ĐỒ án tốt NGHIỆP THIẾT kế hệ THỐNG GIÁM sát NỒNG độ cồn từ XA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN THÙY DUNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT NỒNG ĐỘ CỒN TỪ XA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG THÁI NGUYÊN, NĂM 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG ảnh 3x4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT NỒNG ĐỘ CỒN TỪ XA Sinh viên thực : NGUYỄN THÙY DUNG Lớp  : ĐTƯD-K14A Giáo viên hướng dẫn : ThS NGUYỄN THÙY DUNG Thái Nguyên, năm 2020 NỘI DUNG ĐỒ ÁN Đề tài: “Thiết kế hệ thống giám sát nồng độ cồn từ xa” tập trung vào nghiên cứu nội dung sau: - Tìm hiểu tổng quan, tình hình nghiên cứu đề tài ngồi nước - Tìm hiểu NODE MCU ESP8266, cảm biến cồn MQ-3, cảm biến âm thanh, LCD 16x2 - Tìm hiểu viết chương trình phần mềm điều khiển hệ thống LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới thầy cô giáo  trường Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ Điện tử, Khoa Công nghệ Điện tử Truyền thơng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô giáo Thạc sỹ Nguyễn Thùy Dung tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn em suốt trình làm báo cáo tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với thầy, cô, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà cịn học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em q trình học cơng tác sau Sau xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè động viên, đóng góp ý kiến giúp đỡ q trình học tâp, nghiên cứu hoàn thành báo cáo Đồ án tốt nghiệp Thái nguyên, Tháng Năm 2020 SINH VIÊN THỰC HIỆN Nguyễn Thùy Dung LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Những nội dung đồ án thực hướng dẫn cô giáo Thạc sỹ Nguyễn Thùy Dung nghiên cứu Internet, sách báo, tài liệu nước có liên quan, khơng chép hay sử dụng làm khác Mọi tham khảo dùng đồ án trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm cơng bố Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm lời cam đoan trước Q thầy nhà trường Thái nguyên, Tháng Năm 2020 SINH VIÊN THỰC HIỆN Nguyễn Thùy Dung MỤC LỤC NỘI DUNG ĐỒ ÁN LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .6 LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 1.1.1 Ngoài nước .9 1.1.2 Trong nước 10 1.2 Mục tiêu tính cấp thiết đề tài 15 1.2.1 Tính cấp thiết 15 1.2.2 Mục tiêu đề tài 20 CHO THIẾT BỊ ĐO NỒNG ĐỘ CỒN 23 2.1 Yêu cầu toán 23 2.2 Phần cứng 23 2.2.1 NODE MCU ESP8266 23 2.2.2 Cảm biến nồng độ cồn MQ-3 26 2.2.3 Cảm biến âm .31 2.2.4 LCD 16x2 .34 2.2.5 Module giao tiếp I2C 36 2.2.6 Còi báo động buzzer 37 2.3 Phần mềm 38 2.3.1 Phần mềm lập trình Arduino IDE 38 2.3.2 Giới thiệu ThingSpeak .49 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THỰC THI SẢN PHẨM 54 3.1 Thiết kế phần cứng 54 3.1.1 Sơ đồ khối .54 3.1.2 Sơ đồ nguyên lý 55 3.2 Lưu đồ thuật toán 56 3.2.2 Kết đo hiển thị 59 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .64 PHỤ LỤC 64 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Máy đo nồng độ cồn FiT331 12 Hình 1.2 Máy đo nồng độ cồn TigerDirect AT6000 .13 Hình 1.3 Máy đo nồng độ cồn Lion SD 14 Hình 1.4 Máy đo nồng độ cồn Sentech AL8000 15 Hình 1.5 So sánh mức tiêu thụ rượu bia Việt Nam với nước 17 Hình 1.6 Hậu tai nạn ô tô .18 Hình 1.7 Phương pháp xác định nồng độ cồn thở 19 Hình 2.1 Giới thiệu ESP8266 24 Hình 2.2 Sơ đồ chân Node MCU ESP8266MOD 26 Hình 2.3 Cấu tạo cảm biến MQ-3 27 Hình 2.4 Sơ đồ chân MQ-3 29 Hình 2.5 Sơ đồ mạch điện cảm biến .29 Hình 2.6 Hình ảnh mặt trước mặt sau module cảm biến MQ-3 30 Hình 2.7 Sơ đồ hiển thị thơng số 30 Hình 2.8 Hình ảnh cảm biến âm 31 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý module cảm biến âm 32 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý mạch bật tắt đèn vỗ tay .33 Hình 2.11 Màn hình LCD 1602 34 Hình 2.12 Sơ đồ chân LCD1602 35 Hình 2.13 Module giao tiếp I2C 36 Hình 2.14 Còi báo động buzzer 37 Hình 2.15 Giao diện lập trình Arduino IDE 39 Hình 2.16 Arduino toolbar 40 Hình 2.17 IDE menu .40 Hình 2.18 Tải Arduino IDE 41 Hình 2.19 Giải nén file 42 Hình 2.20 Màn hình khởi động Arduino IDE .42 Hình 2.21 Giao diện phần mềm Arduino IDE 43 Hình 2.22 Arduino Toolbar 43 Hình 2.23 Arduino IDE Menu 44 Hình 2.24 File menu .44 Hình 2.25 Edit menu .45 Hình 2.26 Sketch menu 45 Hình 2.27 Tool menu 46 Hình 2.28 Chọn Board 47 Hình 2.29 Giới thiệu ThingSpeak 49 Hình 3.1 Sơ đồ khối 54 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý .55 Hình 3.3 Lưu đồ thuật tốn điều khiển chương trình 56 Hình 3.4 Hình ảnh sản phẩm thực tế .57 Hình 3.5 Hình ảnh sản phẩm thực tế .57 Hình 3.6 Hình ảnh sản phẩm thực tế .58 Hình 3.7 Kết đo nồng độ cồn lần thứ .59 Hình 3.8 Hiển thị lên web kết đo lần thứ 59 Hình 3.9 Kết đo nồng độ cồn lần thứ hai sản phẩm 60 Hình 3.10 Hiển thị lên web kết đo lần thứ hai 60 Hình 3.11 Kết đo nồng độ cồn lần thứ ba sản phẩm .61 Hình 3.12 Hiển thị lên web kết đo lần thứ ba 61 Hình 3.13 Kết đo nồng độ cồn lần thứ ba sản phẩm .62 Hình 3.14 Hiển thị lên web kết đo lần thứ tư 62 LỜI MỞ ĐẦU Ngày với những ứng dụng của khoa học kỹ thuâ ̣t tiên tiến, thế giới chúng ta đã và ngày mô ̣t thay đổi, văn minh và đại Sự phát triển của kỹ thuâ ̣t điê ̣n tử đã tạo hàng loạt những thiết bị với các đă ̣c điểm nổi bâ ̣t sự chính xác cao, tốc đô ̣ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết cho hoạt đô ̣ng của người đạt hiê ̣u quả cao Điê ̣n tử trở thành mô ̣t ngành công nghiê ̣p đa nhiê ̣m vụ Điê ̣n tử đã đáp ứng những đòi hỏi không ngừng tất các lĩnh vực, đặc biệt phổ biến giao thông Hiện nay, tai nạn giao thông vấn đề nhức nhối xã hội Mà lý gây tai nạn giao thông người tham gia giao thơng điều khiển phương tiện có nồng độ cồn vượt mức quy định Để hạn chế việc gia tăng vụ tai nạn sử dụng rượu bia, em đã thiết kế hệ thống giám sát nồng độ cồn từ xa CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THỰC THI SẢN PHẨM 3.1 Thiết kế phần cứng 3.1.1 Sơ đồ khối KHỐI CẢNH BÁO Hình 3.1 Sơ đồ khối 3.1.1.1 Phân tích chức khối Khối cảm biến: Thu nhận liệu nồng độ cồn thở người sử dụng, gửi tín hiệu khối điều khiển Khối điều khiển: Khối điều khiển trung tâm có nhiệm vụ lấy liệu từ khối cảm biến để có trạng thái hệ thống xử lý liệu thu từ đưa tín hiệu thông báo hiển thị cho người quan sát thấy trạng thái hoạt động hệ thống Khối hiển thị: Có chức thơng báo cho người quan sát biết trạng thái hệ thống thời Khối cảnh báo: Có chức cảnh báo Khối nguồn: Cấp nguồn cho các khối còn lại Server: Cập nhật, hiển thị lưu trữ thông tin 3.1.1.2 Nguyên lý hoạt động toàn mạch Nguyên lý hoạt động: 52 Đầu tiên khối nguồn cấp nguồn cho hệ thống gồm khối điều khiển, khối cảm biến khối hiển thị Khối cảm biến thu liệu nồng độ cồn thở người sử dụng truyền khối điều khiển dạng tín hiệu tương tự, sau qua chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số, đầu tín hiệu dạng tín hiệu số, sau tín hiệu vi điều khiển tiếp nhận xử lý tính tốn đưa kết nồng độ cồn có lít khí thở vào đưa cảnh báo cho người sử dụng, tín hiệu cảnh báo kết đưa đến khối hiển thị, khối tiếp nhận hiển thị thông tin nồng độ cồn lời cảnh báo Đồng thời truyền liệu thu lên server qua Thingspeak 3.1.2 Sơ đồ nguyên lý Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý Nguyên lý hoạt động Khi được cấp nguồn, để kiểm tra nồng độ cồn người dùng phải bấm giữ nút nhấn đồng thời thổi vào ống thổi để thu giá thị cồn thu thông qua chân A0 Node MCU nhận từ cảm biến nồng độ cồn, tỉnh táo tín hiệu gửi tới LCD hiển thị “BAN TINH TAO”, nồng độ cồn vượt 53 mức quy định cịi báo LCD hiển thị “BAN SAY ROI” đồng thời truyền tín hiệu lên Thingspeak 3.2 Lưu đồ thuật toán Bắt đầu Khởi tạo hệ thống Nhấn giữ button Cảm biến cồn nhận giá trị Nồng độ cồn > 500 S Hiển thị lên LCD Đ Còi báo, hiển thị lên LCD, Thingspeak Hình 3.3 Lưu đồ thuật tốn điều khiển chương trình Giải thích lưu đồ thuật tốn Bắt đầu ta cài đặt hệ thống, tiến hành nhấn giữ nút nhấn Cảm biến bắt đầu hoạt động, cảm biến đo nồng độ cồn có giá trị > 500 còi báo kêu đồng thời hiển thị lên hình LCD “BAN SAY ROI” giá trị nồng độ cồn đo Sau đó, giá trị hiển thị lên Thingspeak Nếu cảm biến đo 54 nồng độ cồn có giá trị < 500 hình LCD “BAN TINH TAO” giá trị nồng độ cồn đo Và tiếp tục nhấn giữ nút nhấn lần đo 3.3 Thực thi 3.3.1 Sản phẩm thực tế Hình 3.4 Hình ảnh sản phẩm thực tế Hình 3.5 Hình ảnh sản phẩm thực tế 55 Hình 3.6 Hình ảnh sản phẩm thực tế 3.3.2 Kết đo hiển thị a Tiến hành đo nồng độ cồn lần thứ Hình 3.7 Kết đo nồng độ cồn lần thứ 56 Hình 3.8 Hiển thị lên web kết nồng độ cồn lần thứ Hình 3.9 Hiển thị lên web kết số người say lần thứ 57 b Tiến hành đo nồng độ cồn lần thứ hai Hình 3.10 Kết đo nồng độ cồn lần thứ hai sản phẩm Hình 3.11 Hiển thị lên web kết nồng độ cồn lần thứ hai 58 c Tiến hành đo nồng độ cồn lần thứ ba Hình 3.12 Kết đo nồng độ cồn lần thứ ba sản phẩm Hình 3.13 Hiển thị lên web kết nồng độ cồn lần thứ ba 59 Hình 3.14 Hiển thị lên web kết số người say lần thứ ba d Tiến hành đo nồng độ cồn lần thứ tư Hình 3.15 Kết đo nồng độ cồn lần thứ tư sản phẩm 60 Hình 3.16 Hiển thị lên web kết nồng độ cồn lần thứ tư Hình 3.17 Hiển thị lên web kết số người say lần thứ tư 61 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Báo cáo Thiết kế hệ thống giám sát nồng độ cồn từ xa giải vấn đề đo cảnh báo nồng độ cồn qua thở, nồng độ cồn nhanh chóng xác định ngưỡng có vượt mức cho phép Hệ thống phát triển thêm nhiều tính như: Ta còn có thể phát triển hiển thị Thingspeak, ngồi hiển thị số người say ngày thị thêm ảnh biển số phương tiện người lái có nồng độ cồn vượt mức quy định trạm thu phí Thậm chí thực việc đóng tiền phạt trạm thu phí lưu thơng tin lại web trạm thu phí Mục tiêu là tạo những sản phẩm có khả ứng dụng vào cuô ̣c sống, chất lượng giá thành rẻ, giúp cho cảnh sát giao thơng theo dõi hạn chế việc phải trực tiếp đo nồng độ cồn người tham gia giao thông 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://dammedientu.vn/nodemcu-ket-noi-voi-lcd-su-dung-giao-tiep-i2c/ [2] http://ai2.appinventor.mit.edu [3] http://www.dientuvietnam.net [4] http://www.banlinhkien.vn [5] http://arduino.vn/ [6] Nguyễn Ngọc Cương, Nguyễn Đình Nghĩa, Đỗ Quốc Huy, Trần Nghi Phú và Phạm Thành Công, 2011 Giáo trình Ngôn ngữ lâ ̣p trình C/C++ Nhà xuất bản Thông Tin Và Truyền Thông Hà Nô ̣i 191 trang [7] Curtis, Thomas Stanley (1916) High Frequency Apparatus: Its Construction and Practical Application 63 PHỤ LỤC #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); int mq3 = A0; //A0 int button = 2;//D4 int sound = 14; //D5 String apiKey = "27BUKID9RLWLE7YH"; const char* ssid = "D@vid"; const char* password = "DTC155D5103020005@@"; const char* server = "api.thingspeak.com"; WiFiClient client; void setup() { lcd.begin(); lcd.backlight(); lcd.print("KIEM TRA COL"); delay(5000); lcd.clear(); pinMode(button, INPUT); pinMode(mq3, INPUT); pinMode(sound, INPUT); pinMode(12, OUTPUT);//D6 WiFi.begin(ssid, password); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); 64 }} void loop() { int trangthai_sound = digitalRead(sound); int trangthai_mq3 = analogRead(mq3); int trangthai_button = digitalRead(button); if (client.connect(server, 80)) { if ((trangthai_button == HIGH ) && (trangthai_mq3 > 500 ) && (trangthai_sound == 0)) { digitalWrite(12, HIGH); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("BAN SAY ROI!"); String postStr = apiKey; postStr += "&field1="; postStr += String(trangthai_mq3); postStr += "\r\n\r\n"; client.print("POST /update HTTP/1.1\n"); client.print("Host: api.thingspeak.com\n"); client.print("Connection: close\n"); client.print("X-THINGSPEAKAPIKEY: " + apiKey + "\n"); client.print("Content-Type: application/27BUKID9RLWLE7YH\n"); client.print("Content-Length: "); client.print(postStr.length()); client.print("\n\n"); client.print(postStr); 65 delay(5000); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("BAM VA THOI"); digitalWrite(12, LOW); } if ((trangthai_button == HIGH ) && (trangthai_mq3 < 500 ) && (trangthai_sound == 0)) { digitalWrite(12, LOW); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("BAN TINH TAO!"); delay(5000); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("BAM VA THOI"); digitalWrite(12, LOW); } else { digitalWrite(12, LOW); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("BAM VA THOI"); delay( 200); } }} 66 ... CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG ảnh 3x4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT NỒNG ĐỘ CỒN TỪ XA Sinh... a Máy đo nồng độ cồn FiT331 Là máy đo nồng độ cồn cho độ xác cao sở hữu thiết kế vô ưu việt nên FiT331 nằm top máy đo nồng độ cồn tốt nhất, mang lại kết đo chuẩn cho người dùng, cảnh sát giao... thơng điều khiển phương tiện có nồng độ cồn vượt mức quy định Để hạn chế việc gia tăng vụ tai nạn sử dụng rượu bia, em đã thiết kế hệ thống giám sát nồng độ cồn từ xa CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tình