Đang tải... (xem toàn văn)
Trang 1 Hình 1.1BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ – Ô TÔ KHOA CƠ ĐIỆN TỬ ------ BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TÊN CHỦ ĐỀ NGHIÊN CỨU Xây dự
Hình 1.1 lOMoARcPSD|39222806 BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ – Ô TÔ KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TÊN CHỦ ĐỀ NGHIÊN CỨU Xây dựng hệ thống đo sử dụng cảm biến nhiệt độ và cảm biến báo khói để cảnh báo báo cháy GVHD: TS Trần Ngọc Tiến Nhóm: 2 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Bá Thông_2021607349 Nguyễn Đăng Thuyết_2021605658 Nguyễn Quang Thực_2021602727 Mã lớp: 20231ME6051004 Hà Nội – 2023 1 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 LỜI NÓI ĐẦU Trong bài báo cáo này chúng ta thấy tầm quan trọng của việc phòng cháy chữa cháy trong cuộc sống hiện nay Vụ cháy chung cư mini ở Hà Nội chỉ là một trong nhiều sự cố thương tâm xảy ra trong năm nay Điều này khiến việc lắp đặt hệ thống báo cháy, chữa cháy trở nên cấp bách hơn bao giờ hết Lựa chọn đề tài "Xây dựng hệ thống đo sử dụng cảm biến nhiệt độ và cảm biến báo khói để cảnh báo báo cháy" là một quyết định đúng đắn của nhóm em Bởi vì hệ thống này không chỉ giúp phát hiện các nguy cơ cháy từ rò rỉ gas và các khí dễ cháy, nhiệt độ và khói từ các đám cháy ở tầng dưới bốc lên tầng trên, mà còn đưa ra các biện pháp xử lí kịp thời như kích hoạt hệ thống báo động và phát chuông cảnh báo Nhóm em muốn bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy TS Trần Ngọc Tiến đã hướng dẫn và hỗ trợ chúng ta trong quá trình hoàn thành môn đồ án đo lường và điều khiển này Sự hướng dẫn và kiến thức của thầy đã giúp chúng ta nắm vững về cách xây dựng hệ thống và áp dụng cảm biến để phòng cháy chữa cháy Nhóm em hy vọng rằng đề tài này sẽ góp phần vào việc nâng cao ý thức về phòng cháy chữa cháy và đảm bảo an toàn cho cộng đồng Chúng em sẽ tiếp tục nỗ lực và ứng dụng những kiến thức đã học để xây dựng một môi trường sống an toàn hơn cho mọi người 2 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 MỤC LỤC 3 Danh mục hình ảnh .4 Danh mục bảng biểu .5 Chương 1: Tổng quan về hệ thống .6 1.1 Giới thiệu chung .6 1.2 Đối tượng nghiên cứu 6 1.3 Mục đích nghiên cứu 6 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 7 1.5 Phương pháp nghiên cứu 7 1.6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 7 Chương 2: Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển .9 2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 9 2.2 Phân tích và lựa chọn cảm biến 9 2.3 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển 17 2.4 Thiết kế mạch đo và xử lý tín hiệu 20 2.5 Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống 21 2.6 Lưu đồ thuật toán .26 Chương 3: Chế tạo và thử nghiệm hệ thống .28 3.1 Bảng chi tiết các thiết bị cần cho hệ thống 28 3.2 Lắp ghép và hoàn thiện mô hình 30 3.3 Thử nghiệm và đánh giá hệ thống 34 Kết luận .35 Phụ lục 36 3 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Sơ đồ khối 9 Hình 2.2: Cảm biến LM35 12 Hình 2.3: Sở đồ khối chức năng của LM35 .12 Hình 2.4: Cấu hình mạch của cảm biến LM35 13 Hình 2.5: Cảm biến MQ-2 16 Hình 2.6: Sơ đồ khối chức năng của MQ-2 16 Hình 2.7: Arduino Uno R3 20 Hình 2.8: Bước 1 mô phỏng hệ thống trên proteus 22 Hình 2.9: Bước 2 mô phỏng hệ thống trên proteus 23 Hình 2.10: Bước 3 mô phỏng hệ thống trên proteus 23 Hình 2.11: Bước 4 mô phỏng hệ thống trên proteus 24 Hình 2.12: Bước 5 mô phỏng hệ thống trên proteus 24 Hình 2.13: Bước 6 mô phỏng hệ thống trên proteus 25 Hình 2.14: Bước 7 mô phỏng hệ thống trên proteus 25 Hình 2.15: Bước 8 mô phỏng hệ thống trên proteus 26 Hình 2.16: Lưu đồ thuật toán .26 Hình 3.1: Arduino Uno R3 28 Hình 3.2: Cảm biến MQ-2 28 Hình 3.3: Cảm biến LM35 28 Hình 3.4: Modul còi 29 Hình 3.5: Đèn LED 29 Hình 3.6: Board test 29 Hình 3.7: Dây dẫn .29 Hình 3.8: Chuẩn bị thiết bị vật tư .30 Hình 3.9: Lắp màn hình LCD 30 Hình 3.10: Lắp cảm biến LM35 31 Hình 3.11: Lắp cảm biến MQ-2 31 Hình 3.12: Lắp module còi 32 4 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Hình 3.13: Lắp đèn led .32 Hình 3.14: Cắp nguồn cho hệ thống 33 Hình 3.15: Bên ngoài hộp 33 Hình 3.16: Bên trong hộp 33 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thông số các loại cảm biến nhiệt độ tiếp xúc 11 Bảng 2.2: Ưu - nhược điểm các loại cảm biến nhiệt độ tiếp xúc .11 Bảng 2.3: Thông số các loại cảm biến khí 14 Bảng 2.4: Ưu, nhược điểm của các loại cảm biến khí 15 Bảng 2.5: Thông số các loại vi điều khiển 18 Bảng 2.6: Ưu nhược điểm của các loại vi điều khiển 19 Bảng 3.1: Bảng thử nghiệm hệ thống trong môi trường kín gió 34 Bảng 3.2: Bảng thử nghiệm hệ thống trong môi trường có gió 34 5 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung Ngày nay, khi khoa học công nghệ phát triển một cách mạnh mẽ, việc ứng dụng cho các hệ thống ngày càng trở nên phổ biến vào đời sống, từ những ứng dụng đơn giản như: điều khiển LED, bật tắt thiết bị điện tử… đến những ứng dụng cho xã hội như: Điều khiển đèn giao thông, hệ thống cầu thang máy, cửa tự động… Hiện nay ở nước ta hệ thống báo cháy ở nhiều nơi như các chung cư mini tự phát, những dãy trọ giá rẻ cho sinh viên hay đến những căn bếp nhà chúng ta còn lỏng lẻo hoặc là chưa có Gây ra sự nguy hiểm trong công tác phòng và chống cháy Chính vì tồn tại những rủi ro nguy hiểm đó nên đề tài này là một trong những giải pháp đề phòng tránh đó là “Xây dựng hệ thống đo sử dụng cảm biến nhiệt độ và cảm biến báo khói để cảnh báo báo cháy” Hệ thống sẽ gồm bộ sử dụng cảm biến nhiệt độ và cảm biến báo khói đặt ở vị trí có nguy cơ cháy nổ để thu thập tình trạng, nhiệt độ ở nơi đó ví dụ như nhà bếp, tầng hầm, nhà gửi xe Khi có nguy hiểm sẽ gửi tín hiệu về bộ xử lí trung tâm để bộ xử lí trung tâm điều khiển báo động có nhiệt độ hãy nồng độ khói vượt mức cho phép Nhờ đó sẽ có biện pháp xử lí kịp thời Bên cạnh đó, hệ thống cảnh báo động trong toàn hệ thống cũng sẽ báo động và hiển thị nhiệt độ và nồng độ khói lên màn hình LCD Với ý tưởng trên, đề tài này mong muốn góp phần bảo vệ những gia đình, công ty hay những căn chung cư thiếu an toàn trong phòng cháu chữa cháy được an toàn hơn tránh tai nạn đáng tiếc 1.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của hệ thống cảnh báo cháy là các thành phần cấu tạo nên hệ thống, bao gồm: − Cảm biến: Thiết bị phát hiện cháy dựa trên các dấu hiệu của đám cháy, như khói, nhiệt độ, lửa, − Mạch điện tử: Thiết bị xử lý tín hiệu từ cảm biến và đưa ra cảnh báo − Thiết bị báo động: Thiết bị phát ra tín hiệu cảnh báo, như còi báo động, chuông báo động, đèn báo động, 1.3 Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của hệ thống cảnh báo cháy là: − Xây dựng hệ thống có khả năng phát hiện cháy sớm và chính xác − Tăng cường độ tin cậy và khả năng chống nhiễu của hệ thống − Giảm thiểu chi phí đầu tư và vận hành hệ thống − Tăng cường khả năng tích hợp với các hệ thống khác 6 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Đây đồng thời cũng có thể là đồ án môn mà chúng em nghiêm cứu và phát triển thêm ở các môn học, đồ án sau này 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài có những vấn đề chính sau đây: − Tìm hiểu về vi điều khiển mà trọng tâm là Arduino UNO R3 phần cứng và tập lệnh − Tìm hiểu về cảm biến nhiệt độ LM35 và cảm biến khí gas MQ2 − Viết chương trình Arduino UNO R3; các cảm biến LM35, MQ2; màn hình LCD − Tìm hiểu những phần mềm thiết kế mạch điện tử như Proteus… 1.5 Phương pháp nghiên cứu − Xác định mục tiêu và giới hạn đề tài − Tìm hiểu cơ sở lý thuyết − Thiết kế khối cảm biến, khối hiển thị, khối báo động tại chỗ − Thiết kế và thi công bộ xử lí trung tâm − Thiết kế và thi công mạch nguồn − Viết code cho Arduino Uno R3 − Lắp ráp các board mạch, cảm biến vào hộp bảo vệ − Chỉnh sửa các lỗi điều khiển, lỗi lập trình và lỗi của các thiết bị − Chạy thử nghiệm hệ thống − Cân chỉnh hệ thống 1.6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Ý nghĩa thực tiễn của đề tài xây dựng hệ thống cảnh báo cháy là: − Giảm thiểu thiệt hại do cháy nổ gây ra: Việc phát hiện và cảnh báo cháy sớm sẽ giúp người dân có thể kịp thời sơ tán khỏi đám cháy, hạn chế thương vong và thiệt hại về tài sản − Tăng cường an toàn cho mọi người : Hệ thống cảnh báo cháy giúp người dân nâng cao ý thức phòng cháy chữa cháy, góp phần đảm bảo an toàn cho mọi người − Tăng cường hiệu quả công tác chữa cháy: Hệ thống cảnh báo cháy giúp lực lượng chữa cháy tiếp cận hiện trường nhanh chóng, kịp thời dập tắt đám cháy, hạn chế thiệt hại về người và tài sản Cụ thể, ý nghĩa thực tiễn của đề tài xây dựng hệ thống cảnh báo cháy được thể hiện qua các khía cạnh sau: a) Về mặt xã hội: − Hệ thống cảnh báo cháy giúp giảm thiểu thiệt hại do cháy nổ gây ra, góp phần bảo vệ tính mạng và tài sản của người dân 7 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 − Hệ thống cảnh báo cháy giúp nâng cao ý thức phòng cháy chữa cháy của người dân, góp phần xây dựng môi trường sống an toàn − Hệ thống cảnh báo cháy giúp tăng cường hiệu quả công tác chữa cháy, góp phần bảo vệ an ninh trật tự xã hội b) Về mặt kinh tế: − Hệ thống cảnh báo cháy giúp giảm thiểu thiệt hại về kinh tế do cháy nổ gây ra − Hệ thống cảnh báo cháy giúp tăng cường hiệu quả sản xuất kinh doanh, góp phần phát triển kinh tế xã hội c) Về mặt kỹ thuật: − Hệ thống cảnh báo cháy giúp nâng cao khả năng phát hiện và cảnh báo cháy sớm, góp phần giảm thiểu thiệt hại do cháy nổ gây ra − Hệ thống cảnh báo cháy giúp tăng cường độ tin cậy và khả năng chống nhiễu, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định − Hệ thống cảnh báo cháy giúp giảm thiểu chi phí đầu tư và vận hành, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế Với những ý nghĩa thực tiễn nêu trên, đề tài xây dựng hệ thống cảnh báo cháy có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tính mạng và tài sản của con người, góp phần xây dựng môi trường sống an toàn và phát triển kinh tế xã hội 8 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 CHƯƠNG 2: Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển 2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống Hình 2.1: Sơ đồ khối Chức năng từng khối: − Khối cảm biến khói: Sử dụng module cảm biến khói có nhiệm vụ phát hiện khói và đưa thông tin về khối xử lý − Khối cảm biến nhiệt độ : sử dụng cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ phát hiện nhiệt độ cao và đưa thông tin về khối xử lí − Khối xử lý: Sử dụng bộ điều khiển dùng để giao tiếp với các khối cảm biến nhiệt độ, cảm biến khói và đưa thông tin đến khối phát tín hiệu ra − Khối phát tín hiệu: Sử dụng còi báo và đèn có nhiệm vụ báo động cho mọi người biết khi có cháy xảy ra − Khối nguồn: Sử dụng nguồn điện để cung cấp cho hoạt động của mạch 2.2 Phân tích và lựa chọn cảm biến a) Giới thiệu về các loại cảm biến nhiệt độ Nhiệt độ là một trong những thông số được đo phổ biến nhất trên thế giới Chúng được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như lò vi sóng, tủ lạnh, máy điều hòa, … cho đến các thiết bị được sử dụng trong công nghiệp 9 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Cảm biến nhiệt độ về cơ bản đo nóng, đo lạnh tạo ra bởi một đối tượng mà nó được kết nối Cảm biến cung cấp một giá trị điện trở, dòng điện hoặc điện áp ở đầu ra tỷ lệ với nhiệt độ cần đo, sau đó các đại lượng này được đo hoặc xử lý theo ứng dụng của chúng ta Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị giúp đo sự biến đổi về nhiệt độ của vật cần đo Khi nhiệt độ có sự thay đổi lớn thì các cảm biến sẽ đưa ra một tín hiệu, từ đó các bộ đọc sẽ đọc và quy ra thành một con số cụ thể Cảm biến nhiệt độ về cơ bản được phân thành hai loại là cảm biến không tiếp xúc và cảm biến tiếp xúc Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc là các cảm biến nhiệt độ này sử dụng đối lưu và bức xạ để theo dõi nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ tiếp xúc được chia thành ba loại: − Cơ điện (Cặp nhiệt điện – Thermocouple) − Cảm biến nhiệt độ điện trở (RTD – Resistance Temperature Detector) − Dựa trên chất bán dẫn (LM35, DS1820, ) Mỗi loại cảm biến trên đều các thông số kỹ thuật khác nhau khác nhau Ta có bảng phân tích các thông số của từng loại như sau: Loại Thermocouple RTD Thermistor Chất bán dẫn Thông số (Cặp nhiệt độ) (nhiệt điện trở) (Nhiệt kế điện trở) Dải đo 200 ℃ – 1750 ℃ –200 ℃ – 650 ℃ –100 ℃ – 350 ℃ –50 ℃ – 200 ℃ Độ chính xác 0,5 ℃ – 5 ℃ 0,1 ℃ – 1 ℃ 0,5 ℃ – 2,5 ℃ 0,25 ℃ – 2,5 ℃ Thời gian Nhanh Chậm (1 – 5s) Nhanh (0,5 – 3s) Nhanh đáp ứng (0,1 – 3s) (0,5 – 3s) Phạm vi Lò nhiệt, môi Gia công vật Bảo vệ cuộn dây Đo nhiệt độ hoạt động trường khắc liệu, hóa chất,… động cơ và mạch không khí, bảo nghiệt, đo nhớt vệ mạch điện máy nén,… điện tử tử, Chi phí Thấp Cao (trên 200k) Thấp (dưới 50k) Thấp (dưới 100k) (dưới 50k) 10 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com)