LỜI NÓI ĐẦUThế giới đang ở thời kì phát triển theo vô vàn các lĩnh vựcđời sống trong đó khoa học công nghệ nói chung và lĩnh vựcđiện-điện tử nói riêng đang nổi lên mạnh mẽ và vượt bậc là
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN XÂY DỰNG CÁC HỆ THỐNG NHÚNG
Trang 2NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
Trang 3MỤC LỤC
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 2
MỤC LỤC 3
LỜI NÓI ĐẦU 5
CHƯƠNG 1: Tổng quan về Arduino và cảm biến 6
I Arduino 6
1.1 Giới thiệu chung 6
1.2 Khả năng ứng dụng 8
II Cảm biến 12
2.1 Giới thiệu chung 12
2.2 Cảm biến khí gas 13
2.2.1 Cảm biến khí Gas trong thực tế 13
2.2.2 Cảm biến khí Gas MQ2 15
2.3 Cảm biến mưa 20
2.4 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm 23
2.5 Cảm biến thời gian thực 23
CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 25
I Phân tích chức năng 25
1.1 Phân tích bài toán 25
1.2 Yêu cầu chức năng 25
II Sơ đồ chức năng 26
III Nguyên lý hoạt động 26
CHƯƠNG 3: LẮP ĐẶT VÀ CHƯƠNG TRÌNH 28
I Các thiết bị được sử dụng 28
1.1 SIMOLINO UNO : 10 bit, thạch anh 1600Hz, kết nối với cảm biến, màn hình LCD 28
1.2 DHT11 28
1.3 RTC3 DS1307 29
1.4 Biến trở 29
1.5 LCD 20x4 : Xuất ra giá trị 30
1.6 Phần mềm nạp code cho Arduino : Arduino IDE 30
1.7 MQ5 Methane Gas Sensor 30
Trang 41.8 Rain Sensor 31
II Sơ đồ Lắp đặt 32
III Lập trình chương trình 32
3.1 Khởi tạo, định nghĩa các biến và đối tượng 33
3.2 Chức năng hiển thị menu lựa chọn 35
3.3 Chức năng lưu lịch sử đo thời tiết 36
3.4 Chức năng đo và hiển thị thời tiết 37
3.5 Chức năng cảnh báo thời tiết 38
3.6 Chương trình chính 39
KẾT LUẬN 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO 41
Trang 5LỜI NÓI ĐẦU
Thế giới đang ở thời kì phát triển theo vô vàn các lĩnh vựcđời sống trong đó khoa học công nghệ nói chung và lĩnh vựcđiện-điện tử nói riêng đang nổi lên mạnh mẽ và vượt bậc làmcho thế giới hiện nay của chúng ta ngày càng văn minh và hiệnđại hơn.Với sự ra đời của cảm biến,vai trò của nó rất là quantrọng nó được sử dung như những thiết bị cảm nhận và pháthiện và đặc biệt hơn chúng thể hiện vai trò vô cùng đặc biệt củamình trong Kĩ thuật công nghiệp, đo lường kiểm tra và điềukhiển tự động
Với những ứng dụng quan trọng như vậy, nhóm chúng em
đã chọn đề tài Thiết Kế Hệ Thống Đo Đếm Trạng Thái Thời TiếtTại Một Khu Vực nhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu vềnguyên lý làm việc của các cảm biến Song song với đó là tìmhiểu quá trình hoạt động và điều khiển truy xuất dữ liệu ra mànhình LCD, Arduino và có thể mô phỏng thực tế
Qua tìm hiểu và thu thập thông tin, kiến thức chúng em đãhoàn thành bài báo cáo Tuy nhiên sẽ không tránh khỏi nhữngsai sót mong thấy cô cùng bạn đọc xem xét và góp ý để kết quảđược tốt hơn Nhóm xin cảm ơn Cô Khuất Thị Ngọc Ánh đãhướng dẫn chúng em trong bài tập lớn này
Trang 6CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ARDUINO VÀ CẢM BIẾN
I.1 Giới thiệu chung
Arduino đã và đang được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, vàngày càng chứng tỏ được sức mạnh của chúng thông qua vô sốứng dụng độc đáo của người dùng trong cộng đồng nguồn mở(open-source) Tuy nhiên tại Việt Nam Arduino vẫn còn chưađược biết đến nhiều Nội dung của phân này nhằm giới thiệumột số thông tin về Arduino với hy vọng cung cấp cho ngườidùng DIY thêm một lựa chọn mới đầy tiềm năng để thực hiệncác dự án của mình
Trang 7Hình ảnh mô tả kích thước nhỏ gọn của bo mạch Arduino
Từ khi xuất hiện trong cộng đồng mã nguồn mở và lậptrình phần cứng, Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trườngngười dùng DIY (là những người tự chế ra sản phẩm của mình)trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những
gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động Số lượngngười dùng cực 5 lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậcphổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo
ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến
Vậy, Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinhviên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học danh tiếng nhưMIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng; hoặc ngay cảGoogle cũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino MegaADK dùng để phát triển các ứng dụng Android tương tác vớicảm biến và các thiết bị khác? Thật vậy, Arduino là một bomạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bịphần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác.Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụngcực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học mộtcách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử vàlập trình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giárất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Chỉvới khoảng $30, người dùng đã có thể sở hữu một bo Arduino có
20 ngõ I/O có thể tương tác và điều khiển chừng ấy thiết bị.Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theotên một vị vua vào thế kỷ thứ 9 là King Arduin Arduino chínhthức được đưa ra giới thiệu vào năm 2005 như là một công cụkhiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi, làmột trong những người phát triển Arduino, tại trường InteractionDesign Instistute Ivrea (IDII) Mặc dù hầu như không được tiếpthị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặtnhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những 6 người dùngđầu tiên Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thịtrấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đã sản sinh ra Arduino 1.2 Một
số ứng dụng nổi bật của bo mạch
Arduino được chọn làm bộ não xử lý của rất nhiều thiết bị
từ đơn giản đến phức tạp Trong số đó có một vài ứng dụng thực
Trang 8sự chứng tỏ khả năng vượt trội của Arduino do chúng có khảnăng thực hiện nhiều nhiệm vụ rất phức tạp Sau đây là danhsách một số ứng dụng nổi bật của Arduino.
- Máy in 3D
Một cuộc cách mạng khác cũng đang âm thầm định hìnhnhờ vào Arduino, đó là sự phát triển máy in 3D nguồn mởReprap Máy in 3D là công cụ giúp tạo ra các vật thể thực trựctiếp từ các file CAD 3D Công nghệ này hứa hẹn nhiều ứng dụngrất thú vị trong đó có cách mạng hóa việc sản xuất cá nhân
- Robot
Do kích thước nhỏ gọn và khả năng xử lý mạnh mẽ,Arduino được chọn làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loạirobot, đặc biệt là robot di động
- Thiết bị bay không người lái UAV
UAV là một ứng dụng đặc biệt thíchhợp với Arduino dochúng có khả năng xử lý nhiều loại cảm biến như Gyro,accelerometer, GPS… điều khiển động cơ servo và cả khả năngtruyền tín hiệu từ xa
- Điều khiển ánh sáng
Các tác vụ điều khiển đơn giản như đóng ngắt đèn LED hayphức tạp như điều khiển ánh sáng theo nhạc hoặc tương tác vớiánh sáng laser đều có thể thực hiện với Arduino
- Kích hoạt chụp ảnh tốc độ cao
Đây là một ứng dụng rất đơn giản nhưng đặc biệt hữu íchvới những ai đam mê chụp ảnh Ứng dụng này giúp tạo ranhững bức ảnh độc đáo ghi lại những khoảnh khắc xảy ra cựcnhanh mà nếu không có dụng cụ hỗ trợ chúng ta khó lòng ghilại Trên đây chỉ là một vài ví dụ minh họa cho khả năng ứngdụng của Arduino Khi tìm kiếm trên Google, bạn có thể tìmthấy vô số ứng dụng có sử dụng Arduino Ngoài ra có thể thamkhảo trên các trang web để tìm hiểu thêm nhiều ứng dụng rấtđộc đáo
Trang 9ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnhvới các loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/
O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, cácngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng nhưUART, SPI, TWI (I2C)
+) Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào:
Digital: Các bo mạch Arduino đều có các cổng digital
có thể cấu hình làm ngõ vào hoặc ngõ ra bằng phần mềm
Do đó người dùng có thể linh hoạt quyết định số lượng ngõvào và ngõ ra
Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùngAtmega328 là 14, và trên Atmega2560 là 54
Analog: Các bo mạch Arduino đều có trang bị các ngõvào analog với độ phân giải 10-bit (1024 phân mức, ví dụvới điện áp chuẩn là 5V thì độ phân giải khoảng 0.5mV) Sốlượng cổng vào analog là 6 đối với Atmega328, và 16 đối vớiAtmega2560
Với tính năng đọc analog, người dùng có thể đọc nhiềuloại cảm biến như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, gyro,accelerometer…
+) Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra:
Digital output: Tương tự như các cổng vào digital,người dùng có thể cấu hình trên phần mềm để quyết địnhdùng ngõ digital nào là ngõ ra Tổng số lượng cổng digitaltrên các mạch dùng Atmega328 là 14, và trên Atmega2560
là 54
PWM output: Trong số các cổng digital, người dùng cóthể chọn một số cổng dùng để xuất tín hiệu điều chế xung
Trang 10PWM Độ phân giải của các tín hiệu PWM này là 8- bit.
Số lượng cổng PWM đối với các bo dùng Atmega328 là
6, và đối với các bo dùng Atmega2560 là 14
PWM có nhiều ứng dụng trong viễn thông, xử lý âmthanh hoặc điều khiển động cơ mà phổ biến nhất là động cơservos trong các máy bay mô hình
+) Chuẩn Giao tiếp:
Serial: Đây là chuẩn giao tiếp nối tiếp được dùng rất phổbiến trên các bo mạch Arduino Mỗi bo có trang bị một số cổngSerial cứng (việc giao tiếp do phần cứng trong chip thực hiện).Bên cạnh đó, tất cả các cổng digital còn lại đều có thể thực hiệngiao tiếp nối tiếp bằng phần mềm (có thư viện chuẩn, ngườidùng không cần phải viết code) Mức tín hiệu của các cổng này
là TTL 5V Lưu ý cổng nối tiếp RS- 232 trên các thiết bị hoặc PC
có mức tín hiệu là UART 12V Để giao tiếp được giữa hai mức tínhiệu, cần phải có bộ chuyển mức, ví dụ như chip MAX232
Số lượng cổng Serial cứng của Atmega328 là 1 và củaAtmega2560 là 4 Với tính năng giao tiếp nối tiếp, các boArduino có thể giao tiếp được với rất nhiều thiết bị như PC,touchscreen, các game console…
USB: Các bo Arduino tiêu chuẩn đều có trang bị mộtcổng USB để thực hiện kết nối với máy tính dùng cho việctải chương trình Tuy nhiên các chip AVR không có cổngUSB, do đó các bo Ardunino phải trang bị thêm phần chuyểnđổi từ USB thành tín hiệu UART Do đó máy tính nhận diệncổng USB này là cổng COM chứ không phải là cổng USB tiêuchuẩn
SPI: Đây là một chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ có busgồm có 4 dây Với tính năng này các bo Arduino có thể kếtnối với các thiết bị như LCD, bộ điều khiển video game, bộđiều khiển cảm biến các loại, đọc thẻ nhớ SD và MMC…
TWI (I2C): Đây là một chuẩn giao tiếp đồng bộ khácnhưng bus chỉ có hai dây Với tính năng này, các bo Arduino
có thể giao tiếp với một số loại cảm biến như thermostatcủa CPU, tốc độ quạt, một số màn hình OLED/LCD, đọc real-time clock, chỉnh âm lượng cho một số loại loa…
+) Môi trường lập trình bo mạch Arduino.
Trang 11Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính năngthông dụng mang lại nhiều lợi thế cho Arduino, tuy nhiênsức mạnh thực sự của Arduino nằm ở phần mềm Môi trườnglập trình đơn giản dễ sử dụng, ngôn ngữ lập trình Wiring dễhiểu và dựa trên nền tảng C/C++ rất quen thuộc với ngườilàm kỹ thuật Và quan trọng là số lượng thư viện code đượcviết sẵn và chia sẻ bởi cộng đồng nguồn mở là cực kỳ lớn.
Môi trường lập trình Arduino IDE có thể chạy trên banền tảng phổ biến nhất hiện nay là Windows, MacintoshOSX và Linux Do có tính chất nguồn mở nên môi trường lậptrình này hoàn toàn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởingười dùng có kinh nghiệm
Ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua cácthư viện C++ Và do ngôn ngữ lập trình này dựa trên nềntảng ngôn ngữ C của AVR nên người dùng hoàn toàn có thểnhúng thêm code viết bằng AVR C vào chương trình nếumuốn
Các bo mở rộng chủ yếu mở rộng thêm một số tínhnăng cho bo mạch chính ví dụ như tính năng kết nốiEthernet, Wireless, điều khiển động cơ v.v…
Dưới đây là thông số kỹ thuật của một số loại bo
mạch Arduino thông dụng và có các tính năng xử lý mạnh
mẽ
Bảng so sánh đặc điểm của một số loại bo mạch
Arduino.
Trang 12ArduinoNano
Chíp xử
lý
ATmega32 8
ATmega328
ATmega32u 4
ATmega168
14 (4đầu raPWM)
20 (7đầu raPWM)
14 (6đầu raPWM)
Trang 13Memory
32 KB(0.5 KBbootloader
)
32 KB(0.5KB
bootloader)
32 KB(4 KB
bootloader)
16 KB(2KB
bootloader)
Trang 14II CẢM BIẾN
II.1 Giới thiệu chung
Cảm biến là thiết bị gì? Hiểu đơn giản, cảm biến là thiết bị có
khả năng tiếp nhận tác động đầu vào từ môi trường vật lý nhưánh sáng, điện từ, sóng siêu âm, chuyển động, áp suất… vànhanh chóng trả về tín hiệu sau đó bằng ánh sáng, âm thanh,chuyển động vật thể, chữ trên màn hình…
Cảm biến được dùng để làm gì? Các loại cảm biến ngày nayđược ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị tự động, thiết bị thôngminh như cửa tự động, công tự động, đèn tự động sáng, thiết bịcảnh báo áp suất, thiết bị chống trộm, thiết bị dò sóng siêuâm… Chúng xuất hiện ở bất kỳ đâu như nhà ở, văn phòng, nhàmáy, công xưởng, ngoài phố và tham gia và các hoạt động khácnhau, mang đến nhiều tiện ích cho con người
Cấu tạo chung của các loại cảm biến
Có nhiều loại cảm biến và chúng có cấu tạo khác nhau sao chophù hợp với đặc điểm tín hiệu đầu vào và yêu cầu tín hiệu đầu
ra tương ứng Ví dụ, cảm ứng hồng ngoại cho cửa tự động sẽ có
bộ phận phát và thu sóng hồng ngoại, đầu ra sẽ là chuyển độngđóng mở của cánh cửa; cảm ứng áp suất trong các nhà máy sẽ
có máy đo áp suất và tín hiệu âm thanh hoặc ánh sáng cảnhbáo khi áp suất ở mức báo động…
Cấu tạo chung nhất của một thiết bị cảm biến gồm 3 bộ phậnnhư sau:
Vi mạch xử lý : Là hệ thống mạch điện phức tạp để điều
khiển toàn bộ hoạt động thiết bị gồm tiếp nhận tín hiệuđầu vào, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu cảnh báo tươngứng
Thiết bị thu đầu vào : Là bộ phận thu nhận các thay đổi của
đối tượng mà cảm biến hướng tới như áp suất, tia hồngngoại, ánh sáng, sóng điện từ, sóng siêu âm…
Thiết bị đầu ra : Tiếp nhận và thể hiện thông tin sau khi tín
hiệu đầu vào được phân tích Ví dụ mức áp suất tăng quámức an toàn sẽ có âm thanh thông báo, phát hiện sónghồng ngoại trong khu vực quy định cửa sẽ tự mở hoặc đèn
tự bật sáng…
II.2 Cảm biến khí gas
II.2.1.Cảm biến khí Gas trong thực tế
Trang 15Cảm biến khí Gas là một thiết bị quan trọng trong các hệthống kiểm soát và giám sát chất lượng không khí Nó được sửdụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồmsản xuất, năng lượng, y tế và môi trường Cảm biến khí Gas cóvai trò quan trọng trong việc đo lường, giám sát và phân tíchcác thành phần khí trong không khí nhằm đảm bảo an toàn chocon người và môi trường.
Cảm biến khí Gas là một loại cảm biến được sử dụng để đolường và giám sát khí trong môi trường Nó hoạt động dựa trênnguyên lý cảm biến, sử dụng các thiết bị điện tử để phát hiện,
đo lường và phân tích các thành phần của khí trong không khí.Cũng giống với các thiết bị báo rò rỉ gas, cảm biến khí Gasthường sử dụng các phương pháp phát hiện khác nhau như hấpthụ, dẫn điện, quang phổ hoặc cơ khí để phát hiện sự có mặtcủa khí trong không khí và chuyển đổi tín hiệu thành các giá trị
đo lường có thể hiển thị trên các thiết bị điện tử hoặc máy tính
Nguyên lý hoạt động của cảm biến rò rỉ khí Gas phụ
thuộc vào cách thức mà các loại khí tương tác với các vật liệucủa cảm biến
Các cảm biến rò rỉ khí Gas thường sử dụng một hoặc nhiềutrong các phương pháp phát hiện khí sau đây để phát hiện sự cómặt của các loại khí trong không khí:
Hấp phụ: Cảm biến sử dụng các vật liệu hấp phụ như thanhoạt tính hoặc zeolite để hấp thụ các loại khí độc hại Khi khítương tác với vật liệu hấp phụ, nó sẽ được hấp thụ bởi các vậtliệu này và dẫn đến thay đổi điện trở của cảm biến
Trang 16Nguyên lý hoạt động của cảm biến rò rỉ khí gas
Quang phổ: Cảm biến sử dụng kỹ thuật quang phổ để pháthiện sự có mặt của các loại khí trong không khí Khi khí đi qua,
nó sẽ hấp thụ một số loại ánh sáng, gây ra sự thay đổi màu sắccủa ánh sáng Cảm biến sẽ phát hiện và đo lường sự thay đổinày để xác định loại khí có mặt trong môi trường
Dẫn điện: Cảm biến sử dụng sự thay đổi điện trở khi khítương tác với các vật liệu dẫn điện như bạc hoặc kim loại dẫnđiện khác Khi khí tương tác với vật liệu dẫn điện, nó sẽ thay đổikhả năng dẫn điện của vật liệu và dẫn đến thay đổi điện trở củacảm biến
Các loại cảm biến khí gas phổ biến hiện nay
Cảm biến khí CO (carbon monoxide): Sử dụng để phát hiện
sự có mặt của khí CO, một khí độc gây nguy hiểm cho sức khỏe
và có thể dẫn đến tử vong
Cảm biến khí H2S (hydrogen sulfide): Giúp phát hiện sự cómặt của khí H2S, một khí độc có mùi hôi khó chịu và gây nguyhiểm cho sức khỏe
Cảm biến khí NH3 (ammonia): Sử dụng để phát hiện sự cómặt của khí NH3, một khí độc có mùi hôi khó chịu và gây nguyhiểm cho sức khỏe
Trang 17Cảm biến khí CH4 (methane): Giúp phát hiện sự có mặtcủa khí CH4, một khí độc gây nguy hiểm cho sức khỏe và có thểgây nổ
Ứng dụng của cảm biến khí gas
- Phát hiện khí gas trong môi trường nhà ở: Cảm biến được dùng
để phát hiện các loại khí độc như CO, H2S, và các khí kháctrong môi trường sống Khi phát hiện có mặt của khí gas, cảmbiến sẽ kích hoạt cảnh báo để người dùng có thể thực hiện biệnpháp an toàn
- Giám sát môi trường làm việc trong ngành công nghiệp: Cảmbiến khí gas được sử dụng để theo dõi môi trường làm việctrong các ngành công nghiệp như sản xuất hóa chất, xử lý nướcthải, khai thác dầu khí và các khu vực nguy hiểm khác
- Đo lường chất lượng không khí trong khu vực công cộng: Cảmbiến khí gas có thể được áp dụng để đo lường chất lượng khôngkhí trong các khu vực công cộng như công viên, trung tâm muasắm và các khu vực khác để đảm bảo môi trường sống lànhmạnh Thường được sử dụng để kiểm tra chất lượng không khítrong máy lọc không khí
- Ứng dụng trong lĩnh vực y tế: Cảm biến khí gas cũng có thểđược sử dụng để đo nồng độ cồn, phân tích hơi thở và kiểm trachất lượng không khí trong các phòng mổ và phòng điều trị
- Ứng dụng trong ngành công nghiệp: Cảm biến khí gas được
áp dụng để theo dõi nồng độ các khí độc hại trong quá trình
- Ứng dụng trong phòng cháy chữa cháy: Cảm biến khí gas cóthể sử dụng để phát hiện khói và đám cháy, giúp bảo vệ an
- Ứng dụng trong khai thác mỏ: Cảm biến khí gas được sử dụng
để kiểm tra nồng độ các chất khí trong mỏ, đảm bảo an toàncho công nhân làm việc trong môi trường mỏ
II.2.2 Cảm biến khí Gas MQ2
Trang 18Trong bài tập mô phỏng này chúng sử dụng Cảm biến khígas MQ2 cùng phần mềm giả lập Proteus để thực hiện lắpráp.
Cảm biến khí Gas MQ2 là một trong những cảm biến được
sử dụng rộng rãi nhất trong các dòng cảm biến MQ Nó là mộtcảm biến MOS (Metal Oxide Semiconductor) Cảm biến oxit kim
loại hay còn được gọi là (Điện trở hóa trị) vì cảm biến dựa trên
sự thay đổi điện trở của cảm biến khi tiếp xúc với khí
Cảm biến khí gas arduino hoạt động trên 5V DC và tiêu thụ
khoảng 800mV Nó có thể phát hiện nồng độ LPG, Khói, Rượu, Propane, Hydrogen, Methane và Carbon Monoxide từ 200
đến 10000ppm
Cảm biến khí Gas MQ2 được bao phủ bởi hai lớp lưới thép không
gỉ mịn được gọi là “anti-explosion network” Nó đảm bảo các bộphận làm nóng bên trong cảm biến không gây nổ vì đang cảmnhận các khí dễ gây cháy
Ngoài ra, nó còn bảo vệ cảm biến và lọc các hạt bụi lơ lửngtrong không khí và chỉ cho phép các phần tử khí đi qua Một
Trang 19vòng kẹp (Clamp Ring) được mạ đồng cố định phần lưới vàophần còn lại của cảm biến.
Bên trong của cảm biến sẽ có sáu chân và có cấu trúc hình ngôisao Hai chân (H) có nhiệm vụ làm nóng bộ phận cảm biến vàđược liên kết với nhau bằng một sợi dây Niken-Crom
Bốn dây còn lại (A và B) có nhiệm vụ truyền tín hiệu, được kếtnối bằng dây bạch kim Các dây này được nối với phần thân củacảm biến và truyền những tín hiệu khi dòng điện trong cảm biến
có sự thay đổi
Hình ống ở giữa của cảm biến được làm bằng gốm dựa trên Oxitnhôm (AL2O3) và phủ thêm một lớp Thiếc Dioxide (SnO2) TinDioxide là vật liệu quan trọng vì nó nhạy cảm với khí dễcháy Mặt khác, bề mặt gốm còn cải thiện hiệu quả làm nóng vàđảm bảo cảm biến được làm nóng liên tục đến nhiệt độ làmviệc
Trang 20Cảm biến khí Gas MQ2 hoạt động dựa trên nguyên lý phản ứnghóa học khi tiếp xúc các khí trong môi trường Nguyên tắc hoạtđộng của nó là khi các khí trong môi trường như khí CO, khíLPG, khí methane, khí Hydro, khói… tiếp xúc với phần tử bêntrong cảm biến, làm cho các electron được giải phóng vào ThiếcDioxide cho phép dòng điện chạy qua cảm biến một cách tự do.
Khi được làm nóng, phần tử cảm biến sẽ tạo ra phản ứng hóahọc với các khí tiếp xúc và làm thay đổi điện trở của phần tửcảm biến Cảm biến MQ2 đo lường các biến đổi điện trở này vàchuyển đổi chúng thành tín hiệu điện analog hoặc Digital
Tổng quan về Module Cảm biến khí Gas MQ2
Module cảm biến khí Gas MQ2 khá đơn giản có hai đầu ra AO và
DO, có nhiệm vụ dùng để phát hiện khí ở trong môi trường
Sự thay đổi điện áp của chân đầu ra của cảm biến (tại chân AO)thay đổi tỷ lệ thuận với nồng độ khói/khí Nồng độ khí càng cao,
Trang 21điện áp đầu ra càng cao; nồng độ khí càng thấp, điện áp đầu racàng thấp.
Để xác định tín hiệu số, ở đây module sử dụng một IC so sánhvới độ chính xác cao LM393 và được ký hiệu chân Digital (DO)
Module sử dụng một chiết áp để điều chỉnh độ nhạy của cảmbiến khi thiết lập đầu ra Digital (DO) Các bạn có thể sử dụng đểđặt ngưỡng khi nồng độ khí vượt quá giá trị ngưỡng, module sẽxuất ra trạng thái LOW nếu không thì ở mức HIGH
Ngoài ra, module còn có hai đèn LED Một đèn LED báo nguồn
và một đèn LED để báo trạng thái sáng khi nồng độ khí vượtquá giá trị ngưỡng
Thông số kỹ thuật
Trang 22Sơ đồ chân Cảm biến khí Gas MQ2
AO: Đây là chân analog
output, được sử dụng để đọcgiá trị tín hiệu analog từ cảmbiến Giá trị đọc được từ chânnày thay đổi tùy thuộc vàonồng độ khí trong môi trường
DO: là chân digital output,
được sử dụng để đọc giá trị tínhiệu số (0 hoặc 1) từ cảmbiến Khi giá trị tín hiệu vượt quá một ngưỡng đượcthiết lập trước, chân DOUT sẽ cho ra tín hiệu logicLOW (0), ngược lại sẽ là tín hiệu logic HIGH (1)
VCC: là chân nguồn, được nối với nguồn điện DC cung cấp cho cảm biến MQ2 Arduino Thông
thường, nguồn điện sử dụng là 5V
GND: là chân nối đất (GND)
II.3 Cảm biến mưa
Cảm biến nước mưa được sử dụng rộng rãi trong việc đo
lường và giám sát lượng mưa Với khả năng phát hiện và đolường chính xác, cảm biến mưa giúp chúng ta nắm bắt thông tinquan trọng về môi trường xung quanh
