TRANG BÌA

i


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
----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


 Nội dung 6: Viết báo cáo thực hiện.
 Nội dung 7: Bảo vệ luận văn.
i


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:

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

ThS. Nguyễn Đình Phú

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ii


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
----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

(22/10 – 28/10)
Tuần 4

Tìm hiểu về module Arduino Mega 2560, module
DHT11.
Tìm hiểu Về module SIM800L

(29/10 – 04/11)
Tuần 5

Tìm hiểu về encoder

(05/11 – 11/11)
Tuần 6
(12/11 – 18/11)
Tuần 7

Tìm hiểu về pin mặt trời và cách sạc cho pin từ pin mặt
trời

Tiến hành lập trình phần mềm cho hệ thống

(19/11 – 25/11)
iii


Tuần 8

Tiến hành lập trình phần mềm cho hệ thống


iv


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

v


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

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
vii


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

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 2.32 Cách thức hoạt động ......................................................................................... 45
Hình 2.33 Cách thức hoạt động ......................................................................................... 45
Hình 2.34 Cách thức hoạt đông ......................................................................................... 46
Hình 2.35 Cách thức hoạt động ......................................................................................... 46
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................................ 47
ix


Hình 3. 2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ............................................................................ 49
Hình 3.3 Sơ đồ thiết kế SIM800L với Arduino ................................................................. 51

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

xi


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

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.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

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,

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.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


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).


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.

Bảng 2.2 Tập lệnh AT điều khiển tin nhắn
Lệnh

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Mô tả

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lệnh đưa SMS về chế độ Text,

AT+CMGF=1<CR><LF>

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.
x là địa chỉ tin nhắn cần đọc.

AT+CMGR=x<CR><LF>

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>

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
 Thông số kỹ thuật
-

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.


-

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.

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.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

11


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 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

-

Dòng tối đa: 2.5mA.

-

Kích thước: 28 x 12 x 10 mm.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

12