MQ3 giao tiếp At89s52, Cảm biến nồng độ cồn MQ3 + Oled + 8051

MQ3 giao tiếp At89s52 Cảm biến nồng độ cồn MQ-3 sử dụng để phát hiện nồng độ cồn trong môi trường, hơi thở. Cảm biến có độ nhạy cao khả năng phản hồi nhanh, độ nhạy có thể điều chỉnh được bằng biến trở. Cảm biến cung cấp một đầu ra tương tự dựa trên nồng độ cồn. Cảm biến thích hợp cho việc phát hiện nồng độ cồn trong hơi thở. Phát hiện khí phát ra từ Etanol, Alcohol. Độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh. Cảm biến cung cấp một đầu ra tương tự dựa trên nồng độ cồn.    

1. Linh kiện cần thiết làm mạch cảm biến nồng độ cồn MQ3 giao tiếp At89s52

1.1 Vi điều khiển 8051 trong mạch cảm biến nồng độ cồn MQ3 giao tiếp At89s52

a. Giới thiệu

At89s52 là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel thuộc họ 8051. At89s52 là một bộ vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 8KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bit (256x8KB SRAM) Với 32 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra i/O, 32 thanh ghi, 3 bộ timer/counter có thể lập trình, có các gắt nội và ngoại (2 lệnh trên một vector ngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART, SPI. Khả năng lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn.

b. Chức năng của At89s52:

Chân Port 0

Tất cả các cổng của AT89S52 là 8-bit có nghĩa là mỗi port có 8 chân đa chức năng. Các chân đầu vào / đầu ra này có thể được cấu hình cho các chức năng khác bằng cấu hình cách các thanh ghi cấu hình.  Nếu chúng ở trạng thái mức thấp, chúng hoạt động như các chân đầu vào trở kháng cao hai chiều. Nhưng nếu chúng được kéo lên mức cao, chúng được sử dụng làm chân đầu ra digital. Các chân Port0 cũng được sử dụng để cập nhật các byte thấp trong code đến bộ nhớ chương trình bên trong của vi điều khiển AT89S52 và cũng được sử dụng để xác nhận code đã được cập nhật. Khi sử dụng các chân này để lập trình, chúng ta cần kết nối các chân này với các điện trở kéo lên bên ngoài.

Chân Port 1

Tương tự như port 0, Port1 cũng có các chân dữ liệu 2 chiều 8 bit với các điện trở kéo lên bên trong. Một số chân GPIO này được sử dụng giao tiếp lập trình hệ thống trong mạch và một số được sử dụng làm chức năng thay thế cho ba chân bộ định thời / bộ đếm 16 bit.

Chân Port 2

Giống như Port 1, Port2 cũng có các chân dữ liệu 2 chiều 8 bit với các điện trở kéo lên bên trong. Một số chân GPIO này được sử dụng để giao tiếp lập trình hệ thống trong mạch và một số chân được sử dụng làm chức năng thay thế cho ba chân Bộ định thời / Bộ đếm 16 bit. Các chân Port2 cũng được sử dụng để cập nhật các byte cao trong code lên bộ nhớ chương trình bên trong của vi điều khiển AT89S52 và cũng được sử dụng để xác nhận code đã được cập nhật. Khi sử dụng các chân này để lập trình, chúng ta cần kết nối các chân này với các điện trở kéo lên bên ngoài.

Chân port 3

Port 3 cũng là một cổng 8-bit và có 8 chân GPIO. Ngoài chức năng nhập / xuất, các chân này còn có một số tính năng đặc biệt.  Cổng 3 cũng được sử dụng để truyền dữ liệu nối tiếp UART, ngắt ngoài và thực hiện các thao tác đọc / ghi bộ nhớ dữ liệu bên ngoài.

Tất cả các chân này là chân dữ liệu hai chiều và tương thích với chuẩn TTL. Chúng có thể là nguồn dòng sink hay source và tất cả đều có điện trở kéo lên bên trong để xác định đúng trạng thái.

Các chức năng khác

• Reset: Chân 9 là chân reset mức thấp đang hoạt động. Xung mức thấp dài hơn độ dài xung tối thiểu sẽ tạo ra reset. Các xung ngắn không có khả năng tạo ra reset.
• VCC: Chân 10 là chân cấp nguồn cho bộ điều khiển này. Nguồn điện của cần phải có 5 V để đặt bộ điều khiển này trong điều kiện đang chạy. 
• GND: Chân 11 là chân nối đất.
• AREF: Chân 32 là chân tham chiếu tương tự chủ yếu được sử dụng cho bộ chuyển đổi A / D .
• AVCC: Chân 30 là AVCC là chân điện áp cung cấp cho PORTA và ADC. Nó được kết nối với VCC thông qua bộ lọc thông thấp khi có ADC. Tuy nhiên, trong trường hợp không có ADC, AVCC được kết nối bên ngoài với VCC. 
• Chân 12 & 13: Một bộ dao động tinh thể được kết nối với các chân này. Atmega16 hoạt động ở tần số bên trong 1MHZ; bộ dao động được thêm vào để tạo ra xung clock và tần số cao.

1.2 Cảm biến cảm biến nồng độ cồn MQ3 giao tiếp At89s52

a. Giới thiệu MQ3 giao tiếp At89s52

Cảm biến nồng độ cồn MQ-3 sử dụng để phát hiện nồng độ cồn trong môi trường, hơi thở. Cảm biến có độ nhạy cao khả năng phản hồi nhanh, độ nhạy có thể điều chỉnh được bằng biến trở. Cảm biến cung cấp một đầu ra tương tự dựa trên nồng độ cồn. Cảm biến thích hợp cho việc phát hiện nồng độ cồn trong hơi thở. Phát hiện khí phát ra từ Etanol, Alcohol. Độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh. Cảm biến cung cấp một đầu ra tương tự dựa trên nồng độ cồn.   

b. Thông số kỹ thuật cảm biến nồng độ cồn MQ3

• Kích thước: 32 x 22 x 27 mm
• Chip chính: LM393, MQ-3 cảm biến khí. 
• Điện áp cung cấp: DC 5V.
• Có 2 dạng tín hiệu đầu ra dạng Analog và TTL.
• Tín hiệu đầu ra TTL có giá trị thấp. (đầu ra tín hiệu mức thấp có thể được kết nối trực tiếp với vi điều khiển). 
• Đầu ra tương tự 0 ~ 5V, nồng độ cồn càng cao điện áp càng cao. 
• Độ nhạy cao và chọn lọc tốt với hơi ethanol. 
• Bền và ổn định đáng tin cậy. 
• Nhạy và phục hồi nhanh.

c. Chức năng các chân cảm biến nồng độ cồn MQ3

• VCC Hoạt động điện áp  5V 
• GND để kết nối GND 
• D0 đầu ra giao diện chuyển đổi kỹ thuật số (0 và 1) 
• A0  đầu ra giao diện tương tự

d. Ứng dụng

 Phát hiện các khí và chất lòng

• Nồng độ cồn
• khí gas
• alcohol,
• ethanol.
• methane
• benzine
• hexane
• cacbon monoxit,
• khí dầu mỏ hóa lỏng

1.3 Oled cho mạch cảm biến nồng độ cồn MQ3 giao tiếp At89s52

a. Giới thiệu

Màn hình Oled 1.3 inch giao tiếp I2C cho khả năng hiển thị đẹp, sang trọng, rõ nét vào ban ngày và khả năng tiết kiệm năng lượng tối đa với mức chi phí phù hợp, màn hình sử dụng giao tiếp I2C cho chất lượng đường truyền ổn định và rất dễ giao tiếp chỉ với 2 chân GPIO. Màn hình OLED SH1106 với kích thước 1.3 inch, cho khả năng hiển thị hình ảnh tốt với khung hình 128×64 pixel. Ngoài ra, màn hình còn tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay thông qua giao tiếp SPI. Màn hình sử dụng driver SH1106 cùng thiết kế nhỏ gọn sẽ giúp bạn phát triển các sản phẩm DIY hoặc các ứng dụng khác một cách nhanh chóng.

Màn hình Oled chuẩn truyền I2C

Màn hình Oled chuẩn truyền SPI

b. Thông số kỹ thuật

• Điện áp sử dụng: 2.2~5.5VDC
• Công suất tiêu thụ: 0.04w
• Góc hiển thị: lớn hơn 160 độ
• Số điểm hiển thị: 128×64 điểm.
• Độ rộng màn hình: 1.3 inch.
• Màu hiển thị: Trắng / Xanh Dương.
• Giao tiếp: I2C hoặc SPI tùy loại
• Driver: SH1106
• Kích thước 1.3 inch (128x64px)
• Góc nhìn tối đa: 160°
• Nhiệt độ làm việc: -30°V đến 80°C
• Tương thích với hầu hết các board như: Arduino, ESP8266, ESP32, STM32,

Lưu ý khi dùng Oled 1.3in Hiện trên thị trường sẽ có: +  2 loại chính là 0.96in và 1.3in +  2 mã số là SH1106 và SH1306 +  2 chuẩn truyền SPI và I2C Vì thế việc lựa chọn đúng đối tượng để lập trình mới có thể hiển thị được thông tin mong muốn.

1.4 Chip ADC0804 cho đề tài đo cảm biến nống độ cồn MQ3 giao tiếp At89s52

a. Giới thiệu

Chip ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 của hãng National Semiconductor. Chip có điện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit. Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC. Thời gian chuyển đổi được định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân.

Đối với ADC0804 thì thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLK IN và không bé hơn 110µs. ADC0804 là IC được sử dụng để biến đổi đầu vào analog thành đầu ra digital. Bộ chuyển đổi analog sang digital tám bit này có hai mươi chân. IC này chủ yếu được sử dụng trong các vi điều khiển như Raspberry Pi, … Để kích hoạt module ADC này không cần đồng hồ bên ngoài, module này có đồng hồ riêng. Các bộ vi điều khiển trước đây không bao gồm bộ chuyển đổi digital analog được sử dụng phần cứng riêng biệt cho mục đích này nhưng hiện tại vi điều khiển bao gồm bộ chuyển đổi ADC.

b. Thông số kỹ thuật

C. Chức năng các chân

Chân 1 (chân CS : Chip Seclect) : là chân chọn chíp tích cực ở mức thấp nghĩa là muốn chân này làm việc thì ta phải nối mass còn không làm việc thì ta nối lên V+.

Chân 2 (chân RD : Read Data) : Đây là chân cho phép đọc dữ liệu ra  tích cực ở mức thấp nghĩa là tín hiệu tương tự ở đầu vào Vin (+) và Vin(-) sau khi được chuyển đổi thành tín hiệu số nó sẽ được lưu ở trong thanh ghi chọn chíp chưa được phép xuất ra chân DB0 đến DB7 và chỉ khi nào điện áp từ chân 2 từ mức cao xuống mức thấp thì dữ liệu mới được xuất ra chân 11 đến chân 18 để ta lấy đi .

Chân 3 (chân WR : Write Data) :là chân ghi dư liệu,là chân cho phép thực hiện chuyển đổi,chân này cũng tích cực ở mức thấp nghĩa là khi chân này ở mức cao kéo xuống mức thấp thì tín hiệu vào Vin mới được phép chuyển đổi thành tín hiệu số.Chú ý khi đang thực hiện chuyển đổi,tín hiệu ở đầu ra DB0 đến DB7 vẫn chốt ở thời điểm trước đó

Các chân khác

Chân 4,9 ( chân CLK IN và CLK R ) : là các chân của mạch dao động tạo xung clock.Với con chíp này chúng ta có thể sử dụng xung clock từ ngoài đưa vào dựa vào Ic timer 555 vào chân 4,khi đó chân 9 nối mass.Nhưng để tiện cho người sử dụng ,nhà sản xuất đã lắp trong chíp 1 bộ dao động và 2 chân CLK IN và CLK R sẽ nối tụ điện và điện trở bên ngoài.Đây chính là mạch thời hằng của mạch dao động và nó quyết định tần số .

Chân 5 ( chân INTR : Interrupt) : Chân ngắt cũng tích cực ở mức thấp . Chân này cũng là 1 trong các chân ra của chip,nó báo cho ta biết quá trình chuyển đổi đã kết thúc hay chưa ,bình thường chân này ở mức cao và khi quá trình chuyển đổi kết thúc thì chân này xuống mức thấp để báo cho ta biết là nó đã chuyển đổi xong còn nó vẫn ở mức cao tức là quá trình vẫn chưa xong .

Chân 6,7 (chân Vin) : là các chân vào của tín hiệu tương tự

Chân 8,10 ( chân AGND ,DGND ) là các chân mass của tín hiệu tương tự và tín hiệu số : AGND (Analog GND),DGND(Digital GND)

Các chân khác

Chân 9 (chân VREF/2) là chân cấp điện áp tham chiếu nếu điện áp chuyển đổi đưa vào đầu vào Vin từ 0V đến 5V thì chân này sẽ có điện áp là 2.5V. Chú ý nếu điện áp đưa vào đầu vào chuyển đổi Vin từ 0 đến 5V thì chân này có thể bỏ hở vì nguồn cấp cho Ic là 5V khi đó chân này sẽ hiểu có điện áp là 2.5V.

Chân 18,17,16,15,14,13,12,11 (chân DB0 đến DB7) là các chân ra ở dạng số .

Chân 20 (V+) là chân cấp nguồn cho Ic .Bất kìa một Ic nào muốn hoạt động thì ta phải cấp nguồn nuôi cho nó và Ic DAC 0804 cũng vậy .và nó được cấp nguồn là 5V.

2. Hướng dẫn đồ án cảm biến nồng độ cồn MQ3 giao tiếp At89s52 hiển thị LCD1602

Phần này chưa được chia sẻ.

LIÊN HỆ thông tin ở TẠI ĐÂY để được hổ trợ tốt hơn.

Phần cứng

Phần mềm

Thư viện Oled tại đây   : https://github.com/adafruit/Adafruit_SSD1306

#include <SPI.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

#define OLED_RESET 4
int TIME_UNTIL_WARMUP = 900;
unsigned long time;

int analogPin = 0;
int val = 0;
Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);

void setup()   {                
 display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
 display.clearDisplay();
}

void loop() {  
  delay(100);
  val = readAlcohol();
  printTitle();
  printWarming();
  time = millis()/1000;
  if(time<=TIME_UNTIL_WARMUP)
  {
    time = map(time, 0, TIME_UNTIL_WARMUP, 0, 100);
    display.drawRect(10, 50, 110, 10, WHITE); //Empty Bar
    display.fillRect(10, 50, time,10,WHITE);
  }else
  {
     printTitle();
     printAlcohol(val);
     printAlcoholLevel(val);  
  }
  display.display();

}

void printTitle()
{
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(22,0);
  display.println("Breath Analyzer");
}

void printWarming()
{
  display.setTextSize(2);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(0,20);
  display.println("Warming up");
}

void printAlcohol(int value)
{
  display.setTextSize(2);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(45,25);
  display.println(val);
}

void printAlcoholLevel(int value)
{
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(10,55);
  
  if(value<200)
  {
      display.println("You are sober.");
  }
  if (value>=200 && value<280)
  {
      display.println("You had a beer.");
  }
  if (value>=280 && value<350)
  {
      display.println("Two or more beers.");
  }
  if (value>=350 && value <450)
  {
      display.println("I smell Oyzo!");
  }
  if(value>450)
  {
     display.println("You are drunk!");
  }
 }
 
 int readAlcohol()
 {
  int val = 0;
  int val1;
  int val2;
  int val3; 
  display.clearDisplay();
  val1 = analogRead(analogPin); 
  delay(10);
  val2 = analogRead(analogPin); 
  delay(10);
  val3 = analogRead(analogPin);
  val = (val1+val2+val3)/3;
  return val;
 }

3. Hoạt động của mạch cảm biến nồng độ cồn MQ3

Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển đưa tín hiệu ban đầu cho lcd1602 hiển thị thông tin người dùng, lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu được gửi vào từ cảm biến nồng độ cồn MQ3 giao tiếp At89s52 gửi vào chân tín hiệu Analog. Khi nhận được tín hiệu vi điều khiển xử lý ra ngoài màn hình Oled để hiển thị giá trị theo yêu cầu đã được lập trình.

4. Cụ thể hoạt động của mạch cảm biến nồng độ cồn MQ3 giao tiếp At89s52

Chúc các bạn thành công…!!!