Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa trên cơ sở họ vi điều khiển arm

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.42 MB, 88 trang )

621.382

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KÊ HỆ THÔNG GIÁM SÁT VÀ
CẢNH BÁO LŨ TỜ XA TRÊN CƠ SỞ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN
ARM

Người hướng dẫn :

PGS.TS. Nguyễn Hoa Lư

SV thực hiện

: Nguyễn Quang Ý

Lớp

: 51K2 - ĐTVT

MSSV

: 1051080545

NGHỆ AN - 2015

MỞ ĐẦU
Ngày nay, với công nghệ tiên tiến, hiện đại, có rất nhiều công nghệ mới ra đời
phục vụ cho nhiều ứng dụng, nhu cầu của con người, yêu cầu ứng dụng tự động hóa
vào trong đời song sinh hoạt ,sản xuất ngày càng cao. Mặt khác nhờ công nghệ thơng
tin, cơng nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện các loại thiết bị điều
khiển và giám sát.
Do đó việc thiết kế ra thiết bị để giải quyết vấn đề giám sát mực nước lũ trên
các con sông là một điều rất cần thiết và cấp bách.
Với thiết kế nhằm mục đích phục vụ cho đối tượng là nhà quản lý các đê đập
khí tượng thủy văn. Các thông tin về khoảng cách mực nước lũ giúp cho nhà quản lý
có thể quản lý dễ dàng hơn.
Với nguyện vọng trên, đã được PGS.TS Nguyễn Hoa Lư giao đề tài tốt nghiệp với
nội dung: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa trên cơ sở
họ vi điều khiển ARM”.
Qua thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS
Nguyễn Hoa Lư em đã hoàn thành đề tài, với các nội dung chính như sau:
Chương 1: Tổng quan về đề tài.
Chương 2: Cơ sở hệ thống giám sát và cảnh báo lũ từ xa
Chương 3: Thiết kế hệ thống giám sát và cảnh báo lũ từ xa
Do sự hạn chế về trang thiết bị cũng như hiểu biết, đề tài khơng tránh khỏi những
thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của q thầy cơ.
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Hoa Lư đã giúp đỡ em thực hiện đề
tài này.
Vinh , ngày 20 tháng 05 năm 2015
Người thực hiện

Nguyễn Quang Ý

2

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ............................................................................................................. ii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN .............................................................................................. 5
DANH MỤC BẢNG BIỂU HÌNH VẼ............................................................... 5
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................................. 7
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .............................................................. 9
1.1. Giới Thiệu về đề tài ...................................................................................... 9
1.2. Khảo sát mức nước ở các sông ....................................................................11
1.2.1. Đặc điểm vị trí địa lý khu vực nghiên cứu ...............................................11
1.2.2. Đặc điểm khí tượng, khí hậu.....................................................................11
1.2.3. Đặc trưng thủy văn ....................................................................................13
1.2.4. Đặc trưng lưu lượng ..................................................................................14
1.2.5. Dòng chảy lũ .............................................................................................14
1.2.6. Dòng chảy kiệt ..........................................................................................15
1.2.7. Diễn biến thiên tai và thảm họa ................................................................15
1.3. Phân tích và đề xuất phương án thiết kế hệ thống ......................................15
1.3.1. Ảnh hưởng của lũ tới kinh tế ....................................................................16
1.3.2. Ảnh hưởng của lũ tới nền nông nghiệp, thủy sản .....................................17
1.3.3. Ảnh hưởng tới nghành công nghiệp .........................................................17
1.3.4. Đề xuất phương án thiết kế hệ thống ........................................................18
Chương 2. CƠ SỞ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO LŨ TỪ XA 19
2.1. Cảm biến siêu âm .........................................................................................19
2.1.1. Cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF (Time Of Flight) ..........................19
2.1.2.Tầm quét của cảm biến siêu âm .................................................................20
2.2. Cảm biến siêu âm SRF05 và đặc điểm kỹ thuật ..........................................21
2.2.1. Giới thiệu .................................................................................................21

2.2.2. Các chế độ của SRF05 .............................................................................21
2.2.3. Hoạt động phát và nhận phản hồi sóng âm cơ bản của SRF05 : ..............24
2.3. Vi điều khiển ARM ......................................................................................26
2.3.1. Cấu trúc vi điều khiền ARM .....................................................................26
2.4. Giao thức TCP/IP .........................................................................................38
2.4.1. Tầng ứng dụng (Application Layer): ........................................................39
3

2.4.2. Tầng giao vận (Transport Layer) : ............................................................39
2.4.3. Tầng liên mạng (Internet Layer) : ............................................................40
2.4.4. Tầng giao diện mạng (Network Interface Layer): ....................................40
2.5. Máy tính nhúng beaglebone_black ..............................................................41
2.6. Mạng truyền thông không dây .....................................................................43
2.6.1. Tổng quan về WLAN................................................................................43
2.6.2. Ưu điểm của WLAN so với mạng có dây trùn thớng ...........................43
2.6.3. Các thiết bị cơ bản của hệ thống WLAN ..................................................44
2.6.4. Các kỹ thuật sử dụng trong giao diện WLAN .........................................46
2.6.5. Cấu trúc và các mơ hình của WirelessLAN..............................................48
2.6.6. Các giao thức truyền dữ liệu trong WLAN ..............................................51
2.6.7. Các chuẩn thông dụng của WLAN ...........................................................54
2.6.8. Giới thiệu về LabView …………………………...………………………….59

Chương 3.THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO LŨ TỪ
XA .......................................................................................................................65
3.1. Thiết kế phần cứng.......................................................................................65
3.1.1. Sơ đồ khối hệ thống giám sát lũ từ xa ......................................................65
3.1.2. Hệ thống giám sát mực nước ....................................................................66
3.2. Sơ Đồ mạch nguyên lý .................................................................................70
3.2.1. Khối Nguồn ...............................................................................................70

3.2.2. Khối vi xử lý .............................................................................................74
3.3. Thiết kế phần mềm.......................................................................................76
3.3.1. Thuật tốn trùn thơng khơng giây .........................................................76
3.4. Phần mềm cho thiết bị đầu cuối ...................................................................78
3.4.1. Yêu cầu, chức năng ...................................................................................78
3.4.2. Sơ đồ thuật tốn ........................................................................................79
3.4.3. Ngơn ngữ lập trình node js, python va html .............................................80
3.4.4. Website Giám sát và điều khiển ...............................................................81
KẾT LUẬN ........................................................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................88

4

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU
Bảng
Bảng 2.1.Thơng sớ một sớ loại cảm biến siêu âm SRF ......................................20
Bảng 2.2. Các chế độ hoạt động của RAM ........................................................29
Bảng 2.3. Các lựa chọn chuẩn 802.11 ................................................................56
Bảng 2.4. Bảng tắt thông số các chuẩn IEEE 802.11 thơng dụng ......................58
Hình
Hình 2.1. Một sớ loại cảm biến siêu âm .............................................................19
Hình 2.2. Nguyên tắc TOF ..................................................................................19
Hình 2.3. Tầm qt của cảm biến .......................................................................20
Hình 2.4. Khới cảm biến SRF05 .........................................................................21
Hình 2.5. Giản đồ định thời SRF05, chế độ 1.....................................................22
Hình 2.6. Giản đồ định thời SRF05, chế độ 2.....................................................23
Hình 2.7. Độ rộng phổ của SRF05......................................................................24
Hình 2.8. Phản hồi sóng âm của SRF05 .............................................................24
Hình 2.9. Phản xạ sóng âm của SRF05...............................................................25

Hình 2.10. Vùng phát hiện của SRF05 ...............................................................25
Hình 2.11. Vùng phát hiện có 2 cảm biến SRF05 ..............................................26
Hình 2.12. Mơ hình kiến trúc lõi xử lý ARM .....................................................27
Hình 2.13. Cấu trúc chuẩn cho tập lệnh của MU0..............................................30
Hình 2.14. Đường truyền dữ liệu của lõi xử lý MU0 .........................................30
Hình 2.15. Mơ hình các thanh ghi của ARM ......................................................31
Hình 2.16. Vị trí các bit trên thanh ghi CPSR ....................................................32
Hình 2.17. Chu kỳ thực thi lệnh theo kiến trúc đường ớng ................................33
Hình 2.18. Kiến trúc đường ớng ba tầng.............................................................34
Hình 2.19. Kiến trúc đường ống ba tầng trong tập lệnh có nhiều chu kỳ máy ...35
Hình 2.20. Mơ hình giao tiếp trong vi điều khiển ARM ....................................36
Hình 2.21. Sự phân táchE hai trạng thái trên bản đồ bộ nhớ ..............................37
Hình 2.22. Vùng RAM........................................................................................38
Hình 2.23. Đường đi của dữ liệu trong mạng .....................................................39
Hình 2.24. Mơ hình phân lớp và bộ giao thức TCP/IP .......................................41
Hình 2.25. Khới BeagleBone Black ....................................................................41
Hình 2.26. Card mạng khơng dây sử dụng khe cắm PCI ...................................45
Hình 2.27. Điểm truy cập ...................................................................................45
Hình 2.28. Cấu trúc cơ bản của WirelessLAN ..................................................48
5

Hình 2.29. Mơ hình Ad hoc ...............................................................................49
Hình 2.30. Mơ hình Infrastructure .....................................................................50
Hình 2.31. Mơ hình ESS ....................................................................................51
Hình 2.32. IEEE 802.11 và OSI ........................................................................54
Hình 2.31. Dải tần 5Ghz ....................................................................................56
Hình 2.34. Ghép phân chia theo tần sớ(OFDM) ................................................57
Hình 2.35. Bảng giao diện mới………………………..……………………….60
Hình 2.36. Thanh cơng cụ giao diện……………………………………..…………..61

Hình 2.37. Sơ đồ khới của LabView…………………………………………………62
Hình 2.38. Ví dụ về sơ đồ khới……………………………………………………….62
Hình 2.39. Các kiểu dây nới trên sơ đồ khới………………...……………………….63
Hình 2.40. Bảng Tools palette……………………………………………..…………63
Hình 2.41. Bảng mẫu controls…………………………………………….………….64
Hình 2.42. Bảng Function………………………………………………….…………64

Hình 3.1. Sơ đồ khới ...........................................................................................65
Hình 3.2. Mơ hình đo và giám sát mực nước .....................................................66
Hình 3.3. khới điều khiển trung tâm ...................................................................66
Hình 3.4. Cảm biến GP2Y0A21YK ...................................................................67
Hình 3.5. web camera .........................................................................................67
Hình 3.6. Simcom900A ......................................................................................68
Hình 3.7. Mạch nguồn.........................................................................................70
Hình 3.8. Cấu trúc và sơ đồ chân của IC TPS65217 .........................................73
Hình 3.9. IC TL5209 ..........................................................................................74
Hình 3.10. Khới vi xử lý .....................................................................................74
Hình 3.11. Cấu trúc AM335x ............................................................................76
Hình 3.12. Sơ đồ thuật Tốn lập trình socket .....................................................77
Hình 3.13. Sơ đồ thuật tốn modulo ..................................................................79
Hình 3.14. Sơ đồ khới kết nới Ethernet .............................................................82
Hình 3.15. Trình dụt đóng ngắt bằng PC ........................................................86

6

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Lưu trữ trạng thái

SPSR

Save Program Status Register

DHCP

Dynamic Host Configuration Protocol Giao Thức Cấu Hình Trạm Động

ARM

Advanced RISC Machine

Bộ vi xử lý

MIMO multiple input, multiple output

công nghệ đa đường truyền

OFDM orthogonal frequency division
multiplexing

ghép kênh phân chia tần số trực giao

TCP

Transmition Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền vận

IP

Internet Protocol

Giao thức dùng cho mạng internet

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức truyền gói dữ liệu

LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

OSI

Open Systems Interconnection
Reference Model

Mô hình tham chiếu kết nới các
hệ thớng mở

WAAS Wide Area Augmentation System

Hệ tăng vùng rộng

NMEA National Marine Electronics

Hiệp hội điện tử hàng hải quốc gia
(Hoa Kỳ)

Association
ASCII

Chuẩn mã trao đổi thông tin Hoa Kỳ

American Standard Code for
Information Interchange

UART Universal Asyncronous Receiver
Transmitter

Truyền thơng nới tiếp khơng đồng bộ

DoD

Department of Defense

Mơ hình của bộ q́c phịng Mỹ

IGMP

Internet Group Management Protocol điều khiển trùn đa hướng

ICMP

ICMP

thông báo lỗi trong trường hợp truyền

Internet Control Message Protocol

dữ liệu bị hỏng.

ARP

Address Resolution Protocol

biên dịch địa chỉ IP của máy đích
thành địa chỉ MAC.

SPI

Series peripheral interface

Chuẩn giao tiếp ngoại vi

UDP

User Datagram Protocol

Giao Thức Gói Người Dùng

SMTP

Simple Mail Transfer Protocol

Giao Thức Truyền Thư Đơn Giản

TFTP

Trivial File Transfer Protocol

Giao Thức Truyền Tập Tin Bình
Thường

FTP

File Transfer Protocol

Giao Thức Truyền Tập Tin

DNS

Domain Name System

Hệ Thống Tên Miền

SNMP Simple Network Management Protocol Giao Thức Quản Lý Mạng Đơn Giản
7

TĨM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án này đã trình bày về hệ thống giám sát và cảnh báo lũ từ xa dựa trên vi
điều khiển ARM. Nội dung đồ án được nghiên cứu về hệ thống điều khiển
BeagleBone Black như cấu trúc, nguyên tắc hoạt động, mạng LAN và công nghệ
Ethernet, các kĩ thuật và phương pháp truyền dẫn. Hiểu được cấu trúc vi điều khiển
AM335x, và các dòng họ vi xử lý ARM. Các nguyên tắc đo khoảng cách bằng cảm

biến siêu âm và cảm biến GP2Y0A21YK. Trên cơ sở đó ta đi vào phân tích và thiết kế
cấu trúc của hệ thống, chức năng nhiệm vụ các thành phần trong hệ thống. Thiết kế
phần cứng và phần mềm cho hệ thống giám sát và cảnh báo mực nước lũ. Đưa ra giải
pháp tối ưu nhằm nâng cao chất lượng hệ thống, hướng phát triển đề tài. Qua đó cho
ta thấy được ứng dụng của đề tài để áp dụng vào thực tê.

ABSTRACT

This project has presented the surveillance system and remote flood warning based
on ARM microcontrollers. Contents are research projects on control systems such as
structural BeagleBone Black, principles of operation, LAN and Ethernet technology,
techniques and methods of transmission. Understand AM335x microcontroller
architecture, and the ARM processor family. The principle of distance measurement by
ultrasonic sensors and sensor GP2Y0A21YK. On that basis, we go into the analysis and
design of system structure, functions and duties of the components in the system.
Designing hardware and software for system monitoring and warning flood level.
Offering the optimal solution in order to improve system quality, development topics.
Through that shows the application of the research to practical application..

8

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Giới Thiệu về đề tài
Diễn biến lịng sơng ln gắn liền với q trình vận động tự nhiên của dịng sơng
trong q trình hoạt động của nó. Đó là kết quả của mối tương tác giữa dịng chảy và
lịng sơng, mà ngun nhân cơ bản là sự mất cân bằng về bùn cát. Trong những năm
gần đây , việc khai thác nguồn nước và bãi sông ngày càng phát triển. Cùng với nó là
hiện tượng xói bồi lịng sơng do lũ lụt, sạt lở bờ sông diễn ra mạnh mẽ ở hầu hết tất cả

các hệ thống sông trên đất nước ta, nó gây ra những thiệt hại trực tiếp đến đời sống
kinh tế xã hội của những người dân ven sông cũng như sự đe doạ đến sự an toàn của
hệ thống đê điều do lũ lụt, sạt lở bờ sông gây ra là vô cùng to lớn.
Hiện nay vấn đề lũ Lụt, sạt lở đoạn sông là một trong những vấn đề được quan
tâm nhiều nhất trong cơng tác phịng chớng lũ lụt, ở khu vực miền trung có hai hệ
thống sông lớn là hệ thống sông Mã và hệ thống sông Lam, hai hệ thống sông này
thường xuyên xảy ra hiện sạt lở do lũ lụt. Trong hệ thống sông Lam thì đoạn sơng
Lam qua Tĩnh Nghệ An và Hà Tĩnh hiện nay là một điển hình.
Mưa lũ biến đổi phức tạp xảy ra thường xuyêntrên các sông này là do sự thay đổi
của khí hậu. Một nguyên nhân không thể không nói đến đó là do hoạt động kinh tế của
con người, con người làm thay đổi dòng chảy, lấn chiếm các bãi ven sông làm khu du
lịch hoặc làm nhà ở. Trong đó có việc khai thác cát ở các lịng sơng diễn ra một cách
phổ biến,mặc dù đã có sự quản lý của nhà nước nhưng việc khai thác diễn ra cả ở
những nơi không được phép khai thác nó ảnh hưởng tới dòng chảy gây ra lũ và sạt lỡ
ven sông.Tuy nhiên theo các kế hoạch phát triển kinh tế xã hội của Tĩnh Nghệ An và
Hà Tĩnh trên đoạn sông này có rất nhiều dự án hạ tầng giao thông, thuỷ lợi và giao
thông xã hội, dịch vụ sẽ đuợc thực hiện vì vậy các tác động của chúng tới đoạn sông
Lam trong phạm vi Nghệ An và Hà Tĩnh sẽ rất đáng kể. Các tác động này chắc chắn
sẽ gây ra các thay đổi về chế độ thuỷ văn, thuỷ lực lòng dẫn tại đoạn sông này.Mưa lũ
ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển kinh tế của vùng khu vực đặc biện là tỉnh Nghệ
An và Hà Tĩnh nói chung. Vì vậy chúng ta phải có các biện pháp hợp lý nhất để ngăn
chặn và chống lũ.

9

Nghiên cứu hiện tượng lũ lụt hay nghiên cứu diễn biến lịng dẫn đoạn sơng chúng
ta có rất nhiều phương pháp nghiên cứu, nhiều biện pháp chống lũ đã được đề xuất.
Làm thế nào để ngăn lũ kịp thời và giám sát lũ, giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra đang
là vấn đề cần được giải quyết.Theo tinh thần và các vẫn đề trên, đề tài này được lựa

chọn.Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa trên cơ sở vi
điều khiển arm”.
Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa. Các yếu tố mưa ẩm biến đổi
theo mùa trong năm và mưa là nguồn cung cấp chủ yếu của nước sông.Trong mùa
mưa, những trận mưa trên lưu vực sông tạo nên những trận lũ trên sông suối. Lũ lớn
từ thượng lưu đổ về hạ lưu, nước lũ có thể tràn bờ sơng, bờ đê khi lịng sơng khơng đủ
khả năng tải nước lũ, gây nên ngập lụt các vùng trũng ven sông và vùng đồng bằng
rộng lớn ở hạ lưu dịng sơng. Ngoài ra, lũ đặc biệt lớn có thể gây vỡ đập, tràn đê, vỡ
đê và do đó cũng gây nên ngập lụt dẫn đến những hậu quả khôn lường ảnh hưởng trực
tiếp tới đời sống người dân sớng ven sơng nếu con người khơng chủ động phịng tránh
và tìm cách khớng chế nó. Trên các sơng śi vừa và nhỏ, mưa có cường độ lớn có thể
gây ra lũ quét với sức tàn phá rất ác liệt.Lũ lụt có thể trở thành thiên tai, gây nên
những thiệt hại rất nghiêm trọng về người, của cải và tác động xấu đến mơi trường tự
nhiên.
Do vậy việc phịng chớng lũ là chương trình ảnh hưởng lớn đến sự phát triển kinh
tế của tất cả các Quốc gia nói chung và Việt Nam nói riêng.Trong thời gian gần đây, ở
Việt Nam lũ lụt luôn xảy ra với cường độ ác liệt gây ra những thiệt hại về vật chất và
tính mạng con người.
Nghệ An và Hà Tĩnh là hai tĩnh chịu ảnh hưởng từ lũ lụt rất lớn. Những năm vừa
qua tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh đã có nhiều nỗ lực trong công tác đầu tư, tu bổ nâng
cấp hệ thống đê điều của tỉnh như gia cố mặt đê và tu bổ sửa chữa một số tuyến kè
bảo vệ bờ. Nhưng do nguồn vốn có hạn, việc đầu tư chủ yếu tập trung vào một số
trọng điểm xung yếu có tính chất khẩn cấp, nên còn thiếu đồng bộ.Qua q trình đầu
tư phát triển, hệ thớng cơng trình chống lũ của tỉnh Nghệ An trong đó chủ yếu là hệ
thống đê đã vận hành tốt và bảo vệ an toàn cho tỉnh trong suốt thời gian dài. Tuy
nhiên tình hình phát triển kinh tế xã hội vùng ven sông đã ở mức đáng báo động, các
đê bối ngày càng lấn ra phía lịng sơng và được tơn tạo cao hơn, dân cư vùng bãi sông

10

trở nên đông đúc và bùng phát việc xây dựng nhà cửa, lấn chiếm bờ làm co hẹp lịng
sơng…Nhìn chung tỉnh chưa có quy hoạch phịng chớng lũ cho từng tuyến sông có đê
trên địa bàn tỉnh nên việc kết hợp hài hoà giữa đảm bảo phịng chớng lũ và phát triển
kinh tế trung hạn và dài hạn còn hạn chế, các cơng trình dự kiến xây dựng khơng triển
khai được do chưa có quy hoạch vì vậy cần thiết phải có chiến lược chống lũ dài hạn
để làm căn cứ cho việc định hướng phịng chớng lũ phù hợp với quy hoạch tổng thể
phát triển kinh tế xã hội, mục tiêu q́c phịng, an ninh, chiến lược phịng chớng và
giảm nhẹ thiên tai,Vì vậy việc xây dựng hệ thớng cảnh báo và giám sát mực nước lũ là
rất cần thiết cho cơng tác phịng chớng lũ cho tỉnh Nghệ An.
1.2. Khảo sát mức nước ở các sông
1.2.1. Đặc điểm vị trí địa lý khu vực nghiên cứu
Nghệ An nằm ở vùng Bắc Trung bộ nước Việt Nam, có tọa độ địa lý từ 18o33' đến
20o00' vĩ độ Bắc và từ 103o52' đến 105o48' kinh độ Đông. Phía Bắc giáp tỉnh Thanh
Hoá, Nam giáp tỉnh Hà Tĩnh, Tây giáp nước bạn Lào, Đơng giáp với biển Đơng.Địa
hình Nghệ An gồm có núi, đồi, thung lũng. Độ dốc thoải dần từ đông bắc xuống tây
nam. Giao thông đuờng bộ, đường sắt, đường thuỷ và đường không đều thuận lợi: có
quốc lộ 1A và tuyến đường sắt Bắc Nam chạy qua tỉnh dài 94km, có cảng biển Cửa
Lò, sân bay Vinh.
Tỉnh Nghệ An nằm ở Đơng Bắc dãy Trường Sơn, địa hình đa dạng, phức tạp và bị
chia cắt bởi các hệ thống đồi núi, sông suối hướng nghiêng từ Tây - Bắc xuống Đông Nam. Đỉnh núi cao nhất là đỉnh Pulaileng (2.711m) ở huyện Kỳ Sơn, thấp nhất là
vùng đồng bằng huyện Quỳnh Lưu, Diễn Châu, Yên Thành có nơi chỉ cao đến 0,2 m
so với mặt nước biển (đó là xã Quỳnh Thanh huyện Quỳnh Lưu).Đồi núi chiếm 83%
diện tích đất tự nhiên của toàn tỉnh.
Hệ thớng sơng ngịi dày đặc; Tổng chiều dài sông suối trên địa bàn tỉnh là 9.828
km, mật độ trung bình là 0,7 km/km2. Sông lớn nhất là sông Cả (sông Lam) Bắt
nguồn từ Nậm Cắn (Lào), dài 513 km, chảy qua Nghệ An theo hướng Tây Bắc - Đông
Nam, đổ ra biển Đông tại cửa Hội.Bờ biển dài 82 km, có 6 cửa lạch thuận lợi cho việc
vận tải biển, phát triển cảng biển: cảng biển Cửa Lị.
1.2.2. Đặc điểm khí tượng, khí hậu

Chế độ khí hậu chung:

11

Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu sự tác động trực tiếp của gió
mùa Tây - Nam khô và nóng (từ tháng 4 đến tháng 8) và gió mùa Đông Bắc lạnh, ẩm
ướt (từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau).vùng có điều kiện khí hậu khắc nghiệt nhất
trong cả nước. Hàng năm thường xảy ra nhiều thiên tai như bão, lũ, gió Lào, hạn hán,
mà nguyên nhân cơ bản là do vị trí, cấu trúc địa hình tạo ra. Vùng này cũng chịu ảnh
hưởng của gió mùa Đông Bắc lạnh, tuy nhiên không nhiều như ở Bắc Bộ. Điều kiện
khí hậu của vùng gây khó khăn cho sản xuất đặc biệt là sản xuất nông nghiệp.
Nhiệt độ khơng khí:
Mùa nắng kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10, khí hậu khô nóng nhất là từ tháng 5
đến tháng 8.Nhiệt độ trung bình từ 24,7o C (tháng 4) đến 32,9oC (tháng 6). Mùa này
thường nóng bức, nhiệt độ có thể lên tới 38,5 – 40oC.
Mùa mưa kéo dài từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, nhiệt độ trung bình tháng từ
18,3oC (tháng 1) đến 21,8oC (tháng 11) với nhiều ngày có nhiệt độ trung bình thấp
8,6oC (tháng 2).
Độ ẩm khơng khí:
Nhìn chung độ ẩm khơng khí tương đới cao (trung bình từ 84 – 87%), độ ẩm
trung bình cao nhất khoảng 92 – 96% vào các tháng 1, 2, 3, độ ẩm trung bình thấp
nhất khoảng 55 – 70% vào các tháng 6, 7, 8
Gió:
Nghệ An chịu ảnh hưởng của hai loại gió chủ yếu: gió mùa Đông Bắc và gió
phơn Tây Nam. Gió mùa Đông Bắc thường xuất hiện vào mùa Đông từ tháng 10 đến
tháng 4 năm sau, bình quân mỗi năm có khoảng 30 đợt gió mùa Đông Bắc, mang theo
không khí lạnh, khô làm cho nhiệt độ giảm xuống 5 - 10oC so với nhiệt độ trung bình
năm.
Gió phơn Tây Nam là một loại hình thời tiết đặc trưng cho mùa hạ của vùng Bắc

Trung Bộ. Loại gió này thường xuất hiện ở Nghệ An vào tháng 5 đến tháng 8 hàng
năm, sớ ngày khơ nóng trung bình hằng năm là 20 - 70 ngày. Gió Tây Nam gây ra khí
hậu khơ, nóng và hạn hán, ảnh hưởng không tốt đến sản xuất và đời sống sinh hoạt
của nhân dân trên phạm vi toàn tỉnh.

12

Các số liệu quan trắc về chế độ gió như sau: Tớc độ gió trung bình đạt từ 1,8 - 2,2
m/s. Tớc độ gió trung bình hướng Đơng là nhỏ nhất: 1m/s, hướng Đông Bắc là lớn
nhất: 8 m/s. Tần suất lặng gió 30 - 40 %.
Khu vực NghệAn chịu ảnh hưởng trực tiếp của bão và áp thấp nhiệt đới, thường
xuất hiện vào các tháng 8, 9, 10. Gió bão trong khu vực này thường có cường độ
mạnh hơn và xuất hiện lớn hơn các khu vực khác của Hà Tĩnh.
Mưa:
Lượng mưa trong vùng không đồng đều qua các tháng trong năm.Mùa Đông
thường kết hợp giữa gió mùa Đông Bắc và mưa dầm, lượng mưa mùa này chiếm
khoảng 25% lượng mưa hàng năm. Lượng mưa tập trung trong năm vào mùa Hạ và
mùa Thu, chiếm 75% lượng mưa cả năm, đặc biệt cuối thu thường mưa rất to.
Nghệ An là tỉnh có lượng mưa trung bình so với các tỉnh khác ở miền Bắc.
Lượng mưa bình quân hàng năm dao động từ 1.200-2.000 mm/năm với 123 - 152
ngày mưa, phân bổ cao dần từ Bắc vào Nam và từ Tây sang Đông và chia làm hai mùa
rõ rệt.
Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, lượng mưa chỉ chiếm 15 - 20% lượng
mưa cả năm, tháng khô hạn nhất là tháng 1, 2; lượng mưa chỉ đạt 7 - 60 mm/tháng.
Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, lượng mưa tập trung chiếm 80 - 85% lượng
mưa cả năm, tháng mưa nhiều nhất là tháng 8, 9 có lượng mưa từ 220 - 540mm/tháng,
số ngày mưa 15 - 19 ngày/tháng, mùa này thường kèm theo gió bão.
1.2.3. Đặc trưng thủy văn
Đặc điểm dòng chảy

Chế độ dòng chảy của sông lam được chia thành hai mùa rõ rệt là mùa lũ từ tháng
6 đến tháng 11. Và mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4.Sông Lam chịu ảnh hưởng mạnh
mẽ của thuỷ triều và là hệ thống vừa cung cấp nước ngọt lại vừa cung cấp nước mặn
cho NTTS. Modul dịng chảy của sơng cao nhất vào tháng 9, 10 (có lượng mưa lớn
nhất) và thấp nhất vào tháng 4, dòng chảy mùa lũ (tháng 9, 10), tháng mùa cạn khi có
lũ tiểu mãn lượng dòng chảy lại tăng lên khá nhiều. Nhìn chung dịng chảy sơng ổn
định nhất từ tháng 1 đến tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8 biến đổi ít, từ tháng 9 đến
tháng 12 biến đổi rất mạnh. Sự biến động dòng chảy này sẽ tác động tới mức độ ảnh
hưởng của thuỷ triều đối với sông.

13

Lưu lượng nước của con sông Lam rất lớn do đó vào mùa mưa thường gây ngập
lụt ảnh hưởng rất lớn đến đời sống và sản xuất của người dân trong xã. Lưu lượng
dịng chảy bình qn năm của các sông khoảng 15 m3/s; mùa lũ có thể đạt tới trên
3000 m3/s; mùa cạn có khi chỉ có 5 m3/s. Sự hình thành lũ và sớ lượng các cơn lũ trên
sông được quyết định bởi thời gian và cường độ mưa.
Đặc điểm sơng ngịi
Ngàn Cả hay sơng Cả là tên cũ của sông Lam. Ngày nay, sông Cả chỉ phần nhánh
chính từ Nghệ An của sông Lam. Nhánh này hợp với nhánh lớn thứ hai là sông La, từ
Hà Tĩnh, để tạo thành phần hạ nguồn của sông Lam. Tiếng Cả vừa hàm nghĩa là "lớn",
vừa có hàm nghĩa là "mẹ", mẹ của những con sông nhỏ đổ về như Nậm Nơm, Nậm
Mộ, sơng Giăng, và sơng La. Cịn tên "sơng Lam" có lẽ do màu nước xanh. Sơng cịn
có các tên như Lam Giang, Thanh Long Giang, Lam Thủy.
1.2.4. Đặc trưng lưu lượng
Lưu luợng nước là lượng nước chảy qua tiết diện ngang nào đó trong một đơn vị
thời gian được tính bằng m3/s. Nó là đặc trưng cơ bản của dòng chảy và có quan hệ
mật thiết với các ́u tớ của dịng chảy.
Q = U*S

Trong đó Q: Lưu lượng nước (m3/s)
U: Lưu tớc dịng chảy(m/s)
S: Diện tích mặt cắt ngang (km2, m2)
Sự biến đổi của lưu lượng đồng nghĩa với việc diễn biến dịng chảy trên sơng
diễn ra theo chiều hướng phức tạp làm cho công việc phịng chớng lũ lụt gặp rất nhiều
khó khăn, gây ra cản trở cho giao thông thuỷ, lấy nước tưới cho nông nghiệp, công
nghiệp, đe dạo đến sinh hoạt và tính mạng của nhân dân sống hai bên bờ sông. Đồng
thới sự biến đổi này gây ra sự biến hình lịng sơng rất mạnh, nếu lưu lượng lớn thì khả
năng mang bùn cát của dịng nước càng lớn, q trình diễn biến lịng sơng càng mạnh
và ngược lại.
1.2.5. Dịng chảy lũ
Các ́u tớ ảnh hưởng đến hình thành dịng chảy lũ có thể phân thành hai loại
chính sau : Yếu tố khí tượng(chu yếu là yếu tố mưa rào) và yếu tố mặt đệm.

14

́u tớ mưa rào qút định nguồn nước dịng chảy khi xét yếu tố này cần đề cập
đến các đặc trưng chuy yếu: lượng mưa trong thời đoạn thiết kế ứng với tần suất nào
đó (cường độ mưa bình quân lớn nhất) trong thời đoạn đó. Việc khảo sát đặc trưng
này nhằm để tính lớp nước mưa bình quân trên lưu vực.
́u tớ mặt đệm qút định q trình tổn thất và q trình tập trung dịng chảy, các
́u tớ mặt đệm bao gồm: Diện tích , hình dạng lưu vực, chiều dài lịng sơng chính, độ
dớc mặt nước, sườn dớc, độ nhám lịng sơng và khả năng có thêm trên lưu vực (rừng,
hồ, ao, đầm lầy, trình độ thâm canh trên lưu vực).
Theo chỉ tiêu vượt trung bình, mùa lũ trên hệ thống sông Lam thường từ tháng 6
đến tháng 11. Tuy nhiên mũa lũ cũng có thể xuất hiện sớm vào tháng 5 và kết thúc
vào tháng 12.
1.2.6. Dòng chảy kiệt
Dòng chảy kiệt từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, lượng mưa chỉ chiếm 15 - 20%

lượng mưa cả năm, tháng khô hạn nhất là tháng 1, 2; lượng mưa chỉ đạt 7 - 60
mm/tháng.
1.2.7. Diễn biến thiên tai và thảm họa
Nhìn tổng thể địa hình Nghệ An có 3 vùng rõ rệt : vùng núi, trung du và đồng
bằng. Dọc theo biên giới Việt Lào có nhiều núi cao điển hình như Phu Hoạt (2452m),
phũalaileing(2711m) tạo nên vành đai đồ sộ. Vùng núi thấp và trung du rộng lớn nối
liền giữa miền núi và đồng bằng, địa hình khá phức tạp có nhiều đồi và núi thấp. Vùng
đồng bằng ven biển nhỏ hẹp lại có những ngọn núi đâm sát ra biển. Cho nên, tạo
thành những vùng tiểu khí hậu.do ảnh hưởng của vị trí địa lý, địa hình và hình thái địa
mạo. Là tỉnh có diện tích rộng, nên khí hậu tỉnh Nghệ An đa dạng, đồng thời có sự
phân hố theo khơng gian và biến động theo thời gian. Bên cạnh những yếu tố chủ yếu
như nhiệt độ, lượng mưa, gió, độ ẩm không khí thì Nghệ An cịn là một tỉnh chịu ảnh
hưởng của bão và áp thấp nhiệt đới. Trung bình mỗi năm có 2 - 3 cơn bão, thường tập
trung vào tháng 8 và 10 và có khi gây ra lũ lụt.
1.3. Phân tích và đề xuất phương án thiết kế hệ thống
Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa, một bán đảo ở đông nam đại lục Âu – Á,
chịu ảnh hưởng sâu sắc của Biển Đông, thường xuyên phải đới mặt với nhiều loại hình
thiên tai khớc liệt. Trải qua thời gian gần bảy thập kỷ, thiên tai đã xảy ra ở hầu khắp

15

các khu vực trên cả nước, gây nhiều tổn thất to lớn về người, tài sản, cơ sở hạ tầng,
kinh tế, xã hội và tác động xấu đến môi trường.
Trong hơn 10 năm trở lại đây, trung bình hàng năm có tới 750 người chết và mất
tích, thiệt hại về tài sản ước tính tương đương khoảng 1,0 - 1,5% GDP. Thêm vào đó,
biến đổi khí hậu toàn cầu đã và đang làm thiên tai ở nước ta có chiều hướng ngày càng
phức tạp, gia tăng nhiều hơn so với những thập kỷ trước về cả quy mô cũng như chu
kỳ lặp lại kèm theo những đột biến khó lường.
Hàng năm, miền Trung là nơi có bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào nhiều nhất so

với các vùng ven biển khác ở nước ta. Bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ không chỉ gây ra
gió mạnh trực tiếp tàn phá cây cới, nhà cửa, cơng trình, cơ sở hạ tầng… mà còn kéo
theo sóng cao, nước biển dâng, đồng thời mưa lớn xảy ra trên diện rộng gây ra lũ lụt,
lũ quét, ngập lụt, sạt lở đất bất thường… làm thiệt hại nghiêm trọng về người và của
cải cho khu vực này, thậm chí tới mức thảm họa. Theo dự báo trong tương lai, số
lượng cơn bão có cường độ mạnh sẽ ngày một gia tăng.
1.3.1. Ảnh hưởng của lũ tới kinh tế
Lũ lớn là nguyên nhân gây ra hư hỏng cơng trình xây dựng, gây ra ngập lụt.
Dịng chảy từ lỗ vỡ có tớc độ lớn có khả năng tàn phá cơng trình và sự sớng nơi mà nó
đi qua. Các dịng chảy tràn do lũ thường kéo theo đất đá, cát sỏi vùi lấp đồng ruộng,
nhà cửa, cơng trình thủy lợi...Vật liệu xây dựng cơng trình ngập trong nước lũ giảm
khả năng chịu tải, cơng trình phải chịu thêm tải trọng tĩnh và tải trọng động của nước
nên nguy cơ bị đổ vỡ tăng lên. Về tổng thiệt hại kinh tế được đo lường bằng tiền,
trung bình hàng năm trong vịng 10 năm từ 2005 đến 2014, nền kinh tế Việt Nam phải
gánh chịu khoảng 5,2 tỷ USD. Trong tổng số thiệt hại này, thiệt hại kinh tế do lũ lụt
gây ra chiếm tỷ phần lớn nhất với 58%. Xếp sau đó, thiệt hại kinh tế do các trận bão
hàng năm gây ra khoảng 29%, xếp ở vị trí thứ hai. Với cách tiếp cận mới này, có thể
thấy các thảm họa tự nhiên gây ra thiệt hại rất lớn cho nền kinh tế Việt Nam. Nếu chỉ
tính riêng cho lũ lụt thì Việt Nam nằm trong nhóm nước phải gánh chịu thiệt hại lớn
nhất trên thế giới. Do vậy, với cơng tác phịng chớng và đối phó hữu hiệu với rủi ro do
thiên tai gây ra cần được quan tâm hơn bao giờ hết, khơng chỉ đới với tính mạng, tài
sản mà cịn dưới góc độ sức khoẻ của con người.

16

1.3.2. Ảnh hưởng của lũ tới nền nông nghiệp, thủy sản
Nông nghiệp là ngành sản xuất chính đóng góp lớn vào nền kinh tế và ổn định
đời sống.Hoạt động sản xuất nông nghiệp phụ thuộc nhiều vào các yếu tố tự nhiên
như: đất đai, nguồn nước, khí hậu, chế độ thủy văn, nhiệt độ, độ ẩm... nên sẽ là ngành

bị ảnh hưởng nặng nề khi có bão lũ xuất hiện.tình trạng ngập lụt sẽ làm mất đất canh
tác trong nông nghiệp, làm hư hại tới những cây trồng nông sản, giảm năng xuất cây
trồng, gây thiệt hại nặng nề trong tăng gia sản xuất.
Đối với ngành thuỷ sản, khu vực miền trung nói riêng và cả nước nói chung việc
đắn bắt và nuôi trồng thủy sản chịu ảnh hưởng rất lớn khi có bão lũ xuất hiện. Nhìn
chung, lũ lụt có xu hướng làm thay đổi môi trường sống của các loài thuỷ sản, dẫn đến
thay đổi trữ lượng các loài thuỷ hải sản do di cư hoặc do chất lượng môi trường sống
bị suy giảm; từ đó làm thu hẹp ngư trường đánh bắt, sản lượng đánh bắt và sản lượng
nuôi trồng. Kết quả khảo sát của Bộ Lao động, Thương binh và Xã hội năm 2014 cho
thấy, các địa phương được khảo sát đều có tỷ lệ lao động đang làm trong lĩnh vực nuôi
trồng thủy hải sản khá cao, dao động từ trên 50% đến 90% lực lượng lao động. Do
hạn chế về vốn đầu tư và kiến thức/kỹ thuật nên hoạt động nuôi trồng thủy sản của
người dân hầu như phụ thuộc vào môi trường tự nhiên, thời tiết,... Thiệt hại trong nuôi
trồng thủy sản có xu hướng gia tăng trong những năm gần đây do ảnh hưởng của nước
biển dâng, xâm nhập mặn, mưa lũ trái mùa, thay đổi môi trường nước.
1.3.3. Ảnh hưởng tới nghành công nghiệp
Các ngành công nghiệp, đặc biệt là khu công nghiệp ven biển, sẽ bị ảnh hưởng
nặng nề khi bão lũ xuất hiện.Nguồn nguyên liệu cho công nghiệp, đặc biệt là nguyên
liệu cho công nghiệp chế biến lương thực thực phẩm, dệt, may mặc sẽ bị suy giảm
đáng kể vì khơng được tiếp ứng từ các vùng ngun liệu ở các tỉnh vùng vốn bị ngập
lụt nặng nề nhất ở Việt Nam. Điều này càng gây sức ép đến việc chuyển dịch cơ cấu
các ngành công nghiệp về loại hình cơng nghiệp, tỷ lệ cơng nghiệp chế biến, cơng
nghệ cao.
Mưa lũ xảy ra sẽ làm nước biển dâng sẽ tác động tiêu cực đến quá trình vận hành,
khai thác hệ thống truyền tải và phân phối điện, làm gia tăng chi phí bảo dưỡng và sửa
chữa các cơng trình năng lượng; ảnh hưởng tới việc cung cấp, tiêu thụ năng lượng, an
ninh năng lượng quốc gia.

17

1.3.4. Đề xuất phương án thiết kế hệ thống
Nhận thấy được những thiệt hại mà mưa lũ gây ra, nếu khơng có biện pháp
phịng chớng kịp thời thì sẽ dẫn tời nhiều tổn thất về kinh tế, xã hội cũng như đời sớng
nhân dân. Vì thế cùng với sự phát triển khoa học kĩ thuật hiện nay để giải quyết các
nội dung trong bài toán : “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa
trên cơ sở vi điều khiển arm” Với mục đích đề tài như trên, bố cục Đồ án gồm 3
chương với nội dung như sau:
Chương 1. Tổng quan về đề tài.
Chương 2. Cơ sở hệ thống giám sát và cảnh báo lũ từ xa.
Chương 3. Thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa.

18

Chương 2
CƠ SỞ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO LŨ TỪ XA
2.1. Cảm biến siêu âm

Hình 2.1. Một sớ loại cảm biến siêu âm
Cảm biến siên âm có nhiều loại, tùy theo công dụng như để nhận biết vật trong
khoảng cách gần hay xa, nhận biết các vật có tính chất khác nhau và trong những điều
kiện hoạt động khác nhau mà người ta chế tạo các loại cảm biến siêu âm cũng khác
nhau.
2.1.1. Cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF (Time Of Flight)
Sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với vận tốc khoảng 343m/s. Nếu
một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng thời, đo được
khoảng thời gian từ lúc phát đi tới lúc thu về, thì máy tính có thể xác định được quãng
đường mà sóng đã di chuyển trong không gian. Quãng đường di chuyển của sóng sẽ
bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngoại vật, theo hướng phát của sóng

siêu âm.Hay khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật sẽ được tính theo ngun lý
TOF:
d = v • t/2

Hình 2.2. Ngun tắc TOF
19

2.1.2.Tầm quét của cảm biến siêu âm
Cảm biến siêu âm có thể được mơ hình hóa thành một hình quạt, trong đó các
điểm ở giữa dường như không có chướng ngại vật, cịn các điểm trên biên thì dường
như có chướng ngại vật nằm ở đâu đó.

Hình 2.3. Tầm quét của cảm biến
Bảng 2.1.Thông số một số loại cảm biến siêu âm SRF
Range
Cảm
biến

SRF02

SRF04

SRF05

Thông
tin
I2C

/

Serial
Kỹ thuật
số
Kỹ thuật
số

Tối

Tối

Angle

thiểu

đa

*

Echoes

Thời

**

khác nhau,

70 ms

15 cm 6 m

45 °

Một

3 cm

3m

45 °

Một

3 cm

4m

45 °

Một

gian

Ghi chú

A

100 μs - 36
ms
100 μs - 36

ms

SRF08

I2C

3 cm

6m

45 °

17

65 ms

BC

SRF10

I2C

3 cm

6m

60 °

Một

65 ms

AB

10 cm 1,2 m 15 °

Một

10 ms

AD

SRF235 I2C

20

*: Ước tính góc của hình nón cảm biến ở 1 / 2 cảm biến
**: Số vang ghi lại bởi cảm biến. Đây là những tiếng vọng ghi từ đọc gần đây nhất,
và được ghi đè mới bằng mỗi lần khác nhau.
A: Những cảm biến nhỏ hơn điển hình (SRF 05/04 / 08) kích thước.
B: Phạm vi thời gian có thể được điều chỉnh xuống bằng cách điều chỉnh được.
C: cảm biến này cũng bao gồm một photocell ở mặt trước để phát hiện ánh sáng.
D: Hoạt động ở một tần số 235kHz cao hơn.
2.2. Cảm biến siêu âm SRF05 và đặc điểm kỹ thuật
2.2.1. Giới thiệu
+ SRF05 là một bước phát triển từ SRF04, được thiết kế để làm tăng tính linh hoạt,
tăng phạm vi, ngoài ra còn giảm bớt chi phí. SRF05 là hoàn toàn tương thích với
SRF04. Khoảng cách được tăng từ 3 mét đến 4 mét
+ SRF05 cho phép sử dụng một chân duy nhất cho cả kích hoạt và phản hồi, do đó

tiết kiệm giá trị trên chân điều khiển. Khi chân chế độ không kết nới, thì SRF05 hoạt
động riêng biệt chân kích hoạt và và chân hồi tiếp, như SRF04. SRF05 bao gồm một
thời gian trễ trước khi xung phản hồi để mang lại điều khiển chậm hơn chẳng hạn như
bộ điều khiển thời gian cơ bản Stamps và Picaxe để thực hiện các xung lệnh.
2.2.2. Các chế độ của SRF05
Chế độ 1 : Tương ứng SRF04 – tách biệt kích hoạt và phản hồi
Chế độ này sử dụng riêng biệt chân kích hoạt và chân phản hồi, và là chế độ đơn giản
nhất để sử dụng. Tất cả các chương trình điển hình cho SRF04 sẽ làm việc cho SRF05
ở chế độ này. Để sử dụng chế độ này, chỉ cần chân chế độ khơng kết nới - SRF05 có
một nội dừng trên chân này .

Hình 2.4. Khới cảm biến SRF05

21

Hình 2.5. Giản đồ định thời SRF05, chế độ 1
Chế độ 2 – Dùng một chân cho cả kích hoạt và phản hồi
Chế độ này sử dụng một chân duy nhất cho cả tín hiệu kích hoạt và hồi tiếp, và
được thiết kế để lưu các giá trị trên chân lên bộ điều khiển nhúng. Để sử dụng chế độ
này, chân chế độ kết nối vào chân mass.Tín hiệu hồi tiếp sẽ xuất hiện trên cùng một
chân với tín hiệu kích hoạt. SRF05 sẽ khơng tăng dịng phản hồi cho đến 700uS sau
khi kết thúc các tín hiệu kích hoạt.
Để sử dụng chế độ 2 với các Stamps BS2 cơ bản, ta chỉ cần sử dụng PULSOUT
và PULSIN trên cùng một chân, như sau :
SRF05 PIN 15

sử dụng pin cho cả hai và kích hoạt echo

Range VAR Word

xác định phạm vi biến 16 bit

SRF05 = 0

bắt đầu bằng pin thấp

PULSOUT SRF05, 5

đưa ra kích hoạt pulse 10uS (5 x 2uS)

PULSIN SRF05, 1, Range

echo đo thời gian

Range = Range/29

để chuyển đổi sang cm(chia 74 cho inch

22

Hình 2.6. Giản đồ định thời SRF05, chế độ 2
+ Tính tốn khoảng cách:
Giản đồ định thời SRF05 thể hiện ở hai chế độ trên; Chỉ cần cung cấp một đoạn
xung ngắn 10uS kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách. Các SRF05 sẽ cho ra
một chu kỳ 8 burst của siêu âm ở 40khz và tăng cao dòng phản hồi của nó (hoặc kích
hoạt chế độ dòng 2). Sau đó chờ phản hồi, và ngay sau khi phát hiện nó giảm các dòng
phản hồi lại.Dòng phản hồi là một xung có chiều rộng tỷ lệ với khoảng cách đến đối
tượng. Bằng cách đo xung, ta hoàn toàn có thể để tính toán khoảng cách theo inch /

centimét hoặc đơn vị đo khác. Nếu khơng phát hiện gì thì SRF05 giảm thấp hơn dịng
phản hồi của nó sau khoảng 30mS.
SRF05 có thể được kích hoạt nhanh chóng với mọi 50mS, hoặc 20 lần mỗi
giây.Nên chờ 50ms trước khi kích hoạt kế tiếp, ngay cả khi SRF05 phát hiện một đối
tượng gần và xung phản hồi ngắn hơn.Điều này là để đảm bảo các siêu âm "beep" đã
phai mờ và sẽ không gây ra sai phản hồi ở lần đo kế tiếp.
+ Các thiết lập khác của chân 5
Chân 5 được đóng nhãn là "programming pins" được sử dụng một lần duy nhất
trong quá trình sản xuất để lập trình cho bộ nhớ Flash trên chip PIC16F630. Các
chương trình của PIC16F630 pins cũng được sử dụng cho các chức năng khác trên
SRF05, nên chắc chắn rằng không kết nối bất cứ cái gì với các chân này, nếu khơng sẽ
làm gián đoạn hoạt động mô-đun.
+ Thay đổi chùm tia và độ rộng chùm
Chùm tia của SRF05 có dạng hình nón với độ rộng của chùm là một hàm của

23

diện tích mặt của các cảm biến và là cớ định. Chùm tia của cảm biến được sử dụng
trên SRF05 được biểu diễn bên dưới:

Hình 2.7. Độ rộng phổ của SRF05
2.2.3. Hoạt động phát và nhận phản hồi sóng âm cơ bản của SRF05 :
Nguyên tắc cơ bản của sonar: là tạo ra một xung âm thanh điện tử và sau đó lắng
nghe tiếng vọng tạo ra khi các làn sóng âm thanh sớ truy cập một đới tượng và được
phản xạ trở lại. Để tính thời gian cho phản hồi trở về, một ước tính chính xác có thể
được làm bằng khoảng cách tới đối tượng. Xung âm thanh tạo ra bởi SRF05 là siêu
âm, nghĩa là nó là ở trên phạm vi nhận xét của con người. Trong khi tần sớ thấp hơn
có thể được sử dụng trong các loại ứng dụng, tần số cao hơn thực hiện tớt hơn cho
phạm vi ngắn, nhu cầu độ chính xác cao.

Hình 2.8. Phản hồi sóng âm của SRF05
24

Một số đặc điểm khác của cảm biến siêu âm SRF05
Mức độ của sóng âm hồi tiếp phụ thuộc vào cấu tạo của đới tượng và góc phản xạ của
nó.

Hình 2.9. Phản xạ sóng âm của SRF05
Một đới tượng mềm có thể cho ra tín hiệu phản hồi ́u hoặc khơng có phản hồi.
Một đới tượng ở một góc cân đới thì mới có thể chuyển thành tín hiệu phản chiếu một
chiều cho cảm biến nhận.
Vùng phát hiện của SRF05
Nếu ngưỡng để phát hiện đối tượng được đặt quá gần với cảm biến, các đới
tượng trên một đường có thể bị va chạm tại một điểm mù. Nếu ngưỡng này được đặt ở
một khoảng cách quá lớn từ các cảm biến thì các đới tượng sẽ được phát hiện mà
khơng phải là trên một đường va chạm.

Hình 2.10. Vùng phát hiện của SRF05

Các vùng phát hiện của SRF05 nằm trong khoảng 1 mét chiều rộng từ bên này
sang bên kia và không quá 4 mét dài.
- Một kỹ thuật phổ biến để làm giảm các điểm mù và đạt được phát hiện chiều
rộng lớn hơn ở cự ly gần là thêm một cải tiến bằng cách thêm một đơn vị SRF05 bổ
25

Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa trên cơ sở họ vi điều khiển arm

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về