THIẾT kế mô HÌNH NHÀ THÔNG MINH điều KHIỂN QUA SMS (có CODE)

Nhưng đối với hệ thống điều khiển từ xa qua mạng Ethernet và tin nhắnSMS thì các thiết bị điều khiển tự động được kết nối với nhau thành một hệ thốnghoàn chỉnh qua một thiết bị trung tâm

THIẾT KẾ MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN QUA SMS

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH

1.1 Giới thiệu

Hiện nay với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật đặc biệt là điện - điện

tử, điện tự động hóa đóng vai trò rất quan trọng trong các lĩnh vực quản lý, thông tinnhanh trong công nghiệp và đời sống

Như chúng ta đã biết, các thiết bị tự động trong các nhà máy và đời sống hàng ngàyhoạt động một cách độc lập với nhau Chúng chưa có được sự liên kết về mặt dữliệu, hoạt động một cách rởi rạc theo một quy trình khác nhau theo sự thiết lặp củangưởi Nhưng đối với hệ thống điều khiển từ xa qua mạng Ethernet và tin nhắnSMS thì các thiết bị điều khiển tự động được kết nối với nhau thành một hệ thốnghoàn chỉnh qua một thiết bị trung tâm và có thể giao tiếp với nhau về mặc dữ liệu.Điển hình là hệ thống điều khiển thiết bị từ xa qua tin nhắn SMS gồm các thiết bịnhư bóng đèn, quạt, tivi, hệ thống báo động… hoạt động như là một ngôi nhà thôngminh Tất cả sẽ thiết bị sẽ giao tiếp thông qua một trung tâm có thể là một máy tínhhoặc một bộ vi xử lí đã lập trình các chương trình điều khiển

Hoạt động của ngôi nhà thông minh giúp chủ nhà điều khiển các thiết bị ngay cả khikhông có ở nhà Như việc tắt quạt, tivi, đèn… khi chủ nhà quên chưa tắt khi đi khỏinhà Hoặc chỉ với một tin nhắn chủ nhà có thể bật máy bơm tưới cây và biết được

độ ẩm, nhiệt độ tại nhà mà tắt mở cho phù hợp Bên cạnh ta có thể nhận các tinnhắn báo có hỏa hoạn, có khí gas, báo có trộm đồng thời cũng có thể kiểm trađược trạng thái của các thiết bị, nhiệt độ và độ ẩm trong phòng Ngoài ra nó có thểmang tính bảo mật, chỉ số điện thoại được cài đặt, và nhắn tin đúng cú pháp mậtkhẩu thì mới điều khiển được hệ thống

Từ những yêu cầu ngày càng cao của cuộc sống, sự phát triển phổ biến của mạng diđộng số em đã chọn đề tài “ Thiết kế mô hình nhà thông minh điều khiển qua SMS”

để đáp ứng như cầu ngày càng cao con ngưởi và góp pần cho sự tiến bộ của khoahọc kỹ thuật

1.2 Nội dung đề tài

Với đề tài đã chọn, em sẽ tiến hành:

- Điều khiển thiết bị trong nhà qua SMS theo số điện thoại và cú pháp đã định.

- Hệ thống ra vào cửa bằng thẻ từ

- Hệ thống cảnh báo khí gas qua SMS và tự động phân tán khí gas

- Hệ thống báo cháy sẽ gọi điện cảnh báo khẩn cấp và có còi báo động ở nhà khi xảy ra cháy

- Kiểm tra trạng thái các thiết bị điện, kiểm tra được nhiệt độ và độ ẩm trong nhà thông qua SMS

- Đèn toilet sẽ sử dụng cảm biến thân nhiệt chuyển động, tự động sáng khi phát khi bước vào toilet

1.3 Các thành phần của hệ thống nhà thông minh

 Bộ xử lý trung tâm:

- Bao gồm các thiết bị chính: board mạch arduino, các mạch xử lý, các

bộ nguồn

 Thiết bị đầu vào:

- Đầu báo: báo nhiệt, báo gas…

- Toàn bộ hệ thống sẽ chạy auto

- Khi ra vào cửa chính chỉ cần quẹt thẻ từ đã cài sẵn vào bộ RFID thì cửa sẽ mở,quẹt thêm lần nữa thì cửa sẽ đóng Nếu là thẻ chưa được cài đặt vào hệ thống cửa sẽkhông hoạt động

- Các đầu cảm biến nhiệt, khí gas khi vượt quá mức quy định sẽ thông báo về sốđiện thoại đã được cài đặt sẵn Đồng thời khi đầu báo nhiệt vượt qua nhiệt độ quyđịnh còi sẽ báo, còn khí gas quá mức quy định thì quạt hút sẽ hoạt động.

- Các thiết bị đèn, quạt sẽ được điều khiển ngoại vi bằng module SIM 800A quaSMS

1.5 Các giao thức sử dụng

1.5.1 I2C

1.5.1.1 Giới thiệu I2C

Đầu năm 1980 Phillips đã phát triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây được gọi làI2C I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter-Intergrated Circuit Đây là đường Bus giaotiếp giữa các IC với nhau I2C mặc dù được phát triển bới Philips, nhưng nó đãđược rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng I2C trở thành một chuẩn côngnghiệp cho các giao tiếp điều khiển, có thể kể ra đây một vài tên tuổi ngoài Philipsnhư: Texas Intrument(TI), MaximDallas, analog Device, National Semiconductor Bus I2C được sử dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhaunhư các loại Vi điều khiển 8051, PIC, AVR, ARM chip nhớ như: RAM tĩnh(Static Ram), EEPROM, bộ chuyển đổi tương tự số (ADC), số tương tự(DAC), ICđiểu khiển LCD, LED

1.5.1.2 Đặc điểm giao tiếp I2C

Một giao tiếp I2C sẽ có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL) SDA làđường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ để đồng bộ

và chỉ theo một hướng Như ta thấy trên hình vẽ trên, khi một thiết bị ngoại vi kếtnối vào đường bus I2C thì chân SDA của nó sẽ nối với dây SDA của bus, chân SCL

sẽ nối với dây SCL

Mỗi dây SDA hãy SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông quamột điện trở kéo lên (pullup resistor) Sự cần thiết của các điện trở kéo này là vìchân giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vi thường là dạng cực máng hở (opendrainhay opencollector) Giá trị của các điện trở này khác nhau tùy vào từng thiết bị vàchuẩn giao tiếp, thường dao động trong khoảng 1K đến 4.7k

Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bịchủ-tớ giao tiếp thì thiết bị chủ có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ củathiết bị tớ trong suốt quá trình giao tiếp Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động, còn thiết

bị tớ giữ vai trò bị động trong việc giao tiếp

1.5.1.3 Chế độ hoạt động

Các bus I2C có thể hoạt động ở ba chế độ, hay nói cách khác các dữ liệu trên busI2C có thể được truyền trong ba chế độ khác nhau:

- Chế độ tiêu chuẩn (Standard mode):Nó có tốc độ dữ liệu tối đa 100kbps,

-Chế độ nhanh (Fast mode) : Tốc độ dữ liệu tối đa được tăng lên đến 400 kbps.Đểngăn chặn gai tiếng ồn, ngõ vào của thiết bị Fast-mode là Schmitt-triggered chânSCL và SDA của một thiết bị tớ I2C ở trạng thái trở kháng cao khi không cấpnguồn

-Chế độ cao tốc High-Speed (Hs) mode: Chế độ này đã được tạo ra chủ yếu để tăngtốc độ dữ liệu lên đến 36 lần nhanh hơn so với chế độ tiêu chuẩn Nó cung cấp 1,7Mbps (với Cb = 400 pF), và 3.4Mbps (với C> b = 100pF)

Một bus I2C có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau:

- Một chủ một tớ (one master - one slave)

- Một chủ nhiều tớ (one master - multi slave)

- Nhiều chủ nhiều tớ (Multi master - Multi slave)

Dù ở chế độ nào, một giao tiếp I2C đều dựa vào quan hệ chủ/tớ Giả thiết một thiết

bị A muốn gửi dữ liệu đến thiết bị B, quá trình được thực hiện như sau:

- Thiết bị A (Chủ) xác định đúng địa chỉ của thiết bị B (tớ), cùng với việc xác địnhđịa chỉ, thiết bị A sẽ quyết định việc đọc hay ghi vào thiết bị tớ -Thiết bị A gửi dữliệu tới thiết bị B

- Thiết bị A kết thúc quá trình truyền dữ liệu

Khi A muốn nhận dữ liệu từ B, quá trình diễn ra như trên, chỉ khác là A sẽ nhận dữliệu từ B Trong giao tiếp này, A là chủ còn B vẫn là tớ

1.5.2 SPI

1.5.2.1 Giới thiệu SPI

SPI (Serial Perippheral Interface) là giao tiếp ngoại vi nối tiếp

Giao thức SPI do hãng Motorola phát minh và còn được biết đến với tên gọi khác làMicrowire (hãng National Semiconductor phát triển) Cả SPI và Microwire đều cóchung nguyên tắc hoạt động Hiện nay giao thức SPI đã có các phiên bản cải tiếnnhư QSPI (Queue SPI) và Microwire Plus

Giao thức SPI cung cấp một giao thức nối tiếp đơn giản giữa MCU và thiết bị ngoại

vi Giống với các Bus nối tiếp khác như I2C, CAN hoặc USB , chuẩn giao tiếp SPIngày càng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử, đặc biệt là trong giao tiếptrao đổi dữ liệu với các ngoại vi

Giao thức SPI được tích hợp trong một số loại thiết bị như:

+ Các bộ chuyển đổi (ADC và DAC)

+ Các loại bộ nhớ (EEPROM và FLASH)

+ Các loại IC thời gian thực

+ Các loại cảm biến (nhiệt độ, áp suất…)

+ và một số loại khác như: bộ trộn tín hiệu, LCD, Graphic LCD…

1.5.2.2 Kỹ thuật SPI

Dữ liệu lúc nào cũng được truyền qua lại giữa các thiết bị SPI Thật ra, không cókhái niệm thiết bị phát hay thiết bị nhận trong giao thức SPI mà mỗi thiết bị có 2đường dữ liệu, một đường dữ liệu vào với một đường dữ liệu ra Dữ liệu truyền đi

sẽ được điều khiển bởi xung SCK từ Master Khi được truyền đi, dữ liệu vào cầnphải được đọc ngay, nếu không sẽ bị mất đi và giao thức SPI có thể sẽ ngưng hoạtđộng Để tránh tình trạng đó, lúc nào ta cũng phải đọc dữ liệu về ngay sau khitruyền đi cho dù dữ liệu đõ không thực sự cần thiết Thường thì 1 tín hiệu chọnSlave sẽ tác động mức thấp để chỉ ra Slave nào được truy cập Tín hiệu này phảiđược sử dụng khi có nhiều hơn 1 Slave trong cùng hệ thống và thường không sửdụng đến khi trong mạch chỉ có 1 Slave Theo nguyên tắc, nên sử dụng tín hiệu nàytrong cả hai trường hợp trên

Tín hiệu SS sẽ chỉ ra Slave nào mà Master muốn bắt đầu một quá trình trao đổi dữliệu bằng giao thức SPI giữa thiết bị Slave đó và chính nó Nếu tín hiệu trên đường

SS là 0 thì chứng tỏ giao thức SPI đang hoạt động Ngược lại, nếu tín hiệu là mức 1thì giao thức SPI không hoạt động Một đặc điểm khác khá quan trọng của tín hiệu

SS là nó vó tác dụng làm tăng cường khả năng miễn nhiễm cho hệ thống Lí do là

SS sẽ Reset Slave để nó có thể nhận Byte dữ liệu tiếp theo SPI có 4 mode hoạtđộng, phụ thuộc vào cực tính và pha của xung đồng hồ Trong trường hợp cực âmcủa xung đồng hồ, tín hiệu SCK sẽ ở mức thấp trong quá trình nghỉ và chuyển sangmức cao trong quá trình truyền dữ liệu Ngược lại, đối với trường hợp cực dươngcủa xung đồng hồ, tín hiệu SCK ở mức cao trong quá trình nghỉ và chuyển sangmức thấp khi truyền dữ liệu

Giao tiếp SPI được thực hiện thông qua BUS 4 dây MISO, MOSI, SCK, SS nên đôikhi SPI còn được gọi là giao thức giao tiếp 4 dây

-MISO (Master Input Slave Output): Trong VĐK PIC, chân MISO được kí hiệu làSDO Chân MISO dùng để truyền dữ liệu ra khỏi Modun SPI khi đặt cấu hình làSlave và nhận dữ liệu khi đặt cấu hình là Master

-MOSI (Master Output Slave Input):Trong VĐK PIC, chân MOSI được kí hiệu làSDI Chân MOSI dùng để truyền dữ liệu ra khỏi Mođun SPI khi đặt cấu hình làMaster và nhận dữ liệu khi đặt cấu hình là Slave

-SCK (Serial Clock): Chân SCK cấp xung đồng bộ để truyền nhận dữ liệu với mộtSlave nào đó được chọn

-SS (Slave Select): Chân SS cấp tín hiệu chọn chip ở ngõ ra của Mođun SPI đếnmột ngoại vi khác nếu đặt cấu hình là Master và chân SS sẽ là ngõ vào nhận tín hiệuchọn chip nếu được cấu hình là Slave

1.5.3 UART

1.5.3.1 Giới thiệu về UART

UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter): kiểu truyền thông tin nốitiếp không đồng bộ thường dùng trong máy tính công nghiệp, truyền thông, vi điềukhiển, hay một số thiết bị truyền tin khác

Mục đích của UART là để truyền tín hiệu qua lại lẫn nhau ( ví dụ truyền tín hiệu từLaptop vào Modem hay ngược lại ) hay truyền từ vi điều khiển tới vi điều khiển,

từ laptop tới vi điều khiển

Ví dụ : giao tiếp máy tính ( Phần mềm trên laptop điều khiển bật tắt đèn điện )

ta dùng vi điều khiển giao tiếp UART với máy tính thông qua cổng COM( RS232 )

1.5.3.2 Sử dụng UART

Thông thường, để sử dụng module USART trên AVR bạn phải thực hiện 3 việcquan trọng, đó là: cài đặt tốc độ baud (thanh ghi UBRR), định dạng khung truyền(UCSRB, UCSRC) và cuối cùng kích hoạt bộ truyền, bộ nhận, ngắt…

1.6 Arduino

1.6.1 Định nghĩa về Arduino

Arduino là một bo mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với

nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Arduino là bo mạch vi điều khiển

mạch đơn được sử dụng để làm thiết bị điện tử cho các dự án đa lĩnh vực theo cáchtiếp cận dễ dàng đối với người sử dụng Phần cứng bao gồm một bảng mạch điện tửphần cứng dạng nguồn mở được thiết từ bộ vi xử lý 8-bit Atmel AVR , hoặc 32-bitAtmel ARM Phần mềm cho phần cứng này bao gồm một trình biên dịch ngôn ngữlập trình chuẩn và một bộ nạp khởi động, để có thể thực hiện các lệnh trên bộ viđiều khiển

Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với môitrường xung quanh với:

Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vậntốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động,phát hiện kim loại, khí độc,…),…

Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…)

Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác hoặccác kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz,2.4Ghz,…), …

Định vị GPS, nhắn tin SMS,…

1.6.2 Lịch sử hình thành và phát triển

Arduino được khởi đầu vào năm 2005 từ một dự án cho sinh viên tại Viện Thiết

kế Tương tác Ivrea tại Ivrea, Italia Tại thời điểm của chương trình đó sinh viênthường sử dụng bo mạch "BASIC Stamp" có chi phí tới 100$, đắt đôi với sinh viên.Một trong những người sáng lập, Massimo Banzi, hiện đang là giảng viên tại Ivrea

Một đồ án về phần cứng đã đóng góp vào một thiết kế hệ thống kết nối điện dẫncủa sinh viên người Colombia tên là Hernando Barragan Sau khi các nền tảng hệthống điện dẫn đã được hoàn tất, các nhà nghiên cứu làm việc để làm cho hệ thống

đó gọn nhẹ hơn, rẻ hơn, và có sẵn cho cộng đồng nguồn mở Trường này cuối cùng

đã đóng cửa, do đó, các nhà nghiên cứu, trong số họ là David Cuartielles, đã thúcđẩy ý tưởng phát triển về Arduino

1.6.3 Phần cứng

Một bảng mạch Arduino bao gồm một bộ vi điều khiển Atmel AVR 8-bit và cácthành phần bổ sung để tạo điều kiện lập trình và tích hợp cách mạch điện khác vớibảng mạch Arduino Một khía cạnh quan trọng của Arduino dựa trên tiêu chuẩn kếtnối thống nhất, cho bo mạch CPU được kết nối với một loạt mô-đun chuyển đổi tiệních bổ sung được gọi là shield (bộ chắn) Một số shield giao tiếp bo mạch Arduinotrực tiếp từ các chân nối khác nhau, nhưng shield được định địa chỉ riêng biệt thôngqua bus kết nối nối tiếp I2C, cho phép shield được xếp chồng lên nhau và được sửdụng song song nhau Arduino chuẩn sử dụng megaAVR là tổ chợp chip, đặc biệt làATmega8 , Atmega168, ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560 Một số ít các

bộ vi xử lý khác đã được sử dụng tương thích chuẩn Arduino Hầu hết bo mạch baogồm một bộ điều áp tuyến tính 5V và một bộ dao động tinh thể 16 MHz (hoặc cộng

hưởng gốm trong một số biến thể dao động), mặc dù một số thiết kế như LilyPadchạy ở 8 MHz và chia sẻ bộ điều áp trên bo mạch do hạn chế thông số định dạngthể Bộ vi điều khiển của Arduino cũng được lập trình trước nhờ một bộ nạp khởiđộng theo cách đơn giản là tải lên các chương trình vào bộ nhớ flash trên chip, sovới các thiết bị khác thường cần một lập trình viên bên ngoài hỗ trợ khi sử dụng.

Ở cấp độ khái niệm, khi sử dụng xếp chồng phần mềm Arduino, tất cả bo mạchđược lập trình nhờ kết nối nối tiếp RS-232, nhưng cách này được thực hiện khácnhau theo từng phiên bản của phần cứng Bảng mạch Arduino nối tiếp chứa mộtmạch dịch cấp để chuyển đổi giữa tín hiệu cấp-RS-232 và cấp-TTL Bảng mạchArduino hiện nay được lập trình thông qua cổng USB, cài đặt này sử dụng chipchuyển đổi USB-sang-nối tiếp như FTDI FT232 Một số biến thể, chẳng hạn nhưArduino Mini và Boarduino không chính thức, sử dụng một bảng mạch có thể tháorời chuyển đổi USB-sang-nối tiếp hoặc cáp, Bluetooth hoặc các phương pháp khác (Khi được sử dụng với các công cụ vi điều khiển truyền thống thay vì Arduino IDE,lập trình AVR ISP chuẩn phải được sử dụng.)

Bảng mạch Arduino luôn cho thấy hầu hết các chân nối I/O pins của vi điềukhiển để sử dụng bởi các mạch khác Các Diecimila, Duemilanove , và Uno hiện tạicung cấp 14 chân I/O số, sáu trong số đó có thể tạo tiến hiệu điều biến độ rộngxung, và sáu đầu vào tương tự Các chân nằm ở mặt trên bo mạch, thông qua đầuchân cái 0.10-inch (2,5 mm) Một số shield ứng dụng nhúng plug-in cũng đã có ởdạng thương mại

Bo mạch Arduino Nano và Bare Bones tương thích Arduino có thể cung cấp cácchân cắm đực ở mặt dưới của bo mạch để kết nối các bo mạch khác không cần hàn

Có rất nhiều bo mạch tương thích Arduino và bo mạch dẫn xuất từ Arduino Một

số có chức năng tương đương với Arduino và có thể được sử dụng thay thế lẫn cho

nhau Phần lớn là Arduino cơ bản với việc bổ sung các trình điều khiển đầu ra phổbiến, thường sử dụng trong giáo dục cấp trường để đơn giản hóa việclắp ráp các xeđẩy và robot nhỏ Những biến thể khác là tương đương về điện nhưng thay đổi tham

số dạng (form-factor), đôi khi cho phép tiếp tục sử dụng các Shield, đôi khi không.Một số biến thể sử dụng bộ vi xử lý hoàn toàn khác, với mức độ khác nhau về tínhtương thích

1.6.4 Phần mềm

Môi trường phát triển tích hợp (IDE) Arduino là một ứng dụng đa nền tảng đượcviết bằng Java, và được dẫn xuất từ IDE cho ngôn ngữ lập trình xử lý và các dự ánlắp ráp Nó được thiết kế làm nhập môn lập trình cho các nhà lập trình và nhữngngười mới sử dụng khác không quen thuộc với phát triển phần mềm Nó bao gồmmột trình soạn thảo mã với các tính năng như làm nổi bật cú pháp, khớp dấu ngặckhối chương trình, và thụt đầu dòng tự động, và cũng có khả năng biên dịch và tảilên các chương trình vào bo mạch với một nhấp chuột duy nhất Một chương trìnhhoặc mã viết cho Arduino được gọi là "sketch"

Chương trình Arduino được viết bằng C hoặc C++ Arduino IDE đi kèm với mộtthư viện phần mềm được gọi là "Wiring" từ dự án lắp ráp ban đầu, cho hoạt độngđầu vào/đầu ra phổ biến trở nên dễ dàng hơn nhiều Người sử dụng chỉ cần địnhnghĩa hai hàm để thực hiện một chương trình điều hành theo chu kỳ :

setup() : hàm chạy một lần duy nhất vào lúc bắt đầu của một chương trình dùng

để khởi tạo các thiết lập

loop() : hàm được gọi lặp lại liên tục cho đến khi bo mạch được tắt đi

Khi bật điện bảng mạch Arduino, reset hay nạp chương trình mới, hàm setup() sẽđược gọi đến đầu tiên Sau khi xử lý xong hàm setup(), Arduino sẽ nhảy đến hàmloop() và lặp vô hạn hàm này cho đến khi tắt điện bo mạch Arduino Chu trình đó

có thể mô tả trong hình dưới đây:

Hình 2-1 Chu trình hoạt động của ArduinoArduino IDE sử dụng GNU toolchain và AVR libc để biên dịch chương trình, và

sử dụng avrdude để tải lên các chương trình vào bo mạch chủ

Do nền tảng Arduino sử dụng vi điều khiển Atmel, môi trường phát triển của Atmel, AVR Studio hoặc Atmel Studio mới hơn, cũng có thể được sử dụng để phát triển phần mềm cho các Arduino

1.6.5 Arduino Mega 2560

1.6.5.1 Cấu tạo

Hình 2-2 Arduino Mega 2560

Hình 2-3 Sơ đồ chân Arduino Mega 2560

Arduino Mega2560 là một vi điều khiển bằng cách sử dụng ATmega2560.

Hình 2-4 Định nghĩa các chân của Arduino Mega

Arduino Mega 2560 R3 là phiên bản nâng cấp của Arduino Uno R3 với số chân giao tiếp, ngoại vi và bộ nhớ nhiều hơn

1.6.5.2 Thông số kỹ thuật

- Vi điều khiển chính: ATmega2560

- IC nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2

- Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài cắm từ giắctròn DC (6~9VDC để đảm bảo mạch hoạt động tốt)

- Số chân Digital: 54 (15 chân PWM)

- 160 kí tự nếu như mã hóa kí tự 7 bit được sử dụng.

- 70 kí tự nếu như mã hóa kí tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng

 Sử dụng tin nhắn SMS đang ngày càng phát triển và phổ biến:

- Tin nhắn có thể nhận và gửi ở bất kì thời điểm nào

- Hầu hết mọi người hiện nay đều có điện thoại di động, việc gửi tinnhắn đã trở nên dễ dàng ở bất cứ đâu

- Các tin nhắn ít gây phiền phức trong việc giữ liên lạc

 Tin nhắn SMS là một công nghệ trưởng thành và thành công Đây là mộtcông nghệ phù hợp với các ứng dụng Wireless sử dụng cùng với nó là vì:

- Tin SMS được hỗ trợ bởi các điện thoại sử dụng công nghệ GMS

- Tin SMS tương thích với việc mang các dữ liệu binary bên cạnh gửicác text

- Tin SMS hỗ trợ việc chi trả trực tuyến

- Giúp điều khiển các thiết bị thông qua một bộ xử lí trung tâm nào đó

1.7.2 Lý thuyến về module SIM 800A

1.7.2.1 Giới thiệu module SIM 800A

Hình 2-5 Mặt trước module SIM 800A

Hình 2-6 Mặt sau module SIM 800AMột modem GMS là một modem wireless, nó làm việc cùng với một mạng wirelessGMS Một modem wireless hoạt động giống như một modem quay số Điểm khác chính là modem quay số truyền nhận dữ liệu thông qua một đường dây điện thoại cốđịnh trong khi đó modem wireless thì việc gửi nhận dữ liệu thông qua sóng.

Giống như điện thoại di động GMS, modem GMS yêu cầu thẻ sim với một mạng wireless để hoạt động Module SIM 800A là một trong những loại modem GMS Nhưng Module SIM 800A được nâng cao tốc độ truyền nhanh hơn Nó sử dụng công nghệ GMS 850Mhz, WGSM 900Mhz, DCS 1800 Mhz, có tính năng GPRS của SIM 900 Và hỗ trợ GPRS theo dạng đồi thị mã hóa CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4.Trong đồ án thực hiện, Module SIM 800A có chức năng nhận tín hiệu từ điện thoại rồi chuyển tín hiệu đến vi điều khiển để điều khiển trạng thái thiết bị đồng thời phảnhồi SMS về điện thoại để cho biết trạng thái các thiết bị

1.7.2.2 Đặc điểm của module SIM 800A

1.7.2.2.1 Thông số kỹ thuật

 Nguồn cấp đầu vào : 5-18 VDC

 Mức tín hiệu giao tiếp: TTL (3.3-5VDC) hoặc RS232

 Tích hợp IC chuyển mức tín hiệu RS232 MAX232.

 Tích hợp nguồn xung cao cung cấp cho SIM800A

 232R: Chân nhận tín hiệu RS232

 232T: Chân truyền tín hiệu RS232

 TXD: Kết nối với TX của MCU (Chân nhận tín hiệu TTL 3.3V)

 EPN: Ngõ ra loa Speaker âm

 EPP: Ngõ ra loa Speaker dương

1.7.3 Tập lệnh AT Command

1.7.3.1 Các tập lệnh chung

AT : Kiểm tra module có hoạt động không

Trả về: OK nếu hoạt động bình thường, báo lỗi hoặc không trả về nếu có lỗi xảyra

ATEx : Bật (x=1) hoặc tắt (x=0) chế độ phản hồi lệnh vừa gửi (nên tắt đi)

AT+CPIN? : Kiểm tra Simcard

Trả về: +CPIN: READY OK (nếu tìm thấy simcard)

AT+CSQ : Kiểm tra chất lượng sóng

Trả về: +CSQ: xx,0 OK (xx là chất lượng sóng, tối đa là 31)

AT+COPS? : Kiểm tra tên nhà mạng

Trả về: +COPS: 0,0,”Viettel Mobile” OK (nhận dạng được nhà mạng là ViettelMobile)

Trả về: +COPS: 0 (không thấy nhà mạng)

1.7.3.2 Các lệnh gọi điện

ATD0123456789; : Gọi điện cho số điện thoại 0123456789

ATA : Chấp nhận cuộc gọi đến

ATH : Hủy cuộc gọi

AT+CUSD=1 : Chuyển chế độ USD để tra số dư tài khoản

ATD*101#; : Kiểm tra tài khoản

1.7.3.3 Các lệnh nhắn tin

AT+CMGF=x : Cấu hình tin nhắn (x=0: DPU, x=1:dạng ký tự)

AT+CNMI=2,x,0,0 : Chọn x=1 (chỉ báo vị trí lưu tin nhắn) hoặc x=2 (hiển thị rangay nội dung tin nhắn)

Trả về: +CMTI: “SM”,3 (x=1)

Trả về: +CMT: “+84938380171″,””,”17/07/30,14:48:09+28″ noidungtinnhan.AT+CMGR=x : Đọc tin nhắn tại vị trí lưu x

Trả về: nội dung tin nhắn

AT+CMGD=x : Xóa tin nhắn được lưu ở vị trí x

AT+CMGS=”sodienthoai” : Gửi tin nhắn cho sodienthoai, sau dòng lệnh này sẽnhận được ‘>’ (mã HEX là 0x3C), bây giờ có thể nhập vào nội dung tin nhắn, nhậptiếp 0x1A để gửi tin nhắn đi hoặc 0x1B để hủy gửi tin nhắn.

1.8.2 Sơ đồ chân

Hình 2-7 Mạch RFID-RC522

1 SDA(SS): Chân lựa chọn chip khi giao tiếp SPI( Kích hoạt ở mức thấp)

2 SCK: Chân xung trong chế độ SPI

3 MOSI(SDI): Master Data Out- Slave In trong chế độ giao tiếp SPI

4 MISO(SDO): Master Data In- Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI

5 IRQ: Chân ngắt

6 GND: Chân mass

7 RST: Chân reset module

8 Nguồn 3,3V

1.8.3 Thông số kỹ thuật

Nguồn: 3.3VDC, 13 - 26mA

Dòng ở chế độ nghỉ: <80uA

Khoảng cách hoạt động: 0 - 60mm

Tốc độ truyền dữ liệu: tối đa 10Mbit/s

Nhiệt độ hoạt động: - 20⁰C ÷ 80⁰C

Hỗ trợ ISO/ IEC 14443A/ MIFARE

Dòng ở chế độ chờ: 1013mA

Tần số sóng mang: 13.56MHz

Giao tiếp: SPI

Kích thước: 40mm × 60mm

Độ ẩm hoạt động: 5% - 95%

1.9 Các module cảm biến

1.9.1 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11

Hình 2-8 Cảm biến DHT11 Tính năng: Module cảm biến DHT11 có thể đo và trích xuất dữ liệu về nhiệt độ và

độ ẩm một cách dễ dàng thông qua giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu duy nhất

Nó có bộ xử ly` tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp có được dữ liệu hính xác mà không phải qua bất kì tính toán nào như LM35

Thông số Kỹ thuật:

Nguồn cấp: 3-5V.

Dòng sử dụng: 2.5mA max

Đo tốt độ ẩm 2080%RH với sai số 5%

Đo tốt nhiệt độ từ 0 đến 50oC với sai số 2%

Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz

Kích thước: 15mm x 12mm x 5.5mm

1.9.2 Cảm biến khí gas MQ-2

Hình 2-9 Cảm biến khí gas MQ-2

- Cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2

- Tính năng: sử dụng trong thiết bị phát hiện rò rỉ khí trong gia đình và công nghiệp, phù hợp phát hiện các laoi5 khí như: hộn hợp khí hydrocacbon nhẹ LPG, Iso butan, Propan, Metan, Rượu, Hydrogen, Khói…

- Nguyên lý hoạt động:sử dụng phần tử SnO2 có độ dẫn thấp hơn khôngkhí sạch, khi khí dễ cháy tồn tại, cam biến có độ dẫn điện cao hơn, nồn độ chất dễ cháy càng cao thì độ dẫn điện của chất bán dẫn sẽ càngcao và tương ứng chuyển đổi thành mức tín hiệu Cảm biến xuất ra 2

dạng tín hiệu Analog và Digital, tín hiệu Digital có thể điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở.

-1.9.3 Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR SR505 mini

Hình 2-10 Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR

- Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR (Passive infrared sensor) SR505 Mini được dùng để phát hiện chuyển động của các vật thể phát

HC-ra bức xạ hồng ngoại: con người, con vật, các vật phát nhiệt,…

- Nguyên lý hoạt động: cảm biến sẽ xuất ra mức tín hiệu cao khi quét phát hiện các vật chuyển động trong vùng quét, tín hiệu sẽ được giữ ở mức cao trong một khoảng thời gian trễ T, trong khoảng thời gian đó nếu cảm biến không quét được chuyển động nào khác thì cảm biến sẽ trở về mức thấp

- Thộng số kỹ thuật:

Điện áp hoạt động:4.5-20VDCDòng tiêu thụ: <60uA

Mức tín hiệu: Hight 3.3V/Low 0VTrigger: repeatable trigger

Thời gian trễ 8S ±30%

Góc quét: Max 100 độKhoảng cách bắt: 3mĐường kính thấu kính: 10mmKích thước:10x23mm

Bảng 2-1 Chức năng các chân của LCD

1.10.1.2 Module I2C

Hình 2-12 Module I2C