báo cáo nhập môn điện tử viễn thôn thiết bị cảnh báo

Đối với ứng dụng báo đầy báo cạn mức nước trên bể chứa thì chúng ta lắp đặt 2 con cảm biến.. Khi nước đầy thì cảm biến sẽ báo tín hiệu về để ngắt máy bơm và ngược lại.. Nguyên lý hoạt độ

TRƯỜNG ĐIỆN -ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO NHẬP MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

THIẾT BỊ CẢNH BÁO Nhóm BoBo-Lớp: Nhập môn kỹ thuật điện tử viễn thông

Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Đức Minh

Hà Nội, 02/2024

CHƯNG 1: X"Y D%NG & TƯ'NG 3

1.1 V)n đ, l g0 (What)? 3

1.2 Tại sao cần (Why)? 3

1.3 Đối tượng sử dụng sản phẩm (Who)? 3

1.4 Khi n.o cần, cần trong ho.n cảnh n.o? 3

1.5 Cần ở đâu (Where)? 3

1.6 MTt số sản phẩm trong thUc tV 4

CHƯNG 2: CHỈ TIÊU KỸ THUẬT 7

2.1 Chỉ tiêu chức năng 7

2.1.1 Đầu v.o 7

2.2.2 Đầu ra 7

2.2.3 Mối quan hệ giữa đầu ra v đầu v.o 7

2.2 Chỉ tiêu phi chức năng 8

CHƯNG 3: KẾ HOẠCH TH%C HIỆN 8

CHƯNG 4: C S' L& THUYẾT 9

4.1 Nguyên lí hoạt đTng 9

4.1.1 Cảm biVn siêu âm để đo mUc nước 9

4.1.2 Sử dụng kit Arduino Uno R3 đưa ra tín hiệu ngkt điện 10

4.2 C)u tạo của sản phẩm 10

4.2.1 Khối đọc khoảng cách 10

4.2.2 Khối xử lp dữ liệu 12

4.2.3 Khối đi,u khiển 15

4.2.4 Còi: 18

CHƯNG 1: X"Y D%NG & TƯ'NG

1.1 V)n đ, l g0 (What)?

● Hiện nay, do khi bơm nước hay rút nước từ bể thì người dùng không nhận

biết được bể khi nào đầy, khi nào cạn Vì vậy ý tưởng của nhóm đó chính là tạo ra một thiết bị có thể cảnh báo được mực nước sắp tràn hoặc cạn

1.2 Tại sao cần (Why)?

1.3 Đối tượng sử dụng sản phẩm (Who)?

● Hộ gia đình đang sử dụng bể nước

● Người hay quên, không để ý tắt bể nước để nước bị tràn

1.4 Khi n.o cần, cần trong ho.n cảnh n.o?

● Khi gia đình bắt đầu nhận ra rằng việc để bể nước bị tràn nước quá nhiều

gây ra sự lãng phí không cần thiết và theo thời gian sẽ gây thiệt hại đến kinh tế của gia đình

1.5 Cần ở đâu (Where)?

● Thiết bị được đặt ở nơi có bể nước VD: bể nước gia đình, bể nước ở các tòa nhà chung cư,

1.6 MTt số sản phẩm trong thUc tV

● Cảm biVn báo đầy báo cạn mức nước DLS-35 Dinel.

Cảm biến báo đầy báo cạn mức nước hay còn gọi là công tắc đo mức nước Đây là loại sensor chuyên dùng để phát hiện mức chất lỏng; chất rắn với ngõ

ra là tín hiệu xung kích relay Ngoài ra, chúng ta cũng có thể sử dụng cảm biến này như là một công tắc dòng chảy để lắp trên đường ống nước Mục đích là để phát hiện nước có chảy trong đường ống hay không

Tín hiệu ngõ ra của sensor là xung kích rơ le Chúng ta có thể điều khiển đóng, ngắt máy bơm; đèn còi cảnh báo khi nước đầy hoặc cạn Đối với ứng dụng báo đầy báo cạn mức nước trên bể chứa thì chúng ta lắp đặt 2 con cảm biến Một con lắp trên cao để phát hiện nước đầy và một con lắp dưới đáy để phát hiện nước cạn Khi nước đầy thì cảm biến sẽ báo tín hiệu về để ngắt máy bơm và ngược lại

● Phao báo mUc nước

Nguyên lý hoạt động của loại cảm biến đo mức nước dạng phao được chia làm 2 loại: on/off và liên tục

Dạng on/off: công tắc phao cảm biến mực nước chỉ báo được mức cạn và mức đầy tương ứng ở điểm thấp nhất hoặc cao nhất Khi chất lỏng ở mức báo cạn thì cảm biến sẽ điều khiển bật motor bơm Ngược lại khi phao báo đầy thì cảm biến sẽ ngừng hoạt động của motor bơm

Ở dạng liên tục: cảm biến đo mức nước dạng phao hoạt động liên tục dựa theo sự thay đổi mức điện trở và chuyển đổi thành tín hiệu 4-20mA tương ứng Tại vị trí phao thấp nhất (cạn) tín hiệu là 4mA sẽ mở bơm và 20mA tại

vị trí phao cao nhất (đầy) sẽ đóng bơm

● So sánh các loại công tắc

Cảm biến báo đầy báo cạn mực

Chỉ tiêu

kĩ thuật Nguồn cung cấp: 7…34VDCNgõ ra: xung kích PNP, NPN

Nhiệt độ làm việc: -40 +200

độ C

Áp suất làm việc: 50bar tại 30

độ C hoặc 25bar tại 80 độ C Ren kết nối: G3/4″

Vật liệu que đo: inox Chuẩn bảo vệ: IP68 Que đo có bọc lớp FPE chống dính

Chiều dài que đo:

100mm… 6000mm

Có đèn LED báo trạng thái và điều chỉnh được độ nhạy

Model: MAC3-NEOP.H07RN-F Xuất xứ: Italia Loại sản phẩm: Phao báo mức

Dây cáp: 3G1 Chiều dài dây phao: 5m

Nguồn điện:

20A/250V và 16A/250V Nhiệt độ làm việc:

0-50 độ C Cấp bảo vệ: IP68 Kích thước phao: 106x154x54 mm Trọng lượng: 250 gram

Nhược

điểm

CHƯNG 2: CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

2.1 Chỉ tiêu chức năng

2.1.1 Đầu v.o

Mực nước trong bể nước ( Được đo bằng cảm biến siêu âm)

2.2.2 Đầu ra

Tín hiệu còi thông báo

Tín hiệu rơ-le bật (ngắt) điện

2.2.3 Mối quan hệ giữa đầu ra v đầu v.o

Công thức liên hệ :

- f(x)=0 nếu x<0.01(m)

- f(x)=1 nếu x0.5(m)

Bảng đầu vào - đầu ra tương ứng:

2.2 Chỉ tiêu phi chức năng

Năng lượng :

Điện áp: 9V

Dòng điện: 1A

Công suất tiêu thụ: 9W

Nguồn điện: DC

Ngoại quan cơ khí :

Kích thước: 25x20x15 cm, hình hộp

Vật liệu: Nhựa chống nước

Màu sắc: Trắng be

Hiệu năng:

1s mỗi lần đo mực nước

Tiêu chuẩn:

An toàn CE

Kháng nước IPX4

An toàn điện TCVN 5699-1:1998 (IEC 335-1:1991)

Môi trường hoạt động:

Nhiệt độ phòng, thường xuyên tiếp xúc với môi trường ẩm ướt Chi phí sản xuất:

250.000-350.000 VNĐ / 1 sản phẩm

Nhân lực: 4 người

Vốn: 450.000 VNĐ ( Mạch, cảm biến, vật liệu, )

Mạch thử nghiệm: KIT Arduino UNO R3 CH340G

CHƯNG 3: KẾ HOẠCH TH%C HIỆN

hiện Họp nhóm lần 1 và chốt ý tưởng cho dự án

Họp nhóm lần 2 để phân công nhiệm vụ

Chuẩn bị slide thuyết trình

Nghiên cứu và tìm hiểu về các linh kiện tạo nên sản phẩm và

tìm hiểu thị trường

Vẽ sơ đồ khối,lưu đồ thuật toán, mô phỏng sơ đồ nguyên lý

mạch, layout mạch

Họp nhóm lần 3 để sửa slide thuyết trình

Mua linh kiện

Mô tả phương pháp thí nghiệm mạch và thiết kế sản phẩm

Nhận xét kết quả thực hiện và đánh giá chất lượng sản phẩm

Làm báo cáo, hoàn thiện slide thuyết trình và tổng kết dự án,

đưa ra bài học kinh nghiệm

Đinh Vũ Long

Phạm Minh Tuấn

Lê Thế Linh

Nguyễn Văn Khang

CHƯNG 4: C S' L& THUYẾT

4.1 Nguyên lí hoạt đTng

4.1.1 Cảm biVn siêu âm để đo mUc nước

Thiết bị này được dùng để đo mực nước trong bể khi mà nước đầy hay khi nước cạn

4.1.2 Sử dụng kit Arduino Uno R3 đưa ra tín hiệu ngkt điện

4.2 C)u tạo của sản phẩm

4.2.1 Khối đọc khoảng cách

C)u tạo

Thiết bị cảm biến siêu âm được cấu tạo bởi một bộ phận đầu dò phát ra tín hiệu Đầu dò của cảm biến hoạt động như một microphone để nhận và phát âm thanh siêu âm Chúng được thiết kế với nhiều hình dạng như:

Đầu dò thẳng (sóng dọc)

Đầu dò ngang (sóng ngang)

Đầu dò sóng bề mặt

Đầu dò kép (một đầu phát và một đầu nhận tín hiệu)

Mặc dù thiết kế khác nhau nhưng các thiết bị đầu dò cảm biến sóng siêu âm này đều có chung cấu tạo gồm:

Bộ phát: Là bộ phận được cấu tạo từ gốm, với đường kính rộng 15mm, hoạt động nhờ cơ chế chuyển động bằng máy rung để tạo ra các sóng siêu âm truyền vào không khí

Bộ thu: Có chức năng hình thành các rung động cơ học tương thích với sóng siêu âm và chuyển đổi thành năng lượng điện ở đầu ra của bộ thu

Điều khiển: Là bộ phận sử dụng mạch điện tích hợp để điều khiển sự truyền sóng siêu âm của bộ phát, từ đó đánh giá được khả năng nhận tín hiệu và kích thước của bộ thu

Nguồn điện DC: Cung cấp năng lượng cho thiết bị cảm biến thông qua mạch

ổn áp, với mức điện áp PCB ± 10%, 24V ± 10%

Nguyên lp hoạt đTng cảm biVn siêu âm

Cảm biến siêu âm có nguyên lý hoạt động dựa trên quá trình cho và nhận, có nghĩa là hệ thống cảm biến sẽ liên tục phát ra các sóng âm thanh ngắn với tần số cao hơn mức mà con người có thể nghe và có tốc độ lan truyền mạnh Khi các sóng âm này gặp phải vật cản là chất rắn hay chất lỏng thì sẽ tạo ra

các bước sóng phản hồi Sau cùng, thiết bị cảm biến sẽ tiếp nhận, phân tích

và xác định chính xác khoảng cách từ cảm biến đến vật cản

MTt số sản phẩm trên thị trường:

Cảm biến Cảm biến siêu âm SRF04 Cảm Biến Siêu Âm US-015

Thông số kĩ

thuật - Điện áp: 5V DC

- Dòng hoạt động: < 2mA

- Mức cao: 5V

- Mức thấp: 0V

- Góc tối đa: 15 độ

- Khoảng cách: 2cm – 450cm

(4.5m)

- Độ chính xác: 3mm

- Điện thế hoạt động: DC 5V

- Dòng tiêu thụ: 2.2mA

- Khoảng nhiệt độ hoạt động: 0

~+ 70’C

- Chuẩn tín hiệu: TTL

- Góc quét: < 15 degree

- Khoảng cách nhận: 2 ~ 400cm

- Độ chính xác: 0.3cm + 1%

Giá thành

Hình ảnh

ThiVt bị nhóm sử dụng: Cảm biến siêu âm SRF04

4.2.2 Khối xử lp dữ liệu

Đầu v.o: Dữ liệu từ cảm biến

Đầu ra: Tín hiệu điều khiển (0 hoặc 1)

Chức năng: Điều khiển cảm biến và mạch điều khiển, xử lý dữ liệu được

gửi về từ cảm biến

Chưung tr0nh của khối đi,u khiển

MTt số sản phẩm đi,u khiển trung tâm trên thị trường

Arduino Uno R3

CH340

Arduino Nano CH340

Arduino MEGA2560

Chỉ

tiêu kĩ

thuật

- Vi điều khiển:

ATmega328

- Điện áp đầu vào

khuyên dùng: 7-

12VDC

- Điện áp hoạt động:

5V - DC

- Điện áp vào giới

hạn:

6 -20V DC

- Số chân Digital I/O:

14

(6 chân hardware

PWM)

- Số chân Analog: 6

- Dòng ra tối đa (5V):

500mA

- Bộ nhớ Flash: 32KB

với 0.5KB dùng bởi

bootloader

- SRAM: 2KB

- EEPROM: 1KB

- Xung nhịp: 16 MHz

- Kích thước: 6.86cm

x 5.34cm

- Trọng lượng: 25g

- IC chính:

ATmega328P

- IC nạp và giao tiếp UART: CH340

- Điện áp hoạt động:

5V - DC

- Điện áp đầu vào giới hạn: 6-20V - DC

- Số chân Digital I/O:

14 (trong đó có 6 chân PWM)

- Số chân Analog: 8

- Dòng ra tối đa (5V):

500mA

- Bộ nhớ flash : 32KB với 2KB dùng bởi bootloader

- SRAM: 2KB

- EEPROM: 1KB

- Xung nhịp: 16MHz

- Kích thước: 1.85cm

x 4.3cm

- Trọng lượng: 5g

- Vi điều khiển:: ATmega 2560

- IC nạp và giao tiếp UART: CH340

- Điện áp hoạt động: 5V - DC

- Điện áp đầu vào giới hạn: 6-20V - DC

- Số chân Digital I/O:

54 (trong đó có 15 chân PWM)

- Số chân Analog: 16

- Dòng ra tối đa (5V): 800mA

- Bộ nhớ flash : 256KB với 8KB dùng bởi bootloader

- SRAM: 8KB

- EEPROM: 4KB

- Xung nhịp: 16MHz

- Kích thước:

10.15cm x 5.33cm

- Trọng lượng: 37g

ThiVt bị của nhóm sử dụng: Kit Arduino Uno R3 CH340G

4.2.3 Khối đi,u khiển

Đầu v.o: Tín hiệu điều khiển từ khối 2

Đầu ra: Tín hiệu điện công tắc

Chức năng: Khi nhận tín hiệu điều khiển từ khối 2, công tắc có chức năng

ngắt hoặc cho dòng điện chạy qua để bật (tắt) máy bơm

Linh kiện nhóm sử dụng: Module Relay Mini 1 kênh 5V10A BLK

Bảng thông số kỹ thuật

Điện áp hoạt đTng của Module 5V

Mức tín hiệu Logic đi,u khiển High/Low(Thay đổi được bằng jump chốt)

Đầu v.o: Tín hiệu điều khiển từ khối 2

Đầu ra: Âm thanh còi được phát ra

Chức năng: Khi nhận tín hiệu điều khiển từ khối 2, còi sẽ kêu đồng thời lúc

relay ngắt hoặc cho dòng điện chạy qua để bật (tắt) máy bơm

Linh kiện nhóm sử dụng: Còi chip 5V

4.2.4 Còi:

Điện áp sử dụng 3 - 12VDC

Dòng tiêu thụ <25mA

Tần số âm thanh 2300H z ± 500

"m thanh đầu ra Bíp bíp

Biên đT âm thanh > 80dB

Nhiệt đT hoạt đTng -20 đến 70 độ C

Kích thước của còi

chip

9.5x12mm