Kỹ thuật cảm biến: Tìm hiểu các loại cảm biến trong nhà thông minh và thiết kế cảm biến chống trộm

PowerPoint Presentation Tìm hiểu các loại cảm biến trong nhà thông minh và thiết kế cảm biến chống trộm Giảng viên hướng dẫn PGS TS Hoàng Sỹ Hồng Nhóm 7 2 Bảng phân chia công việc Thành viên MSSV Nhiệm vụ Nguyễn Quang Trung (Nhóm trưởng) 20181797 Tổng hợp và làm slide, tìm hiểu cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, thiết kế mạch cảm biến chống trộm Lê Văn Nam 20181664 Tìm hiểu cảm biến đo bụi, quang điện trở LDR của mạch chống trộm Vũ Minh Tuấn 20181818 Tìm hiểu cảm biến chuyển động, thiết kế mạch cảm bi.

Tìm hiểu các loại cảm biến trong nhà thông minh và thiết kế cảm biến

chống trộm

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Sỹ Hồng

Nhóm 7

Bảng phân chia công việc

Nguyễn Quang Trung

Tổng hợp và làm slide, tìm hiểu cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, thiết kế mạch cảm biến chống trộm

Lê Văn Nam 20181664 Tìm hiểu cảm biến đo bụi, quang điện trở LDR của mạch chống trộm

Vũ Minh Tuấn 20181818 Tìm hiểu cảm biến chuyển động, thiết kế mạch cảm biến chống trộm, thuyết

trình

Vũ Đình Long 20181632 Tìm hiểu cảm biến báo khói, IC 555 của mạch chống trộmNguyễn Kiêm Khiêm 20181553 Tìm hiểu cảm biến cửa từ, thiết kế mạch cảm biến chống trộm, thuyết

trình

Mục lục

Giới thiệu về nhà thông minh

Tìm hiểu các loại cảm biến trong nhà thông minh

Thiết kế cảm biến chống trộm

Giới thiệu về nhà thông minh

Nhà thông minh (smart home) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có thể được điều khiển hoặc tự động hoá hoặc bán tự động Thay thế con người trong thực hiện một hoặc một số thao tác kiểm tra, điều khiển và

tự động hóa

Hệ thống nhà thông minh bao gồm:

- Thiết bị đầu cuối

- Thiết bị trung tâm

- Giao thức mạng

Các loại cảm biến thông dụng trong nhà thông minh

- Cảm biến giám sát môi trường

Các loại cảm biến này đều có chung đặc điểm:

- Tính tiện dụng cao: điều khiển thiết bị từ xa vô cùng tiện lợi và hữu dụng

- Bảo vệ an toàn gia đình bạn mọi lúc mọi nơi

- Dễ dàng sử dụng và lắp đặt

- Điều khiển được nhiều thiết bị điện thông minh cùng lúc

- Tiết kiệm điện cho người sử dụng

Cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm

Việt Nam là nước trong vùng nội chí tuyến chịu ảnh hưởng của kiểu khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa Nên độ ẩm trong không khí nước ta dao động từ 80-100%, nhiệt độ trung bình năm 21oC đến 27oC ( biên độ nhiệt từ 7oC cho đến 40oC)

Trong các smart home hiện nay cần có những cảm biến đo nhiệt độ, độ

ẩm để giúp người chủ có thể chủ động bảo vệ sức khỏe cho bản thân

và gia đình trước những thay đổi ngày càng khó lường của thời tiết

Các cảm biến dùng trong smart home phải có khoảng đo phù hợp với khí hậu và môi trường Việt Nam, có độ chính xác cao, tích hợp cả 2 thành phần đo nhiệt độ và độ ẩm trong cùng 1 cảm biến, nhỏ gọn và có giá thành phù hợp

Một sản phẩm thương mại

hoàn chỉnh được bán trên thị

trường

- Điện áp hoạt động: 3V - 5V DC

- Dòng điện tiêu thụ: 2.5mA

- Phạm vi cảm biến độ ẩm: 20% - 90% RH, sai số

±5%RH

- Phạm vi cảm biến nhiệt độ: 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C

- Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz (1 giây 1 lần)

- Kích thước: 23 * 12 * 5 mm

DHT11

DHT11 sử dụng nguyên lý đo nhiệt độ, độ ẩm:

- Hệ số nhiệt điện trở âm (Nhiệt điện trở NTC)

- Điện dung

Đo nhiệt độ trong DHT11

Để đo nhiệt độ, DHT11 sử dụng cảm biến nhiệt điện trở NTC (hệ

số điện trở âm) được gắn trên bề mặt trong vỏ nhựa Giá trị điện trở giảm khi nhiệt độ tăng

Để có được giá trị điện trở lớn hơn ngay cả khi nhiệt độ thay đổi nhỏ nhất, cảm biến này thường được làm bằng gốm bán dẫn hoặc polyme.

Đo độ ẩm trong DHT11

Đối với đo độ ẩm, nó sử dụng cảm biến độ ẩm điện dung , có hai điện cực và vật liệu nền (thường là muối hoặc polyme nhựa dẫn điện) ở giữa

Các ion được giải phóng bởi chất nền khi hơi nước bị nó hấp thụ,

do đó làm tăng độ dẫn điện giữa các điện cực Sự thay đổi điện trở giữa hai điện cực tỷ lệ với độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối cao hơn làm giảm điện trở giữa các điện cực, trong khi độ ẩm tương đối thấp hơn làm tăng điện trở giữa các điện cực

      Dữ liệu truyền về của DHT11 gồm 40 bit dữ liệu theo thứ tự: 8 bit biểu thị phần nguyên của độ ẩm + 8 bit biểu thị phần thập phân của độ ẩm + 8 bit biểu thị phần nguyên của nhiệt độ + 8 bit biểu thị phần thập phân của nhiệt độ + 8 bit check sum.

Ví dụ: ta nhận được 40 bit dữ liệu như sau:

0011 0101 0000 0000 0001 1000 0000 0000 0100 1101

Tính toán:

- 8 bit checksum: 0011 0101 + 0000 0000 + 0001 1000 + 0000 0000 = 0100 1101

- Độ ẩm: 0011 0101 = 35H = 53%

- Nhiệt độ: 0001 1000 = 18H = 24°C

Sơ đồ giao tiếp giữa DHT

11 với vi điều khiển

AHT20, là thế hệ cảm biến nhiệt độ và độ

ẩm mới

- Điện áp sử dụng: 2.0~5.5VDC

- Chuẩn giao tiếp: I2C

- Khoảng nhiệt độ đo được: -40 ~ 85 độ C, sai số 0.3 độ C

- Khoảng độ ẩm đo được: 0 ~100% RH, sai

số 2% RH

- Kích thước: 10.4 x 15mm

Một số loại cảm biến khác

- Điện áp đầu vào 3.3-6V

- Dòng điện 1-1.5mA khi hoạt động

Cảm biến khói trong nhà thông minh

Khái niệm:

Cảm biến khói hay cảm biến báo khói là một thiết bị điện tử có khả

năng nhận biết và cảnh báo khói, hay các đám cháy

Hình ảnh cảm biến khói trong thực tế

Phân loại

Phân loại theo nguyên lý

Cảm biến khói phân ra thành các loại (theo nguyên lý):

- Ionization ( Ion hóa )

Đầu báo khói điểm

* Ionazation ( Ion hóa )

Nguyên lý: Bên trong buồng nhạy khói có một vât liệu (tạo nguồn bức xạ) có chức năng tạo ra hay ion hoá các phần tử khí giữa hai bản cực.Các phẩn tử khí bị i-on hoá này tạo thành một dòng điện nhỏ giữa hai bản cực.Khi có khói vào buồng, các phần tử khói sẽ gắn kết vào các i-on khí, kết quả dòng điện giảm

=> Trạng thái của dòng giữa hai bản cực chính là tín hiệu cảnh báo

SA303CN3 Ionization Smoke

* Photoelectric ( quang-điện)

Nguyên lý: Dựa trên sự phân tán hay phản xạ ánh sáng Khi có khói, đầu thu quang điện sẽ thu được ánh sáng.Trên cơ sở đó đưa ra tín hiệu cảnh báo trong buồng tối có các lỗ thông ra bên ngoài Bên trong có một nguồn sáng và thu nhằm mục đích tạo ra nguồn sáng cố định theo một hướng nhất định đồng thời tạo ra sự chênh áp để hút khói vào bên trong buồng

So sánh cảm biến ion hóa và cảm biến quang điện

Phát hiện cháy tốt nhất ở giai đoạn

rực lửa Phát hiện cháy tốt nhất ở giai đoạn âm ỉ trước khi thành ngọn lửa lớn

Hoạt động kém hiệu quả ở môi

trường nhiều gió

Sản phẩm trong thực tế:

Cảm biến chuyển động

Cảm biến chuyển động là thiết bị điện thông minh, có khả năng phát hiện ra các chuyển động vật lý trên một thiết bị nào đó hoặc trong môi trường thật Thiết bị này cũng có khả năng phát hiện và nắm bắt các chuyển động vật

lý hoặc động học trong thời gian thực nhất

Các loại cảm biến chuyển động hay được sử dụng

Nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR

Cảm biến hồng ngoại thụ động (PIR) chỉ phát hiện bức xạ hồng ngoại

và không phát ra nó

Cảm biến hồng ngoại thụ động bao gồm:

• Hai dải vật liệu nhiệt điện

Lợi ích khi sử dụng cảm biến chuyển động

Phát hiện sự xâm nhập trái phép Giúp tiết kiệm điện năng cho hệ thống ánh sáng trong nhà

Cảm biến chuyển động GD-RT12

Cảm biến chuyển động PIR của hãng Geagood (mã GD-RT12)

Cảm biến đo bụi

Cảm biến đo bụi là thiết bị giúp người sử dụng có thể giám sát, theo dõi được chất lượng không khí thông qua nồng độ bụi trong môi trường sinh sống,giúp họ có những biện pháp can

thiệp để cải thiện chất lượng

không khí tránh gây ra các bệnh

liên quan tới đường hô hấp và tai

mũi họng

Các hạt bụi được phân loại thành 2 loại:

- PM10: các hạt mịn có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 10µm, nguồn phát có thể là bụi đường, khói từ các nhà máy công nghiệp

- PM2.5: các hạt mịn có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 2.5µm, được tìm thấy trong khói và sương mù, từ các vụ cháy rừng, khí thải động cơ ô tô

Chỉ số chất lượng không khí (AQI)

AQI: tập trung vào các vấn đề sức khoẻ mà chúng ta có thể gặp phải trong vài giờ hoặc vài ngày sau khi hít phải khí ô nhiễm

Phương pháp tính toán AQI chia thành 3 nhóm c ơ bản:

• Sử dụng các bảng thông số đối chiếu (Anh, Pháp, Canada)

• Sử dụng các thông số tính toán đơn giản (Australia, Thành phố Hồ Chí Minh)

• Sử dụng các công thức tính toán phức tap (Mỹ, Braxin, Hồng Kông, Hàn Quốc…)

Phương pháp tính toán AQI tại Việt Nam

Phát triển dựa theo phương pháp sử dụng công thức đơn giản và đồng thời việc tính toán AQI phải đảm bảo các yêu cầu sau:

• AQI được tính toán riêng cho số liệu từng trạm quan trắc

• AQI tính toán cho từng thông số quan trắc

Tính toán giá trị AQI

Tính toán giá trị AQI theo giờ:

Tính toán giá trị AQI theo ngày:

QC

0 – 50 Tốt Không ảnh hưởng tới sức khoẻ

51 – 100 Trung bình Nhóm những người nhạy cảm nên hạn chế thời gian ở bên ngoài

101 – 200 Kém Nhóm những người nhạy cảm cần hạn chế thời gian ở bên ngoài

201 – 300 Xấu Nhóm những người nhạy cảm tránh ra ngoàiTrên 300 Nguy hại Mọi người nên ở trong nhà

TSx(µg/m3): giá trị quan trắc trung bình trong 1 ngày hoặc 1 giờ

QCx(µg/m3): giá trị quy chuẩn trung bình trong ngày hoặc 1 giờ

- Sử dụng công nghệ nhiễu xạ laser(tán xạ ánh sáng).

- Nguyên lý hoạt động: khi một chùm laser đi qua không khí không chứa bụi thì ánh sáng từ chùm tia không bị tán xạ, khi trong không khí có bụi thì ánh sáng

từ chùm tia sẽ bị tán xạ ra xung quanh, ánh sáng tán xạ thu được nhận bởi đầu thu và chuyển thành tín hiệu điện

Phương pháp đo

Đồ thị từ cảm biến theo điện áp

Sản phẩm thực tế

Cảm biến SDS011

- Điện áp hoạt động: 5VDC

- Dòng điện tiêu thụ: 70mA ± 10mA

- Dòng điện tiêu thụ ở chế độ sleep:

<4mA

- Đầu ra PM10, PM2.5

- Dải đo: 0.0 – 999.9μg/m³

- Chu kỳ lấy mẫu: 1s

- Hoạt động trong môi trường:

- Nhiệt độ: -10 - 500C

- Độ ẩm: Max 70%

Cảm biến cửa từ

Công tắc từ chống trộm

là một thiết bị thông minh dùng

để kiểm soát các loại, cửa sổ, cửa

ra vào…

Thiết bị này được dùng kết hợp với hệ thống trung tâm

báo động an ninh, nếu có bất kỳ

trường hợp cạy phá hay có trộm

đột nhập thì hệ thống sẽ báo động

ngay lập tức

Công tắc từ gắn cửa chống trộm được thiết kế có hai

phần: phần cảm biến từ, phần

miếng từ Hai phần này được lắp

đặt sát vào nhau trên khung cửa

cố định và cánh cửa

Nguyên lý

  Nguyên lý hoạt động của chúng

dựa trên nguyên tắc như sau: hai bộ

phận cảm biến từ và miếng từ được đặt

sát nhau Khi mở cửa, 2 bộ phận được

tách ra và kích hoạt cho báo động

Trong đó bộ phận cảm biến từ được sử dụng cảm biến Hall

Cảm biến Hall

Cảm biến Hall là loại cảm biến dùng để phát hiện từ tính của nam châm

để đo độ lớn của từ trường Điện áp đầu

ra của nó tỷ lệ thuận với cường độ từ

trường qua nó

Nguyên lý hoạt động dựa trên hiệu ứng “Hall là một hiệu ứng vật lý được

thực hiện khi ta áp dụng một từ trường

vuông góc lên một 1 bảng làm bằng kim

loại hay chất dẫn điện nói chung (thanh

Hall) đang có dòng điện chảy qua lúc đó ta

nhận được một hiệu điện thế U (hiệu điện

thế Hall) sinh ra tại 2 mặt đối diện của

thanh Hall

Sơ đồ nguyên lý

- Khi đặt thanh nam châm gần Cảm biến Hall,

một tín hiệu Thấp được tạo ra ở đầu ra Đầu ra

này đi đến cực B của Transistor Do tín hiệu

thấp, Trans vẫn tắt và không có nguồn cấp cho

IC 555 -> Còi tắt

- Khi đặt nam châm xa Cảm biến hall, một tín

hiệu cao được tạo ra -> Còi mở

Thiết kế cảm biến chống trộm

Khối nguồn & Khối phát lazer

lazer diode công

suất nhỏ với điện áp

từ 4,5 – 5V làm

nguồn phát

Khối thu lazer

Khối thu lazer: khi được chiếu tia lazer thì điện trở LDR1 giảm dòng sẽ đi

xuống đất, khi tia lazer bị chắn điện trở của LDR1 tăng , Q1 dẫn sẽ kích hoạt khối báo động

Điện trở quang (Light Dependent Resistor): là tế bào quang điện hoạt động theo nguyên tắc quang dẫn, nghĩa là một điện trở có giá trị điện trở thay đổi được theo cường độ ánh sáng.

Quang trở (LDR)

Khối báo động

Khối báo động: sau khi Q1 dẫn kích hoạt IC555, chân 3 của U1 sẽ ở mức

cao kích hoạt Q2 làm còi kêu trong 1 khoảng thời gian

T=1.1((R9+RV3)*C3)

IC định thời 555 về cơ bản là một mạch định thời nguyên khối tạo ra độ trễ hoặc dao động thời gian chính xác và rất ổn định.

Thông số:

Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555 )

- Dòng tiêu thụ : 6mA - 15mA

- Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V

- Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V

- Công suất tiêu thụ (max) 600mW

IC 555

TÀI LIỆU THAM KHẢO

THANK

YOU !