ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CNKT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO VÀ CẢNH BÁO NỒNG ĐỘ cồn trong hơi thở
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.71 MB, 50 trang )
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CNKT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO VÀ CẢNH BÁO NỒNG ĐỘ
CỒN TRONG HƠI THỞ
CBHD:
THS. NGUYỄN NGỌC ANH
Sinh viên:
NGUYỄN THỊ THƯ
Mã số sinh viên: 2017602902
Hà Nội – 2021
skkn Tiểu Luận PRO(123docz.net)
LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế khơng có sự thành công nào mà không gắn liền với những
sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác.
Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại trường đến nay, em đã nhận
được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của q Thầy Cơ, gia đình và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy
cô của trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô khoa đã
tạo điều kiện cho em để em có thể hoàn thành tốt bài báo cáo đồ án tốt nghiệp
này. Và em cũng xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Anh đã nhiệt tình
hướng dẫn em hồn thành tốt bài báo cáo.
Trong q trình làm báo cáo khó tránh khỏi sai sót, rất mong các Thầy,
Cơ bỏ qua. Đồng thời kinh nghiệm thực tiễn của em còn hạn chế nên đồ án
khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng
góp của Thầy, Cơ để em học thêm được nhiều kinh nghiệm cho phát triển sau
này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng
năm 2021
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Thư
skkn Tiểu Luận PRO(123docz.net)
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
ii
MỤC LỤC
iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU
v
LỜI NÓI ĐAU
vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
viii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO VÀ CẢNH BÁO
NỒNG ĐỘ CỒN TRONG HƠI THỞ
1
1.1. Đặt vấn đề nghiên cứu
1
1.1.1. Sự cần thiết của thiết bị trong thực tế
1
1.1.2. Những thiết bị đang có trong thực tế và hạn chế
1
1.1.3. Đặt vấn đề
3
1.1.4. Mục tiêu của đề tài
3
1.2. Kế hoạch thực hiện đề tài
3
1.3. Bố cục đề tài
4
1.4. Kết luận chương 1
4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO VÀ
CẢNH BÁO NỒNG ĐỘ CỒN TRONG HƠI THỞ
5
2.1. Cảm biến nồng độ cồn.
5
2.1.1. Khái niệm nồng độ cồn.
5
2.1.2. Cảm biến nồng độ cồn.
5
2.2. Màn hình LCD
10
2.2.1. Khái niệm màn hình LCD
10
2.2.2. Màn hình LCD 16x2
10
2.2.3. Điều khiển hoạt động của LCD
12
2.3. Nguồn pin
13
2.3.1. Khái niệm pin
13
2.3.2. Pin sạc 18650 3.7V 2000mAh:
14
2.4. Mạch Arduino
15
skkn Tiểu Luận PRO(123docz.net)
2.4.1. Phần cứng
15
2.4.2. Phần mềm
16
2.4.3. Arduino Nano
17
2.5. Mạch hạ áp module LM2596
20
2.5.1. Giới thiệu
20
2.5.2. Module LM2596
21
2.6. Module SIM 800L
22
2.6.1. Thông số kĩ thuật
22
2.6.2. Các chế độ hoạt động của Module Sim 800L
23
2.6.3. Các tập lệnh AT test Module Sim 800L
24
2.7. Kết luận chương 2
25
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH THIẾT BỊ ĐO VÀ CẢNH BÁO
NỒNG ĐỘ CỒN TRONG HƠI THỞ
26
3.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
26
3.1.1. Yêu cầu thiết kế
26
3.1.2. Sơ đồ khối
26
3.1.3. Chức năng từng khối
26
3.2. Sơ đồ nguyên lí của thiết bị đo và cảnh báo nồng độ cồn
27
3.2.1. Sơ đồ ngun lí tồn mạch
27
3.2.2. Sơ đồ nguyên lý và nhiệm vụ từng khối
27
3.3. Xây dựng lưu đồ thuật toán
30
3.4. Thiết kế phần cứng
30
3.4.1. Sơ đồ mạch in
30
3.4.2. Sản phẩm thực tế
31
3.5. Kết luận chương 3
34
KẾT LUẬN
35
TÀI LIỆU THAM KHẢO
36
PHỤ LỤC
37
skkn Tiểu Luận PRO(123docz.net)
DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU
Hình 1. 1: Máy đo nồng độ cồn DA 800
2
Hình 1. 2: Máy đo nồng độ cồn TigerDirect ATAMT6100
2
Hình 2. 1: Cảm biến MQ-3
5
Hình 2. 2: Sơ đồ mạch điện của cảm biến
6
Hình 2. 3: Hình thực tế và sơ đồ nguyên lý của cảm biến MQ-3
7
Hình 2. 4: Các bộ phận bên trong MQ-3
7
Hình 2. 5: Một số hình ảnh minh họa hoạt động của MQ-3
8
Hình 2. 6: Mặt trước và mặt sau cảu module cảm biến MQ-3
8
Hình 2. 7: Hình ảnh sơ đồ ngun lí của module cảm biến MQ-3.
9
Hình 2. 8: Màn hình LCD 16 x 2
10
Hình 2. 9: Một số loại pin
14
Hình 2. 10: Pin sạc 18650 3.7V 2000mAh
14
Hình 2. 11: Phần mềm Arduino IDE
16
Hình 2. 12: Arduino Nano
17
Hình 2. 13: Mặt trên của Arduino Nano
19
Hình 2. 14: Module LM2596
21
Hình 2. 15: Sơ đồ chân của module 2596
22
Hình 2. 16: Module SIM 800L
23
Hình 3. 1: Sơ đồ khối của thiết bị đo nồng độ cồn trong hơi thở
26
Hình 3. 2: Sơ đồ ngun lí tồn mạch
27
Hình 3. 3: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn.
28
Hình 3. 4: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm
28
Hình 3. 5: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị
28
Hình 3. 6: Sơ đồ nguyên lý khối đo nồng độ cồn.
29
Hình 3. 7: sơ đồ ngun lý khối thơng báo
29
Hình 3. 8: Sơ đồ nguyên lý khối báo động
29
skkn Tiểu Luận PRO(123docz.net)
Hình 3. 9: Lưu đồ thuật tốn
30
Hình 3. 10: Mạch in 2D
31
Hình 3. 11: Mạch in 3D
31
Hình 3. 12: Hệ thống đã khởi tạo
32
Hình 3. 13: Hình ảnh thiết bị đo và cảnh báo nồng độ cồn trong mơi
trường bình thường
32
Hình 3. 14: Hình ảnh thiết bị đo và cảnh báo nồng độ cồn khi có nồng độ
cồn vượt ngưỡng 0,25mg/l
33
Hình 3. 15: Tin nhắn gửi về điện thoại để cảnh báo
33
Hình 3. 16: Sản phẩm sau khi đóng gói và hồn thiện
34
Bảng 2. 1: Các thơng số kĩ thuật của cảm biến MQ-36
Bảng 2. 2: Bảng chức năng của từng chân và ghép nối chi tiết LCD
11
Bảng 2. 3: Bảng mã lệnh điều khiển LCD TC 1602A
13
skkn Tiểu Luận PRO(123docz.net)
LỜI NÓI ĐẦU
Theo thống kê của tổ chức y tế thế giới WHO thì bia rượu là nguyên
nhân gây tai nạn hàng đầu cho người tham gia giao thông, đặc biệt ở Việt
Nam luôn là quốc gia tiêu thụ lượng bia rượu đứng hàng đầu thế giới. Nên
việc tuyên truyền vận động người dân không tham gia giao thông khi đã sử
dụng rượu bia là ưu tiên hàng đầu.
Với lí do trên, em đã chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo thiết bị đo và cảnh
báo nồng độ cồn trong hơi thở” làm đồ án tốt nghiệp. Thiết bị sẽ đo và cảnh
báo khi nồng độ cồn trong hơi thở vượt quá ngưỡng cho phép để người điều
khiển phương tiện tham gia giao thông chủ động trong việc giảm thiểu tai nạn
giao thông và không vi phạm quy định của luật giao thông. Đây cũng là một
trong những đề tài rất sát với thực tế, mang tính ứng dụng thực tiễn rất cao.
Điều đó càng tạo động lực và cảm hứng cho sinh viên tìm tịi và nghiên cứu.
Trong đồ án chắc hẳn cịn nhiều sai sót, em rất mong nhận được sự chỉ
bảo, hướng dẫn của các thầy cơ cũng như sự đóng góp của các bạn sinh viên
để đồ án hoàn thiện hơn.
Em chân thành cảm ơn!
skkn Tiểu Luận PRO(123docz.net)
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Tên tiếng Anh
Tên tiếng Việt
ADC
Analog Digital Converter
Bộ chuyển đổi tín hiệu
analog sang digital
EIR
Equipment Indentity
Register
Thanh ghi định dạng thiết bị
IDE
Integrated Development
Environment
Môi trường lập trình
LCD
Liquid Crystal Display
Màn hình tinh thể lỏng
LED
Light Emitting Diode
Đi ốt phát quang
SMS
Short Message Services
Tin nhắn văn bản
UART
Universal
Asynchronous Receiver
/ Transmitter
Truyền thông nối tiếp
I2C
Inter Intergrated Circuit
Đường bus giao tiếp giữa
các IC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO VÀ CẢNH BÁO NỒNG
ĐỘ CỒN TRONG HƠI THỞ
1.1. Đặt vấn đề nghiên cứu
1.1.1. Sự cần thiết của thiết bị trong thực tế
Trong những năm gần đây, số vụ tai nạn giao thông liên quan đến rượu,
bia ngày càng tăng. Các biện pháp cơ quan chức năng áp dụng cho đến nay
chưa mang tính triệt để mà chỉ lập các trạm kiểm tra cố định hoặc di động và
kiểm tra ngẫu nhiên các xe lưu thơng trên đường bằng hình thức thổi vào máy
đo. Biện pháp này không chủ động ngăn chặn kịp thời những lái xe uống rượu
bia mà vẫn điều khiển xe. Mặt khác không thể kiểm tra liên tục tất cả các xe
lưu thông trên đường cũng như thời gian cần cho mỗi lần kiểm tra kéo dài gây
ách tắc giao thông trên đường. Các điều luật xử lý những người điều khiển
phương tiện trong tình trạng say rượu bia cũng được nhà nước ban hành. Tuy
nhiên cho tới thời điểm hiện nay việc chấp hành các quy định trên chủ yếu
trông chờ vào ý thức tự giác của người điều khiển các phương tiện giao thơng.
Trong khi đó, mức phạt nồng độ cồn cho ô tô và xe máy đều rất nghiêm khắc.
Với xe máy, phạt tiền từ 2.000.000 đồng đến 3.000.000 đồng đối với người
điều khiển xe trên đường mà trong máu hoặc hơi thở có nồng độ cồn vượt quá
50 miligam đến 80 miligam/100 mililít máu hoặc vượt q 0,25 miligam đến
0,4 miligam/1 lít khí thở. Hình phạt bổ sung là bị tước quyền sử
dụng Giấy phép lai xe từ 10 tháng đến 12 tháng. [1]
Trên thực tế có rất nhiều biện pháp đo nồng độ cồn của người điều khiển
phương tiện giao thông mà các hãng xe đưa ra như: Xác định nồng độ cồn qua
hơi thở, qua mồ hôi tiếp xúc qua da, trạng thái say rượu qua phản ứng nét mặt
và mắt người quan sát nhờ camera gắn trên vô lăng, trạng thái say rượu qua
hành vi lái xe, phát hiện nồng độ cồn trong mẫu máu. Việc cảnh báo nồng độ
cồn qua hơi thở không tác động trực tiếp lên cơ thể, không gây cản trở các
thao tác điều khiển, khó chịu cho người lái xe.
1.1.2. Những thiết bị đang có trong thực tế và hạn chế
Qua tham khảo các kết quả nghiên cứu, ứng dụng gần đây các phương
pháp xác định nồng độ cồn qua hơi thở hiện đang được sử dụng phổ biến với
các loại máy đo nồng độ cồn khác nhau như: Máy đo nồng độ cồn TigerDirect
ATAMT198, máy đo nồng độ cồn TigerDirect ATAMT128....
Hình 1. 1: Máy đo nồng độ cồn DA 800
Hình 1. 2: Máy đo nồng độ cồn TigerDirect ATAMT6100
Hầu hết các máy đo nồng độ cồn chính hãng được bán trên thị trường với
giá gần 2 triệu đồng mà chỉ có chức năng xác định được nồng độ cồn mà
khơng có chức năng cảnh báo ngăn chặn người điều khiển phương tiện giao
thông vi phạm do sử dụng rượu bia. Với giá thành như vậy, việc nghiên cứu,
chế tạo lắp đặt một thiết bị xác định nồng độ cồn qua hơi thở, phát hiện, cảnh
báo, ngăn chặn người điều khiển phương tiện giao thơng trong tình trạng
nồng độ cồn cao quá mức cho phép là rất cần thiết tại thời điểm hiện nay.
1.1.3. Đặt vấn đề
Các ứng dụng của IoT đang thúc đẩy sự phát triển của các nền tảng để
thực hiện các hệ thống hỗ trợ cuộc sống, cung cấp các dịch vụ hỗ trợ trong
các lĩnh vực để tiến hành các hoạt động hàng ngày, hoạt động tăng cường an
toàn và an ninh, cũng như các hệ thống giám sát sức khỏe, y tế và cấp cứu.
Mục tiêu chính của đề tài là giám sát việc sử dụng rượu bia của người
tham gia giao thông nhằm giảm thiểu những hậu quả nghiêm trọng do rượu,
bia gây ra. Vì vậy, em thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo thiết bị đo và cảnh
báo nồng độ cồn trong hơi thở” mang lại những chức năng rất cần thiết để
đảm bảo tính mạng và sức khỏe cho mọi người sau khi sử dụng rượu, bia
cũng như hạn chế sử dụng thức uống có cồn.
1.1.4. Mục tiêu của đề tài
Chức năng của thiết bị đo, cảnh báo nồng độ cồn trong hơi thở:
Thứ nhất, xác định được nồng độ cồn có trong hơi thở người lái xe trước
khi khởi động động cơ, truyền tín hiệu sẵn sàng nhận lệnh khởi động động cơ
từ thiết bị thổi đến bộ điều khiển trung tâm.
Thứ hai, khi nồng độ cồn cao vượt mức cho phép sẽ kích cịi báo động,
đèn sáng, gửi tin nhắn SMS đồng thời gọi khẩn cấp về cho người thân của
người lái xe.
Đề tài sử dụng board Arduino Nano làm bộ xử lý trung tâm, cảm biến
nồng độ cồn sẽ đo để truyền tín hiệu về trung tâm xử lí. Cùng một số thiết bị
đầu ra như tín hiệu phát sáng (đèn), module SIM, cịi buzzer nhận tín hiệu từ
trung tâm sẽ gửi tin nhắn thơng báo đồng thời có cuộc gọi khẩn cấp đến người
thân kịp thời có những giải pháp phù hợp.
1.2. Kế hoạch thực hiện đề tài
- Tìm hiểu tổng quan các thiết bị hiện có, phân tích đặc điểm, từ đó lựa
chọn giải pháp cho đề tài.
- Mơ hình hóa hệ thống.
- Thiết kế mạch, sơ đồ khối, mạch ngun lí, lưu đồ thuật tốn và viết
chương trình điều khiển.
- Làm mạch in, chạy thử và chỉnh sửa, lắp ráp mạch.
- Chỉnh sửa mạch và quyển báo cáo.
1.3. Bố cục đề tài
Chương 1: Tổng quan về thiết bị đo và cảnh báo nồng độ cồn trong hơi
thở. Chương này tập trung nêu mục tiêu và phương hướng thực hiện đề tài
Chương 2: Cơ sở lí thuyết thiết kế thiết bị đo và cảnh báo nồng độ cồn.
Chương này tập trung vào những lí thuyết liên quan đến đề tài bao gồm các
kiến thức về các linh kiện, thiết bị được sử dụng trong hệ thống như các cảm
biến, thiết bị ngoại vi, mạch điều khiển, phần mềm, ngơn ngữ lập trình liên
quan đến đề tài.
Chương 3: Thiết kế mơ hình thiết bị đo và cảnh báo nồng độ cồn trong
hơi thở. Chương này sẽ đi trình bày chi tiết về mơ hình của hệ thống bao gồm
sơ đồ khối, nguyên lí hoạt động của hệ thống và thiết kế hệ thống. Dựa trên
thiết kế đó, tiến hành thi công phần cứng và phần mềm cho hệ thống.
⇨ Kết luận và đánh giá kết quả thực hiện được đồng thời đưa ra nhận
xét về những hạn chế và hướng phát triển của đề tài.
1.4. Kết luận chương 1
Kết thúc chương 1, em đã tìm hiểu ứng dụng đề tài và các phương pháp
đo nồng độ còn hiện nay. Từ đó em đưa ra phương án thiết kế hệ thống cho
phù hợp với đồ án. Sang chương 2 sẽ đi tìm hiểu chi tiết các linh kiện sử dụng
trong hệ thống.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO VÀ
CẢNH BÁO NỒNG ĐỘ CỒN TRONG HƠI THỞ
2.1. Cảm biến nồng độ cồn.
2.1.1. Khái niệm nồng độ cồn.
Nồng độ cồn là số đo chỉ hàm lượng cồn (etanol) có trong thức uống có
cồn (tính theo phần trăm thể tích). Độ cồn được tính theo số ml etanol ngun
chất có trong 100 ml dung dịch ở 20oC.
Ở một vài quốc gia, độ cồn được tính theo cấp Gay-Lussac.
2.1.2. Cảm biến nồng độ cồn.
a. Cảm biến MQ3
Hình 2. 1: Cảm biến MQ-3
Cảm biến MQ-3 được làm từ vật liệu SnO2, vật liêu này có tính dẫn điện
kém trong mơi trường khơng khí sạch nhưng có độ nhạy cao với cồn, và có
khả năng chống nhiễu xăng, khói và hơi tốt.
Cảm biến này cung cấp một đầu ra điện trở tương tự dựa trên nồng độ
cồn. Trong mơi trường có nồng độ cồn càng cao, điện trở của cảm biến càng
giảm, độ dẫn điện của cảm biến sẽ cao hơn.
Tuy nhiên hiệu ứng phát hiện nồng độ cồn của cảm biến này còn phụ
thuộc điều kiện nhiệt độ. Khi nhiệt độ bề mặt cảm biến được sấy nóng tới
600C, thời gian cần thiết để phát hiện nồng độ cồn kéo dài khoảng 8 giây.
Cũng trong mơi trường đó, khi nhiệt độ bề mặt cảm biến là 200C thời gian
phát hiện nồng độ cồn kéo dài từ 3 đến 5 phút.[4]
❖ Các thông số kĩ thuật của MQ-3:
Bảng 2. 1: Các thông số kĩ tḥt của cảm biến MQ-3
Tên thơng số
Kí hiệu
Chất phản ứng
Dải đo
Điện áp làm việc
Điện áp sấy
Tải đầu ra
Điện trở sấy
Công suất sấy
Giá trị
MQ-3
Cồn (ethanol)
0,04- 0,4
< 24
5± 0,2
Điều chỉnh được
31± 3
≤ 900
Điện trở cảm biến
2÷ 20
Độ nhạy
≥5
Đơn vị
mg/l
V
V (AC hoặc DC)
Ω
Ω
mW
KΩ tại nồng độ
cồn 0,4 mg/l
Tỉ lệ điện trở cảm
biến khi nồng độ cồn
bằng 0 và 0,4mg/l
Hình 2. 2: Sơ đồ mạch điện của cảm biến
❖ Cấu tạo bên trong:
Cảm biến MQ-3 được cấu tạo bởi ống gốm nhỏ Al2O3, lớp nhạy thiếc
dioxit (SnO2), điện cực đo và bộ gia nhiệt được cố định vào một lớp vỏ làm
bằng nhựa và thép khơng gỉ.
Có một điện trở trên A và B bên trong cảm biến, điện trở này thay đổi
khi phát hiện rượu. Càng nhiều rượu, sức đề kháng càng thấp. Độ cồn được
đo bằng cách đo điện trở này. Cảm biến và điện trở tải tạo thành một bộ chia
điện áp, và điện trở cảm biến càng thấp thì số đọc điện áp sẽ càng cao.
Cảm biến có 6 chân, 4 trong số chúng được sử dụng để lấy tín hiệu và 2
chân khác đực sử dụng đề cung cấp dịng điện làm nóng.
Hình 2. 3: Hình thực tế và sơ đồ nguyên lý của cảm biến MQ-3
❖ Ngun lí hoạt đợng:
Nhìn tổng thể lớp cắt ngang bên trong MQ-3, có thể thấy đó là một ống
Alumina được bao phủ bởi thiếc đioxit(SnO2). Và giữ chúng có một điện cực
Aurum. Có thể thấy cách các dây được kết nối. Về cơ bản, ống Alumina và
cuộn dây là hệ thống sưởi ấm, các phần màu vàng, nâu và cuộn dây trong
hình.
Hình 2. 4: Các bợ phận bên trong MQ-3
Nếu cuộn dây được làm nóng, gốm SnO2 sẽ trở thành chất bán dẫn, do
đó có nhiều diện tích di chuyển hơn, có nghĩa là nó đã sẵn sàng để tạo ra dịng
điện nhiều hơn.
Sau đó, khi các phân tử rượu trong khơng khí gặp điện cực nằm giữa
alumina và thiếc dioxide, ethanol sẽ đốt cháy thành axit axetic sau đó tạo ra
nhiều dịng điện hơn. Vì vậy, càng có nhiều phân tử rượu, dịng điện tạo ra
càng lớn.
Hình 2. 5: Một số hình ảnh minh họa hoạt động của MQ-3
b. Module cảm biến MQ-3.
Hình 2. 6: Mặt trước và mặt sau cảu module cảm biến MQ-3
❖ Thông số kỹ thuật:
- Điện áp vào: 2,5V - 5V.
- Kích thước: 32*22*27mm.
- Nồng độ: 0.05 mg/l ~ 10mg/l rượu.
- Nhiệt độ hoạt động: 5V ± 0,1.
- Điện áp ra:0 – 5V (nồng độ cồn càng cao thì điện áp ra càng cao).
- Tín hiệu ra: tín hiệu tương tự (D0) và tín hiệu số (A0)
- MQ3 là bộ cảm biến sử dụng SnO2 làm vật liệu cảm ứng nồng độ cồn
trong khơng khí, bộ cảm biến khí sẽ rất nhạy cảm ở những nơi có nồng
độ cồn trong khơng khí cao.
Hình 2. 7: Hình ảnh sơ đờ ngun lí của module cảm biến MQ-3.
❖ Đặc điểm của module:
- Nhạy cảm với rượu và ethanol.
- Điện áp đầu ra tăng khi nồng độ khí đo được tăng.
- Phản ứng nhanh, ổn định.
- Có thể điều chỉnh được độ nhạy cảm của module.
- Có thể hiển thị kết quả trên màn hình LCD, OLED.
- Giá thành thấp.
- Đơn giản để sử dụng.
❖ Ứng dụng:
Đo nồng độ cồn cho các chủ phương tiện khi tham gia giao thông, phát
hiện các phương tiện chở cồn hoặc rượu lưu thông trên đường,vv…
=>Như vậy, em sử dụng cảm biến MQ-3 trong khối đo nồng độ cồn. Cảm
biến có nhiệm vụ đo nồng độ cồn trong hơi thở của người lái xe, đưa dữ liệu
về khối xử lí trung tâm.
2.2. Màn hình LCD.
2.2.1. Khái niệm màn hình LCD.
Màn hình LCD (Liquid Crystal Display) hay cịn gọi là màn hình tinh thể
lỏng, được cấu tạo bởi các các điểm ảnh chứa tinh thể lỏng có thể thay đổi
tính phân cực của ánh sáng và thay đổi cường độ ánh sáng truyền qua khi kết
hợp với các kính lọc phân cực.
2.2.2. Màn hình LCD 16x2
Hình 2. 8: Màn hình LCD 16 x 2
Thiết bị hiển thị LCD 16x2 (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong
rất nhiều các ứng dụng của vi điều khiển. LCD 16x2 có rất nhiều ưu điểm so
với các dạng hiển thị khác như:
- Khả năng hiển thị kí tự đa dạng (chữ, số, kí tự đồ họa).
- Dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác
nhau.
- Tiêu tốn rất ít tài nguyên hệ thống.
- Giá thành rẻ,…
❖ Các tính năng:
- Độ tương phản cao STN 16x2 ký tự LCD
- Tối văn bản trên nền màu vàng-xanh
- Đơn 5,0 V hoạt động cung cấp
- Đèn nền LED
- 5x8 dot ký tự
- HD44780 điều khiển tương đương
- Giao diện 4 hoặc 8 bit
Bảng 2. 2: Bảng chức năng của từng chân và ghép nối chi tiết LCD
STT
Ký
Nối
Hiệu
89S52
với
Mức Logic
Chức năng
1
Vss
0 V (Ground)
2
Vcc
5 V nguồn cấp
3
Vee
Điều khiển độ sáng tối cho LCD
RS
H: Chọn thanh ghi vào dữ liệu
L: Chọn thanh ghi cho lệnh điều
4
P3.7
H/L
khiển.
5
RW
P3.6
H/L
Chọn chế độ đọc viết
H: Đọc từ LCD vào Vi xử lý
L: Đọc từ Vi xử lý vào LCD.
6
E
P3.5
Xung L-H-L Tín hiệu cho phép LCD hoạt động
7
DB0
P1.0
H/L
Bit data 0
8
DB1
P1.1
H/L
Bit data 1
9
DB2
P1.2
H/L
Bit data 2
10
DB3
P1.3
H/L
Bit data 3
11
DB4
P1.4
H/L
Bit data 4
12
DB5
P1.5
H/L
Bit data 5
13
DB6
P1.6
H/L
Bit data 6
14
DB7
P1.7
H/L
Bit data 7
15
0 V (Ground)
16
5V nguồn cấp cho đèn Blackline
2.2.3. Điều khiển hoạt động của LCD
- Điều khiển hoạt động của LCD được điều khiển thơng qua 3 tín hiệu E,
RS, RW.
- Tín hiệu E là tín hiệu cho phép gửi dữ liệu. Để gửi dữ liệu tới LCD,
chương trình phải thiết lập E = 1, sau đó cài đặt các trạng thái điều
khiển thích hợp lên RS, RW và bus dữ liệu, sau đó đưa E = 0. Hoạt
động chuyển đổi từ 1sang 0 cho phép LCD nhận dữ liệu hiện thời trên
các đường điều khiển cũng như trên bus dữ liệu và xem đó như một
lệnh.
- Tín hiệu RS là tín hiệu cho phép chọn thanh ghi (Register Select). Khi
RS=0, dữ liệu được coi như là 1 lệnh hay 1 chỉ thị đặc biệt (Như là xóa
màn hình, đặt vị trí con trỏ,…..). Khi RS = 1, dữ liệu được coi là dạng
văn bản và sẽ được hiển thị trên màn hình.
- Tín hiệu RW là tín hiệu ĐỌC/GHI, khi RW=0, thơng tin trên bus dữ
liệu được viết vào LCD. Khi RW = 1, chương trình sẽ đọc LCD. Tuy
nhiên chỉ có chỉ thị “xem trạng thái LCD” là lệnh đọc. Trong chương
trình, tất cả các lệnh đều là lệnh ghi, do đó RW ln ln ở mức thấp.
- Bus dữ liệu bao gồm 04 hoặc 08 đường tùy thuộc vào chế độ hoạt động
mà người sử dụng lựa chọn. Trong hệ thống này chúng ta sử dụng bus
dữ liệu 08 bit.
Bảng 2. 3: Bảng mã lệnh điều khiển LCD TC 1602A
Command
Binary
HEX
D7 D6 D5 D4
D3
D2
D1
D0
Clear display
0
0
0
0
0
0
0
1
01
Display &
cursor home
0
0
0
0
0
0
1
X
02 or
03
Chacractor
Entry mode
0
0
0
0
0
1
I/D
S
04 to
07
Display on/off
& cursor
0
0
0
0
1
D
U
B
08 to
0F
Display/cursor
shift
0
0
0
1
D/C R/L
X
X
10 to
1F
Function set
0
0
1
8/4
2/1
10/7
X
X
20 to
3F
Set gram
address
0
1
A
A
A
A
A
A
40 to
7F
Setdisplay aress
1
A
A
A
A
A
A
A
80
OFF
=>Màn hình LCD 16x2 sẽ làm nhiệm vụ hiển thị giá trị nồng độ cồn đo
do khối xử lí trung tâm đưa đến.
2.3. Nguồn pin
2.3.1. Khái niệm pin
Pin (Bắt nguồn từ tiếng Pháp pile), còn được viết là bin, là một hoặc
nhiều pin điện hóa (electronical cell) biến đổi năng lượng hóa học thành năng
lượng điện. Từ khi được sáng chế lần đầu (pin Volta) năm 1800 bởi
Alessandro Volta, pin đã trở thành nguồn năng lượng thông dụng cho nhiều
đồ vật trong gia đình cũng như cho các ứng dụng công nghiệp.
Hình 2. 9: Một số loại pin
Có hai loại pin:
- Pin sơ cấp (pin dùng 1 lần): được thiết kế để sử dụng 1 lần sau đó vứt
đi
- Pin thứ cấp (pin nạp được): được thiết kế để nạp được nhiều lần.Các
pin cỡ nhỏ được sản xuất cho các thiết bị tiêu thụ ít năng lượng như đồng hồ
đeo tay.
2.3.2. Pin sạc 18650 3.7V 2000mAh:
Hình 2. 10: Pin sạc 18650 3.7V 2000mAh
Điện thế 3,7 – 4,2V cùng dung lượng 2000mAh, pin thích hợp dùng với
các thiết bị sử dụng có nguồn pin có hiệu thế tương đương.
Pin sạc 18650 là loại pin chất lượng cao, dung lượng lớn, dùng ổn định
và an tồn. Pin lithium có tuổi thọ dài, thân thiện với môi trường. Pin cho
phép sạc lại đến 1000 lần mà không làm giảm chất lượng pin.
=> Trong đồ án sử dụng hai pin sạc 18650 để cung cấp nguồn điện cho các
linh kiện trong thiết bị. Nguồn cấp sẽ là 7,4 – 8,4V nên cần sử dụng mạch hạ
áp module LM2596 để hạ áp cho phù hợp với từng linh kiện.
2.4. Mạch Arduino
Arduino là một board mạch vi xử lí nhằm xây dựng các ứng dụng tương
tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm
một board mạch nguồn được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8-bit,
hoặc ARM Atmel 32-bit.
Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân
đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng
khác nhau.
2.4.1. Phần cứng
Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện
bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một
khía cạnh quan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép
người dùng kết nối với CPU của board với các module thêm vào có thể dễ
dàng chuyển đổi, được gọi là dây đốt nóng, thực tế tạo thơng với board
Arduino trực tiếp thông qua các chân khác nhau, nhưng nhiều shield được
định địa chỉ thông qua bus nối tiếp I2C, nhiều shield có thể được xếp chồng
và sử dụng dưới dạng song song. Arduino chính thức thường sử dụng các
dịng chip điều chỉnh sinh biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328,
ATmega1280, ATmega2560. Một vài các bộ vi xử lí khác cũng được sử dụng
bởi các mạch Aquino tương thích. Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh
tuyến tính 5V và một thạch anh dao động 16Mhz (hoặc bộ cộng hưởng
ceramic), mặc dù một vài thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ
điều chỉnh điện áp onboard do hạn chế về kích thước thiết bị.[2]
Theo nguyên tắc, khi sử dụng ngăn xếp Arduino, tất cả các board được
lập trình qua một kết nối RS-232, nhưng cách thức thực hiện lại tùy thuộc vào
đời phần cứng. Các board Serial Arduino có chứa một mạch chuyển đổi giữa
RS232 sang TTL. Các board Arduino hiện tại được lập trình qua cổng USB,
thực hiện thơng qua chip chuyển đổi USB-to-serial như là FTDI FT232. Vài
biến thể, như Arduino Mini và Boarduino khơng chính thức sử dụng một
board adapter hoặc cáp nối USB-to-serial có thể tháo rời được, Bluetooth
hoặc các phương thức khác. Một số loại arduino hiện tại: Arduino Uno R3,
Arduino Nano, Arduino Mega 2560… Mỗi loại arduino có ưu, nhược điểm
riêng
2.4.2. Phần mềm
Hình 2. 11: Phần mềm Arduino IDE
Mơi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino là một ứng dụng
cross-platform (đa nền tảng) được viết bằng Java, và từ IDE này sẽ được sử
dụng cho ngôn ngữ lập trình xử lí (Processing programming language) và
“project Wiring”.
Các chương trình Arduino này được viết bằng ngơn ngữ C hoặc C++.
Arduino IDE đi kèm với một thư viện phần mềm được gọi là “Wiring”, từ
