ĐỒ án tốt NGHIỆP đại học CNKT điện tử TRUYỀN THÔNG THIẾT kế, CHẾ tạo THIẾT bị đo và CẢNH báo NỒNG độ cồn TRONG hơi THỞ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CNKT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO VÀ CẢNH BÁO NỒNG ĐỘ CỒN TRONG HƠI THỞ CBHD: THS NGUYỄN NGỌC ANH Sinh viên: NGUYỄN THỊ THƯ Mã số sinh viên: 2017602902 Hà Nội – 2021 ii LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập trường đến nay, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc thầy cô trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội, đặc biệt thầy cô khoa tạo điều kiện cho em để em hoàn thành tốt báo cáo đồ án tốt nghiệp Và em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Anh nhiệt tình hướng dẫn em hồn thành tốt báo cáo Trong q trình làm báo cáo khó tránh khỏi sai sót, mong Thầy, Cô bỏ qua Đồng thời kinh nghiệm thực tiễn em cịn hạn chế nên đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp Thầy, Cơ để em học thêm nhiều kinh nghiệm cho phát triển sau Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Sinh viên thực Nguyễn Thị Thư iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU v LỜI NÓI ĐẦU vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO VÀ CẢNH BÁO NỒNG ĐỘ CỒN TRONG HƠI THỞ 1.1 Đặt vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Sự cần thiết của thiết bị thực tế 1.1.2 Những thiết bị có thực tế và hạn chế 1.1.3 Đặt vấn đề 1.1.4 Mục tiêu của đề tài 1.2 Kế hoạch thực hiện đề tài 1.3 Bố cục đề tài 1.4 Kết luận chương CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO VÀ CẢNH BÁO NỒNG ĐỘ CỒN TRONG HƠI THỞ .5 2.1 Cảm biến nồng độ cồn 2.1.1 Khái niệm nồng độ cồn .5 2.1.2 Cảm biến nồng độ cồn .5 2.2 Màn hình LCD 10 2.2.1 Khái niệm màn hình LCD 10 2.2.2 Màn hình LCD 16x2 10 2.2.3 Điều khiển hoạt động LCD 12 2.3 Nguồn pin 13 2.3.1 Khái niệm pin 13 2.3.2 Pin sạc 18650 3.7V 2000mAh: 14 2.4 Mạch Arduino .15 iv 2.4.1 Phần cứng 15 2.4.2 Phần mềm 16 2.4.3 Arduino Nano 17 2.5 Mạch hạ áp module LM2596 20 2.5.1 Giới thiệu 20 2.5.2 Module LM2596 .21 2.6 Module SIM 800L 22 2.6.1 Thông số kĩ thuật .22 2.6.2 Các chế độ hoạt động Module Sim 800L 23 2.6.3 Các tập lệnh AT test Module Sim 800L 24 2.7 Kết luận chương 25 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH THIẾT BỊ ĐO VÀ CẢNH BÁO NỒNG ĐỘ CỒN TRONG HƠI THỞ 26 3.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 26 3.1.1 Yêu cầu thiết kế 26 3.1.2 Sơ đồ khối 26 3.1.3 Chức từng khối: 26 3.2 Sơ đồ nguyên lí của thiết bị đo và cảnh báo nồng độ cồn .27 3.2.1 Sơ đồ nguyên lí toàn mạch 27 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý nhiệm vụ từng khối 27 3.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán 30 3.4 Thiết kế phần cứng 30 3.4.1 Sơ đồ mạch in 30 3.4.2 Sản phẩm thực tế .31 3.5 Kết luận chương 34 KẾT LUẬN 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO .36 PHỤ LỤC 37 v DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU Hình 1: Máy đo nồng độ cồn DA 800 Hình 2: Máy đo nồng độ cồn TigerDirect ATAMT6100 Hình 1: Cảm biến MQ-3 Hình 2: Sơ đồ mạch điện của cảm biến .6 Hình 3: Hình thực tế và sơ đồ nguyên lý của cảm biến MQ-3 Hình 4: Các bộ phận bên MQ-3 Hình 5: Một số hình ảnh minh họa hoạt động của MQ-3 Hình 6: Mặt trước và mặt sau cảu module cảm biến MQ-3 Hình 7: Hình ảnh sơ đồ nguyên lí của module cảm biến MQ-3 Hình 8: Màn hình LCD 16 x 10 Hình 9: Một số loại pin .14 Hình 10: Pin sạc 18650 3.7V 2000mAh 14 Hình 11: Phần mềm Arduino IDE .16 Hình 12: Arduino Nano .17 Hình 13: Mặt của Arduino Nano .19 Hình 14: Module LM2596 21 Hình 15: Sơ đồ chân của module 2596 .22 Hình 16: Module SIM 800L 23 Hình 1: Sơ đồ khối của thiết bị đo nồng độ cồn thở 26 Hình 2: Sơ đồ nguyên lí toàn mạch 27 Hình 3: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 28 Hình 4: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 28 Hình 5: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 28 Hình 6: Sơ đồ nguyên lý khối đo nồng độ cồn 29 Hình 7: sơ đồ nguyên lý khối thông báo 29 Hình 8: Sơ đồ nguyên lý khối báo động 29 vi Hình 9: Lưu đồ thuật toán 30 Hình 10: Mạch in 2D 31 Hình 11: Mạch in 3D 31 Hình 12: Hệ thống đã khởi tạo 32 Hình 13: Hình ảnh thiết bị đo và cảnh báo nồng độ cồn môi trường bình thường 32 Hình 14: Hình ảnh thiết bị đo và cảnh báo nồng độ cồn có nồng độ cồn vượt ngưỡng 0,25mg/l 33 Hình 15: Tin nhắn gửi về điện thoại để cảnh báo .33 Hình 16: Sản phẩm sau đóng gói và hoàn thiện 34 Bảng 1: Các thông số kĩ thuật của cảm biến MQ-36 Bảng 2: Bảng chức của từng chân và ghép nối chi tiết LCD 11 Bảng 3: Bảng mã lệnh điều khiển LCD TC 1602A 13 vii LỜI NÓI ĐẦU Theo thống kê tổ chức y tế giới WHO bia rượu nguyên nhân gây tai nạn hàng đầu cho người tham gia giao thông, đặc biệt Việt Nam quốc gia tiêu thụ lượng bia rượu đứng hàng đầu giới Nên việc tuyên truyền vận động người dân không tham gia giao thông sử dụng rượu bia ưu tiên hàng đầu Với lí trên, em đã chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo thiết bị đo và cảnh báo nồng độ cồn thở” làm đồ án tốt nghiệp Thiết bị sẽ đo và cảnh báo nồng độ cồn thở vượt quá ngưỡng cho phép để người điều khiển phương tiện tham gia giao thông chủ động việc giảm thiểu tai nạn giao thông và không vi phạm quy định của luật giao thông Đây đề tài sát với thực tế, mang tính ứng dụng thực tiễn cao Điều tạo động lực cảm hứng cho sinh viên tìm tịi nghiên cứu Trong đồ án hẳn cịn nhiều sai sót, em mong nhận bảo, hướng dẫn thầy đóng góp bạn sinh viên để đồ án hoàn thiện Em chân thành cảm ơn! viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt ADC Analog Digital Converter Bộ chuyển đổi tín hiệu analog sang digital EIR Equipment Indentity Register Thanh ghi định dạng thiết bị IDE Integrated Development Environment Mơi trường lập trình LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng LED Light Emitting Diode Đi ốt phát quang SMS Short Message Services Tin nhắn văn bản UART Universal Asynchronous Receiver / Transmitter Truyền thông nối tiếp I2C Inter Intergrated Circuit Đường bus giao tiếp IC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO VÀ CẢNH BÁO NỒNG ĐỘ CỒN TRONG HƠI THỞ 1.1 Đặt vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Sự cần thiết của thiết bị thực tế Trong năm gần đây, số vụ tai nạn giao thông liên quan đến rượu, bia ngày tăng Các biện pháp quan chức áp dụng chưa mang tính triệt lập trạm kiểm tra cố định di động kiểm tra ngẫu nhiên xe lưu thơng đường hình thức thổi vào máy đo Biện pháp không chủ động ngăn chặn kịp thời lái xe uống rượu bia mà điều khiển xe Mặt khác kiểm tra liên tục tất xe lưu thông đường thời gian cần cho lần kiểm tra kéo dài gây ách tắc giao thông đường Các điều luật xử lý người điều khiển phương tiện tình trạng say rượu bia nhà nước ban hành Tuy nhiên thời điểm việc chấp hành quy định chủ yếu trông chờ vào ý thức tự giác người điều khiển phương tiện giao thông Trong đó, mức phạt nồng độ cồn cho ô tô và xe máy đều rất nghiêm khắc Với xe máy, phạt tiền từ 2.000.000 đồng đến 3.000.000 đồng người điều khiển xe đường mà máu thở có nồng độ cồn vượt 50 miligam đến 80 miligam/100 mililít máu vượt 0,25 miligam đến 0,4 miligam/1 lít khí thở Hình phạt bổ sung bị tước quyền sử dụng Giấy phép lai xe từ 10 tháng đến 12 tháng [1] Trên thực tế có nhiều biện pháp đo nồng độ cồn người điều khiển phương tiện giao thông mà hãng xe đưa như: Xác định nồng độ cồn qua thở, qua mồ hôi tiếp xúc qua da, trạng thái say rượu qua phản ứng nét mặt mắt người quan sát nhờ camera gắn vô lăng, trạng thái say rượu qua hành vi lái xe, phát nồng độ cồn mẫu máu Việc cảnh báo nồng độ cồn qua thở không tác động trực tiếp lên thể, không gây cản trở thao tác điều khiển, khó chịu cho người lái xe 1.1.2 Những thiết bị có thực tế và hạn chế Qua tham khảo kết nghiên cứu, ứng dụng gần phương pháp xác định nồng độ cồn qua thở sử dụng phổ biến với loại máy đo nồng độ cồn khác như: Máy đo nồng độ cồn TigerDirect ATAMT198, máy đo nồng độ cồn TigerDirect ATAMT128 Hình 1: Máy đo nồng độ cồn DA 800 Hình 2: Máy đo nồng độ cồn TigerDirect ATAMT6100 Hầu hết máy đo nồng độ cồn chính hãng bán thị trường với giá gần triệu đồng mà có chức xác định nồng độ cồn mà khơng có chức cảnh báo ngăn chặn người điều khiển phương tiện giao thông vi phạm sử dụng rượu bia Với giá thành vậy, việc nghiên cứu, ... pháp xác định nồng độ cồn qua thở sử dụng phổ biến với loại máy đo nồng độ cồn khác như: Máy đo nồng độ cồn TigerDirect ATAMT198, máy đo nồng độ cồn TigerDirect ATAMT128 Hình 1: Máy đo nồng độ... giao thông vi phạm sử dụng rượu bia Với giá thành vậy, việc nghiên cứu, chế tạo lắp đặt thiết bị xác định nồng độ cồn qua thở, phát hiện, cảnh báo, ngăn chặn người điều khiển phương tiện giao thông. .. camera gắn vô lăng, trạng thái say rượu qua hành vi lái xe, phát nồng độ cồn mẫu máu Việc cảnh báo nồng độ cồn qua thở không tác động trực tiếp lên thể, không gây cản trở thao tác điều khiển, khó