Thiết kế bộ đếm tự động số người

THIẾT KẾ BỘ ĐẾM TỰ ĐỘNG SỐ NGƯỜI VÀORA TẠI HAI CỔNG  Sản phẩm được tạo ra để đáp ứng nhu cầu giám sát số lượng người ra vào, nên sản phẩm do chúng em thiết kế sẽ:  Sử dụng 2 module cảm biến hồng ngoại để phát hiện người ra, vào.  Dùng board Arduino Uno điều khiển.  Sử dụng màn hình LCD 16x2 hiển thị mở khóa và để hiển thị số người ra vào tại cổng  Có bàn phím ma trận 4x4 để nhập dữ liệu khóa và mở  Đối tượng hướng tới sản phẩm này là các văn phòng, phòng học, các xưởng và xí nghiệp nhỏ…

ỦY BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH

THIẾT KẾ BỘ ĐẾM TỰ ĐỘNG SỐ NGƯỜI VÀO/RA TẠI HAI CỔNG

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2022

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Mục lục 1

Danh mục các cụm từ viết tắt 3

MỞ ĐẦU 4

Chương 1 : Thiết kế sản phẩm 74

1.1 Cơ sở lý thuyết … 8

1.1.1 Tia hồng ngoại 9

1.1.2 Giới thiệu giao thức I2C 11

1.1.3 Nguyên lí hoạt động của Module bàn phím ma trận 4x4 13

1.2 Linh kiện chuyên dùng… 9

1.2.1 Tổng quan về Arduino Uno R3 9

1.2.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại MH-IR01 11

1.2.3 Tổng quan về Module cảm biến hồng ngoại MH-IR01 13

1.2.4 Tổng quan về bàn phím ma trận 4x4 9

1.2.5 Tổng quan về màn hình LCD 16x2 11

1.2.6 Module I2C Arduino 13

1.3 Thiết kế sản phẩm 15

1.3.1 Sơ đồ khối 15

1.3.2 Sơ đồ nguyên lý 18

1.3.3 Lưu đồ giải thuật 26

Chương 2 Tài liệu hướng dẫn sử dụngKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

2.1 Lắp đặt sản phẩm 15

2.1.1 An toàn khi lắp đặt 18

2.1.2 Cảnh báo khi lắp đặt 26

2.1.3 Lắp đặt sản phẩm 26

2.2 Vận hành sản phẩm 15

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

Ngày nay tình hình an ninh đang là vấn đề nhứt nhối của nhiều cánhân và tập thể, nhất là vấn đề trộm cắp tài sản , mọi người đềumuốn nơi mình ở và làm việc được kiểm soát một cách an toàn hơn

Vì vậy em chọn thiết kế sản phẩm “ Đếm số người ra vào tại haicổng ” để có thể kiểm soát người ra vào tại cổng và số lượng người

có mặt trong 1 khu vực nhất định

 Sản phẩm được tạo ra để đáp ứng nhu cầu giám sát sốlượng người ra vào, nên sản phẩm do chúng em thiết kế sẽ:

 Sử dụng 2 module cảm biến hồng ngoại để phát hiện người

ra, vào

 Dùng board Arduino Uno điều khiển

 Sử dụng màn hình LCD 16x2 hiển thị mở khóa và để hiển thị

số người ra vào tại cổng

 Có bàn phím ma trận 4x4 để nhập dữ liệu khóa và mở

 Đối tượng hướng tới sản phẩm này là các văn phòng, phònghọc, các xưởng và xí nghiệp nhỏ…

 Khoảng cách phát hiện người: 10 – 20cm

 Có màn hình LCD 2 dòng để hiển thị kết quả

 Có bàn phím để nhập dữ liệu mật khẩu mở khóa

 Nguồn hoạt động: 5V

Chương 1 : Thiết kế sản phẩm 1.1 Cơ sở lý thuyết

Hình 1 Độ dài của một số bước sóng

- Đặc điểm của tia hồng ngoại :

+ Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ

+ Khả năng xuyên thấu kém

+ Không chịu ảnh hưởng của các điện từ

- Tính chất :

+ Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ và gây được hiện tượng nhiễu xạ,giao thoa như ánh sáng thông thường

Dựa vào những đặc điểm và tính chất trên của tia hồng ngoại, vì thếtia hồng ngoại trong ngành điện tử được ứng dụng làm cảm biếnhồng ngoại, phụ kiện điện tử, truyền thông.v.v…

- I2C ( Inter – Integrated Circuit) là 1 giao thức giao tiếp nối tiếpđồng bộ, sử dụng để truyền nhận dữ liệu giữa các IC với nhauchỉ sử dụng hai đường truyền tín hiệu

- I2C sử dụng 2 đường truyền tín hiệu:

+ SCL - Serial Clock Line : Tạo xung nhịp đồng hồ do Master phátđi

+ SDA - Serial Data Line : Đường truyền nhận dữ liệu

Hình 2 Đường truyền tín hiệu

- Giao tiếp I2C bao gồm quá trình truyền nhận dữ liệu giữa cácthiết bị chủ tớ, hay Master - Slave

- Thiết bị Master là 1 vi điều khiển, nó có nhiệm vụ điều khiểnđường tín hiệu SCL và gửi nhận dữ liệu hay lệnh thông quađường SDA đến các thiết bị khác

- Các thiết bị nhận các dữ liệu lệnh và tín hiệu từ thiết bị Masterđược gọi là các thiết bị Slave Các thiết bị Slave thường là các

IC, hoặc thậm chí là vi điều khiển

4x4

- Chúng ta sẽ kết nối 8 chân của Module bàn phím ma trận 4x4với Arduino hoặc vi điều khiển (tùy người sử dụng) Có hai cáchxác định phím nào được nhấn bằng phương pháp quét : quéttheo hàng hoặc quét theo cột

- Quét theo hàng : các chân I/O nối với các cột là input , cácchân I/O nối với các hàng là ouput sẽ thực hiện việc quét phím

- Quét theo cột : ngược lại của quét theo hàng

Hình 3 Sơ đồ mạch bàn phím ma trận 4x4

1.2 Linh kiện chuyên dùng

a Giới thiệu

Arduino Uno là một bo mạch vi điều khiển dựa trên chipAtmega328P Uno có 14 chân I/O digital, 6 chân Input analog, 1

thạch anh 16MHz, 1 cổng USB, 1 jack nguồn DC, 1 nút reset Uno hỗtrợ đầy đủ những thứ cần thiết để chúng ta có thể bắt đầu làm việc.

Dòng điện mỗi chân I/O 20 mA

Dòng điện chân 3.3V 50 mA

Bộ nhớ Flash 32 kB (Atmega328P) – trong đó 0.5

kB dùng cho bootloader

SRAM 2 kB (Atmega328P)EEPROM 1 kB (Atmega328P)Tốc độ xung nhịp 16 MHz

c Sơ đồ chân board Arduino Uno

Hình 5 Sơ đồ chân Arduino Uno R3

d Lí do chọn Arduino Uno để thiết kế.

+ Vừa đủ chân để kết nối với các linh kiện thiết kế

+ Lập trình thông qua phần mềm Arduino IDE, nạp code dễ dàng.+ Có các chân I/O digital (chân số 2 – 13 ) được sử dụng làm chânnhập, xuất tín hiệu số.

+ Có 6 chân Input analog (A0 – A5), độ phân giải mỗi chân là 10 bit(0 – 1023 ) Các chân này dùng để đọc tín hiệu điện áp 0 – 5V (mặcđịnh) tương ứng với 1024 giá trị

Cảm biến vật cản hồng ngoại sử dụng một cặp truyền và nhận tiahồng ngoại Tia hồng ngoại phát một tần số nhất định khi gặp vậtcản sẽ phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi qua IC so sánh đènmàu xanh sẽ sáng lên, đồng thời cho tín hiệu số đầu ra

Với khả năng phát hiện vật cản trong khoảng 2 ~ 30cm vàkhoảng cách này có thể điều chỉnh thông qua chiết áp trên cảm biến

cho thích hợp với nhiều ứng dụng Vì thế mà em đã chọn Module này

để thiết kế

Hình 6 Led thu và led phát

Hình 7 Nguyên lý hoạt động của thu phát hồng ngoại

Hình 8 Sơ đồ chân module cảm biến hồng ngoại MH-IR01

b Sơ đồ nguyên lí của module cảm biến hồng ngoại

Hình 9 Sơ đồ nguyên lí của module cảm biến hồng ngoại

a Sơ đồ bàn phím ma trận 4x4

Hình 10 Sơ đồ bàn phím ma trận 4x4

b Giới thiệu Module bàn phím ma trận 4x4

- Module bàn phím ma trận 4x4 loại phím mềm

- Độ dài cáp: 88mm

- Nhiệt độ bảo quản 0 ~ 70°C

- Đầu nối ra 8 chân

c Sơ đồ chân Module bàn phím ma trận 4x4

Hình 12 Sơ đồ chân Module bàn phím ma trận 4x4

- LCD 16x2 có thể sử dụng ở chế độ 4 bit hoặc 8 bit tùy theo ứngdụng ta đang làm

b Sơ dồ chân của LCD 16x2

Hình 13 Sơ dồ chân của LCD 16x2

- Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD

- Để sử dụng màn hình LCD giao tiếp I2C sử dụng Arduino thì tacần cài đặt thư viện Liquidcrystal_I2C

LCD có quá nhiều nhiều chân gây khó khăn trong quá trình đấunối và chiếm dụng nhiều chân trên vi điều khiển Nên ta dụng

module I2C để giải quyết vấn đề trên

Hình 14 Sơ dồ chân của module I2C

b Cách kết nối module I2C và LCD

Thay vì phải mất 6 chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16x2

(RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì module IC2 bạn chỉ cần tốn 2 chân (SCL, SDA) để kết nối

Hình 15 Kết nối module I2C và LCD

1.3 Thiết kế sản phẩm

Hình 16 Sơ đồ khối mạch tự đếm số người ra vào cổng

1.3.2 Sơ đồ nguyên lý

Hình 17 Sơ đồ nguyên lý mạch tự đếm số người ra vào cổng

1.3.3 Lưu đồ giải thuật

Hình 18 Lưu đồ giải thuật

Chương 2 Tài liệu hướng dẫn sử dụng 2.1 Lắp đặt sản phẩm

2.1.1 An toàn khi lắp đặt

- Nên trang bị một số dụng cụ an toàn điện khi cần thiết như bút thửđiện,…

- Sau khi lắp đặt hoàn chỉnh cần chạy thử và kiểm tra lại nếu có xảy

ra sai sót trong quá trình chạy thử

- Nên lắp cảm biến ở vị trí cửa ra vào và cách mặt đất tầm 80cm đểcảm biến có thể hoạt động hiệu quả nhất

2.1.2 Cảnh báo khi lắp đặt

⚠ Kiểm tra nguồn trước khi kết nối vào bộ điều khiển

⚠ Đóng ngắt nguồn bằng một CB riêng và kiểm tra tình trạng của

dây nguồn trước khi sử dụng

2.1.3 Lắp đặt sản phẩm

Quý khách nên lắp đặt ở vị trí cửa ra vào và vị trí cảm biến nên đượcđặt ở khoảng cách ngang thân người tầm 80 cm Trong trường hợpcảm biến không đủ khoảng cách để tiếp xúc, có thể kéo cảm biến rangoài thêm 20cm (Lưu ý: khoảng cách của lối ra vào càng nhỏ thìcảm biến hoạt động càng tốt)

Bảng điều khiển nên đặt ở vị trí thuận tiện để dễ dàng thực hiện cácthao tác khi sử dụng và giảm nhiễu tín hiệu ở mức thấp nhất Saukhi chọn xong có thể dùng keo dính hoặc bắt ốc để cố định sảnphẩm

Nguồn cấp nên đặt ở một khoảng cách an toàn và tránh xa tầm tay

2.2 Vận hành sản phẩm

Để vận hành sản phẩm đúng cách và tăng tuổi thọ cho sản phẩmthì khi sử dụng sản phẩm quý khách vui lòng thực hiện đúng quytrình sau:

Bước 1: Gắn Adaptor vào nguồn điện, cấp nguồn cho thiết bị!

Hình 19 Gắn Adaptor vào nguồn điện

Bước 2: Khi cấp nguồn LCD hiện nhập mật khẩu, nhập mật khẩu đãđược cài đặt trước từ bàn phím, Nếu đúng mật khẩu thì cảm biến sẽbắt đầu hoạt động hiện “ Da Mo Khoa”, còn nếu sai thì màn hình sẽhiển thị “Khoa Chua Mo” , sau đó sẽ trở lại nhập lại mật khẩu).

Hình 20 Cách nhập mật khẩu và hiển thị lên LCD

Bước 3: Nếu cảm biến phát hiện có người đi qua thì màn hình sẽ hiểnthị “ so nguoi ” , led sẽ sáng Nếu không có người thì màn hìnhhiển thị “ Khong : co nguoi Den tat ” led sẽ tắt

Hình 21 Hiển thị lên LCD khi phát hiện có người

2.3 Một số lưu ý khi sử dụng sản phẩm

1 Khi không sử dụng sản phẩm nữa quý khách vui lòng tắt thiết bị

để tiết kiệm điện năng!

2 Cần để sản phẩm tránh xa nguồn nhiệt lớn (hoạt động tốt ở môitrường 0-70 độ C), tránh tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng (nước, v v)

3 Sau khi sử dụng 1 thời gian dài, quý khách nên vệ sinh trong vàngoài sản phẩm Lâu sạch các đầu cảm biến bằng khăn mềm để

- Chưa kết hợp được công nghệ thông minh, vẫn sử dụng môhình bộ điều khiển.

3 Phương hướng phát triển sản phẩm

- Sử dụng cảm biến tốt hơn để sử dụng được trong nhiều trườnghợp thực tiễn

- Nâng cấp thành hệ thống có thể điều khiển qua mạng Internet

TÀI LIỆU THAM KHẢO