Đồ án Ký thuật đo 2 - Đề tài Cảm biến quang (Quang trở LDR)

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ~~~~~~*~~~~~~ BÁO CÁO ĐỒ ÁN KĨ THUẬT ĐO 2 Đ Ề TÀI: CẢM BIẾN QUANG (Quang trở LDR) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: DƯƠNG THÙY LIÊN NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 8 THÀNH VIÊN : 1.Trần Trung Kiệt TD16A. 2.Đặng Trần Hoàn Tất TD16A. 3.Bùi Hữu Thắng TD16A. 4.Lỡ Tất Thành TD16A. 5.Phạm Ngọc Thảo TD16A. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11, năm 2018 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay,sự phát triển của của thế giới về mọi mặt,trong đó khoa học công nghệ nói chung và lĩnh vực điện-điện tử nói riêng đang nỗi lên mạnh mẽ và phát triển rất vượt bậc làm cho thế giới hiện nay ngày càng văn minh và hiện đại hơn.Với sự ra đời của cảm biến,vai trò của nó rất là quan trọng,nó được sử dung như những thiết bị cảm nhận và phát hiện và đặc biệt hơn chúng thể hiện vai trò vô cùng đặc biệt của mình trong kĩ thuật công nghiêp,đo lường,kiểm tra và điều khiển tự động. Với những ứng dụng quan trọng như vậy,nhóm 8 đã chọn đề tài CẢM BIẾN ÁNH SÁNG ( QUANG TRỞ LDR) nhằm mục đích tìm hiểu,nghiên cứu về nguyên lý làm việc của các cảm biến ánh sáng nói chung và thiết bị quang điện trở LDR nói riêng. Song song với đó là tìm hiểu quá trình hoạt động và điều khiển,truy xuất dữ liệu ra màn hình LCD,Arduino và có thể mô phỏng thực tế. Dù đã cố gắng để hình thành mô hình nhưng có thể có những thiếu sót,mong cô và các bạn cùng đóng góp ý kiến để mô hình hoàn chỉnh hơn.Qua đây,nhóm 8 cũng xin chân thành cảm ơn cô Dương Thùy Liên,thuộc khoa Điện-Điện tử viễn thông trường Đại học Giao Thông Vận Tải Thành phố Hồ Chí Minh phụ trách môn “Kĩ thuật đo 2” đã hướng dẫn nhóm 8 thực hiện mô hình này. MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU 2 MỤC LỤC.... 3 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN QUANG Khái niệm chung về cảm biến 4 Khái niệm về ánh sáng . 4 Quang điện trở LDR ... 4 1.3.1 Khái niệm về quang điện trở ... 4 1.3.2 Cấu tạo quang điện trở 4 1.3.3 Nguyên lí hoạt động . 4 1.3.4 Các thông số của quang trở ..... 5 Chương 2: QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN 2.1 Các linh kiện sử dụng . 6 2.1.1 Arduino uno . .. 6 2.1.2 Quang trở LDR 6 2.1.3 Điện trở 1k .. 6 2.1.4 LCD 16,02 ... 6 2.1.5 Led .. 7 2.1.6 Bus cắm testboard ... 7 2.1.7 Testboard . 7 2.1.8 Phần mềm nạp code cho arduino. 7 2.1.9 Bộ giao tiếp I2C... 7 2.2 Sơ đồ lắp mạch và sơ đồ đấu dây 8 2.3 Lưu đồ giải thuật .. 9 2.4 Code . 10 Chương 3: KẾT LUẬN .11 Tài liệu tham khảo ..11 CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN QUANG 1.1 Khái niệm chung về cảm biến. Bộ cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật lý hay hóa học ở môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó. Cảm biến Đại lượng vật lý INPUT OUTPUT Tín hiệu hóa học điện 1.2 Khái niệm về cảm biến quang Cảm biến quang được sử dụng để chuyển thông tin từ ánh sáng nhìn thấy hoặc tia hồng ngoại (IR) và tia tử ngoại (UV) thành tín hiệu điện. 1.3 Quang điện trở LDR 1.3.1 Khái niêm về quang điện trở (Photon resistor) - Là 1 loại linh kiện bán dẫn 2 cực - Có điện trở thay đổi theo năng lượng ánh sáng chiếu vào. - Làm việc dựa trên hiện tượng quang điện trong 1.3.2 Cấu tạo quang điện trở - Một phiến bán dẫn nhạy sáng đa tinh thể hay đơn tinh thể. - Hai đầu được mạ kim loại để hàn điện cực ra ngoài. -Toàn bộ phiến bán dẫn được bọc trong vỏ kim loại hoặc phủ lớp nhựa dẻo trong suốt để ánh sáng có thể chiếu qua được. 1.3.3 Nguyên lí hoạt động của quang điện trở - Khi photon có năng lượng đủ lớn đập vào, sẽ làm bật electron khỏi phân tử, trở thành tự do trong khối chất và làm chất bán dẫn thành dẫn điện. Mức độ dẫn điện tuỳ thuộc số photon được hấp thụ - Khi có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn, làm xuất hiện các điện tử tự do, làm sự dẫn điện tăng lên, làm giảm điện trở của chất bán dẫn (nếu có nối vào mạch điện thì mạch sẽ nối tắt, ngắn mạch) - Khi không có ánh sáng chiếu vào, nội trở của chất bán dẫn tăng dần đến vô cùng ( nếu có nối vào mạch điện thì sẽ hở mạch) - Cách lấy giá trị của quang trở: sử dụng cầu phân áp, khi LDR thay đổi giá trị điện trở của nó do cường độ ánh sáng, điện áp có mặt tại V OUT sẽ được xác định bằng công thức chia điện áp 1.3.4 Các thông số của Quang điện trở Nguồn cấp: 3,3 - 5 V Giới hạn đo: 10 -1000 lux Ngưỡng độ nhạy: 0,01. Thông số ngõ ra của cảm biến: tín hiệu analog từ 0÷5 V CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN 2.1 Các linh kiện sử dụng. 2.1.1 Arduino uno : 10 bít, thạch anh 1600Hz, kết nối với cảm biến,màn hình LCD 2.1.2: quang trở LDR, sử dụng trong cầu phân áp để lấy ra giá trị analog của cảm biến 2.1.3: điện trở: sử dụng trong cầu phân áp đẻ lấy ra giá trị analog của cảm biến 2.1.4 LCD 16×02 : Xuất ra giá trị. 2.1.5 Led: Thay thế đèn cho mô hình. 2.1.6 Bus cắm Testboard : Kết nối các linh kiện thành mạch điều khiển 2.1.7. Testboard : Làm đế cắm cho linh kiện và bus cắm. 2.1.8. Phần mềm nạp code cho adruino : Adruino IDE 2.1.9: bộ giao tiếp I2C: moulde chuyển đổi I2c cho LCD 2.2 Sơ đồ lắp mạch và mô hình đấu dây. 2.3 Lưu đồ giải thuật Cấp nguồn Đo Giá trị ADC= gttb Đo giá trị mức ánh sáng gtas= (0.97*gttb)+10 Xuất gtas ra LCD Sau khi cấp nguồn cho mạch, arduino sẽ đọc giá trị analog của cảm biến cho ra một giá trị ADC từ 0÷ 1023 và gán vào biến gttb. Sau đó, dùng công thức tính mức ánh sáng thông qua giá trị ADC vừa nhận được Vì xét trên quang trở LDR sẽ cho ra mức điện áp analog từ 0÷ 5 V, và mức ánh sáng cho phép nhận được của quang trở LDR là từ 10 ÷ 1000 lux, nên ta có công thức gtas= (0.97*gttb)+10 Công thức tính mức ánh sáng :. ( với 0.97=( 1000-10)/1023 ) Sau khi tính ra giá trị mức ánh sáng thì xuất ra màn hỉnh LCD. 2.4 Code #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); int quangtro= A2; // khởi tạo chân đọc điện áp là chân A2 của Arduino void setup() { Serial.begin(9600); lcd.backlight();// sáng màn hình lcd lcd.begin(16, 2); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("NHOM 8"); lcd.setCursor(1, 1); lcd.print("CAM BIEN QUANG"); delay(1000); // delay 0.75s lcd.clear(); } void loop() { uint16_t gttb = analogRead(quangtro);// đọc giá trị ADC của cảm biến uint16_t gtas = (0.97 * gttb)+10 ;// công thức tính mức ánh sáng thông qua giá trị ADC Serial.println(gttb); // Xuất giá trị ra Serial Monitor delay(500); lcd.clear(); // xóa sạch màn hình LCD lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("GIA TRI ANH SANG"); lcd.setCursor(1, 1); lcd.print(gtas); // xuất giá trị mức ánh sáng ra lcd lcd.print(" lux "); } CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu qua nghiên cứu, nhóm đã tìm hiểu thành công hoạt động và ứng dụng của cảm biến cường độ ánh sáng trong đời sống. Cảm biến có thể dược ứng dụng nhiều trong đời sống: ví dụ như hệ thống tự động bất tắt bóng đèn khi trời tối, . Trong qua trình tìm hiểu,cảm biến hoạt động khá ổn định, giá trị cường độ ánh sáng đảm bảo độ chính xác. Tài liệu tham khảo LDR datasheet Arduino.vn Wikipedia Giáo trình kỹ thuật đo 2