MẠCH đo KHOẢNG CÁCH TRONG KHÔNG GIAN

MẠCH ĐO KHOẢNG CÁCH TRONG
KHÔNG GIAN


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.........................................................................................VIII
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.......................................................................................IX
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.....................................................................................X
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI......................................................................................1
CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU LINH KIỆN...............................................................................2
2.1

ARDUINO UNO R3.....................................................................................................2

2.1.1

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

2.1.2

Một vài thông số của Arduino UNO R3..............................................................3

2.1.3

Vi điều khiển.......................................................................................................3

2.1.4

Lập trình cho Arduino.........................................................................................3

2.2

CẢM BIẾN SIÊU ÂM SRF05..........................................................................................3

2.2.1

Giới thiệu............................................................................................................3

2.2.2

Thông số kỹ thuật................................................................................................3

2.2.3

Sơ đồ nối dây......................................................................................................4

2.3

MÀN HÌNH LCD 16X2..................................................................................................5

2.3.1

Giới thiệu............................................................................................................5

2.3.2

Thông số kỹ thuật................................................................................................5

2.3.3

Sơ đồ nối dây......................................................................................................5

2.3

MODULE SIM 900A...................................................................................................6

2.4.1

Giới thiệu............................................................................................................6

2.4.2

Thông số kỹ thuật................................................................................................6

2.4.3

Sơ đồ nối dây......................................................................................................6

CHƯƠNG 3. THIÊT KẾ MẠCH........................................................................................7
3.1

SƠ ĐỒ KHỐI.................................................................................................................7

3.2

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.............................................................................................7

3.3

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT....................................................................................................8

CHƯƠNG 4. THỰC THI PHẦN CỨNG...........................................................................9
4.1

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG...................................................................................................9

4.2

THI CÔNG PHẦN CỨNG................................................................................................9

4.2.1

Sơ đồ mạch in......................................................................................................9


4.2.2

Mạch thực tế.....................................................................................................10

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN, ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................12
5.1

KẾT LUẬN.................................................................................................................12

5.2

ỨNG DỤNG................................................................................................................12

5.3

HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................................................................12

TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................13
PHỤ LỤC…. ........................................................................................................................14


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 2-1: HÌNH ẢNH ARDUINO UNO R3 [1]..............................................................2
HÌNH 2-2: SƠ ĐỒ NỐI DÂY GIỮA SRF05 VÀ ARDUINO UNO R3 [2]....................4
HÌNH 2-3: SƠ ĐỒ NỐI DÂY GIỮA LCD VỚI ARDUINO [3]......................................5
HÌNH 2-4: SƠ ĐỒ NỐI DÂY GIỮA SIM900A VỚI ARDUINO [4]..............................6
HÌNH 3-1: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH [5]........................................................................7
HÌNH 3-3: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT [6]..............................................................................7
HÌNH 4-1: GIAO DIỆN CHÍNH CỦA PHẦN MỀM [7].................................................9
HÌNH 4-2: LAYOUT MẠCH IN [8]....................................................................................9
HÌNH 4-3: SƠ ĐỒ MẠCH IN [9]......................................................................................10
HÌNH 4-4: MẠCH THỰC TẾ [10]....................................................................................10
HÌNH 4-5: MẠCH IN THỰC TẾ [11]..............................................................................11

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
BẢNG 1 CÁC THÔNG SỐ CỦA ARDUINO UNO R3....................................................3


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
GND
I2C
I/O
PWM
RX
SS
TTL

Ground
Inter-Intergrated Circuit
In/Out
Pulse Width Modulation
Receiver
Slave Select
Transistor-transistor logic


TX
UART
USB
VCC
Cm
V
USB
mA
I2C
SDA
SCL

Transmitter
Universal Asynchronous Receiver – Transmitter
Universal Serial Bus
Voltage Colector to Colect
Centimet
Volt
Universal Serial Bus
Miliampe

Inter- Integrated Circuit
Serial Data
Serial Clock


Trang 1/16

CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Đề tài : MẠCH ĐO KHOẢNG CÁCH TRONG KHÔNG GIAN
1.Giới thiệu:
- Đo khoảng cách dùng sóng siêu âm phản xạ để đo khoảng cách từ nó đến vật phản
xạ xuất LCD và gửi tin nhắn SMS đến điện thoại . Độ chính xác của kết quả có thể
đạt lên đến 3mm.
2. Yêu cầu đề tài :
-Trước tiên chúng ta xác định rõ mục đích và yêu cầu của bài toán
-Mục đích:
+Hệ thống khả năng đo khoảng cách không gian
+Hệ thống có khả năng hiển thị thông số lên LCD
+Hệ thống có khả năng gửi tin nhắn SMS
-Yêu cầu :
+Hệ thống làm việc ổn định
+Có khả năng đưa vào ứng dụng thực tế.
-Với thực tế bài toán chúng ta phải thiết kế các thành phần cơ bản:
+Hệ thống điều khiển và hệ thống hiển thị
+Hệ thống cảm biến
3.Giải quyết vấn đề
-Tìm hiểu linh kiện
-Tìm hiểu nguyên lý hoạt động mạch
-Thi công phần cứng
-Lập trình điều khiển

-Phân tích và nhận xét

CHƯƠNG 2.TÌM HIỂU LINH KIỆN
2.1Arduino (UNO R3)

Đo khoảng cách trong không gian


Trang 2/16

2.1.1 Giới thiệu
- Là một board mạch vi xử lý ,nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau
hoặc với môi trường thuận lợi hơn người mới tiếp cận về lập trình.Người viết
chương trình sử dụng ngôn ngữ C hoặc C++

Hình 2-1: Hình ảnh Arduino UNO R3 [1].

2.1.2 Một vài thông số của Arduino UNO R3

Đo khoảng cách trong không gian


Trang 3/16

Bảng 1 Các thông số của Arduino UNO R3

2.1.3 Vi điều khiển
-Sử dụng 3 loại vi điều khiển 8bit AVR là: ATmega8, ATmega168,ATmega328..
2.1.4 Lập trình cho Arduino
-Để lập trình cũng như gửi và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, chúng ta sử dụng

Arduino IDE để viết code.
2.2 Cảm biến siêu âm SRF05
2.2.1 Giới thiệu
-Sóng siêu âm là sóng con người không thể nghe thấy được.Tuy nhiên ta có thể thấy
được sự hiện diện sóng siêu âm ở khắp mọi nơi trong tự nhiên.Ta có các loài động
vật như dơi,cá heo…
2.2.2 Đặc điểm và thông số kỹ thuật
-Cảm biến siêu âm SRF05 sử dụng sóng siêu âm và có thể đo khoảng cách trong
không giang trong vùng từ 2 -> 400 cm, sai số 3mm, với độ chính xác phụ thuộc
vào cách lập trình.
* Chức năng của các chân này như sau:
1. Vcc: cấp nguồn cho cho cảm biến siêu âm.
2. Trigger: kích hoạt quá trình phát sóng siêu âm.
3. Echo: ban đầu sẽ trạng thái 0V, được kích hoạt lên 5V ngay khi có tín hiệu
trả về, sau đó trả về 0V.
4. GND: nối đất

Đo khoảng cách trong không gian


Trang 4/16

5. OUT: không sử dụng
2.2.3 Sơ đồ nối dây

Hình 2-2: Sơ đồ nối dây giữa SRF05 và Arduino Uno R3 [2]

2.3 Màn hình LCD 16x2
2.3.1 Giới thiệu
-Màn hình LCD 16×2 là màn hình ký tự đơn sắc, hiển thị các chữ cái ASCII với 2

dòng và 16 cột, hiển thị được 32 ký tự đồng thời.
2.3.2 Đặc điểm và Thông số kỹ thuật
-Kết nối dùng chuẩn I2C.
-Thông số kỹ thuật
1. VSS: tương đương với GND
2. VDD: tương đương với VCC (5V)
3. Vo: điều khiển độ sáng màn hình

Đo khoảng cách trong không gian


Trang 5/16

4.
5.
6.
7.
8.
2.3.3

RS: điều khiển địa chỉ nào sẽ được ghi dữ liệu
RW: Đọc (read mode) hay ghi (write mode) dữ liệu
Enable pin: Cho phép ghi vào LCD
D0 - D7: 8 chân dư liệu, mỗi chân sẽ có giá trị HIGH hoặc LOW
Backlight: Bật tắt đèn màn hình LCD.
Sơ đồ nối dây

Hình 2-3: Sơ đồ nối dây giữa LCD với Arduino [3]

2.4 Module Sim 900A.

2.4.1 Giới thiệu
- Module Sim900A được thiết kế tập trung hướng đến sự ổn định trong hoạt động
của thiết bị, dễ sử dụng với người dùng và phục vụ chủ yếu cho việc điều khiển và
giám sát các thiết bị qua GSM/GPRS.
2.4.2 Đặc điểm và thông số kỹ thuật
-VCC: Nguồn vào 5V.
-TXD: Truyền Uart TX.
-RXD: Nhận Uart RX.
-Headphone: Phát âm thanh.
-Microphone: Chân nhận âm thanh
-GND: Nối đất
2.4.3 Sơ đồ nối chân
- Dây TX của module UART nối với chân TXD của Module Sim900A

Đo khoảng cách trong không gian


Trang 6/16

- Dây RX của module UART nối với chân RXD của Module Sim900A
- Dây GND của module UART nối với chân GND của Module Sim900A
- Dây 5V/3.3V của module UART nối với chân VMCU của Module Sim900A.

Hình 2-4: Sơ đồ nối dây giữa Sim900a với Arduino [4]

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH
3.1 Sơ đồ khối

Đo khoảng cách trong không gian

Trang 7/16

Hình 3-1: Sơ đồ khối của mạch [5]

-Trong đó:
+Khối vi xử lý (Arduino): xử lý thông tin nhận được từ cảm biến
+Khối cảm biến siêu âm SRF05: đo khoảng cách vật đến cảm biến.
+Khối hiển thị: Hiển thị tín hiệu số lên LCD.
+Khối Giao tiếp: Gửi tin nhắn SMS qua thiết bị di động.
+Khối nguồn: cung cấp nguồn cho thiết bị.
3.2 Nguyên lý hoạt động
- Nguyên lý hoạt động : Tín hiệu ở mức cao trong 10us bằng cách sử dụng chân
Trigger sau đó chuyển tới Module arduino (đã qua lập trình) sẽ tự gửi tín hiệu tần số
và theo dõi xem có tín hiệu này trả về hay không.Nếu tín hiệu có trả về, nó lại trở về
mức cao trở lại. Khoảng thời gian tín hiệu ở mức cao giữa 2 lần gửi và nhận tính
theo công thức sau.
-Khoảng cách (quãng đường) = thời gian /29.412/ 2
+Với tốc độ âm thanh là 340 m/s [10^6/(340*100)=29.412 microseconds/cm] . Sau
đó xuất ra màn hình LCD, gửi qua tin nhắn SMS.
3.3 Lưu đồ giải thuật

Đo khoảng cách trong không gian


Trang 8/16

Hình 3.3 Lưu đồ giải thuật[6]

CHƯƠNG 4 THỰC THI PHẦN CỨNG

4.1 Kết quả mô phỏng
-Để tạo mach in chúng ta có thể sử dụng nhiều phần mềm khác nhau. Ở đây chúng
ta sử dụng Proteus 8.5

Đo khoảng cách trong không gian


Trang 9/16

Hình 4-1: Mô phỏng mạch [7]

4.2 Thi công phần cứng
4.2.1 Sơ đồ mạch in

Hình 4-2: Layout mạch in [8]

Đo khoảng cách trong không gian


Trang 10/16

Hình 4-3: Sơ đồ mạch in [9]

4.2.2 Mạch thực tế

Hình 4-4: Mạch thực tế[10]

Đo khoảng cách trong không gian

Trang 11/16

Hình 3-5: Mạch in thực tế[11]

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN, ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1 Kết luận

Đo khoảng cách trong không gian


Trang 12/16

-Ưu điểm:


Mach hoạt động đúng theo yêu cầu.



Hiển thị được khoảng cách



Có thể gửi SMS



Độ sai số thấp



Mạch nhỏ gọn, dễ chế tạo và sửa chữa.

-Nhược điểm:


Điều khiển thiết bị có thời gian trễ.



Chưa đo được những khoảng cách xa hơn

5.2 Ứng dụng
-Đo khoảng cách ô tô ( cách báo nguyên hiểm khi báo khoảng cách gần ,cảnh báo
an toàn khi đủ xa
-Đo mực nước
-Các ứng dụng khác như chống trộm ,làm xe tự động….
5.3 Hướng phát triển
-Cải thiện phần mềm để dễ dàng phù hợp với yêu cầu
-Đo khoảng cách xa hơn và chính xác hơn
-Ứng dụng vào mạch phức tạp hơn điều khiển xe tự động

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
[1] Phạm Văn Huy và Lê Cảnh Trung ,Lập trình Điều khiển với Arduino
[2] />[3] />
Đo khoảng cách trong không gian


Trang 13/16

[4] />Tiếng Anh:
[8] , Arduino/Genuino UNO.

Đo khoảng cách trong không gian


Trang 14/16

PHỤ LỤC
 Tên linh kiện sử dụng trong mạch:
 Arduino UNO R3.
 Màn hình LCD 16x2
 Cảm biến siêu âm SRF05
 Điện trở: 22pf
 Chương trình

Đo khoảng cách trong không gian


Trang 15/16

Đo khoảng cách trong không gian


Trang 16/16

Đo khoảng cách trong không gian