Cách làm máy đo nồng độ cồn

LỜI NÓI ĐẦU1. Tính cấp thiết của đề tàiTheo thống kê của tổ chức y tể thế giới WHO thì bia rựơu là nguyên nhângây tai nạn hàng đầu cho người tham gia giao thông, đặc biệt ở Việt Nam luôn làquốc gia tiêu thụ lượng bia rượu đứng hàng đầu thế giới. Nên việc tuyên truyềnvận động người dân không tham gia giao thông khi đã sử dụng rượu bia là ưutiên hàng đầu. Ngoài ra việc trang bị cho các chiến sỹ cảnh sát giao thông nhữngchiếc máy đo nồng độ cồn là hết sức cần thiết. Khi đã có những chiếc máy đonồng độ cồn này các chiến sỹ giao thông có thể kịp thời phát hiện, nhắc nhở, xửphạt những người tham gia giao thông mà có nồng độ cồn vượt mức quy địnhnhằm góp phần giảm thiểu số vụ tai nạn có thể xảy ra.Vì vậy việc đề xuất một thiết bị đo, giám sát và cảnh báo nồng độ cồn kếthợp với truyền thông tin người vi phạm và nồng độ cồn lên server là cần thiết.Tuy nhiên hiện nay các thiết bị đo này trên thị trường là thiết bị ngoại nhập, giáthành cao, do đó việc nghiên cứu thiết kế ra thiết bị này là có nhu cầu thực tế.2. Mục đích nghiên cứu của đề tàiNghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị đo nồng độ cồn với các đặc tính cơbản sau:- Thiết bị đo có thể đo và hiển thị kết quả đo trực quan ngay tại thiết bị- Thiết bị có thể truyền kết quả đo và thông tin người vi phạm lên sever- Giao diện người dùng đơn giản, dễ sử dụng3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứua] Đối tƣợng nghiên cứuNghiên cứu phần giám sát nồng độ cồn.b] Phạm vi nghiên cứuNghiên cứu cảm biến Mq3 và ứng dụng vi điều khiển chế tạo thiết bị đo.4. Phƣơng pháp nghiên cứuNghiên cứu tìm hiểu về đặc tính, ứng dụng của cảm biến Mq3. Từ đó viếtphần mềm giám sát kết quả đo.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễna] Ý nghĩa khoa học của đề tàiThiết kế phần hiển thị kết quả đo lên máy tính.b] Ý nghĩa thực tiễn của đề tàiThiết bị có thể được ứng dụng để đo nồng độ cồn trong giao thông vàtruyền kết quả đo lên PC.CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO NỒNG ĐỘ CỒN1.1. Tổng quan về các loại cảm biến khí đo nồng độ cồn1.1.1. Tổng quan về phƣơng pháp đo khíNgày nay, các cảm biến khí được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều cáclĩnh vực khác nhau như: kiểm soát môi trường sống và môi trường công nghiệpnhằm đảm bảo sức khỏe và an toàn lao động; điều khiển tỷl ệ không khí - nhiênliệu trong các động cơ đốt trong nhằm nâng cao hiệu suất của phản ứng cháy vàtiết kiệm nhiên liệu; điều khiển môi trường trên máy bay, tàu vũ trụ; phát hiệnhàng cấm tại các cửa khẩu và sân bay. Do đó, đòi hỏi các cảm biến phải có độnhạy cao, chọn lọc tốt và hoạt động ổn định.Thành phần hỗn hợp khí cũng có thể được đo một cách chính xác bằngcác thiết bị phân tích như sắc ký khí, khối phổ, phổ hồng ngoại, biến đổi Fourierhoặc bằng cách phối hợp các thiết bị này. Các thiết bị này thường rất đắt tiền,khó vận hành, cồng kềnh và không thể vận hành ngoài môi trường. Trong cáctrường hợp như vậy, cảm biến khí hoặc thiết bị đo dựa trên cảm biến khí là sựlựa chọn phù hợp.Nhiều dạng cảm biến đã được phát triển để phát hiện các chất hóa họctrong pha khí. Chúng bao gồm thiết bị quang dựa trên hiện tượng thay đổi màusắc hoặc phát huỳnh quang, thiết bị sóng âm bề mặt, các thiết bị điện hóa, hóađiện trở/bán dẫn, diod kim loại - điện môi - bán dẫn, tranzito hiệu ứng trường vàmột số dạng khác. Tuy nhiên, các cảm biến kiểu điện trở đặc biệt hấp dẫn do đadạng về vật liệu nhạy khí và các phương pháp chế tạo, giá thành rẻ, phạm vi ứngdụng rộng và đem lại nhiều tiềm năng ứng dụng trong việc chế tạo cảm biến đahệ.Cảm biến khí cho phép xác định thông tin về môi trường khí, dựa trên lớpnhạy khí và phần chuyển tín hiệu điện. Việc phát hiện khí được dựa trên sự thayđổi môi trường khí dẫn đến thay đổi các tính chất lớp nhạy khí và được chuyểnthành tín hiệu điện. Lớp nhạy khí được tối ưu hóa bằng việc lựa chọn vật liệu,phần chuyển tín hiệu điện được tối ưu hóa bằng việc lựa chọn công nghệ thíchhợp. Trong số các cảm biến khí, các cảm biến dựa trên các vật liệu bán dẫn oxitkim loại rất quan trọng do sự đa dạng vềvật liệu nhạy khí và phương pháp chếtạo. Do vậy, các giải pháp thường được các nhà nghiên cứu lựa chọn là tìm quytrình chế tạo vật liệu ổn định, giảm kích thước hạt xuống cỡ nano mét nhằm làmtăng độ nhạy khí; lựa chọn vật liệu thích hợp cho độ chọn lọc cao với từng loạikhí. Các vật liệu nhạy khí được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi là SnO 2, TiO2,In2O3, WO3Để tăng độ chọn lọc của cảm biến dựa trên các vật liệu này, các nhànghiên cứu đã pha tạp vật liệu này với các kim loại có hoạt tính xúc tác cao nhưPt, Pd, Au hay trộn lẫn với các oxit kim loại khác.1.1.2. Một số phƣơng pháp đo nồng độ cồn1. Phương pháp đo dùng cảm biến bán dẫna. Nguyên lý chung“Dựa trên sự thay đổi độ dẫn điện của màng mỏng bán dẫn khi hấp thụ chấtkhí trên bề mặt ở nhiệt độ từ 150 oC đến 500oC. Loại cảm biến này chủ yếu sửdụng đo khí độc, rất ít sử dụng ứng dụng đo khí cháy hydrocarbon. Chất lượngcủa cảm biến loại này phụ thuộc rất nhiều vào các nhà sản xuất.”“Cảm biến loại này có tính lựa chọn thấp, độ nhạy và thời gian đáp ứng bịảnh hưởng rất nhiều bởi độ ẩm môi trường; sự suy giảm độ nhạy cũng khôngphát hiện được nếu không hiệu chuẩn lại; có thể bị hỏng hoàn toàn nếu đo liêntục khí ở nồng độ cao; và có thể bị nhiễm độc bởi một lượng nhỏ chất silicone,halocarbon.”“Có hai loại cảm biến loại này được sử dụng thông dụng nhất được làm từô-xít kim loại: loại cảm biến màng mỏng được làm từ VO3 [Tri-ô-xít Vonfam],được dùng chủ yếu phát hiện khí hydro-sunfua; Loại màng dày làm từ ô-xítthiếc [SnO2], loại này không có tính chọn lọc và thường được dùng để phát hiệnsự thay đổi lớn lượng khí độc và khí cháy.”b. Loại màng dày [SnO2]“Loại này thường được cấu tạo bằng cách nung kết ô-xít thiếc lên mộtđiện cực bằng gốm.Điện cực này có thể là một mặt phẳng với sợi nung ở một mặt còn lạihoặc ở dạng ống với sợi nung xuyên qua ống [xem Hình 1.1].”Cuộn dâyLớp thiếcCuộn dâyLớp thiếcHình 1.1. Cảm biến bán dẫn màng dầy thiếc ô-xít [SnO2]“Cơ chế phát hiện khí ga loại này rất phức tạp, đặc biệt là với khí độc. Nólà sự kết hợp các các phản ứng trên bề mặt bao gồm cả sự hấp thụ khí ga. Khicảm biến không được cấp nguồn, khí ga bám vào bề mặt dễ dàng hơn và hậu quảlà cảm biến phải mất rất nhiều giờ để ổn định lại, điều này xảy ra ngay cả khicảm biến bị mất cấp nguồn hay nhiệt độ làm việc thấp trong thời gian rất ngắn.Với một lượng nhỏ độ ẩm hoặc ô-xy cũng có thể gây mất ổn định cho cảm biến,thậm chí dừng làm việc cho đến khi các điều kiện làm việc bình thường đượcphục hồi trở lại.”c. Loại màng mỏng [VO3]Loại này được cấu tạo bằng một vật liệu nền không dẫn điện gắn với haihoặc nhiều điện cực dẫn điện. Vật liệu ô-xít kim loại được gắn vào giữa các điệncực. Các bộ phận này được nung nóng ở nhiệt độ làm việc thích hợp.Bề mặt lớp ô-xít kim loại bình thường sẽ hấp thụ ô-xy và tạo ra một trườngđiện từ đẩy các electron ra khỏi bề mặt. Khi có khí H2S, nó sẽ đẩy ô-xy [bằngcách chiếm chỗ hoặc phản ứng], từ đó giải phóng các electron để dẫn điện, tứcnó thay đổi độ dẫn điện của chất bán dẫn. Độ dẫn điện của chất bán dẫn ô-xítkim loại chính là nguồn tín hiệu.d. Các yếu tố ảnh hƣởng tới cảm biến bán dẫnCó 6 yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính của cảm biến mà người sử dụng nênbiết để lựa chọn và đánh giá cảm biến bán dẫn: [1] lựa chọn ô-xít kim loại, [2]nhiệt độ làm việc, [3] đặc tính hấp thụ khí, [4] độ ẩm, [5] nhiệt độ môi trường,[6] quá trình hoạt động của cảm biến.Nhiệt độ làm việc của cảm biến bán dẫn ảnh hưởng rất nhiều đến đườngđặc tính và độ nhạy của tín hiệu. Chính vì thế mà các nhà sản xuất luôn mongmuốn nhiệt độ làm việc của cảm biến luôn không đổi không phụ thuộc vào nhiệtđộ môi trường xung quanh, từ đó đường đặc tính tín hiệu mới được tuyến tínhhoá với độ chính xác cao.Đặc tính hấp thụ khí ga của ô-xít bán dẫn là yếu tố cần thiết để cảm biếnloại này đo được nồng độ khí.Với lượng nhỏ nó có thể bị hấp thụ bởi các vật liệuxung quanh, do đó vật liệu chế tạo cảm biến cần phải được lựa chọn kỹ càng.Khả năng hấp thụ khí độc của nước là rất mạnh, nước ngưng tụ bám vào các lỗcủa bộ phận chống lửa sẽ làm mất tác dụng của cảm biến.Nhiều cảm biến loại này có thể hoạt động không ổn định nếu không đượccấp nguồn ở môi trường có độ ẩm cao chỉ trong khoảng thời gian rất ngắn. Cácnhà sản xuất thường khuyến cáo nên hâm nóng cảm biến từ 15 phút đến 48 giờtrước khi cảm biến hoạt động chính thức hoặc hiệu chỉnh cảm biến.2. Phương pháp đo dùng phù kếLà một cách làm thủ công để xác định nồng độ cồn trong rượu. Dùngcho các hộ dân nấu rượu theo kiểu ủ men, trưng cất, kiểm tra nồng độ rượumà họ nấu ra.- Cách thực hiện:“Lấy một ống nhựa nhỏ, bịt kín đầu dưới lại, đổ đầyrượu vào, rồi thả cồn kế vào, chú ý đáy cồn kế không được chạm vào đáyống đựng rượu, quan sát vạch tương ứng trên cồn kế với bề mặt thoángcủa cồn trong ống đựng cho chúng ta biết nồng độ cồn trong rượu.”-Ưu điểm:“rất dễ làm, giá thành cồn kế rẻ, nhanh chóng, thuận tiện.”-Nhược điểm: “Chỉ đo được nồng độ cồn trong rượu ở dạng lỏng [khiđo phải có một lượng tương đối lớn, khoảng gần 1 bát con rượu.Hình 1.2: Đo nồng độ cồn dùng phù kế3. Phương pháp đo dùng cảm biến fuel cellHình 1.3: Cảm biến fuel cell đo nồng độ cồnNguyên lý hoạt động của cảm biến này: Dựa theo nguyên lý của Pinnhiên liệu.Ưu điểm: Hoạt động chính xác và tin cậy. Đầu cảm biến được giacố bằng kim loại, giúp tăng cường độ bền, tránh gãy hỏng cảm biến khi tháo vàcắm ống thổi. Sử dụng tế bào cảm biến nhiên liệu hoá học tiên tiến chất lượngcao, có uy tín trên thế giới, phạm vi làm việc: 0,000 – 3.000mg/l, nhiệt độvận hành: từ 0°C đến 60 °C, được sử dụng trong các dụng cụ đo alcoholchuyên nghiệp của cảnh sát giao thông của rất nhiều nước trên thế giới.Nhược điểm: Rất ít thông tin về cảm biến, tìm mua cảm biến khókhăn dù là đặt hàng ở nước ngoài và hiện tại chưa có nơi nào tại Việt Nam báncảm biến này.4. Phương pháp đo dùng cảm biến màng oxit bán dẫnHình 1.4: Cảm biến màng oxit bán dẫnĐây là loại cảm biến được sử dụng rộng rãi hiện nay.Dựa trên sự thay đổiđộ dẫn điện của màng mỏng bán dẫn khi hấp thụ chất khí trên bề mặt ở nhiệt độtừ 150 oC đến 500oC.Cảm biến loại này có tính lựa chọn thấp, độ nhạy và thời gian đáp ứng bịảnh hưởng rất nhiều bởi độ ẩm môi trường; sự suy giảm độ nhạy cũng khôngphát hiện được nếu không hiệu chuẩn lại; có thể bị hỏng hoàn toàn nếu đo liêntục khí ở nồng độ cao; và có thể bị nhiễm độc bởi một lượng nhỏ chất silicone,halocarbon.Có hai loại cảm biến loại này được sử dụng thông dụng nhất được làm từ ôxít kim loại: loại cảm biến màng mỏng được làm từ VO3 [Tri-ô-xít Vonfam],được dùng chủ yếu phát hiện khí hydro-sunfua; Loại màng dày làm từ ô-xítthiếc [SnO2], loại này không có tính chọn lọc và thường được dùng để phát hiệnsự thay đổi lớn lượng khí.1.2. Một số cảm biến đo nồng độ cồn trên thị trƣờngBảng 1.1. Một số cảm biến đo nồng độ cồn trên thị trường1.3. Hiện trạng thiết bị đo nồng độ cồn trong giao thông hiện nayHiện nay có rất nhiều loại thiết bị đo nồng độ cồn, nhưng phần lớn mớichỉ có chức năng hiển thị nồng độ cồn ngay tại thiết bị mà chưa có chức nănglưu trữ thông tin nồng độ cồn và thông tin người tham gia giao thông một cáchtự động. Việc lưu trữ này là hết sức cần thiết không chỉ để cơ quan chức năng cóthể thống kê một cách chính xác và nhanh chóng số lượng người tham gia giaothông mà có nồng độ cồn vượt ngưỡng nồng độ cồn cho phép, mà còn giúpngười tham gia giao thông vi phạm có thể xem lại dễ dàng những lần mình viphạm để rút ra bài học cho bản thân, một ý nghĩa khác của việc lưu trữ tự độngthông tin nồng độ cồn và thông tin người vi phạm.Chƣơng 2. PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ2.1. Phân tích nhiệm vụ và yêu cầu thiết kế2.1.1Nhiệm vụThiết kế thiết bị đo nồng độ cồn với các đặc tính cơ bản sau:- Thiết bị đo có thể đo và hiển thị kết quả đo trực quan ngay tại thiết bị- Thiết bị có thể truyền kết quả đo và thông tin người vi phạm lên sever- Giao diện người dùng đơn giản, dễ sử dụng- Là một thiết bị cẩm tay nên phải nhỏ gọn và dễ dàng sử dụng2.1.2. Yêu cầu Gia công các mạch của thiết bị đo Sử dụng truyền tin không dây Xây dựng giao diện web cho người dùng có thể truy cập và xem thôngtin các lần kiểm tra nồng độ cồn. Thử nghiệm sự hoạt động của thiết bị đo2.1.3.Mô hình tổng quan của thiết bị đoMô hình tổng quan của thiết bị bao gồm các khối chức năng như sau:Hình 2.1: Mô hình tổng quan của thiết bị Xây dựng mô hình thu thập thông tin nồng độ cồn và thông tin ngườitham gia giao thông vi phạm tương ứng. Mô hình sẽ sử dụng vi điều khiển dòngSTM 32. Các thông tin thu thập được sẽ được truyền lên sever để phục vụ mụcđích thu thập, lưu trữ, hiển thị và xử lý. Tìm hiểu phương thức truyền tin không dây, định nghĩa các gói tin dữliệu. Phần này chúng ta có thể sử dụng nhiều phương pháp, tuy nhiên em đangthử nghiệm và nghiên cứu phương pháp truyền tin không dây wiffi, Với phươngpháp này cũng có rất nhiều ưu điểm, rất phù hợp [thông tin được truyền trực tiếplên server không thông phải thông qua máy trạm], dễ dàng chủ động về mặtcông nghệ, giá thành rẻ. Xây dựng hệ thống lưu trữ và giao diện trên Web nhằm hỗ trợ người dùngchỉ cần truy cập qua trình duyệt Web [mà không cần cài đặt bất cứ phần mềmnào lên thiết bị của mình] để có được thông tin của mình.2.1.4.Mô hình thu thậpBao gồm: Dùng cảm biến MQ3 để đo nồng độ cồn người tham gia giao thông. Sử dụng bàn phím 4x3 để nhập số chứng minh nhân dân của ngườitham gia giao thông vào thiết bị đo.2.1.5.Phƣơng thức truyền tin không dâyHiện nay để truyền tin không dây có rất nhiều phương thức như: Internet,Zigbee, Radio…thì em đưa ra ý tưởng sử dụng module wiffi esp8266 nhằm thửnghiệm và áp dụng vào đề tài với những ưu điểm như: Truyền trực tiếp gói tin lên server mà không cần thông qua máy trạmnên rất phù hợp để ứng dụng cho thiết bị đo yêu cầu gọn, nhỏ, nhẹ. Dễ dàng sử dụng. Tốc độ truyền 9600 bps phù hợp với ứng dụng không yêu cầu tốc độquá cao như thiết bị đo nồng độ cồn này. Chi phí thiết bị thấp.2.2. Hệ thống thu thập, xử lý, truyền thông sử dụng vi điều khiển2.2.1. Giới thiệu chung về vi điều khiển STMF32F103C8T6Vi điều khiển STM32F103C8T6 là họ vi điều khiển 32 bit của hãngTexasInstrument với 64-128 Kb bộ nhớ Flash, USB 2.0 full-speed, CAN, 7 bộTimer, 2 bộ ADC và 9 giao diện kết nối, với các thông số kỹ thuật như sau: Tiết kiệm năng lượng, đáp ứng yêu cầu thời gian thực khắt khe, hoạtđộng ổn định trong môi trường công nghiệp. Tần số hoạt động tối đa là 72 MHz. Bộ nhớ FLASH lên đến 64Kbytes, bộ nhớ SRAM lên đến 20Kbytes. Có 2x10 kênh ADC 12 bit, 4x16 bit Timer. Hỗ trợ chuẩn truyển thông: 3 USART, 2 I2C, 2 SPI, 1 USB, 1 CAN.Sơ đồ chân chức năng của vi điều khiển STM32F103C8T6 được thể hiểntrên hình sau.Hình 2.2. Sơ đồ chân của vi điều khiển STM32F103C8T6Chức năng của các chân chính vi điều khiển như sau: VBAT: cung cấp nguồn cho thanh ghi RTC và Backup. PA0~PA15, PB0~PB15…Là các cổng vào ra của vi điều khiển. VSSA, VDDA: cung cấp điện áp tham chiếu cho ADC. VDD_1, VDD_2, VDD_3: Cung cấp nguồn cho vi điều khiển. VSS-1, VSS_2, VSS_3: Là các đất của vi điều khiển. PD0 OSC_IN, PD1 OSC_OUT: Cung cấp thạch anh 1 cho vi điềukhiển. PC12 OSC_IN, PC13_OSC_OUT: Cung cấp thạch anh 2 cho vi điềukhiển. NRST: Chân reset của vi điều khiển.2.2.2. Module ADC trong STM32F103C8T6ADC là bộ chuyển đồi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số, ADC trongSTM32F1 là ADC có độ phân giải 12 bit với 10 kênh2.3.Cài đặt WebserverWeb Server [máy phục vụ Web] là máy tính mà trên đó cài đặt phần mềmcung cấp dịch vụ trang Web, đôi khi người ta cũng gọi chính phần mềm đó làWeb Server. Tất cả các Web Server đều hiểu và chạy được các file *.htm và*.html, ngoài ra khi cài đặt thêm mỗi Web Server có thể phục vụ thêm một sốkiểu file chuyên biệt chẳng hạn như các chuẩn *.asp, *.aspx... của IIS [... củaMicrosoft];*.php...;.MộtsốwebserverthôngdụnglàApache[www.apache.org], IIS [//www.iis.net], Sun Java System Web Server[www.oracle.com].Web Server thường là một máy chủ có dung lượng lớn, tốc độ cao, đượcdùng để lưu trữ thông tin như một ngân hàng dữ liệu, chứa những trang websiteđã được thiết kế cùng với những thông tin liên quan khác [như các mã Script,các chương trình, và các file Multimedia]. Web Server có khả năng gửi đến máykhách những trang Web thông qua môi trường Internet [hoặc Intranet] qua giaothức HTTP - giao thức được thiết kế để gửi các file đến trình duyệt Web [WebBrowser], và các giao thức khác.Bất kỳ một máy tính nào cũng có thể trở thành một Web Server bởi việc càiđặt lên nó một chương trình phần mềm Server Software và sau đó kết nối vàoInternet.Giống như những phần mềm khác mà bạn đã từng cài đặt trên máy tính củamình, Web Server Software cũng chỉ là một ứng dụng phần mềm. Nó được càiđặt, và chạy trên máy tính dùng làm Web Server, nhờ có chương trình này màngười sử dụng có thể truy cập đến các thông tin của trang Web từ một máy tínhkhác ở trên mạng [Internet, Intranet]. Khi máy tính của bạn kết nối đến một WebServer và gửi đến yêu cầu truy cập các thông tin từ một trang Web nào đó, WebServer Software sẽ nhận yêu cầu và gửi lại cho bạn những thông tin mà bạnmong muốn.Web Server Software còn có thể được tích hợp với CSDL [Database], hayđiều khiển việc kết nối vào CSDL để có thể truy cập và kết xuất thông tin từCSDL lên các trang Web và truyền tải chúng đến người dùng. Thông thườngServer hoạt động liên tục 24/24 giờ, 7 ngày một tuần và 365 ngày một năm, đểphục vụ cho việc cung cấp thông tin trực tuyến. Vị trí đặt server đóng vai tròquan trọng trong chất lượng và tốc độ lưu chuyển thông tin từ server và máy tínhtruy cập.2.4.Phân tích và lƣạ chọn thiết bịCác thiết bị đã được lựa chọn như sau: Vi điều khiển STM32F103C8T6. Module Wifi ESP8266. Cảm biến nồng độ cồn MQ3. Màn hình hiển thị LCD 16x2. Bàn phím. Thiết bị phát Wifi không dây [Router 3G].2.4.1. Vi điều khiển STM32F103C8T6Khối xử lý trung tâm cần đáp ứng các yêu cầu sau: Hoạt động ổn đỉnh và bền trong công nghiệp. Có đầy đủ module và chức năng cần thiết để kết nối với cảm biển vàthực hiện cácchức năng mở rộng trong đồ án. Bộ nhớ dữ liệu và chương trình đủ lớn để đọc và lưu trữ giá trị từ cảmbiến. Quen thuộc và dễ sử dụng.2.4.2. Module Wifi ESP8266Hình 2.3. Module Wifi ESP8266Module Wifi ESP8266 có các đặc tính sau: Khoảng cách truyền 100m [trong môi trường k có vật cản] và 400mnếu có anten và router thích hợp. Hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n. Hoạt động ở tần số 2.4 GHz. Điện áp hoạt động chuẩn 3.3V. Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART tốc độ baund rate có thể lên đến115200. Có 3 chế độ hoạt động Client, Access Point, Both Client and AccessPoint. Hỗ trợ cả 2 giao tiếp UDP, TCP. Làm việc như máy chủ có thể kết nối 5 máy con. Nhỏ gọn, giá rẻ, dễ sử dụng.Với những ưu điểm và tính năng như trên Module Wifi ESP8266 rất thíchhợp cho thiết bị đo cầm tay.Hình 2.4. Sơ đồ chân của module Wifi ESP8266. VCC : Cung cấp nguồn cho Module Wifi. RESET : Reset module. GPIO0, GPIO2, CH_PD : Các chân vào ra của module. GND : Là chân đất của module. U3_TX : Là chân truyền theo chẩn UART. U3_RX : Là chân nhận theo chuẩn UART.2.4.3. Cảm biến nồng độ cồn MQ3Hình 2.5. Cảm biến nồng độ cồn MQ3Cảm biến nồng độ cồn có các đặc tính sau : Nhạy với cồn, đáp ứng nhanh, độ nhạy lớn, ổn định và bền. Dải đo là từ 0.05mg/L – 10mg/L. Điện áp ra tuyến tính từng đoạn so với giá trị nồng độ cồn đo được. Điện áp hoạt động 5V. Nhỏ gọn, chi phí thấp dễ sử dụng.Cảm biến có nguyên tắc hoạt động đơn giản, khi khí có cồn thổi vào cảmbiến thì cảm biến sẽ thay đổi điện trở, thông qua một mạch điện tử đơn giản tacó được thay đổi điện áp ra tuyến tính so với nồng độ cồn. [Rl là điện trở tải 200KΩ]Hình 2.6. Sơ đồ mạch điện tử của cảm biến.Hình 2.7. Sự thay đổi điển trở của cảm biến theo giá trị nồng độ cồn.Để chọn được đặc tính đầu ra của cảm biến là mối quan hệ của điện áp ravới nồng độ cồn ta tính như sau :- R0 là điện trở của cảm biến tại nồng độ cồn là 0.4 mg/l.- Rs là điện trở của cảm biến.- Tính toán giá trị thực của nồng độ cồn từ giá trị điện áp đo được[bỏ qua sự ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm]:- Chọn dải đo là từ 0.2 mg/l – 0.45 mg/l.Gọi x là giá trị nồng độ cồn, y là giá trị tỷ số Rs/Ro thìta có:Với x=0.2 mg/l thì y=1.7Với x=0.45 mg/l thì y=0.9Vậy ta suy ra được phương trình đường thẳng đi qua 2 điểm trên là:y= Rs/R0 = -3,5.x +2,4[2.1]Ta lại có R0=2KΩ, Rl=1KΩDựa vào hình 2.7 nên điện áp ra của cảm biến được tính theo côngthức sau đây:U=5RL/ [Rs +RL][2.2]Mà Rs = R0.[-3,5.x+2,4] = 2000.[-3,5.x+2,4][2.3]Vậy mối quan hệ giữa giá trị nồng đồ cồn và điện áp ra theo biểuthức sau:x = 0.829 – 0.714/U [mg/l]Hình 2.8. Sơ đồ chân của cảm biến nồng độ cồn Mq3.[2.4]VCC : Cung cấp nguồn 5V cho cảm biến.GND : Cung cấp đất cho cảm biến.DOUT : Chân ra mức 0 nếu có cồn, mức 1 nếu không có cồn.AOUT : Chân ra tương tự tuyến tính với nồng độ cồn.2.4.4. Màn hình hiển thị LCD 16x2Khối hiển thị để hiển thị thông tin nồng đô cồn và thông tin người bị kiểmtra nồng độ cồn. Ở khối hiển thị ta sử dụng LCD 16x2 với khả năng hiển thị 16ký tự /hàng và có 2 hàng với sơ đồ chân và chức năng như hình sau:Hình 2.9. Sơ đồ chân của màn hình LCD 16x2.Chức năng các chân như sau: VSS,VDD: Nối với đất và nguồn cho LCD. RS, RW, E: Các chân cho phép, điều khiển LCD. D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7: Các chân dữ liệu.Đây là loại màn hình rất phổ biến, dễ sử dụng, giá thành hợp lý, hiện thị tốtthông tin nồng độ cồn và người vi phạm nên rất phù hợp với đề tài.2.4.5. Bàn phímVới yêu cầu nhập thông tin người tham gia giao thông được kiểm tra nồngđô cồn[CMND] , thêm vào đó là 3 nút điều khiển thiết bị [SEND, CLEAR,START], em thiết kế loại bàn phím ma trận 5x3 như sau:Hình 2.10. Bàn phímHình 2.11. Sơ đồ mạch bàn phímHình 2.12. Sơ đồ mạch các phím điều khiển.2.4.6. Thiết bị phát Wifi không dây [Router 3G]Với các yêu cầu này em chọn Router Wifi 3G Vodafone R208 do Huaweisản xuất với các thông số kỹ thuật sau: Dùng được sim 3G của nhiều nhà mạng khác nhau ở Việt Nam. Pin dung lượng 3000 mAh, thời gian làm việc liên tục 12 tiếng. Có thể kết nối tới 10 thiết bị cùng một lúc. Khoảng cách truyền 100m. Tốc đô truyền là 5.76 Mbps. Dễ dàng cài đặt và sử dụng.Hình 2.13. Router Wifi 3G Vodafone R208.2.4.7. Sever Dung lượng 2000MB. Băng thông 100000MB. Database: SQL, MySQL, MySQLi. Ngôn ngữ: ASP/ASP.net/PHP. Có thể gửi dữ liệu lên cũng như lấy dữ liệu về thông qua một giaodiện Web mà em xây dựng [sử dụng các công cự PHP, HTML,MySQL, CSS].Chƣơng 3: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO NỒNG CỒN SỬ DỤNG CẢM BIẾNMQ3 TRONG AN TOÀN GIAO THÔNGTrong chương này, em trình bày về các thiết kế chi tiết như: Thiết kế thiết bị đo. Thiết kế Server, giao diện Web.3.1.Thiết kế chi tiết thiết bị đoHình 3.1. Sơ đồ các thành phần của thiết bị đo.Các chức năng của từng thành phần cấu thành nên thiết bị đo đã được nói ởchương 2. Với các thiết bị ngoại vi và yêu cầu ghép nối như đã trình bày, ta cóbảng sơ đồ chân của vi điều khiển và các ngoại vi như sau:Bảng 3.1. Sơ đồ chân của vi điều khiển với ngoại vi.STTKhối sử dụngTên chân1Khối cảm biến MQ3PA02Khối module Wifi Esp8266PA9, PA103Khối bàn phímPA2, PA3, PA4, PB3, PB4, PB5,PB6, PB7, PB8, PB94Khối LCDPA8, PA11, PA12, PB0, PB1,PA5, PA6, PA75Led chỉ thịPA5, PA15Mạch nguyên lý được thiết kế trên phần mềm Altium 10. Khối vi điều khiển và khối mở rộng.Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý khối VĐK và khối mở rộng