GIỚI THIỆU
Tổng quan
1.1.1 Lí do chọn đề tài
Bằng cách tích hợp mạch NRF24L01+, chúng ta đã biến ổ cắm thông thường thành ổ cắm thông minh, cho phép điều khiển các thiết bị điện từ xa trong phạm vi 10-15m Thay vì sử dụng nhiều remote cho các thiết bị như máy lạnh, quạt hay tivi, giờ đây chỉ cần một remote cho ổ cắm thông minh giúp quản lý hiệu quả hơn và giảm chi phí điện hàng tháng Đặc biệt, sản phẩm này rất hữu ích cho các bậc phụ huynh, giúp họ dễ dàng kiểm soát thiết bị điện trong phòng trẻ, ngăn chặn việc trẻ xem tivi hay chơi game muộn, đảm bảo giờ giấc ngủ hợp lý Với những nhu cầu thực tiễn này, nhóm chúng tôi đã quyết định nghiên cứu và phát triển ổ cắm thông minh như một giải pháp tối ưu.
Mục tiêu của đề tài này là phát triển khả năng điều khiển từ xa các thiết bị điện thông qua ổ cắm Các yêu cầu đặt ra cho ổ cắm bao gồm những tiêu chí cụ thể nhằm đảm bảo hiệu quả và tiện ích trong việc sử dụng.
- Khả năng phản hồi nhanh các thao tác
- Tính an toàn của thiết bị - đã là thiết bị điện thì yếu tố an toàn phải được đặt lên hàng đầu
Tính thẩm mỹ là yếu tố quan trọng; một thiết bị dù có tính năng tiện lợi đến đâu nhưng thiếu tính thẩm mỹ sẽ là một thất bại lớn đối với đội ngũ thiết kế.
- Độ bền cao - Với một thiết bị điện thì độ bền là một yếu tố quan trọng không kém
Sử dụng kiến thức đã học để nghiên cứu và phát triển cấu trúc hoạt động của phần cứng ổ cắm và tay cầm, đồng thời viết phần mềm điều khiển cho thiết bị.
- Tiến hành thiết lập sơ đồ khối hệ thống
- Thực hiện lắp đặt phần cứng và viết nạp code theo yêu cầu chức năng
Sóng RF (Radio Frequency) và cách thức truyền tín hiệu
Sóng RF (Radio Frequency) hay tần số vô tuyến là sóng điện từ có dải tần số từ 3 kHz đến 300 GHz, với năng lượng lớn giúp truyền đi xa, ứng dụng rộng rãi trong truyền thông vô tuyến Giống như các sóng điện từ khác, sóng RF di chuyển với vận tốc ánh sáng (300,000,000 km/s) Các tần số khác nhau của sóng vô tuyến có đặc tính truyền lan khác nhau trong khí quyển; sóng ngắn có khả năng phản xạ từ tầng điện ly, cho phép truyền xa, trong khi sóng dài được truyền theo đường cong của trái đất Bảng phân loại dưới đây sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sóng RF.
Tần số Bước sóng Tên gọi Kí hiệu Công dụng
Tần số cực kì thấp
ELF Chứa tần số điện mạng xoay chiều, các tín hiệu đo lường từ xa tần thấp
Tần số thoại VF Chứa các tần số kênh thoại tiêu chuẩn
VLF Chứa phần trên của dải nghe được của tiếng nói Dùng cho hệ thống an ninh quân sự, chuyên dụng, thông tin dưới nước ( tàu ngầm )
10km – 1km Tần số thấp LF Dùng cho dẫn đường hàng hải và hàng không
1km – 100m Tần số trung bình
MF Dùng cho phát thanh thương mại sóng trung (535 –
1605 kHz) Cũng được dùng cho đường dẫn hang hải và hang không
Dải tần số 3 - 30 MHz, tương ứng với sóng cao HF, được sử dụng trong thông tin vô tuyến hai chiều nhằm mục đích truyền tải thông tin ở cự ly xa, bao gồm liên lạc xuyên lục địa, hàng hải, hàng không, nghiệp dư và phát thanh quảng bá.
VHF Dùng cho vô tuyến di động, thông tin hàng hải và hàng không, phát thanh
88 đến 108 MHZ) , truyền hình thương mại ( kênh 2 đến 12 tần số từ 54 – 216 MHz)
1m – 10cm Tần số cực cao
UHF Dùng cho các kênh truyền hình thương mại từ kênh 14 đến
6 kênh 83, các dịch vụ thông tin di động mặt đất, di động tế bào, một số hệ thống radar và dẫn đường, hệ thống viba và vệ tinh
3 – 30 GHz 10cm – 1cm Tần số siêu cao
SHF được sử dụng cho các kênh truyền hình thương mại từ kênh 14 đến kênh 83, cũng như cho các dịch vụ thông tin di động mặt đất và di động tế bào Ngoài ra, SHF còn hỗ trợ một số hệ thống radar, dẫn đường, hệ thống viba và vệ tinh.
1 cm – 1mm Tần số cực kỳ cao
EHF Ít sử dụng trong thông tin vô tuyến
Bảng 1.1 Phân loại sóng RF theo tần số
1.2.2 Cách thức truyền tín hiệu
Sóng vô tuyến là gì và cách hoạt động của nó là vấn đề quan trọng trong lĩnh vực điện tử Trong môi trường điện tử, con người không thể tiếp xúc trực tiếp với sóng mà phải tương tác thông qua dòng điện Do đó, việc tạo ra sóng vô tuyến cần phải sử dụng điện.
Module phát sóng chuyển đổi dữ liệu thành tín hiệu điện và gửi đi qua không trung thông qua anten.
1.2.2.1 Phân loại theo phương thức lan truyền
Các sóng bức xạ từ điểm phát có thể đến được các điểm thu theo những đường khác nhau
Sóng mặt đất: Các sóng truyền lan dọc theo bề mặt trái đất (sóng bề mặt )
Sóng điện li: Các sóng đi tới các lớp riêng biệt của tầng ion và phản xạ lại nơi được gọi (sóng trời)
Sóng không gian gồm: Sóng trực tiếp và phản xạ từ mặt đất
Sóng truyền trong thông tin viba là phương truyền thẳng
Trong thực tế, để tối ưu hóa độ cao anten cho khoảng cách 50km, cần đảm bảo rằng anten thu và phát có thể nhìn thấy nhau Tuy nhiên, do bề mặt Trái Đất cong và địa hình phức tạp, môi trường truyền dẫn thông tin thường bị hạn chế trong tầm nhìn phẳng Để mở rộng cự li liên lạc, có thể tăng độ cao anten hoặc thiết lập các trạm trung gian để chuyển tiếp tín hiệu.
Trạm chuyển tiếp có vai trò khuếch đại tín hiệu để bù đắp cho sự suy hao trên đường truyền, sau đó phát tín hiệu đến trạm trung gian tiếp theo Tại đây, anten phát và anten thu được đặt gần nhau để đảm bảo quá trình chuyển tiếp diễn ra hiệu quả.
Sóng vô tuyến được phát ra vào không gian và khi di chuyển xa, chúng lan tỏa ra, dẫn đến sự suy yếu tín hiệu Để thu được tín hiệu sóng vô tuyến, cần có thiết bị thu nhận phù hợp.
Để thu sóng vô tuyến, cần có một mạch thu sóng, trong đó ăn ten sẽ chuyển đổi dao động của sóng thành tín hiệu điện Tín hiệu này sau đó được điện tử hiểu và dịch mã thành các giá trị.
Khi có nhiều mạch phát và thu, điều gì sẽ xảy ra? Sóng có nhiều đặc trưng cơ bản, trong đó tần số là một yếu tố quan trọng Tần số được định nghĩa là số lần dao động trong 1 giây và là đặc trưng duy nhất cho mỗi mạch thu/phát sóng Điều này có nghĩa là các mạch chỉ có thể truyền và nhận tín hiệu khi chúng cùng tần số.
Xe điều khiển từ xa thường hoạt động trên tần số 27MHz, với tần số phát và thu đồng nhất Trong lĩnh vực truyền sóng, tần số thường rất cao, dao động từ 27MHz đến 5GHz, mang đến nhiều lựa chọn đa dạng cho người dùng.
Để truyền phát thông tin qua sóng vô tuyến, cần hai module chính: module thu và module phát Tần số được chọn phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể, với các module tần số cao có khả năng truyền xa nhưng không phải lúc nào cũng hiệu quả.
"xuyên tường" được, trong khi đó các loại có tần số thấp hơn thì lại xuyên tường tốt
Bộ phát sóng Wifi tần số 5GHz có khả năng truyền tín hiệu xa lên đến vài km, nhưng khả năng xuyên tường lại kém Ngược lại, bộ phát Wifi tần số 2.4GHz có khoảng cách thu sóng ổn định hơn, nhưng lại xuyên tường tốt hơn.
1.2.3 Cấu tạo nguyên lý và ưu nhược điểm của mạch thu phát sóng RF
Hình 1.2 Mạch phát sóng RF
Nguyên lý làm việc của mạch phát sóng RF:
Tín hiệu từ vi điều khiển được lọc nhiễu và mã hóa, sau đó kết hợp với sóng có năng lượng cao để truyền xa Để tạo ra sóng điện từ ổn định, người ta sử dụng mạch dao động LC, sau đó tín hiệu được khuếch đại và phát ra môi trường xung quanh qua một anten.
Phát lệnh Ph điều khiển
Hình 1.3 Sơ đồ khối mạch phát sóng RF
- Khối phát lệnh điều khiển: dùng các phím để phát lệnh điều khiển theo phương thức ma trận phím hay từng phím nhấn riêng lẻ
Khối mã hóa chuyển đổi sóng dao động điện từ bàn phím lệnh thành sóng điện từ với tần số đặc trưng, tương ứng với lệnh điều khiển.
- Khối dao động cao tần: Tần dao động bên trong máy phát, có nhiệm vụ làm sóng mang để chuyển chờ tín hiệu điều khiển trong không gian
LỰA CHỌN LINH KIỆN LẮP RÁP
Module NRF24l01+
Module NRF24L01 là một thiết bị truyền nhận dữ liệu tiên tiến, hỗ trợ kết nối point-to-point với 2 node hoặc mạng lưới nhiều node qua sóng radio 2.4GHz Trong điều kiện không có vật cản, khoảng cách truyền đạt của module có thể lên tới 100m, và với bộ khuếch đại công suất, khoảng cách này có thể đạt đến 1km.
Module này có khả năng truyền tín hiệu 2 chiều, cho phép hoạt động như cả transmitter và receiver Điều này khác biệt với loại 433MHz, yêu cầu hai module riêng biệt Module hoạt động ở mức điện áp 3.3V, dễ dàng tích hợp với hệ thống 3.2V hoặc 5V.
2.1.2 Thông số kỹ thuật của module NRF24L01+ Đến với cấu hình chân của Mô-đun thu phát nRF24L01, nó có 8 chân Chúng là VCC, GND, MOSI, MISO, SCK, IRQ, CE và CSN
VCC: Chân cấp nguồn Chỉ có 3,3V phải được đưa ra
GND: chân GND của bộ nguồn
SCK: Chân đồng hồ SPI
MOSI: Chân đầu vào dữ liệu SPI Slave
MISO: Chân đầu ra dữ liệu SPI Slave
IRQ: Chân ngắt hoạt động THẤP
CE: Pin cho phép chip
CSN: SPI Chip Chọn Pin
Ta sẽ đi tìm hiểu sâu hơn về phần cứng của mạch nRF24L01+ :
Mô-đun NRF24L01+ hoạt động trên băng tần ISM 2,4 GHz toàn cầu, sử dụng phương pháp điều chế GFSK để truyền dữ liệu Tốc độ truyền dữ liệu của mô-đun này có thể đạt 250kbps, 1Mbps và 2Mbps.
“Băng tần ISM 2,4 GHz là gì?
Băng tần 2,4 GHz thuộc nhóm băng tần Công nghiệp, Khoa học và Y tế (ISM), được quốc tế quy định cho các thiết bị công suất thấp không cần giấy phép Các thiết bị như điện thoại không dây, Bluetooth, NFC và mạng WiFi đều sử dụng tần số ISM này.
Mô-đun hoạt động với điện áp từ 1,9 đến 3,6V, nhưng các chân logic có thể chịu được 5V, cho phép dễ dàng kết nối với Arduino hoặc các vi điều khiển logic 5V khác mà không cần bộ chuyển đổi mức logic.
Module hỗ trợ công suất đầu ra có thể lập trình với các mức 0 dBm, -6 dBm, -12 dBm hoặc -18 dBm, chỉ tiêu thụ khoảng 12 mA khi truyền ở 0 dBm, thậm chí thấp hơn cả một đèn LED Đặc biệt, nó chỉ tiêu thụ 26 µA ở chế độ chờ và 900 nA khi tắt nguồn, làm cho nó trở thành thiết bị không dây lý tưởng cho các ứng dụng năng lượng thấp.
Mô-đun thu phát NRF24L01 sử dụng giao tiếp SPI 4 chân, cho phép tốc độ dữ liệu tối đa đạt 10Mbps Tất cả các thông số như kênh tần đều được điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất truyền thông.
16 số (125 kênh có thể lựa chọn), công suất đầu ra (0 dBm, -6 dBm, -12 dBm hoặc -
18 dBm) và tốc độ dữ liệu (250kbps, 1Mbps hoặc 2Mbps) có thể được cấu hình thông qua giao diện SPI
Bus SPI hoạt động theo khái niệm Master và Slave, trong đó Arduino thường đóng vai trò là Master và module thu phát nRF24L01+ là Slave Khác với bus I2C, số lượng Slave trên bus SPI bị giới hạn; cụ thể, trên Arduino Uno, bạn chỉ có thể kết nối tối đa hai Slave SPI, tương đương với hai mô-đun thu phát nRF24L01+.
2.1.3 Sơ đồ khối của module NRF24L01+
Hình 2.2 Sơ đồ khối của NRF24L01+
Hoạt động ở giải tần 2.4GHz
Truyền và nhận dữ liệu
Truyền tốc độ cao 1Mbps hoặc 2Mbps
Có thể cài đặt 4 công suất nguồn phát: 0 , -6 , -12 , -18dBm
Có bộ lọc nhiễu tại đầu thu
Khuếch đại bị ảnh hưởng
Các chân IO chạy được cả 3,3V lẫn 5V
Tốc độ tối đa 8Mbps
2.1.4 Chức năng tổng quát của module NRF24L01+
Mức thấp: tải dữ liệu lên radio hoặc copy một gói tin nhận được
Mức cao: thiết lập radio sang Mode receive/tran
Chọn N là chân chọn SPI slave, được đưa xuống mức thấp để khởi động giao tiếp SPI và đưa lên mức cao để hoàn tất giao thức.
Xung quanh giao tiếp SPI
Dữ liệu nối tiếp được truyền từ Master ( MCU ) qua chân này tới Slave (NRF24L01 )
Dữ liệu nối tiếp được truyền từ Slave (NRF24L01) qua chân này tới Master (MCU)
Yêu cầu ngắn Radio điều khiển chân này về mức thấp để kích hoạt interrupt
Bảng 2.1 Chức năng các chân module NRF24L01+
Module NRF24L01+ hoạt động ở tần số 2.4GHz, cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao và khả năng truyền nhận hiệu quả trong môi trường có vật cản.
- Module NRF24L01+ có 126 kênh truyền Điều này giúp ta có thể nhận truyền dữ liệu trên nhiều kênh khác nhau
- Module khả năng thay đổi công suất phát bằng chương trình, điều này giúp nó có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng
Hình 2.3 Sơ đồ phần cứng module NRF24L01+
2.1.5 Các đặc điểm hoạt động
Sau quá trình khảo sát về module BRF24L01+ ta nhận thấy module này có những đặc điểm sau:
Module của hãng Nordic được thiết kế với độ tích hợp cao và giá thành thấp, yêu cầu số lượng thành phần bên ngoài tối thiểu Sản phẩm này tích hợp linh hoạt với các dòng vi điều khiển thông qua chuẩn kết nối SPI.
- Khả năng tự xác định nhiễu và chống nhiễu module tốt, vì sử dụng dải tần thương mại 2,4 GHz
- Số lượng các thiết bị module cung cấp lớn với 126 kênh có tốc độ truyền cao lên đến 2 Mbits
Quá trình thí nghiệm cho thấy khoảng cách truyền nhận tối đa khi sử dụng anten thích hợp đạt 100m, trong khi với anten chuyên dụng, khoảng cách này có thể lên tới 200m mà vẫn đảm bảo truyền dữ liệu hiệu quả.
2.1.6 Các ứng dụng tiêu biểu
Trong lĩnh vực tự động:
- Điều khiển nhiệt độ và ánh sáng
- Các thiết bị thông minh
- Hệ thống cảnh báo và bảo vệ
- Điều khiển trong công nghiệp
- Quản lý trong kiểm kê
- Các công cụ dẫn chương trình.
Arduno Uno R3
Board mạch Arduino Uno R3 là một vi điều khiển phổ biến, nổi bật với tính thân thiện, cấu hình mạnh mẽ và khả năng ứng dụng linh hoạt trong thử nghiệm và phát triển sản phẩm.
Hình 2.7 Board mạch Arduino Uno
2.4.1 Đặc điểm kỹ thuật của Arduno Uno
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện 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 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
2.4.2 Chức năng các chân của Arduino Uno
Arduino UNO có 14 chân digital để đọc và xuất tín hiệu, với 2 mức điện áp là 0V và 5V, và dòng tối đa 40mA trên mỗi chân Mỗi chân được trang bị điện trở pull-up từ cài đặt trong vi điều khiển ATmega328, nhưng các điện trở này không được kết nối mặc định Một số chân digital còn có các chức năng đặc biệt.
2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận
Arduino Uno có khả năng giao tiếp với các thiết bị khác thông qua hai chân RX và TX, cho phép nhận dữ liệu TTL Serial Kết nối Bluetooth thường được coi là một dạng kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn nên tránh sử dụng hai chân này để tiết kiệm tài nguyên.
Chân PWM (3, 5, 6, 9, 10, và 11) cho phép xuất xung PWM với độ phân giải 8 bit, tương ứng với giá trị từ 0 đến 255, điều này có nghĩa là bạn có thể điều chỉnh điện áp ra từ 0V đến 5V thông qua hàm analogWrite() Điều này mang lại khả năng linh hoạt hơn so với các chân khác, chỉ có thể xuất điện áp cố định ở mức 0V hoặc 5V.
Chân giao tiếp SPI bao gồm 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) và 13 (SCK) Ngoài các chức năng cơ bản, bốn chân này còn hỗ trợ truyền dữ liệu qua giao thức SPI với các thiết bị khác.
LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân
AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng
Arduino UNO có 22 chân analog cho phép đo điện áp từ 0V đến 2.5V với độ phân giải 10 bit Khi cấp điện áp 2.5V vào chân này, bạn có thể sử dụng các chân analog để thực hiện các phép đo chính xác Đặc biệt, Arduino UNO còn trang bị 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác, mở rộng khả năng kết nối và tương tác.
2.4.3 Một số ứng dụng của Arduino Uno
Sau đây là các ứng dụng chính của Arduino Uno :
Nhận diện khuôn mặt thời gian thực
Tự động trong công nghiệp
Tự động hóa và người máy
Tay cầm điều khiển
Ở đây ta ưu tiên sử dụng Arduino Joystick Shield
Arduino Joystick Shield là một giải pháp tuyệt vời cho việc điều khiển chuyên nghiệp, kết hợp hoàn hảo với Arduino Shield này hỗ trợ một joystick và sáu phím nhấn linh hoạt, cho phép người dùng dễ dàng điều khiển Ngoài ra, nó còn có các socket để kết nối thêm các mạch như NRF24L01+, LCD Nokia5110, Bluetooth HC-06, và giao tiếp I2C, mở rộng khả năng sử dụng cho nhiều dự án khác nhau.
Trên Arduino Joystick shield gồm có 7 nút nhấn:
– Và 1 cần điêu khiển Joystick 2 trục
Hình 2.9 Sơ đồ chân kết nối Arduino
Mạch thu phát RF nRF24L01+: IRQ-D8 CE-D9 CSN-D10 MOSI-D11 MISO-D12 CLK-13
Mạch thu phát Bluetooth HC-06: RXD-D1 TXD-D0
Nút bấm – Button: A~D2 B~D3 C~D4 D~D5 E~D6 F~D7 X~A0 Y~A1 Key_Joystick~D8
Module Relay
2.6.1 Khái quát chung về Relay (Rơ-le)
Relay là một loại công tắc điện tử được kích hoạt bằng điện thay vì bằng tay Khác với công tắc thông thường, relay có hai trạng thái: đóng và mở Việc hiểu khi nào relay đóng, khi nào mở, và cách thay đổi trạng thái của nó là những câu hỏi quan trọng mà chúng ta cần giải đáp.
Trên thị trường hiện có hai loại module rơ-le: loại đóng ở mức thấp (nối cực âm vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng) và loại đóng ở mức cao (nối cực dương vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng) Dù có cùng thông số kỹ thuật, các linh kiện của hai module này hầu hết đều giống nhau, chỉ khác nhau ở transistor Sự khác biệt này dẫn đến sự phân loại thành hai loại module rơ-le, với transistor NPN kích ở mức cao và PNP kích ở mức thấp.
Một module relay được tạo nên bởi 2 linh kiện thụ động cơ bản là relay và transistor, nên module relay có những thông số của chúng:
Hiệu điện thế và cường độ dòng điện tối đa
Hình 2.10 Module relay kích thích ở mức thấp
Thông số này hiển thị mức độ dòng điện và hiệu điện thế tối đa của thiết bị khi thực hiện đóng/ngắt để kết nối với rơ-le Những thông tin này thường được in rõ ràng trên thiết bị, giúp người dùng dễ dàng quan sát và sử dụng.
10A-250VAC: Cường độ dòng điện tối đa qua các tiếp điểm của rơle là 10A, hiệu điện thế là 250VAC
10A-125VAC: Cường độ dòng điện tối đa qua các tiếp điểm của rơle là 10A, hiệu điện thế là 125VAC
10A-30VAC: Cường độ dòng điện tối đa qua các tiếp điểm của rơle là 10A, hiệu điện thế là 30VAC
10A-28VAC: Cường độ dòng điện tối đa qua các tiếp điểm của rơle là 10A, hiệu điện thế là 28VAC
SRD-05VDC-SL-C: Hiệu điện thế kích tối ưu sẽ là 5V
Relay bình thường gồm có 6 chân Trong đó có 3 chân để kích, 3 chân còn lại nối với đồ dùng điện công suất cao
Chân kết nối của module relay bao gồm ba chân chính: chân o+ để cấp hiệu điện thế kích tối ưu, chân o- để nối với cực âm, và chân oS là chân tín hiệu, có nhiệm vụ kích relay tùy thuộc vào loại module.
Khi sử dụng module rơ-le kích ở mức cao, việc cấp điện thế dương vào chân S sẽ kích hoạt module relay; ngược lại, nếu không có điện, module sẽ không hoạt động Tương tự, module relay cũng hoạt động theo nguyên tắc tương tự khi được kích ở mức thấp.
Khi kết nối ba chân còn lại với đồ dùng điện công suất cao, chân COM nên được nối với chân bất kỳ của thiết bị, nhưng tốt nhất là kết nối với chân lửa (nóng) cho điện xoay chiều và cực dương cho điện một chiều Chân ON hoặc NO cần được nối với chân lửa (nóng) cho điện xoay chiều và cực dương của nguồn cho điện một chiều Cuối cùng, chân OFF hoặc NC sẽ được kết nối với chân lạnh (trung hòa) cho điện xoay chiều và cực âm của nguồn cho điện một chiều.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ
Sơ đồ khối chung của ổ cắm
Hình 3.1: Sơ đồ khối chung của thiết bị
Chức năng của khối
Khối phát RF: module NRF24L + phát sóng kèm dữ liệu mã hóa thông qua hệ thống các nút nhấn
Khối thu RF: module NRF24L01 + nhận tín hiệu sóng mang và giải mã, sau đó xuất hiện mức tín hiệu tương ứng đến khối điều khiển
Khối hiển thị: nhận tín hiệu phát đi từ khối phát và hiển thị trạng thái thiết bị
Khối chấp hành: nhận tín hiệu từ khối điều khiển, thực hiện đóng mở thiết bị thông qua module relay
Khối nguồn cung cấp điện áp ổn định cho các linh kiện trong mạch, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả Nó bao gồm 2 pin với tổng điện áp 7.4 volt, được hạ áp xuống 5 volt thông qua module 7805.
Thiết kế ổ cắm
Khối nguồn nuôi mạch gồm 2 pin, mỗi pin có điện áp định mức 3.7V Sau đó được hạ áp xuống 5V nhờ hạ áp trên qua mạch 7805
Khối thu tín hiệu RF là module NRF24L01+ đấu với Arduino để xử lí tín hiệu nhận được và truyền lệnh điều khiển ra module relay
Khối chấp hành là một module relay hai kênh kết nối với ổ cắm bên ngoài, sử dụng dòng DC từ mạch nguồn để kích hoạt hệ thống tiếp điểm đóng cắt của dòng điện xoay chiều Các chân IN1, IN2, IN3 được kết nối với chân D5, D6, D7 để nhận tín hiệu điều khiển từ Arduino Chân NO1, NO2, NO3 từ các kênh của module được đấu với ba ổ cắm, trong khi chân COM của ba kênh được nối chung với nguồn AC Đây là cách đấu Normally Open, nghĩa là khi không có tín hiệu điều khiển, mạch sẽ hở và ổ cắm không có điện.
Sơ đồ mạch nguyên lí của ổ cắm:
Hình 3.5 Sơ đồ mạch nguyên lý của ổ cắm
Hình 3.6 Kết quả hoàn thiện mạch ổ cắm
Hình 3.7 Sản phẩm ổ cắm hoàn chỉnh
Hình 3.8 Sản phẩm hoàn chỉnh
Thiết kế tay cầm điều khiển
Tay cầm điều khiển gồm shield JoyStick kết hợp với Arduino Uno và NRF24L01
Khối phát là module NRF24L01+ được lấy nguồn từ arduino, các chân còn lại: CE – D9, CSN – D10, SCK – D13, MOSI – D11, MISO – D12
Khối nguồn là viên pin 5V được đặt ngay bên dưới Arduino Joystick Shield Module NRF24L01+ được đặt vào socket có sẵn dành cho nó trên Arduino Joystick Shield
Khi hoạt động, tín hiệu điều khiển được phát lệnh qua nút nhấn, Arduino xử lý tín hiệu và mã hóa nó trước khi truyền đến module NRF24L01+ Đồng thời, trạng thái điều khiển từ nút nhấn cũng được hiển thị trên màn hình.
Hình 3.9 Sản phẩm tay cầm hoàn thiện
KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM
Những kết quả đạt được
Quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài đã giúp nhóm chúng em củng cố kiến thức đã học và tiếp thu nhiều kiến thức thực tế bổ ích Kết quả đạt được là chúng em đã thiết kế thành công một bộ điều khiển bật tắt thiết bị hoàn chỉnh.
Để cải thiện hiệu suất của sản phẩm, chúng tôi đã đề xuất một số hướng phát triển, bao gồm việc mở rộng khả năng kết nối với nhiều thiết bị hơn và thu nhỏ kích thước của ổ cắm nhằm nâng cao tính thẩm mỹ.
#include // cac dinh nghia, ham can thiet
The code initializes three boolean relay states, setting relay1_state, relay2_state, and relay3_state to 0 It includes a function called getData() to update control data and another function named follow_order_rf() to execute the control data The setup function is also defined to configure the system.
{ radio.ready(); // khoi dong nhan du lieu radio digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(7,LOW);
// dung du lieu if(newData == true)
*/ if(payload1[3] == 1) // neu bam nut a, chuyen trang thai relay 1 { relay1_state = !relay1_state; digitalWrite(5,relay1_state);
} if(payload1[4] == 1) // neu bam nut b, chuyen trang thai relay 2 { relay2_state = !relay2_state; digitalWrite(6,relay2_state);
} if(payload1[5] == 1) // neu bam nut c, chuyen trang thai relay 3 { relay3_state = !relay3_state; digitalWrite(7,relay3_state);
Code mạch phát – tay cầm điều khiển :
#include // include JoystickShield Library
#include // cac dinh nghia, ham can thiet
JoystickShield joystickShield; // create an instance of JoystickShield object bool newData = false; void setup() { joystickShield.calibrateJoystick();
} void loop() { joystickShield.processEvents(); // process events if (joystickShield.isUpButton()) //A payload1[3] = 1; else payload1[3] = 0; if (joystickShield.isRightButton()) //B payload1[4] = 1; else payload1[4] = 0; if (joystickShield.isDownButton()) //C payload1[5] = 1; else payload1[5] = 0; send(); delay(50);