Thông tin tài liệu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ-THÔNG TIN THIẾT KẾ MƠ HÌNH CẢNH BÁO RỊ RỈ KHÍ GAS GVHD : Hoàng Anh Dũng MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục Tiêu phạm vi nghiên cứu đề tài CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH .2 2.1 Arduino UNO R3 (Thiết bị điều khiển) 2.1.1 Các thông số Arduino UNO R3 2.1.2 Vi điều khiển 2.1.3.Các chân Arduino 2.1.4 Lập trình cho Arduino 2.1.MODULE THU PHÁT WIFI 2.2 Cảm biến khí Gas MQ-5 .6 2.3 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 .8 2.5 Quạt thơng gió 12V .11 2.6 Còi báo động .12 2.7 Màn hình LCD 20*4 13 2.8 Điện trở 220Ω LED 14 2.9 Bộ nguồn nhiều ngõ 15 CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU ARDUINO IDE & PROTEUS VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 16 3.1 Phần mềm mô Proteus 16 3.2 Thư viện Arduino Proteus 17 3.3 Arduino IDE lập trình cho Arduino 18 3.4.Mô hệ thống 19 *Code Arduino hệ thống .21 CHƯƠNG IIII: NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 25 4.1 Nhận xét 25 4.2 Kết luận .25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Hiện đời sống sinh hoạt có nhiều gia đình có thiết bị dụng gas phổ biến kể đến bếp gas ,khò gas, lò sưởi ấm chạy gas vào mùa đông,…Đặc biệt nhà hàng quán ăn đa số sử dụng hầy hết bếp gas công nghiệp với công xuất lớn để chế biến thực phẩm ,nấu nướng ăn cho thực khách.Trong khu cơng nghiệp gas sử dụng rộng rãi để cắt sắt thép nhiệt, thép để sản xuất sắt thép ,hay sử dụng nhiệt điện Gas cách sản phẩm sử dụng gas ưa chuộng giá thành hợp lý so với cách nguyên liệu khác ,thuận tiện ,dễ vận chuyển.Tuy nhiên đăng sau lợi ích rủi ro tìm ẩn,và rủ ro đặc biệt nghiêm trọng cháy nổ gây thiệt hại đến người tài sản Vì người sử dụng gas cần trang bị cho kiến thức phịng chống cháy nổ để ứng phó với trường hợp xấu Ngồi cần có dụng cụ phịng chống cháy nổ chuyên biệt để kịp thời phát ngăn ngừa lúc Và thiết bị Cảnh Báo Và Rị Rỉ Khí Gas chúng em dụng cụ hữu hiệu để phát sớm rị rỉ khí gas nhanh chóng ngăn chạy nguy tiềm ẩn xảy cháy nổ 1.2 Mục Tiêu phạm vi nghiên cứu đề tài Nếu có khí gas rị rỉ ,cảm biến khí Gas MQ5 nhận biết đưa khối sử lý trung tâm xử lý đưa báo động Ở ta dùng Arduino Uno R3 để xử lý tín hiệu từ cảm biến xuất tín hiệu đến hệ thống báo động Hệ thống báo động bao gồm còi 5V đèn LED Khi có tượng khí gas bị rò rỉ ,đèn LED sáng còi báo động kêu cho người sử dụng biết tìm cách khắc phục đồng thời quạt thơng gió chạy để hút lượng gas bị rò rỉ phòng để giảm mức cháy nổ xuống mức thấp Ngồi ,em cịn sử dụng thêm cảm biết khơng khí DHT11 để theo dõi nhiệt độ , độ ẩm chất lượng khơng khí người dùng biết hiển thị LCD cách trực quan nhất.Và nhiệt độ môi trường vuợt 33 độ quạt tự động bật để hút nóng bên ngồi Với mơ hình mạch đơn giản, chi phí thấp, dễ thiết kế nên áp dụng rộng rãi vào sống thực tế Trang CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 2.1 Arduino UNO R3 (Thiết bị điều khiển) Arduino board mạch vi điều khiển phát triển Arduino.cc, tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa vi điều khiển AVR Atmega328P Với Arduino xây dựng ứng dụng điện tử tương tác với thông qua phần mền phần cứng hỗ trợ Arduino thực gây sóng gió trường giới nhiều năm qua với số lượng người dùng cực lớn đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông đến bậc đại học Arduino UNO R3 mạch Arduino sữ dụng phổ biến Hiện nay, dòng mạch phát triển đến hệ thứ (R3) Hình 1: Hình dáng bên ngồi Arduino UNO R3 Trang 2.1.1 Các thông số Arduino UNO R3 Hình 2: Thơng số Arduino 2.1.2 Vi điều khiển Arduino Uno xây dựng với phân nhân vi điều khiển ATmega328P sử dụng thạch anh có chu kì dao động 16 MHz Với vi điều khiển này, ta có 14 ngỏ ra/vào đánh số từ đến 13 Song song đó, ta có thêm ngỏ nhậ tín hiệu analog đánh ký hiệu từ A0 đến A5 Trên board cịn có nút reset, ngõ kết nối với máy tính qua cổng USB ngõ cấp nguồn sử dụng jack 2.1mm lấy lượng trực tiếp từ AC-DC adapter hay thông qua ắc-quy nguồn 2.1.3.Các chân Arduino Các chân lượng: GND (Ground), 5V, 3.3V, Vin (Voltage Input), IOREF, RESET Các cổng ra/vào: Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc xuất tín hiệu chân analog (A0 - A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit, để đọc giá trị điện áp khoảng 0V - 5V Trang 2.1.4 Lập trình cho Arduino Các thiết bị dựa tảng Arduino lập trình ngơn riêng Ngơn ngữ dựa ngôn ngữ Wiring viết cho phần cứng nói chung Wiring lại biến thể C/C++ Có người gọi Wiring, số khác gọi C hay C/C++ tên gọi phổ biến ngôn ngữ Arduino Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến dễ học từ việc lập trình ta thiết kế mạch theo ý muốn vận hành cách hiệu tối ưu 2.1.Modun thu phát WiFi (ESP8266) Để truy cập liê •u internet đẩy liê •u lên sở liêu• trực tuyến, ta sử dụng module thu phát wifi như: mạch thu phát Wifi ESP8266 Uart ESP-01, kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102, kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340,… Hình:Kit RF thu phát WIFI ESP8266 NodeMCU LUA CP2102 Hình:Mạch thu phát Wifi ESP8266 UART ESP-01 2.1.Những ưu điểm Esp8266 Trang Bằng wifi: Với tính tiện lợi, khơng vướng đường dây mạng Bằng mạng dây: Đảm bảo tốc độ truyền tín hiệu nhanh chóng, xác Bằng local Hệ thống điều khiển thiết bị qua esp8266 có ưu điểm gì? Có thể tích hợp, điều khiển lúc nhiều thiết bị, tới hàng trăm thiết bị mà đảm bảo tính xác, an tồn Tiết giảm thời gian nhân công vận hành, tắt, mở, điều chỉnh, đặc biệt dây chuyền sản xuất hàng loạt Giảm nhân công lao động Tiết kiệm chi phí th nhân cơng, chi phí mua thiết bị điều khiển Có thể điều khiển nơi, lúc 2.2.Nguyên lý hoạt động Esp8266 Với nguyên lý hoạt động đơn giản, người điều khiển thơng qua hệ thống máy tính thực thao tác tắt, mở, tăng giảm, khóa ….các thiết bị chuyển tín hiệu qua mạng internet tới thiết bị cần điều khiển lệnh mã hóa Trang Hình :Sơ đồ chân Esp 8266 2.2 Cảm biến khí Gas MQ-5 2.2.1 Tính - Module cảm biến khí GAS MQ5 sử dụng để phát loại khí rị rỉ khí hóa lỏng, khí Gas, khí Mê Tan, Butan, Propane, khí tự nhiên Mức độ cảm biến nồng độ khí chuyển đổi thành tín hiệu để kết nối đến mạch xử lý Arduino, Vi điều khiển trực tiếp kết nối với Module chuyển mạch rơle - Vật liệu cảm nhận độ nhạy module cảm biến khí Gas MQ-5 SnO2, Có độ dẫn thấp khơng khí Khi phát loại khí khí hóa lỏng, khí Gas, Mêtan, Butan, Propane khí tự nhiên Độ dẫn cảm biến cao với nồng độ khí tăng Cảm biến chuyển đổi thay đổi thành tín hiệu đầu tương ứng mức độ nồng độ khí phát Trang - Tín hiệu đầu dễ dàng kết nối với Arduino Uno R3, Arduino nano, Arduino Mega2560, Vi điều khiển AVR, ARV, PI kết nối với Module relay - Cảm biến khí MQ-05 có độ nhạy cao với LPG, khí Mê tan, Butan, Propane, khí tự nhiên, Khí dễ cháy phạm vi rộng - Cảm biến MQ5 có độ nhạy thấp với cồn khói thuốc - Được sử dụng lắp đặt mơi trường hay rị rỉ khí nhà máy, xí nghiệp gia đình Nhằm giúp phát thông qua hệ thống cảnh báo để có phương án xử lý 2.2.2 Thơng số kĩ thuật - Là phiên nâng cấp MQ2 - Nguồn cấp: VDC - Đáp ứng nhanh - Cảm biến hoạt động ổn định bền - Kích thước: 40x20mm Trang Hình 3: Cảm biến MQ-5 sơ đồ chân – Chân DOUT : digital output – Chân AOUT : analog output – Chân GND: đất chung – Chân VCC: kết nối nguồn 2.5 V ~ 5V 2.2.3 Nguyên lý hoạt động Khi cảm biến hoạt động truyền tín hiệu từ chân DOUT AOUT vi điều khiển – Tín hiệu DOUT: + Tín hiệu thấp : có khí gas + Tín hiệu cao : khơng có khí gas 2.3 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 -DHT11 cảm biến kỹ thuật số giá rẻ để cảm nhận nhiệt độ độ ẩm Cảm biến dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển vi Arduino, Raspberry Pi, để đo độ ẩm nhiệt độ -DHT11 cảm biến độ ẩm tương đối Để đo khơng khí xung quanh, cảm biến sử dụng điện trở nhiệt cảm biến độ ẩm điện dung Trang Hình 7:Quạt thơng gió 12V Ngun lý hoạt động: - Khi có dịng điện quạt bật -> động hoạt động cánh quạt quay, tạo lực hút bụi bẩn, chất độc hại từ phịng theo ống gió ngồi mơi trường Ở cuối đường ống có vencap ngăn côn trùng bay vào - Ngắt điện công quạt tắt -> động ngừng hoạt động, cánh quạt ngừng quay, bụi bẩn cịn ống quay trở lại khơng gian Cấu tạo, hoạt động đơn giản đến góp phần làm khơng khí, hút mùi, bụi bẩn đảm bảo bạn có khơng gian thống mát, thật cần thiết, giải pháp hữu hiệu tối ưu ô nhiễm không khí, mơi trường sống ngày trở nên nghiêm trọng 2.6 Còi báo động Còi báo động phận thuộc hệ thống báo động thông minh sử dụng nhiều Khi tài sản cá nhân có nguy bị hay dùng để cảm báo có vật bị nguy hiểm , còi vang lên âm báo động để bạn kịp thời để người thức biện pháp bảo vệ tài sản tìm cách sửa chữa Với hỗn loạn an ninh trật tự, nhiều vụ cháy cố thiết bị việc lắp đặt cịi báo động nhà ,cho vật dụng nguy hiểm , cho xe máy, ô tô hành động cần thiết Trang Hầu hết loại còi hú báo động hoạt động chung chế gồm phận chính, cụ thể gồm -Bộ phận cảm biến -Bộ phạn xử lý -Bộ phận thực thi Hình 8: Cịi báo động 2.7 Màn hình LCD 20*4 Trang Hình 9: Màn hình LCD 20*4 Thông số kỹ thuật: - Điện áp hoạt động 5V - Kích thước: 98 x 60 x 13.5 mm - Chữ trắng xanh dương/chữ đen xanh - Khoảng cách hai chân kết nối 0.1 inch tiện dụng kết nối với Breadboard - Tên chân ghi mặt sau LCD hỗ trợ việc kết nối, dây điện - Có đèn led nền, dùng biến trở PWM điều chỉnh độ sáng để sử - Có thể điều khiển với dây tín hiệu dụng điện 2.8 Điện trở 220Ω LED + Điện trở 220Ω Trang Hinh10: Điện trở 220Ω +Led: Led hoạt động mức 1,8 đến 3V, dòng 10 đến 20mA Hình 10: LED 2.9 Bộ nguồn nhiều ngõ Trang Hình 11: Bộ nguồn nhiều ngõ Thông số kỹ thuật: - Điện áp ngõ vào: AC 220V - Điện áp ngõ ra: DC 3.3V, 5V, 9V, 12V - Cường độ dòng điện: 1A Sử dụng nguồn DC 9V cấp cho Arduino UNO R3 qua jack cắm, sử dụng nguồn DC 12V cấp cho quạt thơng gió cịi báo động CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU ARDUINO IDE & PROTEUS VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 3.1 Phần mềm mô Proteus Phần mềm Proteus phần mềm cho phép mô hoạt động mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch viết chương trình điều khiển cho họ vi điều khiển MCS-51, PIC, AVR, Proteus phần mềm mô mạch điện tử Labcenter Electronic, mô cho hầu hết linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho MCU PIC, 8051, AVR, Motorola Phần mềm bao gồm chương trình: ISIS cho phép mô mạch ARES dùng để vẽ mạch in Proteus phần mềm mô cho loại vi điều khiển tốt, hỗ trợ dòng vi điều khiển PIC, 8051, dsPIC, AVR, HC11, giao tiếp I2C, SPI, CAN, Trang USB, Ethenet, cịn mơ mạch số, mạch tương tự cách hiệu Hình 12: Giao diện phần mềm Proteus 8.9 3.2 Thư viện Arduino Proteus Thư viện Arduino bổ sung hay cho phần mềm Proteus, giúp cho việc mơ Arduino thuận tiện dễ dàng thay mơ chip Atmega328 (nhân Arduino), thư viện phát triển kỹ sư Cesar, Osaka, Daniel Cezar, Roberto Bauer đăng tải blog tiếng Bồ Đào Nha http://blogembarcado.blogspot.de/ Thư viện bao gồm linh kiện sau: - Arduino UNO (Phiên chip Atmega328 chân DIP) - Arduino UNO (Phiên chip Atmega328 chân SMD) - Arduino mega - Arduino Lilypad - Arduino Nano - Cảm biến siêu âm Ultrasonic V2 Trang Hình 13:Các linh kiện thư viện Arduino cho Proteus 3.3 Arduino IDE lập trình cho Arduino Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính thơng dụng mang lại nhiều lợi cho Arduino, nhiên sức mạnh thực Arduino nằm phần mềm Môi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, ngơn ngữ lập trình Wiring dễ hiểu dựa tảng C/C++ quen thuộc với người làm kỹ thuật Và quan trọng số lượng thư viện code viết sẵn chia cộng đồng nguồn mở lớn Arduino IDE phần mềm dùng để lập trình cho Arduino Mơi trường lập trình cho Arduino IDE chạy ba tảng phổ biến Windows, Macintosh OSX Linux Do có tính chất nguồn mở nên mơi trường lập trình hồn tồn miển phí mở rộng người dùng có kinh nghiệm Ngơn ngữ lập trình mở rộng thơng qua thư viện C++ Và ngơn ngữ lập trình dựa tảng ngôn ngữ C AVR nên người dùng hồn tồn nhúng thê code viết AVR vào chương trình muốn Hiện tại, Arduino IDE download từ trang chủ http://arduino.cc/ Trang Hình 14: Giao diện phần mềm Arduino IDE 3.4.Mơ hệ thống 3.4.1.Vẽ sơ đồ khối Hình 15:Sơ đồ khối mạch rị rỉ khí Gas Trang 3.3.2 Mơ mạch ngun lý Proteus Hình 16:Mơ mạch rị rỉ khí Gas Proteus 3.3.3.Ngun lý hoạt động Khi cảm biến khí Gas MQ5 phát khí Gas bị rị rỉ khơng khí, truyền tín hiệu Digital khối vi điều kiển Arduino UNO R3 Thì điều kiển Arduino đưa tín hiệu đóng cho Relay ,quạt thơng gió hoạt động để hút khí gas phịng ngồi ,đèn báo hiệu tự động bật sang màu đỏ ,còi báo hiệu kêu , hiển thị cảnh báo nguy hiểm hình LCD Khi cảm biến khí Gas MQ khơng phát khí gas phịng đèn báo mày xanh hiển thị LCD khơng khí tốt cho sức khỏe -Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 truyền tín hiệu Analog cho khối vi điều kiển Arduino UNO R3 Bộ điều khiển giả mã tín hiệu hiển thị nhiệt độ độ ẩm lên LCD cách xác người dùng xem cách tiện lợi -Nếu nhiệt độ phòng >33℃ điều kiển Arduino đưa tín hiệu đóng cho Relay ,quạt thơng gió hoạt động để làm mát phòng, hiển thị lên LCD “Quạt làm mát” người dùng biết 3.3.4 Lưu đồ thuật tốn Trang Hình 17: Lưu đồ thuật tốn 3.3.5 Viết code chương trình cho Arduino Khởi động phần mềm Arduino IDE soạn code Sau lập trình xong, nhấn để biên dịch code sau vài giây phần mềm biên dịch cho ta file hex chương trình Sau tạo file hex ta nạp file vào linh kiện Arduino proteus để chạy mô hệ thống *Code Arduino hệ thống #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4); #include "DHT.h" //gọi thư viện DHT11 Trang const int DHTPIN = 2; //Đọc liệu từ DHT11 chân mạch Arduino const int DHTTYPE = DHT11; //Khai báo loại cảm biến, có loại DHT11 DHT22 DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); int motor = 12; int speaker = 7; // loa,den ket noi Pin int gas = 6; // out ket noi Pin int led = 8; int ledx=4; void setup() { dht.begin(); // Khởi động cảm biến pinMode(gas, INPUT); pinMode(speaker, OUTPUT); pinMode(led, OUTPUT); pinMode(ledx, OUTPUT); pinMode (motor,OUTPUT); Serial.begin(9600); lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(4, 0); lcd.print("SMART KETCHEN"); } void loop() { Trang 2 float humidity = dht.readHumidity(); //Đọc độ ẩm float temperature = dht.readTemperature(); //Đọc nhiệt độ lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Nhiet do:"); lcd.setCursor(11, 1); lcd.print(temperature); lcd.setCursor(15, 1); lcd.print("(C)"); lcd.setCursor(0, 2); lcd.print("Do am:"); lcd.setCursor(11, 2); lcd.print(humidity); lcd.setCursor(15, 2); lcd.print("(%)"); lcd.setCursor(0, 3); lcd.print("Khong khi:"); lcd.setCursor(11, 3); delay(500); if (digitalRead(gas) == HIGH || round(temperature)>33) { if(digitalRead(gas) == HIGH) { lcd.setCursor(11,3); lcd.print("CoHaiSK"); Trang digitalWrite(led, HIGH); delay(500); digitalWrite(ledx, LOW); delay(500); digitalWrite(speaker, HIGH); digitalWrite(motor, HIGH); } if(round(temperature)>33) { digitalWrite(motor, HIGH); lcd.setCursor(11,3); lcd.print("Dang.L.Mat"); if(digitalRead(gas) == LOW) {digitalWrite(speaker, LOW); } } } else { lcd.setCursor(11,3); lcd.print("ToTChoSK"); digitalWrite(led, LOW); digitalWrite(ledx, HIGH); digitalWrite(speaker, LOW); digitalWrite(motor, LOW); Trang } } CHƯƠNG IIII: NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 4.1 Nhận xét Hệ thống mô sau hồnh thành tạo thành sản phẩm thực tế sử để cảnh báo hiển thị cho người dùng biết thông số nhiệt độ ,đo ẩm rị rỉ khí gas Cơng suất tối đa quạt thơng gió dùng cho mạch 12W quạt thơng gió DC muốn cơng xuất mạnh điện tích lớn quạt thơng gió 220V chiều AC hút gió làm mát - Ưu điểm: Mạch gọn nhẹ, mô chi tiết, đơn giản, sử dụng linh kiện có chi phí trung bình , dễ lắp đặt sửa chữa Có tính ứng dụng cao thực tế cao , - Nhược điểm: Mạch sơ sài, mô đưa vào thực tế gặp nhiều sai sót 4.2 Kết luận - Hệ thống sau mô phần mền qua nhiều lần tối ưu nhiều lần khắc phục hoạt động ổn định, đáp ứng với yêu cầu đồ án - Với ưu nhược điểm nêu trên, ta nâng cấp sơ đồ mô để tạo thành sản phẩm thực tế nhằm nâng cao tính khả thi hiệu suất cho hệ thống sản phẩm - Hệ thống mở rộng phát triển rộng rãi áp dụng cho mơ hình nhà Smart Home , phịng bếp gia đình bình bình thường ,nhà hàng ,qn ăn, Trang TÀI LIỆU THAM KHẢO Massimo Banzi (2009), Getting Started with Arduino, O’Reilly Media Michael Margollis and Nicholas Weldin (2009), Arduino Cookbook, O’Reilly Media GS Phạm Văn Ất (2009), Kĩ thuật lập trình C sở nâng cao, Nhà xuất Giao thông vân tải http://learning.grobotronics.com/2014/09/arduino-lesson-14-dc-motor-l293/ http://www.adafruit.com/ http://arduino.vn/ http://arduino.cc/ Trang
Ngày đăng: 20/09/2023, 15:40
Xem thêm:
