Bản báo cáo môn cảm biến và hệ thống đo đề tài cảm biến đo khoảng cách sử dụng bộ cảm biến siêu âm hy srf05

Trang 1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BẢN BÁO CÁO MÔN CẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG ĐOĐỀ TÀI:CẢM BIẾN ĐO KHOẢNG CÁCH SỬ DỤNG BỘ CẢM BIẾNSIÊU ÂM HY-SRF05 Giáo viên

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

MÔN CẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG ĐO

ĐỀ TÀI:

CẢM BIẾN ĐO KHOẢNG CÁCH SỬ DỤNG BỘ CẢM BIẾN

SIÊU ÂM HY-SRF05

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đạt - 2021603811

Nguyễn Quý Đức - 2021600538

Lâm Viết Long - 2021608275

Nguyễn Hoàng Hải - 2021603797

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 3

Phần I: Tổng quan 4

Phần II: Giới thiệu 4

2.1 Lý do chọn đề tài: 4

2.2 Mục đích nghiên cứu 4

2.3 Đối tượng nghiên cứu 4

2.4 Nội dung nghiên cứu 5

2.5 Phương pháp nghiên cứu 5

Phần III: Sơ đồ khối, tổng quan thiết bị 5

3.1 Sơ đồ khối chung: 5

3.2 Khối cảm biến: Sử dụng cảm biến HY-SRF05 6

3.3 Khối xử lý: Sử dụng mạch Aduino 7

3.4 Khối báo động : Sử dụng còi chip và đèn Led 9

Chương IV : Thiết kế chi tiết, Nguyên lý hoạt động 10

4.1 Các linh kiện được sử dụng: 10

4.2 Các câu lệnh chạy chương trình: 13

4.3 Sơ đồ thiết kế: 15

4.4 Nguyên lý hoạt động: 15

Chương V : Kết luận 20

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cảm biến đóng một vai trò quan trọng trong rất nhiều ứng dụng và lĩnh vực khác nhau Từ giám sát khoảng cách trong robot hút bụi, ô tô, kiểm soát độ cao trong các ứng dụng điều khiển bay không người lái, ta thấy cảm biến siêu âm được ứng dụng vô cùng rộng rãi trong xã hội ngày nay, trở thành một công nghệ không thể thiếu ứng dụng trong các ngành công nghiệp, tàu thủy,xe hơi và các ứng dụng khác Trong quá trình làm nhóm em đã lựa chọn cảm biến HY-SRF05 để thực hiện project HY-SRF05 là một trong số những cảm biến đo khoảng cách phổ biến và được

sử dụng rộng rãi hiện nay Cảm biến HY-SRF05 sử dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách Cụ thể, cảm biến này phát ra một tín hiệu sóng siêu âm và đo thời gian mà sóng trở lại sau khi va chạm và vật can để tính toán khoảng cách từ cảm biến đến vật cản Nhờ những ưu điểm của cảm biến đo khoảng cách sử dụng HF-SRF05, nhóm em

đã làm ra một project nhỏ để kiểm tra được lợi ích cũng như ứng dụng được vào thực

tế so với lý thuyết Bởi vậy ta mới thấy được việc áp dụng cảm biến đo khoảng cách sẽ mang lại nhiều lợi ích cho người dùng, cải thiện hiệu quả và tiết kiện chi phí trong nhiều ứng dụng khác nhau

Nhóm em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn cũng như đóng góp của giảng viên hướng dẫn trong quá trình thực hiện báo cáo Nhóm em xin nhận được sự nhạn xét của giảng viên và các bạn về đề tài thực hiện của nhóm.Xin chân thành cảm ơn!

Phần I: Tổng quan

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó Nhằm nghiên cứu về việc tự động trong quá trình dừng đỗ của xe ô tô, khả năng né vật cản của robot hút bụi, kiểm soát độ cao, … Nhóm em đã bắt tay vào tìm hiểu và thực hiện đề tài

Cảm biến đo khoảng cách sử dụng HY-SRF05 là một trong những công nghệ cảm biến chính xác và phổ biến nhất hiện nay Cảm biến này sử dụng sóng siêu âm để

đo khoảng cách và phát triển trên nhiều ứng dụng khác nhau, từ giám sát khoảng cách trong robot hút bụi đến các ứng dụng trong ngành công nghiệp, tàu thủy, xe hơi và các ứng dụng khác

HY-SRF05 được thiết kế để sử dụng dễ dàng và có khả năng điều chỉnh độ nhạy giúp tuỳ biến cho phù hợp với từng mục đích sử dụng Ngoài ra, cảm biến HY-SRF05 cũng có khả năng kết nối với các thiết bị khác như vi điều khiển hay máy tính qua giao tiếp nối tiếp chuẩn TTL

Nhận thấy sự cấp thiết về vấn đề trên , nhóm chúng em đã tìm hiểu và nghiên cứu về chủ đề đo khoảng cách khi dừng đỗ xe, để giảm tối đa thời gian và sai sót trong quá trình này gây ra

Phần II: Giới thiệu 2.1 Lý do chọn đề tài:

Do ngày nay, công nghệ cảm biến siêu âm liên tục được cải tiến và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Cảm biến siêu âm được xem là một tiêu chuẩn không thế thiếu của ngành công nghiệp hiện đại Việc ứng dụng nó trong một số lĩnh vực, hoạt động thực tiễn của còn người là vô cùng cần thiết Việt Nam hiện nay ô

tô đang được sử dụng khá là phổ biến dẫn đến việc khó tránh được các sai sót trong việc dừng đỗ phương tiện, tuy nhiên chúng ta có thể sử dụng các cảm biến để hỗ trợ cho điều này Ta thấy cảm biến siêu âm có rất nhiều ưu điểm phù hợp với mục tiêu đề

ra Nên nhóm em đã chọn đề tài này để thực hiện

2.2 Mục đích nghiên cứu

Đưa ra các thông số, tín hiệu chính xác nhất để thông báo và cảnh báo cho người điều khiển phương tiện , phân tích cấu tạo, ưu nhược điểm, nguyên lý hoạt động của hệ thống đo khoảng cánh sử dụng cảm biến siêu âm

2.3 Đối tượng nghiên cứu

Cảm biến đo khoảng cách sử dụng sensor HY-SRF05.

2.4 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu nguyên lý, cách hoạt động, cách lắp đặt của hệ thống đo khoảng cách và làm mô hình hoặc tạo ra sản phẩm đơn giản về hệ thống này bằng phương pháp sử dụng mạch tương tự

2.5 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được nghiên cứu bằng phương pháp lý thuyết với thực nghiệm với mục đích tạo ra một sản phẩm ứng dụng vào đời sống thực tế hỗ trợ con người trong quá trình dừng dỗ xe một cách hợp lý

Phần III: Sơ đồ khối, tổng quan thiết bị 3.1 Sơ đồ khối chung:

Nguồn

Báođộng

Xử lý Cảm biến

3.2 Khối cảm biến: Sử dụng cảm biến HY-SRF05

a) Hình ảnh thực tế và thông số kỹ thuật:

- HY-SRF05 là cảm biến siêu âm được dùng để đo khoảng cách một cách chính xác.

Khoảng cách có thể đó được từ 2cm - 450cm Khoảng cách đo tối ưu nhất < 80cm

 Thông số kĩ thuật:

 Điện áp vào: 5V

 Dòng tiêu thụ: <2mA

 Tín hiệu đầu ra: xung HIGH(5V) và

LOW(0V)

 Khoảng cách đo: 2cm – 450cm

 Độ chính xác: 0.5cm

 Kích thước: 20*45*15mm

 Góc cảm biến: <15 độ

- Sơ đồ chân: có 5 chân

 VCC: 5V

 Trig(T): digital input

 Echo(R): digital output

 OUT

 GND

b) Nguyên lý hoạt động:

c) Cách thức thực hiện:

Đầu tiên đặt cảm biến trên một mặt phẳng Cho vật thể cách xa cảm biến một khoảng cách nhất định Mạch điện tích hợp sẵn trên module sẽ tính toán thời gian cần thiết để sóng siêu âm quay trở lại và bật chân Echo ở mức cao trong cùng một khoảng thời gian cụ thể, bằng cách này chúng ta cũng có thể biết được thời gian đã thực hiện Bây giờ chỉ cần tính toán khoảng cách bằng vi điều khiển hoặc bộ vi xử lý

d) Một số ưu, nhược điểm của cảm biến :

*Nhược điểm:

 Cảm biến siêu âm chịu ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ và áp suất Vì thế

nó chỉ hoạt động tốt nhất ở môi trường có nhiệt độ từ 60 độ C trở xuống

và áp suất khoảng 1 bar trở lại

 Một nhược điểm khác là cảm biến siêu âm rất dễ bị nhiễu tín hiệu nên khi lắp đặt, bạn cần phải lắp theo đúng hướng dẫn của nhà sản xuất

* Ưu điểm:

 Sử dụng sóng siêu âm nên có thể đo khoảng cách mà không cần tiếp xúc với vật chất cần đo Vì thế, cảm biến siêu âm thường được dùng để đo mức chất lỏng có độ ăn mòn cao như acid hoặc xăng, dầu, …

 Sóng siêu âm là một loại âm thanh có tần số cao nên độ nhạy của cảm biến rất cao, thời gian đáp ứng nhanh

 Độ chính xác của cảm biến siêu âm gần như là tuyệt đối, sai số trung bình khoảng 0,15% đối với khoảng cách 2m trở lại

3.3 Khối xử lý: Sử dụng mạch Aduino

* Hình dáng:

*Ký hiệu:

- Sơ đồ chân và cấu tạo:

Các chân (5V, 3.3V, GND, Digital, Analog, PWM, ISF)

Các chân trên là nguồn ra mà bạn có thể kết nối dây đầu ra với các tải hoặc một

số mạch kết nối bên ngoài Với các loại Arduino sẽ có thể một số loại chân khác nhau

Ở mỗi chân đều được in các nhãn và ký tự để người sử dụng có thể phân biệt được

GND (3): Viết tắt của ‘Ground’ là mass Có một số chân GND trên Arduino, bất

kỳ các chân GND trong số đó có thể được sử dụng để nối mass mạch của bạn

5V (4) & 3.3V (5): Chân 5V cung cấp năng lượng 5-volt và chân 3,3V cung cấp

3,3 volt Hầu hết các thành phần đơn giản được sử dụng với Arduino đều hoạt động bình thường ở mức 5 hoặc 3,3 volt

Analog (6): Các chân được dán nhãn ‘Analog In’ (A0 đến A5 trên UNO) là các

chân Analog In Các chân này có thể đọc tín hiệu từ các cảm biến tương tự (như cảm biến nhiệt độ) và chuyển đổi nó thành một giá trị Digital mà chúng ta có thể đọc được

Digital (7): Các chân Digital được dán nhãn từ 0 – 13 trên Arduino UNO, các

chân này có thể được sử dụng cho cả đầu vào digital nếu như là các nút nhấn và đầu ra digital nếu như cấp nguồn cho LED

PWM (8): Bạn có thể nhìn thấy những dấu (~) nằm ở bên cạnh các chân 3, 5,

6, 9, 10 và 11 trên mạch Các chân này đều có chức năng hoạt động như các chân Digital thông thường, nhưng cũng có thể sử dụng để điều chế độ rộng xung PWM Bạn

có thể hình dung các chân này có thể được sử dụng mô phỏng đầu ra tín hiệu Analog

ISF (9): Được viết tắt của cụm từ Analog Reference, hầu hết chân này thường

không được sử dụng Đôi khi nó được sử dụng để có thể đặt điện áp tham chiếu trong khoảng từ 0 – 5V làm giới hạn cho các chân đầu vào Analog

- Cấu tạo của mạch Aduino:

 Nút Reset (Reset Button): Nút reset (10) có nhiệm vụ khởi động lại bất kỳ đoạn code nào được tải trên Arduino Điều này rất hữu ích nếu code của bạn không

có vòng lặp nhưng bạn lại muốn kiểm tra chương trình đó nhiều lần

 Đèn LED báo nguồn (Power LED Indicator): Đèn báo được nắp ngay bên phải của chữ UNO, đó là một đèn LED nhỏ được dán nhãn ON (11)

 IC chủ (Main IC): IC chủ là vị trí số 13 Đây được coi là bộ não của Arduino

 Bộ điều chỉnh điện áp (Voltage Regulator): Bộ điều chỉnh điện áp (14), không được sử dụng nhiều Nhiệm vụ của nó là điều chỉnh điện áp, kiểm soát nguồn điện áp đưa vào mạch Arduino

3.4 Khối báo động : Sử dụng còi chip và đèn Led

* Còi chíp (Buzzer):

- Tính năng:

 Buzzer hay còn gọi là còi xung, là thiết bị phát ra âm thanh hay dùng trong các mạch điện tử

 Cấu tạo của Buzzer gồm 2 chân, chân dài là chân (+) và chân ngắn là chân (-) Trong quá trình sử dụng cần chú ý mắc chân tránh làm hỏng buzzer

- Thông số kỹ thuật:

 Điện áp làm việc: 5V

 Kích thước: 9.5 x 12mm

*Đèn led:

- Tính năng: dùng để báo hiệu

- Thông số kỹ thuật:

 Cân nặng: 0.3g

 Vỏ trong

 Đường kính: 5mm

*Board test:

Chương IV : Thiết kế chi tiết, Nguyên lý hoạt động 4.1 Các linh kiện được sử dụng:

- Khối cảnh báo: Điện trở, Led, buzzer.

- Khối cảm biến : HY-SRF05

- Khối xử lý: Mạch Aduino

- Board test: ZY-40 400

4.2 Các câu lệnh chạy chương trình:

// defines pins numbers

const int trigPin = 9

const int echoPin = 10 ;

const int level4 = 8

const int level3 = 11 ;

const int level2 = 12 ;

const int level1 = 13 ;

// defines variables

long duration;

int distance;

int safetyDistance;

void setup ()

pinMode ( trigPin, OUTPUT ) // Sets the trigPin as an Output

pinMode ( echoPin, INPUT ) // Sets the echoPin as an Input

pinMode ( level4, OUTPUT )

pinMode ( level3, OUTPUT )

pinMode ( level2, OUTPUT )

pinMode ( level1, OUTPUT )

Serial.begin ( 9600 ) // Starts the serial communication

}

// Clears the trigPin

digitalWrite ( trigPin, LOW )

delayMicroseconds ( )

// Sets the trigPin on HIGH state for 10 micro seconds

digitalWrite ( trigPin, HIGH )

delayMicroseconds ( 10 )

digitalWrite ( trigPin, LOW )

// Reads the echoPin, returns the sound wave travel time in microseconds

duration = pulseIn ( echoPin, HIGH )

// Calculating the distance

distance= duration* 0.034 / ;

safetyDistance = distance;

if distance <= 5

{

digitalWrite ( level4, HIGH )

}

else

{

digitalWrite ( level4, LOW )

}

if distance <= 10 )

{

digitalWrite ( level3, HIGH )

}

else

{

digitalWrite ( level3, LOW )

}

if distance <= 15 )

{

digitalWrite ( level2, HIGH )

}

else

{

digitalWrite ( level2, LOW )

}

if distance <= 20 )

{

digitalWrite ( level1, HIGH )

}

else

{

digitalWrite ( level1, LOW )

}

Serial.print ( "Distance: " )

Serial.println ( distance )

}

4.3 Sơ đồ thiết kế:

4.4 Nguyên lý hoạt động:

Sau khi hoàn thành thiết kế và lắp ráp, sử dụng laptop để nạp code cho bộ aduino, sử dụng một vật cản để kiểm tra tính chính xác

Cảm biến đo khoảng cách sử dụng HY-SRF05 hoạt động dựa trên nguyên lý sóng siêu âm Cụ thể, cảm biến này sẽ phát ra sóng siêu âm và chờ đợi đến khi sóng phản xạ quay trở lại từ vật cản Sau khi sóng phản xạ quay trở lại, cảm biến sẽ tính toán thời gian chênh lệch giữa lúc phát sóng và lúc sóng quay trở lại, từ đó tính toán được khoảng cách từ cảm biến đến vật cản

Các đèn LED và còi chíp được sử dụng để hiển thị trạng thái của cảm biến:

 Khoảng cách <=20: đèn led xanh sáng

 Khoảng cách <=15: đèn led vàng sáng

 Khoảng cách <=10: đèn led đỏ sáng

 Khoảng cách <=5: còi chíp báo hiệu (cả 3 đèn đều sáng)

Tùy vào đoạn code được thiết lập mà khoảng cách được báo hiệu sẽ khác nhau, ở đây nhóm em thực hiện như trên để dễ dàng kiểm chứng khả năng hoạt động của thiết

bị cũng như để ghi lại thông số một cách chính xác nhất

* Chạy thử nghiệm và kết quả:

Nhóm em đã hoàn thành được project như kế hoạch ban đầu đã đề xuất Dưới đây là những hình ảnh minh họa thực tế:

Hình 2 Đo vật cản với khoảng cách 20cm

Hình 1 Sản phẩm hoàn thành

Hình 3 Đo vật cản với khoảng cách 15cm

Hình 4 Đo vật cản với khoảng cách 10cm

Hình 5 Đo vật cản với khoảng cách 5cm

Với độ sai số khoảng ~0.5cm, nhóm em đã thực hiện thành công được bộ cảm biến

đo khoảng cách Tổng quan thì bộ cảm biến hoạt động tốt và chính xác

*Xu hướng phát triển và ứng dụng:

Ứng dụng và phương hướng phát triển của cảm biến siêu âm:

 Từ khi được giới thiệu đầu tiên, cảm biến siêu âm đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, từ robot hút bụi đến kiểm soát khoảng cách trên xe hơi và các ứng dụng trong ngành công nghiệp và tàu thủy Dưới đây

là một số ứng dụng và xu hướng phát triển của cảm biến siêu âm:

 Điều khiển từ xa: Cảm biến siêu âm có khả năng phát hiện và đo khoảng cách giúp nó trở thành một công nghệ quan trọng trong các thiết bị điều khiển từ xa, từ robot đến đèn chiếu sáng tự động

 An toàn và bảo vệ: Cảm biến siêu âm có thể được sử dụng để kiểm soát khoảng cách và độ an toàn, đặc biệt là trong các ứng dụng y tế và thực phẩm, đảm bảo sự an toàn của người sử dụng và sản phẩm

 Điều khiển kim loại: Cảm biến siêu âm có thể được sử dụng để kiểm soát khoảng cách trong các quá trình sản xuất kim loại, giúp tăng tính hiệu quả

và giảm thiểu thất thoát

 Tích hợp các công nghệ AI và IoT: Cảm biến siêu âm có khả năng kết nối và tích hợp với các công nghệ AI và IoT, giúp tạo ra các giải pháp thông minh

và tiên tiến hơn

 Tính đến hiện tại, cảm biến siêu âm vẫn đang được nghiên cứu và phát triển liên tục để cải thiện tính năng và đáp ứng nhu cầu của người dùng Các nghiên cứu và phát triển của cảm biến siêu âm cũng tập trung vào việc giảm thiểu kích thước và tiêu thụ năng lượng, đồng thời tăng cường khả năng giám sát và kiểm soát khoảng cách

Chương V : Kết luận

Trong báo cáo này, chúng em đã tìm hiểu về cảm biến đo khoảng cách sử dụng HY-SRF05 và nguyên lý hoạt động của cảm biến Chúng tôi cũng đã xem xét một số ứng dụng và xu hướng phát triển của cảm biến siêu âm

Công nghệ cảm biến siêu âm đang được sử dụng rộng rãi và có tiềm năng phát triển tiên tiến hơn trong tương lai khi được tích hợp với các công nghệ AI và IoT Cảm biến siêu âm có thể được sử dụng để kiểm soát khoảng cách và độ an toàn, giúp tăng tính hiệu quả trong các quá trình sản xuất và đảm bảo an toàn cho người sử dụng

Chúng em hy vọng rằng báo cáo này đã cung cấp cho bạn một cái nhìn tổng quan về cảm biến đo khoảng cách sử dụng HY-SRF05 và ứng dụng của nó Cảm ơn các giảng viên đã hướng dẫn và hỗ trợ chúng tôi trong quá trình viết báo cáo này

Nhóm em một lần nữa xin chân thành cảm ơn!