Chế tạo máy Đo Độ Ồn và giao tiếp máy tính

Tiếng ồn trong ngành giải trí: Tại các tụ điểm giải trí như quán bar, sàn diễn thường mở âm thanh rất lớn ảnh hưởng dến thính giác của những người xung quanh khu vực như quán Bar, sàn d

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

HGMUIIE

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

CHE TAO MAY DO DO ON VA GIAO TIEP MAY TINH

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỎ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN DI Ử CÔNG NGHIỆP

DO ÁN TÓT NGHIỆP

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

DE TAL

CHE TAO MAY BO DQ ON

VA GIAO TIEP MAY TINH

GVHD: ThS Nguyén Thoi SVTH: Trương Hoài Việt

PHAN A

GIOI THIEU

TRUONG DH SU PHAM KY THUAT CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM

KHOA DIEN-DIEN TU’

Tp HCM, ngay 10 tháng 7 năm 2014

NHIEM VU BO AN TOT NGHIEP

4 Két qua dat dwoc ciia DATN sau khi thu hign:

IIL NGAY GIAO NHIEM VU:

1V NGÀY HOAN THANH NHIEM VU:

V HO VA TEN CAN BO HUGNG DAN: Ths Nguyễn Thới

CAN BO HUGNG DAN BM DIEN TU CONG NGHIEP

iii

Trường ĐHSư Phạm Kỹ Thuật PHIẾU CHÁM ĐÒ ÁN TÓT NGHIỆP Khoa Điện ~ Điện Tử _ (Dành cho cán bộ hướng dẫn)

7 Xin mời GV hướng dẫn và GV phản biện tham gia hội đồng bảo vệ của thư mời đính kèm

Cán bộ hướng dẫn

“Trường ĐHSư Phạm Kỹ Thuật £ a

ve kboa Dién—piga Ta PHIEU CHAM DO AN TOT NGHIEP

4 Đề nghị : Được bảo vệ: Fl Bỗ sung để được bảo vệ: F1 Không được bảo vệ: 0

5 Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng : (đành cho cán bộ phan biện) Câu 1

LOI MO DAU

“Trong cuộc sống, một vấn đề mà chúng ta ít quan tâm đó là độ ồn Độ ồn quá mức

cho phép đôi khi gây nguy hiểm mà ít khi cá nhân ý thức được Làm việc, sống trong môi trường độ én quá mức cho phép về lâu dài sẽ gây giảm thính thực đáng kẻ

“Tiếng ồn nơi làm việc làm cản trở khả năng trao đổi thông tin giữa những cá nhân

trong công việc với nhau, cũng như với khách hàng

Tiếng ồn trong ngành giải trí: Tại các tụ điểm giải trí như quán bar, sàn diễn thường mở âm thanh rất lớn ảnh hưởng dến thính giác của những người xung quanh khu

vực như quán Bar, sàn diễn,

“Tiếng ồn môi trường là một vấn đề lớn được đặt ra trong lĩnh vực dân số, tiếng ồn

môi trường rất đã dạng bởi các nguôn âm khác nhau và là một chỉ tiêu đánh giá chỉ số

hạnh phúc tại các nước

Tiếng ôn đo xe cộ là một ứng dụng rất phát triển ở các nước châu Âu, các loại xe

văn hành trên dường phố phải đạt được các tiêu chí nhất định trong đó có độ ồn

Kiện này, ở nước ta vấn dé đo độ ôn còn khá mới mê, chưa có một doanh nghiệp nào trong nước sản xuất máy do độ ôn mặc dù công nghệ chế tạo đơn giản, chỉ phí thấp

và hiện tại các Microphone chuyên dụng để đo độ ồn vẫn chưa chính xác Vì thế, việc chế

tạo một máy đo độ ôn để đo lường và xử lý các giá trị thu được là điều cần thiết Vì vậy

nhóm đã nghiên cứu, chế tạo máy đo độ ồn sử dụng Microphone 65GC31T do hãng

Sonion sản xuất cùng với đó là xử lý giá trị đo được trên phần cứng bằng giao diện phần mềm trên máy tính

Người thực hiện đề tài

"Trương Hoài Việt

'Tô Hồng Vũ

vii

LỜI CẢM ƠI

Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Thới đã trực tiếp hướng dẫn và

tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài

Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo

những diều kiện tốt nhất cho em hoàn thành dễ tài

Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 09101 đã chia sẻ, trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài

Trương Hoài Việt

'Tô Hồng Vũ

viii

MUC LUC

PHAN A: GIỚI THIỆU

PHAN B: NOL DUNG

2.1 Độ ồn và ảnh hưởng của độ ôn

2.21 Độ ồn là gì 2.2.2 Anh hưởng của độ ồn đến cuộc sống

2.3.1 Họ vi điều khiển PIC

2.3.2 PIC16F877A và các tính năng cơ bản

4.1 Phan mém Jap trinh, bién dich va KIT nap cho vi diéu khién

4.1.1 Phân mêm lập trình, biên dịch cho vi điều khiển

4.1.2 KIT nap cho vi điều khiển

4.2 Phần mềm Visual Studio 2012

4.2.1 Giới thiệu C#

4.2.2 Giao diện phân mềm quản lý trên máy tính

4.3 Lưu đồ thuật toán

4.3.1 Lưu đồ thuật toán CCS

4.3.2 Lưu đồ thuật toán C#

DO AN TOT NGHIEP

PHAN B

NOI DUNG

DO AN TOT NGHIEP

1.1 DAT VAN DE

1.1.1 Giới thiệu đề tài

"Trong cuộc sống có rất nhiều loại tiếng ồn khác nhau và gây những phiền toái như : +*_ Tiếng ồn nơi làm việc: Tiếng ồn nơi làm việc làm cản trở khả năng trao đổi thông,

tin giữa những cá nhân trong công việc với nhau, cũng như với khách hàng

$* Tiếng ồn trong ngành giải trí: Các tụ điểm giải trí như quán bar, sàn diễn thường,

mở âm thanh rất lớn ảnh hưởng đến thính giác của những người xung quanh khu vực như quán Bar, sàn diễn

4# Tiếng ồn môi trưởng: Là một vấn đề lớn được đặt ra trong lĩnh vực dân số, tiếng

Šn môi trường rất đa dạng bởi các nguồn âm khác nhau Và là một chỉ tiêu đánh giá chỉ số hạnh phúc tại các nước

văn hành trên đường phó phai đạt được các tiêu chí nhất định trong đó có độ ồn

$ Tiếng Sn trong xây dựng: Ngành xây dựng hoạt động liên tục với các loại máy

công nghiếp năng trong các do thị lớn cũng phải kiểm soát tiếng ồn tránh ảnh

+ Máy đo độ én tuy cầu tao đơn giản nhưng hầu hết toàn phải nhập khẩu Chưa

có công ty nào trong nước chính thức sản xuất

+ Đa số các máy đo độ ồn chưa có giao tiếp với máy tính

DO AN TOT NGHIEP

1.2 LY DO CHON DE TAI

“GO nhiing nơi công cộng như thư viện, phòng đọc, đền đài hiện nay chưa có hệ thống đo tiếng ồn và phát cảnh báo Tiếng Ôn làm cản trở sự giao tiếp giữa các cá

nhân trong khu vực đó

s*- Một phần hệ thống đo tiếng ồn hiện nay không có hệ thống cảnh báo khi độ ồn

vượt mức cho phép

s— Dây còn là một lĩnh vực khá mới ở nước ta Tuy nhiên giá thành sản xuất rẻ, cũng

như việc chế tạo khá đơn giản Có thể áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: thống kế độ ồn ở các khu vực khác nhau, giữ độ ồn ở các nơi cần sự yên tĩnh trong mức cho phép, xử lí vi phạm liên quan đến độ ồn,

1.3 MỤC TIỂU

Nghiên cứu dạng sóng âm thanh trong phạm vỉ cảm biến thu nhận được qua dang

xung dong áp ngô ra thông qua Datasheet của Microphone

Khao sat mite cường độ ảm ở các tản số khác nhau

$ˆ Nghien củu đác tính của Microphone thích hợp với lĩnh vực nào trong đời sống

+ Che tao may đo độ ôn có thế cảm tay, sử dụng pin 9V,

4* Phần mềm tạo giao diện trên máy tính C#

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

s* Mô phỏng : Sử dụng proteus mô phỏng mạch đo độ ồn bằng cách đưa điện áp thay đổi tương ứng với điện áp đầu ra của microphone vào khối xử lý ADC trong,

vi điều khiển sau đó xử lý và cho hiển thị số liệu trên phần cứng Giao tiếp máy

+ Microphone tiếp nhận âm thanh xử lý đưa ra áp qua ADC vi điều khiển pic

18F887 xử lý tín hiệu và hiển thị mức cường độ âm trên máy tính B với giao diện

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.7 GIOI HAN ĐÈ TÀI

Lấy mức điện áp thay đổi từ ngõ ra của microphone khi tiếp xúc với độ ồn ngoài môi trường, đưa vào vi điều khiển xử lí sau đó hiển thị số liệu trên phần cứng Và xây dựng phần mềm theo dõi sự thay đổi của dữ liệu thu thập được cập nhật từ thiết bị đo

Microphone 65GC31T của hãng Sonion chưa bán chính thức ra thị trường mà chỉ

sản xuất để test và các thông số đang trong quá trình điều chỉnh Kết quả đo được

có thể chưa được kiểm định

Máy đo độ ồn vẫn có kích thước lớn do sử dụng nhiều linh kiện không phải là linh kiện SMD và việc thiết ké, thi công phần cứng còn làm thủ công

Chốt dữ

én thị và truyền lén máy tính, chưa xác định được giá trị Min

Max trong một khoang thời gian lấy mẫu nhất định

Giá trị cường độ âm thanh (413) do được từ máy đo đến nguồn phát âm trong một khuang cách xác định

LS Y NGHIA THUC TIEN

Tao tién dé cho những nghiền cứu có liên quan sau này Để có thể đưa ra công, thức chuyền đổi chính xác nhất

Nếu chế tạo thành công và chính xác thì có thể phổ biến được công nghệ chế tạo rộng rãi trong nước Vì công nghệ chế tạo đơn giản

Quản lý, lưu trữ, tra cứu thông tin dựa trên dữ liệu độ ồn đã thu thập được trong

thực tế vào những thời điểm khác nhau đề đưa ra hướng giải quyết hoặc một số

tiêu chí nào đó

CHUGNG I: TONG QUAN VE DE TAI

Độ ồn hay còn gọi là cường độ âm thanh là lượng năng lượng được sóng âm

truyền đi trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc

với phương truyền âm Đơn vị cường độ âm là oát trên mét vuông (kí hiệu : Wim’), 1W/in? 1Pa

con người có thể cảm nhận trong phạm vị rộng của âm thành Âm thanh

nhỏ nhất mà tai người có thể phát hiện là 20 ;P = 20.10Pa và âm thanh lớn

nhu tau con thoi có áplực khoảng 2000 Pa= 2.107/Pa Trong vật lý, độ mạnh

yêu của âm thanh không thể dùng đơn vị năng lượng để tính toán, vì con số quá lớn từ 20 đến 2000000000, không tiện dùng Người ta lấy đơn vị ben (B)

đẻ thẻ hiện cường độ âm thanh

Người ta định nghĩa mức cường độ ám L là lôgarít thập phân của ti sé H/o (Iola

cường độ âm chuân) L(B) = Ig(1/lo)

Don vj mite cường độ âm là Ben (kí hiệu : B) Như vậy mức cường độ âm

4B điều đó có nghĩa là cường độ âm I lớn gấp 10, 107, 10°, 10°

Khi L= 14B, thi I lớn gắp 1.26 lần lọ Đó là mức cường độ âm nhỏ nhất mà tai

ta có thể phân biệt được

ĐÔ ÁN TÓT NGHIỆP

Hình 2.1 Độ Ôn tương ứng với từng môi trường

Bảng 2.1 Mức cường độ ám của các âm thanh cơ bản

0 Ngưỡng nghe

10 Tiếng nhịp thở của con người

20 Am thanh trong nhà nhỏ ở ngoại ô

30 Lá cây đu đưa

40 Nhà ở thành thị

50 Mặt giặt , máy rửa chén

60 Cửa hàng lớn

70 Nhà máy , công xưởng ,xe cộ trong giờ cao điểm

80 Máy hút bụi , khu phô sâm suất

90 Xe tải cỡ lớn

100 Xe lửa điện ngầm

110 Công trường xây dựng,

120 Máy bay cất cánh từ khoảng cách 180 feet, máy khoan bê tông

ĐÔ ÁN TÓT NGHIỆP

2.1.2 Ảnh hưởng của độ ồn đến cuộc sống

Tiếng ồn tác động đến tai, sau đó tác động đến hệ thần kinh trung ương, rồi

thường của tuần hoan máu, lam táng huyết áp,

£— Da dày: làm rồi loạn quá trình tiết dịch, tăng axit trong dạ dày, làm rối loạn

sự có búp, gây viêm loét dạ dãy

Tâm nghe của con người từ 0 dến 1254B Dưới 404B thì rất khó nghe còn trên 105đ thì sẽ bị dau đớn Trên 115dB một khoảng thời gian sẽ bị điếc

vĩnh viễn

2.2 CAC PHUONG PHAP BO BQ ON

Có 2 phương pháp do dé én : Một là dựa trên sự so sánh về điện áp và hai là dựa trên sự so sánh vỀ công suất

s*- Dựa trên sự so sánh về điện áp:

—

DO AN TOT NGHIEP

VD: Một ampli cung cấp cho một loa (8 ohm) một công suất 50W Nếu thay vào

đó một loa công suất 100W Vậy công suất tăng thêm tính theo dB là :

101 6100 — oe = 3dB

2.3 TỎNG QUAN VE HQ VI DIEU KHIEN PIC VA PIC16F877A

2.3.1 Họ vi điều khiển PIC

chúng ta có thể điểm qua vài nét như sau:

La CPU 8/16 bịt, xây dựng theo kiến trúc Harvard có sửa đổi

Có bộ nhớ Flash và ROM có thể tuỷ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte

Có các công xuất - nhập (J/O ports)

CO timer 8/16 bit

~ Có các chuẩn giao tiếp nói tiếp đồng bộ/không déng bg USART

đổi ADC 10/12 bit

- C6 MSSP Peripheral ding cho céc giao tiếp PC, SPI, va PS

~ Có bộ nhớ nội EEPROM - có thể ghi/xoá lên tới 1 triệu là

- Có khối Điều kh

~_ Có hỗ trợ giao tiếp USB

~_ Có hỗ trợ diéu khién Ethernet

-_ Có hỗ trợ giao tiếp CAN

2.3.2 PIC 16F877A và các tính năng cơ bản

+ PICI6F877A

PIC16F877A có 40/44 chân với cấu trúc như sau:

~ Có 5 port xuấự nhập

~ Có 8 kênh chuyển đổi A/D

~ Được bổ sung các port tử song song

Reset (va Delay)

Giao Bếp nổi tiếp MSSP, USART |

Gino tiếp song song PSP i

ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP

> Tổ chức bộ nhớ ; PIC16F877A có 3 khối bộ nhớ tích hợp bên trong: bộ

nhớ chương trình (Program memory) có dung lượng 8K, bộ nhớ dữ liệu RAM có 368 ô nhớ byte củng với các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR (Special Function Register) và bộ nhớ EEPROM có dung lượng 256

byte

> ADC (Analog to Digital Converter): Vi điều khiển PIC họ 16F877A có bộ

chuyển đôi tin hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC 10 bit da hợp 8 kênh (họ

16F887 có 14 kênh)có tên từ AN0 đến AN7 (analog) với các chân của port

A và port E Hai ngõ vào điện áp tham chiều dương và âm có thể lập trình nối với nguồn VDD và VSS hoặc nhận điện áp tham chiếu bên ngoài qua 2

chân RA3 và RA2 Mạch ADC dùng cho các ứng dụng giao tiếp với tín

hiệu tương tự từ các cảm biến như cảm biến nhiệt độ LM35, cảm biến áp suất, cảm biến độ âm,

> Các port xuất nhập I/O

> UART ( Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

- PIC16F877A cé hé try mét kénh giao tiép UART

DO AN TOT NGHIEP =—

3.1 YÊU CÀU

3.1.1 Yêu cầu

s* Thiết kế máy đo độ én dùng trong văn phòng, thư viện, đền thờ

s*_ Bộ do phải nhỏ gọn, tương đối chính xác Xài nguồn pin và có thể mang theo

#*- Xử lý giá trị điện áp thay đổi từ MIC để kết quả cuối cùng là cường độ âm

thanh (dB)

s#— Giá trị dB hiển thị để quan sắt và theo dõi

$3 Truyền giá trị độ ồn (d3) do được lên máy tính để xử lý

3.1.2 Sơ đồ khối

- —_— = ———

Tin hiệu thụ được ở Microphone 65GC31T sẽ qua mạch khuếch đại với hệ số

KD Ay =4 Sau đó được đưa vào khối ADC trên PIC16F877A, ở đây tín hiệu điện áp

ngõ vào sẽ được tính toán chuyên đôi sang mức cường độ âm thanh (đB) đem hiển thị

trên LCD 16x2 Những dữ liệu này sẽ được truyền lên máy tính để theo dõi và xử lý,

———

CHƯƠNG III: THIET KE PHAN CUNG Trang 15

$* Microphone tiếp nhận âm thanh xử lý đưa ra áp qua ADC vi điều khiển pic

16F877A xử lý tín hiệu và hiển thị mức cường độ âm trên máy tính B với giao diện

DBO AN TOT NGHIỆP

3.2 CAC MODUL DUOC SU DUNG

DO AN TOT NGHIEP

* Bang mi Iénh trong LCD 16x2

Ma (He Lénh den thanh ghi etia LCD

1 Xoá màn hình hiên thị

Trỡ vẻ dâu dòng Giam con tro (dich con tré sang wai)

Tăng con trỏ (dịch con trỏ sang phải), Dịch hiện thị sang phải

chiến thị, nhấp nháy con tre,

Tắt con ứo, nhấp nhấy con trõ

'Ó sang trái

tro sang phải

h thị sang trái

dòng thứ nhất dau dong thir hai

Dieu khiến LCĐ qua các bước sau

- Chỉnh độ tương phản LCD cho thích hợp, nhiều trường hợp không chú ý LCD

để tương phản quá thấp không nhìn thấy gì => đổi lỗi cho mạch hỏng

~ Khởi tạo LCD set số dòng, bật tắt con trỏ

- Gán giá trị thích hợp cho các chân điều khiên RS, RW, E với các chế độ

~ Xuất dữ liệu vào Port data

~ Kiểm tra LCD có bận không đẻ tiến hành xuất tiếp

- Quay lại bước 1

3.2.2 Microphone 65GC31T

Hình 3.3 Microphone 655GC31T

Microphone 65GC31T được sản xuất bởi công ty SONION, một công ty chuyên

trong lĩnh vực thiết kế các thiết bị thu nhỏ tiên tiến và các giải pháp cho các thiết bị

nghe và âm thanh tiên tiền Phạm vi sản xuất bao gồm lõi thu cân bằng, micro cao cấp,

CHƯƠNG III : THIẾT KE PHAN CUNG Trang 18

BO AN TOT NGHIE

—==

tai nghe âm thanh cao cấp SONION có các cơ sở tại Đan Mạch, Ba Lan, Hà Lan, Hoa

Kỳ, Trung Quốc và Việt Nam Website : www.sonjon

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật

* Độ nhạy 1 kHz tại nguôn cấp 1.3 VDC : -34dB re, 1V/Pa

** Trở kháng ngõ ra tại nguồn cấp 1.3 VDC : 3 kOhm

Hình 3.5 ương cong đáp ứng đặt trưng

s® Tịnh toán dựa trên các thông số kỹ thuật và cơ sở lý thuyết của MIC

Độ nhay của microphone được tinh theo [dB re V/Pa] (nghĩa là mức

tham chiều theo thang logarit là 1V/Pa)

Đối với Microphone 65GC31T ta tính toán độ nhạy tai 1kHz Ia -344B re V/Pa

với điện áp cung cấp là 1.3V:

Với độ nhạy của microphone là -34đB re 1V/Pa, thì điện áp tương ứng

0.02Vrms/Pa, 1 Pascal tương ứng với áp suất âm 94dB

“Theo điện áp theo dB là: 20log (V./Vọ) với Vị: điện áp đo được, Vọ: điện áp

3.2.3 Modul giao tiép cong USB sit dung IC PL2303

~ Là một IC hỗ trợ việc truyền nhận dữ liệu nối tiếp không đồng bộ

~ Tích hợp trên các chíp tạo xung clock

- Hỗ trợ các hệ USB 1.0, USB 2.0 va USB 3.0

- Cần hình 2S6-byte đệm ngoại va 256 byte bộ đệm nội; hoặc 128 byte bộ

đệm ngoài và 384 byte bộ đêm nội

PL 2303HX (Chịp Rev D) hoặc PL-2303HXD cung cấp một giải pháp thuận

nói một thiết bị nói tiếp không đông bộ RS232 giống như bắt kỳ máy

zi Bus (ƯSB) PL-2303HXD là trình điều khiển tương thích cao

tiện chờ việc kế

chú có Universal

có thể mô phỏng công COM truyền thống trên hầu hết các hệ điều hành cho phép các

ứng dụng hiện tại dựa trên công COM đê dễ dàng di chuyển và được thực hiện USB đã

sẵn sàng,

- Dạng chân PCB: SSOP28 / QFN32

- Driver hỗ trợ hầu hết cho các hệ điều hành hiệ:

- Thông tin đầy đủ tại: www.tme.vn/Product.aspx?id=1641#page=pro_info

®uamer3 [2

Rowan FE nesrsrs FE ocrare

Rowen [S9

Hình 3.7 Sơ đồ kết nối với PIC16F877A

Vi digu khién Booard PL2303HX

a

ĐÔ ÁN TÓT NGHIỆP

+ Khối điều khiển và hiển thị

boi Diew Nien & Hien Ti

Hinh 3.1180 dé bé trí linh kiện

ĐÔ ÁN TÓT NGHIỆP

4.1 PHAN MEM LAP TRINH,BIEN DICH VA KIT NAP CHO VDK

4.1.1 Phần mềm lập trình, biên dịch vi điều khiển

“> Giới thiệu phần mềm CCS

Đề lập trình cho PIC, có nhiề

MikroC, Basic, Pascal, Di

u phần mềm lập trình khác nhau như MPLAP, CCS,

n này sử dụng chương trình CCS để lập trình và biên dịch

CCS là trình biên dịch lập trình ngôn ngữ C cho Vi điều khiển PIC của hãng Microhip Chương trình là sự tích hợp của 3 trình biên dịch riêng cho 3 dòng PIC khác

nhau đồ là:

* PCB cho dong PIC 12~ bit opcodes

* PCM cho dang PIC 14 ~ bit opcodes

* PCH cho dang PIC 16 va 18 ~ bit

% Giao dign viet chuong trình