Chương 2 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
2.3 Đề xuất hệ thống phần cứng
2.3.2 Hệ thống cảm biến môi trường
a) Cảm biến nhiệt độ, áp suất khí quyển:
Để đo áp suất, nhiệt độ khí quyển, chúng ta sẽ sử dụng Barometer Bricket để đo áp suất khí quyển nằm trong khoảng từ 10 đến 1200 mbar với độ chính xác khoảng 0.012 bar, đồng thời hệ thống cũng đo đạc được nhiệt độ. Bricklet này được trang bị cảm biến MS5611-01BA01 của hãng MEAS Thụy Sĩ, con cảm biến này cũng được sử dụng để đo độ cao.
Thông số kỹ thuật:
Thuộc tính Giá trị
Cảm biến MS5611-01BA01
Năng lượng tiêu thụ 1mA
Khoảng áp suất đo được 10 - 1200mbar
Độ phân giải 0.012mbar / 0.1m
Độ chính xác (25°C, 750mbar) +/- 1.5mbar
Kích thước (D x R x C) 25 x 15 x 5mm (0.98 x 0.59 x 0.19")
Trọng lượng 2g
Hình 2.7 Bricklet Barometer b) Cảm biến ánh sáng
Để đo cường độ ánh sáng , ta sử dụng The Ambient Light Bricklet, đơn vị đo ánh sáng được xuất ra đơn vị Lux. Nó có thể đo được ánh sáng xung quanh lên đến 900 lux, với mỗi bước nhảy là 0,1 lux (độ phân giải 12 bits).
Thông số kỹ thuật
Thuộc tính Giá trị
Cảm biến TEMT6000
Điện năng tiêu thụ 1mA
Cường độ sáng 0lux - 900lux in 0.1lux steps, 12bit resolution Kích thước (D x R x C) 25 x 15 x 5mm (0.98 x 0.59 x 0.19")
Trọng lượng 2g
Hình 2.8: Ambient Light Bricklet
c) Cảm biến đo độ ẩm
Humidity Bricklet có thể được sử dụng để đo độ ẩm của môi trường xung quanh, nó xuất ra kết quả dưới dạng phần trăm, không cần phải chuyển đổi bằng công thức. Đơn vị tính RH, bước nhảy của kết quả khoảng 0.1% RH (độ phân giải 12 bit).
Thông số kỹ thuật:
Thuộc tính Giá trị
Cảm biến HIH-5030
Điện năng tiêu thụ 1mA
Độ ẩm (RH) 0% RH - 100% RH (0.1% RH, độ phân giải 12bit) Kích thước (D x R x C) 25 x 15 x 5mm (0.98 x 0.59 x 0.19")
Trọng lượng 2g
Hình 2.9 Humidity Bricklet
d) Cảm biến đo tốc độ gió, hướng gió
Hiện tại, để đo trực tiếp tốc độ gió, hướng gió thì trong bài toán này sẽ sử dụng một con quay hồi chuyển đo tốc độ gió, hướng gió. Sau đó nó sẽ chuyển thành hiệu điện thế và được ghi nhận thông qua một Bricklet Analog Out Bricklet 2.0 để ghi nhận vào Master Bricks.
Cấu tạo của cảm biến này có thể được sử dụng cho các thiết bị công trình (cranes, cẩu tháp, cẩu bánh xích…), cánh đồng, xe lửa, bến cảng, thời tiết, môi trường, nông nghiệp xanh… Nó có các đặc điểm như
- Kích thước nhỏ, dễ dàng mang theo, dễ dàng cài đặt, có thiết kế đẹp.
- Có khả năng chống ăn mòn cao và chịu đựng được thời tiết khắc nghiệt.
- Có độ chính xác, ổn định và khả dụng cao.
- Nguồn năng lượng tiêu thụ thấp, chống nhiểu cao, độ ổn định lớn.
Đối với hệ thống đo gió sẽ bao gồm modules mạch đo, ly đón hướng gió và shell. Trong đó, ly đón hướng gió được làm từ vật liệu hợp kim nhôm được sử dụng trong việc xử lý các tác vụ đòi hỏi độ chính xác cao. Độ dung sai rất nhỏ nên độ chính xác cự cao, kể cả phần bảo vệ các mạch điện cũng được sử dụng để chống lại sự ăn
mòn của thời tiết, sự ảnh hưởng của nước. Bộ phận kết nối cáp dữ liệu được sử dụng cho quân đội cũng có các tính chất chống lại sự ăn mòn của thời tiết cũng như kim loại, để chắc chắn rằng được sử dụng cho các thiết bị được lâu dài đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác của các bộ phận đo gió.
Mạch điện PCB sử dụng gia cố tương đương cấp A của vật liệu để đảm bảo chắc chắn độ chính xác và ổn định trong các tham số hiệu năng điện tử; các thành phần điện tử đều sử dụng thiết bị dành cho công nghiệp, để đảm bảo rằng tất cả đều có độ tin cậy cao, chống lại sự suy hao năng lượng, đảm bảo hoạt động trong điều kiện thời tiết từ -20oC đến +70oC, độ ẩm tử 0% đến 85%.
Thông số kỹ thuật:
Thuộc tính Giá trị
Hiệu điện thế đầu ra: 0-5VDC
Cường độ dòng điện đầu ra: 4-20mA
Nguồn cung cấp： DC5~24V
Tốc độ đo gió 0-30m/s
Độ chính xác bước nhảy 0.2 m/s
Năng lượng tiêu thụ tối đa（DC24V） Pulse-type MAX≤0.2W
Tốc độ gió bắt đầu đo： 0.4~0.8m/s
Trọng lượng 0.5Kg
Hình 2.10 Cảm biến đo tốc độ gió
Cũng giống như cảm biến đo tốc độ gió, cảm biến đo hướng gió cũng sử dụng hợp kim nhôm. Độ dung sai rất nhỏ nên độ chính xác cự cao, kể cả phần bảo vệ các mạch điện cũng được sử dụng để chống lại sự ăn mòn của thời tiết, sự ảnh hưởng của nước. Bộ phận kết nối cáp dữ liệu được sử dụng cho quân đội cũng có các tính chất chống lại sự ăn mòn của thời tiết cũng như kim loại, để chắc chắn rằng được sử dụng cho các thiết bị được lâu dài đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác của các bộ phận đo gió.
Mạch điện PCB sử dụng gia cố tương đương cấp A của vật liệu để đảm bảo chắc chắn độ chính xác và ổn định trong các tham số hiệu năng điện tử; các thành phần điện tử đều sử dụng thiết bị dành cho công nghiệp, để đảm bảo rằng tất cả đều có độ tin cậy cao, chống lại sự suy hao năng lượng, đảm bảo hoạt động trong điều kiện thời tiết từ -15oC đến +85oC, độ ẩm tử 10% đến 90%.
Thông số kỹ thuật:
Kiểu đầu ra Kiểu hiệu
điện thế hiện tại
Hiệu điện
thế đầu ra Kiểu RS 485
Dữ liệu xuất 8 hướng (0-360 degrees)
Nguồn cung cấp DC12V~24 V
Tín hiệu ra 4-20mA 0-5V MODBUS
Agreement
Load capacity ≤500Ω ≥2KΩ
Sử dụng tốt trong điều kiện môi trường -15 ℃ ~ +85 ℃, độ ẩm 10-90%
Tốc độ gió bắt đầu đo ≥0.8m/s
Tổng công suất tiêu thụ（DC24V） ≤0.7W
Trọng lượng 0.5 kg
Hình 2.11: Cảm biến đo hướng gió
Sau khi nhận được tín hiệu Analog từ các cảm biến đẩy về, chúng ta sử dụng một Bricklet có chức năng đọc thông số này và số hóa chúng bằng Bricklet Analog In Bricklet 2.0. Sử dụng Bricklet này để đo hiệu điện thế đầu vào mà không cần thực hiện việc chuyển đổi gì cả. Nó có thể đo hiệu điện thế đầu vào lên đến 42V, với bước nhảy khoảng 10mV.
Thông số kỹ thuật:
Thuộc tính Giá trị
Công suất tiêu thụ 30mW (6mA at 5V)
Hiệu điện thế 0V - 42V (DC) bước nhảy 1mV, 12bit bước nhảy (~10mV)
Giá trị đầu ra cao nhất 150mA (3.3V), 150mA (5V)
Kích thước (R x D x C) 35 x 30 x 14mm (1.38 x 1.18 x 0.55")
Trọng lượng 8g
Hình 2.12: Analog in Bricklet