Sơ đồ bao gồm các khối thành phần chính như sau:
- Khối nguồn: Có chức năng cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống. - Khối xử lý trung tâm: có chức năng thu thập và xử lý tín hiệu chung cho toàn hệ thống.
- Khối cảm biến đầu vào: có chức năng cảm biến qua hơi thở để xác định có nồng độ cồn hay không, sau đó nó sẽ gửi tín hiệu tới khối xử lý trung tâm.
- Khối thời gian thực: cung cấp thời gian thực cho mạch.
- Khối nút nhấn: được mắc nối tiếp với một điện trở treo lên nguồn. Khi được nhấn sẽ đưa một tín hiệu 0V tới khối điều khiển để xử lý. Các tín hiểu được sử dụng để bật tắt cảm biến MQ-3.
- Khối hiển thị: sẽ hiển thị nồng độ cồn đo được lên màn hình LCD và cảnh báo mức đo nồng độ cồn phụ thuộc vào mức độ cồn đo được.
- Khối cảnh báo: gồm đèn và còi nhằm cảnh báo khi kết quả đo vượt quá nồng độ cho phép.
Khối cảm biến Khối xử lý trung tâm Arduino Nano Khối hiển thị Khối nguồn Thời gian thực Thẻ nhớ Cảnh báo Khối nút nhấn
- Khối thẻ nhớ: Dùng lưu kết quả phép đo. Giải thích sơ đồ khối của hệ thống:
Khi hệ thống hoạt động, toàn bộ hệ thống được cung cấp năng lượng để làm việc từ khối nguồn. Các khối cảm biến, khối nút bấm, khối thời gian thực đo các giá trị môi trường, đọc lệnh thao tác và duy trì thời gian thực cho hệ thống. Khối xử lý trung tâm Arduino Nano nhận giá trị, tín hiệu và dữ liệu từ các khối trên, giải mã, xứ lý từ đó đưa ra các lệnh điều khiển tới các khối hiển thị và cảnh báo. Các khổi hiển thị và cảnh báo nhận lệnh từ khối xử lý trung tâm từ đó cho hiển thị thông tin thời gian, giá trị kết quả đo cũng như cảnh báo nồng độ cồn đo được. Sau mỗi lần đo, khối xử lý trung tâm đóng gói lại dữ liệu và kết quả đo, truyền tới khối thẻ nhớ để lưu trữ tại đó.
Bảng 3.1: Cảm biến sử dụng trong hệ thống
STT Tên linh kiện Số lượng Mô tả
1 Arduino 1 Arduino Nano
2 ModuleMQ-3 1 Module cảm biến khí
gas
3 Module DS1307 1 Module thời gian thực
4 Module SD CARD 1 Module thẻ nhớ
5 Module LCD 1 16x04
6 Led đơn 2 Màu đỏ, màu xanh
7 Nút nhấn 1 4 chân 5x5x6mm
8 Điện trở 3 10k Ohm, 1/4 W
9 Tụ điện 1 100uf, 25V
3.2. Nguyên lý hoạt động.
Hệ thống, thiết bị đo và cảnh báo nồng độ cồn trong hơi thở gồm các thiết bị chính: cảm biến MQ3, module RTC DS1307, module thẻ nhớ, vi điều khiển Arduino
Khi hệ thống bắt đầu làm việc, arduino gửi địa chỉ I2C tới module RTC DS1307, module nhận đúng địa chỉ của mình thì cho phép arduino giao tiếp đọc
ghi dữ liệu. Arduino đọc các giá trị thời gian: ngày tháng năm, giờ phút giây từ module RTC sau đó xử lý và hiển thị lên màn hình LCD.
Đầu tiên khối nguồn cấp nguồn cho hệ thống gồm khối điều khiển, khối cảm biến và khối hiển thị. Khối cảm biến thu tín hiệu từ môi trường truyền về khối điều khiển dạng tín hiểu tương tự, sau khi đi qua bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số, ở đầu ra tín hiệu ở dạng tín hiệu số, sau đó tín hiệu này được vi điều khiển tiếp nhận và xử lý tính toán rồi đưa ra kết quả là nồng độ cồn có trong 1 lít khí thở căn cứ vào đó đưa ra cảnh báo cho người sử dụng, tín hiệu cảnh báo và kết quả này được đưa đến.
Trên mạch có tích hợp một nút bấm, khi ta bấm nút, arduino đọc giá trị ADC từ cảm biến MQ3, nếu giá trị đo được trước khi người thổi hơi vào cảm biến lớn hơn 40mg/L khí thở thì arduino nhận diện cảm biến chưa đủ độ ổn định, tự dừng quá trình đo và cho tiếp tục sấy khô cảm biến MQ3 đế quá trình đo đưa ra được một kết quả chính xác. Khi cảm biến MQ3 đã ổn định, sẵn sàng đo, chúng ta bấm nút, thổi hơi vào cảm biến, arduino đọc giá trị đo được trong 3 giây, tính ra giá trị trung bình, hiển thị lên LCD và tiếp tục xử lý. Nếu kết quả đo được nhỏ hơn 80mg/L khí thở thì arduino cho đèn xanh sáng, hiển thị lên LCD kết quả: “Bạn không say!” rồi lưu kết quả và thời gian tại thời điểm đo vào trong thẻ nhớ SD. Ngược lại, nếu kết quả đo lớn hơn 80mg/L thì arduino cho đèn đỏ sáng, hiển thị lên LCD thông báo: “Bạn đang say!” và lưu giá trị đo được cùng thời gian tại thời điểm đo vào thẻ nhớ.
Thông tin lưu vào thẻ nhớ dưới dạng file văn bản ( file text có phần đuôi dạng “txt”) Thông tin lưu mỗi lần dưới dạng chuỗi với định dạng như sau: “xxx,“mg”,hh:mm:ss,dd/mm/yyy” .
Trong đó:
+ xxx là nồng độ cồn đo được, đơn vị là mg/l khí thở. + hh:mm:ss là thời gian thực hiện phép đo (giờ, phút, giây) + dd/mm/yyy là ngày thực hiện phép đo (ngày, tháng, năm)
Ở trong bài này ta tạo một file có tên “NONGDOCON.txt” trong thẻ nhớ SD để lưu trữ kết quả của những phép đo. Khi muốn kiểm tra lại kết quả đã đo thì ta có thể tháo thẻ SD này ra và sử dụng máy tính để kiểm tra lại.
3.3. Mạch nguyên lý.