( Kèm CODE và PCB ) Thiết kế hệ thống đo nồng độ cồn tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT
NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

==========o0o==========

BÁO CÁO
ĐỒ ÁN 1
Mã: 13321
Học kỳ: 1 – Năm học: 2022 – 2023

ĐỀ TÀI: Máy Đo Nồng Độ Cồn Thông Minh
SINH VIÊN

LÊ VĂN THẠCH
BÙI THANH BÌNH
VŨ HỒNG HIỆP

MSV
LỚP
85812 ĐTĐ61ĐH
87322 ĐTĐ61ĐH
86967 ĐTĐ61ĐH

NHIỆM VỤ
Nhóm trưởng
Thành viên
Thành viên

Ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp
Giảng viên hướng dẫn: Ths. Vũ Ngọc Minh

Hải phòng 12/2022


NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
1. Tinh thần thái độ, sự cố gắng của sinh viên trong quá trình thực hiện Đồ
án:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………

2. Đánh giá chất lượng Đồ án (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trên các
mặt: lý luận, thực tiễn, chất lượng thuyết minh và các bản vẽ):
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………

3. Đánh giá:

Đạt

x

Khơng đạt
Hải Phịng, ngày

tháng năm

Giảng viên hướng dẫn


TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN


Lời cảm ơn
Trước hết, chúng em chân thành cảm ơn các thầy cô và cán bộ của Khoa
Điện – Điện Tử trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi
cho em trong suốt quá trình học.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy cô đã nhiệt tình giảng dạy
chun
ngành Điện tự động cơng nghiệp
Em cũng hết lòng biết ơn sự quan tâm và ủng hộ của gia đình và bạn bè.
Đó chính là nguồn động viên tinh thần rất lớn để tôi theo đuổi và hồn thành đồ
án 1 này.
Đặc biệt, em vơ cùng tri ân sự hướng dẫn tận tình và theo dõi sát sao đầy
tinh thần trách nhiệm cùng lòng thương mến của thầy Vũ Ngọc Minh trong suốt
quá trình em thực hiện Báo cáo Đồ án 1 .
Cuối cùng em muốn gửi lời cảm ơn đến tồn bộ q thầy cơ của khoa
Điện – Điện
Tử trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam , những người có vai trị rất lớn
trong suốt quá trình em theo học.
Trong quá trình thực hiện Báo cáo Đồ án 1 nhận thấy chúng em đã cố
gắng hết sức nhưng vì kiến thức vẫn cịn hẹn hẹp nên vẫn cịn nhiều thiếu sót,

mong thầy cơ bổ sung để Báo cáo đồ án 1 được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy/Cô!

Sinh viên thực hiện
Ký và ghi rõ họ tên


MỤC LỤC
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG
MỞ ĐẦU

MỞ ĐẦU......................................................................................................1
CHƯƠNG 1. Tổng quan và xây dựng mơ hình hệ thống........................2
1.1

Giới thiệu chung........................................................................................2

1.2

Các yêu cầu cơ bản....................................................................................2

1.3

Phương pháp, phạm vi, và giới hạn nghiên cứu.........................................2

1.4

Ý nghĩa thực tiễn.......................................................................................3

1.5

Bài toán yêu cầu........................................................................................3

1.6

Sơ đồ khối hệ thống...................................................................................3

1.7

Nguyên lý hoạt động.................................................................................3

1.8

Phân tích và lựa chọn phần tử, thiết bị thực hiện.......................................4
1.8.1

Lựa chọn cảm biến đo nồng độ cồn............................................4

1.8.2

Khối đo và xử lý thông tin cho cảm biến MQ3...........................9

1.8.3

Module cảm biến áp suất khơng khí.........................................10

1.8.4

Khối âm thanh..........................................................................11

1.8.5

Khối hiển thị.............................................................................12

1.8.6

Khối động cơ............................................................................13

1.8.7

Cảm biến IR: cảm biến hồng ngoại..........................................14

1.8.8

ARDUINO UNO R3................................................................15

1.8.9

Phần mềm lập trình Arduino IDE.............................................17

1.8.10

Phần mềm mô phỏng Proteus...................................................18

Kết luận chương 1……………………………………………………………….19

CHƯƠNG 2. Chế tạo và thử nghiệm hệ thống.......................................20
2.1

Nghiên cứu sơ đồ kết nối các thiết bị......................................................20
2.1.1

Sơ đồ kết nối cơ bản.................................................................20

2.1.2

Sơ đồ kết nối mơ phỏng............................................................21

2.2

Xây dựng chương trình điều khiển..........................................................22

2.3

Chương trình code...................................................................................23

2.4

Kết quả mô phỏng...................................................................................28

Kết luận chương 2……………………………………………………………….29

CHƯƠNG 3. Lắp ráp mạch thực và đánh giá hệ thống........................30


3.1

Lắp ráp mạch thực...................................................................................30

3.2

Thử nghiệm và đánh giá hệ thống...........................................................31

KẾT LUẬN................................................................................................33
Kết luận............................................................................................................... 33
Hướng phát triển của ĐỒ ÁN 1 trong tương lai..................................................33

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................34
Summation of project................................................................................35


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống................................................................................3
Hình 1.2 Nguyên lý máy đo nồng độ kiểu quang phổ...........................................5
Hình 1.3 Hình dạng thực tế của cảm biến MQ3....................................................5
Hình 1.4 Thơng số hình học của cảm biến MQ3...................................................6
Hình 1.5 Độ nhạy của MQ3 với một số loại khí....................................................7
Hình 1.6 Đặc điểm độ nhạy của cảm biến MQ3 so với nhiệt độ và độ ẩm............7
Hình 1.7 Sơ đồ cấu trúc mạch điện của MQ3........................................................8
Hình 1.8 Module MQ3..........................................................................................9
Hình 1.9 Sơ đồ mạch điện khối chuyển đổi đo lường cảm biến MQ3...................9
Hình 1.10 Module cảm biến áp suất khơng khí MPS20N0040D-S.....................10
Hình 1.11 Module kích phát âm thanh YS-M3...................................................11
Hình 1.12 LCD 20x4...........................................................................................12
Hình 1.13 Động cơ servo....................................................................................13
Hình 1.14 Vi điều khiển sử dụng trong Arduino.................................................16
Hình 1.15 Arduino UNO R3...............................................................................17
Hình 2.1 Sơ đồ kết nối cơ bản.............................................................................20

Hình 2.2 Sơ đồ kết nối mơ phỏng bằng Proteus..................................................21
Hình 3.1 Mơ hình tồn bộ hệ thống.....................................................................30
Hình 3.2 Khối nhận tín hiệu đo (cảm biến áp suất + cảm biến cồn)....................30
Hình 3.3 Khối đièu khiển trung tâm....................................................................31
Hình 3.4 Khối cảnh báo âm thanh.......................................................................31
Hình 3.5 Cảm biến IR, phần hiển thị và barrier...................................................31


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thông số kyc thuật cảm biến MQ3........................................................6
Bảng 1.2 Một vài thông số của Ardu8ino UNO R3.............................................15
Bảng 3.1 Thử nghiệm với hơi thở không sử dụng chất có cồn............................32
Bảng 3.2 Thử nghiệp với hơi thở khi đã sử dụng chất có cồn.............................32


MỞ ĐẦU


CHƯƠNG 1. Tổng quan và xây dựng mơ hình hệ
thống
1.1 Giới thiệu chung.
Hiện nay, ở nước ta các tệ nạn xã hội ngày càng gia tăng mà một trong
những nguyên nhân chủ yếu đó là do uống nhiều rượu bia. Rượu, bia là nguyên
nhân chủ yếu làm giảm năng suất lao động, gây ra các tệ nạn xã hội như bạo lực,
gia đình tan vỡ, và đặc biệt gây ra các vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng và đặc
biệt nghiêm trọng.
Việt Nam là quốc gia thuộc top đầu các nước sử dụng rượu, bia khi tham
gia giao thơng. Tình trạng sử dụng rượu, bia tràn lan ở nhiều nơi đã khiến trật tự
an tồn giao thơng trở thành vấn đề báo động đây chính là nguyên nhân hàng đầu
gây tai nạn giao thông, khi điều khiển phương tiện bởi người lái xe thường phản

ứng chậm, buồn ngủ, thiếu tập trung, việc nhìn thấy các biển báo, tín hiệu hoặc
quan sát trên đường khơng cịn rõ ràng. Người say cũng bốc đồng, khơng cịn khả
năng kiểm sốt tốc độ cho nên thường phóng nhanh, vượt ẩu, lấn đường rất dễ
gây tai nạn. Để tích cực ngăn chặn việc việc người điều khiển phương tiện giao
thơng trong tình trạng say rượu bia, theo nghị định 71/2012/NĐ – CP qui định
người điều khiển các phượng tiện giao thông trên đường mà trong máu hoặc hơi
thở có nồng độ cồn vượt quá 50 – 80 mg/l máu hoặc 0,25 – 0,4 mg/l khí hơi khí
thở sẽ bị phạt.
Chính vì thế có nhiều rất nhiều cơng trình nghiên cứu về vấn đề đo nồng độ
cồn đối với những người tham gia giao thông. Thấy được tính chất cấp bách và
quan trọng của vấn đề trên nhóm chúng em đã quyết định lựa chọn chủ đề: “ Xây
dựng hệ thống đo nồng độ cồn”, nhằm mục đích chủ động ngăn ngừa kịp thời và
cảnh báo sớm hiểm họa về tai nạn giao thông xảy ra, tạo nên một thói quen và ý
thức tốt cho người tham gia giao thông.
1.2 Các yêu cầu cơ bản
Hệ thống đo nồng độ cồn là hệ thống di động, giúp người dùng đo nồng
độ cồn, cảnh báo cho người dùng cũng như người thân biết các thông số đo để có
những giải pháp kịp thời, phịng tránh sự cố hiệu quả nhất. Hệ thống sử dụng
Board Arduino Uno R3 làm bộ xử lý trung tâm, cảm biến nồng độ cồn sẽ đo để
truyền các tín hiệu về trung tâm xử lý. Cùng một số thiết bị đầu ra như màn hình
LCD 4x20 hoặc Oled, loa cảnh báo , động cơ servo SG90 ( rào chắn barrier ).
1.3 Phương pháp, phạm vi, và giới hạn nghiên cứu
Hiện nay có nhiều phương pháp đo nồng độ như phương pháp đo nồng độ
cồn trong máu, phương pháp đo nồng độ cồn trong hơi thở. Phương pháp đo
nồng độ cồn trong máu là phương pháp được sử dụng để xác định lượng các chất
kích thích và hoạt chất gây ảnh hưởng tới cơ thể con người trong máu. Sử dụng
các biện pháp hóa sinh trong phịng thí nghiệm để đo đạc với độ chính xác cao.
Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là phải lấy mẫu máu của người cần
kiểm tra tại cơ sở y tế, thơng qua quy trình thử nghiệm trong phịng thí nghiệm

mới cho ra kết quả do đó gây tốn thời gian và không thể áp dụng trong các
trường hợp cần kiểm tra nhanh, tại hiện trường. Phương pháp đo nồng độ cồn
trong hơi thở: Hơi thở của người say rượu sẽ có nồng độ cồn cao. Sử dụng các
thiết bị đo nồng độ cồn từ hơi thở hoặc đo nồng độ trong khơng khí của khơng
gian thở trước mặt người lái để đánh giá tình trạng say rượu bia. Ta thấy rằng
phương pháp xác định nồng độ cồn qua hơi thở hiện đang được sử phổ biến vì
tính cơ động và thời gian đo nhanh chỉ khoảng 8 – 10 giây. Vì thế nhóm chúng
em sẽ sử dụng phương pháp đo nồng độ cồn qua hơi thở.
1.4 Ý nghĩa thực tiễn.
Chủ đề “Xây dựng hệ thống đo nồng độ cồn” của nhóm chúng em có ý
nghĩa thiết thức trong cuộc sống nhằm mục đích chủ động ngăn ngừa kịp thời và
cảnh báo sớm hiểm họa về tai nạn giao thông xảy ra, tạo nên một thói quen và ý
thức tốt cho người tham gia giao thơng. Từ đó có thể hạn chế tối đã nhưng hậu
quá đáng tiếc do rượu bia gây ra.
1.5 Bài toán yêu cầu.
Để đảm bảo trật rự an tồn giao thơng và đặc biệt là kiểm tra vi phạm nồng
độ cồn của người tham gia giao thông, với việc tạo ra một hệ thống đo nồng độ
cồn thông minh kết hợp chốt chặn bằng barie để kịp thời ngăn chặn các đối tượng
vi phạm pháp. Đồng thời giúp hạn chế số lượng cán bộ ở từng chốt chặn.
1.6 Sơ đồ khối hệ thống.

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống

1.7 Nguyên lý hoạt động
Trạm đo chỉ cần 1 cán bộ làm việc để đưa máy và đo nồng độ cồn cho
người được yêu cầu. Cách trạm 10m về hướng chiều xe đến, sẽ bố trí một biển
báo “Chốt đo nồng độ cồn - Yêu cầu giảm tốc độ“
Ban đầu khi chưa có xe đến, cảm biến hồng ngoại chưa nhận được tín hiệu, thì
barie ln ở trạng thái quay đứng ( góc 90 độ so với mặt đất ngang , động cơ

servo sẽ được bố trí sao cho phù hợp với góc quay). Màn hình LCD sẽ hiển thị: “
CHUA CO DOI TUONG “Khi có xe bước vào, hệ thống sẽ làm việc như sau:
-Cảm biến hồng ngoại sẽ được tác động lên mức cao ( có đối tượng ), lập
tức VDK sẽ lệnh cho động cơ servo quay một góc 90 độ sao cho thanh barie song
song mặt đất và màn hình LCD hiển thị “ DA CO DOI TUONG”, cùng lúc đó
thì VDK kích dương 1 chân của module kích phát âm thanh m3 tại vị trí chân mà
lưu file nhạc “ Mời bạn đo thử nồng độ cồn” ( cái này là tùy người lập trình
chọn ).


Khi người được yêu cầu chuẩn bị đo, cán bộ cơng tác sẽ đưa máy để người đó
thử. Lúc này sẽ nảy sinh 2 vấn đề:
-Nếu người đó nghiêm túc chấp hành mệnh lệnh, thổi mạnh vào máy đo
nồng độ cồn thì cảm biến áp suất khơng khí sẽ được tác động. Ta cài đặt sao cho
áp suất của cảm biến lúc được thổi mạnh thì cảm biến sẽ kích lên mức cao. Và
VDK nhận được tín hiệu, lệnh cho cảm biến đo nồng độ cồn đo trong vòng 3
giây và chọn một giá trị max hiển thị lên LCD. Giữ ngun giá trị đó trên màn
hình hiển thị cho đến khi nào Button được bấm để reset giá trị cho người tiếp
theo được yêu cầu đo hoặc người đo muốn đo lại.
-Nếu người tham gia qua kiểm tra mà không tuân thủ hiệu lệnh được máy
đo nồng độ cồn phát ra thì barie sẽ khơng được gạt lên và sẽ cán bộ giám sát sẽ
có trách nhiệm nhắc nhở hoặc liên hệ với lực lượng chức năng để bắt giữ đối
tượng về cơ quan giải quyết.
Khi đối tượng vi phạm nồng độ cồn thì báo lên LCD đồng thời phát mp3”
Bạn đã vi phạm nồng độ cồn” và phải bị xử phạt hành chính. Đến khi nào xử
phạt xong, cán bộ ấn nút ấn Button 2 thì barie quay đứng lại từ đầu và trở về một
chu trình mới lặp lại cứ như vậy.
1.8 Phân tích và lựa chọn phần tử, thiết bị thực hiện
1.8.1

Lựa chọn cảm biến đo nồng độ cồn

Hiện nay có nhiều loại cảm biến đo nồng độ cồn đang được sử dụng rất
phổ biến trên thị trường, tuy nhiên theo nguyên lý hoạt động có thể chia ra làm
hai loại chính là cảm biến kiểu phân tích quang phổ và cảm biến kiểu điện hóa.
a) Cảm biến kiểu quang phổ hoạt động theo nguyên lý phân tích sự thay
đổi quang phổ ánh sáng có bước sóng và vùng gần hồng ngoại NDIR (NonDispersive Infrared) khi chiếu vào vùng khơng gian có nồng độ cồn.
Các thành phần chính của cảm biến NDIR là nguồn hồng ngoại (đèn),
buồng mẫu hoặc ống ánh sáng, bộ lọc bước sóng và đầu dị hồng ngoại. Khí được
bơm hoặc khuếch tán vào buồng mẫu và nồng độ khí được đo bằng phương pháp
quang điện bằng cách hấp thụ một bước sóng cụ thể trong hồng ngoại (IR).
Ánh sáng hồng ngoại được dẫn qua buồng mẫu NDIR về phía máy dị.
Máy dị có bộ lọc quang ở phía trước giúp loại bỏ tất cả ánh sáng ngoại trừ bước
sóng mà các phân tử khí được chọn có thể hấp thụ. Các phân tử khí khác khơng
hấp thụ ánh sáng ở bước sóng này và không ảnh hưởng đến lượng ánh sáng chiếu
tới máy dị. Tín hiệu hồng ngoại từ đèn nguồn thường được cắt nhỏ hoặc điều chế
để tín hiệu nền nhiệt có thể được bù từ tín hiệu mong muốn.
Để có hiệu quả quang học cao hơn, một cụm phản xạ có thể bao quanh
đèn được sử dụng cho cảm biến NDIR. Các gương phản xạ thường có hình
parabol để va chạm ánh sáng hồng ngoại qua buồng mẫu về phía máy dị. Việc sử
dụng gương phản xạ có thể tăng cường độ ánh sáng có sẵn từ hai đến năm lần. Bề
mặt phản xạ cũng có thể được phủ vàng để tăng thêm hiệu quả của nó trong tia
hồng ngoại.


Cường độ ánh sáng hồng ngoại tới máy dò NDIR có liên quan nghịch với

Hình 1.2 Ngun lý máy đo nồng độ kiểu quang phổ

nồng độ khí mục tiêu trong buồng mẫu NDIR. Khi nồng độ trong buồng bằng

không, máy dò sẽ nhận được cường độ ánh sáng đầy đủ. Khi nồng độ tăng,
cường độ ánh sáng hồng ngoại chiếu vào máy dò giảm.
b) Cảm biến xác định nồng độ cồn kiểu điện hóa có nhiều kết cấu khác
nhau, song chủ yếu vẫn là loại cảm biến kiểu bán dẫn và cảm biến kiểu điện hóa.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến kiểu bán dẫn là sử dụng một chất bán dẫn có
độ dẫn điện thay đổi theo nồng độ cồn trong mẫu hơi thở. Cảm biến này được sử
dụng khá rộng rãi vì tính chính xác, giá thành rẻ và độ bền của nó. Tuy nhiên
cảm biến kiểu bán dẫn cũng có một số nhược điểm như sự trơi điểm làm việc
theo thời gian, do đó yêu cầu phải thường xuyên bảo dưỡng và hiệu chỉnh mỗi
lần đo. Ngoài ra, một số cảm biến kiểu bán dẫn không chỉ nhạy cảm với cồn mà
còn nhạy cảm với một số khí và chất bay hơi khác như khí xả phương tiện giao
thơng hoặc khói thuốc lá, khí ga…do đó đơi khi gây cảnh báo sai.
Các cảm biến sử dụng các chất bán dẫn có điện trở thay đổi theo nồng độ
cồn trong mơi trường khơng khí (thường gọi là cảm biến Taguchi) cũng thuộc
loại cảm biến điện hóa. Các chất bán dẫn thường được sử dụng trong cảm biến
này là (SnO2) có độ nhạy cảm với cồn cao (trong khi hợp chất này lại có độ nhạy
cảm thấp với khí ga, khói thuốc lá, các hợp chất benzin khác) và điểm làm việc
ổn định.
Một loại cảm biến xác định nồng độ cồn kiểu điện hóa khác hoạt động theo
nguyên lý pin nhiên liệu (fuel cell): biến đổi năng lượng của phản ứng cháy giữa
cồn và oxy (mơi trường có xúc tác) thành dòng điện. Cường độ dòng điện của


pin tạo ra tỉ lệ thuận với nồng độ cồn trong mẫu hơi thở. Loại cảm biến này có
độ chính xác và độ nhạy cao, khả năng làm việc ổn định.

Hình 1.4 Thơng số hình học của cảm biến MQ3

Dựa vào cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số loại cảm biến đo nồng
độ cồn trong thực tế, cũng như khả năng đáp ứng được các yêu cầu cơng nghệ đã

đặt ra như: Đáp ứng nhanh, độ chính xác và độ bền cao, nhỏ gọn, giá thành hợp
lý dễ dàng mua và thay thế tiện lợi, trong đề tài này tác giả lựa chọn cảm biến
MQ3.
Bảng 1.1 Thông số kyc thuật cảm biến MQ3

Tên thông số
Ký hiệu
Chất phản ứng
Dải đo
Điện áp làm việc
Điện áp sấy
Tải đầu ra
Điện trở sấy
Cơng suất sấy
Điện trở cảm
biến
Độ nhạy

Giá trị
MQ-3
Cồn
0,04-0,4
<24
5±0,2
Điều
được
31±5%
≤900
2÷20
≥5

Đơn vị

mg/ l
v
V (AC hoặc DC)
chỉnh 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 0,4 mg/ l

Điện trở của cảm biến giảm dần 5 lần khi đo trong mơi trường khơng khí
sạch và mơi trường có nồng độ cồn 0,4 mg/l (bảng 2.1). 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 60ºC, thời gian cần thiết cần thiết để
phát hiện nồng độ cồn kéo dài khoảng 8 giây. Cũng trong môi trường đó,
khi nhiệt độ bề mặt cảm biến là 20ºC thời gian phát hiện nồng độ cồn kéo
dài từ 3 đến 5 phút.


Hình 1.5 Độ nhạy của MQ3 với một số loại khí

Đặc điểm nhạy cảm biến MQ-3 so với điển hình một số chất khí trong họ
(hình 2.5). Nhiệt độ: 20 ℃, Độ ẩm: 65%, nồng độ O2 21%, RL = 200kΩ
Ro: Điện trở cảm biến ở 0,4 mg / L của rượu trong khơng khí trong lành. Rs:
Điện kháng cảm biến ở các nồng độ khác nhau của các chất khí.

Hình 1.6 Đặc điểm độ nhạy của cảm biến MQ3 so với nhiệt độ và độ ẩm

Sự phụ thuộc của cảm biến MQ-3 vào nhiệt độ và độ ẩm
Ro: Điện trở cảm biến ở 0,4 mg/lcủa rượu trong khơng khí ở 33% RH và 20 ℃
Rs: Điện kháng cảm biến ở 0,4 mg/l của rượu ở nhiệt độ và độ ẩm khác nhau.


Cảm biến MQ3 có độ nhạy cao trong mơi trường có cồn và khơng nhạy
cảm với khói thuốc lá, xăng, dầu lên nó có khả năng phát hiện chính xác nồng
độ cồn trong mơi trường khơng khí bình thường. Vì vậy, sử dụng cảm biến
MQ3 để đo nồng độ cồn là hợp lý, có độ chính xác cao.

Hình 1.7 Sơ đồ cấu trúc mạch điện của MQ3

Trong mạch điện của cảm biến MQ3 hình 2.7, có 2 đầu dây áp đầu ra của
cảm biến, RL là điện trở mạch ra được nối tiếp với cảm biến, trị số được cấp điện
áp: VH là điện áp cấp cho mạch sấy và V C điện áp cấp cho cảm biến, V RL là điện
trở RL có thể điều chỉnh được. Các điện áp V H và VC thường được cấp cùng trị số.
Trong mạch đo, các điện áp này được cấp nguồn 5v DC. Các tín hiệu ra của
cảm biến được gửi về bộ vi điều khiển để tính tốn xử lý.
Để chọn được đặc tính đầu ra của cảm biến là mối quan hệ của điện áp ra với
nồng độ cồn ta tính như sau:
- R0 là điện trở của cảm biến tại nồng độ cồn là 0,4 mg/l .
- Rs là điện trở của cảm biến.
- Tính tốn giá trị thực của nồng độ cồn từ giá trị áp đo được( bỏ qua sự ảnh
hưởng của nhiệt đô và độ ẩm).
- Chọn dải đo từ 0,2 mg/l – 0,45 mg/l.
Gọi x là giá trị nồng độ cồn, y là giá trị tỷ số Rs/R0 ta có:
Với x = 0,2 mg/l thì y =1,7 .
Với x = 0,45 mg/l thì y = 0,9.
Vậy ta suy ra được phương trình đường thẳng đi qua hai điểm trên là:

Y= Rs/R0 = -3,2x+2,34
Chọn x = 0,4 mg/l
=>

Rs
=1,06
R0

Mặt khác:
R s=

V ¿∗R L
−R L
V out


R0 =2 kΩΩ−20 kΩΩ

Ta chọn: R0 =2,5 kΩΩ
=> R s∗1,06=

V ¿∗R L
5∗10∗103
3
−R L =
−10∗10
V out
V out

=>V out =3,95 (V) chính là điện áp chân Analog từ module cảm biến MQ3 xuất ra

khi đối tượng thổi vi phạm mức độ cồn 0,4 mg/l
Chọn Alsetting trong code.into với giá trị là :
Alsetting =

1.8.2

3,95
∗1024=808,96 ≈ 809
5

(*)

Khối đo và xử lý thông tin cho cảm biến MQ3

Hình 1.8 Module MQ3

Module cảm biến MQ3 thích hợp cho việc phát hiện nồng độ cồn trong
hơi thở. Phát hiện khí phát ra từ Etanol, Alcohol. Đặc điểm của module cảm biến
MQ3: Có bốn chân, điện áp cung cấp là nguồn 5V, Dout đầu ra là tín hiệu số (0
và 1), Aout đầu vào là tín hiệu tương tự, đèn Led sáng khi phát hiện có khí, GND
cấp điện cực âm, đọ nhạy cao và chọn lọc tốt với ethanol, bền và ổn định đáng tin
cậy, độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh.

Hình 1.9 Sơ đồ mạch điện khối chuyển đổi đo lường cảm biến MQ3

Sơ đồ nguyên lý của module cảm biến MQ3

 Giao diện 4 chân:
- VCC: Cung cấp năng lượng đầu vào.
- GND: Mặt bằng cung cấp.

- DO: Đầu ra tín hiệu số.
- AO: Đầu ra tín hiệu tương tự.
 Tính năng, đặc điểm:
- Hoạt động điện áp 5V.
- Có thể điều chỉnh độ nhạy đầu ra.
- Đầu ra tương tự 0V – 5V.
- Giá thấp.
- Phản ứng nhanh, ổn định, nhạy cảm với rượu cồn.
- Có 2 tín hiệu ra: tín hiệu số (D0) và tín hiệu tương tự
(A0).
 Dự liệu Kỹ thuật:

- Nồng đơ: 0,05 – 10 mg/l.
- Điện áp hoạt động: 5V
- Tiêu thụ hiện tại: 150 mA.
- Nhiệt độ hoạt động:-10℃-70℃.-70℃-70℃..
1.8.3

Module cảm biến áp suất khơng khí

Hình 1.10 Module cảm biến áp suất khơng khí MPS20N0040D-S

Mơ-đun này sử dụng chip lấy mẫu AD có độ chính xác cao và cảm biến áp
suất khí 0-40kpa.


Nó có thể kết nối ống mềm 2.5mm và phát hiện mực nước và áp suất
khơng khí khác.

Sử dụng cảm biến cầu điện trở Ohm 5K, nó có kích thước nhỏ gọn và dễ
lắp đặt.
Đặc điểm kỹ thuật:
Điện áp làm việc: 3.3-5V
Dải áp suất đo: 0-40kpa
Kích thước: 18x1 3mm/0.71x0.51inch (lỗ cố định 2mm)
1.8.4

Khối âm thanh

Hình 1.11 Module kích phát âm thanh YS-M3


Model: YS-M3



Điện áp hoạt động: 5VDC



Dõng tĩnh: 28mA



Dòng làm việc: 80mA



Số cổng kích hoạt: 9 cổng từ A1-A9



Kích hoạt bài nhạc: Kích hoạt trực tiếp 9 File, kích hoạt theo mã hóa 31
File



Tín hiệu kích: Mức thấp <0.8V



Ngõ ra tín hiệu: jack 3.5mm



Ngõ ra loa: 4~8Ohm / 0~3W (âm lượng có thể tùy chỉnh)



Hỗ trợ thẻ nhớ tối đa lên đến 32G



Hỗ trợ định dạng nhạc: MP3, WAV




Kích thước: 40 x 41 x 9mm

1.8.5

Khối hiển thị

Hình 1.12 LCD 20x4

LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng
của Vi Điều Khiển. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác. Nó
có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng
đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài
nguyên hệ thống và giá thành rẻ…
Tính năng

- LCD TEXT hiển thị 20 cột, 4 hàng
- Sử dụng trong các mạch điện tử
Thông số kỹ thuật

-

Model: LCM2004A (nền xanh dương, chữ trắng)
Kích thước ngồi: 98x60mm
Kích thước mặt sắt: 76x26mm
Kích thước màn: 29.5x47.5mm
Độ rộng điểm ảnh: 0.55x0.55mm
Điện áp hoạt động: 5V DC
Nhiệt độ hoạt động: -10 đến +60 độ C
IC điều khiển: SPLC780

Chức năng các chân của LCD.
Chân 1: (Vss) Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND

của mạch điều khiển.
Chân 2: VDD Là chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
VCC = 5V của mạch điều khiển.
Chân 3: VEE là chân điều chỉnh độ tương phản của LCD.
Chân 4: RS Là chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0”
(GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.
- Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ
“ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)