Series 37 Module Cảm Biến – Nguyên Lý Reed Switch: Tiếp Điểm Từ Trong Kính, Phát Hiện Cửa & Đo Tốc Độ Quay

Reed switch là công tắc cơ điện từ (magnetically operated switch) — không có điện, không có tín hiệu điều khiển, chỉ cần đưa nam châm lại gần là nó đóng mạch. Độ tin cậy rất cao vì tiếp điểm được niêm phong hoàn toàn trong ống kính, không bị oxy hóa.

Nguyên Lý Hoạt Động

1. Tiếp Điểm Từ Trong Ống Kính

Bên trong reed switch là 2 lá kim loại ferromagnetic mỏng (thép có độ thấm từ cao):

Reed Switch — Cắt dọc:

          ←─ Nam châm ─→
               ↓ Từ trường
┌──────────────────────────────────────┐ ← Ống kính (sealed)
│                                      │
│  ─────────────┐        ┌──────────── │ ← Lá tiếp điểm (blade)
│  Blade A      └──────  └──  Blade B  │   (Ở đây đang HỞ)
└──────────────────────────────────────┘
   Terminal 1                Terminal 2
   
Khi có từ trường đủ mạnh:

┌──────────────────────────────────────┐
│                                      │
│  ─────────────┐██████┌───────────── │ ← 2 lá hút nhau
│  Blade A      └──────┘  Blade B     │   (đang ĐÓNG)
└──────────────────────────────────────┘

Cơ chế từ tính:

1. Nam châm tạo từ trường xuyên qua ống kính
2. Từ trường từ hóa 2 lá thép → chúng trở thành nam châm tạm thời
3. 2 lá từ hóa với cực trái chiều → hút nhau → tiếp xúc → mạch đóng
4. Nam châm rời xa → từ trường yếu → lá đàn hồi tách ra → mạch hở

2. Loại Thường Mở (NO) và Thường Đóng (NC)

Loại	Không có nam châm	Có nam châm
NO (Normally Open)	HỞ — không dẫn điện	ĐÓNG — dẫn điện
NC (Normally Closed)	ĐÓNG — dẫn điện	HỞ — không dẫn điện
SPDT	Com-NC ĐÓNG	Com-NO ĐÓNG

Phổ biến nhất trong kit 37 module: Loại NO — cần đưa nam châm lại gần để đóng mạch.

Ứng dụng:

• Cảm biến cửa: reed switch gắn vào khung, nam châm gắn vào cánh → khi đóng = NO đóng = LOW
• Đo RPM: gắn nam châm lên bánh quay → mỗi vòng = 1 xung
• Float level sensor: phao có nam châm + reed switch cố định

3. Khoảng Cách Kích Hoạt

Phụ thuộc vào cường độ từ trường của nam châm:

• Nam châm ferrite nhỏ (5mm): kích hoạt ở ~5-10mm
• Nam châm neodymium: kích hoạt ở ~20-30mm
• Reed switch làm việc qua vật liệu phi từ: nhựa, gỗ, kính (~5mm)

Thông Số Kỹ Thuật

Thông số	Giá trị
Điện áp tối đa	100VDC / 140VAC (bare switch)
Dòng tối đa	500mA (bare switch)
Công suất chuyển mạch	10W
Tốc độ chuyển mạch	0.1-2ms
Tuổi thọ	10⁷ – 10⁸ thao tác
Điện trở tiếp điểm	<100mΩ
Khí trong ống	Nitrogen (chống oxy hóa)

Sơ Đồ Chân (Pinout)

Module Reed Switch (trong kit 37 module)

┌──────────────────────────────────┐
│   [Reed Switch]                  │
│   [Pull-up 10kΩ]                 │
│   [LED chỉ thị]                  │
└──────────────────────────────────┘
  GND   VCC   S
  (-)  (3.3-5V) (Signal OUT)

Chân	Ký hiệu	Mô tả
GND	–	Mass
VCC	+	Nguồn 3.3V-5V
S	Signal	Output — thay đổi khi nam châm đến/đi

Logic với pull-up (loại NO):

• Không có nam châm → reed HỞ → pull-up kéo S = HIGH
• Nam châm đến gần → reed ĐÓNG → kéo S = LOW (active LOW)

Kết Nối Phần Cứng

Module với ESP32 DevKit V1

ESP32 DevKit V1           Reed Switch Module
─────────────────────     ─────────────────
3V3  ─────────────────→  VCC
GND  ─────────────────→  GND
GPIO4 (Input) ─────────→  S

Gắn vật lý: Reed switch gắn vào khung cửa, nam châm gắn vào cánh cửa (cùng phía). Khoảng cách khi cửa đóng: < 10mm.

Module với Arduino Uno

Arduino Uno               Reed Switch Module
─────────────────────     ─────────────────
5V   ─────────────────→  VCC
GND  ─────────────────→  GND
Pin 2 (INT0) ─────────→  S

Code Arduino IDE

Code Phát Hiện Cửa Đóng/Mở Cơ Bản — Arduino Uno

/*
 * Reed Switch — Phát hiện cửa đóng / mở
 * Board: Arduino Uno
 * Kết nối: VCC→5V, GND→GND, S→Pin2
 *
 * Loại NO với pull-up:
 * - S = HIGH → không có nam châm = CỬA MỞ
 * - S = LOW  → có nam châm = CỬA ĐÓNG
 */

const int REED_PIN = 2;
const int LED_PIN  = 13;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(REED_PIN, INPUT); // Module đã có pull-up
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  Serial.println("=== Reed Switch Door Sensor ===");
}

int lastState = -1;

void loop() {
  int reedVal = digitalRead(REED_PIN);

  // Chỉ in khi có thay đổi
  if (reedVal != lastState) {
    lastState = reedVal;

    if (reedVal == LOW) {
      // Nam châm gần → reed đóng → mạch kín → LOW
      Serial.println("CỬA ĐÓNG");
      digitalWrite(LED_PIN, HIGH); // LED sáng khi cửa đóng
    } else {
      // Không có nam châm → reed hở → HIGH
      Serial.println("CỬA MỞ!");
      digitalWrite(LED_PIN, LOW);
    }
  }

  delay(50); // Debounce nhỏ
}

Code Báo Động Cửa — Interrupt (Arduino Uno)

/*
 * Reed Switch — Báo động khi cửa mở (anti-theft)
 * Board: Arduino Uno
 * Kết nối: VCC→5V, GND→GND, S→Pin2, Buzzer→Pin9
 *
 * Cơ chế:
 * - Khi cửa đóng: S = LOW (nam châm gần)
 * - Khi cửa mở: S lên HIGH → RISING interrupt → báo động
 */

const int REED_PIN   = 2;
const int BUZZER_PIN = 9;
const int LED_PIN    = 13;

volatile bool doorOpened = false;
bool alarmActive = false;

// ISR — gọi khi cửa MỞ (RISING: LOW→HIGH)
void onDoorOpen() {
  doorOpened = true;
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(REED_PIN, INPUT);
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW);

  // Trigger khi cửa mở (LOW→HIGH khi nam châm rời xa)
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(REED_PIN), onDoorOpen, RISING);

  Serial.println("=== Door Alarm System ===");
  Serial.println("Đóng cửa lại để arm hệ thống...");

  // Chờ cửa đóng trước khi arm
  while (digitalRead(REED_PIN) == HIGH) {
    delay(100); // Đợi cửa đóng
  }
  Serial.println("Cửa đã đóng — Báo động BẬT (armed)");
  digitalWrite(LED_PIN, HIGH); // LED sáng = armed
}

void loop() {
  if (doorOpened && !alarmActive) {
    doorOpened = false;
    alarmActive = true;
    Serial.println("!!! CỬA MỞ — Báo động !!!");
  }

  // Buzzer khi alarm đang hoạt động
  if (alarmActive) {
    // Beep 3 lần rồi dừng 0.5 giây
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
      digitalWrite(BUZZER_PIN, HIGH); delay(150);
      digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW);  delay(100);
      digitalWrite(LED_PIN, !digitalRead(LED_PIN)); // Blink LED
    }
    delay(500);

    // Tắt alarm khi cửa đóng lại
    if (digitalRead(REED_PIN) == LOW) {
      alarmActive = false;
      digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
      Serial.println("Cửa đóng — dừng báo động");
    }
  }
}

Code Đo RPM Bằng Reed Switch — Arduino Uno

/*
 * Reed Switch — Đo vòng/phút (RPM)
 * Gắn nam châm nhỏ vào bánh quay, reed switch cố định bên ngoài
 * Mỗi vòng = 1 xung (1 lần nam châm đi qua)
 * Board: Arduino Uno
 * Kết nối: VCC→5V, GND→GND, S→Pin2
 */

const int REED_PIN = 2;

volatile unsigned long pulseCount = 0;        // Số xung từ ISR
volatile unsigned long lastPulseTime = 0;     // Thời điểm xung cuối (ms)
const int MAGNETS_PER_REV = 1;               // Số nam châm trên bánh

void onMagnet() {
  unsigned long now = millis();
  if (now - lastPulseTime > 20) { // Debounce 20ms
    pulseCount++;
    lastPulseTime = now;
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(REED_PIN, INPUT);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(REED_PIN), onMagnet, FALLING);
  Serial.println("=== RPM Meter ===");
  Serial.println("RPM | RPS (rounds/sec)");
}

void loop() {
  delay(1000); // Đo trong 1 giây

  // Đọc và reset counter (atomic)
  noInterrupts();
  unsigned long count = pulseCount;
  pulseCount = 0;
  interrupts();

  // Tính RPM: count xung trong 1s → count/MAGNETS_PER_REV vòng/s
  float rps = (float)count / MAGNETS_PER_REV;
  float rpm = rps * 60.0;

  Serial.print(rpm, 1);
  Serial.print(" RPM | ");
  Serial.print(rps, 2);
  Serial.println(" RPS");
}

Code ESP32 — Smart Door Alert WiFi

/*
 * Reed Switch — ESP32, phát hiện cửa mở + in Serial
 * (WiFi notification có thể thêm vào sau)
 * Board: ESP32 DevKit V1
 * Kết nối: VCC→3V3, GND→GND, S→GPIO4
 */

const int REED_PIN = 4;

volatile bool doorEvent = false;
volatile bool doorState = false;  // true = cửa mở

void IRAM_ATTR onReedChange() {
  doorState = (digitalRead(REED_PIN) == HIGH); // HIGH = cửa mở (NO + pull-up)
  doorEvent = true;
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(REED_PIN, INPUT);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(REED_PIN), onReedChange, CHANGE);

  // Đọc trạng thái ban đầu
  doorState = (digitalRead(REED_PIN) == HIGH);
  Serial.println("=== Smart Door Sensor ESP32 ===");
  Serial.println(doorState ? "Ban đầu: Cửa MỞ" : "Ban đầu: Cửa đóng");
}

unsigned long lastEventTime = 0;
int openCount = 0;

void loop() {
  if (doorEvent) {
    doorEvent = false;

    unsigned long now = millis();
    // Debounce 100ms
    if (now - lastEventTime > 100) {
      lastEventTime = now;

      if (doorState) {
        openCount++;
        Serial.print("CỬA MỞ! Lần thứ ");
        Serial.println(openCount);
        // Có thể gọi: sendMqttAlert() hoặc sendTelegramMessage() ở đây
      } else {
        Serial.println("Cửa đóng");
      }
    }
  }
}

Kết Quả Mong Đợi

=== Reed Switch Door Sensor ===
CỬA ĐÓNG
CỬA MỞ!
CỬA ĐÓNG
CỬA MỞ!

Ứng Dụng Thực Tế

Ứng dụng	Chi tiết
Cảm biến cửa nhà	Báo động khi cửa/cửa sổ mở
Đo RPM	Gắn nam châm lên motor/bánh xe
Cảm biến mức nước	Phao với nam châm + reed switch ở nắp
Anti-theft laptop	Gắn ở nắp máy tính → báo khi mở
Đếm sản phẩm	Mỗi sản phẩm đi qua = 1 xung

Lưu Ý Khi Sử Dụng

1. Phân biệt NO và NC

Kiểm tra trước: đưa nam châm lại gần và đo điện trở hoặc đọc tín hiệu. Loại NO: không có nam châm → hở, có nam châm → thông. Logic output phụ thuộc loại và có pull-up hay không.

2. Bounce tồn tại mặc dù nhỏ

Reed switch ít bounce hơn cơ học nhưng không hoàn toàn không có. Debounce 20-50ms là an toàn cho hầu hết ứng dụng. Đo RPM cần debounce rất nhỏ (~5ms) để không bỏ sót xung.

3. Nam châm quá mạnh hoặc quá yếu đều sai

Quá yếu → không đóng được. Quá mạnh (neodymium lớn) → từ trường rò → đóng cả khi xa 5cm. Dùng nam châm ferrite nhỏ đi kèm module, test khoảng cách thực tế.

4. Vỏ kính dễ vỡ

Bare reed switch ống kính rất mỏng, dễ vỡ nếu bẻ hoặc tác lực cơ học. Module trong kit đã được bảo vệ bởi PCB. Nếu dùng bare switch → bọc trong heat shrink tube.

Bài tiếp theo: