi, hoặc thiết bị cảnh báo khác.
Một điều khó khăn khi làm việc với MQ2 là chúng ta khó có thể quy từ điện áp Aout về giá trị nồng độ ppm. Rồi từ đó hiển thị và cảnh báo theo ppm. Do giá trị điện áp trả về từng loại khí khác nhau, lại bị ảnh hưởng nhiệt độ, độ ẩm nữa.Trong thiết bị của mình, để xác định điểm cảnh báo mình làm khá thủ cơng.
2.5.4 Cảm biến chuyển động Pir 2.5.4.1 Giới thiệu 2.5.4.1 Giới thiệu
PRI là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ra từ các vật thể nóng. Trong các cơ thể sống, trong chúng ta ln có thân nhiệt (thơng thường là ở 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó khơng dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà ch phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người con vật…
35
Hình 2.21: Hình ảnh PIR
2.5.4.2 Nguyên Lý Làm Việc
Các nguồn nhiệt (với người và con vật là nguồn thân nhiệt) đều phát ra tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kích lọc lấy tia hồng ngoại, nó được cho tiêu thụ trên 2 cảm biến hồng ngoại gắn trong đầu dò, và tạo ra điện áp được khuếch đại với transistor FET. Khi có một vật nóng đi ngang qua, từ 2 cảm biến này sẽ cho xuất hiện 2 tín hiệu và tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có biên độ đủ cao và đưa vào mạch so áp để tác động vào một thiết bị điều khiển hay báo động.
36
Hình 2.22: Bộ cảm biến dị ngang và nguyên lý phát hiện nguồn nhiệt
2.5.5 Cảm biến nhiệt độ độ â m 2.5.5.1 Giới Thiệu 2.5.5.1 Giới Thiệu
Hình 2.23: Cảm biến độ ẩm DHT11
- DHT11 có cấu tạo 4 chân như hình. Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn 1 dây. - Thông số kỹ thuật:
+ Do độ ẩm: 20%-95% + Nhiệt độ: 0-50ºC + Sai số độ ẩm ±5% + Sai số nhiệt độ: ±2ºC[4]
37
2.5.5.2 Nguyên Lý Hoạt Động
Hình 2.24: Sơ đồ chân
Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2 bước: - Gửi tin hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại.
- Khi đã giao tiếp được với DHT11, Cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độ đo được.
38
+ MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong khoảng thời gian >18ms. Trong Code mình để 25ms. Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt độ và độ ẩm.
+ MCU đưa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào.
+ Sau khoảng 20-40us, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp. Nếu >40us mà chân DATA ko được kéo xuống thấp nghĩa là ko giao tiếp được với DHT11.
+ Chân DATA sẽ ở mức thấp 80us sau đó nó được DHT11 kéo nên cao trong 80us. Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể biết được có giao tiếp được với DHT11 ko. Nếu tín hiệu đo được DHT11 lên cao, khi đó hồn thiện q trình giao tiếp của MCU với DHT.
- Bước 2: đọc giá trị trên DHT11
+ DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte. Trong đó: Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%)
Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%) Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC) Byte 4 : giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC) Byte 5 : kiểm tra tổng.
Nếu Byte 5 = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) thì giá trị độ ẩm và nhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo khơng có nghĩa. o Đọc dữ liệu:
Sau khi giao tiếp được với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40 bit 0 hoặc 1 về MCU, tương ứng chia thành 5 byte kết quả của Nhiệt độ và độ ẩm.
39 Bit 1:
Sau khi tín hiệu được đưa về 0, ta đợi chân DATA của MCU được DHT11 kéo lên 1. Nếu chân DATA là 1 trong khoảng 26-28 us thì là 0, cịn nếu tồn tại 70us là 1. Do đó trong lập trình ta bắt sườn lên của chân DATA, sau đó delay 50us. Nếu giá trị đo được là 0 thì ta đọc được bit 0, nếu giá trị đo được là 1 thì giá trị đo được là 1. Cứ như thế ta đọc các bit tiếp theo. (Whittaker, 2021)
2.5.6 Cảm Biến Thẻ Từ RFID 2.5.6.1 Giới thiệu 2.5.6.1 Giới thiệu
Module RFID RC522 sử dụng IC MFRC522 của Phillip dùng để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ NFC tần số 13.56mhz.
RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vơ tuyến. Cơng nghệ này cho phép nhận biết các đối tượng thơng qua hệ thống thu phát sóng radio, từ đó có thể giám sát, quản lý hoặc lưu vết từng đối tượng. Một hệ thống RFID thường bao gồm 2 thành phần chính là thẻ tag (chip RFID chứa thông tin) và đầu đọc (reader) đọc các thông tin trên chip. (Gus, 2021)
2.5.6.2 Thông số kỹ thuật Module RFID RC522 13.56MHz
Datasheet: Module RFID RC522 13.56MHz Điện áp: 3.3V
40 Dòng điện:13-26mA
Tần số hoạt động: 13.56MHz
Khoảng cách hoạt động: 0 ~ 60 mm Cổng giao tiếp: SPI, tốc độ tối đa 10Мbps Kích thước: 40мм х 60мм
Có khả năng đọc và ghi Sơ Đồ chân cảm biến thẻ từ RFID 522
Hình 2.25: Sơ đồ chân cảm biến thẻ từ RFID 522
2.5.7 Cảm Biến Khoảng Cách HC-SR04 2.5.7.1 Giới thiệu 2.5.7.1 Giới thiệu
Cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 được sử dụng rất phổ biến để xác định khoảng cách vì RẺ và CHÍNH XÁC. Cảm biến sử dụng sóng siêu âm và có thể đo khoảng cách trong khoảng từ 2 -> 300 cm, với độ chính xác gần như ch phụ thuộc vào cách lập trình.
41