đồ án thiết kế hệ thống kéo rèm tự động ứng dụng smartphone

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

Giáo viên hướng dẫn : Th.S Trịnh Thuý Hà Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Anh Lớp : KTĐCNK18A Mã sinh viên: DTC19H513030017

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2024

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông Thái Nguyên và các thầy cô giáo trong Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi

lời cảm ơn đến cô Trịnh Thúy Hà đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em

trong suốt quá trình làm báo cáo tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với cô em không ngừng tiếp thu thêm được nhiều kiến thức bổ ích, học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc và hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học và công tác sau này.

Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp.

Thái nguyên, tháng năm 2024

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Việt Anh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Những nội dung trong đồ án này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của giảng viên Ths Trịnh Thúy Hà và nghiên cứu trên Internet, sách báo, các tài liệu trong và ngoài nước có liên quan, không sao chép hay sử dụng bài làm của bất kỳ ai khác Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan của mình trước quý thầy cô và nhà trường.

Thái nguyên, tháng năm 2024

Ths Trịnh Thúy Hà Nguyễn Việt Anh

1.1.1.Lợi ích của rèm cửa thông minh 5

1.1.2 Các dạng rèm cửa tự động phổ biến hiện nay 6

1.1.3 Lưu ý khi sử dụng rèm cửa tự động 7

1.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống rèm tự động 8

1.3 Chuẩn giao tiếp 10

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG NGUYÊN LÝ VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG 14

2.1.Nguyên lý hoạt động 14

2.2.Sơ đồ khối 14

2.3 Linh kiện sử dụng 15

2.3.1 Arduino nano 15

2.3.2 Giới thiệu cảm biến mưa 21

2.3.3 Giới thiệu công tắc hành trình 22

2.3.4 Giới thiệu động cơ DC 27

2.3.5 Giới thiệu mạch điều khiển L293 29

2.3.6.Giới thiệu LCD 16x2 38

2.3.7 Modul ESP8266 40

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 44

3.1 Thiết kế hệ thống 44

3.1.1 Thiết kế khối nguồn 44

3.1.2.Thiết kế khối cảm biến 45

3.1.3.Thiết kế khối điều khiển động cơ 46

3.1.4 Nguyên lý hoạt động 48

3.2 Sơ đồ nguyên lý 48

3.3 Lưu đồ thuật toán 50

3.4.Thiết lập phần mềm điều khiển Blynk 54

3.5 Xây dựng mạch in 60

3.5 Kết luận và đánh giá 62

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 66

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KÉO RÈM1.1.Giới thiệu rèm tự động

Rèm từ động là một loại rèm cửa thông minh có khả năng hoạt động hoàn toàn tự động nhờ vào động cơ đi kèm bên trong giúp người dùng dễ dàng điều khiển hơn thông qua ứng dụng hoặc giọng nói so với các loại rèm truyền thống trước đây.

1.1.1.Lợi ích của rèm cửa thông minh

Được điều khiển từ xa

Với các loại rèm truyền thống thì bạn cần phải dùng tay mỗi khi muốn thu hay kéo dài rèm ra nhưng với các loại rèm tự động hiện nay sẽ giúp bạn dễ dàng điều khiển từ xa thông qua các thiết bị hỗ trợ giúp dễ dàng sử dụng cho nhiều đối tượng khác nhau.

Thiết kế hiện đại

Rèm tự động là gì cũng có thiết kế hiện đại phù hợp với nhiều không gian khác nhau nên bạn có thể xem đây là một món phụ kiện trang trí làm cho ngôi nhà của bạn trở nên đẹp đẽ hơn bao giờ hết.

Độ an toàn cao 

Các loại rèm cửa trước đây thì thường có các dây kéo nên sẽ gây ra nhiều sự cố đối với trẻ nhỏ trong quá trình sử dụng nhưng với rèm tự động sẽ giúp các bậc phụ huynh an tâm hơn vì có thiết kế gọn gàng, không chiếm nhiều diện tích đồng thời đảm bảo an toàn hơn với trẻ nhỏ.

1.1.2 Các dạng rèm cửa tự động phổ biến hiện nay 

Rèm vải tự động 

Rèm vải tự động là một thiết kế thông minh và linh hoạt được lắp thêm động cơ khiến người dùng có thể điều khiển hoạt động của rèm từ xa thông qua remote hay các ứng dụng được tích hợp trên điện thoại giúp việc sử dụng trở nên thuận tiện hơn.

Rèm gỗ thông minh 

Đúng với cái tên của nó rèm gỗ thông minh là một sản phẩm được làm bằng gỗ có cấu tạo từ nhiều phần khác nhau: trục cuốn, remote với chức năng chính là giúp

người dùng dễ dàng điều khiển hoạt động của rèm từ xa thông qua cách điều khiển remote được tích hợp.

Rèm cuốn tự động 

Rèm cuốn tự động cũng là một sản phẩm hiện đại, thông minh có khả năng đóng/ mở từ xa nhờ vào các thiết bị điều khiển có thể là remote hay các ứng dụng tích hợp Rèm cuốn thông minh có được cấu tạo gồm: moter rèm và thanh treo rèm phù hợp với nhau để quá trình kéo lên, xuống trở nên thuận tiện nhất.

1.1.3 Lưu ý khi sử dụng rèm cửa tự động 

 Nên lựa chọn loại rèm tự động phù hợp với không gian sống của bạn  Thường xuyên vệ sinh rèm cửa tự động để kéo dài tuổi thọ sản phẩm.

 Chú ý đến trẻ em trong quá trình sử dụng rèm cửa thông minh để tránh được sự cố đáng tiếc.

 Nên mua rèm tự động ở những nơi uy tín để đảm bảo về chất lượng cũng như giá thành hợp lý.

1.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống rèm tự động

Không phải ngẫu nhiên mà đa số khách hàng hiện nay lại có sự ưu ái đối với rèm tự động Với sự phát triển vượt bậc của công nghệ hiện đại thì việc sử dụng hệ thống rèm kéo tự động sẽ mang lại sự tiện nghi hơn trong cuộc sống của mỗi gia đình Tuy nhiên, một sản phẩm hoàn thành khi được ra mắt cũng sẽ sở hữu một vài nhược điểm bất lợi khiến nhiều người có thể không cảm thấy quá hài lòng.

Tại Modero, chúng tôi luôn cố gắng mang đến cho khách hàng những mẫu rèm cửa Hàn Quốc chất lượng chính hãng và tại công ty chúng tôi, những hệ thống rèm kéo truyền thống bằng tay hoặc bằng hệ thống tự động đều có sự cải tiến vượt bậc để mang đến sự hài lòng tốt nhất cho khách hàng Hãy xem xét những ưu điểm nổi trội và nhược điểm của hệ thống rèm tự động để quyết định sự lựa chọn của gia đình mình về các mẫu rèm Hàn Quốc đẹp 2018 này.

Ưu điểm của hệ thống rèm kéo tự động

 Giảm nhiều mối nguy hiểm: Một trong những mối nguy hiểm lớn nhất của việc lắp đặt mành truyền thống là các trẻ em gặp phải những chấn thương khác nhau trong nỗ lực để kéo dây rèm Trong khi đó, rèm tự động không có dây nên các bé sẽ được an toàn khi chơi cạnh những vị trí có thiết kế rèm cửa Thay vào đó, bạn chỉ cần chạm vào nút là có thể điều chỉnh lượng ánh sáng trong nhà, mở hoặc đóng tùy thuộc ý thích.

Điều chỉnh ánh sáng một cách nhanh chóng mà không cần đến tận nơi kéo rèm 

 Thoải mái tận hưởng ánh sáng ngoài trời : Kiểm soát lượng ánh sáng trong nhà là mục đích chính của việc sử dụng rèm cửa Đôi khi để có được ánh sáng tối ưu, bạn sẽ cần phải sử dụng cửa sổ cao để tiếp cận được nhiều hơn Với cửa sổ thông thường, bạn thường xuyên phải đứng lên, ngồi xuống mỗi khi muốn điều

chỉnh ánh sáng Tuy nhiên, với thiết kế hệ thống rèm tự động tại Modero, bạn

chỉ cần ngồi tại chỗ, sử dụng điều khiển từ xa để điều chỉnh hướng che cũng như độ che của rèm cửa.

 Đa dạng về kiểu dáng và giá cả: Hệ thống rèm tự động xuất phát từ chính các mẫu rèm, chỉ là sự thay thế về hệ thống kéo do đó các mẫu rèm tự động rất đa dạng

 Điều chỉnh không khí trong nhà : Rèm tự động cho phép bạn sử dụng một số

cách để kiểm soát không gian trong nhà Một số hệ thống tự động sử dụng tay cầm điều khiển từ xa hoặc sử dụng công tắc trên tường Bằng các cách này, bạn có thể dễ dàng thao tác hoặc kiểm soát ánh sáng theo ý thích của mình để thích

ứng với từng mức cường độ ánh sáng khác nhau trong ngày. Rèm tự

động được ưa chuộng không chỉ trong ngôi nhà của bạn mà ngay cả các văn

phòng làm việc công sở cũng rất thích kiểu rèm kéo tự động này. 

 Nhược điểm của hệ thống rèm tự động

Thông thường, các sản phẩm mang tính công nghệ cao thường dễ gặp phải những sự cố kĩ thuật và đó là điều không thể tránh khỏi, đặc biệt khi sử dụng thường xuyên trong thời gian dài Điều cần chú trọng ở đây đó là khách hàng nên tìm đến các đơn vị cung cấp mẫu rèm tự động chất lượng cao để đảm bảo về chất lượng sản phẩm được

bảo hành một cách tốt nhất Hãy điểm qua một vài nhược điểm mà hệ thống rèm kéo

tự động có thể mắc phải:

 Motor lỗi: Đôi khi động cơ có thể bị lỗi hoặc hỏng, rèm cửa tự động có thể

không thể điều chỉnh trong một thời gian cho tới khi có người tới sửa nó Cũng có thể bạn phải thay động cơ mới hoàn toàn để rèm hoạt động trở lại  Đương nhiên, bạn phải tính chi phí sửa động cơ cũng là khoản tiêu không mong muốn.

1.3 Chuẩn giao tiếp

*Truyền thông UART

UART là “Universal Asynchronous Receiver/Transmitter” và nó là một vi mạch sẵn có trong một vi điều khiển nhưng nó lại không giống như một giao thức truyền thông (I2C & SPI)

Chức năng chính của UART là truyền dữ liệu nối tiếp Trong UART, giao tiếp giữa hai thiết bị có thể được thực hiện theo hai cách là giao tiếp dữ liệu nối tiếp và giao tiếp dữ liệu song song.

Trong giao tiếp dữ liệu nối tiếp, dữ liệu có thể được truyền qua một cáp hoặc một đường dây ở dạng bit-bit và nó chỉ cần hai cáp

Truyền thông dữ liệu nối tiếp không đắt khi chúng ta so sánh với giao tiếp song song Nó đòi hỏi rất ít mạch cũng như dây Vì vậy, giao tiếp này thực sự rất hữu ích trong các mạch ghép so với giao tiếp song song.

Trong giao tiếp dữ liệu song song, dữ liệu có thể được truyền qua nhiều cáp cùng một lúc Truyền dữ liệu song song tốn kém nhưng rất nhanh, vì nó đòi hỏi phần cứng và cáp bổ sung Các ví dụ tốt nhất cho giao tiếp này là máy in cũ, PCI, RAM,…

Trong giao tiếp này, có hai loại UART có sẵn là truyền UART và nhận UART và giao tiếp giữa hai loại này có thể được thực hiện trực tiếp với nhau Đối với điều này, chỉ cần hai cáp để giao tiếp giữa hai UART

Luồng dữ liệu sẽ từ cả hai chân truyền (Tx) và nhận (Rx) của UARTs Trong UART, việc truyền dữ liệu từ Tx UART sang Rx UART có thể được thực hiện không đồng bộ (không có tín hiệu CLK để đồng bộ hóa các bit o/p).

Việc truyền dữ liệu của UART có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bus dữ liệu ở dạng song song bởi các thiết bị khác như vi điều khiển, bộ nhớ, CPU, Nó đọc từng bit gói dữ liệu và chuyển đổi dữ liệu nhận được thành dạng song song để loại bỏ ba bit của gói dữ liệu Tóm lại, gói dữ liệu nhận được bởi UART chuyển song song về phía bus dữ liệu ở đầu nhận.

Hình 1.1: Truyền thông UART

Start bit: còn được gọi là bit đồng bộ hóa được đặt trước dữ liệu thực tế Nói chung, một đường truyền dữ liệu không hoạt động được điều khiển ở mức điện áp cao Để bắt đầu truyền dữ liệu, truyền UART kéo đường dữ liệu từ mức điện áp cao (1) xuống mức điện áp thấp (0) UART thu được thông báo sự chuyển đổi này từ mức cao sang mức thấp qua đường dữ liệu cũng như bắt đầu hiểu dữ liệu thực Nói chung, chỉ có một start-bit.

Stop bits: được đặt ở phần cuối của gói dữ liệu Thông thường, bit này dài 2 bit nhưng thường thường chỉ sử dụng 1 bit Để dừng sóng, UART giữ đường dữ liệu ở mức điện áp cao.

Bit chẵn lẻ: cho phép người nhận đảm bảo liệu dữ liệu được thu thập có đúng hay không Đây là một hệ thống kiểm tra lỗi cấp thấp & bit chẵn lẻ có sẵn trong hai phạm vi như chẵn lẻ – chẵn lẻ cũng như Chẵn lẻ – lẻ Trên thực tế, bit này không được sử dụng rộng rãi nên không bắt buộc.

Giao diện UART:

Hình 1.2: Giao diện UART

Hình trên cho thấy UART giao tiếp với vi điều khiển Giao tiếp UART có thể được thực hiện bằng ba tín hiệu như TXD, RXD và GND.

Bằng cách sử dụng điều này, chúng ta có thể hiển thị một văn bản trong máy tính cá nhân từ board vi điều khiển 8051 cũng như mô-đun UART Trong board 8051, có hai giao diện nối tiếp như UART0 và UART1 Ở đây, giao diện UART0 được sử

dụng Chân Tx truyền thông tin đến chân PC & Rx nhận thông tin từ PC Tốc độ Baud có thể được sử dụng để biểu thị tốc độ của cả vi điều khiển và PC Việc truyền và nhận dữ liệu có thể được thực hiện đúng khi tốc độ truyền của cả vi điều khiển và PC là tương tự nhau.

+ Các ứng dụng của UART:

UART thường được sử dụng trong các bộ vi điều khiển cho các yêu cầu chính xác và chúng cũng có sẵn trong các thiết bị liên lạc khác nhau như giao tiếp không dây, thiết bị GPS, module Bluetooth và nhiều ứng dụng khác.

Các tiêu chuẩn truyền thông như RS422 & TIA được sử dụng trong UART ngoại trừ RS232 Thông thường, UART là một IC riêng được sử dụng trong giao tiếp nối tiếp UART.

Những ưu và nhược điểm của UART: - Nó chỉ cần hai dây để truyền dữ liệu - Tín hiệu CLK là không cần thiết.

- Nó bao gồm một bit chẵn lẻ để cho phép kiểm tra lỗi.

- Sắp xếp gói dữ liệu có thể được sửa đổi vì cả hai mặt được sắp xếp - Kích thước khung dữ liệu tối đa là 9 bit.

- Nó không chứa một số hệ thống phụ. 

- Tốc độ truyền của UART phải ở mức 10% của nhau.

* Bộ chuyển đổi ADC

ADC là từ viết tắt của Analog to Digital Converter hay bộ chuyển đổi analog sang kỹ thuật số là một mạch chuyển đổi giá trị điện áp liên tục (analog) sang giá trị nhị phân (kỹ thuật số) mà thiết bị kỹ thuật số có thể hiểu được sau đó có thể được sử dụng để tính toán kỹ thuật số Mạch ADC này có thể là vi mạch ADC hoặc được nhúng vào một bộ vi điều khiển.

Thiết bị điện tử ngày nay hoàn toàn là kỹ thuật số, không còn là thời kỳ của máy tính analog Thật không may cho các hệ thống kỹ thuật số, thế giới chúng ta đang sống vẫn là analog và đầy màu sắc, không chỉ đen và trắng.

Thay vào đó, chúng ta sử dụng một bộ ADC để chuyển đổi đầu vào điện áp analog thành một chuỗi các bit có thể được kết nối trực tiếp với bus dữ liệu của bộ vi xử lý và được sử dụng để tính toán.

ADC hoạt động như thế nào

Một cách rất hay để xem xét hoạt động của ADC là tưởng tượng nó như một bộ chia tỷ lệ toán học Tỷ lệ về cơ bản là ánh xạ các giá trị từ dải này sang dải khác, vì vậy ADC ánh xạ một giá trị điện áp sang một số nhị phân.

Những gì chúng ta cần là một thứ có thể chuyển đổi điện áp thành một loạt các mức logic, ví dụ như trong một thanh ghi Tất nhiên, các thanh ghi chỉ có thể chấp nhận các mức logic làm đầu vào, vì vậy nếu bạn kết nối tín hiệu trực tiếp với đầu vào logic, kết quả sẽ không tốt Vì vậy cần có một giao diện ở giữa logic và điện áp đầu vào analog.

Điện áp tham chiếu

Tất nhiên, không có ADC nào là tuyệt đối, vì vậy điện áp được ánh xạ tới giá trị nhị phân lớn nhất được gọi là điện áp tham chiếu Ví dụ: trong bộ chuyển đổi 10 bit với 5V làm điện áp tham chiếu, 1111111111 (tất cả các bit một, số nhị phân 10 bit cao nhất có thể) tương ứng với 5V và 0000000000 (số thấp nhất tương ứng với 0V) Vì vậy, mỗi bước nhị phân lên đại diện cho khoảng 4,9 mV, vì có thể có 1024 chữ số trong 10 bit Số đo điện áp trên mỗi bit này được gọi là độ phân giải của ADC.

Số lượng chuyển đổi từ analog sang kỹ thuật số mà bộ chuyển đổi có thể thực hiện mỗi giây được gọi là tốc độ mẫu Ví dụ: một bộ ADC thực sự tốt có thể có tốc độ mẫu là 300 M/s Đơn vị này được đọc là megasamples trên giây, nghĩa là một triệu mẫu mỗi giây Lưu ý rằng tiền tố SI áp dụng ở đây.

Tốc độ lấy mẫu phụ thuộc hoàn toàn vào loại bộ chuyển đổi và độ chính xác cần thiết Nếu cần đọc rất chính xác, ADC thường dành nhiều thời gian hơn để xem xét tín hiệu đầu vào (thường là lấy mẫu và giữ hoặc đầu vào tích hợp) và nếu không cần độ chính xác cao thì nó có thể đọc rất nhanh.

ADC này là một trong những ADC thường được sử dụng nhất khi cần độ chính xác và tốc độ không quá giới hạn, ví dụ như trong vi điều khiển ADC loại SA có thể dễ dàng đạt được thời gian chuyển đổi vài micro giây.

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG NGUYÊN LÝ VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG2.1.Nguyên lý hoạt động

Hệ thống điều khiển gồm có ba nút nhấn: - Nút thứ ba để điều khiến động cơ đi ra - Nút thứ hai để điều khiển động cơ đi vào - Nút nhấn thứ nhất để chọn chế độ

Khi tất cả các module trong hệ thống đã được cấp nguồn và sẵn sàng hoạt động, thì bộ điều khiển trung tâm sẽ tiếp nhận thông tin từ nút nhấn thứ nhất để chọn chế độ Khi chế độ tự động hoạt động,cảm biến ánh sáng phát hiện ánh sáng sẽ gửi mức 0 về cho Arduino, bộ điều khiển sẽ điều khiển động cơ đi ra, khi thời tiết mát mẻ động cơ sẽ đi vào Ở chế độ bằng tay, động cơ đi ra hay vào phụ thuộc vào điều khiển của

- Khối nguồn: Cấp nguồn cho toàn mạch.

- Khối vi xử lý: Tạo ra các lệnh điều khiển, điều khiển các hoạt động của máy như:- Khối cảm biến: Quét mục tiêu và gửi tín hiệu quét được về vi xử lý

- Động cơ: Khi được cấp nguồn và nhận được tín hiệu điều khiển từ vi xử lý thì

động cơ sẽ quay.

- Khối công tắc hành trình: Khi mà chạm vào công tắc hành trình, động cơ sẽ

- Khối nút nhấn: Đưa tín hiệu về Arduino Nano để điều khiển2.3 Linh kiện sử dụng

2.3.1 Arduino nano

Arduino Nano là một bảng vi điều khiển thân thiện, nhỏ gọn, đầy đủ. Arduino Nano nặng khoảng 7g với kích thước từ 1,8cm - 4,5cm. Bài viết này trình bày về các thông số kỹ thuật quan trọng, nhất là sơ đồ chân và chức năng của mỗi chân trong bảng Arduino Nano

Phương thức hoạt động

Arduino Nano có chức năng tương tự như Arduino Duemilanove nhưng khác nhau về dạng mạch. Nano được tích hợp vi điều khiển ATmega328P, giống như Arduino UNO. Sự khác biệt chính giữa chúng là bảng UNO có dạng PDIP (Plastic Dual-In-line Package) với 30 chân còn Nano có sẵn trong TQFP (plastic quad flat

Công tắc hành trình

pack) với 32 chân. Trong khi UNO có 6 cổng ADC thì Nano có 8 cổng ADC. Bảng Nano không có rắc nguồn DC như các bo mạch Arduino khác, mà thay vào đó có cổng mini-USB. Cổng này được sử dụng cho cả việc lập trình và bộ giám sát nối tiếp. Tính năng hấp dẫn của arduino Nano là nó sẽ chọn công suất lớn nhất với hiệu điện thế của nó.

Đặc điểm kỹ thuật Arduino Nano

Bộ nhớ Flash 32 KB of which 2 KB used by Bootloader Điện áp ngõ vào (7-12) Volts

Vi điều khiển ATmega328P

Sơ đồ chân

Theo sơ đồ bên dưới, chúng ta sẽ thảo luận về tất cả các chức năng của mỗi chân.

Hình 2.4: Arduino Nano

Bảng 2.1: Chức năng của các chân

Thứ tự chân Tên Pin Kiểu Chức năng 3 RESET Đầu vào Chân reset, hoạt động ở mức thấp 4 GND Nguồn Chân nối mass

15 D12 I / O Ngõ vào/ra digital 16 D13 I / O Ngõ vào/ra digital 17 3V3 Đầu ra Đầu ra 3.3V (từ FTDI) 18 AREF Đầu vào Tham chiếu ADC 19 A0 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 0 20 A1 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 1 21 A2 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 2 22 A3 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 3 23 A4 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 4 24 A5 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 5 25 A6 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 6 26 A7 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 7 27 + 5V Nguồn Đầu ra 5V (từ bộ điều chỉnh On-board) 28 RESET Đầu vào Chân đặt lại, hoạt động ở mức thấp 29 GND Nguồn Chân nối mass

30 VIN Nguồn Chân nối với nguồn vào

 Bảng 2.2: Chân ICSPTên pin Arduino

MISO Đầu vào hoặc đầu ra Master In Slave Out

SCK Đầu ra Tạo xung cho MOSI Đầu ra hoặc đầu vào Master Out Slave In

RST Đầu vào Đặt lại, hoạt động ở mức thấp GND Nguồn Chân nối đất

 Các chân: 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 và 16

Như đã đề cập trước đó, Arduino Nano có 14 ngõ vào/ra digital Các chân làm việc với điện áp tối đa là 5V Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận dòng điện 40mA và có điện trở kéo lên khoảng 20-50kΩ Các chân có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra, sử dụng các hàm pinMode (), digitalWrite () và digitalRead ().

Ngoài các chức năng đầu vào và đầu ra số, các chân này cũng có một số chức năng bổ sung.

 Chân 1, 2: Chân nối tiếp

Hai chân nhận RX và truyền TX này được sử dụng để truyền dữ liệu nối tiếp TTL Các chân RX và TX được kết nối với các chân tương ứng của chip nối tiếp USB tới TTL.

 Chân 6, 8, 9, 12, 13 và 14: Chân PWM

Mỗi chân số này cung cấp tín hiệu điều chế độ rộng xung 8 bit Tín hiệu PWM có thể được tạo ra bằng cách sử dụng hàm analogWrite ().

 Chân 5, 6: Ngắt

Khi chúng ta cần cung cấp một ngắt ngoài cho bộ xử lý hoặc bộ điều khiển khác, chúng ta có thể sử dụng các chân này Các chân này có thể được sử dụng để cho phép ngắt INT0 và INT1 tương ứng bằng cách sử dụng hàm attachInterrupt () Các chân có thể được sử dụng để kích hoạt ba loại ngắt như ngắt trên giá trị thấp, tăng hoặc giảm mức ngắt và thay đổi giá trị ngắt.

 Chân 13, 14, 15 và 16: Giao tiếp SPI

Khi không muốn dữ liệu được truyền đi không đồng bộ, có thể sử dụng các chân ngoại vi nối tiếp này Các chân này hỗ trợ giao tiếp đồng bộ với SCK Mặc dù phần cứng có tính năng này nhưng phần mềm Arduino lại không có Vì vậy, phải sử dụng thư viện SPI để sử dụng tính năng này.

 Chân 16: LED

Khi bạn sử dụng chân 16, đèn LED trên bo mạch sẽ sáng.

 Chân 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 và 26: Ngõ vào/ra tương tự

Như đã đề cập trước đó UNO có 6 chân đầu vào tương tự nhưng Arduino Nano có 8 đầu vào tương tự (19 đến 26), được đánh dấu A0 đến A7 Điều này có nghĩa là có thể kết nối 8 kênh đầu vào tương tự để xử lý Mỗi chân tương tự này có một ADC có độ phân giải 1024 bit (do đó nó sẽ cho giá trị 1024) Theo mặc định, các chân được đo

từ mặt đất đến 5V Nếu muốn điện áp tham chiếu là 0V đến 3.3V, có thể nối với nguồn 3.3V cho chân AREF (pin thứ 18) bằng cách sử dụng chức năng analogReference () Tương tự như các chân digital trong Nano, các chân analog cũng có một số chức năng khác.

 Chân 23, 24 như A4 và A5: chuẩn giao tiếp I2C

Khi giao tiếp SPI cũng có những nhược điểm của nó như cần 4 chân và giới hạn trong một thiết bị Đối với truyền thông đường dài, cần sử dụng giao thức I2C I2C hỗ trợ chỉ với hai dây Một cho xung (SCL) và một cho dữ liệu (SDA) Để sử dụng tính năng I2C này, chúng ta cần phải nhập một thư viện có tên là Thư viện Wire.

 Chân 18: AREF

Điện áp tham chiếu cho đầu vào dùng cho việc chuyển đổi ADC.

 Chân 28: RESET

Đây là chân reset mạch khi chúng ta nhấn nút trên bo Thường được sử dụng để được kết nối với thiết bị chuyển mạch để sử dụng làm nút reset.

Hình 2.5: Các chân ICSP

ICSP là viết tắt của In Circuit Serial Programming, đại diện cho một trong những phương pháp có sẵn để lập trình bảng Arduino Thông thường, một chương trình bộ nạp khởi động Arduino được sử dụng để lập trình một bảng Arduino, nhưng nếu bộ nạp khởi động bị thiếu hoặc bị hỏng, ICSP có thể được sử dụng thay thế ICSP có thể được sử dụng để khôi phục bộ nạp khởi động bị thiếu hoặc bị hỏng.

Mỗi chân ICSP thường được kết nối với một chân Arduino khác có cùng tên hoặc chức năng Ví dụ: MISO của Nano nối với MISO / D12 (Pin 15) Lưu ý, các chân MISO, MOSI và SCK được ghép lại với nhau tạo nên hầu hết giao diện SPI.

Chúng ta có thể sử dụng Arduino để lập trình Arduino khác bằng ICSP này.

2.3.2 Giới thiệu cảm biến mưa

Với thiết kế đơn giản gồm: một lá chắn để nhận biết có mưa hoặc có nước xuất hiện tên bề mặt của lá chắn và phần Module chuyển đổi tín hiệu giúp giao tiếp với các board mạch vi điều khiển, lẫn led báo hiệu để nhận biết trạng thái trên lá chắn.

Cảm biến hổ trợ hai loại ngõ ra tín hiệu là Analog (tương tự) và Digital (số), để có thể áp dụng linh hoạt tùy mục đích khác nhau.

 Có LED báo hiệu khi có mưa hoặc nước trên bề mặc lá chắn  Độ nhạy có thể được điều chỉnh thông qua chiết áp

 Kích thước Module chuyển đổi: 3.2cm x 1.4cm

 Lá chắn sử dụng vật liệu chất lượng cao FR-04 hai mặt, bề mặt mạ Niken, chống oxy hóa

 Kích thước lá chắn: 5.0cm x 4.0cm

Hình 2 1 Kết nối cảm biến mưa với Arduino

2.3.3 Giới thiệu công tắc hành trình

Như thường lệ thì trước khi vào nội dung chính chúng ta sẽ tìm hiểu sơ lược về dòng thiết bị này nhé. Công tắc hành trình hay còn gọi công tắc giới hạn hành trình là dạng công tắc dùng để giới hạn hành trình của các bộ phận chuyển động nào đó trong một cơ cấu hay một hệ thống Nó có cấu tạo như công tắc điện bình thường, vẫn có chức năng đóng và mở nhưng có thêm cần tác động để cho các bộ phận chuyển động tác động vào làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm bên trong nó Công tắc hành trình sẽ không duy trì trạng thái, khi không còn tác động nữa chúng sẽ trở về vị trí ban đầu So với các loại công tắc bình thường khác thì khi được tác động chúng sẽ vẫn duy trì trạng thái cho tới bị được tác động thêm một lần nữa.

Hình 2 2 Công tắc hành trình

Công tắc hành trình có thể dùng để đóng cắt mạch dùng ở lưới điện hạ áp Nó có tác dụng giống như nút ấn động tác ấn bằng tay được thay thế bằng động tác va chạm của các bộ phận cơ khí, làm cho quá trình chuyển động cơ khí thành tín hiệu điện.

Cấu tạo của công tắc hành trình như thế nào ?

Một công tắc hành trình sẽ được cấu tạo từ các bộ phận như sau:

 Bộ phận nhận truyền động: Đây là một bộ phận khá quan trọng của một

công tắc hành trình, thứ làm nên sự khác biệt giữa chúng và các loại công tắc khác Chúng được gắn trên đầu của công tắc có nhiệm vụ nhận tác động từ các bộ phận chuyển động để tác động kích hoạt công tắc.

 Thân công tắc: Phần thân của công tắc sẽ bao gồm các linh kiện bên trong

với lớp vỏ bằng nhựa giúp chúng va đập, bảo vệ các mạch điện bên trong khỏi các tác nhân tác động vật lý.

 Chân kết nối: Đây được xem là phần tín hiệu ngõ ra cho công tắc vì nó có

nhiệm vụ truyền tín hiệu đến các thiết bị khác khi bị tác động bởi bộ phận truyền động.

Hình 2 3 Cấu tạo

Nguyên lý hoạt động của công tắc hành trình là gì ?

Về nguyên lý hoạt động của công tắc hành trình: thông thường một công tắc sẽ có các bộ phận hoạt động như sau: cần tác động, chân COM, chân thường đóng (NC) và chân thường mở (NO) Ở trạng thái bình thường không có sự tác động đến bộ phận truyền động của công tắc thì tiếp điểm giữa chân COM và chân NC sẽ được đấu với nhau Nhưng khi có sự tác động vào bộ phận truyền động sẽ làm cho chân COM chân NC tách ra sau đó và chân COM sẽ tác động vào chân NO Tiếp theo đó sẽ kích hoạt trạng thái hoạt động và điều khiển tín hiệu ngõ ra của công tắc.

Có các loại công tắc hành trình nào ?

Trên thị trường hiện nay sẽ có rất nhiều loại công tắc hành trình khác nhau, chủ yếu sẽ khác nhau về cách thức tác động Và chính vì thế mà phạm vi ứng dụng của

chúng cũng khác nhau Tuy nhiên thì theo mình tìm hiểu, chúng ta sẽ có một số loại công tắc hành trình phổ biến như sau:

Công tắc hành trình dạng thân kim loại:

Loại công tắc này sẽ giống với công tắc trên ở bộ phận bánh gạt Tuy nhiên về điểm khác biệt thì khá nhiều, công tắc dạng thân kim loại thường có cấu tạo bộ phận nhận truyền động dạng kim loại có bộ phận tăng giảm kích thước Điều này rất phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau với các cơ cấu tác động lực khác nhau Công tắc sẽ hoạt động với điện áp lên đến 500VAC, 10A với điện áp 24VDC, nhiệt độ hoạt động -25÷70°C Tiếp điểm 1NO + 1NC kiểu tác động nha (Snap Action), sử dụng cable gland PG13.5.

Công tắc hành trình dạng bánh gạt:

Hình 2 4 Công tắc hành trình hình cái quạt

Dạng công tắc này thường được cấu tạo bao gồm bộ phận nhận truyền động bằng bánh xe, thân bằng nhựa Công tắc có tiêu chuẩn chống bụi chống nước IP67, nhiệt độ làm việc trong khoảng dưới 70°C, có điện áp tối đa là 500VAC, dòng điện định mức là 1A Kiểu tác động của công tắc loại này là cặp tiếp điểm NO và NC tác động nhanh với cần tác động 2 chiều Công tắc thường được tích hợp một cầu chì giúp bảo vệ ngắn mạch an toàn 10A, khối lượng sẽ là 75g.

Công tắc hành trình dạng lò xo:

Hình 2 5 Công tắc hành trình dạng lò xo

Công tắc thiết kế với hai phiên bản thân nhựa và thân kim loại, đối với thân nhựa thì đạt IP65, thân kim loại đạt IP66 Nhìn chung thì cả hai loại này đều có thể sử dụng ngoài trời rất tốt Thân có hai loại kích thước 22 x 53 x 30mm và 30 x 60 x 41mm Tiếp điểm 1NO + 1NC kiểu tác động nhanh, lỗ nối dây kiểu PG13.5 Điểm khác biệt giữa công tắc loại này với các loại khác là có một lò xo gắn trên đầu có nhiệm vụ nhận tác động từ bộ phận truyền động.

Công tắc hành trình dạng tác động kéo:

Hình 2 6 Công tắc hành trình loại kéo

Đây là loại công tắc tác động bằng cách kéo lên thông qua vòng kim loại trên đỉnh, được sử dụng trong hệ thống khẩn cấp hoặc trong các ứng dụng cửa kéo Thiết kế thân kim loại, tiêu chuẩn kín nước IP65, tiếp điểm tác động nhanh NO, NC 10A, điện áp 500VAC Chu kỳ hoạt động 3600 lần một giờ Loại công tắc hành trình kéo đầu kim loại này sẽ có loại có nút reset và không có nút reset.

Phạm vi ứng dụng của công tắc hành trình:

Công tắc hành trình sẽ biến chuyển động thành dạng điện năng để kích hoạt một quá trình khác trong một dây chuyền sản xuất hoặc chế tạo Chúng ta có thể thấy công tắc hành trình được ứng dụng trong rất nhiều dây chuyền sản xuất khác nhau và thường dùng nhiều nhất là các dây chuyền dùng khí nén Trong các nhà máy, công tắc này được sử dụng rất nhiều như: trên dây chuyền sản xuất, băng chuyền, băng tải… Đa số là sử dụng để giới hạn hành trình nói chung, có nghĩa là khi cơ cấu tác động vào vị trí công tắc thì sẽ làm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu Và cụ thể thì mình có liệt kê ở đây một số công dụng của công tắc hành trình mà nhiều nhà máy đang ứng dụng như:

 Phát hiện sự tiếp xúc của đối tượng

 Đếm tác động hoặc điểm sản phẩm

 Phát hiện phạm vi di chuyển

 Phát hiện vị trí và giới hạn chuyển động của vật thể

 Ngắt mạch khi gặp sự cố hay trục trặc nào đó

 Phát hiện tốc độ của vật thể

Các ưu nhược điểm của công tắc hành trình:

Mỗi một loại cảm biến sẽ có các ưu nhược điểm khác nhau, tuy nhiên xét về tổng thể thì một công tắc hành trình sẽ có các điểm mạnh và các điểm yếu mà chúng ta cần phải quan tâm Điều này rất có ích trong công tác trang bị và đầu tư cho dây chuyền sản xuất hay các thiết bị hỗ trợ sản xuất, cụ thể thì chúng có các ưu và nhược điểm như sau:

Ưu điểm:

 Tiêu thụ ít năng lượng điện

 Có thể sử dụng hầu hết trong các ứng dụng công nghiệp

 Có thể điều khiển nhiều tải

 Đáp ứng tốt các điều kiện cần đến độ chính xác và có tính lặp lại

Nhược điểm:

 Hạn chế đối với những thiết bị có tốc độ chuyển động tương đối thấp

 Phải tiếp xúc trực tiếp với thiết bị

 Do phải tiếp xúc nên làm các bộ phận cơ khí bị mòn

2.3.4 Giới thiệu động cơ DC

*Định nghĩa

  Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của "Direct Current Motors") là động cơ điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói dễ hiểu hơn thì đây là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp DC- điện áp 1 chiều(Khác với điện áp AC xoay chiều). Đầu dây ra của đông cơ thường gồm hai dây (dây nguồn- VCC và dây tiếp đất-GND) DC motor là một động cơ một chiều với cơ năng quay liên tục.

  Khi bạn cung cấp năng lượng, động cơ DC sẽ bắt đầu quay, chuyển điện năng thành cơ năng Hầu hết các động cơ DC sẽ quay với cường độ RPM rất cao (số vòng quay/phút).

  Ứng dụng của động cơ DC cũng rất đa dạng và hầu hết trong mọi lĩnh vực của đời sống Trong tivi, trong đài FM, ổ đĩa DC, máy in- photo, máy công nghiệp v v.

  Đối với động cơ điện 1 chiều có loại không chổi than (Brussless DC Motor-BLDC) và động cơ có chổi than (Brush DC Motor- DC Motor) Do động cơ BLDC thực chất là động cơ điện 3 pha không đồng bộ vì vậy mình chỉ xét động cơ điện 1 chiều có chổi than.

*Phân loại động cơ điện một chiều (đây là cách phân loại theo cách kích từ)

Động cơ điện 1 chiều phân loại theo kích từ thành những loại sau: 1 -Kích từ độc lập.

2 -Kích từ song song 3 -Kích từ nối tiếp 4 -Kích từ hỗn hợp.

  Với mỗi 1 loại động cơ điện 1 chiều như trên thì có các ứng dụng khác nhau Nhưng trên thực tế, ta chủ yếu tiếp xúc với loại động cơ DC công suất thấp có phần Stator sử dụng nam châm vĩnh cửu nên thông thường là không cần đến phần kích từ

cho động cơ Vì vậy việc phân loại trên mang tính chất tham khảo để các bác có thể tìm hiểu thêm và sâu rộng hơn Ta nói đến và quan tâm tới kích từ cho động cơ DC khi nói đến các loại động cơ DC công suất lớn, Stator của động cơ không phải là nam châm vĩnh cửu mà là nam châm điện Phần nam châm điện này cũng gồm lõi thép kỹ thuật và các bó dây Để Stator biến thành nam châm điện ta cần phải cấp điện cho phần Startor của nó, khi đó ta gọi nó là kích từ Như vậy với những loại động cơ DC chúng ta tiếp cận không cần phải quan tâm tới "kích từ" của nó.

*Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

Gồm có 3 phần chính Stator( phần cảm), Rotor ( phần ứng), và phần cổgóp- chỉnh lưu.

Hình 2 7 Cấu tạo chi tiết động cơ DC với phần than lộ và phần rotor dây đồng

1 - Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện.

2 - Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều.

3 - Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Pha 1: Từ trường của Rotor cùng cực với Stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của Rotor.

Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa Stator và Rotor cùng dấu, trở lại pha 1.

         Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng Electromotive force (EMF) Khi vận hành bình thường, Rotor khi quay sẽ

phát ra một điện áp gọi là sức phản điện động Counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện độngđối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài) Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức sau:

I = (V_{Nguon}-V_{Phan Dien Dong})/R_{Phan Ung} * Động cơ được sử dụng

Hình 2 8 Động cơ DC

Động cơ DC giảm tốc V1 là loại được lựa chọn và sử dụng nhiều nhất hiện nay cho các thiết kế Robot đơn giản Động cơ DC giảm tốc V1 có chất lượng và giá thành vừa phải cùng với khả năng dễ lắp ráp của nó đem đến chi phí tiết kiệm và sự tiện

2.3.5 Giới thiệu mạch điều khiển L293

Mạch điều khiển động cơ L293D là một phần board mở rộng cho các board

Arduino, dùng để điều khiển các loại động cơ DC, động cơ bước và động cơ Servo. Arduino Motor Shield được thiết kế gọn gàng, đẹp mắt và tương thích hoàn

toàn với các board Arduino: Arduino Uno R3, Arduino Leonardo, Arduino Mega2560, giúp bạn có thể sử dụng và điều khiển một cách dễ dàng và nhanh chóng.

Arduino Motor Shield sử dụng 2 IC cầu H L293D hoàn chỉnh với các chế độ bảo vệ và 1 IC logic 74HC595 để điều khiển các động cơ.

Mạch điều khiển động cơ L293D có thể điều khiển nhiều loại motor khác

nhau như Step Motor, Servo Motor, motor DC, với mức áp lên đến 36V, dòng tối đa 600mA cho mỗi kênh điều khiển.

 THÔNG SỐ KỸ THUẬT:

 Điện áp đầu vào: 4.5V đến 36V.

 Tương thích với các board Arduino Uno R3, Arduino Leonardo R3 và Arduino Mega 2560.

 Có thể điều khiển động cơ DC (4 động cơ), động cơ servo (2 động cơ) và động cơ bước (2 động cơ) 2 cổng điều khiển Servo Motor được đánh dấu: Servo_1 và Servo_2 trên linh kiện Các cổng điều khiển động cơ DC được đánh dấu lần lượt là M1, M2, M, M4, chân giữa là chân GND.

 2 cổng điều khiển động cơ Servo có điện áp vào 5V với Timer có độ phân giải cao, phù hợp cho các ứng dụng điều khiển bằng Arduino có độ chính xác cao Đặc biệt không có Jitter.

 Có 2 IC Driver L293D, do đó sẽ có 4 cầu H để điều khiển được 4 động cơ DC Mỗi cầu H có dòng ra tối đa 0.6A (dòng chịu đựng cực đại là 1.2A) ở mỗi kênh điều khiển.

 Các cổng M dùng điều khiển động cơ DC được điều khiển bằng tín hiệu PWM  Driver còn hỗ trợ điều khiển 2 động cơ bước, với 2 cổng dùng cho 2 động cơ Servo có thể được dùng cho động cơ bước Với Shield L293D, động cơ bước có thể vận hành ở tất cả các chế độ: Full Step, Half Step và Micro-Step Động cơ bước dùng cho Driver có thể là loại đơn cực (Unipolar) hoặc lưỡng cực (Bipolar).

 Có sẵn nút RESET để khởi động lại board Arduino  Cụ thể là điều khiển được số lượng motor như sau:  2 giắc cắm điều khiển 2 động cơ RC servo.

 4 ngõ ra điều khiển đến 4 động cơ DC độc lập.

 2 động cơ step motor loại đơn cực (unipolar) hoặc lưỡng cực (bipolar)

 Mạch tích hợp điện trở nối GND giúp cho không tự chạy khi khởi động board  Các chân mà Arduino Motor Shield sử dụng là:

 Chân điều khiển 2 RC Servo được kết nối với chân số 9 và 10 Nguồn cung cấp được lấy trực tiếp từ board Arduino.

 Motor 1 nối với chân 11  Motor 2 nối với chân 3  Motor 3 nối với chân 5  Motor 4 nối với chân 6

 Chân 4, 7, 8, 12 dùng điều khiển motor thông qua IC 74HC595

 Ngoài ra để tiện cho việc sử dụng nguồn cắm ngoài, trên Arduino Motor Shield sử dụng 1 Jumper PWR mục đích để lấy nguồn ngoài thông qua giắc DC của board Arduino để cung cấp nguồn cho motor hoạt động Nếu trong trường hợp chúng ta không sử dụng Jumper này thỉ phải cấp 1 nguồn riêng vào chân EXT_PWR để cấp nguồn cho Motor hoạt động.

Hình 2 9 IC l2932.1.6.Giới thiệu cảm biến ánh sáng

Cảm biến ánh sáng là gì?

Cảm biến ánh sáng là các thiết bị quang điện chuyển đổi năng lượng ánh sáng (Photon) cho dù ánh sáng nhìn thấy được hay tia hồng ngoại thành tín hiệu điện (Electron)

Một cảm biến ánh sáng tạo ra tín hiệu đầu ra cho biết cường độ ánh sáng bằng cách đo năng lượng bức xạ tồn tại trong một dải tần số rất hẹp về cơ bản được gọi là “ánh sáng” và tần số từ “Hồng ngoại” đến “Có thể nhìn thấy” tới ” Tia cực tím ”quang phổ ánh sáng.

Cảm biến ánh sáng thường được gọi là “Thiết bị quang điện” hoặc “Cảm biến ảnh” bởi vì năng lượng ánh sáng chuyển đổi (Photon) thành điện (Electron).

Các thiết bị quang điện có thể được nhóm lại thành hai loại chính, những loại tạo ra điện khi chiếu sáng, chẳng hạn như Photo-voltaics hoặc Photo-emissives vv, và những thứ thay đổi tính chất điện của chúng theo một số cách như Photo-resistors hoặc Photo-conductors . Điều này dẫn đến việc phân loại thiết bị sau.

Đặc điểm:

 Các tế bào phát xạ ảnh – Đây là các Photodevices giải phóng các electron tự do từ một vật liệu nhạy sáng như khi bị một Photon tràn đầy năng lượng. Lượng năng lượng mà các photon phụ thuộc vào tần số ánh sáng và tần số càng cao, năng lượng càng nhiều thì các photon chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.

 Các tế bào dẫn điện ảnh – Các Photodevices này thay đổi điện trở của chúng khi chịu ánh sáng. Photoconductivity kết quả từ ánh sáng đánh một vật liệu bán dẫn mà kiểm soát dòng chảy hiện tại thông qua nó. Do đó, nhiều ánh sáng tăng dòng điện cho một điện áp áp dụng đã cho. Vật liệu quang dẫn phổ biến nhất là Cadmium Sulphide được sử dụng trong quang điện LDR.

 Các tế bào quang điện – Các Photodevices này tạo ra một tương ứng với năng lượng ánh sáng bức xạ nhận được và tương tự có hiệu lực với quang điện. Năng lượng ánh sáng rơi vào hai vật liệu bán dẫn kẹp lại với nhau tạo ra điện áp xấp xỉ 0.5V. Vật liệu quang điện phổ biến nhất là Selen được sử dụng trong các tế bào năng lượng mặt trời.

 Thiết bị ghép nối ảnh – Các thiết bị quang này chủ yếu là các thiết bị bán dẫn thực sự như Photodiode hoặc Phototransistor sử dụng ánh sáng để điều khiển dòng electron và lỗ trên đầu nối PN của chúng. Thiết bị chụp ảnh được thiết kế đặc biệt cho ứng dụng máy dò và sự thâm nhập ánh sáng với phản ứng quang phổ của chúng được điều chỉnh theo bước sóng ánh sáng tới.