Thiết kế bộ đếm tự động số người

THIẾT KẾ BỘ ĐẾM TỰ ĐỘNG SỐ NGƯỜI VÀORA TẠI HAI CỔNG  Sản phẩm được tạo ra để đáp ứng nhu cầu giám sát số lượng người ra vào, nên sản phẩm do chúng em thiết kế sẽ:  Sử dụng 2 module cảm biến hồng ngoại để phát hiện người ra, vào.  Dùng board Arduino Uno điều khiển.  Sử dụng màn hình LCD 16x2 hiển thị mở khóa và để hiển thị số người ra vào tại cổng  Có bàn phím ma trận 4x4 để nhập dữ liệu khóa và mở  Đối tượng hướng tới sản phẩm này là các văn phòng, phòng học, các xưởng và xí nghiệp nhỏ…

ỦY BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH THIẾT KẾ BỘ ĐẾM TỰ ĐỘNG SỐ NGƯỜI VÀO/RA TẠI HAI CỔNG TIỂU LUẬN MƠN HỌC TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2022 I MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Mục lục Danh mục cụm từ viết tắt MỞ ĐẦU Chương : Thiết kế sản phẩm 74 1.1 Cơ sở lý thuyết … 1.1.1 Tia hồng ngoại .9 1.1.2 Giới thiệu giao thức I2C 11 1.1.3 Nguyên lí hoạt động Module bàn phím ma trận 4x4 13 1.2 Linh kiện chuyên dùng… .9 1.2.1 Tổng quan Arduino Uno R3 1.2.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại MH-IR01 11 1.2.3 Tổng quan Module cảm biến hồng ngoại MH-IR01 .13 1.2.4 Tổng quan bàn phím ma trận 4x4 1.2.5 Tổng quan hình LCD 16x2 11 1.2.6 Module I2C Arduino 13 1.3 Thiết kế sản phẩm 15 1.3.1 Sơ đồ khối 15 1.3.2 Sơ đồ nguyên lý 18 1.3.3 Lưu đồ giải thuật .26 Chương Tài liệu hướng dẫn sử dụngKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 2.1 Lắp đặt sản phẩm 15 2.1.1 An toàn lắp đặt 18 2.1.2 Cảnh báo lắp đặt 26 2.1.3 Lắp đặt sản phẩm .26 2.2 Vận hành sản phẩm 15 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài Ngày tình hình an ninh vấn đề nhứt nhối nhiều cá nhân tập thể, vấn đề trộm cắp tài sản , người muốn nơi làm việc kiểm sốt cách an tồn Vì em chọn thiết kế sản phẩm “ Đếm số người vào hai cổng ” để kiểm soát người vào cổng số lượng người có mặt khu vực định II Ý tưởng thiết kế  Sản phẩm tạo để đáp ứng nhu cầu giám sát số lượng người vào, nên sản phẩm chúng em thiết kế sẽ:  Sử dụng module cảm biến hồng ngoại để phát người ra, vào  Dùng board Arduino Uno điều khiển  Sử dụng hình LCD 16x2 hiển thị mở khóa để hiển thị số người vào cổng  Có bàn phím ma trận 4x4 để nhập liệu khóa mở  Đối tượng hướng tới sản phẩm văn phòng, phòng học, xưởng xí nghiệp nhỏ… III Mục tiêu sản phẩm  Khoảng cách phát người: 10 – 20cm  Có hình LCD dịng để hiển thị kết  Có bàn phím để nhập liệu mật mở khóa  Nguồn hoạt động: 5V Chương : Thiết kế sản phẩm 1.1 Cơ sở lý thuyết 1.1.1 Tia hồng ngoại Tia hồng ngoại hay cịn gọi sóng hồng ngoại, xạ hồng ngoại, ánh sáng hồng ngoại, Trong vật lý quang học, tia hồng ngoại xạ có bước sóng nằm khoảng 700 nm – 1mm dài bước sóng ánh sáng mà mắt thường khơng thể nhìn thấy Hình Độ dài số bước sóng - Đặc điểm tia hồng ngoại : + Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ + Khả xuyên thấu + Không chịu ảnh hưởng điện từ - Tính chất : + Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ gây tượng nhiễu xạ, giao thoa ánh sáng thông thường Dựa vào đặc điểm tính chất tia hồng ngoại, tia hồng ngoại ngành điện tử ứng dụng làm cảm biến hồng ngoại, phụ kiện điện tử, truyền thông.v.v… 1.1.2 - Giới thiệu giao thức I2C I2C ( Inter – Integrated Circuit) giao thức giao tiếp nối tiếp đồng bộ, sử dụng để truyền nhận liệu IC với sử dụng hai đường truyền tín hiệu - I2C sử dụng đường truyền tín hiệu: + SCL - Serial Clock Line : Tạo xung nhịp đồng hồ Master phát + SDA - Serial Data Line : Đường truyền nhận liệu Hình Đường truyền tín hiệu - Giao tiếp I2C bao gồm trình truyền nhận liệu thiết bị chủ tớ, hay Master - Slave - Thiết bị Master vi điều khiển, có nhiệm vụ điều khiển đường tín hiệu SCL gửi nhận liệu hay lệnh thông qua đường SDA đến thiết bị khác - Các thiết bị nhận liệu lệnh tín hiệu từ thiết bị Master gọi thiết bị Slave Các thiết bị Slave thường IC, chí vi điều khiển 1.1.3 Nguyên lí hoạt động Module bàn phím ma trận 4x4 - Chúng ta kết nối chân Module bàn phím ma trận 4x4 với Arduino vi điều khiển (tùy người sử dụng) Có hai cách xác định phím nhấn phương pháp quét : quét theo hàng quét theo cột - Quét theo hàng : chân I/O nối với cột input , chân I/O nối với hàng ouput thực việc quét phím - Quét theo cột : ngược lại quét theo hàng Hình Sơ đồ mạch bàn phím ma trận 4x4 1.2 Linh kiện chuyên dùng 1.2.1 Tổng quan Arduino Uno R3 a Giới thiệu Arduino Uno bo mạch vi điều khiển dựa chip Atmega328P Uno có 14 chân I/O digital, chân Input analog, thạch anh 16MHz, cổng USB, jack nguồn DC, nút reset Uno hỗ trợ đầy đủ thứ cần thiết để bắt đầu làm việc Hình Arduino Uno R3 b Thơng số kỹ thuật Vi điều khiển Atmega328P Điện áp hoạt động 5V Điện áp cấp (hoạt động tốt) – 12 V Điện áp cấp (giới hạn) – 12 V Chân I/O digital 14 ( có chân xuất xung PWM) Chân Input analog (A0 – A5) Dòng điện chân I/O 20 mA Dòng điện chân 3.3V 50 mA Bộ nhớ Flash 32 kB (Atmega328P) – 0.5 kB dùng cho bootloader SRAM kB (Atmega328P) EEPROM kB (Atmega328P) Tốc độ xung nhịp 16 MHz c Sơ đồ chân board Arduino Uno Hình Sơ đồ chân Arduino Uno R3 d Lí chọn Arduino Uno để thiết kế + Vừa đủ chân để kết nối với linh kiện thiết kế Hình Nguyên lý hoạt động thu phát hồng ngoại 1.2.3 Tổng quan Module cảm biến hồng ngoại MH-IR01 a Thông số kỹ thuật module cảm biến hồng ngoại MHIR01 - Sử dụng IC so sánh: LM393 - Điện áp hoạt động: 3.3V - 6VDC - Dòng tiêu thụ: Vcc = 3.3V: 23 mA, Vcc = 5.0V: 43 mA - Khoảng cách phát hiện: ~ 30 cm - Có LED báo nguồn LED báo tín hiệu ngõ - Mức logic ngõ ra: Mức thấp - 0V: có vật cản Mức cao - 5V: khơng có vật cản 11 Hình Sơ đồ chân module cảm biến hồng ngoại MH-IR01 b Sơ đồ nguyên lí module cảm biến hồng ngoại Hình Sơ đồ ngun lí module cảm biến hồng ngoại 1.2.4 Tổng quan bàn phím ma trận 4x4 a Sơ đồ bàn phím ma trận 4x4 12 Hình 10 Sơ đồ bàn phím ma trận 4x4 b Giới thiệu Module bàn phím ma trận 4x4 - Module bàn phím ma trận 4x4 loại phím mềm - Độ dài cáp: 88mm - Nhiệt độ bảo quản ~ 70°C - Đầu nối chân Hình 11 Bàn phím ma trận 4x4 13 14 c Sơ đồ chân Module bàn phím ma trận 4x4 Hình 12 Sơ đồ chân Module bàn phím ma trận 4x4 1.2.5 Tổng quan hình LCD 16x2 a Thơng số kĩ thuật - LCD 16x2 sử dụng 16 cột dịng để hiển thị trạng thái thơng số - LCD 16x2 có 16 chân chân liệu (D0 - D7) chân điều khiển (RS, RW, EN) chân lại dùng để cấp nguồn đèn cho LCD 16x2 - LCD 16x2 sử dụng chế độ bit bit tùy theo ứng dụng ta làm b Sơ dồ chân LCD 16x2 15 Hình 13 Sơ dồ chân LCD 16x2 1.2.6 Module I2C Arduino a Thông số kỹ thuật - Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC - Hỗ trợ hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780) - Giao tiếp: I2C - Địa mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh ngắn mạch chân A0/A1/A2) - Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD - Để sử dụng hình LCD giao tiếp I2C sử dụng Arduino ta cần cài đặt thư viện Liquidcrystal_I2C 16 LCD có nhiều nhiều chân gây khó khăn q trình đấu nối chiếm dụng nhiều chân vi điều khiển Nên ta dụng module I2C để giải vấn đề Hình 14 Sơ dồ chân module I2C b Cách kết nối module I2C LCD Thay phải chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16x2 (RS, EN, D7, D6, D5 D4) module IC2 bạn cần tốn chân (SCL, SDA) để kết nối 17 Hình 15 Kết nối module I2C LCD 1.3 Thiết kế sản phẩm 1.3.1 Sơ đồ khối Hình 16 Sơ đồ khối mạch tự đếm số người vào cổng 18 1.3.2 Sơ đồ nguyên lý Hình 17 Sơ đồ nguyên lý mạch tự đếm số người vào cổng 19