MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHỆ CAO HỖ TRỢ CÁC BÀI THỰC HÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Tổng quan về mô hình mạch điện tử công nghệ cao
Mạch điện tử công nghệ cao là hệ thống thiết bị thông minh với khả năng kết nối, điều khiển và hiển thị Hệ thống này có thể liên kết với các thiết bị như điện thoại di động và laptop thông qua các công nghệ không dây như Bluetooth, Wi-Fi và 3G, cho phép hoạt động trong nhiều phạm vi tương tác và tự chủ.
Giải pháp tự động hóa kết nối các thiết bị điện trong nhà, tích hợp chức năng thông minh và tự động, mang lại cuộc sống hiện đại và tiện lợi hơn cho con người.
Có thể được điều khiển tự động từ xa qua điện thoại, máy tính bảng, bằng giọng nói hoặc những thay đổi của môi trường xung quanh
Mạch điện công nghệ cao là thiết bị và hệ thống được thiết kế đặc biệt để đáp ứng các yêu cầu và ứng dụng cụ thể, đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp, tự động hóa điều khiển, quan trắc và truyền tin.
Hiện nay, các quốc gia phát triển đã phổ biến việc sử dụng thiết bị thông minh, nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân Tại Việt Nam, xu hướng áp dụng công nghệ thông minh trong gia đình ngày càng trở nên phổ biến trong những năm gần đây.
Các thiết bị thông minh hiện nay cho phép người dùng kiểm soát dễ dàng thông qua điện thoại và laptop Ứng dụng này hỗ trợ lắp ráp các mạch điện tử từ cơ bản đến nâng cao, giúp người dùng thực hành và kết nối nhiều mạch cơ bản một cách hiệu quả.
Người học trực quan được thực tế các họat động của mạch điện sau khi thiết kế và lắp ráp, người học hứng thú, say mê học tập.
Sơ đồ cấu tạo mô hình sử dụng mạch điện tử công nghệ cao
Nhiệm vụ các khối trong mô hình Bộ nguồn
- Điện áp vào 220 VAC hoặc 12 VDC
- Bộ chuyển đổi điện áp, ổn áp 12 VDC; 9 VDC; 5 VDC; 3.3 VDC
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp từ 220 VAC hoặc 12 VDC thành các mức điện áp 12 VDC, 9 VDC, 5 VDC và 3.3 VDC, cung cấp năng lượng cho các khối mô hình và mạch điện trong quá trình thực tập.
Bộ phận hiển thị bao gồm màn hình máy tính, còi, loa, chuông và đèn LED, có chức năng hiển thị hình ảnh, chữ, số, các bài lập trình cùng với tín hiệu âm thanh và ánh sáng Những thiết bị này hỗ trợ trong việc thực tập và vận hành các bài tập trên mô hình một cách hiệu quả.
- Đây là bộ phận chính của thiết bị thực tập, thực hiện các bài tập, các tập hợp lệnh, các ý tưởng, thông qua máy tính nhúng Raspberry Pi
- Bo mạch kết nối gồm có 40 chân được dàn trải, kết nối với bo mạch
Sơ đồ khối trong thiết bị đào tạo và thực hành điện tử sử dụng Raspberry Pi giúp quá trình thực tập trở nên thuận tiện hơn Việc kết nối các mạch rời với bo mạch chủ dễ dàng và an toàn, đảm bảo hiệu quả trong quá trình học tập và thực hành.
Kết nối tín hiệu vào
- Cổng kết nối HDMI kết nối tín hiệu hình ảnh theo chuẩn kỹ thuật
- Cổng kết nối USB kết nối tín hiệu từ các nguồn tín hiệu ngoài
Kết nối tín hiệu ra
- Màn hình máy tính, còi, loa, chuông, LED
Khối thực hiện các bài thực hành
- Bao gồm các KIT thực hành các bài tập kết nối với các khối trên mô hình
Thành phần cơ bản và cấu trúc lõi của mô hình
Vi điều khiển là một hệ thống nhúng khép kín bao gồm thiết bị ngoại vi, bộ xử lý và bộ nhớ Hiện nay, vi điều khiển chủ yếu được lập trình cho các ứng dụng trong thiết bị điện tử tiêu dùng như máy móc, điện thoại, thiết bị ngoại vi, ô tô và đồ dùng điện lạnh trong gia đình.
2.3.2 Bộ vi điều khiển sử dụng Raspberry Pi
Raspberry Pi là một bo mạch thông minh như một máy tính nhúng
Bo mạch gồm có CPU, bộ nhớ và kết nối được với các thiết bị đầu vào / đầu ra
• Raspberry Pi có chip SOC (System-On-Chip)
Broadcom BCM2835 hoạt động với tốc độ 700MHz, tương đương với nhiều chip được sử dụng trong các smartphone phổ thông hiện nay, đồng thời hỗ trợ chạy hệ điều hành Linux.
Tích hợp trên chip này là nhân đồ họa (GPU) Broadcom VideoCore IV GPU này đủ mạnh để có thể chơi 1 số game phổ thông và phát video chuẩn
Bảng mạch có 8 ngõ GPIO (General Purpose Input Output), cho phép người dùng kết nối và điều khiển đa dạng các thiết bị điện tử và cơ khí khác nhau một cách linh hoạt.
• Ngõ HDMI: dùng để kết nối Raspberry Pi với màn hình máy tính hay tivi có hỗ trợ cổng HDMI
Ngõ RCA Video (analog) trên Raspberry Pi được thiết kế nhằm phục vụ người dùng ở các nước đang phát triển, nơi mà việc sở hữu một chiếc tivi hiện đại với cổng HDMI không phải là điều dễ dàng.
Vì vậy cổng video analog này được thêm vào, giúp người dùng có thể kết nối với chiếc tivi đời cũ mà không phải lo lắng
Ngõ audio 3.5mm cho phép kết nối dễ dàng với loa ngoài hoặc headphone Đối với tivi có cổng HDMI, âm thanh đã được tích hợp qua đường tín hiệu HDMI, do đó không cần sử dụng ngõ audio này.
• Cổng USB: Có thể mở rộng phạm vi ứng dụng nhờ vào việc tích hợp
Raspberry Pi được trang bị 2 cổng USB 2.0, cho phép kết nối dễ dàng với các thiết bị như bàn phím, chuột, webcam và bộ thu GPS Nhờ vào việc chạy hệ điều hành Linux, hầu hết các thiết bị này chỉ cần cắm và chạy (Plug-&-Play) mà không cần phải cài đặt driver phức tạp.
• Cổng Ethernet: cho phép kết nối Internet tốc độ tối đa 100Mbps
• Khe cắm thẻ SD: Raspberry Pi không tích hợp ổ cứng Thay vào đó nó dùng thẻ SDđể lưu trữ dữ liệu
Hệ điều hành Linux yêu cầu thẻ SD có dung lượng tối thiểu 4 GB và hỗ trợ tối đa 32 GB để hoạt động hiệu quả.
• Đèn LED: trên Pi có 5 đèn LED để hiển thị tình trạng hoạt động
Raspberry Pi 3 là một máy tính rất nhỏ gọn chạy hệ điều hành Linux Raspberry Pi được phát triển bởi Raspberry Pi Foundation
The Raspberry Pi 3 features an all-in-one System on Chip (SoC) Broadcom BCM2835, which incorporates essential components such as a CPU, GPU, RAM, and a microSD card slot Additionally, it offers connectivity options including Wi-Fi, Bluetooth, two USB 2.0 ports, two USB 3.0 ports, an audio jack, and an HDMI port.
Thông số kỹ thuật chi tiết:
- Vi xử lý: Broadcom BCM2837B0, quad-core A53 (ARMv8) 64-bit SoC @1.4GHz
- Kết nối: 2.4GHz and 5GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac wireless LAN, Bluetooth 4.2, BLE, Gigabit Ethernet over USB 2.0 (Tối đa 300Mbps)
- Video và âm thanh: 1 cổng full-sized HDMI, Cổng MIPI DSI Display, cổng MIPI CSI Camera, cổng stereo output và composite video 4 chân
- Multimedia: H.264, MPEG-4 decode (1080p30), H.264 encode (1080p30); OpenGL ES 1.1, 2.0 graphics
- Nguồn điện sử dụng: 5V/2.5A DC cổng micro USB, 5V DC trên chân GPIO, Power over Ethernet (PoE) (yêu cầu thêm PoE HAT)
Hình 2 2 Bo mạch Raspberry Pi 3
Trong mô hình này chúng ta sẽ sử dụng hệ điều hành Raspbian được phát triển bởi nhà sản xuất Raspberry PI
• Mạch chuyển đổi nguồn xoay chiều 220VAC sang một chiều 12VDC
• Mạch chuyển đổi và sạc nguồn ACQUY một chiều 12VDC
Mạch sạc và chuyển đổi ắc quy
- Sơ đồ mạch sạc và tự dộng chuyển động sang ắc quy
- Mạch sử dụng nguồn sạc là nguồn lấy từ nguồn 12VDC 5A
- Ắc quy sử dụng ắc quy khô 12V 7,5AH
Hình 2 3 Sơ đồ nguyên mạch sạc ắc quy
• Mạch chuyển đổi nguồn từ 12VDC sang 3.3V, 5V, 9V
- Sử dụng IC LM2596 ADJ để chuyển đổi sang các mức điện áp mong muốn
- Điều chỉnh VR1 để được điện áp ra mong muốn
- Trong mô hình, ta sử dụng 4 mạch trên để tạo ra các điện áp 3.3V, 5V, 9V và một nguồn 5V dành riêng cho Raspberry Pi
Hình 2 4 Sơ đồ thực tế mạch nguồn
Hình 2 5 Sơ đồ mạch chuyển đổi nguồn từ 12VDC sang 3.3V, 5V, 9V
- Dàn trải 40 chân GPIO và các cổng kết nối của Raspberry từ bo mạch nhỏ ra bo mạch lớn để dễ sử dụng và vận hành
Hình 2 6 Mạch nguồn thực tế
Hình 2 7 Sơ đồ chân kết nối
Hình 2 8 Mạch dàn trải thực tế
2.3.4 Khối kết nối tín hiệu vào
Khối kết nối tín hiệu vào có thể kết nối trực tiếp các tín hiệu hoặc thông qua các cảm biến bao gồm:
Cảm biến khói hoạt động dựa trên nguyên lý quang học, giúp phát hiện khói trong không gian Khi có khói, cảm biến sẽ kích hoạt âm thanh báo động và gửi cảnh báo nguy cơ cháy nổ đến chủ nhà Nhờ đó, gia chủ có thể bảo vệ an toàn cho bản thân và giảm thiểu thiệt hại về tài sản.
Cảm biến chuyển động: Giúp phát hiện chuyển động của con người
Khi phát hiện sự xâm nhập trái phép, thiết bị sẽ gửi tín hiệu đến bộ báo động, thông báo cho chủ nhà để phòng ngừa mất trộm và bảo vệ an toàn cho gia đình.
Cảm biến môi trường giúp giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong nhà, đảm bảo môi trường sống luôn thoải mái Khi nhiệt độ hoặc độ ẩm vượt quá mức cài đặt, cảm biến sẽ tự động gửi tín hiệu đến bộ báo động hoặc bộ điều khiển trung tâm, đồng thời thông báo ngay cho điện thoại thông minh của chủ nhà.
Cảm biến ánh sáng giúp giám sát mức độ ánh sáng trong không gian Khi ánh sáng vượt quá giới hạn đã được cài đặt, cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến thiết bị báo động hoặc bộ điều khiển trung tâm, đồng thời thông báo đến điện thoại thông minh của chủ nhà.
Kamera giám sát hình ảnh sẽ tự động gửi tín hiệu đến thiết bị báo động hoặc bộ điều khiển trung tâm khi phát hiện sự thay đổi trong phạm vi cài đặt Đồng thời, kamera cũng thông báo đến điện thoại thông minh của chủ nhà để đảm bảo an ninh hiệu quả.
2.3.5 Bộ phận hiển thị và kết nối tín hiệu ra
Bộ phận hiển thị và kết nối tín hiệu ra gồm có màn hình máy tính, còi, loa, chuông, LED, điện thoại thông minh, aipas…
Monitor: Hiển thị hình ảnh
Còi báo động: Phát ra âm thanh khi có sự cố
Loa phát ra âm thanh khi có sự cố xảy ra, trong khi chuông cũng phát ra âm thanh tương tự để cảnh báo Đèn LED tạo ra ánh sáng để thông báo tình huống khẩn cấp Ngoài ra, điện thoại sẽ nhận tín hiệu cảnh báo khi có sự cố được kích hoạt từ các cảm biến thông qua bộ điều khiển thông minh.
Hình 2 9 Hình ảnh các khối cơ bản trên thiết bị đào tạo thực hành điện tử
- Bộ phận hiển thị là màn hình máy tính
- Bộ nguồn với điện áp vào AC 220V hoặc DC 12V, mạch ổn định điện áp tạo ra các điện áp 3,3V, 5V, 12V
- Bộ vi xử lý sử dụng Raspberry
- Bo mạch kết nối với Raspberry
- Kết nối tín hiệu vào là các cảm biến
- Khu vực thực hành để kết nối các boad lắp mạch thực hành theo các bài tập để kết nối với Raspberry
- Ngoài ra còn có bàn phím, chuột
- Trong có thiết kế khu vực để vật tư thiết bị, bộ dây kết nối và các bo mạch đa năng phục vụ các bài thực tập
Hình 2 10 Hình ảnh thực tế thiết bị đào tạo thực hành điện tử
XÂY DỰNG CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHỆ CAO
Đối tượng thực hành
- Học sinh, sinh viên hệ cao đẳng nghề, nghề điện tử công nghiệp
Các bài tập trong chương trình Cao đẳng nghề điện tử công nghiệp được thiết kế bởi giáo viên nhằm phù hợp với cấu trúc của mô hình đào tạo này.
Bảng 3 1 Các mô đun môn học và đối tượng
TT Tên các mô đun, môn học Đối tượng
1 Mô đun linh kiện điện tử, Kỹ thuật cảm biến, Kỹ thuật vi điều khiển, Đo lường điện tử Sinh viên năm 1
2 Mô đun vi điều khiển, PLC, điện tử công suất
3 Mạng truyền thông công nghiệp,
Lắp đặt dây truyền công nghiệp
Mô tả các bài thực hành
Với mô hình này, người dùng có thể phát triển nhiều bài tập đa dạng Bài viết sẽ giới thiệu bốn bài tập cụ thể được thực hiện dựa trên mô hình đã đề cập.
3.2.1 Thực hành lắp ráp các cảm biến
Cảm biến ánh sáng, cảm biến khí ga, cảm biến nhiệt độ và cảm biến tiệm cận là những thiết bị quan trọng trong các lĩnh vực như kỹ thuật cảm biến, kỹ thuật vi điều khiển và đo lường điện tử Những cảm biến này không chỉ giúp thu thập dữ liệu chính xác mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các ứng dụng công nghệ hiện đại.
Sau khi hoàn thành lắp đặt mạch điện cho bài tập này, người học có thể sử dụng mạch để kiểm tra các cảm biến, đánh giá chất lượng và xác định xem cảm biến có hoạt động hay không.
Hình 3 1 Sơ đồ nguyên lý kết nối cảm biến khí ga
II Lý Thuyết liên quan
• Cảm biến khí ga MQ2
Là một trong những loại cảm biến được sử dụng để nhận biết:
Cảm biến khí ga MQ2 được thiết kế với độ nhạy cao và thời gian phản ứng nhanh chóng, giúp cải thiện hiệu quả trong việc phát hiện khí gas Giá trị đọc từ cảm biến sẽ được truyền về thông qua chân kết nối.
Vi điều khiển analog được làm từ chất bán dẫn SnO2, có độ nhạy thấp với không khí sạch Tuy nhiên, trong môi trường có chất gây cháy, độ dẫn của SnO2 sẽ thay đổi đáng kể Nhờ vào đặc điểm này, người ta đã thiết kế mạch đơn giản để chuyển đổi độ nhạy thành điện áp, giúp cải thiện khả năng phát hiện các chất gây cháy.
- Khi môi trường sạch điện áp đầu ra của cảm biến thấp, giá trị điện
MQ -2 T e s tP in áp đầu ra càng tăng khi nồng độ khí gây cháy xung quang MQ2 càng cao
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 ứng dụng rộng rãi trong cả ngành công nghiệp và dân dụng.
- Trong mạch có 2 chân đầu ra là Aout và Dout Trong đó:
+ Aout: điện áp ra tương tự Nó chạy từ 0.3 - 4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quang MQ2
+ Dout: điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà MQ2 đo được
Chân ra số Dout giúp dễ dàng kết nối các ứng dụng đơn giản mà không cần sử dụng vi điều khiển Chỉ cần điều chỉnh giá trị biến trở đến nồng độ mong muốn để thiết lập cảnh báo Khi nồng độ khí MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép, đèn LED sẽ tắt; ngược lại, khi nồng độ vượt quá giới hạn cho phép, chân Dout sẽ hoạt động để cảnh báo.
+ Ta có thể ghép nối vào mạch Realy để điều khiển bật tắt đèn, còi, hoặc thiết bị cảnh báo khác
III Sơ đồ lắp ráp
- Cảm biến sử dụng nguồn 5V có sẵn trên Raspberry hoặc nguồn 5V bên ngoài
- Sử dụng các PIN số chẵn để đọc các tín hiệu từ cảm biến
- Sử dụng các PIN 08,10,12,16,18 để đọc tín hiệu Digital
- Sử dụng các PIN 22,24,26,28,32,36,38,40 để đọc tín hiệu Analog
Bảng 3 2 Linh kiện mạch cảm biến khí ga
STT Tên linh kiện Đơn vị Số lượng
1 Mô hình thực hành Bộ 01
2 Modul cảm biến khí gas Cái 02
Hình 3 3 Sơ đồ kết nối cảm biến khí ga với mô hình
IV Trình tự thực hiện
- B2 Bật chương trình đọc tín hiệu cảm biến theo các Pin đang sử dụng
- B3 Lắp ráp, kết nối mạch theo sơ đồ lắp ráp, kết nối cảm biến với nguồn
Sử dụng bật lửa để tạo khí gas, sau đó di chuyển bật lửa ra xa và gần hai cảm biến để quan sát sự thay đổi rõ rệt trong giá trị đọc được của cảm biến khí gas.
- B5 Sử dụng chương trình Gas.py để đọc kết quả từ cảm biến
- B6 Ghi chép kết quả, báo cáo
- B7 Tắt nguồn, ngắt kêt nối giữa các thiêt bị, vệ sinh công nghiệp
V Hướng dẫn nạp cốt và chạy chương trình import RPi.GPIO as GPIO import ADC0832 import time
TS = 100 # You can set the Threshold by yourself (0-255) def setup():
GPIO.setup(BEEP, GPIO.OUT)
ADC0832.setup() def loop(): while True: tmp = ADC0832.getResult() print tmp if tmp > TS : print ' ****************' print ' * !! DANGER !! *' print ' ****************' print ''
GPIO.output(BEEP, GPIO.HIGH) time.sleep(0.25) GPIO.output(BEEP, GPIO.LOW) time.sleep(0.25) else : time.sleep(0.5) def destory()
GPIO.cleanup() if name == ' main ': setup() try: loop() except KeyboardInterrupt: destory()
3.2.2 Thực hành lắp mạch điều khiển các thiết bị ngoại vi
(Ứng dụng trong các modul: Kỹ thuật cảm biến, Ngôn ngữ lập trình C, Kỹ thuật vi điều khiển, Robot công nghiệp, Điện tử nâng cao)
I Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ
Động cơ RC Servo là loại động cơ có tốc độ thấp và mô-men xoắn cao, với nhiều kích cỡ khác nhau, khác biệt so với động cơ DC và Stepper.
RC Servo thường không xoay ở góc 360 độ Thay vào đó, nó bị giới hạn trong phạm vi 180, 270 hoặc 90 độ
Một tín hiệu điều khiển được gửi đến servo để điều chỉnh trục theo góc mong muốn, giúp đơn giản hóa quá trình điều khiển Phương pháp này rất phổ biến trong các ứng dụng Arduino.
• Điều khiển Động cơ Servo bằng PWM
Trong các động cơ Analog Servo, tín hiệu PWM có cho kỳ 20ms được sử dụng để điều khiển động cơ
Một tín hiệu 20ms có tần số 50Hz Độ rộng của xung được thay đổi trong khoảng từ 1 đến 2ms để điều khiển vị trí trục động cơ
GPIO16 GPIO19 GPIO20 GPIO26 GPIO21
GPIO27/GPIO_GEN2 GPIO22/GPIO_GEN3 GPIO23/GPIO_GEN4 GPIO24/GPIO_GEN5 GPIO25/GPIO_GEN6
GPIO18 GPIO27 GPIO22 GPIO23 GPIO24 GPIO25
5 GPIO2/SDA1 GPIO3/SCL1 RPI3
GPIO10/MOSI GPIO9/MISO GPIO11/CLK GPIO8/SPI_CE0 GPIO7/SPI_CE1
Hình 3 4 Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ
Hình 3 5 Độ rộng xung điều khiển động cơ
- Độ rộng xung 1,5ms sẽ làm cho trục servo nằm ở vị trí 90 độ
- Độ rộng xung 1ms sẽ làm cho trục servo nằm ở vị trí 0 độ
- Độ rộng xung 2ms sẽ làm cho trục servo nằm ở vị trí 180 độ
Thay đổi độ rộng xung từ 1ms đến 2ms sẽ khiến trục servo di chuyển qua một góc giới hạn 180 độ Bạn có thể dễ dàng điều chỉnh đến bất kỳ góc nào mong muốn bằng cách thay đổi độ rộng xung cho phù hợp.
• Thời gian Động cơ Servo quay liên tục
- Độ rộng xung 1,5ms sẽ làm cho servo ngừng quay
- Độ rộng xung 1ms sẽ làm cho servo quay với tốc độ tối đa theo chiều ngược kim đồng hồ
- Độ rộng xung 2ms sẽ làm cho trục servo quay với tốc độ tối đa theo chiều kim đồng hồ
Thay đổi độ rộng xung từ 1ms đến 1,5ms sẽ khiến động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, trong đó độ rộng xung ngắn hơn sẽ làm tăng tốc độ quay của động cơ.
Thay đổi độ rộng xung từ 1,5ms đến 2ms sẽ khiến động cơ quay theo chiều kim đồng hồ với các xung dài hơn, từ đó tăng tốc độ quay của động cơ.
Tốc độ của động cơ RC servo được xác định là thời gian cần thiết để có thể di chuyển trục của servo bằng 60 độ
Ví dụ 0,25 giây / 60 độ, nghĩa là phải mất một phần tư giây để di chuyển tới góc 60 độ
Mô-men xoắn là đại lượng quan trọng để xác định sức mạnh của động cơ, được đo bằng ounce-inch hoặc kilogam-cm Để chuyển đổi giữa hai đơn vị này, bạn có thể nhân số kilogam-centimet với 13,88 để có ounce-inch, hoặc chia ounce-inch cho 13,88 để có kilogam-cm Một động cơ servo có khả năng chịu tải 5 kg-cm tương đương với 69,4 oz-in (5 x 13,88 = 69,4) Điều này có nghĩa là động cơ servo có thể chịu tải 5 kg tại khoảng cách 1 cm từ tâm trục, nhưng nếu khoảng cách tăng gấp đôi, tải trọng sẽ giảm xuống một nửa.
Động cơ servo có kích thước lớn hơn thường cung cấp mô-men xoắn cao hơn, nhưng giá thành cũng tăng theo Ví dụ, một động cơ có kích thước 2cm có khả năng chịu tải lên đến 2,5kg Nếu khoảng cách được nhân đôi, động cơ này có thể chịu tải lên đến 10kg.
Hầu hết các động cơ có điện áp hoạt động từ 4,8 đến 6 Volt
Các bài thực hành đã thực hiện trên mô hình
Bảng 3 5 Các bài thực hành đã thực hiện trên mô hình
STT Tên bài thực hành Nội dung bài thực hành
Modul: Công nghệ IOT và Ứng dụng
1 IOT giao tiếp với các thiết bị đầu vào
- Lập trình đọc trạng thái nút nhấn
- Lập trình đọc tín hiệu từ các cảm biến
2 IOT giao tiếp với các thiết bị đầu ra
- Lập trình điều khiển đèn LED
- Lập trình điều khiển các thiết bị ngoại vi
- Lập trình kết nối IOT với Smartphone
4 Giao tiếp giữa các IOT - Lập trình kết nối các hệ thống IOT với nhau
5 Bài tập ứng dụng - Thực hành lập trình các ứng dụng thực tế, sử dụng mô hình
Modul: Kỹ thuật Vi điều Khiển
1 Lập trình hoạt động vào, ra
- Lập trình bật tắt 1 đèn Led
- Lập trình bật tắt nhiều đèn Led
- Lập trình đọc trạng thái của nút nhấn
- Lập trình chức năng Timer của VĐK
1 Lập trình chức năng Counter của VĐK
3 Lập trình ngắt và truyền thông
- Lập trình chức năng Ngắt của VĐK
2 Lập trình chức năng giao tiếp giữa các VĐK
4 Ứng dụng vi điều khiển 3 Thực hành lập trình các ứng dụng thực tế, sử dụng VĐK
Ưu, nhược điểm của mô hình thiết bị điện tử nâng cao
Mô hình được phát triển trên vi điều khiển ARM, cung cấp đầy đủ chức năng cho các bài thực hành của Modul Việc sử dụng ngôn ngữ lập trình C phổ biến giúp đảm bảo tính phù hợp với chương trình đào tạo nghề và các Modul đang được giảng dạy.
Mô hình này mang lại nhiều tiện ích cho quá trình thực hành, bao gồm khả năng hoạt động ngay cả khi mất điện trong khoảng 4-6 giờ Với 28 cổng IN/OUT và 28 đèn LED có sẵn, người dùng có thể dễ dàng lập trình bật tắt đèn mà không cần lắp thêm mạch ngoài Các cổng IN/OUT được bố trí rõ ràng trên bo mạch lớn, giúp hạn chế nhầm lẫn khi kết nối với vi điều khiển Việc chuyển đổi giữa các cổng diễn ra dễ dàng thông qua công tắc gạt Mô hình còn cung cấp các nguồn điện 3,3V; 5V; 9V; 12V để cấp nguồn cho thiết bị ngoại vi Ngoài ra, nó tích hợp sẵn bàn phím, màn hình, chuột và phần mềm có khả năng chạy nhiều chương trình đồng thời, phù hợp cho các bài tập ứng dụng đa dạng Mô hình hỗ trợ kết nối Internet và Wifi, cho phép kết nối với các thiết bị thông minh khác qua ứng dụng Hệ điều hành LINUX kết hợp với màn hình 17 inch giúp người dùng dễ dàng sử dụng và quan sát, đồng thời có dung lượng lớn để lưu trữ nhiều bài tập cho nhiều môn học Người dùng có thể thực hành nhiều bài tập cùng lúc, tham gia vào cộng đồng lớn với diễn đàn và ứng dụng hỗ trợ, và kết nối mạng dễ dàng, rất phù hợp cho các dự án liên quan tới IoT.
AI o Có thể được lập trình bằng nhiều ngôn ngữ lập trình
Mô hình này mang lại hiệu quả vượt trội so với việc không sử dụng, với nguồn cấp điện AC và pin dự phòng giúp đảm bảo hoạt động liên tục trong quá trình thực hành Người dùng có thể thực hành ở nhiều vị trí khác nhau mà không cần phải ngồi trong phòng máy tính, đồng thời không cần chuẩn bị thêm bộ nguồn 1 chiều cho các thiết bị ngoại vi Nhiều bài tập đơn giản đã có sẵn trên mô hình, cùng với nhiều bài tập mẫu để tham khảo Việc lập trình nhiều ứng dụng khác nhau trên một vi điều khiển trở nên dễ dàng, phù hợp cho các bài tập ứng dụng lớn Quá trình sửa, nạp chương trình và vận hành cũng rất đơn giản, hạn chế việc chuyển đổi và kết nối giữa các thiết bị Ngoài ra, mô hình có khả năng kết nối Internet qua wifi để tìm tài liệu và dễ dàng kết nối với các thiết bị thông minh khác như IoT và smartphone.
Mô hình này gặp một số nhược điểm, bao gồm việc sử dụng công nghệ mới, dẫn đến việc thiếu tài liệu bằng tiếng Việt, gây khó khăn trong lập trình Thêm vào đó, hệ điều hành Linux vẫn chưa phổ biến tại Việt Nam, làm hạn chế khả năng tiếp cận cho người dùng.
Kết luận về hiệu quả của mô hình mạch điện tử công nghệ cao sử dụng cho các phòng thực hành điện tử
* Đánh giá từ các giảng viên bộ môn điện tử và từ học sinh sinh viên
Tổ điện tử thuộc khoa điện – điện tử trường CĐN Công nghiệp Hà Nội đã nhận được sự đánh giá tích cực từ 8 giáo viên giảng dạy lâu năm về mô hình đào tạo của mình Các giáo viên khẳng định rằng mô hình này mang lại nhiều lợi ích cho sinh viên trong việc nắm bắt kiến thức và kỹ năng thực tiễn trong lĩnh vực điện tử.
- Đánh giá hiệu quả, thái độ của người học qua điểm chuyên cần của HSSV, thông qua kết quả điểm đánh giá kỹ năng HSSV, tỷ lệ điểm thi
Học sinh cảm thấy hứng thú hơn với việc học nhờ vào việc nhận được kết quả ngay sau mỗi bài thực hành Mỗi lần lập trình, họ có thể dễ dàng nhận ra những lỗi sai và thấy được kết quả lập trình hiển thị trực tiếp trên mô hình.
- Bài tập lắp mạch, kết nối các mạch điện tường minh, mạch làm việc được ngay khi đấu nối đúng với sơ đồ nguyên lý
Trong quá trình giảng dạy thực hành, chúng tôi đã tổ chức các lớp học áp dụng thực tế các mạch điện cho 2 lớp, mỗi lớp có 18 học sinh sinh viên Kết quả cho thấy tất cả các em đều đạt yêu cầu, với số lượng bài thực tập tăng lên đáng kể Đặc biệt, một số em đã tự thiết kế mạch điều khiển để bật tắt điện và điều hòa từ xa trong phòng học.
* Đánh giá từ thực tế sử dụng mô hình
Sản phẩm là một thiết bị thực hành điện tử gọn nhẹ và dễ di chuyển, phục vụ tối đa các bài thực hành trong các mô đun, môn học điện tử cho học sinh nghề Thiết bị này đảm bảo an toàn cho người học và sử dụng nguồn acquy, giúp duy trì hoạt động thực hành ngay cả khi mất điện.
Học sinh từ 9 tuổi trở lên, bao gồm các em học văn hóa và nghề hệ trung cấp, cùng với học sinh tốt nghiệp lớp 12 theo học hệ cao đẳng, đều thể hiện sự say mê trong quá trình học tập Thời gian dành cho mỗi bài thực hành được rút ngắn và trở nên rõ ràng, cụ thể hơn, giúp các em tiếp thu kiến thức hiệu quả hơn.
Học tại Viện điện tử viễn thông, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tôi được trang bị kiến thức mới và tham gia thí nghiệm các mạch điện tử cùng công nghệ hiện đại, đặc biệt là trong môn Lập trình nhúng và thiết kế mạch điện tử thông minh Ý tưởng ứng dụng những kiến thức này vào giảng dạy đã hình thành trong tôi Trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp, tôi nhận được sự hỗ trợ tận tình từ giảng viên Tạ Thị Kim Huệ và các thầy cô trong viện điện tử viễn thông Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô!
Raspberry Pi là một mạch điện tử công nghệ cao, mang đến nhiều ứng dụng thông minh Qua quá trình nghiên cứu, tôi nhận thấy nó có thể thực hiện nhiều bài tập trong chương trình giảng dạy cho học sinh tại trường.
Raspberry Pi là một máy tính mini mạnh mẽ, có khả năng chạy hệ điều hành và cài đặt nhiều ứng dụng khác nhau.
Ứng dụng này cho phép người dùng lắp ráp các mạch điện tử từ cơ bản đến nâng cao, kết hợp thực hành với nhiều ứng dụng khác nhau Nó hỗ trợ kết nối nhiều mạch cơ bản, giúp người học hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử.
* Kinh phí xây dựng mô hình
- Kinh phí mạch vi xử lý và các phụ kiện: 2.000.000 VNĐ
- Kinh phí sản xuất bộ nguồn bộ sạc: 1.000.000 VNĐ
- Kinh phí sản xuất vỏ hộp: 1.500.000 VNĐ
- Màn hình, chuột, bàn phím: 2.500.000 VNĐ
Hướng phát triển của mô hình mạch điện tử công nghệ cao sử dụng cho các phòng thực hành điện tử
- Xây dựng các bài giảng cho mô hình
- Viết thành giáo trình giảng dạy
- Tiếp tục nghiên cứu xây dựng các bài thực hành ứng dụng cho ngôi nhà thông minh và xưởng sản xuất thông minh
Thực hành xây dựng các mô hình như tòa nhà thông minh và nhà máy thông minh với đầy đủ chức năng kết nối, điều khiển và hiển thị Các mô hình này có khả năng kết nối với thiết bị di động và laptop qua mạng không dây, Bluetooth, Wi-Fi và 3G, sử dụng ứng dụng IoT Chúng có thể hoạt động trong một số phạm vi tương tác và tự chủ, cho phép điều khiển tự động từ xa qua điện thoại, máy tính bảng, bằng giọng nói hoặc các tác động từ môi trường xung quanh.
- Hiện nay đã xây dựng được 20 bài thực hành trên mô hình
* Bài 1: Làm quen với RASPBERRY PI
* Bài 3: Lập trình với PYTHON
* Bài 4: Lập trình LED sáng, tắt
* Bài 5: Lập trình LED nhấp nháy
* Bài 6: Lập trình bật tắt nhiều đèn Led
* Bài 7: Lập trình với phím nhấn
* Bài 8: Lập trình đọc tín hiệu từ các cảm biến
* Bài 9: Thực hành với cảm biến di chuyển
* Bài 10:Thực hành với cảm biến ánh sáng
* Bài 11: Thực hành với cảm biến khí ga
* Bài 12: Thực hành với cảm biến nhiệt độ
* Bài 13: Thực hành điều khiển động cơ
Bài 14: Thực hành kết nối với điện thoại, máy tính bảng (Sử dụng app Blynk)
* Bài 15:Thực hành với camera
* Bài 16: Lập trình điều khiển các thiết bị ngoại vi
* Bài 17:Lập trình chức năng Timer của VĐK
* Bài 18: Lập trình chức năng Counter của VĐK
* Bài 19: Lập trình chức năng Ngắt của VĐK
* Bài 20: Xây dựng mô hình ngôi nhà thông minh, xưởng sản xuất thông minh
