Kiểm tra lý thuyết - IoT và Ứng dụng Cảm biến PIR và Độ ẩm đất | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Câu 1: Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR HC-SR501 được thiết kế để phát hiện chuyển
động của các đối tượng phát ra bức xạ hồng ngoại như con người, động vật hoặc các nguồn
phát nhiệt khác. Cảm biến cho phép điều chỉnh độ nhạy để kiểm soát khoảng cách phát hiện
cũng như mức cường độ bức xạ cần nhận diện. Ngoài ta, cảm biến tích hợp sẵn biến trở giúp
tùy chỉnh thời gian giữ tín hiệu sau khi kích hoạt, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau. Cấu tạo:
Phần chính của cảm biến:
o Cảm biến PIR: Được tích hợp 2 phần tử pyroelectric đặt cạnh nhau để phát
hiện chênh lệch tín hiệu IR
o Thấu kính Fresnel: Tăng khả năng thu nhận bức xạ từ một vùng rộng lớn hơn
o Bộ xử lý tín hiệu: Chuyển đổi tín hiệu IR thành tín hiệu điện để xử lý Mạch điều chỉnh:
o Biến trở điều chỉnh độ nhạy: Tùy chỉnh khoảng cách phát hiện (lên đến 6m)
o Biến trở điều chỉnh thời gian: Cài đặt thời gian giữ tín hiệu đầu ra sau khi phát
hiện chuyển động (từ vài giây đến vài phút) Thông số kỹ thuật:
Phạm vi phát hiện: Góc 360 độ hình nón, khoảng cách tối đa 6m
Nhiệt độ hoạt động: 32-122°F (0-50°C)
Điện áp hoạt động: DC 3.8V – 5V Dòng tiêu thụ: ≤ 50 μA
Thời gian giữ tín hiện: 30 giây, có thể điều chỉnh bằng biến trở
Độ nhạy: Có thể điều chỉnh bằng biến trở
Kích thước: 32,2 x 24,3 x 25,4 mm (1,27 x 0,96 x 1,0 inch)
Các chân và điều khiển:
VCC: Điện áp đầu vào là +5V cho các ứng dụng thông thường. Có thể dao động từ 4.5V – 12V
High/Low Output (Dout): Tín hiệu xung số mức cao (3.3V) khi được kích hoạt (phát
hiện chuyển động) và mức thấp (0V) khi ở trạng thái chờ (không phát hiện chuyển động)
Ground: Kết nối với đất (ground) của mạch
Sensor Sensitivity Control: Điều chỉnh độ nhạy của cảm biến (khoảng cách phát hiện)
Off-Time Control: Điều chỉnh thời gian giữ tín hiệu mức cao sau khi phát hiện chuyển động
H Mode (Repeat Trigger Mode): Tín hiệu duy trì mức cao khi có chuyển động liên tục
I Mode (Non-repeat Trigger Mode): Tín hiệu xuất mức cao một lần sau mỗi chu kỳ phát hiện Nguyên lý hoạt động:
Cảm biến liên tục quét bức xạ hồng ngoại từ môt trường xung quanh
Khi một vật thể (như con người) đi qua vùng phát hiện của cảm biến, lượng bức xạ
hồng ngoại thay đổi một cách đột ngột. Hai phần tử nhiệt điện trong cảm biến phát
hiện sự chênh lệch giữa các giá trị bức xạ này, từ đó sinh ra một tín hiệu điện
Cảm biến sẽ xuất ra tín hiệu mức cao (High) để báo rằng đã phát hiện chuyển động.
Thời gian giữ tín hiệu mức cao được điều chỉnh qua biến trở
Sau khi kết thúc thời gian giữ tín hiệu, cảm biến sẽ chuyển về mức thấp (Low) và tiếp tục quan sát môi trường Phân tích: Ưu điểm:
o Phát hiện nhanh và chính xác
o Tiêu thụ năng lượng thấp
o Dễ dàng tùy chỉnh và tích hợp trong các hệ thống Hạn chế:
o Chỉ phát hiện được các đối tượng phát nhiệt
o Hiệu suất bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường quá cao hoặc các nguồn nhiệt nhiễu
Cảm biến độ ẩm đất: Được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tưới nước tự động, vườn
thông minh và nhiều ứng dụng khác. Cảm biến hoạt động bằng cách đo độ ẩm của đất thông
qua đầu dò, sau đó xuất tín hiệu dạng Analog và Digital qua hai chân tương ứng để kết nối
với vi điều khiển, từ đó thực hiện các chức năng khác nhau. Cấu tạo:
Cặp đầu dò: Hai chân kim loại hoặc thanh dẫn điện dùng để đo sự thay đổi trong đặc tính điện của đất Mạch xử lý tín hiệu:
o Đo điện trở hoặc điện dung của đất
o Chuyển đổi tín hiệu thành dạng số hoặc dạng tương ứng để vi điều khiển đọc được Đầu ra:
o Tín hiệu Analog: Cho giá trị điện áp tương ứng với độ ẩm đất
o Tín hiệu Digital: Dựa trên ngưỡng độ ẩm được cài đặt Các chân: VCC: 3.3V ~ 5V GND: GND của nguồn ngoài
DO (Digital Output): Đầu ra tín hiệu số (mức cao hoặc mức thấp)
AO (Analog Output): Đầu ra tín hiệu tương tự (Analog) Nguyên lý hoạt động:
Cảm biến tạo môi trường điện từ giữa hai đầu dò
Điện dung thay đổi theo hàm lượng nước trong đất
Mạch xử lý chuyển đổi điện dung thành tín hiệu điện áp hoặc số
o Xuất tín hiệu analog: Mạch điều khiển chuyển đổi sự thay đổi điện trở này
thành tín hiệu điện áp tương tự (analog). Tín hiệu này sẽ được xuất ra qua
chân AO, thường là giá trị từ 0V (đất khô) đến 5V (đất ẩm)
o Xuất tín hiệu digital: Một số phiên bản cảm biến có tích hợp ngưỡng điều
chỉnh độ ẩm. Khi độ ẩm của đất vượt quá ngưỡng này, chân DO sẽ xuất tín
hiệu mức cao (HIGH) và khi độ ẩm thấp hơn ngưỡng sẽ xuất mức thấp (LOW) Phân tích: Ưu điểm:
o Dễ sử dụng, giá thành rẻ
o Đo được độ ẩm tương đối chính xác
o Phù hợp cho các ứng dụng như tưới tiêu tự động hoặc nghiên cứu nông nghiệp Hạn chế: o Loại đo điện trở:
Dễ bị ăn mòn đầu dò do tiếp xúc với đất ẩm trong thời gian dài
Phụ thuộc vào thành phần ion trong đất o Loại đo điện dung:
Phức tạp hơn về thiết kế và cần mạch xử lý tín hiệu tốt
Kết quả đo có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ nén của đất Câu 2:
Cơ chế truyền dẫn và hoạt động:
Lớp cảm biến: Cảm biến trong lớp cảm biến thu thập thông tin từ môi trường như
nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng hoặc trạng thái của thiết bị
Lớp mạng: Dữ liệu được truyền qua các giao thức không dây (WiFi, Bluetooth) hoặc
có dây tới gateway. Gateway gửi dữ liệu lên đám mây thông qua mạng Internet
Lớp xử lý dữ liệu: Dữ liệu được phân tích và xử lý trước khi gửi đến trung tâm dữ
liệu, nơi dữ liệu được truy cập bởi các ứng dụng phần mềm
Lớp ứng dụng: Kết quả hoặc thông tin được hiển thị trên ứng dụng di động hoặc giao
diện web. Người dùng có thể điều chỉnh hệ thống hoặc xem thông báo theo thời gian thực