Báo cáo dự án stem 2020 hãy thiết kế và chế tạo một thiết bị báo động tự động

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NAM ĐỊNH
TRƯỜNG THPT TRẦN VĂN LAN

BÁO CÁO DỰ ÁN
DỰ THI NGÀY HỘI STEM
DÀNH CHO HỌC SINH THPT CẤP TỈNH NĂM HỌC 2019 – 2020
Tên dự án: THIẾT BỊ BÁO ĐỘNG.
Lĩnh vực: Tin học, vật lý điện tử.
Tác giả:
1. Phan Tuấn Phong – lớp 11A1 – trường THPT Trần Văn Lan.
2. Trần Hữu Nam - lớp 11A1 – trường THPT Trần Văn Lan.
Giáo viên hướng dẫn:
Phạm Thị Tố Nga – trường THPT Trần Văn Lan.

Mỹ Lộc, tháng 11 năm 2019
MỤC LỤC

1


Nội dung
PHẦN 1: Tình huống và nhiệm vụ
PHẦN 2: Thực hiện nhiệm vụ
2.1: Các kiến thức phổ thông liên quan đến dự án
ý tưởng để giải quyết vấn đề.
2.2: Các ý tưởng để giải quyết vấn đề.
2.3: Triển khai thí nghiệm. Đánh giá sản phẩm.
PHẦN 3: HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.

Trang
3

3
3
4
5
11

PHẦN 1: TÌNH HUỐNG VÀ NHIỆM VỤ
2


Khi vào những cửa hàng, hoặc văn phòng giao dịch chúng ta thấy có những
thiết bị báo động. Để đảm bảo an ninh, an tồn được tự động hóa giúp cho bạn
có thể yên tâm tập trung làm việc. Bạn khơng cần lo lắng q nhiều về tình hình
đột nhập.
Hãy thiết kế và chế tạo một thiết bị báo động tự động.

PHẦN 2: THỰC HIỆN NHIỆM VỤ
Nhóm chúng em sẽ chế tạo THIẾT BỊ BÁO ĐỘNG có khả năng phát hiện vật
cản phía trước ở những khoảng cách khác nhau tùy theo địa điểm sử dụng đồng
thời phát tín hiệu báo động, bằng cách vận dụng các kiến thức phổ thông.
2.1: Các kiến thức phổ thông liên quan đến dự án, ý tưởng để giải quyết vấn
đề.
 Môn Vật lý:
- Vật lý (lớp 11 CB): Dịng điện khơng đổi. Nguồn điện.
Dịng điện khơng đổi là dịng điện có chiều và cường độ không đổi theo thời
gian. Nguồn điện không đổi: duy trì hiệu điện thế khơng đổi giữa hai đầu mạch.
Nguồn điện không đổi: pin, ắc quy, pin sạc.
Suất điện động của nguồn điện: số ghi trên nguồn điện.
- Vật lý (lớp 11 CB): Linh kiện bán dẫn
Chất bán dẫn.

3


Lớp chuyển tiếp p-n.
Đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn.
- Vật lý (lớp 12 CB): Sóng âm.
Âm nghe được là âm gây cảm giác ở tai người, có tần số trong khoảng từ 16 Hz
đến 20000Hz.
Siêu âm là là âm thanh có tần số lớn hơn 20000 KHz
Tốc độ truyền âm trong khơng khí là 340km/s,
-Vật lý (lớp 12 CB): Sóng ánh sáng.
Ánh sáng nhìn thấy: có đến 7 màu quang phổ cơ bản mắt người nhìn thấy được.
Nhưng vì sao là đỏ mà khơng là những màu khác sử dụng cho đèn tín hiệu
cảnh b?
Trả lời: Tựu trung liên quan đến hai phương diện duy tâm và khoa học.
Xét ở góc độ duy tâm Đỏ tượng trưng cho màu máu hay sự nguy hiểm nên
chọn là màu báo hiệu người quan sát phải dừng lại.
Xét ở góc độ khoa học, màu đỏ có bước sóng dài theo thứ tự giảm dần
trong khơng khí, thuộc danh sách quang phổ ánh sáng trắng gồm các màu cơ
bản: đỏ, cam, vàng, lục (xanh), lam, chàm, tím. Vì thế con người có thể nhìn từ
khoảng cách xa trong điều kiện ban ngày lẫn ban đêm.
- Tìm hiểu về cảm biến (ngồi chương trình)
4


Các loại cảm biến: cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại….
 Môn Công nghệ:
- Bản vẽ kỹ thuật, thực hành lắp mạch điện bảng điện,…
 Môn Tin học:
- Mạch điện tử điều khiển:

Mạch điều khiển Arduino
- Ngôn ngữ lập trình.
 Mơn Tóan học:
Hình học: các loại hình khối (hình vng, hình trịn, hình hộp chữ nhật, hình
cầu…
2.2: Các ý tưởng để giải quyết vấn đề.
Cảm biến báo vật cản, cảm biến phát hiện vật, khoảng cách xa 50 mét, 10
mét, cảm biến phát hiện xe, cảm biến phát hiện người, cảm biến quang
thu phát riêng.
Cảm biến quang, với độ hoạt động tin cậy và chính xác, khả năng hoạt động với
môi trường khắc nghiệt, tuổi thọ và độ bền cao.
Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc thu phát riêng, Cảm biến phát sẽ phát ra
một tia sáng laser với kích thước nhỏ và hẹp đến cảm biến phát với khoảng cách

5


lên đến 50 mét. Khi có vật cản đi ngang qua là gián đoạn tia sáng giữa con thu
và phát, lúc này sẽ xuất ra một tín hiệu NPN hoặc PNP 24VDC.
Thông số kỹ thuật cảm biến báo vật cản, cảm biến phát hiện vật
– Nguồn cấp : 10-30vdc.
– Nhiệt độ hoạt động: -25-55 độ C.
– Tần số hoạt động: 120 Hz.
2.3: Triển khai thí nghiệm. Đánh giá sản phẩm.
2.3.1 Giới thiệu cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04
Cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 được sử dụng rất phổ biến để xác định
khoảng cách vì RẺ và CHÍNH XÁC. Cảm biến sử dụng sóng siêu âm và có thể
đo khoảng cách trong khoảng từ 2 -> 300 cm, với độ chính xác gần như chỉ phụ
thuộc vào cách lập trình.
2.3.2. Nguyên lý hoạt động

Để đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn từ chân Trig. Sau đó, cảm biến sẽ
tạo ra 1 xung HIGH ở chân Echo cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở pin
này. Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm
biển và quay trở lại.

6


Tốc độ của âm thanh trong khơng khí là 340 m/s nên thời gian đáp ứng của thiết
bị rất ngắn, cỡ 0,5 ms.
2.3.3. Thực nghiệm.
- Thiết kế và phương pháp
+ Sơ đồ khối hoạt động của thiết bị:

+ Nội dung code lập trình cho Arduino:
1 #include <Arduino.h>
2 #include <Wire.h>
3 #include <SoftwareSerial.h>
4
5 double angle_rad = PI/180.0;
7


6 double angle_deg = 180.0/PI;
7 double kc;
8 float getDistance(int trig,int echo){
9

pinMode(trig,OUTPUT);

10

digitalWrite(trig,LOW);

11

delayMicroseconds(2);

12

digitalWrite(trig,HIGH);

13

delayMicroseconds(10);

14

digitalWrite(trig,LOW);

15

pinMode(echo, INPUT);

16

return pulseIn(echo,HIGH,30000)/58.0;

17 }
18

19 void setup(){
20

pinMode(5,OUTPUT);

21

pinMode(4,OUTPUT);

22 }
8


23
24 void loop(){
25

kc = getDistance(3,2);

26

if(((kc) > (0)) && (( kc ) < (50))){

27

digitalWrite(5,1);

28

digitalWrite(4,1);

29

}else{

30

digitalWrite(5,0);

31

digitalWrite(4,0);

32

}

33

_loop();

34 }
35
36 void _delay(float seconds){
37

long endTime = millis() + seconds * 1000;

38

while(millis() < endTime)_loop();

39 }
9


40
41 void _loop(){
42 }

+ Cảm biến HC-SR04 có 4 chân là: Vcc, Trig, Echo, GND..

Vcc

5V

Trig

Một chân Digital output

Echo

Một chân Digital input

GND

GND
Sơ đồ nối chân giữa HC-SR04 và Arduino

Thử nghiệm bằng nguyên liệu mô phỏng trên trang web tinkercad.com

10


Chế tạo mẫu với dụng cụ thí nghiệm thật.(Hình 1,2,3)

Hình 1

11


Hình2

Hình 3:
Thử nghiệm (Hình 4,5)
12


Hình 4

13


Hình 5
Các thơng số, chỉ tiêu, tính năng kỹ thuật đạt được:
– Nguồn cấp : 5 vdc (sạc điện thoại, sạc dự phòng để hoạt động khi mất điện, kết
nối máy tính)
– Thời gian đáp ứng: 0.5ms.
PHẦN 3: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA SẢN PHẨM
- Đã hoàn thiện sản phẩm THIẾT BỊ BÁO ĐỘNG.

- Đã ứng dụng trong gia đình.
- Sẽ cải tiến sản phẩm để kết nối với điện thoại thơng minh để báo động trên cả
điện thoại khi có kết nối wifi hoặc bluetooth.
14


Người báo cáo dự án
Phan Tuấn Phong
Trần Hữu Nam

15