CHƯƠNG 3 : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
3.2 Tính tốn và thiết kế hệ thống
3.2.2 Tinh toán và thiết kế mạch
a. Khối xử lí trung tâm
ESP32 DEVKIT V1 sử dụng esp32. Nó có 25 chân digital I/O và 5 chân nguồn EN,VCC,GND , kết nối USB, một jack cắm điện và một nút reset như trong hình 3.2. Nó chứa tất cả mọi thứ cần thiết để tạo thành khối xử lí trung tâm với đầy đủ các port.
Ý tưởng thiết kế của nhóm là kết hợp nhiều module lại với nhau, do vậy sẽ có nhiều chân kết nối nên việc lựa chọn ESP32 DEVKIT V1 là rất phù hợp.
Hình 3.2: Khối xử lí trung tâm sử dụng ESP32 DEVKIT V1
Trong quá trình kết nối các module và lập trình cho hệ thống:
- Bộ nhớ sử dụng hết 930754 bytes vào khoảng 71% bộ nhớ
- Tổng số chân I/O sử dụng 16 chân, cơng thức tính dịng tiêu thụ: Dịng tiêu thụ = 16x40mA=640 mA
b. Khối cảm biến vân tay
Khối cảm biến vân tay sẽ gửi tín hiệu về khối xử lý, khối xử lý sẽ nhận tín hiệu và chuyển đến khối khác để chuyển tín hiệu đó đi. Đồng thời, khối cảm biến vân tay chỉ hoạt dộng khi khối xử lí trung tâm u cầu.
Trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến vân tay như đầu đọc vân tay R303S có khả năng lưu trữ 1000 mẫu vân tay, đầu đọc vân tay R101 có khả năng lưu trữ 1000 mẫu, module R301 có khả năng lưu trữ 500 mẫu vân tay, module R305 có khả năng lưu trữ 120 vân tay…..Do đề tài của nhóm thực hiện quét vân tay cho nhân viên sử dụng khoảng 1000 vân tay nên lựa chọn module vân tay R305 để thực hiện trong đề tài này.
Cảm biến vân tay R305 tích hợp xử lí hình ảnh và tuật tốn xử lí cùng một chip. Khả năng xử lí ảnh chụp tốt với độ phân giải đến 51x288 pixels. Chuẩn giao tiếp: USB- UART(TTL logical logic) từ 9600-115200 bps, sử dụng tốc độ mặc định là 57600 bps đảm bảo truyền nhận chính xác dữ liệu. Bên cạnh đó là các thông số khác như:
+ Điện áp cung cấp : 4.2 – 6.0 VDC
+ Dòng điện tiêu thụ: <120mA.
Cách nối day cho cảm biến R305 vào ESP32 DEVKIT V1 theo thứ tự chân: Dây số 1 nối với nguồn 5V và dây số 2 vào GND arduino
Dây số 3 nối với chân số 32 RX1 và dây số 4 nối chân 33 TX1 của ESP32 DEVKIT V1
c. Khối hiển thị
Hiển thị trạng thái làm việc của hệ thống trên màn hình LCD 20x4, với 4 hàng ta có thể dễ dàng thao tác giữa người dùng với mơ hình hệ thống
Hình 3.3: LCD 20x4
Vì sử dụng mạch chuyển giao LCD 20x4 sang I2C, chỉ cần 2 chân SDA và SCL của ESP32 DEVKIT V1 kết nối với 2 chân SDA và SCL của module là đã có thể hiển thị thơng tin lên LCD
Hình ảnh thực tế của mạch chuyển giao tiếp được thể hiện ở hình 3.4:
Hình 3.4: Mạch chuyển giao tiếp LCD sang I2C
Hai chân nguồn VCC và GND được kết nối với chân 3,3 V và GND của ESP32 DEVKIT V1
SDA được kết nối với chân 19 và SCL được kết nối với chân 21 của ESP32 DEVKIT V1
Cách kết nối giữa LCD 20x4 sử dụng mạch chuyển giao giao tiếp LCD sang I2C và ESP32 DEVKIT V!, được thể hiện ở trên.
d. Khối ngoại vi
Trong khối này có phím ma trận 4x4. Sơ đồ nối dây và hình ảnh thực tế của ma trận bàn phím 4x4 được thể hiện trong hình 3.5 sau:
e. Khối nguồn
Nguồn cấp cho khối xử lí trung tâm
o Board ESP32 DEVKIT V1 sử dụng hết 16 chân. Dòng DC trên mỗi chân I/O là 40mA
I = 40x16 = 640mA
o Dòng tiêu thụ cảm biến vân tay Ifinger = 150mA
o Tổng dòng tiêu thụ trên là: I = I + Ifinger = 640 + 150 = 790 mA
Theo tính tốn thì sẽ cấp dịng tối thiểu là 790mA. Vì vậy, nhóm sử dụng adapter có ngõ ra là 9V 2A.
Nguồn cấp cho LCD 20x4
o Dòng LCD tiêu thụ tối đa là 2.5mA. Vì vậy, nhóm sử dụng ngõ ra 5V của ESP32 DEVKIT V1 cấp cho LCD
Hình 3.6 Adapter 9V 2A
o Nguồn Adapter được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử,…..Nguồn adapter thường được sử dụng cho các mạch điện tử và các kit , cung cấp dòng áp đủ để tránh trường hợp dịng ảnh hưởng tói mạch, sụt áp.
o Bồ nguồn adapter 9V 2A có tác dụng cơng cấp dòng, điện áp, tần số dao động ổn định, làm tăng tuổi thọ của các thiết bị điện lâu hơn.
o Thông số kĩ thuật adapter 9V 2A:
Điện áp ngõ vào: 220 AC
Điện áp ngõ ra: 9V hoặc 5V 2A
Sai số điện áp đầu ra: 1-3%
Nhiệt độ làm việc: 0-70 độ C