Đồ án thiết kế mạch y sinh

đồ án thiết kế mạch đo nồng độ cồn sử dụng cảm biến MQ3, dùng arduino có code kèm theo, sơ đồ khối, nguyên lý hoạt động, sản phẩm thực tế.

LỜI MỞ ĐẦU

Theo thống kê của Ủy ban An toàn giao thông Quốc gia (4/10/2016), khoảng 40%

số vụ tai nạn giao thông liên quan đến rượu bia và con số này đang có xu hướng gia tăng Chỉ với nồng độ cồn ở mức 0,05mg/l khí thở, người sử dụng rượu bia đã bị giảm sút suy nghĩ và bị kích động nhẹ Nếu nồng độ 0,2mg/l khí thở, người điều khiển phương tiện tham gia giao thông dễ bị ức chế, giận dữ, đi lại loạng choạng Nếu ở các mức độ cao hơn, người uống có thể không tự chủ được hành vi cá nhân và có thể tự gây tai nạn cho bản thân hoặc gây thương tích cho những người tham gia giao thông khác Việc phát hiện và ngăn chặn hành vi lái xe khi có cồn trong người là một điều hữu ích để phòng ngừa tai nạn Chính vì thế, nhóm chúng tôi đã chọn và thực hiện đồ án

“Máy đo nồng độ cồn” nhằm để chúng ta tự nhận biết được tỉ lệ cồn có trong hơi

thở để xác định hành vi đúng đắn phòng ngừa được rủi ro cho bản thân và xã hội

MỤC LỤC

Chương 1: Giới Thiệu

1.1 Giới thiệu chung 4

1.2 Mục tiêu đề tài 4

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.1 Sơ đồ khối 5

2.2 Các linh kiện 6

2.3 Nguyên lý hoạt động 6

2.4 Module cảm biến nồng độ cồn MQ-3 8

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 11

CHƯƠNG 4: SẢN PHẨM THỰC TẾ 14

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 16

5.1 Kết luận 16

5.2 Hướng phát triển 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

“Máy đo nồng độ cồn” còn có tên gọi khác là thiết bị đo nồng độ cồn hay

dụng cụ đo nồng độ cồn chuyên dùng với mục đích đo nồng độ cồn trong rượu, bia như: rượu trái cây, rượu gạo,rượu vang Ngoài ra máy còn có tác dụng quan trọng giúp cảnh sát giao thông kiểm tra tỉ lệ cồn có trong hơi thở của người điều khiển phương tiện khi tham gia giao thông qua hơi thở, hạn chế tối đa xảy ra những vụ tai nạn giao thông kinh hoàng gây thương vong hoặc chết người không đáng có

“Máy đo nồng độ cồn” là một sản phẩm lý tưởng không thể thiếu phục vụ

cho nghành công nghiệp chế biến hoa quả, sản xuất rượu Đặc biệt hơn là được sử dụng rộng rãi nhất cho ngành cảnh sát giao thông trên toàn thế giới

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Nhận biết được nồng độ cồn trong hơi thở

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI

Chức năng từng khối:

 Khối nguồn: Tạo nguồn 5V cung cấp cho khối hiển thị và nguồn 3.3V cung cấp cho khối xử lý và khối cảm biến

KHỐI NGUỒN

KHỐI CẢM BIẾN

KHỐI XỬ LÝ

KHỐI XÓA DỮ LIỆU KHỐI HIỂN THỊ

 Khối cảm biến: đọc nồng độ cồn trong hơi thổi vào, sau đó gửi tín hiệu Analog cho khối xử lý

 Khối xử lý: nhận tín hiệu Analog từ khối cảm biến, xử lý thuật toán và đưa kết quả lên khối hiển thị

 Khối hiển thị: hiển thị kết quả đo được lên màn hình LCD, và báo loa với đèn nếu người sử dụng có nồng độ cồn vượt mức quy định xử phạt Sẽ có 3 mức cảnh báo: bình thường, vi phạm và nồng độ quá cao hiển thị lên màn hình

 Khối xóa dữ liệu: Xóa toàn bộ kết quả vừa thực hiện, trở về trạng thái ban đầu

2.2 CÁC LINH KIỆN

 Nguồn 12V DC

 Nguồn 9V DC

 OLED “0,3” IIC

 Arduino UNO R3

 Module MQ3 Sensor

 Loa (âm phát ra cách 10cm từ 75dB đến 85dB; nhiệt độ chịu được từ -20oC đến +70oC)

 Dây dẫn, dây cáp để nạp code vào Arduino

2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Khi khởi động thiết bị người dùng thổi vào để lấy dữ liệu; sau khi thổi vào, cảm biến sẽ đọc dữ liệu từ luồng khí đó, sau đó gửi dữ liệu đến Arduino để xử lý Tại khối xử

lý, sau khi tính toán, Arduino sẽ gửi dữ liệu lên khối hiển thị, cho biết nồng độ cồn trong

hơi thở của người sử dụng, tình trạng cơ thể hiện tại có nên tham gia giao thông hay không, có các trường hợp sau (đặt x là nồng độ đo được):

TH1: x < 200: Bạn tỉnh táo

TH2: 200 <= x < 250: Bạn đã uống bia

TH3: 250 <= x < 320: Bạn uống nhiều bia

TH4: 320 <= x < 400: Bạn đã uống rượu

TH5: x > 400: Bạn đang rất say

Nếu nồng độ ở trường hợp 3, 4 hoặc 5 thì còi sẽ báo động Khi ta nhấn nút reset mạch sẽ xóa toàn bộ dữ liệu xử lý trước đó để quay về trạng thái ban đầu

Hình 2.1: Mô phỏng mạch của máy đo nồng độ cồn trên phần mềm Proteus ( Nguồn: Hứa Gia

Thuận)

2.4 MODULE CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ CỒN MQ-3

Trên thị trường có rất nhiều loại module cảm biến nồng độ cồn từ nhiều nhà sản xuất khác nhau, chúng đến từ Trung Quốc, Đài Loan hay Nhật Bản, nhưng chúng đều có điểm trung là có 1 chân trả về tín hiệu Analog, 1 chân nối Vcc và 1 chân nối GND Ngoài ra, một số module còn trả về tín hiệu Digital, dựa vào mức điện áp chênh lệch giữa 2 chân Vcc và GND

Dưới đây là một số loại có trên thị trường:

Hình 2.2 Một số cảm biến nồng độ cồn trên thị trường (từ trái qua: cảm biến al7m, cảm biến

MQ135, cảm biến MQS2) (nguồn: thegioiic)

Sau khi nghiên cứu kỹ các sản phẩm có trên thị trường, chúng tôi đã chọn cảm biến nồng

độ cồn MQ-3, bởi nó có những đặc điểm phù hợp với yêu cầu:

 Khả năng trả về tín hiệu Digital và Analog

 Hoạt động ổn định và biên độ đọc dữ liệu phù hợp với yêu cầu của đề tài

 Độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh

 Có thể điều chỉnh được độ nhạy cảm của module

 Nhạy cảm với rượu và ethanol

 Có thể điều chỉnh được độ nhạy cảm của module

Thông số kỹ thuật:

 Kích thước: 32 x 22 x 27 mm

 Chip chính: LM393, MQ-3 cảm biến khí

 Điện áp cung cấp: DC 5V

 Có 2 dạng tín hiệu đầu ra dạng Analog và TTL

 Tín hiệu đầu ra TTL có giá trị thấp (đầu ra tín hiệu mức thấp có thể được kết nối trực tiếp với vi điều khiển)

 Đầu ra tương tự 0 ~ 5V, nồng độ cồn càng cao điện áp càng cao

 MQ3 là bộ cảm biến sử dụng SiO2 làm vật liệu cảm ứng nồng độ cồn trong không khí, bộ cảm biến khí sẽ rất nhạy cảm ở những nơi có nồng độ cồn trong không khí cao

Chức năng chân

 DOUT: ngõ ra số

 AOUT: ngõ ra tương tự

 GND: nối đất

Lưu ý: Khi hoạt động, cảm biến sẽ ấm lên vì nó dùng nguồn 5v để cung cấp cho "lò sưởi" để cảm biến có thể đạt 50-60 độ c trong vòng 2-3 phút, lúc này cảm biến mới hoạt động chính xác nhất

Hình 2.3: Cảm biến MQ-3 (nguồn: thegioiic)

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM

Sau khi thi công xong phần cứng, nhóm chúng tôi tiến hành nạp code vào arduino thông qua phần mềm Arduino Sau đây là chương trình code:

CHƯƠNG 4: SẢN PHẨM THỰC TẾ

Hình 4.1: Mạch thực tế máy đo nồng độ cồn (Nguồn: Trần Tấn Tài)

Hình 4.2: Mặt trước và sau của sản phẩm (Nguồn: Trần Tấn Tài)

Nhóm chúng tôi đã thử nghiệm kết quả sản phẩm đối với người trước và sau khi uống các loại thức uống có cồn:

STT Người thực hiện Loại thức

uống

Kết quả thu được Trước khi uống Sau khi uống 5 phút

Kết luận: Sản phẩm thực hiện chức năng đúng yêu cầu, tuy nhiên OLED có khi

không hiển thị (chưa tìm được lý do) Hơn nữa cảm biến MQ-3 rất nhạy với nồng độ cồn trong không khí nên nếu đo trong môi trường đang có cồn thì kết quả chỉ chính xác 96%

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1 KẾT LUẬN

Đề tài “Máy đo nồng độ cồn” mang tính ứng dụng cao trong cuộc sống và dễ dàng thực hiện Đề tài là sự vận dụng kiến thức nhiều lĩnh vực: điện, điện tử, lập trình và sinh học Thông qua đề tài này, nhóm chúng tôi hiểu hơn về lập trình Arduino, nguyên lý hoạt động của các cảm biến và mối liên hệ giữa lý thuyết và thực hành khi thực hiện một sản phẩm

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Trong tương lai, chúng tôi mong muốn sản phẩm có thể liên kết được với điện thoại thông minh để gửi kết quả vào số điện thoại đã đăng ký trước đó Ngoài ra, một số thực phẩm hiện nay như: vải, mít, sầu riêng, nho, rượu trái cây khi đưa vào cơ thể cũng làm tăng nồng độ cồn trong hơi thở, chính vì vậy khi đưa vào máy đo sẽ không phân biệt được Sản phẩm cần phải được cải tiến để có độ chính xác đến từng con số nhỏ nhất để khắc phục được tình trạng nhầm lẫn này

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]: Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung (2016) Lập trình điều khiển với Adruino Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

[2]: Đinh Hồng Thái (3/2016) Hướng dẫn làm máy đo nồng độ cồn (khóa cồn) Lấy từ: URL: http://arduino.vn/bai-viet/720-huong-dan-lam-may-do-nong-do-con-khoa-con