THIẾT kế hệ THỐNG NHÚNG đề tài thiết kế thiết bị cảnh báo khí gas

HỌC VIỆN KĨ THUẬT MẬT MÃ KHOA ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG Đề tài: Thiết kế thiết bị cảnh báo khí gas Nhóm sinh viên: Lê Văn Bắc Phong Ngọc Lộc Đỗ Thị Mơ Cao Đình Thiện Giảng viên mơn: Dương Phúc Phần Hà Nội - 2022 Mục lục I 2.1.1 2.2 Thiết kế phần mềm I Giải pháp thiết kế I.1 Sơ đồ khối giải pháp II I.2 Phân tích chức khối III.Cảm biến khí gas MQ2: Dùng để phát rị rỉ khí gas IV Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn hệ thống 16 V Khối điều khiển trung tâm: Gồm STM32 ESP8266: Nhận tín hiệu từ cảm biến khí gas, phát cịi gửi thơng VI số cho khối hiển thị VII Khối cảnh báo: Gồm loa phát cảnh báo nhận tín hiệu từ khối điều khiển trung tâm VIII Khối hiển thị: Gồm hình LCD 16x2, hiển thị thơng số nhận từ khối điều khiển trung tâm IX II.1 X II Thiết kế hệ thống Thiết kế phần cứng II.l.l.Giới thiệu STM32F103C8T6 XI XII XIII STM32F103C8T6 vi điều khiển tầm trung thuộc họ STM32F103x8 theo kiến trúc vi mạch RISC Bo mạch Blue Pill có chi phí thấp thay cho bo mạch STM khác hãng STMicroelectronics Giá Blue Pill khoảng 2-3 $ XIV Bộ vi điều khiển STM32F103C8T6 có chân GPIO, xử lý, nhớ, cổng USB, chuyển đổi tín hiệu Analog sang tín hiệu Digital thiết bị ngoại vi khác Một lõi ARM Cortex với tốc độ đáng kinh ngạc 72 MHz hiệu suất lượng tương đối XV Bo mạch STM32F103C8T6 blue-pill có lõi ARM 32-bit Cortex-M3 RISC với dao động bên -16 MHz Nó chip cơng nghệ flash CMOS Chip có 37 chân GPIO 10 chân Analog Nó có số giao thức giao tiếp đại CAN USB XVI Các thiết bị ngoại vi cung cấp khả điều khiển vượt trội bo mạch hoạt động với điện áp thấp, phù hợp cho ứng dụng cơng suất thấp Nó có watchdog window watchdog timer để bo mạch vận hành xác dịng lệnh II.1.1.1 Thơng số kĩ thuật XVII Đặc tính thiết bị ngoại vi XVIII XIX Kiến trúc vi mạch XX RISC XXI Số lượng chân XXII 47 XXIII XXV XXIV XXVI SRAM Debug đường truyền liệu nối tiếp khả dụng 20 kiloBytes XXVII I.2 B ộ nhớ flash I.4 T ốc độ CPU I.6 Cổng kết nối USB I.8 ADC I.3 64/1 28 KiloBytes I.5 72 MHz (tối đa) I.7 Mi c r o I.9 S ố hẹn I.10 Giao tiếp truyền thơng I.11 M odule USB I.13 I2C I.12 Có I.14 SPI I.15 Nhiệt độ hoạt động I.17 Dòng điện sink/source I.19 Điện áp hoạt động I.16 -40 C - 105 C I.18 mA I.20 2.0V 3.6V XXVIII XXIX XXX XXXI XXXII XXXIII XXXIV XXXV XXXVI XXXVII XXXVIII XXXIX XL XLI XLII XLIII XLIV XLV XLVI XLVII XLVIII XLIX L LI LII LIII LIV LV LVI LVII LVIII LIX LX LXI Module USART LXII Bộ tạo dao động bên 4-16 MHz LXIII Có Bộ hẹn watchdog (WWDT) LXIV.Debug JTAG LXV > Một số đặc tính: • Kiểm tra theo chu kỳ (CRC) để đảm bảo độ xác liệu liệu • Có ba tùy chọn boot khác (thông qua flash nhớ hệ thống SRAM) để reset nhớ flash qua USART1 • timer khác để có tốc độ lấy mẫu giá trị analog khác • Một giao thức nối tiếp JTAG (Joint Test Action Group) để gỡ lỗi kiểm tra vi điều khiển • Xung nhịp PLL để tạo ổn định cách xử lý tín hiệu đầu đầu vào LXVI tín hiệu • Bộ timer Watchdog để quan sát lỗi trình nhận truyền II.1.1.2 Sơ đồ chân LXVII LXVIII LXIX LXX Kiểu chân LXXIII Powe r LXXVI LXXI Tên chân LXXIV LXXVII - 3,3V - 5V LXXIX LXXX - GND LXXXII LXXXIII LXXII LXXV động đầu LXXVIII cổng USB LXXXI bên ngồi LXXXIV Mơ tả Điện áp hoạt Chân cấp nguồn nguồn 5V Chân nối đất • Ngắt ngoài: Ngắt phần cứng thực thi phát thay đổi tín hiệu bên ngồi • PWM: Tổng cộng 15 chân điều chế độ rộng xung để tạo tín hiệu điện áp tương tự analog từ đầu PWM digital • RTS / CTS: Request-to-Send / Clear-to-Send giao thức đảm bảo kiểm sốt việc truyền nhận liệu • SPI : giao thức để giao tiếp vi điều khiển thiết bị ngoại vi • CAN: đường bus truyền liệu theo hai hướng • I2C : Một giao thức truyền liệu nối tiếp khác để truyền liệu đồng II.1.2.Cảm biến khí gas MQ2 CXIX MQ2 là cảm biến khí, dùng để phát khí gây cháy Nó cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2 Chất có độ nhạy cảm thấp với khơng khí Nhưng mơi trường có chất ngây cháy, độ dẫn thay đổi Chính nhờ đặc điểm người ta thêm vào mạch đơn gian để biến đổi từ độ nhạy sang điện áp CXX CXXI CXXII Khi môi trường điện áp đầu cảm biến thấp, giá trị điện áp đầu tăng nồng độ khí gây cháy xung quang MQ2 cao CXXIII MQ2 hoạt động tốt mơi trường khí hóa lỏng LPG, H2, chất khí gây cháy khác Nó sử dụng rộng rãi công nghiệp dân dụng mạch đơn giản chi phí thấp II.1.2.1 Thơng số kĩ thuật • Điện áp hoạt động: 3.3V-5V • Kích thước PCB: 3cm * 1.6cm • Led đỏ báo nguồn vào, Led xanh báo gas • IC so sánh : LM393 • VCC: 3.3V-5V • GND: 0V • DO: Đầu tín hiệu số (0 1) • AO: Đầu Analog (Tín hiệu tương tự) • Cấu tạo từ chất dẫn Sno2 • Có dạng tín hiệu: Analog( AO) Digital (DO) - Dạng tín hiệu : TTL đầu 100mA ( Có thể sử dụng trực tiếp Relay, Cịi cơng suất nhỏ ) - Điều chỉnh độ nhạy biến trở - Sử dụng LM393 để chuyển AO > DO CXXIV CXXV CXXVI CXXVII II.1.2.2 Sơ đồ chân CXXVIII CXXIX Sơ đồ chân MQ2 CXXX CXXXII CXXXI CXXXIII - Trong đó: CXXXIV o Chân 1,3 A CXXXV o Chân 2,5 B CXXXVI o Chân 4,6 C Dòng ckũ MQ2 CXXXVII CXXXVIII AO D0 GND vcc CXXXIX II.1.2.3 Ứng dụng CXL Được sử dụng để phát cácloại khí : CXLI + LPG : hỗn hợp hydrocarbon nhẹ, thể khí LPG dân dụng cơng nghiệp chủ yếu có thành phần gồm Propane CXLII + Iso Butan ( C4H10 ) CXLIII + Propan : C3H8 CXLIV + Mêtan : CH4 CXLV + Rượu : ROH CXLVI + Hydrogen CXLVII + Khói II.1.2.4 Ưu điểm nhược điêm > Ưu điểm: • Việc có chân số Dout tiện để mắc ứng dụng đơn giản, khơng cần đến vi điều khiển Khi ta cần chỉnh giá trị biến trở tới giá trị nồng độ ta muốn cảnh báo Khi nồng độ MQ2 đo thấp mức cho phép Dout = Đèn Led tắt Khi nồng độ khí đo lớn nồng khí cho phép, Dout =0, đèn led sáng • Ta ghép nối vào mạch Realy để điều khiển bật tắt đèn, còi, thiết bị cảnh báo khác > Nhựơc điểm: Một điều khó khăn làm việc với MQ2 ta khó quy từ điện áp Aout giá trị nồng độ ppm Rồi từ hiển thị cảnh báo theo ppm Do giá trị điện áp trả loại khí khác nhau, lại bị ảnh hưởng nhiệt độ, độ ẩm • Trong thiết, để xác định điểm cảnh báo phải thực thủ công Đầu tiên đo trạng thái khơng khí sạch, giá trị thu Vout1 Cho khí ga từ bật lửa rò rỉ Ta thấy giá trị Aout tăng lên Khi đạt khoảng cách khí ga từ bật lửa hợp lý tương ứng với nồng độ khí bắt đầu nguy hiểm, ta ghi lại giá trị Vout2 Ta chọn giá trị Vout2 giá trị ngưỡng cảnh báo Nếu giá trị đo lớn thiết bị xuất tín hiệu cảnh báo • II.1.3 Giới thiệu hình hiển thị LCD 16x2 CXLVIII Thiết bị hiển thị LCD 1602 (Liquid Crystal Display) sử dụng nhiều ứng dụng VĐK LCD 1602 có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác như: khả hiển thị kí tự đa dạng (chữ, số, kí tự đồ họa); dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiềugiao thức giao tiếp khác nhau, tiêu tốn tài nguyên hệ thống, giá thành rẻ, CXLIX CL 2.1.3.1 Thông số kĩ thuật - Điện áp MAX : 7V - Điện áp MIN : - 0,3V - Hoạt động ổn định : 2.7-5.5V - Điện áp mức cao : > 2.4 - Điện áp mức thấp : Serial Monitor CXCIV ... 2.2 Thiết kế phần mềm I Giải pháp thiết kế I.1 Sơ đồ khối giải pháp II I.2 Phân tích chức khối III.Cảm biến khí gas MQ2: Dùng để phát rị rỉ khí gas IV Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho tồn hệ thống. .. cách khí ga từ bật lửa hợp lý tương ứng với nồng độ khí bắt đầu nguy hiểm, ta ghi lại giá trị Vout2 Ta chọn giá trị Vout2 giá trị ngưỡng cảnh báo Nếu giá trị đo lớn thiết bị xuất tín hiệu cảnh báo. .. Gồm hình LCD 16x2, hiển thị thông số nhận từ khối điều khiển trung tâm IX II.1 X II Thiết kế hệ thống Thiết kế phần cứng II.l.l.Giới thiệu STM32F103C8T6 XI XII XIII STM32F103C8T6 vi điều khiển