Đề tài: Giám sát nhiệt độ, độ ẩm qua SMS dùng nguồn pin, HAY

i
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày 3 tháng 1 năm 2019
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Lê Trọng Hoàng MSSV: 14141112
Võ Đình Luân MSSV: 14141181
Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 141
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa: 2014 Lớp: 14141DT3B và 14141DT1C
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ,
ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG
NGUỒN PIN VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
 Nhóm nghiên cứu cách lập trình Module trên phần mềm Arduino IDE.
 Nghiên cứu tài liệu về cách tính vận tốc.
2. Nội dung thực hiện:
 Nội dung 1: Tìm hiểu về module sim 800L, encoder, nhiệt độ và độ
ẩm DHT11, cường độ sáng BH1750.
 Nội dung 2: Tìm hiểu về pin năng lượng mặt trời và cách nạp cho pin
từ pin năng lượng mặt trời.
 Nội dung 3: Thiết kế và tính toán thiết kế mạch phần cứng.
 Nội dung 4: Thi công phần cứng, thử nghiệm và hiệu chỉnh phần cứng.
 Nội dung 5: Đánh giá kết quả thực hiện của mô hình.
 Nội dung 6: Viết báo cáo thực hiện.
 Nội dung 7: Bảo vệ luận văn.

ii
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/10/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/01/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Đình Phú
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

iii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày 3 tháng 1 năm 2019
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Lê Trọng Hoàng
Lớp: 14141DT3B MSSV: 14141112
Họ tên sinh viên 2: Võ Đình Luân
Lớp: 14141DT1C MSSV: 14141181
Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM,
CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG NGUỒN PIN VÀ SẠC
BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.
Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD
Tuần 1
(08/10 – 14/10)
Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án. Tiến
hành chọn đề tài. GVHD tiến hành xét duyệt đề tài.
Tuần 2
(15/10 – 21/10)
Viết đề cương tóm tắt nội dung đồ án.
Tuần 3
(22/10 – 28/10)
Tìm hiểu về module Arduino Mega 2560, module
DHT11.
Tuần 4
(29/10 – 04/11)
Tìm hiểu Về module SIM800L
Tuần 5
(05/11 – 11/11)
Tìm hiểu về encoder
Tuần 6
(12/11 – 18/11)
Tìm hiểu về pin mặt trời và cách sạc cho pin từ pin mặt
trời
Tuần 7
(19/11 – 25/11)
Tiến hành lập trình phần mềm cho hệ thống

iv
Tuần 8
(26/11 – 02/12)
Tiến hành lập trình phần mềm cho hệ thống
Tuần 9
(03/12 – 09/12)
Mô phỏng mạch, kiểm tra và cân chỉnh mạch
Tuần 10
(10/12 – 16/12)
Vẽ PCB
Tuần 11
(17/12 – 23/12)
Tiến hành thi công mạch, kiểm tra mạch thi công
Tuần 12
(24/12 – 30/12)
Viết báo cáo những nội dung đã làm
Tuần 13
(31/12 – 06/12)
Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem xét góp
ý lần cuối trước khi in và báo cáo
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

v
LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy ThS. Nguyễn
Đình Phú dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước
đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của
mình.
Người thực hiện
Lê Trọng Hoàng Võ Đình Luân

vi
LỜI CẢM ƠN
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Đình Phú đã tận tình giúp đỡ tạo
điều kiện, góp ý và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho em thực hiện tốt đề tài.
Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã của
trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tận tình dạy dỗ, chỉ bảo, cung cấp những kiến thức
nền chuyên môn làm cơ sở và cũng như tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành
đề tài.
Cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên và luôn luôn bên cạnh trong những lúc khó
khăn nhất.
Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn sinh viên khoa Điện-Điện tử đã chia sẻ
trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện
Lê Trọng Hoàng Võ Đình Luân

vii
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ....................................................................................i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.........................................................iii
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................................v
LỜI CẢM ƠN.....................................................................................................................vi
MỤC LỤC .........................................................................................................................vii
LIỆT KÊ HÌNH VẼ............................................................................................................ix
LIỆT KÊ BẢNG.................................................................................................................xi
TÓM TẮT..........................................................................................................................xii
Chương 1. TỔNG QUAN..................................................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................1
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI...................................................................................................2
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ......................................................................................2
1.4 GIỚI HẠN..................................................................................................................2
1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN........................................................................................................3
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .....................................................................................4
2.1 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG......................................................................................4
2.1.1 Tổng quan về module SIM800L..........................................................................4
2.1.2 Tổng quan về module Arduino Mega 2560.........................................................6
2.1.3 Tổng quan về module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11..............................12
2.1.4 Tổng quan về module cường độ sáng BH1750 .................................................17
2.1.5 Tổng quan về màn hình LCD 20x4 ...................................................................21
2.1.6 Tổng quan về tấm pin năng lượng mặt trời .......................................................28
2.1.7 Tổng quan về pin lion dự trữ năng lượng ..........................................................30
2.1.8 Tổng quan về Encoder .......................................................................................33
2.1.9 Module hạ áp LM2596 ......................................................................................35
2.1.10 Mạch sạc pin 3S...............................................................................................37
2.2 GIỚI THIỆU VỀ CHUẨN GIAO TIẾP ONE - WIRE............................................38
2.2.1 Giới thiệu giao tiếp One – Wire.........................................................................38
2.2.2 Cách thức hoạt động ..........................................................................................39

viii
2.3 GIỚI THIỆU VỀ CHUẨN GIAO TIẾP I2C ...........................................................40
2.3.1 Giới thiệu ...........................................................................................................40
2.3.2 Cách thức hoạt động ..........................................................................................43
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ......................................................................47
3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ...............................................................47
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .............................................................47
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống..............................................................................47
3.2.2 Tính toán thiết kế ...............................................................................................48
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch................................................................................55
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .............................................................................57
4.1 GIỚI THIỆU ............................................................................................................57
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG .........................................................................................58
4.2.1 Thi công bo mạch ..............................................................................................58
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra............................................................................................60
4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH.................................................................63
4.3.1 Đóng gói, thiết kế mô hình ................................................................................63
4.3.2 Thi công mô hình...............................................................................................63
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG........................................................................................65
4.4.1 Lưu đồ giải thuật................................................................................................65
4.4.2 Giới thiệu phần mềm lập trình hệ thống............................................................69
4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG THAO TÁC .....................................72
4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng.........................................................................72
Chương 5. KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ ........................................................73
5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC...........................................................................................73
5.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ...................................................................................74
5.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ..................................................................................79
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................................................80
6.1 KẾT LUẬN..............................................................................................................80
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN...........................................................................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................81
PHỤ LỤC .........................................................................................................................82

ix
LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình Trang
Hình 2.1 Sơ đồ chân module SIM800L...............................................................................4
Hình 2.2 Arduino Mega 2560..............................................................................................7
Hình 2.3 Sơ đồ chân Arduino Mega 2560.........................................................................10
Hình 2.4 Sơ đồ chân module DHT11................................................................................13
Hình 2.5 Cách thức hoạt động...........................................................................................14
Hình 2.6 Bit 0 ....................................................................................................................16
Hình 2.7 Bit 1 ....................................................................................................................16
Hình 2.8 Cách truyền bit....................................................................................................17
Hình 2.9 Đáp ứng quang phổ.............................................................................................18
Hình 2.10 Độ rọi – Kết quả đo lường................................................................................18
Hình 2.11 Hình ảnh thực tế module BH1750....................................................................19
Hình 2.12 Sơ đồ khối module BH1750 .............................................................................19
Hình 2.13 Hình ảnh thực tế LCD 20x4 .............................................................................22
Hình 2.14 Bảng mã kí tự ...................................................................................................25
Hình 2.15 Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời................................................................29
Hình 2.16 Cấu tạo bề mặt tấm pin năng lượng mặt trời....................................................29
Hình 2.17 Cấu tạo pin Li-ion.............................................................................................31
Hình 2.18 Quy trình nạp....................................................................................................32
Hình 2.19 Quy trình xả......................................................................................................33
Hình 2.20 Nguyên lý hoạt động encoder...........................................................................34
Hình 2.21 Module Encoder ...............................................................................................35
Hình 2.22 Module LM2596...............................................................................................36
Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý module LM2596....................................................................37
Hình 2.24 Mạch sạc 3S......................................................................................................37
Hình 2.25 Kết nối mạch sạc với pin ..................................................................................38
Hình 2.26 Cấu trúc địa chỉ của các thiết bị tớ theo chuẩn One - Wire..............................39
Hình 2.27 mô tả hoạt động của chuẩn One - Wire............................................................40
Hình 2.28 Cấu trúc trong mỗi giao dịch ( Transaction) ....................................................41
Hình 2.29 Điều kiện bắt đầu..............................................................................................42
Hình 2.30 Điều kiện kết thúc.............................................................................................43
Hình 2.31 Cách thức hoạt động.........................................................................................44
Hình 2.34 Cách thức hoạt đông.........................................................................................46
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống............................................................................................47

x
Hình 3. 2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ............................................................................49
Hình 3.3 Sơ đồ thiết kế SIM800L với Arduino.................................................................51
Hình 3.4 Sơ đồ thiết kế DHT11 với Arduino....................................................................52
Hình 3.5 Sơ đồ thiết kế BH1750 với Arduino...................................................................53
Hình 3.6 Sơ đồ thiết kế encoder với Arduino....................................................................54
Hình 3.7 Sơ đồ thiết kế khối hiển thị.................................................................................55
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ................................................................................56
Hình 4.1 Mạch in của mạch điện.......................................................................................58
Hình 4.2 Mạch PCB 3D lớp dưới......................................................................................59
Hình 4.3 Mạch PCB 3D lớp trên .......................................................................................59
Hình 4.4 Board mạch lớp dưới..........................................................................................62
Hình 4.5 Board mạch lớp trên ...........................................................................................62
Hình 4.6 Mặt hình nhìn từ trên xuống...............................................................................64
Hình 4.7 Mặt hình nhìn từ mặt bên ...................................................................................64
Hình 4.8 Lưu đồ chương trình chính.................................................................................66
Hình 4.9 Lưu đồ chương trình con kiểm tra tin nhắn........................................................67
Hình 4.10 Lưu đồ chương trình con tính vận tốc ..............................................................68
Hình 4.11 Lưu đồ chương trình con hiển thị LCD............................................................69
Hình 4.12 Phần mềm lập trình Arduino IDE.....................................................................70
Hình 4.13 Cách download phần mềm ...............................................................................71
Hình 4.14 Giao diện phần mềm.........................................................................................71
Hình 4.15 Vùng lệnh của phần mềm.................................................................................72
Hình 5.1 Sản phẩm thi công. .............................................................................................74
Hình 5.2 Gửi tin nhắn Gui để xem giá trị cảm biến ..........................................................75
Hình 5.3 Dữ liệu của cảm biến thu được...........................................................................76
Hình 5.4 Che cảm biến sáng và gió...................................................................................77
Hình 5.5 Thực nghiệm hệ thống........................................................................................78

xi
LIỆT KÊ BẢNG
Bảng Trang
Bảng 2.1 Tập lệnh AT điều khiển cuộc gọi.........................................................................5
Bảng 2.2 Tập lệnh AT điều khiển tin nhắn .........................................................................5
Bảng 2.3 Điều kiện vận hành của BH1750 .......................................................................17
Bảng 2.4 Điều kiện vận hành ............................................................................................18
Bảng 2.5 Kiến trúc tập lệnh...............................................................................................20
Bảng 2.6 Giải thích chế độ đo lường.................................................................................21
Bảng 2.7 Chức năng chân của LCD ..................................................................................22
Bảng 2.8 Chức năng chân RS và R/W ..............................................................................24
Bảng 2.9 Tập lệnh của LCD..............................................................................................25
Bảng 4.1 Liệt kê linh kiện .................................................................................................60
Bảng 5.1 Số liệu thực nghiệm ...........................................................................................78

xii
TÓM TẮT
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, công
nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan
trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp, cung cấp thông tin... Do
đó, là một sinh viên chuyên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử - Truyền Thông chúng
ta phải biết nắm bắt xu hướng và vận dụng những kiến thức đã được học để phát triển nó
một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói
chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử, truyền thông nói riêng. Bên cạnh đó còn là
sự thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước nhà.
Ngày nay công nghệ trở nên hiện đại, xu hướng mọi thứ điều sẽ được kết nối và điều
khiển giám sát thông qua mạng không dây. Với ý tưởng giải quyết những bất cập của giám
sát từ xa, nhóm chúng em xin đưa ra đề tài: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS
DÙNG NGUỒN PIN VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI”. Hệ thống có khả
năng nhận lệnh từ điện thoại phát ra tín hiệu.
Với đề tài này, nhóm hy vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các nhóm sau có thể mở
rộng, phát triển nữa. Nếu được điều chỉnh tốt, ý tưởng này kết hợp với ngôi nhà thông
minh, lĩnh vực thời tiết, chăn nuôi hay trồng trọt sẽ trở thành một hệ thống lớn đáp ứng
nhu cầu giám sát nâng cao đời sống tiện ích cho con người.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Cuộc sống ngày càng phát triển nhanh chóng và hiện đại hơn, những công nghệ mới
ngày càng được phát minh và phát triển để đưa vào phục vụ cuộc sống hằng ngày của con
người. Những ứng dụng của IoTs được sử dụng ngày càng rộng rãi và trong rất nhiều lĩnh
vực: nông nghiệp, y tế, giáo dục, ... nhằm mang lại sự tiện nghi, an toàn hơn cho người sử
dụng. Trong đó không thể không kể đến những dự án, nghiên cứu về lĩnh vực điều khiển
và giám sát thông minh với sự tiên tiến vượt trội.
Điều khiển và giám sát thông minh, là tích hợp các hệ thống như hệ thống điều khiển
và giám sát nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, cường độ gió, … thành một hệ thống nhất. Mỗi chức
năng của điều khiển và giám sát thông minh đều có khả năng tự vận hành hoặc dưới sự
điều khiển của người dùng, thông qua tin nhắn cung cấp nhiều chế độ sử dụng. Người dùng
có thể truy cập từ xa để kiểm tra báo và tắt hệ thống khi cần thiết, tự động gửi theo thời
gian cài đặt sẵn.
Vì thế hiện nay điều khiển và giám sát thông minh là một trong những đề tài công nghệ
ứng dụng được áp dụng trong rất nhiều dự án. Không chỉ hạn chế với những tính năng nêu
trên, ngày càng có nhiều nghiên cứu đề xuất phát triển hệ thống điều khiển và giám sát để
bám kịp theo sự phát triển của công nghệ, tối ưu hóa hiệu năng sử dụng cũng như giá cả
hợp lý.
Việc cung cấp các thông số qua SMS cho phép người dùng dễ dàng kiểm soát được
cũng như nhận biết được những cảnh báo một cách kịp thời nhất. Do đó, chúng em quyết
định thực hiện đề tài: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT
ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG NGUỒN PIN
VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI”. Đề tài ứng dụng công nghệ SMS phổ
biến trên nhiều thiết bị để điều khiển và giám sát. Với đề tài sử dụng thiết bị như vậy sẽ hạ
thấp được giá thành sản phẩm.

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Đồ án được nhóm nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng các kiến
thức đã được học ở trường giúp cho những nhu cầu điều khiển và giám sát trở nên tiện lợi
hơn. Vì vậy nhóm thiết kế “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT
NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG
NGUỒN PIN VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” với mong muốn đem
những kỹ thuật và công nghệ mới để làm đơn giản hóa việc giám sát, có thể giám sát dù ở
bất cứ nơi đâu. Thiết bị được tích hợp module sim 800L, encoder, nhiệt độ và độ ẩm
DHT11, cường độ sáng BH1750. Thiết bị được giám sát trực tiếp qua màn hình LCD hoặc
giám sát từ xa qua qua điện thoại nhờ tin nhắn SMS.
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 Nội dung 1: Tìm hiểu về module sim 800L, encoder, nhiệt độ và độ ẩm DHT11,
cường độ sáng BH1750.
 Nội dung 2: Tìm hiểu về pin năng lượng mặt trời và cách nạp cho pin từ pin năng
lượng mặt trời.
 Nội dung 3: Thiết kế và tính toán thiết kế mạch phần cứng.
 Nội dung 4: Thi công phần cứng, thử nghiệm và hiệu chỉnh phần cứng.
 Nội dung 5: Đánh giá kết quả thực hiện của mô hình.
 Nội dung 6: Viết báo cáo thực hiện.
 Nội dung 7: Bảo vệ luận văn.
1.4 GIỚI HẠN
 Hệ thống trung tâm: sử dụng board Arduino Mega 2560.
 Hệ thống cảm biến: gồm có cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, cường độ sáng, cường độ
gió.
 Nguồn năng lượng: pin năng lượng mặt trời và pin.
 Dùng tin nhắn SMS để giám sát gián tiếp hoặc trực tiếp qua màn hình LCD.

1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN
 Chương 1: Tổng Quan.
Chương này trình bày tổng quan, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu,
các giới hạn và bố cục đồ án.
 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống.
 Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống.
Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống.
 Chương 4: Thiết Kế Hệ Thống.
Thiết kế hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình.
 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.
Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ thống,
đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống.
 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.
Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng thời nếu
ra hướng phát triển cho hệ thống.

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.1.1 Tổng quan về module SIM800L
 Giới thiệu sơ lược về module SIM800L
Module SIM800L có khả năng nhắn tin SMS, nghe, gọi, GPRS, … như một điện thoại
nhưng có kích thước nhỏ nhất trong các loại module SIM (25 mm x 22 mm). Điều khiển
module sử dụng bộ tập lệnh AT dễ dàng, chân kết nối dùng rào đực thông dụng (male
hearder) chuẩn 100 mil.
 Thông số kỹ thuật
- Nguồn cấp: 3.7V đến 4.2V, có thể sử dụng với nguồn dòng thấp từ 500 mAh trở lên
(như cổng USB, nguồn từ board Arduino).
- Khe cắm sim: MICROSIM.
- Dòng khi ở chế độ chờ: 10 mA.
- Dòng khi hoạt động: 100 mA đến 1 A.
- Hỗ trợ 4 băng tần: GSM850MHz, EGSM900MHz, DSC1800MHz, PCS1900MHz.
Hình 2.1 Sơ đồ chân module SIM800L.
 Chức năng các chân của module SIM800L

- Chân NET: lắp anten, có thể dùng anten đi kèm hoặc anten mở rộng.
- Chân VCC: chân nguồn dương 4.2V.
- Chân GND: chân nguồn âm 0V.
- Chân RST: chân reset sử dụng khi khởi động lại module sim.
- Chân TXD: chân truyền UART TX.
- Chân RXD: chân nhận UART RX.
- Chân DTR: chân UART DTR.
- Chân RING: báo có cuộc gọi đến
- Chân SPKP, SPKN: ngõ ra âm thanh, kết nối với loa để phát âm thanh.
- Chân MICP, MICN: ngõ vào âm thanh, gắn thêm mirco để thu âm thanh.
 Tập lệnh AT điều khiển cuộc gọi
Bảng 2.1 Tập lệnh AT điều khiển cuộc gọi
Lệnh Mô tả
AT+CLIP=1<CR><LF> Hiển thị thông tin cuộc gọi đến.
ATD[số_điện_thoại];<CR><LF> Lệnh thực hiện cuộc gọi.
ATH<CR><LF> Lệnh thực hiện kết thúc cuộc gọi hoặc cúp
máy khi có cuộc gọi đến.
ATA<CR><LF> Lệnh thực hiện chấp nhận khi có cuộc gọi
đến.
 Tập lệnh AT điểu khiển tin nhắn
Bảng 2.2 Tập lệnh AT điều khiển tin nhắn
Lệnh Mô tả

AT+CMGF=1<CR><LF> Lệnh đưa SMS về chế độ Text,
phải có lệnh này mới gửi tin nhắn
dạng Text.
AT+CMGS=“Số_Điện_Thoại”<CR><LF> Đợi đến khi có kí tự ‘>’ được gửi
về thì đánh nội dung tin nhắn.
Lệnh gửi tin nhắn.
AT+CMGR=x<CR><LF> x là địa chỉ tin nhắn cần đọc.
Đọc một tin nhắn vừa gửi đến, lệnh
được trả về nội dung tin nhắn,
thông tin người gửi, thời gian gửi.
AT+CMGDA=“DEL ALL”<CR><LF> Xóa toàn bộ tin nhắn trong các hộp
thư.
AT+CNMI=2,2<CR><LF> Hiển thị nội dung tin nhắn ngay khi
có tin nhắn đến.
 Sau mỗi tập lệnh AT thường thấy <CR><LF> thực chất nó là hai mã điều khiển
<CR>tương ứng 0x0D (hexa), <LF> tương ứng 0x0A (hexa).
2.1.2 Tổng quan về module Arduino Mega 2560
 Giới thiệu sơ lược về module Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 là sản phẩm tiêu biểu cho dòng mạch Mega là dòng bo mạch có
nhiều cải tiến so với Arduino Uno (54 chân digital I/O và 16 chân anolog I/O). Đặc biệt bộ
nhớ Flash của Mega được tăng lên 1 cách đáng kể, gấp 4 lần so với những phiển bản cũ
của Uno R3. Điều này cùng với việc trang bị 3 timer và 6 cổng interrupt khiến cho bo mạch
Mega hoàn toàn có thể giải quyết được nhiều bài toán hóc búa, cần điều khiển nhiều loại
động cơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số cũng như tương tự.

Ngoài việc phát triển được ưu tiên, việc kế thừa cũng được đặc biệt lưu ý. Trên mạch
Mega các chân digital vẫn từ 0-13, analog từ 0-5 và các chân nguồn tương tự thiết kế của
Uno. Do vậy chúng ta dễ dàng phát triển nghiên cứu theo kiểu gắp ghép module từ Arduino
Uno bê sang Arduino Mega. Ngoài ra, ở phiên bản này, các nhà thiết kế đã mạnh dạn thay
đổi thiết kế. Để có được nhiều vùng nhớ và nhiều chân I/O hơn, một con chip khác đã thay
thế cho Atmega1280. Theo dòng phát triển của vi điều khiển nhúng, những dự án lớn cần
nhiều dung lượng Flash hơn. Do vậy, Arduino Mega ra đời với sứ mệnh giải những bài
toán như thế.
Hình 2.2 Arduino Mega 2560
- Vi điều khiển chính: Atmega2560.
- Điện áp hoạt động: 5VDC.
- Điện áp vào giới hạn: 6 – 20 VDC.
- Điện áp khuyên dùng: 7 – 12 VDC.
- Dòng ra tối đa (3.3V): 50 mA.
- Dòng ra tối đa trên mỗi chân I/O: 20 mA.
- Số chân digital: 54 (15 PWM).
- Số chân analog: 16.
- Giao tiếp UART: 4 bộ UART.

- Giao tiếp SPI: 1 bộ (chân 50 đến 53) dùng với thư viện SPI.
- Giao tiếp I2C: 1 bộ.
- Ngắt ngoài: 6 chân.
- Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8 KB sử dụng cho Bootloader.
- SRAM: 8 KB.
- EEPROM: 4 KB.
- Thạch anh: 16 MHz.
- Chân LED được tích hợp sẵn: chân 13.
 Nguồn cấp cho Arduino
Arduino Mega 2560 có thể được cấp nguồn bằng cổng USB hoặc nguồn ngoài và việc
chọn nguồn cấp diễn ra hoàn toàn tự động. Tức là ta có thể cấp cả 2 nguồn vào cùng lúc,
nếu nguồn ngoài không có hoặc quá bé thì nguồn Arduino sẽ lấy nguồn từ cổng USB và
ngược lại.
Nguồn ngoài có thể lấy từ adapter AC-DC thông qua jack cắm 3.5mm hoặc từ pin bằng
cách nối cực dương của pin vào chân Vin và cực âm vào chân GND. Dù cho ta dùng nguồn
nào thì điện áp cấp phải nằm trong khoảng 7 đến 12V theo khuyến cáo nhà sản xuất. Nếu
ta cấp nguồn dưới 7V thì chân 5V sẽ không cho ra đủ điện áp 5V, mạch sẽ thiếu ổn định.
Còn nếu cấp nguồn lớn hơn 12V vào thì IC ổn áp có thể nóng lên, làm hỏng cả board mạch.
Chân cấp nguồn gồm những chân sau:
- GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino. 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, 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 được đo ở chân này. 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 mà chỉ là tham chiếu điện áp hoạt động của vi xử lý.
 Các ngõ vào/ra (I/O pins) của Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 có tổng cộng 54 chân digital, mỗi chân đều có thể là ngõ vào
hoặc ngõ ra tùy theo ta lập trình. Chúng chỉ cho ra 2 mức điện áp là 0V hoặc 5V với
dòng vào ra là 20 mA ở điều kiện hoạt động được khuyến khích theo nhà sản xuất, tối
đa là 40mA. Nếu vượt qua ngưỡng 40mA này thì board mạch sẽ hư hỏng. Ngoài ra trên
mỗi chân digital còn có một điện trở nội kéo lên với giá trị từ 20-50 kΩ, mặc định điện
trở này sẽ không được kết nối với chân digital.

Hình 2.3 Sơ đồ chân Arduino Mega 2560
 USB Jack (Type B): kết nối để truyền dữ liệu, debug cho chương trình giữa Arduino
với máy tính. Ngoài ra cũng cấp nguồn cho Arduino hoạt động thông qua cổng này.
 Reset Button: nút nhấn đưa board mạch về chế đệ hoạt động ban đầu.
 Jack Power: cấp nguồn cho Arduino hoạt động.
 Một số chức năng chuyên biệt của các chân

- Serial: 0 (RX) và 1 (TX); Serial 1: 19 (RX) và 18 (TX); Serial 2: 17 (RX) và 16
(TX); Serial 3: 15(RX) và 14(TX). Được sử dụng để nhận dữ liệu nối tiếp TTL (RX)
và truyền (TX).
- Ngắt ngoài: 2 (interrupt 0), 3 (interrupt 1), 18 (interrupt 5), 19 (interrupt 4), 20
(interrupt 3) và 21 (interrupt 2). Những chân này dùng để kích hoạt ngắt khi chân
có mức điện áp thấp, cao, xung cạnh lên, xung cạnh xuống hoặc có sự thay đổi điện
áp.
- PWM: gồm 15 chân là các chân 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 44, 45, 46 cho
phép ta xuất ra xung PWM với độ phân giải 8 bit.
- SPI: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS). Ngoài các chức năng thông thường,
4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
- I2C: 20 (SDA), 21 (SCL). Hỗ trợ giao tiếp I2C bằng thư viện Wire.
- LED: một Led tích hợp trên board mạch đã được kết nối sẵn vào chân 13. Khi điện
áp trên chân này ở mức cao thì Led sẽ sáng và ngược lại Led sẽ tắt.
- AREF: đây là chân mà ta đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog.
Tức là nếu cấp điện áp 2.5V vào chân này thì ta có thể dùng các chân analog để đo
điện áp trong khoảng từ 0V đến 2.5V với độ phân giải là 10 bit.
Arduino Mega 2560 còn có 16 chân ngõ vào analog cung cấp độ phân giải tín hiệu 10
bit để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V đến 5V.
 Bộ nhớ
Arduino Mega 2560 được trang bị chip Atmega2560 đã tích hợp sẵn 256 KB dung
lượng bộ nhớ Flash, 8 KB bộ nhớ SRAM và 4 KB bộ nhớ EEPROM. Trong 256 KB bộ
nhớ Flash thì 8 KB dành cho bootloader, tức là ta chỉ có 248 KB để dành cho việc lưu
chương trình. Bộ nhớ SRAM có đặc điểm là mất dữ liệu khi mất điện nên dùng để lưu các
giá trị biến trong chương trình, còn bộ nhớ EEPROM thì không mất dữ liệu khi mất điện
nên là ta sẽ lưu các biến dữ liệu quan trọng vào bộ nhớ này để khi xảy ra sự cố về điện thì
mạch sẽ vẫn chạy đúng.

 Lập trình cho Arduino:
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng. Ngôn ngữ
này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung. Và Wiring lại là một
biến thể của C/C++. Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++.
Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự
án này đã cung cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là
Arduino IDE (Intergrated Development Environment).
2.1.3 Tổng quan về module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11
 Giới thiệu sơ lược về module
Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ
và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu duy
nhất). Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp bạn có được dữ liệu chính xác
mà không phải qua bất kỳ tính toán nào.
- Điện áp hoạt động: 3.3V đến 5V (DC).
- Dải nhiệt độ đo: 0°C ~ 50°C, sai số ± 2°C.
- Dải độ ẩm đo: 20% - 90% RH, sai số ± 5% RH.
- Tần số lấy mẫu: 1Hz, nghĩa là 1 giây DHT11 lấy mẫu một lần.
- Chuẩn giao tiếp: TTL, 1 – Wire.
- Dòng tối đa: 2.5mA.
- Kích thước: 28 x 12 x 10 mm.

Hình 2.4 Sơ đồ chân module DHT11
 Chức năng các chân của DHT 11
- Chân VCC: cực dương.
- Chân GND: cực âm.
- Chân DATA: chân tín hiệu.
 Nguyên lý hoạt động
Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2 bước:
- Gửi tín hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại.
- Khi đã giao tiếp với DHT11, cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độ đo
được.
Bước 1: gửi tín hiệu Start

Hình 2.5 Cách thức hoạt động
 MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong khoảng
thời gian > 18ms. Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt độ và
độ ẩm.
 MCU đưa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào.
 Sau khoảng thời gian là 20 - 40 µs, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp.
Nếu > 40 µs mà chân DATA không được kéo xuống thấp nghĩa là không
giao tiếp được với DHT11.
 Chân DATA sẽ ở mức thấp 80 µs sau đó nó được DHT11 kéo lên cao trong
80 µs. Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể biết được có giao tiếp
được với DHT11 không. Nếu tín hiệu đo được DHT11 lên cao, khi đó hoàn
thiện quá trình giao tiếp của MCU với DHT11.
Bước 2: Đọc giá trị trên DHT11
- DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 Byte. Trong đó:
 Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%).
 Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%).
 Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ (°C).
 Byte 4: giá trị phần thập phân của nhiệt độ (°C).
 Byte 5: kiểm tra tổng.

 Nếu Byte 5 = (Byte 1 + Byte 2 + Byte 3 + Byte 4) thì giá trị độ ẩm và
nhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa.
 Ví dụ như ta nhận được 40 bit (5 Byte) dữ liệu như sau:
0011 0101 0000 0000 0001 1000 0000 0000 0100 1101
Tính toán:
8 Bit Checksum (Byte 5) = 0011 0101 + 0000 0000 + 0001 1000 +
0000 0000 = 0100 1101
Độ ẩm: 0011 0101 = 35H = 53% RH (ở đây phần thập phân có giá trị
0000 0000, nên ta bỏ qua không tính phần thập phân)
Nhiệt độ: 0001 1000 = 18H = 24°C (ở đây phần thập phân có giá trị
0000 0000, nên ta bỏ qua không tính phần thập phân)
- Đọc dữ liệu: Sau khi giao tiếp được với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40
bit 0 hoặc 1 về MCU, tương ứng chia thành 5 byte kết quả của nhiệt độ và
độ ẩm
 Bit 0:

Hình 2.6 Bit 0
 Bit 1:
Hình 2.7 Bit 1
- Sau khi tiến hiệu được đưa về 0, ta đợi chân DATA của DHT11 được MCU
kéo lên 1. Nếu chân DATA là 1 trong khoảng 26 – 28 µs thì là bit 0, còn nếu
tồn tại 70 µs là bit 1. Do đó trong lập trình ta bắt sườn của chân DATA, sau
đó delay 50 µs. Nếu giá trị đo được là 0 thì ta đọc được bit 0, nếu giá trị đo
được là 1 thì ta đọc được là bit 1. Cứ như thế ta đọc các Bit tiếp theo.

Hình 2.8 Cách truyền bit
2.1.4 Tổng quan về module cường độ sáng BH1750
 Giới thiệu sơ lược về module
Cảm biến cường độ sáng là một loại cảm biến thuộc về cảm biến quang, hoạt động cảm
nhận ánh sánh dựa vào thiết bị cảm biến.
Cảm biến cường độ sáng BH1750 được sử dụng để đo cường độ sáng theo đơn vị lux
giao tiếp theo chuẩn I2C. Cảm biến có ADC nội và bộ tiền xử lý nên giá trị được trả ra là
giá trị trực tiếp cường độ sáng lux mà không phải qua bất kỳ xử lý hay tính toán nào.
- Dải đo: 1 – 65535 (Lux).
- Nguồn cung cấp: 3 VDC – 5 VDC.
- Độ phân giải ADC: 16 bit.
- Sự ảnh hưởng của tia hồng ngoại rất nhỏ.
- Đầu ra: I2C.
Bảng 2.3 Điều kiện vận hành của BH1750
Tham số Đại lượng đặc trưng Giới hạn Đơn vi
Nguồn cung cấp Vmax 5 V
Nhiệt độ hoạt động Topr -40~85 0
C
Nhiệt độ lưu trữ Tstg -40~100 0
C

Dòng chìm SDA Imax 7 mA
Nguồn phân tán Pd 260 mW
Bảng 2.4 Điều kiện vận hành
Tham số Đại lượng đặc trưng MIN TYP MAX Đơn vị
Điện áp Vcc Vcc 2.4 3.0 5 V
Điện áp tham chiếu
I2
C
Vdvi 1.65 - Vcc V
 Đặc điểm điện áp (Vcc = 3V, Vdvi = 3V, TA = 250
C, trừ khi có ghi chú
khác)
Hình 2.9 Đáp ứng quang phổ
Hình 2.10 Độ rọi – Kết quả đo lường

Hình 2.11 Hình ảnh thực tế module BH1750
 Chức năng các chân của module
- Chân VCC: chân cực dương.
- Chân GND: chân cực âm.
- Chân SCL và SDA: chân giao tiếp I2C.
 Cách thức hoạt động
Hình 2.12 Sơ đồ khối module BH1750
- Mô tả sơ đồ khối:

 PD: hình ảnh diode với phản ứng mắt xấp xỉ con người.
 AMP: kết hợp OPAMP để chuyển đổi từ dòng PD sang điện áp.
 ADC: chuyển đổi AD cho tiếp nhận dữ liệu kỹ thuật 16 bit.
 Logic + giao diện I2
C: Tính toán ánh sáng môi trường xung quanh và giao
diện BUS I2C.
 OSC: Máy dao động nội bộ (loại 320kHz). Nó là CLK cho logic nội bộ.
- Kiến trúc tập lệnh :
Bảng 2.5 Kiến trúc tập lệnh
Hướng dẫn Mã lệnh Chú thích
Tắt nguồn 0000_0000 Không có hoạt động
Bật nguồn 0000_0001 Chờ lệnh đo
Reset 0000_0111 Đặt lại giá trị thanh ghi dữ liệu.Thiết
lập lại lệnh là không thể chấp nhận
được trong chế độ tắt nguồn.
Giải quyết chế độ
cao liên tục
0001_0000 Bắt đầu đo ở độ phân giải 1lux.
Thời gian đo thường là 120ms.
cao liên tục 2
0001_0001 Bắt đầu đo ở độ phân giải 0.5lux.
thấp liên tục
0001_0011 Bắt đầu đo ở độ phân giải 4lux.
Giải quyết chế độ ở
1 mức thời gian cao
0010_0000 Bắt đầu đo ở chế độ phân giải 1lux
Thời gian đo thường là 120ms
Nó tự động cài đặt chế độ tắt nguồn
sau khi đo.
1 mức thời gian cao
2
0010_0001 Bắt đầu đo ở chế độ phân giải 0.5lux

sau khi đo.
1 khoảng thời gian
mức thấp
0010_0011 Bắt đầu đo ở chế độ 4lux.
sau khi đo.
Thay đổi thời gian
đo (Bit cao)
01000_MT[7,6,5] Thay đổi thời gian đo
Hãy tham khảo "điều chỉnh kết quả
đo lường cho ảnh hưởng của cửa sổ
quang học."
Thay đổi thời gian
đo (Bit thấp)
011_MT[4,3,2,1,0] Thay đổi thời gian đo
Hãy tham khảo "điều chỉnh kết quả
đo lường cho ảnh hưởng của cửa sổ
quang học."
Bảng 2.6 Giải thích chế độ đo lường
Chế độ đo Thời gian đo Độ phân giải
Giải quyết chế độ cao 2 Typ.120ms 0.5lux
Giải quyết chế độ cao Typ.120ms 1lux
Giải quyết chế độ thấp Typ.16ms 4lux
 Một số ví dụ về độ rọi của ánh sáng
- Vào buổi tối: 0.001 – 0.02 Lux
- Ánh trăng: 0.02 – 0.3 Lux.
- Trời nhiều mây trong nhà: 5 – 50 Lux.
- Trời nhiều mây ngoài trời: 100 – 1000 Lux.
- Ánh sáng cần thiết để đọc sách: 50 – 60 Lux.
2.1.5 Tổng quan về màn hình LCD 20x4
 Giới thiệu sơ lược về LCD

Là kiểu màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị chữ hoặc số trong bảng mã ASCII.
Màn hình sử dụng là màn hình text LCD 20x4 xanh dương, có khả năng hiển thị 4 dòng
với mỗi dòng 20 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, dễ sử dụng thích hợp cho
những người mới học và làm dự án.
- Điện áp hoạt động: 5V.
- Kích thước: 98 x 60 x 135 mm.
- Chữ trắng, nền xanh dương.
- Khoảng cách giửa hai chân 0.1 inch.
- Nhiệt độ hoạt động: -20 đến +70°C.
- Hiển thị: 20 ký tự x 4 dòng.
- Ngõ giao tiếp: 16 chân.
Hình 2.13 Hình ảnh thực tế LCD 20x4
 Chức năng chân
Bảng 2.7 Chức năng chân của LCD
Chân Ký hiệu Mô tả
1 VSS GND
2 VDD Nguồn cấp cho LCD
3 V0 Điều chỉnh độ tương phản

4 RS Chọn thanh ghi:
RS=0: chọn thanh ghi lệnh
RS=1: chọn thanh ghi dữ liệu
5 R/W Chọn thanh ghi đọc viết dữ liệu:
R/W=0: thanh ghi viết
R/W=1: thanh ghi đọc
6 E Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên
bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung
cho phép của chân E.
Ở chế độ ghi: dữ liệu ở bus LCD chuyển vào thanh ghi bên
trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition)
Ở chế độ đọc: dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi
phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và
được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.
7 - 14 DB0 – DB7 Chân truyền dữ liệu. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus
này:
Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit
MSB là bit DB7.
Chế độ 4 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 4 đường từ DB4
đến DB7, với bit MSB là bit DB7.
15 A Cực dương led nền
16 K Cực âm led nền
 Các thanh ghi
Chip HD44780 có 2 thanh ghi 8 bit quan trọng: thanh ghi lệnh IR (Instructor Register)
và thanh ghi dữ liệu DR (Data Register)
- Thanh ghi IR: để điều khiển LCD, người dùng phải ra lệnh thông qua 8 đường
bus DB0-DB7. Mỗi lệnh được nhà sản xuất LCD đánh địa chỉ rõ ràng. Người

dùng chỉ việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh ghi IR. Nghĩa
là, khi ta nạp vào thanh ghi IR một chuỗi 8 bit, chip HD44780 sẽ tra bảng mã
lệnh tại địa chỉ mà IR cung cấp và thực hiện lệnh đó.
- Thanh ghi DR: thanh ghi DR dung để chứa dữ liệu 8 bit để ghi vào vùng
RAM DDRAM hoặc CGRAM (ở chế độ ghi) hoặc dùng để chứa dữ liệu từ
2 vùng RAM này gởi ra MPU (ở chế độ đọc). Nghĩa là, khi MPU ghi thông
tin vào DR, mạch nội bên trong chíp sẽ tự động ghi thông tin này vảo
DDRAM hoặc CGRAM. Hoặc khi thông tin về địa chỉ được ghi vào IR, dữ
liệu ở địa chỉ này trong vùng RAM nội của HD44780 sẽ được chuyển ra DR
để truyền cho MPU.
 Bằng cách điều khiển chân RS và R/W chúng ta có thể chuyển qua lại giữa
2 thanh ghi này khi giao tiếp với MPU. Bảng sau đây tóm tắt lại các thiết lập
đối với hai chân RS và R/W theo mục đích giao tiếp.
Bảng 2.8 Chức năng chân RS và R/W
RS R/W Chức năng
0 0 Ghi vào thanh ghi IR để ra lệnh cho LCD
0 1 Đọc cờ bận ở DB7 và giá trị của bộ đếm địa chỉ ở DB0-DB6
1 0 Ghi vào thanh ghi DR
1 1 Đọc dữ liệu từ DR
 Cờ báo bận (Busy Flag)
Khi thực hiện các hoạt động bên trong chip, mạch nội bên trong cần 1 khoảng thời gian
để hoàn tất. Khi đang thực thi các hoạt động bên trong chip như thế, LCD bỏ qua mọi giao
tiếp với bên ngoài và bật cờ BF lên để báo cho MPU biết nó đang bận. Dĩ nhiên, khi xong
việc, nó sẽ đặt cờ BF lại mức 0.

Hình 2.14 Bảng mã kí tự
 Tập lệnh của LCD
Dưới đây là các tập lệnh của LCD
Bảng 2.9 Tập lệnh của LCD
Tên lệnh Hoạt động
Clear
Display
Mã lệnh DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
DBx = 0 0 0 0 0 0 0 1
Lệnh Clear Display (xóa hiển thị) sẽ ghi một khoảng trống-blank vào tất
cả ô nhớ trong DDRAM, sau đó trả bộ đếm địa AC=0, trả lại kiểu hiện
thị gốc nếu nó bị thay đổi. Nghĩa là: tắt hiển thị, con trỏ dời về góc trái
(hàng đầu tiên), chế độ tăng AC.
Return
home
DBx = 0 0 0 0 0 0 1 *
Lệnh Return home trả bộ đếm địa chỉ AC về 0, trả lại kiểu hiển thị gốc
nếu nó bị thay đổi. Nội dung của DDRAM không thay đổi.

Entry
mode set
DBx = 0 0 0 0 0 1 [I/D] [S]
I/D: Tăng (I/D=1) hoặc giảm (I/D=0) bộ đếm địa chỉ hiển thị AC 1 đơn
vị mỗi khi có hành động ghi hoặc đọc vùng DDRAM. Vị trí con trỏ cũng
di chuyển theo sự tăng giảm này.
S: Khi S=1 toàn bộ nội dung hiển thị bị dịch sang phải (I/D=0) hoặc
sang trái (I/D=1) mỗi khi có hành động ghi vùng DDRAM. Khi S=0:
không dịch nội dung hiển thị. Nội dung hiển thị không dịch khi đọc
DDRAM hoặc đọc/ghi vùng CGRAM.
Display
on/off
control
DBx = 0 0 0 0 1 [D] [C] [B]
D: Hiển thị màn hinh khi D=1 và ngược lại. Khi tắt hiển thị, nội dung
DDRAM không thay đổi.
C: Hiển thị con trỏ khi C=1 và ngược lại.
B: Nhấp nháy kí tự tại vị trí con trỏ khi B=1 và ngược lại.
Cursor or
display
shift
DBx = 0 0 0 1 [S/C] [R/L] * *
Lệnh Cursor or display shift dịch chuyển con trỏ hay dữ liệu hiển thị
sang trái mà không cần hành động ghi/đọc dữ liệu. Chi tiết sử dụng
xem bảng dưới đây:
S/C R/L Hoạt động
0 0 Dịch vị trí con trỏ sang trái
0 1 Dịch vị trí con trỏ sang phải
1 0 Dịch toàn bộ nội dung hiển thị sang trái, con trỏ
cũng dịch theo
1 1 Dịch toàn bộ nội dung hiển thị sang phải, con trỏ
cũng dịch theo
Function
set
Mã lệnh
DBx DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
DBx 0 0 0 [DL] [N] [F] * *
DL: Khi DL=1, LCD giao tiếp với MPU bằng giao thức 8 bit (từ bit
DB7 đến DB0). Ngược lại, giao thức giao tiếp là 4 bit (từ bit DB7 đến

bit DB0). Khi chọn giao thức 4 bit, dữ liệu được truyền/nhận 2 lần liên
tiếp, với 4 bit cao gởi/nhận trước, 4 bit thấp gởi/nhận sau.
N: Thiết lập hàng hiển thị.
F: Thiết lập kiểu kí tự.
Set
CGRAM
address
DBx = 0 1 [ACG][ACG][ACG][ACG][ACG][ACG]
Lệnh này ghi vào AC địa chỉ của CGRAM. Kí hiệu [AGG] chỉ 1 bit của
chuỗi dữ liệu 6 bit. Ngay sau lệnh này là lệnh đọc/ghi dữ liệu từ CGRAM
tại địa chỉ đã được chỉ định.
Set
DDRAM
address
DBx = 1 [AD][AD][AD][AD][AD][AD][AD]
Lệnh này ghi vào AC địa chỉ của DDRAM, dùng khi cần thiết lập tọa
độ hiển thị mong muốn. Ngay sau lệnh này là lệnh đọc/ghi dữ liệu từ
DDRAM tại địa chỉ đã được chỉ định.
Read BF
and
address
DBx = [BF][AC][AC][AC] [AC][AC][AC][AC]
Khi cờ BF bật, LCD đang làm việc và lệnh tiếp theo (nếu có) sẽ bị bỏ
qua nếu cờ BF chưa về mức thấp. Cho nên, khi lập trình điều khiển, bạn
phải kiểm tra cờ BF trước khi ghi dữ liệu vào LCD.
Khi đọc cờ BF, giá trị AC cũng được xuất ra các bit [AC]. Nó là địa chỉ
của CGRAM hay DDRAM là tùy thuộc vào lệnh trước đó
Write
data to
CGRAM
or
DDRAM
DBx = [Write data]
Khi thiết lập RS=1, R/W=0, dữ liệu cần ghi được đưa vào các chân
DBx từ mạch ngoài sẽ được LCD chuyển vào trong LCD tại địa chỉ
được xác định từ lệnh ghi địa chỉ trước đó.
Sau khi ghi, bộ đếm địa chỉ AC tự động tăng/giảm 1 tùy theo thiết lập
entry mode.
Read
data from
CGRAM
or
DDRAM
DBx = [Read data]
Khi thiết lập RS=1, R/W=1, dữ liệu từ CGRAM/DDRAM được chuyển
ra MPU thông qua các chân DBx.

Sau khi đọc, AC tự động tăng/giảm 1 tùy theo thiết lập Entry mode, tuy
nhiên nội dung hiển thị không bị dịch bất chấp chế độ Entry mode.
2.1.6 Tổng quan về tấm pin năng lượng mặt trời
 Cấu tạo và hoạt động của pin mặt trời Silic
Vật liệu xuất phát để làm pin Mặt trời silic phải là bán dẫn silic tinh khiết. Ở dạng tinh
khiết, còn gọi là bán dẫn ròng số hạt tải (hạt mang điện) là electron và số hạt tải là lỗ trống
(hole) như nhau.
Để làm pin Mặt trời từ bán dẫn tinh khiết phải làm ra bán dẫn loại n và bán dẫn loại p
rồi ghép lại với nhau cho nó có được tiếp xúc p - n.

Hình 2.15 Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời
Hình 2.16 Cấu tạo bề mặt tấm pin năng lượng mặt trời
Thực tế thì xuất phát từ một phiến bán dẫn tinh khiết tức là chỉ có các nguyên tử Si
để tiếp xúc p - n, người ta phải pha thêm vào một ít nguyên tử khác loại, gọi là pha tạp.
Nguyên tử Si có 4 electron ở vành ngoài, cùng dùng để liên kết với bốn nguyên tử Si gần
đó (cấu trúc kiểu như kim cương). Nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử phôt-pho P có 5
electron ở vành ngoài, electron thừa ra không dùng để liên kết nên dễ chuyển động hơn
làm cho bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện electron, tức là bán dẫn loại n (negatif
- âm). Ngược lại nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử bo B có 3 electron ở vành ngoài, tức
là thiếu một electron mới đủ tạo thành 4 mối liên kết nên có thể nói là tạo thành lỗ trống
(hole). Vì là thiếu electron nên lỗ trống mạng điện dương, bán dẫn pha tạp trở thành có tính
dẫn điện lỗ trống, tức là bán dẫn loại p (positif -dương). Vậy trên cơ sở bán dẫn tinh khiết
có thể pha tạp để trở thành có lớp là bán dẫn loại n, có lớp bán dẫn loại p, lớp tiếp giáp giữa

hai loạị chính là lớp chuyển tiếp p - n. Ở chỗ tiếp xúc p - n này một ít electron ở bán dẫn
loại n chạy sang bán dẫn loại p lấp vào lỗ trống thiếu electron, ở đó. Kết quả là ở lớp tiếp
xúc p-n có một vùng thiếu electron cũng thiếu cả lỗ trống, người ta gọi đó là vùng nghèo.
Sự dịch chuyển điện tử để lấp vào lỗ trống tạo ra vùng nghèo này cũng tạo nên hiệu thế gọi
là hiệu thế ở tiếp xúc p - n, đối với Si vào cỡ 0,6V đến 0,7V. Đây là hiệu thế sinh ra ở chỗ
tiếp xúc không tạo ra dòng điện được.
Nhưng nếu đưa phiến bán dẫn đã tạo lớp tiếp xúc p - n phơi cho ánh sáng mặt trời
chiếu vào thì photon của ánh sáng mặt trời có thể kích thích làm cho điện tử đang liên kết
với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống vì thiếu
electron, người ta gọi là photon đến tạo ra cặp electron - lỗ trống. Nếu cặp electron - lỗ
trống này sinh ra ở gần chỗ có tiếp p - n thì hiệu thế tiếp xúc sẽ đẩy electron về một bên
(bên bán dẫn n) đẩy lỗ trống về một bên (bên bán dẫn p). Nhưng cơ bản là electron đã nhảy
từ miền hoá trị (dùng để liên kết) lên miền dẫn ở mức cao hơn, có thể chuyển động tự do.
Càng có nhiều photon chiếu đến càng có nhiều cơ hội để electron nhảy lên miền dẫn từ đó
sinh ra điện năng.
 Thông số tấm pin năng lượng mặt trời sử dụng:
Tấm pin năng lương mặt trời dùng ở đây có công suất 10W, dòng 0.58A và điện áp
17.07V.
2.1.7 Tổng quan về pin lion dự trữ năng lượng
 Cấu tạo

Hình 2.17 Cấu tạo pin Li-ion
Cấu tạo một viên pin Li-ion hình trụ cơ bản gồm: Vỏ ngoài, cực dương, cực âm,
màng ngăn cách điện và dung môi.
Cực dương còn gọi là Cathod được cấu tạo từ Lithium cacbonat oxide (LiCo2). Có
cấu trúc phân tử bao gồm phân tử Oxide coban liên kết với nguyên từ Lithium. Khi có
dòng điện chạy qua, nguyên từ Lithium dể dàng tách khỏi câu trúc tạo thành ion dương
Lithium, Li+.
Cực âm (anode) cấu tạo từ graphene (than chì) có chức năng lưu giữ các ion
Lithium L+ trong tinh thể.
Màng ngăn cách điện (seperator) là mỏng làm bằng nhựa PE hoặc PP nằm giữa cực
dương và cực âm, có nhiều lỗ nhỏ có chức năng ngăn cách giữa cực dương và cực âm
nhưng vẫn cho các ion Li+ đi qua. Một số pin màng ngăn cách có khả năng khít lại khi
nhiệt độ cao, không cho Li+ đi qua.
Dung dịch điện phân: là chất lỏng chứa lấp đầy cực dương, cực âm và màng ngăn,
chứa LiPF6 và dung muôi hữa cơ, chứa rất ít nước ( thấp hơn 0.001%) vì Lithium tác dụng
với nước. Dung dịch có chức năng như vật dẫn các ion Li+ từ. Các lá dài được quấn lại
thành nhiều vòng, ép chặt với nhau, ở giữa chúng là dung dịch điện phân như hình. Lớp võ

bên ngoài thường làm bằng kim loại để nén chặt các lớp vật liệu bên trong. Pin còn được
trang bị lỗ thoát khí để tránh để pin nổ khi áp suất bên trong tăng cao.
Ngoài ra còn có lỗ thoát hơi (vent) để cân bằng áp suất tránh nổ, PTC là phần được
trang vị thêm cho pin, có chức năng giới hạn dòng điện theo nhiệt độ.
 Quá trình nạp:
Hình 2.18 Quy trình nạp
Khi gắn pin vào bộ sạc, bộ sạc sẽ nắn điện xoay chiều ở nguồn điện thông thường
thành điện một chiều và áp lên cực dương và âm của pin Li-ion. Lúc đó xảy ra quá trình
sạc.
Tại cực dương xảy ra hiện tượng điện phân khiến nguyên tử Li bị tách ra LiCo2 tạo
thành ion Li+. Dưới tác động của điện trường tạo ra do hiệu điện thế một chiều áp lên cực
dương và âm khiến các ion Li+ chuyển động từ cực dương sang cực âm và bị giữ lại trong
các mạng tinh thể cacbon tại cực âm.

Các ion L+ bắt đầu di chuyển từ cực dương sang âm khi điện áp sạc khoảng 3.7 V
do vậy các thiết bị sạc pin Li-ion thường duy trì điện áp sạc khoảng 3.7V cao nhất là 4.2V.
 Quy trình xả:
Hình 2.19 Quy trình xả
Trong quá trình sạc, sự di chuyển của ion Li+ từ cực dương sang cực âm khiến
hiệu điện thế hình thành giữa 2 cực. Khi nối một tải tiêu thụ vào giữa hai cực sẽ xuất hiện
dòng điện chạy qua tải và các ion Li+ cũng thoát ra khỏi các tinh thể cacbon ở cực âm và
chuyển động về cực dương.
Trong quá trính nạp hay xả đều sinh ra nhiệt nếu không được bảo vệ có thể gây
cháy. Ngoài ra nếu xả quá sâu cũng gây ảnh hưởng đến pin. Phần tới sẽ trình bày về các
vấn đề hạn chế của pin Li-ion và cách sử dụng pin hợp lý.
2.1.8 Tổng quan về Encoder
 Giới thiệu
Encoder có mục đích là dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, đĩa quay có thể là
bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc.

Encoder có 2 loại đó là: absolute encoder (encoder tuyệt đối) và incremental encoder
(encoder tương đối)
Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, xoay quang trục. Người ta dùng
một đèn Led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn Led không
chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn Led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên
kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng
chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn Led có chiếu qua lỗ hay không.
Khi trục quay, giả sử trên đĩa quay chỉ có 1 lỗ duy nhất, cứ mỗi lần con mắt thu nhận
được tín hiệu đèn Led, thì có nghĩa là đĩa quay đã quay được một vòng.
Hình 2.20 Nguyên lý hoạt động encoder
 Module encoder 100 xung

Hình 2.21 Module Encoder
- Đường kính ngoài: 22mm.
- Đường kính trong: 3.5mm.
- Độ dày: 0.3mm.
- Điện áp cung cấp: 5V.
- Kết nối: dây màu đỏ VCC, dây màu đen là GND, dây màu vàng và dây màu
xanh là dây tín hiệu.
2.1.9 Module hạ áp LM2596
Mạch giảm áp DC LM2596 4.5-50VDC 3A chịu đựng được điện áp đầu vào cao hơn
so với dòng LM2596 thông thường. Mạch nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng khi chỉ cần 2 chân
ngõ vào và 2 chân ngõ ra. Chỉ cần cấp nguồn vào 2 chân input+, input- và nhận nguồn ra
từ 2 chân output+ và output- và có thể điều chỉnh điện áp đầu ra tùy ý qua biến trở tinh
chỉnh.

Hình 2.22 Module LM2596
 Thông số kỹ thuật:
- Điện áp đầu vào: 4.5 → 50V.
- Điện áp đầu ra: 3 → 30V.
- Dòng điện ngõ ra: max 3A.
- Hiệu suất đầu ra: 92%.
- Dòng tĩnh: 6mA.
- Công suất đầu ra: 15W.
- Kích thước: 43.6 x 21.5 x 13.5mm.

Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý module LM2596
Khi cấp điện vào chân DC Input, dòng điện sẽ được đưa qua các tụ lọc nhiễu, sau
đó được đưa qua IC LM2596. Thông qua biến trở điều chỉnh ngõ vào của chân Feedback,
IC sẽ tạo điện áp tương ứng phụ thuộc vào giá trị biến trở và đưa điện áp ra chân Output
đưa ra ngoài.
2.1.10 Mạch sạc pin 3S
Mạch sạc bảo vệ nối tiếp 3 cell pin có chức năng sạc và bảo vệ 3 cell pin muốn mắc nối
tiếp. Ngoài ra mạch còn có chức năng ngắt khi sạc đầy, bảo vệ ngắn mạch, quá áp hoặc
dưới áp.
Hình 2.24 Mạch sạc 3S
- Điện áp cung cấp sạc: 12.6V.

- Điện áp ngắt khi sạc đầy mỗi cell: 4.25V – 4.35V.
- Điện áp ngắt khi pin yếu mỗi cell: 2.3V – 3V.
- Nhiệt độ hoạt động: -40 đến +50°C.
- Điều kiện bảo quản: -40 đến +80°C.
Hình 2.25 Kết nối mạch sạc với pin
2.2GIỚI THIỆU VỀ CHUẨN GIAO TIẾP ONE - WIRE
2.2.1 Giới thiệu giao tiếp One – Wire
Là chuẩn giao tiếp không đồng bộ và bán song công. Trên một đường tín hiệu có
thể gắn nhiều thiết bị tớ. Nhưng chỉ có một thiết bị chủ có thể kết nối đến đường tín hiệu
này. Đường dữ liệu khi ở trạng thái rãnh (không ghi/đọc dữ liệu) sẽ ở mức cao do vậy dây
truyền dữ liệu được kéo lên nguồn thông qua một điện trở. Các thiết bị tớ kết nối với cùng

một đường dây tín hiệu được phân biệt với nhau nhờ 64 bit địa chỉ này. Địa chỉ này được
chia làm ba phần chính:
Hình 2.26 Cấu trúc địa chỉ của các thiết bị tớ theo chuẩn One - Wire
2.2.2 Cách thức hoạt động
Tín hiệu trên bus 1 wire chia thành các khe thời gian 60 µs, 1 bit dữ liệu được truyền
trên bus dựa trên khe thời gian (time slots). Các thiết bị slave cho phép có thời gian nền có
một chút khác biệt từ thời gian nền danh nghĩa. Tuy nhiên đối với thiết bị master cần có bộ
định thời với độ chính xác cao, để đảm bảo giao tiếp đúng với các thiết bị salve có thời
gian nền khác biệt. Do đó rất quan trọng để tuân theo giới hạn thời gian mô tả trong các
phần sau.
Bốn thao tác hoạt động cơ bản của bus 1 wire là Reset/Presence, gửi bit 1, bửi bit 0,
và đọc bit. Thao tác byte như gửi byte và đọc byte dựa trên thao tác từng bit.
Gửi bit 1: Thiết bị master kéo bus xuống mức thấp trong khoảng 1 đến 15 µs. Sau
đó nhả bus cho đến hết phần còn lại của time.
Gửi bit 0: Kéo bus xuống mức thấp trong ít nhất 60 µs, với chiều dài tối đa 120 µs.
Lưu ý: Giữa các lần gửi bit (0 hoặc 1), phải có khoảng thời gian phục hồi bus tối
thiểu 1 µs.
Đọc bit: Thiết bị master kéo bus xuống mức thấp từ 0 – 15 µs. Khi đó thiết bị tớ sẽ
giữ bus ở mức thấp nếu muốn gửi bit 0, nếu muốn gửi bit 1 đơn giản là nhả bus. Bus nên
lấy mẫu 15 µs sau khi bus kéo xuống mức thấp.

Reset / Presence: Thiết bị master kéo bus xuống ít nhất là 8 khe thời gian (tức là 480
µs) và sau đó nhả bus. Khoảng thời gian bus ở mức thấp đó gọi là tín hiệu Reset. Nếu có
thiết bị slave gắn trên bus nó sẽ trả lời bằng tín hiệu Presence tức là thiết bị tớ sẽ kéo bus
xuống mức thấp trong khoảng thời gian 60 µs. Nếu không có tín hiệu Presence, thiết bị
master sẽ hiểu rằng không có thiết bị nào trên bus, và các giao tiếp sẽ không thể diễn ra.
Hình 2.27 mô tả hoạt động của chuẩn One - Wire
2.3GIỚI THIỆU VỀ CHUẨN GIAO TIẾP I2C
2.3.1 Giới thiệu
I2C là tên viết tắt của cụm từ tiếng anh “Inter – Integrated Circuit”. Nó là một giao
thức giao tiếp được phát triển bởi Philips Semiconductors để truyền dữ liệu giữa một bộ
xử lý trung tâm với nhiều IC trên cùng một board mạch chỉ sử dụng hai đường truyền tín
hiệu.
Đây là một giao thức giao tiếp nối tiếp đồng bộ. Nó có nghĩa là các bit dữ liệu được
truyền từng bit một theo các khoảng thời gian đều đặn được thiết lập bởi một tín hiệu đồng
hồ tham chiếu.

Dữ liệu được truyền giữa thiết bị Master và các thiết bị Slave thông qua một đường
dữ liệu SDA duy nhất, thông qua các chuỗi có cấu trúc gồm các số 0 và 1 (bit). Mỗi chuỗi
số 0 và 1 được gọi là giao dịch (transaction) và dữ liệu trong mỗi giao dịch có cấu trúc như
sau:
Hình 2.28 Cấu trúc trong mỗi giao dịch ( Transaction)
 Điệu kiện bắt đầu (Start Condition)
Bất cứ khi nào một thiết bị chủ / IC quyết định bắt đầu một giao dịch, nó sẽ chuyển
mạch SDA từ mức điện áp cao xuống mức điện áp thấp trước khi đường SCL chuyển
từ cao xuống thấp.
Khi điều kiện bắt đầu được gởi bởi thiết bị Master, tất cả các thiết bị Slave đều hoạt
động ngay cả khi chúng ở chế độ ngủ và đợi bit địa chỉ.

Hình 2.29 Điều kiện bắt đầu.
 Khối địa chỉ
Nó bao gồm 7 bit và được lấp đầy với địa chỉ của thiết bị Slave đến từ đó thiết bị
Master cần gửi / nhận dữ liệu. Tất cả các thiết bị Slave trên bus I2C so sánh các bit địa
chỉ này với địa chỉ của chúng.
 Bit Read / Write
Bit này xác định hướng truyền dữ liệu. Nếu thiết bị Master / IC cần gửi dữ liệu đến
thiết bị Slave, bit này được thiết lập là ‘0’. Nếu IC / Master cần nhận dữ liệu từ thiết bị
Slave, bit này được thiết lập là ‘1’.
 Bit ACK / NACK
ACK / NACK là viết tắt của Acknowledged/Not-Acknowledged. Nếu địa chỉ vật lý
của bất kỳ thiết bị Slave nào trùng với địa chỉ được thiết bị Master phát, giá trị của bit
này được set là ‘0’ bởi thiết bị Slave. Ngược lại, nó vẫn ở mức logic ‘1’ (mặc định).
 Khối dữ liệu

Nó bao gồm 8 bit và chúng được thiết lập bởi bên gửi, với các bit dữ liệu cần truyền
tới bên nhận. Khối này được theo sau bởi một bit ACK / NACK và được set thành ‘0’
bởi bên nhận nếu nó nhận thành công dữ liệu. Ngược lại, nó vẫn ở mức logic ‘1’.
Sự kết hợp của khối dữ liệu theo sau bởi bit ACK / NACK được lặp lại cho đến quá
trình truyền dữ liệu được hoàn tất.
 Điều kiện kết thúc (Stop Condition)
Sau khi các khung dữ liệu cần thiết được truyền qua đường SDA, thiết bị Master
chuyển đường SDA từ mức điện áp thấp sang mức điện áp cao trước khi đường SCL
chuyển từ cao xuống thấp.
Hình 2.30 Điều kiện kết thúc
2.3.2 Cách thức hoạt động
- Thiết bị Master gửi điều kiện bắt đầu đến tất cả các thiết bị Slave.
- Thiết bị Master gửi 7 bit địa chỉ của thiết bị Slave mà thiết bị Master muốn giao
tiếp cùng với bit Read/Write.

- Mỗi thiết bị Slave so sánh địa chỉ được gửi từ thiết bị Master đến địa chỉ riêng của
nó. Nếu địa chỉ trùng khớp, thiết bị Slave gửi về một bit ACK bằng cách kéo đường
SDA xuống thấp và bit ACK / NACK được thiết lập là ‘0’. Nếu địa chỉ từ thiết bị
Master không khớp với địa chỉ riêng của thiết bị Slave thì đường SDA ở mức cao
và bit ACK / NACK sẽ ở mức ‘1’ (mặc định).

- Thiết bị Master gửi hoặc nhận khung dữ liệu. Nếu thiết bị Master muốn gửi dữ liệu
đến thiết bị Slave, bit Read / Write là mức điện áp thấp. Nếu thiết bị Master đang
nhận dữ liệu từ thiết bị Slave, bit này là mức điện áp cao.
- Nếu khung dữ liệu được thiết bị Slave nhận được thành công, nó sẽ thiết lập bit
ACK / NACK thành ‘0’, báo hiệu cho thiết bị Master tiếp tục.

Hình 2.34 Cách thức hoạt đông
- Sau khi tất cả dữ liệu được gửi đến thiết bị Slave, thiết bị Master gửi điều kiện dừng
để báo hiệu cho tất cả các thiết bị Slave biết rằng việc truyền dữ liệu đã kết thúc.

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Đề tài nảy yêu cầu thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm, cường độ sáng và
gió. Khi soạn tin nhắn được đưa đến vi xử lý, thực hiện các lệnh. Cũng như từ vi xử lý đưa
dữ liệu sang điện thoại qua tin nhắn SMS và hiển thị dữ liệu lên màn hình LCD. Ở chương
này, sẽ tập trung tính toán thiết kế các khối cho hệ thống, dựa vào yêu cầu của đề tài từ đó
tính toán và lựa chọn các linh kiện và thiết bị phù hợp.
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
KHỐI XỬ LÝ TRUNG
TÂM
KHỐI
NGUỒN
KHỐI TRUYỀN VÀ
NHẬN
KHỐI HIỂN THỊ
KHỐI THU
THẬP
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống
Các khối sử dụng trong mạch:

Khối nguồn: cung cấp cho toàn mạch, trong đề tài này sử dụng 2 nguồn: 12VDC
cấp cho khối xử lý trung tâm, 5VDC cấp cho khối thu thập, khối hiển thị, khối truyền và
nhận.
Khối xử lý trung tâm: điều khiển mọi sự hoạt động của hệ thống theo chương trình
đã nạp sẵn. Nhận dữ liệu từ khối thu thập, xử lý rồi gửi tín hiệu đến khối hiển thị và khối
truyền và nhận nếu có yêu cầu.
Khối truyền và nhận: nhận dữ liệu từ tin nhắn của điện thoại để đưa đến khối xử
lý trung tâm sau đó khối xử lý trung tâm sẽ xử lý và gửi dữ liệu đến điện thoại thông qua
khối truyền và nhận.
Khối hiển thị: là màn hình LCD. Khối xử lý trung tâm sẽ gửi dữ liệu để hiển thị ra
khối hiển thi.
Khối thu thập: thu thập dữ liệu từ các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cường độ sáng và
gió đến khối xử lý trung tâm.
3.2.2 Tính toán thiết kế
a. Khối nguồn
 Lí do chọn sử dụng pin năng lượng mặt trời
Để đáp ứng yêu cầu hệ thống hoạt động độc lập và không phụ thuộc vào nguồn điện
lưới, đồng thời hệ thống phải có tính di động, linh hoạt trong nhu cầu sử dụng đòi hỏi hệ
thống phải có nguồn điện cung cấp đầy đủ và liên tục. Chính những yêu cầu đó, pin năng
lượng mặt trời đã thỏa mãn những điều kiện, do đó nhóm em chọn pin năng lượng mặt trời
làm nguồn duy trì cho hệ thống hoạt động.
 Lí do chọn nguồn gồm 3 cell pin 18650 mắc nối tiếp
Ban đầu, nhóm dự kiên chỉ dùng 2 cell pin 18650 mắc nối tiếp, ở điều kiện pin đầy
cho ra điện áp 8.4V vẫn đủ cho hệ thống hoạt động. Nhưng trong quá trình hoạt động kéo
dài liên tục, điện áp mỗi pin có thể giảm xuống 2.3V thì tổng điện áp còn lại là 4.6V. Với
điện áp như vậy không đủ cho hệ thống hoạt động ổn định, có thể gây hư hỏng các module

cảm biến, làm ảnh hưởng đến kết quả giám sát. Chính vì thế, nhóm chọn sử dụng 3 cell pin
mắc nối tiếp, dù điện áp mỗi pin giảm nhưng vẫn đủ điện áp cho hệ thống hoạt động liên
tục.
Bên cạnh đó, việc sử dụng 3 cell pin mắc nối tiếp cho ta thời gian sử dụng hệ thống kéo
dài hơn, đồng thời số lần sạc pin ít hơn, tuổi thọ pin dài, thời gian bảo trì sẽ cách xa hơn.
 Nguyên lý hoạt động khối nguồn
Pin năng lượng mặt trời tạo ra điện áp từ 17V – 21V tùy thuộc vào điều kiện ánh nắng
trong ngày. Nguồn điện này sẽ qua mạch hạ áp DC LM2596 giảm xuống điện áp 12.6V
đáp ứng đủ cho mạch sạc 3s với điện áp vào là 12.6V. Pin sẽ được sạc khi điện áp pin giảm
còn 2.3-3V và sạc đầy pin khi điện áp đủ 4.2V. Nguồn cung cấp cho hệ thống gồm 3 cell
pin 18650 mắc nối tiếp có điện áp 12.6V khi pin sạc đầy.
Hình 3. 2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn
 Tính toán thời gian sử dụng pin
Thống kê dòng tiêu thụ các module:
 Module Sim800L: 10 mA ở chế độ chờ.
 Module cường độ ánh sáng BH1750: 7 mA.
 Module nhiệt độ, độ ẩm DHT11: 2.5 mA.
 Module LCD: 0.5 mA.
 Module Encoder: 5 mA.

 Arduino Mega 2560: 0.5 mA.
Tính tổng dòng tiêu thụ: 25.5 mA = 0.0255 A.
Tính lượng điện năng tiêu thụ: P = U.I = 5 x 0.0255 = 0.1275 W.
Khả năng trữ điện của 1 cell pin 18650 là 1600 mAh cũng chính là khả năng trữ điện
của 3 cell pin 18650 mắc nối tiếp.
Điện áp 3 cell pin 18650 mắc nối tiếp: 4.2 x 3 = 12.6 V.
Dung lượng sử dụng của 3 cell pin mắc nối tiếp: 12.6 x 1.6 = 20.16 Wh.
Thời gian sử dụng 3 cell pin: 20.16 / 0.1275 = 158 h = 6.6 ngày.
 Tính toán thời gian sạc pin
Trước thực tế không cho phép vì thời gian sạc đầy 3 cell với nguồn cấp là pin năng
lượng mặt trời với dòng xả chỉ 0.58A là khá dài. Nên nhóm đã thực nghiệm trên một
mạch sạc có sẵn trên thị trường sạc cho 1 cell pin 18650 với nguồn ra là 4.2 V và 0.55 A.
Kết quả cho thấy thời gian sạc đầy 1 cell pin là 2.5 giờ. Do đó, nếu sạc cả 3 cell pin mắc
nối tiếp với dòng vào là 0.58 A với điều kiện cường độ nắng ổn định, ta sẽ có thời gian
sạc tương đương với 7.5 đến 8.5 giờ.
Tuy nhiên, trong quá trình sạc pin thì pin vẫn đang cấp nguồn cho hệ thống, kéo theo
thời gian sạc sẽ dài hơn.
b. Thiết kế khối xử lý trung tâm
Sau quá trình tìm hiểu về các thiết bị điều khiển cho hệ thống xử lý trung tâm cùng với
sự tư vấn và hỗ trợ của giáo viên hướng dẫn nên nhóm thực hiện đã quyết định chọn module
Arduino Mega 2560 để làm bộ xử lý trung tâm cho đề tài này. Với đặc điểm có thể tích
hợp nhiều ngoại vi với các chân I/O cần thiết cho đề tài.
c. Khối truyền và nhận

Ở khối truyền và nhận chúng em sử dụng module SIM800L. Module đáp ứng được
nhiều nhu cầu hiện nay như: nhắn tin, nghe, gọi, … Một số thông số cơ bản của module là:
- Nguồn cấp: 3.7V đến 4.2 VDC.
- Khe cắm sim: MICROSIM.
- Dòng khi ở chế độ chờ: 10 mA.
- Dòng khi hoạt động: 100 mA đến 1 A.
Hình 3.3 Sơ đồ thiết kế SIM800L với Arduino
d. Khối thu thập
 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm
Dùng cảm biến thường dùng đo được nhiệt độ và độ ẩm như DHT11. Cảm biến theo
chuẩn truyền One – Wire, gửi và nhận trên 1 dây. Các thông số cơ bản của cảm biến là:
- Điện áp hoạt động: 3.3V đến 5V (DC).

- Dòng điện: 2.5mA.
- Dải nhiệt độ đo: 0°C ~ 50°C, sai số ± 2°C.
- Dải độ ẩm đo: 20% - 90% RH, sai số ± 5% RH.
- Tần số lấy mẫu: 1Hz, nghĩa là 1 giây DHT11 lấy mẫu một lần.
Hình 3.4 Sơ đồ thiết kế DHT11 với Arduino
 Module cường độ sáng
Để đo đường độ sáng ta dùng module cường độ sáng BH1750. Module này được
dùng nhiều trên thị trường có thể đo cường độ sáng từ 1 đến 65535 lux. Một số thông số
module này:
- Dải đo: 1-65535 (Lux).

- Nguồn cung cấp: 3VDC-5VDC.
- Độ phân giải ADC: 16 bit.
- Đầu ra: I2C.
- Kích cỡ: 21*16*3.3 (mm).
Hình 3.5 Sơ đồ thiết kế BH1750 với Arduino.
 Cường độ gió
Ở phần cường độ gió này sẽ dùng encoder để tính toán tốc độ gió. Loại encoder
chọn là encoder 100 xung hỗ trợ 2 xung A, B với nguồn cấp 5V thích hợp cho các ứng
dụng điều khiển.
Để tính toán được tốc độ từ số xung thu được thì sử dụng theo công thức đó là:
 V = ω * R = 2𝜋𝑓 ∗ 𝑅
- V: vận tốc dài (m/s)

- ω: vận tốc góc (rad/s)
- R: bán kính (m)
- 𝑓 : số lần dao động toàn phần thực hiện trong 1 giây.
Hình 3.6 Sơ đồ thiết kế encoder với Arduino
e. Khối hiển thị
Để quan sát trực tiếp được các giá trị từ các cảm biến của hệ thống, ta sử dụng màn
hình LCD.

Hình 3.7 Sơ đồ thiết kế khối hiển thị
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
4.1 GIỚI THIỆU
Quá trình thi công để được một hệ thống hoàn chỉnh gồm các bước:
- Vẽ sơ đồ mạch in.
- Làm mạch in.
- Kiểm tra và chỉnh sửa mạch.
- Lắp ráp các mạch lại với nhau, hoàn thiện sản phẩm.

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG
4.2.1 Thi công bo mạch
Hình 4.1 Mạch in của mạch điện

Hình 4.2 Mạch PCB 3D lớp dưới
Hình 4.3 Mạch PCB 3D lớp trên

Sau khi in mạch ra board đồng, cần kiểm tra các đường dây có bị hở hay không?
Khi khoan lỗ để hàn chân linh kiện cũng phải dùng mũi khoan sao cho hợp lý với chân linh
kiện, điều này giúp linh kiện khi lắp vào mạch được chắc chắn, việc hàn linh kiện cũng dễ
dàng hơn.
 Bảng liệt kê linh kiện:
Bảng 4.1 Liệt kê linh kiện
STT Tên linh kiện Thông số, giá trị Số lượng
1 Arduino Mega 2560 𝑉𝐼𝑁 = 5𝑉 ~ 20𝑉 1
2 Màn hình LCD LCD 20x4 1
3 DHT11 3 chân 1
4 Module BH1750 𝑉𝐼𝑁 = 5𝑉 1
5 Biến trở 1kΩ 1
6 Module Sim 800L 𝑉𝐼𝑁 = 4.2𝑉 1
7 Encoder Loại 100 xung 1
8 Pin mặt trời 10W 1
9 Mạch hạ áp LM2956 1
10 Mạch sạc 3S 1
11 Pin Li-ion 𝑉𝑂𝑈𝑇 = 3.7𝑉 3
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra
Quy trình lắp ráp và kiểm tra mạch:
Bước 1: Rửa board đồng sạch sẽ bằng nước rửa mạch sau khi ủi mạch, phủ nhựa
thông để tránh oxy hóa và tiến hành khoan lỗ.
Bước 2: Dùng đồng hồ chỉnh thang đo điện trở x1 để kiểm tra ngắn mạch xem ngõ
vào 5V thông với các cảm biến và module chưa. Kiểm tra GND có nối nhau chưa.
Bước 3: Tiến hành khoan lỗ và tiếp tục kiểm tra.

Bước 4: Hàn tất cả các hàng rào, đầu bus vào board đồng. Đo kiểm tra các hàng rào,
đầu bus có kết nối với nhau như PCB hay không.
Bước 5: Gắn board Arduino mega 2560 vào mạch vừa hàn xong. Đo kiểm tra từng
chân từ arduino mega 2560 ra port đã kết nối hết chưa.
Bước 6: Gắn các module cảm biến DHT11, module BH1750, module SIM800L,
màn hình LCD, encoder vào mạch vừa hàn xong. Đo kiểm tra từng chân của các thiết bị đã
kết nối hết chưa.
Bước 7: Cuối cùng nạp chương trình và test chương trình đó có đạt như yêu cầu ban
đầu hay không.

Hình 4.4 Board mạch lớp dưới
Hình 4.5 Board mạch lớp trên

4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
4.3.1 Đóng gói, thiết kế mô hình
Sau khi kiểm tra mạch hoạt động tốt ta tiến hành đóng hộp thành mô hình. Bộ điều
khiển được đặt trong 1 hình hộp chữ nhật bằng mica trắng.
4.3.2 Thi công mô hình
Mô hình hoàn toàn bằng bìa mica

Hình 4.6 Mặt hình nhìn từ trên xuống
Hình 4.7 Mặt hình nhìn từ mặt bên

4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG
4.4.1 Lưu đồ giải thuật
 Lưu đồ chương trình chính
Dựa vào lưu đồ ta thấy hoạt động của hệ thống hoạt động rõ ràng. Khi bắt đầu quá
trình hoạt động thì sẽ thực hiện việc khởi tạo hệ thống. Kiểm tra hệ thống có được thiết lập
hay chưa.
Bộ xử lý trung tâm sẽ nhận giá trị của các cảm biến để đưa tới bộ hiển thị. Cũng như
nhận và xử lý tín hiệu từ điện thoại.

Hình 4.8 Lưu đồ chương trình chính
Sau khi bắt đầu chương trình sẽ cấu hình và thiết lập cho hệ thống. Tiếp theo chương
trình con kiểm tra tin nhắn có nhiệm vụ chính kiểm tra xem có tin nhắn và đúng cú pháp
không, nếu có thì gửi giá trị cảm biến đến điện thoại qua tin nhắn. Thực hiện tiếp các lệnh
đọc giá trị cảm biến và xung trong chương trình chính. Sau khi đọc đủ các giá trị cảm biến,
vận tốc chương trình và so sánh các giá trị cảm biến thay đổi hay không, nếu có thì xóa
màn hình LCD và gán các biến giá trị so sánh bằng các giá trị vừa đọc để so sánh cho lần
tiếp theo, chương trình con hiển thị LCD có nhiệm vụ hiển thị nội dung cứng không thay
đổi. Sau khi so sánh chương trình thực hiện chương trình con tính vận tốc. Tiếp đó lệnh
Bắt đầu
Cấu hình, thiết lập cho hệ
thống
Kiểm tra tin nhắn
Giá trị cảm biến, vận
tốc thay đổi
Xóa màn hình LCD
Gán giá trị so sánh
bằng giá trị đọc
Hiển thị LCD
Tính vận tốc
Đ
s
Đọc nhiệt độ, độ ẩm
Đọc cường độ sáng
Hiển thị giá trị nhiệt độ,
độ ẩm, cường độ gió,
cường độ sáng lên LCD

hiển thị các giá trị cảm biến, vận tốc có chức năng hiển thị các giá trị đọc được của cảm
biến: nhiệt độ, độ ẩm, cường độ sáng, cường độ gió ra màn hình LCD.
 Lưu đồ chương trình con kiểm tra tin nhắn
Bắt đầu
Khai báo kiểu dữ liệu
Đọc giá trị cảm biến
Có tin nhắn và
đúng cú pháp
Tính vận tốc
Kết thúc
Chuyển đổi kiểu dữ liệu
và gán
Gửi dữ liệu đến điện thoại
S
Đ
Hình 4.9 Lưu đồ chương trình con kiểm tra tin nhắn
Ban đầu ta sẽ khai kháo kiểu dữ liệu và đọc giá trị từ cảm biến. Sau khi đã đọc giá
trị cảm biến ta sẽ tính vận tốc gió, khi đã có đủ dữ liệu thu thập tiếp tục kiểm tra xem tin
nhắn có gửi đến không và có đúng như cú pháp hay không, nếu không thì chương trình kết
thúc và ngược lại nếu tin nhắn đến và đúng cú pháp ta sẽ chuyển đổi kiểu dữ liệu cảm biến

để gán cho các biến ta khai báo ban đầu và gửi dữ liệu đến điện thoại sau đó chương trình
kết thúc.
 Lưu đồ chương trình con tính vận tốc
Bắt đầu
Mỗi lần đếm
đúng đủ 1 giây
Tính vận tốc
Đặt số xung
encoder về 0
Kết thúc
Gán biến Time1 bằng
thời gian đếm hiện
tại
S
Đ
Hình 4.10 Lưu đồ chương trình con tính vận tốc
Sử dụng hàm thời gian có sẵn ở arduino để đếm thời gian. Sau mỗi 1 giây thì ta sẽ
tính vận tốc nhờ số xung thu được từ encoder, khi tính toán kết thúc ta đặt lại số xung
encoder về 0 và đếm lại, gán biến Time1 bằng giá trị thời gian đếm hiện tại đề ta so sánh
thời gian cho lần tiếp theo sau đó chương trình kết thúc.
 Lưu đồ chương trình con hiển thị LCD

Đề tài: Giám sát nhiệt độ, độ ẩm qua SMS dùng nguồn pin, HAY

Đề tài: Giám sát nhiệt độ, độ ẩm qua SMS dùng nguồn pin, HAY

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Đề tài: Giám sát nhiệt độ, độ ẩm qua SMS dùng nguồn pin, HAY

Similar to Đề tài: Giám sát nhiệt độ, độ ẩm qua SMS dùng nguồn pin, HAY (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Đề tài: Giám sát nhiệt độ, độ ẩm qua SMS dùng nguồn pin, HAY