Thiết kế và thi công kit thực hành đo lường cảm biến thông minh

1 Giới thiêụ chung về cảm biế n 1.2 Cấ u ta ̣o chung 1.3 Phân loa ̣i 1.3.1 Cảm biến chủ động bị động 1.3.2 Phân loại theo nguyên lí hoạt động 1.4 Vai trị cảm biến cơng nghiệp 1.5 Mục tiêu thực 1.6 Giới hạn đề tài CHƯƠNG 2: CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG HC-SR501 2.1 Mục đích – Yêu cầu 2.2 Nội dung thực hành 2.2.1 Chuẩn bị 2.2.2 Giới thiệu chung 2.2.3 Cấ u ta ̣o chân 2.2.4 Nguyên lý hoạt động 10 2.2.5 Module relay: 11 2.2.6 Sơ đồ nguyên lý ma ̣ch cảm biế n chyể n đô ̣ng: 13 CHƯƠNG 3: MẠCH THU PHÁT HỒNG NGOẠI SỬ DỤNG PT2248-PT2249 14 3.1 Mục đích – Yêu cầu 14 3.2 Nội dung thực hành 15 GVHD: Huỳnh Thanh Hòa ii CĐ ĐTTT 16MT 3.2.1 Chuẩn bị 15 3.2.2 Giới thiệu chung 15 3.2.3 Nguyên lý hoạt động: 16 3.2.4 Sơ đồ chân 19 3.2.5 Sơ đồ nguyên lý 21 CHƯƠNG 4: MẠCH CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ-2 22 4.1 Mục đích – Yêu cầu 22 4.2 Nội dung thực hành 22 4.2.1 Chuẩn bị 22 4.2.2 Giới thiệu chung 23 4.2.3 Nguyên lý hoạt động 24 4.2.4 Sơ đồ nguyên lý 26 CHƯƠNG 5: CẢM BIẾN HC-SR04 27 5.1 Mục đích – Yêu cầu 27 5.2 Nội dung thực hành 27 5.2.1 Chuẩn bị 27 5.2.2 Giới thiệu chung 28 5.2.3 Sơ Đồ Chân 30 5.2.4 Adruino Uno R3 31 5.2.5 Sơ đồ nguyên lý 37 CHƯƠNG 6: CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20 38 6.1 Mục đích – Yêu cầu 38 6.2 Nội dung thực hành Mạch kế t nối thực tế cảm biế n chuyể n đô ̣ng 13 11 Hiǹ h 3.1 PT2248 15 12 Hiǹ h 3.2 PT2249 16 13 Hình 3.3 Sơ đồ khố i phầ n phát 17 14 Hiǹ h 3.4 Sơ đồ khố i phầ n thu 18 GVHD: Huỳnh Thanh Hịa Sơ đờ ngun lý ma ̣ch cảm biến chuyể n đô ̣ng v 13 CĐ ĐTTT 16MT 15 Hình 3.5 Sơ đồ chân PT2248 19 16 Hiǹ h 3.6 Sơ đồ chân PT2249 20 17 Hiǹ h 3.7 Sơ đồ nguyên lý ma ̣ch phát hồ ng ngoa ̣i 21 18 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý ma ̣ch thu hồng ngoa ̣i 21 19 Hình 4.1 Module cảm biế n khí gas MQ2 23 20 Hiǹ h 4.2 Sơ đồ chân module MQ2 25 21 Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý ma ̣ch cảm biế n khí gas 26 22 Hình 5.1 Cảm biến HC-SR04 28 23 Hiǹ h 5.2 Sơ đồ chân module HC-SR04 30 24 Hiǹ h 5.3 Adruino UNO R3 31 25 Hình 5.4 Các chân tín hiê ̣u Adruino uno R3 33 26 Hiǹ h 5.5 Na ̣p code cho Adruino 35 27 Hiǹ h 5.6 Giao tiế p I2C 35 28 Hiǹ h 5.7 LCD 36 29 Hình 5.8 GVHD: Huỳnh Thanh Hòa Sơ đồ nguyên lý ma ̣ch cảm biế n khoảng cách HC-SR04 vi 37 CĐ ĐTTT 16MT Ma ̣ch thực tế cảm biến khoảng cách HC- 30 Hình 5.9 31 Hiǹ h 6.1 Sơ đồ chân DS18B20 39 32 Hình 6.2 Bô ̣ nhớ ROM 41 33 Hiǹ h 6.3 Sơ đồ nhớ DS18B20 44 34 Hiǹ h 6.4 Tổ chức các bít 44 35 Hinh 6.5 Sơ đồ kết nối dây 48 36 Hinh 6.6 GVHD: Huỳnh Thanh Hòa SR04 Mạch kết nối thực tế cảm biế n nhiê ̣t độ DS18B20 vii 47 50 CĐ ĐTTT 16MT Chương 5: Cảm biến HC-SR04 Hin ̀ h 5.7 LCD * Thông số kỹ thuật  Điện áp hoạt động V  Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm  Chữ đen, xanh  Khoảng cách hai chân kết nối 0.1 inch tiện dụng kết nối với Breadboard  Tên chân ghi mặt sau hình LCD hổ trợ việc kết nối, dây điện  Có đèn led nền, dùng biến trở PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện  Có thể điều khiển với dây tín hiệu  Có ký tự xây dựng hổ trợ tiếng Anh tiếng Nhật, xem thêm HD44780 datasheet để biết thêm chi tiết

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Cấu ta ̣o chung

Hiện nay, thị trường có nhiều loại cảm biến phục vụ cho các mục đích khác nhau, nhưng tất cả đều được chế tạo từ các cảm biến điện tử, có khả năng thay đổi tính chất theo sự biến đổi của môi trường.

Hệ thống được cấu tạo từ các phần tử mạch điện, tạo thành một thiết kế nhỏ gọn và hoàn chỉnh Các tín hiệu phát ra được quy chuẩn theo mức điện áp và dòng điện phổ biến, phù hợp với các bộ điều khiển.

Chương 1: Giới thiệu đề tài

GVHD: Huỳnh Thanh Hòa 3 CĐ ĐTTT 16MT

Phân loa ̣i

Thông tin được xử lý nhằm rút ra các tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ cho nhu cầu nghiên cứu khoa học, kỹ thuật và dân sinh Quá trình này được gọi tắt là đo đạc, có vai trò quan trọng trong việc truyền và xử lý thông tin, cũng như điều khiển các quá trình khác.

Cảm biến thường được lắp đặt trong các vỏ bảo vệ, tạo thành đầu thu hay đầu dò (Test probe), có thể đi kèm với các mạch điện hỗ trợ và thường được gọi chung là "cảm biến" Tuy nhiên, trong nhiều tài liệu, thuật ngữ cảm biến ít được sử dụng cho các vật có kích thước lớn và không áp dụng cho một số chi tiết như núm công tắc bật đèn tủ lạnh, mặc dù về mặt lý thuyết, núm này hoạt động như một cảm biến.

Cảm biến hiện nay rất đa dạng với nhiều hiện tượng và phương pháp chế tạo khác nhau, đồng thời các loại cảm biến mới cũng đang liên tục được phát triển Việc phân loại cảm biến trở nên phức tạp do sự đa dạng và khó khăn trong việc xác định các tiêu chí phân loại phù hợp.

Trên thực tế có vô vàn những loại cảm biến khác nhau và chúng ta có thể chia các cảm biến thành:

Cảm biến vật lý là thiết bị quan trọng trong việc đo lường và phát hiện các hiện tượng tự nhiên, bao gồm sóng điện từ, ánh sáng, hồng ngoại, tia X, hạt bức xạ, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, từ trường và gia tốc Những cảm biến này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về môi trường xung quanh và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

 Cảm biến hóa học: thường thấy như độ ẩm, độ PH, ion, khói,…

 Cảm biến sinh học: đường glucose huyết, DNA/RNA, protein đặc hiệu cho các loại bệnh trong máu, vi khuẩn, vi rút

Ngoài ra ta cũng có một số hình thức phân chia khác

1.3.1 Cảm biến chủ động và bị động

Cảm biến chủ động không cần nguồn điện bổ sung để chuyển đổi tín hiệu thành điện Một ví dụ điển hình là cảm biến áp điện, được chế tạo từ vật liệu gốm, có khả năng chuyển đổi áp suất thành điện tích trên bề mặt.

Cảm biến bị động hoạt động mà không cần nguồn điện bổ sung để chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện Một ví dụ điển hình là photodiode, khi ánh sáng chiếu vào, điện trở của tiếp giáp bán dẫn p-n được phân cực ngược sẽ thay đổi.

1.3.2 Phân loại theo nguyên lí hoạt động

Theo nguyên lí hoạt động ta có thể kể đến những loại cảm biến nổi bật như:

 Cảm biến điện trở: Hoạt động dựa theo di chuyển con chạy hoặc góc quay của biến trở, hoặc sự thay đổi điện trở do co giãn vật dẫn

Cảm biến cảm ứng bao gồm nhiều loại như cảm biến biến áp vi phân (LVDT) dùng để xác định vị trí, cảm biến cảm ứng điện từ với các antenna, và cảm biến dòng xoáy thường được sử dụng trong máy dò khuyết tật kim loại và máy dò mìn Ngoài ra, cảm biến cảm ứng điện động chuyển đổi chuyển động thành tín hiệu điện, ví dụ như microphone điện động và đầu thu sóng địa chấn (Geophone).

 Cảm biến điện dung: Sự thay đổi điện dung của cảm biến khi khoảng cách hay góc đến vật thể kim loại thay đổi

 Cảm biến điện trường (FET): Sự thay đổi của điện trường ngoài dẩn đến sự thay đổi của cường độ dòng điện bên trong cảm biến

 Cảm biến từ giảo (magnetoelastic): ít dùng

 Cảm biến từ trường: Cảm biến hiệu ứng Hall, cảm biến từ trường dùng vật liệu sắt từ, dùng trong từ kế

Cảm biến áp điện sử dụng gốm áp điện như titanat bari để chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện Chúng thường được ứng dụng trong các microphone thu âm và đầu thu sóng địa chấn trong nước (hydrophone), đặc biệt trong các thiết bị sonar.

 Cảm biến quang: Các cảm biến ảnh loại CMOS hay cảm biến

CCD trong camera sử dụng các photodiode ở nhiều vùng phổ khác nhau, phục vụ cho nhiều lĩnh vực ứng dụng Một ví dụ điển hình là đầu dò giấy trong khay máy in, được chế tạo từ photodiode Nhóm thiết bị này đang dẫn đầu về sự phổ biến, với kích thước nhỏ gọn và độ tin cậy cao.

 Cảm biến huỳnh quang, nhấp nháy: Sử dụng các chất phát quang thứ cấp để phát hiện các bức xạ năng lượng cao hơn, như các tấm kẽm sulfua

 Cảm biến điện hóa: Các đầu dò ion, độ pH,

 Cảm biến nhiệt độ: Cặp lưỡng kim, hoặc dạng linh kiện bán dẫn như Precision

Temperatur Sensor LM335 có hệ số 10 mV/°K.

Vai trò của cảm biến trong công nghiệp

Cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hệ thống tự động hóa và điều khiển quá trình, giúp thu thập dữ liệu cần thiết để tối ưu hóa hoạt động và hiệu suất của hệ thống.

 Cảm biến giúp "cảm nhận" các tín hiệu điều khiển vào ra,

 Cảm biến giúp đo đạc các giá trị,

 Cảm biến giới hạn cảm nhận với đại lượng vật lí cần đo.

Mục tiêu thực hiện

- Thiết kế và thi công kit đo lường cảm biến.

Giới hạn đề tài

Thiết kế một kit đo lường cảm biến hoàn chỉnh là một quá trình phức tạp và tốn kém, yêu cầu thời gian và kiến thức chuyên môn nhất định Ngoài ra, vấn đề tài chính cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét trong quá trình này.

GVHD: Huỳnh Thanh Hòa 6 CĐ ĐTTT 16MT hạn, nhóm em thực hiện một phần trong hệ thống hoàn chỉnh, cụ thể là thiết kế kit đo lường với cảm biến được đơn giản hóa.

CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG HC-SR501

Mục đích – Yêu cầu

- Giúp học sinh nắm vững kiến thức hoạt động của cảm biến chuyển động

- Cải thiện kỹ năng thi công mạch và đo kết quả phân tích

- Sau khi hoàn thành bài này người học phải:

 Thực hiện mạch trên hoạt động tốt

 Xác định được chân và trạng thái của cảm biến

Nội dung thực hành

Chương 2: Cảm biến chuyển động HC-SR501

Hình 2.1 Module cảm biến hc-sr501

Cảm biến chuyển động HC-SR501 là một thiết bị thông minh có khả năng phát hiện chuyển động trong khu vực hoạt động của nó Thiết bị này được trang bị hai biến trở điều chỉnh: Sx để điều chỉnh độ nhạy và Tx để điều chỉnh thời gian đóng, cho phép người dùng tùy chỉnh cảm biến theo nhu cầu sử dụng.

 Sử dụng điện áp 4.5V – 20V DC

 Điện áp đầu ra: 0V – 3.3V DC

 Có 2 cơ chế hoạt động: o (L) không lặp lại kích hoạt o (H) lặp lại kich hoạt

 Thời gian trễ:điều chỉnh trong khoản 0.5s-200s

 Sử dụng cảm biến: 500BP

 Kích thước PCB:32mm x 24mm

Hình 2.2 Sơ đồ chân của module HC-SR501 Chân VCC: nguồn hoạt động của cảm biến cấpvào từ 4.5V đến 20V

Chân OUT: Output kết nối với chân I/O của vi điều khiển hoặc relay Khi cho tín hiệu:

 3,3V có vật thể chuyển động qua

 0V không có vật thể qua

Chân GND : chân đất nối GND

Hình 2.3 Chân module HC-SR501 2.2.4 Nguyên lý hoạt động

Các nguồn nhiệt, bao gồm cả thân nhiệt của người và động vật, phát ra tia hồng ngoại Tia hồng ngoại này được lọc qua kính Fresnel và tiêu tụ trên hai cảm biến hồng ngoại trong đầu dò, tạo ra điện áp được khuếch đại bằng transistor FET Khi có vật nóng di chuyển qua, hai cảm biến sẽ phát sinh hai tín hiệu, được khuếch đại để đạt biên độ cao, sau đó được đưa vào mạch so áp để điều khiển hoặc kích hoạt thiết bị báo động.

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Hình vẽ minh họa hai vùng cảm ứng nhạy cảm tương ứng với hai cảm biến trong đầu dò Khi một con vật di chuyển qua, thân nó phát ra tia nhiệt, được hội tụ mạnh mẽ qua kính Fresnel và sau đó tập trung vào cảm biến hồng ngoại Khi con vật đi ngang qua đầu dò, một tín hiệu sẽ xuất hiện, tín hiệu này sẽ được gửi đến mạch xử lý để kích hoạt các tác dụng điều khiển hoặc báo động.

Rơ le là một công tắc điện có khả năng chuyển đổi giữa hai trạng thái ON và OFF Trạng thái của rơ le phụ thuộc vào việc có dòng điện chạy qua nó hay không.

Hình 2.6 Sơ đồ chân module relay

Rơ-le bình thường gồm có 6 chân Trong đó có 3 chân để kích, 3 chân còn lại nối với đồ dùng điện công suất cao

- Ba chân dùng để kích:

 VCC: cấp hiệu điện thế kích tối ưu vào chân này

 GND: nối với cực âm

Chân tín hiệu IN trên module rơ-le có vai trò quan trọng trong việc kích hoạt rơ-le, tùy thuộc vào loại module mà bạn sử dụng Nếu bạn cấp điện dương vào chân IN của module rơ-le kích ở mức cao, rơ-le sẽ được kích hoạt; ngược lại, nếu không có điện, rơ-le sẽ không hoạt động Tương tự, đối với module rơ-le kích ở mức thấp, nguyên tắc hoạt động cũng giống nhau.

- Ba chân còn lại nối với đồ dùng điện công suất cao:

Khi kết nối thiết bị điện, bạn nên gắn chân nối với một chân bất kỳ, nhưng tốt nhất là nên kết nối với chân lửa (nóng) khi sử dụng điện xoay chiều, hoặc cực dương nếu sử dụng điện một chiều.

 NO hoặc ON: chân này bạn sẽ nối với chân lửa (nóng) nếu dùng điện xoay chiều và cực dương của nguồn nếu dòng điện một chiều

 NC hoặc OFF: chân này bạn sẽ nối chân lạnh (trung hòa) nếu dùng điện xoay chiều và cực âm của nguồn nếu dùng điện một chiều

* Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng:

Khi dòng điện chạy qua rơ le, nó sẽ kích hoạt cuộn dây bên trong, tạo ra một từ trường hút Từ trường này tác động lên đòn bẩy nội bộ, dẫn đến việc mở hoặc đóng các tiếp điểm điện, từ đó thay đổi trạng thái của rơ le Số lượng tiếp điểm điện thay đổi có thể là một hoặc nhiều, tùy thuộc vào thiết kế của rơ le.

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý relay

Rơ le hoạt động với hai mạch độc lập, trong đó một mạch điều khiển cuộn dây của rơ le, quyết định trạng thái ON hoặc OFF Mạch còn lại kiểm soát dòng điện đi qua rơ le, phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của nó.

2.2.6 Sơ đồ nguyên lý ma ̣ch cảm biến chyển đô ̣ng:

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý ma ̣ch cảm biến chuyển đô ̣ng

Hình 2.9 Ma ̣ch kết nối thực tế cảm biến chuyển đô ̣ng HC-SR501

MẠCH THU PHÁT HỒNG NGOẠI SỬ DỤNG PT2248-PT2249 14

- Giúp học sinh nắm vững kiến thức hoạt động của cảm biến thu phát hồng ngoại

Chương 3: Mạch thu phát hồng ngoại sử dụng PT2248-PT2249

 Xác định được chân và trạng thái.

Mạch thu phát hồng ngoại là một thiết bị phổ biến trong tivi và điều khiển từ xa, cho phép truyền tín hiệu ổn định với khoảng cách ngắn nhờ vào sóng hồng ngoại ít bị nhiễu Để thiết kế mạch thu phát hồng ngoại đơn giản, người ta thường sử dụng con LM555 để tạo mạch phát với tần số từ 36 đến 38 kHz cùng với một mạch thu cơ bản Tuy nhiên, để điều khiển nhiều kênh cùng lúc, cần sử dụng cặp vi mạch PT2248 và PT2249.

 Điện áp làm việc: 2.2V to 5.5V

 Tần số hoạt động: 400~600kHz

 Tổng trở dao động: 4500kOhm

Bức xạ hồng ngoại có thể thu hoặc phát ra từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm ánh sáng mặt trời, lò bức xạ, lò điện, đèn và cơ thể người Để truyền tải tia hồng ngoại hiệu quả, cần tránh nhiễu bằng cách sử dụng mã phát và nhận ổn định, giúp phân biệt giữa tín hiệu truyền và nhiễu Tần số hoạt động lý tưởng cho việc này nằm trong khoảng từ 30KHz đến 60KHz, với tần số thường được sử dụng là 36KHz, cho phép ánh sáng hồng ngoại truyền tải 36 lần mỗi giây.

Sử dụng tần số 36kHz để truyền tín hiệu hồng ngoại là đơn giản, nhưng việc thu và giải mã tín hiệu lại gặp nhiều khó khăn Cần sử dụng bộ lọc để đảm bảo tín hiệu đầu ra là xung vuông, cho thấy rằng tín hiệu đã được nhận tại ngõ vào.

* Sơ đồ khối chức năng

Hình 3.3: Sơ đồ khối phần phát

Khối chọn chức năng và khối mã hóa hoạt động khi người sử dụng nhấn các phím chức năng để phát lệnh yêu cầu Mỗi phím chức năng tương ứng với một số thập phân, và mạch mã hóa sẽ chuyển đổi số này thành mã nhị phân dưới dạng mã lệnh tín hiệu số với các bit 0 và 1 Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hoặc 8 bit, tùy thuộc vào số lượng phím chức năng.

Khối dao động có điều kiện hoạt động khi người dùng nhấn một phím chức năng, đồng thời khởi động mạch dao động để tạo ra xung đồng hồ Tần số của xung đồng hồ này sẽ xác định thời gian chuẩn cho mỗi bit.

Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp thực hiện việc mã hóa dữ liệu Mã nhị phân từ mạch mã hóa sẽ được chốt và chuyển vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp Mạch này hoạt động dưới sự điều khiển của xung đồng hồ.

GVHD: Huỳnh Thanh Hòa 18 CĐ ĐTTT 16MT mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh.

Khối điều chế và phát FM sử dụng mã lệnh nối tiếp để kết hợp với sóng mang có tần số từ 38KHz đến 100KHz Việc sử dụng sóng mang cao tần giúp tín hiệu được truyền đi xa hơn, từ đó tăng cự ly phát sóng hiệu quả.

Khối thiết bị phát sử dụng LED hồng ngoại để truyền tín hiệu Khi mã lệnh có giá trị bit = '1', LED sẽ phát sáng trong khoảng thời gian T tương ứng với bit đó Ngược lại, khi mã lệnh có giá trị bit = '0', LED sẽ không phát sáng, dẫn đến việc bên thu không nhận được tín hiệu, coi như bit đó là '0'.

* Sơ đồ khối chức năng

Hình 3.4: Sơ đồ khối phần thu

Khối thiết bị thu: Tia hồng ngoại từ phần phát được tiếp nhận bởi LED thu hồng ngoại hay các linh kiện quang khác

Khối khuếch đại và tách sóng hoạt động bằng cách khuếch đại tín hiệu nhận được, sau đó chuyển tiếp qua mạch tách sóng để loại bỏ sóng mang và trích xuất dữ liệu cần thiết, cụ thể là mã lệnh.

Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và khối giải mã thực hiện quá trình chuyển đổi mã lệnh thành số thập phân tương ứng, tạo ra xung kích tại ngõ ra để kích mở mạch điều khiển Tần số sóng mang được sử dụng để so pha với tần số dao động trong phần thu, giúp mạch thu phát hoạt động đồng bộ, đảm bảo sự chính xác cho mạch tách sóng và khối chuyển đổi nối tiếp sang song song.

Hình 3.5: Sơ đồ chân PT2248

Vcc: Chân nối nguồn dương

XT1, XT2: Các chân nối hai đầu thạch anh (455Khz) để tạo bộ dao động trong IC

K1 - K6 là các chân đầu vào của tín hiệu bàn phím kiểu ma trận, được tạo ra từ sự kết hợp giữa các chân K1 đến K6 với chân 10 đến chân 12 (T1-T3), hình thành nên ma trận 6x3 với tổng cộng 18 phím.

T1 – T3: Các chân tín hiệu thời gian ,quét mã đầu vào từ ma trận phím

Code 13: Chân mã số dùng để kết hợp với các chân T1-T2 để tạo ra tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát và phần thu

Test 14: Kiểm tra mã bit của phần phát

TXOUT: Đầu ra của tín hiệu đã được điều chế FM

Hình 3.6 Sơ đồ chân PT2249

Rxin: Là đầu vào tiếu hiệu thu

HP1-HP5: Là đầu ra tín hiệu liên tục Chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó luôn duy trì ở mức “1”

SP1 đến SP5 là các đầu ra tín hiệu không liên tục Khi nhận được tín hiệu tương ứng với một đầu ra, đầu ra đó sẽ duy trì ở mức “1” trong khoảng thời gian 107ms.

Để tạo ra các tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát và phần thu, cần sử dụng các chân kết nối Mã số của hai chân này phải trùng khớp với tổ hợp mã hệ thống của phần phát để đảm bảo tín hiệu được thu nhận chính xác.

OSC: Dùng để nối với tụ điện và điện trở bên ngoài tạo ra dao động cho mạch VCC: Chân nối nguồn

* Sơ đồ nguyên lý phát hồng ngoại :

Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý mạch phát hồng ngoại

* Sơ đồ nguyên lý thu hồng ngoại :

Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý mạch thu hồng ngoại

MẠCH CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ-2

- Giúp học sinh nắm vững kiến thức hoạt động của cảm biến khí gas

 Xác định được chân và trạng thái.

Chương 4: Mạch cảm biến khí Gas MQ-2

Hình 4.1 Module cảm biến khí gas MQ2

MQ2 là cảm biến khí chuyên dụng để phát hiện các khí dễ cháy, được cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2 Chất này có độ nhạy thấp với không khí sạch, nhưng khi tiếp xúc với môi trường có khí gây cháy, độ dẫn của nó sẽ thay đổi ngay lập tức Nhờ đặc điểm này, người ta đã thiết kế một mạch đơn giản để chuyển đổi sự thay đổi độ nhạy thành điện áp, giúp phát hiện và cảnh báo nguy cơ cháy hiệu quả.

Trong môi trường sạch, điện áp đầu ra của cảm biến MQ2 thấp, và giá trị này sẽ tăng lên tương ứng với nồng độ khí gây cháy xung quanh.

Cảm biến MQ2 hoạt động hiệu quả trong môi trường khí hóa lỏng như LPG, H2 và các khí dễ cháy khác Với thiết kế mạch đơn giản và chi phí thấp, nó được sử dụng phổ biến trong cả ngành công nghiệp và dân dụng.

 Phạm vi phát hiện: 300 - 10000ppm

 Đặc điểm của khí: 1000ppm isobutan

 Dòng tiêu thụ khi nóng: ≤ 180mA

 Năng lượng khi nóng : ≤ 900mW

 Hàm lượng oxy môi trường: 21%

Trong mạch có 2 chân đầu ra là Aout và Dout Trong đó:

 Aout: điện áp ra tương tự Nó chạy từ 0.3 và 4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quang MQ2

 Dout: điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà MQ2 đo được

Chân ra số Dout mang lại sự tiện lợi cho việc kết nối các ứng dụng đơn giản mà không cần sử dụng vi điều khiển Chỉ cần điều chỉnh giá trị biến trở đến nồng độ mong muốn để thiết lập cảnh báo Khi nồng độ khí MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép, Dout sẽ bằng 1 và đèn LED sẽ tắt Ngược lại, nếu nồng độ khí vượt quá mức cho phép, Dout sẽ bằng 0 và đèn LED sẽ sáng.

Ta có thể ghép nối vào mạch Realy để điều khiển bật tắt đèn, còi, hoặc thiết bị cảnh báo khác

Một thách thức khi làm việc với cảm biến MQ2 là việc chuyển đổi giá trị điện áp Aout sang nồng độ ppm để hiển thị và cảnh báo Điều này trở nên phức tạp do giá trị điện áp trả về khác nhau cho từng loại khí và bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ và độ ẩm.

Để xác định điểm cảnh báo trên thiết bị, tôi thực hiện một quy trình thủ công Đầu tiên, tôi đo trạng thái không khí sạch và ghi lại giá trị Vout1 Sau đó, khi cho khí ga từ bật lửa rò rỉ ra, giá trị Aout tăng lên Khi nồng độ khí ga đạt mức nguy hiểm, tôi ghi lại giá trị Vout2, được chọn làm ngưỡng cảnh báo Nếu giá trị đo được vượt quá ngưỡng này, thiết bị sẽ phát tín hiệu cảnh báo.

Chỉnh chân biến trở để điện áp đo tại chân 3 của L358 = Vout2

Hình 4.2 Sơ đồ chân module MQ2 Module MQ2 có 4 chân:

- Aout -> điện áp ra tương tự Nó chạy từ 0.3 - 4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quang MQ2

- Dout -> điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà MQ2 đo được

Chân ra số Dout trên cảm biến MQ2 mang lại sự tiện lợi cho việc kết nối các ứng dụng đơn giản mà không cần sử dụng vi điều khiển Người dùng chỉ cần điều chỉnh giá trị biến trở đến nồng độ mong muốn để nhận cảnh báo Khi nồng độ khí đo được thấp hơn mức cho phép, tín hiệu Dout sẽ là 1 (đèn LED tắt) Ngược lại, khi nồng độ khí vượt quá giới hạn cho phép, tín hiệu Dout sẽ là 0 (đèn LED sáng).

- Ta có thể ghép nối vào mạch Realy để điều khiển bật tắt đèn, còi, hoặc thiết bị cảnh báo khác

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý

CẢM BIẾN HC-SR04

- Giúp học sinh nắm vững kiến thức hoạt động của cảm biến chuyển động

 Xác định được chân và trạng thái của cảm biến.

Chương 5: Cảm biến HC-SR04

Hình 5.1 Cảm biến HC-SR04

Cảm biến khoảng cách HC-SR04 sử dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách trong phạm vi nhỏ, với độ chính xác cao và khả năng nhận biết khoảng cách tối thiểu chỉ 3mm Thiết bị này có độ ổn định tốt trong quá trình sử dụng và dễ dàng kết nối với các vi điều khiển như Arduino, DSP, AVR, PIC, và ARM.

Máy đo khoảng cách siêu âm hoạt động bằng cách phát ra sóng âm với tần số 40kHz, vượt xa khả năng nghe của con người (2k đến 20kHz) Khi sóng âm va chạm với vật cản, nó sẽ dừng lại và phản xạ về máy, cho phép chúng ta tính toán thời gian từ lúc phát đến lúc thu để xác định khoảng cách.

Vận tốc âm thanh trong không khí đạt 340m/s Từ thời gian t ghi nhận, ta có thể tính khoảng cách giữa chướng ngại vật và máy phát bằng công thức s = v*t Ở đây, s là khoảng cách, v là vận tốc âm thanh trong không khí, và t là thời gian sóng âm truyền Cần chia đôi thời gian này vì sóng âm phải đi đến chướng ngại vật và phản xạ trở lại Nguyên tắc này được gọi là đo khoảng cách dựa trên chênh lệch thời gian.

* Thông số kỹ thuật HC-SR04

 Điện áp làm việc: DC 5V

 Tần số làm việc: 40KHz

 Phạm vi tối thiểu: 2cm

 Tín hiệu đầu vào kích hoạt: 10 xung TTL

 Tín hiệu đầu ra Echo Tín hiệu đòn bẩy đầu vào TTL và phạm vi tỷ lệ

Cảm biến siêu âm hoạt động bằng cách phát một xung tín hiệu và đo thời gian nhận được tín hiệu trở về Sau khi nhận tín hiệu, thời gian từ lúc phát đến lúc nhận được sẽ được tính toán, từ đó cho phép xác định khoảng cách chính xác.

Để đạt được độ chính xác cao trong việc đo thời gian bằng mạch cảm biến siêu âm, cần đảm bảo không có nhiễu và chương trình được viết mà không sử dụng các hàm delay.

Sóng siêu âm chỉ phản hồi khi gặp một số loại vật cản; nếu phát sóng siêu âm vào chăn hoặc nệm, bạn sẽ không nhận được sóng phản hồi.

Cảm biến đo khoảng cách tương đương

Bộ phát của Mỹ Bộ nhận, mô-đun cảm biến hồng ngoại, cặp cảm biến hồng ngoại, cảm biến khoảng cách IR Analog,

Cảm biến siêu âm HC-SR04 - Hoạt động

Cảm biến siêu âm HC-SR04 (US) là một mô-đun 4 pin bao gồm Vcc, Trigger, Echo và Ground, được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng đo khoảng cách và phát hiện đối tượng Mô-đun này có thiết kế với hai mắt, hoạt động như máy phát và máy thu siêu âm, dựa trên công thức đơn giản, giúp người dùng dễ dàng áp dụng trong các dự án.

* Các ứng dụng Được sử dụng để tránh và phát hiện chướng ngại vật với các robot như robot hai chân, robot tránh chướng ngại vật, robot tìm đường, v.v

GVHD: Huỳnh Thanh Hòa 30 CĐ ĐTTT 16MT Được sử dụng để đo khoảng cách trong phạm vi rộng từ 2cm đến 400cm

Cảm biến có khả năng ánh xạ các đối tượng xung quanh bằng cách xoay, cho phép đo độ sâu ở những vị trí cụ thể như giếng và hố Sóng có thể xâm nhập qua nước, giúp xác định chính xác độ sâu của các khu vực này.

* Cảm biến siêu âm có 4 chân:

 Trig -> nối vi điều khiển (ngõ phát) (pin 3 arduino) (có thể sử dụng mức áp 3.3V để kích cảm biến mà không ảnh hưởng đến kết quả)

 Echo -> nối vi điều khiển (ngõ thu) (pin 2 arduino)

 Độ chính xác về khoảng cách của cảm biến siêu âm HC-SR04 phụ thuộc lớn vào cách bạn lập trình phát - thu tín hiệu

 HC-SR04 là một mô-đun phạm vi siêu âm cung cấp chức năng đo không tiếp xúc 2cm đến 400 cm

 Độ chính xác khác nhau có thể đạt tới 3 mm và góc hiệu ứng là

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	2,34 MB