Đồ án thiết kế mạch y sinh

LỜI MỞ ĐẦU
Theo thống kê của Ủy ban An toàn giao thông Quốc gia (4/10/2016), khoảng 40%
số vụ tai nạn giao thông liên quan đến rượu bia và con số này đang có xu hướng gia tăng.
Chỉ với nồng độ cồn ở mức 0,05mg/l khí thở, người sử dụng rượu bia đã bị giảm sút suy
nghĩ và bị kích động nhẹ. Nếu nồng độ 0,2mg/l khí thở, người điều khiển phương tiện
tham gia giao thông dễ bị ức chế, giận dữ, đi lại loạng choạng. Nếu ở các mức độ cao
hơn, người uống có thể không tự chủ được hành vi cá nhân và có thể tự gây tai nạn cho
bản thân hoặc gây thương tích cho những người tham gia giao thông khác. Việc phát
hiện và ngăn chặn hành vi lái xe khi có cồn trong người là một điều hữu ích để
phòng ngừa tai nạn. Chính vì thế, nhóm chúng tôi đã chọn và thực hiện đồ án
“Máy đo nồng độ cồn” nhằm để chúng ta tự nhận biết được tỉ lệ cồn có trong hơi
thở để xác định hành vi đúng đắn phòng ngừa được rủi ro cho bản thân và xã hội.


MỤC LỤC
Chương 1: Giới Thiệu
1.1 Giới thiệu chung.........................................................................................4
1.2 Mục tiêu đề tài............................................................................................4
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
2.1

Sơ đồ khối.................................................................................................5

2.2

Các linh kiện............................................................................................6

2.3

Nguyên lý hoạt động...............................................................................6

2.4

Module cảm biến nồng độ cồn MQ-3......................................................8

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM......................................................................11
CHƯƠNG 4: SẢN PHẨM THỰC TẾ.......................................................................14
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..........................................16
5.1 Kết luận.......................................................................................................16
5.2 Hướng phát triển........................................................................................16
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................17

2


NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG
“Máy đo nồng độ cồn” còn có tên gọi khác là thiết bị đo nồng độ cồn hay
dụng cụ đo nồng độ cồn chuyên dùng với mục đích đo nồng độ cồn trong
rượu, bia như: rượu trái cây, rượu gạo,rượu vang. Ngoài ra máy còn có tác
dụng quan trọng giúp cảnh sát giao thông kiểm tra tỉ lệ cồn có trong hơi thở
của người điều khiển phương tiện khi tham gia giao thông qua hơi thở, hạn
chế tối đa xảy ra những vụ tai nạn giao thông kinh hoàng gây thương vong
hoặc chết người không đáng có.
“Máy đo nồng độ cồn” là một sản phẩm lý tưởng không thể thiếu phục vụ
cho nghành công nghiệp chế biến hoa quả, sản xuất rượu. Đặc biệt hơn là
được sử dụng rộng rãi nhất cho ngành cảnh sát giao thông trên toàn thế giới.

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Nhận biết được nồng độ cồn trong hơi thở.

3


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
2.1

SƠ ĐỒ KHỐI

KHỐI NGUỒN

KHỐI CẢM BIẾN

KHỐI XỬ LÝ

KHỐI HIỂN THỊ

KHỐI XÓA DỮ LIỆU

Chức năng từng khối:
 Khối nguồn: Tạo nguồn 5V cung cấp cho khối hiển thị và nguồn 3.3V cung cấp
cho khối xử lý và khối cảm biến.

4


 Khối cảm biến: đọc nồng độ cồn trong hơi thổi vào, sau đó gửi tín hiệu Analog cho
khối xử lý.
 Khối xử lý: nhận tín hiệu Analog từ khối cảm biến, xử lý thuật toán và đưa kết quả
lên khối hiển thị.

 Khối hiển thị: hiển thị kết quả đo được lên màn hình LCD, và báo loa với đèn nếu
người sử dụng có nồng độ cồn vượt mức quy định xử phạt. Sẽ có 3 mức cảnh báo:
bình thường, vi phạm và nồng độ quá cao hiển thị lên màn hình.
 Khối xóa dữ liệu: Xóa toàn bộ kết quả vừa thực hiện, trở về trạng thái ban đầu.

2.2

CÁC LINH KIỆN

 Nguồn 12V DC
 Nguồn 9V DC
 OLED “0,3” IIC
 Arduino UNO R3
 Module MQ3 Sensor
 Loa (âm phát ra cách 10cm từ 75dB đến 85dB; nhiệt độ chịu được từ -20 oC đến
+70oC)
 Dây dẫn, dây cáp để nạp code vào Arduino

2.3

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Khi khởi động thiết bị người dùng thổi vào để lấy dữ liệu; sau khi thổi vào, cảm

biến sẽ đọc dữ liệu từ luồng khí đó, sau đó gửi dữ liệu đến Arduino để xử lý. Tại khối xử
lý, sau khi tính toán, Arduino sẽ gửi dữ liệu lên khối hiển thị, cho biết nồng độ cồn trong
5


hơi thở của người sử dụng, tình trạng cơ thể hiện tại có nên tham gia giao thông hay
không, có các trường hợp sau (đặt x là nồng độ đo được):

TH1: x < 200: Bạn tỉnh táo
TH2: 200 <= x < 250: Bạn đã uống bia
TH3: 250 <= x < 320: Bạn uống nhiều bia
TH4: 320 <= x < 400: Bạn đã uống rượu
TH5: x > 400: Bạn đang rất say
Nếu nồng độ ở trường hợp 3, 4 hoặc 5 thì còi sẽ báo động. Khi ta nhấn nút reset
mạch sẽ xóa toàn bộ dữ liệu xử lý trước đó để quay về trạng thái ban đầu.

6


Hình 2.1: Mô phỏng mạch của máy đo nồng độ cồn trên phần mềm Proteus ( Nguồn: Hứa Gia
Thuận)

2.4

MODULE CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ CỒN MQ-3

Trên thị trường có rất nhiều loại module cảm biến nồng độ cồn từ nhiều nhà sản xuất
khác nhau, chúng đến từ Trung Quốc, Đài Loan hay Nhật Bản, nhưng chúng đều có điểm
trung là có 1 chân trả về tín hiệu Analog, 1 chân nối Vcc và 1 chân nối GND. Ngoài ra,
một số module còn trả về tín hiệu Digital, dựa vào mức điện áp chênh lệch giữa 2 chân
Vcc và GND.
Dưới đây là một số loại có trên thị trường:

Hình 2.2 Một số cảm biến nồng độ cồn trên thị trường (từ trái qua: cảm biến al7m, cảm biến
MQ135, cảm biến MQS2) (nguồn: thegioiic)

7

Sau khi nghiên cứu kỹ các sản phẩm có trên thị trường, chúng tôi đã chọn cảm biến nồng
độ cồn MQ-3, bởi nó có những đặc điểm phù hợp với yêu cầu:
 Khả năng trả về tín hiệu Digital và Analog
 Hoạt động ổn định và biên độ đọc dữ liệu phù hợp với yêu cầu của đề tài
 Độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh
 Có thể điều chỉnh được độ nhạy cảm của module
 Nhạy cảm với rượu và ethanol
 Có thể điều chỉnh được độ nhạy cảm của module
Thông số kỹ thuật:
 Kích thước: 32 x 22 x 27 mm
 Chip chính: LM393, MQ-3 cảm biến khí.
 Điện áp cung cấp: DC 5V.
 Có 2 dạng tín hiệu đầu ra dạng Analog và TTL.
 Tín hiệu đầu ra TTL có giá trị thấp (đầu ra tín hiệu mức thấp có thể được kết nối
trực tiếp với vi điều khiển).
 Đầu ra tương tự 0 ~ 5V, nồng độ cồn càng cao điện áp càng cao.
 MQ3 là bộ cảm biến sử dụng SiO2 làm vật liệu cảm ứng nồng độ cồn trong không
khí, bộ cảm biến khí sẽ rất nhạy cảm ở những nơi có nồng độ cồn trong không khí
cao.
Chức năng chân
 VCC: 5V
 DOUT: ngõ ra số

8


 AOUT: ngõ ra tương tự
 GND: nối đất
Lưu ý: Khi hoạt động, cảm biến sẽ ấm lên vì nó dùng nguồn 5v để cung cấp cho "lò

sưởi" để cảm biến có thể đạt 50-60 độ c trong vòng 2-3 phút, lúc này cảm biến mới
hoạt động chính xác nhất.

Hình 2.3: Cảm biến MQ-3 (nguồn: thegioiic)

9


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM
Sau khi thi công xong phần cứng, nhóm chúng tôi tiến hành nạp code vào
arduino thông qua phần mềm Arduino. Sau đây là chương trình code:

10


11


12


CHƯƠNG 4: SẢN PHẨM THỰC TẾ

Hình 4.1: Mạch thực tế máy đo nồng độ cồn (Nguồn: Trần Tấn Tài)

Hình 4.2: Mặt trước và sau của sản phẩm (Nguồn: Trần Tấn Tài)

13

Nhóm chúng tôi đã thử nghiệm kết quả sản phẩm đối với người trước và sau khi
uống các loại thức uống có cồn:
STT

Người thực hiện

Loại thức

1

Trần Tấn Tài

uống
Bia Tiger

2

Hứa Gia Thuận

Strongbow

3

Bùi Văn Linh

Rượu nếp

Kết quả thu được
Trước khi uống
Sau khi uống 5 phút

Kết luận: Sản phẩm thực hiện chức năng đúng yêu cầu, tuy nhiên OLED có khi
không hiển thị (chưa tìm được lý do). Hơn nữa cảm biến MQ-3 rất nhạy với nồng độ cồn
trong không khí nên nếu đo trong môi trường đang có cồn thì kết quả chỉ chính xác 96%.

14


CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1

KẾT LUẬN
Đề tài “Máy đo nồng độ cồn” mang tính ứng dụng cao trong cuộc sống và dễ dàng

thực hiện. Đề tài là sự vận dụng kiến thức nhiều lĩnh vực: điện, điện tử, lập trình và sinh
học. Thông qua đề tài này, nhóm chúng tôi hiểu hơn về lập trình Arduino, nguyên lý hoạt
động của các cảm biến và mối liên hệ giữa lý thuyết và thực hành khi thực hiện một sản
phẩm.

5.2

HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Trong tương lai, chúng tôi mong muốn sản phẩm có thể liên kết được với điện

thoại thông minh để gửi kết quả vào số điện thoại đã đăng ký trước đó. Ngoài ra, một số
thực phẩm hiện nay như: vải, mít, sầu riêng, nho, rượu trái cây khi đưa vào cơ thể cũng
làm tăng nồng độ cồn trong hơi thở, chính vì vậy khi đưa vào máy đo sẽ không phân biệt
được. Sản phẩm cần phải được cải tiến để có độ chính xác đến từng con số nhỏ nhất để
khắc phục được tình trạng nhầm lẫn này.

15


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]: Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung (2016). Lập trình điều khiển với Adruino. Nhà
xuất bản khoa học và kỹ thuật.
[2]: Đinh Hồng Thái (3/2016). Hướng dẫn làm máy đo nồng độ cồn (khóa cồn). Lấy từ:
URL: />
16