(Tiểu luận) thiết kế mô hình cảnh báo rò rỉ khí gas giới thiệu arduino ide proteus và mô phỏng hệ thống

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 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 .4 2.1.MODULE THU PHÁT WIFI .4 2.2 Cảm biến khí Gas MQ-5 .6 2.3 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 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 rị 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 rị rỉ phịng ngồi để giảm mức cháy nổ xuống mức thấp Ngoài ,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 thơng 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 liêu• internet đẩy liêu• 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, không 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 cơng 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 thơng 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 không 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 dụng điện - Có thể điều khiển với dây tín hiệu 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 thông 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 mơ 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, ngồi cịn mô 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 mô 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 Mơi 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 thông qua thư viện C++ Và ngơn ngữ lập trình dựa tảng ngơn 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