Báo cáo bài tập lớn môn học Đo lường các Đại lượng phi Điện Đề tài Đo nhiệt Độ Độ Ẩm

Với sự phát triển của công nghệ, các loại cảm biến nhiệt độ và nồng độ bụi ngày càng trở nên phổ biến và cần thiết trong nhiều lĩnh vực.. Cảm biến nhiệt độ giúp xác định nhiệt độ môi

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

MÔN HỌC: ĐO LƯỜNG CÁC ĐẠI LƯỢNG PHI ĐIỆN

ĐỀ TÀI: ĐO NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Duy Khương

KS Phạm Quốc Hưng

Nhóm: MeoMeo

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2024

DANH SÁCH THÀNH VIÊN

MỨC ĐỘ HOÀN THÀNH

1 Hoàng Thị Hải Yến 2115371 Tìm hiểu cảm biến, giới

thiệu, Power Point 100

2 Huỳnh Trần Tuấn Kha 2113644 Code, phiên dịch code 100

3 Nguyễn Huỳnh Minh Trực 2112568 Lắp mạch 100

4 Tạ Thành Đạt 2113158 Code, phiên dịch code 100

MỤC LỤC

1 GIỚI THIỆU 1

2 PHÂN LOẠI 1

3 ỨNG DỤNG 4

4 THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA CẤU TẠO MẠCH LẮP RÁP 5

4.1 Mạch điều khiển Arduino Nano 5

4.2 Màn hình LCD hiển thị 6

4.3 Cảm biến nhiệt độ DHT22 7

4.4 Cảm biến bụi Optical Dust Sensor PM2.5 GP2Y1010AU0F 8

5 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG 8

5.1 Cảm biến nhiệt độ DHT22 8

5.2 Cảm biến độ bụi Optical Dust Sensor PM2.5 GP2Y1010AU0F 10

6 CẤU TẠO, SƠ ĐỒ NỐI DÂY MÁY ĐO CẢM HỒNG NGOẠI 10

7 THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG 12

7.1 Trường hợp 1 13

7.2 Trường hợp 2 15

7.3 Kết quả của 2 trường hợp 19

7.4 Nhận xét 20

8 HIỆU CHỈNH 20

8.1 Tổng quan & thực nghiệm 20

8.2 Nhận xét 22

9 ĐÁNH GIÁ 22

9.1 Ưu điểm 22

9.2 Nhược điểm 22

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Máy đo nhiệt độ kỹ thuật số 3

Hình 2.2 Máy đo nhiệt độ analog 3

Hình 2.3 Máy đo nồng độ bụi cầm tay 4

Hình 2.4 Máy đo nồng độ bụi bằng phương pháp cân áp suất 4

Hình 4.1 Mạch điều khiển Arduino Nano 6

Hình 4.2 Màn hình LCD hiển thị 6

Hình 4.3 Cảm biến DHT22 7

Hình 4.4 Cảm biến bụi Optical Dust Sensor PM2.5 GP2Y1010AU0F 8

Hình 5.1 Các chui nối 8

Hình 5.2 Sơ đồ kết nối 9

Hình 5.3 Cấu tạo cảm biến 10

Hình 6.1 Lắp thiết bị cảm biến bụi 11

Hình 6.2 Lắp thiết bị cảm biến nhiệt độ, độ ẩm 12

Hình 6.3 Kết hợp cả 2 cảm biến 12

Hình 7.1.Khởi động 13

Hình 7.2 Lần 1 13

Hình 7.3 Lần 2 14

Hình 7.4 Lần 3 14

Hình 7.5 Lần 4 15

Hình 7.6 Lần 5 15

Hình 7.7 Khởi động 16

Hình 7.10 Lần 3 17

Hình 7.11 Lần 4 18

Hình 7.12 Lần 5 18

Hình 8.1 Lần 1 20

Hình 8.2 Lần 2 21

Hình 8.3 Lần 3 21

DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 7.1 Kết quả của trường hợp 1 19

Bảng 7.2 Kết quả của trường hợp 2 19

Bảng 8.1 Kết quả hiệu chỉnh 22

1 GIỚI THIỆU

Môi trường và không khí xung quanh chúng ta có ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe

và các hoạt động hàng ngày Trong số các yếu tố môi trường, nhiệt độ và nồng độ bụi

là hai yếu tố quan trọng nhất Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến sự thoải mái và hiệu suất làm việc của con người, trong khi nồng độ bụi trong không khí có thể gây ra các vấn đề về hô hấp và sức khỏe tổng thể Khi chất lượng cuộc sống ngày càng được nâng cao, việc kiểm soát và giám sát các yếu tố này trở nên cần thiết

Máy đo nhiệt độ và nồng độ bụi là thiết bị quan trọng giúp chúng ta theo dõi và điều chỉnh môi trường sống và làm việc Với sự phát triển của công nghệ, các loại cảm biến nhiệt độ và nồng độ bụi ngày càng trở nên phổ biến và cần thiết trong nhiều lĩnh vực Chúng giúp đo lường các thông số môi trường một cách chính xác và nhanh chóng, từ

đó cung cấp dữ liệu cần thiết để cải thiện chất lượng không khí và điều kiện sống Cảm biến nhiệt độ và cảm biến nồng độ bụi là những thành phần cốt lõi của các thiết

bị đo lường này Cảm biến nhiệt độ giúp xác định nhiệt độ môi trường một cách nhanh chóng và chính xác, trong khi cảm biến nồng độ bụi đo lường lượng bụi trong không khí, từ đó đưa ra các cảnh báo khi nồng độ bụi vượt quá ngưỡng an toàn Kết quả đo được hiển thị trên màn hình, cho phép người dùng dễ dàng theo dõi và kiểm soát các thông số môi trường

Việc sử dụng cảm biến nhiệt độ và nồng độ bụi không chỉ giúp bảo vệ sức khỏe mà còn góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống Trong các khu vực kín hoặc có sự đối lưu không khí, các thiết bị đo lường này có thể đo ở nhiều điểm để đưa ra giá trị trung bình, hoặc đo tại một điểm duy nhất để xác định các thông số chung của môi trường

2 PHÂN LOẠI

Trên thị trường hiện nay có nhiều loại máy đo nhiệt độ và nồng độ bụi khác nhau, được phân loại dựa trên công nghệ và cách thức sử dụng Dưới đây là các phân loại chính:

Máy đo nồng độ bụi

nhiều vị trí khác nhau trong môi trường, rất phù hợp cho việc kiểm tra nhanh chất lượng không khí trong các khu vực cụ thể hoặc tại hiện trường Máy đo nồng độ bụi cầm tay thường có màn hình hiển thị số liệu tức thì, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và đánh giá nồng độ bụi

Máy đo nồng độ bụi bằng phương pháp cân áp suất: máy đo nồng độ bụi bằng phương pháp cân áp suất hoạt động dựa trên nguyên lý hút không khí qua một bộ lọc

và cân đo lượng bụi tích tụ trên bộ lọc này Thiết bị này thường được sử dụng trong các nghiên cứu khoa học hoặc trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao Máy đo nồng

độ bụi bằng phương pháp cân áp suất cung cấp kết quả chi tiết về khối lượng bụi trong không khí, giúp đánh giá chính xác mức độ ô nhiễm

Máy đo nhiệt độ

Máy đo nhiệt độ kỹ thuật số: máy đo nhiệt độ kỹ thuật số cho phép người dùng dễ dàng kiểm tra các trị số nhiệt độ trên màn hình hiển thị Thiết bị này thường có nhiều chức năng, như đo lường mức độ thoải mái và mức độ môi trường, được khuyên dùng cho những gia đình có trẻ nhỏ, vật nuôi hoặc cây cối nhạy cảm với nhiệt độ Máy đo nhiệt độ kỹ thuật số thường có độ chính xác cao và nhiều tính năng hữu ích

Máy đo nhiệt độ analog: máy đo nhiệt độ analog là một lựa chọn kinh tế vì không cần sử dụng pin Thiết bị này thường có thiết kế đẹp mắt, phù hợp với không gian sống

và nội thất của căn phòng Các tính năng của máy analog cơ bản nhưng đủ để xem các thông số cần thiết để điều chỉnh nhiệt độ Máy đo nhiệt độ analog thường dễ sử dụng

và bền bỉ

Việc chọn lựa loại máy đo nhiệt độ và nồng độ bụi phù hợp phụ thuộc vào nhu cầu cụ thể của người dùng, từ đó giúp cải thiện chất lượng không khí và điều kiện sống một cách hiệu quả

Hình 2.1 Máy đo nhiệt độ kỹ thuật số

Hình 2.2 Máy đo nhiệt độ analog

Hình 2.3 Máy đo nồng độ bụi cầm tay

Hình 2.4 Máy đo nồng độ bụi bằng phương pháp cân áp suất

3 ỨNG DỤNG

Máy đo nhiệt độ và nồng độ bụi có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và công nghiệp, giúp cải thiện chất lượng môi trường và bảo vệ sức khỏe con người Trong gia đình, máy đo nhiệt độ giúp kiểm soát và duy trì nhiệt độ lý tưởng, đặc biệt hữu ích

đối với trẻ nhỏ, người già, hoặc người có bệnh lý cần theo dõi nhiệt độ chặt chẽ Máy

đo nhiệt độ cũng hỗ trợ chăm sóc cây cối và vật nuôi, đảm bảo môi trường sống phù hợp Trong công nghiệp, máy đo nhiệt độ được sử dụng để giám sát và điều chỉnh nhiệt

độ trong các quy trình sản xuất, bảo quản và vận chuyển hàng hóa, đặc biệt quan trọng trong ngành thực phẩm và dược phẩm để đảm bảo chất lượng và an toàn sản phẩm Ngoài ra, trong các phòng thí nghiệm và nghiên cứu khoa học, máy đo nhiệt độ là công cụ quan trọng giúp thu thập dữ liệu nhiệt độ chính xác cho các thí nghiệm và nghiên cứu

Máy đo nồng độ bụi cũng có ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong việc giám sát chất lượng không khí trong nhà và ngoài trời, phát hiện và cảnh báo nồng độ bụi vượt mức

an toàn để có biện pháp cải thiện chất lượng không khí Trong các nhà máy và xí nghiệp, máy đo nồng độ bụi giúp kiểm soát mức độ bụi trong không khí, đảm bảo môi trường làm việc an toàn cho công nhân và kiểm soát bụi trong các quy trình sản xuất như trong ngành xi măng, khai thác mỏ, và chế biến gỗ Trong nghiên cứu môi trường, máy đo nồng độ bụi giúp theo dõi và phân tích mức độ ô nhiễm không khí, hỗ trợ đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng Trong lĩnh vực y tế và sức khỏe cộng đồng, thiết bị này giúp theo dõi và nghiên cứu tác động của ô nhiễm không khí đến sức khỏe, đưa ra cảnh báo sớm và biện pháp phòng ngừa kịp thời, đặc biệt trong các đợt ô nhiễm không khí nghiêm trọng Với những ứng dụng đa dạng và quan trọng, máy đo nhiệt độ và nồng độ bụi là công cụ không thể thiếu trong việc giám sát và cải thiện chất lượng môi trường, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và bảo vệ sức khỏe con người

4 THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA CẤU TẠO MẠCH LẮP RÁP

4.1 Mạch điều khiển Arduino Nano

Arduino Nano là một board vi điều khiển nhỏ gọn và thân thiện với readboard, dựa trên vi điều khiển ATmega328P Nó là một trong những board Arduino phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi trong các dự án nhờ kích thước nhỏ, dễ sử dụng và giá thành thấp

Hình 4.1 Mạch điều khiển Arduino Nano

Arduino Nano có 14 chân digital input/output (IO), 8 chân analog input, 16 MHz bộ xung clock, 32 KB bộ nhớ flash cho lưu trữ chương trình và 2 KB bộ nhớ SRAM để lưu trữ dữ liệu trong quá trình chạy chương trình Nó cũng có thể hoạt động như một

bộ chuyển đổi USB-to-serial để giao tiếp với máy tính thông qua cổng USB

4.2 Màn hình LCD hiển thị

Hình 4.2 Màn hình LCD hiển thị

Được sử dụng để hiển thị trạng thái hoặc các thông số, gồm có 16 chân trong đó 8 chân dữ liệu (D0 – D7) và 3 chân điều khiển (RS, RW, EN)

4.3 Cảm biến nhiệt độ DHT22

Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT22 Temperature Humidity Sensor sử dụng giao tiếp 1 Wire dễ dàng kết nối và giao tiếp với Vi điều khiển để thực hiện các ứng dụng đo nhiệt độ, độ ẩm môi trường, cảm biến có chất lượng tốt, kích thước nhỏ gọn, độ bền và

độ ổn định cao

DHT22 là một cảm biến nhiệt độ và độ ẩm kỹ thuật số cơ bản Nó sử dụng một cảm biến độ ẩm điện dung và một điện trở nhiệt để đo không khí xung quanh và phát ra tín hiệu kỹ thuật số trên chân dữ liệu, không cần chân đầu vào analog DHT22 hiệu chỉnh tín hiệu kỹ thuật số đầu ra Nó sử dụng kỹ thuật thu thập tín hiệu kỹ thuật số và công nghệ cảm biến độ ẩm độc quyền, đảm bảo độ tin cậy và ổn định Các phần tử cảm biến của nó được kết nối với máy tính chip đơn 8 bit

Mọi cảm biến của module này đều được bù nhiệt độ và hiệu chuẩn trong buồng hiệu chuẩn chính xác và hệ số hiệu chuẩn được lưu dưới dạng chương trình trong bộ nhớ OTP, khi cảm biến phát hiện, nó sẽ trích dẫn hệ số từ bộ nhớ Kích thước nhỏ, tiêu thụ thấp và khoảng cách truyền dài (20m) cho phép DHT22 phù hợp trong mọi loại ứng dụng khắc nghiệt Cảm biến được đóng gói với bốn chân, giúp kết nối rất thuận tiện

4.4 Cảm biến bụi Optical Dust Sensor PM2.5 GP2Y1010AU0F

Cảm biến bụi Optical Dust Sensor PM2.5 GP2Y1010AU0F được sản xuất bởi hãng SHARP, được sử dụng để nhận biết nồng độ bụi PM2.5 trong không khí, nguyên lý hoạt động dựa trên LED phát hồng ngoại tích hợp bên trong cảm biến, khi có bụi vào thì sẽ

bị khúc xạ, làm giảm đi cường độ tia hồng ngoại làm điện áp thay đổi

Hình 4.4 Cảm biến bụi Optical Dust Sensor PM2.5 GP2Y1010AU0F

5 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

5.1 Cảm biến nhiệt độ DHT22

Đối với cảm biến DHT22

• Vcc: Nguồn điện 3.5V đến 5.5V

• Dữ liệu: Đầu ra cả Nhiệt độ và Độ ẩm thông qua Dữ liệu nối tiếp

• NC: Không có kết nối và do đó không được sử dụng

• Đất: Kết nối với mặt đất của mạch

Hoặc đối với mô-đun DHT22

• Vcc: Nguồn điện 3.5V đến 5.5V

• Dữ liệu: Đầu ra cả Nhiệt độ và Độ ẩm thông qua Dữ liệu nối tiếp

• Đất: Kết nối với mặt đất của mạch

Hình 5.2 Sơ đồ kết nối

Các DHT22 Sensor là nhà máy hiệu chuẩn và kết quả đầu ra dữ liệu nối tiếp và do

đó nó rất dễ dàng để thiết lập nó Sơ đồ kết nối cho cảm biến này được hiển thị bên dưới

Kết nối cảm biến DHT22 rất đơn giản, với chân dữ liệu của nó được kết nối với chân

Khi kết nối DHT22 với Arduino Uno, có các thư viện sẵn có sẽ giúp bắt đầu nhanh chóng và dễ dàng Trong trường hợp giao tiếp DHT22 với một MCU khác, bảng dữ liệu dưới đây sẽ rất hữu ích Dữ liệu đầu ra từ chân DATA sẽ theo thứ tự sau:

• Dữ liệu độ ẩm: 8 bit số nguyên + 8 bit thập phân

• Dữ liệu nhiệt độ: 8 bit số nguyên + 8 bit thập phân

• Bit chẵn lẻ: 8 bit

Các bước để thiết lập và giao tiếp với DHT22 giúp đảm bảo khả năng đo lường chính xác nhiệt độ và độ ẩm trong môi trường xung quanh

5.2 Cảm biến độ bụi Optical Dust Sensor PM2.5 GP2Y1010AU0F

Ở đây ta thấy sẽ có 02 bộ phận dùng để truyền và nhận hồng ngoại (IR LED và Phototransistor) 02 bộ phận này được đặt chệch gốc với nhau Khi có bụi bay vào, tia hồng ngoại từ IR LED sẽ bị dội vào Phototransistor, lúc này điện áp từ phototransistor

sẽ được đưa đến mạch khuếch đại (Amplifier) và xuất ra chân Vo

Hình 5.3 Cấu tạo cảm biến

6 CẤU TẠO, SƠ ĐỒ NỐI DÂY MÁY ĐO CẢM HỒNG NGOẠI

Cảm biến DHT22 (Nhiệt độ và Độ ẩm): chân dữ liệu của cảm biến DHT22 được kết nối với chân số 2 trên Arduino

Màn hình LCD (I2C): Màn hình LCD được kết nối qua giao tiếp I2C với địa chỉ 0x27 Các chân I2C trên Arduino thường là A4 (SDA) và A5 (SCL)

Cảm biến bụi: đầu ra analog của cảm biến bụi được kết nối với chân analog A0 trên Arduino Chân điều khiển LED của cảm biến bụi được kết nối với chân số 2 trên Arduino

Hình 6.1 Lắp thiết bị cảm biến bụi

Hình 6.2 Lắp thiết bị cảm biến nhiệt độ, độ ẩm

Ngày: 17/11/2024 – Chủ nhật

Chia làm 2 kết quả:

+ 5 lần đo kết quả dùng máy lạnh

+ 5 lần đo kết quả dùng máy lạnh + quạt

Hình 7.3 Lần 2

Hình 7.4 Lần 3

Hình 7.7 Khởi động

Hình 7.8 Lần 1

Hình 7.9 Lần 2

Hình 7.10 Lần 3

Hình 7.11 Lần 4

Hình 7.12 Lần 5

7.3 Kết quả của 2 trường hợp

STT Nhiệt độ -

Aduino

Độ ẩm - Aduino Độ bụi Nhiệt độ -

máy đo kèm Sai số %

máy đo kèm Sai số %

7.4 Nhận xét

Trường hợp 1 cho sai số giữa 2 thiết bị là từ 0% đến 1,45%

Trường hợp 2 cho sai số giữa 2 thiết bị là từ 0% đến 2,1%

Các kết quả đều cho sai số nhỏ hơn 5%

8 HIỆU CHỈNH

8.1 Tổng quan & thực nghiệm

Nhận thấy các sai số chỉ sai khi thiết bị chưa được làm tròn 1 chữ số so với thiết bị mẫu, hiệu chỉnh thiết bị bằng làm tròn lên 1 số khi số sau phẩy  0.5 và làm tròn xuống khi nhỏ hơn 0.5

Code hiệu chỉnh:

// Rounding the temperature

int roundedTemp = (t - (int)t < 0.5) ? floor(t) : ceil(t);

- Các kết quả đo lại ở hình ảnh và bảng dưới:

Hình 8.1 Lần 1

Hình 8.2 Lần 2

Hình 8.3 Lần 3

STT Nhiệt độ -

Aduino

Độ ẩm - Aduino Độ bụi Nhiệt độ -

máy đo kèm Sai số %

Sau qua 3 lần đo, nhận thấy kết quả hoàn toàn không còn sai số so với bài mẫu, hiệu

chỉnh này đã phù hợp với thiết bị mẫu

9 ĐÁNH GIÁ

9.1 Ưu điểm

Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm (như DHT22) và cảm biến bụi thường có giá thành thấp, phù hợp cho các dự án DIY và nghiên cứu Nền tảng Arduino mã nguồn mở dễ sử dụng với nhiều thư viện hỗ trợ giúp việc lập trình và tích hợp các cảm biến trở nên đơn giản Cảm biến DHT22 cung cấp độ chính xác cao trong việc đo nhiệt độ và độ ẩm, trong khi cảm biến bụi như GP2Y1010AU0F cung cấp dữ liệu đáng tin cậy về nồng độ bụi trong không khí Hơn nữa, Arduino và các cảm biến liên quan có cộng đồng người dùng lớn, nhiều tài liệu hướng dẫn và diễn đàn hỗ trợ Hệ thống dựa trên Arduino có khả năng mở rộng và điều chỉnh dễ dàng để phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau

9.2 Nhược điểm

Mặc dù có nhiều ưu điểm, các cảm biến giá rẻ có thể không hoạt động tốt trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, độ ẩm cao, hoặc môi trường hóa chất Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm như DHT22 có phạm vi đo giới hạn, không phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi đo ở phạm vi rộng hơn Cảm biến bụi cũng có thể gặp khó khăn khi đo ở nồng độ bụi rất cao hoặc rất thấp Hơn nữa,