Đang tải... (xem toàn văn)
Trong cuộc sống hiện nay, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất và con người. Trong đó, nhiệt độ và độ ẩm cũng là yếu tố được đề cập tới rất nhiều, vì thế mạch đo nhiệt độ và độ ẩm ra đời là sự tất yếu. Với sự phát triển của công nghệ hiện nay, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm được sử dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực như sản xuất công nghiệp, y tế, … Tùy theo nhu cầu mà mà chúng ta có thể tùy biến thêm ngoài chức năng của đề tài này để phù hợp với yêu cầu hoạt động ngoài chức năng chính là hiển thị độ ẩm của khu vực cần khảo sát. Cho đến nay, lý do lớn nhất để theo dõi độ ẩm tương đối là kiểm soát độ ẩm xung quanh sản phẩm cuối cùng. Trong hầu hết các trường hợp, điều này có nghĩa là đảm bảo rằng RH không bao giờ tăng quá cao. Ví dụ, chúng ta hãy lấy một sản phẩm như chocolate. Nếu RH trong cơ sở lưu trữ tăng lên trên một mức nhất định và duy trì trên mức đó trong một thời gian đủ dài, một hiện tượng được gọi là hiện tượng nở có thể xảy ra. Đây là nơi hình thành độ ẩm trên bề mặt chocolate, hòa tan đường. Khi hơi ẩm bay hơi, đường hình thành các tinh thể lớn hơn, dẫn đến sự đổi màu.Cuối cùng, độ ẩm tương đối cũng là một yếu tố quan trọng trong các hệ thống tự động hóa tòa nhà – tập trung vào sự thoải mái của con người, chẳng hạn như điều hòa không khí. Khả năng đo lường và kiểm soát độ ẩm không chỉ giúp duy trì một môi trường thoải mái bên trong tòa nhà, mà còn giúp tối ưu hiệu quả của hệ thống HVAC bằng cách cung cấp chỉ báo về lượng không khí bên ngoài được lấy vào cần được điều hòa, dựa vào nhiệt độ bên ngoài.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI: Xây dựng hệ thống cảm biến đo độ ẩm Sinh viên thực hiện: Giảng viên hướng dẫn: Hà Nội – Năm 2022 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: Khóa: Tên nhóm: Nhóm Họ tên thành viên: II Nội dung học tập Tên chủ đề: Xây dựng hệ thống cảm biến đo độ ẩm Hoạt động sinh viên - Nội dung 1: Tổng quan hệ thống (L1.1) - Nội dung 2: Xây dựng mơ hình hệ thống (L1.1; L1.2) - Nội dung 3: Chế tạo thử nghiệm hệ thống (L2.1) - Nội dung 4: Viết báo cáo Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch mô hình sản phẩm (Nếu có) III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành đồ án theo thời gian quy định (từ ngày 12/09/2022 đến ngày 23/12/2022) Báo cáo nội dung nghiên cứu theo chủ đề giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: Giáo trình mơn học Cảm biến hệ thống đo, vi điều khiển Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính, linh kiện dụng cụ điện tử theo nhu cầu sử dụng KHOA/TRUNG TÂM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN MƠ TẢ KỸ THUẬT Mơ tả nhiệm vụ cơng nghệ Hệ thống có khả năng: - Đo độ ẩm - Điều khiển độ ẩm - Hiển thị giá trị độ ẩm tức thời - Có chức điều khiển độ ẩm vượt ngưỡng cho phép Cấu trúc thiết bị Thiết bị Loại sử dụng Cảm biến Cảm biến đo độ ẩm Bộ điều khiển Vi điều khiển Hiện thị tốc độ LCD Chức điều khiển Đèn báo Tín hiệu cảnh báo Đèn Đặc tính kỹ thuật Thơng số Giá trị Giới hạn đo 0-100% Sai số đo Thiết bị chấp hành 5% Đèn LED Nội dung báo cáo - Bản vẽ TT Tên vẽ Khổ giấy Số lượng Bản vẽ sơ đồ hệ thống A3 Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ A3 thống -Báo cáo Chương Tổng quan hệ thống 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các yêu cầu 1.3 Phương pháp, phạm vi giới hạn nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa thực tiễn Chương Xây dựng mơ hình hệ thống 2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 2.2 Phân tích lựa chọn cảm biến 2.3 Phân tích lựa chọn điều khiển 2.4 Thiết kế mạch đo xử lý tín hiệu 2.5 Mơ hình hóa mơ hệ thống (Nếu có) Chương Chế tạo thử nghiệm hệ thống 3.1 Chế tạo phận khí 3.2 Chế tạo phận điện - điện tử 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển 3.4 Thử nghiệm đánh giá hệ thống Kết Luận LỜI NĨI ĐẦU Trong thời buổi cơng nghệ phát triển mạnh mẽ, ngày có nhiều sản phẩn đời với tính vượt bậc vơ đa dạng, phong phú đặc biệt thơng chứa đựng sản phẩm Khoa học phát triển làm cho ngành khác phát triển theo, kể đến điện tử, cơng nghệ thơng tin, viễn thơng, khí, chế tạo máy, Các ngành khoa học ln có kết hợp chặt chẽ với tử khí, điện tử đến lập trình Ngành điện tử đời mà đỉnh cao loại rơ bốt thơng minh, máy móc thơng minh, Một hệ thống máy móc thông minh cấu thành tử nhiều phận, vi xử lý lập trình phức tạp, cấu chấp hành, xử lý phức tạp hoạt động ngày mềm mại Có phận vô quan trọng để tạo lên thơng minh khơng kể đến loại cảm biển Nhờ có cảm biến, robot ngày - phát triển để nhận biết hành động phức tạp ví dụ tay máy nắm lấy cốc thủy tinh cho không vỡ, hệ thống tự động đóng mở cửa có người vào siêu thị, Có nhiều loại cảm biến chế tạo sử dụng theo mục đích khác đời sống cảm biến cảm nhận nhiệt độ, ánh sáng, âm thanh, lực, dịng chảy, Tùy theo loại cơng việc mà loại cảm biến có cách chế tạo khác Có nhiều loại cảm biến thị trưởng nay, loại cảm biến thông dụng cảm biến đo độ ẩm Độ ẩm đặc trưng quan trọng khí hậu có ý nghĩa quan trọng số q trình cơng nghệ Trong khí quyển, độ ẩm tồn phạm vi rộng (tử vài phần triệu ppm đến nước bão hòa 100°C), khoảng nhiệt độ lớn (từ -60°C đến 100°C), lẫn tạp chất hóa chất khác Độ ẩm chất lỏng hàm lượng nước chất lỏng nước thành phần cấu tạo bản, hàm lượng nước dầu mỏ, rượu Ứng dụng cảm biến độ ẩm vơ đa dạng, dùng xác định độ ẩm đất, nhà máy, phịng thí nghiệm đơn để xác định độ ẩm khơng khí Vì lý vậy, nhóm em định thực đề tài tìm hiểu cảm biến đo độ ẩm ứng dụng Trong đo lường học, ppm đơn vị đo mật độ thường dành cho mật độ tương đối thấp Chữ "ppm"xuất phát từ tiếng Anh parts per million, có nghĩa phần triệu MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG .9 1.1 Giới thiệu chung .9 1.2 Các yêu cầu .10 1.3 Phương pháp, phạm vi giới hạn nghiên cứu .10 1.3.1 Phương pháp nghiên cứu 10 1.3.2 Phạm vi giới hạn nghiên cứu .11 1.4 Ý nghĩa thực tiễn 11 CHƯƠNG 2.1 XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG 12 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 12 2.1.1 Mơ hình hóa 3D hệ thống 12 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 13 2.1.3 Sơ đồ khối hệ thống 13 2.2 Phân tích lựa chọn cảm biến 14 2.2.1 Phân tích cảm biến độ ẩm .14 2.2.2 Lựa chọn cảm biến độ ẩm điện dung DHT22 18 2.3 Phân tích lựa chọn điều khiển .20 2.3.1 Phân tích vi điều khiển thường dùng 21 2.3.1.1 Vi điều khiển PIC .21 2.3.1.2 ARDUINO .22 2.3.2 Lựa chọn VĐK Arduino Uno R3 23 2.3.2.1 LCD 20X4 .25 2.3.2.2 Mạch chuyển đổi I2C cho LCD .26 2.3.2.3 Keypad MATRIX 4x4 .27 2.3.2.4 LED 27 2.4 Thiết kế mạch đo xử lý tín hiệu .28 2.4.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế mạch 28 2.4.2 Thiết kế mạch đo xử lý tín hiệu 28 2.4.2.1 Thiết kế mạch đo 28 2.4.2.2 Xử lý tín hiệu 30 CHƯƠNG CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG .33 3.1 Chế tạo phận khí 33 3.2 Chế tạo phận điện- điện tử 34 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển .35 3.3.1 Phần mềm lập trình cho Vi điều khiển 35 3.3.2 Lưu đồ thuật toán cho hệ thống 37 3.4 Thử nghiệm hệ thống 39 3.4.1 Thử nghiệm thực tế hệ thống 39 3.4.2 Đánh giá hệ thống 41 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO .43 PHỤ LỤC 44 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2-1: Mơ hình hóa 3D hệ thống 12 Hình 2-2: Sơ đồ khối hệ thống 13 Hình 2-3: Cảm biến độ ẩm điện dung 14 Hình 2-4: Cảm biến độ ẩm điện trở 16 Hình 2-5: Cấu tạo cảm biến độ ẩm DHT22 .19 Hình 2-6: Sơ đồ chân DHT22 19 Hình 2-7: Sơ đồ kết nối VĐK với DHT22 20 Hình 2-8: Vi điều khiển PIC 21 Hình 2-9: Vi điều khiển Arduino .22 Hình 2-10: Cấu tạo tên chân Arduino Uno R3 24 Hình 2-11: LCD 20x4 25 Hình 2-12: I2C giao tiếp LCD 26 Hình 2-13: Bàn phím nhập liệu Matrix 4x4 .27 Hình 2-14: LED cảnh báo 27 Hình 2-15: Mơ hệ thống Protues 28 Hình 2-16: Độ ẩm vượt ngưỡng cho phép, Led đỏ 29 Hình 2-17: Độ ẩm ngưỡng cho phép, Led xanh 29 Hình 2-18: Độ ẩm ngưỡng cho phép, Led vàng 30 Hình 2-19: Quá trình truyền nhận tín hiệu DHT22 với VĐK 30 Hình 2-20: VĐK gửi tín hiệu đến DHT22 31 Hình 2-21: Quá trình phản hồi DHT22 31 Hình 2-22: Dữ liệu phản hồi bit “0” 32 Hình 2-23: Dữ liệu phản hồi bit “1” 32 Hình 3-1: Bản vẽ thiết kế khối hộp hệ thống .33 Hình 3-2: Hộp chứa hệ thống .33 Hình 3-3: Thiết kế hệ thống dây 34 Hình 3-4: Sản phẩm hoàn thiện 34 Hình 3-5: Màn hình khởi động Arduino IDE .35 Hình 3-6: Màn hình nhập code chạy chương trình 36 Hình 3-7: Biểu đồ đường biểu diễn giá trị độ ẩm .41 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Bảng thông số kĩ thuật Arduino Uno R3 .24 Bảng 3-1: Bảng kết đo độ ẩm HTC-2 hệ thống thiết kế 39 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung Trong sống nay, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến q trình sản xuất người Trong đó, nhiệt độ độ ẩm yếu tố đề cập tới nhiều, mạch đo nhiệt độ độ ẩm đời tất yếu Với phát triển công nghệ nay, cảm biến nhiệt độ độ ẩm sử dụng phổ biến nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, y tế, … Tùy theo nhu cầu mà mà tùy biến thêm ngồi chức đề tài để phù hợp với yêu cầu hoạt động ngồi chức hiển thị độ ẩm khu vực cần khảo sát Cho đến nay, lý lớn để theo dõi độ ẩm tương đối kiểm soát độ ẩm xung quanh sản phẩm cuối Trong hầu hết trường hợp, điều có nghĩa đảm bảo RH2 không tăng cao Ví dụ, lấy sản phẩm chocolate Nếu RH sở lưu trữ tăng lên mức định trì mức thời gian đủ dài, tượng gọi tượng nở xảy Đây nơi hình thành độ ẩm bề mặt chocolate, hòa tan đường Khi ẩm bay hơi, đường hình thành tinh thể lớn hơn, dẫn đến đổi màu Cuối cùng, độ ẩm tương đối yếu tố quan trọng hệ thống tự động hóa tịa nhà – tập trung vào thoải mái người, chẳng hạn điều hịa khơng khí Khả đo lường kiểm sốt độ ẩm khơng giúp trì mơi trường thoải mái bên tòa nhà, mà giúp tối ưu hiệu hệ thống HVAC cách cung cấp báo lượng khơng khí bên ngồi lấy vào cần điều hòa, dựa vào nhiệt độ bên Với đề tài “xây dựng hệ thống cảm biến đo độ ẩm”, nhóm chúng em dùng cảm biến độ ẩm kiểu điện dung để thiết kế mơ hình xây dựng hệ thống Độ ẩm tương đối liên tục cập nhật gửi LCD, với trình giám sát độ ẩm khơng khí hệ thống cho phép nhập giá trị giới hạn thơng qua bàn phím ngoài, độ ẩm thực cao giới hạn cho phép LED phát cảnh báo màu đỏ, thấp phát màu vàng khoảng giới hạn đèn màu xanh hiển thị hệ thống Nhưng đề tài phạm vi đồ án nên tính hiệu thực tế tính xác mạch khơng cao Đơn vị đo độ ẩm tương đối RH Viết tắt cụm từ Heating, Ventilating, and Air Conditioning (Hệ thống sưởi ấm, thơng gió điều hịa khơng khí) gọi chung hệ thống điều hịa khơng khí