Đồ án đo lường và điều kiển đo mức chất lỏng bằng cảm biến siêu âm

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
---------------------------------------

ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
Đề tài:
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO MỨC CHẤT LỎNG TRONG BÌNH CHỨA
BẰNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM

Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lưu Vũ Hải
Sinh viên thực hiện:

Lê Trung Kiên

2019605900

Trần Văn Kiên

2019605402

Trần Quang Nhật 2019604333
Lớp:

Cơ điện tử 3

Khoá:

14
Hà Nội – 2021

LỜI NĨI ĐẦU
Ln đi cùng với sự phát triển của đất nước chính là sự tiến bộ khơng ngừng
nghỉ của khoa học kĩ thuật hiện đại. Đối với một đất nước đang đà hội nhập và
phát triển để hướng đến cơng nghiệp hố-hiện đại hố như Việt Nam thì cụm từ
“tự động hoá” là một trong số những cụm từ được nhắc đến nhiều nhất trong
những năm gần đây. Có thể nói rằng Arduino ra đời đã tạo nên một bước ngoặt
với tự động hố trong cơng nghiệp. Với Arduino bạn có thể ứng dụng vào các
mạch đơn giản như mạch cảm biến ánh sáng, mạch cảm biến âm thanh hay mạch
cảm biến mực chất lỏng.
Nhằm ứng dụng các kiến thức đã được trang bị trong quá trình học tập vào thực
tế dựa trên cơ sở môn học “Cảm biến và hệ thống đo”, nhóm em đã lựa chọn đề
tài “Xây dựng hệ thống đo mức chất lỏng trong bình chứa sử dụng cảm biến siêu
âm”. Nội dung chính của hệ thống là xử lý tín hiệu từ cảm biến siêu âm đo mức
để điều khiển hoạt động của hệ thống bơm ổn định mực chất lỏng trong bồn. Hệ
thống này có khả năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống như hệ thống chiết
rót chai tự động, hệ thống pha trộn nguyên liệu chất lỏng, các trạm chứa nước
cung cấp cho sinh hoạt và sản xuất. Ngoài ra, nó cịn có thể làm nền tảng để ứng
dụng các thuật toán điều khiển vào các hệ thống khác như hệ thống ổn định lò
nhiệt, hệ thống ổn định lưu lượng đường ống dẫn chất lỏng… Đề tài này được
sự hướng dẫn của thầy Lưu Vũ Hải. Mặc dù, trong q trình thực hiện đồ án
nhóm em đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra nhưng chắc chắn sẽ
khơng tránh khỏi những thiếu sót, mong các q thầy/cô thông cảm và rất mong
nhận được những ý kiến đóng góp từ q thầy/cơ.
Sinh viên thực hiện
Lê Trung Kiên
Trần Văn Kiên
Trần Quang Nhật
2

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG
1.1

Giới thiệu chung
Khoa Âm học về âm thanh, bắt đầu từ thời Pythagoras vào thế kỷ thứ 6

trước cơng ngun, người đã viết về các tính chất tốn học của các nhạc cụ dây.
Khả năng định vị ở dơi được Lazzaro Spallanzani phát hiện vào năm 1794, khi
ông chứng minh rằng dơi săn mồi và di chuyển bằng âm thanh khơng nghe
được chứ khơng phải tầm nhìn. Francis Galton vào năm 1893 đã phát minh ra
còi Galton, một loại cịi có thể điều chỉnh được tạo ra sóng siêu âm, ơng dùng
để đo phạm vi thính giác của con người và các động vật khác, chứng minh rằng
nhiều lồi động vật có thể nghe được âm thanh trên phạm vi thính giác của con
người. Ứng dụng cơng nghệ đầu tiên của sóng siêu âm là nỗ lực phát hiện tàu
ngầm của Paul Langevin vào năm 1917
Một số nhà sản xuất cảm biến siêu âm phổ biến hiện nay như Maxbotix,
MigatronCorp, PKP, KEYENCE…
3


Hiện nay khoa học kĩ thuật ngày càng được chú trọng vào phát triển và ứng
dụng khoa học kĩ thuật vào thực tiễn. Nhằm mục đích đo vận tốc, đo chiều
dài ...hay là đo khoảng cách, những nơi nguy hiểm mà con người chưa thể đặt

chân tới, cảm biến siêu âm được cho ra đời. Một trong những cảm biến siêu âm
được sử dụng rộng rãi hiện nay là cảm biến HC-SR04.HC-SR04 có độ chính
xác cao trong khoảng(2-300cm) và giá thành rẻ.
Nhằm ứng dụng các kiến thức đã được trang bị trong quá trình học tập vào
thực tế dựa trên cơ sở môn học “Cảm biến và hệ thống đo”, nhóm em đã lựa
chọn đề tài “Xây dựng hệ thống đo mức chất lỏng trong bình chứa sử dụng cảm
biến siêu âm” bằng cảm biến HC-SR04.

Hình 1. 1: Sử dụng cảm biến siêu âm để đo mức nước bể chứa thủy điện

4


Hình 1. 2: Cảm biến siêu âm để đo mức nước trong mương
1.2

Các yêu cầu cơ bản:

-Hệ thống phù hợp với nhu cầu của người tiêu dùng, của các doanh nghiệp.
-Giá thành của hệ thống phù hợp và kết cấu nhỏ gọn.
-Sử dụng cảm biến siêu âm HC-SR04 kết hợp với mạch Arduino.
-Sai số trung bình khoảng 0,15% đối với khoảng cách 2m trở lại.
-Hoạt động ổn định ở môi trường có nhiệt độ từ 60°C trở xuống và áp suất
khoảng 1 bar trở lại
-Hiển thị trên thanh LCD, LED và Loa cảnh báo.
1.3 Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu
a) Phương pháp
- Nghiên cứu về nguyên lý hoạt động của cảm biến HC-SR04 thông qua các tài
liệu trên internet.
-Tìm hiểu kĩ hơn về mạch điều khiển Arduino mơ phỏng trên Proteus và cách

kết nối với máy tính.

5


-Tìm các cơng thức tốn học để tính ra dung tích nước, lưu lượng máy bơm
thơng qua giá trị khoảng cách đo được từ cảm biến.
- Đề xuất và nghiên cứu về các linh kiện sẽ có trong mạch và các kinh kiện bảo
vệ.
- Mô phỏng mạch trên ứng dụng Proteus.
- Dựa và tham khảo vào các mơ hình tham khảo trên Internet để cải tiến thiết kế
và mục đích sử dụng.
b) Phạm vi đề tài và giới hạn nghiên.
- Ngoài ứng dụng để đo mức nước, cảm biến siêu âm còn dùng để đo mức chất
lỏng khác như: dầu ăn, nước trái cây, …
- Sử dụng trong công nghiệp và các hộ gia đình để phục vụ an tồn cho các bình
chứa, bể chứa trong các hộ gia đình khi có sự cố tràn gây ra nguy hiểm.
1.4 Ý nghĩa thực tiễn
Có vai trị to lớn trong các ngành công nghiệp và trong nghiên cứu khoa
học. Đo lưu lượng có tầm quan trọng đặc biệt trong cơng nghiệp như khi cần
khống chế lượng chất lỏng tham gia vào quá trình ở lị phản ứng hóa học, nhà
máy sản xuất xi măng, động cơ đốt, … Bên cạnh đó sản phẩm có thể phát triển
thêm để ứng dụng vào để đo khoảng cách hay thăm dò những nơi mà con người
chưa thể đặt chân đến.

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG
2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Khối hiển thị

6

Khối cảm
biến siêu âm


Khối xử lí trung tâm

Khối nguồn

Khối nút nhấn
và led báo hiệu

Khối điều
khiển động
cơ DC

Hình 2. 1: Sơ đồ khối hệ thống
2.2 Phân tích và lựa chọn cảm biến
2.2.1 Phân tích và lựa chọn cảm biến
- Cảm biến siêu âm:
Cảm biến siêu âm là loại cảm biến có độ chính xác rất cao, nó có thể nhận
biết được mọi nguyên vật liệu. Đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm có nhiều
công dụng và mức độ sử dụng rộng rãi trong y học, cơng nghiệp, ...
Sau q trình tìm hiểu đánh giá về các loại cảm biến sử dụng để đo khoảng
cách trên thị trường. Nhóm thực hiện chúng em đã lựa chọn sử dụng cảm biến
siêu âm để thực hiện đề tài vì ngun lý của nó đáp ứng đầy đủ nhất những yêu
cầu mà nhóm đang thực hiện.
2.2.2 Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến siêu âm
Ưu điểm:

7


- Cảm biến siêu âm đo mức nước không tiếp xúc với mơi chất cần đo: đây chính
là ưu điểm lớn nhất của cảm biến siêu âm. Chính vì thế mà tuổi thọ của cảm
biến siêu âm sẽ bền hơn rất nhiều so với các loại cảm biến tiếp xúc trực tiếp.
- Thiết kế nhỏ gọn nhưng vẫn đạt chuẩn công nghiệp.
- Điều chỉnh được khoảng cách bất kỳ trong khoảng cách mà cảm biến đo được.
- Độ chính xác cao so với cảm biến điện dung.
- Thời gian đáp ứng nhanh
- Giá thành cạnh tranh
- Đo được hầu hết các loại chất rắn và chất lỏng
- Lắp đặt dễ dàng
Nhược điểm:
- Cảm biến siêu âm sẽ có điểm chết không đo được nằm gần cảm biến.
- Khoảng cách lắp đặt với thành bồn phải có một khoảng cách phù hợp với
khoảng cách đo của cảm biến.
- Không thể đo được khi có vật cản trong phạm vi đo
- Nhiệt độ max 80oC và áp suất làm việc thấp max 1 bar
- Các trường hợp có bọt thì cảm biến khơng phân biệt được
- Để đo chính xác chúng ta cần phải cài đặt lại theo khoảng cách đo

2.2.3 Cảm biến siêu âm HC-SR04
8


Cảm biến siêu âm HC-SR04 là một dạng cảm biến module. Cảm biến này
thường chỉ là một bản mạch, hoạt động theo nguyên lý thu phát sóng siêu âm bởi
2 chiếc loa cao tần.

Cảm biến siêu âm HC-SR04 thường được kết hợp với các bộ arduino, PIC,
AVR, … để chạy một số ứng dụng như: phát hiện vật cản trên xe robot, đo
khoảng cách vật, …

Hình 2. 2: Cảm biến siêu âm HC-SR04
Chính vì là một cảm biến siêu âm dạng module, cho nên hầu như ứng dụng hay
độ chính xác của cảm biến đều phụ thuộc vào phần code mà người sử dụng lập
trình và nạp vào bản mạch điều khiển.
2.2.4 Cấu tạo cảm biến siêu âm
Cấu tạo cảm biến HC-SR04 gồm 3 phần:
-Bộ phận phát sóng siêu âm:

9


Cấu tạo của các đầu phát và đầu thu siêu âm là các loa gốm đặc biệt, phát siêu
âm có cường độ cao ở tần số thường là 40kHz cho nhu cầu đo khoảng cách.

Hình 2. 3: Mơ phỏng hoạt động của đầu thu phát cảm biến siêu âm
Về nguyên lý, các loa này cần có nguồn điện áp cao mới phát tốt được.
Trên mạch công suất sử dụng IC MAX232 làm nhiệm vụ đệm. IC này sẽ lấy tín
hiệu từ bộ điều khiển, khuếch đại biên độ lên mức +/-30V cấp nguồn cho bộ loa
trên. IC này sẽ được đóng ngắt qua một transistor để hạn chế việc tiêu thụ dụng.
-Bộ phận thu sóng siêu âm phản xạ:
Thiết bị thu là dạng loa gốm có cấu tạo chỉ nhạy với một tần số chẳng hạn như
40KHz. Qua một loạt các linh kiện như OPAM TL072, transistor NPN… Tín
hiệu này liên tục được khuếch đại biên độ và cuối cùng là đưa qua một bộ so
sánh, kết hợp với tín hiệu từ bộ điều khiển để đưa về bộ điều khiển.
-Bộ phận xử lý, điều khiển tín hiệu
Vi điều khiển (PIC16F688, PIC18F4520, 8051, …) được sử dụng làm nhiệm vụ

phát xung, xử lý tính tốn thời gian từ khi phát đến khi thu được sóng siêu âm
nếu nhận được tín hiệu TRIG.
2.2.5 Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm
Để đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm HC-SR04, ta sẽ phát 1 xung
rất ngắn (5 microSeconds) từ chân Trig. Tiếp theo, 1 xung HIGH ở chân Echo sẽ
10


được cảm biến tạo ra và phát đi cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở chân
này. Lúc này, độ rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ
cảm biến và phản xạ lại.
Trong khơng khí, tốc độ âm thanh đạt mức 340 m/s (hằng số), tương
đương với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)). Khi đã tính được thời
gian, ta sẽ chia cho 29,412 để ra giá trị khoảng cách.

Hình 2. 4: Kích thước và song của cảm biến siêu âm

Tuy nhiên trong điều kiện bình thường để cảm biến cho kết quả chính xác nhất
thì nênthực hiện ở khoảng cách <100cm, khoảng cách càng gần bề mặt vật thể
càng phẳng thì sai số càng nhỏ.
2.2.6 Thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm HC-SR04
-Model: HC-SR04
-Điện áp làm việc: 5 VDC
-Dòng điện: 15mA
-Tần số: 40 KHZ
-Khoảng cách phát hiện: 2cm – 400 cm
11


-Tín hiệu đầu ra: Xung mức cao 5V, mức thấp 0V

-Góc cảm biến: Khoảng 15 độ.
-Độ chính xác cao: Lên đến 3mm
-Chế độ kết nối: VCC / Trig (T-Trigger) / Echo (R-Receive) / GND
-Module cảm biến có 4 chân:
-Chân VCC: Dùng để cấp nguồn 5 V
-Chân Trig: Chân digital output
-Chân Echo: Chân digital input
-Chân GND: Chân 0 V
2.2.7 Bộ phận hiển thị
2.2.7.1 LCD 16x2

Hình 2. 5: LCD 16x2
12


-Thông số kỹ thuật LCD 16x2 Là:
-LCD 16x2 được sử dụng để hiển thị trạng thái hoặc các thông số.
-LCD 16x2 có 16 chân trong đó 8 chân dữ liệu (D0 - D7) và 3 chân điều khiển
(RS, RW, EN).
-5 chân còn lại dùng để cấp nguồn và đèn nền cho LCD 16x2.
-Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD ở chế độ lệnh hoặc chế độ
dữ liệu.
-Chúng cịn giúp ta cấu hình ở chế độ đọc hoặc ghi.
-LCD 16x2 có thể sử dụng ở chế độ 4 bit hoặc 8 bit tùy theo ứng dụng ta đang
làm.
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).
- Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD.
+ Chân 5: R/W là chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với
logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế
độ đọc.
+ Chân 6: E Là chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus
DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E.
- Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào (chấp nhận) thanh ghi
bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân
E.
13


- Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên
(low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E
xuống mức thấp.
+ Chân 7 - 14: DB0 - DB7 - Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thơng
tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này:
- Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7.
- Chế độ 4 bit: Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là
DB7
+ Chân 15: Nguồn dương cho đèn nền.
+ Chân 16: GND cho đèn nền.
2.2.7.2 Module I2C
- LCD có quá nhiều chân gây khó khăn trong q trình kết nối và chiếm dụng
nhiều chân của vi điều khiển nên viêc sử dung Module chuyển đổi I2C cho LCD

sẽ giải quyết vấn đề này, thay vì sử dụng tối thiểu 6 chân của vi điều khiển để
kết nối với LCD (RS,EN,D7,D6,D5 và D4) thì với Module chuyển đổi ta chỉ cần
sử dụng 2 chân (SCL,SDA) để kết nối. Module chuyển đổi I2C hỗ trợ các loại
LCD sử sụng drive HD44780( LCD1602,LCD 2004, ... ), kết nối với vi điều
khiển thông qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện
nay
-Ưu điểm:
+ Tiết kiệm chân cho vi điều khiển
+ Dễ dàng kết nối vs LCD
-Thông số kĩ thuật:
+ Điện áp hoạt động: 2.5- 6V
+ Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780)
+ Giao tiếp: I2C
+ Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2)
+ Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H)
+ Trọng lượng: 5g
14


+ Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt
+ Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD

Hình 2. 6: Module I2C

2.2.7.3 LED đơn
-

Chức năng:
+ LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử,
đèn quảng cáo, trang trí, chiếu sáng, …

+ LED – viết tắt của cụm từ Light Emitting Diode, tạm dịch là điot phát
quang. Là các ddiot có khả năng phát phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại,
tử ngoại cũng giống như điot, led được cấu tạo từ một bán dẫn loại P ghép
với một bán dẫn loại N.

15


Hình 2. 7: LED

-

Sơ đồ chân:
Module của LED đơn:
Giống như nhiều loại ddiot bán dẫn khác thùy theo mức năng lượng giải
phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu
sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn

-

toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn.
Tùy vào từ loại LED mà điện áp phân cực thuận khác nhau, thường thì
điện áp phân cực thuận khoảng 1,5 đến 2,5V. Còn đối với LED siêu sáng

-

-

thì điện áp phân cực thuận có thể lên tới 5V
Khi LED hoạt động bình thường thì cường độ dòng điện từ 10mA đến

50mA.
Chức năng trong mạch:
+ Trong mạch, Led được dùng để báo hiệu các trạng thái của hệ thống

16


2.2.7.4 Cịi báo

Hình 2. 8: Cịi báo
-

Cịi chip 5V là linh kiện được dùng trong các mạch điện tử với mục đích

-

tạo ra tín hiệu âm thanh.
Cịi có kích thước nhỏ và khối lượng nhẹ giúp thuận tiện khi lắp đặt cũng

-

như sử dụng.
Thông số kĩ thuật:
+ Điện áp đầu vào: 3,5 – 5V DC
+ Dòng điện tiêu thụ: <25 mA
+ Tần số âm thanh: 2300HZ ± 500Hz

2.2.8 Bộ phận điều chỉnh
2.2.8.1 Nút nhấn
Nút nhấn 4 chân

17


Hình 2. 9: Nút nhấn
-

Thơng số kỹ thuật:
+ Nút nhấn khơng giữ, sử dụng cho điều khiển mạch, reset
+ Có 4 chân vng
+ Thường gọi nút nhấn con rùa
+ Kích thước: H= 4.3

2.2.8.1 Module SN74LS11N

Chức năng logic:
Họ Logic:
Số cực cổng:
Số dòng đầu vào:
Số lượng đường cửa ra
Dòng đầu ra mức cao:

AND
LS
3 Gate
3 Input
1 Output
- 0.4 mA
18

Dòng đầu ra mức thấp:
8 mA
Thời gian trễ lan truyền:
15 ns
Điện áp cấp nguồn - Tối đa:
5.25 V
Điện áp cấp nguồn - Tối thiểu:
4.75 V
Nhiệt độ làm việc tối đa
+ 70 C
Chiều cao:
4.57 mm
Loại đầu vào:
TTL
Chiều dài:
19.3 mm
Số Bit:
3 bit
Dòng cấp nguồn vận hành:
3.6 uA
Điện áp cấp vận hành:
5V
Bảng 2. 1: Thơng số kĩ thuật Module SN74LS11N
2.3 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển
Arduino Uno R3: Đây chính là loại board đơn giản nhất nên rất phù hợp
với những người mới bắt đầu.
Arduino Uno là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều
khiển Microchip ATmega328. Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/
đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau.

Dữ liệu số bao gồm 14 chân, đầu vào gồm 6 chân 5V, khả năng phân giải là
1024 mức, tốc độ 16MHz, điện áp từ 7V đến 12V. Kích thước của Board này là
5,5x7cm. =>> Trong quá trình tìm kiếm 1 bộ điều khiển để đáp ứng tốt nhu cầu
mà nhóm em đang thực hiện đề tài. Chúng em nhận thấy những ưu điểm vượt
trội mà Arduino mang lại. Lựa chọn mạch điều khiển Arduino là một lựa chọn
tối ưu nhất.

19


Hình 2. 10: Arduino Uno R3
2.4 Thiết kế mạch đo và xử lí tín hiệu

Hình 2. 11: Mạch đo

Lập trình để hệ thống có thể thực hiện được các cơng việc sau:
-Với d là khoảng cách từ mặt chất lỏng đến vị trí gắn cảm biến
20


+ Khi d > d1 led xanh được bật, hệ thống hoạt động bình thường
+ Khi d < d1 cm led vàng được bật đồng thời led xanh tắt
+ Khi d < d2 cm led đỏ được bật, led vàng và led xanh tắt
+ Khi d < d3 cm loa được bật để cảnh báo
- Lập trình các nút bấm:
+ Chọn các giới hạn đo
+ Tắt còi báo

21

CHƯƠNG 3 MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG
3.1 Mơ hình hóa và mơ phỏng hệ thống cơ khí

Hình 3. 1: Bản vẽ thiết kế cơ khí
3.2 Mơ hình hóa và mô phỏng hệ thống điều khiển
Mô phỏng mạch trên phần mềm Proteus:
Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao gồm
phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển như
MCS 51, PIC, AVR, … Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của
Lancenter Electronics, mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng,
đặc biệt hỗ trợ cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola. Phần mềm bao
gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mô phỏng mạch và ARES dùng để vẽ mạch
in. Proteus là công cụ mô phỏng cho các loại Vi Điều Khiển khá tốt, nó hỗ trợ
22


các dạng VĐK PIC, 8051, PIC, AVR, HC11, MSP430, ARM7/LPC2000 ... các
giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet, ... ngoài ra cịn mơ phỏng các mạch số,
mạch tương tự một cách hiệu quả. Proteus là bộ công cụ chuyên về mơ phỏng
mạch điện tử.

Hình 3. 2: Mạch mơ phỏng đo mức nước trên Proteus
3.3 Xây dựng chương trình điều khiển
3.3.1 Lưu đồ thuật toán

23


Hình 3. 3: Lưu đồ thuật tốn

3.3.2 Chương trình điều khiển trên arduino:
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C
#define echoPin 4
#define trigPin 5
#define SDAPin A4
#define SCLPin A5 //
#define led1Pin 6
#define led2Pin 7
24


#define led3Pin 8
#define buzzerPin 9
boolean tat =0;
int x=0;
int d1=30;
int d2=15;
int d3=5;
float distance;
float duration;
void tinh_khoang_cach()
{
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin, HIGH)
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
duration = pulseIn(echoPin, HIGH);

distance = (duration*0.034/2);
}
void ngat()
{
if( !digitalRead(13))
{
tat =1;
}
}
25