Thiết kế bộ đếm tự động số người
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.36 MB, 26 trang )
ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HỒ CHÍ MINH
THIẾT KẾ BỘ ĐẾM TỰ ĐỘNG SỐ NGƯỜI
VÀO/RA TẠI HAI CỔNG
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC
TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2022
I
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa........................................................................................................... i
Lời cam đoan..........................................................................................................ii
Lời cảm ơn............................................................................................................iii
Mục lục...................................................................................................................1
Danh mục các cụm từ viết tắt..................................................................................3
MỞ ĐẦU................................................................................................................ 4
Chương 1 : Thiết kế sản phẩm...........................................................................74
1.1. Cơ sở lý thuyết …............................................................................................8
1.1.1. Tia hồng ngoại.......................................................................................9
1.1.2. Giới thiệu giao thức I2C......................................................................11
1.1.3. Nguyên lí hoạt động của Module bàn phím ma trận 4x4.....................13
1.2. Linh kiện chuyên dùng….................................................................................9
1.2.1. Tổng quan về Arduino Uno R3.............................................................9
1.2.2. Cảm biến vật cản hồng ngoại MH-IR01..............................................11
1.2.3. Tổng quan về Module cảm biến hồng ngoại MH-IR01.......................13
1.2.4. Tổng quan về bàn phím ma trận 4x4.....................................................9
1.2.5. Tổng quan về màn hình LCD 16x2.....................................................11
1.2.6. Module I2C Arduino...........................................................................13
1.3. Thiết kế sản phẩm..........................................................................................15
1.3.1. Sơ đồ khối...........................................................................................15
1.3.2. Sơ đồ nguyên lý...................................................................................18
1.3.3. Lưu đồ giải thuật.................................................................................26
Chương 2 Tài liệu hướng dẫn sử dụngKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............74
2.1. Lắp đặt sản phẩm...........................................................................................15
2.1.1. An toàn khi lắp đặt..............................................................................18
2.1.2. Cảnh báo khi lắp đặt...................................................................26
1
2.1.3. Lắp đặt sản phẩm.........................................................................26
2.2. Vận hành sản phẩm........................................................................................15
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................74
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................78
2
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
3
MỞ ĐẦU
I.
Lý do chọn đề tài
Ngày nay tình hình an ninh đang là vấn đề nhứt nhối của nhiều cá
nhân và tập thể, nhất là vấn đề trộm cắp tài sản , mọi người đều
muốn nơi mình ở và làm việc được kiểm sốt một cách an tồn hơn .
Vì vậy em chọn thiết kế sản phẩm “ Đếm số người ra vào tại hai
cổng ” để có thể kiểm sốt người ra vào tại cổng và số lượng người
có mặt trong 1 khu vực nhất định.
II.
Ý tưởng thiết kế
Sản phẩm được tạo ra để đáp ứng nhu cầu giám sát số
lượng người ra vào, nên sản phẩm do chúng em thiết kế sẽ:
Sử dụng 2 module cảm biến hồng ngoại để phát hiện người
ra, vào.
Dùng board Arduino Uno điều khiển.
Sử dụng màn hình LCD 16x2 hiển thị mở khóa và để hiển thị
số người ra vào tại cổng
Có bàn phím ma trận 4x4 để nhập dữ liệu khóa và mở
Đối tượng hướng tới sản phẩm này là các văn phịng, phịng
học, các xưởng và xí nghiệp nhỏ…
III.
Mục tiêu của sản phẩm
Khoảng cách phát hiện người: 10 – 20cm.
Có màn hình LCD 2 dịng để hiển thị kết quả.
Có bàn phím để nhập dữ liệu mật khẩu mở khóa
Nguồn hoạt động: 5V
4
Chương 1 : Thiết kế sản phẩm
1.1. Cơ sở lý thuyết
1.1.1.
Tia hồng ngoại
Tia hồng ngoại hay còn được gọi là sóng hồng ngoại, bức xạ hồng
ngoại, ánh sáng hồng ngoại,.. Trong vật lý quang học, tia hồng ngoại
là những bức xạ có bước sóng nằm trong khoảng 700 nm – 1mm dài
hơn bước sóng ánh sáng mà mắt thường của chúng ta khơng thể
nhìn thấy được.
Hình 1. Độ dài của một số bước sóng
-
Đặc điểm của tia hồng ngoại :
+ Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ
+ Khả năng xuyên thấu kém
+ Khơng chịu ảnh hưởng của các điện từ
-
Tính chất :
+ Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ và gây được hiện tượng nhiễu xạ,
giao thoa như ánh sáng thông thường.
5
Dựa vào những đặc điểm và tính chất trên của tia hồng ngoại, vì thế
tia hồng ngoại trong ngành điện tử được ứng dụng làm cảm biến
hồng ngoại, phụ kiện điện tử, truyền thông.v.v…
1.1.2.
-
Giới thiệu giao thức I2C
I2C ( Inter – Integrated Circuit) là 1 giao thức giao tiếp nối tiếp
đồng bộ, sử dụng để truyền nhận dữ liệu giữa các IC với nhau
chỉ sử dụng hai đường truyền tín hiệu.
-
I2C sử dụng 2 đường truyền tín hiệu:
+ SCL - Serial Clock Line : Tạo xung nhịp đồng hồ do Master phát
đi
+ SDA - Serial Data Line : Đường truyền nhận dữ liệu.
Hình 2. Đường truyền tín hiệu
-
Giao tiếp I2C bao gồm quá trình truyền nhận dữ liệu giữa các
thiết bị chủ tớ, hay Master - Slave.
-
Thiết bị Master là 1 vi điều khiển, nó có nhiệm vụ điều khiển
đường tín hiệu SCL và gửi nhận dữ liệu hay lệnh thông qua
đường SDA đến các thiết bị khác.
6
-
Các thiết bị nhận các dữ liệu lệnh và tín hiệu từ thiết bị Master
được gọi là các thiết bị Slave. Các thiết bị Slave thường là các
IC, hoặc thậm chí là vi điều khiển.
1.1.3.
Nguyên lí hoạt động của Module bàn phím ma trận
4x4
-
Chúng ta sẽ kết nối 8 chân của Module bàn phím ma trận 4x4
với Arduino hoặc vi điều khiển (tùy người sử dụng). Có hai cách
xác định phím nào được nhấn bằng phương pháp quét : quét
theo hàng hoặc quét theo cột.
-
Quét theo hàng : các chân I/O nối với các cột là input , các
chân I/O nối với các hàng là ouput sẽ thực hiện việc quét phím.
-
Quét theo cột : ngược lại của quét theo hàng.
Hình 3. Sơ đồ mạch bàn phím ma trận 4x4
1.2. Linh kiện chuyên dùng
1.2.1.
Tổng quan về Arduino Uno R3
a. Giới thiệu
Arduino Uno là một bo mạch vi điều khiển dựa trên chip
Atmega328P. Uno có 14 chân I/O digital, 6 chân Input analog, 1
7
thạch anh 16MHz, 1 cổng USB, 1 jack nguồn DC, 1 nút reset. Uno hỗ
trợ đầy đủ những thứ cần thiết để chúng ta có thể bắt đầu làm việc.
Hình 4. Arduino Uno R3
b. Thông số kỹ thuật
Vi điều khiển
Atmega328P
Điện áp hoạt động
5V
Điện áp cấp (hoạt động tốt)
7 – 12 V
Điện áp cấp (giới hạn)
6 – 12 V
Chân I/O digital
14 ( có 6 chân xuất xung PWM)
Chân Input analog
6 (A0 – A5)
8
Dòng điện mỗi chân I/O
20 mA
Dòng điện chân 3.3V
50 mA
Bộ nhớ Flash
32 kB (Atmega328P) – trong đó 0.5
kB dùng cho bootloader.
SRAM
2 kB (Atmega328P)
EEPROM
1 kB (Atmega328P)
Tốc độ xung nhịp
16 MHz
c. Sơ đồ chân board Arduino Uno
Hình 5. Sơ đồ chân Arduino Uno R3
d. Lí do chọn Arduino Uno để thiết kế.
+ Vừa đủ chân để kết nối với các linh kiện thiết kế.
9
+ Lập trình thơng qua phần mềm Arduino IDE, nạp code dễ dàng.
+
Có các chân I/O digital (chân số 2 – 13 ) được sử dụng làm chân
nhập, xuất tín hiệu số.
+ Có 6 chân Input analog (A0 – A5), độ phân giải mỗi chân là 10 bit
(0 – 1023 ). Các chân này dùng để đọc tín hiệu điện áp 0 – 5V (mặc
định) tương ứng với 1024 giá trị.
1.2.2.
Cảm biến vật cản hồng ngoại MH-IR01
Cảm biến vật cản hồng ngoại sử dụng một cặp truyền và nhận tia
hồng ngoại. Tia hồng ngoại phát một tần số nhất định khi gặp vật
cản sẽ phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi qua IC so sánh đèn
màu xanh sẽ sáng lên, đồng thời cho tín hiệu số đầu ra.
Với khả năng phát hiện vật cản trong khoảng 2 ~ 30cm và
khoảng cách này có thể điều chỉnh thơng qua chiết áp trên cảm biến
cho thích hợp với nhiều ứng dụng. Vì thế mà em đã chọn Module này
để thiết kế.
Hình 6. Led thu và led phát
10
Hình 7. Nguyên lý hoạt động của thu phát hồng ngoại
1.2.3.
Tổng quan về Module cảm biến hồng ngoại
MH-IR01
a. Thông số kỹ thuật module cảm biến hồng ngoại MHIR01
-
Sử dụng IC so sánh: LM393
-
Điện áp hoạt động: 3.3V - 6VDC
-
Dòng tiêu thụ: Vcc = 3.3V: 23 mA, Vcc = 5.0V: 43 mA
-
Khoảng cách phát hiện: 2 ~ 30 cm
-
Có LED báo nguồn và LED báo tín hiệu ngõ ra
-
Mức logic ngõ ra:
Mức thấp - 0V: khi có vật cản
Mức cao - 5V: khi khơng có vật cản.
11
Hình 8. Sơ đồ chân module cảm biến hồng ngoại MH-IR01
b. Sơ đồ nguyên lí của module cảm biến hồng ngoại
Hình 9. Sơ đồ ngun lí của module cảm biến hồng ngoại
1.2.4.
Tổng quan về bàn phím ma trận 4x4
a. Sơ đồ bàn phím ma trận 4x4
12
Hình 10. Sơ đồ bàn phím ma trận 4x4
b. Giới thiệu Module bàn phím ma trận 4x4.
-
Module bàn phím ma trận 4x4 loại phím mềm.
-
Độ dài cáp: 88mm.
-
Nhiệt độ bảo quản 0 ~ 70°C.
-
Đầu nối ra 8 chân.
Hình 11. Bàn phím ma trận 4x4
13
14
c. Sơ đồ chân Module bàn phím ma trận 4x4
Hình 12. Sơ đồ chân Module bàn phím ma trận 4x4
1.2.5.
Tổng quan về màn hình LCD 16x2
a. Thơng số kĩ thuật
-
LCD 16x2 sử dụng 16 cột 2 dòng để hiển thị trạng thái hoặc
các thơng số.
-
LCD 16x2 có 16 chân trong đó 8 chân dữ liệu (D0 - D7) và 3
chân điều khiển (RS, RW, EN). 5 chân còn lại dùng để cấp
nguồn và đèn nền cho LCD 16x2.
-
LCD 16x2 có thể sử dụng ở chế độ 4 bit hoặc 8 bit tùy theo ứng
dụng ta đang làm.
b. Sơ dồ chân của LCD 16x2
15
Hình 13. Sơ dồ chân của LCD 16x2
1.2.6.
Module I2C Arduino
a. Thông số kỹ thuật
-
Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC.
-
Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780).
-
Giao tiếp: I2C.
-
Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch
chân A0/A1/A2).
-
Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD.
-
Để sử dụng màn hình LCD giao tiếp I2C sử dụng Arduino thì ta
cần cài đặt thư viện Liquidcrystal_I2C.
16
LCD có quá nhiều nhiều chân gây khó khăn trong quá trình đấu
nối và chiếm dụng nhiều chân trên vi điều khiển. Nên ta dụng
module I2C để giải quyết vấn đề trên.
Hình 14. Sơ dồ chân của module I2C
b. Cách kết nối module I2C và LCD
Thay vì phải mất 6 chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16x2
(RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì module IC2 bạn chỉ cần tốn 2 chân
(SCL, SDA) để kết nối.
17
Hình 15. Kết nối module I2C và LCD
1.3. Thiết kế sản phẩm
1.3.1.
Sơ đồ khối
Hình 16. Sơ đồ khối mạch tự đếm số người ra vào cổng
18
1.3.2.
Sơ đồ nguyên lý
Hình 17. Sơ đồ nguyên lý mạch tự đếm số người ra vào cổng
19
