Bài tập lớnmôn kỹ thuật cảm biến bài nghiên cứu và thiết kế ứng dụng cảm biến âm thanh, cảm biến ánh sáng

      BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TR ƯỜNG CAO Đ ẲNG CÔNG NGHỆ BÁCH KHOA HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN Môn kỹ thuật cảm biến 2022    BÀI NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ỨNG  DỤNG CẢM BIẾN ÂM THANH, CẢM  BIẾN ÁNH SÁNG GVHD:ths.NGUYỄN TÙNG LÂM    ST  T  DANH SÁCH THÀNH VIÊN TRONG NHÓM II Chữ ký Tên thành viên nhóm  PHẠM ĐĂNG KHOA TRỊNH THANH TÙNG  NGUYỄN ÁNH DƯƠNG  ĐẶNG VĂN HIỆU   DƯƠNG VĂN MINH   NGÔ NHẬT MINH    I.MỞ ĐẦU  Trong lĩnh vực linh kiện điện tử cụm từ Arduino phổ biến , Arduino dễ lập trình giá thành hợp lý ứng dụng nhiều mạch điện tử Cảm biến ánh sáng cảm biến âm ứng dụng phổ biến thiết bị thông minh Cảm biến ánh sáng , cảm biến âm giúp thiết bị phát khác biệt cường độ âm màu sắc ánh sáng môi trường xung quanh, từ mang lại nhiều cơng dụng hữu ích giúp cho sống có thêm ện nghi ,hiện đại Với kết hợp hoàn hảo hai điều nhóm nghiên cứu sản phẩm mạch chiếu sáng vỗ tay bật tắt sử dụng Arduino Nano II.NỘI DUNG CHÍNH Sơ đồ khối   Tín hiệu Cảm biến ánh sán Arduino Cảm biến âm Nano Arduino Nano Đèn Led   2.Sơ đồ nguyên lý    Hình ảnh sơ đồ nguyên lý 3.Cấu tạo a.ARDUINO - Arduino Nano bảng vi điều khiển thân thiện, nhỏ gọn, đầy đủ Arduino Nano nặng khoảng 7g với kích thước từ 1,8cm - 4,5cm Đặc điểm kỹ thuật Arduino Nano   Arduino Nano S chân analog I/O Cu trc Tc đ xung Dng tiêu th I/O S chân Digital I/O B nhơ EEPROM B nhơ Flash Thông số kỹ thuật     AVR 16 MHz 40mA   22 Đin p ng vo Vi điu khin Đin p hot đng Kch thươc bo mch KB 32 KB of which KB used by Bootloader  (7-12) Volts ATmega328P 5V 18 x 45 mm  Ngun tiêu th 19mA      Ng PWM     SRAM 2KB     Cân   gms Sơ đồ chân   Chức chân Th t chân Tên Pin D1 / TX Kiu I/O D0 / RX I/O RESET Đầu vo GND D2 D3 D4 D5 D6 D7   D8   D9   D10   D11   D12   D13   3V3   Ngun I/O I/O I/O I/O I/O I/O AREF Đầu vo 10 11 12 13 14 15 16 17 18 I/O I/O I/O I/O I/O I/O Đầu   Chc nng Ng vo/ra s Chân TX-truyn liu Ng vo/ra s Chân Rx-nhận liu Chân reset, hot đng  mc thp Chân ni mass Ng vo/ra digital Ng vo/ra digital Ng vo/ra digital Ng vo/ra digital Ng vo/ra digital Ng vo/ra digital   Ng vo/ra digital   Ng vo/ra digital   Ng vo/ra digital   Ng vo/ra digital   Ng vo/ra digital   Ng vo/ra digital   Đầu 3.3V (từ FTDI) Tham chiếu ADC   19 A0   Đầu vo 20 A1 Đầu vo 21 A2 Đầu vo 22 A3 Đầu vo 23 A4 Đầu vo 24 A5 Đầu vo 25 A6 Đầu vo 26 A7 Đầu vo 27 + 5V   Đầu hoăc đầu vo   28 RESET   Đầu vo   29 GND   VIN    Ngun    Ngun   30 b Modul cảm biến âm Kênh đầu vo tưng t kênh   Kênh đầu vo tưng t kênh   Kênh đầu vo tưng t kênh   Kênh đầu vo tưng t kênh   Kênh đầu vo tưng t kênh Kênh đầu vo tưng t kênh Kênh đầu vo tưng t kênh Kênh đầu vo tưng t kênh + Đầu 5V (từ b điu chỉnh On-board) hoăc + 5V (đầu vo từ ngun đin bên ngoi)   Chân đăt li, hot đng  mc thp   Chân ni mass   Chân ni vơi ngun vo     Hình ảnh modul cảm biến âm Cảm biến âm loại module sử dụng để nhận biết âm Nói chung, module sử dụng để phát cường độ âm Các ứng dụng module chủ yếu bao gồm công tắc, bảo mật, giám sát Độ xác cảm biến thay đổi để dễ sử dụng Cảm biến sử dụng micrô để cung cấp đầu vào cho đệm, dò đỉnh khuếch đại Cảm biến thông báo âm xử lý n hiệu điện áp o / p tới vi điều khiển Sau đó, thực xử lý theo yêu cầu Cảm biến có khả xác định mức độ ếng ồn phạm vi DB’s hay decibel tần số kHz kHz khoảng tai người cảm nhận Sơ đồ chân cảm biến âm Cấu hình chân cảm biến âm Cảm biến gồm ba chân   Chân (VCC): 3.3V DC đến 5V DC Chân (GND): Đây chân nối mass Chân (DO): Đây chân đầu Đặc nh Các nh cảm biến âm bao gồm: Các cảm biến sử dụng đơn giản Nó cho n hiệu o / p analog Chỉ cần kết hợp đơn giản cách sử dụng module logic khu vực đầu vào Thông số kỹ thuật Các thông số kỹ thuật cảm biến âm bao gồm Phạm vi điện áp hoạt động 3.⅗ V Dòng hoạt động ~ mA Mức tăng điện áp 26 dB ((V = 6V, f = 1kHz) Độ nhạy micrô (1kHz) 52 đến 48 dB Trở kháng micrô 2,2k Ohm Tần số micrô 16 đến 20 kHz Tỷ lệ n hiệu ếng ồn 54 dB   c.Modul cảm biến ánh sáng Cảm biến ánh sáng thiết bị quang điện chuyển đổi ánh sáng (bao gồm ánh sáng nhìn thấy ánh sáng dạng a hồng ngoại) thành n hiệu điện Nó dạng thiết bị cảm biến thơng minh nhận biết biến đổi môi trường thông qua mắt cảm biến Từ đó, điều chỉnh ánh sáng cho phù hợp   Hình ảnh modul cảm biến ánh sáng Cảm biến nhận biết điều chỉnh ánh sáng dựa ốt quang học Cảm biến ánh sáng gọi “thiết bị quang điện” hay “cảm biến ảnh lượng chuyển đổi từ phonto sang electron Thông số kĩ thuật:      Điện áp hoạt động: 3.3V-5V Kích thước PCB: 3cm * 1.6cm Led xanh báo nguồn ánh sáng IC so sánh : LM393 VCC: 3.3V-5V      GND: 0V DO: Đầu n hiệu số (0 1) AO: Đầu Analog (Tín hiệu tương tự)   Mơ tả sơ đồ chân modul cảm biến ánh sáng     AO: Tín hiệu analog DO: Tín hiệu digital GND: Nối Mass- Cực âm VCC: Nối nguồn 3.3V đến 5V 4.Nguyên lý hoạt động a.Arduino  Các chân: 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 16 Arduino Nano có 14 ng vào/ra digital Các chân làm việc với điện áp tối đa 5V Mỗi chân cung cấp nhận dịng điện 40mA có điện trở kéo lên khoảng 20-50kΩ Các chân sử dụng làm đầu vào đầu ra, sử dụng hàm pinMode (), digitalWrite () digitalRead () Ngoài chức đầu vào đầu số, chân có số chức bổ sung  Chân 1, 2: Chân nối ếp Hai chân nhận RX truyền TX sử dụng để truyền liệu nối ếp TTL Các chân RX TX kết nối với chân tương ứng chip nối ếp USB tới TTL 10    Chân 6, 8, 9, 12, 13 14: Chân PWM Mỗi chân số cung cấp n hiệu điều chế độ rộng xung bit Tín hiệu PWM tạo cách sử dụng hàm analogWrite ()  Chân 5, 6: Ngắt Khi cần cung cấp ngắt cho xử lý điều khiển khác, sử dụng chân Các chân sử dụng phép ngắt INT0 INT1 tương ứng cách sử dụng hàm aachInterrupt () Các chân sử dụng để kích hoạt ba loại ngắt ngắt giá trị thấp, tăng giảm mức ngắt thay đổi giá trị ngắt  Chân 13, 14, 15 16: Giao ếp SPI Khi bạn không muốn liệu truyền không đồng bộ, bạn sử dụng chân ngoại vi nối ếp Các chân hỗ trợ giao ếp đồng với SCK Mặc dù phần cứng có nh phần mềm Arduino lại khơng có Vì vậy, bạn phải sử dụng thư viện SPI để sử dụng nh  Chân 16: Led Khi bạn sử dụng chân 16, đèn led bo mạch sáng  Chân 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 26 : Ng vào/ra tương tự  Arduino Nano có đầu vào tương tự (19 đến 26), đánh dấu A0 đến A7 Điều có nghĩa bạn kết nối kênh 11   đầu vào tương tự để xử lý Mỗi chân tương tự có ADC có độ phân giải 1024 bit (do cho giá trị 1024) Theo mặc định, chân đo từ mặt đất đến 5V Nếu bạn muốn điện áp tham chiếu 0V đến 3.3V, nối với nguồn 3.3V cho chân AREF (pin thứ 18) cách sử dụng chức analogReference () Tương tự chân digital Nano, chân analog có số chức khác  Chân 23, 24 A4 A5: chuẩn giao ếp I2C Khi giao ếp SPI có nhược điểm cần chân giới hạn thiết bị Đối với truyền thông đường dài, cần sử dụng giao thức I2C I2C hỗ trợ với hai dây Một cho xung (SCL) cho liệu (SDA) Để sử dụng nh I2C này, cần phải nhập thư viện có tên Thư viện Wire  Chân 18: AREF Điện áp tham chiếu cho đầu vào dùng cho việc chuyển đổi ADC  Chân 28: RESET Đây chân reset mạch nhấn nút rên bo Thường sử dụng để kết nối với thiết bị chuyển mạch để sử dụng làm nút reset b.Modul cảm biến ánh sáng Module cảm biến ánh sáng có đầu n hiệu D0 A0, đầu A0 lấy từ quang trở đưa vào so sánh lm393 để đưa 12   mức điện áp 0V 5V Biến trở điều chỉnh độ nhạy cảm biến, bạn tùy ý thay đổi biến trở để cảm biến đưa mức với cường độ ánh sáng phù hợp Khi trời tối, cảm biến đưa mức kích mở tran C1815 led sáng Khi trời sáng, cảm biến đưa mức tran C1815 không dẫn, led tắt c.Modul cảm biến âm   Khi có âm thanh, chân Out cảm biến đưa mức 1, chân ic 4013 đưa mức chốt cho dù không cịn nguồn âm trì Tran NPN cấp mức dẫn rơ le dẫn Khi có âm phát lần 2, chân ic 4013 đưa mức 0, tran không dẫn làm rơ le ngắt 5.Hình ảnh thực tế 13     Quá trình nỗ lực hàn mạch thực tế nhóm 14     Hình ảnh nạp code cho arduino 15     Hình ảnh bo mạch 16   III.KẾT LUẬN -Mạch chạy hiệu ổn định , đèn sáng tắt theo ếng vỗ lập trình - Mạch vỗ tay điều khiển đèn bật tắt hiệu cao, giá thành rẻ nh ứng dụng cao thực tế đời sống ngày 17