Hệ thống sẽ gồm nhiều bộ sử dụng cảm biến khí gas và đặt ở các vị trí có nguy cơ rò rỉ để thu thập tình trạng rò rỉ khí gas ở nơi đó. Khi có nguy hiểm sẽ gửi tín hiệu bằng sóng vô tuyến về bộ xử lí trung tâm để bộ xử lí trung tâm điều khiển gửi tín nhắn, gọi điện đến chủ nhà hay phòng bảo vệ để báo động có rò rỉ khí gas và cụ thể là nơi nào. Nhờ đó họ sẽ có biện pháp xử lí kịp thời. Bên cạnh đó, hệ thống còi báo động trong toàn hệ thống cũng sẽ báo động và hiển thị thông tin nơi rò rỉ lên màn hình LCD để mọi đang có ý định đi đến hoặc đi ngang khu vực nguy hiểm đó tránh xa.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Tp Hồ Chí Minh – 07/2018
Trang 2TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP –
Y SINH Tp HCM, ngày 20 tháng 7 năm 2018
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Đoàn Thanh Đủ MSSV: 14141068
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Mã ngành: 41
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa: 2014 Lớp: 1414DT2
I TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ BÁO ĐỘNG KHÍ GAS
II NHIỆM VỤ
1 Các số liệu ban đầu:
Hệ thống giám sát và báo động khí gas được thực hiện với các số liệu ban đầu như sau:
- Hệ thống thu thập dữ liệu về nồng độ khí gas theo giá trị % để giám sát nồng
độ khí gas có ở trong không khí
- Hiển thị giá trị thu thập được trên LCD và trên trang web Thingspeak.com
để theo dõi tình trạng nồng độ khí gas trong không khí
- Nếu phát hiện nồng độ khí gas trong không khí tăng lên, có rò rỉ khí gas nguy hiểm sẽ báo động thông qua còi báo động, tin nhắn sms và gọi điện
2 Nội dung thực hiện
- Xác định mục tiêu và giới hạn đề tài
- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết
- Thiết kế và thi công mạch nguồn
- Thiết kế khối cảm biến, khối hiển thị, khối báo động tại chỗ, khối up dữ liệu lên web, khối báo động qua tin nhắn, khối truyền nhận dữ liệu bằng sóng RF
- Thiết kế và thi công bộ xử lí thứ cấp, bộ xử lí trung tâm
- Viết code cho Arduino Mega 2560, Arduino Uno R3
Trang 3- Lắp ráp các board mạch, cảm biến vào hộp bảo vệ
- Chỉnh sửa các lỗi điều khiển, lỗi lập trình và lỗi của các thiết bị
- Chạy thử nghiệm hệ thống
- Cân chỉnh hệ thống
- Viết luận văn
- Báo cáo đề tài tốt nghiệp
III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/3/2018
IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/6/2018
V HỌ VÀ TÊN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Hà A Thồi
Trang 4TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP –
Y SINH Tp HCM, ngày 20 tháng 7 năm 2018
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Đoàn Thanh Đủ
Tên đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ BÁO ĐỘNG KHÍ GAS
Tuần/ngày Nội dung Xác nhận
-Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan với đề tài:
Cảm biến khí gas MQ2, Arduino Uno R3, Arduino Mega 2560, ESP8266 NodeMCU, LCD 16x2, Module NRF24L01 thu phát sóng vô tuyến, Module Sim 900a mini
Tuần 4
(9/4 – 15/4)
- Tìm hiểu về giao tiếp giữa cảm biến, các module
và thiết bị cảnh báo với Arduino ở bộ điều khiển thứ cấp
Trang 5- Kiểm tra mạch thi công
- Viết báo cáo những nội dung đã làm
Trang 6LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này nhóm chúng tôi thực hiện dựa trên sách vở và nghiên cứu từ tài liệu online để hoàn thiện đề tài, không sao chép từ bất cứ công trình nào đã có trước đó
Người thực hiện đề tài
Đoàn Thanh Đủ
Trang 7Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài
Đoàn Thanh Đủ
Trang 8MỤC LỤC
Trang phụ bìa i
Nhiệm vụ đồ án ii
Lịch trình iv
Lời cam đoan vi
Lời cảm ơn vii
Mục lục viii
Liệt kê hình ảnh xi
Liệt kê bảng xv
Tóm tắt xvi
Chương 1 TỔNG QUAN 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.2 MỤC TIÊU 1
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2
1.4 GIỚI HẠN 2
1.5 BỐ CỤC 3
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4
2.1 GIỚI THIỆU 4
2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 4
2.2.1 Bộ điều khiển trung tâm 4
2.2.2 LCD 16x2 11
2.2.3 Module cảm biến khí MQ-2 15
2.2.4 Kit Wi-fi ESP8266 NodeMCU 17
2.2.5 Module thu phát sóng RF 21
2.2.6 Module Sim900A mini 25
2.2.7 Module Relay 1 kênh 5V 29
2.2.8 Còi báo động 12V 31
2.3 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU 32
Trang 9Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 34
3.1 GIỚI THIỆU 34
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 34
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 34
3.2.2 Tính toán và thiết kế 35
3.2.3 Sơ đồ nguyên lí toàn hệ thống 43
3.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 46
3.3.1 Lưu đồ giải thuật 46
3.3.2 Phần mềm lập trình 55
3.3.3 Trang Web ThingSpeak.com 64
Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 67
4.1 GIỚI THIỆU 67
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 67
4.2.1 Thi công board mạch 67
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 70
4.2.3 Thi công hộp bảo vệ 71
4.2.4 Tài liệu hướng dẫn sử dụng thao tác 74
Chương 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 75
5.1 GIỚI THIỆU 75
5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 75
5.2.1 Sử dụng cảm biến 75
5.2.2 Sử dụng Arduino Mega 2560, Arduino Uno R3 75
5.2.3 Đưa dữ liệu lên web Thingspeak.com dùng ESP8266 NodeMCU 76
5.2.4 Truyền nhận thông tin qua lại dùng sóng vô tuyến (RF) 76
5.2.5 Sử dụng module Sim thực hiện cuộc gọi và gửi tin nhắn 76
5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 77
5.3.1 Hình ảnh hệ thống khi hoàn thành và đang hoạt động 77
5.3.2 Tình trạng hệ thống khi không có khí gas rò rỉ 78
5.3.3 Tình trạng hệ thống khi rò rỉ khí gas khu vực 1 80
5.3.4 Tình trạng hệ thống khi rò rỉ khí gas khu vực 2 83
5.3.5 Tình trạng hệ thống khi rò rỉ khí gas khu vực 1 và 2 86
5.4 NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 88
Trang 105.4.2 Đánh giá 89
Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIẾN 90
6.1 KẾT LUẬN 90
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO 91
PHỤ LỤC 92
Trang 11LIỆT KÊ HÌNH ẢNH
Chương 2
Hình 2.1 Hình ảnh thực tế Arduino Uno R3 5
Hình 2.2 Hình ảnh thực tế Arduino Mega 2560 R3 6
Hình 2.3 Các thành phần chức năng của Arduino Uno R3 7
Hình 2.4 Các thành phần chức năng của Arduino Mega 2560 R3 7
Hình 2.5 Hệ thống đếm hàng tự động sử dụng Arduino 9
Hình 2.6 Máy in 3D sử dụng công nghệ Arduino 9
Hình 2.7 Hệ thống nhà thông minh sử dụng Arduino 10
Hình 2.8 Mô hình xe robot dò đường sử dụng Arduino 10
Hình 2.9 Hình dáng của loại LCD 16x2 11
Hình 2.10 Sơ đồ chân của LCD 16x2 11
Hình 2.11 Hình ảnh thực tế cảm biến khí MQ-2 15
Hình 2.12 Hình ảnh thực tế module cảm biến khí Gas MQ-2 17
Hình 2.13 Mạch nguyên lý đầy đủ cho ESP8266 18
Hình 2.14 Sơ đồ chân kit Wifi ESP8266 NodeMCU 21
Hình 2.15 Module thu phát sóng RF nRF24L01 22
Hình 2.16 Kích thước và vị trí các chân của module nRF24L01 22
Hình 2.17 Sơ đồ chân nRF24L01 cho 1 khối QDN20 4x4 23
Hình 2.18 Sim900A 25
Hình 2.19 Phần giao tiếp simcard 26
Hình 2.20 Mạch kiểm tra trạng thái kết nối của sim900A 27
Hình 2.21 Module GSM GPRS Sim 900A Mini 29
Hình 2.22 Module relay 1 kênh 5V 30
Hình 2.23 Còi báo động 12V 31
Hình 2.24 Truyền dữ liệu qua lại giữa 2 VDK và VDK với PC 32
Chương 3 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 34
Hình 3.2 Sơ đồ kết nối cảm biến MQ-2 với Arduino UNO 36
Trang 12Hình 3.5 Sơ đồ kết nối Arduino UNO với Relay và loa 37
Hình 3.6 Sơ đồ kết nối Arduino MEGA với Relay và loa 38
Hình 3.7 Sơ đồ kết nối Arduino Mega 2560 với ESP8266 MCU 38
Hình 3.8 Sơ đồ kết nối Arduino UNO với module thu phát sóng nRF24L01 39
Hình 3.9 Sơ đồ kết nối Arduino MEGA với module thu phát sóng nRF24L01 39
Hình 3.10 Sơ đồ kết nối Arduino MEGA với module Sim900A mini 40
Hình 3.11 Mạch nguồn 5V 1A cho khối xử lí thứ cấp 42
Hình 3.12 Mạch nguồn 5V 3A cho khối xử lí trung tâm 42
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý khố xử lý thứ cấp 43
Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 44
Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 44
Hình 3.16 Lưu đồ chương trình chính trung tâm 46
Hình 3.17 Lưu đồ chương trình khu vực 1 48
Hình 3.18 Lưu đồ chương trình khu vực 2 49
Hình 3.19 Lưu đồ chương trình con nhận cảnh báo từ khu vực 1 50
Hình 3.20 Lưu đồ chương trình con nhận cảnh báo từ khu vực 2 51
Hình 3.21 Lưu đồ chương trình con hiển thị LCD 51
Hình 3.22 Lưu đồ chương trình con kiểm tra nguy hiểm 52
Hình 3.23 Lưu đồ chương trình con Truyền nRF 1 53
Hình 3.24 Lưu đồ chương trình con Truyền nRF 2 54
Hình 3.25 Lưu đồ chương trình con gửi tin nhắn báo nguy hiểm 54
Hình 3.26 Lưu đồ chương trình con gọi điện thoại báo nguy hiểm 55
Hình 3.27 Nhấp vào Windows Zip file for non admin install 56
Hình 3.28 Nhấp vào JUST OWNLO để tải phần mềm 57
Hình 3.29 Chọn nơi lưu file và bấm Start Download 57
Hình 3.30 Giải nén file vừa tải 57
Hình 3.31 Giao diện của Arduino IDE 58
Hình 3.32 Chạy file exe, sau đó nhấn Next 59
Hình 3.33 Nhấn Install khi có yêu cầu xác nhận 59
Hình 3.34 Quá trình cài đặt diễn ra 60
Trang 13Hình 3.38 Chọn Board để kết nối board thực tế với phần mềm 63
Hình 3.39 Chọn cỗng COM board thực tế liên kết với máy tính 64
Hình 3.40 Đăng ký một tài khoản miễn phí 65
Hình 3.41 Tạo Data Channel 65
Hình 3.42 Lấy URL cần thiết để upload dữ liệu 66
Hình 3.43 Xem các dữ liệu này trong channel 66
Chương 4 Hình 4.1 Mạch PCB bộ xử lí trung tâm 68
Hình 4.2 Mạch PCB trạm thu khu vực 1 và 2 68
Hình 4.3 Hình ảnh thực tế mạch trung tâm mặt trên khi hoàn thành 70
Hình 4.4 Hình ảnh thực tế mạch trung tâm mặt dưới khi hoàn thành 70
Hình 4.5 Hình ảnh thực tế mạch khu vực 1 và 2 mặt trên khi hoàn thành 71
Hình 4.6 Hình ảnh thực tế mạch khu vực 1 và 2 mặt trên khi hoàn thành 71
Hình 4.7 Tấm PVC Foam 72
Hình 4.8 Bên ngoài hộp bảo vệ 73
Hình 4.9 Bên trong hộp bảo vệ 73
Chương 5 Hình 5.1 Trạm thu Khu Vực 1 đang hoạt động 77
Hình 5.2 Trạm thu Khu Vực 2 đang hoạt động 77
Hình 5.3 Bộ xứ lí trung tâm đang hoạt động 78
Hình 5.4 LCD và loa cảnh báo của trạm thu 1 khi chưa có rò rỉ khí gas 78
Hình 5.5 LCD và loa cảnh báo của trạm thu 2 khi chưa có rò rỉ khí gas 79
Hình 5.6 Bộ xử lí trung tâm khi chưa có rò rỉ khí gas 79
Hình 5.7 Biểu đổ nồng độ khí gas khu vực 1 khi không rò rỉ 80
Hình 5.8 Biểu đổ nồng độ khí gas khu vực 2 khi không rò rỉ 80
Hình 5.9 LCD của trạm thu 1 khi khu vực 1 rò rỉ 81
Hình 5.10 LCD của trạm thu 2 khi khu vực 1 rò rỉ 81
Hình 5.11 LCD của bộ xử lí trung tâm khi khu vực 1 rò rỉ 81
Hình 5.12 Biểu đổ nồng độ khí gas khu vực 1 khi khu vực 1 rò rỉ 82
Hình 5.13 Cuộc gọi đến khi khu vực 1 rò rỉ 82
Hình 5.14 Tin nhắn cảnh báo khi khu vực 1 rò rỉ 83
Trang 14Hình 5.17 LCD bộ xử lí trung tâm khi khu vực 2 rò rỉ 84
Hình 5.18 Biểu đổ nồng độ khí gas khu vực 2 khi khu vực 2 rò rỉ 84
Hình 5.19 Cuộc gọi đến khi khu vực 2 rò rỉ 85
Hình 5.20 Tin nhắn cảnh báo khi khu vực 2 rò rỉ 85
Hình 5.21 LCD và loa cảnh báo của trạm thu 1 khi khu vực 1 và 2 rò rỉ 86
Hình 5.22 LCD trạm thu 2 khi khu vực 1 và 2 rò rỉ 86
Hình 5.23 LCD bộ xử lí trung tâm khi khu vực 1 và 2 rò rỉ 86
Hình 5.24 Biểu đổ nồng độ khí gas khu vực 1 khi khu vực 1 và 2 rò rỉ 87
Hình 5.25 Cuộc gọi đến khi khu vực 1 và 2 rò rỉ 87
Hình 5.26 Tin nhắn cảnh báo khi khu vực 1 và 2 rò rỉ 88
Trang 15LIỆT KÊ BẢNG
Bảng Trang Chương 2
Bảng 2.1 Chức năng các chân của LCD 12
Bảng 2.2 Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng 14
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật cảm biến MQ-2 16
Bảng 2.4 Chế độ boot up của ESP và cấu hình chân GPIO tương ứng 19
Bảng 2.5 Các chế độ chính của nRF24L01 24
Bảng 2.6 Trạng thái của đèn 27
Chương 3 Bảng 3.1 Các linh kiện sử dụng nguồn 3.3V trong khối xử lí thứ cấp 40
Bảng 3.2 Các linh kiện sử dụng nguồn 3.3V trong khối xử lí trung tâm 41
Bảng 3.3 Các linh kiện sử dụng nguồn 5V trong khối xử lí thứ cấp 41
Bảng 3.4 Các linh kiện sử dụng nguồn 5V trong khối xử lí trung tâm 41
Chương 4 Bảng 4.1 Bảng thống kê linh kiện sử dụng 69
Trang 16TÓM TẮT
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao Một trong những ứng dụng quan trọng trong công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển thiết bị, giám sát môi trường từ xa Chính những điều đó đã góp phần rất lớn giúp con người
có những thiết bị ngày một thông minh và cảnh báo con người tránh được các nguy hiểm không phát hiện xử lí kịp thời
Nhìn chung, đề tài giám sát và báo động khí gas được các sinh viên thực hiện ở các đồ án môn học xoay quanh các nội dung như: Thu thập giá trị cảm biến và báo động bằng chuông và sms Và nó chỉ có duy nhất 1 board mạch được sử dụng để đảm nhận xử lí mọi việc Do đó, việc thiết kế và thi công một mô hình “Hệ thống giám sát
và báo động khí gas” là một nhu cầu hết sức cần thiết và đây chính là lý do mà nhóm nghiên cứu quyết định chọn đề tài này Đề tài này không những là một thực tại khách quan mà nó còn đóng vai trò đặc biệt quan trọng thực sự hiện tại cũng như trong tương lai sau này
Nội dung chính đề tài
• Sử dụng Arduino Mega 2560 làm vi điều khiển cho bộ xử lí trung tâm
• Sử dụng Arduino Uno R3 làm vi điều khiển cho bộ xử lí thứ cấp
• Dùng kit Wi-fi ESP8266 NodeMCU đưa dữ liệu lên web
• Giám sát giá trị cảm biến ở các khu vực qua biểu đồ trên web thingspeak.com
• Cảnh báo từ xa thông qua cuộc gọi và tin nhắn sms
Trang 17Chương 1 TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay có lẽ khí gas chắc không còn xa lạ với mọi nhà bởi nó rất hữu ích giúp
ta ở hầu hết mọi hoạt động từ nấu nướng ở gia đình đến áp dụng nhiều trong các dây chuyền sản xuất trong công nghiệp…Nhưng khi sử dụng nó cũng tồn tại các mối nguy hiểm như: có rò rỉ ta không phát hiện kịp thời mà tiếp xúc và vô tình ngửi phải sẽ ảnh hưởng lớn đến sức khỏe, tín mạng Thậm chí, khi có tia lửa trong vùng không gian tồn tại khí gas sẽ gây ra cháy nổ
Chính vì tồn tại những rủi ro hết sức nguy hiểm đó nên nhóm chúng em đã chọn
và nghiên cứu một giải pháp đề phòng tránh đó là “Hệ thống giám sát và báo động khí gas” thông minh Hệ thống sẽ gồm nhiều bộ sử dụng cảm biến khí gas và đặt ở các vị trí có nguy cơ rò rỉ để thu thập tình trạng rò rỉ khí gas ở nơi đó Khi có nguy hiểm sẽ gửi tín hiệu bằng sóng vô tuyến về bộ xử lí trung tâm để bộ xử lí trung tâm điều khiển gửi tín nhắn, gọi điện đến chủ nhà hay phòng bảo vệ để báo động có rò rỉ khí gas và cụ thể là nơi nào Nhờ đó họ sẽ có biện pháp xử lí kịp thời Bên cạnh đó,
hệ thống còi báo động trong toàn hệ thống cũng sẽ báo động và hiển thị thông tin nơi
rò rỉ lên màn hình LCD để mọi đang có ý định đi đến hoặc đi ngang khu vực nguy hiểm đó tránh xa Không dừng lại ở đó hệ thống còn được kết nối với internet và đưa
dữ liệu liệu lên web giúp ta có thể giám sát từ xa
1.2 MỤC TIÊU
- Thu thập dữ liệu nồng độ khí gas hiển thị lên LCD
- Khi một khu vực trong hệ thống gặp nguy hiểm, cả hệ thống đều báo động
và nhận biết được đó là khu vực nào để hiển thị lên LCD
- Kết nối wi-fi cho hệ thống và đưa dữ liệu lên web thingspeak.com
- Điều khiển mở loa báo động khi phát hiện rò rỉ khí gas nguy hiểm
- Báo nguy hiểm thông qua gọi điện và tin nhắn điện thoại
Trang 181.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Xác định mục tiêu và giới hạn đề tài
- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết
- Thiết kế khối cảm biến, khối hiển thị, khối báo động tại chỗ, khối up dữ liệu lên web, khối báo động qua tin nhắn, khối truyền nhận dữ liệu bằng sóng RF
- Thiết kế và thi công bộ xử lí thứ cấp, bộ xử lí trung tâm
- Thiết kế và thi công mạch nguồn
- Viết code cho Arduino Mega 2560, Arduino Uno R3
- Viết code cho ESP8266 NodeMCU
- Tạo tài khoản trên web thingspeak.com để liên kết và đưa dữ liệu lên
- Thiết kế hộp bảo vệ cho board mạch
- Lắp ráp các board mạch, cảm biến vào hộp bảo vệ
- Chỉnh sửa các lỗi điều khiển, lỗi lập trình và lỗi của các thiết bị
- Chạy thử nghiệm hệ thống
- Cân chỉnh hệ thống
- Viết sách luận văn
- Báo cáo đề tài tốt nghiệp
1.4 GIỚI HẠN
- Số lượng trạm thu cảm biến: 2
- Hệ thống chỉ ở mức độ giám sát và cảnh báo từ xa
- Chưa kiểm tra giá trị cảm biến offline bằng điện thoại được
- Sử dụng module sim900A mini gọi điện và gửi tin nhắn cho 1 thuê bao lập
trình trước
- Giám sát dữ liệu từ xa qua biểu đồ được thingspeak.com vẽ sẵn ở những nơi
có kết nối internet hoặc 3G, 4G
- Đề tài được thiết kế hộp bảo vệ với chất liệu: bìa cứng
Trang 19• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Chương này trình bày giới thiệu phần cứng của hệ thống điều khiển, các chuẩn giao tiếp trong quá trình truyền – nhận dữ liệu
• Chương 3: Tính Toàn Thiết Kế
Chương này trình bày về cách tính toán, sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý của các board mạnh của hệ thống: mạch điều khiển trung tâm, mạch điều điều khiển thứ cấp, mạch nguồn cung cấp điện áp – dòng điện cho từng bộ xử lí trong hệ thống
• Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Chương này trình bày về sơ đồ mạch in PCB, cách lập trình, cách kiểm tra các mạch của toàn bộ hệ thống Bên cạnh đó là hình ảnh thực tế, cũng như kết quả mà hệ thống có tính đến thời điểm hiện tại
• Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Chương này trình bày kiến thức, cũng như kỹ năng mà nhóm được sau khi thực hiện đề tài như: sử dụng các cảm biến, truyền – nhận thông tin qua wifi hay sóng RF, điều khiển các thiết bị bằng board Arduino Mega 2560, board Arduino Uno R3 và đưa dữ liệu lên web dùng ESP8266 NodeMCU
• Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Chương này trình bày những kết quả mà đề tài đạt được, đồng thời đưa ra hướng phát triển để có được một đề tài hoàn thiện và đáp ứng được nhu cầu cho cuộc sống hiện đại như ngày nay
Trang 20Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU
Trong chương này là các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng
để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài
2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
- Thiết bị đầu vào: Module cảm biến khí MQ-2
- Thiết bị đầu ra: LCD 16x2, Kit Wi-fi ESP8266 NodeMCU, Còi báo động
12V, Relay 5V
- Thiết bị vừa là thiết bị đầu vào vừa là thiết bị đầu ra: Module Sim900a mini,
Module thu phát sóng RF nRF24L01
- Thiết bị điều khiển trung tâm: Arduino Uno R3, Arduino Mega 2560
- Chuẩn truyền thông: SPI, UART
- Thiết bị giám sát: Laptop, điện thoại có kết nối internet.
2.2.1 Bộ điều khiển trung tâm
Trên thị trường có rất nhiều vi điều khiển để xử lý hệ thống như: vi điều khiểnhãng Microchip (tiêu biểu PIC 16F887, 18F4550, vi điều khiển hãng ATMEL(AT89C52), RASPBERRY PI, ARDUINO
Với đề tài này nhóm đang thực hiện chúng em lựa chọn bộ điều khiển trung tâm
là Arduino Uno R3, Arduino Mega 2560 R3
❖ Giới thiệu về Arduino Uno R3
Arduino Uno R3 là một board điều khiển phù hợp nhất cho những người mới bắt đầu sử dụng vi xử lí ATmega328 Nó có 14 đầu vào / đầu ra số (trong đó 6 chân
có thể được sử dụng làm đầu ra PWM), 6 đầu vào analog, một thạch anh thạch anh
16 MHz, một kết nối USB, một jack cắm điện, một đầu ICSP và một nút reset Nó chứa mọi thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển; chỉ đơn giản kết nối nó với một máy tính bằng cáp USB hoặc sử dụng nó với một bộ chuyển đổi AC sang DC hoặc pin để bắt đầu Bạn có thể làm việc với UNO mà không phải lo lắng quá nhiều về việc làm
Trang 21Hình 2.1 Hình ảnh thực tế Arduino Uno R3
❖ Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3
▪ Vi xử lý: Atmega328
▪ Điện áp hoạt động: 5V
▪ Điện áp đầu vào: 7-12V
▪ Điện áp đầu vào (Giới hạn): 6-20V
▪ Chân vào/ra (I/O) số: 14 (6 chân có thể cho đầu ra PWM)
▪ Chân vào tương tự: 6
▪ Chân I/O số PWM: 6
▪ Dòng điện trong mỗi chân I/O: 20mA
▪ Dòng điện chân nguồn 3.3V: 50mA
▪ Bộ nhớ Flash: 32 KB (ATmega328) với 0.5 KB sử dụng cho trình nạp khởi động
▪ SRAM: 2 KB (ATmega328)
▪ EEPROM: 1 KB (ATmega328)
▪ Xung nhịp: 16MHz
❖ Giới thiệu Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 R3 là sản phẩm tiêu biểu cho dòng mạch Mega là dòng board mạch có nhiều cải tiến so với Arduino Uno (54 chân digital IO và 16 chân analog IO) Đặc biệt bộ nhớ flash của MEGA được tăng lên một cách đáng kể, gấp 4 lần so với những phiên bản cũ của UNO R3 Điều này cùng với việc trang bị 3
Trang 22timer và 6 cổng interrupt khiến board mạch Mega hoàn toàn có thể giải quyết được nhiều bài toán hóc búa, cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số cũng như tương tự
Ngoài việc phát triển được ưu tiên, việc kế thừa cũng được đặc biệt lưu ý Trên mạch MEGA các chân digital vẫn từ 0-13, analog từ 0-5 và các chân nguồn tương tự thiết kế của UNO Do vậy chúng ta dễ dàng phát triển nghiên cứu theo kiểu gắp ghép module từ Arduino UNO bê sang Arduino Mega
Hình 2.2 Hình ảnh thực tế Arduino Mega 2560 R3
❖ Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560
▪ Vi xử lý: ATmega2560
▪ Điện áp hoạt động: 5V
▪ Điện áp đầu vào (được đề nghị): 7-12V
▪ Điện áp đầu vào (giới hạn): 6-20V
▪ Số lượng chân I/O: 54 chân (trong đó có 15 chân PWM)
▪ Số lượng chân Input Analog: 16
▪ Dòng điện DC mỗi I/O: 20 mA
▪ Dòng điện DC với chân 3.3V: 50 mA
▪ Bộ nhớ Flash: 256KB trong đó có 8KB sử dụng cho trình nạp khởi động
▪ SRAM: 8KB
▪ EEPROM: 4KB
▪ Xung nhịp: 16 MHz
Trang 23❖ Các thành phần chức năng chính của Arduino Uno R3, Mega2560
Hình 2.3 Các thành phần chức năng của Arduino Uno R3
Hình 2.4 Các thành phần chức năng của Arduino Mega 2560
USB Connector:
Arduino sử dụng cáp USB để giao tiếp với máy tính Thông qua cáp USB chúng
ta có thể Upload chương trình cho Arduino hoạt động, ngoài ra USB còn là nguồn cho Arduino
Trang 24Board mạch hoạt động với nguồn ngoài ở điện áp từ 5 – 12 volt Chúng ta có thể cấp một áp lớn hơn tuy nhiên chân 5V sẽ có mức điện áp lớn hơn 5 volt Và nếu
sử dụng nguồn lớn hơn 12 volt thì sẽ có hiện tượng nóng và làm hỏng board mạch Khuyết cáo nên dùng nguồn ổn định từ 5 đến dưới 12 volt
Chân 5V và chân 3.3V (Output voltage): các chân này dùng để lấy nguồn ra từ nguồn mà chúng ta đã cung cấp cho Arduino Lưu ý: không được cấp nguồn vào các chân này vì sẽ làm hỏng Arduino
GND: chân mass
Chip ATmega328, Chip ATmega2560:
Chip ATmega328 có 32KB bộ nhớ flash trong đó 0.5 KB sử dụng cho trình nạp khởi động
Chip ATmega2560 có 256KB bộ nhớ flash trong đó 8KB sử dụng cho trình nạp khởi động
Digital I/O pins:
Arduino UNO có 14 chân digital, Arduino Mega 2560 có 54 chân digital với chức năng input và output sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() để điều khiển các chân
Cũng trên 14 chân digital của Uno và 54 chân digital của Mega này chúng ta còn một số chân chức năng đó là: Serial: 0 và 1 Dùng để truyền (Tx) và nhận (Rx)
dữ liệu nối tiếp TTL Chúng ta có thể sử dụng nó để giao tiếp với cổng COM của một
số thiết bị hoặc các linh kiện có chuẩn giao tiếp nối tiếp
PWM (pulse width modulation): 6 chân PWM trên board mạch Uno và 16 chân PWM trên board mạch Mega Các chân PWM giúp chúng ta có thể sử dụng nó để điều khiển tốc độ động cơ, độ sáng của đèn…
Reset button: Dùng để reset Arduino
Trang 25❖ Một số ứng dụng cơ bản của Arduino
Trong công nghiệp
Arduino là trung tâm của bộ xử lí nên được dùng làm bộ nhớ trung tâm trong các hệ thống điều khiển tự động như băng chuyền, hệ thống đếm hàng, hệ thống tự động đóng chai trong các nhà máy nước ngọt…
Trang 26Các hệ thống điều khiển các thiết bị từ xa, hệ thống chống trộm, ngôi nhà thông minh… Tất cả đề thân thiện và dễ dàng sử dụng
Với giá thành rẻ và dễ dàng lắp đặt, ngày càng có nhiều sản phẩm được hoàn thiện trong lĩnh vực này
Hình 2.7 Hệ thống nhà thông minh sử dụng Arduino Trong học tập
Với ưu điểm giá rẻ và mã nguồn mở, Arduino dễ dàng trở thành một trợ thủ đắc lực dành cho các bạn sinh viên muốn thỏa mãn niềm đam mê sáng tạo với công nghệ Chỉ cần có một tí hiểu biết về lập trình, các bạn có thể dễ dàng tạo ra nhưng sản phẩm đơn giản dành riêng cho mình như xe điều khiển từ xa, các demo đo nhiệt độ, điều khiển thiết bị qua điện thoại…
Arduino mang lại khả năng sáng tạo không giới hạn cho các bạn sinh viên, là môi trường học tập rèn luyện lí tưởng để nắm bắt sự phát triển vượt bậc của công nghệ
Trang 272.2.2 LCD 16x2
❖ Giới thiệu LCD
Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của vi điều khiển LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẽ…
Trang 28Chức năng các chân
Bảng 2.1 Chức năng các chân của LCD
Chân Ký hiệu Mô tả
này với GND của mạch điều khiển
chân này với VCC=5V của mạch điều khiển
với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với
bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi
dữ liệu DR bên trong LCD
R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc
lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có
1 xung cho phép của chân E
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào (chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp
Trang 29* Ghi chú: Ở chế độ “đọc”, nghĩa là MPU sẽ đọc thông tin từ LCD thông qua các chân DBx
Còn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD thông qua các chân DBx
❖ Các thanh ghi
Chíp HD44780 có 2 thanh ghi 8-bit quan trọng: Thanh ghi lệnh IR (Instructor Register) và thanh ghi dữ liệu DR (Data Register)
Thanh ghi IR:
Để điều khiển LCD, người dùng phải “ra lệnh” thông qua tám đường bus DB7 Mỗi lệnh được nhà sản xuất LCD đánh địa chỉ rõ ràng Người dùng chỉ việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh ghi IR
DB0-Nghĩa là, khi ta nạp vào thanh ghi IR một chuỗi 8 bit, chíp HD44780 sẽ tra bảng
mã lệnh tại địa chỉ mà IR cung cấp và thực hiện lệnh đó
7 - 14 DB0 - DB7 Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin
với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này: + Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7
+ Chế độ 4 bit: Dữ liệu được truyền trên 4 đường
từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7
Trang 30địa chỉ được ghi vào IR, dữ liệu ở địa chỉ này trong vùng RAM nội của HD44780 sẽ được chuyển ra DR để truyền cho MPU
=> Bằng cách điều khiển chân RS và R/W chúng ta có thể chuyển qua lại giữ 2 thanh ghi này khi giao tiếp với MPU
Bảng sau đây tóm tắt lại các thiết lập đối với hai chân RS và R/W theo mục đích giao tiếp
Bảng 2.2 Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng
❖ Khởi tạo LCD:
Khởi tạo là việc thiết lập các thông số làm việc ban đầu Đối với LCD, khởi tạo giúp thiết lập các giao thức làm việc giữa LCD và MPU Việc khởi tạo chỉ được thực hiện 1 lần duy nhất ở đầu chương trình điều khiển LCD và bao gồm các thiết lập sau:
▪ Display clear: Xóa/không xóa toàn bộ nội dung hiển thị trước đó
▪ Function set: Kiểu giao tiếp 8bit/4bit, số hàng hiển thị 1hàng/2hàng, kiểu
DB0-DB6
Trang 312.2.3 Module cảm biến khí MQ-2
❖ Giới thiệu về cảm biến khí MQ-2
Vật liệu nhạy cảm của cảm biến khí MQ-2 là SnO2, có độ dẫn thấp trong không khí trong lành Khi tồn tại khí đốt mục tiêu, độ dẫn điện của cảm biến sẽ cao hơn cùng với nồng độ khí tăng lên
Bộ cảm biến khí MQ-2 có độ nhạy cao đối với LPG, Propane và Hydrogen,cũng có thể được sử dụng cho Methane và hơi đốt khác, với chi phí thấp và thích hợp cho các ứng dụng khác nhau
Hình 2.11 Hình ảnh thực tế cảm biến khí MQ-2
❖ Tổng quan về cảm biến khí MQ-2
Đặc tính
▪ Độ nhạy tốt với khí đốt trong phạm vi rộng
▪ Độ nhạy cao đối với LPG, Propane và Hydrogen
▪ Tuổi thọ cao và chi phí thấp
▪ Mạch đơn giản
Ứng dụng
▪ Máy dò rò rỉ gas trong nước
▪ Máy dò khí đốt công nghiệp
▪ Máy dò khí xách tay
Trang 32❖ Thông số kỹ thuật
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật cảm biến MQ-2
Công suất sưởi tiêu thụ
Điện trở cảm giác
≥5
Kiểm tra mạch tiêu
chuẩn
𝑉𝑐:5.0V±0.1V；
𝑉𝐻:5.0V±0.1V
❖ Tìm hiểu module cảm biến khí gas MQ-2
Module cảm biến khí gas MQ-2 là sự tích hợp thêm cho cảm biến MQ-2 một mạch điện đơn giản để khi cảm biến phát hiện khí dễ cháy thì độ nhạy của cảm biến tăng lên, cũng như độ dẫn điện cũng cao hơn dựa vào đó mạch điện đơn giản sẽ chuyển sang tín hiệu tương tự hay tín hiệu số cho người dùng tiện sử dụng
Trang 33Hình 2.12 Hình ảnh thực tế module cảm biến khí Gas MQ-2
Module được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng do mạch đơn giản, nhỏ gọn và chi phí thấp Có cả 2 tín hiệu đầu ra: Analog (A0), Digital (D0) và điện áp sử dụng 5V
2.2.4 Kit Wi-fi ESP8266 NodeMCU
ESP8266 được phát triển bởi Espressif để cung cấp giải pháp giao tiếp Wifi cho các thiết bị IoT Điểm đặc biệt của dòng ESP8266 là nó được tích hợp đầy đủ tính năng internet ngay bên trong chip với kích thước rất nhỏ chỉ 5x5mm nên các board
sử dụng ESP8266 không cần kích thước board lớn cũng như không cần nhiều linh kiện xung quanh Ngoài ra, giá thành của ESP8266 cũng rất thấp đủ để hấp dẫn các nhà phát triển sản phẩm IoT
❖ Tổng quan về ESP8266
Cấu trúc phần cứng của dòng chip sử dụng ESP8266 có thể tóm tắt như sau:
▪ Sử dụng 32-bit MCU core có tên là Tensilica
▪ Tốc độ xung hệ thống có thể thiết lập ở 80MHz hoặc 160MHz
▪ Không tích hợp bộ nhớ Flash để lưu chương trình
▪ Tích hợp 50KB RAM để lưu dữ liệu ứng dụng khi chạy
▪ Có đầy đủ các ngoại vi chuẩn để giao tiếp như 17 GPIO, 1 Slave SDIO, 3 SPI, 1 I2C, 1 I2S, 2 UART, 2 PWM
▪ Tích hợp các mạch RF để truyền nhận dữ liệu ở tần số 2.4GHz
Do không hỗ trợ bộ nhớ Flash nên các board sử dụng ESP8266 phải gắn thêm chip Flash bên ngoài và thường là Flash SPI để ESP8266 có thể đọc chương trình ứng dụng với chuẩn SDIO hoặc SPI
Trang 34Dưới đây là mạch nguyên lý đầy đủ cho ESP8266:
Hình 2.13 Mạch nguyên lý đầy đủ cho ESP8266
Chúng ta có thể thấy board ESP8266 chỉ cần thạch anh và SPI flash chip và vài linh kiện điện trở rất đơn giản Do đó việc tích hợp giao tiếp Wifi vào board ứng dụng với ESP8266 rất dễ dàng và nhanh chóng
Công ty Espressif cũng cung cấp khá đầy đủ tài liệu và công cụ phần mềm để các nhà phát triển sản phẩm có thể nhanh chóng làm quen và phát triển ứng dụng với ESP8266
Về mô hình lập trình ứng dụng với ESP8266, chúng ta có thể chia làm 2 loại như sau:
▪ Sử dụng firmware được cung cấp bởi Espressif và giao tiếp thông qua AT commands
▪ Lập trình firmware trực tiếp vào ESP8266 sử dụng bộ thư viện SDK cung cấp bởi Espressif
Trang 35❖ Các chế độ Boot up của ESP8266
Do ESP8266 không tích hợp Flash bên trong chip để lưu code ứng dụng nên chúng ta phải lưu code ứng dụng trong bộ nhớ ngoài bao gồm chip SPI Flash hoặc SDCard Chúng ta có thể kết nối 1 số chân GPIO để báo cho ESP8266 nơi lưu code ứng dụng để từ đó ESP8266 có thể đọc code và thực thi
Các chế độ boot up của ESP và cấu hình chân GPIO tương ứng như sau:
Bảng 2.4 Chế độ boot up của ESP và cấu hình chân GPIO tương ứng
Chân MTD0 chính là chân GPIO15 của ESP8266 Chúng ta có thể kết nối điện trở kéo lên/kéo xuống hoặc dùng nút nhấn… trên board tạo tín hiệu High/Low cho các chân để chọn bộ nhớ chứa code trên board mà ESP8266 có thể đọc vào và thực thi (ví dụ như SPI Flash chip, SDCard) Ngoài ra ESP8266 còn chế độ cho phép truyền code ứng dụng từ máy tính thông qua UART và lưu vào bộ nhớ SPI Flash trên board Chúng ta sẽ dùng chế độ này để nạp code mới cho các board ESP8266
❖ Các loại module cho ESP8266 trên thị trường
Ngoại trừ module ESP-WROOM-02 được phát triển bởi chính Espressif cho mục đích nghiên cứu các tính năng của ESP8266, các module ứng dụng phổ biến hiện nay của ESP8266 đều được phát triển bởi công ty AI-Thinker
Hiện tại có khá nhiều module khác nhau cho ESP8266 được sản xuất bởi công
ty AI-Thinker Đặc điểm khác nhau giữa các module này bao gồm:
▪ Loại anten sử dụng (PCB anten, chip anten hoặc gắn anten ngoài)
▪ Dung lượng của chip Flash SPI trên board
▪ Kích thước board của module
▪ Có gắn khung nhôm chống nhiễu hay không
▪ Số lượng pin GPIO đưa ra chân kết nối
Trang 36Hiện tại AI-Thinker sản xuất 14 loại module cho ESP từ module ESP-01 đến ESP-14
Ở thị trường VN thì 3 module là ESP-01, ESP-07 và ESP-12 (loại ESP dùng cho kit ESP8266 MCU) khá phổ biến
❖ Giới thiệu Kit Wi-fi ESP8266 NodeMCU
Kit thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU là kit phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản
Kit thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU được dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến IoT
Kit thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU sử dụng chip nạp và giao tiếp UART mới và ổn định nhất là CP2102 có khả năng tự nhận Driver trên tất cả các hệ điều hành Window và Linux, đây là phiên bản nâng cấp từ các phiên bản sử dụng IC nạp giá rẻ CH340
❖ Thông số kỹ thuật Kit Wi-fi ESP8266 NodeMCU
▪ Chip: ESP8266 Wifi SoC (ESP-12)
▪ WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n
▪ Điện áp hoạt động: 3.3V
▪ Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB
▪ Số chân I/O: 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0)
▪ Số chân Analog Input: 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)
Trang 37❖ Sơ đồ chân Kit Wi-fi ESP8266 NodeMCU
Hình 2.14 Sơ đồ chân kit Wifi ESP8266 NodeMCU
Có tới 17 chân GPIO Chúng có thể được gán cho các chức năng khác nhau Mỗi GPIO có thể được cấu hình với kéo lên (ngoại trừ XPD_DCDC, được cấu hình kéo xuống)
Các chân này được ghép với các chức năng khác như I2C, I2S, UART, PWM, Điều khiển từ xa IR, v.v
Tất cả các chân IO kỹ thuật số được bảo vệ khỏi điện áp quá mức với mạch đảo được kết nối giữa mạch dẫn và ground Điện áp đảo thường là khoảng 6V, và điện áp giữ là 5.8V
Các thiết bị đầu ra cũng được bảo vệ khỏi điện áp đảo ngược với điốt
2.2.5 Module thu phát sóng RF
❖ Giới thiệu về module thu phát sóng RF nRF24L01 2.4 Ghz
Module sử dụng chip truyền sóng nRF24L01 ưu việt về tốc độ truyền, khoảng cách, độ nhạy, bổ sung thêm pipelines, buffers, và tính năng auto-retransmit nhưng vẫn tương thích ngược với phiên bản cũ về cách sử dụng nRF24L01 hoạt động trên dải tần 2.4GHz và sử dụng giao tiếp SPI, khoảng cách tối đa trong điều kiện không vật cản lên đến 100m
Trang 38Hình 2.15 Module thu phát sóng RF nRF24L01
❖ Thông số kỹ thuật
▪ Điện thế hoạt động: 1.9V - 3.6V
▪ Có sẵn anthena sứ 2.4GHz
▪ Truyền được 100m trong môi trường mở với 250kbps baud
▪ Tốc độ truyền dữ liệu qua sóng: 250kbps to 2Mbps
▪ Tự động bắt tay (Auto Acknowledge)
▪ Tự động truyền lại khi bị lỗi (auto Re-Transmit)
▪ Multiceiver - 6 Data Pipes
▪ Các chân IO đều chịu được điện áp vào 5V
▪ Lập trình được kênh truyền sóng trong khoảng 2400MHz đến 2525MHz (chọn được 125 kênh)
▪ Thứ tự chân giao tiếp: GND, VCC, CS, CSN, SCK, MOSI, MISO, IQR
Hình 2.16 Kích thước và vị trí các chân của module nRF24L01
❖ Ứng dụng
▪ Chuột không dây, bàn phím, cần điều khiển
▪ Truyền thông dữ liệu không dây
▪ Hệ thống báo động và an ninh
▪ Tự động hóa nhà
▪ Giám sát
Trang 39▪ Từ xa
▪ Thiết bị thể thao thông minh
▪ Đồ chơi
❖ Sơ đồ chân và chức năng các chân của Chip nRF24L01
Sơ đồ chân chip nRF24L01
Hình 2.17 Sơ đồ chân nRF24L01 cho 1 khối QDN20 4x4 Chức năng các chân
Bảng 2.5 Sơ đồ chân và chức năng các chân module nRF24L01
3 trạng thái lựa chọn
tự
Chân thạch anh 1
Trang 4011 VDD_PA Nguồn ngõ ra Nguồn cung cấp (1.8V) đến bộ khuếch
đại công suất
tuyến 1
tuyến 2
đích ghép kênh
❖ Mô tả chức năng
Chế độ hoạt đông
NRF24L01 có thể được cài đặt ở các chế độ chính sau đây tùy thuộc vào mức
độ I/O và thanh ghi cấu hình:
Bảng 2.6 Các chế độ chính của nRF24L01
Chế độ
Thanh ghi PWR_UP
Thanh ghi PRIM_RX CE Trạng thái FIFO
dữ liệu truyền hoàn tất
truyền đến