Cảm biến và xử lí tín hiệu đề tài cảnh báo rò rỉ khí gas 2

Mục tiêu • Thiết kế 1 hệ thống đo tự động sử dụng vi điều khiển và cảm biến với một mức độ chính xác nhất định • Tìm hiểu kỹ về các thông số đặc trưng của loại cảm biến đã lựa chọn, xử l

CẢM BIẾN VÀ XỬ LÍ TÍN HIỆU

Đề tài CẢNH BÁO RÒ RỈ KHÍ GAS

Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN HỮU QUANG

Các thành viên nhóm 04:

Dương Văn Việt 20195230

Võ Trường Giang 20194992 Cao Mạnh Trường 20195209

Giới thiệu chung

1 Mục tiêu, lí do thực hiện đề tài

1.1 Mục tiêu

• Thiết kế 1 hệ thống đo tự động sử dụng vi điều khiển và cảm biến với một mức độ chính xác nhất định

• Tìm hiểu kỹ về các thông số đặc trưng của loại cảm biến đã lựa chọn, xử lí tín hiệu ra của cảm biến

• Biết cách ghép nối cảm biến và mạch xử lí tín hiệu với vi điều khiển, lập trình vi điều khiển để tính toán, xử lí tín hiệu và hiển thị kết quả đo

1.2 Lý do chọn đề tài

• Hiện nay việc cháy nổ xảy ra khá thường xuyên và phổ biến, nhiều sự việc xảy ra khá đáng tiếc ngây ra nhiều tổn hại đến tài sản cũng là tính mạng con người

• Nhờ có thiết bị cảnh báo sẽ giúp con người chủ động hơn trong việc phòng tránh cũng như là giảm tối đa thiệt hại do cháy nổ gây ra

Giới thiệu chung

2 Tổng quan phần trình bày

 Giới thiệu về Nodemcu esp8266

 Giới thiệu về cảm biến khí ga MQ-5

 Phương thức giao tiếp

 Độ chính xác của sản phẩm

 Giải thích về chương trình code

Sơ đồ ghép nối

Triển khai và thực nghiệm

 Tài liệu tham khảo

Giới thiệu về MODULE ADC HX711

• Bo mạch phát triển

NodeMCU ESP8266 đi kèm với mô-đun ESP-12E chứa chip ESP8266 có bộ vi xử lý Tensilica 

Xtensa 32-bit LX106 RISC. Bộ vi xử lý này hỗ trợ RTOS và 

hoạt động ở tần số xung nhịp có thể điều chỉnh từ 80MHz 

đến 160 MHz. NodeMCU có RAM 128 KB và bộ nhớ Flash 

4MB để lưu trữ dữ liệu và chương trình. Sức mạnh xử lý 

cao của nó với các tính năng Wi-Fi / Bluetooth và Deep 

Sleep Operating tích hợp sẵn khiến nó trở nên lý tưởng 

cho các dự án IoT.

• NodeMCU có thể được cấp nguồn bằng giắc cắm Micro 

USB và chân VIN (Chân nguồn cung cấp bên ngoài). Nó hỗ 

trợ giao diện UART, SPI và I2C.

Cấu hình sơ đồ chân của bảng phát

triển NodeMCU

Sức mạnh Micro-USB, 3.3V, GND, Vin Micro-USB: NodeMCU có thể được cấp nguồn thông qua 

cổng USB

 3.3V: 3.3V quy định có thể được cung cấp cho chân này để 

cấp nguồn cho bo mạch

 GND: Chân nối đất  Vin: Nguồn điện bên ngoài

mạch của mình Chân SPI SD1, CMD, SD0, CLK NodeMCU có bốn chân có sẵn để giao tiếp SPI.

Chân UART TXD0, RXD0, TXD2, RXD2 NodeMCU có hai giao diện UART, UART0 (RXD0 & TXD0) và 

UART1 (RXD1 & TXD1). UART1 được sử dụng để tải lên  phần sụn / chương trình.

bên trong của các chân này, bạn phải tìm chân nào là I2C.

NodeMCU ESP8266 Thông số kỹ thuật

& Tính năng

•Vi điều khiển: Tensilica 32-bit RISC

CPU Xtensa LX106

•Điện áp hoạt động: 3.3V

•Điện áp đầu vào: 7-12V

•Chân I / O kỹ thuật số (DIO): 16

•Chân đầu vào tương tự (ADC): 1

•UART: 1

•SPIs: 1

•I2C: 1

•Bộ nhớ Flash: 4 MB

•SRAM: 64 KB

•Tốc độ xung nhịp: 80 MHz

•USB-TTL dựa trên CP2102 được bao

gồm trên bo mạch, Bật Plug n Play

•Ăng ten PCB

•Mô-đun có kích thước nhỏ để phù

hợp thông minh bên trong các dự án

IoT

Giới thiệu về cảm biến khí gas MQ-5

 Các thông số kĩ thuật chính của cảm biến MQ-5

Giới thiệu về cảm biến khí gas MQ-5

 THÔNG SỐ KĨ THUẬT

🔹 Nguồn cung cấp: 2.5 V ~ 5V

🔹 Tích hợp MQ –5 gas Sensor

🔹 Kích thước : 40mm * 21mm

🔹 Led báo hiệu

🔹Sơ đồ kết nối chân

🔹Sơ đồ kết nối

- Chân DOUT : digital output

- Chân AOUT : analog output

- Chân GND: đất chung

- Chân VCC: kết nối nguồn 2.5 V ~ 5V

🔹Nguyên lí hoạt động

- Khi cảm biến hoạt động nó sẽ truyền tín hiệu từ các chân DOUT và AOUT của mình về vi điều khiển

🔹 Tín hiệu DOUT:

- Tín hiệu thấp : có khí gas

- Tín hiệu cao : không có khí gas.

Tín hiệu AOUT: cho tín hiệu tương tự

🔹Và khi có khí gas 2 đèn LED trên module sẽ phát sáng.

PHƯƠNG THỨC GIAO TIẾP

• Hình trên là mạch cở bản của MQ-5. Cảm biến yêu cầu hai đầu điện áp: lò sưởi 

điện áp (VH) và điện áp mạch (VC). VH được sử dụng để cung cấp nhiệt độ làm việc  tiêu chuẩn cho cảm biến và nó có thể sử dụng nguồn AC hoặc DC, trong khi VRL là  điện áp của điện trở RL nối tiếp với cảm biến. Vc cung cấp điện áp phát hiện cho  điện trở tải RL và nó sẽ sử dụng nguồn DC 

 Tọa độ là tỷ lệ điện trở của cảm

biến (R/Ro) Rs có nghĩa là

kháng cự trong không khí mục

tiêu với nồng độ khác nhau, Ro

có nghĩa là điện trở của cảm biến

trong không khí sạch

Nồng độ

Đường cong độ nhạy điển hình

 Hình bên là điển hình đặc điểm độ

nhạy MQ-5 đối với một số loại khí ở

điều kiện:

Nhiệt độ: 20 °C

Độ ẩm :65%

Nồng độ O2 : 21%

R L = 20 k Ω

- Rs : điện trở cảm biến ở 1000ppm H2 

trong không khí sạch

- Ro : điện trở cảm biến ở các nồng độ 

khí khác nhau

 Hình bên cho thấy sự phụ

thuộc điển hình của MQ-5 vào

nhiệt độ và độ ẩm

- Ro: điện trở cảm biến ở 1000

ppm h2 trong không khí ở 33%

RH và 20°C

- Rs : điện trở cảm biến ở nhiệt

độ và độ ẩm khác nhau

Đặc điểm nhiệt độ/ độ ẩm điển hình

Đường cong độ nhạy

 Hình bên cho thấy V RL trong

C3H8 với nồng độ khác nhau

Tải trọng điện trở là 4,7 k Ω và

trong điều kiện tiêu chuẩn

Đặc điểm nhiệt độ/ độ ẩm điển hình

 Hình bên cho thấy sự thay đổi

của V RL trong quá trình đặt cảm

biến vào khí mục tiêu và loại bỏ

nó ra ngoài

Ổn định lâu dài

PHƯƠNG THỨC GIAO TIẾP

chuẩn giao tiếp I2C:

• I2C là viết tắt của "Inter-Integrated Circuit", một chuẩn giao tiếp được phát minh nhằm đơn giản hóa việc trao đổi dữ liệu giữa các ICs Đôi khi nó cũng được gọi là Two Wire Interface (TWI) vì chỉ sử dụng 2 kết nối để truyền tải

dữ liệu, 2 kết nối của giao tiếp I2C gồm: SDA (Serial Data Line) và SCL

(Serial Clock Line)

• Một đường xung nhịp đồng hồ(SCL) chỉ do Master phát đi ( thông thường ở 100kHz và 400kHz Mức cao nhất là 1Mhz và 3.4MHz)

• Một đường dữ liệu(SDA) theo 2 hướng

• Có rất nhiều thiết bị có thể cùng được kết nối vào một bus I2C, tuy nhiên sẽ không xảy ra chuyện nhầm lẫn giữa các thiết bị, bởi mỗi thiết bị sẽ được nhận ra bởỉ một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ/tớ tồn tại trong suốt thời gian kết nối Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặc

truyền dữ liệu hay có thể vừa truyền vừa nhận Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó là chủ (master) hãy tớ (slave)

PHƯƠNG THỨC GIAO TIẾP

 Cách hoạt động: Mỗi thiết bị có 1 địa chỉ được cài sẵn hoặc 1 địa chỉ

thiết bị duy nhất để thiết bị chủ (Master) có thể giao tiếp 2 chân SDA VÀ SCL là 2 chân của giao tiếp I2C, trong đó chân SCL là chân Clock, có tác dụng đồng bộ hóa việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị, và việc tạo ra xung clock đó là do thiết bị chủ (Master) Chân còn lại là chân SDA là chân

truyền dữ liệu (DATA) 2 chân này luôn hoạt động ở chế độ mở, vì vậy để

sử dụng được cần phải có trở kéo tức là nối +5v => trở => I2C bởi các thiết bị trên bus I2C hoạt động ở mức thấp Giá trị thường được sử dụng cho các điện trở là từ 2K ohm cho tốc độ vào khoảng 400 kbps, và 10K ohm cho tốc độ thấp hơn khoảng 100 kbps

Tài Liệu Tham Khảo

• Wikipedia.org

• Arduino.vn

• Google.com

• Github.com

• Tài liệu sử dụng trong Microsoft Teams

Cảm ơn thầy và các bạn đã lắng

nghe!