(Sáng kiến kinh nghiệm) báo cáo dự án stem 2020 hãy thiết kế và chế tạo một thiết bị báo động tự động

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NAM ĐỊNH TRƯỜNG THPT TRẦN VĂN LAN BÁO CÁO DỰ ÁN DỰ THI NGÀY HỘI STEM DÀNH CHO HỌC SINH THPT CẤP TỈNH NĂM HỌC 2019 – 2020 Tên dự án: THIẾT BỊ BÁO ĐỘNG Lĩnh vực: Tin học, vật lý điện tử Tác giả: Phan Tuấn Phong – lớp 11A1 – trường THPT Trần Văn Lan Trần Hữu Nam - lớp 11A1 – trường THPT Trần Văn Lan Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thị Tố Nga – trường THPT Trần Văn Lan Mỹ Lộc, tháng 11 năm 2019 MỤC LỤC Nội dung PHẦN 1: Tình nhiệm vụ PHẦN 2: Thực nhiệm vụ 2.1: Các kiến thức phổ thông liên quan đến dự án ý tưởng để giải vấn đề 2.2: Các ý tưởng để giải vấn đề 2.3: Triển khai thí nghiệm Đánh giá sản phẩm PHẦN 3: HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Trang 3 11 PHẦN 1: TÌNH HUỐNG VÀ NHIỆM VỤ Khi vào cửa hàng, văn phịng giao dịch thấy có thiết bị báo động Để đảm bảo an ninh, an toàn tự động hóa giúp cho bạn yên tâm tập trung làm việc Bạn không cần lo lắng nhiều tình hình đột nhập Hãy thiết kế chế tạo thiết bị báo động tự động PHẦN 2: THỰC HIỆN NHIỆM VỤ Nhóm chúng em chế tạo THIẾT BỊ BÁO ĐỘNG có khả phát vật cản phía trước khoảng cách khác tùy theo địa điểm sử dụng đồng thời phát tín hiệu báo động, cách vận dụng kiến thức phổ thông 2.1: Các kiến thức phổ thông liên quan đến dự án, ý tưởng để giải vấn đề • Môn Vật lý: - Vật lý (lớp 11 CB): Dịng điện khơng đổi Nguồn điện Dịng điện khơng đổi dịng điện có chiều cường độ khơng đổi theo thời gian Nguồn điện khơng đổi: trì hiệu điện không đổi hai đầu mạch Nguồn điện không đổi: pin, ắc quy, pin sạc Suất điện động nguồn điện: số ghi nguồn điện - Vật lý (lớp 11 CB): Linh kiện bán dẫn Chất bán dẫn Lớp chuyển tiếp p-n Đặc tính chỉnh lưu điốt bán dẫn - Vật lý (lớp 12 CB): Sóng âm Âm nghe âm gây cảm giác tai người, có tần số khoảng từ 16 Hz đến 20000Hz Siêu âm là âm có tần số lớn 20000 KHz Tốc độ truyền âm khơng khí 340km/s, -Vật lý (lớp 12 CB): Sóng ánh sáng Ánh sáng nhìn thấy: có đến màu quang phổ mắt người nhìn thấy Nhưng đỏ mà khơng màu khác sử dụng cho đèn tín hiệu cảnh b? Trả lời: Tựu trung liên quan đến hai phương diện tâm khoa học Xét góc độ tâm Đỏ tượng trưng cho màu máu hay nguy hiểm nên chọn màu báo hiệu người quan sát phải dừng lại Xét góc độ khoa học, màu đỏ có bước sóng dài theo thứ tự giảm dần khơng khí, thuộc danh sách quang phổ ánh sáng trắng gồm màu bản: đỏ, cam, vàng, lục (xanh), lam, chàm, tím Vì người nhìn từ khoảng cách xa điều kiện ban ngày lẫn ban đêm - Tìm hiểu cảm biến (ngồi chương trình) Các loại cảm biến: cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại… • Mơn Cơng nghệ: - Bản vẽ kỹ thuật, thực hành lắp mạch điện bảng điện,… • Môn Tin học: - Mạch điện tử điều khiển: Mạch điều khiển Arduino - Ngơn ngữ lập trình • Mơn Tóan học: Hình học: loại hình khối (hình vng, hình trịn, hình hộp chữ nhật, hình cầu… 2.2: Các ý tưởng để giải vấn đề Cảm biến báo vật cản, cảm biến phát vật, khoảng cách xa 50 mét, 10 mét, cảm biến phát xe, cảm biến phát người, cảm biến quang thu phát riêng Cảm biến quang, với độ hoạt động tin cậy xác, khả hoạt động với mơi trường khắc nghiệt, tuổi thọ độ bền cao Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc thu phát riêng, Cảm biến phát phát tia sáng laser với kích thước nhỏ hẹp đến cảm biến phát với khoảng cách lên đến 50 mét Khi có vật cản ngang qua gián đoạn tia sáng thu phát, lúc xuất tín hiệu NPN PNP 24VDC Thông số kỹ thuật cảm biến báo vật cản, cảm biến phát vật – Nguồn cấp : 10-30vdc – Nhiệt độ hoạt động: -25-55 độ C – Tần số hoạt động: 120 Hz 2.3: Triển khai thí nghiệm Đánh giá sản phẩm 2.3.1 Giới thiệu cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 Cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 sử dụng phổ biến để xác định khoảng cách RẺ CHÍNH XÁC Cảm biến sử dụng sóng siêu âm đo khoảng cách khoảng từ -> 300 cm, với độ xác gần phụ thuộc vào cách lập trình 2.3.2 Nguyên lý hoạt động Để đo khoảng cách, ta phát xung ngắn từ chân Trig Sau đó, cảm biến tạo xung HIGH chân Echo nhận lại sóng phản xạ pin Chiều rộng xung với thời gian sóng siêu âm phát từ cảm biển quay trở lại Tốc độ âm khơng khí 340 m/s nên thời gian đáp ứng thiết bị ngắn, cỡ 0,5 ms 2.3.3 Thực nghiệm - Thiết kế phương pháp + Sơ đồ khối hoạt động thiết bị: + Nội dung code lập trình cho Arduino: 1#include #include #include double angle_rad = PI/180.0; double angle_deg = 180.0/PI; double kc; float getDistance(int trig,int echo){ pinMode(trig,OUTPUT); 10 digitalWrite(trig,LOW); 11 delayMicroseconds(2); 12 digitalWrite(trig,HIGH); 13 delayMicroseconds(10); 14 digitalWrite(trig,LOW); 15 pinMode(echo, INPUT); 16 return pulseIn(echo,HIGH,30000)/58.0; 17 } 18 19 void setup(){ 20 pinMode(5,OUTPUT); 21 pinMode(4,OUTPUT); 22 } 23 24 void loop(){ 25 kc = getDistance(3,2); 26 if(((kc) > (0)) && (( kc ) < (50))){ 27 digitalWrite(5,1); 28 digitalWrite(4,1); 29 }else{ 30 digitalWrite(5,0); 31 digitalWrite(4,0); 32 } 33 _loop(); 34 } 35 36 void _delay(float seconds){ 37 long endTime = millis() + seconds * 1000; 38 while(millis() < endTime)_loop(); 39 } 40 41 void _loop(){ 42 } + Cảm biến HC-SR04 có chân là: Vcc, Trig, Echo, GND Vcc 5V Trig Một chân Digital output Echo Một chân Digital input GND GND Sơ đồ nối chân HC-SR04 Arduino Thử nghiệm nguyên liệu mô trang web tinkercad.com 10 Chế tạo mẫu với dụng cụ thí nghiệm thật.(Hình 1,2,3) Hình 11 Hình2 Hình 3: Thử nghiệm (Hình 4,5) 12 Hình 13 Hình Các thơng số, tiêu, tính kỹ thuật đạt được: – Nguồn cấp : vdc (sạc điện thoại, sạc dự phòng để hoạt động điện, kết nối máy tính) – Thời gian đáp ứng: 0.5ms PHẦN 3: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA SẢN PHẨM - Đã hoàn thiện sản phẩm THIẾT BỊ BÁO ĐỘNG - Đã ứng dụng gia đình - Sẽ cải tiến sản phẩm để kết nối với điện thoại thông minh để báo động điện thoại có kết nối wifi bluetooth 14 Người báo cáo dự án Phan Tuấn Phong Trần Hữu Nam 15 ... không cần lo lắng nhiều tình hình đột nhập Hãy thiết kế chế tạo thiết bị báo động tự động PHẦN 2: THỰC HIỆN NHIỆM VỤ Nhóm chúng em chế tạo THIẾT BỊ BÁO ĐỘNG có khả phát vật cản phía trước khoảng... nghiệm Đánh giá sản phẩm PHẦN 3: HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Trang 3 11 PHẦN 1: TÌNH HUỐNG VÀ NHIỆM VỤ Khi vào cửa hàng, văn phòng giao dịch thấy có thiết bị báo động Để đảm bảo an ninh, an toàn tự động. .. ứng dụng gia đình - Sẽ cải tiến sản phẩm để kết nối với điện thoại thông minh để báo động điện thoại có kết nối wifi bluetooth 14 Người báo cáo dự án Phan Tuấn Phong Trần Hữu Nam 15