Thiết kế, chế tạo thiết bị thu thập nhiệt độ, độ ẩm liên tục kết hợp cảnh báo rò rỉ khí gas, khói, cháy. Môn đồ án điện tử trường đại học Điện Lực. Với sự kết hợp mạnh mẽ của mạch điện tử với lập trình. Ngày nay, các thiết bị điện tử đã trở lên cực kỳ phát triển và đa dạng cũng như được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực. Một trong số đó không thể không kể đến lĩnh vực cảnh báo. Chính vì vậy, bằng những kiến thức đã học cũng như sự tìm hiểu về những nguy cơ cháy nổ, khả năng ứng dụng, em đã nảy ra ý tưởng và quyết định xây dựng đề tài : Thiết kế thiết bị thu thập nhiệt độ, độ ẩm liên tục kết hợp cảnh báo rò rỉ khí gas, khói, cháy.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ Đề tài : Thiết kế thiết bị thu thập nhiệt độ, độ ẩm liên tục kết hợp cảnh báo rò rỉ khí gas, khói, cháy Người hướng dẫn: Ths Trần Trọng Thắng SVTH: Lê Văn Tiến Mã sv: 19810540184 Lớp: D14KTDT HÀ NỘI, 10/2022 MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU NHẬN XÉT DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu đồ án 1.3 Cách thức thực CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ĐỀ TÀI 2.1 Mô tả hoạt động chức thiết bị 2.2 Lựa chọn linh kiện, module phù hợp với sản phẩm 2.2.1 Board mạch Arduino UNO R3 2.2.2 Màn hình LCD 16x2 giao tiếp I2C 2.2.3 Cảm biến MQ2 2.2.4 Cảm biến DHT11 10 2.2.5 Mắt thu hồng ngoại 11 2.3 Xây dựng sơ đồ khối chức 12 2.4 Thiết kế mô mạch nguyên lý phần mềm Proteus 13 2.5 Xây dựng chương trình nhúng cho sản phẩm 14 2.5.1 Lưu đồ thuật toán 14 2.5.2 Viết chương trình 15 2.6 Thiết kế vỏ hộp lắp ráp sản phẩm thật 17 2.7 Kết đạt đánh giá, hướng phát triển sản phẩm 18 KẾT LUẬN 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 LỜI MỞ ĐẦU Như biết, thời đại phát triển công nghệ ngày Việc ứng dụng công nghệ điện tử vào hầu hết lĩnh vực đem lại hiệu tối ưu mặt Trong tất nhiên khơng thể thiếu ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Điện Tử Viễn Thông Trong ngành Điện Tử Viễn Thơng nói chung chun ngành kỹ thuật điện tử em nói riêng Việc ứng dụng thiết bị điện tử vào đời sống ngày phổ biến Từ ứng dụng đơn đồng hồ số, đài radio…đến ứng dụng cho xã hội đèn giao thông, thiết bị theo dõi công nghiệp, thiết bị an ninh, cảnh báo…cho đến ứng dụng mang tính quy mơ, tầm cỡ robot, vệ tinh, tên lửa… Không dừng lại mạch điện tử đơn linh kiện điện tử nối lại với nhau, ngày lập trình nhúng xu hướng phát triển mạnh mẽ bật năm gần Với kết hợp mạnh mẽ mạch điện tử với lập trình Ngày nay, thiết bị điện tử trở lên phát triển đa dạng ứng dụng nhiều lĩnh vực Một số khơng thể khơng kể đến lĩnh vực cảnh báo Chính vậy, kiến thức học tìm hiểu nguy cháy nổ, khả ứng dụng, em nảy ý tưởng định xây dựng đề tài : Thiết kế thiết bị thu thập nhiệt độ, độ ẩm liên tục kết hợp cảnh báo rò rỉ khí gas, khói, cháy NHẬN XÉT (Của giảng viên ) …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………… Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Giảng viên DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1 Thơng số Arduino UNO R3…………………………………….7 Hình 2.1 Hình ảnh Arduino Uno R3……………………… …………………7 Hình 2.2 Hình ảnh LCD 16x2…………………………………………………8 Hình 2.3 Hình ảnh cảm biến MQ2……………………………………………10 Hình 2.4 Hình ảnh cảm biến DHT11…………………………………………11 Hình 2.5 Hình ảnh cảm biến lửa mắt thu hồng ngoại………………… 12 Hình 2.6 Sơ đồ khối chức thiết bị…………………… ………… 13 Hình 2.7 Sơ đồ mạch ngun lý mơ Proteus…………………… 13 Hình 2.8 Lưu đồ thuật tốn phần mềm thiết bị………………………… 14 Hình 2.9 Quy trình lắp ráp sản phẩm……………………………… …… 18 Hình 2.10 Hình ảnh sản phẩm hồn thiện trạng thái bình thường …… 19 Hình 2.11 Hình ảnh sản phẩm hoạt động cảnh báo………………………… 20 Hình 2.12 Hình ảnh mặt sau sản phẩm………………………………… 21 Hình 2.13 Hình ảnh bên sản phẩm………………… ……………22 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài Ngày với phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật, lĩnh vực điện tử ứng dụng phổ biến nhiều lĩnh vực thực tế để phục vụ nhu cầu người cảnh báo, theo dõi chăm sóc sức khỏe, giao thơng, liên lạc, quốc phịng,… Khi đời sống người cải thiện, việc đảm bảo an ninh, an toàn ngày nâng cao Chúng ta thường thấy tịa nhà lớn trường học, cơng ty, chung cư luôn lắp đặt thiết bị cảnh báo cháy bên ngồi hành lang Điều cho thấy tính thực tế tầm quan trọng cảnh báo cháy nổ Tuy nhiên, nhà dân nhỏ lẻ, khu tập thể, phịng trọ hay ngơi nhà vùng quê Việc lắp đặt hệ thống cảnh báo cháy thấy Mặc dù nơi dễ xảy cháy xảy cháy thường để lại hậu nghiêm trọng cho tài sản tính mạng người Xuất phát tình hình thực tế đó, tìm hiểu xã hội em mà em định lựa chọn lĩnh vực cảnh báo cháy để làm cho đề tài cho sản phẩm môn học 1.2 Mục tiêu đồ án Bằng kiến thức học, em đặt mục tiêu cho sản phẩm thân sau : ➢ Mục tiêu cá nhân : - Nắm bắt kiến thức phần cứng, cấu trúc, sơ đồ khối nguyên lý làm việc sản phẩm linh kiện - Tìm hiểu thêm lập trình Arduino, trau dồi thêm kiến thức, kinh nghiệm lập trình - Trau dồi thêm kinh nghiệm làm mạch thực tế, sử dụng linh kiện thực tế - Biết cách làm sản phẩm đồ án phục vụ cho làm đồ án môn sau đồ án tốt nghiệm quy trình, cách thức thực làm sản phẩm điện tử cho công việc sau ➢ Mục tiêu sản phẩm : - Sản phẩm hoạt động ổn định chức cần thiết cho việc cảnh báo cháy - Sản phẩm nhỏ gọn, mang tính thẩm mỹ cao, có tính hồn thiện cao - Sản phẩm có tính linh hoạt, tháo chỉnh sửa, thay thế, nâng cấp thêm chức 1.3 Cách thức thực Để thực sản phẩm đồ án, em lên kế hoạch chia quy trình thực thành bước sau : - Xây dựng ý tưởng thực tế phù hợp với kiến thức học khả ứng dụng sản phẩm - Xây dựng chức cần thiết sản phẩm từ chuẩn bị linh kiện phù hợp - Xây dựng mơ hình mạch nguyên lý mô ứng dụng Proteus - Xây dựng chương trình nhúng cho sản phẩm - Xây dựng lắp đặt mạch thật, điều chỉnh thông số cho phù hợp - Kiểm tra hoạt động sản phẩm hoàn thiện CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ĐỀ TÀI 2.1 Mô tả hoạt động chức thiết bị Thiết bị thu thập nhiệt độ, độ ẩm liên tục kết hợp cảnh báo rò rỉ khí gas, khói, cháy sau hồn thiện có chức sau: ✓ Theo dõi hiển thị nhiệt độ, độ ẩm hình LCD ✓ Hiển thị trạng thái mơi trường hình LCD ✓ Đưa tín hiệu cảnh báo đèn nhấp nháy cịi kêu phát có lửa, khói khí gas 2.2 Lựa chọn linh kiện, module phù hợp với sản phẩm Sau tìm hiểu, em lựa chọn linh kiện, module để làm thiết bị gồm : + + + + + + + Board mạch Arduino Màn hình LCD 16x2 giao tiếp I2C Cảm biến MQ2 Đèn LED màu xanh, đỏ Cảm biến DHT11 Mắt thu hồng ngoại Cịi chíp 2.2.1 Board mạch Arduino UNO R3 Arduino board mạch vi xử lý sinh thị trấn Ivrea Ý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với với môi trường thuận lợi Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM Atmel 32-bit Những Model trang bị gồm cổng giao tiếp USB, chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, mà người ta thường nói tới dịng Arduino UNO Hiện dòng mạch phát triển tới hệ thứ (R3) Arduino dùng trung tâm xử lý liệu điều khiển cho thiết bị Hình 2.1 Hình ảnh Arduino Uno R3 Thơng số Arduino UNO R3 Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa chân I/O 30 mA Dòng tối đa (5V) 500 mA Dòng tối đa (3.3V) 50 mA Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bootloader SRAM KB (ATmega328) EEPROM KB (ATmega328) Bảng 2.1 Thông số Arduino UNO R3 2.2.2 Màn hình LCD 16x2 giao tiếp I2C Màn hình LCD 16×2 linh kiện sử dụng rộng rãi trong dự án điện tử lập trình Hình 2.2 Hình ảnh LCD 16x2 Thơng số kỹ thuật LCD 16×2 + LCD 16×2 sử dụng để hiển thị trạng thái thơng số + LCD 16×2 có 16 chân chân liệu (D0 – D7) chân điều khiển (RS, RW, EN) + chân lại dùng để cấp nguồn đèn cho LCD 16×2 + 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 16×2 sử dụng chế độ bit bit tùy theo ứng dụng ta làm Module I2C Arduino LCD có nhiều nhiều chân gây khó khăn trình đấu nối chiếm dụng nhiều chân vi điều khiển Hình 2.4 Hình ảnh cảm biến DHT11 Thông số kỹ thuật - Nguồn: -> VDC - Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền liệu) - Đo tốt độ ẩm 20-80%RH với sai số 5% - Đo tốt nhiệt độ to 50°C sai số ±2°C - Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây lần) - Kích thước 15mm x 12mm x 5.5mm 2.2.5 Mắt thu hồng ngoại Mắt thu hồng ngoại sử dụng cho việc cảm biến phát lửa thường sử dụng hệ thông báo cháy Tầm phát khoảng 80cm, góc quét 60 độ Nguyên lý phát lửa tốt loại có bước sóng từ 760nm – 1100nm Mạch tích hợp IC LM393 so sánh để tạo mức tín hiệu Ta chỉnh độ nhạy biến trở 11 Hình 2.5 Hình ảnh cảm biến lửa mắt thu hồng ngoại Thông số kỹ thuật + + + + + + 2.3 Nguồn cấp: 3.3V – 5VDC Dịng tiêu thụ: 15mA Tín hiệu ra: Digital 3.3 – 5VDC tùy nguồn cấp Analog Khoảng cách: 80cm Góc qt: 60 độ Kích thước: 3.2 x 1.4 cm Xây dựng sơ đồ khối chức 12 Hình 2.6 Sơ đồ khối chức thiết bị 2.4 Thiết kế mô mạch nguyên lý phần mềm Proteus Hình 2.7 Sơ đồ mạch ngun lý mơ Proteus 13 2.5 Xây dựng chương trình nhúng cho sản phẩm 2.5.1 Lưu đồ thuật tốn Hình 2.8 Lưu đồ thuật toán phần mềm thiết bị 14 2.5.2 Viết chương trình Để xây dựng chương trình nhúng cho thiết bị Em sử dụng phần mềm Arduino IDE để viết mã nguồn Mã nguồn thiết bị sau: //Khối khai báo thư viện #include #include #include //Khối khai báo thiết bị sử dụng chân kết nối LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); const int DHTPIN = 2; const int DHTTYPE = DHT11; DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); int speaker = 3; int gas = 4; int ledgr = 7; int flame=6; byte degree[8] = { 0B01110, 0B01010, 0B01110, 0B00000, 0B00000, 0B00000, 0B00000, 0B00000 }; //Khối cài đặt ban đầu cho chân thiết bị void setup(){ pinMode(gas, INPUT); pinMode(speaker, OUTPUT); pinMode(ledgr, OUTPUT); pinMode(flame, INPUT); 15 lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("t: "); lcd.setCursor(7,0); lcd.print("h: "); lcd.createChar(1, degree); dht.begin(); } //Khối làm việc void loop(){ digitalWrite(ledgr, HIGH); // Mặc định đèn LED xanh sáng thiết bị hoạt động float h = dht.readHumidity(); // Đọc giá trị độ ẩm float t = dht.readTemperature(); // Đọc giá trị nhiệt độ if (isnan(t) || isnan(h)) { // Kiểm tra xem thử việc đọc giá trị có bị thất bại hay khơng } else { //in giá trị nhiệt độ, độ ẩm lên hình lcd lcd.setCursor(2,0); lcd.print(round(t)); lcd.write(1); lcd.print("C"); lcd.setCursor(9,0); lcd.print(round(h)); lcd.print("%"); } //Khối xử lý tín hiệu gas, khói in lên hình lcd if (digitalRead(gas)==LOW) { lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("CANH BAO RO GAS"); 16 digitalWrite(speaker, HIGH); delay(500); digitalWrite(speaker, LOW); } else { lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Binh thuong "); digitalWrite(ledgr, HIGH); digitalWrite(speaker, LOW); } //Khối xử lý tín hiệu lửa in lên hình lcd if (digitalRead(flame)==LOW) { lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("CANH BAO CHAY "); digitalWrite(speaker, HIGH); delay(500); digitalWrite(speaker, LOW); } else { lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Binh thuong "); digitalWrite(speaker, LOW); } } 2.6 Thiết kế vỏ hộp lắp ráp sản phẩm thật Để thiết kế vỏ hộp, em sử dụng bìa fomex với ưu điểm phổ biến, giá thành rẻ dễ dàng cắt dán thành mơ hình Quy trình lắp ráp sản phẩm thật em sau : 17 Hình 2.9 Quy trình lắp ráp sản phẩm 2.7 Kết đạt đánh giá, hướng phát triển sản phẩm Sản phẩm sau hoàn thiện đạt mục tiêu chức đề ra: ✓ Theo dõi hiển thị nhiệt độ, độ ẩm hình LCD ✓ Hiển thị trạng thái mơi trường hình LCD ✓ Đưa tín hiệu cảnh báo đèn nhấp nháy cịi kêu phát có lửa, khói khí gas 18 Hình 2.10 Hình ảnh sản phẩm hồn thiện trạng thái bình thường 19 Hình 2.11 Hình ảnh sản phẩm hoạt động cảnh báo Sản phẩm hoạt động tốt, ổn định Với ưu điểm dù sản phẩm mơ hình, em thiết kế để hồn tồn tháo nâng cấp thêm tính phát triển thêm sau 20 Hình 2.12 Hình ảnh mặt sau sản phẩm 21 Hình 2.13 Hình ảnh bên sản phẩm Đánh giá: Ở mức độ làm cá nhân với môn học đồ án làm sản phẩm thật, em đánh giá sản phẩm mức độ tương đối tốt, có tính thực tế, ứng dụng cao Sản phẩm em làm hướng tới linh hoạt, có tính hồn thiện cao tháo lắp dễ dàng để nâng cấp bổ sung phát triển thêm tính Cùng với việc em có thêm kiến thức, kinh nghiệm nắm bắt rõ hiểu rõ linh kiện lập trình chi tiết sản phẩm Đó tiền đề cho việc dễ dàng phát triển thêm tính sản phẩm phức tạp sau Hướng phát triển: Cũng em nói trên, sản phẩm này, em dễ dàng tháo lắp vào bổ sung phát triển thêm tính cho sau Em đưa thêm vài phương hướng phát triển sản phẩm để 22 hồn thiện, hiệu với nhiều chức Một vài ý tưởng phát triển thêm em : ➢ Phát triển thêm cổng IO bên ngồi để dễ dàng điều khiển kết nối thêm với hệ thống khác để tăng thêm tính hiệu cho việc cảnh báo cháy phun nước dập lửa, bật quạt thơng gió,… để tăng linh hoạt, tùy biến chức sản phẩm ➢ Phát triển thêm hệ thống gửi tin nhắn đến điện thoại di động để cảnh báo trường hợp khơng có người nhà ➢ Phát triển thêm hệ thống ngắt điện phòng tự động, sử dụng nguồn dự phòng(pin) cho thiết bị cảnh báo để đảm bảo an tồn chập điện phịng,… 23 KẾT LUẬN Qua thời gian thực đề tài môn học Đồ án điện tử hướng dẫn gợi ý Thầy giáo Ths.Trần Trọng Thắng giúp em bổ sung học hỏi thêm nhiều kiến thức kinh nghiệm thiết kế sản phẩm thực tế Từ giúp em hồn thành đề tài thiết kế thiết bị thu thập nhiệt độ, độ ẩm liên tục kết hợp cảnh báo rị rỉ khí gas, khói, cháy Qua mơn học đồ án này, em đạt mục tiêu đề mặt cá nhân sản phẩm Do điều kiện thời gian kiến thức hạn chế, lần đầu làm môn đồ án sản phẩm thật nên sản phẩm em làm mức sơ bộ, mơ hình Bài làm em khơng tránh khỏi sai sót, chưa hoàn hảo, em mong nhận ý kiến, nhận xét, đóng góp, góp ý Thầy/Cơ bạn để em có thêm kinh nghiệm, sở kiến thức, tạo lập tiền đề giúp em hoàn thành tốt sản phẩm Đó tiền đề để em có thêm kinh nghiệm cho việc làm sau Em xin chân thành cảm ơn Thầy/Cô Khoa Điện Tử Viễn Thông trường Đại học Điện Lực dạy dỗ em, giúp em có kiến thức bản, tổng quan để em có tảng kiến thức thực sản phẩm áp dụng cho sau làm Bài báo cáo em đến hết Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy cô bạn ! 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Website : Arduino.vn [2] Website : Dientu360.com [3] Website: banlinhkien.vn [4] Diễn đàn : forum.arduino.cc [5] Và nhiều tài liệu nhỏ lẻ khác môn học Internet 25