Đang tải... (xem toàn văn)
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘIĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
BẢN BÁO CÁO CUỐI KỲ
MÔN HỌC: LẬP TRÌNH NÂNG CAO ỨNG DỤNG TRONG ĐOLƯỜNG, ĐIỀU KHIỂN
Hà Nội - 2022
Trang 2BẢN BÁO CÁO CUỐI KỲ
Môn học: Lập trình nâng cao ứng dụng trong đo lường, điều khiển.Giảng viên hướng dẫn: Thầy Đinh Trần Thắng
Trang 31.4.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 15
1.4.3 Ưu, nhược điểm 16
1.4.4 Ứng dụng 16
1.5 Hướng Dẫn Sử Dụng Server ThingSpeak IoT 17
1.5.1 Cách thức tạo kênh lưu trữ dữ liệu trên Server ThingSpeak 17
1.5.2 Các thao tác cơ bản trên Server ThingSpeak 18
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THỰC TIỄN 21
Trang 42.1 Thiết kế mạch 21
2.1.1 Sơ đồ nguyên lý (schematic diagram) 21
2.1.2 Sơ đồ bảng mạch (Breadboard diagram) 21
3.1 Kết quả thu được trên Database 29
3.1 Kết quả thu được trên ThingSpeak 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO 31
Trang 5DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Raspberry Pi Model 3B 2
Hình 2: Cấu trúc phần cứng của Raspberry Pi Model 3B 2
Hình 3: Sơ đồ chân GPIO 5
Hình 4: Sơ đồ chân của LM35 8
Hình 5: MCP3208 10
Hình 6: Sơ đồ chân của MCP3008 11
Hình 7: Quang trở 14
Hình 8: Cấu tạo quang trở 15
Hình 9: Giao diện ThingSpeak 17
Hình 10: Tạo kênh lưu trữ dữ liệu 17
Hình 11: Kênh lưu trữ dữ liệu 18
Hình 12: Giao diện quá trình cập nhật dữ liệu 18
Hình 13: Thay đổi các tham số 19
Hình 27: Ví dụ về biểu đồ thu được 30
Hình 28: Biểu đồ thu được 30
DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Thông số phần cứng 4
Bảng 2: Chức năng các chân LM35 8
Trang 6CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Raspberry Pi 3B
1.1.1 Giới thiệu
Raspberry Pi 3 là một board máy tính đơn nhỏ, giá rẻ, kích thước chỉ bằng một thẻ tín dụng, tiết kiệm điện năng (vì nguồn điện cung cấp cho RPi chỉ có 5V) được giới thiệu bởi Raspberry Pi Foundation, đi kèm với CPU, GPU, cổng USB và các chân I/O và có khả năng thực hiện một số chức năng đơn giản như một máy tính thông thường.
Máy tính nhỏ bé này được phát triển với mục đích làm cho quá trình học máy tính trở nên dễ dàng để một học sinh trung bình có thể nhận được lợi ích và dự đoán những gì một máy tính tiên tiến có thể làm.
Raspberry Pi 1 (Model B thế hệ đầu tiên) ra đời vào năm 2012 và sớm nổi tiếng về sự dễ sử dụng và tính sẵn có Tương tự, Raspberry Pi 2 được giới thiệu vào tháng 2 năm 2015 với một chút cải tiến về thiết kế có thêm RAM so với phiên bản trước.
Được giới thiệu vào năm 2016, Raspberry Pi 3 Model B đi kèm với bộ xử lý lõi tứ cho thấy hiệu năng mạnh mẽ gấp 10 lần Raspberry Pi 1 Và tốc độ của Raspberry Pi 3 cao hơn 80% so với Raspberry Pi 2.
Phần cứng Raspberry đã trải qua một số biến thể về hỗ trợ thiết bị ngoại vi và dung lượng bộ nhớ Mỗi bổ sung mới đều đi kèm với một chút cải tiến về mặt thiết kế trong đó các tính năng nâng cao được thêm vào trong thiết bị để nó có thể thực hiện càng nhiều chức năng càng tốt như một máy tính thông thường.
WiFi và Bluetooth không có trong các phiên bản cũ hơn (Pi 1 và Pi 2), được thêm vào trong phần bổ sung mới của thiết bị này (Pi 3), cho phép duy trì kết nối với các thiết bị ngoại vi mà không cần sự tham gia của bất kỳ kết nối vật lý nào.
Raspberry Pi Foundation gần đây đã ra mắt Raspberry Pi 3 Model B + vào ngày 14 tháng 3 năm 2018, đây là phiên bản gần đây nhất của Raspberry Pi 3 trưng bày tất cả các thông số kỹ thuật được giới thiệu trong Pi 3 Model B, với cải tiến bổ sung bao
Trang 7gồm khởi động mạng, khởi động USB và nguồn qua Ethernet, điều này làm cho thiết bị trở nên hữu ích ở những nơi khó tiếp cận.
Hình 1: Raspberry Pi Model 3B
Trang 81.1.2 Cấu trúc phần cứng
Hình 2: Cấu trúc phần cứng của Raspberry Pi Model 3B
Raspberry Pi 3 Model B đi kèm với bộ xử lý lõi tứ 64 bit, trên một board mạch với các tính năng WiFi và Bluetooth và USB.
Nó có tốc độ xử lý từ 700 MHz đến 1,4 GHz trong đó bộ nhớ RAM dao động từ 256 đến 1GB.
CPU của thiết bị này được coi là bộ não của thiết bị chịu trách nhiệm thực thi các câu lệnh dựa trên hoạt động toán học và logic.
GPU (bộ xử lý đồ họa) là một chip tiên tiến khác được tích hợp trong board mạch có chức năng tính toán hình ảnh Board mạch được trang bị cáp lõi video Broadcam chủ yếu được sử dụng để chơi các trò chơi video thông qua thiết bị.
Pi 3 đi kèm với các chân GPIO (General Purpose Input Output) rất cần thiết để duy trì kết nối với các thiết bị điện tử khác Các chân đầu ra đầu vào này nhận lệnh và hoạt động dựa trên chương trình của thiết bị.
Trang 9Cổng Ethernet được tích hợp trên thiết bị này để thiết lập một đường giao tiếp với các thiết bị khác Bạn có thể kết nối cổng Ethernet với bộ định tuyến để duy trì kết nối cho internet.
Board có bốn cổng USB được sử dụng có thể sử dụng để kết nối với bàn phím, chuột hoặc có thể kết nối USB 3G để truy cập internet và thẻ SD được thêm vào để lưu trữ hệ điều hành.
Đầu nối nguồn điện là một phần cơ bản của board mạch được sử dụng để cung cấp nguồn 5 V cho bo mạch Bạn có thể sử dụng bất kỳ nguồn nào để thiết lập nguồn cho board mạch, tuy nhiên, bạn ưu tiên kết nối cáp nguồn qua cổng USB của máy tính xách tay để cung cấp 5 V.
Pi 3 hỗ trợ hai tùy chọn kết nối bao gồm HDMI và RCA Video Cổng HDMI được sử dụng để kết nối LCD hoặc TV, có thể hỗ trợ cáp phiên bản 1.3 và 1.4 Cổng RCA Video được sử dụng để kết nối các màn hình TV đời cũ sử dụng jack cắm 3,5mm mà không hỗ trợ cổng HDMI.
Cổng USB được tích hợp trên board mạch được sử dụng để khởi động thiết bị Vì RPi chạy hệ điều hành Linux, nên chỉ cần cắm bàn phím và chuột vào là có thể sử dụng mà không cần cài thêm driver.
Thông số phần cứng:
Vi xử lí Broadcom BCM2837, ARMv8 (64bit) quad-core
GPU Broadcom VideoCore IV, OpenGL ES 2.0,OpenVG1080p60 , 400 MHz
RAM (chia sẻ với GPU) 1GB LPDDR2 (900Mhz)
Trang 10- 1,4 GHz 64 bit, Bộ xử lý lõi tứ Broadcom BCM2387 ARM Cortex-A53, nhanh hơn 10 lần so với Raspberry Pi 1.
- RAM 1GB (LPDDR2 SDRAM) cho phép bạn chạy các ứng dụng nâng cao
Trang 11- HDMI hỗ trợ phiên bản 1.3/1.4 và Composite RCA (PAL and NTSC) - 10/100 BaseT Ethernet socket
- Camera interface (CSI), để kết nối với camera
- Display interface (DSI): được sử dụng để kết nối Raspberry Pi với màn hình cảm ứng
- Khe cắm thẻ microSD: đễ lưu trữ dữ liệu - Micro USB power source
- VideoCore IV multimedia/3D graphics core @ 400MHz/300MHz
1.1.4 Sơ đồ chân GPIO
Hình 3: Sơ đồ chân GPIO
Có nhiều cách đánh số, ký hiệu cho các chân GPIO của Raspberry Pi Ở đây, chúng ta chỉ đề cập đến hai cách đánh số chính, đó là kiểu BCM và kiểu BOARD.
Trang 12Đánh số theo kiểu BCM là cách ký hiệu các chân theo đúng chức năng của nó Trong hình 2 ở trên, hai cột dọc, ngoài cùng ở hai bên với các ô như GPIO 2, GPIO 3, GPIO 14, GPIO 15, 3.3V, GND… đó là cách đánh số theo kiểu BCM.
Đánh số theo kiểu BOARD là cách đánh số các chân GPIO dựa trên vị trí của chân trên header Trên header của Raspberry Pi, các chân GPIO được chia làm hai hàng, mỗi hàng 20 chân Hai mươi chân hàng bên trái đánh số là 1, 3, 5, 7, 9, …, 39 Hai mươi chân còn lại, hàng bên phải đánh số là 2, 4, 6, 8, 10 …, 40 Thông thường, chúng ta dùng cách đánh số theo kiểu BOARD.
GPIO của Raspberry Pi 3 model B có tất cả 40 chân, được chia làm hai hàng, mỗi hàng 20 chân, một hàng gồm các chân đánh số lẽ từ 1–39, một hàng gồm các chân đánh số chẵn từ 2–40 (đánh số theo mạch – BOARD number).
GPIO của Raspberry Pi 3 model B gồm có:
- 2 chân có mức điện áp 3.3V (chân số 1 và chân số 17) - 2 chân có mức điện áp 5V (chân số 2, chân số 4).
- 8 chân Ground (0V) (chân số 6, 9, 14, 20, 25, 30, 34 và 39).
- 28 chân GPIO (chân số 3, 5, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 19, 21, 22, 23, 24, 26, 27, 28, 29, 31, 32, 33, 35, 36, 37, 38, 40).
Cùng với chức năng đơn giản của các chân ngõ vào và ngõ ra, các chân GPIO cũng có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau Một số chân cụ thể là:
Các chân I2C: Raspberry Pi sử dụng chuẩn giao tiếp I2C để giao tiếp với các
thiết bị tương thích với Inter-Integrated Circuit (một giao thức truyền thông nối tiếp hai dây tốc độ thấp) Chuẩn giao tiếp này yêu cầu vai trò chủ-tớ giữa cả hai thiết bị I2C có hai kết nối: SDA (Serial Data) và SCL (Serial Clock) Chúng hoạt động bằng cách gửi dữ liệu đến và sử dụng kết nối SDA, và tốc độ truyền dữ liệu được điều khiển thông qua chân SCL.
- Data: (GPIO 2), Clock (GPIO 3)
Trang 13- EEPROM Data: (GPIO 0), EEPROM Clock (GPIO 1)
Các chân UART: Các chân giao tiếp nối tiếp hoặc UART (Universal
Asynchronous Receiver/Transmitter – Bộ thu / phát không đồng bộ đa năng) cung cấp cách thức giao tiếp giữa hai bộ vi điều khiển hoặc máy tính Chân TX được sử dụng để truyền dữ liệu nối tiếp và chân RX được sử dụng để nhận dữ liệu nối tiếp đến từ một thiết bị nối tiếp khác Có 2 chân liên quan đến giao tiếp UART.
- TX (GPIO14)- RX (GPIO15)
Các chân SPI: SPI (Serial Peripheral Interface) là một giao thức được sử dụng
cho giao tiếp chủ-tớ Raspberry Pi sử dụng giao thức này để giao tiếp nhanh chóng giữa một hoặc nhiều thiết bị ngoại vi Dữ liệu được đồng bộ hóa bằng đồng hồ (SCLK tại chân GPIO 11) từ thiết bị chính (Raspberry Pi) và dữ liệu được gửi từ Raspberry Pi tới thiết bị SPI bằng chân MOSI (Master Out Slave In) Nếu thiết bị SPI cần giao tiếp lại với Raspberry Pi, thì nó sẽ gửi dữ liệu trở lại bằng chân MISO (Master In Slave Out) Có 5 chân liên quan đến giao tiếp SPI:
- GND: Kết nối tất cả các chân GND của tất cả các thành phần tớ (slave) và bo
mạch Raspberry Pi 3 với nhau.
- SCLK: Tín hiệu đồng hồ của SPI Kết nối tất cả các chân SCLK với nhau.- MOSI (Master Out Slave In): Chân này được sử dụng để gửi dữ liệu từ chủ
(master) đến tớ (slave).
- MISO (Master In Slave Out): Chân này được sử dụng để nhận dữ liệu từ slave
đến master.
- CE (Chip Enable): Chúng tôi cần kết nối một chân CE cho mỗi thiết bị slave
(hoặc các thiết bị ngoại vi) trong mạch của chúng ta Theo mặc định, chúng ta có hai chân CE nhưng chúng ta có thể cấu hình nhiều chân CE hơn từ các chân GPIO có sẵn khác.
Các chân SPI trên bo mạch Raspberry Pi 3B:
Trang 14- SPI0: GPIO 9 (MISO), GPIO 10 (MOSI), GPIO 11 (SCLK), GPIO 8 (CE0),
GPIO 7 (CE1)
- SPI1: GPIO 19 (MISO), GPIO 20 (MOSI), GPIO 21 (SCLK), GPIO 18
(CE0), GPIO 17 (CE1), GPIO 16 (CE2)
Các chân GPIO chịu mức điện áp tối thiểu là 3V, tối đa là 5V Nếu mức điện áp nằm ngoài giới hạn này sẽ làm hỏng mạch Thông thường, chúng ta nên sử dụng một mạch mở rộng để kết nối với các thiết bị ngoại vi, không nên kết nối trực tiếp các thiết bị, linh kiện điện tử vào GPIO trên Raspberry Pi.
Các chân PWM : PWM (Pulse Width Modulation – Điều chế độ rộng xung) là
một kỹ thuật phổ biến được sử dụng để thay đổi độ rộng của các xung trong một chuỗi xung PWM có nhiều ứng dụng như điều khiển độ sáng của đèn LED, điều khiển tốc độ của động cơ DC, điều khiển động cơ servo hoặc nơi bạn phải lấy ngõ ra analog
Raspberry Pi 3B đi kèm với một loạt các ứng dụng với mục đích thực hiện hầu hết các chức năng như máy tính để bàn Sau đây là những ứng dụng chính của Pi 3B:
- Máy chơi game
- Máy nghe nhạc, máy đọc sách - Camera an ninh, quan sát từ xa - Tự đông hóa tòa nhà - Điều khiển robot
Trang 15- Internet Radio - Máy pha cà phê
1.2 Cảm biến nhiệt độ LM351.2.1 Giới thiệu
Nhiệt độ là một trong những thông số được đo phổ biến nhất trên thế giới Chúng được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như lò vi sóng, tủ lạnh, máy điều hòa, cho đến các thiết bị được sử dụng trong công nghiệp Cảm biến nhiệt độ về cơ bản đo nóng/lạnh được tạo ra bởi một đối tượng mà nó được kết nối Cảm biến cung cấp một giá trị điện trở, dòng điện hoặc điện áp ở đầu ra tỷ lệ với nhiệt độ cần đo, sau đó các đại lượng này được đo hoặc xử lý theo ứng dụng của chúng ta.
Cảm biến nhiệt độ về cơ bản được phân thành hai loại:
- Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc: Các cảm biến nhiệt độ này sử dụng đối lưu và bức xạ để theo dõi nhiệt độ.
- Cảm biến nhiệt độ tiếp xúc: Cảm biến nhiệt độ tiếp xúc được chia thành ba loại là cơ điện, cảm biến nhiệt độ điện trở và dựa trên chất bán dẫn LM35 là cảm biến nhiệt độ tiếp xúc thuộc loại dựa trên chất bán dẫn LM35 là một cảm biến nhiệt độ tương tự, điện áp ở đầu ra của cảm biến tỷ lệ với nhiệt độ tức thời và có thể dễ dàng được xử lý để có được giá trị nhiệt độ bằng oC.
Ưu điểm của LM35 so với cặp nhiệt điện là nó không yêu cầu bất kỳ hiệu chuẩn bên ngoài nào Lớp vỏ cũng bảo vệ nó khỏi bị quá nhiệt Chi phí thấp và độ chính xác cao đã khiến cho loại cảm biến này trở thành một lựa chọn đối với những người yêu thích chế tạo mạch điện tử, người làm mạch tự chế và các bạn sinh viên.
Vì có nhiều ưu điểm nêu trên nên cảm biến nhiệt độ LM35 đã được sử dụng trong nhiều sản phẩm đơn giản, giá thành thấp Đã hơn 15 năm kể từ lần ra mắt đầu tiên nhưng cảm biến này vẫn tồn tại và được sử dụng trong nhiều sản phẩm và ứng dụng đã cho thấy giá trị của loại cảm biến này.
Trang 161.2.2 Sơ đồ chân
Hình 4: Sơ đồ chân của LM35
1 VCC hay +VS Chân cấp nguồn với điện áp từ 4V đến 30V 2 VOUT Chân lấy điện áp ra, điện áp ở chân này thay - Dòng điện tiêu thụ: khoảng 60uA - Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/°C
Trang 17- Khoảng nhiệt độ đo được: -55°C đến 150°C - Điện áp thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ: 10mV/°C - Độ tự gia nhiệt thấp, 0,08oC trong không khí tĩnh - Sai số: 0,25°C
- Trở kháng ngõ ra nhỏ, 0,2Ω với dòng tải 1mA - Kiểu chân: TO92
- Kích thước: 4.3 × 4.3mm
LM35 có thể đo nhiệt độ trong phạm vi từ -55 C đến 150 C Độ chính xác thực tếoo
của cảm biến: ±1/4°C ở nhiệt độ phòng và ±3/4°C trong phạm vi nhiệt độ từ -55°C đến 150°C Việc chuyển đổi điện áp đầu ra sang C cũng dễ dàng và trực tiếp.o
Trở kháng đầu ra nhỏ, đầu ra tuyến tính và hiệu chuẩn chính xác là những đặc tính vốn có của LM35, giúp tạo giao tiếp để đọc hoặc điều khiển mạch rất dễ dàng.
Điện áp cung cấp cho cảm biến LM35 hoạt động có thể từ +4 V đến 30 V Nó tiêu thụ dòng điện khoảng 60μA LM35 có nhiều họ là LM35A, LM35CA, LM35D, LM135, LM135A, LM235, LM335 Tất cả các thành viên trong họ LM35 đều hoạt động theo nguyên tắc giống nhau nhưng khả năng đo nhiệt độ khác nhau và chúng cũng có nhiều kiểu chân khác nhau (SOIC, TO-220, TO-92, TO).
1.2.4 Nguyên lý hoạt động
Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị điện áp nhất định tại chân VOUT (chân giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ Như vậy, bằng cách đưa vào chân bên trái của cảm biến LM35 điện áp 5V, chân phải nối đất, đo hiệu điện thế ở chân giữa, bạn sẽ có được nhiệt độ (0-100ºC) tương ứng với điện áp đo được.
Vì điện áp ngõ ra của cảm biến tương đối nhỏ nên thông thường trong các mạch ứng dụng thực tế, chúng ta thường dùng Op-Amp để khuếch đại điện áp ngõ ra này.
Trang 181.2.5 Ứng dụng và ưu, nhược điểm
Ưu điểm cảm biến nhiệt độ LM35:
- Giá thành rất rẻ so với các cảm biến nhiệt độ công nghiệp
- Sai số thấp từ 0,2 C tại 25 C , tại max 150 C sai số 1 C Sai số chấp nhận oooo
được cho các ứng dụng không cần độ chính xác
- Kích thướt nhỏ gọn , dể dàng lắp đặt tại các không gian hẹp và board mạch Nhượt điểm cảm biến nhiệt độ LM35:
- Chỉ mang tính chất nghiên cứu là chủ yếu - Cần có các main vi xử lý để đọc được tín hiệu mV - Không thể dùng trong công nghiệp thực tiễn
Cảm biến nhiệt độ LM35 đo được nhiệt độ từ 2-150 C cho ra tín hiệu dạng o
analog 0mV … 10mV/ C Cảm biến nhiệt độ LM35 phù hợp cho các ứng dụng :o
- Học tập nghiên cứu - Đo nhiệt độ pin
- Đo nhiệt độ nguồn cấp trên board mạch - Giám sát nhiệt độ trong hệ thống HVAC - Được sử dụng làm cảm biến nhiệt độ máy lạnh
Trang 19- Hay ứng dụng cho cảm biến nhiệt độ máy điều hoà
1.3 MCP32081.3.1 Giới thiệu
MCP3208 là bộ chuyển đổi tín hiệu Analog sang tín hiệu Digital 12 bit có tám kênh đầu vào single-ended Nó có giao thức SPI truyền/nhận dữ liệu nối tiếp 4 dây được dùng để nhận tín hiệu đầu ra digital cho các kênh.
Có mạch lấy mẫu và giữ tín hiệu Chân analog và kỹ thuật số nối mass giúp giảm nhiễu Thích hợp với các ứng dụng hệ thống nhúng (embedded systems).
Ngoài ra, MCP3208 hỗ trợ 4 đầu vào analog hoặc 8 đầu vào single-ended Hơn nữa, nó có tốc độ lấy mẫu tín hiệu 100ksps Quan trọng nhất là có thể sử dụng giao thức SPI để lấy dữ liệu digital từ tất cả các chân đầu vào.
Hình 5: MCP3208
Trang 201.3.2 Sơ đồ chân
Hình 6: Sơ đồ chân của MCP3008 Sơ đồ chân cho biết rằng nó có tám kênh analog từ CH0-CH7 Mô tả các chân:
Chân 1 đến 8 (CH0 đến CH7): Đây là các đầu vào analog từ kênh 0 đến kênh 7.
Các kênh này có thể được cấu hình thành bốn đầu vào single-ended hoặc hai cặp đầu vào pseudo-differential Ở chế độ pseudo-differential, mỗi cặp kênh được lập trình có đầu vào IN + và IN- bằng cách gửi một chuỗi lệnh nối tiếp.
Chân 9 (DGND): Là chân nối mass digital được kết nối bên trong mạch.
Trang 21Chân 10 (SHDN): Là chân chọn chip, được sử dụng để bắt đầu giao tiếp với
thiết bị bằng cách kết nối chân này với mức logic thấp Nếu nó đã ở mức logic thấp, thì nên kéo lên lên mức logic cao rồi xuống mức logic thấp lại để bắt đầu giao tiếp Khi được kéo đến mức logic cao, nó sẽ kết thúc một lần chuyển đổi dữ liệu.
Chân 11 (DIN): Đây là chân đầu vào cho dữ liệu nối tiếp.
Chân 12 (DOUT): Là đầu ra dữ liệu nối tiếp được sử dụng cho giao thức SPI Ở
mỗi cạnh xung tích cực thấp của tín hiệu xung clock, dữ liệu sẽ chuyển đổi và được đưa ra trên chân này.
Chân 13 (CLK): Là chân tín hiệu xung clock truyền dữ liệu nối tiếp được sử
dụng để bắt đầu chuyển đổi và gửi từng bit ra ngoài khi quá trình chuyển đổi diễn ra.
Chân 14 (AGND): Là chân nối mass analog được kết nối bên trong với mạch
analog, được kết nối với điện áp tham chiếu.
Chân 15 (Vref): Được kết nối với điện áp tham chiếu và được sử dụng để xác
định phạm vi của điện áp analog.
Chân 16 (VDD): Cấp điện áp dương vào mạch.1.3.3 Đặc tính của MCP3208
- IC ADC 8 kênh với độ phân giải 12 bit và giao thức truyền thông SPI nối tiếp - Có các đầu vào analog có thể lập trình được, có thể được cấu hình ở chế độ
single-ended hoặc pseudo-differential.
Trang 22- Dựa trên công nghệ CMOS công suất thấp - Phạm vi nhiệt độ từ -40 ° C đến + 85 ° C.
- Có dòng điện ở chế độ ngủ 5 nA và dòng điện hoạt động bình thường là 320 µA.
1.3.4 Nơi ứng dụng
Có một số thiết bị như Raspberry pi không có phần cứng phục vụ cho bộ chuyển đổi analog sang digital do đó chúng không thể đọc đầu vào analog, vì vậy bạn cần một mạch chuyển đổi.
Đối với các thiết bị như vậy, bạn có thể sử dụng chip MCP3208 Chip này sử dụng giao thức SPI để giao tiếp nên khi sử dụng Raspberry Pi chỉ cần bốn chân GPIO Vì vậy, bạn có thể nhận thêm 8 đầu vào analog bằng cách sử dụng chip này.
Cảm biến sử dụng đầu ra analog Do đó, nhiều thiết bị cần bộ chuyển đổi ADC để đọc các đầu ra này MCP3208 có thể được sử dụng để chuyển đổi các tín hiệu analog thành tín hiệu digital.
1.3.5 Cách sử dụng MCP3208
Có công nghệ kiến trúc vi mạch SAR ADC có một mạch lấy mẫu tích hợp và một tụ điện Kiến trúc này thực hiện lấy mẫu với một tụ điện Sample/Hold trong 1.5 chu kỳ xung clock có xung cạnh lên đầu tiên của chu kỳ xung nhịp Sau đó ADC xuất đầu ra digital 12 bit tùy thuộc vào giá trị điện tích trên tụ điện S/H (Sample/Hold).
Giao tiếp với MCP3208 được thực hiện bằng cách hạ mức logic xuống thấp ở chân CS Khi có tín hiệu xung nhịp đầu tiên (khi CS ở mức logic thấp và DIN ở mức logic cao), bit đầu tiên nhận được sẽ là bit bắt đầu và theo sau là bit SGL / DIFF (xác định chế độ chuyển đổi Single-ended hoặc chế độ Differential).
Sau đó, ba bit tiếp theo là D0, D1 và D2 được sử dụng để chọn kênh Khi có xung cạnh lên thứ tư của xung clock và sau khi bit bắt đầu được nhận thì việc lấy mẫu giá trị các đầu vào analog sẽ được bắt đầu.
Trang 231.3.6 Ứng dụng
- Thu thập dữ liệu - Robot
- Bộ ghi dữ liệu đa kênh - Thiết bị đo lường - Điều khiển động cơ servo - Cảm biến thông minh
1.3.7 Đầu vào tham chiếu
Đối với mỗi thiết bị trong gia đình, đầu vào tham chiếu (VREF) xác định dải điện áp đầu vào tương tự Như đầu vào tham chiếu được giảm, kích thước LSB được giảm cho phù hợp Mã đầu ra kỹ thuật số lý thuyết được tạo ra bởi bộ chuyển đổi A / D là một chức năng của tín hiệu đầu vào tương tự và đầu vào tham chiếu, được tính theo
Trong đó: V là điện áp đầu vào analogIN
V là điện áp tham chiếuREF
Khi sử dụng thiết bị tham chiếu điện áp bên ngoài, nhà thiết kế hệ thống phải luôn tham khảo các khuyến nghị của nhà sản xuất về cách bố trí mạch Bất kỳ sự bất ổn nào trong hoạt động của thiết bị tham chiếu sẽ có ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của bộ chuyển đổi A / D.
1.4 Quang trở1.4.1 Giới thiệu
Quang trở còn được gọi là điện trở quang, photoresistor, photocell là một trong những linh kiện được tạo bằng một chất đặc biệt có thể thay đổi điện trở khi ánh sáng chiếu vào Về cơ bản, bạn có thể hiểu nó là một tế bào quang điện được hoạt động dựa