*Các thơng số chính: Điện áp: 5VDC
Điện trở dây dẫn 1,2m Ohm Độ nhạy 66-185mV/A
Điện áp đầu ra tỷ lệ với điện áp DC hoặc AC đầu vào Băng thơng 50Hz
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP 13
Dòng cung cấp : 11mA
Dòng ngõ ra source 3mA, sink 10mA Dòng tối đa ngõ vào: 60A
Hình 2.9. Mạch ngun lý của cảm biến dịng Hall Bảng 2.3. Chức năng chân cảm biến ACS712[7]
Chân Tên Chức năng
1,2 IP+ Nhận mức dòng điện vào (+ đối với một chiều) 3,4 IP- Nhận mức dòng điện vào(- đối với một chièu)
5 GND Chân Mass
6 FILTER Lọc nhiễu
7 VIOUT Tín hiệu tương tự ngõ ra
8 VCC Cung cấp điện áp
Khi có dịng điện chạy từ chân 1,2 sang chân 3,4 bằng đường ống đồng nằm sát bề mặt , dòng điện chạy qua sẽ tạo ra từ trường, từ trường này được cảm nhận thông qua một cảm biến nằm bên trong IC và IC sẽ đưa ra các chuyển đổi với tỷ lệ chính xác. Q trình chuyển đổi này đã được bù điện áp.
Tính hiệu ở chân ngõ ra là tín hiệu tương tự, vì thế cần phải quy đổi giá trị mới có thể biết được giá trị dòng điện xuất ra từ chân VIOUT.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 14 Bảng 2.4. Độ phân giải theo dòng điện tối đa của cảm biến ACS712[7]
Mã số Nhiệt độ làm việc (℃)
Dòng điện tối ưu, tối đa (A)
Độ phân giải (mV/A)
ACS7112ELCTR-05B-T -40 đến 85 ±5 185
ACS7112ELCTR-20A-T -40 đến 85 ±20 100
ACS7112ELCTR-30A-T -40 đến 85 ±30 66
Có 3 loại cảm biến dòng HALL là 5,20,30A tương ứng với giá trị dòng điện tối đa mà IC có thể đọc được.
2.2.3 Driver hiển thị VGA a) IC Atmega 328P a) IC Atmega 328P
Trong đồ án sử dụng chip Atmega328P như 1 driver để hiển thị các thơng số lên màn hình VGA, dữ liệu được đọc từ cảm biến rồi hiển thị lên màn hình VGA, do độ phức tạp của việc hiển thị lên màn hình VGA nên sử dụng chip Atmega328P là driver để hiển thị.
Hình 2.10.IC Atmega 328P
Điện áp hoạt động 5V
Số chân I/O digital 14 (trong đó có 6 chân PWM)
Số chân ngõ vào analog 6
Dòng DC trên 1 chân I/O 40 mA
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 15
SRAM 2kB
EEPROM 1kB
Tốc độ xung 8MHz hay 16 MHz
b) VGA
Đồ án sử dụng IC Atmega328P như một driver để hiển thị hình ảnh thơng qua cổng giao tiếp màn hình thơng qua cổng VGA. VGA viết tắt của Video Graphic Array. Đây là một tiêu chuẩn màn hình phổ biến được phát triền bởi IBM được giới thiệu vào năm 1987. VGA được hiểu là thiết bị xuất đồ họa dưới dạng Video thành từng dãy ra màn hình cung cấp độ phân giải 640 x 480 với 16 màu sắc hiển thị tại một thời điểm[6].
Hình 2.11. Cổng VGA DB15 Bảng 2.5. Chức năng các chân cổng DB15 Bảng 2.5. Chức năng các chân cổng DB15
Chân Tên Vào/ra Chức năng
1 RED Ra Tín hiệu màu đỏ (75 ohm, 0-0.7V VPP) 2 GREEN Ra Tín hiệu màu xanh lục (75 ohm, 0-0.7V VPP) 3 BLUE Ra Tín hiệu màu xanh lam (75 ohm, 0-0.7V VPP) 4 ID2 Vào ID màn hình bit 2
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP 16
6 RGND - Chân mass của chân màu đỏ 7 GGND - Chân mass của chân màu xanh lục 8 BGND - Chân mass của chân màu xanh lam 9 KEY - Chân trống hoặc nối mass
10 SGND - Chân mass đồng bộ hóa 11 ID0 Vào ID màn hình bit 0
GND=Color, NC=Mono 12 ID1 hoặc
SDA
Vào ID màn hình bit 1
GND=Color, NC=Mono
Một vài hệ thống chỉ dùng ID0 cho màn hình ID 13 HSYNC
hoặc CSYNC
Ra Tín hiệu đồng bộ theo chiều ngang hoặc đồng bộ hỗn hợp
14 VSYNC Ra Tín hiệu đồng bộ theo chiều dọc
15 ID3 hoặc SCL
Vào ID màn hình bit 3
Có 5 tín hiệu xuất ra màn hình trong driver, bao gồm:
Đồng bộ ngang: tín hiệu số, được sử dụng để đồng bộ hóa video. Đồng bộ dọc: tín hiệu số, được sử dụng để đồng bộ hóa video. Red (R): tín hiệu tương tự (0-0.7 v), sử dụng để điều khiển màu. Green (G): tín hiệu tương tự (0-0.7 v), sử dụng để điều khiển màu. Blue (B): tín hiệu tương tự (0-0.7 v), sử dụng để điều khiển màu.
Để hiển thị dữ liệu lên màn hình VGA cần tạo ra các xung đồng bộ theo chiều ngang và xung đồng bộ theo chiều dọc.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 17
Bằng cách thay đổi mức độ tương tự của ba tín hiệu RGB sẽ tạo ra các màu khác, hay nói cách khác đây là tổ hợp của các màu cịn lại.
Hình 2.12. Tạo màu từ ba màu cơ bản
Các chùm tia điện tử sẽ quét tất cả trên màn hình theo trình tự các đường hàng ngang để tạo ra hình ảnh mà ta thấy. Các thông số RGB được dùng để điều khiển, kiểm soát cường độ của các chùm tia electron.
Quá trình làm mới màn hình bắt đầu ở góc trên cùng bên trái và tạo ra các điểm ảnh từ trái sang phải. ở vị trí cuối cùng của hàng đầu tiên, gia số của hàng sẽ tăng lên có nghĩa là từ hàng 0 lên hàng 1, và địa chỉ sẽ trở lại cột đầu tiên và tiếp tục tạo ra điểm ảnh từ trái sang phải, khi tồn bộ màn hình đã được quét xong thì quá trình làm mới lại được khởi động lại.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 18 Hình 2.13. Cách quét màn hình theo xung đồng bộ
Các tín hiệu video phải vẽ lại tồn bộ màn hình 60 lần mỗi giây để cung cấp cho các chuyển động trong hình ảnh và giảm rung lắc giúp video mượt hơn: giai đoạn này được gọi là tỷ lệ làm mới. Tỷ lệ làm mới cao hơn 60 Hz được sử dụng trong màn hình vi máy tính[6]
Các tín hiệu đồng bộ dọc làm màn hình bắt đầu hiển thị một hình ảnh mới hoặc framme, và màn hình bắt đầu từ góc trên bên trái với pixel (0,0).
Các tín hiệu đồng bộ ngang làm màn hình làm mới một hàng bao gồm 640 pixel.
Sau khi 480 dịng điểm ảnh được làm mới với 480 tín hiệu đồng bộ ngang, một tín hiệu đồng bộ dọc reset màn hình vào góc trên bên trái và tiến trình tiếp tục Trong thời gian khi dữ liệu điểm ảnh không được hiển thị và chùm electron đang trở lại với cột bên trái để bắt đầu một quét ngang, các tín hiệu RGB tất cả nên được thiết lập để màu đen (tất cả bằng không).
Trong một card đồ họa máy tính, một vị trí bộ nhớ chuyên dụng được sử dụng để lưu trữ các giá trị màu sắc của mỗi điểm ảnh trong màn hình. bộ nhớ này được đọc như scans chùm trên màn hình để tạora các tín hiệu RGB.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP 19 2.2.4 Arduino Ethernet Shield
Arduino shield internet là một dạng shield được phát triển hỗ trợ các dòng arduino truy cập internet cũng như các ứng dụng sử dụng internet thông qua cổng RJ45. Dựa trên chip internet Wiznet W5100 có thể giúp arduino kết nối internet với cả hai giao thức là TCP, UDP. Với chip internet Wiznet W5100 thì cho phép 4 cổng kết nối cùng một lúc[9].
Hình 2.14. Ethernet Shield Arduino
a) Giao thức kết nối TCP/IP:
TCP là kết nối dựa trên phương pháp truyền thông rằng sẽ thiết lập kết nối trước và cung cấp những dữ liệu thông qua các kết nối bằng cách sử dụng địa chỉ IP và số cổng của hệ thống. Có hai phương pháp để thiết lập kết nối. Một là chế độ SERVER (thụ động mở) được chờ đợi yêu cầu kết nối. Các khác là chế độ CLIENT (hoạt động mở) mà gửi yêu cầu kết nối đến một máy chủ[14].
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 20 Hình 2.15. Hai chế độ kết nối theo giao thức TCP/IP
Trong cấu trúc gửi dữ liệu sử dụng chế độ Client qua giao thức TCP/IP. Chế độ Client sử dụng W5100 như một khách hàng và gửi dữ liệu tới máy chủ.
Trong đồ án, shield ethernet được xem như một client (khách hàng) gửi dữ liệu tới máy chủ ở đây là thingspeak để lưu trữ, đầu tiên chip W5100 gửi yêu cầu kết nối tới máy chủ, sau khi được chấp nhận thì tiến hành kết nối dữ liệu, khi kết nối dữ liệu hoàn tất thì sẽ ngừng kết nối để kết nối lại cho lần tiếp theo.
Bảng 2.6 Các hàm sử dụng trong giao tiếp Shield Ethernet[3]
Hàm Chức năng
Begin Khởi tạo cấu hình cho IC W5100
setField Thiết lập giá trị cho từng Field là một trong số nhiều Field
writeFields Ghi giá trị vào từng kênh trên thingspeak b) Giao tiếp SPI giữa Arduino và Ethernet shield[14]
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 21 Hình 2.16.Giao tiếp giữa IC W5100 và vi điều khiển
Shield Ethernet hay chip W5100 giao tiếp với Arduino thông qua chuẩn SPI 4 chân bao gồm SS, SCLK, MOSI, MISO.
Quy trình:
-Thiết lập các chân IN/OUT , trong đó SS,MOSI,SCLK là Output và chân MISO là Input
-Chân SS xuất mức ‘1’
-Cấu hình chế độ SPI cho thiết bị chủ
-Viết giá trị mong muốn truyền vào thanh ghi SPDR -Chân SS xuống mức thấp (bắt đầu truyền dữ liệu) -Đợi q trình tiếp nhận hồn thành
-Chân SS lên mức cao khi quá trình truyền kết thúc
2.2.5 Mođun Realtime DS1307
DS1307 là một IC thời gian thực của Dallas Semiconductor. Chip có 64 ô nhớ, 8 ô chứa 8 bit chứa thời gian: giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng,năm. Và 56 ơ cịn lại dùng để lưu trữ dữ liệu. Với việc dùng chuẩn giao tiếp I2C nên IC có 8 chân.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 22 Hình 2.17.Module Realtime Ds1307
Bảng 2.7.Chức năng các chân IC DS1307[10]
Chân linh kiện Chức năng
X1-X2 Kết nối thạch anh 32768Hz
VBAT Kết nối nguồn pin 3V để lưu trữ giá trị giờ hiện thời khi mất nguồn
GND Mass
SDA-SCL Chân giao tiếp theo chuẩn I2C
SQW/OUT Ngõ ra tạo xung vng theo tần số có thể lập trình
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 23 Hình 2.18. Tổ chức các thanh ghi theo thời gian
- Ô nhớ lưu giây, địa chỉ 0x00 lưu chục giây và đơn vị giây, bit CH có chức năng ngừng đồng hồ nếu bằng 1 và muốn đồng hồ hoạt động thì bit này bằng 0.
- Ô nhớ lưu phút, địa chỉ 0x01lưu chục phút và đơn vị phút, bit thứ 7 luôn bằng 0. - Ô nhớ lưu giờ, địa chỉ 0x02 lưu chục giờ và đơn vị giờ, bit 6 để chọn chế độ 12 hoặc 24 giờ.
- Ô nhớ lưu thứ, địa chỉ 0x03 lưu đơn vị thứ, chỉ dùng 3 bit.
- Ô nhớ lưu ngày, địa chỉ 0x04 lưu chục ngày và đơn vị ngày dùng 6 bit, các bit cịn lại trống.
Tương tự ơ nhớ lưu tháng và năm , ô nhớ lưu tháng gồm 5 bit, và lưu năm trong phạm vi 00 đến 99[1].
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 24 2.2.6 Module Sim800L
Đây là module quan trọng cơ bản trong hệ thống. Có chức năng thực hiện cuộc gọi đến số điện thoại của người bảo vệ đã được đặt trước trong trường hợp người sử dụng gặp sự cố.Do hãng SIMCOM sản xuất, sử dụng tập lệnh AT để điều khiển.
Hình 2.19. Module Sim800L
Thơng số:
- Nguồn cung cấp: 3,4V~4,4V. - Dòng ở chế độ chờ: 10mA. - Dòng ở chế độ nghỉ: 0.7mA. - Dòng hoạt động: 500mA trở lên. - Hỗ trợ 4 băng tần phổ biến.
- Dải nhiệt độ làm việc: -40℃ đến +85℃.
Do đề tài sử dụng cho việc gọi điện thoại và gửi tin nhắn SMS, nên chỉ giới thiệu những chân cần dùng:
VBAT: cấp nguồn vào Sim900A với mức điện áp từ 3.4 đến 4.5v. GROUND: chân nối nguồn âm của SIM800L.
STATUS: khi khởi động và nhận SIM và sóng, STATUS sẽ tạo ra xung với chu kỳ 2s, được gắn với LED báo.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 25
VSIM: cấp nguồn cho thẻ sim.
SIM_DATA: chân nhận và trền dữ liệu giữa SIM800L và thẻ sim. SIM_CLK: xung đồng bộ cấp ra thẻ sim.
SIM_RST: RESET thẻ sim.
Bảng 2.8. Các lệnh AT cơ bản trong Sim800L[13]
Lệnh Chức năng Trả về
AT Kiểm tra đường truyền OK
AT+CMGF=1 Cấu hình tin nhắn của sim kiểu text ADTx (x là số điện thoại) Thực hiện cuộc gọi
ATH Kết thúc cuộc gọi
AT+CMGS=“x” (x là số điện thoại)
> nội dung tin nhắn
Gửi tin nhắn SMS đến số điện thoại x
OK
ATD*101# Kiểm tra tài khoản
Như vậy dựa vào các lệnh AT là có thể lập trình cho vi xử lý để phù hợp với nhu cầu sử dụng của đồ án như gửi tin nhắn hoặc gọi điện thoại một cách dễ dàng.
2.2.7 LCD 16x2
Ngày nay, LCD là một thiết bị hiển thị hữu ích của vi điều khiển.LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ…
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 26 Hình 2.20. LCD 16x2
Vi xử lý giao tiếp LCD thông qua 3 chân điều khiển là RS,RW và E và 8 chân dữ liệu (data) nếu giao tiếp 8 bit, hoặc 4 chân dữ liệu theo kiểu 4 bit. Khác nhau của hai kiểu điều khiển này nằm ở tốc độ hiển thị. Kiểu 8 bit sẽ nhanh hơn kiểu 4 bit.
Bảng 2.9. Chức năng từng chân LCD16x2[11]
Chân LCD I/O Mô tả
VSS Nguồn GND
VDD Nguồn Điện áp 5V
VO Điện áp Điều khiển độ tương phản của nền RS Input Lựa chọn thanh ghi
RW Input Đọc/Ghi
E Input Cho phép
D0 I/O Data
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 27 D2 I/O Data D3 I/O Data D4 I/O Data D5 I/O Data D6 I/O Data D7 I/O Data Bảng 2.10. Các lệnh điều khiển LCD16x2 Lệnh RS R W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Mô tả
NOP 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Khơng hoạt động Xóa hiển thị 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Xóa hiển thị và đặt địa chỉ counter về 0 Con trỏ nhà 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Đặt địa chỉ counter về 0, đặt màn hình về ban đầu, nội dung DDRAM không đổi
Chế độ nhập
0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S Thiết lập hướng cho con trỏ và quy định dịch tự
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 28 động Điều khiển hiển thị 0 0 0 0 0 0 1 D C B Hiển thị lần lượt (D), bật/tắt con trỏ (C) và nhấp nháy con trỏ (B) Con trỏ/dịch hiển thị 0 0 0 0 0 1 S/ L R/ L 0 0 Di chuyển con trỏ và dịch hiển thị, DDRAM có nội dung khơng đổi Hàm thiết lập 0 0 0 0 1 DL N M G 0 Thiết lập giao diện dữ liệu(DL), số dòng hiển thị(N,M) và điện áp điều khiển chung(G) Thiết lập CGRAM
0 0 0 1 Tạo ký tự mới Thiết lập địa chỉ CGRAM
Thiết lập DDRAM
0 0 1 Hiển thị địa chỉ dữ liệu RAM Thiết lập địa chỉ DDRAM Cờ tràn và ADDR 0 0 BF Địa chỉ counter Đọc cở tràn và địa chỉ counter Ghi dữ liệu
1 0 Ghi dữ liệu Đọc dữ liệu từ
CGRAM hoặc DDRAM
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 29
liệu CGRAM hoặc
DDRAM
Như vậy, tùy vào dữ liệu muốn hiển thị mà lập trình cho vi xử lý hiển thi LCD tùy ý muốn của người lập trình.
2.2.8 Bo Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 là một board vi điều khiển dựa trên con vi xử lý Atmega 2560, bao gồm 54 chân digital, trong đó có 15 chân có thể sử dụng PWM, ngồi ra Arduino Mega 2560 cịn có 16 chân analog, 4 UART, 1 thạch anh 16MHz, 1 cổng kết nối USB, 1 nút reset, 1 jack cắm điện và 1 ICSP.
Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trước giờ vì khơng sử dụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý. Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2 lập trình như là một cơng cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB. Ngồi ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ khác số lượng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên các bạn vẫn có thể lập trình cho con vi điều khiển này bằng chương trình lập trình cho Arduino Uno R3[8].
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP 30
Các đặc điểm chính của Arduino Mega 2560
Vi xử lý Atmega2560 Điện áp hoạt động 5v Điện áp ngõ vào 5v Chân I/O 54 Chân PWM 15 Chân analog 16 Bộ UART 4
Giao tiếp SPI 1
Giao tiếp I2C 1