LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Thiết kế và thi công mô hình
mái hiên tự động” là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Các số
liệu sử dụng phân tích trong đồ án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy
định. Các kết quả nghiên cứu trong đồ án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách
trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn.

Người cam đoan

Phạm Hữu


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,
đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s Võ Thị Bích Ngọc, người đã tận
tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các giảng viên trường Đại học Công nghệ
TPHCM nói chung, các giảng viên trong Bộ môn Điện tử viễn thông nói riêng đã
dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành,
giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong
suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều
kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành
đồ án tốt nghiệp.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017
Người cảm ơn

Phạm Hữu



2.1.1

Giới thiệu Arduino .................................................................................5

2.1.2

Giới thiệu Arduino Uno .........................................................................5

2.1.3

Sơ đồ chân Arduino ..............................................................................6

2.2

Giới thiệu về module sim800l .....................................................................8

2.2.1

Module sim800l ......................................................................................8

2.2.2

Một số chức năng sim800l .....................................................................9

2.2.3

Một số tập lệnh AT thông dụng...........................................................10

2.3


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .........................................................30

I


3.1 Sơ đồ khối.......................................................................................................30
3.1.1

Khối điều khiển trung tâm...................................................................30

3.1.2

Khối điều khiển động cơ ......................................................................31

3.1.3

Khối cảm biến mưa ..............................................................................32

3.1.4

Khối nhận tin nhắn ..............................................................................33

3.1.5

Khối cảm biến nhiệt .............................................................................33

3.1.6

Khối hiển thị LCD ................................................................................34


Lưu đồ giải thuật: ......................................................................................39

3.7

Code chương trình: ...................................................................................40

CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH .........................................................................44
4.1

Mạch in .......................................................................................................44

4.2

Mạch thi công .............................................................................................46

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.......................47
5.1

Kết luận ......................................................................................................47

5.2

Hướng phát triển đề tài .............................................................................47

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................48

II



Máy với máy.
Các thiết bị cầm tay.


DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Một số thông số kĩ thuật Arduino Uno...............................................6
Bảng 2.2. Chức năng từng chân của LCD 16x2………………………………….24
Hình 2.1. Một số chức năng các chân trên board mạch Arduino……………….5
Hình 2.2. Board Arduino Uno……………………………………………………….7
Hình 2.3. Module sim800l……………………………………………………..8
Hình 2.4. Sơ đồ chân sim800l…………………………………………………9
Hình 2.5. Chức năng chân kết nối sim800l……………………………………9
Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H………………………………………13
Hình 2.7. Mạch cầu H đóng mở công tắc làm đảo chiều động cơ DC………13
Hình 2.8. Sơ đồ tổng quát của một mạch cầu H sử dụng transistor BJT…….14
Hình 2.9. Mạch cầu H đóng mở công tắc làm động cơ DC quay thuận……..15
Hình 2.10. Mạch cầu H đóng mở công tắc làm động cơ DC quay ngược
chiều…………………………………………………………………………..16
Hình 2.11. Sơ đồ chân Chip mạch cầu H trong IC L293D…………………..17
Hình 2.12. Sơ đồ kết nối chân L293D với động cơ …………………………..18
Hình 2.13. Sơ đồ kết nối Arduino với mạch cầu H sử dụng chip L293D…….18
Hình 2.14. Module cảm biến mưa và nguyên lý……………………………...19
Hình 2.15. Sơ đồ chân và chức năng từng chân LM393……………………..21
Hình 2.16. Sơ đồ chân cảm biến nhiệt DTH11……………………………….22
Hình 2.17. Hình dáng của loại LCD thông dụng…………………………….23
Hình 2.18. Sơ đồ chân của LCD 16x2………………………………………..23
Hình 2.19. Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và
chế độ nhanh………………………………………………………………….26
Hình 2.20. Cấu tạo và chân relay……………………………………………28
Hình 2.21. Module relay 1 kênh……………………………………………...29

thông, cuộc sống con người ngày càng tiếp cận với các thiết bị công nghệ cao thì
khái niệm điều khiển các thiết bị từ xa đã xuất hiện, đã có nhiều công trình nghiên
cứu và các sản phẩm thực tế đã xuất hiện, tuy nhiên không phổ biến nhiều với mọi
người vì giá thành và độ phức tạp của hệ thống.
Do đó, để đáp ứng nhu cầu về ứng dụng công nghệ và điện tử vào đời sống,
đồng thời mong muốn được áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế nên nội
dung đồ án này sẽ trình bày thiết kế và thi công mô hình điều khiển mái hiên tự
động.
Giới hạn đề tài: do yêu cầu về thời gian và khả năng bản thân nên đề tài
được giới hạn giải quyết 3 vấn đề như sau:
 Điều khiển hệ thống qua module sim800l.
 Cảm biến mưa điều khiển hệ thống mái hiên.
 Cảm biến nhiệt điều khiển hệ thống (phun sương).
Mục đích nghiên cứu: mục đích nghiên cứu đồ án này thứ nhất là đáp ứng
yêu cầu làm đồ án tốt nghiệp hoàn thành chương trình học, thứ hai là vận dụng kiến
thức học được trong suốt 4 năm để nghiên cứu ứng dụng thực tế mạch điện tử vào
cuộc sống.

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1

Đặt vấn đề
Hiện nay với tốc độ phát triển mạnh của công nghệ, việc ứng dụng công nghệ

cao vào cuộc sống không chỉ dừng ở mức cung cấp thông tin, hay lưu trữ dữ liệu,
giải trí mà còn rộng rãi hơn trên nhiều lĩnh vực khác, trong đó quản lý và điều khiển
từ xa là một lĩnh vực cụ thể đang dần phổ biến.

tài theo hướng hệ thống.
+ Từ những phương án trên tôi quyết định chọn thực hiện đề tài bằng main
Adruino thiết kế sẵn.
1.3
-

Mục đích, yêu cầu của đề tài
Mục đích: thiết kế mô hình điều khiển mái hiên tự động, hệ thống giám sát
và điều khiển từ xa được thiết kế gồm các thành phần sau:
 Main chính để điều khiển.
 Modele sim800l giám sát và điều khiển động cơ.
 Mạch cầu H thực hiện chức năng điều khiển động cơ.
 Hệ thống các relay để điều khiển đóng mở hệ thống phun sương.
 Các cảm biến mưa và cảm biến nhiệt.

-

Yêu cầu:
 Điều khiển và giám sát hệ thống qua module sim800l.
 Điều khiển mái hiên qua cảm biến mưa và cảm biến nhiệt độ điều
khiển hệ thống phun sương đồng thời đóng mở mái hiên.
 Giá thành của hệ thống vừa phải và dễ dàng lắp đặt.

1.4
-

Giới hạn của đề tài
Do hạn chế về thời gian nghiên cứu nên đề tài chỉ giới hạn giải quyết các vấn
đề như sau: giám sát hệ thống qua module sim800l, điều khiển thiết bị từ xa
bằng module sim800l, đóng mở hệ thống, đồng thời điều khiển phun sương

Giới thiệu Arduino
Arduino thật ra là một board mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác

với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác.
Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực
kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay
cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình. Điều làm nên hiện tượng Arduino
chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm.

Hình 2.1. Một số chức năng các chân trên board mạch Arduino
2.1.2
Giới thiệu Arduino Uno
Arduino Uno là sử dụng chip Atmega328. Nó có 14 chân digital I/O, 6 chân
đầu vào (input) analog, thạch anh dao động 16Mhz. Một số thông số kỹ thuật được
trình bày trong bảng 2.1

5


Bảng 2.1. Một số thông số kĩ thuật Arduino Uno

2.1.3
Sơ đồ chân Arduino
a. USB (1).
Arduino sử dụng cáp USB để giao tiếp với máy tính. Thông qua cáp USB ta
có thể Upload chương trình cho Arduino hoạt động, ngoài ra USB còn là nguồn
cho Arduino.
b. Nguồn (2 và 3 ).
Khi không sử dụng USB làm nguồn thì chúng ta có thể sử dụng nguồn ngoài
thông qua jack cắm 2.1mm ( cực dương ở giữa ) hoặc có thể sử dụng 2 chân Vin và

7


I2C: Arduino hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn I2C. Các chân A4 (SDA) và A5
(SCL) cho phép ta giao tiếp giữa Arduino với các linh kiện có chuẩn giao tiếp là
I2C.
e. Reset (7): dùng để reset Arduino.
2.2

Giới thiệu về module sim800l
2.2.1
Module sim800l
- SIM800L là một sản phẩm của công ty SIMCom sản xuất. Nó là một module
GSM/GPRS cực kỳ nhỏ gọn, được thiết kế cho thị trường toàn cầu.
SIM800L hoạt động được ở 4 băng tần GSM 850MHz, EGSM 900MHz,
DCS 1800MHz và PCS 1900MHz như là một loại thiết bị đầu cuối với một
Chip xử lý đơn nhân, tăng cường các tính năng quan trọng dựa trên nền vi xử
lý ARM926EJ-S. Kích thước sim nhỏ gọn (18.8mm x 16.8 mm), đáp ứng
những yêu cầu về không gian trong các ứng dụng M2M điện thoại thông
minh, PDA và các thiết bị di động khác.

Hình 2.3. Module sim800l
-

SIM800l được sử dụng trong đồ án này để làm module SIM800l, có kết nối
với sim điện thoại di động làm GSM modem. Module SIM800l sẽ kết nối với
các thiết bị khác.

 Các thông số cơ bản của SIM800l:
-


Một số chức năng sim800l

Hình 2.5. Chức năng chân kết nối sim800l
 Chức năng của từng chân:
-

VCC: Nguồn vào 3.7 - 4.2 VDC

-

TX: Chân truyền Uart TX

-

RX: Chân truyền Uart RX

-

DTR: Chân Uart DTR, thường không xài

9


-

Output to speaker +: Ngõ ra dương của âm thanh

-


theo. Dải tần tự động cho phép từ 1200bps đến 115200bps.
-

TXD: Gửi dữ liệu tới đường tín hiệu RXD của DTE.

-

RXD: Nhận dữ liệu từ đường tín hiệu TXD của DTE.

-

DBG_TXD: Gửi dữ liệu tới đường tín hiệu RXD của DTE.

-

DBG_RXD: Nhận dữ liệu từ đường tín hiệu TXD của DTE.

2.2.3
Một số tập lệnh AT thông dụng
- Các lệnh AT là các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển một modem. AT
là một cách viết gọn của chữ Attention. Mỗi dòng lệnh của nó bắt đầu với
“AT” hay “at”. Đó là lí do tại sao các lệnh Modem được gọi là các lệnh AT.
Nhiều lệnh của nó được sử dụng để điều khiển các modem quay số sử dụng
dây nối (wired dial-up modems), chẳng hạn như ATD (Dial), ATA
(Answer), ATH (Hool control) và ATO (return to online data state), cũng
được hỗ trợ bởi các modem GSM/GPRS và các điện thoại di động.
-

Bên cạnh bộ lệnh AT thông dụng này, các modem GSM/GPRS và các điện
thoại di động còn được hỗ trợ bởi một bộ lệnh AT đặc biệt đối với công nghệ

sóng radio (AT+CSQ), mức sạc pin và trạng thái sạc pin (AT+CBC).
+ Thiết lập một kết nối dữ liệu hay kết nối voice tới một remote điều
khiển (ATD, ATA,..)

-

Gửi và nhận fax (ATD, ATA,AT+F*)

-

Gửi (AT+CMGS, AT+CMSS), đọc (AT+CMGR, AT+CMGL), viết
(AT+CMGW) hay xóa tin nhắn SMS (AT+CMGD) và nhận các thông báo
của các tin nhắn SMS nhận được mới nhất (AT+CNMI).

-

Đọc (AT+CPBR), viết (AT+CPBW) hay tìm kiếm (AT+CPBF) cá mục về
danh bạ điện thoại (phonebook).

11


-

Thực thi các nhiệm vụ liên quan tới an toàn, chẳng hạn như mở hay đóng các
khóa chức năng (AT+CLCK), kiểm tra xem một chức năng được khóa hay
chưa (AT+CLCK) và thay đổi password (AT+CPWD).

-


di động có sử dụng GPRS và các modem GPRS với lệnh +CGSMS (tên lệnh
ở dạng text: Select Service for MO SMS Messages). Nhưng nếu tổng đài
mạng điện thoại không hỗ trợ quá trình truyền dẫn SMS thông qua GPRS, thì
ta không thể sử dụng chức năng này được.

2.3

Giới thiệu mạch cầu H L293D đảo chiều động cơ
 Mạch cầu H là gì?
- Xét một cách tổng quát, mạch cầu H là một mạch gồm 4 "công tắc" được
mắc theo hình chữ H.

12


Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H
-

Bằng cách điều khiển 4 "công tắc" này đóng mở, ta có thể điều khiển
được dòng điện qua động cơ cũng như các thiết bị điện tương tự.

Hình 2.7. Mạch cầu H đóng mở công tắc làm đảo chiều động cơ DC
-

Bốn "công tắc" này thường là Transistor BJT, MOSFET hay relay. Tùy
vào yêu cầu điều khiển khác nhau mà người ta lựa chọn các loại "công
tắc" khác nhau.

 Mạch cầu H dùng transistor BJT
- Mạch cầu H dùng transistor BJT là loại mạch được sử dụng khá thông


Nhớ lại rằng:
-

Transistor BJT loại NPN mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng điện
áp ở cực Collector, trong mạch đang xét hiện tại là 12V.

14


-

Transistor BJT loại PNP mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng 0V.

Với 2 cực điều khiển và 2 mức tín hiệu HIGH/LOW tương ứng 12V/0V cho mỗi
cực, có 4 trường hợp xảy ra như sau:
 A ở mức LOW và B ở mức HIGH
-

Ở phía A, transistor Q1 mở, Q3 đóng. Ở phía B, transistor Q2 đóng, Q 4
mở. Dó đó, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn 12V đến Q1, qua
động cơ đến Q4 để về GND. Lúc này, động cơ quay theo chiều thuận.

Hình 2.9. Mạch cầu H đóng mở công tắc làm động cơ DC quay thuận
 A ở mức HIGH và B ở mức LOW
-

Ở phía A, transistor Q1 đóng, Q3 mở. Ở phía B, transistor Q2 mở, Q 4
đóng. Dó đó, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn 12V đến Q2,
qua động cơ đến Q3 để về GND. Lúc này, động cơ quay theo chiều


Dòng ra cực đại: 1.2A

-

Dải nhiệt độ hoạt động: -40 ~ 150oC

16


Hình 2.11. Sơ đồ chân Chip mạch cầu H trong IC L293D
L239D là một chip tích hợp 2 mạch cầu H trong gói 16 chân. Tất cả các
mạch kích, mạch cầu đều được tích hợp sẵn. L239D có điện áp danh nghĩa cao
(lớn nhất 36V) và dòng điện danh nghĩa lớn nhất 1.2A nên rất thích hợp cho các
các ứng dụng công suất nhỏ như các động cơ DC loại nhỏ và vừa. Vì là loại “all in
one” nên là lựa chọn hoàn hảo cho những người chưa có nhiều kinh nghiệm làm
mạch điện tử.
Có 2 mạch cầu H trên mỗi chip L293D nên có thể điều khiển 2 đối tượng chỉ
với 1 chip này. Mỗi mạch cầu bao gồm 1 đường nguồn Vs (thật ra là đường chung
cho 2 mạch cầu), một đường current sensing (cảm biến dòng), phần cuối của mạch
cầu H không được nối với GND mà bỏ trống cho người dùng nối một điện trở nhỏ
gọi là sensing resistor.

17


Hình 2.12. Sơ đồ kết nối chân L293D với động cơ
Động cơ sẽ được nối với 2 đường OUT1, OUT2 (hoặc OUT3, OUT4 nếu
dùng mạch cầu bên phải). Một chân En (EnA và EnB cho 2 mạch cầu) cho phép
mạch cầu hoạt động, khi chân En được kéo lên mức cao, mạch cầu sẵn sàng hoạt