Table of Contents
1. Linh kiện cần thiết làm mạch cảm biến âm thanh giao tiếp Arduino
1.1 Vi điều khiển Arduino Uno Âm thanh giao tiếp Arduino
a. Giới thiệu
Arduino Uno R3 (Dip) có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).Các chức năng khác
Arduino Uno R3 là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc. Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau. Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…Dựa trên nền tảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây dựng cho mình một dự án nhanh nhất ( lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…).
Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit.
Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu của máy tính rất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt.
Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền sản xuất, … 
b. Chức năng của Arduino R3:
- 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
- Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.
Các chức năng khác
- Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). 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.
- LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
- Arduino Uno R3 có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit. Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
c.Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 (Dip)
| Datasheets | Atmega328 |
| Standard Package | 27 |
| Category | Integrated Circuits (ICs) |
| Family | Embedded – Atmel |
| Series | Atmega |
| Packaging | Tube |
| Core Processor | AVR |
| Core Size | 8-Bit |
| Speed | 16MHz |
| Connectivity | I²C, SPI, UART / USART, USB |
| Peripherals | Brown-out Detec t/ Reset, HLVD, POR, PWM, WDT |
| Number of I /O | 14 |
| Program Memory Size | 32KB |
| Program Memory Type | FLASH |
| EEPROM Size | 1KB |
| RAM Size | 2K |
| Voltage – Supply (Vcc/Vdd) | 4.2 V ~ 5.5 V |
| Data Converters | A/D 6 x 10bit |
| Oscillator Type | Internal |
| Operating Temperature | -40°C ~ 85°C |
| Package / Case | 28-SOIC (0.295″, 7.50mm Width) |
| Other Names | Atmega328 |
d. Power
- LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).
- VIN: Chân này dùng để cấp nguồn ngoài (điện áp cấp từ 7-12VDC).
- 5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 500mA).
- 3V3: Điện áp ra 3.3V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 50mA).
- GND: Là chân mang điện cực âm trên board.
- IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO và có thể đọc điện áp trên chân IOREF. Chân IOREF không dùng để làm chân cấp nguồn.
e.Bộ nhớ
Vi điều khiển ATmega328:- 32 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB.
- 2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá trị các biến khai báo sẽ được lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM. Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
- 1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn.
f. Các chân đầu vào và đầu ra
Trên Board Arduino Uno có 14 chân Digital được sử dụng để làm chân đầu vào và đầu ra và chúng sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Giá trị điện áp trên mỗi chân là 5V, dòng trên mỗi chân là 20mA và bên trong có điện trở kéo lên là 20-50 ohm. Dòng tối đa trên mỗi chân I/O không vượt quá 40mA để tránh trường hợp gây hỏng board mạch. Ngoài ra, một số chân Digital có chức năng đặt biệt:- Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Được sử dụng để nhận dữ liệu (RX) và truyền dữ liệu (TX) TTL.
- Ngắt ngoài: Chân 2 và 3.
- PWM: 3, 5, 6, 9 và 11 Cung cấp đầu ra xung PWM với độ phân giải 8 bit bằng hàm analogWrite ().
- SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI bằng thư viện SPI.
- LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).
- TWI/I2C: A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
1.2 Cảm biến Âm thanh giao tiếp Arduino
a. Giới thiệu
Âm thanh giao tiếp Arduino là một loại module được sử dụng để nhận biết âm thanh. Nói chung, module này được sử dụng để phát hiện cường độ của âm thanh. Các ứng dụng của module này chủ yếu bao gồm công tắc, bảo mật, và giám sát. Độ chính xác của cảm biến này có thể được thay đổi để dễ sử dụng. Cảm biến này sử dụng một micrô để cung cấp đầu vào cho bộ đệm, bộ dò đỉnh và bộ khuếch đại. Cảm biến này thông báo âm thanh và xử lý tín hiệu điện áp o / p tới bộ vi điều khiển. Sau đó, nó thực hiện xử lý theo yêu cầu. Cảm biến này có khả năng xác định mức độ tiếng ồn trong phạm vi DB’s hay decibel ở tần số 3 kHz 6 kHz trong khoảng tai người cảm nhận. Trong điện thoại thông minh, có một ứng dụng Android cụ thể là máy đo decibel được sử dụng để đo mức độ âm thanh.
b. Thông số kỹ thuật
Các thông số kỹ thuật của cảm biến âm thanh bao gồm- Phạm vi của điện áp hoạt động là 3.⅗ V
- Dòng hoạt động là 4 ~ 5 mA
- Mức tăng điện áp 26 dB ((V = 6V, f = 1kHz)
- Độ nhạy của micrô (1kHz) là 52 đến 48 dB
- Trở kháng của micrô là 2,2k Ohm
- Tần số của micrô là 16 đến 20 kHz
- Tỷ lệ tín hiệu trên tiếng ồn là 54 dB
c. Chức năng các chân
- Chân 1 (VCC): 3.3V DC đến 5V DC
- Chân 2 (GND): Đây là chân nối mass
- Chân 3 (DO): Đây là chân đầu ra
d. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của cảm biến này liên quan đến tai người. Bởi vì tai người bao gồm một cơ hoành và chức năng chính của cơ hoành này là sử dụng các rung động và biến đổi thành tín hiệu. Còn đối với cảm biến này, nó sử dụng một micrô và chức năng chính của nó là sử dụng các rung động và biến đổi thành dòng điện hoặc điện áp. Nói chung, nó bao gồm một màng ngăn được thiết kế bằng nam châm được xoắn bằng dây kim loại. Khi tín hiệu âm thanh chạm vào màng ngăn, nam châm bên trong cảm biến rung và đồng thời dòng điện có thể được kích thích từ các cuộn dây.e. Ứng dụng
Cảm biến này có thể được sử dụng để xây dựng các mạch điện tử khác nhau với sự trợ giúp của bo Arduino. Ví dụ: mạch sử dụng cảm biến âm thanh, về cơ bản, cảm biến này giống như đôi tai cho Arduino. Trong mạch này, một micrô có thể được gắn vào một chân analog của bo. Mạch này có thể được sử dụng để thông báo mức độ tiếng ồn trong môi trường xung quanh. Các cảm biến âm thanh hỗ trợ các nền tảng như Arduino, Raspberry Pi, BeagleBone Wio và LinkIt ONE. Cảm biến này đóng một vai trò thiết yếu để kích hoạt ánh sáng trong văn phòng hoặc trong nhà bằng cách phát hiện tiếng còi hoặc tiếng vỗ tay.- Hệ thống an ninh cho văn phòng hoặc nhà riêng
- Mạch gián điệp
- Tự động hóa trong gia đình
- Người máy
- Điện thoại thông minh
- Nhận dạng âm thanh xung quanh
- Bộ khuếch đại âm thanh
- Nhận dạng mức âm thanh (không có khả năng thu được giá trị dB chính xác)
1.3 Relay kích đèn 220v cho mạch cảm biến âm thanh giao tiếp Arduino
a. Giới thiệu
Rơ le (relay) là một công tắc chuyển đổi, dùng để đóng cắt mạch điều khiển, nó hoạt động bằng điện. Nó là một công tắc vì có 2 trạng thái ON và OFF. Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không.
b. Thông số kỹ thuật
- Điện áp điều khiển: 5V
- Dòng điện cực đại: 10A
- Thời gian tác động: 10ms
- Thời gian nhả hãm: 5ms
- Nhiệt độ hoạt động: -45oC ~ 75oC
2. Hướng dẫn đồ án Âm thanh giao tiếp Arduino vỗ tay bật đèn 220v qua Relay
Chỉ mang tính tham khảoPhần cứng
Phần mềm
int sound_sensor = 7;
int relay = 4;
int clap = 0;
long detection_range_start = 0;
long detection_range = 0;
boolean status_lights = false;
void setup() {
pinMode(sound_sensor, INPUT);
pinMode(relay, OUTPUT);
}
void loop() {
int status_sensor = digitalRead(sound_sensor);
if (status_sensor == 0)
{
if (clap == 0)
{
detection_range_start = detection_range = millis();
clap++;
}
else if (clap > 0 && millis()-detection_range >= 50)
{
detection_range = millis();
clap++;
}
}
if (millis()-detection_range_start >= 400)
{
if (clap == 2)
{
if (!status_lights)
{
status_lights = true;
digitalWrite(relay, HIGH);
}
else if (status_lights)
{
status_lights = false;
digitalWrite(relay, LOW);
}
}
clap = 0;
}
}3. Hoạt động của mạch cảm biến Âm thanh giao tiếp Arduino
Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển hiển thị thông tin ban đầu. lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu từ module cảm biến âm thanh. Nếu nhận 2 lần liên tiếp trong thời gian quy định thì sẽ đảo trạng thái đèn, nếu nhận một lần vượt thời gian cho phép thì hệ thống tự rest về ban đầu.4. Hoạt động mạch cảm biến Âm thanh giao tiếp Arduino các bạn xem video:
Ngoài ra còn nhiều Phần và các môn khác
Đồ án điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 1 Mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 2 Thiết kế mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 3 Vi xử lý, Lập trình vi điều khiển Pic – 8051 – Avr – Phần 4 Tổng hợp File ĐỒ ÁN Điện tử cơ bản Tổng hợp File ĐỒ ÁN Viễn thông Tổng hợp File ĐỒ ÁN PLC Tổng hợp File ĐỒ ÁN Cung cấp điện
Sẽ còn các phần khác nữa nhé.
Chúc các bạn thành công…!!!
