0

Báo cáo đồ án hệ thống đo mực chất lỏng sử dụng cảm biến siêu âm

53 8 0
  • Báo cáo đồ án hệ thống đo mực chất lỏng sử dụng cảm biến siêu âm

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 14/05/2022, 18:46

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG 1 ĐỀ TÀI MÔ HÌNH ĐO MỰC CHẤT LỎNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM HIỂN THỊ KHOẢNG CÁCH TRÊN LCD BẰNG ARDUINO Giáo viên hướng dẫn Lê Uyên Anh Vũ Sinh viên thực hiện Trương Ngọc Hiệp Mã số sinh viên 1951040051 Lớp DV19 TPHCM, ngày 1 tháng 4 năm 2022 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG 3 1 1 Giới thiệu đề tài 3 1 2 Các yêu cầu cơ bản 5 1 3 Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu 6 1 3 1 Phương pháp 6 1 3 2 Ph. TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH ĐO MỰC CHẤT LỎNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM HIỂN THỊ KHOẢNG CÁCH TRÊN LCD BẰNG ARDUINO Giáo viên hướng dẫn: Lê Uyên Anh Vũ Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Hiệp Mã số sinh viên: 1951040051 Lớp: DV19 TPHCM, ngày tháng năm 2022 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu đề tài 1.2 Các yêu cầu 1.3 Phương pháp, phạm vi giới hạn nghiên cứu: .6 1.3.1 Phương pháp: 1.3.2 Phạm vi đề tài giới hạn nghiên cứu .6 1.4 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN ĐIỆN TỬ .8 2.1 Phân tích lựa chọn cảm biến siêu âm 2.1.1 Cảm biến siêu âm HC-SR04 10 2.1.2 Ưu nhược điểm cảm biến siêu âm HC-SR04 12 2.1.3 Cấu tạo cảm biến siêu âm .13 2.1.4 Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm 14 2.1.5 Thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm 15 2.2 Phân tích lựa chọn điều khiển .16 2.2.1 Ưu nhược điểm Arduino Uno R3 18 2.2.2 Năng lượng .18 2.3 Bộ phận hiển thị 21 2.4 Module I2C 23 2.5 Led đơn 24 2.6 Còi báo 26 2.7 Dây cắm 27 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG .28 3.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 28 3.2 Chức khối 29 3.3 Nguyên lí hoạt động .30 3.4 Mô hệ thống phần mềm Protues 31 3.4.1 Giới thiệu phần mềm mô Protues 31 3.4.2 Mô Protues 32 3.5 Thiết kế mạch đo phần mềm Fritzing 33 3.6 Xây dựng chương trình code điều khiển 34 CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH VÀ YÊU CẦU ĐẠT ĐƯỢC 38 4.1 Hoàn thành sản phẩm 38 4.2 Thực hành đọc kết .40 4.3 Đánh giá sản phẩm .42 4.4 Phạm vi ứng dụng 43 4.5 Xu hướng phát triển 43 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật, cách mạng công nghiệp đang bước phát triển - người kỹ thuật phải thay đổi tầm nhìn để theo kịp công nghệ đại Trọng tâm khoa học kỹ thuật văn minh công nghiệp đặt vào lĩnh vực cơng nghệ thông tin, công nghệ vật liệu, nguồn lượng, công nghệ sinh học công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động Từ Arduino đời, tạo nên bước ngoặc cho phát triển tự động hóa cơng nghiệp Arduino cơng cụ hỗ trợ đắc lực cho cơng việc lập trình Điểm hấp dẫn Arduino với người đam mê lập trình ngơn ngữ dễ học giống C/C++, ngoại vi bo mạch chuẩn hóa nên không cần biết nhiều điện tử, lập trình ứng dụng thú vị Thêm Arduino platform chuẩn hóa nên có nhiều bo mạch mở rộng (shield) để cắm chồng lên bo mạch Arduino, hình dung dễ hiểu "library" ngơn ngữ lập trình Với Arduino bạn ứng dụng vào mạch đơn giản mạch cảm biến ánh sáng bật tắt đèn, mạch điều khiển động cơ, cao bạn cóthể làm sản phẩm như: máy in 3D, Robot, khinh khí cầu, máy bay khơng người lái, Chính tính tiện lợi đơn giản cho người sử dụng mà Arduino trở thành tượng ngành điện tử giới Những sản phẩm cộng đồng người dùng Arduino thiết bị hỗ trợ Arduino lớn đến mức thống kê Arduino cấu tạo từ phần cứng phần mềm IDE Phần cứng hay ta nghe tên quen thuộc vi điều khiển, board mạch mã nguồn mở Nhằm ứng dụng kiến thức trang bị trình học tập vào thực tế dựa sở môn học “Đồ án điện tử viễn thông 1’’ em lựa chọn đề tài “Mơ hình đo mực chất lỏng sử dụng cảm biến siêu âm hiển thị khoảng cách lcd arduino” Nội dung hệ thống xử lý tín hiệu từ cảm biến siêu âm đo mức để điều khiển hoạt động hệ thống bơm ổn định mực chất lỏng bồn Hệ thống có khả ứng dụng rộng rãi hệ thống hệ thống chiết rót chai tự động, hệ thống pha trộn nguyên liệu chất lỏng, trạm chứa nước cung cấp cho sinh hoạt sản xuất Ngồi ra, cịn làm tảng để ứng dụng thuật toán điều khiển vào hệ thống khác hệ thống ổn định lò nhiệt, hệ thống ổn định lưu lượng đường ống dẫn chất lỏng… Mặc dù, trình thực đồ án em cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt chắn không tránh khỏi thiếu sót, mong q Thầy/Cơ thơng cảm mong nhận ý kiến đóng góp từ q Thầy/Cơ CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu đề tài Khoa Âm học âm thanh, thời Pythagoras vào kỷ thứ trước công ngun, người viết tính chất tốn học nhạc cụ dây Khả định vị dơi Lazzaro Spallanzani phát vào năm 1794, ông chứng minh dơi săn mồi di chuyển âm không nghe tầm nhìn Francis Galton vào năm 1893 phát minh cịi Galton, loại cịi điều chỉnh tạo sóng siêu âm, ơng dùng để đo phạm vi thính giác người động vật khác, chứng minh nhiều lồi động vật nghe âm phạm vi thính giác người Ứng dụng cơng nghệ sóng siêu âm nỗ lực phát tàu ngầm Paul Langevin vào năm 1917 Một số nhà sản xuất cảm biến siêu âm phổ biến Maxbotix, MigatronCorp, PKP, KEYENCE Hiện khoa học kĩ thuật ngày trọng vào phát triển ứng dụng khoa học kĩ thuật vào thực tiễn Nhằm mục đích đo vận tốc, đo chiều dài đo khoảng cách, nơi nguy hiểm mà người chưa thể đặt chân tới, cảm biến siêu âm cho đời Một cảm biến siêu âm sử dụng rộng rãi cảm biến HC-SR04.HC-SR04 có độ xác cao khoảng(2-400cm) giá thành rẻ Nhằm ứng dụng kiến thức trang bị trình học tập vào thực tế dựa sở môn học “Cảm biến hệ thống đo”, em lựa chọn đề tài “Xây dựng hệ thống đo mức chất lỏng bình chứa sử dụng cảm biến siêu âm cảm biến HC-SR04” Hình 1: Ứng dụng nước thải thị Hình 2: Sử dụng cảm biến siêu âm để đo mức nước bể chứa thủy điện Hình 3: Cảm biến siêu âm để đo mức nước mương 1.2 Các yêu cầu -Hệ thống phù hợp với nhu cầu người tiêu dùng, doanh nghiệp -Giá thành hệ thống phù hợp kết cấu nhỏ gọn -Sử dụng cảm biến siêu âm HC-SR04 kết hợp với mạch Arduino -Sai số trung bình khoảng 0,15% khoảng cách 2m trở lại -Hoạt động ổn định mơi trường có nhiệt độ từ 60°C trở xuống áp suất khoảng bar trở lại -Hiển thị LCD, LED Loa cảnh báo 1.3 Phương pháp, phạm vi giới hạn nghiên cứu: 1.3.1 Phương pháp: - Nghiên cứu nguyên lý hoạt động cảm biến HC-SR04 thông qua tài liệu internet -Tìm hiểu kĩ mạch điều khiển Arduino mơ Proteus cách kết nối với máy tính -Tìm cơng thức tốn học để tính dung tích nước, lưu lượng máy bơm thơng qua giá trị khoảng cách đo từ cảm biến - Đề xuất nghiên cứu linh kiện có mạch linh kiện bảo vệ - Mô mạch ứng dụng Proteus - Dựa tham khảo vào mơ hình tham khảo Internet để cải tiến thiết kế mục đích sử dụng 1.3.2 Phạm vi đề tài giới hạn nghiên cứu - Ngoài ứng dụng để đo mức nước, cảm biến siêu âm dùng để đo mức chất lỏng khác như: dầu ăn, nước trái cây, - Sử dụng công nghiệp hộ gia đình để phục vụ an tồn cho bình chứa, bể chứa hộ gia đình có cố tràn gây nguy hiểm 1.4 Ý nghĩa thực tiễn Có vai trị to lớn ngành công nghiệp nghiên cứu khoa học Đo lưu lượng có tầm quan trọng đặc biệt công nghiệp cần khống chế lượng chất lỏng tham gia vào q trình lị phản ứng hóa học, nhà máy sản xuất xi măng, động đốt, Bên cạnh sản phẩm phát triển thêm để ứng dụng vào để đo khoảng cách hay thăm dò nơi mà người chưa thể đặt chân đến 3.4 Mô hệ thống phần mềm Protues 3.4.1 Giới thiệu phần mềm mô Protues Proteus phần mềm cho phép mô hoạt động mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch viết chương trình điều khiển cho họ vi điều khiển MCS-51,PIC, AVR, … Proteus phần mềm mô mạch điện tử Lancenter Electronics, mô cho hầu hết linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho MCU PIC, 8051, AVR, Motorola Phần mềm bao gồm chương trình: ISIS cho phép mơ mạch ARES dùng để vẽ mạch in Proteus công cụ mô cho loại Vi Điều Khiển tốt, hỗ trợ dịng VĐK PIC, 8051, PIC, AVR, HC11, MSP430, ARM7/LPC2000 giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet, ngịai cịn mơ mạch số, mạch tương tự cách hiệu Proteus công cụ chuyên mô mạch điện tử Hình 14: Giao diện làm việc proteus 36 3.4.2 Mô Protues Tiến hành mô trường hợp xảy để xem kết hiển thị từ điều chỉnh chương trình cho tối ưu Hình 15: Khoảng cách mức an toàn , led xanh bật, led đỏ tắt Hình 16: Khoảng cách mức cảnh báo , led đỏ bật, led xanh tắt 37 3.5 Thiết kế mạch đo phần mềm Fritzing Fritzing phần mềm CAD phổ thơng thích hợp thiết kế phần cứng điện tử , để hỗ trợ sinh viên người có nhu cầu mơ mạch thực tế so với phần mềm khác Việc LCD có nhiều chân kết nối gây bất tiện đến mơ hình , sử dụng Module I2C để tối ưu hóa số chân kết nối với Arduino giảm lại Hình 17: Mơ mạch đo hệ thống 38 3.6 Xây dựng chương trình code điều khiển Code chương trình #include #include #define echoPin #define trigPin #define greenled #define redled #define loa 12 LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); float d_cm; float time; float distance; void setup() { Serial.begin (9600); pinMode(trigPin, OUTPUT); 39 pinMode(echoPin, INPUT); pinMode(greenled, OUTPUT); pinMode(4, OUTPUT); pinMode(redled, OUTPUT); pinMode(loa, OUTPUT); lcd.begin(16,2); lcd.print("Do khoang cach"); lcd.backlight(); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Cam bien sieu am"); delay(2000); lcd.clear(); lcd.print(" Ngoc Hiep"); delay(2000); } void loop() { lcd.clear(); digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(trigPin, HIGH); 40 delayMicroseconds(5); time = pulseIn(echoPin, HIGH); distance = time / 29.1 / 2; //cơng thức tính khoảng cách lcd.clear(); lcd.print("K.cach:"); lcd.print(distance); lcd.print("cm"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("K.cach:"); lcd.print(17 - distance); // hiển thị mực nước bể lcd.print("cm"); delay(1000); if (distanced1cm Đ Led xanh sáng (Hệ thống hoạt động bình thường) d d3cm Đ S Còi báo bật, Led đỏ sáng (Đưa... phóng cáo hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác nhau( tức màu sắc Led khác nhau).Mức lượng (và màu sắc Led) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc lượng nguyên tử chất bán dẫn Tùy vào loại Led mà điện
- Xem thêm -

Xem thêm: Báo cáo đồ án hệ thống đo mực chất lỏng sử dụng cảm biến siêu âm,

Từ khóa liên quan