Báo Cáo Dự Án Nhập Môn Điện Tử Viễn Thông Thiết Bị Cảm Biến Màu.pdf

Đánh giá dự án Nhóm sinh viên tự đánh giáChọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây: 0: Không có, 1 có rất ít, 2 có vừa phải, 3 có nhiều, còn một ít lỗi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-BÁO CÁO DỰ ÁN NHẬP MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

THIẾT BỊ CẢM BIẾN MÀU

Nhóm sinh viên thực hiện:

Giáo viên hướng dẫn: TS Hàn Huy Dũng

Hà Nội 12-2022

Đánh giá dự án (Nhóm sinh viên tự đánh giá)

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây: (0): Không có, (1) có rất ít, (2) có vừa phải, (3) có nhiều, còn một ít lỗi (5) có nhiều, gần như không có lỗi

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)

1

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và

các giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như

phạm vi ứng dụng của đồ án

1 2 3 4 5

2 tế)Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn

5 quả đạt đượcCó kết quả mô phỏng/thực nghiệm và trình bày rõ ràng kết

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

6

Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương

pháp thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách

có hệ thống

1 2 3 4 5

7 quả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng.Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết 1 2 3 4 5

8

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có)

giữa kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời

cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện

trong tương lai

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết (10)

9

Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương

logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được

đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án,

có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu

chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có

trích dẫn đúng quy định

1 2 3 4 5

10 học, lập luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa 1 2 3 4 5

Điểm tổng quy đổi về thang 10

Nhận xét thêm của Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét về thái độ và tinh thần làm việc của sinh viên)

Ngày: / /2023 Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

LƯỢC SỬ HIỆU CHỈNH

Phiên bản Thực hiện

bởi

Ngày hiệu chỉnh

Được thông qua bởi

Ngày thông qua

Lý do

MỤC LỤC

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Mục đích thực hiện

1.2 Tính thực tiễn của sản phẩm

CHƯƠNG II: MÔ TẢ YÊU CẦU KỸ THUẬT

2.1 Yêu cầu chức năng

2.2 Yêu cầu phi chức năng

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ SẢN PHẨM

3.3.1 Khối cảm biến: Cảm biến <TCS3200>

3.3.2 Khối điều khiển: Bộ xử lý <ESP32 Trên Motherboard Airsense>

3.3.3 Khối hiển thị: Bộ hiển thị <LCD 2004>

CHƯƠNG IV: TRIỂN KHAI VÀ KIỂM TRA

PHỤ LỤC A: PHÂN CÔNG NHÂN SỰ

A.1 Danh sách thành viên

PHỤ LỤC B: CÔNG CỤ LÊN KẾ HOẠCH VÀ GIAO TIẾP

PHỤ LỤC F: TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI NÓI ĐẦU

Theo sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ, đặc biệt là ngành côngnghệ thông tin và điện tử viễn thông, cuộc sống của con người ngày càng được nângcao, hiện đại Các sản phẩm công nghệ và các ứng dụng liên tục được phát triển vàthay đổi để phù hợp với yêu cầu của con người Vì vậy, Nhóm chúng em quyết địnhchọn “Thiết bị cảm biến màu ” để làm dự án với ý nghĩa mang tính thực tế cho cộngđồng

Trong quá trình thực hiện đề tài này ,chúng em đã cố gắng để hoàn thiện tốt sảnphẩm, song có lẽ vốn kiến thức còn hạn hẹp cũng như nhiều yếu tố khách quan khác

mà không tránh khỏi những thiếu sót Nhóm chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến

và hướng dẫn thêm từ thầy cô cũng như các bạn

Cuối cùng nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Hàn Huy Dũng đã hướng dẫn tận tình, giảng giải chi tiết giúp chúng em hoàn thiện bài tập lớn này Ngoài những kiến thức học được, chúng em cũng đã có được những kinh nghiệm những kỹ năng thiết thực để chúng em hoàn thiện tốt hơn bài tập lớn này

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Mục đích thực hiện

- Trong cuộc sống hằng ngày, nhu cầu trích xuất cụ thể một mã màu ngày càng trở nên phổ biến và thiết thực, nhất là trong các hoạt động sản xuất hay thiết kế Việc biết chính xác mã màu có thể giúp ta dễ dàng tái tạo lại được màu sắc mà chúng ta cần một cách chính xác nhất, giúp cho công việc được xử lý, hoàn thành một cách nhanh chóng hơn

- Song đa số Thiết bị cảm biến màu ngoài thị trường còn đang có giá thành khá đắt, không phổ cập được đến nhiều bạn sinh viên hay những người cónhu cầu cần sử dụng.

- Giúp ngành in ấn cần kiểm tra độ chuẩn màu của sản phẩm

- Trong ngành thời trang cần trích xuất mã màu của một sản phẩm để thiết kế cho một sản phẩm khác

- Trong hệ thống đào tạo mỹ thuật cơ bản, cần nhận biết các màu sắc và các mã màu

- Hỗ trợ người mù màu cần nhận biết màu sắc cơ bản trong tự nhiên

CHƯƠNG II: MÔ TẢ YÊU CẦU KỸ THUẬT

2.1 Yêu cầu chức năng

- Nhận biết được nhiều màu sắc và phân biệt theo mã:

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ SẢN PHẨM

- Tần số sau khi vào chip xử lý sẽ đi qua chương trình chuyển đổi, biến nó thành các mã màu tương ứng hệ màu khác nhau: RGB, CMYK, HEX sau đó từ chip

xử lý sẽ truyền dữ liệu lên màn hình hiển thị

- Màn hình hiển thị sẽ hiển thị ra dữ liệu người dùng mong muốn

- Khi bấm vào nút B, tín hiệu sẽ truyền lại xuống bộ xử lý trung tâm và chuyển đổi sang hệ hoặc mã màu khác rồi xuất lên lại màn hình hiển thị

3.2.1 Tính toán

3.2.2 Lưu đồ thuật toán

3.3 Linh kiện sử dụng

3.3.1 Khối cảm biến: Cảm biến <TCS3200>

- Dùng để thu tín hiệu màu đầu vào cho arduino xử lý

+ Có thể giao tiếp trực tiếp với vi điều khuyển

- Các chức năng của các chân:

+ S0, S1 : Đầu vào chọn tỉ lệ tần số đầu ra

+ S2, S3 : Đầu vào chọn kiểu photodiode

+ OE : Đầu vào cho phép xuất tần số ở chân OUT

+ OUT : Đầu ra là tần số thay đổi phụ thuộc cường độ và màu sắc

- Nguyên lý hoạt động:

+ Khối đầu tiên là mảng ma trận 8x8 gồm các photodiode Bao gồm 16 photodiode có thể lọc màu sắc xanh dương (Blue), 16 photodiode có thể lọc màu đỏ (Red), 16 photodiode có thể lọc màu xanh lá (Green) và 16 photodiode trắng không lọc (Clear) Tất cả photodiode cùng màu được

kết nối song song với nhau và được đặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu.

+ Bản chất của 4 loại photodiode trên như là các bộ lọc ánh sáng có màu sắc khác nhau Có nghĩa nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng có cùng màu với loại photodiode tương ứng và không tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác

+ Việc lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào S2,S3:

+ Khối thứ 2 là bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số:

+ Tần số đầu ra của linh kiện điện tử TCS3200 trong khoảng

2HZ~500KHZ Tần số đầu ra có dạng xung vuông với tần số khác nhau khi mà màu sắc khác nhau và cường độ sáng là khác nhau Ta có thể lựa chọn tỉ lệ tần số đầu ra ở các mức khác nhau như bảng trên cho phù hợp với phần cứng đo tần số

3.3.2 Khối điều khiển: Bộ xử lý <ESP32 Trên Motherboard Airsense>

- Mạch ESP32 Wifi

- Dùng để xử lý dữ liệu của cảm biến

- Giá thành: 102.000vnđ

- Hỗ trợ 2 giao tiếp không dây:

+ Wi-Fi: 802.11 b/g/n/e/i

+ Bluetooth: v4.2 BR/EDR and BLE

- Hỗ trợ tất cả các loại giao tiếp:

+ 8-bit DACs( digital to analog) 2 cổng

+ CAN bus 2.0

+ IR (TX/RX)

+ Băm xung PWM (tất cả các chân )

+ Ultra low power analog pre-amplifier’

- Cảm biến tích hợp trên chip esp32:

+ 1 cảm biến Hall (cảm biến từ trường)

+ 1 cảm biến đo nhiệt độ

+ Cảm biến chạm (điện dung) với 10 đầu vào khác nhau

- Bảo mật:

+ 1 cảm biến Hall (cảm biến từ trường)

+ 1 cảm biến đo nhiệt độ

+ Cảm biến chạm (điện dung) với 10 đầu vào khác nhau

- Nguồn điện hoạt động:

+ Nhiệt độ hoạt động -40 + 85C

+ Điện áp hoạt động: 2.2-3.6V

+ Số cổng GPIOs : 34

- SƠ ĐỒ CHÂN:

3.3.3 Khối hiển thị: Bộ hiển thị <LCD 2004>

- Hiển thị thông tin của arduino

- Giá thành: 135.000 vnđ

- Thông số kỹ thuật:

+ Điện áp hoạt động: 5V

+ Màu: Xanh Dương

+ Địa chỉ I2C: 0x3F (có thể là 0x27 thay đổi theo đơn hàng của nhàsản xuất)

+ Kích thước lỗ bắt ốc: 94mm x 55mm

+ Kích thước của mạch: 98mm x 60mm x 20m

+ Trọng lượng: 75g

+ Màu hiển thị: Trắng / Xanh Dương.

+ Giao tiếp: I2C, SPI

+ Oled giao tiếp I2C:

○ MISO – Mang các dữ liệu từ các thiết bị SPI về vi điều khiển

○ MOSI – Mang các dữ liệu từ vi điều khiển đến các thiết bị SPI

○ SS – Chọn thiết bị SPI cần làm việc

○ SCK – dòng đồng bộ

+ Chất liệu nhựa ABS dày cứng.

+ Đầu kim loại mạ niken chống oxy hóa hạn chế tối đa điện trở tiếp xúc

PHỤ LỤC A: PHÂN CÔNG NHÂN SỰ

A.1 Danh sách thành viên

Tên Vai trò Ưu điểm Nhược điểmNguyễn Văn Hiếu Leader

Organizer Thinker Coordinator

- Có nhiều kinh nghiệm và kiến thức về các lĩnh vực chuyên môn

- Luôn lắng nghe

ý kiến của các thành viên

- Làm việc hăng say, hết mình với công việc

- Khả năng sắp xếpthời gian đôi khi còn chưa hợp lý

- Quá cầu toàn trong công việc

Nguyễn Đức Anh Specialist

Evaluator ThinkerResource Investigator

- Hòa đồng với mọi người

- Có trách nhiệm với công việc được giao

- Biết tiếp thu họchỏi, có tinh thần cầu tiến, dám nghĩ dám làm

- Thi thoảng chưa được tập trung

- Để cảm xúc ảnh hưởng đến công việc

Nguyễn Tuấn Anh Thinker

Coach Data AnalystTime Keeper

- Có kỹ năng xử

lý tình huống, đàm phán thươnglượng

- Ham tìm tòi họchỏi, tiếp cận với những kiến thức mới lạ

- Có khả năng làm việc tốt dưới

áp lực

- Không lập kế hoạch rõ ràng trước khi thực hiện

- Dễ bị mất tập trung

Trần Lương Duy Specialist

Resource InvestigatorThinker

- Hòa đồng với mọi người - Khả năng đọc hiểu ngoại ngữ còn

hơi kém

- Làm việc hăng say, hết mình với công việc.

- Luôn cầu tiến trong công việc

- Khả năng sắp xếpthời gian đôi khi còn chưa hợp lý

Trần Anh Đức Resource

InvestigatorNote Taker Organizer

- Biết tiếp thu họchỏi, có tinh thần cầu tiến, dám nghĩ dám làm

- Vui vẻ, hòa đồng với mọi người xung quanh

- Nhiệt tình, hănghái, không ngại khó khăn

- Chưa có nhiều kinh nghiệm và kiến thức về các lĩnh vực chuyên môn

- Dễ bị mất tập trung

Leader Nhóm trưởng, lãnh đạo nhóm

Organizer Tổ chức các buổi họp, Viết báo cáo, xây dựng hệ thống

và quy tắc lưu trữ tài liệu Thinker Lên ý tưởng, nghĩ các phương án thực hiện cho dự án Coordinator Đảm bảo việc hoạt động nhóm diễn ra trơn tru, phối hợp

nhịp nhàng giữa các thành viên Evaluator Đánh giá các phương án; phê phán và tìm lỗi trong quá

trình lên ý tưởng cũng như kiểm thử sản phẩm (Còn gọi

là Tester) Specialist Chuyên viên (kỹ thuật), chuyên phụ trách các phần lập

trình, lắp mạch,

Coach Hướng dẫn, huấn luyện các thành viên khác về các kỹ

năng, kỹ thuật chuyên môn

Resource Investigator Tìm kiếm, tổng hợp và tóm tắt thông tin

Data Analyst Tính toán công thức, phân tích các thông tin, dữ liệu thu

thập được Time Keeper Nhắc deadline, quản lý lịch trình

Note Taker Ghi chép thông tin và ý tưởng được đưa ra trong các

- Trước đây, bạn sẽ phải sử dụng cùng lúc rất nhiều app để ghi chú và lưu trữ dữ liệu, thì giờ đây, bạn có thể làm toàn bộ những công việc đó chỉ với duy nhất một ứng dụng Notion

+ Viết ghi chú, Todo list, mục tiêu đặt ra mỗi ngày,…thay thế cho Onenote, Evernote

+ Lên thời gian biểu lịch họp thay cho Word, Excel

+ Lên kế hoạch công việc cụ thể theo ngày/tuần/tháng/năm, lên lịch nhắc nhở sự kiện, deadline công việc thay thế cho Google Calendar + Quản lý thời gian, tài chính hiệu quả

+ Quản lý dự án, phân chia nhiệm vụ thay thế cho Jiva, Trello

+ Lưu trữ các tài liệu tham khảo,

PHỤ LỤC C: CÔNG CỤ LẬP TRÌNH VÀ THIẾT KẾ MẠCH

C.1 Fritzing

- Fritzing là một chương trình mã nguồn mở cho phép người dùng tạonguyên mẫu hoặc sơ đồ mạch điện trước khi lắp ráp trong thực tế Đây làmột trong những plugin tốt nhất của IDE Arduino Fritzing có thể được

sử dụng để tạo ra thiết kế, tạo các dự án điện tử giúp cho người dùng cóthể dễ dàng có một bản thiết kế tường minh trước khi thực hiện dự án,hoặc sau khi thực hiện để dễ trình bày

- Các ưu điểm khi sử dụng Fritzing:

+ Có cộng đồng phát triển lớn, số lượng người dùng lớn và rất nhiệt tình

PHỤ LỤC E: CÁC CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CHI TIẾT

- Cảm biến TCS230 (hoặc TCS3200) nhận dạng màu sắc tốt song chúng cần được hiệu chỉnh để đạt được hiệu quả cao

- Đầu ra từ cảm biến là sóng vuông (50% chu kỳ hoạt động) với tần số (fO) tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng:

+ fO là tần số đầu ra

+ fD là tần số đầu ra trong điều kiện tối (khi Ee = 0)

+ Re là độ nhạy của thiết bị đối với bước sóng ánh sáng nhất định tính bằng kHz/(mW/cm2)

+ Ee là bức xạ tới tính bằng mW/cm2

- fD là tần số đầu ra do dòng rò Như thể hiện trong phương trình trên, tần số nàybiểu thị một số hạng không phụ thuộc vào ánh sáng trong tổng tần số đầu ra fO

- fO tỷ lệ thuận với tần số nên có thể ánh xạ giữa tần số và giá trị màu RGB

(0-255 cho mỗi R, G và B) bằng phép nội suy tuyến tính

- Khi biết fD, giá trị này có thể được sử dụng để chia tỷ lệ tất cả các tần số trung gian thành giá trị RGB tương ứng Mối quan hệ tỷ lệ được biểu thị bằng

phương trình đường thẳng tiêu chuẩn y = mx + b trong đó:

+ y là số đọc thu được (fO)

+ x là giá trị RGB chuẩn hóa

+ b là giá trị của y khi x bằng 0 (fD)

+ m là hệ số góc, hay hằng số tỷ lệ của đường thẳng ([fW–fD]/255) Phương trình kết quả là:

Tính giá trị RGB mong muốn:

PHỤ LỤC F: TÀI LIỆU THAM KHẢO