TỔNG QUAN
Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, khi thế giới bước vào kỷ nguyên Internet of Things (IoT), nhà thông minh đã trở thành xu hướng công nghệ quan trọng và là tiêu chuẩn của nhà ở hiện đại Tại triển lãm công nghệ điện tử và tiêu dùng lớn nhất thế giới diễn ra vào tháng 1/2015 tại Las Vegas, nhà thông minh là một trong những chủ đề nổi bật Theo dự báo của hãng tư vấn công nghệ Gartner, công nghệ IoT sẽ bùng nổ từ năm 2015 với sự tham gia của nhiều hãng công nghệ hàng đầu.
Việt Nam đã bắt nhịp với xu hướng nhà thông minh, đặc biệt từ năm 2014, khi các chủ đầu tư lớn như Phú Mỹ Hưng, Royal City, Times City, Ecopark và Vinhomes Central Park đã áp dụng công nghệ IoT vào các căn hộ Điều này không chỉ mang lại sự tiện nghi mà còn nâng cao đẳng cấp cho không gian sống, khẳng định tầm quan trọng của IoT trong đời sống hiện đại.
Bài hát này đặt ra một vấn đề quan trọng về năng lượng, khi mà các thiết bị ngày càng tiêu thụ nhiều điện năng hơn Năng lượng hiện nay chủ yếu phụ thuộc vào nguồn tài nguyên mà con người đang sử dụng Do đó, việc tiết kiệm các nguồn năng lượng hiện có là rất cần thiết để đảm bảo sự bền vững cho tương lai.
Việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo đang trở nên cấp bách trên toàn cầu Mặc dù nhiều quốc gia đã đạt được những thành tựu đáng kể trong phát triển năng lượng, Việt Nam vẫn chưa chú trọng đúng mức đến vấn đề này.
Người thực hiện đã chọn đề tài Mô hình Smart Home sử dụng năng lượng mặt trời, nhận thấy đây là một giải pháp phù hợp với yêu cầu phát triển các ngành kỹ thuật cao ở Việt Nam Đầu tiên, Việt Nam có khả năng theo kịp xu hướng hiện đại toàn cầu về Internet of Things (IoT) và năng lượng Thứ hai, tính thực tiễn cao của đề tài cho phép áp dụng trực tiếp vào bối cảnh hiện tại của Việt Nam.
Mục tiêu nghiên cứu
Với đề tài: “Mô hình SMARTHOME sử dụng năng lượng mặt trời”.Sau khi hoàn thành đồ án người thực hiện cần đạt các mục tiêu:
Lập trình phần mềm LabVIEW giúp kết nối và điều khiển các thông số của kit myRio cùng với các module như mạch cầu H, buzzer, relay, cảm biến gas, cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng, keypad và LCD.
Giao tiếp giữa thiết bị và máy tính qua mạng Wifi cho phép triển khai ứng dụng trên máy tính bảng thông qua phần mềm DashBoard, từ đó điều khiển các thiết bị một cách hiệu quả.
Rèn luyện kĩ năng nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu
Thiết kế giao diện phần mềm giúp người sử dụng theo dõi và điều khiển mạch phần cứng.
Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu tài liệu hướng dẫn sử dụng kit myRio về cấu tạo, đặc tính kỹ thuật
Tìm hiểu về phần mềm lập trình Labview và cách lập trình cho kit
Các module trong đồ án:Pmod, keypad, mạch cầu H,cảm biến ánh sáng cảm biến nhiệt độ cảm biến gas, module relay, module buzzer
Tìm hiểu mạch sạt năng lượng mặt trời V2
Cấu hình mạng để kit giao tiếp được với máy tính
Xây dựng thuật toán và viết code cho ứng dụng dựa theo mục tiêu đã đề ra.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Kit myRio kết hợp với phần mềm LabVIEW cho phép người dùng dễ dàng thiết kế và triển khai các ứng dụng điều khiển Mạch cầu H và các module đi kèm với Kit, cũng như các module bên ngoài, giúp mở rộng khả năng kết nối và điều khiển Hệ thống hỗ trợ cấu hình mạng điều khiển qua WiFi, tạo điều kiện thuận lợi cho việc giám sát và điều khiển từ xa Ngoài ra, việc nghiên cứu web service và ứng dụng Data Dashboard giúp tối ưu hóa việc quản lý dữ liệu và phân tích hiệu quả hơn.
Mạch sạt accquy mặt trời V2
Nghiên cứu lập trình ứng dụng đơn giản là bước khởi đầu quan trọng cho việc phát triển các ứng dụng phức tạp hơn trong tương lai, giúp người học áp dụng kiến thức đã tích lũy và mở rộng khả năng sáng tạo của mình.
LabVIEW là phần mềm với giao diện trực quan và sinh động, mặc dù đã được sử dụng rộng rãi nhưng vẫn còn khá mới mẻ đối với sinh viên hiện nay Do đó, người thực hiện đã chọn nghiên cứu đề tài này như một cách tiếp cận công nghệ mới Tuy nhiên, quá trình này cũng gặp không ít khó khăn và thiếu sót.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thu thập thông tin, tự nghiên cứu, sau đó tổng hợp và đưa ra phương án thực hiện đề tài
Ý tưởng: Điều khiển các module sử dụng kit myRio gồm điều khiển qua má tính,laptop và điều khiển qua máy tính bảng.
Bố cục của đồ án
Đồ án bao gồm 6 chương:
Chương 2: Phần mềm lập trình labview
Chương 3: Cơ sở lý thuyết và các khối liên quan
Chương 4: Thiết kế hệ thống và mô hình
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
Chương 6: Kết quả và nhâ ̣n xét
PHẦN MỀM LẬP TRÌNH LABVIEW
Phần mềm lập trình Labview
Hình 2 1: Labview khi khởi động
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là phần mềm do National Instruments phát triển, được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm và lĩnh vực khoa học kỹ thuật như tự động hóa, điều khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng không, hóa sinh và điện tử y sinh Phần mềm này đặc biệt phổ biến tại các quốc gia như Mỹ, Hàn Quốc và Nhật Bản.
Ngôn ngữ lưu đồ đồ họa của LabVIEW thu hút kỹ sư và nhà khoa học toàn cầu nhờ tính trực quan trong tự động hóa hệ thống đo lường và điều khiển Sự kết hợp giữa ngôn ngữ lưu đồ, I/O gắn liền, giao diện người dùng tương tác và đèn chỉ báo giúp LabVIEW trở thành lựa chọn lý tưởng cho các chuyên gia trong lĩnh vực này.
LabVIEW là một ngôn ngữ lập trình độc đáo, khác biệt hoàn toàn so với các ngôn ngữ truyền thống như C hay Pascal Với cú pháp được thể hiện qua hình ảnh trực quan, LabVIEW còn được biết đến với tên gọi lập trình G (viết tắt của Graphical) Hiện nay, ngoài phiên bản dành cho hệ điều hành Windows và Linux, NI còn phát triển các module LabVIEW cho máy hỗ trợ cá nhân (PDA).
LabVIEW được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như đo lường, tự động hóa, cơ điện tử, robotics, vật lý, toán học, sinh học và vật liệu ô tô.
Labview giúp người lập trình kết nối bất kỳ cảm biến, và bất kỳ cơ cấu chấp hành nào với máy tính
Labview có thể được sử dụng để xử lý các kiểu dữ liệu như tín hiệu tương tự (analog), tín hiệu số (digital), hình ảnh (vision), âm thanh (audio)…
LabVIEW hỗ trợ nhiều giao tiếp như RS232, RS485, TCP/IP, PCI, và PXI, và đã trở nên phổ biến tại các phòng thí nghiệm ở Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ, Anh, và Đức Tại Việt Nam, LabVIEW đang dần được sinh viên và kỹ sư tiếp cận Một số ứng dụng tiêu biểu bao gồm: thu thập dữ liệu cho tàu vũ trụ nhỏ tại NASA, mô phỏng 3D cánh tay robot của Thạc sĩ Đỗ Trung Hiếu, điều khiển robot không người lái để khám phá dưới nước của tập đoàn Nexans, và mô phỏng hệ thống lái không trục lái trong ô tô với hình ảnh thu được từ webcam được hiển thị trên giao diện người dùng.
Trong bài viết này, tác giả sử dụng LabVIEW để thu thập dữ liệu từ cảm biến, sau đó xử lý và truyền tín hiệu đến kit myRIO nhằm đáp ứng các yêu cầu của đề tài.
2.1.3 Cách sử dụng phần mềm Labview
Sau khi cài đặt xong phần mềm Labview, để khởi chạy, ta click vào biểu tượng của phần mềm (hình 2.1)
Hình 2.2: Icon labview 2014 Để tạo project mới, chọn File -> New Vi (hoặc nhấn phím tắt Ctrl + N)
Hình 2.3: Cửa sổ giao diện Labview khi mới khởi động
Hai cửa sổ xuất hiện, một màu xám (Front Panel) và một màu trắng (Block Diagram) như trong hình 2.2 Để canh đều hai cửa sổ này, bạn hãy nhấn Ctrl+T.
Hình 2.4: Front Panel và Block Diagram
Front Panel là giao diện tương tác chính của hệ thống, cho phép người dùng quan sát kết quả từ các thiết bị ảo Trong khi đó, Block Diagram là sơ đồ khối thể hiện các thiết bị đầu cuối, subVis, nút, hàm chức năng, hằng số, cấu trúc và dây kết nối, giúp truyền dữ liệu giữa các đối tượng khác nhau trong sơ đồ.
Trong LabVIEW, các nút nhấn được gọi là Control, giữ vai trò là input (giá trị nhập vào) như tay nắm, nút ấn, thanh trượt, boolean, và chuỗi, giúp mô phỏng thiết bị đầu vào và cung cấp dữ liệu cho sơ đồ khối của VI Các LCD hiển thị, hay Indicator, là output (giá trị hiển thị ra kết quả) như đồ thị, biểu đồ, đèn LED, và chuỗi trạng thái Để thêm các control và indicator, người dùng chỉ cần click chuột phải trên cửa sổ Front Panel Các control luôn kết nối vào các nút bên trái của hàm, có mũi tên lên xuống để điều chỉnh giá trị và có màu trắng, trong khi các indicator kết nối vào các nút bên phải của hàm, không thể nhập giá trị và có màu xám.
Hình 2.5: Control và Indicator trên Front Panel
Để gọi hàm trong Block Diagram, bạn chỉ cần nhấp chuột phải vào cửa sổ này, nơi chứa các sơ đồ khối, và sử dụng các đường dây nối để tạo mối liên kết giữa các khối và hàm.
Hình 2.6: Các hàm trên Block Diagram
Từ đây, người lập trình sẽ gọi các control, indicator và các hàm để lập trình theo từng yêu cầu, từng mục đích của người thực hiện
Sau khi lập trình xong, để chạy chương trình, ta click vào Operate -> Run (hoặc nhấn phím tắt Ctrl + R) hoặc click vào biểu tượng như hình 2.6
Hình 2.7: Click Run để chạy chương trình
Trong LabVIEW, để lưu tệp, bạn chọn File -> Save, sau đó chọn đường dẫn và đặt tên cho tệp trước khi nhấn OK Tệp chương trình LabVIEW có đuôi VI, viết tắt của cụm từ Virtual Instrumentation (thiết bị ảo).
Để lưu file hiện tại thành một file mới, chọn "Save as" và hộp thoại sẽ xuất hiện như hình 2.8 Ba lựa chọn trong mục copy có ý nghĩa như sau:
Substitude… có nghĩa là file mới tạo sẽ được mở, file cũ sẽ đóng lại
Create… có nghĩa là file cũ sẽ được mở, file mới tạo sẽ được đóng lại
Open… có nghĩa là cả hai file cũ và mới tạo sẽ được mở
Nếu chọn mục Rename thì không có file mới nào được tạo nhưng có thể thay đổi tên file hiện tại
Để mở file trong Labview, chọn File -> Open và tìm file cần mở Lưu ý rằng các file được lập trình bằng phiên bản Labview cũ không thể mở bằng phiên bản mới hơn, và ngược lại, các file lưu bằng phiên bản mới không thể mở bằng phiên bản cũ Để đảm bảo tính tương thích, hãy sử dụng chức năng Save for previous version trong menu File khi muốn lưu file có thể mở được bằng các phiên bản Labview thấp hơn.
10 Để sử dụng Labview hiệu quả, rút ngắn thời gian, giảm bớt các công đoạn vào thư viện lấy control, indicator… thì cần phải nhớ các quy tắc:
Quy tắc 1: Sử dụng chuột phải để tạo, thay thế hoặc thay đổi chức năng khối giúp tăng tốc độ lập trình Quy tắc này giảm thiểu số lần nhấp chuột, giúp bạn dễ dàng tìm kiếm các khối cần thiết trong quá trình lập trình.
Quy tắc 2: Ctrl + H để xem sơ đồ chân của hàm và đọc hướng dẫn tóm tắt của một hàm bất kỳ (context help)
Quy tắc 3: Search để tìm kiếm các đối tượng, các hàm
2.1.4 Giao tiếp giữa kit NI myRio với phần mềm Labview trên PC Để cấu hình mạng cho NI myRio, sau khi kết nối kit myRio với PC bằng cáp USB, ta tìm và click vào biểu tượng NI MAX trên PC để cấu hình địa chỉ cho kit, ta được giao diện như 2.9
Hình 2.10: Giao diện cửa sổ NI MAX
Phần mềm tạo giao diện trên máy tính bảng
NI Data Dashboard là phần mềm do NI phát triển, tương thích với ba hệ điều hành di động phổ biến: Android, iOS và Windows Phone Phần mềm này sử dụng tính năng chia sẻ biến (Shared Variables) trên LabVIEW, cho phép hiển thị trạng thái dữ liệu thu được Ngoài ra, người dùng có thể thêm nút nhấn và thanh trượt để điều khiển các biến chia sẻ theo nhu cầu sử dụng.
Hình 2.13: Giao diện ứng dụng NI Data Dashboard
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC KHỐI LIÊN QUAN
Kit Ni myRio 1900
Hình 3 1: Kit Nation Instruments myRio 1900
Nation Instruments myRio 1900 (NI myRio) tích hợp công nghệ tiên tiến từ Zynq Xilinx FPGA, mang lại hệ thống trên một chip với bộ xử lý chạy hệ điều hành thời gian thực Công nghệ mạnh mẽ này kết hợp với gia tốc onboard, đèn LED lập trình được, âm thanh I/O, analog và kỹ thuật số I/O, cùng với cổng USB, mở ra cơ hội cho hàng ngàn ý tưởng dự án trở thành hiện thực.
NI myRIO được trang bị chip Xilinx Zynq – 7010, bao gồm bộ vi xử lý dual-core Cortex-A9 ARM và FPGA với 28.000 tế bào lập trình logic Thiết bị này có 34 chân IO, trong đó có 4 chân vào, 1 chân ra tín hiệu tương tự, 10 chân vào tín hiệu số, cùng với các chân cấp nguồn 5V, 3,3V, GND, PWM, UART và I2C NI myRIO còn tích hợp WiFi onboard, cảm biến gia tốc ba trục, đèn LED và nút bấm Nó đi kèm với một môi trường phát triển tích hợp (IDE) cho phép người dùng lập trình bằng LabView hoặc các ngôn ngữ khác như C, C++ trên máy tính cá nhân.
Nhìn hình 3.1 ta thấy mặt trước của kit myRio có led báo nguồn (power), led báo trạng thái (status), led báo wifi và 4 led lập trình (led 0 đến led 3)
Hình 3.2: Mặt nhìn từ bên trên của kit myRio
Kit myRio được trang bị cổng USB, cổng kết nối với máy tính, nguồn cấp điện và nút Reset ở mặt trên Trong khi đó, mặt dưới của kit có nút bật/tắt wifi để dễ dàng quản lý kết nối không dây.
Hình 3.3: Mặt nhìn từ bên dưới của kit myRio
NI myRIO có hai port mở rộng kết nối (MXP A và MXP B) được thể hiện trong hình 2.4 Nó sẽ được tuỳ chỉnh với module NI LabVIEW FPGA Khoảng cách
2 hàng là 0.1inch, 34 vị trí (17x2) IDC kết nối
Hình 3.4: NI myRIO MXP A và MXP B Bảng 3.1: Bảng mô tả tín hiệu trên các kênh kết nối MXP A và MXP B
Tín hiệu Tham chiếu Mô tả
AI AGND 0-5V tham chiếu, kênh đầu vào analog
AO AGND 0-5V tham chiếu, kênh đầu ra analog
AGND N/A Tham chiếu cho đầu ra và đầu vào analog
DIO DGND Đầu vào/ra: 3.3V tương ứng đầu ra, 3.3V/5V tương ứng đầu vào
UART.RX DGND UART đầu vào nhận
UART.TX DGND UART Đầu ra truyền
DGND N/A Tham chiếu cho tín hiệu số 3.3V và 5.5V
Mặt hông của NI myRio được trang bị cổng Mini System Port (MSP) Connectors, cung cấp kênh audio I/O cùng với các chân nguồn và tín hiệu Điểm khác biệt giữa MSP và MXP là chân của MSP là chân đầu cái, trong khi chân của MXP là chân đầu đực.
Hình 3.5: NI myRIO MSP C, Audio I/O Bảng 3.2: Bảng mô tả tín hiệu kết nối MSP C
Tín hiệu Tham chiếu Mô tả
AI1+/AI1- AGND ±10V vi phân kênh đầu vào analog
AO AGND ±10V tham chiếu, single-ended kênh đầu ra analog
AGND N/A Tham chiếu cho đầu vào/ra analog
DIO DGND Đầu vào/ra với 3.3V đầu ra và 3.3V/5V đầu vào tương ứng DGND N/A Tham chiếu cho line số và +5V nguồn đầu ra
Nếu không đủ chân lập trình, bạn có thể sử dụng module mở rộng MXP Breadboard của myRio, với các chân được chú thích rõ ràng trên board, để kết nối trực tiếp với MXP A hoặc MXP B.
Hình 3.6: Board mở rộng MXP Breadboard
Hình 3.7: Sơ đồ khối tổng quát của kit NI myRio
Các kênh tín hiệu Analog Input
NI myRio có các chân tín hiệu Analog trên các port mở rộng MXP A, MXP B, MSP C và các chân kết nối audio input Các tín hiệu analog input sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC) với cấu trúc ghép kênh đơn.
MXP A và MXP B được trang bị bốn kênh đầu vào analog (AI0-AI3) cho phép đo tín hiệu từ 0-5V Trong khi đó, MSP C có hai kênh đầu vào analog AI0 và AI1 với trở kháng cao, có khả năng đo tín hiệu lên đến ±10V Tất cả các tín hiệu đầu vào đều có cùng cấp đầu vào với giá trị ±2.5V.
Hình 3.8:Mạch điện thể hiện analog input của myRio
Các kênh tín hiệu Analog Output
NI myRio cung cấp các kênh analog output trên các cổng mở rộng MXP A, MXP B, MSP C và audio output Mỗi kênh analog output chuyên dụng cho việc chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự (DAC), cho phép cập nhật đồng thời các tín hiệu Bộ chuyển đổi DAC được điều khiển bởi hai bus truyền thông nối tiếp từ FPGA, với kết nối MXP A và MXP B nằm trên bus thứ nhất, trong khi MSP C và audio output nằm trên bus thứ hai.
Kết nối MXP A và B có hai kênh đầu ra analog AO0 và AO1, hỗ trợ tín hiệu từ 0-5V, trong khi kết nối MSP C cung cấp hai kênh đầu ra analog AO0 và AO1 với khả năng tạo ra tín hiệu lên đến ±10V Đầu ra âm thanh được điều khiển thông qua cáp hoặc driver headphone.
Hình 3.9: Mạch điện thể hiện analog output của NI myRio
NI myRIO có line DIO 3.3V chung trên MXP và kết nối MSP Kết nối MXP
A và MXP B có 16 dòng DIO, với các dòng từ 0 đến 13 có điện trở kéo lên 40kΩ nối đến 3.3V, trong khi dòng 14 và 15 có điện trở kéo lên 2.2kΩ Kết nối MSP C có 8 dòng DIO, mỗi dòng có điện trở kéo xuống 40kΩ nối đến Ground Tất cả các dòng có thể được lập trình riêng lẻ như đầu vào hoặc đầu ra Các chức năng kỹ thuật số bổ sung bao gồm giao diện nối tiếp ngoại vi (SPI), I2C, điều chế độ rộng xung PWM và đầu vào encoder, sẽ được tìm hiểu trong phần mềm NI myRIO.
Hình 3.10: Line DIO trên Kết nối MXP A và B.
Hình 3.11: Line DIO trên Kết nối MXP A và B
Hình 3.12: Line DIO trên Kết nối MSP C
NI myRIO có một đường đầu vào UART nhận (Rx) và một đường đầu ra UART truyền (Tx) cho mỗi kết nối MXP, tương tự như các đường DIO từ 0 đến 13 Các đường UART.Tx và UART.Rx được kết nối với điện trở kéo lên 40KΩ tới 3.3V Để đọc và ghi trên đường UART, người dùng có thể sử dụng LabVIEW Real-Time Cấu hình cổng serial được thiết lập theo các thông số cần thiết.
Một số chức năng đặc biệt của I/O số
PWM là một kỹ thuật điều chế xung quan trọng, cho phép người dùng xuất tín hiệu qua các cổng digital như chân 27, 29 và 31 Kỹ thuật này thường được áp dụng để điều khiển động cơ DC, động cơ không chổi than và trong các thí nghiệm liên quan đến nguồn xung PWM có nhiều ứng dụng trong viễn thông, xử lý âm thanh và đặc biệt là trong điều khiển động cơ servo, như trong các máy bay mô hình hoặc trong dự án điều khiển động cửa.
SPI là chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ sử dụng bus với 4 dây, cho phép NI myRIO kết nối với nhiều thiết bị như LCD, bộ điều khiển video game, cảm biến và thẻ nhớ SD.
I2C là một chuẩn giao tiếp đồng bộ với chỉ hai dây, cho phép NI myRIO kết nối với nhiều loại cảm biến, bao gồm thermostat của CPU, cảm biến tốc độ quạt, màn hình OLED/LCD, đồng hồ thời gian thực và điều chỉnh âm lượng cho một số loa.
- Loại vi xử lý: Xilinx Z-7010
- Tốc độ vi xử lý: 667 MHz
- Số lõi vi xử lý: 2
- Bộ nhớ không bay hơi: 256 MB
- Tần số xung nhịp: 533 MHz
- Độ rộng bus dữ liệu: 16 bit
- Chế độ không dây: IEEE 802.11 b,g,n
- Công suất truyền: +10 dBm max (10mW)
- Phạm vi ngoài trời: lên đến 150m (line thẳng)
- Bảo mật: WPA, WPA2, WPA2-Enterprise
- USB host por: USB 2.0 High speed
- USB device port: USB 2.0 High speed Đầu vào analog
- Tốc độ lấy mẫu: 500kS/s
- Cấu hình: 4 kênh single-ended trên kết nối
- Trở kháng đầu vào: >500 kΩ thu nhận 500kS/s
1 MΩ được mở nguồn và nghỉ 4.7 kΩ khi được tắt
- Trở kháng nguồn đề nghị: 3 KΩ hoặc nhỏ hơn
- Độ chính xác tuyệt đối: ±50 mV
- Cấu hình: 2 kênh vi phân
- Trở kháng đầu vào: lên đến 100 nA rò khi bật nguồn;
- Điện áp làm việc: ± 10V của AGND
- Độ chính xác tuyệt đối: ±200mV
- Băng thông: Nhỏ nhất 20kHz, điển hình > 50 kHz
- Cấu hình: 1 đầu vào stereo bao gồm 2 AC gộp lại, kênh single- ended
- Trở kháng đầu vào: 10 kΩ tại DC
- Băng thông: 2 Hz đến > 20 kHz
- Tốc độ cập nhật tối đa
- Tất cả các kênh AO trên MXP kết nối: 345kS/s
- Tất cả các kênh AO trên Kết nối MSP và kênh đầu ra audio: 345 kS/s
- Điện áp khởi động: 0V sau khi khởi tạo FPGA
- Cấu hình: 2 kênh single-ended trên kết nối
- Độ chính xác tuyệt đối: 50 mV
- Cấu hình: 2 kênh single-ended
- Độ chính xác tuyệt đối: ± 200 mV
- Cấu hình: 1 đầu ra stereo bao gồm 2 AC gộp lại, kênh single- ended
- Trở khỏng đầu ra: 100 Ω nối tiếp với tụ 22àF
- Băng thông: 7 Hz đến>50kHz tải 30Ω, 2Hz đến>50 kHz tải tổng trở cao
- Kết nối MXP: 2 port 16 line DIO( kết nối trên mỗi port)
- Kết nối MSP: 1 port 8 line DIO
Chiều điều khiển: mỗi line DIO được lập trình khác nhau trong phần mềm như là đầu vào hoặc đầu ra
Mức logic: 5V tương ứng đầu vào LVTTL; 3.3V tương ứng đầu ra LVTTL
- Đầu vào điện áp mức thấp (VIL ): nhỏ nhất 0 V ; lớn nhất 0.8 V
- Đầu vào điện áp mức cao (VIH ): nhỏ nhất 2 V; lớn nhất 5.25 V
- Đầu ra điện áp mức cao ( VOH ), cấp dòng 4 mA: nhỏ nhất 2.4 V, lớn nhất 3.465V
- Đầu ra điện áp mức thấp (VOL), rút dòng 4 mA: nhỏ nhất 0V; lớn nhất 0.4V
Tần số tối đa cho chức năng số thứ 2
Tốc độ baud tối đa: 230400bps
Parity: odd, even, mark, space
- Điện áp đầu ra: 4.75 V đến 5.25 V
- Dòng tối đa trên mỗi kết nối: 100 mA
- Điện áp đầu ra: 3.0 V đến 3.6 V
- Dòng tối đa trên mỗi kết nối: 150 mA
- Điện áp đầu ra: +15 V đến +16V
- Dòng điện tối đa: 32 mA (16 mA khi khởi động) o Đầu ra nguồn -15 V
- Điện áp đầu ra: -15 V đến -16V
- Dòng điện tối đa: 32 mA (16 mA khi khởi động)
- Công suất chung của điện áp đầu ra từ -15V đến +15 V: 500 mW
- Dải điện áp nguồn cung cấp: 6 - 16 VDC
- Công suất tiêu thụ tối đa: 14 W
- Công suất tiêu thụ điển hình ở trạng thái nghỉ: 2.6 W
Bluetooth là công nghệ truyền thông không dây giữa các thiết bị, yêu cầu các nhà sản xuất tuân theo tiêu chuẩn kỹ thuật để đảm bảo khả năng tương tác Hiện nay, nhiều thiết bị như điện thoại di động, máy tính và PDA đều tích hợp công nghệ Bluetooth Công nghệ này hoạt động dựa trên tần số vô tuyến, cho phép các thiết bị giao tiếp trong một khoảng cách nhất định.
Module điều khiển động cơ L298 ( mạch cầu H L298)
Module điều khiển động cơ L298, hay còn gọi là mạch cầu H L298, là một giải pháp phổ biến và tiết kiệm cho sinh viên và học sinh Nó có khả năng điều khiển hai động cơ với chức năng đảo chiều, rất thích hợp cho các dự án như điều khiển xe robot và cánh tay robot.
- 12V power, 5V power Đây là 2 chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ, có thể cấp nguồn 9-12V ở 12V
Jumper 5V cho phép cấp nguồn 5V ra cổng 5V power khi được thiết lập đúng như hình 3.17 Nếu không thiết lập đúng, cổng 5V power sẽ không có nguồn Để có được nguồn 5V, chỉ cần cấp nguồn 12V vào cổng 12V power.
- Có 2 chân EN1 và EN2: là 2 chân cho phép các kênh của mạch cầu hoạt động và 4 chân nhận tín hiệu điều khiển: IN1, IN2, IN3, IN4
+ EN1: cho kênh IN1, IN2 nhận tín hiệu điều khiển
+ EN2: cho kênh IN3, IN4 nhận tín hiệu điều khiển
Bài viết đề cập đến bốn ngõ ra tương đương: OUT1, OUT2, OUT3 và OUT4 Để đạt được ngõ ra mong muốn, cần điều khiển các chân IN1, IN2, IN3 và IN4 Ngoài ra, có thể sử dụng PWM để thực hiện việc điều khiển hiệu quả.
- L298N tích hợp hai mạch cầu H
- Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A
- Điện áp của tín hiệu điều khiển:
- Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA
- Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ = 75 ℃)
Module điều khiển động cơ L298 được điều khiển qua PWM, với các chân EN1, EN2 kết nối đến DIO của kit để nhận tín hiệu cho từng kênh Các chân IN1, IN2, IN3, IN4 được kết nối với xung PWM trong kit nhằm điều chỉnh tốc độ và thời gian hoạt động của động cơ.
Động cơ DC
Động cơ điện một chiều là máy điện chuyển đổi năng lượng điện một chiều sang năng lượng cơ
3.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Gồm 2 phần chính: stato (phần cảm), roto (phần ứng), và phần chỉnh lưu (chổi than và cổ góp)
- Stato của động cơ điện 1 chiều thường là một hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện
- Roto có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều
- Khi có dòng điện vào cuộn dây Roto thì sinh ra hiện tượng cảm ứng điện từ tạo nên lực quay của động cơ
Module ca ̉m biến nhiê ̣t đô ̣ (PmodTMP3)
Module PmodTMP3 là một cảm biến nhiệt độ được xây dựng xung quanh IC TCN75A Đặc tính kỹ thuật
- Độ phân giải 9 Bits đến 12 Bits
- Thời gian chuyển đổi nhiệt độ
- Điện áp +3.3V (2.7V → 5.5V) Hình 3 19 : Module PmodTMP3
Module PmodTMP3 sử dụng 8 chân kết nối cho giao tiếp I2C, cho phép ghép nối nhiều thiết bị I2C qua phương pháp Daisy-chain Nó cung cấp 3 chân để chọn địa chỉ I2C của chip và 1 đầu cắm 2 chân để mở rộng điều khiển thiết bị bên ngoài dựa trên ngưỡng nhiệt độ do người dùng định nghĩa Dữ liệu nhiệt độ được đo và định dạng trong 2 bổ thể, có thể lập trình cho độ phân giải 9 bit hoặc 12 bit thông qua cấu hình các thanh ghi trên IC TCN75A.
Module PmodCLS(ma ̀n hình LCD)
Module PmodCLS là một công cụ hữu ích để hiển thị thông tin quan trọng trong chương trình phát triển hoặc giao diện người dùng sau khi dự án hoàn thành Nó có khả năng thực hiện nhiều chỉ thị như xóa ký tự, thiết lập chế độ hiển thị khác nhau, cuộn và hiển thị các ký tự do người dùng định nghĩa Các chỉ thị này được quy định theo trình tự thoát để gửi lệnh đến board vi điều khiển Atmel ATmega48, trong khi màn hình hiển thị và các điều khiển trên board được điều khiển bởi chip AVR.
- Màn hình LCD đơn sắc
- Chuẩn giao tiếp I 2 C, SPI, UART
- J1 giao thức SPI, J2 giao thức
- Dãy nhiệt độ - 40 → 85 0 𝐶 Hình 3 20: Module PmodCLS
The ATmega48 IC integrates an AVR CPU with 4KB of Flash memory, 256 bytes of EEPROM, and 512 bytes of RAM, featuring a monochrome LCD display The PmodCLS module supports communication through three protocols: SPI, I2C, and UART.
Sơ đồ khối Moudle Pmo CLS
Hình 3 21 : Sơ đồ khối module PmodCLS
Module ca ̉m biến ánh sáng (PmodALS)
Module PmodALS sử dụng cảm biến chuyển đổi ánh sáng sang tín hiệu kỹ thuật số thông qua cảm biến ánh sáng môi trường Được thiết kế dựa trên Texas Instrument ADC081S021, module này chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu kỹ thuật số với sự hỗ trợ của Vishay Semiconductor TEMT6000X01.
- Cảm biến ánh sáng (ALS1)
- Chuẩn giao tiếp SPI (25khz – 20Mhz)
- Giới hạn Giá trị nhận được từ 0 đến 255
- Điện áp +3.3V Hình 3 22: Module PmodALS
Module PmodALS sử dụng cảm biến ánh sáng môi trường xung quanh (ALS) để thu thập dữ liệu ánh sáng từ người dùng Mức độ ánh sáng được đo thông qua điện áp nội bộ của ADC, chuyển đổi thành dữ liệu 8 bit Giá trị 0 biểu thị mức sáng thấp, trong khi giá trị 255 cho thấy mức sáng cao.
Module Keypad(PmodKYPD)
Module PmodKYPD là một mảng các nút nhấn được sử dụng cho đầu vào Bao gồm 16 phím được gắn nhãn (0-F), 12 chân đầu cắm
Module cảm biến gas MQ2
MQ2 là cảm biến khí chuyên dụng để phát hiện các khí dễ cháy, được cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2 Chất này có độ nhạy thấp trong không khí sạch, nhưng độ dẫn của nó thay đổi nhanh chóng khi tiếp xúc với môi trường có chất dễ cháy Nhờ vào đặc điểm này, người ta đã tích hợp vào mạch đơn giản để chuyển đổi độ nhạy thành tín hiệu điện áp.
- Hai dạng tín hiệu đầu ra: digital và analog
- Công suất tiêu thụ: khoảng 350mW
- Nhiệt độ hoạt động: -10C đến 50C
Hình 3 24: Module cảm biến gas
Khi môi trường sạch, điện áp đầu ra của cảm biến MQ2 sẽ thấp, nhưng giá trị này sẽ tăng lên tương ứng với nồng độ khí gây cháy xung quanh.
Cảm biến MQ2 hoạt động hiệu quả trong môi trường khí hóa lỏng như LPG, H2 và các khí dễ cháy khác Với mạch thiết kế đơn giản và chi phí thấp, MQ2 được ưa chuộng trong cả ngành công nghiệp và ứng dụng dân dụng.
Module Relay một kênh
Mạch Relay 1 Kênh hoạt động với điện áp 5VDC và có khả năng chịu đựng điện áp lên đến 250VAC với dòng tải 10A Module này được trang bị mạch kích relay sử dụng transistor và IC cách ly quang, giúp bảo vệ vi điều khiển và đảm bảo hoạt động ổn định Ngoài ra, module còn có header tiện lợi cho việc kết nối với vi điều khiển.
Sử dụng điện áp nuôi DC 5V Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A
Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay
Có thể chọn mức tín hiệu kích 0 hoặc 1 qua jumper Hình 3 25: Module Relay 1 kênh
Module buzzer
Module khuếch đại âm thanh sử dụng transistor, giúp tăng cường âm thanh đến mức có thể nghe được Với khả năng điều khiển bằng tín hiệu số, module này dễ dàng kết nối với các mạch điều khiển số và có giá thành thấp, nên thường được sử dụng trong còi báo động và hệ thống báo cháy Điện áp hoạt động của module nằm trong khoảng 3.3V đến 5V.
+ D0 mức cao buzzer không kêu
Tấm panel năng lượng mặt trời
Pin Mặt trời được chế tạo từ vật liệu bán dẫn silic tinh khiết, trong đó số lượng electron và lỗ trống (hole) là bằng nhau.
Để chế tạo pin Mặt trời từ bán dẫn tinh khiết, cần sản xuất bán dẫn loại n và loại p, sau đó ghép chúng lại để tạo ra tiếp xúc p-n.
Hình 3 27 : Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời
Hình 3 28: Cấu tạo bề mặt tấm pin năng lượng mặt trời
Để tạo ra tiếp xúc p-n từ một phiến bán dẫn tinh khiết, cần phải pha tạp thêm một số nguyên tử khác vào silicon (Si) Silicon có bốn electron ở lớp vỏ ngoài, liên kết với bốn nguyên tử Si khác, tạo thành cấu trúc giống như kim cương Việc pha tạp này giúp điều chỉnh tính chất điện của bán dẫn, từ đó cải thiện hiệu suất của các linh kiện điện tử.
Nguyên tử photpho (P) có 5 electron ở lớp ngoài, tạo ra bán dẫn loại n khi pha tạp vào silicon (Si), giúp tăng tính dẫn điện do electron dễ di chuyển Ngược lại, nguyên tử bo (B) có 3 electron ở lớp ngoài, tạo ra lỗ trống và hình thành bán dẫn loại p, với tính dẫn điện dựa vào lỗ trống Sự kết hợp giữa bán dẫn loại n và loại p tạo ra lớp tiếp giáp p-n, nơi electron từ bán dẫn n di chuyển sang lấp đầy lỗ trống ở bán dẫn p Kết quả là tại vùng tiếp xúc p-n, có sự xuất hiện của vùng nghèo, nơi thiếu cả electron và lỗ trống, tạo ra hiệu thế p-n khoảng 0,6V đến 0,7V, nhưng không tạo ra dòng điện.
Khi phiến bán dẫn có lớp tiếp xúc p-n được chiếu sáng bởi ánh sáng mặt trời, photon từ ánh sáng này kích thích electron rời khỏi nguyên tử, tạo ra cặp electron - lỗ trống Nếu cặp này được sinh ra gần vùng tiếp xúc p-n, hiệu thế tại đó sẽ đẩy electron về phía bán dẫn n và lỗ trống về phía bán dẫn p Điều này cho phép electron nhảy từ miền hóa trị lên miền dẫn, nơi chúng có thể di chuyển tự do Sự gia tăng số lượng photon chiếu đến sẽ tạo ra nhiều cơ hội hơn cho electron nhảy lên miền dẫn, từ đó tạo ra điện năng.
3.11.2 Phân loại các tấm pin năng lượng mặt trời
Cho đến nay, vật liệu chính được sử dụng cho pin mặt trời và các thiết bị bán dẫn là silic tinh thể Các pin mặt trời từ silic tinh thể được phân thành ba loại khác nhau.
Tinh thể đơn hay đơn tinh thể được sản xuất qua quá trình Czochralski, có hiệu suất lên tới 16% nhưng giá thành cao do được cắt từ các thỏi hình ống Các tấm đơn tinh thể này thường có mặt trống ở góc nối Ngược lại, tinh thể đa được làm từ silic nung chảy, được đúc và làm nguội, có giá thành rẻ hơn nhưng hiệu suất thấp hơn Tuy nhiên, tinh thể đa có khả năng tạo thành các tấm vuông lớn hơn, giúp bù đắp cho hiệu suất không cao của chúng.
Dải silic được tạo ra từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể, thường có hiệu suất thấp nhất nhưng cũng là loại rẻ nhất do không cần cắt từ thỏi silicon Các công nghệ này sản xuất tấm silic với độ dày 300 μm, sau đó được xếp lại để tạo thành module.
3.11.3 Thông số kỹ thuật và hình ảnh thực tế của tấm pin
Hình 3 29: Tấm panel năng lượng mặt trời
Mạch sạt pin năng lượng mặt trời V2
Mạch vi điều khiển 16F676 là lựa chọn tối ưu cho dự án này nhờ vào tính năng phù hợp và giá cả hợp lý Với điều kiện nghiên cứu hiện tại không cho phép thiết kế mạch sạc mới, người thực hiện đã quyết định sử dụng mạch sạc pin năng lượng mặt trời V2.
- Điều khiển sạt ắc quy cho Pin mặt Trời
- Tự động ngắt khi bình đầy, tự động nạp lại khi bình yếu
- Các LED hiển thị dung lượng ắc quy từ 25%, 50%, 75% và 100%
- LED báo chế độ sạt, LED báo cho phép ra tải
- Có cổng ra tải có chức năng bảo vệ ắc quy Tự ngắt khi bình yếu
- Bảo vệ quá dòng, tự động ngắt khi quá dòng
Gồm 01 ngõ vào, 01 ngõ ra tải và
- Dòng bảo vệ quá dòng : 20A
- Mặc định nạp cho bình < 100AH
Hình 3 30: Mạch sạt pin năng lượng mặt trời V2
Acquy tích điện
Acquy đóng vai trò quan trọng trong nhiều thiết bị và sản phẩm của cuộc sống hiện đại, cung cấp nguồn điện một chiều cho các thiết bị văn phòng, hệ thống chiếu sáng khẩn cấp, và các bộ cấp nguồn khi mất điện Nó cũng hỗ trợ vận hành các thiết bị thông tin liên lạc, khởi động ô tô, xe máy, và các ứng dụng như UPS, inverter, năng lượng mặt trời, và viễn thông Trong nghiên cứu này, tác giả đã tận dụng hai acquy 6V (Acquy Globe 6V-4.5Ah WP4.5-6) kết nối nối tiếp để tạo ra một acquy có điện áp 12V.
- Là loại Acquy chì khô
- Dung lượng: 3.83Ah(5HR)-4.5Ah(20HR)
- Kích thước: 70 x 47 x 98 x 104 Hình 3 31 : Acquy Globe 6V-4.5Ah
Sơ đồ khối hệ thống
4.1.1 Yêu cầu của hệ thống
Hệ thống hoạt động có khả năng:
- Thu thập dữ liệu nhiệt độ, ánh sáng từ môi trường,hiển thị ngày giờ
- Phát hiện cảnh báo nếu có sự cố về gas hoặc cháy nổ
- Có khả năng đóng mở của bằng mật khẩu
- Có khả năng điều khiển các đèn Relay tự động và bằng tay
Hệ thống kit NI myRio hỗ trợ kết nối wifi, cho phép điều khiển không dây qua các thiết bị cầm tay sử dụng hệ điều hành Android hoặc iOS.
- Lưu trữ và gửi dữ liệu lên máy tính thông qua wifi
- Xây dựng hệ thống web severs bao gồm:
Hình 4 1: Sơ đồ khối của hệ thống
Khối năng lượng mặt trời bao gồm tấm panel năng lượng mặt trời, mạch sạc pin năng lượng mặt trời V2 và acquy, tạo thành nguồn năng lượng dự phòng hiệu quả cho mạch.
- Khối nguồn chính: đây là mạch chuyển giữa việc sử dụng năng lượng mặt trời và điện thế quốc gia
- Khối nguồn Adapter: dùng để bến đổi điện xoay chiều thành 1 chiều 12V làm nguồn năng lượng cho hệ thống
Khối nhận tín hiệu môi trường bao gồm các cảm biến ánh sáng, nhiệt độ và gas, có nhiệm vụ thu thập tín hiệu analog từ môi trường bên ngoài Những tín hiệu này sau đó được truyền đến khối xử lý trung tâm để lưu trữ và xử lý thông tin.
- Khối giao tiếp trực tiếp: bao gồm ma trận phím, LCD và các Switch điều khiển dùng để giao tiếp trực tiếp với hệ thống
Khối điều khiển trung tâm đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập tín hiệu từ các khối khác, xử lý thông tin và phát tín hiệu để hệ thống hoạt động hiệu quả.
Môi trường internet đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng yêu cầu của đề tài, bao gồm hệ thống web servers và giao diện người dùng trên các web servers.
Thiết bị di động thông minh cho phép người dùng tận dụng khả năng của khối xử lý trung tâm để điều khiển thiết bị trong nhà một cách dễ dàng thông qua kết nối wifi.
Các thiết bị tải là những công cụ thực hiện các tác vụ sau khi khối xử lý trung tâm đã xử lý tín hiệu từ khối cảm biến và các khối khác.
4.1.4 Hoạt động của hệ thống
Hệ thống thu thập dữ liệu nhiệt độ, ánh sáng được giám sát và điều khiển bằng
2 cách để mô hình khi áp dụng vào thực tế sẽ dễ sử dụng hơn trong từng điều kiện làm việc và môi trường khác nhau
Giám sát và điều khiển trên máy tính cho phép người điều khiển tác động gián tiếp đến hệ thống thông qua giao diện điều khiển.
Thiết kế, tính toán hệ thống
Máy tính có khả năng kết nối qua wifi, rất phù hợp cho việc ứng dụng hệ thống nhằm điều khiển và giám sát các thiết bị trong môi trường làm việc có mức độ ô nhiễm và độc hại.
Giám sát và điều khiển hệ thống được thực hiện qua các phím trên keypad và máy tính bảng, cho phép người điều khiển trực tiếp can thiệp và quản lý hệ thống trong thực tế.
4.2.1 Panel mặt trời, mạch sạt, acquy, mạch chuyển nguồn, adapter
Hình 4 2: Sơ đồ nối dây các khối của mạch nguồn
Toàn bộ các module trên nhầm đáp úng được nguồn nuôi 12V của thiết bị, các nguồn 5V,3,3V lấy trực tiếp từ kit Ni myRIO
4.2.2 Module cảm biến nhiệt độ - PmodTMP3
Hình 4 3: Sơ đồ nối dây module PmodTMP3 với kit NI myRIO
Hình 4 4:Lưu đồ giải thuật đọc nhiệt độ từ module PmodTMP3
Bước 1: Cấu hình mode I2C, địa chỉ slave để khởi tạo bus kết nối đến FPGA
Bước 2: Thiết lập giá trị cho các thanh ghi CONFIG để cài đặt độ phân giải, TSET để thiết lập giới hạn trên, THYST để thiết lập giới hạn dưới, và TA để đọc giá trị thanh ghi nhiệt độ.
Bước 3 : Đọc 2 byte dữ liệu ở thanh ghi
Bước 4: Xử lí chuyển đổi dữ liệu
Bước 5: Hiển thị kết quả ra màn hình
Bước 6: Kiểm tra xem có dừng hay không? Nếu có thì kết thúc chương trình, nếu không thì quay lại bước đọc dữ liệu
Hình 4 5: Kết quả mô phỏng đọc giá trị ánh sáng từ module PmodALS
Source code điều khiển module PmodTMP3 xem ở phần phụ lục
Cấu hình mode I2C, địa chỉ slave
Ghi giá trị thiết lập cho các thanh ghi của module Đọc dữ liệu từ module truyền về
Hiển thị kết quả ra màn hình
Xử lý, chuyển đổi dữ liệu
4.2.2 Module cảm biến ánh sáng – PmodALS
Hình 4 6: Sơ đồ kết nối modue PmodALS với kit NI myRIO
Hình 4 7: Lưu đồ giải thuật đọc cường độ ánh sáng
Bước 1: cấu hình mode SPI để khởi tạo bus kết nối đến FPGA
Bước 2: cho chân CS =0 Để bắt đầu quá trình đọc dữ liệu từ module
Bước 3: Đọc dữ từ module truyền về Bước 4: xử lí chuyển đổi dữ liệu
Bước 5: Hiển thị kết quả ra màn hình
Bước 6: cho chân CS =1 để kết thúc quá trinh đọc dữ liệu từ module
Bước 7: Kiểm tra xem điều kiện có dừng hay không? Nếu có thì kết thúc chương trình, nếu không thì quay lại bước 2
CS = 0 Đọc dữ liệu từ module
Xử lí, chuyển đổi dữ liệu
Hiển thị kết quả ra màn hình
Hình 4 8:Kết quả mô phỏng đọc giá trị ánh sáng từ module PmodALS
Source code đọc giá trị ánh sáng từ module PmodALS xem ở phần phụ lục
Hình 4 9 : Sơ đồ kết nối module RTC DS1307 với kit NI myRIO
Hình 4 10: Lưu đồ giải thuật cài đặt thời gian thực từ hệ thống cho module RTC DS1307
Bước 1: Cấu hình mode I2C để khởi tạo bus kết nối đến FPGA
Bước 2: Get thời gian thực từ hệ thống PC
Bước 3: chuyền đổi dữ liệu thời gian từ hệ thống sang BCD
Bước 4: Ghi các dữ liệu vào các thanh ghi của IC DS1307
Source code đọc thời gian thực từ module RTC DS1307 xem ở phần phụ lục 4
Hình 4 11: LCD với:Sơ đồ kết nối board
Get thời gian thực từ hệ thống
Chuyển đổi dữ liệu từ thập phân sang
Ghi vào các thanh ghi
Hình 4 12: Lưu đồ giải thuật điều khiển LCD
Bước 1: Cấu hình mode UART để khởi tạo bus kết nối đến FPGA
Bước 2: Ghi lệnh khởi tạo lcd 16x2, con trỏ đầu hàng
Bước 3: Gọi hàm đọc thời gian thực trên
Bước 4: Chuyển đổi sang mã ASCII
Bước 5: Kiểm tra điều kiện có dừng hay không? Nếu có thì kết thúc chương trình, nếu không thì quay lại bước 3
Hình 4 13: Hình kết quả hiển thị LCD begin cấu hình mode UART ghi lệnh khỏi tạo LCD cho LCD hiển thị ngày và giờ
Gọi hàm đọc thời gian xử lý dữ liệu
Source code điều khiển module PmodTMP3 xem ở phần phụ lục
Hình 4 14: Sơ đồ kết nối module PmodKYPD.với kit NI myRIO
Hình 4 15 : Lưu đồ giải thuật điều khiển
Bước 1: Khởi tạo bus kết nối các chân hàng và cột của keypad đến FPGA
Bước 2: Tiến hành quét 4 cột
Bước 3: Thiết lập chế độ Hi-Z cho tất cả các cột
Bước 4: cho cột thứ nhất se Bước 5: đọc tất cả các hàng
Bước 6: kiểm tra xem có phím nhấn hay không? Nếu không thì cho cột tiếp theo = false sau đó quay lại bước 5 Nếu có thì đến bước 6
Bước 6: Tìm mã ứng với phím nhấn chuyển đổi thành số
Bước 7: Kiểm tra xem điều kiện có dừng hay không? Nếu có thì kết thúc chương trinhg, nếu không thì quay lại bước2
Begin khởi tạo bus kết nối các chân keypad đến
FPGA thiết lập chế độ hi-z tất cả các cột
Quét 4 cột cột thứ nhất se đọc tất cả các hàng có phím nhấn ?
Tìm mã ứng với phím nhấn chuyển thành số
Hình 4 16 : Kết quả mô phỏng điều khiển module PmodKYPD
4.2.6 Module điều khiển động cơ L298 và động cơ
Hình 4 17:Sơ đồ kết nối module L298 với kit NI MyRIO 1900
Hình 4 18: Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ bằng Module L298
Bước 1: Kiểm tra tín hiệu cho chân EN1, EN2 nếu sai thì quay lại từ đầu Bước 2: Khởi động PWM điều kiển
Bước 3: Kiểm tra Keypad xem có đúng không
Bước 4:Nếu đúng cho các động cơ hoạt động Sai thì kết thúc chương trình
Tiếp tục thực hiện vòng lặp
4.2.7 Module cảm biến gas MQ2 và module buzzer
Hình 4 19:Sơ đồ kết nối module MQ2 và Module Buzzer
Khởi động PWM điểu khiển
Kích hoạt động cơ mở cửa
Kiểm tra EN1 và EN2
Hình 4 20:Lưu đồ giải thuật nhận tín hiệu từ MQ2 và điều khiển buzzer
Bước 1: Kiểm tra chân nhận D0 của MQ2
Bước 2: Nếu kết quả nhận về là thấp thì chứng tỏ có hiện tượng rò rỉ gas
Bước 3: Tiến hành bào động bằng buzzer và đèn báo
+ Đèn báo ở đây là hệ thống đèn của hệ thống Các đèn sẽ chóp tắt liên tục
Kích hoạt động cơ cửa để thoát hiểm ra ngoài và đóng tất cả các thiết bị khác nhằm ngăn ngừa nguy cơ chập điện trong trường hợp xảy ra cháy.
* Lưu ý do chỉ có 1 bước kiểm tra cảm biến nên độ nhạy của cảm biến được chỉnh thấp 4.2.8 Module Relay, Switch, Nút nhấn và hệ thông đèn led
Hình 4 21:Sơ đồ kết nối Module Relay, Nút nhấn Switch, Hệ thống led
Hình 4 22: Lưu đồ giải thuật nhận tín hiệu Switch và điều khiển ht đèn, Relay
Lưu đồ này được thực thi khi hệ thống hoạt động ở chế độ MAIN
Bước 1: nút nhấn Main nếu nhận được mức cao thì hệ thống đang chế độ Main
Bước 2: Nếu hệ thống đang chế độ Main thì tiếp tục kiểm tra các Switch để điều khiển các thiết bị
Bước 3: Thực thi theo các Switch chọn.
Thiết kế mô hình
4.3.1 Thiết kế kết cấu mô hình Mica
Thiết kế được lấy ý tưởng từ các nhà phố ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh
Mô hình có kích thước hẹp về bề ngang nhưng dài về chiều dài, được thiết kế dựa trên bản vẽ xây dựng nhà cụ thể Mô hình mica được thu nhỏ theo tỷ lệ 1/20 so với thực tế, và các bản vẽ thiết kế chi tiết được đính kèm trong phần Phụ lục.
4.3.2 Thiết kế mạch nguyên lý
Mạch nguyên lý được tổng hợp thiết kế từ các sơ đồ kết nối của từng module cũng như các kiến thức đã có trong quá trình học
Sau đây là Sơ đồ mạch nguyên lý của hệ thống
Hệ thống Web sever
4.4.1 Thiết kế giao diện Để lập trình cũng như tạo giao diện cho website ta cần dùng 1 ngôn ngữ để viết Ở đây ta sử dụng ngôn ngữ PHP Để tạo giao diện cần sử dụng phần mềm Adobe Dreamweaver CS6 Phần mềm này có hộ trợ trực quan giúp người dùng dễ dàn thiết kế giao diện web theo ý muốn
Hình 4 23: Phần mềm với giao diện người dùng
Sau khi hoàn thành giao diện như sao
Hình 4 24: Giao diện hoạt động
Giao diện người dùng vẫn còn đang xây dựng
Giao tiếp với máy tính bảng
Sử dụng kết nối Wi-Fi từ kit NI myRio để giao tiếp với thiết bị di động chạy Android, iOS hoặc Windows Phone, và thiết kế giao diện điều khiển hệ thống trên thiết bị di động.
4.5.2 Phần mềm NI Data Dashboard trên Android
Có nhiều cách để tạo giao diện điều khiển trên thiết bị cầm tay, như lập trình ứng dụng bằng Xcode với Objective C cho iOS hoặc sử dụng Java cho Android Tuy nhiên, việc học một ngôn ngữ lập trình và làm quen với nó để phát triển phần mềm thường khó khăn và tốn thời gian Do đó, người thực hiện đã quyết định sử dụng phần mềm NI Data Dashboard để giao tiếp với kit myRio điều khiển hệ thống Phần mềm này, do NI phát triển, cho phép kết nối giữa thiết bị cầm tay và Labview, và hiện có mặt trên cả ba hệ điều hành lớn: Android, iOS và Windows Phone Trong đó, người thực hiện chọn sử dụng Android với máy tính bảng Samsung vì đây là thiết bị đã có sẵn.
Dựa vào những đặc điểm của ứng dụng NI Data Dashboard, người thực hiện sẽ thiết kế một giao diện để điều khiển hệ thống gồm:
01 công tắc bật tắt để cho phép điều khiển Relay
05 công tắt để điều khiển đèn ở các khu vực
05 đèn hiển thị ở các khu vực
Một đồng hồ hiển thị ánh sáng ngoài trời
Từ những dữ kiện ở trên, người thực hiện đã thiết kế giao diện trên ứng dụng
NI Data Dash Board, sau đó sử dụng chức năng chia sẻ biến của cả Labview và NI Data Dashboard thông qua Wifi xuống kit myRio
Hình 4 25 Giao diện trên máy tính bảng
