Báo cáo tóm tắt Đề tài Nghiên cứu xây dựng hệ thống đo lường và phân tích tín hiệu cảm biến

0

Bꢀ GIÁO DꢁC VÀ ðÀO TꢂO

ðꢂI HꢃC ðÀ NꢄNG

TÓM TꢅT

ðꢆ TÀI KHOA HꢃC CÔNG NGHꢇ

CꢈP ðꢂI HꢃC ðÀ NꢄNG

Tên ñꢉ tài: NGHIÊN CꢊU XÂY DꢋNG

Hꢇ THꢌNG ðO LƯꢍNG VÀ PHÂN TÍCH

TÍN HIꢇU CꢎM BIꢏN

Mã sꢐ: ð2013ꢑ06ꢑ12ꢑBS

Chꢒ nhiꢓm ñꢉ tài: TS. VÕ NHƯ TIꢏN

ðà Nꢔng – 11/2014

1

Mꢕ ðꢖU

1. Tꢗng quan tình hình nghiên cꢘu thuꢙc lĩnh vꢚc

cꢒa ñꢉ tài

ꢑ Tình hình nghiên cꢘu ꢛ nưꢜc ngoài: Hiꢀn nay ngày

càng nhiꢁu các công ty trên thꢂ giꢃi nhꢄt là Hoa Kỳ, Nhꢅt,

Anh, Pháp, ðꢆc,…nghiên cꢆu sꢇn xuꢄt, chꢂ tꢈo ra nhiꢁu loꢈi

cꢇm biꢂn khác nhau, tuy nhiên viꢀc xây dꢉng hꢀ thꢊng ño

lưꢋng, khꢇo sát, phân tích cꢇm biꢂn phꢌc vꢌ cho công tác giꢇng

dꢈy thì chưa ñưꢍc các ñơn vꢎ quan tâm ñúng mꢆc…Mꢏt sꢊ

hãng chꢂ tꢈo cꢇm biꢂn, ñꢐng thꢋi viꢂt các phꢑn mꢁm kèm theo

và bán trên thꢎ trưꢋng nhưng giá thành khá ñꢒt.

ꢓ Tình hình nghiên cꢘu trong nưꢜc: Các cơ quan, ñơn

vꢎ trong nưꢃc chưa quan tâm ñꢂn lĩnh vꢉc nghiên cꢆu sꢇn xuꢄt

chꢂ tꢈo các loꢈi cꢇm biꢂn, các trưꢋng ñꢈi hꢔc kꢕ thuꢅt, công

nghꢀ trong nưꢃc trong nhꢖng năm gꢑn ñây mꢃi bꢒt ñꢑu ñưa

môn hꢔc cꢇm biꢂn vào chương trình giꢇng dꢈy cho các ngành

cơ ñiꢀn tꢗ, ñiꢀn tꢉ ñꢏng, các khóa ñào tꢈo sau ñꢈi hꢔc,…ðã có

mꢏt vài tác giꢇ viꢂt các giáo trình cꢇm biꢂn, nhưng phꢑn lꢃn

ñꢁu giꢃi thiꢀu thiên vꢁ lý thuyꢂt, các tài liꢀu thiên vꢁ ꢆng dꢌng

thꢉc tꢂ còn rꢄt hiꢂm hoi.

2 Tính cꢝp thiꢞt cꢒa ñꢉ tài

Thꢉc hiꢀn ñꢘi mꢃi giáo dꢌc và ñào tꢈo mà phꢑn trꢔng

tâm là ñꢘi mꢃi phương pháp giꢇng dꢈy, “hꢔc phꢇi ñi ñôi vꢃi

hành”, ñꢊi vꢃi khꢊi các trưꢋng kꢕ thuꢅt, công nghꢀ, viꢀc ñꢑu tư

thêm các thiꢂt bꢎ dꢈy hꢔc, ñꢙc biꢀt các trang thiꢂt bꢎ công nghꢀ

mꢃi là hꢂt sꢆc cꢑn thiꢂt. Viꢀc nghiên cꢆu khꢇo sát, xây dꢉng

2

mꢏt hꢀ thꢊng ño lưꢋng các tín hiꢀu ñưꢍc ño ñꢈc tꢚ cꢇm biꢂn,

nhꢛm giúp cho cán bꢏ ngành ñiꢀn tꢉ ñꢏng, cơ ñiꢀn tꢗ, truyꢁn

ñꢏng, ñiꢁu khiꢜn nꢒm hiꢜu ñưꢍc mꢏt sꢊ loꢈi cꢇm biꢂn, tꢚ ñó

tiꢂp tꢌc phát triꢜn kiꢂn thꢆc liên quan ñꢂn các loꢈi cꢇm biꢂn mà

hiꢀn ñang ñưꢍc ꢆng dꢌng trong hꢑu hꢂt các lĩnh vꢉc như quân

sꢉ, khoa hꢔc công nghꢀ, trong giao thông vꢅn tꢇi, …

3. Mꢟc tiêu cꢒa ñꢉ tài

Các tín hiꢀu ño ñꢈc ñưꢍc tꢚ cꢇm biꢂn thông qua bꢏ

chuyꢜn ñꢘi tín hiꢀu, biꢂn ñꢘi thành tín hiꢀu ñiꢀn thông qua

mꢈch ño lưꢋng và xꢗ lý tín hiꢀu gꢐm vi xꢗ lý 16 bít, truyꢁn tín

hiꢀu ñꢂn bꢏ chuyꢜn ñꢘi truyꢁn thông, rꢐi chuyꢜn tín hiꢀu ñꢂn

máy tính, tín hiꢀu sꢝ ñưꢍc ño ñꢈc, in ra theo biꢜu bꢇng, hoꢙc

dꢈng sóng.

4. ðꢐi tưꢠng và phꢡm vi nghiên cꢘu

ðꢊi tưꢍng nghiên cꢆu là mꢏt sꢊ loꢈi cꢇm biꢂn tiêu biꢜu

như cꢇm biꢂn nhiꢀt, cꢇm biꢂn quang, cꢇm biꢂn tꢚ,… nghiên

cꢆu ñꢜ kꢂt nꢊi cꢇm biꢂn vꢃi máy tính thông qua board mꢈch

Arduino. Tꢚ ñó ño ñꢈc và hiꢜn thꢎ kꢂt quꢇ lên màn hình máy

tính hoꢙc in kꢂt quꢇ.

Phꢈm vi nghiên cꢆu: nghiên cꢆu mꢏt sꢊ loꢈi cꢇm biꢂn

thông dꢌng, tꢚ ñó làm nꢁn tꢇn cho nghiên cꢆu và ꢆng dꢌng

rꢏng hơn.

5. Phương pháp nghiên cꢘu: lý thuyꢂt và thꢉc nghiꢀm

6. Ý nghĩa khoa hꢢc và thꢚc tiꢣn: Các tác giꢇ ñã kꢂt hꢍp sꢗ

dꢌng vi ñiꢁu khiꢜn và máy tính ñꢜ làm bꢏ xꢗ lý và hiꢀn thꢎ

thông tin cꢇm biꢂn, tꢅn dꢌng ưu thꢂ cꢞa vi ñiꢁu khiꢜn ñꢜ lꢅp

trình ño lưꢋng và xꢗ lý tin hiꢀu cꢇm biꢜn, cꢞa nhiꢁu loꢈi cꢇm

3

biꢂn khác nhau, ưu ñiꢜm cꢞa máy tính khi kꢂt hꢍp vꢃi vi ñiꢁu

khiꢜn là hiꢜn thꢎ thông tin mꢏt cách rõ ràng.

7. Nꢙi dung chính:

Trong các hꢀ thꢊng ño lưꢋng, ñiꢁu khiꢜn, các quá trình ñꢁu

thꢜ hiꢀn bꢟi các biꢂn trꢈng thái như nhiꢀt ñꢏ, áp suꢄt, ánh sáng,

tꢊc ñꢏ, vꢎ trí…ðꢜ ñiꢁu khiꢜn các quá trình chúng ta cꢑn thu

thꢅp thông tin ño ñꢈc, theo dõi sꢉ biꢂn thiên cꢞa các biꢂn trꢈng

thái cꢞa quá trình, bꢏ cꢇm biꢂn sꢝ thꢉc hiꢀn chꢆc năng này

trong quá trình ñiꢁu khiꢜn. ðꢁ tài chú ý các nꢏi dung sau:

ꢓ Nghiên cꢆu vꢁ nguyên lý làm viꢀc mꢏt sꢊ loꢈi cꢇm biꢂn.

ꢓ Thiꢂt kꢂ các module cꢇm biꢂn, các mꢈch thu phát, xꢗ lý, hiꢜn

thꢎ tín hiꢀu, sꢗ dꢌng bꢏ vi lý Arduino và lꢅp trình ñiꢁu khiꢜn…,

xây dꢉng hꢀ thꢊng hiꢜn thꢎ tín hiꢀu trên máy tinh.

ꢓ Xây dꢉng hꢀ thꢊng thꢉc nghiꢀm, ño ñꢈc khꢇo sát, lꢄy kꢂt quꢇ

8. Sꢤn phꢥm và kꢞt quꢤ dꢚ kiꢞn:

ꢓ Kꢂt quꢇ dꢉ kiꢂn: 1 tꢅp báo cáo khoa hꢔc

ꢓ Sꢇn phꢠm

+ 01 bài báo khoa hꢔc ñăng trên tꢈp chí trong nưꢃc,

+ 01 Hꢀ thꢊng thꢉc nghiꢀm ño lưꢋng tín hiꢀu tꢚ cꢇm biꢂn.

9. Hiꢓu quꢤ dꢚ kiꢞn: ðꢁ tài gꢒn vꢃi thꢉc tꢂ, mang lꢈi hiꢀu quꢇ

thiꢂt thꢉc trong giꢇng dꢈy môn hꢔc kꢕ thuꢅt cꢇm biꢂn cho hꢔc

viên và các cꢄp thꢄp hơn.

4

CHƯƠNG 1. GIꢦI THIꢇU CHUNG Vꢆ CꢎM BIꢏN VÀ

NGUYÊN LÝ HOꢂT ðꢀNG CꢧA CꢎM BIꢏN

1.1 Các khái niꢓm và ñꢨc trưng cơ bꢤn

1.1.1 Khái niꢓm: Cꢇm biꢂn là thiꢂt bꢎ ñꢜ cꢇm nhꢅn và biꢂn ñꢘi

các ñꢈi lưꢍng vꢅt lý, các ñꢈi lưꢍng cꢑn ño, có hoꢙc không có

tính chꢄt ñiꢀn thành các ñꢈi lưꢍng có tính chꢄt ñiꢀn, có thꢜ ño

lưꢋng, ñiꢁu khiꢜn ñưꢍc, nó chꢆa ñꢉng thông tin cho phép xác

ñꢎnh giá trꢎ ñꢈi lưꢍng cꢑn ño.

1.1.2 Các ñꢨc trưng cơ bꢤn cꢒa cꢤm biꢞn

1.1.2.1 ðưꢩng cong chuꢥn

a) Khái niꢓm: ðưꢋng cong chuꢠn cꢞa cꢇm biꢂn là ñưꢋng cong

biꢜu diꢡn sꢉ phꢌ thuꢏc cꢞa ñáp ꢆng (s) hoꢙc (y)ꢟ ñꢑu ra cꢞa

cꢇm biꢂn vào giá trꢎ cꢞa ñꢈi lưꢍng ño (m) hoꢙc (x) ꢟ ñꢑu vào.

Hình 1. 1 ðưꢋng cong chuꢠn cꢇm biꢂn

b) Chuꢥn cꢤm biꢞn: Chuꢠn cꢇm biꢂn là phép ño nhꢛm mꢌc

ñích xác lꢅp mꢊi quan hꢀ giꢖa giá trꢎ ño ñưꢍc s cꢞa ñꢈi lưꢍng

ñiꢀn ꢟ ñꢑu ra và gía trꢎ m cꢞa ñꢈi lưꢍng ño ꢟ ñꢑu vào có tính

5

ñꢂn các yꢂu tꢊ ꢇnh hưꢟng, trên cơ sꢟ ñó xây dꢉng ñưꢋng cong

chuꢠn dưꢃi dꢈng tưꢋng minh.

1.1.2.2. ðꢙ nhꢡy cꢒa cꢤm biꢞn

ðꢈi lưꢍng S xác ñꢎnh: S =

, ñꢏ nhꢈy cꢞa cꢇm biꢂn.

1.1.2.3 ðꢙ tuyꢞn tính

1.1.2.4 Sai sꢐ và ñꢙ chánh xác

1.1.2.5 ðꢙ nhanh và thꢩi gian hꢪi ñáp

1.1.2.6 Giꢜi hꢡn sꢫ dꢟng cꢒa cꢤm biꢞn

1.2 Nguyên lý chung chꢞ tꢡo cꢤm biꢞn

1.2.1 Nguyên lý chꢞ tꢡo cꢤm biꢞn tích cꢚc

Hiꢀu ꢆng quang ñiꢀn, hiꢀu ꢆng nhiꢀt ñiꢀn, hiꢀu ꢆng hꢢa ñiꢀn,

hiꢀu ꢆng tꢚ, hiꢀu ꢆng Hall…

1.2.2 Nguyên lý chꢞ tꢡo cꢤm biꢞn thꢟ ñꢙng

Cꢇm biꢂn thꢌ ñꢏng thưꢋng ñưꢍc chꢂ tꢈo tꢚ mꢏt trꢟ

kháng có các thông sꢊ chꢞ yꢂu nhꢈy vꢃi ñꢈi lưꢍng cꢑn ño. Giá

trꢎ cꢞa trꢟ kháng phꢌ thuꢏc kích thưꢃc hình hꢔc, tính chꢄt ñiꢀn

cꢞa vꢅt liꢀu chꢂ tꢈo. Vì vꢅy tác ñꢏng cꢞa ñꢈi lưꢍng ño có thꢜ

ꢇnh hưꢟng riêng biꢀt ñꢂn kích thưꢃc hình hꢔc ,tính chꢄt ñiꢀn

hay ñꢐng thꢋi cꢇ hai.

6

CHƯƠNG 2 THIꢏT Kꢏ Hꢇ THꢌNG ðO LƯꢍNG VÀ

PHÂN TÍCH TÍN HIꢇU CÁC LOꢂI CꢎM BIꢏN

2.1 Nguyên lý làm viꢓc cꢒa các bꢙ xꢫ lý tín hiꢓu cꢤm biꢞn

Bꢇn chꢄt cꢇm biꢂn là mꢏt thiꢂt bꢎ dùng ñꢜ cꢇm nhꢅn các

ñꢈi lưꢍng vꢅt lý hoꢙc hoá hꢔc thành các tín hiꢀu ñiꢀn chꢆa ñꢉng

các thông tin cꢑn ño ñꢈc. Do ñó nguyên lý làm viꢀc cꢞa các bꢏ

xꢗ lý và phân tích tín hiꢀu cꢇm biꢂn cũng chính là các bꢏ xꢗ lý

tín hiꢀu ñiꢀn và dꢉa vào tính chꢄt cꢞa tꢚng loꢈi cꢇm biꢂn mà các

bꢏ xꢗ lý này ñưꢍc lꢅp trình ñꢜ phân tích tín hiꢀu tꢚ cꢇm biꢂn

thành thông tin cꢑn thiꢂt cho quá trình hiꢜn thꢎ thông tin hoꢙc ñꢜ

làm tín hiꢀu phꢇn hꢐi cho hꢀ thꢊng.

Hiꢀn nay các bꢏ xꢗ lý và phân tích cꢇm biꢂn thưꢋng

ñưꢍc dꢉa vào 3 cách sau:

Thiꢂt kꢂ và xây dꢉng mꢈch ñiꢀn bán dꢣn,

Sꢗ dꢌng vi ñiꢁu khiꢜn,

Sꢗ dꢌng máy tính vꢃi thiꢂt bꢎ chuyên dùng.

Cách thꢘ nhꢝt là thiꢂt kꢂ mꢈch ñiꢀn bán dꢣn thưꢋng ñưꢍc sꢗ

dꢌng nhꢄt trong dân dꢌng vì chi phí thꢄp và có thꢜ thꢉc hiꢀn

nhiꢀm vꢌ ño lưꢋng và phân tích khá tꢊt, tuy nhiên hꢈn chꢂ là

mꢤi mꢈch ñiꢀn thông thưꢋng chꢥ thích hꢍp ñꢊi vꢃi mꢤi loꢈi

cꢇm biꢂn nhꢄt ñꢎnh và nꢂu thay ñꢘi loꢈi cꢇm biꢂn hoꢙc muꢊn

phân tích thêm thông tin thì phꢇi thiꢂt kꢂ và chꢂ tꢈo mꢏt mꢈch

ñiꢀn khác.

Cách thꢘ 2 là sꢗ dꢌng vi ñiꢁu khiꢜn. Ưu ñiꢜm cꢞa viꢀc sꢗ

dꢌng vi ñiꢁu khiꢜn là giá thành tương ñꢊi thꢄp, có thꢜ lꢅp trình

7

ñꢜ phân tích ñưꢍc nhiꢁu tín hiꢀu tꢚ nhiꢁu cꢇm biꢂn khác nhau,

tuy nhiên sꢗ dꢌng vi ñiꢁu khiꢜn vꢣn còn hꢈn chꢂ là có khꢇ năng

bꢎ nhiꢡu và muꢊn hiꢜn thꢎ thông tin thì phꢇi có thiꢂt bꢎ kèm.

Cách thꢘ 3 là sꢗ dꢌng máy tính vꢃi các thiꢂt bꢎ chuyên dùng

tꢚ các công ty chꢂ tꢈo cꢇm biꢂn. Cách này thưꢋng ñưꢍc sꢗ

dꢌng trong công nghiꢀp vì cho ñꢏ chính xác cao, ít bꢎ nhiꢡu và

tuꢘi thꢔ sꢗ dꢌng cao. Tuy nhiên chi phí cao và cũng chꢥ thích

hꢍp ñꢊi vꢃi mꢏt sꢊ loꢈi cꢇm biꢂn nhꢄt ñꢎnh.

Các tác giꢇ ñã kꢂt hꢍp sꢗ dꢌng vi ñiꢁu khiꢜn và máy

tính ñꢜ làm bꢏ xꢗ lý và hiꢀn thꢎ thông tin cꢇm biꢂn vì có thꢜ tꢅn

dꢌng ưu thꢂ cꢞa vi ñiꢁu khiꢜn ñꢜ lꢅp trình ño lưꢋng và xꢗ lý tin

hiꢀu cꢇm biꢜn, cꢞa rꢄt nhiꢁu loꢈi cꢇm biꢂn khác nhau, và ưu

ñiꢜm cꢞa máy tính khi kꢂt hꢍp vꢃi vi ñiꢁu khiꢜn là hiꢜn thꢎ

thông tin mꢏt cách rõ ràng.

Trong sꢊ các mꢈch vi ñiꢁu khiꢜn hiꢀn nay thì bꢇng

mꢈch Arduino Uno ñưꢍc sꢗ dꢌng phꢘ biꢂn nhꢄt trên thꢂ giꢃi và

ñưꢍc sꢗ dꢌng ꢟ rꢄt nhiꢁu trưꢋng ñꢈi hꢔc ñꢜ ñào tꢈo do ñó các

tác giꢇ ñã lꢉa chꢔn bꢇng mꢈch này kꢂt hꢍp vꢃi lꢅp trình bꢛng

phꢑn mꢁm Matlab trên máy tính ñꢜ làm bꢏ xꢗ lý và phân tích

tín hiꢀu cho kit cꢇm biꢂn này.

2.2 Mô tꢤ vꢉ Kit Arduino Uno

Kit Arduino Uno là mꢏt bꢇng mꢈch vi ñiꢁu khiꢜn tích

hꢍp chip AVR ATmega328. Bꢇng mꢈch có 14 chân, ñóng vai

trò ngõ vào/ra – Digital Input/Output (trong ñó 6 chân có thꢜ

ñưꢍc dùng như các chân ñiꢁu chꢂ ñꢏ rꢏng xungꢓPWM), 6 chân

ñóng vai trò ngõ vào tương tꢉ (Analog Inputs), bꢏ dao ñꢏng

8

dùng thꢈch anh 16Mhz, kꢂt nꢊi USB, kꢂt nꢊi nguꢐn riêng vꢃi

Adapter ACꢓDC, nút nhꢄn RESET và các ñꢑu cꢒm ICSP.

Thông sꢊ chip ATmega328:

ðiꢀn áp hoꢈt ñꢏng : 5V

Chân sꢊ (Digital I/O) : 14 chân trong ñó có 6 chân ra

PWM

Chân tương tꢉ (Analog ): 6

Dòng DC cho ngõ vào/ra: 40mA

Dòng DC cho chân 3.3V: 50mA

Bꢏ nhꢃ Flash: 32KB

SRAM: 2KB, EEPROM: 1KB

Clock Speed: 16Mhz

2.3 Lꢬp trình cho bꢤng mꢡch Arduino

Phꢘ biꢂn nhꢄt hiꢀn nay là sꢗ dꢌng ngôn ngꢖ C ñꢜ lꢅp

trình cho Arduino và phꢑn mꢂm ñꢜ nꢈp chương trình cho vi

ñiꢁu khiꢜn này là Arduino IDE ñưꢍc cung cꢄp miꢡn phí tꢈi ñꢎa

chꢥ website cꢞa Arduino. Ngoài ra bꢇng mꢈch còn có thꢜ ñưꢍc

lꢅp trình bꢛng phꢑn mꢁm processing (link tham khꢇo

processing.org), phꢑn mꢁm này cũng tương tꢉ như như

Arduino IDE nhưng có thêm các thư viꢀn hꢤ trꢍ cho viꢀc lꢅp

trình ñưꢍc nhanh chóng dꢡ dàng hơn.

9

Tꢚ năm 2011, Matlab có hꢤ trꢍ lꢅp trình cho bꢇng mꢈch

Arduino trên Simulink. Do sꢗ dꢌng ngôn ngꢖ lꢅp trình bꢛng ñꢐ

hoꢈ nên viꢀc lꢅp trình ñơn giꢇn, ngoài ra do có phꢑn giꢇ lꢅp mô

phꢢng trên Simulink nên có thꢜ mô phꢢng tín hiꢀu trưꢃc khi cài

ñꢙt lên vi ñiꢁu khiꢜn. Ngoài ra, ngưꢋi lꢅp trình có thꢜ tꢅn dꢌng

các thư viꢀn và hꢤ trꢍ có sꢦn tꢚ Matlab như là PID controller,

Fuzzy controller, GUI, … ñꢜ thꢉc hiꢀn viꢀc ñiꢁu khiꢜn và giao

tiꢂp lꢄy tín hiꢀu tꢚ cꢇm biꢂn hiꢀu quꢇ hơn.

Phꢑn mꢁm lꢅp trình trên Simulink cꢞa Matlab tương ñꢊi

mꢃi và chꢥ có thꢜ ñưꢍc cài ñꢙt tꢚ phiên bꢇn bꢇn Matlab 2010

trꢟ lên, tuy nhiên bꢒt ñꢑu tꢚ phiên bꢇn Matlab 2012 thì công cꢌ

Arduino Toolbox trong Simulink mꢃi ñưꢍc cài ñꢙt trꢉc tiꢂp và

hꢤ trꢍ lꢅp trình cho bꢇng mꢈch Arduino hiꢀu quꢇ nhꢄt . Cách

cài ñꢙt phꢑn mꢁm trên môi trưꢋng Simulink là khác nhau ñꢊi

vꢃi các phiên bꢇn Matlab khác nhau. Trong ñꢁ tài này các tác

giꢇ sꢗ dꢌng phiên bꢇn Matlab 2012b và cài ñꢙt trꢉc tiꢂp

Arduino Toolbox tꢚ Matlab.

2.3.1 Hưꢜng dꢭn cài ñꢨt trên phiên bꢤn Matlab 2012b (hoꢨc

cao hơn)

Bưꢃc 1: Cài ñꢙt Matlab 2012b

Bưꢃc 2: Mꢟ ꢆng dꢌng Matlab

Bưꢃc 3: Gõ lꢀnh “targetinstaller” trong Matlab ꢓ > sau khi nhꢄn

enter thì màn hình hưꢃng dꢣn cài ñꢙt hiꢀn lên ꢓ> chꢔn internet

và nhꢄn Next

Bưꢃc 4: Chꢔn Arduino

10

Bưꢃc 5: Login vào tài khoꢇn Matlab ñꢜ cài ñꢙt (phꢑn mꢁm hꢤ

trꢍ này miꢡn phí nên chꢥ cꢑn ñăng ký tài khoꢇn miꢂn phí cꢞa

Matlab là ñưꢍc) ꢓ> bꢒt buꢏc phꢇi có kꢂt nꢊi internet ñꢜ tꢇi phꢑn

mꢁm trꢉc tiꢂp cho viꢀc cài ñꢙt

Bươc 6: Sau khi cài ñꢙt hoàn tꢄt thì sꢝ nhꢅn ñưꢍc thông báo cài

ñꢙt thành công, cꢑn phꢇi khꢟi ñꢏng lꢈi máy tính ñꢜ sꢗ dꢌng

ñưꢍc phꢑn mꢁm công cꢌ hꢤ trꢍ này

2.3.2 Giꢜi thiꢓu cơ bꢤn vꢉ Arduino Toobox

Sau khi cài ñꢙt và khꢟi ñꢏng lꢈi PC, mꢟ phꢑn mꢁm

Matlab và bꢅt Simulink lên (gõ lꢀnh “simulink” hoꢙc click vào

biꢜu tưꢍng Simulink). Chꢔn “Simulink Support Package for

Arduino” sꢝ thꢄy các khꢊi nhꢅp và xuꢄt tín hiꢀu tꢚ Simulink.

Phꢑn hưꢃng dꢣn lꢅp trình xꢗ lý tín hiꢀu và hiꢜn thꢎ thông tin sꢝ

ñưꢍc trình bày ꢟ phꢑn sau vꢃi tꢚng loꢈi cꢇm biꢂn cꢌ thꢜ.

Hiꢀn nay viꢀc lꢅp trình cho vi ñiꢁu khiꢜn thông thưꢋng

bꢛng ngôn ngꢖ Assembly hay tꢊt hơn là C, C++ do vꢅy ñòi hꢢi

ngưꢋi lꢅp trình ngoài kiꢂn thꢆc vꢁ vi ñiꢁu khiꢜn còn cꢑn phꢇi

có kiꢂn thꢆc tương ñꢊi vꢁ ngôn ngꢖ lꢅp trình. Tuy nhiên ñꢂn

năm 2012 thì Matlab ñã bưꢃc ñꢑu xây dꢉng thư viꢀn lꢅp trình

cho vi ñiꢁu khiꢜn ATM tích hꢍp vꢃi mꢈch cꢞa Arduino trên

nꢁn Simulink [2],[5].

11

Các khꢊi lꢅp trình cho vi ñiꢁu khiꢜn Arduino

Viꢀc lꢅp trình vi ñiꢁu khiꢜn bꢛng ñꢐ hꢔa là nꢁn tꢇng ñꢑu tiên

giúp cho viꢀc lꢅp trình cho vi ñiꢁu khiꢜn trꢟ nên thuꢅn tiꢀn,

tránh ñưꢍc sai sót và dꢡ dàng trong viꢀc lꢅp trình cho vi ñiꢁu

khiꢜn. Các khꢊi hàm cꢞa simulink dùng trong viꢀc lꢅp trình vi

ñiꢁu khiꢜn này tương ñꢊi ñơn giꢇn, thuꢅn tiꢀn cho các ꢆng

dꢌng, tuy nhiên ngưꢋi lꢅp trình có thꢜ viꢂt thêm các khꢊi hàm

riêng ñꢜ lꢅp trình cho vi ñiꢁu khiꢜn vꢃi mꢆc ñꢏ phꢆc tꢈp hơn.

Ngoài ra ñꢊi vꢃi bꢇng mꢈch Arduino, ñã có thư viꢀn giao tiꢂp

thꢋi gian thꢉc trꢉc tiꢂp giꢖa vi ñiꢁu khiꢜn và máy tính, do ñó

rꢄt khꢇ thi cho viꢀc khꢇo sát ñáp ꢆng cꢞa các cꢇm biꢂn và cơ

cꢄu chꢄp hành bꢛng viꢀc hiꢜn thꢎ thông tin tín hiꢀu trên màn

hình máy tính

12

CHƯƠNG 3 XÂY DꢋNG Hꢇ THꢌNG THꢋC NGHIꢇM

3.1 Sơ ñꢪ hꢓ thꢐng thꢚc nghiꢓm

Cảm biến

Tín hiệu giao

Mạch đo lường

tiếp với máy tính

và xử lý tín

hiệu. Sử dụng vi

xử lý Arduino

Mega

Mạch khuếch

đại tín hiệu vào

của cam biến

(trong trường

hợp cần thiết)

Cổng USB

PC

Cảm biến

Hình 3.1 Cꢄu trúc hꢀ thꢊng thꢉc nghiꢀm

Vi điều khiển

Cảm biến

•

Máy tính

Hiển thị tín hiệu

Xuất tín hiệu

điều khiển

Hình 3.2 Sơ ñꢐ thꢉc nghiꢀm

13

3.2 Thꢚc hành thí nghiꢓm

3.2.1 Cꢤm biꢞn nhiꢓt ñꢙ

Cꢇm biꢂn nhiꢀt ñꢏ là cꢇm biꢜn thông dꢌng trong ñꢋi sꢊng

cũng như trong công nghiꢀp. Hꢔ cꢇm biꢂn DS18B20 là mꢏt

trong nhꢖng loꢈi cꢇm biꢂn nhiꢀt ñꢏ ñưꢍc sꢗ dꢌng nhiꢁu trong

công nghiꢀp cũng như dân dꢌng.

+ Phꢈm vi ñiꢀn áp làm viꢀc 3,0 V ñꢂn 5,5 V

+ Nhiꢀt ñꢏ ño ꢓ55 ° C ñꢂn 125° C tương ñương 67 ° F ñꢂn 257

° F, ñꢏ chính xác ± 0,5 ° C.

+ Cꢇm biꢂn nhiꢀt ñꢏ là chuyꢜn ñꢘi thông tin nhiꢀt ñꢏ thành

ñꢎnh dꢈng 9 ñꢂn 12ꢓbit Digital Word tương ꢆng vꢃi ñꢏ phân

giꢇi lꢑn lưꢍt là 0.5° C,0.25° C,0.125° C,0.0625° C . Vꢃi tꢊc ñꢏ

ño tꢊi ña là 750 mili giây cho mꢤi lꢑn ño nhiꢀt ñꢏ. Chi tiꢂt

chuyꢜn ñꢘi cꢑn tham khꢇo thêm ꢟ file data ñính kèm.

+ Cꢇm biꢂn DS18B20 bao gꢐm 3 chân là chân nguꢐn, chân nꢊi

ñꢄt và chân ñꢔc dꢖ liꢀu (ꢓ là chân nꢊi ñꢄt, ꢟ giꢖa là chân Vcc, S

là chân nꢊi vꢃi tín hiꢀu ño I (signal))

+ Tuyꢀt ñꢊi không nhꢑm lꢣn hoꢙc gꢒn nhꢑm 2 chân nguꢐn và

nꢊi ñꢄt vì nó sꢝ làm hꢢng cꢇm biꢂn DS18B20.

Thiꢂt bꢎ thí nghiꢀm

• Máy tính có cài phꢑn mꢁm Arduino

• Bꢏ ðiꢁu khiꢜn Arduino , Mô ñun cꢇm biꢂn DS18B20

14

Hình 3.3 Sơ ñꢐ nꢊi dây cꢇm biꢂn nhiꢀt

Bꢇng 3.1 Nhiꢀt ñꢏ ño ñưꢍc cꢞa cꢇm biꢂn nhiꢀt

15

3.2.6 Cꢤm biꢞn nhiꢓt ñꢙ và ñꢙ ꢥm

Hình 3.4 Cꢇm biꢂn nhiꢀt ñꢏ và ñꢏ ꢠm DHT11

Cꢇm biꢂn nhiꢀt ñꢏ và ñꢏ ꢠm DHT11 có 3 cꢘng nꢊi,

trong ñó gꢐm cꢘng nꢊi ñꢄt, cꢘng giꢖa là nguꢐn cung cꢄp Vcc

và cꢘng nꢊi lꢄy tín hiꢀu. Cꢇm biꢂn DHT11 tương ñꢊi chính xác

và làm viꢀc rꢄt nhꢈy nên ñưꢍc dùng rꢄt phꢘ biꢂn hiꢀn nay. Cꢇm

biꢂn này bao gꢐm mꢏt module ño ñꢏ ꢠm kiꢜu ñiꢀn trꢟ và phꢑn

ño nhiꢀt ñꢏ theo kiꢜu NTC (negative temperature coefficient)

cung cꢄp chꢄt lưꢍng cao, ñáp ꢆng nhanh, chꢊng nhiꢡu tꢊt và

rꢄt hiꢀu quꢇ vꢁ chi phí sꢗ dꢌng.

Bꢇng 3.2: Giá trꢎ cꢞa cꢇm biꢂn DHT11

ðiꢀn áp sꢗ dꢌng tꢚ 3ꢓ5V ngoài ra có thꢜ sꢗ dꢌng thêm tꢌ

100nF ñꢜ lꢔc tín hiꢀu.

Giao tiꢂp giꢖa cꢇm biꢂn và bꢏ xꢗ lý khoꢇng 4ms cho

mꢏt giao tiꢂp. Tín hiꢀu sꢝ bao gꢐm phꢑn nguyên và phꢑn thꢅp

phân; mꢏt giao tiꢂp hoàn chꢥnh sꢝ có 40 bit (5 byte). Trong ñó

theo thꢆ tꢉ tꢚng byte 0,1,2,3,4 lꢑn lưꢍt là phꢑn nguyên ñꢏ ꢠm

16

(8bit), phꢑn thꢅp phân ñꢏ ꢠm (8bit), phꢑn nguyên nhiꢀt ñꢏ

(8bit), phꢑn thꢅp phân nhiꢀt ñꢏ (8bit), và phꢑn kiꢜm tra (8bit).

Cꢇm biꢂn cꢑn có tín hiꢀu kích hoꢈt ñꢜ có thꢜ truyꢁn nhꢅn dꢖ

liꢀu, chi tiꢂt phꢑn này có thꢜ xem thêm ꢟ file data cꢞa cꢇm biꢂn

ñính kèm theo

3.2.3 Cꢤm biꢞn tꢮ trưꢩng Reed

Cꢇm biꢂn tꢚ trưꢋng reed sꢗ dꢌng 2 lá thép ñꢙt rꢄt gꢑn nhau và

khi có tꢚ trưꢋng tác ñꢏng lên thì 2 lá thép này chꢈm nhau ñóng

mꢈch ñiꢀn và xuꢄt tín hiꢀu ꢟ ñꢑu ra cꢞa cꢇm biꢂn.

Chương trình dùng ñꢜ ño tín hiꢀu cꢞa cꢇm biꢂn và xuꢄt lên màn

hình máy tính ñưꢍc viꢂt tích hꢍp trong simulink vꢃi tín hiꢀu ño

lưꢋng thꢋi gian thꢉc. Xem ꢟ file ñính kèm (file lꢅp trình giao

tiꢂp vꢃi máy tính và file matlab simulink).

Hình 3.5 Kꢂt quꢇ tín hiꢀu cꢇm biꢂn tꢚ trên máy tính trong môi

trưꢋng Simulink

17

3.2.4 Cꢤm biꢞn phát hiꢓn vꢬt cꢤn

Cꢇm biꢂn phát hiꢀn vꢅt cꢇn gꢐm mꢏt mꢒt phát và mꢏt

mꢒt thu hꢐng ngoꢈi dùng ñꢜ phát hiꢀn vꢅt cꢇn ꢟ phía trưꢃc cꢇm

biꢂn. Trên cꢇm biꢂn có nút ñiꢁu chꢥnh (biꢂn trꢟ) ñꢜ ñiꢁu chꢥnh

khoꢇng cách phát hiꢀn vꢅt cꢇn . Trên module cꢇm biꢂn cũng

tích hꢍp sꢦn ñèn LED báo khi có vꢅt cꢇn nꢛm trong vùng ñiꢁu

chꢥnh.

Chương trình dùng ñꢜ ño tín hiꢀu cꢞa cꢇm biꢂn và xuꢄt

lên màn hình máy tính ñưꢍc viꢂt tích hꢍp vào trong simulink

vꢃi tín hiꢀu ño lưꢋng thꢋi gian thꢉc.

.

Hình 3.6 Tín hiꢀu trên máy tính trong môi trưꢋng Simulink

3.2.5 Cꢤm biꢞn lꢫa

Cꢇm biꢂn lꢗa dùng ñꢜ phát hiꢀn lꢗa dꢉa vào bưꢃc sóng

nhꢅn ñưꢍc cꢞa cꢇm biꢂn tꢚ 760nm ñꢂn dưꢃi 1100nm. Module

18

cꢇm biꢂn lꢗa có 2 ngõ xuꢄt tín hiꢀu ra theo analog và digital ñꢜ

ngưꢋi sꢗ dꢌng có thꢜ tùy chꢥnh lꢉa chꢔn làm viꢀc.

Chương trình dùng ñꢜ ño tín hiꢀu cꢞa cꢇm biꢂn lꢗa và

xuꢄt lên màn hình máy tính ñưꢍc viꢂt tích hꢍp vào trong

simulink vꢃi tín hiꢀu ño lưꢋng thꢋi gian thꢉc. Trong ñó tín hiꢀu

vào cꢞa cꢇm biꢂn sꢝ qua vi ñiꢁu khiꢜn ñꢂn máy tính, máy tính

xꢗ lý rꢐi xuꢄt tín hiꢀu vào vi ñiꢁu khiꢜn ñꢜ thꢒp sang module

LED.

Hình 3.7 Tín hiꢀu cꢇm biꢂn lꢗa trong môi trưꢋng Simulink

3.2.6 Cꢤm biꢞn màu

IC TCS3200 trên cꢇm biꢂn màu cꢞa bꢏ thí nghiꢀm dùng

ñꢜ phát hiꢀn màu sꢒc, dꢉa vào chuyꢜn ñꢘi tꢑn sꢊ kꢂt hꢍp diode

tách sóng quang silicon tích hꢍp trên môdun. ðꢑu ra là mꢏt làn

sóng vuông (50 % chu kỳ) vꢃi tꢑn sꢊ tꢥ lꢀ trꢉc tiꢂp vꢃi cưꢋng

ñꢏ sáng (bꢆc xꢈ). Tꢑn sꢊ ñꢑu ra ñꢑy ñꢞ quy mô có thꢜ ñưꢍc tꢥ

lꢀ hóa lꢈi bꢟi mꢏt trong ba giá trꢎ ñꢙt trưꢃc thông qua hai chân

19

ñꢑu vào S0 và S1 (bꢇng 2).Trong TCS3200, bꢏ chuyꢜn ñꢘi ánh

sáng ꢓ tꢑn sꢊ gꢘm mꢏt ma trꢅn 8 x 8 ñiꢊt tách sóng quang trong

ñó 16 ñiꢊt tách sóng quang có bꢏ lꢔc màu xanh dương, 16 ñiꢊt

có bꢏ lꢔc màu xanh lá cây, 16 ñiꢊt có bꢏ lꢔc màu ñꢢ, và 16 ñiꢊt

không lꢔc (tꢄt cꢇ ánh sáng ñꢁu ñi qua). Các chꢂ ñꢏ lꢔc cꢞa các

ñiꢊt tách sóng quang này ñưꢍc tùy chꢥnh qua giá trꢎ cꢞa hai

chân ñꢑu vào S2 và S3 (Bꢇng 3.2).

Bꢇng 3.2. Các giá trꢎ S0,S1,S2,S3 và chꢂ ñꢏ lꢔc và xuꢄt tín hiꢀu

Khi lꢅp trình ñꢜ lꢉa chꢔn màu sꢒc thì kꢂt hꢍp cꢇ 4 chꢂ

ñꢏ lꢔc và tꢚ ñó có thꢜ cho ñưꢍc kꢂt quꢇ chinh xác hơn rꢄt nhiꢁu

so vꢃi các loꢈi cꢇm biꢂn màu chꢥ sꢗ dꢌng photo ñiꢊt hoꢙc

không sꢗ dꢌng chꢂ ñꢏ lꢔc. Do ñó, cꢇm biꢂn này có thꢜ ño ñꢈc

ñưꢍc màu sꢒc cꢞa nhiꢁu màu khác nhau (trong thí nghiꢀm chꢥ

làm viꢀc vꢃi 6 màu là ñen, trꢒng, vàng, ñꢢ, xanh lá và xanh

dương).