Thiết kế và thi công mô hình mái hiên tự động

LỜI MỞ ĐẦU Trong cuộc sống hiện nay, với sự bùng nổ của khoa học và mạng truyền thông, cuộc sống con người ngày càng tiếp cận với các thiết bị công nghệ cao thì khái niệm điều khiển các

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Thiết kế và thi công mô hình mái hiên tự động” là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi Các số liệu sử dụng phân tích trong đồ án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định Các kết quả nghiên cứu trong đồ án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn

Người cam đoan

Phạm Hữu

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành

đồ án tốt nghiệp

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Người cảm ơn

Phạm Hữu

Mục Lục

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT III DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU IV

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Phương án thiết kế 2

1.3 Mục đích, yêu cầu của đề tài 3

1.4 Giới hạn của đề tài 3

1.5 Nội dung đề tài 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 Giới thiệu Arduino và Arduino Uno 5

2.1.1 Giới thiệu Arduino 5

2.1.2 Giới thiệu Arduino Uno 5

2.1.3 Sơ đồ chân Arduino 6

2.2 Giới thiệu về module sim800l 8

2.2.1 Module sim800l 8

2.2.2 Một số chức năng sim800l 9

2.2.3 Một số tập lệnh AT thông dụng 10

2.3 Giới thiệu mạch cầu H L293D đảo chiều động cơ 12

2.4 Giới thiệu cảm biến mưa 19

2.5 Giới thiệu cảm biến nhiệt DTH11 21

2.6 Giới thiệu LCD 16x2 giao tiếp I2C 23

2.6.1 Giới thiệu LCD 16x2 23

2.6.2 Giao tiếp I2C: 25

2.7 Module Relay 27

2.8 Giới thiệu nút nhấn 29

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 30

3.1 Sơ đồ khối 30

3.1.1 Khối điều khiển trung tâm 30

3.1.2 Khối điều khiển động cơ 31

3.1.3 Khối cảm biến mưa 32

3.1.4 Khối nhận tin nhắn 33

3.1.5 Khối cảm biến nhiệt 33

3.1.6 Khối hiển thị LCD 34

3.1.7 Khối relay 34

3.1.8 Khối cài đặt nhiệt độ 34

3.3 Tính toán thiết kế 35

3.1.1 Mạch nguồn LM350 35

3.3.2 Mạch cầu H L293D đảo chiều động cơ 36

3.4 Sơ đồ nguyên lí toàn mạch 37

3.5 Nguyên lí hoạt động toàn mạch 38

3.6 Lưu đồ giải thuật: 39

3.7 Code chương trình: 40

CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH 44

4.1 Mạch in 44

4.2 Mạch thi công 46

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 47

5.1 Kết luận 47

5.2 Hướng phát triển đề tài 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT Từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt

1 DCS-1800 Digital Communication System-1800 Hệ thống truyền thông

kỹ thuật số

2 GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến

5 PDA Personal Digital Assistant Các thiết bị cầm tay

DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Một số thông số kĩ thuật Arduino Uno 6

Bảng 2.2 Chức năng từng chân của LCD 16x2……….24

Hình 2.1 Một số chức năng các chân trên board mạch Arduino……….5

Hình 2.2 Board Arduino Uno……….7

Hình 2.3 Module sim800l……… 8

Hình 2.4 Sơ đồ chân sim800l………9

Hình 2.5 Chức năng chân kết nối sim800l………9

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H………13

Hình 2.7 Mạch cầu H đóng mở công tắc làm đảo chiều động cơ DC………13

Hình 2.8 Sơ đồ tổng quát của một mạch cầu H sử dụng transistor BJT…….14

Hình 2.9 Mạch cầu H đóng mở công tắc làm động cơ DC quay thuận…… 15

Hình 2.10 Mạch cầu H đóng mở công tắc làm động cơ DC quay ngược chiều……… 16

Hình 2.11 Sơ đồ chân Chip mạch cầu H trong IC L293D……… 17

Hình 2.12 Sơ đồ kết nối chân L293D với động cơ ……… 18

Hình 2.13 Sơ đồ kết nối Arduino với mạch cầu H sử dụng chip L293D …….18

Hình 2.14 Module cảm biến mưa và nguyên lý……… 19

Hình 2.15 Sơ đồ chân và chức năng từng chân LM393……… 21

Hình 2.16 Sơ đồ chân cảm biến nhiệt DTH11……….22

Hình 2.17 Hình dáng của loại LCD thông dụng……….23

Hình 2.18 Sơ đồ chân của LCD 16x2……… 23

Hình 2.19 Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế độ nhanh……….26

Hình 2.20 Cấu tạo và chân relay………28

Hình 2.21 Module relay 1 kênh……… 29

Hình 2.22 Sơ đồ và kích thước chân của nút nhấn……… 29

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống……… 30

Hình 3.2 Khối điều khiển trung tâm………30

Hình 3.3 Khối điều khiển đảo chiều động cơ DC bằng L293D……… 31

Hình 3.4 Khối cảm biến mưa……… 32

Hình 3.5 Khối điều khiển hệ động cơ DC bằng sim800l……….33

Hình 3.6 Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11……….33

Hình 3.7 Khối hiển thị LCD 16x2 và I2C……… 34

Hình 3.8 Khối Relay kích hoạt hệ thống phun sương……… 34

Hình 3.9 Khối cài đặt nhiệt độ……… 35

Hình 3.10 Mạch nguồn LM350……… 35

Hình 3.11 Mạch Cầu H L293D đảo chiều động cơ………36

Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lí toàn mạch……….37

Hình 3.13 Lưu đồ giải thuật……….… 39

Hình 4.1 Layout mạch nguồn LM350……….44

Hình 4.2 Mạch in nguồn Lm350……….44

Hình 4.3 Layout mạch cầu H L293D……… 45

Hình 4.4 Mạch in mạch cầu H L293D………45

Hình 4.5 Mạch thi công tổng thể……… 46

Hình 4.6 Mô hình mái hiên……… 46

LỜI MỞ ĐẦU

Trong cuộc sống hiện nay, với sự bùng nổ của khoa học và mạng truyền thông, cuộc sống con người ngày càng tiếp cận với các thiết bị công nghệ cao thì khái niệm điều khiển các thiết bị từ xa đã xuất hiện, đã có nhiều công trình nghiên cứu và các sản phẩm thực tế đã xuất hiện, tuy nhiên không phổ biến nhiều với mọi người vì giá thành và độ phức tạp của hệ thống

Do đó, để đáp ứng nhu cầu về ứng dụng công nghệ và điện tử vào đời sống, đồng thời mong muốn được áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế nên nội dung đồ án này sẽ trình bày thiết kế và thi công mô hình điều khiển mái hiên tự động

Giới hạn đề tài: do yêu cầu về thời gian và khả năng bản thân nên đề tài

được giới hạn giải quyết 3 vấn đề như sau:

 Điều khiển hệ thống qua module sim800l

 Cảm biến mưa điều khiển hệ thống mái hiên

 Cảm biến nhiệt điều khiển hệ thống (phun sương)

Mục đích nghiên cứu: mục đích nghiên cứu đồ án này thứ nhất là đáp ứng

yêu cầu làm đồ án tốt nghiệp hoàn thành chương trình học, thứ hai là vận dụng kiến thức học được trong suốt 4 năm để nghiên cứu ứng dụng thực tế mạch điện tử vào cuộc sống

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay với tốc độ phát triển mạnh của công nghệ, việc ứng dụng công nghệ cao vào cuộc sống không chỉ dừng ở mức cung cấp thông tin, hay lưu trữ dữ liệu, giải trí mà còn rộng rãi hơn trên nhiều lĩnh vực khác, trong đó quản lý và điều khiển

từ xa là một lĩnh vực cụ thể đang dần phổ biến

Một số ứng dụng mới hiện nay như: giám sát, điều khiển từ xa (đóng, mở thiết

bị hay cập nhật dữ liệu từ xa) thông qua thiết bị di động smartphone

Xuất phát từ thực tế trên nên tôi quyết định chọn thực hiện đề tài: “Thiết kế và thi công mô hình điều khiển mái hiên tự động”

1.2 Phương án thiết kế

+ Với đề tài này thì có nhiều phương án để thiết kế:

- Dùng vi điều khiển: thiết kế mạch vi điều khiển dùng vi mạch lập trình như 16FXX, Atmega,… ưu điểm là thiết kế đơn giản và thay đổi chức năng mạch dễ, tuy nhiên với phương án này cần phải thiết kế thi công mạch hoàn toàn thủ công, khó khăn trong vấn đề giao tiếp mạng truyền thông (mạng internet), cần nhiều kỹ

năng trong việc hàn lắp và sửa mạch

- Dùng số lập trình (VHDL, Verilog): ưu điểm là mạch số lập trình có sẵn, nhược điểm là về giá thành cao để mua main VHDL, viết code phức tạp để xử lý

cảm biến, khó khăn nếu giao tiếp mạng vì viết bằng ngôn ngữ bậc thấp

- Dùng main thiết kế sẵn (Adruino): ưu điểm là không cần phải thiết kế lại main xử lý Adruino vì đã có bán sẵn rất phổ biến, giá thành main Adruino rất rẻ (Adruino Uno giá 120.000VND/main…), về mặt ứng dụng thì dễ dàng thay đổi chức năng mà không cần thiết kế lại mạch Mặt khác, với Adruino sẵn có một cộng đồng lớn hỗ trợ, với nhiều source code chia sẻ sẵn để tham khảo, adruino tương thích với nhiều loại cảm biến và thiết bị ngoại vi, nền tảng chính dựa trên C/C++ ngoài ra còn tương thích với nhiều ngôn ngữ lập trình khác như html, css, php… nên dễ dàng viết code xử lý, hay viết code giao tiếp mạng – đây cũng là mục tiêu

của đề tài Vì sử dụng main adruino do hỗ trợ sẵn nhiều nên dễ dàng phát triển đề

tài theo hướng hệ thống

+ Từ những phương án trên tôi quyết định chọn thực hiện đề tài bằng main Adruino thiết kế sẵn

1.3 Mục đích, yêu cầu của đề tài

- Mục đích: thiết kế mô hình điều khiển mái hiên tự động, hệ thống giám sát

và điều khiển từ xa được thiết kế gồm các thành phần sau:

 Main chính để điều khiển

 Modele sim800l giám sát và điều khiển động cơ

 Mạch cầu H thực hiện chức năng điều khiển động cơ

 Hệ thống các relay để điều khiển đóng mở hệ thống phun sương

 Các cảm biến mưa và cảm biến nhiệt

- Yêu cầu:

 Điều khiển và giám sát hệ thống qua module sim800l

 Điều khiển mái hiên qua cảm biến mưa và cảm biến nhiệt độ điều khiển hệ thống phun sương đồng thời đóng mở mái hiên

 Giá thành của hệ thống vừa phải và dễ dàng lắp đặt

1.4 Giới hạn của đề tài

- Do hạn chế về thời gian nghiên cứu nên đề tài chỉ giới hạn giải quyết các vấn

đề như sau: giám sát hệ thống qua module sim800l, điều khiển thiết bị từ xa bằng module sim800l, đóng mở hệ thống, đồng thời điều khiển phun sương khi nhiệt độ cao

- Mặt khác, vì sử dụng module thiết kế sẵn để tập trung phát triển đồ án lên mức hệ thống nên sẽ không đi sâu vào việc tính toán thiết kế từng linh kiện

mà một số module chỉ dừng ở mức độ nghiên cứu nguyên lý hoạt động và một số thông số cơ bản cần quan tâm

1.5 Nội dung đề tài

Nội dung đề tài được trình bày gồm: 4 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Chương 4: Thi công Chương 5: Kết luận

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu Arduino và Arduino Uno

Arduino thật ra là một board mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác

Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực

kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay

cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình Điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm

Hình 2.1 Một số chức năng các chân trên board mạch Arduino

Arduino Uno là sử dụng chip Atmega328 Nó có 14 chân digital I/O, 6 chân đầu vào (input) analog, thạch anh dao động 16Mhz Một số thông số kỹ thuật được trình bày trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Một số thông số kĩ thuật Arduino Uno

a USB (1)

Arduino sử dụng cáp USB để giao tiếp với máy tính Thông qua cáp USB ta

có thể Upload chương trình cho Arduino hoạt động, ngoài ra USB còn là nguồn cho Arduino

b Nguồn (2 và 3 )

Khi không sử dụng USB làm nguồn thì chúng ta có thể sử dụng nguồn ngoài thông qua jack cắm 2.1mm ( cực dương ở giữa ) hoặc có thể sử dụng 2 chân Vin và GND để cấp nguồn cho Arduino

Mạch hoạt động với nguồn ngoài ở điện áp từ (5 – 20)V Ta có thể cấp một

áp lớn hơn tuy nhiên chân 5V sẽ có mức điện áp lớn hơn 5V Và nếu sử dụng nguồn lớn hơn 12V thì sẽ có hiện tượng nóng và làm hỏng bo mạch

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 nối mass

Hình 2.2 Board Arduino Uno

c Chip Atmega328

Chip Atmega328 có 32K bộ nhớ flash trong đó 0.5K sử dụng cho bootloader Ngoài ra còn có 2K SRAM, 1K EEPROM

d Input và Output (4, 5 và 6)

Arduino Uno có 14 chân digital với chức năng input và output sử dụng các

hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead()

Cũng trên 14 chân digital này chúng ta còn một số chân chức năng đó là: Serial: chân 0 (Rx ), chân 1 (Tx) Hai chân này dùng để truyền (Tx) và nhận (Rx) dữ liêu nối tiếp TTL 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): các chân 3, 5, 6, 9, 10, 11 trên bo mạch có dấu “~” là các chân PWM, ta có thể sử dụng nó để điều khiển tốc độ động cơ, độ sáng của đèn…

SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK), các chân này hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn SPI

I2C: Arduino hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn I2C Các chân A4 (SDA) và A5 (SCL) cho phép ta giao tiếp giữa Arduino với các linh kiện có chuẩn giao tiếp là I2C

e Reset (7): dùng để reset Arduino

2.2 Giới thiệu về module sim800l

- SIM800L là một sản phẩm của công ty SIMCom sản xuất Nó là một module GSM/GPRS cực kỳ nhỏ gọn, được thiết kế cho thị trường toàn cầu SIM800L hoạt động được ở 4 băng tần GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz và PCS 1900MHz như là một loại thiết bị đầu cuối với một Chip xử lý đơn nhân, tăng cường các tính năng quan trọng dựa trên nền vi xử

lý ARM926EJ-S Kích thước sim nhỏ gọn (18.8mm x 16.8 mm), đáp ứng những yêu cầu về không gian trong các ứng dụng M2M điện thoại thông minh, PDA và các thiết bị di động khác

Hình 2.3 Module sim800l

- SIM800l được sử dụng trong đồ án này để làm module SIM800l, có kết nối với sim điện thoại di động làm GSM modem Module SIM800l sẽ kết nối với các thiết bị khác

 Các thông số cơ bản của SIM800l:

- Nguồn cấp: (3.7- 4.2)VDC, sử dụng nguồn có dòng ổn định và đủ mạnh

để cung cấp cho module

- Khe cắm sim: Microsim

- Dòng khi ở chế độ chờ: 10mA

- Dòng khi hoạt động: 100 mA đến 2A

- Hỗ trợ 4 băng tần phổ biến: 850/900/1800/1900MHz, có thể truyền tải thoại, tin nhắn SMS và dữ liệu thông tin

- Kích thước 25mm x 22 mm

Hình 2.4 Sơ đồ chân sim800l

2.2.2 Một số chức năng sim800l

Hình 2.5 Chức năng chân kết nối sim800l

 Chức năng của từng chân:

- VCC: Nguồn vào 3.7 - 4.2 VDC

- TX: Chân truyền Uart TX

- RX: Chân truyền Uart RX

- DTR: Chân Uart DTR, thường không xài

- Output to speaker +: Ngõ ra dương của âm thanh

- Output to speaker -: Ngõ ra âm của âm thanh

- Mic+: Ngõ ra dương của Micro

- Mic- : Ngõ ra âm của Micro

- Reset: Chân khởi động lại Sim800L (thường không dùng)

- Ring: Báo có cuộc gọi đến

- GND: chân Mass, cấp 0V

- ANT: Anten

SIM800l cung cấp 2 cổng nối tiếp không đồng bộ không cân bằng Một cổng nối tiếp và một cổng debug Module GSM được thiết kế như một DCE (Data Communication Equipment), đi theo kết nối truyền thống DCE-DTE (Data Terminal Equipment) Module và Client (DTE) được kết nối thông qua tín hiệu tiếp theo Dải tần tự động cho phép từ 1200bps đến 115200bps

- TXD: Gửi dữ liệu tới đường tín hiệu RXD của DTE

- RXD: Nhận dữ liệu từ đường tín hiệu TXD của DTE

- DBG_TXD: Gửi dữ liệu tới đường tín hiệu RXD của DTE

- DBG_RXD: Nhận dữ liệu từ đường tín hiệu TXD của DTE

- Các lệnh AT là các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển một modem AT

là một cách viết gọn của chữ Attention Mỗi dòng lệnh của nó bắt đầu với

“AT” hay “at” Đó là lí do tại sao các lệnh Modem được gọi là các lệnh AT Nhiều lệnh của nó được sử dụng để điều khiển các modem quay số sử dụng dây nối (wired dial-up modems), chẳng hạn như ATD (Dial), ATA (Answer), ATH (Hool control) và ATO (return to online data state), cũng được hỗ trợ bởi các modem GSM/GPRS và các điện thoại di động

- Bên cạnh bộ lệnh AT thông dụng này, các modem GSM/GPRS và các điện thoại di động còn được hỗ trợ bởi một bộ lệnh AT đặc biệt đối với công nghệ GSM Nó bao gồm các lệnh liên quan tới SMS như AT+CMGS (gửi tin nhắn

SMS), AT+CMSS (gửi tin nhắn SMS từ một vùng lưu trữ), AT+CMGL (chuỗi liệt kê các tin nhắn SMS) và AT+CMGR (đọc tin nhắn SMS)

- Chú ý, khởi động “AT” là một tiền tố để thông báo tới modem về sự bắt đầu của một dòng lệnh, nó không phải là một phần của tên lệnh AT Ví dụ như D

là một tên lệnh AT thực tế trong ATD và +CMGS là tên một lệnh AT thực tế trong AT+CMGS Tuy nhiên, một số sách hay một số trang web lại sử dụng chúng thay cho nhau như là tên của một lệnh AT

- Sau đây là một vài nhiệm vụ có thể được hoàn thành bằng cách sử dụng các lệnh AT kết hợp với sử dụng 1 modem GSM/GPRS hay một điện thoại di động:

+ Lấy thông tin cơ bản về điện thoại di động hay modem GSM/GPRS

Ví dụ như tên của nhà sản xuất (AT+CGMI), số model (AT+CGMM),

số IMEI (International Mobile Equipment Identity) (AT+CGSN) và phiên bản phần mềm (AT+CGMR)

+ Lấy các thông tin cơ bản về những người kí tên dưới đây.Ví dụ, MSISDN (AT+CNUM) và số IMS (International Mobile Subscriber Identity) (AT+CIMI)

+ Lấy thông tin trạng thái hiện tại của điện thoại di động hay modem GSM/GPRS Ví dụ như trạng thái hoạt động của điện thoại

(AT+CPAS), trạng thái đăng kí mạng mobile (AT+CREG), chiều dài sóng radio (AT+CSQ), mức sạc pin và trạng thái sạc pin (AT+CBC) + Thiết lập một kết nối dữ liệu hay kết nối voice tới một remote điều khiển (ATD, ATA, )

- Gửi và nhận fax (ATD, ATA,AT+F*)

- Gửi (AT+CMGS, AT+CMSS), đọc (AT+CMGR, AT+CMGL), viết (AT+CMGW) hay xóa tin nhắn SMS (AT+CMGD) và nhận các thông báo của các tin nhắn SMS nhận được mới nhất (AT+CNMI)

- Đọc (AT+CPBR), viết (AT+CPBW) hay tìm kiếm (AT+CPBF) cá mục về danh bạ điện thoại (phonebook)

- Thực thi các nhiệm vụ liên quan tới an toàn, chẳng hạn như mở hay đóng các khóa chức năng (AT+CLCK), kiểm tra xem một chức năng được khóa hay chưa (AT+CLCK) và thay đổi password (AT+CPWD)

- (Các ví dụ về khóa chức năng: khóa SIM [một password phải được cho vào thẻ SIM mỗi khi điện thoại được mở] và khóa PH-SIM [một thể SIM nào đó

có liên kết tới điện thoại, và để sử dụng được các thẻ SIM khác thì buộc phải đăng nhập một password vào trong nó].)

- Điều khiển hoạt động của các mã kết quả/các thông báo lỗi của các lệnh AT

Ví dụ, ta có thể điều khiển cho phép hay không cho phép kích hoạt hiển thị thông báo lỗi (AT+CMEE) và các thông báo lỗi nên được hiển thị theo dạng

số hay theo dạng dòng chữ (AT+CMEE=1 hay AT+CMEE=2)

- Thiết lập hay thay đổi cấu hình của điện thoại di dộng hay modem GSM/GPRS Ví dụ, thay đổi mạng GSM (AT+COPS), loại dịch vụ của bộ truyền tin (AT+CBST), các thông số protocol liên kết với radio (AT+CRLP), địa chỉ trung tâm SMS (AT+CSCA) và khu vực lưu trữ các tin nhắn SMS (AT+CPMS)

- Lưu và phục hồi các cấu hình của điện thoại di động hay modem GSM/GPRS Ví dụ, lưu (AT+COPS) và phục hồi (AT+CRES) các thiết lập liên quan tới tin nhắn SMS chẳng hạn như địa chỉ trung tâm tin nhắn SMS

- Thêm vào đó, một vài lệnh AT yêu cầu sự hỗ trợ từ các tổng đài của mạng di động Ví dụ, SMS thông qua GPRS có thể được kích hoạt trên các điện thoại

di động có sử dụng GPRS và các modem GPRS với lệnh +CGSMS (tên lệnh

ở dạng text: Select Service for MO SMS Messages) Nhưng nếu tổng đài mạng điện thoại không hỗ trợ quá trình truyền dẫn SMS thông qua GPRS, thì

ta không thể sử dụng chức năng này được

2.3 Giới thiệu mạch cầu H L293D đảo chiều động cơ

 Mạch cầu H là gì?

- Xét một cách tổng quát, mạch cầu H là một mạch gồm 4 "công tắc" được mắc theo hình chữ H

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H

- Bằng cách điều khiển 4 "công tắc" này đóng mở, ta có thể điều khiển được dòng điện qua động cơ cũng như các thiết bị điện tương tự

Hình 2.7 Mạch cầu H đóng mở công tắc làm đảo chiều động cơ DC

- Bốn "công tắc" này thường là Transistor BJT, MOSFET hay relay Tùy vào yêu cầu điều khiển khác nhau mà người ta lựa chọn các loại "công tắc" khác nhau

 Mạch cầu H dùng transistor BJT

- Mạch cầu H dùng transistor BJT là loại mạch được sử dụng khá thông dụng cho việc điều khiển các loại động cơ công suất thấp Lí do đơn giản

là vì transistor BJT thường có công suất thấp hơn các loại MOSFET, đồng đời cũng rẻ và dễ tìm mua, sử dụng đơn giản

- Trong sơ đồ này, A và B là 2 cực điều khiển 4 diode có nhiệm vụ triệt tiêu dòng điện cảm ứng sinh ra trong quá trình động cơ làm việc Nếu không có diode bảo vệ, dòng điện cảm ứng trong mạch có thể làm hỏng các transistor

- Transistor BJT được sử dụng nên là loại có công suất lớn và hệ số khếch đại lớn

Hình 2.8 Sơ đồ tổng quát của một mạch cầu H sử dụng transistor BJT

 Nguyên lí hoạt động của mạch cầu H:

- Theo như sơ đồ trên, ta có A và B là 2 cực điều khiển được mắc nối tiếp với 2 điện trở hạn dòng, Tùy vào loại transistor đang dùng mà trị số điện trở này khác nhau Phải đảm bảo rằng dòng điện qua cực Base của các transistor không quá lớn để làm hỏng chúng Trung bình thì dùng điện trở 1KΩ

- Ta điều khiển 2 cực này bằng các mức tín hiệu HIGH, LOW tương ứng là 12V và 0V

Nhớ lại rằng:

- Transistor BJT loại NPN mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng điện

áp ở cực Collector, trong mạch đang xét hiện tại là 12V

- Transistor BJT loại PNP mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng 0V

Với 2 cực điều khiển và 2 mức tín hiệu HIGH/LOW tương ứng 12V/0V cho mỗi cực, có 4 trường hợp xảy ra như sau:

 A ở mức LOW và B ở mức HIGH

- Ở phía A, transistor Q1 mở, Q3 đóng Ở phía B, transistor Q2 đóng, Q 4

mở Dó đó, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn 12V đến Q1, qua động cơ đến Q4 để về GND Lúc này, động cơ quay theo chiều thuận

Hình 2.9 Mạch cầu H đóng mở công tắc làm động cơ DC quay thuận

 A ở mức HIGH và B ở mức LOW

- Ở phía A, transistor Q1 đóng, Q3 mở Ở phía B, transistor Q2 mở, Q 4 đóng Dó đó, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn 12V đến Q2, qua động cơ đến Q3 để về GND Lúc này, động cơ quay theo chiều ngược

Hình 2.10 Mạch cầu H đóng mở công tắc làm động cơ DC quay ngược

chiều

 A và B cùng ở mức LOW

Khi đó, transistor Q1 và Q2 mở nhưng Q3 và Q4 đóng Dòng điện không

có đường về được GND do đó không có dòng điện qua động cơ - động cơ không hoạt động

 A và B cùng ở mức HIGH

Khi đó, transistor Q1 và Q2 đóng nhưng Q3 và Q4 mở Dòng điện không thể chạy từ nguồn 12V ra do đó không có dòng điện qua động cơ - động cơ không hoạt động

Như vậy, để dừng động cơ, điện áp ở 2 cực điều khiển phải bằng nhau

 Điều khiển tốc độ động cơ:

- Chỉ cần thay đổi điện áp đặt vào 2 cực điều khiển của mạch cầu H

- Hiệu điện thế giữa 2 cực điều khiển càng lớn thì động cơ chạy càng nhanh

- Động cơ chạy theo chiều thuận khi điện áp ở A nhỏ hơn B và ngược lại Thông số kỹ thuật:

- Điện áp cực đại: 36V

- Dòng ra cực đại: 1.2A

- Dải nhiệt độ hoạt động: -40 ~ 150oC

Hình 2.11 Sơ đồ chân Chip mạch cầu H trong IC L293D

L239D là một chip tích hợp 2 mạch cầu H trong gói 16 chân Tất cả các

mạch kích, mạch cầu đều được tích hợp sẵn L239D có điện áp danh nghĩa cao (lớn nhất 36V) và dòng điện danh nghĩa lớn nhất 1.2A nên rất thích hợp cho các các ứng dụng công suất nhỏ như các động cơ DC loại nhỏ và vừa Vì là loại “all in one” nên là lựa chọn hoàn hảo cho những người chưa có nhiều kinh nghiệm làm mạch điện tử

Có 2 mạch cầu H trên mỗi chip L293D nên có thể điều khiển 2 đối tượng chỉ với 1 chip này Mỗi mạch cầu bao gồm 1 đường nguồn Vs (thật ra là đường chung

cho 2 mạch cầu), một đường current sensing (cảm biến dòng), phần cuối của mạch

cầu H không được nối với GND mà bỏ trống cho người dùng nối một điện trở nhỏ gọi là sensing resistor

Hình 2.12 Sơ đồ kết nối chân L293D với động cơ

Động cơ sẽ được nối với 2 đường OUT1, OUT2 (hoặc OUT3, OUT4 nếu dùng mạch cầu bên phải) Một chân En (EnA và EnB cho 2 mạch cầu) cho phép mạch cầu hoạt động, khi chân En được kéo lên mức cao, mạch cầu sẵn sàng hoạt động

Hình 2.13 Sơ đồ kết nối Arduino với mạch cầu H sử dụng chip L293D

2.4 Giới thiệu cảm biến mưa

Hình 2.14 Module cảm biến mưa và nguyên lý

Cảm biến nước mưa sử dụng để phát hiện mực nước, trời mưa, hay các môi trường có nước Mạch cảm biến mưa được đặt ngoài trời để kiểm tra trời có mưa không, qua đó truyền tín hiệu điều khiển đóng/ngắt relay

Thông số kỹ thuật:

- Điện áp: 5V

- Led báo nguồn ( Màu xanh)

- Led cảnh báo mưa ( Màu đỏ)

- Hoạt động dựa trên nguyên lý: Nước rơi vào board sẽ tạo ra môi trường dẫn điện

- Có 2 dạng tín hiệu: Analog( AO) và Digital (DO)

- Dạng tín hiệu: TTL, đầu ra 100mA ( Có thể sử dụng trực tiếp Relay, Còi công suất nhỏ )

- Chỉnh độ nhạy bằng biến trở

- Sử dụng LM358 để chuyển AO > DO

- Kích thước: 5.4*4.0 mm

 Giới thiệu IC LM393:

- LM393 là vi mạch gồm hai bộ so sánh hoạt động độc lập với điện áp bù nhỏ cỡ 2.0mV, hoạt động với cả nguồn cấp đơn hoặc hai nguồn đối xứng Vi mạch LM393 tương thích với cả hai chuẩn TTL và CMOS, được sử dụng nhiều trong các bộ chuyển đổi tương tự – số đơn giản, trong các khối VCO, trong các mạch tạo trễ thời gian, sóng vuông, các mạch dao động và cổng logic số thế cao

- Dải nguồn nuôi rộng từ 2VDC đến 36VDC

- Dải nguồn nuôi kép +/- 1VDC đến +/- 18VDC

- Dòng cực máng rất thấp độc lập với điện áp nguồn nuôi: 0.4mA

- Dòng lối vào thấp: 25nA

- Dòng offset lối vào thấp +/- 5nA và điệp áp off set cực đại là +/- 3mA

- Dải điện áp lối vào chung thấp (bao gồm cả mức điện áp bằng đất)

- Dải điện áp lối vào vi sai bằng với điện áp của nguồn cung cấp

- Điện áp offset lối vào thấp: –2mA đối với LM393A –5mA đối với LM293/393

- Điện áp lối ra tương thích với các mức logic DTL, ECL, TTL, MOS và CMOS

- Điện áp bão hòa lối ra thấp: 250mV, 4mA