Cảm biến ánh sáng Arduino là gì

Quang trở giao tiếp Arduino là quang trở CDS có tích hợp sẵn Op-amp và biến trở so sánh mức tín hiệu giúp cho việc nhận biết tín hiệu trở nên dễ dàng, Cảm biến ánh sáng này thường dùng để nhận biết, bật tắt thiết bị theo cường độ ánh sáng môi trường.

LM393 Cảm Biến Ánh Sáng Quang Trở 4 Chân là cảm biến đo cường độ ánh sáng sử dụng IC LM393. Dễ dàng cài đặt bằng cách sử dụng cảm biến điện trở cảm quang loại nhạy, tín hiệu đầu ra của bộ so sánh cho dạng sóng tốt và sạch. Có thể điều chỉnh chiết áp để thay đổi mức phát hiện cường độ ánh sáng. Được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: điều khiển bật tắt thiết bị theo ánh sáng, hệ thống cảnh báo chống trộm, đèn led chiếu sáng tự động,… 

1. Linh kiện cần thiết làm mạch cảm biến ánh sáng Quang trở giao tiếp Arduino

1.1 Vi điều khiển Arduino Uno Quang trở giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu

Arduino Uno R3 [Dip] có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 [mặc định thì các điện trở này không được kết nối].

Các chức năng khác

Arduino Uno R3 là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc. Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau.

Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…Dựa trên nền tảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây dựng cho mình một dự án nhanh nhất [ lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…].

Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit. Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu của máy tính rất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt.

Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền sản xuất, …

b. Chức năng của Arduino R3:

• 2 chân Serial: 0 [RX] và 1 [TX]: dùng để gửi [transmit – TX] và nhận [receive – RX] dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
• Chân PWM [~]: 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit [giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V] bằng hàm analogWrite[]. Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.

Các chức năng khác

• Chân giao tiếp SPI: 10 [SS], 11 [MOSI], 12 [MISO], 13 [SCK].  Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
• LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam [kí hiệu chữ L]. Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
• Arduino Uno R3 có 6 chân analog [A0 → A5] cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit [0 → 210-1] để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V  → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit. Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 [SDA] và A5 [SCL] hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.

• LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao [HIGH] thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp [LOW].
• VIN: Chân này dùng để cấp nguồn ngoài [điện áp cấp từ 7-12VDC].
• 5V: Điện áp ra 5V [dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 500mA].
• 3V3: Điện áp ra 3.3V [dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 50mA].
• GND: Là chân mang điện cực âm trên board.
• IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO và có thể đọc điện áp trên chân IOREF. Chân IOREF không dùng để làm chân cấp nguồn.

e.Bộ nhớ

Vi điều khiển ATmega328:

• 32 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB.
• 2 KB cho SRAM: [Static Random Access Menory]: giá trị các biến khai báo sẽ được lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM. Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
• 1 KB cho EEPROM: [Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory]: Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn.

f. Các chân đầu vào và đầu ra

Trên Board Arduino Uno có 14 chân Digital được sử dụng để làm chân đầu vào và đầu ra và chúng sử dụng các hàm pinMode[], digitalWrite[], digitalRead[]. Giá trị điện áp trên mỗi chân là 5V, dòng trên mỗi chân là 20mA và bên trong có điện trở kéo lên là 20-50 ohm. Dòng tối đa trên mỗi chân I/O không vượt quá 40mA để tránh trường hợp gây hỏng board mạch.

Ngoài ra, một số chân Digital có chức năng đặt biệt:

• Serial: 0 [RX] và 1 [TX]: Được sử dụng để nhận dữ liệu [RX] và truyền dữ liệu [TX] TTL.
• Ngắt ngoài: Chân 2 và 3.
• PWM: 3, 5, 6, 9 và 11 Cung cấp đầu ra xung PWM với độ phân giải 8 bit bằng hàm analogWrite [].
• SPI: 10 [SS], 11 [MOSI], 12 [MISO], 13 [SCK]. Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI bằng thư viện SPI.
• LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao [HIGH] thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp [LOW].
• TWI/I2C: A4 [SDA] và A5 [SCL] hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.

1.2 Cảm biến ánh sáng Quang trở giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu

Quang trở giao tiếp Arduino là dùng Cảm biến ánh sáng quang trở CDS có tích hợp sẵn Op-amp và biến trở so sánh mức tín hiệu giúp cho việc nhận biết tín hiệu trở nên dễ dàng, Cảm biến ánh sáng này thường dùng để nhận biết, bật tắt thiết bị theo cường độ ánh sáng môi trường.

LM393 Cảm Biến Ánh Sáng Quang Trở 4 Chân là cảm biến đo cường độ ánh sáng sử dụng IC LM393. Dễ dàng cài đặt bằng cách sử dụng cảm biến điện trở cảm quang loại nhạy, tín hiệu đầu ra của bộ so sánh cho dạng sóng tốt và sạch. Có thể điều chỉnh chiết áp để thay đổi mức phát hiện cường độ ánh sáng. Được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: điều khiển bật tắt thiết bị theo ánh sáng, hệ thống cảnh báo chống trộm, đèn led chiếu sáng tự động,… 

b. Thông số kỹ thuật

• Sử dụng cảm biến photoresistor loại nhạy
• Dùng IC so sánh LM393 cho dòng ra lớn đến 15mA.
• Nguồn cấp 3.3~5 VDC
• Đầu ra digital DO [0 và 1]
• Đầu ra điện áp analog AO
• Một lỗ bu lông cố định để lắp đặt dễ dàng
• Kích thước: 3.2 x 1.4cm

c. Cách sử dụng

• Khi mức ánh sáng xung quanh chưa đạt đến ngưỡng, DO ở mức cao. Khi mức ánh sáng xung quanh vượt quá ngưỡng được thiết lập, đầu ra DO ở mức thấp.
•  Đầu ra DO có thể được kết nối trực tiếp với vi điều khiển hoặc các module khác [có thể là các mạch điều khiển ánh sáng].
•  Đầu ra AO có thể được kết nối với vi điều khiển thông qua chức năng ADC, bạn có thể nhận được các giá trị cường độ ánh sáng xung quanh chính xác hơn.

1.3 Relay kích đèn 220v cho mạch cảm biến ánh sáng Quang trở giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu

Rơ le [relay] là một công tắc chuyển đổi, dùng để đóng cắt mạch điều khiển, nó hoạt động bằng điện. Nó là một công tắc vì có 2 trạng thái ON và OFF. 
Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không.

b. Thông số kỹ thuật

• Điện áp điều khiển: 5V
• Dòng điện cực đại: 10A
• Thời gian tác động: 10ms
• Thời gian nhả hãm: 5ms
• Nhiệt độ hoạt động: -45oC ~ 75oC

2. Hướng dẫn đồ án Quang trở giao tiếp Arduino kích đèn 220V qua Relay

Phần cứng

Phần mềm

#define LIGHT 7 // define pint 7 for sensor #define RELAY 4 // define pin 4 as for relay void setup[] {  // Light LDR Sensor Code by Robojax.com 20180210  Serial.begin[9600];// setup Serial Monitor to display information  pinMode[LIGHT, INPUT_PULLUP];// define pin as Input  sensor  pinMode[RELAY, OUTPUT];// define pin as OUTPUT for relay } void loop[] {  // Light LDR Sensor Code by Robojax.com 20180210  int L =digitalRead[LIGHT];// read the sensor      if[L == 1]{    Serial.println[" light is ON"];    digitalWrite[RELAY,LOW];// turn the relay ON  }else{     Serial.println["  === light is OFF"];     digitalWrite[RELAY,HIGH];// turn the relay OFF  }  delay[500]; // Light LDR Sensor Code by Robojax.com 20180210 }

3. Hoạt động của mạch cảm biến ánh sáng Quang trở giao tiếp Arduino

Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển hiển thị thông tin ban đầu. Lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu từ mạch đọc cảm biến ánh sáng Quang trở giao tiếp Arduino trong môi trường trả về tín hiệu analog dùng để đo cường độ ánh sáng trong ánh nắng hoặc trong đèn tia cực tím và kiểm tra mức tín hiệu, Khi nhận tín hiệu vi điều khiển tính toán, xử lý dữ liệu và xuất tín hiệu kích thiết bị đèn 220v thông qua relay theo yêu cầu của người lập trình.

4. Hoạt động mạch cảm biến ánh sáng Quang trở giao tiếp Arduino các bạn xem video:



Ngoài ra còn nhiều Phần và các môn khác

Đồ án điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 1
Mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 2
Thiết kế mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 3
Vi xử lý, Lập trình vi điều khiển Pic – 8051 – Avr – Phần 4
Tổng hợp File ĐỒ ÁN Điện tử cơ bản
Tổng hợp File ĐỒ ÁN Viễn thông
Tổng hợp File ĐỒ ÁN PLC
Tổng hợp File ĐỒ ÁN Cung cấp điện

Sẽ còn các phần khác nữa nhé.

Chúc các bạn thành công…!!!