Table of Contents
1. Linh kiện cần thiết làm mạch đọc cảm biến chuyển động thân nhiệt PIR giao tiếp Arduino
1.1 Vi điều khiển Arduino trong mạch đọc cảm biến chuyển động thân nhiệt PIR 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 chuyển động thân nhiệt PIR giao tiếp Arduino
a. Giới thiệu
- Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR giao tiếp Arduino (Passive infrared sensor) HC-SR501 được sử dụng để phát hiện chuyển động của các vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại (con người, con vật, các vật phát nhiệt,…), cảm biến có thể chỉnh được độ nhạy để giới hạn khoảng cách bắt xa gần cũng như cường độ bức xạ của vật thể mong muốn, ngoài ra cảm biến còn có thể điều chỉnh thời gian kích trễ (giữ tín hiệu bao lâu sau khi kích hoạt) qua biến trở tích hợp sẵn.
b. Thông số kỹ thuật cảm biến PIR giao tiếp Arduino
- Điện áp hoạt động: 5V ~ 12V DC ( khuyên dùng: 5V)
- Dòng điện tiêu thụ: 65mA
- Điện áp đầu ra: mức cao 3,3V, mức thấp 0V
- Thời gian trễ: Điều chỉnh (0,3 giây ~ 18 giây)
- Phạm vi cảm ứng: góc quyét < 100° và xa 7m
- Nhiệt độ hoạt động: -20°C ~ +80°C
- Kích thước mạch: 32 * 24mm, lỗ vít 28mm, đường kính vít 2 mm, nắp cảm ứng (đường kính): 23mm
- Chế độ hoạt động:+ (H) Lặp lại: Khi phát hiện một chuyển động ngõ ra sẽ ở mức cao (3.3V), sau một khoảng thời gian (được chỉnh bằng biến trở) ngõ ra sẽ xuống mức thấp (0V). Ở chế độ này, khi ngõ ra lên mức cao, dù người đó đã đi khỏi hay chưa thì sau một thời gian mới xuống lại mức thấp.+ (L) Không lặp lại: Khi phát hiện một chuyển động ngõ ra sẽ ở mức cao (3.3V) và giữ nguyên trạng thái. Khi người đó đi ra khỏi phạm vi hoạt động của cảm biến thì sau một khoảng thời gian (được chỉnh bằng biến trở) ngõ ra xuống mức thấp (0V).
c. Nguyên lý hoạt động cảm biến PIR giao tiếp Arduino
Khi con người hoặc động vật tới gần vùng làm việc của cảm biến sẽ phát ra năng lượng nhiệt dưới dạng bức xạ hồng ngoại, từ đó thấu kính Fresnel hội tụ các tia hồng ngoại đưa vào cảm biến nhiệt điện.
Cảm biến HC-SR501 phát hiện chuyển động dựa trên sự thay đổi bức xạ hồng ngoại từ vật thể chuyển động. Để được cảm biến HC-SR501 phát hiện, đối tượng phải đáp ứng hai điều kiện:- Đang chuyển động hoặc đang lay động
- Đang phát ra tia hồng ngoại
d. Ứng dụng cảm biến PIR
Chúng ta cùng thực hiện một mạch ứng dụng nhỏ bằng cách sử dụng Arduino và cảm biến PIR. Trong mạch ứng dụng này, cảm biến PIR phát hiện bất kỳ chuyển động nào phía trước nó và gửi tín hiệu đến Arduino. Khi phát hiện đội tượng đang di chuyển, Arduino sẽ kích hoạt Relay mở đèn. Mạch này rất đơn giản, mục đích là đưa ra ý tưởng về cách giao tiếp giữa cảm biến PIR với Arduino và cách chúng ta có thể sử dụng dữ liệu từ cảm biến PIR và điều khiển các thiết bị đầu ra khác hoặc tải như module GSM, còi,….1.3 Relay kích đèn 220v cho mạch cảm biến PIR giao tiếp Arduino bật đèn
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 cảm biến PIR giao tiếp Arduino bật đèn 220v qua Relay
Chỉ mang tính tham khảoPhần cứng
Phần mềm
int sensorPin = 2; // Chân 2 của Arduino kết nối với cảm biến int pirState = LOW; //Bắt đầu không có báo động int val = 0; int relayPin = 3; //Chân 3 của Arduino kết nối với rơ-le void setup() { pinMode(sensorPin, INPUT); pinMode(relayPin, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { val = digitalRead(sensorPin); // đọc giá trị ngõ vào if (val == HIGH) { // kiểm tra ngõ vào có ở mức CAO không digitalWrite(relayPin, HIGH); // bật rơ-le delay(150); if (pirState == LOW) { Serial.println(“Phat hien chuyen dong!”); pirState = HIGH; } } else { digitalWrite(relayPin, LOW); // tắt rơ-le delay(150); if (pirState == HIGH) { Serial.println(“Khong phat hien chuyen dong!”); pirState = LOW; } } }
2. Hoạt động của mạch đọc cảm biến chuyển động thân nhiệt PIR 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 cảm biến PIR trả về, Khi nhận tín hiệu vi điều khiển kiểm tra để kít hoạt bật hoặc tắt đèn theo yêu cầu đã được lập trình.3. Cụ thể hoạt động của mạch đọc cảm biến chuyển động thân nhiệt PIR 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…!!!
