Bao Cao SPof D 3TM - nice one PDF

Preview

Summary

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNGBÁO CÁO NHẬP MÔNĐề tài: Thiết bị đo và cảnh báo chất lượng không khíGVHD: PGSTs. Nguyễn Đức MinhThực hiện: D3TMHọ và tên Mssv Phạm Anh Du 20203364 Đỗ Tiến Dũng 20203377 Phạm Quang Minh 20203511 Nguyễn Bá Đạt 20203359 Phan Đình Trung 20203776MỤC...

Description

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO NHẬP MÔN

Đề tài: Thiết bị đo và cảnh báo chất lượng không khí

GVHD: PGSTs. Nguyễn Đức Minh Thực hiện: D3TM Họ và tên Phạm Anh Du Đỗ Tiến Dũng Phạm Quang Minh Nguyễn Bá Đạt Phan Đình Trung

Mssv

20203364 20203377 20203511 20203359 20203776

Hà Nội, 1 - 2021

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, con người cùng những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày càng một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với đặc điểm nổi bật cũng như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ,… là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn. Trong kì học tập vừa qua, được sự giúp đỡ của thầy Nguyễn Đức Minh, chúng em đã học hỏi được rất nhiều điều cũng như tìm hiểu chung vấn đề, tài liệu liên quan giúp ích cho việc hoàn thành bài tập lớn này. Vì thế sau khi cân nhắc chúng em đã chọn đề tài: “Thiết bị đo và hiển thị nhiệt độ và độ ẩm”. Nhóm chúng em đã rất cố gắng để có thể hoàn thành tốt nhất đề tài của mình. Tuy nhiên, do vốn kiến thức còn chưa nhiều, cũng như có nhiều yếu tố khách quan khác mà sản phẩm của nhóm còn nhiều thiếu sót. Chúng em rất mong thầy đóng góp ý kiến, phê bình và hướng dẫn thêm để các sản phẩm sau được hoàn thiện hơn. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Nguyễn Đức Minh đã hướng dẫn tận tình, chi tiết hằng tuần để chúng em có thể hoàn thành tốt bài tập lớn này. Qua đây, chúng em không chỉ có thêm nhiều kiến thức về chuyên môn mà còn nâng cao hơn được kỹ năng làm việc nhóm, trau dồi thêm ngoại ngữ, biết cách phân tích và tư duy, cùng nhiều kỹ năng mềm khác. Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ......................................................................................................1 DANH MỤC BẢNG BIỂU.................................................................................................2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI..........................................................................3 1.1 Lý do chọn đề tài.......................................................................................................3 1.2 Mục tiêu của đề tài....................................................................................................3 1.3 Phân công công việc.................................................................................................4 1.4 Kế hoạch dự kiến......................................................................................................4 CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG...................................................................5 2.1 Yêu cầu chức năng...................................................................................................5 2.2 Yêu cầu phi chức năng.............................................................................................5 2.3 Sơ đồ khối của hệ thống...........................................................................................5 CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH KIẾN TRÚC HỆ THỐNG...................................................7 3.1 Khối điều khiển NODEMCCU ESP8266................................................................7 3.1.1 Một vài thông số của NODEMCCU ESP8266..................................................8 3.1.2 Năng lượng.........................................................................................................8 3.1.3 Các cổng vào ra..................................................................................................9 3.1.4 Lập trình cho Arduino......................................................................................13 3.2 Khối nguồn..............................................................................................................15 3.3 Khối cảm biến.........................................................................................................15 3.3.1 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm.................................................................................15 3.4 Khối hiển thị............................................................................................................18 CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ MẠCH....................................................................................20 4.1 Sơ đồ kết nối............................................................................................................20 4.2 Kết quả mô phỏng...................................................................................................22 4.3 Kết quả thử nghiệm trên board trắng....................................................................22

KẾT LUẬN........................................................................................................................25 PHỤ LỤC: MÃ NGUỒN..................................................................................................26 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................29

DANH MỤC HÌNH VẼ

H^nh 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống......................................................................................6 H^nh 3.1 NODEMCCU ESP8266......................................................................................8 H^nh 3.3 Sơ đồ khối DHT11.............................................................................................17 H^nh 3.4 Tín hiệu Bus điều khiển....................................................................................18 H^nh 3.5 Cảm biến DHT11...............................................................................................18 H^nh 3.6 LCD 20x04.........................................................................................................19 H^nh 4.1 Sơ đồ kết nối NODEMCCU ESP8266 với DHT 11........................................20 H^nh 4.2 Sơ đồ kết nối LCD 20x04..................................................................................21 H^nh 4.3 Kết quả mô phỏng.............................................................................................22 H^nh 4.4 Kết quả thực nghiệm.........................................................................................22

DANH MỤC BẢNG BIỂ

1

Bảng 1.1 Phân công công việc............................................................................................4 Bảng 1.2 Kế hoạch cụ thể...................................................................................................4 Bảng 3.1 So sánh sensor DHT-11 và DHT-22..................................................................17 Bảng 3.2 Thứ tự các chân của LCD 16x02.....................................................................21

CHƯƠNG 1.

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Lý do chọn đề tài 

Xác định nhu cầu: Trong cuộc sống hiện đại, việc phòng cháy chữa cháy đang trở thành mối quan tâm hàng đầu vì quanh ta luôn tồn tại những khu vực dễ cháy, có thể gây thiệt hại nặng nề về người và của. Cho nên việc lắp đặt hệ thống báo cháy và chữa cháy có vai trò rất quan trọng, giúp ngăn chặn và xử lí kịp thời các đám cháy khi con người chưa thể can thiệp được.



Lý do chọn đề tài: Củng cố kiến thức môn học vi xử lý, nâng cao kỹ năng lập trình và thiết kế mạch điện tử, đáp ứng với nhu cầu của thực tế, tạo ra cơ hội phát triển các ý tưởng và sản phẩm bắt kịp với xu hướng mới.

1.2 Mục tiêu của đề tài Với đề tài này chúng em mong muốn sẽ chế tạo được một sản phẩm có thể đáp ứng được các chức năng:  Đo nhiệt độ, độ ẩm không khí.  Hiển thị kết quả đo được lên LCD và điện thoại 

3

1.3 Phân công công việc Sau các buổi họp nhóm, các công việc được phân công cụ thể để hoàn thành đúng hạn các nhiệm vụ:

Bảng 1.1 Phân công công việc

Tên công việc Tìm hiểu khái quát về đề tài

Người thực hiện Cả nhóm

Phân tích cụ thể các phần • NODEMCCU ESP8266 • DHT11 • LCD

Cả nhóm Đ.Trung, A.Du T.Dũng, B.Đạt Q.Minh

Lập trình(code) Mô phỏng Test lại mạch Làm báo cáo 1. Tổng quan về đề tài 2. Giới thiệu chung về hệ thống 3. Phân tích kiến trúc hệ thống 4. Thiết kế mạch

Đ.Trung V.Quang, N.Đông Đ.Trung, A.Du A.Du, B.Đạt T.Dũng, Q.Minh Đ.Trung, A.Du Đ.Trung

1.4 Kế hoạch dự kiến Sau khi phân tích hệ thống và khả năng nhóm phát triển cũng như quá trình vận hành hệ thống. Kế hoạch có thể thực hiện theo trình tự:

4

Bảng 1.2 Kế hoạch cụ thể

Tên quá trình Nghiên cứu sơ bộ (tìm hiểu về đề tài và các tài liệu liên quan) Phân tích Lập trình, mô phỏng Làm báo cáo, chỉnh sửa

Thời gian

Bắt đầu

Hoàn thành

2 tuần

10/10/2020

24/10/2020

3 tuần 3 tuần

25/10/2020 22/11/2020

20/11/2020 14/12/2020

2 tuần

15/12/2020

31/12/2020

CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG

2.1 Yêu cầu chức năng Sử dụng NODEMCCU ESP8266 với vai trò điều khiển và nhập xuất dữ liệu từ các thiết bị giao tiếp với nó chính là các cảm biến, nhập xuất dữ

liệu

đọc

độ

ẩm,

nhiệt độ từ cảm biến, sau đó giao tiếp với thiết bị LCD mã hóa dữ liệu để

hiển

thị kết quả ra màn hình (chỉ nhiệt độ(°C), độ ẩm không khí (%), nồng độ

khí

ga

(PPM));

Mạch phải có Jac DC để cấp nguồn và nạp code, thiết bị có khả năng reset.

2.2 Yêu cầu phi chức năng  Điện áp sử dụng: 5-10V.  Màn hình LCD hiển thị rõ nét chính xác các thông số đo được.

5

 Mạch nhỏ gọn 15x15x5 (cm) dễ dàng lắp đặt ở bất kì các vị trí trong phòng mà không làm ảnh hưởng đến không gian hay mỹ quan ngôi nhà.  Trọng lượng sản phẩm: 0.2-0.3kg.  Thời gian hoàn thành: dự kiến trong 2 tháng.  Giá thành sản phẩm sẽ khoảng 300.000 đ.

2.3 Sơ đồ khối của hệ thống Sơ đồ khối hệ thống bao gồm 4 khối: khối nguồn, khối hiển thị, khối cảm biến, khối xử lý điều khiển như sau:

Ứng dụng điện thoại

Tín hiệu độ ẩm

H^nh 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống

 Giải thích sơ đồ khối:  Khối xử lí điều khiển: có vai trò quan trọng, sử dụng NODEMCCU ESP8266 điều khiển trạng thái hoạt động của hệ thống. Khi khối này nhận được thông tin về nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí ga của môi trường từ các khối cảm biến gửi về, sẽ thực hiện hiển thị những thông tin đó ra LCD, và ứng dụng ở điện thoại.

6

CHƯƠNG 1. Khối cảm biến: dùng các sensor cảm biến về nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí GA để đo và gửi thông tin về khối xử lí điều khiển. CHƯƠNG 3. Khối hiển thị: hiển thị giá trị về nhiệt độ, độ ẩm của môi trường mà các sensor đo được. CHƯƠNG 4. Khối nguồn: cung cấp nguồn 1 chiều cho mạch hoạt động.

7

CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH KIẾN TRÚC HỆ THỐNG

Ở chương 2, chúng ta đã tìm hiểu, nghiên cứu tổng quan về cấu trúc hệ thống và đưa ra được sơ đồ khối. Trong chương này, chúng ta sẽ đi sâu vào phân tích cụ thể từng khối: khối nguồn, điều khiển, hiển thị, sensor; đi sâu vào đặc tính kĩ thuật của ESP8266.

3.1 Khối điều khiển NODEMCU ESP8266 NodeMCU là phần sụn dựa trên Lua nguồn mở cho ESP8266 WiFi SOC của Espressif và sử dụng hệ thống tệp SPIFFS dựa trên flash trên mô-đun . NodeMCU được triển khai bằng C và được xếp lớp trên Espressif NON-OS SDK . Ban đầu phần sụn được phát triển như là một dự án đồng hành với các mô-đun phát triển NodeMCU dựa trên ESP8266 phổ biến , nhưng dự án hiện được cộng đồng hỗ trợ và phần sụn hiện có thể chạy trên bất kỳ mô-đun ESP nào . Mạch WiFi ESP8266 CP2102 NodeMCU sử dụng IC nạp CP2102, đây là IC nạp mới và ổn định nhất, có khả năng tự nhận driver, trung tâm là module Wifi SoC ESP8266, board có thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có tính tương thích với trình biên dịch Arduino IDE để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản. Ngoài ra, board có cổng cấp nguồn micro USB 5V phổ biến, giúp bạn dễ dàng cấp nguồn cũng như giao tiếp với board qua cổng UART.

8

H^nh 3.2 NODEMCCU ESP8266

3.1.1 Một vài thông số của NODEMCCU ESP8266 Thông số kỹ thuật Tương thích các chuẩn wifi : 802.11 b/g/n Hỗ trợ : Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP Tích hợp TCP/IP protocol stack Tích hợp TR switch, balun, LNA, power amplifier and matching network Tích hợp bộ nhân tần số, ổn áp, DCXO and power management units +25.dBm output power in 802.11b mode Power down leakage current of 5 VDC. - Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu). - Đo tốt ở độ ẩm 20 to 70%RH với sai số 5%. - Đo tốt ở nhiệt độ 0 to 50°C sai số ±2°C. - Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây 1 lần).

18

qua

- Kích thước 15mm x 12mm x 5.5mm. - 4 chân, khoảng cách chân 0.1 - Chuẩn giao tiếp: TTL, 1 wire.  Sự khác biệt giữa cảm biến DHT11 và Module DHT11: Dù dùng bằng cách nào, hiệu suất của cảm biến là như nhau. Cảm biến sẽ đi kèm với một gói 4 chân trong đó chỉ có ba chân được sử dụng trong khi module sẽ đi kèm với ba chân như hình. Sự khác biệt duy nhất giữa cảm biến và module là module sẽ có tụ lọc và điện trở kéo lên, và đối với cảm biến, phải sử dụng chúng bên ngoài nếu cần.  Cách sử dụng DHT11: Cảm biến DHT11 được hiệu chuẩn tại nhà máy và xuất dữ liệu nối tiếp, do đó rất dễ dàng để thiết lập nó. Sơ đồ kết nối cho cảm biến này được hiển thị dưới Error: Reference source not found.

H^nh 3.3 Sơ đồ khối DHT11

Như có thể thấy chân dữ liệu được kết nối với chân I / O của MCU và sử dụng điện trở kéo lên 5K. Pin dữ liệu này xuất giá trị của cả nhiệt độ và độ ẩm dưới dạng dữ liệu nối tiếp. Nếu bạn đang cố gắng giao diện DHT11 với Arduino thì có những thư viện đã sẵn sàng cho nó sẽ giúp bạn bắt đầu nhanh chóng. Nếu bạn đang cố gắng giao tiếp với một số MCU khác thì biểu dữ liệu được cung cấp dưới đây sẽ có ích. Đầu ra được cung cấp bởi chân dữ liệu sẽ theo thứ tự dữ liệu số

19

nguyên độ ẩm 8bit + 8bit dữ liệu thập phân Độ ẩm + dữ liệu số nguyên nhiệt độ 8 bit + dữ liệu nhiệt độ phân đoạn 8 bit + bit chẵn lẻ 8 bit. Để yêu cầu mô-đun DHT11 gửi các dữ liệu này, chân I / O phải được đặt ở mức thấp và sau đó được giữ ở mức cao như trong sơ đồ thời gian bên dưới Error: Reference source not found:

H^nh 3.4 Tín hiệu Bus điều khiển

Thời lượng của mỗi tín hiệu máy chủ được giải thích trong biểu dữ liệu DHT11, với các bước gọn gàng và sơ đồ thời gian minh họa.

H^nh 3.5 Cảm biến DHT11

3.4 Khối hiển thị Sau khi vi xử lí xử lí dữ liệu về khí ga, độ ẩm sẽ phản hồi kết quả qua khối hiển thị là màn hình LCD, hiển thị giá trị nồng độ ga, nhiệt độ và độ ẩm. Nhóm em chọn màn hình text LCD1604 xanh sử dụng driver HD44780. Đây là loại LCD phổ biến trên thị trường, có khả năng hiển thị 4 dòng với mỗi dòng 20 ký tự (phù hợp cho việc chỉ hiển thị nhiệt độ và độ ẩm), màn hình có độ bền cao, có ưu điểm là hiển thị được tất cả các kí tự trong bảng mã ASCII, nhược điểm là khoảng cách nhìn gần. 20

 Thông số kĩ thuật và tính năng: -Điện áp hoạt động là 5 V. -Kích thước: 98 x 60 x 13.5 mm -Chữ đen, nền xanh -Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard. -Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện. -Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chỉnh độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn. -Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu -Có bộ ký tự được xây dựng hổ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật

H^nh 3.6 LCD 20x04

21

Bảng 3.2 Thứ tự các chân của LCD 20x04

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ MẠCH

4.1 Sơ đồ kết nối

H^nh 4.7 Sơ đồ kết nối NODE MCU ESP8266 với DHT 11

22

Hnh 4 .7 Mô tả kết nối giữa NODE MCU ESP8266 với DHT11. Chân Vcc của DHT11 nối với nguồn 3V3 của NODE MCU ESP8266, chân GND của DHT11 nối với GND của NODE MCU ESP8266, chân Sig tín hiệu nối với chân D4 của NODE MCU ESP8266, còn chân Nc thả nổi. Giao tiếp giữa DHT11 với NODE MCU ESP8266 là giao tiếp 1 wire.

H^nh 4.28 Sơ đồ kết nối LCD 20x04

Hnh 4 .28 Mô tả kết nối giữa LCD 16x02 với NODE MCU ESP8266. Giao tiếp giữa Arduino với LCD 16x02 là giao tiếp I2C.

23

4.2 Kết quả mô phỏng

H^nh 4.3 Kết quả mô phỏng

Hnh 4 . Thể hiện kết quả mô phỏng đo nhiệt độ bằng DHT11

4.3 Kết quả thử nghiệm trên board trắng

H^nh 4.4 Kết quả thực nghiệm

Hnh 4 . mô tả kết quả đo nhiệt độ, độ ẩm

24

KẾT LUẬN

Sản phẩm đã đạt được tất cả các yêu cầu chức năng, tuy nhiên các yêu cầu phi chức năng chưa có thời gian để kiểm tra toàn bộ. Qua công việc thiết kế sản phẩm lần này, nhóm thực hiện đã thu được những kinh nghiệm và kiến thức vô cùng hữu ích. Bài tập lớn môn học này giúp nâng cao khả năng lập trình, khả năng thiết kế và tự sản xuất mạch in, đặc biệt là kỹ năng làm việc nhóm. Và tổng quát hơn là kỹ năng thiết kế 1 sản phẩm điện tử theo quy trình thiết kế chuẩn. Thông qua việc thực hiện bài tập lớn, chúng em đã tính lũy rất nhiều kiến thức thực tế về chuyên ngành điện tử viễn thông, thầy Nguyễn Huy Hoàng đã tạo cho chúng em niềm say mê học tập, tìm tòi kiến thức mới. Ngoài những kiến thức về bộ môn, chúng em cũng học được từ thầy những kinh nghiệm, kỹ năng thiết thực giúp ích cho chúng em thực hiện tốt hơn những nhiệm vụ, bài tập của mình như là kĩ năng mềm, kĩ năng làm việc nhóm …... Trong quá trình thực hiện đề tài này, dù rất cố gắng nhưng do vốn kiến thức hạn hẹp nên không thể tránh khỏi những sai sót. Nhóm em rất mong nhận được những đóng góp, phê bình, chia sẻ của thầy để các đề tài tiếp theo của nhóm sẽ hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy!

25

PHỤ LỤC: MÃ NGUỒN

26

Code được thực hiện trên phần mềm Arduino IDE (Integrated Development

#include #include ; #define BLYNK_PRINT Serial prints and save space

// Comment this out to disable

#include #include #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,4); char auth[] = "Nr1168ZfT0zXAzRHUegVSe2588RQrIh7"; the Auth code which was send by Blink

//Enter

// Your WiFi credentials. // Set password to "" for open networks. char ssid[] = "Phan Dinh Trung"; char pass[] = "11111111";

//Enter your WIFI Name

//Enter your WIFI Password

#define DHTPIN 2

// Digital pin 4

#define DHTTYPE DHT11

// DHT 11

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); SimpleTimer timer;

Environment)

27

28

void sendSensor() { float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature();

if (isnan(h) || isnan(t)) { Serial.println("Failed to read from DHT sensor!"); return; } Blynk.virtualWrite(V5, h);

//V5 is for Humidity

Blynk.virtualWrite(V6, t);

//V6 is for Temperature

}

void setup() { Serial.begin(9600); Blynk.begin(auth, ssid, pass); Wire.begin(4, 5); dht.begin(); timer.setInterval(1000L, sendSensor); lcd.clear(); lcd.init(); lcd.backlight(); }

29

void loop(){ Blynk.run(); timer.run(); float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature(); Serial.print("Nhiet do: "); Serial.println(t); Serial.print("Do am: "); Serial.println(h); lcd.clear(); lcd.setCursor(1,0); lcd.print("Nhiet do: "); // lcd.setCursor(1,1); lcd.print(t); lcd.setCursor(1,2); lcd.print("Do am: "); /// lcd.setCursor(1,3); lcd.print(h); delay(1000); } lcd.setCursor(10,1); lcd.print("VOC "); lcd.print(ccs.getTVOC(),DEC); } } else{ lcd.print("ERROR!"); while(1);

30

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Winsen MQ2 sensor MH-Z19 datasheet [2]. AOSONG Digital temperature DHT11 datasheet [3]. Humirel humidity sensor HS1100/HS1101 datasheet [4] https://mechasolution.vn/Blo...