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

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) cónhiều, gần như không có lỗi

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

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề vàcác giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng nhưphạm 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 53 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)

Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phươngpháp thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cáchcó hệ thống

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 tinhthần làm việc của sinh viên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

LƯỢC SỬ HIỆU CHỈNH

Phiên bản Thực hiệnbởi

Ngày hiệuchỉnh

Được thôngqua bởi

Ngày thôngqua

Lý do

MỤC LỤC

MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Mục đích thực hiện1.2 Tính thực tiễn của sản phẩm

CHƯƠNG II: MÔ TẢ YÊU CẦU KỸ THUẬT

2.1 Yêu cầu chức năng2.2 Yêu cầu phi chức năng

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ SẢN PHẨM

3.1 Thiết kế tổng thể hệ thống3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống3.1.2 Sơ đồ mạch3.2 Nguyên lý hoạt động3.2.1 Tính toán3.2.2 Lưu đồ thuật toán3.3 Linh kiện sử dụng

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

4.1 Phiên bản 0.14.2 Phiên bản 0.24.3 Phiên bản 1.0

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1 Kết luận5.1.1 Kết quả đạt được5.1.2 Khó khăn còn tồn tại

PHỤ LỤC A: PHÂN CÔNG NHÂN SỰ

A.1 Danh sách thành viên

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

B.1 Notion

B.2 Facebook Messenger

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

C.1 FritzingC.2 VS CodeC.3 PlatformIO

PHỤ LỤC D: BẢNG CHI TIÊU

PHỤ LỤC E: CÁC CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CHI TIẾT

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 khácmà không tránh khỏi những thiếu sót Nhóm chúng em rất mong sự đóng góp ý kiếnvà 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.

1.2 Tính thực tiễn của sản phẩm

- Trong thế giới rất nhiều màu sắc này, có thể bạn nhìn thấy một màu sắc nào đấy và rất thích nó, nhưng không biết cách để có thể tái tạo lại màu sắc đó.- Designer cần trích xuất mã màu từ một sản phẩm in ấn mà họ thích để có thể sử

dụng cho sản phẩm của mình.

- 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:1 RBG

2 CMYK3 RGBA4 HEX5 NAME

2.2 Yêu cầu phi chức năng- Nhỏ gọn, cấu trúc bo tròn.- Giao diện bắt mắt dễ nhìn.- Màu sắc đa dạng.- Giá thành phù hợp.

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ SẢN PHẨM

3.1 Thiết kế tổng thể hệ thống3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống

- 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.

- Thông số kỹ thuật:

+ Điện áp cung cấp: 2,7 - 5,5V.

+ Chuyển đổi từ cường độ ánh sáng sang tần số với độ phân giải cao.+ Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số khác nhau.+ Điện năng tiêu thụ thấp.

+ 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:

+ 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

- Thông số kỹ thuật:

+ Điện áp sử dụng: 2.2~5.5VDC.+ Công suất tiêu thụ: 0.04w+ Góc hiển thị: lớn hơn 160 độ+ Số điểm hiển thị: 128×64 điểm.+ Độ rộng màn hình: 0.96 inch+ Màu hiển thị: Trắng / Xanh Dương.+ Giao tiếp: I2C, SPI

+ Oled giao tiếp I2C:○ Driver: SSD1306○ VCC 2.2~5.5VDC○ GND 0VDC○ SCL Xung Clock

○ SDA Dữ liệu vào Data in Oled giao tiếp SPI○ Driver: SH1106

○ 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

3.3.4 Khối nguồn- Pin sạc 18650:

+ Dung lượng: 3400mAh+ Giá thành: 120.000 vnđ- Đế pin:

+ Nguồn đầu ra DC 3.7V - 16V+ Chất liệu nhựa ABS dày cứng.

+ Đầu kim loại mạ niken chống oxy hóa hạn chế tối đa điện trở tiếp xúc.- Bảng mạch sạc pin lithium 18650 3.7V 9V 5V 2A

- Bộ SạC Pin Li-ion

CHƯƠNG IV: TRIỂN KHAI VÀ KIỂM TRA

4.1 Phiên bản 0.1 4.2 Phiên bản 0.24.3 Phiên bản 1.0

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1 Kết luận

5.1.1 Kết quả đạt được

5.1.2 Khó khăn còn tồn tại

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 SpecialistEvaluator 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 ThinkerCoach 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 cònhơi 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 buổi họp

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

B.1 Notion

- Notion về cơ bản là một ứng dụng ghi chú đa năng Cũng giống như Trello, Evernote hay Google Keep, ứng dụng này có thể tích hợp được với nhiều công cụ khác nhau trong cùng một không gian Tuy nhiên, ứng dụng này lại tối ưu hơn nhiều, nó mang lại nhiều tính năng thông minh như ghi chú, quản lý thời gian, lập kế hoạch, viết blog, nhật ký,…

- 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 đượcsử 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 tìnhhỗ trợ

+ Nhiều tính năng và thiết bị điện tử để sử dụng vẽ mạch + Cách sử dụng không quá khó

+ Lý tưởng cho các dự án dựa trên Arduino

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