Mạch tạo một xung ngắn khi điện áp vào bằng 0, tiêu thụ khoảng 120mW với điện áp vào 240Vac – 50Hz. Hai điện trở R1, R2 hạn dòng ngõ vào, khi điện áp chỉnh lƣu vào giảm xuống thấp hơn C2, Q1 bắt đầu dẫn và tạo ra một xung vài trăm micro giây, IC PC817 sẽ làm việc theo xung Q1. Điện trở R5 giới hạn dòng qua LED phát của PC817.
3.1.2.4 Mạch chuyển đổi cơng suất
Hình 3.5.Mạch chuyển đổi cơng suất.
BTA12 là triac điều khiển tồn sóng với hiệu suất cao, chống nhiễu tốt và chuyển mạch nhanh.
Đặc tính:
- Điện áp làm việc tới 800V.
- Dòng ở trạng thái dẫn là 12A RMS ở 25oC. - Chuyển mạch nhanh 1.5mA/ms.
- Cách ly nội (2500VRMS )
MOC3020 là opto cách ly quang dùng để điều khiển triac. Nó bao gồm một LED phát hồng ngoại GaAs và một chuyển mạch hai chiều bằng ánh sáng (hoạt động nhƣ một triac). MOC3020 dùng để giao tiếp giữa các điều khiển điện tử và triac công suất để điều khiển các tải trở và tải cảm. Điện áp cách ly cao (5300VAC RMS) và chuyển mạch nhanh.
Khi ngõ ra OUT1 của vi điều khiển lên mức 1, LED phát của MOC sáng, triac quang dẫn kích chân G của triac công suất, điện trở R2 giới hạn dịng kích, lúc này triac cơng suất dẫn. Tụ C1 đƣợc sử dụng khi tải có tính chất cảm.
3.1.2.5 Mạch PWM 012VDC
Hình 3.6.Mạch PWM 0-12VDC.
IRF640 là MOSFET kênh N, chuyển mạch với tần số rất cao, dùng trong các mạch điều chỉnh điện áp DC, điều chỉnh tốc độ động cơ DC.
Bảng 2.5. Thông số MOSFET IRF640
Thông số Min Max Đơn vị Điều kiện
VDSS Điện áp đánh thủng 200 V VGS=0V, ID=250µA
RDS Điện trở cực DS 0.18 Ω VGS=10V, ID=11A
VSD Điện áp trƣớc diode 2 V TJ=25oC,IS=18A,VGS=0V
VGS Điện áp trƣớc cực GS 2 4 V VDS=VGS,ID=250µA
ID Dịng tải tối đa 18 A VGS=10V,TC=25ºC
P Công suất cực đại 50 W
Xung điện áp đƣa vào chân G của IRF, giả sử ban đầu xung điện áp > 0V, IRF dẫn, có điện áp đầu ra, tại thời điểm thứ hai xung điện áp = 0, IRF khóa, điện áp đầu ra = 0 và cứ nhƣ vậy tạo ra điện áp đầu ra có dạng xung vng, tần số phụ thuộc vào tần số ngõ ra PWM của vi xử lý, ở đây là 10Khz. Opto PC817 dùng nhƣ công tắc chuyển mạch đóng ngắt IRF theo tần số ngõ ra của vi xử lý, đồng thời cách ly mạch IRF với mạch điều khiển.
3.2.3 Khối Điều Khiển
Với việc điều khiển thiết bị điện 220V dùng PWM của timer 1, phát nhạc dùng chip VS1003B với SD Card để giải mã mp3 theo chuẩn SPI2, điều khiển GLCD 7” dùng chuẩn SPI1 và giao tiếp với cảm biến nhiệt độ - độ ẩm, module bluetooth HC-05. Với những yêu cầu trên nhóm quyết định chọn chip STM32F103VET6. Vừa đáp ứng đủ các ngõ IO để điều khiển vừa tiết kiệm chi phí nhƣng vẫn đáp ứng đủ hiệu năng. Chip xử lý 32 bit ARM Cortex M3 STM32F103VET6. Với bộ nhớ Flash lên đến 512Kb, bộ nhớ RAM 64Kb và 80 ngõ IO.
Hình 3.7.Sơ đồ kết nối vi điều khiển 3.2.4 Hiển Thị Giao Tiếp Với Ngƣời Dùng 3.2.4 Hiển Thị Giao Tiếp Với Ngƣời Dùng
Sử dụng màn hình màu cảm ứng 7” để hiển thị và giao tiếp với ngƣời dùng chip điều khiển đƣợc tích hợp sẵn trên LCD là chip SSD1963. Màn hình 7 inch độ phân giải 800x480 pixel.
- Hiển thị giao diện nhiệt độ, thời gian, trạng thái các thiết bị và giao diện nghe nhạc mp3.
Sơ đồ kết nối cảm ứng đƣợc trình bày ở hình 3.8, các tín hiệu giao tiếp với vi điều khiển gồm có : - TP_CS dùng chân PC6. - TP_INT dùng chân PC5. - TP_SCL dùng chân PB10. - TP_SDA dùng chân PB11.
CON40 là connector vừa giao tiếp cảm ứng vừa giao tiếp hiển thị Graphic LCD, vi điều khiển sử dụng GPIOE với 16 bit để giao tiếp, các bit điều khiển LCD_CS, LCD_RS, LCD_WR, LCD_RD đƣợc kết nối với các chân PD4, PD5, PD6, PD7 .
Sơ đồ kết nối với vi điều khiển :
Hình 3.8.Sơ đồ kết nối chân GLCD và Touch với vi điều khiển. 3.2.5 Khối giao tiếp giải mã âm thanh. 3.2.5 Khối giao tiếp giải mã âm thanh.
Khối này sử dụng IC giải mã âm thanh VS1003b dùng để giải mã âm thanh cho các chuẩn định dạng nhạc MP3, WMA, WAV, MIDI, thu nhạc định dạng IMA, ADPCM(âm thanh mono).Hỗ trợ bộ chuyển đổi DAC cho MP3 và WAV dạng stereo chất lƣợng cao.
Có bộ điều khiển tai nghe âm thanh, giao tiếp MP3 dùng chuẩn SPI2.VS1003B có 5.5kB
RAM trên chip sử dụng cho code/data.
Hình 3.9.Sơ đồ khối VS1003B
Ngõ ra này tạo ra sóng sine ngõ ra tần số 1 kHz với bộ điều chế tần số 48 kHz(với
thạch anh cung cấp xung ngoại 12.228 MHz).
Hình 3.11.Phổ ngõ ra tại chân LEFT hoặc RIGHT với trở ngõ ra là 30 Ω
Chế độ SCI Read của VS1003B( mã lệnh 0x03):
Chế độ SCI Write của VS1003B( mã lệnh 0x02):
Hình 3.13.Cấu hình chân để ghi dữ liệu vào VS1003B.
Sơ đồ giải mã Mp3 của VS1003B:
Hình 3.14.Sơ đồ thứ tự giải mã dữ liệu của VS1003B. 3.2.6 Khối giao tiếp SDcard. 3.2.6 Khối giao tiếp SDcard.
Khối giao tiếp với SD card giao tiếp qua chuẩn SPI2. Chân CS đƣợc kết nối với PB0, chân CLK nối với chân PB13, chân MISO nối với chân PB14, chân MOSI nối với
chân PB15.
Hình 3.15.Sơ đồ nguyên lý giao tiếp Sdcard. 3.2.7 Module bluetooth HC-05. 3.2.7 Module bluetooth HC-05.
3.2.7.1 Giới thiệu
HC-05 là một module bluetooth sử dụng chuẩn SPP (Serial Port Protocol: giao thức port nối tiếp), cho phép thiết lập kết nối nối tiếp không dây theo tiêu chuẩn bluetooth V2.0 và EDR (Enhanced Data Rate: tăng cƣờng tốc độ dữ liệu) 3Mbps, làm việc với tần số 2.4GHz.
Hình 3.16.Sơ đồ chân HC-05 3.2.7.2 Đặc điểm: 3.2.7.2 Đặc điểm:
- Điện áp hoạt động: 3.3V-5V.
- Module có 2 chế độ làm việc (có thể lựa chọn chế độ làm việc bằng cách thay đổi trạng thái chân 34):
+ Tự động kết nối.
+ Đáp ứng theo lệnh: khi làm việc ở chế độ này, có thể gửi các lệnh AT để giao tiếp với module.
- Module HC05 có thể nhận 1 trong 3 chức năng: Master, Slave, Loopback (có thể lựa chọn các chức năng bằng lệnh AT).
- Giao tiếp với module bằng giao tiếp nối tiếp khơng đồng bộ qua 2 đƣờng RX và TX, vì vậy có thể sử dụng PC với chuẩn RS232 hoặc các dòng vi điều khiển để giao tiếp.
- Bằng cách thay đổi trạng thái chân 34 (KEY), có thể cấu hình chế độ hoạt động cho module:
- Để module làm việc ở chế độ kết nối tự động: KEY phải ở trạng thái Floating (trạng thái không kết nối).
- Để module làm việc ở chế độ đáp ứng theo lệnh: KEY = „0‟ (kết nối xuống đất)Cấp nguồn cho module chuyểnKEY = „1‟ (kết nối lên VCC) lúc này có thể sử dụng các lệnh AT để giao tiếp.
3.2.8 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11. 3.2.8.1 Giới thiệu. 3.2.8.1 Giới thiệu.
DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, ra đời sau và đƣợc sử dụng thay thế cho
dòng SHT1x ở những nơi khơng cần độ chính xác cao về nhiệt độ và độ ẩm.
Hình 3.17.Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11. 3.2.8.2 Nguyên lý hoạt động. 3.2.8.2 Nguyên lý hoạt động.
DHT11 có cấu tạo 4 chân nhƣ hình, giao tiếp theo chuẩn 1 dây. + Thông số kỹ thuật:
+ Sai số độ ẩm ±5% + Sai số nhiệt độ: ±2ºC.
Sơ đồ kết nối:
Hình 3.18.Sơ đồ kết nối DHT11 với vi xử lý.
Nguyên lý hoạt động:
Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2 bƣớc: + Gửi tin hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại.
+ Khi đã giao tiếp đƣợc với DHT11, Cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độ đo đƣợc.
- Bƣớc 1: Gửi tín hiệu Start.
MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong khoảng thời gian >18ms. Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt độ và độ ẩm.
+ MCU đƣa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào.
+ Sau khoảng 20-40µs, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp. Nếu >40µs mà chân DATA ko đƣợc kéo xuống thấp nghĩa là ko giao tiếp đƣợc với DHT11.
+ Chân DATA sẽ ở mức thấp 80µs sau đó nó đƣợc DHT11 kéo nên cao trong 80µs. Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể biết đƣợc có giao tiếp đƣợc với DHT11 khơng. Nếu tín hiệu đo đƣợc DHT11 lên cao, khi đó hồn thiện q trình giao tiếp của MCU với DHT.
- Bƣớc 2: Đọc giá trị trên DHT11.
+ DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dƣới 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.
+ Đọc dữ liệu:
Sau khi giao tiếp đƣợc với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40 bit 0 hoặc 1 về MCU, tƣơng ứng chia thành 5 byte kết quả của nhiệt độ và độ ẩm.
Bit 0:
Hình 3.20. Tín hiệu mức 0.
Bit 1:
Hình 3.21.Tín hiệu mức 1.
Sau khi tín hiệu đƣợc đƣa về 0, ta đợi chân DATA của MCU đƣợc DHT11 kéo lên 1. Nếu chân DATA là 1 trong khoảng 26-28µs thì là 0, cịn nếu tồn tại 70µs là 1. Do đó trong lập trình bắt sƣờn lên của chân DATA, sau đó delay 50µs. Nếu giá trị đo đƣợc là 0 thì ta đọc đƣợc bit 0, nếu giá trị đo đƣợc là 1 thì giá trị đo đƣợc là 1. Cứ nhƣ thế đọc các bit tiếp theo.
3.2 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT CHƢƠNG TRÌNH. 3.2.1 Lƣu đồ giải thuật trên mạch điều khiển.
- Lƣu đồ chƣơng trình chính:
Khi cấp nguồn cho mạch, vi xử lý cập nhật thƣ viện, khởi tạo các biến,khởi tạo SD Card và đọc dữ liệu đã lƣu trƣớc đó trong bộ nhớ Flash (trạng thái bật, tắt thiết bị, tên thiết bị, danh sách hẹn giờ,…) để hiển thị ra giao diện. Sau đó tiến hành đọc giá trị nhiệt độ, độ ẩm, cƣờng độ sáng để hiển thị, đồng thời chờ tín hiệu điều khiển từ điện thoại và chờ ngƣời dùng nhấn vào các tab để chuyển sang xử lý các tab tƣơng ứng. Quá trình cứ thế lặp lại.
Hình 3.22. Lƣu đồ chƣơng trình chính.
Bắt đầu
Khởi tạo thƣ viện, khai báo các biến Đọc dữ liệu từ bộ nhớ Flash lƣu vào các biến
Hiển thị tab Home
Chọn tab Home Hiển thị tab Home Chọn tab Setup Hiển thị tab Setup Chọn tab Music Hiển thị tab Music Chọn tab Timer Hiển thị tab Timer
Chọn tab System Hiển thị tab System
Chọn tab About Hiển thị tab About Đọc, hiển thị nhiệt độ, độ ẩm Sai Sai Sai Sai Sai Sai Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Nhận, xử lý tín hiệu từ android
-Lƣu đồ chƣơng trình con tab Home:
Hiển thị tab Home Xóa widget tab khác Hiển thị widget tab Home
Nhấn chọn thiết bị
Đóng hoặc mở thiết bị
Kết thúc
Sai Đúng
Hình 3.23. Lƣu đồ tab Home.
Khi nhấn vào các nút thì sẽ chuyển từ on sang off và ngƣợc lại. -Lƣu đồ chƣơng trình con tab Timer:
Hiển thị tab Home Xóa widget tab khác Hiển thị widget tab Timer
Nhấn chọn thiết bị
Hẹn giờ thiết bị
Kết thúc
Sai Đúng
Hình 3.24. Lƣu đồ tab Timer.
Khi nhấn vào nút trong tab Timer, sẽ hiện ra một bảng cho phép đặt giờ bật, tắt thiết bị, thêm, xóa lịch trình hẹn giờ.
-Lƣu đồ chƣơng trình con tab Setup: Hiển thị tab Setup
Xóa widget tab cũ Hiển thị widget tab Setup
Chọn thiết bị
Chọn Set device Chọn thiết bị cho ngõ ra
Chọn Set name Thay đổi tên thiết bị
Chọn Set PWM Thay đổi điện áp ngõ ra Sai Sai Sai Đúng Đúng Đúng Đúng Sai Kết thúc
Hình 3.25. Lƣu đố tab Setup.
Khi nhấn chọn một thiết bị sẽ hiện ra bảng các tùy chọn điều khiển:
+ Chọn Set device sẽ cho phép thêm một thiết bị mới, hoặc xóa thiết bị đang đƣợc chọn. + Chọn Set name cho phép đặt lại tên thiết bị.
-Lƣu đồ chƣơng trình con tab Music:
Hiển thị tab Music
Xóa widget tab cũ Hiển thị widget tab Music
Hiển thị danh sách nhạc Nhấn Play/Pause TT==0 TT==1 Dừng nhạc Phát nhạc Tìm thấy file nhạc trong SD card TT=1 TT=0 Nhấn Next Nhấn Previous
Phát bài kế tiếp Phát bài trƣớc đó
Kết thúc Sai Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Sai Sai
Sai Sai Sai
Chọn bài
Phát bài đƣợc chọn Đúng
Sai
Hình 3.26. Lƣu đồ tab Music.
Khi tab Music đƣợc chọn lần đầu, vi xử lý đọc trong thẻ SD tìm file âm thanh, nếu khơng có thì thơng báo và thốt. Nếu có tiến hành hiển thị danh sách bài hát. Chọn vào các nút Play, Pause, Next, Privious sẽ xử lý phát nhạc ứng với các nút.
3.2.2 Lƣu đồ thuật tốn chƣơng trình trên Android.
-Lƣu đồ Activity Main:
Bắt đầu
Kết nối bluetooth thành công Khởi tạo các biến Hiển thị giao diện
Yêu cầu kết nối Sai Đúng Cập nhật giao diện Nhận, hiển thị nhiệt độ, độ ẩm... Thốt? Kết thúc Đúng Sai Hàm Run()
Hình 3.27. Lƣu đồ Activity Main
Khi khởi động, ứng dụng sẽ khởi tạo các biến, các tab, tải giao diện ban đầu. Sau đó kiểm tra kết nối bluetooth có bật hay khơng, nếu không đƣa ra thông báo yêu cầu ngƣời dùng bật bluetooth. Sau khi bluetooth đƣợc bật, ứng dụng kết nối với HC-05 (lắp trên mạch điều khiển), lúc này mạch điều khiển sẽ gửi lệnh đồng bộ giao diện cho ứng dụng.Ngƣời dùng có thể thao tác trên ứng dụng để điều khiển mạch điều khiển, đồng thời tiếp tục cập nhật giao diện từ mạch điều khiển.
-Lƣu đồ hàm Run():
Hình 3.28. Lƣu đồ hàm Run.
Trong hàm Run(), ứng dụng đợi tín hiệu điều khiển từ mạch điều khiển, nếu có thì cập nhật giao diện, nếu khơng thì chờ lệnh điều khiển từ ngƣời dùng thao tác trên ứng dụng. Các sự kiện onClick(), onLongClick()… là thao tác ngƣời dùng bật tắt các nút nhấn, nhấn giữ lấu nút nhấn để hiển thị bảng tùy chọn,…
Bắt đầu Tín hiệu điều khiển từ ARM Cập nhật giao diện Các sự kiện onClick(), onLongClick(),onOptionsItem Selected(),... Cập nhật giao diện Xử lý, gửi tín hiệu ra bluetooth Kết thúc Đúng Sai Đúng Sai
-Lƣu đồ xử lý sự kiện onOptionsItemSelected(): Bắt đầu Chọn chức năng Set PWM Chọn chức năng Alarm Chọn chức năng Rename Chọn chức năng Delete Cập nhật giao diện Gửi lệnh xóa ra bluetooth Kết thúc Đúng Sai Đúng Sai Đúng Sai Đúng Sai
Gửi Intent gọi Activity SetPWM
Gửi Intent gọi Activity Alarm
Gửi Intent gọi Activity Rename
Hình 3.29. Lƣu đồ hàm onOptionsItemSelected.
Sự kiện onOptionsItemSelected() trong Activity List_Control, có chức năng hiển thị danh sách tùy chọn điều khiển, khi nhấn vào chức năng nào thì gửi Intent gọi Activity
4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC PHẦN LÝ THUYẾT.
- Tìm hiểu biết sâu hơn về vi điều khiển STM32VET6. - Sử dụng màn hình cảm ứng TFT LCD 7 Inch.
- Tìm hiểu linh liện trong mạch cơng và mạch điều khiển của đề tài.
- Biết cách giao tiếp với thẻ nhớ và IC giải mã âm thanh VS1003, module bluetooth HC- 05.
- Sử dụng đƣợc phần mềm Proteus, Keil C, Altium.
4.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC PHẦN THỰC HÀNH. 4.2.1 Thiết kế mạch in. 4.2.1 Thiết kế mạch in.
Hình 4.2.Lớp Bottom PCB mạch điều khiển
Hình 4.4. Lớp Bottom PCB mạch công suất. 4.2.2 Thi công mạch thực tế. 4.2.2 Thi cơng mạch thực tế.
Hình 4.6.Mạch cơng suất thực tế.