TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ *** ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN VÀ GHÉP NỐI THIẾT BỊ NGOẠI VI ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH BÁO ĐỘNG CHỐNG TRỘM CẢNH BÁO QUA ĐIỆN THOẠI HỌ VÀ TÊN Đào N[.]
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Hệ thống "THIẾT KẾ MẠCH BÁO ĐỘNG CHỐNG TRỘM CẢNH BÁO QUA ĐIỆN THOẠI" sử dụng vi điều khiển làm bộ xử lý trung tâm để phát hiện các dấu hiệu đột nhập từ bên ngoài Khi có sự cố, các cảm biến hồng ngoại sẽ kích hoạt thiết bị đầu ra như âm thanh (chuông, còi) và tín hiệu sáng (đèn) để cảnh báo Đặc biệt, Module SIM sẽ gửi tin nhắn thông báo đến người quản lý, giúp họ kịp thời xử lý tình huống đột nhập một cách hiệu quả.
Nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:
Nghiên cứu hệ thống báo trộm trên thị trường
Nghiên cứu các thành phần của hệ thống báo trộm
Tìm hiểu về các loại cảm biến, module
Cảm biến có nhiều loại khác nhau, mỗi loại có những thông số quan trọng như phạm vi, khoảng cách hoạt động và điện áp cung cấp Việc nắm rõ các thông số này giúp bạn lựa chọn cảm biến phù hợp nhất cho mô hình của mình.
Tìm hiểu về mạng thông tin di động : modul sim800L
Thiết kế mạch báo trộm qua điện thoại.
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu về hệ thống báo trộm
Nghiên cứu về thiết bị cảm biến hồng ngoại và module sim
Nghiên cứu về các linh kiện có trong mạch
Nghiên cứu lý thuyết về các thành phần có trong hệ thống báo trộm
Nghiên cứu lý thuyết về các loại cảm biến
Nghiên cứu lý thuyết về mạng thông tin di đông GSM.
Ý nghĩa của đề tài
Đề tài SVTH: Đào Như Ý DCDL21 T r a n g tập trung vào hệ thống báo trộm kết hợp Arduino với các thiết bị ngoại vi và mạng thông tin di động GSM, cho phép cảnh báo và điều khiển từ xa Đây là một ứng dụng thực tế, được sử dụng rộng rãi không chỉ trong các cơ quan, doanh nghiệp mà còn trong các hộ gia đình.
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN VÀ THUYẾT KẾ MẠCH
CHƯƠNG III: THI CÔNG MẠCH VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠCH CHỐNG TRỘM
1.1.1Giới thiệu về mạch chống trộm
Trước đây, việc bảo vệ an ninh và chống trộm thường chỉ gói gọn trong hai phương pháp truyền thống: thuê nhân viên bảo vệ hoặc nuôi chó để giữ nhà.
Ngày nay, sự phát triển của công nghệ và điện tử số đã dẫn đến nhiều phát minh mới trong lĩnh vực hệ thống báo động chống đột nhập, mang lại sự đa dạng và ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày.
Về nguyên tắc một bộ cảnh báo gồm 3 phần chính: các sensor, bộ xử lý trung tâm và các thiết bị cảnh báo
Các cảm biến, hay sensor, đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập tín hiệu và truyền về bộ xử lý trung tâm Có nhiều loại cảm biến khác nhau, bao gồm cảm biến khói, cảm biến từ, cảm biến nhiệt, cảm biến hồng ngoại, cảm biến quang và cảm biến âm thanh, mỗi loại đều có chức năng và ứng dụng riêng.
Bộ xử lý trung tâm nhận thông tin từ các cảm biến và xử lý dữ liệu theo lập trình Tùy thuộc vào lập trình viên, nó có thể đưa ra các phản ứng khác nhau khi nhận tín hiệu Hầu hết các kết quả xử lý được gửi đến thiết bị cảnh báo để thông báo tình huống cho người sử dụng.
Thiết bị cảnh báo thường là: loa, còi, điện thoại, đèn báo, …
Hình 1 Sơ đồ tổng quan của hệ thống chống trộm
Vùng bảo vệ trong hệ thống cảnh báo được định nghĩa là thể tích mà trong đó các bộ phận cảnh báo hoạt động để phát hiện đột nhập Các thiết bị này sử dụng công nghệ như chùm tia hồng ngoại và sóng siêu âm để tạo ra một không gian bảo vệ hiệu quả.
Kích thước và hình dáng của vùng bảo vệ thay đổi theo sự bố trí, sắp xếp và phụ thuộc vào đặc tính, độ rộng quét của cảm biến
Vùng bảo vệ của cảm biến hồng ngoại thân nhiệt
Hình 2 Vùng bảo vệ của cảm biến thân nhiệt
Tùy vào mỗi loại cảm biến thì có các thông số như góc quét, khoảng cách quét tối đa, nhiệt độ phát hiện và kích thước khác nhau
Một số lưu ý để có được vùng quan sát bảo vệ tốt nhất:
Tránh các vị trí điều hòa, lò sưởi, các nơi thay đổi nhiệt độ
Nên lắp ở các phòng có ít vật cản để có được phạm vi quét tốt nhất
Cần phải điều chỉnh vị trí, góc, độ cao phù hợp để có vùng quét rộng nhất
Tránh để thiết bị hướng thẳng và song song với hướng di chuyển, vì điều này sẽ làm giảm độ nhạy của cảm biến đối với các chuyển động song song với tia quét.
1.2 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN
Cảm biến là thiết bị dùng để phát hiện và đo lường sự thay đổi của các đại lượng vật lý cũng như những đại lượng không mang tính điện, chuyển đổi chúng thành các đại lượng có tính chất điện như điện trở, điện tích và điện áp.
Thông tin được xử lý nhằm rút ra các tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ cho nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật và dân sinh Quá trình này được gọi là đo đạt, và nó đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải, xử lý thông tin cũng như điều khiển các quá trình khác.
Cảm biến thường được lắp đặt trong các vỏ bảo vệ để tạo thành đầu thu dò, có thể đi kèm với các mạch điện hỗ trợ Tuy nhiên, trong nhiều tài liệu, thuật ngữ "cảm biến" ít được sử dụng cho các vật có kích thước lớn.
Các đại lượng đo như nhiệt độ, áp suất và trọng lượng không có tính chất điện, nhưng khi tác động lên cảm biến, chúng tạo ra đại lượng đặc trưng mang tính chất điện như điện áp, điện tích, dòng điện hoặc trở kháng Những đại lượng này chứa thông tin cần thiết để xác định giá trị của các đại lượng đo.
Phương trình chuyển đổi của cảm biến:
Trong đó (S): đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến
(M): đại lượng đầu vào hay kích thích
(F): phụ thuộc vào cấu tạo, vật liệu làm cảm biến
Cảm biến tích cực là loại cảm biến không cần nguồn điện bổ sung để chuyển đổi sang tín hiệu điện, hoạt động như một máy phát và đáp ứng các thông số điện tích, điện áp hoặc dòng Chúng được chế tạo dựa trên ứng dụng của các hiện tượng vật lý, biến đổi các dạng năng lượng như nhiệt, quang, cơ, hay bức xạ thành đại lượng điện.
Cảm biến thụ động sử dụng điện năng bổ sung để chuyển đổi thành tín hiệu điện, hoạt động như một trở kháng với đáp ứng là điện trở, độ tự cảm hoặc điện dung Chúng thường được chế tạo từ các trở kháng nhạy với đại lượng cần đo, và giá trị của trở kháng này phụ thuộc vào kích thước cũng như tính chất điện của vật liệu chế tạo, bao gồm điện trở suất, độ tự thẩm và hằng số điện môi Do đó, các đại lượng đo có thể ảnh hưởng đến kích thước và tính chất của cảm biến.
SVTH:Đào Như Ý DCDL21 T r a n g | 11 thước, tính chất điện hoặc đồng thời cả hai
Một số loại cảm biến thường dùng hiện nay
Hình 3 Một số loại cảm biến thường dùng hiện nay
Một cảm biến được sử dụng khi đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật xác định:
Độ nhạy: gia số nhỏ nhất có thể phát hiện
Mức tuyến tính: khoảng giá trị được biến đổi có hệ số biến đổi cố định
Dải biến đổi: khoảng giá trị biến đổi sử dụng được
Ảnh hưởng ngược: khả năng gây thay đổi môi trường
Mức nhiễu ồn: tiếng ồn riêng và ảnh hưởng của tác nhân lên kết quả
Sai số xác định: phụ thuộc độ nhạy và mức nhiễu
Độ trôi; sự thay đổi tham số theo thời gian phục vụ hoặc thời gian tồn tại
Độ trễ là khả năng phản ứng với sự thay đổi của quá trình, trong khi độ tin cậy thể hiện khả năng hoạt động ổn định và chịu đựng những biến động lớn từ môi trường Điều kiện môi trường, bao gồm dải nhiệt độ, độ ẩm và áp suất, là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc.
Tiêu chí đánh giá cảm biến có sự khác biệt tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng Các cảm biến số (digital) thường là cảm biến logic, trong khi cảm biến thụ động được đặc trưng bởi các thông số như R, L, C, M, có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến Đường cong chuẩn của cảm biến thể hiện mối quan hệ giữa đại lượng điện (S) ở đầu ra và giá trị đại lượng đo (M) ở đầu vào Đối với các nguồn áp hoặc nguồn dò, độ tuyến tính của cảm biến không phải là yếu tố quan trọng.
1.2.2 Giới hạn sử dụng của cảm biến
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN……… ……………………… 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠCH CHỐNG TRỘM
Vùng bảo vệ
Khái niệm "vùng bảo vệ" trong hệ thống cảnh báo đề cập đến thể tích mà trong đó các bộ phận cảnh báo phát hiện sự đột nhập thông qua việc phát ra chùm tia hồng ngoại và sóng siêu âm, tạo ra một không gian bảo vệ hiệu quả.
Kích thước và hình dáng của vùng bảo vệ thay đổi theo sự bố trí, sắp xếp và phụ thuộc vào đặc tính, độ rộng quét của cảm biến
Vùng bảo vệ của cảm biến hồng ngoại thân nhiệt
Hình 2 Vùng bảo vệ của cảm biến thân nhiệt
Tùy vào mỗi loại cảm biến thì có các thông số như góc quét, khoảng cách quét tối đa, nhiệt độ phát hiện và kích thước khác nhau
Một số lưu ý để có được vùng quan sát bảo vệ tốt nhất:
Tránh các vị trí điều hòa, lò sưởi, các nơi thay đổi nhiệt độ
Nên lắp ở các phòng có ít vật cản để có được phạm vi quét tốt nhất
Cần phải điều chỉnh vị trí, góc, độ cao phù hợp để có vùng quét rộng nhất
Tránh đặt thiết bị thẳng và song song với hướng chuyển động, vì điều này sẽ làm giảm độ nhạy của cảm biến đối với các chuyển động song song với tia quét.
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN
Cảm biến là thiết bị chuyên dụng để phát hiện và đo lường sự biến đổi của các đại lượng vật lý và phi điện, chuyển đổi chúng thành các đại lượng điện như điện trở, điện tích và điện áp.
Thông tin được xử lý để rút ra các tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ cho nghiên cứu khoa học kỹ thuật và nhu cầu dân sinh Quá trình này thường được gọi là đo đạt, và nó rất quan trọng trong việc truyền và xử lý thông tin, cũng như trong việc điều khiển các quá trình khác.
Cảm biến thường được lắp đặt trong các vỏ bảo vệ, tạo thành đầu thu dò và có thể đi kèm với các mạch điện hỗ trợ Tuy nhiên, trong nhiều tài liệu, thuật ngữ "cảm biến" ít được sử dụng cho các vật thể có kích thước lớn.
Các đại lượng đo như nhiệt độ, áp suất và trọng lượng thường không có tính chất điện, nhưng chúng tác động lên cảm biến để tạo ra đại lượng đặc trưng mang tính chất điện như điện áp, điện tích, dòng điện hoặc trở kháng Những đại lượng này chứa đựng thông tin cần thiết để xác định giá trị của đại lượng đo.
Phương trình chuyển đổi của cảm biến:
Trong đó (S): đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến
(M): đại lượng đầu vào hay kích thích
(F): phụ thuộc vào cấu tạo, vật liệu làm cảm biến
Cảm biến tích cực không cần điện năng bổ sung để chuyển đổi sang tín hiệu điện, hoạt động như một máy phát đáp ứng điện tích, điện áp hoặc dòng Loại cảm biến này được chế tạo dựa trên ứng dụng của các hiện tượng vật lý, biến đổi các dạng năng lượng như nhiệt, quang, cơ, bức xạ thành đại lượng điện.
Cảm biến thụ động hoạt động bằng cách sử dụng điện năng bổ sung để chuyển đổi thành tín hiệu điện, với vai trò như một trở kháng Chúng có thể đáp ứng thông qua điện trở, độ tự cảm hoặc điện dung Được chế tạo từ các trở kháng nhạy với đại lượng cần đo, giá trị của chúng phụ thuộc vào kích thước và tính chất điện của vật liệu, bao gồm điện trở suất, độ tự thẩm và hằng số điện môi Điều này cho thấy các đại lượng đo có thể ảnh hưởng riêng biệt đến kích thước và tính chất của cảm biến.
SVTH:Đào Như Ý DCDL21 T r a n g | 11 thước, tính chất điện hoặc đồng thời cả hai
Một số loại cảm biến thường dùng hiện nay
Hình 3 Một số loại cảm biến thường dùng hiện nay
Một cảm biến được sử dụng khi đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật xác định:
Độ nhạy: gia số nhỏ nhất có thể phát hiện
Mức tuyến tính: khoảng giá trị được biến đổi có hệ số biến đổi cố định
Dải biến đổi: khoảng giá trị biến đổi sử dụng được
Ảnh hưởng ngược: khả năng gây thay đổi môi trường
Mức nhiễu ồn: tiếng ồn riêng và ảnh hưởng của tác nhân lên kết quả
Sai số xác định: phụ thuộc độ nhạy và mức nhiễu
Độ trôi; sự thay đổi tham số theo thời gian phục vụ hoặc thời gian tồn tại
Độ trễ là khả năng đáp ứng với sự thay đổi trong quá trình, trong khi độ tin cậy phản ánh khả năng làm việc ổn định và chịu đựng những biến động lớn từ môi trường Điều kiện môi trường như dải nhiệt độ, độ ẩm và áp suất cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng hoạt động hiệu quả của hệ thống.
Tiêu chí đánh giá cảm biến có sự khác biệt tùy thuộc vào lĩnh vực áp dụng Các cảm biến số (digital) thường thuộc loại cảm biến logic, trong khi cảm biến thụ động được xác định bởi các thông số như R, L, C, M, có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến Đường cong chuẩn của cảm biến thể hiện mối quan hệ giữa đại lượng điện (S) ở đầu ra và giá trị đại lượng đo (M) ở đầu vào Trong trường hợp đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dò, độ tuyến tính của cảm biến không còn quá quan trọng.
1.2.2 Giới hạn sử dụng của cảm biến
Trong quá trình sử dụng cảm biến, chúng thường bị ảnh hưởng bởi ứng lực cơ học và nhiệt độ Khi những tác động này vượt quá giới hạn cho phép, đặc tính hoạt động của cảm biến sẽ bị thay đổi Do đó, người sử dụng cần nắm rõ các giới hạn này để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác của cảm biến.
Vùng làm việc danh định
Vùng làm việc danh định của cảm biến được xác định bởi các điều kiện sử dụng bình thường, với giới hạn là các giá trị ngưỡng mà các đại lượng đo và các đại lượng vật lý liên quan có thể đạt tới mà không ảnh hưởng đến các đặc trưng làm việc của cảm biến.
Vùng không gây nên hư hỏng
Vùng không gây hư hỏng là khu vực mà các đại lượng đo và các đại lượng vật lý liên quan vẫn nằm trong giới hạn an toàn, mặc dù chúng vượt qua ngưỡng của vùng làm việc danh định.
Cảm biến SVTH: Đào Như Ý DCDL21 T r a n g có 13 đặc trưng có thể thay đổi, nhưng những thay đổi này là thuận nghịch Khi cảm biến trở về vùng làm việc danh định, các đặc trưng của nó sẽ phục hồi lại giá trị ban đầu.
Vùng không phá hủy là khu vực mà các đại lượng vật lý có thể vượt qua ngưỡng mà không gây hư hỏng, nhưng vẫn ảnh hưởng đến các đặc trưng của cảm biến Những thay đổi này là không thuận nghịch, nghĩa là khi trở về vùng làm việc danh định, các đặc trưng của cảm biến không thể khôi phục giá trị ban đầu Mặc dù cảm biến vẫn có thể sử dụng, nhưng cần tiến hành hiệu chuẩn lại để đảm bảo độ chính xác.
1.3 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU GSM
1.3.1 Giới thiệu về công nghệ GSM
GSM (Global System for Mobile Communication) là hệ thống thông tin di động toàn cầu, thuộc công nghệ không dây thế hệ 2G với cấu trúc mạng tế bào Nó cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lượng cao qua các băng tần 400MHz, 900MHz, 1800MHz và 1900MHz, theo tiêu chuẩn của Viễn thông Châu Âu (ETSI) Với cấu trúc mở, GSM không phụ thuộc vào phần cứng, cho phép người dùng mua thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau Nhờ vào việc ký kết roaming giữa các nhà cung cấp dịch vụ, công nghệ GSM có mặt rộng rãi trên toàn cầu, giúp người dùng dễ dàng sử dụng điện thoại GSM ở bất kỳ đâu.
Hệ thống thông tin di động GSM kết hợp hai phương pháp đa truy cập là TDMA (Phân chia theo thời gian) và FDMA (Phân chia theo tần số) Mỗi MS (Thiết bị di động) được phân bổ thời gian và tần số riêng biệt, giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mạng và nâng cao chất lượng dịch vụ.
Station) được cấp phát một cặp tần số và một khe thời gian để truy cập vào mạng
1.3.2 Các dịch vụ được tiêu chuẩn ở GSM
- Chuyển hướng các cuộc gọi vô điều kiện
- Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động không bận
- Chuyển hướng cuộc gọi khi không đến được MS
- Chuyển hướng cuộc gọi khi tắc nghẽn vô tuyến
- Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế trừ các nước PLMN (Public Lan Mobile Network) thường trú
- Nhận dạng số chủ gọi
- Dịch vụ bản tin nhắn
Có 2 loại dịch vụ bản tin nhắn:
- Dịch vụ bản tin nhắn truyền điểm – điểm (giữa hai thuê bao) Loại này đƣợc chia thành 2 loại nhỏ:
- Dịch vụ bản tin nhắn kết nối di động, điểm – điểm Cho phép người sử dụng GSM nhận các bản tin nhắn
- Dịch vụ bản tin nhắn khởi đầu từ Mobile, điểm – điểm Cho phép người sử dụng GSM gửi bản tin đến người sử dụng GSM khác
- Dịch vụ bản tin nhắn phát quảng bá: cho phép bản tin nhắn gửi đến máy di động trên một vùng địa lý nhất định
1.3.3 Cấu trúc địa lý của mạng GSM
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ARDUINO
Arduino là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi một nhóm giáo sư và sinh viên tại Ý vào năm 2005 Mạch Arduino có khả năng cảm nhận và điều khiển nhiều đối tượng khác nhau, từ việc thu tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ và nhiều thiết bị khác Đặc biệt, Arduino có thể kết nối với nhiều module bổ sung như module đọc thẻ từ, ethernet shield và sim900A, giúp mở rộng khả năng ứng dụng của nó.
Arduino sử dụng ngôn ngữ lập trình C++ được điều khiển biên dịch bởi Arduino IDE và các trình biên dịch đi kèm
Arduino có thể hoạt động hoàn toàn độc lập hoặc các Arduno có thể kết với nhau
Hệ thống cảm biến đa dạng chủng loại :đo nhiệt độ , độ ẩm,lượng nước, phát hiện chuyển động , phát hiện kim loại …
Ứng dụng của Arduino trong đời sống : làm robot , máy bay không người lái , máy in 3D, điều khiển các thiết bị cảm biến anh sáng ,…
Một số loại board Arduino thông dụng hiện nay
Hình 5: Một số loại Arduino thông dụng hiện nay
Arduino hiện có 6 phiên bản phần cứng, trong đó Arduino Uno và Arduino Mega là hai phiên bản phổ biến nhất Arduino Uno đặc biệt được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu.
Hình 6: Board Arduino UNO thực tế.
Thông số kỹ thuật của Arduino UNO R3
Chip điều khiển chính Atmega328P
Chip nạp và giao tiếp UART Atmega16U2 Điện áp hoạt động 5V-DC (chỉ được cấp qua USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi Boarotloade
Phần cứng của board Arduino UNO R3
Hình 7 : Phần cứng của board Arduino UNO
Cáp USB là loại dây cáp thường đi kèm với board Arduino, được sử dụng để kết nối với máy tính nhằm nạp chương trình cho board Ngoài chức năng cấp nguồn từ cổng USB của máy tính để board hoạt động, cáp USB còn cho phép truyền dữ liệu từ board Arduino lên máy tính Dây cáp này có hai đầu: một đầu cắm vào cổng USB trên board Arduino và đầu còn lại cắm vào cổng USB trên máy tính.
IC này đƣợc lập trình nhờ một bộ chuyển đổi USB –to-Serial dùng để giao tiếp với máy tính thông qua giao thức Serial (dùng cổng COM)
Cổng nguồn ngoài cho phép sử dụng nguồn điện bên ngoài như pin, bình acquy hoặc adapter để cung cấp năng lượng cho board Arduino hoạt động Nguồn điện được cấp vào cổng này rất quan trọng cho việc duy trì hoạt động ổn định của thiết bị.
DC có hiệu điện thế từ 6V đến 20V, tuy nhiên hiệu điện thế tốt nhất mà nhà sản xuất khuyên dùng là từ 7 đến 12V
Cổng USB trên board Arduino dùng để kết nối với cáp USB
Nút reset được sử dụng để reset lại chương trình đang chạy Đôi khi chương trình chạy gặp lỗi, người dùng có thể reset lại chương trình
ICSP, viết tắt của In-Circuit Serial Programming, là các chân giao tiếp SPI của chip Atmega 16U2, thường ít được sử dụng trong các dự án Arduino.
Arduino Uno có 14 chân xuất tín hiệu, hoạt động với hai mức điện áp 0V và 5V, và dòng vào/ra tối đa là 40mA mỗi chân Mỗi chân được trang bị các điện trở pull-up được cài đặt trong vi điều khiển Atmega328, mặc dù mặc định các điện trở này không được kết nối Những chân được đánh dấu bằng ký hiệu ~ có khả năng băm xung (PWM), cho phép điều khiển tốc độ động cơ và độ sáng của đèn.
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau :
Chân Serial 0 (RX) và 1 (TX) trên Arduino Uno được sử dụng để gửi và nhận dữ liệu TTL Serial, cho phép giao tiếp với các thiết bị khác Kết nối Bluetooth thường được coi là một dạng kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng hai chân này.
2 chân này nếu không cần thiết
Chân PWM (~) 3, 5, 6, 9, 10, và 11 cho phép xuất xung PWM với độ phân giải 8bit, tương ứng với giá trị từ 0 đến 255, tạo ra điện áp từ 0V đến 5V thông qua hàm analogWrite() Điều này có nghĩa là bạn có thể điều chỉnh điện áp đầu ra ở các chân này linh hoạt, thay vì chỉ có hai mức cố định là 0V và 5V như những chân khác.
Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng
giao thức SPI với các thiết bị khác
LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0
→ 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V
Chân AREF trên board cho phép bạn cung cấp điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog, ví dụ, nếu bạn cấp 2.5V vào chân này, bạn có thể đo điện áp trong khoảng từ 0V đến 2.5V với độ phân giải 10bit Ngoài ra, Arduino UNO còn có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
IC Atmega 328 là thành phần chính của board mạch Arduino Uno, đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập và xử lý dữ liệu từ cảm biến, cũng như xuất tín hiệu ra.
The ICSP pins of the ATmega 328 are utilized for SPI (Serial Peripheral Interface) communication These pins are essential for various Arduino applications, such as interfacing with the RC522 RFID module and the Arduino Ethernet Shield.
10.Chân lấy tín hiệu Analog
Các chân này lấy tín hiệu Analog (tín hiệu tương tự) từ cảm biến để IC Atmega
328 xử lý Có tất cả 6 chân lấy tín từ A0 đến A5
11.Chân cấp nguồn cho cảm biến
Các chân này dùng để cấp nguồn cho các thiết bị bên ngoài như role, cảm biến,
Khu vực này có các chân GND, 5V và 3.3V, giúp người dùng dễ dàng cấp nguồn cho cảm biến, relay và RC servo mà không cần thiết bị biến đổi điện Ngoài ra, còn có chân Vin, chân reset và chân IOREF, mặc dù chúng thường ít được sử dụng.
12.Các linh kiện khác trên board Arduino Uno
Arduino Uno không chỉ có các linh kiện đã liệt kê, mà còn sở hữu nhiều linh kiện đáng chú ý khác Board này có tổng cộng 4 đèn LED, bao gồm 1 đèn nguồn (LED ON) để hiển thị trạng thái cấp nguồn, 2 đèn Tx và Rx nhấp nháy khi có dữ liệu truyền qua cổng USB, và 1 đèn L kết nối với chân số 13 Đèn L, hay còn gọi là đèn on board, cho phép người dùng thực hành các bài tập đơn giản mà không cần sử dụng thêm đèn ngoài.
Trong 14 chân ra của board còn có 2 chân 0 và 1 có thể truyền nhận dữ liệu nối tiếp TTL Có một số ứng dụng cần dùng đến tính năng này, ví dụ như ứng dụng điều khiển mạch Arduino Uno qua điện thoại sử dụng bluetooth HC05
1.4.2 Chuẩn truyền dữ liệu nối tiếp UART (Universal Asynchronous Reciver Transmitter)
UART – là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter có nghĩa là truyền nhận dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN LINH KIỆN THIẾT KẾ TRONG MẠCH
Quá trình truyền dữ liệu qua UART bắt đầu bằng việc gửi một bit START, tiếp theo là các bit dữ liệu, và kết thúc với một bit STOP.
Trong trạng thái chờ (idle), mức điện thế duy trì ở mức cao (1) Khi quá trình truyền dữ liệu bắt đầu, bit START sẽ chuyển từ 1 xuống 0 để thông báo cho bộ nhận rằng dữ liệu sắp được truyền Tiếp theo sau bit START là các bit dữ liệu D0 - D7, có thể ở mức cao hoặc thấp tùy thuộc vào giá trị dữ liệu; ví dụ, trong byte dữ liệu, bit LSB được sử dụng.
Sau khi truyền hết dữ liệu, bit kiểm tra Parity sẽ được gửi đi, theo sau là STOP bit có giá trị 1, thông báo cho thiết bị rằng quá trình truyền dữ liệu đã hoàn tất.
Thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền nhằm đảm báo tính đúng đắn của dữ liệu
1.5 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN CÁC LINH KIỆN THIẾT KẾ TRONG
Module SIM800L có khả năng nhắn tin SMS, nghe, gọi, GPRS, như một điện thoại nhưng có kích thước nhỏ nhất trong các loại module SIM (25 mm x 22 mm
-Nguồn cấp: 3.7V đến 4.2V, có thể sử dụng với nguồn dòng thấp từ 500 mAh trở lên (như cổng USB, nguồn từ board Arduino)
Dòng khi ở chế độ chờ: 10 mA
Dòng khi hoạt động: 100 mA đến 1 A
Hỗ trợ 4 băng tần: GSM850MHz, EGSM900MHz, DSC1800MHz,
Chức năng các chân của module SIM800L
Chân NET: lắp anten, có thể dùng anten đi kèm hoặc anten mở rộng
Chân VCC: chân nguồn dương 4.2V
Chân GND: chân nguồn âm 0V
Chân RST: chân reset sử dụng khi khởi động lại module sim
Chân TXD: chân truyền UART TX
Chân RXD: chân nhận UART RX
Chân DTR: chân UART DTR
Chân RING: báo có cuộc gọi đến
Chân SPKP, SPKN: ngõ ra âm thanh, kết nối với loa để phát âm thanh
Chân MICP, MICN: ngõ vào âm thanh, gắn thêm mirco để thu âm thanh
Tập lệnh AT điều khiển cuộc gọi
Tập lệnh AT điều khiển tin nhắn
AT+CLIP=1 Hiển thị thông tin cuộc gọi đến
ATD[số_điện_thoại]; Lệnh thực hiện cuộc gọi
ATH Lệnh thực hiện kết thúc cuộc gọi hoặc cúp máy khi có cuộc gọi đến
ATA Lệnh thực hiện chấp nhân khi có cuộc gọi đến
Lệnh đƣa SMS về chế độ Text, phải có dạng này mới gửi tin nhắn dạng Text
AT+CMGS=“Số_điện_thoại” Đợi đến khi có kí tự “>” đƣợc gửi về thì đánh nội dung tin nhắn
X là địa chỉ tin nhắn cần đọc Đọcmột tin nhắn vừa gửi đến, lệnh đƣợc trả về nội dung tin nhắn, thông tin người gửi, thời gian gửi
AT+CMGDA=“DEL ALL” Xóa toàn bộ tin nhắn trong các hộp thư
Sau mỗi tập lệnh AT thường thấy thực chất nó là hai mã điều khiển
tương ứng 0x0D (hexa), tương ứng 0x0A (hexa)
1.5.2Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK
Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK hoạt động dựa trên ánh sáng hồng ngoại để phát hiện vật cản phía trước Với dải tần số chuyên biệt, cảm biến này có khả năng chống nhiễu hiệu quả, ngay cả trong điều kiện ánh sáng ngoài trời.
Hình 9: Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK Thông số kỹ thuật
Nguồn điện cung cấp: 5VDC
Khoảng cách phát hiện: 3 - 80cm Đầu ra : mức 0, mức 1
Dòng kích ngõ ra: 300mA
Ngõ ra dạng NPN với cực thu hở cho phép tùy chỉnh điện áp ngõ ra, với trở treo điều chỉnh điện áp đầu ra theo mức độ mong muốn.
Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ
AT+CNMI=2,2 Hiển thị nội dung tin nhắn ngay khi có tin nhắn đến
Hình 10: Sơ đồ nguyên lý cảm biến hồng ngoại E18-D80NK
Tia hồng ngoại phát ra một tần số nhất định và khi gặp vật cản, nó sẽ phản xạ vào đèn thu hồng ngoại Sau khi so sánh, đèn màu xanh sáng lên và một tín hiệu số được truyền đến đầu ra dưới dạng tín hiệu bậc thấp.
Khoảng cách làm việc hiệu quả của cảm biến là từ 20 đến 150 cm, với điện áp hoạt động từ 3.3V đến 5V Độ nhạy sáng có thể điều chỉnh thông qua chiếc áp, giúp cảm biến dễ dàng lắp ráp và sử dụng.
Mô-đun Relay 1 kênh 5V hoạt động với điện áp 5VDC, có khả năng điều khiển đầu ra tối đa 250V 10A cho điện áp xoay chiều AC và 30V cho điện áp một chiều DC.
Module relay 1 kênh nhỏ gọn và chuyên nghiệp, nổi bật với khả năng chống nhiễu và cách điện tốt Sản phẩm được trang bị mạch kích relay sử dụng IC cách ly quang và transistor, đảm bảo cách ly hoàn toàn giữa mạch vi điều khiển và relay, giúp vi điều khiển hoạt động một cách ổn định.
Mạch điều khiển relay 1 kênh này sử dụng chân kích mức cao (5V), khi có tín hiệu 5V vào chân IN thì relay sẽ nhảy qua thường Mở của Relay
Thông số kỹ thuật Điện áp tải tối đa: AC 250V-10A / DC 30V-10A Điện áp điều khiển: 5VDC
Trạng thái kích: Mức cao
Chức năng các chân của module relay
VCC: cấp hiệu điện thế tối ưu vào chân này
GND: nối với âm nguồn
S: nối chân tín hiệu, tùy vào module relay mà làm nhiệm vụ khác nhau
COM: nối với một chân bất kỳ của thiết bị điện
ON hoặc NO: nối với chân nóng nếu sử dụng nguồn điện xoay chiều và cực dương nếu sử dụng nguồn điện một chiều
OFF hoặc NC: nối chân lạnh nếu sử dụng điện xoay chiều và cực âm nếu sử dụng nguồn điện một chiều
LCD 16x2 đƣợc sử dụng để hiển thị trạng thái hoặc các thông số
- LCD 16x2 có 16 chân trong đó 8 chân dữ liệu (D0 – D7) và 3 chân điều khiển (RS, RW, EN)
- 5 chân còn lại dùng để cấp nguồn và đèn nền cho LCD 16x2
Các chân điều khiển cho phép cấu hình LCD một cách dễ dàng ở chế độ lệnh hoặc chế độ dữ liệu, đồng thời hỗ trợ việc cấu hình ở chế độ đọc hoặc ghi.
- LCD 16x2 còn có thể sử dụng ở chế độ 4 bit hoặc 8 bit tùy theo ứng dụng ta đang làm
- Điện áp hoạt động: 2.5 – 6v DC
- Hỗ trợ màn hình: LCD1602, 1604, 2004 (driver HD44780)
- Địa chỉ mặt định: 0x27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2
- Tích hợp jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặt ngắn
- Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD
LCD có quá nhiều nhiều chân gây khó khăn trong quá trình đấu nối và chiếm dụng nhiều chân trên vi điều khiển
Module I2C LCD ra đời và giải quyết vấn để này cho bạn
Thay vì phải mất 6 chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16×2 (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì module IC2 bạn chỉ cần tốn 2 chân (SCL, SDA) để kết nối
Module I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 16×2, LCD 20×4,
…) và tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay Ưu điểm
- Tiết kiệm chân cho vi điều khiển
- Dễ dàng kết nối với LCD
- Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC
- Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780)
- Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2)
- Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt
- Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD
I2C, viết tắt của "Inter-Integrated Circuit", là giao thức giao tiếp được phát triển bởi Philips Semiconductors Giao thức này cho phép truyền dữ liệu giữa bộ xử lý trung tâm và nhiều IC trên cùng một bo mạch chỉ với hai đường truyền tín hiệu I2C là một giao thức giao tiếp nối tiếp đồng bộ, trong đó các bit dữ liệu được truyền từng bit một theo các khoảng thời gian đều đặn do tín hiệu đồng hồ tham chiếu xác định.
Dữ liệu được truyền giữa thiết bị Master và các thiết bị Slave qua đường dữ liệu SDA duy nhất, sử dụng các chuỗi bit 0 và 1 Mỗi chuỗi này được gọi là giao dịch (transaction), và dữ liệu trong từng giao dịch có cấu trúc cụ thể.
Hình 14: Cấu trúc trong mỗi giao dịch (transcaction)
Điều kiện bắt đầu (Start Condition)
Khi một thiết bị chủ hoặc IC bắt đầu một giao dịch, nó sẽ chuyển đổi tín hiệu SDA từ mức điện áp cao xuống thấp trước khi tín hiệu SCL thay đổi từ cao xuống thấp.
Khi thiết bị Master gửi tín hiệu, tất cả các thiết bị Slave sẽ tự động hoạt động, ngay cả khi chúng đang ở chế độ ngủ, và chờ nhận bit địa chỉ.
Hình 15 Điều kiện bắt đầu
Giao thức I2C sử dụng 7 bit để xác định địa chỉ của thiết bị Slave, từ đó thiết bị Master có thể gửi hoặc nhận dữ liệu Tất cả các thiết bị Slave trên bus I2C sẽ so sánh địa chỉ này với địa chỉ của chúng để xác định thiết bị nào sẽ nhận hoặc gửi thông tin.