Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM ĐO TỪ TRƯỜNG VÀ LỰC TỪ TÓM TẮT Bộ dụng cụ thí nghiệm đo từ trường và lực từ sử dụng cảm biến Hall để đo từ trường phát ra từ nam châm điện và một cảm biến trọng lực để đo lục hút của nam châm. Độ lớn của từ trường sẽ được điều khiển bằng biến trở sau khi có kết quả đo sẽ được hiển thị lên lcd và dữ liệu được đưa lên mongodb. Bộ vỏ thí nghiệm sẽ được vẽ bằng phần mềm Solidwork sau đó in 3D phần vỏ và đấu dây mang tính thẩm mỹ nhất. MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 4 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 4 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 4 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 4 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4 1.5 DỰ KIẾN KẾT QUẢ 4 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 5 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG 5 2.1.1 Khối nguồn 5 2.1.2 khối chuyển điện áp 6 2.1.3 Khối cảm biến 8 2.1.4 Khối hiển thị 11 2.1.5 Khối xử lí trung tâm 13 2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ TỔNG QUÁT 15 2.3 THIẾT KẾ MÔ HÌNH 15 2.3.1 Thiết kế mạch đồng 15 2.3.2 Thiết kế hộp thí nghiệm 17 CHƯƠNG 3. GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 20 3.1 HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 20 3.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT TRÊN VI ĐIỀU KHIỂN 21 CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM 22 4.1 TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM 22 4.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 22 4.3 KẾT LUẬN THỰC NGHIỆM 26 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN 26 5.1 ƯU ĐIỂM 26 5.2 NHƯỢC ĐIỂM 27 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 27 TÀI LIỆU KHAM KHẢO 27 PHỤ LỤC 28 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài Bộ thí nghiệm đo từ trường và lực từ dùng để sử dụng trong môi trường giáo dục, sử dụng cảm biến từ trường và cảm biến cân định lượng để đo độ lớn từ trường phát ra từ nam châm điện và độ lớn lực từ mà nam châm điện tác dụng lên một vật nặng có cấu tạo từ sắt. Sau khi các cảm biến đọc được giá trị thì sẽ được đưa lên web sever để hiển thị và luu trữ thông tin của bộ thí nghiệm. 1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài Ứng dụng vi điều khiển tích hợp mulde wifi ESP32 trong bộ thí nghiệm để điều khiển các thiết bị cảm biến và kết nối với MongoDB sau khi cảm biến đọc giá trị có thể gửi dữ liệu lên web sever khi bộ thí nghiệm hoạt động. 1.3 Đối tượng nghiên cứu Vi điều khiển tích hợp module wifi ESP32. Cảm biến từ trường, cảm biến cân định lượng và màn hình hiển thị LCD. Thuật toán kết nối, điều khiển nối ESP32 với các cảm biến và kết nối với MongoDB. 1.4 Phạm vi nghiên cứu Đề tài được ứng dụng trong lĩnh vực giáo dục và với mục đích nghiên cứu giảng dạy cho các trường trung học phổ thông. Giới hạn cảm biến đo từ trường từ 500uT đến 500Ut. Giới hạn cảm biến cân định lượng từ 0kg đến 1kg. 1.5 Dự kiến kết quả Bộ thí nghiệm sẽ mang tính thẩm mỹ cao, hoạt động một cách tự động và ổn định. Có thể giám sát thống số khí bộ thí nghiệm hoạt động gián tiếp qua web sever. Hệ thống sẽ cho ra kết quả chính xác lên đến 90% vì độ chính xác sẽ được điều chỉnh bằng các hàm toán học thông qua phần mềm Matlab. CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống 2.1.1 Khối nguồn Chức năng : cấp nguồn 12V Linh kiện sử dụng chính : nguồn adapter 12V Thông số kỹ thuật : Đầu vào 100 240VAC 5060 hz 0.5A Đầu ra 12VDC 2A Sơ đồ nguyên lý : 2.1.2 khối chuyển điện áp Chức năng : chuyển đổi nguồn 12VDC sang 5VDC Linh kiện sử dụng chính : XL7015 Thông số kỹ thuật : XL7015 Điện áp đầu vào 5 80 VDC Điện áp đầu ra 5 20 VDC Dòng diện đầu ra 0.1 0.6 A Tần số dao động 120 180 KHz Sơ đồ nguyên lý :
111Equation Chapter 1 Section 1 BỘ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM ĐO TỪ TRƯỜNG VÀ LỰC TỪ TÓM TẮT Bộ dụng cụ thí nghiệm đo từ trường và lực từ sử dụng cảm biến Hall để đo từ trường phát ra từ nam châm điện và một cảm biến trọng lực để đo lục hút của nam châm Độ lớn của từ trường sẽ được điều khiển bằng biến trở sau khi có kết quả đo sẽ được hiển thị lên lcd và dữ liệu được đưa lên mongodb Bộ vỏ thí nghiệm sẽ được vẽ bằng phần mềm Solidwork sau đó in 3D phần vỏ và đấu dây mang tính thẩm mỹ nhất 1 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 4 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 4 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 4 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 4 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4 1.5 DỰ KIẾN KẾT QUẢ 4 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 5 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG .5 2.1.1 Khối nguồn 5 2.1.2 khối chuyển điện áp 6 2.1.3 Khối cảm biến 8 2.1.4 Khối hiển thị 11 2.1.5 Khối xử lí trung tâm 13 2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ TỔNG QUÁT 15 2.3 THIẾT KẾ MÔ HÌNH 15 2.3.1 Thiết kế mạch đồng 15 2.3.2 Thiết kế hộp thí nghiệm 17 CHƯƠNG 3 GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 20 3.1 HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 20 3.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT TRÊN VI ĐIỀU KHIỂN 21 CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM 22 4.1 TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM .22 4.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 22 4.3 KẾT LUẬN THỰC NGHIỆM .26 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 26 Bộ thí nghiệm đo từ trường và lực từ 2 5.1 ƯU ĐIỂM 26 5.2 NHƯỢC ĐIỂM 27 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .27 TÀI LIỆU KHAM KHẢO .27 PHỤ LỤC 28 Bộ thí nghiệm đo từ trường và lực từ 3 DANH MỤC HÌNH VẼ HÌNH 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI 6 HÌNH 2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ADAPTER 7 HÌNH 2.3 HÌNH ẢNH THỰC TẾ ADAPTER 7 HÌNH 2.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ XL7015 8 HÌNH 2.5 MẠCH THỰC TẾ XL7015 8 HÌNH 2.6 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH CẢM BIẾN ĐO TỪ TRƯỜNG .10 HÌNH 2.7 MẠCH THỰC TẾ CẢM BIẾN ĐO TỪ TRƯỜNG 10 HÌNH 2.8 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CẢM BIẾN CÂN 12 HÌNH 2.9 MẠCH THỰC TẾ CẢM BIẾN CÂN 12 HÌNH 2.10 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH HIỂN THỊ .13 HÌNH 2.11 MẠCH THỰC TẾ MẠCH HIỂN THỊ .14 HÌNH 2.12 SƠ ĐỒ CHÂN ESP32S 15 HÌNH 2.13 VI ĐIỀU KHIỂN ESP32S 15 HÌNH 2.14 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TỔNG QUÁT .16 HÌNH 2.15 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỒNG .17 HÌNH 2.16 SƠ ĐỒ CHÂN TRÊN PROTUES .17 HÌNH 2.17 MẠCH THỰC TẾ 18 HÌNH 2.18 THÂN HỘP THÍ NGHIỆM 18 HÌNH 2.19 NẮP HỘP THÍ NGHIỆM 19 HÌNH 2.20 TRỤC CÂN 19 HÌNH 2.21 ỐNG DÂY NAM CHÂM ĐIỆN 19 HÌNH 2.22 SẢN PHẨM MÔ PHỎNG 20 HÌNH 2.23 SẢN PHẨM THỰC TẾ .20 HÌNH 4.1 CẤP NGUỒN CHO BỘ THÍ NGHIỆM 24 Bộ thí nghiệm đo từ trường và lực từ 4 HÌNH 4.2 ESP32 ĐÃ KẾT NỐI WIFI VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 24 HÌNH 4.3 TIẾN HÀNH CÂN VẬT NẶNG 25 HÌNH 4.4 ĐỐI CHIẾU KHỐI LƯỢNG VẬT NẶNG 25 HÌNH 4.6 NGƯNG KÍCH ÁP CHO CUỘN DÂY CỦA NAM CHÂM ĐIỆN 26 HÌNH 4.5 KÍCH ĐIỆN ÁP QUA CUỘN DÂY CỦA NAM CHÂM ĐIỆN .26 HÌNH 4.7 DỮ LIỆU ĐƯỢC GỬI LÊN MONGODB 27 Bộ thí nghiệm đo từ trường và lực từ 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài Bộ thí nghiệm đo từ trường và lực từ dùng để sử dụng trong môi trường giáo dục, sử dụng cảm biến từ trường và cảm biến cân định lượng để đo độ lớn từ trường phát ra từ nam châm điện và độ lớn lực từ mà nam châm điện tác dụng lên một vật nặng có cấu tạo từ sắt Sau khi các cảm biến đọc được giá trị thì sẽ được đưa lên web sever để hiển thị và luu trữ thông tin của bộ thí nghiệm 1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài Ứng dụng vi điều khiển tích hợp mulde wifi ESP32 trong bộ thí nghiệm để điều khiển các thiết bị cảm biến và kết nối với MongoDB sau khi cảm biến đọc giá trị có thể gửi dữ liệu lên web sever khi bộ thí nghiệm hoạt động 1.3 Đối tượng nghiên cứu Vi điều khiển tích hợp module wifi ESP32 Cảm biến từ trường, cảm biến cân định lượng và màn hình hiển thị LCD Thuật toán kết nối, điều khiển nối ESP32 với các cảm biến và kết nối với MongoDB 1.4 Phạm vi nghiên cứu Đề tài được ứng dụng trong lĩnh vực giáo dục và với mục đích nghiên cứu giảng dạy cho các trường trung học phổ thông Giới hạn cảm biến đo từ trường từ -500uT đến 500Ut Giới hạn cảm biến cân định lượng từ 0kg đến 1kg 1.5 Dự kiến kết quả Bộ thí nghiệm sẽ mang tính thẩm mỹ cao, hoạt động một cách tự động và ổn định Có thể giám sát thống số khí bộ thí nghiệm hoạt động gián tiếp qua web sever Hệ thống sẽ cho ra kết quả chính xác lên đến 90% vì độ chính xác sẽ được điều chỉnh bằng các hàm toán học thông qua phần mềm Matlab CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG Bộ thí nghiệm đo từ trường và lực từ 6 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống Hình 2.1 sơ đồ khối 2.1.1 Khối nguồn Chức năng : cấp nguồn 12V Linh kiện sử dụng chính : nguồn adapter 12V Thông số kỹ thuật : Đầu vào 100 - 240VAC Đầu ra 50/60 hz 0.5A 12VDC 2A Bộ thí nghiệm đo từ trường và lực từ 7 Sơ đồ nguyên lý : Hình 2.2 sơ đồ nguyên lý adapter Hình 2.3 hình ảnh thực tế adapter 2.1.2 khối chuyển điện áp Chức năng : chuyển đổi nguồn 12VDC sang 5VDC Linh kiện sử dụng chính : XL7015 Thông số kỹ thuật : XL7015 Bộ thí nghiệm đo từ trường và lực từ Điện áp đầu vào 8 Điện áp đầu ra Dòng diện đầu ra 5 - 80 VDC Tần số dao động 5 - 20 VDC 1.1 - 0.6 A Sơ đồ nguyên lý : 120 - 180 KHz Hình 2.4 sơ đồ nguyên lý XL7015 Hình 2.5 mạch thực tế XL7015 2.1.3 Khối cảm biến 1) Cảm biến từ trường Chức năng : xác định từ trường từ nam châm điện Linh kiện sử dụng chính : SS49E và LM393 Bộ thí nghiệm đo từ trường và lực từ Thông số kỹ thuật : 9 LM393 2 - 36 V Điện áp cung cấp đơn 1 - 18 V Điện áp cung cấp kép 2 - 36 V Dải điện áp đầu vào 0.5 mA (điện áp đơn) Dòng tiêu thụ 1 mA (điện áp kép) 1,4 V Điện áp đầu ra 20 mA Dòng điện đầu ra tối đa -25 - 85 độ C Nhiệt độ hoạt động 3 - 6.5 V SS49E Max 8 mA Điện áp cung cấp đầu vào Min 1 mA Dòng điện cung cấp 3 uS Dòng đầu ra 2.25 - 2.75 V Thời gian đáp ứng 1.6 - 2.0 mV/G Điện áp đầu ra Độ nhạy Sơ đồ nguyên lý : Bộ thí nghiệm đo từ trường và lực từ