CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.3 Thiết kế chi tiết từng khối
2.3.1 Khối hiển thị
Sử dụng màn hình LCD 20x4 hiển thị thông tin mật khẩu khi nhập bằng keypad 4x4 để mở cửa nhà, trong trường hợp không sử dụng thẻ từ RFID.
Để dễ dàng giao tiếp với khối xử lý trung tâm, nhóm thực hiện giao tiếp LCD thông qua module I2C LCD. Kết nối 16 chân LCD với 16 chân của module I2C LCD theo đúng các thứ tự từ VSS đến LED-.
Module I2C LCD giao tiếp theo chuẩn I2C sẽ được kết nối các chân VCC, GND, SDA, SCL đến khối xử lý trung tâm.
2.3.2 Khối nhập dữ liệu đóng/mở cửa
Mở cửa bằng keypad 4x4: Bàn phím ma trận 4x4 được sử dụng để nhập mật khẩu
mở cửa nhà trong trường hợp không sử dụng thẻ RFID.
Ở đề tài để giảm thiểu số lượng chân kết nối vào khối xử lý trung tâm nhóm đã dùng ADC để đọc giá trị phím nhấn. Kết nối keypad 4x4 với các điện trở theo hình dưới
để đọc được giá trị điện trở cho từng nút nhấn.
Hình 2.2: Sơ đồ kết nối keypad 4x4 để đọc giá trị ADC
38
Bảng 2.1: Giá trị điện trở các nút nhấn (đơn vị Ω)
Ký tự Giá trị
0 812
1 990
2 900
3 830
4 935
5 860
6 799
7 910
8 840
9 783
A 773
B 749
C 730
D 713
* 875
# 762
Mở cửa bằng RFID: Gồm module RFID RC522 được lắp đặt ngay cửa nhà có nhiệm vụ nhận dạng mã thẻ đúng, gửi về khối xử lý trung tâm. Nếu mã thẻ được đọc đúng sẽ mở cửa nhà.
Module RFID RC522 giao tiếp theo chuẩn SPI sẽ được kết nối các chân VCC, GND, SDA, SCK, MISO, MOSI đến khối xử lý trung tâm.
2.3.3 Khối đóng/mở cửa
Để mô phỏng hoạt động mở cửa cho mô hình trong đề tài này nhóm sử dụng động
cơ RC servo 9G để xoay một góc để mở cửa. Servo sẽ gồm có ba chân kết nối VCC, GND, và chân PWM đến khối xử lý trung tâm.
2.3.4 Khối cảm biến
Gồm hai cảm biến được đặt vị trí trên trần cao để phát hiện chuyển động, phát hiện lửa gây cháy.
39
Cảm biến chuyển động PIR được kích hoạt hoạt động khi không có người ở nhà, khi cảm biến phát hiện có sự đột nhập sẽ báo động đến chủ nhà.
Nhóm sử dụng cảm biến chuyển động PIR HC-SR501 gồm ba chân VCC, GND,
và Signal để đọc tín hiệu mức logic kết nối đến khối xử lý trung tâm.
Cảm biến lửa sẽ báo động khi phát hiện có lửa xảy ra. Module cảm biến này gồm có bốn chân kết nối VCC, GND, D0, A0.
D0 và A0 đều là hai chân đọc tín hiệu D0 là tín hiệu digital còn A0 là tín hiệu analog, nhóm chỉ sử dụng đọc tín hiệu chân D0 trong đề tài này. Vậy sẽ có ba chân kết nối đến khối xử lý trung tâm.
2.3.5 Khối thực hiện sms/gọi
Gồm module sim 800L thực hiện chức năng gọi hoặc nhắn tin tới số điện thoại người dùng khi xảy ra các trường hợp khẩn cấp. Để module Sim800L hoạt động được
ổn định, cần điều chỉnh đúng mức điện áp mà nhà sản xuất đã yêu cầu cho module.
Module sim 800L giao tiếp theo chuẩn UART bao gồm bốn chân VCC, GND và
RX, TX để truyền nhận dữ liệu theo chuẩn giao tiếp. Chú ý VCC cho module cần đúng điện áp theo hướng dẫn nhà sản xuất cho module.
2.3.6 Khối báo động
Nhóm sử dụng một còi buzzer 5V trong để tài như một loa báo động khi phát hiện cháy hoặc có người lạ đột nhập vào nhà.
Buzzer gồm hai chân VCC và GND kết nối đến khối xử lý trung tâm.
2.3.7 Khối xử lý trung tâm
Sau khi lựa chọn các linh kiện của các khối trên, tính toán số chân kết nối của tất
cả các linh kiện và các chuẩn giao tiếp sử dụng cho nó, nhóm thực hiện đề tài đề xuất
sử dụng kit phát triển ESP8266 NodeMCU 1.0 để thực hiện đề tài với các lí do: module được tích hợp sẵn chip ESP8266, xuất sẵn các chân giúp dễ dàng lập trình, dễ dàng kết nối wifi, các module khác nhau và giao tiếp với server mà không cần module rời, có đầy
đủ các chuẩn giao tiếp mà đề tài cần sử dụng.
Khối xử lý trung tâm được cấp nguồn 5V để điều khiển các module rời thực hiện các chức năng của hệ thống. Khối này thực hiện việc giao tiếp với module đọc thẻ từ RFID hoặc bàn phím keypad, điều khiển động cơ servo đóng mở cửa, đồng thời thu thập
40
dữ liệu từ các cảm biến chuyển động, cảm biến cháy, thực hiện việc báo động bằng còi buzzer, thực hiện gửi tin nhắn hoặc cuộc gọi khẩn cấp đến người dùng. Các chân của ESP8266 được kết nối giao tiếp với các khối ngoại vi như sau:
Bảng 2.2: Sơ đồ kết nối chân ESP8266 với các linh kiện ngoại vi
ESP8266 Module I2C LCD
D1 SDA
D2 SCL
Vin VCC
GND GND
RFID
D3 SDA
D5 SCK
D6 MISO
D7 MOSI
3V3 VCC
GND GND
Keypad 4x4
A0 Chân đọc giá trị analog
Cảm biến PIR
D0 SIG
3V3 VCC
GND GND
Cảm biến lửa
D4 D0
3V3 VCC
GND GND
Servo
D8 PWM
3V3 VCC
41
GND GND
Sim 800L
TX RX
RX TX
Buzzer
SD2 VCC
GND GND
2.3.8 Khối nguồn
Để hệ thống hoạt động ổn định liên tục nhóm sử dụng module chuyển nguồn M350 được kích hoạt bởi nguồn 12VDC.
Khối sẽ sử dụng hai nguồn vào đều là 12VDC:
Nguồn 1: điện áp xoay chiều 220V qua Adapter xuống 12VDC 2A nối vào ngõ vào in 1 module chuyển nguồn M350.
Nguồn 2: pin dự phòng 12VDC 2A nối vào ngõ vào in 2 module chuyển nguồn M350.
Vì các linh kiện sử dụng cao nhât mức điện áp là 5VDC nên nguồn ngõ ra của module chuyển nguồn cần gắn vào module hạ áp. Trong để tài cần sử dụng đến hai module hạ áp:
Module hạ áp 1: hạ áp xuống 5V cấp trực tiếp cho ESP8266.
Module hạ áp 2: hạ áp xuống 4.2V cấp trực tiếp cho module Sim800L.
Bảng 2.3: Sơ đồ chân kết nối nguồn
Nguồn ra từ module hạ áp 1 ESP8266
Vout+ Vin
Vout- GND
Nguồn ra từ module hạ áp 2 Sim 800L
Vout+ VCC
Vout- GND
42
2.3.9 Sơ đồ mạch nguyên lý
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống
43