3.7.1 Giới thiệu cảm biến ACS712
Cảm biến ACS712 (Hall Effect Current Sensor) dùng để đo dòng điện dựa trên hiệu ứng Hall để đo dịng điện AC/DC, cảm biến có kích thước nhỏ gọn, dễ kết nối, giá trị trả ra là điện áp Analog tuyến tính theo cường độ dòng điện cần đo nên rất dễ kết nối và lập trình với Vi điều khiển, thích hợp với các ứng dụng cần đo dịng AC/DC với độ chính xác cao.
Module cảm biến dòng điện hall ACS712 5A, 20A, 30A sử dụng ic ACS712ELC tương ứng dựa trên hiệu ứng Hall chuyển động dòng điện cần đo thành giá trị điện thế.
Module cảm biến dòng điện hall ACS712 là ic cảm biến dòng tuyến tính dựa trên hiệu ứng Hall. Chân ACS712 sẽ xuất ra một tín hiệu analog ở chân Vout biến đổi tuyến tính theo Ip(dịng điện cần đo) được lấy mẫu thứ cấp DC (hoặc AC) trong phạm vi cho phép. Tụ Cf( theo hình… ) dùng để chống nhiễu.
3.7.2 Thơng số kỹ thuật
Đường tín hiệu analog có độ nhiễu thấp
Thời gian tăng của đầu ra để đáp ứng với đầu vào là 5µs.
Điện trở dây dẫn trong là 1.2mΩ Nguồn : 5VDC
Độ nhạy đầu ra từ 63 – 190mV/A Điện áp đầu ra cực kỳ ổn định
ACS 712 5A, ACS 712 20A, ACS 712 30A
Ip: 5A, 20A, 30A
Độ phân giải của cảm biến:
• ACS 712 – 5A (5Ampe): 180 – 190 mV/A
• ACS 712 – 20A (20Ampe): 96 – 104 mV/A
• ACS 712 – 30A (30Ampe): 64 – 68 mV/A
3.7.3 Cách sử dụng cảm biến ACS712
• Đo dịng điện DC
➢ Khi đo DC mắc tải nối tiếp Ip+ và Ip- đúng chiều, dòng điện đi từ Ip+ đến Ip- để Vout ra mức điện thế 2.5 – 5V tương ứng dòng 0 – 5A, nếu mắc ngược Vout sẽ ra điện thế 2.5V đến 0V tương ứng với 0A đến -5A.
➢ Cấp nguồn 5V cho module khi chưa có dịng Ip, thì Vout = 2.5V. Khi dịng Ip = 5A thì Vout = 5V, Vout tuyến tính với dịng Ip, trong khoảng 2.5V đến 5V tương ứng với dịng 0 đến 5A.
• Đo dòng điện AC
➢ Cấp nguồn 5V cho module khi chưa có dịng Ip, thì Vout = 2.5V. Khi dòng điện xoay chiều Ip (dòng AC) do dòng điện xoay chiều độ lớn thay đổi liên tục theo hàm sin nên điện thế Vout sẽ là điện thế xoay chiều theo hình sin có độ lớn tuyến tính với dịng AC, 0 đến 5V (thế xoay chiều) tương ứng với -5A đến 5A ( dòng xoay chiều).
3.8 Tổng quan LCD 1602
3.8.1 Giới thiệu LCD 1602
Màn hình text LCD1602 xanh lá sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 2 dịng với mỗi dịng 16 ký tự.
3.8.2 Thơng số kỹ thuật
• Điện áp hoạt động là 5 V. • Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm • Chữ đen, nền xanh lá
• Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard.
• Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hỗ trợ việc kết nối, đi dây điện.
• Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chỉnh độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn.
• Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu.
• Có bộ ký tự được xây dựng hỗ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật, xem thêm HD44780 datasheet để biết thêm chi tiết.
3.8.3 Sơ đồ chân và chức năng từng chân LCD1602
Số chân Ký hiệu chân Mô tả chân
1 VSS Cấp điện 0v
2 VCC Cấp điện 5v
3 V0 Chỉnh độ tương phản
4 RS Lựa chọn thanh ghi địa chỉ hay dữ diệu
5 RW Lựa chọn thanh ghi đọc hay viết
6 EN Cho phép xuất dữ liệu
7 D0 Đường truyền dữ liệu 0
8 D1 Đường truyền dữ liệu 1
9 D2 Đường truyền dữ liệu 2
10 D3 Đường truyền dữ liệu 3
11 D4 Đường truyền dữ liệu 4
12 D5 Đường truyền dữ liệu 5
13 D6 Đường truyền dữ liệu 6
15 A Chân dương đèn màn hình
16 K Chân âm đèn màn hình
Bảng 3. 1 Chức năng từng chân LCD 1602
Trong 16 chân của LCD được chia làm 3 dạng tín hiệu như sau:
Chân cấp nguồn: Chân số 1 là chân nối mass (0V), chân thứ 2 là Vdd nối với nguồn +5V. Chân thứ 3 dùng để chỉnh contrast thường nối với biến trở.
Các chân điều khiển: Chân RS dùng để điều khiển lựa chọn thanh ghi. Chân R/W dùng để điều khiển quá trình đọc và ghi. Chân E là chân cho phép dạng xung chốt.
Các chân dữ liệu : D7 – D0: Chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi dữ liệu giữa thiết bị điều khiển và LCD.
4.4.3 Nguyên lý hoạt động LCD 1602
Khi cấp điện hệ thống hoạt động , vi điều khiển hiển thị thông tin ban đầu. Lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu từ cảm biến ACS712 trả về giá trị điện áp theo lúc ADC đọc được. Khi nhận tín hiệu vi điều khiển tính tốn, xử lý dữ liệu và xuất tín hiệu ra màn hình LCD1602 hiển thị thơng tin theo u cầu người lập trình.
3.9 Tổng quan Module mạch chuyển đổi I2C
3.9.1 Giới thiệu Module mạch chuyển đổi I2C
Mạch điều khiển màn hình LCD giao tiếp I2C sử dụng IC điều khiển màn hình ký tự gồm 16 cột và 2 dòng giúp tiết kiệm dây nối với vi điều khiển (hoặc Arduino) cho khả năng hiển thị nhanh với nhiều chức năng.
Thông thường, để điều khiển và hiển thị được ký tự từ vi điều khiển xuất ra màn hình cần tới 7-8 dây nối đến chân vi điều khiển.
Mạch điều khiển màn hình khắc phục hồn tồn vì số lượng dây tín hiệu giảm cịn duy nhất: 2 dây. Bằng việc sử dụng giao tiếp I2C, việc điều khiển trực tiếp màn hình được chuyển sang cho IC xử lý nằm trên mạch.
Ưu điểm của việc sử dụng giao tiếp I2C
Giao tiếp I2C chỉ sử dụng duy nhất 2 dây tín hiệu: SDA và SCL giúp tiết kiệm chân trên vi điều khiển.
Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 400Kbps.
Dữ liệu truyền nhận đảm bảo tính tồn vẹn vì sử dụng cơ chế phản hồi (ACK) trên mỗi byte dữ liệu.
Có khả năng kết nối nhiều thiết bị với nhau: trên mạch có sẵn các mối hàn A0, A1, A2 để thay đổi địa chỉ của module
3.9.2 Thông số kỹ thuật
Điện áp hoạt động: 3 - 6V Giao tiếp: I2C
Địa chỉ mặc định: 0x27, có thể mắc vào I2C bus tối đa 8 module (3bit address set)
Jump Chốt: Cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt Biến trở xoay độ tương phản cho LCD
Kích thước: 41.5 x 19 x 15.3mm
3.10 Tổng quan Module Bluetooth HC 05
3.10.1 Giới thiệu Module Bluetooth HC 05
Bluetooth là chuẩn truyền thông không dây để trao đổi dữ liệu ở khoảng cách ngắn.Chuẩn truyền thơng này sử dụng sóng radio ngắn(UHF radio) trong dải tần số ISM (2.4 tới 2.485 GHz). Khoảng cách truyền của module này vào khoảng 10m.
Module Bluetooth HC-05 này được thiết kế dựa trên chip BC417. Con chip này khá phức tạp và sử dụng bộ nhớ flash ngoài 8Mbit. Nhưng việc sử dụng module này hồn tồn đơn giản bởi nhà sản xuất đã tích hợp mọi thứ cho bạn trên module HC- 05.
Mạch thu phát Bluetooth HC05 được thiết kế nhỏ gọn chân tín hiệu giao tiếp cơ bản và nút bấm để vào chế độ AT COMMAND, mạch được thiết kế để có thể cấp nguồn và giao tiếp qua 3.3VDC hoặc 5VDC,thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau. Khi kết nối với máy tính, HC-05 sẽ nhận như 1 cổng COM ảo ở chế độ truyền Half Duplex tức là trong một thời điểm chỉ có thể truyền hoặc nhận tín hiệu.
3.10.2 Thông số kỹ thuật
Điện áp hoạt động: 3.3 – 5VDC
Mức điện áp chân giao tiếp: TTL tương ứng 3.3VDC và 5VDC.
Dòng điện khi hoạt động: khi Paring 30mA, sau khi hoạt động truyền nhận bình thường 8mA.
Baudrate UART có thể được chọn: 1200, 2400, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200.
Giao thức Bluetooth: Đặc điểm kỹ thuật Bluetooth v2.0 + EDR Tần số: Băng tần ISM 2,4 GHz
Điều chế: GFSK (khóa dịch chuyển tần số Gaussian) Công suất phát: = 4 dBm, lớp 2
Độ nhạy: = -84 dBm ở 0,1% BER
Tốc độ: Không đồng bộ: 2,1 Mbps (tối đa) / 160 kbps Đồng bộ: 1 Mbps / 1 Mbps
Các tính năng bảo mật: xác thực và mã hóa Kích thước: 15.2 x 35.7 x 5.6m
3.10.3 Chức năng các chân của Module Bluetooth HC-05
KEY: Chân này để chọn chế độ hoạt động AT Mode hoặc Data Mode. VCC chân này có thể cấp nguồn từ 3.6V đến 6V bên trong module đã có một ic nguồn chuyển về điện áp 3.3V và cấp cho IC BC417.
GND: nối với chân nguồn GND
TXD,RXD: đây là hai chân UART để giao tiếp module hoạt động ở mức logic 3.3V.
STATE: Đây là một pin chỉ báo trạng thái. Pin này ở mức THẤP khi mô-đun không
được kết nối với bất kỳ thiết bị nào. Khi mô-đun được ghép nối với bất kỳ thiết bị nào, chân này sẽ ở mức CAO.
3.10.3 Cơ chế hoạt động
Module Bluetooth HC-05 có hai chế độ hoạt động là Command Mode và Data Mode. Ở chế độ Command Mode ta có thể giao tiếp với module thơng qua cổng serial trên module bằng tập lệnh AT quen thuộc. Ở chế độ Data Mode module có thể truyền nhận dữ liệu tới module bluetooth khác. Chân KEY dùng để chuyển đổi qua lại giữa hai chế độ này. Có hai cách để bạn có thể chuyển module hoạt động trong chế độ Data Mode.
• Nếu đưa chân này lên mức logic cao trước khi cấp nguồn module sẽ đưa vào chế độ Command Mode với baudrate mặc định 38400. Chế độ này khá hữu ích khi bạn khơng biết baudrate trong module được thiết lập ở tốc độ bao nhiêu. Khi chuyển sang chế độ này đèn led trên module sẽ nháy chậm (khoảng 2s) và ngược lại khi chân KEY nối với mức logic thấp trước khi cấp nguồn module sẽ hoạt động chế độ Data Mode.
• Nếu module đang hoạt động ở chế Data Mode để có thể đưa module vào hoạt động ở chế độ Command Mode bạn đưa chân KEY lên mức cao. Lúc này module sẽ vào chế độ Command Mode nhưng với tốc độ Baud Rate được bạn thiết lập lần cuối cùng. Vì thế bạn phải biết baudrate hiện tại của thiết bị để có thể tương tác được với nó.
Ở chế độ Data Module Bluetooth HC05 master/slave dùng để thiết lập kết nối Serial giữa 2 thiết bị bằng sóng bluetooth. Điểm đặc biệt của module bluetooth hc05là module có thể hoạt động được ở 2 chế độ:MASTER hoặc SLAVE. Trong khi đó, bluetooth module HC-06 chỉ hoạt động được chế độ SLAVE.
• Ở chế độ SLAVE: bạn cần thiết lập kết nối smartphone, laptop, usb bluetooth để dị tìm module sau đó pair với mã PIN 1234. Sau khi pair thành cơng, bạn đã có 1 cổng serial từ xa hoạt động ở baud rate 9600.
• Ở chế độ MASTER: module sẽ tự động dị tìm thiết bị bluetooth khác (1 module bluetooth HC-06, usb bluetooth, bluetooth của laptop,..) và tiến hành pair chủ động mà khơng cần thiết lập gì từ máy tính hoặc smartphone.
3.11 Tổng quan IC thời gian thực ds1307
3.11.1 Giới thiệu IC thời gian thực ds1307
Module thời gian thực DS1307 (Real Time Clock) có chức năng lưu trữ thơng tin ngày tháng năm cũng như giờ phút giây, nó sẽ hoạt động như một chiếc đồng hồ và có thể xuất dữ liệu ra ngoài qua giao thức I2C. Module được thiết kế kèm theo một viên pin đồng hồ có khả năng lưu trữ thông tin lên đến 10 năm mà khơng cần cấp
nguồn 5V từ bên ngồi. Module đi kèm với EEPROM AT24C32 có khả năng lưu trữ thêm thông tin lên đến 32KBit.
3.11.2 Thông số kỹ thuật
• Nguồn cung cấp: 5VDC.
• Khả năng lưu trữ 32K bit với EEPROM AT24C32.
• Sử dụng giao thức 2 dây I2C.
• Lưu trữ thơng tin giờ phút giây AM/PM.
• Lịch lưu trữ chính xác lên đến năm 2100.
• Có pin đồng hồ lưu trữ thơng tin.
• Có ngõ ra tần số 1Hz.
• Kích thước: 16 x 22 x 23mm.
3.11.3 Cấu tạo của ds1307
DS1307 là chip thời gian thực hay RTC. Đây là một IC tích hợp cho thời gian bởi vì tính chính xác về thời gian tuyệt đối cho thời gian: Thứ, ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây. DS1307 là chế tạo bởi Dallas. Chip này có 7 thanh ghi 8 bit mỗi thanh ghi.
này chứa: thứ, ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây. Ngồi ra DS1307 cịn chứa 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống các thanh ghi này có thể dùng như là RAM. DS1307 được đọc thơng qua chuẩn truyền thơng I2C nên do đó để đọc được và ghi từ DS1307 thông qua chuẩn truyền thông này. Do nó được giao tiếp chuẩn I2C nên cấu tạo bên ngồi nó rất đơn giản.
3.11.4 Cơ chế hoạt động và chức năng của DS1307
X1 và X2 là đầu vào dao động cho DS1307. Cần giao động thạch anh 32.768 Khz.
Vbat là nguồn nuôi cho chip. Nguồn này từ (2V- 3.5V) ta lấy pin có nguồn 3V. Đây là nguồn cho chip hoạt động liên tục khi khơng có nguồn Vcc mà DS1307 vẫn hoạt động theo thời gian.
Vcc là nguồn cho giao tiếp I2C. Điện áp cung cấp là 5V chuẩn và được dùng chung với vi xử lý. Nếu Vcc khơng có mà Vbat có thì DS1307 vẫn hoạt động bình thường nhưng mà không ghi và đọc được dữ liệu.
GND là nguồn mass chung cho cả Vcc và Vbat.
SQW/OUT là một ngõ ra phụ tạo xung dao động (xung vuông). Chân này không ảnh hưởng đến thời gian thực nên chúng ta không sử dụng chân này trong thời gian thực và bỏ trống chân này.
SCL và SDA là hai bus dữ liệu của DS1307. Thông tin truyền và ghi đều được truyền qua 2 đường truyền này theo chuẩn I2C.
3.12 Tổng quan Module Micro SD Card
3.12.1 Giới thiệu Module Micro SD Card
Module Micro SD Card là module đọc/ghi thẻ nhớ micro SD sành cho Arduino sử dụng giao tiếp SPI, dễ dàng sử dụng với thư viện SPI.h và SD.h trên Arduino IDE. Có thể đọc/ghi dữ liệu từ micro SD. Cho phép thực hiện các dự án lưu trữ dữ liệu (data logging), phát nhạc MP3…
3.12.2 Thông số kỹ thuật
Hỗ trợ thẻ nhớ micro SD, micro SDHC Giao thức: SPI
Các ngõ ra của module : CS, CLK, MOSI, MISO, VSS, GND Thẻ nhớ Micro SD hỗ trợ định dạng FAT16 và FAT32
Hỗ trợ việc recording và playback cho lượng âm thanh lớn Điệp áp cung cấp: 5VDC
Kích thước: 42 x 24 x 12mm
3.13 Tổng quan Arduino nano
3.13.1 Giới thiệu Arduino Nano
Khi tiếp xúc với Arduino Nano đó là sự tiện dụng, đơn giản, có thể lập trình trực tiếp bằng máy tính (như Arduino Uno R3) và đặc biệt hơn cả đó là kích thước của nó. Kích thước của Arduino Nano cực kì nhỏ (1.85cm x 4.3cm).
Các thơng số kỹ thuật của Arduino Nano hầu như giống hoàn Arduino Uno R3, vì vậy các thư viện trên Arduino Uno đều hoạt động tốt trên Arduino Uno. Tuy nhiên, ở Nano có một lợi thế cực kì quan trọng, nhờ đó Arduino Nano đã được ứng dụng rất nhiều trong các dự án DIY, đó chính là kích thước của nó. Dịng mạch Arduino phổ biến, khi mới bắt đầu làm quen, lập trình với Arduino thì mạch Arduino thường nói tới chính là dịng Arduino UNO.
3.13.2 Thơng số kỹ thuật
Vi điều khiển Atmega328 (họ 8-bit)
Điện áp hoạt động 5VDC
Tần số hoạt động 16MHz
Dòng tiêu thụ 30mA
Điện áp vào khuyên dùng 7 – 12 VDC
Điện áp vào giới hạn 6 – 20VDC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)
Số chân Analog 8 (độ phân giải 10-bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 40mA
Dòng ra tối đa (5V) 500mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB ( Atmega328) với 2 KB dùng bởi
bootloader
SRAM 2 KB ( Atmega328)
EEPROM 1 KB ( Atmega328)
Kích thước 1.85cm x 4.3cm
3.13.3 Chức năng từng chân của Arduino Nano
Số thứ tự chân Tên Kiểu Chức năng
1 D0 I/O Chân I / O kỹ thuật số Chân TX nối
tiếp
2 D1 I/O Chân I / O kỹ thuật số Chân RX nối