Bài tập lớnmôn kỹ thuật cảm biến bài nghiên cứu và thiết kế ứng dụng cảm biến âm thanh, cảm biến ánh sáng

BÀI NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ỨNG DỤNG CẢM BIẾN ÂM THANH, CẢM BIẾN ÁNH SÁNG GVHD:ths.NGUYỄN TÙNG LÂM DANH SÁCH THÀNH VIÊN TRONG NHÓM II ST T Tên thành viên nhóm Chữ ký PHẠM ĐĂNG KHOA

BÀI TẬP LỚN

Môn kỹ thuật cảm biến

 BÀI NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ỨNG  DỤNG CẢM BIẾN ÂM THANH, CẢM

 BIẾN ÁNH SÁNG

GVHD:ths.NGUYỄN TÙNG LÂM 

  DANH SÁCH THÀNH VIÊN TRONG NHÓM  II

ST 

T 

Tên thành viên nhóm Chữ ký

 PHẠM ĐĂNG KHOA TRỊNH THANH TÙNG  NGUYỄN ÁNH DƯƠNG  ĐẶNG VĂN HIỆU   DƯƠNG VĂN MINH   NGÔ NHẬT MINH 

I.MỞ ĐẦU 

Trong lĩnh vực linh kiện điện tử thì cụm từ Arduino rất phổ biến , Arduino dễ lập trình giá thành hợp lý ứng dụng được rất nhiều trong các mạch điện tử

Cảm biến ánh sáng và cảm biến âm thanh cũng được ứng dụng phổ biến trên các thiết bị thông minh Cảm biến ánh sáng , cảm biến âm thanh giúp các thiết bị phát hiện được sự khác biệt

về cường độ âm thanh hoặc màu sắc ánh sáng của môi trường xung quanh, từ đó mang lại nhiều công dụng hữu ích giúp cho cuộc sống có thêm sự ện nghi ,hiện đại

Với sự kết hợp hoàn hảo của hai điều trên nhóm đã nghiên cứu

ra sản phẩm mạch chiếu sáng vỗ tay bật tắt sử dụng Arduino Nano

II.NỘI DUNG CHÍNH

1 Sơ đồ khối 

Arduino

Nano

Cảm biến âm thanh

 Tín

hiệu

Arduino

Nano

Cảm biến ánh sán

Đèn Led

2.Sơ đồ nguyên lý 

3.Cấu tạo

a.ARDUINO

- Arduino Nano là một bảng vi điều khiển thân thiện, nhỏ gọn, đầy đủ Arduino Nano nặng khoảng 7g với kích thước từ 1,8cm

- 4,5cm

Đặc điểm kỹ thuật Arduino Nano

Arduino Nano Thông số kỹ thuật

S chân analog I/O   8

Tc đ xung 16 MHz

Dng tiêu th I/O 40mA

S chân Digital I/O   22

B nhơ EEPROM 1 KB

B nhơ Flash 32 KB of which 2 KB used by

Bootloader  Đin p ng vo (7-12) Volts

Vi điu khin ATmega328P

Đin p hot đng 5V

Kch thươc bo mch 18 x 45 mm

 Ngun tiêu th

19mA

 Ng ra PWM

6

SRAM

2KB

Cân năng

7 gms

Sơ đồ chân

Chức năng của các chân

Chân TX-truyn dữ liu

Chân Rx-nhận dữ liu

 mc thp

Đầu ra  

Đầu ra 3.3V (từ FTDI)

19 A0

kênh 0  

kênh 1  

kênh 2  

kênh 3  

kênh 4

kênh 5

kênh 6

kênh 7

Đầu ra hoăc đầu vo  

+ Đầu ra 5V (từ b điu chỉnh On-board) hoăc

+ 5V (đầu vo từ ngun đin bên ngoi)  

Đầu vo  

Chân đăt li, hot đng  mc thp  

 Ngun  

Chân ni mass  

 Ngun  

Chân ni vơi ngun vo

b Modul cảm biến âm thanh

  Hình ảnh modul cảm biến âm thanh

Cảm biến âm thanh là một loại module được sử dụng để nhận biết âm thanh Nói chung, module này được sử dụng để phát hiện cường độ của âm thanh Các ứng dụng của module này chủ yếu bao gồm công tắc, bảo mật, và giám sát Độ chính xác của cảm biến này có thể được thay đổi để dễ sử dụng

Cảm biến này sử dụng một micrô để cung cấp đầu vào cho bộ đệm, bộ dò đỉnh và bộ khuếch đại Cảm biến này thông báo âm thanh và xử lý n hiệu điện áp o / p tới bộ vi điều khiển Sau đó,

nó thực hiện xử lý theo yêu cầu

Cảm biến này có khả năng xác định mức độ ếng ồn trong phạm vi DB’s hay decibel ở tần số 3 kHz 6 kHz trong khoảng tai người cảm nhận

Sơ đồ chân cảm biến âm thanh

Cấu hình chân cảm biến âm thanh

Cảm biến này gồm ba chân

Chân 1 (VCC): 3.3V DC đến 5V DC

Chân 2 (GND): Đây là chân nối mass

Chân 3 (DO): Đây là chân đầu ra

Đặc nh

Các nh năng của cảm biến âm thanh bao gồm:

Các cảm biến này sử dụng rất đơn giản

Nó cho n hiệu o / p analog

Chỉ cần kết hợp đơn giản bằng cách sử dụng các module logic trên khu vực đầu vào

Thông số kỹ thuật

Các thông số kỹ thuật của cảm biến âm thanh bao gồm

Phạm vi của điện áp hoạt động là 3.⅗ V

Dòng hoạt động là 4 ~ 5 mA

Mức tăng điện áp 26 dB ((V = 6V, f = 1kHz)

Độ nhạy của micrô (1kHz) là 52 đến 48 dB

Trở kháng của micrô là 2,2k Ohm

Tần số của micrô là 16 đến 20 kHz

Tỷ lệ n hiệu trên ếng ồn là 54 dB

c.Modul cảm biến ánh sáng

Cảm biến ánh sáng là thiết bị quang điện chuyển đổi ánh sáng (bao gồm cả ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng dạng a hồng ngoại) thành n hiệu điện Nó là một dạng thiết bị cảm biến thông minh có thể nhận biết được các biến đổi của môi trường thông qua mắt cảm biến Từ đó, nó sẽ điều chỉnh ánh sáng cho phù hợp

  Hình ảnh modul cảm biến ánh sáng

Cảm biến này có thể nhận biết và điều chỉnh ánh sáng dựa trên các đi ốt quang học Cảm biến ánh sáng được gọi là “thiết bị quang điện” hay “cảm biến ảnh vì năng lượng được chuyển đổi

từ phonto sang electron

Thông số kĩ thuật:

 GND: 0V

  Mô tả sơ đồ chân của modul cảm biến ánh sáng

4.Nguyên lý hoạt động

a.Arduino

Arduino Nano có 14 ng vào/ra digital Các chân làm việc với điện áp tối đa là 5V Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận dòng điện 40mA và có điện trở kéo lên khoảng 20-50kΩ Các chân có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra, sử dụng các hàm pinMode (), digitalWrite () và digitalRead ()

Ngoài các chức năng đầu vào và đầu ra số, các chân này cũng có một số chức năng bổ sung

Hai chân nhận RX và truyền TX này được sử dụng để truyền dữ liệu nối ếp TTL Các chân RX và TX được kết nối với các chân tương ứng của chip nối ếp USB tới TTL

 Chân 6, 8, 9, 12, 13 và 14: Chân PWM

Mỗi chân số này cung cấp n hiệu điều chế độ rộng xung 8 bit Tín hiệu PWM có thể được tạo ra bằng cách sử dụng hàm analogWrite ()

Khi chúng ta cần cung cấp một ngắt ngoài cho bộ xử lý hoặc bộ điều khiển khác, chúng ta có thể sử dụng các chân này Các chân này có thể được sử dụng để cho phép ngắt INT0 và INT1 tương ứng bằng cách sử dụng hàm aachInterrupt () Các chân

có thể được sử dụng để kích hoạt ba loại ngắt như ngắt trên giá trị thấp, tăng hoặc giảm mức ngắt và thay đổi giá trị ngắt

Khi bạn không muốn dữ liệu được truyền đi không đồng bộ, bạn có thể sử dụng các chân ngoại vi nối ếp này Các chân này

hỗ trợ giao ếp đồng bộ với SCK Mặc dù phần cứng có nh năng này nhưng phần mềm Arduino lại không có Vì vậy, bạn phải sử dụng thư viện SPI để sử dụng nh năng này

Khi bạn sử dụng chân 16, đèn led trên bo mạch sẽ sáng

tương tự  Arduino Nano có 8 đầu vào tương tự (19 đến 26), được đánh dấu A0 đến A7 Điều này có nghĩa là bạn có thể kết nối 8 kênh

đầu vào tương tự để xử lý Mỗi chân tương tự này có một ADC

có độ phân giải 1024 bit (do đó nó sẽ cho giá trị 1024) Theo mặc định, các chân được đo từ mặt đất đến 5V Nếu bạn muốn điện áp tham chiếu là 0V đến 3.3V, có thể nối với nguồn 3.3V cho chân AREF (pin thứ 18) bằng cách sử dụng chức năng analogReference () Tương tự như các chân digital trong Nano, các chân analog cũng có một số chức năng khác

Khi giao ếp SPI cũng có những nhược điểm của nó như cần 4 chân và giới hạn trong một thiết bị Đối với truyền thông đường dài, cần sử dụng giao thức I2C I2C hỗ trợ chỉ với hai dây Một cho xung (SCL) và một cho dữ liệu (SDA) Để sử dụng nh năng I2C này, chúng ta cần phải nhập một thư viện có tên là Thư viện Wire

Điện áp tham chiếu cho đầu vào dùng cho việc chuyển đổi ADC

Đây là chân reset mạch khi chúng ta nhấn nút rên bo Thường được sử dụng để được kết nối với thiết bị chuyển mạch để sử dụng làm nút reset

b.Modul cảm biến ánh sáng

Module cảm biến ánh sáng có 2 đầu n hiệu ra D0 và A0, đầu ra A0 được lấy từ quang trở và đưa vào bộ so sánh lm393 để đưa

ra mức điện áp 0V và 5V Biến trở điều chỉnh độ nhạy của cảm biến, các bạn có thể tùy ý thay đổi biến trở để cảm biến đưa ra mức 1 với cường độ ánh sáng phù hợp

Khi trời tối, cảm biến đưa ra mức 1 kích mở tran C1815 và led sáng

Khi trời sáng, cảm biến đưa ra mức 0 tran C1815 không dẫn, led tắt

c.Modul cảm biến âm thanh

chân 1 của ic 4013 sẽ đưa ra mức 1 và chốt cho dù không còn nguồn âm thanh duy trì Tran NPN được cấp mức 1 sẽ dẫn và rơ le dẫn

mức 0, tran không dẫn làm rơ le ngắt 5.Hình ảnh thực tế

  Quá trình nỗ lực hàn mạch thực tế của nhóm

  Hình ảnh nạp code cho arduino

  Hình ảnh bo mạch

III.KẾT LUẬN

-Mạch chạy rất hiệu quả ổn định , đèn sáng tắt đúng theo ếng

vỗ như đã lập trình

- Mạch vỗ tay điều khiển đèn bật tắt này hiệu quả cao, giá thành rẻ nh ứng dụng cao trong thực tế đời sống hằng ngày