Nhà thông minh (IT2) - part 1 - Bài giảng Cấu trúc dữ liệu và giải thuật | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

0.Helloword
Mọi thiết bị kết nối với máy tính thường hỗ trợ một phương pháp truyền số liệu là COM.
COM ra đời rất sớm, rất cơ bản và cho tới hiện nay vẫn còn phổ biến, như là trong các
thiết bị mạng, thiết bị IoT. Ngoài các phương tiện giao tiếp như không dây, internet... thì
COM dường như là một phương tiện liên lạc dự phòng cho những tình huống xấu. Ví dụ
nhà quản trị vô tình cấu hình thiết bị mạng tường lửa để chặn truy cập của chính mình,
khiên cho bản thân anh ta cũng không thể truy cập được nữa. Khi đó, nhà quản trị phải
tới tận nơi đặt thiết bị, kết nối máy tính của anh ta với tưởng lửa bằng COM và cấu hình lại cho đúng.
Khi kết nối COM, cần chú ý:
- Có 3 sợi dây, nối giữa 3 chân GND, TxD, RxD trên thiết bị IoT với 3 chân tương
ứng GND, RxD, TxD trên thiết bị COM của máy tính. Trong đó TxD là truyền đi, RxD là nhận về.
- Chọn đúng cổng COM trên máy tính. Có thể là COM3, COM4, COM9...
- Thiết lập tốc độ bit baud-rate của phần mềm COM trên máy tính giống hệt với baud-
rate của phần mềm trên thiết bị IoT. Tốc độ baud-rate có một số giá trị nhất định như 9600,19200..115200
Với các thiết bị IoT, COM vừa được dùng để truyền số liệu về cho máy tính, vừa thường
được các lập trình viên sử dụng để truyền thêm các thông tin chi tiết phục vụ phát hiện lỗi lập trình.
Video cài đặt và triển khai: https://www.youtube.com/watch?v=T68TEXuu9Z8 1. Đèn led
Nguồn: ĐÈN LED LÀ GÌ, CẤU TẠO VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐÈN LED (soholighting.vn)
LED được viết tắt từ light Light-Emitting-Diode, có nghĩa là đi ốt phát quang. Về bản chất
LED là một đi-ốt, nó chứa một chíp bán dẫn có pha các tạp chất để tạo ra một tiếp giáp
P-N, kênh P chứa lỗ trống, kênh N chứa điện tử, dòng điện truyền từ A-nốt( kênh P) đến
K-tốt (kênh N). Khi điện tử lấp đầy chỗ trống nó sinh ra bức xạ ánh sáng nhìn thấy.
Do cấu tạo của các chất bán dẫn khác nhau mà tạo ra ánh sáng có bước sóng khác
nhau. Hay nói cách khác là tạo ra ánh sáng đơn sắc có màu khác nhau.
Về cơ bản có 2 cách để tạo ra đèn LED ánh sáng trắng. Cách thứ nhất là phối hợp giữa 3
LED có màu cơ bản Red, Green, Blue (Năm 2014 ba nhà khoa học người Nhật đã được
nhận giải Nobel vật lý vì đã chế tạo ra LED phát ra ánh sáng blue. Sáng tạo này đã mở ra
cơ hội cho đèn LED ánh sáng trắng phát triển)
Cách thứ 2 là sử dụng bột phát quang và được kích thích bởi LED có bước sóng Blue để
tạo ra ánh sáng trắng. Đây là cách phổ biến hiện nay của LED ánh sáng trắng.
Để tạo ra chiếc đèn LED để chúng ta có thể sử dụng được, từ những con LED, người ta
phải thiết kế thành các modul LED, driver cho LED, thiết kế vỏ, phân bố quang, tản nhiệt
cho LED, lắp ráp, đánh giá thử nghiệm đạt tiêu chuẩn.
LED là sản phẩm công nghệ hết sức phức tạp. Do đó đòi hỏi các nhà sản xuất phải nắm
rõ công nghệ, đầu tư trang thiết bị bài bản mới có thể kiểm soát tốt được chất lượng
Đơn giản và hiệu quả nhất là mở example tương ứng trong bộ thư viện SOICT IoT Labs,
hoặc xem và tải về trực tuyến: Soict_IoT_Labs/examples/SH_Project1_LedBlink at master ·
neittien0110/Soict_IoT_Labs (github.com)
Mô phỏng thí nghiệm: https://www.tinkercad.com/things/7plEUosgQft
Video cài đặt và triển khai: https://www.youtube.com/watch?v=mdvJ7sRPIF0
Video tự lắp module đèn led trên breadboard (chung mã nguồn):
https://www.youtube.com/watch?v=BB16juA2Pcw
2. Đèn led và kỹ thuật điều khiển công suất PWM
Đơn giản và hiệu quả nhất là mở example tương ứng trong bộ thư viện SOICT IoT Labs,
hoặc xem và tải về trực
tuyến: https://github.com/neittien0110/Soict_IoT_Labs/tree/master/examples/SH_Projec t2_BreathingLight
Mô phỏng thí nghiệm: https://www.tinkercad.com/things/ePbdZ3xjD8d
Video nguyên lý: https://www.youtube.com/watch?v=B_Ysdv1xRbA 3a. Còi báo hiệu
Buzzer là một thiết bị tạo ra tiếng còi hoặc tiếng bíp.
- Có nhiều cách để chế tạo nhưng cơ bản nhất là buzzer áp điện, là một miếng phẳng
của vật liệu áp điện với hai điện cực. Loại buzzer này đòi hỏi phải có các bộ dao động
(hoặc vi điều khiển) để điều khiển nó, để tạo ra dao động sine. Trường hợp này gọi là còi
buzzer thụ động. Nói cách khác buzzer thụ động không tự tạo dao động. Loa dùng để phát nhạc là loại này.
- Được bổ sung thêm một mạch dao động đơn giản, còi buzzer chủ động chỉ cần cung
cấp điện là sẽ tự kêu. Rất dễ để tạo âm thanh, nhưng âm thanh đơn điệu. Vì vậy loại này
thường chỉ để báo hiệu sự cố.
Đơn giản và hiệu quả nhất là mở example tương ứng trong bộ thư viện SOICT IoT
Labs, hoặc xem và tải về trực
tuyến: Soict_IoT_Labs/examples/SH_Project3_PassiveBuzzer at master ·
neittien0110/Soict_IoT_Labs (github.com)
Mô phỏng thí nghiệm: https://www.tinkercad.com/things/aXmLFE3UbSC
Video cài đặt và triển khai: https://www.youtube.com/watch?v=zaHsK8vzCzg
Video điều khiển trực tiếp còi buzzer cắm trên breadboard:
https://www.youtube.com/watch?v=e1Lz5N2ydFE
3b. Còi báo hiệu phát nhạc
Cơ sở lý thuyết: https://www.youtube.com/watch?v=77h1JhD9Syw
Đơn giản và hiệu quả nhất là mở example tương ứng trong bộ thư viện SOICT IoT
Labs, hoặc xem và tải về trực
tuyến: https://github.com/neittien0110/Soict_IoT_Labs/tree/master/examples/SH_P roject3b_PassiveBuzzerSinging
Mô phỏng thí nghiệm: https://www.tinkercad.com/things/gl6IE65Kvel
Video lập trình với còi buzzer: https://www.youtube.com/watch?v=W5AApP9P-b0 4. Nút bấm
Nút bấm, giống trong môn vật lý hay gọi là khóa K, có 2 trạng thái là đóng mạch và hở
mạch giữa 2 đầu của nút bấm. Dựa trên đặc tính này có các cách phân loại như sau
• Nút bấm thường đóng: trạng thai nút luôn đóng mạch, nếu ai đó bấm nút thì mạch sẽ hở.
• Nút bấm thường mở: trạng thai nút luôn hở mạch, nếu ai đó bấm nút thì mạch sẽ đóng
hoặc cách phân loại như sau:
• Nút nhấn giữ: ai đó bấm thì khi nhả tay ra, trạng thái đó giữ nguyên. Tương tự như bút bi bấm
• Nút nhấn nhả: ai đó bấm thì khi nhả tay ra, nút quay trở lại trạng thái ban đầu luôn.
Ví dụ nút bấm có lò xo để kéo về vị trí ban đầu.
Liên quan tới công nghệ số: 2 trạng thái của nút bấm đóng/mở không hề liên quan tới
logic 0/1 sử dụng trong CNTT. Nhiều người hiểu nhầm rằng 0 là mở, và 1 là đóng mạch.
Thực tế là khi mạch đóng dòng điện sẽ chạy qua bất kể mức điện áp là 0V hay 5V, còn
khi hở mạch thì không có dòng điện hay nói đơn giản là bị mất điện tối om rồi.
Vì vậy, cần phải có một cách nào đó mắc mạch điện để sao cho 2 trạng thái đóng/mở
của nút bấm được qui đổi thành 2 mức điện áp cao/thấp, từ đó tương ứng với 2 mức
logic 0/1 của CNTT. Giải pháp là người ta sử dụng điện trở kéo lên (pull-up) hoặc (pull-
down) Xem thêm Khái niệm và tác dụng của điện trở treo (hoplongtech.com)
Liên quan tới module nút bấm trong bộ kit thí nghiệm: module đã có sẵn 1 nút bám và
1 điện trở treo để lập trình viên dễ dàng lắp mạch.
Đơn giản và hiệu quả nhất là mở example tương ứng trong bộ thư viện SOICT IoT
Labs, hoặc xem và tải về trực
tuyến: https://github.com/neittien0110/Soict_IoT_Labs/tree/master/examples/SH_P
roject4_ControllingLEDbyButtonModule
Mô phỏng thí nghiệm: https://www.tinkercad.com/things/cSBkAF2cham
Video cài đặt và triển khai: https://www.youtube.com/watch?v=PgbVHcHfCmQ 5. Rơ le (relay)
Đèn led muốn sáng phải được cung cấp năng lượng. Ở bài lab trước, năng lượng cho
bảng mạch Arduino cung cấp nên sẽ rất yếu. Trong trường hợp chúng ta muốn một
dàn gồm nhiều đèn led, nhiều động cơ công suất lớn thì phải điều khiển gián tiếp chúng
qua một thiết bị trung gian như là relay. Khi đó nguồn cấp cho đèn led hoặc các thiết bị
khác sẽ là nguồn năng lượng ngoài, chứ không phải là do Arduino cung cấp nữa. Relay là gì
Nguồn: https://3ce.vn/ro-le-la-gi-chuc-nang-va-cau-tao/
Rơ le (relay) là một chuyển mạch hoạt động bằng điện. Dòng điện chạy qua cuộn
dây của rơ-le tạo ra một từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi công tắc chuyển
mạch. Dòng điện qua cuộn dây có thể được bật hoặc tắt, vì thế rơ-le có hai vị trí chuyển mạch qua lại.
Rơ le được sử dụng phổ biến ở các bo mạch điều khiển tự động, chuyên dụng để đóng
cắt những cái dòng điện lớn mà những hệ thống mạch điều khiển không thể trực tiếp
can thiệp thì người ta sẽ sử dụng rơ le để đóng cắt dòng điện cao. rơ le có rất nhiều hình
dáng và kích thước và chân cắm khác nhau.
Đơn giản và hiệu quả nhất là mở example tương ứng trong bộ thư viện SOICT IoT
Labs, hoặc xem và tải về trực
tuyến: https://github.com/neittien0110/Soict_IoT_Labs/tree/master/examples/SH_P roject5_1-channelRelayModule
Mô phỏng thí nghiệm: https://www.tinkercad.com/things/3cVISMHuHWs
Video về relay1 kênh: https://www.youtube.com/watch?v=cx1y4nV1tYE 6. Cảm biến ánh sáng
Thành phần trung tâm của cảm biến ánh sáng là quang trở. Đúng như tên gọi, đây là
một dạng biến trở , nhưng thay vì dùng tay để điều chỉnh, ta sử dụng ánh sáng để điều chỉnh:
• ánh sáng chiếu vào càng mạnh thì điện trở càng thấp, tới mức vài chục Ohm
• ánh sáng chiếu vào càng yếu thì điện trở càng lớn, tới mức triệu Ohm.
Liên quan tới CNTT: Bởi vì mạch điện tử số sẽ xác định mức logic 0/1 theo mức điện áp,
nên cần phải qui đổi giá trị điện trở thành điện áp. Giải pháp là mắc mạch điện phân
áp với 1 điện trở cố định và 1 quang trở. Cần phải tính toán điện trở cố định cho phù hợp
để sao cho khi quang trở xuống thấp nhất (do ánh sáng chiếu mạnh) thì tổng trở toàn
mạch phải đủ lớn hạn chế dòng điện, tránh để chúng làm hỏng linh kiện. Vì thế, còn có
thể gọi điện trở cố định kia là điện trở hạn dòng (giới hạn dòng)
Ví du: mỗi chân pin của bộ xử lý Atmega trong board Arduino chỉ chịu mức dòng 40mA.
Điện áp hoạt động là 5V. Vậy Rtotal= 5V/40mA = 125 Ohm. Trái với suy nghĩ rằng điện
trở có thể mua với trị số thoải mái, thực tê ta không thể mua điện trở 125 Ohm được,
mà chỉ có một số mức nhất định như 110Ohm, 220Ohm, 1kOhm... Vì vậy thường người
ta sử dụng điện trở 220Ohm cho trường hợp này
Xem thêm chi tiết tại đây . Quang trở là gì? Cấu tạo, nguyên lý, ưu nhược điểm và một số
ứng dụng (dientusangtaovn.com)
Đơn giản và hiệu quả nhất là mở example tương ứng trong bộ thư viện SOICT IoT
Labs, hoặc xem và tải về trực
tuyến:https://github.com/neittien0110/Soict_IoT_Labs/tree/master/examples/SH_Pr oject6_PhotocellSensor
Mô phỏng thí nghiệm: https://www.tinkercad.com/things/8DtEBTuaqAD
Video giới thiệu module photocell: https://www.youtube.com/watch?v=tt9dVcsLZlQ 7. Động cơ servo
Video nguyên lý: https://www.youtube.com/watch?v=tHOH-bYjR4k
Đơn giản và hiệu quả nhất là mở example tương ứng trong bộ thư viện SOICT IoT
Labs, hoặc xem và tải về trực
tuyến: Soict_IoT_Labs/examples/SH_Project7_AdjustingMotorServoAngle at master ·
neittien0110/Soict_IoT_Labs (github.com)
Mô phỏng thí nghiệm: https://www.tinkercad.com/things/8ZYVs3sP5q9
Video cài đặt và triển khai: https://www.youtube.com/watch?v=KoMfkwA6fRI
Video nguyên lý 2: https://www.youtube.com/watch?v=g68khnZnJKM