Thiết kế mô hình kiểm tra nồng độ cồn cho người lái xe trước khi tham gia giao thông sử dụng vi điều khiển 16f877a

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH THIẾT KẾ MƠ HÌNH KIỂM TRA NỒNG ĐỘ CỒN CHO NGƯỜI LÁI XE TRƯỚC KHI THAM GIA GIAO THÔNG SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN 16F877A CBHD Sinh viên : TS Nguyễn Đắc Hải : Nguyễn Thị Tuyết Mai Mã số sinh viên : 1141250128 Hà Nội – Năm 2020 Mục lục DANH MỤC HÌNH ẢNH .1 DANH MỤC BẢNG BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MƠ HÌNH MÁY ĐO NỒNG ĐỘ CỒN 1.1 Giới thiệu máy đo nồng độ cồn 1.2 Ứng dụng máy đo nồng độ cồn thực tế 1.3 Một số máy đo nồng độ cồn phổ biến thực tế .10 1.3.1 Máy đo nồng độ cồn thở Alcohol meter HT-611 10 1.3.2 Máy đo độ cồn rượu LH-J80 .11 1.3.3 Khúc xạ kế đo nồng độ cồn REF- 511 12 1.4 Nguyên lý máy đo nồng độ cồn thở [5] 13 1.5 Những phương pháp xác định nồng độ cồn máu [5] 14 1.6 Vấn đề tồn 14 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 15 2.1 Quy định nồng độ cồn mức phạt 15 2.2 Sơ lược PIC 17 2.2.1 Khái niệm PIC .17 2.2.2 Ưu điểm lựa chọn vi điều khiển 16f887a 17 2.2.3 Kiến trúc PIC 18 2.2.4 Các dòng PIC cách lựa chọn vi điều khiển PIC [1] 19 2.2.5 Ngơn ngữ lập trình cho PIC [1] 20 2.3 Vi điều khiển PIC16f877A .20 2.3.1 Cấu trúc tổng quát PIC16f877A [6] 20 2.3.2 Tổ chức nhớ .21 2.3.3 Sơ đồ chức chân PIC16F877A [6] 24 2.3.4 Biến đổi ADC 27 2.4 Module cảm biến MQ3 [7] .30 2.5 LCD 1602 .32 2.5.1 Tìm hiểu thơng số kĩ thuật LCD 1602 [8] 32 2.5.2 Chức chân LCD 1602 [8] 33 2.6 Chuẩn giao tiếp I2C 34 2.6.1 Giới thiệu giao tiếp I2C 34 2.6.2 Đặc điểm .35 2.6.3 Phần cứng 35 CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ MẠCH 38 3.1 Xây dựng sơ đồ khối 38 3.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán 38 3.3 Sơ đồ nguyên lí hệ thống 40 3.4 Khối nguồn .41 3.5 Khối cảm biến 41 3.6 Khối xử lý trung tâm 42 3.7 Khối hiển thị 42 3.8 Khối cảnh báo 43 3.9 Thiết kế mạch 44 3.9.1 Phần mềm 44 3.9.2 Phần cứng 44 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ .47 4.1 Kết đạt .47 4.2 Kết chưa đạt 48 4.3 Đánh giá 48 KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 Phụ lục 51 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Máy đo nồng cồn thực tế [4] Hình 1.2: Máy đo nồng độ cồn thở Alcohol meter HT-611 [5] .10 Hình 1.3: Máy đo độ cồn rượu LH-J80 [5] 12 Hình 1.4: Khúc xạ kế đo nồng độ cồn REF- 511 [5] .13 Hình 2.1: Kiểm tra nồng độ cồn trực tiếp [10] 16 Hình 2.2: Kiến trúc Von-neuman [1] .18 Hình 2.3: Kiến trúc Harvard [1] 19 Hình 2.4: Sơ đồ khối PIC16f877A [6] 20 Hình 2.5: Bộ nhớ chương trình PIC16f877a [1] 22 Hình 2.6: Sơ đồ nhớ liệu PIC16f877a [1] 24 Hình 2.7: PIC16F877A [6] 25 Hình 2.8: Sơ đồ khối chuyển đổi ADC [1] .28 Hình 2.9: Cách lưu kết chuyển đổi AD [1] .29 Hình 2.10: Cảm biến MQ-3 [7] .30 Hình 2.12: LCD 1602 [8] 33 Hình 2.13: LCD 1602 [8] 34 Hình 2.14: I2C Bus [9] 36 Hình 3.1: Mơ hình hóa hệ thống điều khiển 38 Hình 3.3 Sơ đồ ngun lí tồn mạch 40 Hình 3.4: Khối nguồn 41 Hình 3.5: Cảm biến MQ-03 41 Hình 3.6: Vi điều khiển Pic16f877a 42 Hình 3.7: Mơ LCD1602 .43 Hình 3.8: Khối cảnh báo 43 Hình 3.9: Sơ đồ mạch in 44 Hình 3.10: Mạch in hồn chỉnh .45 Hình 3.11: Mạch thiết kế .46 Hình 4.1: Khi bật nguồn 47 Hình 4.2: Nồng độ cồn vượt ngưỡng led chuyển đỏ 48 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Các thông số kĩ thuật cảm biến MQ-3 31 BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ PIC Programable Intelligent Computer ADC Analog Digital Converter LCD Liquid Crystal Display EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory MPLAP Matrix laboratory ROM Read Only Memory RAM Random Access Memory PWM SFG GPR Pulse Width Modulation Special Function Register General Purpose Register MSSP PSP Master Synchronous Serial Port Parallel Slave Port SCL Serial Clock Line SDA Serial Data Line I2C Inter-Integrated Circuit USART Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter I/O Input/ Output LỜI CAM ĐOAN Để hoàn thành đề tài em có tham khảo số tài liệu liên quan đến hệ thống thiết kế mơ hình máy đo nồng độ cồn Em xin cam đoan đồ án em thực hiện, số liệu kết nghiên cứu đề tài trung thực Mọi giúp đỡ cho báo cáo cảm ơn thơng tin trích dẫn báo cáo ghi nguồn gốc rõ ràng Hà Nội, tháng năm 2020 Sinh viên thực Nguyễn Thị Tuyết Mai LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời em xin cảm ơn chân thành đến tồn thể thầy trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội thầy cô khoa Điện tử, người tận tình hướng dẫn, dạy dỗ trang bị cho em kiến thức bổ ích bốn năm vừa qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Đắc Hải hướng dẫn cho em kiến thức, kỹ cần có để hồn thành đề tài nghiên cứu Sau em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè động viên, cổ vũ đóng góp ý kiến trình học tập, nghiên cứu trình làm đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên trình nghiên cứu đề tài, kiến thức chuyên ngành cịn hạn chế nên em cịn nhiều thiếu sót tìm hiểu, đánh giá trình bày đề tài Rất mong nhận quan tâm, góp ý thầy cô giảng viên môn để đề tài em dầy đủ hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài 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 Ngoài việc trang bị cho chiến sỹ cảnh sát giao thông máy đo nồng độ cồn cần thiết Khi có máy đo nồng độ cồn chiến sỹ giao thơng kịp thời phát hiện, nhắc nhở, xử phạt người tham gia giao thơng mà có nồng độ cồn vượt mức quy định nhằm góp phần giảm thiểu số vụ tai nạn xảy Vì việc đề xuất thiết bị đo, giám sát cảnh báo nồng độ cồn kết hợp với truyền thông tin người vi phạm nồng độ cồn lên server cần thiết Tuy nhiên thiết bị đo thị trường thiết bị ngoại nhập, giá thành cao, việc nghiên cứu thiết kế thiết bị có nhu cầu thực tế Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu mơ hình máy kiểm tra nồng độ cồn cho người lái xe trước tham gia giao thơng Mục đích nghiên cứu Thiết bị đo hiển thị kết đo trực quan thiết bị Do chốt kiểm tra, chiến sĩ cơng an kiểm tra người tham gia giao thơng có chứa nồng độ cồn không để phép tham gia thông Từ giảm thiểu vụ tai nạn giao thông đáng tiếc xảy Phạm vi nghiên cứu Đề tài thiết kế máy kiểm tra nồng độ cồn cho người lái xe trước tham gia giao thông sâu vào vấn đề sau đây:  Đo nồng đồ cồn thở thể người 40 LCD1602 để biết giá trị tại, giá trị trả sau tính tốn vượt qua ngưỡng cho phép báo hiệu cịi led đỏ sáng, trạng thái bình thường cho hiển thị led màu xanh Hình 3.2: Lưu đồ thuật tốn 41 3.3 Sơ đồ ngun lí hệ thống Hình 3.3 Sơ đồ ngun lí tồn mạch 42 3.4 Khối nguồn Hình 3.4: Khối nguồn Ngun lí hoạt động: Khối nguồn gồm LM7805 tụ hóa, led báo nguồn cung cấp Đầu vào dòng 6-30 volt, đầu dòng ổn định volt, có nhiệm vụ cấp nguồn cho tồn hệ thống 3.5 Khối cảm biến Hình 3.5: Cảm biến MQ-03 43 Nguyên lý hoạt động: Module cảm biến nồng độ cồn ( C2 H OH ) MQ-03 hoạt động dựa nguyên tắc điện trở thay đổi C2 H OH bay tác động lên lớp Sn O2 phủ cảm biến MQ-03 có chân trả giá trị, chân Analog, chân Digital 3.6 Khối xử lý trung tâm Hình 3.6: Vi điều khiển Pic16f877a Nguyên lý hoạt động: Cảm biến Mq-03 kết nối chân liệu Analog vào vi điều khiển, giá trị đưa liên tục cung cấp cho vi điều khiển tính tốn xử lý 3.7 Khối hiển thị 44 Hình 3.7: Mơ LCD1602 Ngun lý hoạt động: LCD1602 giao tiếp với vi điều khiển thông qua giao tiếp chuẩn I2C với chân liệu chân điều khiển, LCD nhiệm vụ hiển thị giá trị nồng độ cồn khơng khí 3.8 Khối cảnh báo Hình 3.8: Khối cảnh báo 45 Nguyên lý hoạt động: Khối cảnh báo điều khiển thông qua vi điều khiển sau đọc giá trị trả thông qua cảm biến, hiển thị đèn xanh với giá trị ngưỡng cho phép, đèn đỏ còi kêu với ngưỡng vượt giá trị cho phép 3.9 Thiết kế mạch 3.9.1 Phần mềm Mạch in Hình 3.9: Sơ đồ mạch in 3.9.2 Phần cứng 46 Mạch in thực tế Hình 3.10: Mạch in hồn chỉnh Mạch thiết kế 47 Hình 3.11: Mạch thiết kế 48 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 4.1 Kết đạt - Thiết kế mơ hình, mạch đo nồng độ cồn, hiển thị cảnh báo theo ngưỡng đặt trước - Hiểu thêm vi điều khiển 16f887a, cảm biến đo nồng độ cồn MQ-03 LCD1602 - Đo nồng đồ cồn thở người tham gia giao thông, cảnh báo nguy hiểm đưa hình thức phạt - Lắp ráp mạch theo yêu cầu đảm bảo tính kỹ thuật Kết test: Khi nạp code thành công, nguồn sáng đồng thời LCD1602 thị nồng độ cồn giá trị (mg/l) 49 Hình 4.1: Khi bật nguồn Hình 4.2: Nồng độ cồn vượt ngưỡng led chuyển đỏ Khi nồng độ cồn đo 0.2 (mg/l) nghĩa chưa vượt qua ngưỡng đặt trước led hiển thị màu xanh Khi nồng độ cồn LCD hiển thị lớn 0.2 (mg/l) vượt ngưỡng cho phép led hiển thị màu đỏ đồng thời còi kêu to cảnh báo 4.2 Kết chưa đạt - Phần mạch điện tử khơng đẹp ngồi thị trường - Kết nồng độ cồn đo chưa xác tuyệt đối 4.3 Đánh giá - Mơ hình hóa sơ đồ khối, hiểu nguyên lí hoạt động tồn mạch - Mơ proteus, thiết kế mạch ngun lí, mạch in - Kiểm thử mơ hình đo nồng độ cồn hiển thị cảnh báo 50 KẾT LUẬN Ưu điểm, nhược điểm sản phẩm  Ưu điểm - Chuông báo to rõ - Trọng lượng nhẹ dễ cầm tay - Chi phí đầu tư thấp  Nhược điểm - Phần thiết kế mạch khơng đẹp ngồi thị trường - Thuật tốn không tối ưu, giá trị đo khơng xác tuyệt đối Hướng phát triển đề tài - Thiết kế mơ hình gọn nhẹ, đẹp cải thiện thuật tốn để đo xác - Nghiên cứu tích hợp nhiều tính khác như: đo gửi liệu lên máy tính để lưu lại thay báo cịi, led 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO GIÁO TRÌNH THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Tình (25/12/2008), Giáo trình vi điều khiển PIC16f877a, Trường Sĩ Quan Chỉ huy Kĩ thuật thơng tin [2] ThS Nguyễn Đình Phú, ThS Phan Vân Hoàn, ThS Trương Ngọc Anh (2006), Vi điều khiển ứng dụng – Giáo trình thực hành PIC, Nhà xuất niên [3] Phạm Quang Huy, PGD TS Trần Thu Hà (6/2017), Tự học Proteus hình ảnh, Nhà xuất niên WEBSITE [4] https://maydochuyendung.com/tin-tuc/chi-tiet/may-do-do-con-va-loiich-cua-may-do-do-con [5] https://maydinhvigps.vn/may-do-nong-do-con-la-gi-3857.html [6]https://www.academia.edu/11538210/S%E1%BB%AD_d%E1%BB %A5ng_vi_%C4%91i%E1%BB%81u_khi%E1%BB%83n_PIC16F877A_l %C3%A0m_chip_%C4%91i%E1%BB%81u_khi%E1%BB%83n_trung_t %C3%A2m [7] https://www.academia.edu/27876447/Do_nong_do_con_MQ3_Final [8]https://suachualaptop24h.com/default.aspx?categorykey=goc-chiase&title=tim-hieu-thong-so-ki-thuat-cua-lcd-1602&id=5212 [9] http://dammedientu.vn/gioi-thieu-chuan-giao-tiep-i2c/ [10] https://luatannam.vn/tin-tuc/di-xe-may-vuot-qua-nong-do-con-baonhieu-thi-bi-xu-phat 52 Phụ lục Code CCS C: #define LCD_RS_PIN PIN_D0 #define LCD_RW_PIN PIN_D1 #define LCD_ENABLE_PIN PIN_D2 #define LCD_DATA4 PIN_D4 #define LCD_DATA5 PIN_D5 #define LCD_DATA6 PIN_D6 #define LCD_DATA7 PIN_D7 #include #device *=16 ADC=8 #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT #use delay (clock=4000000) #include #include void main() { float i=0; float sensorVolt = 0; float test = 0; TRISB = 0x00; TRISA = 0xFF; setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_32); setup_adc_ports(AN0); set_adc_channel(0); delay_ms(100); NOPROTECT, NODEBUG, 53 lcd_init(); Delay_ms(100); while(TRUE) { i = (float)read_adc(); sensorVolt = (float)i/1024.0*5.0; test = (0.67*sensorVolt) - 0.4; if(test0.2) { RB0 = 0; RB1 = 1; RB2 = 1; lcd_gotoxy(1,2); lcd_putc("Co nong con"); } else { RB0 = 1; RB1 = 0; RB2 = 0; lcd_gotoxy(1,2); lcd_putc("Binh Thuong"); } 54 } }