Nhóm 5 hệ thống báo cháy sử dụng cảm biến báo khói

Đề tài Hệ thống báo cháy sửa dụng cảm biến báo khói + cảm biến nhiệt độ và cảm biến hồng ngoại Đồ án 9 đ Đề tài Hệ thống báo cháy sửa dụng cảm biến báo khói + cảm biến nhiệt độ và cảm biến hồng ngoại Đồ án 9 đ Đề tài Hệ thống báo cháy sửa dụng cảm biến báo khói + cảm biến nhiệt độ và cảm biến hồng ngoại Đồ án 9 đ

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ -  - BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐO LƢỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN Đề tài: Hệ thống báo cháy sửa dụng cảm biến báo khói GVHD : Th.S Bùi Huy Anh Nhóm sinh viên: Nguyễn Ngọc Dƣơng - 2018601038 Dƣơng Văn Thức - 2018600507 Khóa : ĐH-K13 Hà Nội - 2021 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp : Cơ Điện Tử Khóa: 13 Tên nhóm : Họ tên thành viên: Nguyễn Ngọc Dƣơng MSV: 2018601038 Lớp: CĐT – K13 Dƣơng Văn Thức MSV: 2018600507 Lớp: CĐT – K13 II Nội dung học tập Tên chủ đề: Xây dựng hệ thống cảnh báo an toàn sử dụng cảm biến báo khói Hoạt động sinh viên - Nội dung 1: Tổng quan hệ thống (L4.2) - Nội dung 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống (L4.2) - Nội dung 3: Tính tốn, thiết kế mơ hình hệ thống (L4.1, L4.3) - Nội dung 4: Viết báo cáo Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch mơ hình sản phẩm (nếu có) III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành đồ án theo thời gian quy định (từ ngày 13/9/2021 đến ngày 2/12/2021) Báo cáo nội dung nghiên cứu theo chủ đề đƣợc giao trƣớc hội đồng đánh giá IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: [1] Tài liệu hƣớng dẫn đồ án Đo lƣờng điều khiển [2] Nguyễn Văn Khang, Nguyễn Phong Điền, NXB KH&KT Phƣơng tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính, linh kiện dụng cụ điện tử theo nhu cầu sử dụng KHOA CƠ KHÍ TS Nguyễn Anh Tú GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ThS Bùi Huy Anh MỤC LỤC Chƣơng Tổng quan hệ thống .6 1.1 Giới thiệu hệ thống báo cháy tự động 1.1.1 Khái niệm hệ thống báo cháy tự động 1.1.2 Các thành phần hệ thống báo cháy tự động 1.1.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống báo cháy tự động .6 1.1.4 Phân loại hệ thống báo cháy tự động 1.2 Các yêu cầu .8 1.3 Ý nghĩa thực tiễn Chƣơng Xây dựng mơ hình hệ thống .10 2.1 Sơ đồ khối hệ thống .10 2.2 Phân tích lựa chọn cảm biến 11 2.3 Phân tích lựa chọn điều khiển 14 2.4 Một số linh kiện khác 19 2.5 Thiết kế mạch đo xử lý tín hiệu .24 Chƣơng Mô phần mềm 25 Chƣơng Kết .28 Kết Luận 32 Phụ Lục 33 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.2: Module LED Thu Hồng Ngoại ML-R940 .11 Hình 2.3: Thơng số cảm biến 11 Hình 2.5:ARDUINO Uno R3 14 Hình 2.6 Sơ đồ chân (Pinout) 16 Hình 2.7 Màn hình LCD 16x2 .20 Hình 2.8: Module I2C LCD 16x2 21 Hình 2.9 Đèn LED 22 Hình 2.10 Cịi báo 23 Hình 2.11: Dây nối .23 Hình 2.12:Mạch đo hệ thống 24 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1:Một vài thông số Arduino UNO R3 .14 Chƣơng Tổng quan hệ thống 1.1 Giới thiệu hệ thống báo cháy tự động 1.1.1 Khái niệm hệ thống báo cháy tự động Hệ thống báo cháy tự động hệ thống gồm tập hợp thiết bị có nhiệm vụ phát báo động có cháy xảy ra.Việc phát tín hiệu cháy đƣợc thực tự động thiết bị ngƣời thiết phải hoạt động liên tục 24/24 1.1.2 Các thành phần hệ thống báo cháy tự động Một hệ thống báo cháy tự động gồm có thành phần nhƣ sau: - Trung tâm báo cháy: Đƣợc thiết kế dạng tủ, bao gồm thiết bị nhƣ: Bo mạch, biến thế, pin/ắcqui - Thiết bị đầu vào: Đầu báo cháy, bao gồm loại nhƣ: đầu báo khói, đầu báo nhiệt, đầu báo gas, đầu báo lửa Công tắc khẩn (nút nhấn khẩn cấp) - Thiết bị đầu + Bảng hiển thị phụ + Chng, cịi báo động + Đèn báo cháy, quay số điện thoại tự động 1.1.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống báo cháy tự động Quy trình hoạt động hệ thống báo cháy quy trình khép kín Khi có tƣợng cháy (chẳng hạn nhƣ nhiệt độ gia tăng đột ngột, có xuất khói tia lửa) thiết bị đầu vào (đầu báo cháy, cơng tắc khẩn) nhận tín hiệu truyền thơng tin cố Trung tâm báo cháy Tại Trung tâm xử lý thông tin vừa nhận đƣợc, xác định vị trí nơi xảy cháy (thơng qua zone loop) truyền thông tin đến thiết bị đầu (bảng hiển thị phụ, chng, cịi, đèn), thiết bị phát tín hiệu âm thanh, ánh sáng để ngƣời nhận biết khu vực xảy cháy có biện pháp xử lý kịp thời 1.1.4 Phân loại hệ thống báo cháy tự động Hệ thống báo cháy sử dụng loại điện khác nhau: 12V 24V Về mặt lý thuyết hai loại có tính kỹ thuật công dụng nhƣ Nhƣng, so với hệ thống báo cháy 24V hệ thống báo cháy 12V khơng mang tính chun nghiệp, trung tâm 12V chủ yếu đƣợc sử dụng hệ thống báo trộm, hệ thống cịn bắt buộc phải có bàn phím lập trình Trong hệ thống báo cháy 24V hệ thống báo cháy chuyên nghiệp, khả truyền tín hiệu xa hơn, khơng bắt buộc phải có bàn phím lập trình Hệ thống báo cháy đƣợc chia làm hệ chính, gồm: - Hệ thống báo cháy thơng thƣờng Với tính đơn giản, giá thành khơng cao, hệ thống báo cháy thơng thƣờng thích hợp lắp đặt cơng trình có diện tích vừa nhỏ (khoảng vài ngàn m2), số lƣợng phịng ban khơng nhiều (vài chục phịng) Các thiết bị hệ thống đƣợc mắc nối tiếp với nối với Trung tâm báo cháy, nên xảy cố trung tâm nhận biết khái quát hiển thị toàn khu vực (zone) mà hệ thống giám sát (chứ khơng cho biết xác vị trí đầu báo, địa điểm có cháy) Điều làm hạn chế khả xử lý nhân viên giám sát Hệ Thống Báo cháy thông thƣờng nhiều hình thức khác tồn thời gian dài Mặc dù thay đổi thời đại kỹ thuật, nhƣng theo thời gian, đặc điểm thiết kế độ tin cậy đƣợc nâng cao nhiều Chính Hệ Thống Báo cháy thơng thƣờng chứng minh hùng hồn vai trị việc bảo vệ hữu hiệu tài sản sinh mạng ngƣời hàng triệu trƣờng hợp hỏa hoạn khắp giới Hệ Thống Báo cháy thông thƣờng lựa chọn tự nhiên cơng trình nhỏ nơi mà ngân sách có giới hạn Trong Hệ Thống Báo cháy thơng thƣờng, tính chất 'thơng minh' hệ thống tập trung vào tủ điều khiển hệ thống báo cháy (control panel), nơi nhận tín hiệu tạo đầu báo cháy công tắc khẩn rồi, tới lƣợt - tủ điều khiển lại truyền tín hiệu đến thiết bị báo động khác Những đầu báo cháy thông thƣờng thƣờng đƣợc nối kết với tủ điều khiển mạch dây, mạch dây bảo vệ cho khu vực khác nhau.Đầu báo cháy hiển thị trạng thái hoạt động là: Trạng thái bình thƣờng trạng thái báo động 1.2 Các yêu cầu Mô tả kỹ thuật a Mô tả nhiệm vụ công nghệ Hệ thống có khả năng: - Cảnh báo cháy đèn cịi - Hiển thị vị trí cháy hình LCD với số vùng cảnh bảo >=3 - Giả lập tín hiệu điều khiển van phun nƣớc dập lửa tự động tín hiệu đèn b Cấu trúc thiết bị Thiết bị Loại sử dụng Cảm biến Cảm biến báo cháy Bộ điều khiển Vi điều khiển Tín hiệu cảnh báo Đèn cịi 1.3 Ý nghĩa thực tiễn Hiện nay, vụ cháy thƣờng xuyên diễn gây hậu khó lƣờng Thế nên quan trọng hệ thống báo khói, báo cháy tự động vô quan trọng Đây hệ thống vô quan trọng tịa nhà, cơng ty, trƣờng học, quan Hệ thống gồm kết hợp thiết bị chuyên nghiệp có chức nhiệm vụ khác Mỗi thiết bị xử lý công đoạn việc phát báo động có cháy xảy Hệ thống đặc biệt cần thiết tòa nhà có nhiều ngƣời Việc phát dấu hiệu cháy nhƣ nhiệt độ tăng đột ngột, khói, lửa đƣợc thực tự động thiết bị thông minh hệ thống Và hệ thống đƣợc cài đặt hoạt động liên tục 24/24 Nhờ có chúng mà ngƣời tránh đƣợc mối nguy hiểm hỏa hoạn gây thiệt hại vật chất 10 Chƣơng Xây dựng mơ hình hệ thống 2.1 Sơ đồ khối hệ thống a, Sơ đồ khối Khối Nguồn Khối Cảm Biến Khối Khối Xử Lý Cảnh Báo b, Phân tích chức nhiệm vụ khối Khối Chức Khối nguồn Sử dụng nguồn điện DC có điện áp 9V để cung cấp cho hoạt động mạch Khối cảm biến  cảm biến nhiệt độ: Sử dụng cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ phát nhiệt độ cao đƣa thông tin khối xử lí  cảm biến khói : Sử dụng module cảm biến khói có nhiệm vụ phát khói đƣa thơng tin khối xử lí  Cảm biến tia lửa: Nhận biết xuất tia lửa điện đƣa thơng tin khối xử lí Khối xử lý Sử dụng điều khiển dùng để giao tiếp với khối cảm biến nhiệt độ 20 Hình 2.5 Màn hình LCD 16x2 Thơng số kỹ thuật LCD 16x2 LCD 16x2 đƣợc sử dụng để hiển thị trạng thái thơng số LCD 16x2 có 16 chân chân liệu (D0 - D7) chân điều khiển (RS, RW, EN) chân lại dùng để cấp nguồn đèn cho LCD 16x2 Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD chế độ lệnh chế độ liệu Chúng cịn giúp ta cấu hình chế độ đọc ghi LCD 16x2 sử dụng chế độ bit bit tùy theo ứng dụng ta làm 21 b Module I2C LCD 16x2 Hình 2.6: Module I2C LCD 16x2 LCD có q nhiều nhiều chân gây khó khăn q trình đấu nối chiếm dụng nhiều chân vi điều khiển Module I2C LCD đời giải vấn để cho bạn Thay phải chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16x2 (RS, EN, D7, D6, D5 D4) module IC2 bạn cần tốn chân (SCL, SDA) để kết nối Module I2C hỗ trợ loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 16x2, LCD 20x4, ) tƣơng thích với hầu hết vi điều khiển - Ƣu điểm Tiết kiệm chân cho vi điều khiển Dễ dàng kết nối với LCD Thông số kĩ thuật Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC Hỗ trợ hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780) Giao tiếp: I2C 22 Địa mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh ngắn mạch chân A0/A1/A2) Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD ngắt Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tƣơng phản cho LCD c Đèn LED cảnh báo màu đỏ Hình 2.7 Đèn LED Đƣờng kính: 5mm Bƣớc sóng: 640 mm Điện áp chuyển tiếp 1,8-2,2V, dòng điện 20Ma 1500 MCD độ sáng điển hình Góc nhìn: 10 độ Dòng điện liên tục tối đa: 30mA 23 d Còi báo Hình 2.8 Cịi báo Điện áp: 3.5-5.5V Dịng điện: đèn báo sáng, cịi cảnh báo kêu Có tia lửa Đèn cảnh báo sáng Cịi kêu Hình 2.15 Mơ mạch báo cháy có tia lửa Hiển thị 28 Chƣơng Kết Mơ hình mạch báo cháy Hình 2.16 Mơ hình mạch báo cháy Mô tả : Sản phẩm bao gồm : - Aduino R3 + cáp kết nối : Cảm biến khí gas MQ02 : Cảm biến tia lửa (Module LED Thu Hồng Ngoại ML-R940): Màn hình LCD 16x2 : I2C : Board test : Led đỏ : Điện trở 100 Ω : Còi báo( Buzzer) : Dây nối 29 Hoạt động cảm biến báo khói Trạng thái trƣớc có tín hiệu khói Màn LCD : Aout MQ-2 khoảng 120, nhiệt độ thực khoảng 17 độ Trạng thái : BINH THUONG Hình 2.17 Mơ hình mạch báo cháy trạng thái bình thƣờng Khi có khói nhiệt độ cao 60⁰C CO=350  đèn báo sáng, còi kêu Trạng thái: BAO DONG_WARNING 30 Hoạt động cảm biến tia lửa Trạng thái trƣớc có tia lửa Màn LCD: Báo trạng thái : BINH THUONG Hình 2.19 Mơ hình mạch báo cháy trạng thái bình thƣờng Khi có tia lửa: Màn LCD hiển thị : BAO DONG_WARNING Đèn báo sáng, cịi báo kêu 31 Hình 2.20 Mơ hình mạch báo cháy có tia lửa 32 Kết Luận Sau hồn thành mơ hình sản phẩm nhóm đạt đƣợc số ƣu, nhƣợc điểm nhƣ sau:  Ƣu điểm: - Mơ hình nhận diện đƣợc xuất tia lửa điện với độ trễ 4s - Mơ hình phát đƣợc xuất khói kết hợp với cảm biến nhiệt độ để đƣa kết cảnh báo - Chi phí hồn thành mơ hình sản phẩm rẻ ( sản phẩm nhóm dƣới 400 nghìn đồng) - Chỉ với nguồn điện 9V cấp nguồn trì hệ thống  Nhƣợc điểm: - Độ nhạy cảm biến ảnh hƣởng không nhỏ đến kết mơ hình Ví dụ nhƣ góc quét cảm biến tia lửa nhỏ( 60⁰) - Độ nhiễu ảnh hƣởng không nhỏ đến kết cảm biến khí gas MQ2  Phƣơng hƣớng phát triển mơ hình - Nghiên cứu thay loại cảm biến tƣơng tự với loại cảm biến mơ hình để tăng độ xác - Tích hợp thêm số tính nhƣ cảnh báo thông qua smartphone tự động phun nƣớc nhiệt độ khu vực vƣợt nhiệt độ cho phép 33 Phụ Lục Code chƣơng trình điều khiển: #include #include // khai bao thu vien lcd sử dụng i2c LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); int led = 13; // chân kết nối Led blue int T = A3; // chân analog kết nối tới cảm biến LM35 int fire = 9; // chân digital kết nối tới cảm biến Flame sensor int CO = A2; // chân analog kết nối tới cảm biến MQ2 int buzzer = 7; // chân kết nối tới Còi int tempbase = 60; // nhiệt độ so sánh int gasbase = 300; // nồng độ so sánh void setup() { pinMode(T, INPUT); pinMode(fire, INPUT); pinMode(CO, INPUT); pinMode(led, OUTPUT); pinMode(buzzer, OUTPUT); Serial.begin(9600); //Khởi động Serial mức baudrate 9600 lcd.begin(); // khoi tạo lcd lcd.backlight(); // bật đèn lcd lcd.setCursor(0, 0); // vị trí bắt đầu hiển thị T LCD lcd.print("T: "); lcd.setCursor(9, 0); // vị trí bắt đầu hiển thị CO LCD lcd.print("CO: "); } void loop() { int f = digitalRead(fire); // đọc giá trị digital flame sensor int a = analogRead(T); float v = a*5.0 / 1024; // đọc giá trị từ cảm biến LM35 34 float temp = v * 100.0-10; analog // công thức chuyển đổi thông tin nhiệt độ sang int nd = analogRead(CO); // đọc giá trị từ cảm biến MQ2 lcd.setCursor(3,0); lcd.print(temp); delay(50); lcd.setCursor(13,0); lcd.print(nd); if ((nd > gasbase) && (temp > tempbase) || f == LOW || nd > 500 || temp > 60 ) // Nếu số vƣợt số an tồn Flame sensor tín hiệu báo động { lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("BAO DONG_WARNING"); digitalWrite(led, HIGH); // đèn sáng delay(50); digitalWrite(buzzer, HIGH); // còi mở } else // ngƣợc lại điều kiện hiển thị bình thƣờng { lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("BINH THUONG digitalWrite(led, LOW); digitalWrite(buzzer, LOW); } delay(50); } "); ... thiệu hệ thống báo cháy tự động 1.1.1 Khái niệm hệ thống báo cháy tự động Hệ thống báo cháy tự động hệ thống gồm tập hợp thiết bị có nhiệm vụ phát báo động có cháy xảy ra.Việc phát tín hiệu cháy. .. với hệ thống báo cháy 24V hệ thống báo cháy 12V khơng mang tính chun nghiệp, trung tâm 12V chủ yếu đƣợc sử dụng hệ thống báo trộm, hệ thống cịn bắt buộc phải có bàn phím lập trình Trong hệ thống. .. mạch Khối cảm biến  cảm biến nhiệt độ: Sử dụng cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ phát nhiệt độ cao đƣa thơng tin khối xử lí  cảm biến khói : Sử dụng module cảm biến khói có nhiệm vụ phát khói đƣa