Tải bản đầy đủ - 0trang
Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo lũ sớm



Hình 4.2 Nguyên lý đo khoảng cách [8]

Vậy để đo lượng nước ta sẽ làm thế nào, ví dụ nếu đo mực nước trong một cái

bình, thì ta sẽ đo chiều cao của bình là h, sau đó dùng cảm biến siêu âm SRF05 để

đo khoảng cách từ mặt nước trong bình lên đến đỉnh bình là h1, mực nước trong

bình sẽ là d = h –h1.

Thơng số cơ bản

Điện áp



5v



Dòng cấp



30mA, max 50mA



Tần số



40Khz



Khoảng cách đo



3cm – 4,5m



Kích thước



43mm x 20mm x17mm



Giá



50000đ

Bảng 4.1 Thơng số của SRF05 [8]



•



Cảm biến lưu lượng



32



Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo lũ sớm



Hình 4.3 Cảm biến lưu lượng S201 [8]

Chất liệu bằng nhựa bên trong có cánh quạt nước và cảm biến hall. Khi nước

chảy qua van cảm biến làm động cơ quay dẫn đến sự thay đổi trạng thái đầu ra của

cảm biến Hall, đâu ra tín hiệu xung.



Hình 4.4 Ngun lý hoạt động của cảm biến [9]

Nguồn



5V-24V



Dòng tối đa



15 mA(DC 5V)



Khối lượng



43 g



Lưu lượng đo



1~40 L/min



Nhiệt



độ hoạt



động0°C~80°C



Nhiệt độ chất lỏng



<120°C



Độ ẩm hoạt động



35%~90%RH



Áp lực chịu đc



under 1.75Mpa



Nhiệt độ bảo quản



-25°C~+80°C



33



Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo lũ sớm



Độ ẩm bảo quản



25%~90%RH



Giá



70.000đ



Bảng 4.2 Thông số của cảm biến lưu lượng S201 [8]

Tần số tín hiệu đầu ra: F=7.5xQ ( L/Phút)



(4.1)



Trong đó:

Q: Lưu lượng nước

F: Tần số tín hiệu đầu ra (Hz)

7.5: Hằng số

VD:

1L nước sẽ có cơng thức : 1x7.5x60 = 450 xung

4.1.2 Khối điều khiển

Mạch sử dụng Arduino Uno R3 làm trung tâm xử lý



34



Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo lũ sớm



Hình 4.5 Arduino Uno R3 [10]

Thơng số của Uno R3

Vi điều khiển

Điện áp hoạt động

Tần số hoạt động

Dòng tiêu thụ

Điện áp vào khuyên dùng

Điện áp vào giới hạn

Số chân Digital I/O

Số chân Analog

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O

Dòng ra tối đa (5V)

Dòng ra tối đa (3.3V)

Bộ nhớ flash



Atmega328 họ 8bit

5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

16 MHz

khoảng 30mA

7-12V DC

6-20V DC

14 (6 chân hardware PWM)

6 (độ phân giải 10bit)

30 mA

500 mA

50 mA

32 KB (Atmega328) với 0.5KB dùng bởi



35



Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo lũ sớm



bootloader

2 KB (Atmega328)

1 KB (Atmega328)



SRAM

EEPROM



Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 [10]

Nguồn cho Arduino :

Arduino UNO R3 có thể được cấp nguồn 5VDC thông qua cổng USB hoặc cấp

nguồn ngồi thơng qua Adaptor với điện áp khun dùng là 7-9VDC, thường thì

nên cấp nguồn bằng pin 9V là hợp lý nhất nếu bạn khơng có sẵn nguồn từ cổng

USB.

Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn như trên sẽ làm hỏng Arduino UNO

R3.GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn dùng

các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối

với nhau.

5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.

3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 150mA.

Vin (Voltage Input): Để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương

của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.



RESET: Khi nhấn nút Reset trên board để Reset vi điều khiển tương đương với

việc chân Reset được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.

Các chân vào ra của Arduino Uno R3:

Arduino UNO R3 có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ

có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi



36



Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo lũ sớm



chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển

ATmega328 (mặc định thì các điện trở này khơng được kết nối).

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

2 chân Serial 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (Transmit – TX) và nhận (Receive –

RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2

chân này. Kết nối bluetooth có thể nói là kết nối Serial không dây. Nếu không cần

giao tiếp Serial bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: Cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ

phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm

analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân

này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.

Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các chức

năng thơng thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI

với các thiết bị khác.

LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút

Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi

chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit

để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board, bạn có

thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp

điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong

khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp

I2C/TWI với các thiết bị khác.

4.1.3 Khối truyền thông



37



Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo lũ sớm



Việc truyền phát dữ liệu được thực hiện trên module SIM 900A. Module

Sim900A là module GSM, hoạt động ở 2 băng tần 900/1800 MHz, xây dựng dựa

trên Sim900A của hãng SIMCOM.



Hình 4.6 Sim 900A và module [8]

Ngoài chức năng gửi nhận tin nhắn SMS, cuộc gọi, SIM900 hỗ trợ giao thức

TCP/IP, hữu ích cho việc truyền dữ liệu trên Internet.



* Thông số kĩ thuật của module

•

•

•

•



Sử dụng nguồn ngồi: 9 - 12VDC/ 500mA trở lên (khuyên dùng 2A ),

Giao tiếp UART, dùng được với cả MCU 5V và 3.3V,

Tích hợp led báo trạng thái sim

Dòng khi hoạt động từ 100mA đến 2A.

* Chức năng của một số chân chính



•

•

•

•

•

•

•



GND: Chân mass.

Vcc: Chân cấp nguồn nuôi để module hoạt động.

TXD : Chân truyền UART.

RXD: Chân nhận UART.

PWR: Chân bật tắt modul sim900a.

SPK: Chân xuất âm thanh ra loa thoại.

MIC: Chân tạo mic để đàm thoại.



4.1.4 Khối nguồn

Mạch đặt ngồi trời những nơi khơng có điện lưới và trong một thời gian dài

nên cần nguồn có thể tự sạc, lựa chọn pin mặt trời làm nguồn là giải pháp tối ưu



38



Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo lũ sớm



Hình 4.7 Pin mặt trời

4.1.5 Khối hiển thị



Hình 4.8 LCD 16x2 [11]



Các chức năng của từng chân

Bảng 4.4 Chi tiết LCD 16x2 [11]

Chân Ký hiệu Mô tả



1



Vss



Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với

GND



39



Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo lũ sớm



2



VDD



Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với

VCC=5V của mạch điều khiển



3



VEE



Điều chỉnh độ tương phản của LCD.

Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic

“0”

(GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.

+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD



4



RS



(ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở

chế độ “đọc” - read)

+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên

trong LCD.

Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic



5



R/W



“0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD

ở chế độ đọc.

Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus

DB0- DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép

của chân E.

+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận)

thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung



6



E



(high-to-low



transition) của tín hiệu chân E.

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát

hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD

giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.

Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thơng tin với MPU.

Có2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :

+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB



7-14 DB0

DB7



- là bit DB7.

+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7

bit MSB là DB7.



40



Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo lũ sớm



15



LedA



Nguồn dương cho đèn nền.



16



LedK



GND cho đèn nền.



4.2 Chi tiết phần mềm

4.2.1 Lập trình Server

Server là trung tâm thu nhận và xử lý dữ liệu, kết hợp với database để quản lý

các dữ liệu nhận được. Server mà em sử dụng là máy tính cá nhân, được viết bằng

ngôn ngữ java, sử dụng lập trình socket

• Giới thiệu ngơn ngữ java

Java là một ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng (OOP) và dựa trên các lớp

(class). Khác với phần lớn ngơn ngữ lập trình thơng thường, thay vì biên dịch mã

nguồn thành mã máy hoặc thông dịch mã nguồn khi chạy, Java được thiết kế để

biên dịch mã nguồn thành bytecode, bytecode sau đó sẽ được mơi trường thực thi

(runtime environment) chạy.

• Lập trình Socket

Trong lập trình, Socket là một API (Application Programming Interface) cung

cấp các phương thức để giao tiếp thông qua mạng.

Lập trình socket là cách lập trình cho phép chúng ta kết nối các máy tính truyền

tải và nhận dữ liệu từ máy tính thơng qua mạng, thơng thường là mơ hình clientserver sử dụng lập trình Socket sử dụng giao thức TCP/IP để truyền nhận dữ liệu

với nhau.



41



Nghiên cứu thiết kế hệ thống cảnh báo lũ sớm



Hình 4.9 Mơ hình truyền nhận client server lập trình socket [12]

Các bước lập trình Socket:

b1: Mở một ServerSocket tại 1 số hiệu cổng

Các client biết tên máy của máy tính mà trên đó chương trình chủ (server)

đang chạy và số cổng mà chương trình chủ lắng nghe. Để thực hiện một yêu

cầu kết nối, client cố gắng tạo ra cuộc gặp với máy chủ trên máy tính của

chương trình chủ và cổng. Các client cũng cần phải tự định danh chính nó với

server để gắn với một cổng địa phương cái sẽ được sử dụng trong suốt q

trình kết nối này, thơng thường nó được gán bởi hệ điều hành.



Hình 4.10 Hình ảnh minh họa client yêu cầu kết nối tới Server [13]

b2: Chấp nhận một yêu cầu kết nối từ phía client

Nếu khơng có vẫn đề gì xảy ra, server chấp nhận kết nối của client. Khi

chấp nhận, máy chủ có được một socket mới bị ràng buộc vào cùng "số hiệu

cổng". Server tạo ra một socket mới để giao tiếp với client vừa được chấp

nhận kết nối.



42