PHÀN THỰC NGHIỆM VÀ CÁC KẾT QUẢ
2.4.2 THIÉT KÉ HỆ THỐNG
2.4.2.I. M ôđun th u p h á t âm số
Trong hệ thống này, một phần quan trọng là môđun RPM được sử dụng để thu/phát âm thanh. RPM cung cấp một giải pháp thu/phát âm thanh chất lượng cao cho các ứng dụng nhắn tin khoảng thời gian ngắn. Sơ đồ khối của RPM được miêu tả trong hình 30. T r - g xc L< ,v- ¿*.¿017 G — Mi : MIC RSF ¿GC ' — - -*t : 5—o u - c lv * ÙM J* «||>C F rt*r ’ PT6- A/np J |A5C|' P:vnrC :r»dlt Ị ; I I ù o i ộ ‘ ha ' nm *«* s a n p m g c : c i — j Aỉis. :g r f 2f f KC*i I» :nvci3’ji» \lu lt 1* ’.'* 5 A."»y A d d r m 8 J Í V 1 0 3 ờ ¿5 AI a : Aậ ầ Ị *4 m Ỉ-P o k «4 Ỉ.T c o h n g FII *r c+rlu c P t : P-A E P - A i . =ì c.e: -T5 3 Ịữ< SP-
M ôđun RPM bao gồm một bộ dao động, một bộ tiền khuếch đại micro-phôn. mạch điểu khiển khuếch đại tự động, bộ lọc chống chồng phổ, bộ lọc làm trơn, và bộ khuech đại loa. M ọt hẹ thông con thu/phát âm tôi thiểu có thể được cấu hình với một micro-phôn, một loa, một vài linh kiện thụ động, hai nút bấm và một nguồn nuôi. Việc ghi âm được lưu vào trong các ô nhớ không bay hơi, cung cấp sự lưu trữ tin nhắn công suât zero. Giải pháp duy nhất này được thực hiện nhờ công nghệ lưu trừ đa mức MLS. Tieng noi va các tín hiệu âm thanh được lưu trữ trực tiếp vào trong bộ nhớ dưới dạng tự nhiên của nó, cung cấp sự tái tạo âm thanh trạng thái lỏng chất lượng cao.
RPM cung cap mọt ỉoạt các môđun thu/phát âm thanh với thời gian thu/phát khoảng từ 20 giây đến vài phút. Trong phần này, chúng tôi sử dụng môđun RPM có khoang thu phât 20 giay. Cac hẹ so cua mođun RPM đáng quan tâm bao gôm khả năng nhớ tin nhắn 100 năm và 100.000 chu trình ghi.
Các đặc tính:
• Nguồn nuôi đơn +5 vôn,
• Khoảng thời gian ghi: 20 giây,
• Giải pháp thu phát đơn chip dễ sử dụng, • Sự tạo lại âm thanh tự nhiên chất lượng cao,
• Khả năng nối tầng trực tiếp cho những khoảng ghi dài hơn, • Chế độ tiết kiệm năng lượng tự động,
• Sự lưu tin nhắn công suất Zero,
• Có khả năng định địa chỉ đến tất cả các tin nhắn, • Khả năng nhớ tin nhắn đến 100 năm,
• Chịu được 100.000 chu trình ghi, • Bộ dao động on-chip,
• N hiệt độ ỉàm việc: 0 ° c tới 7 0°c đối với các sản phẩm thương mại, -4 0 °c tới
85°c đối với các sản phẩm công nghiệp.
Hình 31 chỉ ra một sơ đồ khối cho một ứng dụng rất cơ bản của RPM. Mạch này có ba nút nhấn: một cho ghi, một cho phát lại theo sườn và một cho phát lại theo mức. Nút ghi âm thực hiện chính xác nhiệm vụ như tên gọi của nó: nhấn nút này cho phép ghi lại âm thanh; nhả nút này dừng ghi âm. Nếu gặp điểm kết thúc bộ nhớ (EOM) cùa chip trước khi nút được nhả, chip sẽ tự động kết thúc việc ghi và chuyển sang chế độ giảm năng lượng. Cùng có một LED đỏ dùng để chì thị việc ghi âm. LED này được bật sáng khi ghi âm. Am thanh có thê được ghi theo 2 cách: băng cách sử dụng một micrô-phôn như được chỉ ra trong mạch ví dụ phần trên, hoặc bang cách sử dụng một
tín hiệu trực tiếp từ một hệ thống CD-stereo kết nối trực tiếp tới chân lối vào tươna tự của RPM.
Có hai loại nút phát loại: kích hoạt theo sườn (PLAYE) và kích hoạt theo mức (PLAYL). Thiết bị bắt đầu một chu trình phát lại âm khi phát hiện một sườn chuyển mức từ mức HIGH tới mức LOW trên chân PLAYE. Việc đưa chân PLAYE lên mửc HIGH trong suốt thời gian phát lại âm thanh sẽ không kết thúc chu trình phát lại hiện thời. Sự phát lại tiếp tục cho đến khi một dấu hiệu EOM được phát hiện. Ngay sau khi hoàn thành chu kỳ phát lại, thiết bị tự động giảm năng lượng và chuyển sang chế độ Standby. Chức năng phát được kích hoạt theo mức khởi tạo một chu trình phát lại âm thanh khi tín hiệu lối vào trên chân này được giữ ở mức thấp và sự phát lại được tiếp tục cho đến khi chân PLAYL được kéo lên mức cao hoặc gặp dấu hiệu EOM (kết thúc bộ nhớ). Thiết bị tự động chuyển sang chế độ giảm năng lượng ngay khi chu trình phát lại hoàn thành.
Đầu ra loa của RPM được thiết kế để sử dụng một loa 16£X
Bằng cách sử dụng các lối vào địa chỉ (A0-A7), hoặc các chê độ hoạt dộng (băng cách sử dụng cùng các chân nhưng với các byte trạng thái khác - chân 9 và 10 được đặt lên mức cao), nhiều đoạn âm có thể được ghi và phát lại. Phần sau sẽ minh hoạ cách sử dụng RPM để ghi âm và phát lại nhiều đoạn âm thanh.
2.4.2 Hệ đo M P X A 6 I 1 5 A LM 35 HM152Ộ- R e altinií K evpadl Q B ' Enter D ' -ị ADCO ị PO RTC Ị ) -Ị A D C 1 — 4 ADC'2 A T M e g a 8 5 3 5 LCD Nliiet D o : 23.5 *c D o A m "5°0 TROI N A N G ODD- CTR£ KeM3ad2 PL A Y L c PL A Y E q RKCD EEPR O M 24C2SÓ RPM Speaker
Thiết kế này là sự mở rộng và phát triển hệ đo độ cao trong phần 2, trong đó hai kênh ADC1 và ADC2 được sử dụng cho việc đo nhiệt độ và độ ẩm một cách tương ứng. Sơ đồ khối hệ đo được miêu tả trong hình 31.
Để có được một sự dự báo thời tiết chính xác một số các thông số môi trờng cần được thu thập như: áp suât khí quyển, nhiệt độ, tốc độ gió, hướng gió, lượng mưa, độ ẩm. Do đó, hầu hết các trạm dự báo thời tiết có:
• Dụng cụ đo nhiệt độ, • Thiết bị đo sức gió, • Đầu đo độ ẩm,
• Thiết bị đo áp suất khí quyển.
Trong ứng dụng này, chức năng đo nhiệt độ được thực hiện bởi cảm biến nhiệt độ LM35, được kết nối tới chân lối vào ADC1 của vi điều khiển và chức năng đo độ ẩm được thực hiện bởi cảm biến độ ẩm HM1500 kết nối tới chân ADC2 như được chỉ trên hình 31.
Đo nhiệt độ: Cảm biến LM35 là cảm biến nhiệt độ tích hợp độ chính xác cao, điện áp lối ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ Celsius (Centigrade). Do đó, LM35 có một ưu điểm so với các cảm biến nhiệt độ tuyến tính khác được hiệu chuẩn theo Kelvin, vì người sử dụng không phải trừ đi một hàng số điện áp lớn từ lối ra của nó dể nhận được nhiệt độ Centigrade. LM35 không đòi hỏi bất kỳ sự hiệu chuẩn bên ngoài nào hoặc các mạch bổ trợ để cung cấp độ chính xác khoảng ±0,25 °c ở nhiệt độ phòng và ±0,75 °c qua toàn bộ dải nhiệt độ —55 tới +150°c.
Bằng cách sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 ta có thể đo nhiệt độ với vi điều khiển ATM ega8535 với các linh kiện phụ trợ tối thiểu. Cảm biến LM35 có dải nhiệt độ làm việc -55 tới +150 °c. Điện áp lối ra thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ lối vào với hệ số là 10 mV/°C. Điều này có nghĩa ràng với một A/D độ phân giải 10-bit sẽ cho độ phân giải về nhiệt độ là 0,5 °c và độ phân giải này là đủ tôt cho sự khao sat cua chúng ta.
Các đặc tính chính:
• Được hiệu chuẩn trục tiêp theo độ Celsius (Centigrade),
• Hệ số tỷ lệ tuyến tính 10,0 mV/°C, • Độ chính xác 0,5°c (ở 25 °C),
• Dải hoạt động định mức -5 5 °c tới +150 °c,
• Điện áp hoạt động từ 4 tới 30 Vòn,
• Dòng cực máng nhỏ hơn 60 mA,
• T rở kháng lối ra thấp 0,1 ôm với dòng tải 1 mA.
vcc cs O.liiF ỤO ^ „ Vout --- =12 ADC1 LM35 R101 75 OM C101 + Hình 3 2 : S ự kết nối c ù a L M 3 5 tới hệ thống.
Giống như với bất kỳ mạch tuyến tính nào khi được nối tới các dây nối trong môi trường có nhiều nhiễu, hiệu suất của nó có thể bị tác động một cách bất lợi bởi các nguồn nhiễu điện từ rất mạnh, chẳng hạn như các rơle, các máy phát vô tuyến, các động cơ chổi quét, V. V... vì các dây nối của nó có thể trở thành các ăngten thu và các lớp tiếp giáp bán dẫn bên trong của nó có thể hành động như các bộ chinh lưu. Đẻ đạt được các kết quả tốt nhất trong các trường hợp như vậy, một tụ lọc nguồn nổi từ nguồn nuôi tới đất và một bộ làm nhụt RC nối tiếp (chẳng hạn, R = 75Q, c = l|iF ) từ lối ra tới đất thường được sử dụng như được chỉ ra trong hình 32.
Đo độ ẩm : độ ẩm được giám sát bằng một cảm biến độ ẩm được kết nối tới lối vào ADCO. Cảm biến độ ẩm được sử dụng ở đây là HM1500.
Được xây dựng trên cơ sở cảm biến độ ẩm điện dung HS1101, HM1500 là bộ chuyển đổi độ ẩm chuyên dụng được thiết kế cho các ứng dụng OEM ở đó một phép đo chính xác và tin cậy được đòi hỏi. Có thê ghép nối trực tiếp với vi điều khiển nhờ điện áp lối ra tuyến tính của nó. Các đặc trưng chính của cảm biến HM 1500:
• Kích thước nhỏ,
• Không bị ảnh hưởng nếu bị nhúng trong nước, • Độ ổn định theo thời gian và độ tin cậy cao,
• Điện áp lối ra từ 1 tới 4 vôn DC với độ ẩm lối vào 0 tới 100% RH ở nguồn nuôi 5 VDC,
• Đ ã được hiệu chuẩn với +/- 2% RH @ 55% RH • Sự phụ thuộc nhiệt độ rất thấp,
• Điện áp lối ra tỷ lệ với điện áp nguồn nuôi, • Phù hợp với điện áp nguồn từ 3 tới 10 vôn.
M ột độ phân giải theo độ ẩm 0,2% RH có thể đạt được bàng cách sử dụng một A/D 10 bit như A/D của vi điều khiển ATMega8535.
Để ứng đụng RPM vào trong hệ thống đo, nó được hiệu chỉnh để có khả năng ghi các mẫu giọng nói theo định dạng tệp. Cho ví dụ, để thông báo nhiệt độ đo được trong ứng dụng này, lời đọc của số và câu “Nhiệt độ bây giờ là”, và “độ C” cần dược ghi âm. Sau đó tổ hợp của những âm này cho phép thông báo ra các kết quả mong muốn, chẳng hạn như: “N hiệt độ bây giờ là 23 độ C”.
2.4.2.3 K ết quả và bàn luận
Bản mạch của hệ đo sau khi lắp ráp được chỉ ra trong hình 34.
Dự báo thòi tiết đơn giản: Những biểu hiện thời tiết là những sự kiện thời tiết quan sát được và giải thích được bằng khí tượng học. Những sự kiện đó phụ thuộc vào các tham số của khí quyển Trái đất. Các tham số này bao gồm nhiệt độ, áp suất, độ ẩm cũng như các biến thiên và tác động tương hỗ của các tham số này và những biến đổi theo thời gian của chúng. Phần lớn các quan sát về thời tiêt được theo dõi ờ tâng đôi lưu. Áp suất khí quyển ở bề mặt trái đất là một trong các kết quả đo lường được sử dụng để dự báo thời tiết. Sự thay đổi tự nhiên của khí áp ở bất kỳ độ cao nào đều là nguyên nhân của sự thay đổi thời tiêt. Không khí trong vùng áp suât cao bị nén và âm lên vì nó bị hạ thấp. Sự ấm lên của không khí ngăn chặn sự hình thành các đám mây. Do đó, áp suất cao thường dẫn đến bầu trời trong, không mây. Ban ngày, do không có các đám mây phản xạ ánh mặt trời, có nhiều bức xạ mật trời có bước sóng ngãn den được bề mặt trái đất và nhiệt độ thường cao hơn.
Hình 34: Bản mạch của hệ đo.
Vào ban đêm, trời không có mây có nghĩa rằng xự bức xạ các sóng dài (tức năng nhiệt từ bề mặt trái đất) không bị hấp thụ dẫn đến nhiệt độ hạ thấp. Như vậy, trời thường có nhiều nắng ở các vùng áp suất cao với một khả năng nhỏ có sương mù. Tuy nhiên, trong vùng áp suất khí quyển thấp, không khí dâng lên cao và bị làm lạnh và thường được kết hợp với gió mạnh. Với độ ẩm đủ lớn trong không khí, phần không khí bốc lên sẽ bị làm lạnh đi, không khí sẽ bị ngưng tụ tạo thành mây và kết tủa dưới dạng mưa hoặc tuyết. Bầu trời có nhiều mây có thể làm giảm nhiệt độ không khí do các đám mây đã ngăn chặn các bức xạ mặt trời đến bề mặt trái đất. Ngược lại vào ban đêm nhờ sự có mặt của các đám mây sẽ ngăn chặn sự bức xạ nhiệt từ bề mặt trái đất làm chênh lệch nhiệt độ với ban ngày không nhiều. Thiết kế này ghi lại kết quả đọc áp suất hiện thời và so sánh nỏ với kết quả áp suất đọc được trước đó. Nó tạo ra một quyết định nếu có một sự giảm hoặc tăng áp suất. Bang cách sử dụng các thông tin về áp suất đo được cùng với các thông tin về nhiệt độ và độ ẩm môi trường hệ thông sẽ tạo ra một sự dự đoán thời tiết đơn giản bằng cách phát ra một thông báo dưới cả dạng âm thanh và hiển thị trên LCD, chẳng hạn “trời nắng” nếu có sự tăng áp suất, "trời mưa’' nếu có sự giảm áp suất và “thời tiết bình thường" nếu không có sự thay đôi đáng kể trong áp suất.
Kết quả: Các thông số đo gồm áp suất khí quyển hiện tại và liền trước đó nhiệt độ, độ ẩm và kết quả dự báo thời tiết đom giản được hiển thị trên màn LCD. Đồng thời các thông tin này cũng được thông báo bằng giọng nói tiếng Việt.
2.4.3 Kết luận
Đây là một trong nhiều ứng dụng của môđun RPM kết hợp với một vi điều khiển và cac cam bien trong các hệ thông đo lường đê thông báo kêt quả bàng giọng nói Thiêt kê này có thê được sử dụng như là một ví dụ tham khảo cho việc phát triển các ứng dụng đo lường và điều khiển phức tạp hơn như các trạm dự báo thời tiết cầm tay các máy bán hàng tự động, đo lường từ xa, cũng như các hệ thống giám sát trong y tế và các hệ thống tự động trong cồng nghiệp.
2.5. THIẾT KÉ HỆ THÓNG ĐO VÀ ĐIẺU KHIẺNĐ ộ ẢM NHỜ QUẠT THỒNG GIÓ