MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG SMS

Khi ta dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau..  IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở c

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI:

“ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MẠNG GSM ”

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Ths Cao Xuân Kim Anh

Ths Phan Tròn

SINH VIÊN: LÊ TRUNG PHONG

MÃ SỐ SV: 1753020077

LỚP: ĐV2-K11

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HK

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

LỚP: ĐV2-K11 NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 05năm 2021

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………Phần đánh giá:

Giáo viên hướng dẫn

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và làm đề tài tại trường Học viện Hàng Không ViệtNam với sự giúp đỡ của quý thầy cô và giảng viên hướng dẫn về nhiều phía,nhất là trong thời gian thực hiện báo cáo đồ án môn học, nên báo cáo đã đượchoàn thành đúng thời gian quy định tôi xin chân thành cám ơn đến:

 Tất cả quý thầy cô trong Khoa Điện Tử - Viễn Thông Hàng Không đãgiảng dạy những kiến thức chuyên môn để em dùng làm cơ sở thực hiệntốt Đồ Án Môn Học

 Đặc biệt, Ths Cao Xuân Kim Anh và Ths Phan Tròn – giảng viênhướng dẫn, đã nhiệt tình giúp đỡ, cho tôi những lời dạy quý báu giúp tôithực hiện Tiểu luận tốt nghiệp

 Tuy nhiên thời gian làm báo cáo có hạn nên bài báo cáo của tôi không thểkhông mắc phải những sai sót, tôi rất mong nhận được sự góp ý của cácthầy cô

Tôi xin chân thành cám ơn!

MỤC LỤ

LỜI NÓI ĐẦU 6

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN 7

Chương 1 GIỚI THIỆU 7

1.1 Lý do chọn đề tài 7

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 7

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 7

1.4 Phương pháp nghiên cứu 7

1.5 Kết cấu đề tài 7

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

2.1 Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài 9

2.2 Các linh kiện sử dụng trong đề tài 17

2.2.1 Điện trở 17

2.2.2 Biến trở 19

2.2.3 Tụ điện 20

2.2.4 Diode_LED, LED hồng ngoại phát và thu 22

2.2.5 LM 324 22

2.2.6 IC NE555 22

2.2.7 Loa phát 24

PHẦN II NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ 26

Chương 3 TÍNH TOÁN VẦ THIÊT KẾ 26

3.1 Sơ đồ khối 26

3.2 Lưu đồ thuật toán 27

3.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 28

Chương 4 THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ 31

4.1 Mạch thực tế 31

4.2 Kết quả kiểm thử mạch 32

PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 33

5.1.3 Nhược điểm 33

5.2 Kiến nghị 33

Tài liệu tham khảo 34

Phụ lục 35

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam là một nước đang trên con đường hiện đại hóa, công nghiệp hóa

Và lĩnh vực đi đầu mở đường chính là lĩnh vực kĩ thuật nói chung và nghành điện tử nói riêng

Trong giai đoạn phát triển hiện này thì công nghệ điều khiển từ xa là một trong những yếu tố hàng đầu và được quan tâm và phát triển bởi các công ty và

cá nhân Điều khiển từ xa có thể giúp yên tâm ổn định, tăng năng suất và chất lượng làm việc Làm cho cuộc sống hằng ngày của chúng ta trở nên tiện nghi và

an toàn hơn

Vì thế, tôi chọn đề tài “MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG SMS” vì nó ứng dụng đơn giản nhưng mang lại hiểu quả cao cho việc điều khiển thiết bị từ xa

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của tôi khi chọn đề tài này là thiết kế một mô hình mạchchống trộm Hệ thống sẽ được thiết kế đơn giản nhưng vẫn đảm bảo chất lượng Qua đó giảm thiểu những bất tiện khi sử dụng mà vẫn đảm bảo khả năng bảo an

an ninh

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

- Tìm hiểu về IC NE555

- Tìm hiểu về LM 324

Phạm vi nghiên cứu:

- Dùng để kết hợp với LED thu và phát hồng ngoại

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Trong thời gian học tập, làm việc tại trường tôi đã tích lũy được những kiến thức

vô cùng hữu ích, đem vào ứng dụng nghiên cứu đề tài.Ngoài ra trong quá trìnhlàm việc tôi sẽ tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn, sách báo,internet.Từ đó nắm rõ nguyên lý hoạt động của các linh kiện trong đề tài

1.4 Kết cấu đề tài

Đề tài gồm 5 chương:

 Chương 1: Giới thiệu sơ lược về đề tài.

 Chương 2: Tìm hiểu đưa ra các khái niệm lý thuyết về vấn đề nghiên cứu,linh kiện sử dụng trong đề tài

 Chương 3: Tính toán và thiết kế để chọn thiết bị và linh kiện

 Chương 4: Thi công vầ kết quả đạt được

 Chương 5: Nêu ra ưu nhược điểm của hệ thống và hướng phát triển cho

đề tài

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài

 Ứng dụng nhà thông minh IOT

Tần số hoạt động 16 MHzDòng tiêu thụ khoảng 30mAĐiện áp vào khuyên dùng 7-12V DCĐiện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mADòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB

dùng bởi bootloaderSRAM 2 KB (ATmega328)EEPROM 1 KB (ATmega328)

2.2.1.2 Năng lượng

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu ta không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp

nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên,Arduino UNO sẽ hỏng.

2.2.1.3 Các chân năng lượng

 GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi ta dùng

các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.

 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.

 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, ta nối cực

dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được

đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy ta không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương

với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

Các cổng vào/ra:

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗichân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiểnATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận(receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết

bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm nachính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, takhông nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép ta xuất ra xung PWM với

độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàmanalogWrite() Nói một cách đơn giản, ta có thể điều chỉnh được điện áp

ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V nhưnhững chân khác

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoàicác chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệubằng giao thức SPI với các thiết bị khác

 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khibấm nút Reset, ta sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối vớichân 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 tínhiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với

chân AREF trên board, ta có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử

dụng các chân analog Tức là nếu ta cấp điện áp 2.5V vào chân này thì ta

có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5Vvới độ phân giải vẫn là 10bit

 Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giaotiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

2.2.1.4 Lưu ý

 Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do đó ta phải hết sức cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino UNO Việc làm chập mạch nguồn vào của Arduino UNO sẽ biến

nó thành một miếng nhựa chặn giấy mình khuyên ta nên dùng nguồn từ cổng USB nếu có thể.

 Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí có thể làm hỏng board Điều này không được nhà sản xuất

 Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của

Arduino UNO nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển

 Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino UNO sẽ làm hỏng vi điều khiển

 Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của

Arduino UNO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển Do đó nếu không dùng để truyền nhận dữ liệu, ta phải mắc một điện trở hạn dòng

2.2.2 Module Sim800A

2.2.2.1 Giới thiệu

- Module sim800A dùng điều khiển thiết bị hoặc cảnh báo từ xa thông qua mạng di động như gọi điện, nhắn tin, GPRS.

- Dễ giao tiếp với các họ vi điều khiển như Pic, 8051, AVR,

 232R: Chân nhận tín hiệu RS232.

 232T: Chân truyền tín hiệu RS232

 GND: Mass, 0VDC

 RXD: Kết nối với RX của MCU

 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

2.2.3 Module relay 4 kênh

2.2.3.1 Giới thiệu

- Module Relay 4 kênh 12V Âm Kích được sử dụng để điều khiển thiết bị điện

tử công suất cao như đèn, quạt điện và điều hòa không khí,

- Module Relay 4 kênh 12V Âm Kích được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong các hệ thống IoT, nhà thông minh, vườn thông minh, để điều khiển thiết bị tắt

mở một cách dễ dàng và nhanh chóng

2.2.3.2 Thông số kỹ thuật

- Rơle chất lượng cao, tải tối đa: AC 250V / 10A, DC 30V / 10A

- Sử dụng bộ ghép nối cách ly, khả năng điều khiển rất mạnh, hiệu suất ổn định,kích hoạt chỉ 5mA

- Số lượng Rơle: 4 Rơle

- Điện áp hoạt động: 12V DC

- Có thể thay đổi chân kích: âm kích

- Thiết kế fault-tolerant, khi dòng điều khiển bị hỏng, relay sẽ không hoạt động,tránh hỏng thiết bị sau

- Thiết kế giao diện thân thiện với người dùng Tất cả các kết nối có thể được kết nối trực tiếp qua khối đầu cuối Rất thuận tiện

- Kích thước: 71,5 * 50 * 18,5 mm

Các chân của module

 DC ( + ) : Kết nối cực dương của nguồn điện

 DC ( - ) : Kết nối cực âm của nguồn điện

 IN1-IN4: Theo cài đặt của người dùng, nó có thể ở mức cao hoặc thấp

 NO1 - NO4: Cổng Thường Mở

 COM1 - COM4: Cổng chung rơle

LED hồng ngoại khác gì LED thường?

Đèn LED phát hồng ngoại (IR LED) hoạt động giống như đèn LED thôngthường, nhưng có thể sử dụng các vật liệu khác nhau để tạo ra ánh sáng hồngngoại

Bước sóng và màu sắc của ánh sáng được tạo ra phụ thuộc vào vật liệu được sửdụng trong diode

Đèn LED phát hồng ngoại sử dụng vật liệu tạo ra ánh sáng trong phần hồngngoại của quang phổ, tức là, ngay dưới những gì mắt người có thể nhìn thấy

Đèn LED hồng ngoại khác nhau có thể tạo ra ánh sáng hồng ngoại của các bướcsóng khác nhau, giống như các đèn LED khác nhau tạo ra ánh sáng có màu sắckhác nhau.

Nguyên lý hoạt động của LED hồng ngoại

áp rộng LM324N có thể hoạt động với cả nguồn đôi Nguồn cấp cho cực máng

thấp và độc lập với biên độ điện áp cung cấp Sơ đồ chân được thiết kế đơn giản,

điê ̣n năng thấp Một điều đặc biệt nữa là nguồn cung cấp của LM324N có thể

hoạt động độc lập với nguồn tín hiệu

Sơ đồ chân LM324

Lĩnh vực ứng dụng trong bộ khuếch đại đầu dò, DC tăng khối và tất cả các mạch op amp thông thường hiê ̣n nay có thể thực hiê ̣n được dễ dàng trong viê ̣c

cung cấp năng lượng duy nhất thống LM324N được dùng trong các mạch

khuếch đại tín hiê ̣u cơ bản, mạch so sánh, mạch khuếch đại công suất

2.2.6 IC NE555

Thông số kỹ thuật:

Điện áp đầu vào: 4.5-16V

Dòng điện cung cấp : 10mA - 15mA

Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V

Sơ đồ chân timer NE555

Các chức năng của 555:

+ Là thiết bị tạo xung chính xác

+ Máy phát xung

+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)

+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)

Sơ đồ mạch điện cấu tạo NE555

Cấu trúc bên trong của NE555 nó tương đương với hơn 20 transitor, 15

điện trở và 2 diode và còn phụ thuộc vào nhà sản xuất Trong mạch tươngđương có: đầu vào kích thích, khối so sánh, khối điều khiển chức nănghay công suất đầu ra Một số đặc tính nữa của 555 là: Điện áp cung cấpnằm giữa trong khoảng từ 4V đến 16V, dòng cung cấp từ 3 đến 6 mA

Khi làm việc ở chế độ ổn định kép NE555 có thể hoạt động như một

flip-flop, nếu pin DIS không được kết nối và không sử dụng tụ điện.

Chế độ đơn ổn - ở chế độ này NE55 hoạt động như một nguồn phát

PHẦN II NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ

Chương 3 TÍNH TOÁN VẦ THIÊT KẾ

3.1 Sơ đồ khối

Hình 3.1: Sơ đồ khối của toàn mạch

3.2 Lưu đồ thuật toán

Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật cho mạch

3.3 Sơ đồ và nguyên lý toàn mạch

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý

3.3.1 Nguyên lý hoạt động

- Led phát sẽ liên tục phát ra tia hồng ngoại Led thu được bố trí để nhận đượctia hồng ngoại này Khi không có vật cản, Điện áp rơi trên led thu sẽ rất bé vì cótia hồng ngoại chiếu vào Khi có vật cản chắn tia hồng ngoại, điện áp rơi trên ledthu sẽ tăng lên cao gần tới Vcc

- Điện áp rơi trên led thu được đưa về IC LM324 để so sánh với một điện ápchuẩn được lấy từ chân số 2 của biến trở Để tăng tính ổn định cho việc so sánhnày ta nên chỉnh biến trở sao cho điện trở ở chân số 2 bằng Vcc/2

- Mạch so sánh được mắc theo kiểu khuếch đại đảo do đó tín hiệu ngõ ra sẽngược pha với tín hiệu ngõ vào Tức là khi điện áp rơi trên led thu ở mức cao thìchân số 1 của IC LM324 sẽ ở mức thấp, và ngược lại

- Tín hiệu sau khi so sánh từ chân số 1 của IC LM324 được nối đến chân trigger(chân số 2)của IC 555, với mục đích là làm tín hiệu báo động Báo cho IC 555biết là tín hiệu hồng ngoại đã bị chặn

- Bình thường chân số 2 của Ic 555 sẽ ở mức cao Với mạch 555 được mắc theonguyên lý monostable (mạch dao động đơn ổn) thì ngõ ra (chân số 3) của IC 555

sẽ ở mức thấp (0V) Điều này có nghĩa là loa báo hiệu sẽ không kêu

- Khi có một nguyên nhân nào đó chắn tia hồng ngoại, làm led thu không nhậnđược tín hiệu Khi đó điện áp trên led thu sẽ tăng vọt lên mức cao Ic LM324 sẽđảo trạng thái thành mức thấp Khiến cho chân số 2 của IC 555 cũng bị kéoxuống mức thấp theo Lúc này Ngõ ra của IC 555 sẽ ngay lập tức được đảo trạngthái lên mức cao Loa bắt đầu kêu.

- Sau khi loa kêu, nếu led thu lại nhận được tín hiệu Khi đó điện áp trên led thu

sẽ hạ xuống mức thấp Ic LM324 sẽ đảo trạng thái thành mức cao Khiến chochân số 2 của IC 555 cũng bị kéo lên mức cao theo Nhưng Lúc này ngõ ra của

IC 555 chưa được đảo trạng thái xuống mức thấp Vì theo nguyên lý của mạchmonostable thì lúc này tụ sẽ bắt đầu quá trình nạp của nó Điện áp trên tụ sẽ tăngdần cho đến 2/3Vcc thì ngõ ra của IC 555 mới được hạ xuống mức thấp Khi đóloa mới hết kêu

- Với thiết kế như thế này, ta có thể ứng dụng để báo hiệu có người ra vào cửa, báo chống trộm, đếm sản phẩm v.v

Chương 4 THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ

4.1 Mạch thực tế

Hình 4.1: Mạch thực tế

4.2 Kết quả kiểm thử mạch

- Tín hiệu hồng ngoại ổn định

- Mạch báo động ổn định

PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Chương 5 Kết luận và kiến nghị

5.1.Kết luận

5.1.1 Hiệu quả hoạt động của mạch so với mục tiêu đề ra

Mạch hoạt động đúng theo những mục tiều đề ra

5.1.2 Ưu điểm

 Hệ thống khá đơn giản, rẻ và ổn định

5.1.3 Hệ thống báo động sử dụng cảm biến hồng ngoại là hệ thống rất gần với

thực tế và đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi như trường học, công ty,nhà máy, có thể dùng để thông báo có khách dung trong các cửa hang tiệnlợi bằng cách điều chỉnh âm lượng loa và thời gian báo… Hệ thống nàyđảm bảo an ninh và đáp ứng đúng nhu cầu