Đồ án đo lường và điều khiển chủ đề xây dựng hệ thống cảnh báo an toàn sử dụng cảm biến báo cháy

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHỦ ĐỀ: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO AN TOÀN SỬ DỤNG CẢM BIẾN BÁO CHÁY Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: ThS Lê Văn Nghĩa Nguyễn Sơn Nam - 2020601416 Nguyễn Xuân Quân - 2020601592 Hoàng Hồng Quang - 2020600122 Lớp: ME6051.3 Khóa học: Đại học K15 Hà Nội - 2022 Tieu luan PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: ………………… Khóa: …………………… Tên nhóm: ………… Họ tên thành viên:……………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… II Nội dung học tập Tên chủ đề: Xây dựng hệ thống cảnh báo an toàn sử dụng cảm biến báo cháy Hoạt động sinh viên - Nội dung 1: Tổng quan hệ thống (L1.1) - Nội dung 2: Xây dựng mơ hình hệ thống (L1.1; L1.2) - Nội dung 3: Chế tạo thử nghiệm hệ thống (L2.1) - Nội dung 4: Viết báo cáo Sản phẩm nghiên cứu: Mơ hình sản phẩm báo cáo thu hoạch III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành đồ án theo thời gian quy định (từ ngày …/…/… đến ngày …/…/….) Báo cáo nội dung nghiên cứu theo chủ đề giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: Giáo trình mơn học Cảm biến hệ thống đo, vi điều khiển Phương 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/TRUNG TÂM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ThS Lê Văn Nghĩa Tieu luan MÔ TẢ KỸ THUẬT 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 nước dập lửa tự động tín hiệu đèn 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 Hiển thị LCD Đặc tính kỹ thuật Thông số Giá trị Số lượng cảm biến >=3 Nội dung báo cáo - Bản vẽ TT Tên vẽ Bản vẽ sơ đồ hệ thống Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống - Báo cáo Tieu luan Khổ giấy Số lượng A3 A3 Chương Tổng quan hệ thống 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các yêu cầu 1.3 Phương pháp, phạm vi giới hạn nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa thực tiễn Chương Xây dựng mô hình hệ thống 2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 2.2 Phân tích lựa chọn cảm biến 2.3 Phân tích lựa chọn điều khiển 2.4 Thiết kế mạch đo xử lý tín hiệu 2.5 Mơ hình hóa mơ hệ thống (Nếu có) Chương 3: Chế tạo thử nghiệm hệ thống 3.1 Chế tạo phận khí 3.2 Chế tạo phận điện - điện tử 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển 3.4 Thử nghiệm đánh giá hệ thống Kết Luận Tieu luan LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, khoa học kỹ thuật phát triển ngày mạnh mẽ tất lĩnh vực đời sống xản xuất Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào hoạt động sản xuất đòi hỏi người phải khơng ngừng học hỏi nâng cao trình độ hiểu biết để kịp thời cập nhật tiến giới Chính vậy, phát triển ngành điện tử có ý nghĩa quan trọng sản phẩm ngành phục vụ tất ngành khác kinh tế như: phục vụ lĩnh vực tự động hóa, kỹ thuật robot, chế tạo, điều khiển cảm ứng, … Với xu hướng giảng dạy theo chương trình CDIO việc áp dụng đồ án môn học vào để giúp sinh viên tự tìm tịi, khám phá kiến thức có liên quan đến mơn học điều cần thiết Đồ án môn học đo lường điều khiển giúp cho sinh viên tìm hiểu khai thác hiệu loại cảm biến, vi điều khiển, hệ thống đo lường vào thiết bị, hệ thống hay dây chuyền công nghiệp Trong thực tế, hệ thống phòng cháy chữa cháy (PCCC) hệ thống quan trọng thiếu chung cư cao ốc, tòa nhà cao tầng Nó đóng vai trị quan trọng việc bảo vệ tài sản tính mạng người Vì mà việc đầu tư lắp đặt đến bảo trì bảo dưỡng hệ thống ln đề lên hàng đầu Cơng tác phịng cháy chữa cháy (PCCC) đóng vai trị quan trọng việc bảo vệ tính mạng tài sản gia đình xã hội Chỉ cần phút lơ là, bất cần hậu để lại lớn Có thể nói, bối cảnh đất nước không ngừng xây dựng phát triển hôm cơng tác PCCC chiếm giữ vai trị quan trọng Ít có tai nạn mà lúc gây thiệt hại lớn tính mạng tài sản người vụ hỏa hoạn Với vai trò đặc biệt quan trọng hệ thống Phòng cháy chữa cháy nhà cao tầng, trung tâm thương mại, chung cư Nghiên cứu đề xuất áp dụng mơ hình tính tốn thiết kế hệ thống chữa cháy tự động cần thiết Tieu luan Trong đề tài đồ án môn “ xây dựng hệ thống đo xử lí tín hiệu sử dụng cảm biến phát tia lửa để cảnh báo chữa cháy” này, nhóm sinh viên chúng em xin trình bày cách cụ thể trình nghiên cứu tìm hiểu tính tốn, thiết kế mơ hình Thơng qua áp dụng vào nghiên cứu khoa học hay vào đồ án tốt nghiệp chuyên ngành trường Hà Nội, ngày … tháng … năm 2022 Tieu luan MỤC LỤC MÔ TẢ KỸ THUẬT LỜI NÓI ĐẦU Danh mục hình ảnh CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.1.2 Sơ lược hệ thống báo cháy chữa cháy 11 1.2 Các yêu cầu 13 1.3 Phương pháp, phạm vi giới hạn nghiên cứu 14 1.3.1 Phương pháp nghiên cứu 14 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 15 1.3.3 Giới hạn nghiên cứu 15 1.4 Ý nghĩa thực tiễn 15 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG 17 2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 17 2.2 Phân tích lựa chọn cảm biến 17 2.3 Phân tích lựa chọn điều khiển 23 2.4 Thiết kế mạch đo xử lý tín hiệu 33 2.5 Mơ hình hóa mơ hệ thống 34 CHƯƠNG CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 35 3.1 Chế tạo phận khí 35 3.2 Chế tạo phận điện-điện tử 37 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển 38 3.4 Thử nghiệm đánh giá hệ thống 42 Kết luận 44 Tài liệu tham khảo 45 Tieu luan DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hệ thống phịng cháy chữa cháy Việt Nam 10 Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống báo cháy 12 Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống chữa cháy điển hình Splinkler 13 Hình 2.1: Cảm biến đầu đo 18 Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý flame sensor 20 Hình 2.3: Cảm biến tia lửa 20 Hình 2.4:Sơ đồ nguyên lý MQ2 22 Hình 2.5: Cảm biến MQ2 22 Hình 2.6: Sơ đồ chân Adruino 23 Hình 2.7: Mạch Adruino UNO R3 25 Hình 8: Màn hình LCD 12C 28 Hình 2.9: Module 12C LCD 16x2 29 Hình 2.10: Sơ đồ đầu nối giao tiếp IC2 với LCD 16x2 30 Hình 2.11: Cịi chíp 5V 31 Hình 2.12: Sơ đồ đầu nối buzzer với adruino UNO R3 31 Hình 2.14: LED xanh dương 32 Hình 2.13: LED đỏ 32 Hình 2.15: Mô hệ thống 34 Tieu luan CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Lịch sử nghiên cứu Thế giới có thách thức lớn, biến đổi lớn kinh tế xã hội, tiến khoa học công nghệ, thách thức biến đổi khí hậu Sự an tồn trở thành tiêu chí quan trọng giới công nghệ 4.0 Ở Việt Nam, vấn đề an toàn cháy ngày trở nên quan trọng đặc biệt quan trọng thành phố lớn, với dự án lớn Vì tình hình nghiên cứu hệ thống PCCC ngày phát triển vô mạnh mẽ quan tâm nước phát triển phát triển toàn giới Có nhiều quy trình cơng nghiệp sử dụng thiết bị đốt khí đốt lị nung, lò nướng máy sấy Nhiều người số họ sử dụng nhiều đơn vị giai đoạn yêu cầu nhiều đầu đốt Thông thường, chúng phải bắn theo trình tự cụ thể Trong hầu hết trường hợp, chúng phải tắt cố cháy nổ để tránh khả cháy nổ không mong muốn Hệ thống điều khiển liên kết phức tạp đơn giản, trường hợp, chúng yêu cầu, yếu tố đầu vào quan trọng, mạch cảm biến thiết bị để cảm nhận diện lửa Thơng thường, cảm biến lửa cấu hình để cảm nhận diện lửa, phép thiết bị lập trình tự bình thường tất lửa phát tắt hệ thống có lửa Hai loại đầu dị cảm biến lửa phát triển nhiều năm hệ thống thường cấu hình để hoạt động với loại cảm biến khác Mỗi loại có ưu nhược điểm tương ứng; số trường hợp, việc lựa chọn loại đầu dò cảm biến lửa định việc sử dụng mạch giao diện cảm biến lửa cụ thể tương thích với nó, có ý nghĩa rộng Tieu luan Hiện nay, Việt Nam hệ thống PCCC trọng nghiên cứu nhiều thiết bị báo cháy chữa cháy hoạt động tốt có tính vượt trội ứng dụng rộng rãi toàn quốc Một số thiết bị điển hình như: Hệ thống Sprinkler, Hệ thống chữa cháy bọt foam AFFF, Hệ thống chữa cháy tự động khí FM200/HFC227ea, Hệ thống báo cháy thơng thường,… Hình 1.1: Hệ thống phòng cháy chữa cháy Việt Nam Trên giới, đặc biệt Nhật Bản, phát triển cơng nghệ an tồn cháy có bước ngoặt lớn nơi phát triển mạnh công nghệ tân tiến áp dụng vào đời sống người Đặc điểm thiết kế an toàn cháy Nhật Bản hệ thống kết hợp tự thân cơng trình Kiến trúc Thiết bị phịng cháy (cửa sập liên động với hệ thống báo khói, cửa chống cháy chống khói tự đóng, hệ thống hút khói, cao áp…) Cơng nghệ an tồn cháy Nhật Bản tồn phương pháp thiết kế: Thiết kế dựa theo Tiêu chuẩn (Prescriptive-based codes) Thiết kế dựa theo Tính (performance based approach) 10 Tieu luan Buzzer Hình 2.11: Cịi chíp 5V Cịi chip 5V dùng làm linh kiện mạch điện tử tạo tín hiệu âm Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động: 3V – 5V Dòng hoạt động: 500) { lcd.setCursor(0,0); lcd.println("VT:P1."); lcd.setCursor(0,1); lcd.println("gt1:"); lcd.println(gt1); } 40 Tieu luan if(value2 == || gt2 > 500) { lcd.setCursor(0,0); lcd.println("VT:P2."); lcd.setCursor(0,1); lcd.println("gt2:"); lcd.println(gt2); } if(value3 == || gt3 > 500) { lcd.setCursor(0,0); lcd.println("VT:P3."); lcd.setCursor(0,1); lcd.println("gt3:"); lcd.println(gt3); } // phong chay if(value1 == || gt1 > 500) { digitalWrite(lamp1,HIGH); digitalWrite(voi1,HIGH); digitalWrite(speaker1,HIGH); } // phong chay if(value2 == || gt2 > 500) { digitalWrite(lamp2,HIGH); digitalWrite(voi2,HIGH); digitalWrite(speaker2,HIGH); } //phong chay if(value3 == || gt3 > 500) { digitalWrite(lamp3,HIGH); 41 Tieu luan digitalWrite(voi3,HIGH); digitalWrite(speaker3,HIGH); } } Serial.print("giá trị gas 1: "); Serial.println(gt1); Serial.print("giá trị gas 2: "); Serial.println(gt2); Serial.print("giá trị gas 3: "); Serial.println(gt3); delay(500); lcd.clear(); } 3.4 Thử nghiệm đánh giá hệ thống Khi cảm biến chưa phát tín hiệu lửa hình hệ thống hiển thị “bình thường” 42 Tieu luan Khi cảm biến phát tín hiệu lửa hình hệ thống hiển thị vị trí cháy còi kêu đèn sáng Đánh giá hệ thống: Hệ thống chạy ổn định đáp ứng yêu cầu đặt phát tín hiệu cảnh báo qua đèn cịi, đồng thời hiển thị vị trí phịng cháy hình hiển thị trung tâm Khi có cháy hay nồng độ khí gas cao so với mức cho phép, tín hiệu nước( giả lập đèn LED) kích hoạt đồng thời để tập tắt lửa đồng thời đèn còi phát tín hiệu cảnh báo Tốc độ phản hồi hệ thống mức trễ cho phép Do hệ thống thử nghiệm chưa áp dụng thực tế khoảng thời gian nên chưa thể đánh giá hết hiệu suất hiệu hệ thống 43 Tieu luan KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu tìm hiểu, nhóm em hồn thành đồ án “Thiết kế hệ thống báo cháy” với kết quả: Nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ hệ thống báo cháy sử dụng thị trường bao gồm hãng sản xuất lớn, thống, nguyên lý hoạt động Nắm cấu tạo, nguyên lý hoạt động thông số kỹ thuật thành phần thiết bị hệ thống Ngoài đồ án hồn thiện việc nghiên cứu sở tính tốn, tiêu chuẩn thiết kế phần mềm điều khiển thống báo cháy Qua đồ án chúng em tích luỹ nhiều kiến thức lý thuyết lẫn thực tế Từ có điêu kiện tài thời gian mở rộng thiết kế hệ thống báo cháy bao gồm từ việc thiết kế thiết bị điện tử phần cứng Cuối cùng, lần nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy ThS Lê Văn Nghĩa, thầy hướng dẫn bảo nhóm suốt thời gian qua để hồn thành đồ án Trong q trình thực hiện, khơng thể thiếu khỏi thiếu sót định Nhóm em mong đón nhận ý kiến đóng góp thầy để đề tài phát triển ngày hoàn thiện 44 Tieu luan TÀI LIỆU THAM KHẢO − Giáo trình Cảm biến hệ thống đo Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội − Giáo trình sử dụng Arduino 45 Tieu luan ... dung học tập Tên chủ đề: Xây dựng hệ thống cảnh báo an toàn sử dụng cảm biến báo cháy Hoạt động sinh viên - Nội dung 1: Tổng quan hệ thống (L1.1) - Nội dung 2: Xây dựng mơ hình hệ thống (L1.1; L1.2)... khai thác hiệu loại cảm biến, vi điều khiển, hệ thống đo lường vào thiết bị, hệ thống hay dây chuyền công nghiệp Trong thực tế, hệ thống phòng cháy chữa cháy (PCCC) hệ thống quan trọng thiếu chung... chia ra: hệ thống chữa cháy bán tự động, hệ thống chữa cháy Sprinkler , hệ thống chữa cháy Hồng Thủy, hệ thống chữa cháy CO2,… Hệ thống chữa cháy tự động hệ thống song song với hệ thống báo cháy