Báo cáo bài tập lớn môn kỹ thuật Đo lường

Máy đo nồng độ cồn hay còn được gọi là khúc xạ kế đo độ cồn điện tử là mộtloại thiết bị đo chuyên dụng thuộc dòng máy kiểm tra nước được dùng để đo nồng độ cồn trong rượu, bia, trong các

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VÂN TẢI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

ĐỀ 6

Nhóm sinh viên thực hiện:

1 Nguyễn Anh Tuấn – MSV: 221502362

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

PHẦN I: THIẾT KẾ MẠCH GIÁM SÁT NỒNG ĐỘ 2

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT 2

1.1 Mục đích đề tài 2

1.2 Mục tiêu 3

1.3 Giới thiệu về máy đo nồng độ cồn 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT, LỰA CHỌN THIẾT BỊ 4

2.1 Giới thiệu về Arduino 4

2.2 Proteus 15

2.3 CẢM BIẾN 21

2.4 LCD I2C 26

2.5 LED 34

2.6.  Điện trở 37

2.7 Speaker (loa) 38

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH GIÁM SÁT NỒNG ĐỘ CỒN 39

3.1 Sơ đồ khối 39

3.2 Mô phỏng trên phần mềm proteus 40

3.4 Code 42

3.3 Mô hình thực tế  43

PHẦN 2: VẼ SƠ ĐỒ MẠCH DC VLOT CỦA ĐỒNG HỒ SAMWA YX 960TR  43

I Đồng hồ SAMWA YX 960TR  43

1. Giới thiệu 43

2 Thông số kĩ thuật 44

3 Sơ đồ đồng hồ Samwa yx 960tr 44

II Sơ đồ thang đo DC Volt 46

1 Nguyên lý hoạt động của mạch đo 46

2 Nguyên lý hoạt động của thang đo 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

MỞ ĐẦU

  Theo thống kê của tổ chức y tế thế giới WHO thì bia rượu là nguyên nhângây tai nạn hàng đầu cho người tham gia giao thông, đặc biệt ở Việt Nam luôn làquốc gia tiêu thụ lượng bia rượu đứng hàng đầu thế giới Kết quả khảo sát cho thấy,Việt Nam là nước có mức tiêu thụ rượu, bia thứ hai trong khu vực Đông Nam Á,thứ 10 châu Á và thứ 29 trên thế giới Bộ Công an cho rằng tỷ lệ này "đáng báođộng" Hơn 50% vụ án giết người; gây rối trật tự công cộng; hiếp dâm; vi phạmquy định về điều khiển phương tiện giao thông đường bộ, người phạm tội trước khigây án có sử dụng rượu bia

  Để hướng tới mục tiêu an toàn giao thông, luật đưa ra rất nhiều quy địnhmới, một trong số đó là quy định về nồng độ cồn cho phép khi điều khiển phươngtiện giao thông Khẩu hiểu “Đã uống rượu bia thì không lái xe” đã quá quen thuộcvới người dân Việt Nam Vì vậy, để giảm thiểu tối đa tai nạn giao thông, Bộ giaothông vận tải đã đưa ra các mức xử phạt tương ứng với mức độ vi phạm của ngườitham gia giao thông Do đó, việc kiểm soát chặt chẽ nồng độ cồn giúp bảo đảm antoàn giao thông và trật tự xã hội

  Ngày nay, việc áp dụng khoa học công nghệ vào việc giảm thiểu các tainạn giao thông ngày càng phổ biến Việc nghiên cứu, phát triển một thiết bị có thểphát hiện, cảnh báo, ngăn chặn và giám sát người sử dụng rượu bia khi lái xe là mộttrong những biện pháp góp phần giảm thiểu tai nạn giao thông “Thiết kế Mạchgiám sát nồng độ cồn và cảnh báo Thiết bị sẽ hiển thị nồng độ cồn trên LCD vàphát cảnh báo bằng Chuông khi phát hiện nồng độ cồn vượt quá ngưỡng cho phép”

là đề tài mang hướng cộng đồng và xã hội cao, nhằm mục đích chủ động ngăn ngừakịp thời và cảnh báo sớm hiểm họa về tai nạn giao thông xảy ra, tạo nên một thóiquen và ý thức tốt cho người tham gia giao thông

PHẦN I: THIẾT KẾ MẠCH GIÁM SÁT NỒNG ĐỘ

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT

1.1 Mục đích đề tài

Sự an toàn khi tham gia giao thông:

 Tai nạn giao thông là hiểm họa thường trực đối với mỗi người tham gia giaothông hàng ngày Trong khi đó, ở Việt Nam số lượng người và phương tiện giaothông ngày càng đông và tỷ lệ người chết vì tai nạn giao thông trên 100,00 ngườidân cao hơn mức trung bình của thế giới (thế giới: 18 người, Việt Nam 24 người – Báo cáo thống kê của Viện nghiên cứu giao thông Đại học Michigan UMTRI Mỹ).Theo thống kế của ủy ban an toàn giao thông quốc gia, năm 2013 cả nước đã xảy

ra 29.385 vụ tai nạn giao thông, làm chết 9.369 người bị thương 29.500 người,trung bình mỗi ngày có 26 người chết và 81 người bị trấn thương vì tai nạn giaothông trên toàn quốc Trong năm 2014, toàn quốc đã xảy ra 10.772 vụ tai nạn giaothông, làm chết 3.928 người, bị thương 10.556 người Hậu quả của tai nạn giaothông vô cùng đau thương và nặng nề Đó là sự mất mát về tính mạng con người, làgánh nặng cho gia đình người bị tai nạn và những người liên quan cả về tình cảmlẫn về kinh tế Những hậu quả đó cho thấy tai nạn giao thông hiện nay là mối nguyhiểm khôn cùng, là kẻ thì cô vùng nguy hiểm đối với mỗi người tham gia giaothông

 Vậy vấn đề đặt ra là tại sao tai nạn giao thông ở đất nước chúng ta lại xảy ranhiều với số người chết và bị thương cao đến vậy? Lý do có thể kể ra rất nhiều,song chung quy lại, nguyên nhân cơ bản nhất vẫn là từ ý thức của mỗi người dân.Khi tham gia giao thông, bản thân mỗi người phải có trách nhiệm với an toàn củamình và với những người tham gia giao thông khác Nhưng trên thực tế, tình trạngngười uống rượu bia vẫn tham gia giao thông, họ lạng lách, đánh võng, phóngnhanh vượt ẩu, không đội mũ bảo hiểm, không chấp hành luật giao thông

Vậy mục đích của đề tài này là nâng cao ý thức của người tham gia giao thông,ngăn ngừa những vụ tai nạn vì sử dụng rượu bia, tạo thói quen cho mỗi người dân:

“ĐÃ UỐNG RƯỢU BIA THÌ KHÔNG LÁI XE”

1.2 Mục tiêu

Mục tiêu của đề tài là thiết kế và chế tạo một mạch điện tử có thể:

   Đo nồng độ cồn

   Hiển thị nồng độ cồn trên màn hình LCD

   Phát ra tiếng cảnh báo khi nồng độ cồn vượt quá ngưỡng cho phép

1.3 Giới thiệu về máy đo nồng độ cồn

Máy đo nồng độ cồn hay còn được gọi là khúc xạ kế đo độ cồn điện tử là mộtloại thiết bị đo chuyên dụng thuộc dòng máy kiểm tra nước được dùng để đo nồng

độ cồn trong rượu, bia, trong các loại nước, nước ép, trong hơi thở

Các máy đo nồng độ côn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: sảnxuất và chế biến rượu, nước giải khát, nước ép hoa quả

Các máy đo nồng độ cồn có thiết kế gọn nhẹ, tiện dụng, cùng nhiều các côngnghệ và tính năng tiên tiến cho tốc độ đo nhanh và độ chính xác cao

Chúng rất đa dạng về chủng loại, mẫu mã, thương hiệu cũng như các thể đápứng đa dạng nhu cầu của người dùng

Ứng dụng của các máy đo nồng độ cồn trong thực tế 

Các máy đo nồng độ cồn được ứng dụng trong các ứng ngành nghề, hoạt động:

• Sản xuất rượu, bia, các loại nước giải khát, nước ép hoa quả: xác định, theodõi và kiểm tra được nồng độ cồn trong nguồn nguyên liệu, các bán thành phẩm vàthành phẩm cuối cùng Đảm bảo nồng độ cồn trong các sản phẩm đạt tiêu chuẩnquy định đối với chất lượng sản phẩm và an toàn vệ sinh thực phẩm

• Kiểm tra nồng độ cồn trong hơi thở: cảnh sát giao thông sử dụng các máy đo

để xác định được nồng độ cồn trong hơi thở của người tham gia giao thông để hạnchế xấy ra tai nạn giao thông, giảm thiếu các tốn hại về con người cũng như tàisản và áp dụng các biện pháp xử phạt phù hợp, đúng đắn: ứng dụng trong cáccông trường, nhà máy xí nghiệp để kiểm tra nồng độ cồn trong hơi thở của côngnhân, nhân viên để đảm bảo trạng thái làm việc và an toàn lao động

• Loại máy đo độ cồn này có thiết kế đơn giản, dễ sử dụng nhằm xác địnhnồng độ cồn của rượu thông qua hơi thở của một cá nhân nào đó

• Tốc độ phát hiện nhanh chóng cho độ chính xác cao

• Có cảnh báo bằng âm thanh khi phát hiện nồng độ vượt ngưỡng

• Máy xác định nồng độ cồn hoàn toàn tự động khi đối đối tượng đó thổi vàohình chóp để lấy mẫu khí Mẫu khí sẽ được phân tích một cách nhanh chóng, mànhình hiển thị LCD cho phép hiển thị kết quả rõ rang nhất Theo đó, trong vòng vàigiây, một áph sáng màu sẽ xuất hiện, với một giai điệu tiếng bíp, cho biết rằng mẫu

có chứa rượu hay không

Ứng dụng: văn phòng, nhà máy, xí nghiệp, công trường, cảnh sát

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT, LỰA CHỌN THIẾT BỊ

2.1 Giới thiệu về Arduino

2.1.1 Tổng quan

Arduino [1] là một bo mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh viên Ýthiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm 2005 Mạch Arduino được sử dụng để cảmnhận và điều khiển nhiều đối tượng khác nhau Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ

từ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, nhiều đối tượng khác.Ngoài ra mạch có khả năng liên kết với nhiều module khác nhau như module đọcthẻ từ, Ethernetshield, sim900A, 800L để tăng khả ứng dụng của mạch Phầncứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVRAtmel 8bit, hoặc ARM, Atmel 32-bit Phần mềm để lập trình cho mạch Arduino

là phần mềm IDE Đây là phần mềm mã nguồn mở, và có thể được download từ trang web của Arduino

Hiện tại ở Việt Nam và trên thế giới cũng có nhiều board mạch vì điều khiểnkhác nhau Tuy nhiên Arduino có một số ưu điểm mà khiến nó trở nên nổi tiếng vàhiện đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới Những ưu điểm đó là: rẻ, tương thíchđược với nhiều hệ điều hành, chương trình lập trình đơn giản, rõ ràng, dễ ứng dụng,

sử dụng nguồn mở và có thể kết hợp với nhiều module khác nhau

 Arduino có rất nhiều module, mỗi module được phát triển cho một ứng dụng

về mặt chức năng, các bo mạch Arduino được chia thành hai loại: loại bo mạchchính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính Các bomạch chính về cơ bản giống nhau về chức năng, tuy nhiên về mặt cấu hình như sốlượng I/O, dung lượng bộ nhớ, hay kích thước có độ khác nhau Một số bo mạch cótrang bị thêm các tính năng kết nối như Ethernet và Bluetooth Các bo mở rộng chủ

yếu mở rộng thêm một số tính năng cho bo mạch chính Ví dụ như tính năng kếtnối Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ

 Arduino được chọn làm bộ não xử lý của rất nhiều thiết bị từ đơn giản cho tớiphức tạp Trong đó có một vài ứng dụng thực sự chứng tỏ khả năng vượt trội củaArduino dù cho chúng có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ rất phức tạp

2.1.2 Giới thiệu về Arduino Nano

Thông số kỹ thuật:

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng

USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Arduino UNO [2] có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,ATmega168, ATmega328 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điềukhiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đonhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD

Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328với giá khoảng 90.000đ Tuy nhiên nếu yêu cầu phần cứng của bạn không cao hoặctúi tiền không cho phép, bạn có thể sử dụng các loại vi điều khiển khác có chứcnăng tương đương nhưng rẻ hơn như ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) với giá khoảng45.000đ hoặc ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) với giá khoảng 65.000đ

 Năng lượng

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấpnguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thườngthì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏngArduino UNO

Các chân năng lượng

  GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạndùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân nàyphải được nối với nhau

  5V : cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.   3.3V : cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.  Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cựcdương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

   IOREF : điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được

đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấynguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấpnguồn

   RESET : việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đươngvới việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

 Lưu ý:

  Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do đó bạn phải hếtsức cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp choArduino UNO Việc làm chập mạch nguồn vào của Arduino UNO sẽ biến nóthành một miếng nhựa chặn giấy mình khuyên bạn nên dùng nguồn từ cổngUSB nếu có thể

  Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho cácthiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí

có thể làm hỏng board Điều này không được nhà sản xuất khuyến khích.  Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới6V có thể làm hỏng board

  Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điềukhiển ATmega328

  Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của ArduinoUNO nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển

  PhảiCấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của ArduinoUNO sẽ làm hỏng vi điều khiển

  Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của ArduinoUNO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển Do đó nếu không dùng đểtruyền nhận dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng

Khi mình nói rằng bạn “có thể làm hỏng”, điều đó có nghĩa là chưa chắc sẽhỏng ngay bởi các thông số kĩ thuật của linh kiện điện tử luôn có một sự tương đốinhất định Do đó hãy cứ tuân thủ theo những thông số kĩ thuật của nhà sản xuất nếubạn không muốn phải mua một board Arduino UNO thứ 2 Khi mình nói rằng bạn

“có thể làm hỏng”, điều đó có nghĩa là chưa chắc sẽ hỏng ngay bởi các thông số kĩ thuật của linh kiện điện tử luôn có một sự tương đối nhất định Do đó hãy cứ tuânthủ theo những thông số kĩ thuật của nhà sản xuất nếu bạn không muốn mua mộtboard Arduino UNO thứ 2.

 Bộ nhớ 

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

   32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộnhớ Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽđược dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB

bộ nhớ này đâu

  2KB cho SRAM  (Static R andom Access Memory): giá trị các biến bạn khaibáo khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cầnnhiều bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lạitrở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bịmất

  1KB cho EEPROM   (Electrically Eraseble Programmable R ead OnlyMemory): đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi

dữ liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu

 Các cổng vào/ra

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ

có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗichân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiểnATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

 Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

  2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận(receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bịkhác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính

là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên

sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

  Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độphân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàmanalogWrite Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở 

chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như nhữngchân khác.

  Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài cácchức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằnggiao thức SPI với các thiết bị khác

   LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấmnút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân

số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREFtrên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog.Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog

để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếpI2C/TWI với các thiết bị khác

2.1.3 Giao diện của phần mềm IDE

IDE [3] là cụm từ viết tắt của Integrated Development Environment , hay tạmdịch là môi trường phát triển tích hợp Để dễ hiểu thì đây là phần mềm máy tính hỗtrợ các lập trình viên viết code, và chúng được tích hợp rất nhiều tính năng nhằm

hỗ trợ việc viết code trở nên đơn giản hơn

  Phần này nói về giao diện của phần mềm IDE, hình bên dưới thể hiện nhữngphần cơ bản nhất và thường dùng nhất để có thể học nhanh Arduino Các chứcnăng cơ bản của các biểu tượng trên phần mền được trình bày chi tiết ở các phầnbên dưới

Giao diện của phần mềm IDE

Chức năng của từng phần như sau:

1.   Nút kiểm tra chương trình: Dùng để kiểm tra xem chương trình được viết

có lỗi không Nếu chương trình bị lỗi thì phần mềm sẽ hiển thị thông tin lỗi ở vùng

số 5

2 Nút nạp chương trình xuống bo Arduino: Dùng để nạp chương trình đượcviết xuống mạch Arduino Trong qua trình nạp, chương trình sẽ được kiểm tra lỗitrước sau đó mới thực hiện nạp xuống mạch Arduino

 3.   Hiển thị màn hình giao tiếp với máy tính: Khi nhấp vào biểu tượng kính lúpthì phần giao tiếp với máy tính sẽ được mở ra Phần này sẽ hiển thị các thông

số mà người dùng muôn đưa lên màn hình Muôn đưa lên màn hình phải cólệnh Serial.print() mới có thể đưa thông số cần hiển thị lên màn hình

4 Vùng lập trình: Vùng này để người lập trình thực hiện lập trình.

5 Vùng thông báo thông tin: Có chức năng thông báo các thông tin lỗi củachương trình hoặc các vấn đề liên quan đến chương trình.

2.1.4 Cấu trúc của một chương trình trong phần mềm IDE

Phần này sẽ đưa ra cấu trúc của một chương trình trong IDE, đồng thời giảithích một số lệnh thường được sử dụng để thuận tiện cho người dùng

Phần 1: Khai báo biển:

Đây là phần khai báo kiểu biến, tên các biến, định nghĩa các chân trên boardmột số kiểu khai báo biến thông dụng:

 Define: Nghĩa của từ define là định nghĩa, hàm #define có tác dụng địnhnghĩa, hay còn gọi là gán, tức là gán một chân, một ngõ ra nào đó với một cái tên.Khai báo các kiểu biến khác như: int (kiểu số nguyên), float,

Phần 2: Thiết lập (void setup ())

Phần này dùng để thiết lập cho chương trình, cần nhớ rõ cấu trúc của nó:void setup () {}

Cấu trúc của nó có dấu ngoặc nhọn ở đầu và ở cuối, nếu thiếu phần này khikiểm tra chương trình thì chương trình sẽ báo lỗi Phần này dùng để thiết lập cáctốc độ truyền dữ liệu, kiểu chân là chân ra hay chân vào

Trong đó: Một số câu lệnh cơ bản trong Arduino IDE

Phần 3: Vòng lặp

Dùng để viết các lệnh trong chương trình để mạch Arduino thực hiện cácnhiệm vụ mà chúng ta mong muốn, thường bắt đầu bằng:

void loop ()

}

Một số câu lệnh, cấu trúc thường gặp:

2.2 Proteus

Giới thiệu phần mềm Proteus

Phần mềm Proteus [4] là một phần mềmthiết kế mạch in được phát minh bởiLabcenter Electronics Nó được sử dụng để thiết kế các mạch khác nhau trênPCB (bo mạch in) và mô phỏng các mạch khác nhau Việc sử dụng proteus cho

bất kỳ dự án mạch điện tử nào làm cho dự án đó tiết kiệm chi phí và ít sai sóthơn do cấu trúc sơ đồ trên proteus.

Proteus được sử dụng để mô phỏng, thiết kế và vẽ các mạch điện tử Nó đượcphát minh bởi Labcenter Electronics

Bằng cách sử dụng Proteus, bạn có thể thiết kế mạch hai chiều

Với việc sử dụng phần mềm kỹ thuật này, bạn có thể xây dựng và mô phỏng cácmạch điện và điện tử khác nhau trên máy tính cá nhân hoặc máy tính xách tay

Có rất nhiều ưu điểm khi mô phỏng các mạch trên Proteus trước khi thực hiệnchúng trong thực tế

Thiết kế mạch trên Proteus tốn ít thời gian hơn so với việc xây dựng mạch trênthực tế

Khả năng xảy ra lỗi ít hơn trong mô phỏng phần mềm chẳng hạn như kết nốilỏng lẻo, mất nhiều thời gian để tìm ra các vấn đề kết nối trong một mạch thựctế

Mô phỏng mạch cung cấp tính năng chính mà một số linh kiện của mạch khôngthực tế thì bạn có thể xây dựng mạch của mình trên Proteus

Không có khả năng đốt cháy và làm hỏng bất kỳ linh kiện điện tử nào trongProteus

Các công cụ điện tử rất đắt tiền có thể dễ dàng mắc vào Proteus như máy hiệnsóng

Sử dụng Proteus, bạn có thể tìm thấy yếu tố khác nhau của các mạch như dòngđiện, giá trị điện áp của bất kỳ linh kiện nào và điện trở bất kỳ lúc nào, điều nàyrất khó trong một mạch thực tế

2.2.1 Đặc tính của phần mềm Proteus

 Mô phỏng linh kiện và mạch điện tử: 

cách sử dụng các linh kiện điện tử thực tế Người dùng có thể thêm linh kiện

từ thư viện có sẵn hoặc tự tạo linh kiện tùy chỉnh

 Mô phỏng đa ngôn ngữ: 

Assembly và BASIC, cũng như mô phỏng các vi điều khiển nhúng phổ biến

 Mô phỏng vi mạch viễn thông: 

- Ngoài vi mạch điện tử, Protues cũng có khả năng mô phỏng vi mạch viễnthông, bao gồm các mạch thu sóng, mạch phát sóng và các hệ thống truyềndẫn.

 Kiểm tra tính đúng đẵn của mạch trước khi thực hiện vật lý: 

trước khi chúng được thực hiện vật lý, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí choviệc chỉnh sửa và sửa lỗi

Thư viện linh kiện phong phú: 

thông, bao gồm transistor, điện trở, tụ điện, vi điều khiển, mạch tích hợp vànhiều linh kiện khác

Tích hợp với các công cụ CAD khác: 

- Protues có thể tích hợp với các công cụ CAD khác như Altium Designer,OrCAD để tăng cường quy trình thiết kế và mô phỏng, Protues còn cung cấpcông cụ thiết kế bảng mạch in với phiên bản ARES, giúp người dùng hoàn

 Bước 2: Chọn một bản mẫu hoặc bắt đầu một thiết kế mới

- Khi bạn mở Proteus, bạn có thể chọn bắt đầu một bản mẫu có sẵn hoặc tạomột thiết kế mới Để bắt đầu một thiết kế mới, chọn "File" trong thanh menu

và sau đó chọn "New Project" để tạo dự án mới

 Bước 3: Thêm các linh kiện và mạch vào dự án

- Sau khi tạo dự án mới, bạn có thể thêm các linh kiện vào dự án bằng cáchchọn "P" trên thanh công cụ để mở thư viện linh kiện Sau đó, kéo và thả cáclinh kiện bạn muốn sử dụng vào bảng mạch.

 Bước 4: Kết nối các linh kiện với nhau

- Sử dụng công cụ "Draw Wire" (được đại diện bằng biểu tượng dây mạch) đểkết nối các chân của các linh kiện với nhau và tạo mạch

 Bước 5: Mô phỏng vi mạch

- Sau khi hoàn thành mạch, bạn có thể mô phỏng vi mạch để kiểm tra hoạt độngcủa nó Nhấp đúp vào một linh kiện để chỉnh sửa các thông số của nó (ví dụ:giá trị điện trở, điện áp) và sau đó nhấp vào biểu tượng "Run" để mô phỏng vimạch

 Bước 6: Thiết kế PCB (nếu cần)

- Nếu bạn muốn thiết kế mạch in (PCB) dựa trên mạch đã mô phỏng, chọn

"Design" trong menu và sau đó chọn "Design Manager." Trong DesignManager, bạn có thể chọn "Update PCB" để chuyển đổi mạch đã mô phỏngthành bản thiết kế PCB

 Bước 7: Xuất tệp in ấn hoặc mô phỏng

- Sau khi hoàn thành mạch và PCB (nếu có), bạn có thể xuất tệp in ấn để đưa rasản xuất hoặc xuất tệp mô phỏng để chia sẻ với người khác Đây là hướng dẫn

cơ bản về cách sử dụng phần mềm Proteus để thiết kế và mô phỏng vi mạchđiện tử Khi sử dụng phần mềm, hãy tham khảo tài liệu hướng dẫn chi tiết vàtài nguyên hỗ trợ trên trang web chính thức của Proteus để tận dụng tối đa tínhnăng của nó [6]

2.2.3 Ưu điểm của Proteus

Proteus là một phần mềm mô phỏng vi mạch điện tử và hệ thống nhúng phổbiến, có nhiều ưu điểm hấp dẫn mà đã làm nên sự thành công của nó trong cộngđồng kỹ sư điện tử và nhà phát triển hệ thống nhúng Dưới đây là một số ưu điểmchính của phần mềm Proteus:

 Mô phỏng chính xác: 

- Proteus cho phép mô phỏng chính xác các vi mạch điện tử và hệ thống nhúng.Người dùng có thể thấy rõ cách các linh kiện và mạch hoạt động trong môitrường ảo, giúp giảm thiểu lỗi và thời gian cần để tìm và sửa chữa các sai sót.Thiết kế PCB tích hợp: 

- Proteus cho phép người dùng chuyển đổi từ mô phỏng vi mạch sang bản thiết

kế PCB một cách dễ dàng Điều này giúp tối ưu hóa mạch in và giảm thiểu cácvấn đề về điều chỉnh vi trí linh kiện trên bảng mạch

Thư viện phong phú:

- Proteus đi kèm với nhiều thư viện linh kiện phổ biến, mô phỏng vi điềukhiển, cảm biến, vi mạch logic và nhiều thành phần điện tử khác Điều nàygiúp người dùng tiết kiệm thời gian khi thiết kế và mô phỏng các mạch phứctạp

 Hỗ trợ mô phỏng vi xử lý: 

- Proteus không chỉ hỗ trợ mô phỏng phần cứng mà còn hỗ trợ mô phỏng mãchương trình chạy trên vi xử lý và vi điều khiển Điều này cho phép ngườidùng kiểm tra tính đúng đắn và hiệu năng của mã chương trình trước khi triểnkhai lên vi xử lý thực tế

 Dễ sử dụng: 

- Giao diện của Proteus thân thiện với người dùng, dễ sử dụng và cung cấp cáccông cụ mạnh mẽ cho việc thiết kế và mô phỏng Người dùng có thể nhanhchóng tiếp cận các tính năng và chức năng một cách hiệu quả

 Hỗ trợ đa nền tảng: 

- Proteus hỗ trợ chạy trên các nền tảng hệ điều hành phổ biến như Windows.Điều này giúp người dùng có nhiều lựa chọn khi chọn hệ thống để sử dụngphần mềm này [6]

2.2.4 Những lưu ý khi sử dụng phần mềm Proteus

Khi sử dụng phần mềm Proteus, bạn cần lưu ý một số điểm quan trọng sau đây

để đảm bảo việc thiết kế và mô phỏng vi mạch điện tử diễn ra hiệu quả và chínhxác

Phiên bản phần mềm: 

-  Hãy đảm bảo rằng bạn đang sử dụng phiên bản phần mềm Proteus phù hợpvới yêu cầu và cấu hình máy tính của bạn Các phiên bản cũ hoặc không tươngthích có thể gặp lỗi và khó khăn trong quá trình sử dụng.

 Kiểm tra linh kiện: 

- Trước khi sử dụng linh kiện trong mạch, hãy kiểm tra kỹ càng các thông số kỹthuật của chúng trong thư viện Sử dụng các linh kiện chưa chính xác có thểdẫn đến kết quả mô phỏng không chính xác hoặc mạch in không hoạt độngđúng

Giới hạn linh kiện tự tạo: 

- Nếu bạn tự tạo linh kiện, hãy chắc chắn rằng các mô tả và mô phỏng củachúng là đúng đắn và chính xác Linh kiện không đúng có thể dẫn đến sai lệchtrong quá trình mô phỏng và thiết kế

Sử dụng mô-đun thư viện: 

- Proteus cung cấp các mô-đun thư viện có sẵn chứa các linh kiện phổ biến vàđáng tin cậy Hãy ưu tiên sử dụng các linh kiện từ các thư viện này để đảmbảo tính ổn định và đáng tin cậy của mạch

Sao lưu dữ liệu thường xuyên: 

- Khi làm việc với phần mềm Proteus, hãy sao lưu dự án của bạn thường xuyên

để tránh mất dữ liệu trong trường hợp xảy ra lỗi hoặc sự cố

 Xem lại kết quả mô phỏng:

- Trước khi tiến hành thiết kế mạch in hoặc triển khai vi xử lý, hãy xem lại kếtquả mô phỏng để đảm bảo tính chính xác và đúng đắn của mạch

Tài liệu hỗ trợ: 

- Để tận dụng tối đa tính năng của Proteus, hãy tham khảo các tài liệu hướngdẫn và tài nguyên hỗ trợ trên trang web chính thức của Proteus hoặc trongcộng đồng người dùng

Tối ưu hóa hiệu năng: 

- Đối với các mạch phức tạp, hãy tối ưu hóa hiệu năng của phần mềm bằng cáchtắt các tính năng không cần thiết và chỉnh cấu hình phần mềm phù hợp

Cảm biến nồng độ cồn MQ3 hoạt động ở nguồn điện 5V DC và tiêu thụ khoảng800mW Nó có thể phát hiện nồng độ cồn từ 25 đến 500 ppm

Nồng độ 1 ppm có nghĩa là Phần triệu, hay viết tắt là ppm, là đơn vị được sử dụng phổ biến nhất để đo nồng độ khí ppm chỉ đơn giản là tỷ lệ của khí này với khíkhác Ví dụ, 500ppm rượu có nghĩa là nếu bạn có thể đếm được một triệu phân tử khí thì 500 sẽ là rượu và 999500 còn lại sẽ là các loại khí khác

2.3.2 Cấu trúc bên trong

MQ3 là một cảm biến điều khiển bằng bộ gia nhiệt Do đó, nó được bao phủbởi hai lớp lưới thép không gỉ mịn được gọi là “mạng lưới chống nổ” Nó đảm bảorằng bộ phận làm nóng bên trong cảm biến không gây nổ vì chúng ta đang cảmnhận được khí dễ cháy (cồn)

Nó cũng bảo vệ cảm biến và lọc các hạt lơ lửng, chỉ cho phép các phần tử khí điqua buồng

Khi lớp lưới bên ngoài được tháo ra, cảm biến trông như thế này Phần tử cảmbiến và sáu chân kết nối mở rộng ra ngoài đế Bakelite tạo thành cấu trúc hình ngôisao Hai (H) trong số sáu dây dẫn có nhiệm vụ làm nóng phần tử cảm biến và đượcliên kết với nhau bằng cuộn dây Niken-Chromium (một hợp kim dẫn điện nổitiếng).

Bốn dây dẫn mang tín hiệu còn lại (A và B) được kết nối bằng dây bạch kim.Các dây này được kết nối với phần thân của phần tử cảm biến và truyền tải nhữngthay đổi nhỏ trong dòng điện chạy qua phần tử cảm biến

Phần tử cảm biến hình ống được làm bằng gốm gốc Oxit Nhôm (AL2O3) vớilớp phủ Tin Dioxide (SnO2) Tin Dioxide là vật liệu quan trọng nhất vì nó nhạycảm với cồn Mặt khác, chất nền gốm cải thiện hiệu quả sưởi ấm và đảm bảo rằngkhu vực cảm biến được làm nóng liên tục đến nhiệt độ làm việc

Hệ thống sưởi ấm bao gồm cuộn dây Niken-Chromium và gốm gốc NhômOxide, trong khi Hệ thống cảm biến bao gồm dây Bạch kim và lớp phủ TinDioxide.

2.3.2 Nguyên lý hoạt động :

Cảm biến MQ3 hoạt động dựa trên nguyên lý điện trở Nó sử dụng một lớpmàng mạ mỏng từ SnO2 (Oxit Thiếc) làm vật liệu chính Khi cồn tiếp xúc vớimàng SnO2, phản ứng hóa học xảy ra, làm thay đổi điện trở của màng

Khi lớp bán dẫn SnO2 được nung nóng đến nhiệt độ cao, oxy sẽ bị hấp phụ trên

bề mặt Khi không khí trong lành, các electron từ dải dẫn của thiếc dioxide sẽ bị thuhút bởi các phân tử oxy Điều này tạo ra một lớp suy giảm điện tử ngay bên dưới bềmặt của các hạt SnO2, tạo thành một rào cản tiềm năng Kết quả là màng SnO2 trở nên có điện trở suất cao và ngăn cản dòng điện chạy qua

Tuy nhiên, khi có mặt rượu, mật độ bề mặt của oxy bị hấp phụ sẽ giảm khi nóphản ứng với rượu, làm giảm rào cản điện thế Kết quả là các electron được giảiphóng vào thiếc dioxide, cho phép dòng điện tự do chạy qua cảm biến

2.3.3 Phần cứng của MQ3

Cảm biến nồng độ cồn MQ3 sử dụng đơn giản và có hai đầu ra khác nhau Nókhông chỉ cung cấp dấu hiệu nhị phân về sự hiện diện của rượu mà còn thể hiệntương tự nồng độ của nó trong không khí