Báo cáo Đồ Án giữa kỳ cảm biến và chuyển năng (ct378) cảm biến siêu Âm Đo khoảng cách và hiển thị trên màn hình lcd

2Không đo được các bề mặt hấp thụ âm: -Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên việc phản xạ sóng âm, do đó nó sẽ gặp khó khăn khi đo các vật liệu hấp thụ âm thanh như vải mềm, xốp, hoặc bề m

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

TRƯỜNG BÁCH KHOA

BÁO CÁO ĐỒ ÁN GIỮA KỲ CẢM BIẾN VÀ CHUYỂN NĂNG (CT378)

CẢM BIẾN SIÊU ÂM ĐO KHOẢNG CÁCH VÀ

HIỂN THỊ TRÊN MÀN HÌNH LCD

Huỳnh Trọng Nhân B2103979

Nguyễn Minh Phú B2103985

Mục Lục

I Sơ lược về cảm biến siêu âm

2 Cấu tạo

3 Phân loại

4 Nguyên tắc hoạt động

5 Ứng dụng của cảm biến chuyển động

II.Tìm hiểu về linh kiện sử dụng trong đồ án

1 Module cảm biến siêu âm (SRF04)

2 Aduino UNO

3 Màn hình LCD

4 I2C

III.Sơ đồ lắp ghép và mô tả hoạt động

1 Sơ đồ lắp ghép

2 Mô tả hoạt động

IV Kết quả thực hiện mạch

I Sơ lược về cảm biến chuyển động:

1 Khái niệm:

Cảm biến siêu âm SRF04 là một loại cảm biến dùng để đo khoảng cách dựa trên sóng siêu âm Nó hoạt động theo nguyên lý phát ra sóng siêu âm và đo thời gian sóng phản hồi sau khi chạm vào vật cản Dưới đây là các đặc điểm chính của cảm biến siêu âm SRF04:

1 Nguyên lý hoạt động:

o Cảm biến phát ra một xung siêu âm từ chân Trigger.

o Khi sóng siêu âm gặp vật cản, nó sẽ phản xạ lại và được nhận bởi chân Echo của cảm biến.

o Dựa vào thời gian giữa lúc phát và nhận tín hiệu, cảm biến tính toán

khoảng cách dựa trên công thức:

o

2 Thông số kỹ thuật:

o Điện áp hoạt động: 5V.

o Dải đo: Từ 2cm đến 400cm.

o Độ phân giải: Khoảng 0.3 cm.

o Tần số sóng siêu âm: 40kHz.

o Kích thước nhỏ gọn, dễ tích hợp vào các dự án nhúng và robot.

3 Chân kết nối:

o VCC: Cung cấp nguồn 5V cho cảm biến.

o Trig: Chân đầu vào để kích hoạt cảm biến phát sóng siêu âm.

o Echo: Chân đầu ra, nhận tín hiệu phản hồi từ vật cản.

o GND: Chân nối đất.

4 Ứng dụng:

o Đo khoảng cách không tiếp xúc.

o Tránh vật cản trong robot.

o Hệ thống an ninh, kiểm soát độ đầy của bồn chứa.

.Ưu điểm:

1 Đo khoảng cách không tiếp xúc:

 Cảm biến siêu âm SRF04 có khả năng đo khoảng cách mà không cần tiếp xúc vật

lý với vật thể, giúp giảm nguy cơ hao mòn và tăng độ bền cho hệ thống.

2 Hoạt động tốt trong môi trường ánh sáng yếu:

 Không giống như cảm biến quang học, SRF04 không bị ảnh hưởng bởi điều kiện ánh sáng, do đó có thể hoạt động tốt trong môi trường tối hoặc ánh sáng mạnh.

3 Dải đo rộng:

 SRF04 có khả năng đo khoảng cách từ 2cm đến 400cm, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau, từ đo vật thể gần đến xa.

4 Độ chính xác tương đối cao:

 Với độ phân giải khoảng 0.3 cm, cảm biến có khả năng cung cấp kết quả đo chính xác, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao.

5 Dễ dàng sử dụng:

 Cảm biến siêu âm SRF04 rất dễ tích hợp với các vi điều khiển như Arduino, STM32 hay Raspberry Pi Với cấu hình đơn giản và ít chân kết nối, người dùng

dễ dàng lập trình và triển khai.

6 Khả năng chống nhiễu tốt:

 Do sử dụng sóng siêu âm, SRF04 ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, giúp nó hoạt động ổn định trong môi trường nhiều thiết bị điện tử.

7 Giá thành hợp lý:

 Cảm biến SRF04 có giá thành thấp so với các loại cảm biến đo khoảng cách khác như cảm biến laser, làm cho nó phù hợp với các dự án DIY, robot tự động hoặc các hệ thống chi phí thấp.

8 Khả năng phát hiện đa dạng bề mặt:

 SRF04 có thể phát hiện các vật liệu có bề mặt rắn, mềm, hoặc không đồng nhất như nước, đất, tường, kính, nhựa.

Nhược điểm:

1.Hạn chế về góc quét:

-SRF04 có góc quét hẹp (khoảng 15 độ), chỉ phát hiện được các vật thể nằm trong phạm vi góc hẹp đó Điều này làm cho nó không thể phát hiện vật thể nằm ngoài góc quét hoặc những vật nhỏ không nằm trực tiếp trong đường phát sóng siêu âm.

2Không đo được các bề mặt hấp thụ âm:

-Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên việc phản xạ sóng âm, do đó nó sẽ gặp khó khăn khi đo các vật liệu hấp thụ âm thanh như vải mềm, xốp, hoặc bề mặt không phẳng Những vật này có thể không phản xạ sóng âm

đủ để cảm biến nhận được tín hiệu.

3.Dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm:

-Tốc độ âm thanh thay đổi theo nhiệt độ và độ ẩm, do đó trong môi trường có sự thay đổi lớn về nhiệt độ hoặc độ ẩm, độ chính xác của cảm biến có thể giảm đi Điều này có thể dẫn đến sai số trong phép đo.

4.Không phù hợp cho các khoảng cách quá nhỏ:

-Cảm biến SRF04 có giới hạn đo tối thiểu là 2cm Đối với các ứng dụng cần đo khoảng cách ngắn hơn, SRF04 không thể đáp ứng được.

5.Phản hồi chậm:

-Cảm biến SRF04 cần thời gian để phát và nhận sóng âm, quá trình này mất khoảng vài chục mili giây Điều này có thể gây trễ khi cần đo khoảng cách nhanh trong các ứng dụng có yêu cầu thời gian phản hồi ngắn.

6.Không phát hiện được các vật thể quá nhỏ hoặc quá mỏng:

-Các vật thể nhỏ hoặc mỏng, như dây điện hoặc tấm kính mỏng, có thể không phản xạ đủ sóng siêu âm để cảm biến nhận diện.

7.Dễ bị nhiễu trong môi trường có nhiều cảm biến siêu âm:

-Khi nhiều cảm biến siêu âm hoạt động gần nhau, tín hiệu từ cảm biến này có thể làm nhiễu tín hiệu của cảm biến khác, dẫn đến kết quả đo không chính xác.

8.Không phù hợp trong môi trường có nhiều vật cản:

-SRF04 chỉ đo khoảng cách theo đường thẳng, vì vậy nếu có nhiều vật cản hoặc môi trường phức tạp, nó sẽ chỉ đo được vật cản gần nhất mà không biết đến các vật thể ở phía sau.

2 Cấu tạo:

Cảm biến chuyển động HC-SR501 có 3 chân:

Chân GND: Chân nối đất

Chân Vcc: Chân nguồn 5V

Chân Output: Chân ngõ ra, chân này ở mức thấp khi không phát hiện chuyển động và

ở mức cao khi phát hiện chuyển động Chân này được kết nối với chân ngõ vào của Arduino

Trên đỉnh của board cảm biến, có một loại ống kính đặc biệt gọi là lăng kính Fresnel che phủ cảm biến nhiệt điện (pyroelectronic sensor) Nhiệm vụ của lăng kính Fresnel là tập trung tất cả các bức xạ hồng ngoại vào cảm biến nhiệt điện

Cảm biến chuyển động HC-SR501 có 3 chân:

Chân GND: Chân nối đất

Chân Vcc: Chân nguồn 5V

Chân Output: Chân ngõ ra, chân này ở mức thấp khi không phát hiện chuyển động và

ở mức cao khi phát hiện chuyển động Chân này được kết nối với chân ngõ vào của Arduino

Trên đỉnh của board cảm biến, có một loại ống kính đặc biệt gọi là lăng kính Fresnel che phủ cảm biến nhiệt điện (pyroelectronic sensor) Nhiệm vụ của lăng kính Fresnel là tập trung tất cả các bức xạ hồng ngoại vào cảm biến nhiệt điện

Nếu nhìn vào mặt sau của board cảm biến PIR, bạn sẽ thấy toàn bộ mạch được đặt ở đây Bộ não của mô-đun cảm biến PIR là IC phát hiện chuyển động BISS0001 Gần IC này, chúng ta

có hai chiết áp, một để điều chỉnh độ nhạy của cảm biến để giới hạn khoảng cách bắt xa gần

và cái còn lại để điều chỉnh thời gian tín hiệu đầu ra duy trì ở mức cao khi phát hiện đối tượng Thời gian này có thể được điều chỉnh từ 0,3 giây lên đến 5 phút

3 Phân loại:

Cảm biến chuyển động được phân loại chủ yếu dựa theo công nghệ sử dụng Dưới đây là 4 loại cảm biến phổ biến

-Cảm biến chuyển động hồng ngoại (Pir)

Loại cảm biến hồng ngoại còn được gọi là Pir, được sử dụng phổ biến nhất và có ứng dụng để phát hiện nhiệt độ cơ thể Từ đó, cảm biến cảnh báo về sự xuất hiện của người hay động vật

Hầu hết động vật máu nóng đều phát ra bức xạ IR, cảm biến này có thể phát hiện ra những biến đổi bất thường trong môi trường để đưa ra những cảnh báo

-Cảm biến chuyển động siêu âm

Cảm biến phát ra sóng siêu âm trong một phạm vi không gian nhất định để giám sát và theo dõi sự chuyển động của vật thể nào trong phạm vi đó

-Cảm biến chuyển động loại vi sóng

Cảm biến hoạt động thông qua việc gửi xung vi sóng ra môi trường trong một phạm vi nhất định để có thể phát hiện chuyển động của vật thể trong khu vực đó

Độ nhạy và chi phí sẽ thay đổi phụ thuộc vào độ rộng – hẹp của sóng Nếu bạn lựa chọn phạm vi phủ sóng rộng thì cảm biến nhạy hơn, đồng nghĩa với chi phí cao hơn

-Cảm biến chuyển động sử dụng công nghệ kép

Loại cảm biến này được đánh giá là hiện đại và cho kết quả chính xác nhất Cảm biến được tích hợp nhiều công nghệ khác nhau Cảm biến công nghệ kép có độ nhạy và đem đến hiệu quả hoạt động tốt hơn

4 Nguyên tắc hoạt động cảm biến chuyển động:

Cảm biến chuyển động dựa trên việc phát hiện sự thay đổi trong môi trường xung quanh, đặc biệt là sự chuyển động của các vật thể Cảm biến chuyển động thường sử dụng các phương pháp như cảm biến hồng ngoại, siêu âm, hoặc cảm biến tiêu điểm để phát hiện sự thay đổi này ngay lập tức sẽ bị tán xạ khiến cho cảm biến bị ngắt và tín hiệu sẽ được gửi trực tiếp đến các trung tâm điều khiển được cài đặt sẵn từ trước như: Điện thoại thông minh, laptop,

5 Ứng dụng của cảm biến chuyển động:

- An ninh nhà cửa

- Đèn tự động bật sáng

- Tự động hóa nhà thông minh

- Giám sát và an ninh công nghiệp

- Tự động hóa giao thông

- Giám sát môi trường tự nhiên

II.Tìm hiểu về linh kiện sử dụng trong đồ án:

- 1 Modul cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR HC-SR501

- 1 Kit Arduino nano

- 1 LED đơn

- 1 Buzzer 5V 12*9.5

1 Module cảm biến than nhiệt chuyển động:

Cảm biến HC-SR501 là một cảm biến có thể phát hiện chuyển động của con người (hoặc động vật) Nó được sử dụng rộng rãi để phát hiện sự hiện diện của con người trong nhiều ứng dụng (tự động bật tắt đèn, đóng mở cửa, kích hoạt hoặc tắt thang cuốn, phát hiện trộm

….)

Thông số kỹ thuật

 Điện áp hoạt động: 5V ~ 12V DC ( khuyên dùng: 5V)

 Dòng điện tiêu thụ: 65mA

 Điện áp đầu ra: mức cao 3,3V, mức thấp 0V

 Thời gian trễ: Điều chỉnh (0,3 giây ~ 18 giây)

 Phạm vi cảm ứng: góc quyét < 100° và xa 7m

 Nhiệt độ hoạt động: -20°C ~ +80°C

 Kích thước mạch: 32 * 24mm, lỗ vít 28mm, đường kính vít 2 mm, nắp cảm ứng (đường kính): 23mm

 Chế độ hoạt động:

+ (H) Lặp lại: Khi phát hiện một chuyển động ngõ ra sẽ ở mức cao (3.3V), sau một khoảng thời gian (được chỉnh bằng biến trở) ngõ ra sẽ xuống mức thấp (0V) Ở chế độ này, khi ngõ ra lên mức cao, dù người đó đã đi khỏi hay chưa thì sau một thời gian mới xuống lại mức thấp

+ (L) Không lặp lại: Khi phát hiện một chuyển động ngõ ra sẽ ở mức cao (3.3V)

và giữ nguyên trạng thái Khi người đó đi ra khỏi phạm vi hoạt động của cảm biến thì sau một khoảng thời gian (được chỉnh bằng biến trở) ngõ ra xuống mức thấp (0V)

2 Vi điều khiển Arduino nano:

Sử dụng vi điều khiển Arduino nano để nhận tín hiệu từ cảm biến than nhiệt chuyển động và giải mã báo hiệu bằng led đơn và buzzer

3 LED đơn:

Sử dụng LED đơn để báo hiệu của tín hiệu từ aduino nano

5 Buzzer 5V 12*9.5

Sử dụng buzzer để báo hiệu của tín hiệu từ aduino nano

III Sơ đồ lắp ghép và mô tả hoạt động của mạch:

1 Sơ đồ lắp ghép:

2 Mô tả hoạt động của mạch:

IV Kết quả thực hiện mạch:

1 Mạch thực tế:

2 Kết quả thực hiện:

- Trạng thái ban đầu:

- Khi xuất hiện vật cản lần 1:

- Khi xuất hiện vật cản lần 2:

V Code chương trình:

#define LED 12 // chọn chân 12 báo hiệu LED.

#define CB 2 // chọn ngõ tín hiệu vào cho Cảm biến.

#define LOA 3 //chọn chân cho chuông khi có đột nhập.

void setup()

{

// Cấu hình các chân điều khiển.

pinMode(LED, OUTPUT);

pinMode(CB, INPUT);

pinMode(LOA, OUTPUT);

}

void loop()

{

if (digitalRead(CB) == HIGH) // nếu chân nối Cảm biến ở mức cao (có người) {

digitalWrite(LED, HIGH); // bật đèn LED.

analogWrite(LOA, 128); // phát LOA cảnh báo.

delay(1000); // thời gian chuông kêu và đèn sáng.

}

else

{

// Chân nối cảm biến ở mức thấp thì tắt đèn và tắt loa.

digitalWrite(LED, LOW);

digitalWrite(LOA, LOW);

delay(300);

}

}