Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị đo nồng độ cồn

Mục đích nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị đo nồng độ cồn với các đặc tính cơ bản sau: - Thiết bị đo có thể đo và hiển thị kết quả đo trực quan ngay tại thiế

LỜI NÓI ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Theo thống kê của tổ chức y tể thế giới WHO thì bia rựơu là nguyên nhân gây tai nạn hàng đầu cho người tham gia giao thông, đặc biệt ở Việt Nam luôn là quốc gia tiêu thụ lượng bia rượu đứng hàng đầu thế giới Nên việc tuyên truyền vận động người dân không tham gia giao thông khi đã sử dụng rượu bia là ưu tiên hàng đầu Ngoài ra việc trang bị cho các chiến sỹ cảnh sát giao thông những chiếc máy đo nồng độ cồn là hết sức cần thiết Khi đã có những chiếc máy đo nồng độ cồn này các chiến sỹ giao thông có thể kịp thời phát hiện, nhắc nhở, xử phạt những người tham gia giao thông mà có nồng độ cồn vượt mức quy định nhằm góp phần giảm thiểu số vụ tai nạn có thể xảy ra

Vì vậy việc đề xuất một thiết bị đo, giám sát và cảnh báo nồng độ cồn kết hợp với truyền thông tin người vi phạm và nồng độ cồn lên server là cần thiết Tuy nhiên hiện nay các thiết bị đo này trên thị trường là thiết bị ngoại nhập, giá thành cao, do đó việc nghiên cứu thiết kế ra thiết bị này là có nhu cầu thực tế

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị đo nồng độ cồn với các đặc tính cơ bản sau:

- Thiết bị đo có thể đo và hiển thị kết quả đo trực quan ngay tại thiết bị

- Thiết bị có thể truyền kết quả đo và thông tin người vi phạm lên sever

- Giao diện người dùng đơn giản, dễ sử dụng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a) Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu phần giám sát nồng độ cồn

b) Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu cảm biến Mq3 và ứng dụng vi điều khiển chế tạo thiết bị đo

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tìm hiểu về đặc tính, ứng dụng của cảm biến Mq3 Từ đó viết phần mềm giám sát kết quả đo

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

a) Ý nghĩa khoa học của đề tài

Thiết kế phần hiển thị kết quả đo lên máy tính

b) Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Thiết bị có thể được ứng dụng để đo nồng độ cồn trong giao thông và truyền kết quả đo lên PC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO NỒNG ĐỘ CỒN 1.1 Tổng quan về các loại cảm biến khí đo nồng độ cồn

1.1.1 Tổng quan về phương pháp đo khí

Ngày nay, các cảm biến khí được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau như: kiểm soát môi trường sống và môi trường công nghiệp nhằm đảm bảo sức khỏe và an toàn lao động; điều khiển tỷl ệ không khí - nhiên liệu trong các động cơ đốt trong nhằm nâng cao hiệu suất của phản ứng cháy và tiết kiệm nhiên liệu; điều khiển môi trường trên máy bay, tàu vũ trụ; phát hiện hàng cấm tại các cửa khẩu và sân bay Do đó, đòi hỏi các cảm biến phải có độ nhạy cao, chọn lọc tốt và hoạt động ổn định

Thành phần hỗn hợp khí cũng có thể được đo một cách chính xác bằng các thiết bị phân tích như sắc ký khí, khối phổ, phổ hồng ngoại, biến đổi Fourier hoặc bằng cách phối hợp các thiết bị này Các thiết bị này thường rất đắt tiền, khó vận hành, cồng kềnh và không thể vận hành ngoài môi trường Trong các trường hợp như vậy, cảm biến khí hoặc thiết bị đo dựa trên cảm biến khí là sự lựa chọn phù hợp

Nhiều dạng cảm biến đã được phát triển để phát hiện các chất hóa học trong pha khí Chúng bao gồm thiết bị quang dựa trên hiện tượng thay đổi màu sắc hoặc phát huỳnh quang, thiết bị sóng âm bề mặt, các thiết bị điện hóa, hóa điện trở/bán dẫn, diod kim loại - điện môi - bán dẫn, tranzito hiệu ứng trường và một số dạng khác Tuy nhiên, các cảm biến kiểu điện trở đặc biệt hấp dẫn do đa dạng về vật liệu nhạy khí và các phương pháp chế tạo, giá thành rẻ, phạm vi ứng dụng rộng và đem lại nhiều tiềm năng ứng dụng trong việc chế tạo cảm biến đa

hệ

Cảm biến khí cho phép xác định thông tin về môi trường khí, dựa trên lớp nhạy khí và phần chuyển tín hiệu điện Việc phát hiện khí được dựa trên sự thay đổi môi trường khí dẫn đến thay đổi các tính chất lớp nhạy khí và được chuyển thành tín hiệu điện Lớp nhạy khí được tối ưu hóa bằng việc lựa chọn vật liệu, phần chuyển tín hiệu điện được tối ưu hóa bằng việc lựa chọn công nghệ thích

hợp Trong số các cảm biến khí, các cảm biến dựa trên các vật liệu bán dẫn oxit kim loại rất quan trọng do sự đa dạng vềvật liệu nhạy khí và phương pháp chế tạo Do vậy, các giải pháp thường được các nhà nghiên cứu lựa chọn là tìm quy trình chế tạo vật liệu ổn định, giảm kích thước hạt xuống cỡ nano mét nhằm làm tăng độ nhạy khí; lựa chọn vật liệu thích hợp cho độ chọn lọc cao với từng loại khí Các vật liệu nhạy khí được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi là SnO2, TiO2,

“Cảm biến loại này có tính lựa chọn thấp, độ nhạy và thời gian đáp ứng bị ảnh hưởng rất nhiều bởi độ ẩm môi trường; sự suy giảm độ nhạy cũng không phát hiện được nếu không hiệu chuẩn lại; có thể bị hỏng hoàn toàn nếu đo liên tục khí ở nồng độ cao; và có thể bị nhiễm độc bởi một lượng nhỏ chất silicone, halocarbon.”

“Có hai loại cảm biến loại này được sử dụng thông dụng nhất được làm từ ô-xít kim loại: loại cảm biến màng mỏng được làm từ VO3 (Tri-ô-xít Vonfam), được dùng chủ yếu phát hiện khí hydro-sunfua; Loại màng dày làm từ ô-xít thiếc (SnO2), loại này không có tính chọn lọc và thường được dùng để phát hiện

sự thay đổi lớn lượng khí độc và khí cháy.”

b Loại màng dày (SnO 2 )

“Loại này thường được cấu tạo bằng cách nung kết ô-xít thiếc lên một điện cực bằng gốm

Điện cực này có thể là một mặt phẳng với sợi nung ở một mặt còn lại hoặc ở dạng ống với sợi nung xuyên qua ống (xem Hình 1.1).”

Hình 1.1 Cảm biến bán dẫn màng dầy thiếc ô-xít (SnO 2 )

“Cơ chế phát hiện khí ga loại này rất phức tạp, đặc biệt là với khí độc Nó

là sự kết hợp các các phản ứng trên bề mặt bao gồm cả sự hấp thụ khí ga Khi cảm biến không được cấp nguồn, khí ga bám vào bề mặt dễ dàng hơn và hậu quả

là cảm biến phải mất rất nhiều giờ để ổn định lại, điều này xảy ra ngay cả khi cảm biến bị mất cấp nguồn hay nhiệt độ làm việc thấp trong thời gian rất ngắn Với một lượng nhỏ độ ẩm hoặc ô-xy cũng có thể gây mất ổn định cho cảm biến, thậm chí dừng làm việc cho đến khi các điều kiện làm việc bình thường được phục hồi trở lại.”

c Loại màng mỏng (VO 3 )

Loại này được cấu tạo bằng một vật liệu nền không dẫn điện gắn với hai hoặc nhiều điện cực dẫn điện Vật liệu ô-xít kim loại được gắn vào giữa các điện cực Các bộ phận này được nung nóng ở nhiệt độ làm việc thích hợp

Cuộn dây

Lớp thiếc Lớp thiếc

Cuộn dây

Bề mặt lớp ô-xít kim loại bình thường sẽ hấp thụ ô-xy và tạo ra một trường điện từ đẩy các electron ra khỏi bề mặt Khi có khí H2S, nó sẽ đẩy ô-xy (bằng cách chiếm chỗ hoặc phản ứng), từ đó giải phóng các electron để dẫn điện, tức

nó thay đổi độ dẫn điện của chất bán dẫn Độ dẫn điện của chất bán dẫn ô-xít kim loại chính là nguồn tín hiệu

d Các yếu tố ảnh hưởng tới cảm biến bán dẫn

Có 6 yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính của cảm biến mà người sử dụng nên biết để lựa chọn và đánh giá cảm biến bán dẫn: (1) lựa chọn ô-xít kim loại, (2) nhiệt độ làm việc, (3) đặc tính hấp thụ khí, (4) độ ẩm, (5) nhiệt độ môi trường, (6) quá trình hoạt động của cảm biến

Nhiệt độ làm việc của cảm biến bán dẫn ảnh hưởng rất nhiều đến đường đặc tính và độ nhạy của tín hiệu Chính vì thế mà các nhà sản xuất luôn mong muốn nhiệt độ làm việc của cảm biến luôn không đổi không phụ thuộc vào nhiệt

độ môi trường xung quanh, từ đó đường đặc tính tín hiệu mới được tuyến tính hoá với độ chính xác cao

Đặc tính hấp thụ khí ga của ô-xít bán dẫn là yếu tố cần thiết để cảm biến loại này đo được nồng độ khí.Với lượng nhỏ nó có thể bị hấp thụ bởi các vật liệu xung quanh, do đó vật liệu chế tạo cảm biến cần phải được lựa chọn kỹ càng Khả năng hấp thụ khí độc của nước là rất mạnh, nước ngưng tụ bám vào các lỗ của bộ phận chống lửa sẽ làm mất tác dụng của cảm biến

Nhiều cảm biến loại này có thể hoạt động không ổn định nếu không được cấp nguồn ở môi trường có độ ẩm cao chỉ trong khoảng thời gian rất ngắn Các nhà sản xuất thường khuyến cáo nên hâm nóng cảm biến từ 15 phút đến 48 giờ trước khi cảm biến hoạt động chính thức hoặc hiệu chỉnh cảm biến

2 Phương pháp đo dùng phù kế

Là một cách làm thủ công để xác định nồng độ cồn trong rượu Dùng cho các hộ dân nấu rượu theo kiểu ủ men, trưng cất, kiểm tra nồng độ rượu

mà họ nấu ra

- Cách thực hiện:“Lấy một ống nhựa nhỏ, bịt kín đầu dưới lại, đổ đầy rượu vào, rồi thả cồn kế vào, chú ý đáy cồn kế không được chạm vào đáy ống đựng rượu, quan sát vạch tương ứng trên cồn kế với bề mặt thoáng của cồn trong ống đựng cho chúng ta biết nồng độ cồn trong rượu.”

-Ưu điểm:“rất dễ làm, giá thành cồn kế rẻ, nhanh chóng, thuận tiện.”

-Nhược điểm: “Chỉ đo được nồng độ cồn trong rượu ở dạng lỏng (khi

đo phải có một lượng tương đối lớn, khoảng gần 1 bát con rượu

Hình 1.2: Đo nồng độ cồn dùng phù kế

3 Phương pháp đo dùng cảm biến fuel cell

Hình 1.3: Cảm biến fuel cell đo nồng độ cồn

Nguyên lý hoạt động của cảm biến này: Dựa theo nguyên lý của Pin nhiên liệu

Ưu điểm: Hoạt động chính xác và tin cậy Đầu cảm biến được gia

cố bằng kim loại, giúp tăng cường độ bền, tránh gãy hỏng cảm biến khi tháo và cắm ống thổi Sử dụng tế bào cảm biến nhiên liệu hoá học tiên tiến chất lượng cao, có uy tín trên thế giới, phạm vi làm việc: 0,000 – 3.000mg/l, nhiệt độ vận hành: từ 0°C đến 60 °C, được sử dụng trong các dụng cụ đo alcohol chuyên nghiệp của cảnh sát giao thông của rất nhiều nước trên thế giới

Nhược điểm: Rất ít thông tin về cảm biến, tìm mua cảm biến khó khăn dù là đặt hàng ở nước ngoài và hiện tại chưa có nơi nào tại Việt Nam bán cảm biến này

4 Phương pháp đo dùng cảm biến màng oxit bán dẫn

Hình 1.4: Cảm biến màng oxit bán dẫn

Đây là loại cảm biến được sử dụng rộng rãi hiện nay.Dựa trên sự thay đổi

độ dẫn điện của màng mỏng bán dẫn khi hấp thụ chất khí trên bề mặt ở nhiệt độ

từ 150 oC đến 500o

C

Cảm biến loại này có tính lựa chọn thấp, độ nhạy và thời gian đáp ứng bị ảnh hưởng rất nhiều bởi độ ẩm môi trường; sự suy giảm độ nhạy cũng không phát hiện được nếu không hiệu chuẩn lại; có thể bị hỏng hoàn toàn nếu đo liên tục khí ở nồng độ cao; và có thể bị nhiễm độc bởi một lượng nhỏ chất silicone, halocarbon

Có hai loại cảm biến loại này được sử dụng thông dụng nhất được làm từ xít kim loại: loại cảm biến màng mỏng được làm từ VO3 (Tri-ô-xít Vonfam), được dùng chủ yếu phát hiện khí hydro-sunfua; Loại màng dày làm từ ô-xít thiếc (SnO2), loại này không có tính chọn lọc và thường được dùng để phát hiện

ô-sự thay đổi lớn lượng khí

1.2 Một số cảm biến đo nồng độ cồn trên thị trường

Bảng 1.1 Một số cảm biến đo nồng độ cồn trên thị trường

1.3 Hiện trạng thiết bị đo nồng độ cồn trong giao thông hiện nay

Hiện nay có rất nhiều loại thiết bị đo nồng độ cồn, nhưng phần lớn mới chỉ có chức năng hiển thị nồng độ cồn ngay tại thiết bị mà chưa có chức năng lưu trữ thông tin nồng độ cồn và thông tin người tham gia giao thông một cách

tự động Việc lưu trữ này là hết sức cần thiết không chỉ để cơ quan chức năng có thể thống kê một cách chính xác và nhanh chóng số lượng người tham gia giao thông mà có nồng độ cồn vượt ngưỡng nồng độ cồn cho phép, mà còn giúp người tham gia giao thông vi phạm có thể xem lại dễ dàng những lần mình vi phạm để rút ra bài học cho bản thân, một ý nghĩa khác của việc lưu trữ tự động

thông tin nồng độ cồn và thông tin người vi phạm

Chương 2 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ

2.1 Phân tích nhiệm vụ và yêu cầu thiết kế

2.1.1Nhiệm vụ

Thiết kế thiết bị đo nồng độ cồn với các đặc tính cơ bản sau:

- Thiết bị đo có thể đo và hiển thị kết quả đo trực quan ngay tại thiết bị

- Thiết bị có thể truyền kết quả đo và thông tin người vi phạm lên sever

- Giao diện người dùng đơn giản, dễ sử dụng

- Là một thiết bị cẩm tay nên phải nhỏ gọn và dễ dàng sử dụng

2.1.2 Yêu cầu

 Gia công các mạch của thiết bị đo

 Sử dụng truyền tin không dây

 Xây dựng giao diện web cho người dùng có thể truy cập và xem thông

tin các lần kiểm tra nồng độ cồn

 Thử nghiệm sự hoạt động của thiết bị đo

2.1.3.Mô hình tổng quan của thiết bị đo

Mô hình tổng quan của thiết bị bao gồm các khối chức năng như sau:

Hình 2.1: Mô hình tổng quan của thiết bị

 Xây dựng mô hình thu thập thông tin nồng độ cồn và thông tin người tham gia giao thông vi phạm tương ứng Mô hình sẽ sử dụng vi điều khiển dòng

STM 32 Các thông tin thu thập được sẽ được truyền lên sever để phục vụ mục đích thu thập, lưu trữ, hiển thị và xử lý

 Tìm hiểu phương thức truyền tin không dây, định nghĩa các gói tin dữ liệu Phần này chúng ta có thể sử dụng nhiều phương pháp, tuy nhiên em đang thử nghiệm và nghiên cứu phương pháp truyền tin không dây wiffi, Với phương pháp này cũng có rất nhiều ưu điểm, rất phù hợp (thông tin được truyền trực tiếp lên server không thông phải thông qua máy trạm), dễ dàng chủ động về mặt công nghệ, giá thành rẻ

 Xây dựng hệ thống lưu trữ và giao diện trên Web nhằm hỗ trợ người dùng chỉ cần truy cập qua trình duyệt Web (mà không cần cài đặt bất cứ phần mềm nào lên thiết bị của mình) để có được thông tin của mình

2.1.4.Mô hình thu thập

Bao gồm:

 Dùng cảm biến MQ3 để đo nồng độ cồn người tham gia giao thông

 Sử dụng bàn phím 4x3 để nhập số chứng minh nhân dân của người tham gia giao thông vào thiết bị đo

2.1.5.Phương thức truyền tin không dây

Hiện nay để truyền tin không dây có rất nhiều phương thức như: Internet, Zigbee, Radio…thì em đưa ra ý tưởng sử dụng module wiffi esp8266 nhằm thử nghiệm và áp dụng vào đề tài với những ưu điểm như:

 Truyền trực tiếp gói tin lên server mà không cần thông qua máy trạm nên rất phù hợp để ứng dụng cho thiết bị đo yêu cầu gọn, nhỏ, nhẹ

 Dễ dàng sử dụng

 Tốc độ truyền 9600 bps phù hợp với ứng dụng không yêu cầu tốc độ quá cao như thiết bị đo nồng độ cồn này

 Chi phí thiết bị thấp

2.2 Hệ thống thu thập, xử lý, truyền thông sử dụng vi điều khiển

2.2.1 Giới thiệu chung về vi điều khiển STMF32F103C8T6

Vi điều khiển STM32F103C8T6 là họ vi điều khiển 32 bit của hãng TexasInstrument với 64-128 Kb bộ nhớ Flash, USB 2.0 full-speed, CAN, 7 bộ Timer, 2 bộ ADC và 9 giao diện kết nối, với các thông số kỹ thuật như sau:

 Tiết kiệm năng lượng, đáp ứng yêu cầu thời gian thực khắt khe, hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp

 Tần số hoạt động tối đa là 72 MHz

 Bộ nhớ FLASH lên đến 64Kbytes, bộ nhớ SRAM lên đến 20Kbytes

 Có 2x10 kênh ADC 12 bit, 4x16 bit Timer

 Hỗ trợ chuẩn truyển thông: 3 USART, 2 I2C, 2 SPI, 1 USB, 1 CAN

Sơ đồ chân chức năng của vi điều khiển STM32F103C8T6 được thể hiển trên hình sau

Hình 2.2 Sơ đồ chân của vi điều khiển STM32F103C8T6

Chức năng của các chân chính vi điều khiển như sau:

 VBAT: cung cấp nguồn cho thanh ghi RTC và Backup

 PA0~PA15, PB0~PB15…Là các cổng vào ra của vi điều khiển

 VSSA, VDDA: cung cấp điện áp tham chiếu cho ADC

 VDD_1, VDD_2, VDD_3: Cung cấp nguồn cho vi điều khiển

 VSS-1, VSS_2, VSS_3: Là các đất của vi điều khiển

 PD0 OSC_IN, PD1 OSC_OUT: Cung cấp thạch anh 1 cho vi điều khiển

 PC12 OSC_IN, PC13_OSC_OUT: Cung cấp thạch anh 2 cho vi điều khiển

 NRST: Chân reset của vi điều khiển

2.2.2 Module ADC trong STM32F103C8T6

ADC là bộ chuyển đồi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số, ADC trong STM32F1 là ADC có độ phân giải 12 bit với 10 kênh

2.3 Cài đặt Webserver

Web Server (máy phục vụ Web) là máy tính mà trên đó cài đặt phần mềm cung cấp dịch vụ trang Web, đôi khi người ta cũng gọi chính phần mềm đó là Web Server Tất cả các Web Server đều hiểu và chạy được các file *.htm và

*.html, ngoài ra khi cài đặt thêm mỗi Web Server có thể phục vụ thêm một số kiểu file chuyên biệt chẳng hạn như các chuẩn *.asp, *.aspx của IIS ( của Microsoft); *.php ; Một số webserver thông dụng là Apache (www.apache.org), IIS (http://www.iis.net), Sun Java System Web Server (www.oracle.com)

Web Server thường là một máy chủ có dung lượng lớn, tốc độ cao, được dùng để lưu trữ thông tin như một ngân hàng dữ liệu, chứa những trang website

đã được thiết kế cùng với những thông tin liên quan khác (như các mã Script, các chương trình, và các file Multimedia) Web Server có khả năng gửi đến máy khách những trang Web thông qua môi trường Internet (hoặc Intranet) qua giao thức HTTP - giao thức được thiết kế để gửi các file đến trình duyệt Web (Web Browser), và các giao thức khác

Bất kỳ một máy tính nào cũng có thể trở thành một Web Server bởi việc cài đặt lên nó một chương trình phần mềm Server Software và sau đó kết nối vào Internet

Giống như những phần mềm khác mà bạn đã từng cài đặt trên máy tính của mình, Web Server Software cũng chỉ là một ứng dụng phần mềm Nó được cài

đặt, và chạy trên máy tính dùng làm Web Server, nhờ có chương trình này mà người sử dụng có thể truy cập đến các thông tin của trang Web từ một máy tính khác ở trên mạng (Internet, Intranet) Khi máy tính của bạn kết nối đến một Web Server và gửi đến yêu cầu truy cập các thông tin từ một trang Web nào đó, Web Server Software sẽ nhận yêu cầu và gửi lại cho bạn những thông tin mà bạn mong muốn

Web Server Software còn có thể được tích hợp với CSDL (Database), hay điều khiển việc kết nối vào CSDL để có thể truy cập và kết xuất thông tin từ CSDL lên các trang Web và truyền tải chúng đến người dùng Thông thường Server hoạt động liên tục 24/24 giờ, 7 ngày một tuần và 365 ngày một năm, để phục vụ cho việc cung cấp thông tin trực tuyến Vị trí đặt server đóng vai trò quan trọng trong chất lượng và tốc độ lưu chuyển thông tin từ server và máy tính truy cập

Khối xử lý trung tâm cần đáp ứng các yêu cầu sau:

 Hoạt động ổn đỉnh và bền trong công nghiệp

 Có đầy đủ module và chức năng cần thiết để kết nối với cảm biển và thực hiện các chức năng mở rộng trong đồ án

 Bộ nhớ dữ liệu và chương trình đủ lớn để đọc và lưu trữ giá trị từ cảm biến

 Quen thuộc và dễ sử dụng

2.4.2 Module Wifi ESP8266

Hình 2.3 Module Wifi ESP8266

Module Wifi ESP8266 có các đặc tính sau:

 Khoảng cách truyền 100m (trong môi trường k có vật cản) và 400m nếu có anten và router thích hợp

 Hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n

 Hoạt động ở tần số 2.4 GHz

 Điện áp hoạt động chuẩn 3.3V

 Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART tốc độ baund rate có thể lên đến

115200

 Có 3 chế độ hoạt động Client, Access Point, Both Client and Access Point

 Hỗ trợ cả 2 giao tiếp UDP, TCP

 Làm việc như máy chủ có thể kết nối 5 máy con

 Nhỏ gọn, giá rẻ, dễ sử dụng

Với những ưu điểm và tính năng như trên Module Wifi ESP8266 rất thích hợp cho thiết bị đo cầm tay

Hình 2.4 Sơ đồ chân của module Wifi ESP8266

 VCC : Cung cấp nguồn cho Module Wifi

 RESET : Reset module

 GPIO0, GPIO2, CH_PD : Các chân vào ra của module

 GND : Là chân đất của module

 U3_TX : Là chân truyền theo chẩn UART

 U3_RX : Là chân nhận theo chuẩn UART

Hình 2.6 Sơ đồ mạch điện tử của cảm biến

Hình 2.7 Sự thay đổi điển trở của cảm biến theo giá trị nồng độ cồn

Để chọn được đặc tính đầu ra của cảm biến là mối quan hệ của điện áp ra với nồng độ cồn ta tính như sau :

- R0 là điện trở của cảm biến tại nồng độ cồn là 0.4 mg/l

- Rs là điện trở của cảm biến

- Tính toán giá trị thực của nồng độ cồn từ giá trị điện áp đo được (bỏ qua sự ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm):

x = 0.829 – 0.714/U (mg/l) (2.4)

Hình 2.8 Sơ đồ chân của cảm biến nồng độ cồn Mq3

VCC : Cung cấp nguồn 5V cho cảm biến

GND : Cung cấp đất cho cảm biến

DOUT : Chân ra mức 0 nếu có cồn, mức 1 nếu không có cồn

AOUT : Chân ra tương tự tuyến tính với nồng độ cồn

2.4.4 Màn hình hiển thị LCD 16x2

Khối hiển thị để hiển thị thông tin nồng đô cồn và thông tin người bị kiểm tra nồng độ cồn Ở khối hiển thị ta sử dụng LCD 16x2 với khả năng hiển thị 16

ký tự /hàng và có 2 hàng với sơ đồ chân và chức năng như hình sau:

Hình 2.9 Sơ đồ chân của màn hình LCD 16x2

Chức năng các chân như sau:

 VSS,VDD: Nối với đất và nguồn cho LCD

 RS, RW, E: Các chân cho phép, điều khiển LCD

 D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7: Các chân dữ liệu

Đây là loại màn hình rất phổ biến, dễ sử dụng, giá thành hợp lý, hiện thị tốt thông tin nồng độ cồn và người vi phạm nên rất phù hợp với đề tài

2.4.5 Bàn phím

Với yêu cầu nhập thông tin người tham gia giao thông được kiểm tra nồng

đô cồn(CMND) , thêm vào đó là 3 nút điều khiển thiết bị (SEND, CLEAR, START), em thiết kế loại bàn phím ma trận 5x3 như sau:

Hình 2.10 Bàn phím

Hình 2.11 Sơ đồ mạch bàn phím

Hình 2.12 Sơ đồ mạch các phím điều khiển

2.4.6 Thiết bị phát Wifi không dây (Router 3G)

Với các yêu cầu này em chọn Router Wifi 3G Vodafone R208 do Huawei sản xuất với các thông số kỹ thuật sau:

 Dùng được sim 3G của nhiều nhà mạng khác nhau ở Việt Nam

 Pin dung lượng 3000 mAh, thời gian làm việc liên tục 12 tiếng

 Có thể kết nối tới 10 thiết bị cùng một lúc

Chương 3: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO NỒNG CỒN SỬ DỤNG CẢM BIẾN

MQ3 TRONG AN TOÀN GIAO THÔNG

Trong chương này, em trình bày về các thiết kế chi tiết như:

 Thiết kế thiết bị đo

 Thiết kế Server, giao diện Web

3.1 Thiết kế chi tiết thiết bị đo

Hình 3.1 Sơ đồ các thành phần của thiết bị đo

Các chức năng của từng thành phần cấu thành nên thiết bị đo đã được nói ở chương 2 Với các thiết bị ngoại vi và yêu cầu ghép nối như đã trình bày, ta có

bảng sơ đồ chân của vi điều khiển và các ngoại vi như sau: