Module cảm biến lửa...7 Trang 4 LỜI NÓI ĐẦUTrong thời đại công nghệ ngày nay, việc sử dụng các thiết bị thông minh đểđo nhiệt độ, độ ẩm và phát hiện lửa là điều không còn xa lạ, cùng vớ
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIÊN TỬ BÀI TẬP LỚN MÔN CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH ĐỀ TÀI: CẢNH BÁO CHÁY SỬ DỤNG CẢM BIẾN LỬA, CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, ESP32 Giảng viên: Trịnh Trung Hiếu Thành viên: Đỗ Minh Quân: B20DCDT166 Đặng Quang Vinh: B20DCDT222 Hà Nội – Năm 2023 Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: CÁC LINH KIỆN CẦN THIẾT CHO DỰ ÁN 1.Vi điều khiển ESP32 1.1 Sơ đồ khối .5 1.2 Cấu tạo ESP32 1.3 Các tính 1.4 Thông số kĩ thuật .5 Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 2.1 DHT11 gì? 2.2 Cấu tạo biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 .6 2.3 Thông số kĩ thuật .7 2.4 Sơ đồ chân DHT11 Module cảm biến lửa 3.1 Mô tả module cảm biến lửa .8 3.2 Thông số kĩ thuật 3.3 Nguyên lí hoạt động 3.4 Sơ đồ chân cảm biến lửa Màn hình LCD 16x2 4.1 Mô tả LCD 16x2 .9 4.2 Sơ đồ chân LCD 16x2 10 4.3 Thông số kĩ thuật 11 4.4 Giao tiếp I2C 11 Cịi chíp 14 5.1 Thông số kĩ thuật 14 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TỐN .15 Ngun lí hoạt động 15 Mạch hoàn thiện 16 Code 16 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN .18 Đánh giá hiệu sử dụng mạch .18 1.1 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 18 1.2 Cảm biến lửa 18 1.3 Khắc phục 18 Kết luận 18 Ứng dụng 19 Tài liệu tham khảo 20 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại công nghệ ngày nay, việc sử dụng thiết bị thông minh để đo nhiệt độ, độ ẩm phát lửa điều khơng cịn xa lạ, với vấn đề phòng cháy chữa cháy vô nhức nhố Trong môn học “ Cảm biến cấu chấp hành”, nhóm em xin trình bày với chủ để “Hệ thống cảnh báo cháy ” Nhóm em xin phép giới thiệu cảm biến nhiệt độ, độ ẩm cảm biến lửa, LCD16x2, còi cách sử dụng ESP32 để thiết kế mạch cảnh báo cháy Trong đưa ứng dụng thực tiễn hệ thống lợi ích mà mang lại Ngồi ra, tập lớn này, nhóm em trình bày trình thực dự án vấn đề mà nhóm em gặp phải q trình thiết kế lắp đặt mạch cảnh báo cháy Nhóm em chia sẻ kinh nghiệm hướng dẫn cách khắc phục vấn đề Xin trân thành cảm ơn quan tâm tham gia bạn nhóm thầy Hiếu giúp nhóm em có hội thực đề tài Mong chủ đề mang lại cho người đọc nhiều kiến thức bổ ích CHƯƠNG 1: CÁC LINH KIỆN CẦN THIẾT CHO DỰ ÁN Tên linh kiện Số lượng Module ESP32 Wroom32 Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 Module cảm biến lửa Cịi chíp Màn hình LCD16x2 Bảng 1: Các linh kiện cần thiết 1.Vi điều khiển ESP32 ESP32 chip kết nối kết hợp Wi-Fi Bluetooth 2,4 GHz kết kế với công suất cực thấp 40nm TSMC công nghệ Sản phẩm công ty Espressif Systems, phát triển từ ESP8266 Nó thiết kế để đạt công suất RF tốt nhất, thể mạnh mẽ, linh hoạt độ tin cậy nhiều ứng dụng tình nguồn điện ESP32 thiết kế cho ứng dụng di động, thiết bị điện tử đeo IoT Nó có tất đặc tính tiên tiến chip lượng thấp, bao gồm cổng xung nhịp chi tiết, nhiều chế độ lượng chia tỉ lệ công suất động Trong ứng dụng trung tâm cảm biến IoT công suất thấp, ESP32 đánh thức định kì phát điều kiện cụ thể Chu kì hoạt động thấp để giảm thiểu lượng mà chip tiêu thụ ESP32 giải pháp tích hợp cao dành cho ứng dụng IoT bluetooth Hình 1: Vi điều khiển ESP32 1.1 Sơ đồ khối Hình 2: Sơ đồ khối chức ESP32 1.2 Cấu tạo ESP32 - Sử dụng vi xử lý Tensilica Xtensa LX6 biến lõi kép lõi đơn - Cơng tắc antenna tích hợp - RF balun - Bộ khuếch đại công suât - Bộ lọc module quản lí lượng 1.3 Các tính - Kết nối Wi-Fi bluetooth - Cổng giao tiếp UART, SPI, CAN, Ethernet - Chức nạp cập nhật phần mềm thông qua OTA (Over-the-air) - Điều khiển PWM, GPIO, ADC, DAC, Touch Sensor - Hỗ trợ giao thức mã hóa bảo mật 1.4 Thơng số kĩ thuật - Bộ xử lý: CPU lõi kép Tensilica LX6 tốc độ 240 MHz - Bộ nhớ: 520 KB SRAM, MB flash memory - Kết nối: Wi-Fi 820.11 b/n/g, bluetooth v4.2 BR/EDR - Giao tiếp: UART, SPI, I2C, PWM, ADC, DAC - Chế độ ngủ tiêu thụ thấp - Điện áp hoạt động 2,2V – 3,6V Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 Hình 3: Module cảm biến DHT11 2.1 DHT11 gì? Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 cảm biến thông dụng chi phí rẻ dễ lấy liệu thông qua giao tiếp onewire Bộ tiền xử lí tín hiệu tích hợp cảm biến giúp bạn có giữ liệu xác mà khơng phải qua tính tốn So với cảm biến đời DHT22 DHT11 cho khoảng đo độ xác nhiều DHT11 loại cảm biến kỹ thuật số giá rẻ để cảm nhận nhiệt độ độ ẩm Cảm biến dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển ESP32, Arduino, STM32,… để đo độ ẩm nhiệt độ DHT11 cảm biến nhiệt độ độ ẩm tương đối Để đo khơng khí xung quanh, cảm biến sử dụng điện trở nhiệt cảm biến độ ẩm điện dung 2.2 Cấu tạo biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 Cảm biến DHT11 bao gồm phần tử cảm biến độ ẩm điện dung điện trở nhiệt để cảm nhận nhiệt độ Tụ điện cảm biến độ ẩm có hai điện cực với chất giữ ẩm làm chất điên môi chúng thay đổi giá trị điện dung xảy với thay đổi mức độ ẩm IC đo, xử lý giá trị điện trở thay đổi chuyển chúng thành dạng kỹ thuật số Để đo nhiệt độ, cảm biến sử dụng nhiệt điện trở có hệ số nhiệt độ âm, làm giảm giá trị điện trở nhiệt độ tăng Để có giá trị điện trở lớn thay đổi nhỏ điện trở, cảm biến thường làm gốm bán dẫn polymer 2.3 Thông số kĩ thuật - - Điện áp hoạt động: 3V – 5V Dòng điện tiêu thụ: 2.5mA Phạm vi cảm biến độ ẩm: 20% - 90% RH, sai số ± 5%RH Phạm vi cảm biến nhiệt độ: 0°C ~ 50°C, sai số ± 2°C Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz (1 giây lần) Kích thước 23 * 12 * 5mm 2.4 Sơ đồ chân DHT11 Số chân Tên chân Mô tả VCC Nguồn 3.5V-5.5V Data Đầu nhiệt độ độ ẩm thông qua liệu tiếp nối NC Khơng có kết nối khơng sử dụng GND Nối đất Bảng 2: Sơ đồ chân DHT11 Module cảm biến lửa Hình 4: Cảm biến lửa 3.1 Mơ tả module cảm biến lửa Cảm biến phát lửa (flame sensor) thường sử dụng cho ứng dụng phát lửa như: xe robot chữa cháy, cảm biến lửa, Tầm phát cảm biến khoảng 80cm, góc quét 60 độ, phát lửa tốt loại có bước sóng từ 760nm - 1100nm Cảm biến phát lửa (flame sensor) có hai ngõ tín hiệu Digital Analog dễ dử dụng Khả phát lửa nguồn sáng có bước sóng tương tự Sử dụng cảm biến hồng ngoại YG1006 với tốc độ đáp ứng nhanh độ nhạy cao Tích hợp IC LM393 để chuyển đổi ADC, tạo ngõ số tương tự, linh động việc sử dụng Biến trở để tùy chỉnh độ nhạy cảm biến 3.2 Thông số kĩ thuật - - Nguồn cấp: 3.3V - 5VDC Dòng tiêu thụ: 15mA Tín hiệu ra: Digital 3.3 - 5VDC tùy nguồn cấp Analog Khoảng cách : 80 cm Góc quét : 60 độ Kích thước : 3.2 x 1.4 cm 3.3 Ngun lí hoạt động Hình 5: Sơ đồ cảm biến lửa Đầu tiên cần kết nối Cảm biến với nguồn điện 5V. Sau đặt điện áp ngưỡng ở đầu vào khơng đảo (3) của IC tùy theo trường hợp khơng có lửa/cháy cách xoay núm đặt trước để cài đặt độ nhạy cảm biến Khi cảm biến này phát cháy/lửa (ánh sáng phạm vi bước sóng 760 nm – 1100 nm) điện trở Phototransistor sẽ giảm . Sau đó, lượng điện áp tối đa sẽ phân bổ trên Điện trở (R2) . Vì vậy, một lượng điện áp thấp từ Phototransistor cấp cho đầu vào Đảo ngược (2) của IC. Sau đó, IC so sánh so sánh điện áp với điện áp ngưỡng. Trong điều kiện này, điện áp đầu vào này nhỏ hơn điện áp ngưỡng, đầu cảm biến ở mức THẤP (0) Ngược lại, mô-đun Cảm biến lửa không phát lửa/lửa (ánh sáng phạm vi bước sóng 760 nm – 1100 nm) điện trở Phototransistor ở mức Cao . Sau đó, lượng điện áp tối đa sẽ phân bổ trên Phototransistor . Vì vậy, một lượng điện áp cao từ Phototransistor cấp đến đầu vào Đảo ngược (2) của IC. Sau đó, IC so sánh so sánh điện áp với điện áp ngưỡng. Trong điều kiện này, điện áp đầu vào này lớn hơn điện áp ngưỡng, đầu cảm biến ở mức Cao (1) 3.4 Sơ đồ chân cảm biến lửa Số chân Tên chân Mô tả VCC Nguồn 3,3V– 5V GND Nối đất AO Analog Output DO Digital Output 10 Bảng 3: Sơ đồ chân cảm biến lửa Màn hình LCD 16x2 Màn hình LCD 16x2 linh kiện sử dụng rộng rãi dự án lập trình Hình 6: Màn hình LCD 16x2 4.1 Mô tả LCD 16x2 Thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) sử dụng nhiều ứng dụng vi điều khiển LCD có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác: Nó có khả hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn tài nguyên hệ thống giá thành rẽ … Màn hình LCD 16x2 hiển thị ký tự phổ biến ứng dụng nhúng dự án điện tử “16x2” đơn giản miêu tả kích thước hình, với 16 cột dịng kí tự 4.2 Sơ đồ chân LCD 16x2 Chân Kí hiệu Mơ tả VSS Chân nối đất cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với GND mạch điều khiển VDD Chân cấp nguồn cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với VCC=5V mạch điều khiển VEE Điều chỉnh độ tương phản LCD RS Chân chọn ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) logic “1” (VCC) để chọn ghi + Logic “0”: Bus DB0-DB7 nối với ghi lệnh IR LCD (ở chế độ “ghi” - write) nối với đếm địa LCD (ở chế độ “đọc” - read) 11 + Logic “1”: Bus DB0-DB7 nối với ghi liệu DR bên LCD R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động chế độ ghi, nối với logic “1” để LCD chế độ đọc E Chân cho phép (Enable) Sau tín hiệu đặt lên bus DB0-DB7, lệnh chấp nhận có xung cho phép chân E + Ở chế độ ghi: Dữ liệu bus LCD chuyển vào(chấp nhận) ghi bên phát xung (high-to-low transition) tín hiệu chân E + Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD xuất DB0DB7 phát cạnh lên (low-to-high transition) chân E LCD giữ bus đến chân E xuống mức thấp 7-14 DB0-DB7 Tám đường bus liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có chế độ sử dụng đường bus : + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường, với bit MSB bit DB7 + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường từ DB4 tới DB7, bit MSB DB7 15 A Nguồn dương cho đèn 16 K GND cho đèn Bảng 4: Sơ đồ chân LCD16x2 4.3 Thông số kĩ thuật - - Điện áp MAX : 7V Điện áp MIN : - 0,3V Hoạt động ổn định : 2.7-5.5V Điện áp mức cao : > 2.4 Điện áp mức thấp : 35 || firesen == 0) { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("canh bao chay!!!"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(" "); digitalWrite(BUZZER_PIN,HIGH); } delay(200); } CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN Đánh giá hiệu sử dụng mạch Hệ thống báo cháy với linh hoạt ESP32 cho phép tích hợp nhiều chức mà khơng làm suy giảm hiệu suất chung Khả kết nối không dây qua Wi-Fi Bluetooth làm cho việc truyền thông liệu trở nên thuận tiện Giá thành hợp lý 19 ESP32 giúp giảm chi phí xây dựng hệ thống Đồng thời, khả đa nhiệm điểm mạnh, cho phép hệ thống thích ứng mở rộng chức dễ dàng Tuy nhiên, hệ thống không tránh khỏi nhược điểm Độ tin cậy cảm biến phát lửa DHT11 gặp khó khăn việc cung cấp thơng tin xác, đơi phát thơng báo khơng Tiêu tốn lượng cao, đặc biệt sử dụng kết nối Wi-Fi, thách thức việc trì hệ thống thời gian dài Khả chống nhiễu vấn đề, đặc biệt hoạt động mơi trường có nhiều tác nhân gây nhiễu 1.1 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 - Trong q trình mơ mạch , cảm biến DHT11 thu thập thông số nhiệt độ độ ẩm từ môi trường xung quanh gửi đến ESP 32 , thông số lại chưa thực xác liệu nhiệt độ từ mơi trường 25 độ cảm biến lại thu mức nhiệt 29-30 độ hay độ ẩm tương tự 1.2 Cảm biến lửa - Cảm biến lửa sử dụng bước sóng để phát lửa nên việc sử dụng nơi có nhiều loại ánh sáng có bước sóng khác gây nhiễu sáng dẫn đến hiệu cảm biến không cao 1.3 Khắc phục - Để khắc phục vấn đề , ta thay loại cảm biến có chất lượng tốt - Kết hợp nhiều cảm biến để có thơng số xác Kết luận - Hệ thống báo cháy sử dụng cảm biến phát lửa DHT11 kết nối với ESP32 mang lại nhiều ưu điểm Sự linh hoạt ESP32 cho phép tích hợp nhiều chức mà không làm suy giảm hiệu suất chung Tuy , hệ thống chưa thực hoàn thiện tồn nhiều nhược điểm độ xác ổn định từ cảm biến nhiệt độ độ ẩm hay cảm biến lửa Ứng dụng - Hệ thống ứng dụng cho tịa chung cư hay với hộ gia đình , nhà hàng , khu xí nghiệp , - Với nhu cầu phòng cháy chữa cháy , hệ thống phát triển tương lai thay sử dụng linh kiện chất lượng Sử dụng thuật toán khác chuyên sâu để nâng cao độ hiệu việc phát cảnh báo kịp thời nguy cháy nổ 20 Tài liệu tham khảo https://mecsu.vn/ho-tro-ky-thuat/dht11-cam-bien-nhiet-do-va-do-am.0j8 https://hshop.vn/products/cam-bien-phat-hien-lua https://deviot.vn/tutorials/esp32.66047996/tong-quan-ve-esp32.18482631 https://kme.com.vn/blogs/news/tong-quan-lcd1602-va-giao-tiep-i2c-lcd-sudung-arduino 21 22