( Kèm CODE và PCB ) Thiết kế hệ thống đo nồng độ cồn tự động

Hiện nay, ở nước ta các tệ nạn xã hội ngày càng gia tăng mà một trong những nguyên nhân chủ yếu đó là do uống nhiều rượu bia. Rượu, bia là nguyên nhân chủ yếu làm giảm năng suất lao động, gây ra các tệ nạn xã hội như bạo lực, gia đình tan vỡ, và đặc biệt gây ra các vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng và đặc biệt nghiêm trọng. Việt Nam là quốc gia thuộc top đầu các nước sử dụng rượu, bia khi tham gia giao thông. Tình trạng sử dụng rượu, bia tràn lan ở nhiều nơi đã khiến trật tự an toàn giao thông trở thành vấn đề báo động đây chính là nguyên nhân hàng đầu gây tai nạn giao thông, khi điều khiển phương tiện bởi người lái xe thường phản ứng chậm, buồn ngủ, thiếu tập trung, việc nhìn thấy các biển báo, tín hiệu hoặc quan sát trên đường không còn rõ ràng. Người say cũng bốc đồng, không còn khả năng kiểm soát tốc độ cho nên thường phóng nhanh, vượt ẩu, lấn đường rất dễ gây tai nạn. Để tích cực ngăn chặn việc việc người điều khiển phương tiện giao thông trong tình trạng say rượu bia, theo nghị định 712012NĐ – CP qui định người điều khiển các phượng tiện giao thông trên đường mà trong máu hoặc hơi thở có nồng độ cồn vượt quá 50 – 80 mgl máu hoặc 0,25 – 0,4 mgl khí hơi khí thở sẽ bị phạt. Chính vì thế có nhiều rất nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề đo nồng độ cồn đối với những người tham gia giao thông. Thấy được tính chất cấp bách và quan trọng của vấn đề trên nhóm chúng em đã quyết định lựa chọn chủ đề: “ Xây dựng hệ thống đo nồng độ cồn”, nhằm mục đích chủ động ngăn ngừa kịp thời và cảnh báo sớm hiểm họa về tai nạn giao thông xảy ra, tạo nên một thói quen và ý thức tốt cho người tham gia giao thông. 1.1 Các yêu cầu cơ bản Hệ thống đo nồng độ cồn là hệ thống di động, giúp người dùng đo nồng độ cồn, cảnh báo cho người dùng cũng như người thân biết các thông số đo để có những giải pháp kịp thời, phòng tránh sự cố hiệu quả nhất. Hệ thống sử dụng Board Arduino Uno R3 làm bộ xử lý trung tâm, cảm biến nồng độ cồn sẽ đo để truyền các tín hiệu về trung tâm xử lý. Cùng một số thiết bị đầu ra như màn hình LCD 4x20 hoặc Oled, loa cảnh báo , động cơ servo SG90 ( rào chắn barrier ). 1.2 Phương pháp, phạm vi, và giới hạn nghiên cứu Hiện nay có nhiều phương pháp đo nồng độ như phương pháp đo nồng độ cồn trong máu, phương pháp đo nồng độ cồn trong hơi thở. Phương pháp đo nồng độ cồn trong máu là phương pháp được sử dụng để xác định lượng các chất kích thích và hoạt chất gây ảnh hưởng tới cơ thể con người trong máu. Sử dụng các biện pháp hóa sinh trong phòng thí nghiệm để đo đạc với độ chính xác cao. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là phải lấy mẫu máu của người cần kiểm tra tại cơ sở y tế, thông qua quy trình thử nghiệm trong phòng thí nghiệm mới cho ra kết quả do đó gây tốn thời gian và không thể áp dụng trong các trường hợp cần kiểm tra nhanh, tại hiện trường. Phương pháp đo nồng độ cồn trong hơi thở: Hơi thở của người say rượu sẽ có nồng độ cồn cao. Sử dụng các thiết bị đo nồng độ cồn từ hơi thở hoặc đo nồng độ trong không khí của không gian thở trước mặt người lái để đánh giá tình trạng say rượu bia. Ta thấy rằng phương pháp xác định nồng độ cồn qua hơi thở hiện đang được sử phổ biến vì tính cơ động và thời gian đo nhanh chỉ khoảng 8 – 10 giây. Vì thế nhóm chúng em sẽ sử dụng phương pháp đo nồng độ cồn qua hơi thở. 1.3 Ý nghĩa thực tiễn. Chủ đề “Xây dựng hệ thống đo nồng độ cồn” của nhóm chúng em có ý nghĩa thiết thức trong cuộc sống nhằm mục đích chủ động ngăn ngừa kịp thời và cảnh báo sớm hiểm họa về tai nạn giao thông xảy ra, tạo nên một thói quen và ý thức tốt cho người tham gia giao thông. Từ đó có thể hạn chế tối đã nhưng hậu quá đáng tiếc do rượu bia gây ra. 1.4 Bài toán yêu cầu. Để đảm bảo trật rự an toàn giao thông và đặc biệt là kiểm tra vi phạm nồng độ cồn của người tham gia giao thông, với việc tạo ra một hệ thống đo nồng độ cồn thông minh kết hợp chốt chặn bằng barie để kịp thời ngăn chặn các đối tượng vi phạm pháp. Đồng thời giúp hạn chế số lượng cán bộ ở từng chốt chặn.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT

NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

==========o0o==========

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN 1 Mã: 13321 Học kỳ: 1 – Năm học: 2022 – 2023

ĐỀ TÀI: Máy Đo Nồng Độ Cồn Thông Minh

SINH VIÊN MSV LỚP NHIỆM VỤ

Ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp

Giảng viên hướng dẫn: Ths Vũ Ngọc Minh

Hải phòng 12/2022

NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

1 Tinh thần thái độ, sự cố gắng của sinh viên trong quá trình thực hiện Đồ án:

………

………

………

………

………

2 Đánh giá chất lượng Đồ án (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trên các mặt: lý luận, thực tiễn, chất lượng thuyết minh và các bản vẽ): ………

………

………

………

………

………

Hải Phòng, ngày tháng năm

Giảng viên hướng dẫn

x

TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

Lời cảm ơn

Trước hết, chúng em chân thành cảm ơn các thầy cô và cán bộ của KhoaĐiện – Điện Tử trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợicho em trong suốt quá trình học

Em xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy cô đã nhiệt tình giảng dạychuyên

ngành Điện tự động công nghiệp

Em cũng hết lòng biết ơn sự quan tâm và ủng hộ của gia đình và bạn bè

Đó chính là nguồn động viên tinh thần rất lớn để tôi theo đuổi và hoàn thành đồ

án 1 này

Đặc biệt, em vô cùng tri ân sự hướng dẫn tận tình và theo dõi sát sao đầytinh thần trách nhiệm cùng lòng thương mến của thầy Vũ Ngọc Minh trong suốtquá trình em thực hiện Báo cáo Đồ án 1

Cuối cùng em muốn gửi lời cảm ơn đến toàn bộ quý thầy cô của khoaĐiện – Điện

Tử trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam , những người có vai trò rất lớntrong suốt quá trình em theo học

Trong quá trình thực hiện Báo cáo Đồ án 1 nhận thấy chúng em đã cốgắng hết sức nhưng vì kiến thức vẫn còn hẹn hẹp nên vẫn còn nhiều thiếu sót,mong thầy cô bổ sung để Báo cáo đồ án 1 được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy/Cô!

Sinh viên thực hiện

Ký và ghi rõ họ tên

MỤC LỤC MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 Tổng quan và xây dựng mô hình hệ thống 2

1.1 Giới thiệu chung 2

1.2 Các yêu cầu cơ bản 2

1.3 Phương pháp, phạm vi, và giới hạn nghiên cứu 2

1.4 Ý nghĩa thực tiễn 3

1.5 Bài toán yêu cầu 3

1.6 Sơ đồ khối hệ thống 3

1.7 Nguyên lý hoạt động 3

1.8 Phân tích và lựa chọn phần tử, thiết bị thực hiện 4

1.8.1 Lựa chọn cảm biến đo nồng độ cồn 4

1.8.2 Khối đo và xử lý thông tin cho cảm biến MQ3 9

1.8.3 Module cảm biến áp suất không khí 10

1.8.4 Khối âm thanh 11

1.8.5 Khối hiển thị 12

1.8.6 Khối động cơ 13

1.8.7 Cảm biến IR: cảm biến hồng ngoại 14

1.8.8 ARDUINO UNO R3 15

1.8.9 Phần mềm lập trình Arduino IDE 17

1.8.10 Phần mềm mô phỏng Proteus 18

Kết luận chương 1……….19

CHƯƠNG 2 Chế tạo và thử nghiệm hệ thống 20

2.1 Nghiên cứu sơ đồ kết nối các thiết bị 20

2.1.1 Sơ đồ kết nối cơ bản 20

2.1.2 Sơ đồ kết nối mô phỏng 21

2.2 Xây dựng chương trình điều khiển 22

2.3 Chương trình code 23

2.4 Kết quả mô phỏng 28

Kết luận chương 2……….29

CHƯƠNG 3 Lắp ráp mạch thực và đánh giá hệ thống 30

3.1 Lắp ráp mạch thực 30

3.2 Thử nghiệm và đánh giá hệ thống 31

KẾT LUẬN 33

Kết luận 33

Hướng phát triển của ĐỒ ÁN 1 trong tương lai 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

Summation of project 35

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống 3

Hình 1.2 Nguyên lý máy đo nồng độ kiểu quang phổ 5

Hình 1.3 Hình dạng thực tế của cảm biến MQ3 5

Hình 1.4 Thông số hình học của cảm biến MQ3 6

Hình 1.5 Độ nhạy của MQ3 với một số loại khí 7

Hình 1.6 Đặc điểm độ nhạy của cảm biến MQ3 so với nhiệt độ và độ ẩm 7

Hình 1.7 Sơ đồ cấu trúc mạch điện của MQ3 8

Hình 1.8 Module MQ3 9

Hình 1.9 Sơ đồ mạch điện khối chuyển đổi đo lường cảm biến MQ3 9

Hình 1.10 Module cảm biến áp suất không khí MPS20N0040D-S 10

Hình 1.11 Module kích phát âm thanh YS-M3 11

Hình 1.12 LCD 20x4 12

Hình 1.13 Động cơ servo 13

Hình 1.14 Vi điều khiển sử dụng trong Arduino 16

Hình 1.15 Arduino UNO R3 17

Hình 2.1 Sơ đồ kết nối cơ bản 20

Hình 2.2 Sơ đồ kết nối mô phỏng bằng Proteus 21

Hình 3.1 Mô hình toàn bộ hệ thống 30

Hình 3.2 Khối nhận tín hiệu đo (cảm biến áp suất + cảm biến cồn) 30

Hình 3.3 Khối đièu khiển trung tâm 31

Hình 3.4 Khối cảnh báo âm thanh 31

Hình 3.5 Cảm biến IR, phần hiển thị và barrier 31

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thông số kyc thuật cảm biến MQ3 6

Bảng 1.2 Một vài thông số của Ardu8ino UNO R3 15

Bảng 3.1 Thử nghiệm với hơi thở không sử dụng chất có cồn 32

Bảng 3.2 Thử nghiệp với hơi thở khi đã sử dụng chất có cồn 32

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 Tổng quan và xây dựng mô hình hệ

thống

1.1 Giới thiệu chung.

Hiện nay, ở nước ta các tệ nạn xã hội ngày càng gia tăng mà một trongnhững nguyên nhân chủ yếu đó là do uống nhiều rượu bia Rượu, bia là nguyênnhân chủ yếu làm giảm năng suất lao động, gây ra các tệ nạn xã hội như bạo lực,gia đình tan vỡ, và đặc biệt gây ra các vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng và đặcbiệt nghiêm trọng

Việt Nam là quốc gia thuộc top đầu các nước sử dụng rượu, bia khi thamgia giao thông Tình trạng sử dụng rượu, bia tràn lan ở nhiều nơi đã khiến trật tự

an toàn giao thông trở thành vấn đề báo động đây chính là nguyên nhân hàng đầugây tai nạn giao thông, khi điều khiển phương tiện bởi người lái xe thường phảnứng chậm, buồn ngủ, thiếu tập trung, việc nhìn thấy các biển báo, tín hiệu hoặcquan sát trên đường không còn rõ ràng Người say cũng bốc đồng, không còn khảnăng kiểm soát tốc độ cho nên thường phóng nhanh, vượt ẩu, lấn đường rất dễgây tai nạn Để tích cực ngăn chặn việc việc người điều khiển phương tiện giaothông trong tình trạng say rượu bia, theo nghị định 71/2012/NĐ – CP qui địnhngười điều khiển các phượng tiện giao thông trên đường mà trong máu hoặc hơithở có nồng độ cồn vượt quá 50 – 80 mg/l máu hoặc 0,25 – 0,4 mg/l khí hơi khíthở sẽ bị phạt

Chính vì thế có nhiều rất nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề đo nồng độcồn đối với những người tham gia giao thông Thấy được tính chất cấp bách vàquan trọng của vấn đề trên nhóm chúng em đã quyết định lựa chọn chủ đề: “ Xâydựng hệ thống đo nồng độ cồn”, nhằm mục đích chủ động ngăn ngừa kịp thời vàcảnh báo sớm hiểm họa về tai nạn giao thông xảy ra, tạo nên một thói quen và ýthức tốt cho người tham gia giao thông

1.2 Các yêu cầu cơ bản

Hệ thống đo nồng độ cồn là hệ thống di động, giúp người dùng đo nồng

độ cồn, cảnh báo cho người dùng cũng như người thân biết các thông số đo để cónhững giải pháp kịp thời, phòng tránh sự cố hiệu quả nhất Hệ thống sử dụngBoard Arduino Uno R3 làm bộ xử lý trung tâm, cảm biến nồng độ cồn sẽ đo đểtruyền các tín hiệu về trung tâm xử lý Cùng một số thiết bị đầu ra như màn hìnhLCD 4x20 hoặc Oled, loa cảnh báo , động cơ servo SG90 ( rào chắn barrier )

1.3 Phương pháp, phạm vi, và giới hạn nghiên cứu

Hiện nay có nhiều phương pháp đo nồng độ như phương pháp đo nồng độcồn trong máu, phương pháp đo nồng độ cồn trong hơi thở Phương pháp đonồng độ cồn trong máu là phương pháp được sử dụng để xác định lượng các chấtkích thích và hoạt chất gây ảnh hưởng tới cơ thể con người trong máu Sử dụngcác biện pháp hóa sinh trong phòng thí nghiệm để đo đạc với độ chính xác cao.Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là phải lấy mẫu máu của người cầnkiểm tra tại cơ sở y tế, thông qua quy trình thử nghiệm trong phòng thí nghiệm

mới cho ra kết quả do đó gây tốn thời gian và không thể áp dụng trong cáctrường hợp cần kiểm tra nhanh, tại hiện trường Phương pháp đo nồng độ cồntrong hơi thở: Hơi thở của người say rượu sẽ có nồng độ cồn cao Sử dụng cácthiết bị đo nồng độ cồn từ hơi thở hoặc đo nồng độ trong không khí của khônggian thở trước mặt người lái để đánh giá tình trạng say rượu bia Ta thấy rằngphương pháp xác định nồng độ cồn qua hơi thở hiện đang được sử phổ biến vìtính cơ động và thời gian đo nhanh chỉ khoảng 8 – 10 giây Vì thế nhóm chúng

em sẽ sử dụng phương pháp đo nồng độ cồn qua hơi thở

1.4 Ý nghĩa thực tiễn.

Chủ đề “Xây dựng hệ thống đo nồng độ cồn” của nhóm chúng em có ýnghĩa thiết thức trong cuộc sống nhằm mục đích chủ động ngăn ngừa kịp thời vàcảnh báo sớm hiểm họa về tai nạn giao thông xảy ra, tạo nên một thói quen và ýthức tốt cho người tham gia giao thông Từ đó có thể hạn chế tối đã nhưng hậuquá đáng tiếc do rượu bia gây ra

1.5 Bài toán yêu cầu.

Để đảm bảo trật rự an toàn giao thông và đặc biệt là kiểm tra vi phạm nồng

độ cồn của người tham gia giao thông, với việc tạo ra một hệ thống đo nồng độcồn thông minh kết hợp chốt chặn bằng barie để kịp thời ngăn chặn các đối tượng

vi phạm pháp Đồng thời giúp hạn chế số lượng cán bộ ở từng chốt chặn

Ban đầu khi chưa có xe đến, cảm biến hồng ngoại chưa nhận được tín hiệu, thìbarie luôn ở trạng thái quay đứng ( góc 90 độ so với mặt đất ngang , động cơservo sẽ được bố trí sao cho phù hợp với góc quay) Màn hình LCD sẽ hiển thị: “CHUA CO DOI TUONG “Khi có xe bước vào, hệ thống sẽ làm việc như sau:

-Cảm biến hồng ngoại sẽ được tác động lên mức cao ( có đối tượng ), lậptức VDK sẽ lệnh cho động cơ servo quay một góc 90 độ sao cho thanh barie songsong mặt đất và màn hình LCD hiển thị “ DA CO DOI TUONG”, cùng lúc đóthì VDK kích dương 1 chân của module kích phát âm thanh m3 tại vị trí chân màlưu file nhạc “ Mời bạn đo thử nồng độ cồn” ( cái này là tùy người lập trìnhchọn )

Khi người được yêu cầu chuẩn bị đo, cán bộ công tác sẽ đưa máy để người đóthử Lúc này sẽ nảy sinh 2 vấn đề:

-Nếu người đó nghiêm túc chấp hành mệnh lệnh, thổi mạnh vào máy đonồng độ cồn thì cảm biến áp suất không khí sẽ được tác động Ta cài đặt sao cho

áp suất của cảm biến lúc được thổi mạnh thì cảm biến sẽ kích lên mức cao VàVDK nhận được tín hiệu, lệnh cho cảm biến đo nồng độ cồn đo trong vòng 3giây và chọn một giá trị max hiển thị lên LCD Giữ nguyên giá trị đó trên mànhình hiển thị cho đến khi nào Button được bấm để reset giá trị cho người tiếptheo được yêu cầu đo hoặc người đo muốn đo lại

-Nếu người tham gia qua kiểm tra mà không tuân thủ hiệu lệnh được máy

đo nồng độ cồn phát ra thì barie sẽ không được gạt lên và sẽ cán bộ giám sát sẽ

có trách nhiệm nhắc nhở hoặc liên hệ với lực lượng chức năng để bắt giữ đốitượng về cơ quan giải quyết

Khi đối tượng vi phạm nồng độ cồn thì báo lên LCD đồng thời phát mp3”Bạn đã vi phạm nồng độ cồn” và phải bị xử phạt hành chính Đến khi nào xửphạt xong, cán bộ ấn nút ấn Button 2 thì barie quay đứng lại từ đầu và trở về mộtchu trình mới lặp lại cứ như vậy

1.8 Phân tích và lựa chọn phần tử, thiết bị thực hiện

1.8.1 Lựa chọn cảm biến đo nồng độ cồn

Hiện nay có nhiều loại cảm biến đo nồng độ cồn đang được sử dụng rấtphổ biến trên thị trường, tuy nhiên theo nguyên lý hoạt động có thể chia ra làmhai loại chính là cảm biến kiểu phân tích quang phổ và cảm biến kiểu điện hóa

a) Cảm biến kiểu quang phổ hoạt động theo nguyên lý phân tích sự thayđổi quang phổ ánh sáng có bước sóng và vùng gần hồng ngoại NDIR (Non-Dispersive Infrared) khi chiếu vào vùng không gian có nồng độ cồn

Các thành phần chính của cảm biến NDIR là nguồn hồng ngoại (đèn),buồng mẫu hoặc ống ánh sáng, bộ lọc bước sóng và đầu dò hồng ngoại Khí đượcbơm hoặc khuếch tán vào buồng mẫu và nồng độ khí được đo bằng phương phápquang điện bằng cách hấp thụ một bước sóng cụ thể trong hồng ngoại (IR)

Ánh sáng hồng ngoại được dẫn qua buồng mẫu NDIR về phía máy dò.Máy dò có bộ lọc quang ở phía trước giúp loại bỏ tất cả ánh sáng ngoại trừ bướcsóng mà các phân tử khí được chọn có thể hấp thụ Các phân tử khí khác khônghấp thụ ánh sáng ở bước sóng này và không ảnh hưởng đến lượng ánh sáng chiếutới máy dò Tín hiệu hồng ngoại từ đèn nguồn thường được cắt nhỏ hoặc điều chế

để tín hiệu nền nhiệt có thể được bù từ tín hiệu mong muốn

Để có hiệu quả quang học cao hơn, một cụm phản xạ có thể bao quanhđèn được sử dụng cho cảm biến NDIR Các gương phản xạ thường có hìnhparabol để va chạm ánh sáng hồng ngoại qua buồng mẫu về phía máy dò Việc sửdụng gương phản xạ có thể tăng cường độ ánh sáng có sẵn từ hai đến năm lần Bềmặt phản xạ cũng có thể được phủ vàng để tăng thêm hiệu quả của nó trong tiahồng ngoại

Cường độ ánh sáng hồng ngoại tới máy dò NDIR có liên quan nghịch với

nồng độ khí mục tiêu trong buồng mẫu NDIR Khi nồng độ trong buồng bằngkhông, máy dò sẽ nhận được cường độ ánh sáng đầy đủ Khi nồng độ tăng,cường độ ánh sáng hồng ngoại chiếu vào máy dò giảm

b) Cảm biến xác định nồng độ cồn kiểu điện hóa có nhiều kết cấu khácnhau, song chủ yếu vẫn là loại cảm biến kiểu bán dẫn và cảm biến kiểu điện hóa.Nguyên lý hoạt động của cảm biến kiểu bán dẫn là sử dụng một chất bán dẫn có

độ dẫn điện thay đổi theo nồng độ cồn trong mẫu hơi thở Cảm biến này được sửdụng khá rộng rãi vì tính chính xác, giá thành rẻ và độ bền của nó Tuy nhiêncảm biến kiểu bán dẫn cũng có một số nhược điểm như sự trôi điểm làm việctheo thời gian, do đó yêu cầu phải thường xuyên bảo dưỡng và hiệu chỉnh mỗilần đo Ngoài ra, một số cảm biến kiểu bán dẫn không chỉ nhạy cảm với cồn màcòn nhạy cảm với một số khí và chất bay hơi khác như khí xả phương tiện giaothông hoặc khói thuốc lá, khí ga…do đó đôi khi gây cảnh báo sai

Các cảm biến sử dụng các chất bán dẫn có điện trở thay đổi theo nồng độcồn trong môi trường không khí (thường gọi là cảm biến Taguchi) cũng thuộcloại cảm biến điện hóa Các chất bán dẫn thường được sử dụng trong cảm biếnnày là (SnO2) có độ nhạy cảm với cồn cao (trong khi hợp chất này lại có độ nhạycảm thấp với khí ga, khói thuốc lá, các hợp chất benzin khác) và điểm làm việc

ổn định

Một loại cảm biến xác định nồng độ cồn kiểu điện hóa khác hoạt động theonguyên lý pin nhiên liệu (fuel cell): biến đổi năng lượng của phản ứng cháy giữacồn và oxy (môi trường có xúc tác) thành dòng điện Cường độ dòng điện của

Hình 1.2 Nguyên lý máy đo nồng độ kiểu quang phổ

pin tạo ra tỉ lệ thuận với nồng độ cồn trong mẫu hơi thở Loại cảm biến này có

độ chính xác và độ nhạy cao, khả năng làm việc ổn định

Hình 1.4 Thông số hình học của cảm biến MQ3

Dựa vào cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số loại cảm biến đo nồng

độ cồn trong thực tế, cũng như khả năng đáp ứng được các yêu cầu công nghệ đãđặt ra như: Đáp ứng nhanh, độ chính xác và độ bền cao, nhỏ gọn, giá thành hợp

lý dễ dàng mua và thay thế tiện lợi, trong đề tài này tác giả lựa chọn cảm biếnMQ3

Bảng 1.1 Thông số kyc thuật cảm biến MQ3

Chất phản ứng Cồn

Độ nhạy ≥5 Tỉ lệ điện trở cảm biến khi nồng độ cồn bằng 0 và 0,4 mg/ l

Điện trở của cảm biến giảm dần 5 lần khi đo trong môi trường không khísạch và môi trường có nồng độ cồn 0,4 mg/l (bảng 2.1) Tuy nhiên hiệu ứng pháthiện nồng độ cồn của cảm biến này còn phụ thuộc điều kiện nhiệt độ Khi nhiệt

độ bề mặt cảm biến được sấy nóng tới 60ºC, thời gian cần thiết cần thiết đểphát hiện nồng độ cồn kéo dài khoảng 8 giây Cũng trong môi trường đó,khi nhiệt độ bề mặt cảm biến là 20ºC thời gian phát hiện nồng độ cồn kéodài từ 3 đến 5 phút

Hình 1.5 Độ nhạy của MQ3 với một số loại khí

Đặc điểm nhạy cảm biến MQ-3 so với điển hình một số chất khí trong họ(hình 2.5) Nhiệt độ: 20 ℃, Độ ẩm: 65%, nồng độ O2 21%, RL = 200kΩ

Ro: Điện trở cảm biến ở 0,4 mg / L của rượu trong không khí trong lành Rs:Điện kháng cảm biến ở các nồng độ khác nhau của các chất khí

Hình 1.6 Đặc điểm độ nhạy của cảm biến MQ3 so với nhiệt độ và độ ẩm

Sự phụ thuộc của cảm biến MQ-3 vào nhiệt độ và độ ẩm

Ro: Điện trở cảm biến ở 0,4 mg/lcủa rượu trong không khí ở 33% RH và 20 ℃Rs: Điện kháng cảm biến ở 0,4 mg/l của rượu ở nhiệt độ và độ ẩm khác nhau

Cảm biến MQ3 có độ nhạy cao trong môi trường có cồn và không nhạycảm với khói thuốc lá, xăng, dầu lên nó có khả năng phát hiện chính xác nồng

độ cồn trong môi trường không khí bình thường Vì vậy, sử dụng cảm biếnMQ3 để đo nồng độ cồn là hợp lý, có độ chính xác cao

Trong mạch điện của cảm biến MQ3 hình 2.7, có 2 đầu dây áp đầu ra củacảm biến, RL là điện trở mạch ra được nối tiếp với cảm biến, trị số được cấp điệnáp: VH là điện áp cấp cho mạch sấy và VC điện áp cấp cho cảm biến, VRL là điệntrở RL có thể điều chỉnh được Các điện áp VH và VC thường được cấp cùng trị số.Trong mạch đo, các điện áp này được cấp nguồn 5v DC Các tín hiệu ra củacảm biến được gửi về bộ vi điều khiển để tính toán xử lý

Để chọn được đặc tính đầu ra của cảm biến là mối quan hệ của điện áp ra vớinồng độ cồn ta tính như sau:

- R0 là điện trở của cảm biến tại nồng độ cồn là 0,4 mg/l

- Rs là điện trở của cảm biến

- Tính toán giá trị thực của nồng độ cồn từ giá trị áp đo được( bỏ qua sự ảnhhưởng của nhiệt đô và độ ẩm)

và 1), Aout đầu vào là tín hiệu tương tự, đèn Led sáng khi phát hiện có khí, GNDcấp điện cực âm, đọ nhạy cao và chọn lọc tốt với ethanol, bền và ổn định đáng tincậy, độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh.

Hình 1.9 Sơ đồ mạch điện khối chuyển đổi đo lường cảm biến MQ3

Sơ đồ nguyên lý của module cảm biến MQ3

 Giao diện 4 chân:

- VCC: Cung cấp năng lượng đầu vào.

- GND: Mặt bằng cung cấp.

- DO: Đầu ra tín hiệu số.

- AO: Đầu ra tín hiệu tương tự.

- Phản ứng nhanh, ổn định, nhạy cảm với rượu cồn.

- Có 2 tín hiệu ra: tín hiệu số (D0) và tín hiệu tương tự (A0).

1.8.3 Module cảm biến áp suất không khí

Hình 1.10 Module cảm biến áp suất không khí MPS20N0040D-S

Mô-đun này sử dụng chip lấy mẫu AD có độ chính xác cao và cảm biến ápsuất khí 0-40kpa

Nó có thể kết nối ống mềm 2.5mm và phát hiện mực nước và áp suấtkhông khí khác.

Sử dụng cảm biến cầu điện trở Ohm 5K, nó có kích thước nhỏ gọn và dễlắp đặt

Đặc điểm kỹ thuật:

Điện áp làm việc: 3.3-5V

Dải áp suất đo: 0-40kpa

Kích thước: 18x1 3mm/0.71x0.51inch (lỗ cố định 2mm)

1.8.4 Khối âm thanh

Hình 1.11 Module kích phát âm thanh YS-M3

 Ngõ ra loa: 4~8Ohm / 0~3W (âm lượng có thể tùy chỉnh)

 Hỗ trợ thẻ nhớ tối đa lên đến 32G

 Hỗ trợ định dạng nhạc: MP3, WAV

Chức năng các chân của LCD.

Chân 1: (Vss) Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GNDcủa mạch điều khiển

Chân 2: VDD Là chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này vớiVCC = 5V của mạch điều khiển

Chân 3: VEE là chân điều chỉnh độ tương phản của LCD

Chân 4: RS Là chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi

- Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ

“ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)

- Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD.Chân 5: R/W là chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic

“0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc.Chân 6: E Là chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E

- Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E

- Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

Chân 7-14: DB0 - DB7 - Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này:

-Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7.-Chế độ 4 bit: Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7

Chân 15: Nguồn dương cho đèn nền

Chân 16: GND cho đèn nền

1.8.6 Khối động cơ

Động cơ servo SG90, Góc Quay 180 Độ Servo là một dạng động cơ điệnđặc biệt Không giống như động cơ thông thường cứ cắm điện vào là quay liêntục, servo chỉ quay khi được điều khiển (bằng xung PPM) với góc quay nằmtrong khoảng bất kì từ 0o - 180o

Hình 1.13 Động cơ servo

Mỗi loại servo có kích thước, khối lượng và cấu tạo khác nhau Có loại thìnặng chỉ 9g (chủ yếu dùng trên máy bay mô mình), có loại thì sở hữu mộtmomen lực bá đạo (vài chục Newton/m), hoặc có loại thì khỏe và nhông sắc chắcchắn, Động cơ servo được thiết kế những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu

ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và

vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này

Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấuhồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều