Bài báo trình bày một thiết kế phát triển thiết bị cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm, khí độc trong ô tô dựa trên kit uno R3, nhằm giám sát khí độc, nhiệt độ, độ ẩm bất thường trong ô tô khi có người trên ô tô hoặc người mở cửa vào ô tô. Thiết bị phần cứng cảnh báo bằng còi - đèn, đồng thời truyền dữ liệu qua SIM800L, wifi ESP8266 đến email, tin nhắn SMS và ứng dụng Apps smartphone của người dùng, cũng được phát triển trên Blynk, để xử lý kịp thời sự cố về khí độc trong ô tô, kết hợp module GPS NEO 6M định vị vị trí xe trong trường hợp cần thiết.
Trang 1NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ CẢNH BÁO KHÍ ĐỘC,
NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM TRONG Ô TÔ
Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Lớp:
PGS.TS Trịnh Lương Miên Bùi Hữu Phước
Trần Văn Vương Nguyễn Hồng Sơn Bùi Văn Nguyên KTĐK&TĐH 1 K60
Tóm tắt: Bài báo trình bày một thiết kế phát triển thiết bị cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm,
khí độc trong ô tô dựa trên kit uno R3, nhằm giám sát khí độc, nhiệt độ, độ ẩm bất thường trong ô tô khi có người trên ô tô hoặc người mở cửa vào ô tô Thiết bị phần cứng cảnh báo bằng còi - đèn, đồng thời truyền dữ liệu qua SIM800L, wifi ESP8266 đến email, tin nhắn SMS và ứng dụng Apps smartphone của người dùng, cũng được phát triển trên Blynk, để
xử lý kịp thời sự cố về khí độc trong ô tô, kết hợp module GPS NEO 6M định vị vị trí xe trong trường hợp cần thiết Kết quả thử nghiệm với mô hình thiết bị và phần mềm Apps cho thấy hệ thống hoạt động tin cậy ổn định, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đặt ra
Từ khóa: ôtô, khí độc, nhiệt độ, độ ẩm, arduino, wifi Esp8266, sim800L
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Phương tiện ô tô đời cũ, như xe tải, xe khách … thường chưa được trang bị đầy đủ thiết bị giám sát, cảnh báo từ xa lượng khí độc, nhiệt độ độ ẩm không khí trong ô tô, đặc biệt hữu ích khi xe để dưới trời nắng gắt, hoặc vô tình bỏ quên người trong ô tô … Thông thường khi đậu ô tô hoặc di chuyển ô tô ngoài trời nắng gắt thì mặt trời chiếu trực tiếp vào
ô tô làm cho nhiệt độ trong ô tô ngày càng cao lên và khí CO ra tăng một cách rõ rệt! Để tránh bị sốc nhiệt, khí độc … khi bước vào ô tô hoặc để biết được tình trạng không khí trong ô tô khi đang di chuyển, hoặc do vô tình có người bị bỏ lại trong ô tô mà chất lượng khí trong ô tô lại quá tệ rất cần đến hệ thống thiết bị cảnh báo khí độc nhiệt độ không khí trong ô tô Việc dùng phương pháp thủ công xác định nhiệt độ, độ ẩm, khí độc trên ô tô ngày nay thực sự không tiện lợi và tốn thời gian Hơn nữa tại Việt Nam, rất nhiều xe ô tô
Trang 2đời cũ chưa được trang bị đầy đủ thiết bị cảnh báo khí độc, nhiệt độ-độ ẩm, cũng như rất ít thiết bị này kết nối đến điện thoại người dùng Do đó nghiên cứu phát triển hệ thống phần mềm và thiết bị cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm và khí độc CO trong ô tô, cho phép gửi dữ liệu
và cảnh báo đến Apps trên smarphone người dùng là rất cần thiết và có ý nghĩa thiết thực nhằm giảm thiểu các sự cố về nhiệt độ, độ ẩm, khí độc CO trong ô tô vượt ngưỡng cho phép dẫn đến chóng mắt, buồn nôn và gây hậu quả không lường cho người tham gia giao thông
2 NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, KHÍ ĐỘC TRONG Ô TÔ
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết, phân tích tổng hợp các thiết bị, hệ thống cảnh báo khí độc hiện có, ứng dụng công nghệ tiến tiến IoT, nhóm nghiên cứu đã đề xuất mô hình hệ thống thiết bị phần cứng và phần mềm, từ đó xây dựng mô hình hệ thống cảnh báo khí độc, nhiệt độ, độ ẩm trong ô tô và tiến hành thử nghiệm hệ thống trong phòng thí nghiệm Giải pháp mô hình hệ thống bao gồm các vật tư, linh kiện chính đó là: vi xử lý arduino uno R3, module wifi Esp8266, module Sim800L, module GPS NEO 6M, cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11, cảm biến khí độc MQ2, màn hình LCD, IC nguồn LM2596 Sơ đồ khối hệ thống cảnh báo khí độc, nhiệt độ, độ ẩm trong ô tô được trình bày như hình 1
Hình 1 Sơ đồ khối thiết bị cảnh báo khí độc, nhiệt độ, độ ẩm trong ô tô
Hệ thống bao gồm các khối chức năng sau:
- Khối nguồn điện LM2596: Cung cấp điện năng phù hợp cho các khối khác trong hệ thống
- Khối đo nhiệt độ và độ ẩm DHT11: Đo nhiệt độ, độ ẩm và truyền tín hiệu về khối
xử lí trung tâm
Trang 3- Khối cảm biến khí độc MQ2: Đo lượng khí trong ô tô và truyền tín hiệu về khối xử
lí trung tâm
- Khối hiển thị LCD: hiểu thị cảnh báo và hiển thị số liệu nhiệt độ, độ ẩm, lượng khí độc trong ô tô
- Khối truyền thông Sim800L, Esp8266: giao tiếp với khối xử lý trung tâm gửi dữ liệu, tín hiệu cảnh bảo đến người dùng qua Email, tin nhắn SMS, ứng dụng Apps smartphone của người dụng
- Khối định vị GPS GY NEO 6M: xác định vị trí của ô tô và truyền tín hiệu về khối
xử lý trung tâm để báo vị trí ô tô cho người dùng (cứu hộ, hỗ trợ, )
- Khối xử lý trung tâm UNO R3: nhận tín hiệu từ các cảm biến, tính toán xử lý dữ liệu,
so sánh giá trị thực của nhiệt độ, độ ẩm, lượng khí độc trong ô tô rồi đưa ra tín hiệu cảnh bảo còi-đèn, đồng thời truyền tín hiệu cảnh báo đến người dung qua khối truyền thông
Sơ đồ khối kết nối bộ điều khiển phần cứng với phần mềm Apps giám sát như hình dưới:
Hình 2 Sơ đồ kết nối thiết bị phần cứng với phần mềm Apps
Dựa vào mạch lý và các vật tư linh kiện được sử dụng, nhóm chúng em đưa ra mạch
in 3D thiết bị phần cứng của hệ thống như hình 3
Hình 3 Sơ đồ mạch in 3D phần cứng của hệ thống
Trang 4Để giám sát online và cảnh báo khí độc, nhiệt độ, độ ẩm trên smartphone, nhóm nghiên cứu đã xây dựng phần mềm ứng dụng Apps trên smartphone dựa trên Blynk, cho phép hỗ trợ cả hai nền tảng điện thoại di động smartphone Android và iOS
Giao diện Apps trên smartphone cho phép cập nhật online thời gian thực các giá trị nhiệt độ, độ ẩm, lượng khí độc trong ô tô với đa dạng hình thức hiển thị: giá trị tức thời, giá trị bảng, giá trị biểu đồ; đồng thời định vị vị trí ô tô hiển thị lên bản đồ tích hợp trên Apps Ngoài ra, tính năng cảnh báo chất lượng khí bất thường trong ô tô được dễ dàng hiển thị bằng hiệu ứng hình ảnh/âm thanh trên Apps smartphone
Hình 4 Giao diện Apps smartphone của hệ thống
3 THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM
Tiến hành thử nghiệm mô hình hệ thống, ta thu được kết quả hoạt động đo nhiệt độ,
độ ẩm và chất lượng khí trong xe ô tô như mô tả trong các hình dưới đây
Khi thử nghiệm khí độc, nhiệt độ vượt quá ngưỡng đặt, hệ thống cảnh báo tin nhắn SMS, Apps điện thoại như hình dưới
Trang 5Hình 5 Cảnh báo và hiển thị dữ liệu bằng SMS, trên Apps và trên thiết bị của hệ thống
Một số kết quả thử nghiệm với tính năng hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng khí trong ô tô trên màn hình LCD, trên Apps và bằng tin nhắn SMS trên smartphone như hình dưới
Hình 6 Cảnh bảo hiển thị dữ liệu trên Apps, SMS và định vị vị trí ô tô trên Apps
4 KẾT LUẬN
Trong bài báo này, một giải pháp phát triển hệ thống thiết bị phần cứng và phần mềm cảnh báo khí độc, nhiệt độ, độ ẩm trong ô tô đã được nghiên cứu Thiết bị phần cứng của
hệ thống được phát triển dựa trên kit uno R3, module Sim800L; module wifi Esp8266, module GPS NEO 6M, cảm biến nhiệt độ độ ẩm DTH11, cảm biến chất lượng khí MQ2 Phần mềm ứng dụng Apps cảnh báo, hiển thị dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng khí trong
ô tô được phát triển trên Blynk, hỗ trợ cả hai nền tảng điện thoại Android và iOS Các kết quả thử nghiệm trên phần cứng và phần mềm mô hình hệ thống cho thấy chúng hoạt động hiệu quả, ổn định và đạt yêu cầu Các kết quả thử nghiệm này tạo nền tảng để chúng em
Trang 6tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện sản phẩm phần cứng trong ô tô và có khả năng kết nối với màn hình ô tô
Tài liệu tham khảo
[1] Thiết bị cảnh báo khí độc RN400-T2GS, radionode.vn
[2] Giải pháp cảnh báo khí CO, NO2, vietnguyen.com.vn
[3] Thiết bị cảnh báo ô nhiễm không khí nhỏ như bao diêm, vnexpress.net
[4] Thiết bị cảnh báo nhiệt trên ô-tô, nhandan.vn
[5] Thiết bị phát hiện khói hoặc cảm biến, bsigroup.com
[6] Đèn cảnh báo nhiệt độ động cơ, garatructuyen.com
[7] Đèn cảnh báo nhiệt độ động cơ, katavina.com
[8] Engine Temperature Warning Light, rivesmartwarranty.com
[9] Lê Hùng Lân, Lý thuyết điều khiển tự động tập 1, NXB ĐHGTVT, 2002
[10] Nguyễn Văn Tiềm, Kỹ thuật đo lường điều khiển, NXB ĐHGTVT, 2015
[11] Trịnh Lương Miên, Điều khiển quá trình, ĐH GTVT, 2018
[12] Sources for downloading HC-SR04 pdf datasheet
[13] InvenSense Inc, MPU-6000 and MPU-6050 Product Specification Revision 3.3 [14] SIM800H&SIM800L_Hardware Design_V2.02, SIMCom Wireless Ltd 2015 [15] Open source IMU and AHRS algorithms: https://x-io.co.uk
[16] MPU6050 Madgwick filter using STM32F103C8T6, youtube.com