Dự án Thiết bị báo động

Nội dung tóm tắt: Dự án Thiết bị báo động

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NAM ĐỊNH TRƯỜNG THPT TRẦN VĂN LAN BÁO CÁO DỰ ÁN DỰ THI NGÀY HỘI STEM DÀNH CHO HỌC SINH THPT CẤP TỈNH NĂM HỌC 2019 – 2020 Tên dự án: THIẾT BỊ BÁO ĐỘNG. Lĩnh vực: Tin học, vật lý điện tử. Tác giả: 1. Phan Tuấn Phong – lớp 11A1 – trường THPT Trần Văn Lan. 2. Trần Hữu Nam - lớp 11A1 – trường THPT Trần Văn Lan. Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thị Tố Nga – trường THPT Trần Văn Lan. Mỹ Lộc, tháng 11 năm 2019 MỤC LỤC 1
2. Nội dung Trang PHẦN 1: Tình huống và nhiệm vụ 3 PHẦN 2: Thực hiện nhiệm vụ 3 2.1: Các kiến thức phổ thông liên quan đến dự án ý tưởng để giải quyết vấn đề. 3 2.2: Các ý tưởng để giải quyết vấn đề. 4 2.3: Triển khai thí nghiệm. Đánh giá sản phẩm. 5 PHẦN 3: HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. 11 2
3. PHẦN 1: TÌNH HUỐNG VÀ NHIỆM VỤ Khi vào những cửa hàng, hoặc văn phòng giao dịch chúng ta thấy có những thiết bị báo động. Để đảm bảo an ninh, an toàn được tự động hóa giúp cho bạn có thể yên tâm tập trung làm việc. Bạn không cần lo lắng quá nhiều về tình hình đột nhập. Hãy thiết kế và chế tạo một thiết bị báo động tự động. PHẦN 2: THỰC HIỆN NHIỆM VỤ Nhóm chúng em sẽ chế tạo THIẾT BỊ BÁO ĐỘNG có khả năng phát hiện vật cản phía trước ở những khoảng cách khác nhau tùy theo địa điểm sử dụng đồng thời phát tín hiệu báo động, bằng cách vận dụng các kiến thức phổ thông. 2.1: Các kiến thức phổ thông liên quan đến dự án, ý tưởng để giải quyết vấn đề. • Môn Vật lý: - Vật lý (lớp 11 CB): Dòng điện không đổi. Nguồn điện. Dòng điện không đổi là dòng điện có chiều và cường độ không đổi theo thời gian. Nguồn điện không đổi: duy trì hiệu điện thế không đổi giữa hai đầu mạch. Nguồn điện không đổi: pin, ắc quy, pin sạc. Suất điện động của nguồn điện: số ghi trên nguồn điện. - Vật lý (lớp 11 CB): Linh kiện bán dẫn Chất bán dẫn. Lớp chuyển tiếp p-n. Đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn. - Vật lý (lớp 12 CB): Sóng âm. Âm nghe được là âm gây cảm giác ở tai người, có tần số trong khoảng từ 16 Hz đến 20000Hz. Siêu âm là là âm thanh có tần số lớn hơn 20000 KHz Tốc độ truyền âm trong không khí là 340km/s, 3
4. -Vật lý (lớp 12 CB): Sóng ánh sáng. Ánh sáng nhìn thấy: có đến 7 màu quang phổ cơ bản mắt người nhìn thấy được. Nhưng vì sao là đỏ mà không là những màu khác sử dụng cho đèn tín hiệu cảnh baó? Trả lời: Tựu trung liên quan đến hai phương diện duy tâm và khoa học. Xét ở góc độ duy tâm Đỏ tượng trưng cho màu máu hay sự nguy hiểm nên chọn là màu báo hiệu người quan sát phải dừng lại. Xét ở góc độ khoa học, màu đỏ có bước sóng dài theo thứ tự giảm dần trong không khí, thuộc danh sách quang phổ ánh sáng trắng gồm các màu cơ bản: đỏ, cam, vàng, lục (xanh), lam, chàm, tím. Vì thế con người có thể nhìn từ khoảng cách xa trong điều kiện ban ngày lẫn ban đêm. - Tìm hiểu về cảm biến (ngoài chương trình) Các loại cảm biến: cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại . • Môn Công nghệ: - Bản vẽ kỹ thuật, thực hành lắp mạch điện bảng điện, • Môn Tin học: - Mạch điện tử điều khiển: Mạch điều khiển Arduino - Ngôn ngữ lập trình. • Môn Tóan học: Hình học: các loại hình khối (hình vuông, hình tròn, hình hộp chữ nhật, hình cầu 2.2: Các ý tưởng để giải quyết vấn đề. Cảm biến báo vật cản, cảm biến phát hiện vật, khoảng cách xa 50 mét, 10 mét, cảm biến phát hiện xe, cảm biến phát hiện người, cảm biến quang thu phát riêng. Cảm biến quang, với độ hoạt động tin cậy và chính xác, khả năng hoạt động với môi trường khắc nghiệt, tuổi thọ và độ bền cao. 4
5. Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc thu phát riêng, Cảm biến phát sẽ phát ra một tia sáng laser với kích thước nhỏ và hẹp đến cảm biến phát với khoảng cách lên đến 50 mét. Khi có vật cản đi ngang qua là gián đoạn tia sáng giữa con thu và phát, lúc này sẽ xuất ra một tín hiệu NPN hoặc PNP 24VDC. Thông số kỹ thuật cảm biến báo vật cản, cảm biến phát hiện vật – Nguồn cấp : 10-30vdc. – Nhiệt độ hoạt động: -25-55 độ C. – Tần số hoạt động: 120 Hz. 2.3: Triển khai thí nghiệm. Đánh giá sản phẩm. 2.3.1 Giới thiệu cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 Cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 được sử dụng rất phổ biến để xác định khoảng cách vì RẺ và CHÍNH XÁC. Cảm biến sử dụng sóng siêu âm và có thể đo khoảng cách trong khoảng từ 2 -> 300 cm, với độ chính xác gần như chỉ phụ thuộc vào cách lập trình. 2.3.2. Nguyên lý hoạt động Để đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn từ chân Trig. Sau đó, cảm biến sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân Echo cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở pin này. Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biển và quay trở lại. Tốc độ của âm thanh trong không khí là 340 m/s nên thời gian đáp ứng của thiết bị rất ngắn, cỡ 0,5 ms. 2.3.3. Thực nghiệm. - Thiết kế và phương pháp + Sơ đồ khối hoạt động của thiết bị: 5
6. + Nội dung code lập trình cho Arduino: 1 #include 2 #include 3 #include 4 5 double angle_rad = PI/180.0; 6 double angle_deg = 180.0/PI; 7 double kc; 8 float getDistance(int trig,int echo){ 9 pinMode(trig,OUTPUT); 10 digitalWrite(trig,LOW); 11 delayMicroseconds(2); 12 digitalWrite(trig,HIGH); 13 delayMicroseconds(10); 14 digitalWrite(trig,LOW); 15 pinMode(echo, INPUT); 6
7. 16 return pulseIn(echo,HIGH,30000)/58.0; 17 } 18 19 void setup(){ 20 pinMode(5,OUTPUT); 21 pinMode(4,OUTPUT); 22 } 23 24 void loop(){ 25 kc = getDistance(3,2); 26 if(((kc) > (0)) && (( kc ) < (50))){ 27 digitalWrite(5,1); 28 digitalWrite(4,1); 29 }else{ 30 digitalWrite(5,0); 31 digitalWrite(4,0); 32 } 33 _loop(); 34 } 35 36 void _delay(float seconds){ 37 long endTime = millis() + seconds * 1000; 38 while(millis() < endTime)_loop(); 39 } 40 7
8. 41 void _loop(){ 42 } + Cảm biến HC-SR04 có 4 chân là: Vcc, Trig, Echo, GND Vcc 5V Trig Một chân Digital output Echo Một chân Digital input GND GND Sơ đồ nối chân giữa HC-SR04 và Arduino Thử nghiệm bằng nguyên liệu mô phỏng trên trang web tinkercad.com Chế tạo mẫu với dụng cụ thí nghiệm thật.(Hình 1,2,3) 8
9. Hình 1 Hình2 9
10. Hình 3: Thử nghiệm (Hình 4,5) Hình 4 10
11. Hình 5 Các thông số, chỉ tiêu, tính năng kỹ thuật đạt được: – Nguồn cấp : 5 vdc (sạc điện thoại, sạc dự phòng để hoạt động khi mất điện, kết nối máy tính) – Thời gian đáp ứng: 0.5ms. PHẦN 3: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA SẢN PHẨM - Đã hoàn thiện sản phẩm THIẾT BỊ BÁO ĐỘNG. - Đã ứng dụng trong gia đình. - Sẽ cải tiến sản phẩm để kết nối với điện thoại thông minh để báo động trên cả điện thoại khi có kết nối wifi hoặc bluetooth. - Người báo cáo dự án Phan Tuấn Phong Trần Hữu Nam 11