Thiết kế mạch báo cháy tự động

Nhiệm vụ thiết kế Cảnh báo khi có cháy Hiển thị các thông số tương ứng khi chạy lên màn hình LCD Cảnh báo về điện thoại Yêu cầu Chương 1 Đặt vẫn đề và nhiệm vụ thư Chương 2 Tổng quan về hệ thống báo cháy Chương 3 Thiết kế phần cứng Chương 4 Thiết kế phần mềm Chương 5 Kết luận và phương hướng phát triển Thời gian làm đồ án 8 tuần Mục Lục 1 1 Đặt vấn đề 1 1 2 Nhiệm vụ của đồ án môn học 1 Chương 2 Tổng quan về hệ thống báo cháy 2 2 1 Tổng quan về hệ thống báo cháy 2 2 2 Các thành phần chính của hệ.

Nhiệm vụ thiết kế:  Cảnh báo có cháy  Hiển thị thông số tương ứng chạy lên hình LCD  Cảnh báo điện thoại Yêu cầu:      Chương 1: Đặt đề nhiệm vụ thư Chương 2: Tổng quan hệ thống báo cháy Chương 3: Thiết kế phần cứng Chương 4: Thiết kế phần mềm Chương 5: Kết luận phương hướng phát triển Thời gian làm đồ án: tuần Mục Lục 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Nhiệm vụ đồ án môn học Chương 2: Tổng quan hệ thống báo cháy 2.1 Tổng quan hệ thống báo cháy .2 2.2 Các thành phần hệ thống báo cháy tự động 2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống báo cháy 2.4 Phân loại hệ thống báo cháy Chương 3: Thiết kế phần cứng hệ thống 3.1 Các chức hệ thống 3.2 Phân tích tốn: 3.3 Chức khối 3.3.1 Khối nguồn ổn áp 3.3.2 Khối cảm biến 3.3.3 Khối khuếch đại thuật toán 3.3.4 Khối báo động 3.4 Các linh kiện sử dụng 3.5 Xây dựng sơ đồ nguyên lý toàn mạch 24 3.5.1 Sơ đồ nguyên lý 24 3.5.2 Tính tốn sơ đồ ngun lý .24 3.6 Mô protues 26 3.7 Thi công mạch 27 3.8 Kinh nghiệm lắp ráp sửa chữa 29 Chương Thiết kế mạch điều khiển .30 4.1 Lưu đồ thuật toán 30 4.2 Chương trình code sử dụng Keil uVision4 31 Chương 5: Kết luận – Kiến nghị 41 5.1 Tự đánh giá kết công việc .41 5.2 Thành công nhược điểm so với mục tiêu ban đầu đặt 41 Chương 1: Đặt vấn đề nhiệm vụ thư 1.1 Đặt vấn đề Cháy nổ mối nguy hiểm nghiêm trọng khu công nghiệp, khu chung cư cao tầng, khu vực cơng cộng hay chí khu nhà riêng gây thiệt hại tài sản người Do đó, việc có hệ thống báo cháy hỗ trợ đội phòng cháy chữa cháy việc thơng báo để ứng phó kịp thời điều thiết yếu Ngày phòng cháy chữa cháy mối quan tâm hàng đầu nước ta nước giới Nó trở thành nghĩa vụ công dân Trên phương tiện thông tin đại chúng tuyên truyền giáo dục cho người dân ý thức phòng cháy chữa cháy nhằm hạn chế vụ cháy nổ xảy Vì báo cáo đồ án chúng em định chọn đề tài “Thiết kế mạch cảnh báo điều khiển thiết bị có cháy” để thực 1.2 Nhiệm vụ đồ án mơn học Mạch báo cháy có nhiệm vụ chuyển đổi khí ga, nhiệt độ thành tín hiệu âm đưa loa gửi tin nhắn SMS điện thoại người quản lý để thông báo nguy cháy khu vực thực mở cửa, phun nước Ý nghĩa thực tiễn mạch báo cháy: Trong tất khu vực có người hay khu công nghiệp vấn đề báo cháy phần tất yếu nhằm bảo vệ người trước hiểm họa cháy nổ Chương 2: Tổng quan hệ thống báo cháy 2.1 Tổng quan hệ thống báo cháy Hệ thống báo động báo cháy hệ thống gồm tập hợp thiết bị có nhiệm vụ phát báo động có hỏa hoạn xảy Việc phát tín hiệu báo cháy thực tự động đầu dị lửa, khói, nhiệt hay người thơng qua nút nhấn khẩn cấp Hệ thống phải hoạt động liên tục 24/24 kể điện Hệ thống báo động, báo cháy cung cấp chức sau: - Cung cấp phương tiện để phát đám cháy bùng phát theo phương pháp thủ công tự động - Cảnh báo cho người tịa nhà biết có cháy thơng tin sơ tán - Truyền tín hiệu thơng báo cháy cho quan PCCC đơn vị để ứng phó khẩn cấp khác - Cung cấp tín hiệu điều khiển thiết bị ngoại vi: ngắt nguồn điện, hệ thống không khí, thang máy, cửa nạn, cửa ngăn cháy,…Ngồi hệ thống báo cháy cịn điều khiển thiết bị chữa cháy 2.2 Các thành phần hệ thống báo cháy tự động Một hệ thống báo cháy tự động tiêu biểu có thành phần: – Trung tâm báo cháy: Được thiết kế dạng tủ, bao gồm thiết bị chính: bo mạch xử lý thơng tin, nguồn, ác quy dự phịng – Thiết bị đầu vào (thiết bị giám sát): Đầu báo: báo khói, báo nhiệt, khói nhiệt kết hợp, báo gas, báo lửa, đầu báo Beam…  Công tắc khẩn (nút nhấn khẩn)  Module giám sát (hệ địa chỉ) – Thiết bị đầu ra:  Chng báo động, cịi báo động, đèn báo động,…  Bảng hiển thị phụ  Bộ quay số điện thoại tự động  Module điều khiển 2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống báo cháy Quy trình hoạt động hệ thống báo động báo cháy quy trình khép kín Khi có tượng cháy (chẳng hạn nhiệt độ gia tăng đột ngột, có xuất khói tia lửa) thiết bị đầu vào (đầu báo, công tắc khẩn) nhận tín hiệu, truyền thơng tin cố trung tâm báo cháy Tại trung tâm xử lý thông tin nhận được, xác định vị trí nơi xảy cháy (thơng qua zone), truyền thông tin đến thiết bị đầu (bảng hiển thị phụ, chng, cịi, đèn), thiết bị phát tín hiệu âm thanh, ánh sáng để người nhận biết khu vực xảy cháy xử lý kịp thời 2.4 Phân loại hệ thống báo cháy Hệ báo cháy thông thường (quy ước) – Conventional Fire Alarm System Đặc điểm chính:  Hệ thống báo cháy zone có loại 12VDC 24VDC Về mặt lý thuyết hai loại có tính kỹ thuật cơng dụng Nhưng, so với hệ thống báo cháy 24V hệ thống báo cháy 12V khơng mang tính chun nghiệp, loại 12V phải dùng đầu báo dây kết hợp trung tâm hệ thống báo trộm với bàn phím lập trình Trong hệ thống 24V hệ thống báo cháy chuyên dụng, khả truyền tín hiệu xa thường sử dụng đầu báo dây, không bắt buộc phải có bàn phím lập trình  Tuy nhiên, trung tâm báo cháy hệ 12V có giá thành thấp so với trung tâm báo cháy hệ 24V  Giám sát báo cháy, báo lỗi theo khu vực (zone)  Các zone bao gồm nhiều thiết bị giám sát: đầu báo, cảm biến, nút nhấn,…  Các thiết bị zone lắp nhiều vị trí khác tầng/ khu vực rộng  Tủ báo cháy zone hoạt động độc lập  Mỗi zone cần đường dây tín hiệu riêng nên tốn dây hệ thống nhiều zone  Khi thiết bị báo cháy/ báo lỗi biết xác thiết bị/ vị trí báo động  Giá thành rẻ, phù hợp lắp đặt cơng trình nhỏ Hệ báo cháy địa – Addressable Fire Alarm System: Đặc điểm chính: Hệ báo cháy địa – Addressable Fire Alarm System có loại (về phương thức hoạt động) -Hệ thống báo cháy địa (Addressable Fire Alarm System - Hệ thống báo cháy địa loại Analog (Analog Addressable Fire Alarm System)  Tất thiết bị (địa chỉ) mang địa riêng thiết lập tay tự động  Khi báo cháy/ báo lỗi thể xác thiết bị/ vị trí thiết bị  Khả kết hợp thiết bị báo cháy thường thông qua module  Các trung tâm liên kết với tạo thành hệ thống lớn nhiều trung tâm, quản lý tập trung  Mỗi mạch loop kết nối nhiều thiết bị (hơn 100 địa loop), giúp tiết kiệm dây dẫn  Mỗi mạch loop cung cấp điện, thông tin liên lạc giám sát tất thiết bị kết nối với  Lập trình điều khiển linh hoạt (Cause and Effect)  Có thể giám sát trực quang máy tính  Nhiều chủng loại thiết bị giúp linh hoạt việc sử dụng Chương 3: Thiết kế phần cứng hệ thống 3.1 Các chức hệ thống Chế độ làm việc: - Có chế độ chính: + Sử dụng ngun tắc ion hóa +Sử dụng linh kiện thu phát quang 3.2 Phân tích toán: Phương pháp giải vấn đề nêu ra: Sử dụng nguyên tắc ion hóa: - Sử dụng lượng nhỏ chất phóng xạ để ion hóa cảm biến Khơng khí bị ion hóa dẫn điện tạo thành dòng điện chạy hai cực nạp điện Khi phần tử khói lọt vào khu vực cảm nhận ion hóa làm tăng điện trở buồng cảm nhạn làm giảm luồng điện hai cực Khi luồng điện giảm xuống tới giá trị cảm biến phát phát tín hiệu báo động Sử dụng linh kiện thu phát quang: - Sửdụng linh kiện phát quang (LED, LED hồng ngoại…) chiếu tia ánh sang qua vùng bảo vệ vào linh kiện thu quang (photo diode, quang trở, photo transistor…) Ta sử dụng linh kiện phát quang chiếu sáng vào linh kiện thu quang Khi có cháy xảy có khói phịng khu vực xuất khói với mật độ cao Khi có cháy, khói ngang qua linh kiện phát quang che chắn làm giảm cường đọ ánhh sáng chiếu vào linh kiện thu Khi cường độ giảm xuống tới giá trị cảm biến phát phát tín hiệu báo động +Trong hai cách phương pháp thứ nhạy hiệu giá linh kiện cao Còn cách thứ hai nhạy linh kiện dễ kiếm Tuy nhiên để đảm bảo độ nhạy khói, đề tài chọn chúng em chọn phương pháp thứ - Sơ đồ khối hệ thống: Hình 3.1 Sơ đồ khối mạch báo cháy cảm biến khói 3.3 Chức khối 3.3.1 Khối nguồn ổn áp - Nguồn: Điện áp 9V (Trong sử dụng Adapter dòng 9V) - Ổn áp: Các mạch ổn định có nhiệm vụ giữ cho điện áp dòng điện thiết bị cung cấp không đổi điện áp vào thay đổi tải nhiệt độ thay đổi Việc ổn định điện áp có nhiều hạn chế, nguồn điện lưới có điện áp thay đổi nhiều Và phương pháp ổn áp điện tử sử dụng nhiều yêu cầu công suất tải không lớn Các loại ổn áp thường dùng: ổn áp kiểu tham số (dùng điốt Zenner), ổn áp bù tuyến tính (mạch ổn áp có hồi tiếp) ổn áp xung Trong đề tài ta xét đến IC ổn áp (IC KA7805) Các IC thường đảm bảo cho đầu dòng điện từ 100mA đến 1.5A, người ta chế tạo nhiều loại IC ổn áp có dịng 10A Các loại IC ổn áp thường dùng họ 78xx, 79xx… Hình 3.2 Cấu tạo họ IC ổn áp 78xx, 79xx 3.3.2 Khối cảm biến - Có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu khói thành tín hiệu điện - Nguyên lý làm việc khối cảm biến: Không khí bị ion hóa dẫn điện tạo thành dòng điện chạy hai cực nạp điện Khi phần tử khói lọt vào khu vực cảm nhận ion hóa làm tăng điện trở buồng cảm nhạn làm giảm luồng điện hai cực Khi luồng điện giảm xuống tới giá trị cảm biến phát phát tín hiệu báo động - Trong đề tài ta sử dụng IC MQ135 IC MQ2 chuyên dụng để làm cảm biến khói 3.3.3 Khối khuếch đại thuật toán - Khối khuếch đại thuật toán thường gọi tắt OP-AMP (Operational-Amplifier), thiết kế để thực phép toán cộng, trừ, nhân, chia, vi phân, tích phân… máy tính tương tự Trong trình phát triển OP – AMP cịn có thêm nhiều ứng dụng khác trở thành linh kiện tích cực quan trọng mạch khuếch đại AC, mạch khuếch đại DC, mạch so sánh, mạch dao động, mạch tạo xung, mạch đo Hình 3.25: Mặt trước mạch in 29 3.8 Kinh nghiệm lắp ráp sửa chữa - Nắm rõ cấu tạo nguyên lý hoạt động linh kiện mạch - Phải nối cực cho LED khơng LED khơng sáng tính tốn điện trở hạn dịng cho led khơng bị q tải - Nối chân linh kiện phải xác tránh nối sai sơ đồ nguyên lý dẫn đến mạch không hoạt động - Đi dây hạn chế đường bắt chéo qua để nhìn vào mạch ta dễ dàng nhìn thấy linh kiện nối với - Đi dây cần kiểm tra cẩn thận mối nối tránh tình trạng mạch không thông suốt gây ảnh hưởng đến hoạt động mạch 30 Chương Thiết kế mạch điều khiển 4.1 Lưu đồ thuật tốn 4.2 Chương trình code sử dụng Keil uVision4 31 Trong phần viết chương trình điều khiển, nhóm em xin phép sử dụng phần mềmKeil uVision4 để viết chương trình Chương trình điều khiển sau: /***************************************************** Chip type : ATmega16 Program type : Application Memory model : Small External RAM size :0 Data Stack size : 256 *****************************************************/ #include #include #include #include #include #define on #define off #define senso_on #define senso_off #define senso_gas PINB.3 #define senso_khoi PINB.4 #define buzzer PORTB.0 #define relay_1 PORTB.1 #define relay_2 PORTB.2 bit bit_check_khoi = off; bit bit_check_gas = off; bit bit_check_nhiet_do = off; char data; int adc_data; 32 char tem; int i; char buff[16]; interrupt [USART_RXC] void usart_rx_isr(void) { data=UDR; } #define ADC_VREF_TYPE 0x00 // Read the AD conversion result unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) { ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); // Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10); // Start the AD conversion ADCSRA|=0x40; // Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & 0x10)==0); ADCSRA|=0x10; return ADCW; } /***Chuong trinh gui du lieu qua TX***/ void send1(unsigned char udata){//Ham gui ky tu ASCII while(!(UCSRA & (1