Đồ án Xe tự hành cảnh báo khí gas qua mạng di động GSM (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Xe tự hành cảnh báo khí gas qua mạng di động GSM (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG XE TỰ HÀNH CẢNH BÁO KHÍ GAS QUA MẠNG DI ĐỘNG GSM GVHD: ThS. NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH : ÐỖ NGỌC THỊNH 12141461 S KL 0 0 4 4 6 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02/2017
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTTHÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH H Đ TẠ CH T Ư NG C ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XE TỰ HÀNH C NH H GAS QUA ẠNG Đ NG GSM SVTH: ĐỖ NGỌC THỊNH MSSV: 12141461 Khoá: 2012-2016 N h: CN T Điện tử Truyền thông GVHD: Th.S. NGUYỄN NGÔ LÂM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2017
3. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ N ĨA VIỆT NAM Độc lập – T do – H nh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Đỗ Ngọc Thịnh MSSV: 12141461 Ngành: CNKT Điện tử Truyền Thông Lớp: 12141CLDT1 Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm ĐT: 0989761175 Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: 1. Tên đề tài : T ành Cảnh á Khí M ng i Động M 2. Các số liệu, tài liệ b n đầu: 3. Nội ng th hiện đề tài: 4. Sản phẩm: GIẢN VIÊN ƯỚNG DẪN
4. C NG HOÀ XÃ H I CHỦ NGHĨ V ỆTNAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc PH ẾU NHẬN XÉT CỦ G V ÊN HƯỚNG ẪN Họ và tên Sinh viên: Đỗ Ngọc Thịnh MSSV: 12141461 Ngành: CNKT Điện tử, Truyền thông Tên đề tài: Xe T ành á M ng i Động M Họ và tên iá viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Ngô Lâm NHẬN XÉT 1. Về nội ng đề tài & khối lượng th c hiện: 2. Ư điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá l i: 6. Điểm: .( ằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 iá viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên)
5. C NG HOÀ XÃ H I CHỦ NGHĨ V ỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc PH ẾU NHẬN XÉT CỦ G V ÊN PH N ỆN Họ và tên Sinh viên: Đỗ Ngọc Thịnh MSSV: 12141461 Ngành: CNKT Điện tử, Truyền thông Tên đề tài: T ành á M ng i Động M Họ và tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT 1. Về nội ng đề tài & khối lượng th c hiện: 2. Ư điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá l i: 6. Điểm: .( ằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên)
6. LỜI C ƠN Để h àn thành đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắ đến thầy Th.S. Nguyễn Ngô Lâm, đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình em th c hiện đồ án. Em ũng xin hân thành ảm ơn q ý thầy, ô trường Đ i Họ ư h m Kỹ Thuật T . CM, đặc biệt là các thầy ô tr ng kh Điện - Điện Tử, đã nhiệt tình giúp đỡ, truyền đ t kiến thức trong suốt quá trình học tập của nhóm t i trường. Vốn kiến thứ được tiếp thu trong quá trình học tập không chỉ là nền tảng cho quá trình th c hiện đồ án tốt nghiệp mà còn là hành trang quý báu cho s nghiệp của húng em sau này. Em ũng xin ảm ơn s ủng hộ và giúp đỡ nhiệt tình củ gi đình, b n bè, những người thân đã động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và th c hiện đồ án tốt nghiệp này. Mặ ù đã ố gắng hết sức, xong chắc chắn đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được s thông cảm và chỉ bảo tận tình của quý thầy cô và các b n. Cuối cùng em xin kính chúc quý Thầy, Cô, gia đình và b n bè dồi dào sức khỏe và thành công trong s nghiệp. Xin chân thành cảm ơn! Người th c hiện đề tài Đỗ Ngọc Thịnh iv
7. TÓM TẮT Theo d đ án tr ng tương l i, b t ẽ là tâm điểm của một cuộc cách m ng lớn Int rn t. C n người sẽ có nhu cầu sở hữu một r b t á nhân như nh ầu một máy tính PC bây giờ. Với x hướng này, cùng các ứng dụng truyền thống khác của Robot trong công nghiệp, y tế, giáo dụ , đà t o, giải trí và đặc biệt là trong an ninh quốc phòng thì thị trường robot sẽ vô cùng to lớn. Đề tài luận văn hướng tới việc ứng dụng vi xử lý cho robot t hành với mụ đí h ó thể đi và môi trường nguy hiểm thay thế n người như môi trường dễ gây cháy nổ, môi trường có nồng độ khí Đồng thời thu thập dữ liệu gửi về thông q óng điện tho i GSM/ Để th c hiện đề tài t hành bá g q m ng i động M” nhóm th c hiện kết hợp board Arduino Mega 2560, module sim900A, các lo i cảm biến, và các linh kiện, thiết bị điện tử khác nhằm t o tiền đề cho việc xây d ng một robot hoàn chỉnh, có khả năng phục vụ h đời sống n người. Trong q á trình tìm hiể về á tính năng tương tá ũng như tính khả thi ủ đề tài ùng với hỗ trợ tận tình ủ giá viên hướng ẫn thầy Ng yễn Ngô Lâm nhóm đã h àn thành mô hình x h y t động ó khả năng né vật ản và hệ thống ảnh bá rò rỉ khí g t động nhắn tin và ố điện th i người ùng khi phát hiện ó ố rò rỉ khí g . v
8. ỤC ỤC C ƯƠN 1 ẪN NHẬP 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Lý do chọn đề tài 1 1.3. Mục tiêu nghiên cứu 1 1.4. Nội dung nghiên cứu 2 1.5. Giới h n 2 1.6. Bố cụ đề tài 2 C ƯƠN 2 CƠ Ở LÝ THUYẾT 3 2.1. Giới thiệu bo m ch Arduino 3 2.1.1. Giới thiệu về bo m ch Arduino MEGA 2560 3 2.1.2. hần mềm lập trình 6 2.2. Giới thiệu về cảm biến khí Gas MQ2 6 2.3. Giới thiệu về cảm biến siêu âm SRF-05 8 2.4. iới thiệ về C rv 11 2.5. Module giảm áp LM2596 12 2.6. ơ đồ chân và chứ năng ủa các chân LCD 16x2 13 2.7. Giới thiệu m h điều khiển động ơ L298 16 2.8. Giới thiệ động ơ C giảm tốc 17 2.9. Giới thiệu về Module Sim900A 18 2.10. Khung xe robot 20 2.11. Pin Untrafire 18650 21 2.12. ộ ntr ir 22 C ƯƠN 3 T IẾT KẾ V N Ệ THỐNG 23 3.1. ơ đồ khối hệ thống 23 3.1.1. ê ầ ủ hệ thống 23 3.1.2. ơ đồ khối và hứ năng mỗi khối 23 3.1.3. t động ủ hệ thống 24 vi
9. 3.2. Thiết kế, tính t án hệ thống 25 3.2.1. Cảm biến đ kh ảng á h 25 3.2.2. Khối đ nồng độ khí g 25 3.2.3. Khối hiển thị 26 3.2.4. Khối xử lý tr ng tâm 27 3.2.5. Khối ng ồn 29 3.2.6. Lư đồ h hương trình trên Ar in 30 C ƯƠN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 33 4.1. Kết q ả phần ứng 33 4.2. Kết q ả phần gi tiếp m ng M 36 Chương 5 KẾT LUẬN V ƯỚNG PHÁT TRIỂN 37 .1. Kết l ận 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC : CODE ARDUINO 40 vii
10. DANH MỤC CÁC HÌNH NH BIỂU ĐỒ Hình 2.1. Bo m ch Arduino MEGA 2560 5 Hình 2.2. Giao diện chính của phần mềm 7 Hình 2.3. Cảm biến gas MQ2 7 Hình 2.4 Cảm biến siêu âm SRF-05 8 ình 2. . iể iễn óng âm tr ng không gi n 9 Hình 2.6. Giản đồ thời gian cho chế độ 1 10 Hình 2.7. Giản đồ thời gian cho chế độ 2 11 ình 2.8. C rv 90 12 Hình 2.9. Module giảm áp LM2596 13 Hình 2.10. LCD 16 x 2 14 Hình 2.11. M h điều khiển động ơ L298 16 ình 2.12. Động ơ giảm áp C 18 ình 2.13. Module GSM sim900A 19 ình 2.14. Bánh x nh 21 ình 2.1 . Khung xe robot Iron Hide 21 ình 2.16. in ntr ir 186 0 22 ình 2.1 . ộ pin ltr ir 186 0 22 ình 3.1. ơ đồ khối của hệ thống 23 ình 3.2. ơ đồ kết nối ảm biến -05 25 ình 3.3. ơ đồ kết nối LC 26 ình 3.4. ơ đồ hân Ar in 2 60 27 Hình 3.5. ơ đồ kết nối Module Sim900A 28 Hình 3.6. Lư đồ hương trình x t hành 30 ình 3.7. Lư đồ hương trình gi tiếp m l im900A 31 ình 4.1. Mặt mô hình x bá g t hành gi tiếp m ng M 32 ình 4.2. Mặt trướ mô hình x bá g t hành gi tiếp m ng M 33 ình 4.3. M l im900A đ ng khởi t 34 viii
11. ình 4.4. khởi t thành ông module SIM900a 33 ình 4. . đ ng h y th ng 33 ình 4.6. Màn hình LC thông bá ó rò rỉ khí g 34 ình 4. . ệ thống gửi tin nhắn đến ố điện th i người ùng 34 NH ỤC C C NG Bảng 2.1 Các thông số của Board Arduino MEGA 2560 4 Bảng 2. 2 Các chân trong LCD 14 Bảng 2. 4 Thông số ơ bản của m h điều khiển L298 17 Bảng 2.5 Thông số ơ bản củ động ơ giảm tốc 18 Bảng 2.6 Một số lệnh AT ơ bản. 19 ix
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1 ẪN NHẬP 1.1. Đặt vấ đề Thế giới hiện nay đ ng ngày àng hiện đ i với những công nghệ tiên tiến giúp cho cuộc sống thuận tiện hơn ùng với s phát triển của khoa học và công nghệ, một trong những ứng dụng được sử dụng gần đây nhất đó là ứng dụng công nghệ thông tin vào công nghệ chế t và điều khiển robot thông minh. Có rất nhiề ứng ụng ủ r b t và đời ống n người như r tb t q ản gia”, r b t biể lộ tình ảm”, r b t tiếp tân”, r b t y tá” . á ứng ụng này đã và đ ng đượ ứng ụng rộng rãi trên t àn thế giới. Việ thiết kế và hế t r b t nhằm phụ vụ h đời ống òn người. b t ó thể làm tốt hơn, hính xá hơn, và ó thể làm những việ mà n người không thể làm đượ . Đơn ử như n người không thể đi và vùng ng y hiểm như vùng ó nhiề b m, mìn, hất phóng x , hất ó ng y ơ háy nổ vì thế mà t phải nghiên ứ để háy t 1 r b t th y thế h n người. 1.2. ý do chọ đề t i Hiện nay, tai n n cháy, nổ khí gas ở Việt N m đ ng trở thành một vấn n n. Đã có nhiều sản phẩm hỗ trợ phát hiện và cảnh báo cháy nổ do rò rỉ khí g r đời của á ông ty tr ng và ng ài nướ . Nhưng những sản phẩm này chỉ dùng cố định một chỗ và phải có nguồn điện để cấp nguồn vì thế mà nhóm đã nghĩ đến phương án kết hợp giữa robot t hành với thiết bị phát hiện và cảnh báo rò rỉ khí g để có thể điều chỉnh r b t đến một số vị trí nguy hiểm, có hiện tượng rò rỉ khí gas và báo về qua tin nhắn điên th i. 1.3. ục tiêu hiê cứu Đồ án đề ra mục tiêu gồm hai phần: Phần thứ nhất là thiết kế chế t o một robot nhỏ gọn với bộ xử lý trung tâm là board Arduino Mega 2560 có khả năng t né vật cản trên đường đi ủa nó; Phần thứ hai là thiết kế hệ thống nhận biết và cảnh báo rò rỉ khí Gas thông qua m ng i động GSM/GPRS khi có hiện tượng rò rỉ khí gas m ch sẽ t báo về số điện tho i người ùng giúp n người tránh đượ á ng y ơ tai n n do cháy nổ khí gas. 1
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.4. Nội du hiê cứu Tìm hiểu về ho t động và cách sử dụng module sim900A. Thiết kế, lập trình hệ thống phát hiện và cảnh báo rò rỉ khí Gas L a chọn khung Robot, các linh kiện điện tử, động ơ, Thiết kế ơ đồ khối, ơ đồ ng yên lý, lư đồ giải thuật cho Robot. Lắp ráp, kiểm tra ho t động của Robot. Viết báo cáo kết quả đ t được sau khi th c hiện đồ án. 1.5. Giới hạ Sử dụng mã nguồn mở và một số thư viện để viết hương trình h Ar in . Khi ho t động phải trong vùng phủ óng điện tho i. b t không thể né đượ những vật ản nhỏ và ng ài tầm phát ủ ảm biến siêu âm. b t òn hư i h yển đượ t vị trí này đến vị trí ki như t m ng m ốn hỉ nằm ở mứ độ gặp vật ản thì né ngẫ nhiên. 1.6. ố cục đề t i Chương 1: ẫn nhập, trình bày về lý do chọn đề tài, nội dung nghiên cứu, bố cụ đồ án và giới h n củ đồ án. Chương 2: Cơ ở lý thuyết. Đây là hương này trình bày khái quát về các board m ch sử dụng như: ộ xử lý của Robot, phần truyền tín hiệu của Robot, động ơ ử dụng, các phần mềm viết ứng dụng, phần mềm lập trình. Chương 3: Thiết kế và tính t án. Chương này trình bày về thiết kế ứng dụng t hành gồm ó ơ đồ khối hệ thống, á lư đồ cho ứng dụng, lư đồ cho robot, giới thiệu các bộ thư viện ùng để viết ứng dụng, trình bày về các phần cứng và phần thiết kế robot. Chương 4: Kết quả nghiên cứu. Trình bày sản phẩn đã h àn thiện và các kết quả đ t được khi hoàn thành củ đồ án, nê r hướng phát triển củ đồ án. Chương : Kết luận và hướng phát triển. Trình bày những gì đã làm được và hư làm được so với mục tiêu và nê hướng phát triển h đồ án. 2
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu bo mạch rduino Ar in là một b m h vi điề khiển một nhóm giá ư và inh viên Ý thiết kế và đư r và năm 200 . M h r in đượ ử ụng để ảm nhận và điề khiển nhiề đối tượng khá nh . Nó ó thể th hiện nhiề nhiệm vụ t lấy tín hiệ t ảm biến để điề khiển đèn, động ơ, và nhiề đối tượng khá . Ng ài r m h òn ó khả năng liên kết với nhiề m l khá như m l đọ thẻ t , th rn t hi l , im900A, để tăng ứng ụng ủ m h. hần ứng b gồm một bo m h ng ồn mở đượ thiết kế trên nền tản vi xử lý AV Atm l 8bit, h ặ A M, Atm l 32-bit, . hiện phần ứng ủ r in ó tất ả 6 phiên bản, t y nhiên phiên bản đượ ử ụng nhiề nhất là r in NO và arduino MEGA. 2.1.1 Giới thiệu về bo mạch rdui o EG 2560 Arduino 2560 là sản phẩm tiêu biểu cho dòng m ch Mega là dòng bo m ch có nhiều cải tiến so với Ar in n . Đặc biệt bộ nhớ Flash củ M g đượ tăng lên một á h đáng kể, gấp 4 lần so với những phiên bản ũ ủa arduino Uno R3, cùng với việc trang bị 3 timer và 6 cổng interrupt khiến bo m ch Mega hoàn toàn có thể giải quyết được nhiều bài toán hóc búa, cần điều khiển nhiều lo i động ơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số ũng như tương t . Arduino 2560 là board m h vi điều khiển, xây d ng d a trên Atmega 2560. Nó ó 4 hân I O ( tr ng đó ó 15 chân có thể sử dụng làm chân output với chức năng WM) 16 hân đầu vào analog, 4UART, 1 th ch anh 16Mhz, 1 cổng USB, 1 jack nguồn, 1 header, 1 nút nhấn reset. Nó chứa mọi thứ hỗ trợ h người lập trình vi điều khiển, đơn giản chỉ cần kết nối nó với máy tính bằng cable USB có thể bắt đầu học tập. M ch arduino 2560 sử dụng tương thí h với phần lớn các Shield của arduino Uno. 3
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bảng 2.1 Các thông số của Board Arduino MEGA 2560 Vi điề khiển ATmega2560 họ 8bit Điện áp h t động V C ( hỉ đượ ấp q ổng ) Tần ố h t động 16 MHz òng tiê thụ kh ảng 30mA Điện áp và kh yên ùng 7-12V DC Điện áp và giới h n 6-20V DC ố hân igit l I O 54 (15 chân ử ụng làm hân PWM) ố hân An l g 16 òng tối đ trên mỗi hân I O 20 mA òng r tối đ (5V) 500 mA òng r tối đ (3.3V) 50 mA 256KB (ATmega2560) với 8KB dùng ộ nhớ l h bởi b tl r SRAM 8 KB (ATmega2560) EEPROM 4 KB (ATmega2560) 4
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.1. Bo m ch Arduino MEGA 2560 ơ lượt về các chân của bo Arduino Mega 2560: GND (Ground): âm ủ ng ồn điện ấp h Ar in Mega. Khi ta dùng á thiết bị ử ụng những ng ồn điện riêng biệt thì những hân này phải đượ nối với nh . 5V: ấp điện áp V . òng tối đ h phép ở hân này là 00mA. 3.3V: ấp điện áp 3.3V . òng tối đ h phép ở chân này là 50mA. Vin (Voltage Input): để ấp ng ồn ng ài h Ar in Mega, t phải nối ương ủ ng ồn với hân này và âm ủ ng ồn với hân N . IOREF: điện áp h t động ủ vi điề khiển trên Ar in MEGA ó thể đượ đ ở hân này. Và điện áp l ôn là V.T không đượ lấy ng ồn V t hân này để ử ụng bởi hứ năng ủ hân này không phải là ấp ng ồn. RESET: việ nhấn nút t trên b r để r t vi điề khiển tương đương với việ hân E ET đượ nối với N q 1 điện trở 10KΩ. Chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX); Serial1: 19(RX) và 18(TX); Serial2: 17(RX) và 16(TX); Serial3: 15(RX) và 14(TX) ùng để gửi (tr n mit – T ) và nhận (receive – ) ữ liệ TTL ri l. Ar in MEGA ó thể gi tiếp với thiết bị khá thông q 2 hân này.(Kết nối bl t th thường đượ ử ụng gọi là kết nối ri l không ây). Chân PWM (~): hân ố 2 đến hân 13 và hân 44 đến hân 46: cho phép ta x ất r x ng WM với độ phân giải 8bit (giá trị t 0 → 2 tương ứng với 0V → V) bằng hàm n l gWrit (), t ó thể điề hỉnh đượ điện áp r ở hân này t mứ 0V đến V. Châ iao tiếp SP : 50 (MIS0), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS). Ngoài các 5
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP hứ năng thông thường, 4 hân này òn ùng để tr yền phát ữ liệ bằng gi thứ I với á thiết bị khá . LED 13: trên Arduino MEGA ó 1 đèn l mà m (kí hiệ hữ L). Khi bấm nút t, b n ẽ thấy đèn này nhấp nháy để bá hiệ . Nó đượ nối với hân ố 13. Khi hân này đượ người ùng ử ụng, LE ẽ áng. 2.1.2 Phầ mềm lập trì h Đi ùng với Board Arduino là một phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp : IDE (Int gr t v l pm nt Envir nm nt) h phép người dùng viết á hương trình cho Arduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++. Hình 2.2. Giao diện chính của phần mềm 2.2 Giới thiệu về cảm biế khí Gas Q2 MQ2 là ảm biến khí, ùng để phát hiện á khí ó thể gây háy. Nó đượ ấ t t hất bán ẫn nO2. Chất này ó độ nh y ảm thấp với không khí h. Nhưng khi tr ng môi trường ó hất ngây háy, độ ẫn ủ nó th y đổi ng y. Chính nhờ đặ điểm này người t thêm và m h đơn giản để biến đổi t độ nh y này ng điện áp. 6
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Module Gas VCC GND Dout Aout 1 2 3 4 Hình ảnh th c tế ơ đồ chân Hình 2.3. Cảm biến gas MQ2 Cá hân tín hiệ Cảm biến MQ2 gồm 4 chân VCC, N , t, A t tr ng đó: - A t : điện áp r tương t ó giá trị t 0,3-4, V, phụ th ộ và nồng độ khí g x ng q nh M 2. - t: điện áp r ố, giá trị 0,1 phụ th ộ và điện áp th m hiế và nồng độ khí mà M 2 đ đượ . - VCC và N là hân ấp ng ồn ủ ảm biến. Một vài thông ố kĩ th ật ủ ảm biến M 2: - Nguồn cung cấp 5V DC. - Hai d ng tín hiệ đầu ra: digital và analog. - Tín hiệu analog t 0 ~ 5V. - Công suất tiêu thụ khoảng 350mW. - Nhiệt độ ho t động -10C đến 50C. - Kí h thước 33 x 20 x 16mm. Khi môi trường h điện áp đầ r ủ ảm biến thấp, giá trị điện áp đầ r àng tăng khi nồng độ khí gây háy x ng q ng M 2 àng . M 2 h t động rất tốt tr ng môi trường khí hó lỏng L , 2, và á hất khí gây háy khá . Nó đượ ử ụng rộng rãi tr ng ông nghiệp và ân ụng m h đơn giản và hi phí thấp. 7
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.3 Giới thiệu về cảm biế siêu âm SRF-05 Cảm biến SRF05 là một lo i cảm biến khoảng cách d a trên nguyên lý thu phát siêu âm. Cảm biến gồm một bộ phát và một bộ thu sóng siêu âm. Sóng siêu âm t đầu phát truyền đi tr ng không khí, gặp vật cản (vật cần đ kh ảng cách tới) sẽ phản x ngược trở l i và đượ đầu thu ghi l i. Hình 2.4 Cảm biến siêu âm SRF-05 Vận tốc truyền âm thanh trong không khí là một giá trị xá định trước, ít thay đổi. đó nế xá định được khoảng thời gian t lúc phát sóng siêu âm tới lúc nó phản x về đầu thu sẽ q y đổi được khoảng cách t cảm biến tới vật thể. Thông ố kỹ th ật - Điện áp h t động: V C - òng ng ấp: <2mA - Kh ảng á h đ tối đ 3-4m - ó q ét: <1 độ - Tín hiệ TTL (mứ 0 và 1) - Kí h thướ 43mm x 20mm x 1 mm Cá hân tín hiệ : - Vcc: ấp ng ồn h ảm biến. - Trigger: kí h h t q á trình phát óng âm. á trình kí h h t khi một h kì điện thấp iễn r . - Echo: bình thường ẽ ở tr ng thái 0V, đượ kí h h t lên V ng y khi ó tín hiệ trả về, đó trở về 0V. - Gnd: nối với âm ủ m h - OUT:không ử ụng 8
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ng yên tắ : óng iê âm được truyền đi tr ng không khí với tố độ 343 m/s. Cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản x đồng thời, được khoảng thời gian t lú phát đi tới lúc thu về, thì ta có thể xá định được quãng đường mà óng đã i h yển trong không gian. ình 2. . iể iễn óng âm tr ng không gi n ãng đường đi h yển của sóng sẽ bằng hai lần khoảng cách t cảm biến tới vật cản, th hướng phát của sóng siêu âm với công thức: (3.1) Tr ng đó: d là khoảng cách cần đ . v là vận tố óng iê âm tr ng môi trường truyền sóng. t là thời gian t lú óng phát r đến lúc sóng nhận về. Cảm biến siêu âm SRF 05 có thể làm việc ở 2 chế độ: Chế độ 1 cần một chân trigger và một hân h đây là hế độ kết nối đơn giản nhất nhưng tốn h i hân để do khoảng cách. Chế độ 2 chỉ cần một chân kết nối cho cả trigg r và h như vậy tiết kiệm được số chân sử dụng trên vi điều khiển. 9
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chế độ 1: Hai chân Trigger và Echo riêng Hình 2.6. Giản đồ thời gian cho chế độ 1 Th ơ đồ thời gian trên thì ta cấp một xung ngắn tối thiểu 10uS làm tín hiệu Trigg r. đó ảm biến sẽ gửi một khối 8 chu kì sóng siêu âm t i 40kHz và xuất xung Echo lên mứ . đó ảm biến đợi sóng siêu âm phản hồi sau khi gặp vật cản, khi ảm biến nhận được sóng phản hồi thì xung Echo kéo xuống mức thấp. Xung Echo có chiều rộng tỉ lệ thuận với khoảng cách tới vật cản. Nế trường hợp không phát hiện được vật cản hoặc vật cản ngoài tầm xá định của cảm biến thì sa 30m x ng E h ũng t động kéo xuống mức thấp. Công thức tính khoảng cách d t cảm biến tới vật cản: (3.2) (3.3) 10
22. S K L 0 0 2 1 5 4