Đang tải... (xem toàn văn)
Tổng quan lý thuyết vê vật liệu nano carbon ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỀ TÀI Thiết kế hệ thống giám sát khí ga và đưa ra cảnh báo Người hướng dẫn Nguyễn Bình Nam Sinh viên thực hiện TRẦN GIA LINH NG[.]
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống giám sát khí ga đưa cảnh báo Người hướng dẫn: Nguyễn Bình Nam Sinh viên thực hiện: TRẦN GIA LINH NGUYỄN LÊ NGHĨA VÕ LÊ VŨ NHẬT NGUYÊN Nhóm HP / Lớp: 20NH33 20NH34 Ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA h LỜI CẢM ƠN Trong xã hội đại, nhu cầu sử dụng nguồn lượng khí gas ngày tăng cố khơng đáng có sử dụng loại lượng ngày tăng lên.Theo đó, điều cấp thiết phai xây dựng hệ thống tối tân nhằm đảm báo việc sử dụng khí gas an tồn Đồ án cảm biến khí gas theo trọng tâm sinh viên nhằm thiết kế sán phẩm làm giảm tối đa cố sử dụng khí gas sống thường nhật Với kiến thức học trường từ khoa học công nghệ từ sống đại, em muốn góp phần vào phát triển xã hội cách học hỏi tạo sản phẩm có ích cho sống Em xin giới thiệu sản phẩm thiết thực cho sống mạch cảm biến khí gas Do kiến thức trình độ lực hạn hẹp nên việc thực đề tài tránh thiếu sót, kính mong nhận thơng cảm góp ý thầy giáo, giáo bạn để đồ án hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn Nhóm GV hướng dẫn: Nguyễn Bình Nam h MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC CHƯƠNG Nguyên lý hoạt động hệ thống vi điều khiển 1.1 Xây dựng mục tiêu sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển Pic 1.1.1 Xây dựng mục tiêu .4 1.1.2 Sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển Pic 1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống CHƯƠNG Tính chọn linh kiện sử dụng hệ thống 2.1 Giới thiệu linh kiện hệ thống 2.1.1 Vi điều khiển PIC16F877A 2.1.2 Cảm biến MQ2 .5 2.1.3 I2C PCF8574 2.1.4 Một số linh kiện khác 2.2 Tính tốn linh kiện hệ thống 2.2.1 Tính điện trở : .9 2.2.2 Tính chọn transistor 2.2.3 Tính chọn RơLe 10 2.2.4 Tính chọn tụ điện 10 2.2.5 Tính chọn diode 10 2.2.6 Mạch nguồn 10 CHƯƠNG Mô hệ thống 11 3.1 Thiết kế mạch nguyên lý 11 3.2 Chạy mô phần mềm ứng dụng Proteus 11 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển PIC Hình 2-1 Cảm biến khí ga MQ2 Hình 2-2 Sơ đồ chân MQ2 Hình 2-3 Sơ đồ mắc MQ2 Nhóm GV hướng dẫn: Nguyễn Bình Nam h Hình 2-4 I2C PCF8574 Nhóm GV hướng dẫn: Nguyễn Bình Nam h CHƯƠNG Nguyên lý hoạt động hệ thống vi điều khiển 1.1 Xây dựng mục tiêu sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển Pic 1.1.1 Xây dựng mục tiêu Hiện sống công nghiệp cần sử dụng lượng lớ n khí gas Với mục đích nhắm đảm bảo an toàn tiết kiệ m cần sử dụng đến hệ thống giám sát, đánh giá Và sau em xin trình bày đề tài: “Thiết kế hệ thống giám sát khí ga đưa cảnh báo” 1.1.2 Sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển Pic Hình 1-1 Sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển PIC 1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống Nguyên lý hoạt động : Sau cấp nguồn, vi điều khiển (VĐK) giử tín hiệu đo đến cảm biến Cảm biến nhận tín hiệu đo, bắt đầu đo truyền tải tín hiệu Digital đến VĐK Với VĐK PIC 16F877A tích hợp sẵn chuyển đổi ADC , VĐK xử lý cho số liệu hiển thị LED đoạn Nhóm GV hướng dẫn: Nguyễn Bình Nam h CHƯƠNG Tính chọn linh kiện sử dụng hệ thống 2.1 Giới thiệu linh kiện hệ thống 2.1.1 Vi điều khiển PIC16F877A Hình 2-2 PIC16F877A Vi điều khiển PIC16F877A có cổng Bao gồm 40 chân chân tích hợp nhiều chức năng, chức chân khảo sát theo port Hình 2-3 Sơ đồ chân PIC16F877A 2.1.2 Cảm biến MQ2 MQ2 cảm biến khí đa (tương tự MQ5), MQ2 cảm nhận loạt loại khí LPG (khí dầu mỏ hố lỏng hay cịn gọi khí gas), Butane, Methane (CH4), Hidro ngồi khí MQ2 nhận biết khói Sử dụng phần tư SnO2 có độ dẫn điện thấp khơng khí sạch, khí dễ cháy tồn tại, cảm biến có độ dẫn điện cao hơn, nồng độ chất dễ cháy cao thi độ dẫn điện SnO2 cao tương ứng chuyển đổi thành mức tín hiệu điện Nhóm GV hướng dẫn: Nguyễn Bình Nam h Cảm biến khí gas MQ2 cảm biến khí có độ nhạy cao với LPG, Propane Hydrogen, mê-tan (CH4) dễ bắt lửa khác, với chi phí thấp phù hợp cho ứng dụng khác Cảm biến xuất hai dans tín hiệu Analog Digital, tín hiệu Digital điều chinh mức báo biến trở Thông số kỹ thuật - Nguồn hoạt động: 5V - Loại liệu: Analog - Phạm vi phát rộng - Tốc độ phàn hồi nhanh độ nhạy cao - Mạch đơn giản - Ổn định sử dụng thời gian dài Hình 2-4 Cảm biến khí ga MQ2 Hình 2-5 Sơ đồ chân MQ2 Trong mạch có hai chân đầu Aout Dout Nhóm GV hướng dẫn: Nguyễn Bình Nam h - Aout đầu điện áp tương tự chạy từ 0.3 đến 4.5v tùy nồng độ khí xung quanh MQ2 - Dout đầu điện áp số với giá trị 0.1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu nồng độ khí MQ2 đo - Việc có chân Dout tiện cho ta lắp mạch đơn gián không cần đến vi điều khiên Khi nồng độ MQ2 đo thấp mức cho phép thi Dout = đèn tắt ngược lại nồng độ khí đo vượt mức cho phép Dout = đèn tín hiệu báo sáng Trong thiết bị để đo mức cành báo ta làm sau - Đầu tiên đo mức kliơna khí đặt làm Voutl - Cho khí gas từ bật lửa tăng lên đạt đến mức cành báo nguy hiểm ta lưu lại giá trị Vout2 Làm giá trị cảnh báo đo vượt ngưỡng cịi hú báo động Hình 2-6 Sơ đồ mắc MQ2 2.1.3 I2C PCF8574 Khi giao tiếp sản phẩm cần nhiều chân tín hiệu bàn phím, led, cần nhiều dây nhiều chân kết nối gây khó khăn q trình làm việc Board mở rộng I2C WaveShare PCF8574 giải giải vấn đề thông qua chuẩn giao tiếp I2C Chỉ cần chân SCL SDA điều khiển chân tín hiệu Ngồi kết nối song song lên đến board, lên đến 64 chân tín hiệu Mạch mở rộng chân I/O Expander PCF8574 sử dụng để mở rộng chân giao tiếp I/O Vi điều khiển qua giao tiếp I2C, mạch có mờ rộng Nhóm GV hướng dẫn: Nguyễn Bình Nam h I/O giúp bạn giao tiếp với nhiều thiết bị qua vài bước thiết đặt đơn giản, mạch tích hợp DIP Switch giúp dễ dàng thay đổi địa I2C Thông số kỹ thuật: - IC chính: PCF8574 - Điện áp hoạt động : 2.5~6VDC - Giao tiếp : I2C, thiết lập địa chi DIP Switch - Số chân giao tiếp mờ rộng: I/O - Tần số : 100kHz maximum - Kích thướt: 37.5 x 16.7 mm Hình 2-7 I2C PCF8574 2.1.4 Một số linh kiện khác LED Diode Relay Điện trở BJT Nhóm Tụ điện GV hướng dẫn: Nguyễn Bình Nam h 2.2 Tính tốn linh kiện hệ thống 2.2.1 Tính điện trở : - Điện trở qua led đoạn - Ta có: Led sáng dịng qua 10mA-20m - Để bảo vệ Led đầu vào áp 5v chân Led nối tiếp với điện trở 330(Ω) 2.2.2 Tính chọn transistor Điện trở chuyển mạch cho cảm biến transistor dẫn bảo hịa Cảm biến có Vin = 3,3V, Vout = 5V Sử dụng transistor NPN C1815 với thông số sau: Chọn IC(sat)=10mA Chọn Chọn IB=1mA ⇒ R B= 3.3−0.7 =2600(Ω) 1.1 0−3 Chọn R B=3,3( kΩ) => IB = 0.8mA Thỏa mãn transistor dẫn bảo hòa 2.2.3 Tính chọn RơLe Ta chọn rơ le loại có điện áp sử dụng 5V, chịu dòng tối đa 10A Nhóm GV hướng dẫn: Nguyễn Bình Nam h 2.2.4 Tính chọn tụ điện - Dùng tụ C1 C2 để lọc nhiễu, lọc tần số cao vễ mass, tăng tính ổn định dao động Tuy nhiên giá trị tụ không lớn không nhỏ để dao động thạch anh ổn định, thời gian khởi động ngắn Với điện 5V, thạch anh 20MHz, ta chọn giá trị tụ C1=C2=15pF Hình 2-8 thơng số linh kiện 2.2.5 Tính chọn diode - Diode bảo vệ Transistor NPN C1815 Chọn diode 1N4007 có giá trị Dòng điện I = 1(A) Điện áp lớn nhất: 50 (V) 2.2.6 Mạch nguồn Ta sử dụng Adapter 5V-2A làm nguồn ni mạch Nhóm GV hướng dẫn: Nguyễn Bình Nam h 10 CHƯƠNG Mô hệ thống 3.1 Thiết kế mạch nguyên lý 3.2 Chạy mô phần mềm ứng dụng Proteus Nhóm GV hướng dẫn: Nguyễn Bình Nam h 11