CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1. Bộ điều khiển (Arduino Uno R3)
2.3. Mô-đun thu phát hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại tên Tiếng anh là Passive Infrared, hay còn được gọi là IR Sensor. Là một thiết bị điện tử có khả năng đo và phát hiện được bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh. Vì bước sóng của cảm biến hồng ngoại dài hơn ánh sáng khả kiến. Nên cảm biến hồng ngoại phát ra các tia vô hình đối với mắt người. Bất cứ thứ gì phát ra nhiệt đều sẽ phát ra bức xạ hồng ngoại [8].
Mô-đun thu phát hồng ngoại sử dụng cảm biến TCRT5000 để phát hiện màu sắc và khoảng cách vật cản. Trên thị trường hiện nay có 3 loại mô–đun thu phát hồng
ngoại bao gồm: mô–đun chỉ có một cảm biến hồng ngoại, mô-đun có 5 cảm biến hồng ngoại và mô-đun có 6 cảm biến hồng ngoại tích hợp công tắt hành trình. Các loại mô- đun này đều có cách thức sử dụng như nhau nên tùy vào ứng dụng mà chọn loại mô- đun phù hợp. Cảm biến TRCT5000 có 2 loại LED. Một LED phát màu trắng (hoặc xanh) phát tia hồng ngoại và Một LED thu màu đen sẽ kiểm tra tín hiệu hồng ngoại.
Tần số của tia hồng ngoại nhất định sẽ không ảnh hưởng bởi ánh sáng thường [8].
Hình 2.11. Mô-đun 6 cảm biến hồng ngoại Có hai trường hợp xảy ra khi cảm biến hồng ngoại làm việc:
Trường hợp bề mặt phản xạ lại tia hồng ngoại, tín hiệu đó sẽ được mắt thu thu nhận, cảm biến phát hiện vật, tín hiệu kỹ thuật số ngõ ra bằng 1
Trường hợp không có bề mặt để phản xạ lại tia hồng ngoại (hay tia hồng ngoại bị hấp thụ bởi bề mặt tối), mắt thu không nhận tín hiệu, cảm biến không phát hiện vật (hoặc phát hiện bề mặt tối), tín hiệu kỹ thuật số ngõ ra bằng 0.
2.3.2. Phân loại
Có hai loại cảm biến hồng ngoại đó là cảm biến dạng chủ động và thụ động. Cảm biến hồng ngoại hoạt động bằng cách phát ra và phát hiện bức xạ hồng ngoại [8].
Cảm biến hồng ngoại chủ động thường cấu tạo có hai phần: diode phát sáng (LED) và máy thu. Khi một vật thể đến gần cảm biến, ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED sẽ phản xạ khỏi vật thể và được người nhận phát hiện. Cảm biến hồng ngoại hoạt động đóng vai trò là cảm biến tiệm cận và chúng thường được
Hồng ngoại thụ động có nghĩa là chỉ nhận các tia hồng ngoại phát ra từ vật thể khác như người, động vật hoặc một nguồn nhiệt bất kỳ, chứ tự nó không phát ra tia hồng ngoại nào cả. Sau khi nhận biết được nguồn nhiệt, bộ phận cảm biến sẽ phân tích để xách định điều kiện báo động. Vì thế người ta gọi đó là thụ động, chỉ phát hiện chứ không phải là nguồn phát ra tia hồng ngoại.
2.3.3. Nguyên lí làm việc của cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại sẽ hoạt động bằng cách sử dụng một cảm biến ánh sáng cụ thể để phát hiện bước sóng ánh sáng chọn trong phổ hồng ngoại (IR). Bằng cách sử dụng đèn LED tạo ra ánh sáng có cùng bước sóng với cảm biến đang tìm kiếm, bạn có thể xem cường độ của ánh sáng nhận được. Khi một vật ở gần cảm biến, ánh sáng từ đèn LED bật ra khỏi vật thể và đi vào cảm biến ánh sáng. Điều này dẫn đến một bước nhảy lớn về cường độ, mà chúng ta đã biết có thể được phát hiện bằng cách sử dụng một ngưỡng [9].
Hình 2.12. Nguyên lý làm việc của cảm biến hồng ngoại 2.3.4. Thông số kỹ thuật
Thông số kỹ thuật của cảm biến hồng ngoại TCRT5000:
Sử dụng IC so sánh LM393
Điện áp hoạt động 3.3V - 5VDC
Dòng hoạt động: nhỏ hơn 20mA
Nhiệt độ làm việc: -10 - 50℃ - 130℃ ℃ - 130℃
Ngõ ra kỹ thuật số (0 và 1)
Khoảng cách phát hiện: 1mm – 2.5mm
Kích thước: 32mm x 14mm.
2.3.5. Chân kết nối
Các chân kết nối của cảm biến hồng ngoại đơn:
VCC: chân cấp nguồn vào cho mô-đun
GND: nối với cực âm của nguồn
DO: ngõ ra kỹ thuật số (digital) của mô-đun.
Hình 2.13. Sơ đồ chân kết nối của cảm biến hồng ngoại đơn
Các chân kết nối của mô-đun 6 cảm biến hồng ngoại tích hợp công tắc hành
trình:
Hình 2.14. Chân kết nối mô-đun 6 cảm biến hồng ngoại
VCC: chân cấp nguồn vào cho mô-đun
GND: nối với cực âm của nguồn
S1 – S5: ngõ ra kỹ thuật số (digital) của 5 cảm biến hồng ngoại hướng phía dưới.
2.4. Nguồn
2.4.1. Tổng quan
Pin là nguồn năng lượng cung cấp cho nhiều hệ thống thiết bị sử dụng điện. Bên cạnh đó, chúng cũng được ứng dụng cho công nghiệp với quy mô lớn. Chúng được ví
như sự kết hợp của nhiều tế bào điện khác nhau. Pin giúp chuyển hóa năng lượng hóa học thành dạng điện năng để lưu trữ điện [14].
Hình 2.18. Các loại pin thông dụng 2.4.1.1.Cấu tạo
Một quả pin đạt chuẩn sẽ được tạo nên từ 3 phần chính. Một cực dương, cực âm và thành phần chất điện phân. Bên cạnh đó, bên ngoài chúng sẽ được bao bọc bởi một lớp vỏ.
2.4.1.2.Nguyên lí hoạt động
Chúng hoạt động dựa trên cơ chế về sự tích tụ điện giữa hai cực, cực âm và dương. Thông qua các phản ứng hóa học, pin có thể tích các electron ở cực dương. Sau đó chúng dịch chuyển để tạo thành dòng điện chạy trong mạch. Thông thường, chất điện phân sẽ giữ cho các e không đi thẳng từ cực dương đến cực âm của pin. Sau đó chúng đi đến dây dẫn và làm sáng bóng đèn. Quá trình điện hóa này giúp thay đổi hóa chất ở cực dương và cực âm. Chúng làm ngừng cung cấp electron điện tử. Điều này làm chỉ có một lượng năng lượng hạn chế có sẵn trong pin. Thông thường, khi sạc lại pin, hướng của dòng điện sẽ bị thay đổi khi sử dụng nguồn năng lượng khác. Khi đó
quá trình điện hóa xảy ra, chúng giúp khôi phục cực âm và cực dương. Tiếp tục trở về trạng thái ban đầu và cung cấp năng lượng đầy đủ.
2.4.1.3.Một số loại pin thông dụng hiện nay Các loại pin được sử dụng phổ biến nhất:
Pin xạc
Pin không cần xạc
Pin loại Niken-cadmium
Pin loiaj Niken-kim loại
Pin chất liệu Axit-chì 2.4.2. Pin 18650
Pin 18650 là pin có kích thước 18mm x 65mm. Đây là dòng pin lithium-ion có thể sạc lại được sản xuất bởi nhiều thương hiệu lớn nổi tiếng khác nhau: sony, panasonic, akasha, ansmann… Dòng pin 18650 có số vol là 3.7V và khi sạc đầy có thể lên đến 4.2V và Milliamp - mAh của pin giao động từ 1800mAh đến 6800mAh. Pin 18650 chính hãng trên thị trường có cấu tạo được chia làm 2 loại theo dạng có đầu bịt và không có đầu bịt - có bảo vệ và không có bảo vệ [14].
Hình 2.19. Pin 18650 Panasonic 6800mAh Nhìn chung cấu tạo của pin 18650 cơ bản gồm các phần sau:
Cathode - điện cực dương: Pin 18650 sử dụng LiMn05 hoặc LiCoO2 để làm vật liệu cực dương. Khi có dòng điện chạy qua thì LiMn05 hoặc LiCoO2 sẽ bị tác động và nguyên tử Li nhanh chóng bị tách khỏi tạo thành
Anoce - điện cực âm: Sử dụng graphene - than chì và carbon khác có chức năng giữ ion Li+ trong tinh thể của chúng.
Bộ phận phân tách - màng năng cách điện: Thông thường được làm bằng nhựa PP hoặc PE giúp ngăn cách các phân tử cực dương và cực âm ở trong pin.
Chất phân điện - phần chất lỏng giữa 2 cực và bộ phận phân tách. Thông thường chất phân điện này là dung dịch chứa dung môi hữu cơ và LiPF6.
Hình 2.20. Cấu tạo của Pin 18650 Các thông số kỹ thuật của pin 18650:
Dung lượng : 6800mAh
Dòng xả tối đa: 10A, dòng xả liên tục: 5A
Kích thước khoảng : 18 mm x 65 mm/ viên
Điện thế : 3.7V, khi sạc đầy có thể đạt đến 4.2v
Nhà sản xuất: Panasonic
Loại pin: lithium-ion
Lưu ý pin 18650 là pin lithium-ion có tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ nếu:
Bị đoản mạch (cực âm chạm cực dương)
Bị biến dạng
Khi gặp nguồn nhiệt độ cao.