Cảnh báo rò rỉ khí ga qua điện thoại kết hợp tự động mở cửa

Khi phát hiện có khí gas, cảm biến sẽ phát ra tín hiệu cảnh báo để người dùng có thể kịp thời xử lý.- Sự cần thiết của cảm biến rò rỉ khí gas trong gia đình được thể hiện qua những điểm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

Ngô Quốc Thái (trưởng nhóm) Nguyễn Hữu Quang

Bùi Minh Hiểu

Hà Nam, ngày 16 tháng 1 năm 2024

1.2 Một số loại cảm biến khí gas

CHƯƠNG 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài ………17

2.1 Động cơ servo2.2 Buzzer

2.3 MQ-2

2.4 Kít wi昀椀 NodeMCU ESP8266

CHƯƠNG 1: Giới thiệu đề tài

1.1.Đặt vấn đề

- Sự cần thiết của cảm biếnò rỉ khí gas là một mối nguy hiểm tiềm ẩn trong gia  rò rỉ khí gas trong gia đình Khí gas là chất dễ cháy, khi rò rỉ có thể gây cháy nổ, dẫn đến thiệt hại về người và tài sản.

- Cảm biến rò rỉ khí gas là thiết bị điện tử dùng để phát hiện sự hiện diện của khí gas trong môi trường Khi phát hiện có khí gas, cảm biến sẽ phát ra tín hiệu cảnh báo để người dùng có thể kịp thời xử lý.

- Sự cần thiết của cảm biến rò rỉ khí gas trong gia đình được thể hiện qua những điểm sau:

 Giúp phát hiện kịp thời sự cố rò rỉ khí gas: Cảm biến rò rỉ khí gas có thể phát hiện sự cố rò rỉ khí gas ngay khi nồng độ khí gas đạt đến ngưỡng cho phép Điều này giúp người dùng kịp thời xử lý sự cố, ngăn ngừa cháy nổ xảy ra.   Giúp giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản: Cháy nổ do rò rỉ khí gas có thể

gây thiệt hại về người và tài sản nghiêm trọng Cảm biến rò rỉ khí gas giúp phát hiện kịp thời sự cố, giúp giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản.

 Giúp bảo vệ an toàn cho gia đình: Cảm biến rò rỉ khí gas là thiết bị quan trọng giúp bảo vệ an toàn cho gia đình, đặc biệt là gia đình có trẻ em và người cao tuổi.

Để đảm bảo an toàn cho gia đình, các gia đình nên lắp đặt cảm biến rò rỉ khí gas ở những khu vực có nguy cơ rò rỉ khí gas cao, chẳng hạn như bếp gas, bình gas, đường ống dẫn gas,

1.2.Một số loại cảm biến khí gas

- Có nhiều loại cảm biến khí gas khác nhau, được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động, loại khí cần phát hiện, và ứng dụng.

- Theo nguyên lý hoạt động, cảm biến khí gas có thể được chia thành các loại sau:

 Cảm biến khí gas điện hóa: Cảm biến này sử dụng một cặp điện cực được làm từ các vật liệu nhạy cảm với khí Khi khí tiếp xúc với các điện cực, nó sẽ làm thay đổi điện thế giữa hai điện cực Sự thay đổi điện thế này được sử dụng để xác định nồng độ khí trong môi trường.

 Cảm biến khí gas hấp phụ: Cảm biến này sử dụng một chất hấp phụ để hấp thụ khí Khi khí tiếp xúc với chất hấp phụ, nó sẽ làm thay đổi khối lượng hoặc thể tích của chất hấp phụ Sự thay đổi này được sử dụng để xác định nồng độ khí trong môi trường.

 Cảm biến khí gas quang học: Cảm biến này sử dụng một nguồn sáng và một bộ phận thu nhận để đo cường độ ánh sáng Khi khí tiếp xúc với nguồn sáng, nó sẽ làm thay đổi cường độ ánh sáng được thu nhận Sự thay đổi này được sử dụng để xác định nồng độ khí trong môi trường.

 Cảm biến khí gas xúc tác: Cảm biến này sử dụng một chất xúc tác để phản ứng với khí Sự phản ứng này sẽ tạo ra một tín hiệu điện có thể được sử dụng để xác định nồng độ khí trong môi trường.

 Cảm biến khí gas dẫn nhiệt: Cảm biến này sử dụng sự thay đổi nhiệt độ của một chất dẫn nhiệt khi tiếp xúc với khí Sự thay đổi nhiệt độ này được sử dụng để xác định nồng độ khí trong môi trường.

- Theo loại khí cần phát hiện, cảm biến khí gas có thể được chia thành các loại sau:

 Cảm biến khí gas tự nhiên: Cảm biến này được sử dụng để phát hiện khí gas tự nhiên, loại khí được sử dụng phổ biến trong các hộ gia đình.

 Cảm biến khí gas butane: Cảm biến này được sử dụng để phát hiện khí butane, loại khí được sử dụng trong các bình gas mini.

 Cảm biến khí gas propane: Cảm biến này được sử dụng để phát hiện khí propane, loại khí được sử dụng trong các bình gas công nghiệp.

 Cảm biến khí carbon monoxide: Cảm biến này được sử dụng để phát hiện khí carbon monoxide, loại khí độc hại có thể gây ngộ độc.

 Cảm biến khí khác: Ngoài các loại cảm biến khí gas trên, còn có các loại cảm biến khí gas khác được sử dụng để phát hiện các loại khí khác nhau, chẳng hạn như khí methane, khí amoniac, khí clo,

- Theo ứng dụng, cảm biến khí gas có thể được chia thành các loại sau:  Cảm biến khí gas gia dụng: Cảm biến này được sử dụng trong các hộ gia

đình để phát hiện rò rỉ khí gas.

 Cảm biến khí gas công nghiệp: Cảm biến này được sử dụng trong các nhà máy, xí nghiệp để phát hiện rò rỉ khí gas.

 Cảm biến khí gas phòng thí nghiệm: Cảm biến này được sử dụng trong các phòng thí nghiệm để đo nồng độ khí gas.

Một số cảm biến khí gas phổ biến hiện nay:

 Cảm biến khí gas MQ-2: Đây là cảm biến khí gas điện hóa được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng gia dụng Cảm biến này có thể phát hiện các loại khí như khí gas tự nhiên, khí butane, và khí propane.

 Cảm biến khí gas MQ-7: Đây là cảm biến khí gas điện hóa được sử dụng để phát hiện khí carbon monoxide Cảm biến này có độ nhạy cao, có thể phát hiện khí carbon monoxide ở nồng độ thấp.

 Cảm biến khí gas MQ-135: Đây là cảm biến khí gas điện hóa được sử dụng để phát hiện các loại khí độc hại, bao gồm khí carbon monoxide, khí

amoniac, và khí clo.

Lựa chọn cảm biến khí gas phù hợp:

- Khi lựa chọn cảm biến khí gas, cần lưu ý các yếu tố sau:

 Loại khí cần phát hiện: Cảm biến khí gas cần được lựa chọn phù hợp với loại

- Servo là một hệ thống truyền động điều khiển hồi tiếp vòng kín, nhận tín hiệu và thực hiện một cách nhanh chóng và chính xác theo lệnh từ PLC Bộ servo bao gồm 1 bộ điều khiển servo (servo drive), 1 động cơ servo và 1 encoder để phản hồi tín hiệu từ động cơ về bộ điều khiển Servo được sử dụng để điều khiển vị trí chính xác, điều chỉnh mô-men phù hợp với các ứng dụng khác nhau và thay đổi tốc độ cực kỳ nhanh (đáp ứng ở ms).

Bộ AC Servo

Động cơ servo là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ servo? 1 Cấu tạo và phân loại:

- Động cơ servo là một thành phần trong hệ thống servo Động cơ servo nhận tín hiệu từ bộ điều khiển và cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vận hành với tốc độ và độ chính xác cực kỳ cao - Động cơ servo được chia thành 2 loại: động cơ servo AC, động cơ servo DC AC servo có thể xử lý các dòng điện cao hơn và có xu hướng được sử dụng

điện cao và thường phù hợp hơn cho các ứng dụng nhỏ hơn.

Cấu tạo của động cơ AC servo bao gồm 3 phần: stator, rotor (thường là loại nam châm vĩnh cửu) và encoder.

 Stator bao gồm một cuộn dây được quấn quanh lõi, được cấp nguồn để cung cấp lực cần thiết làm quay rotor.

 Rotor được cấu tạo bởi nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh.

 Encoder được gắn sau đuôi động cơ để phản hồi chính xác tốc độ và vị trí của động cơ về bộ điều khiển.

Cấu tạo AC servo motor

- Bộ điều khiển (Servo drive) có nhiệm vụ nhận tín hiệu lệnh điều khiển (xung/analog) từ PLC và truyền lệnh đến động cơ servo để điều khiển động cơ servo hoạt động theo lệnh, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi liên tục về vị trí và tốc độ hiện tại của động cơ servo từ encoder.

Servo Drive DA180

2 Nguyên lý hoạt động:

- Về nguyên tắc, động cơ servo là một thiết bị độc lập Tuy nhiên động cơ servo chỉ có ý nghĩa thực tiễn khi hoạt động trong hệ thống servo.

- Chế độ hoạt động servo được hình thành bởi những hệ thống hồi tiếp vòng kín Động cơ servo nhận một tín hiệu xung điện (PWM) từ bộ điều khiển để hoạt động và được kiểm soát bằng bộ mã hóa (encoder).

- Khi động cơ vận hành thì vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này thông qua bộ mã hóa (encoder) Khi đó bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động và làm sai lệch tốc độ cũng như vị trí mong muốn, cơ cấu hồi tiếp sẽ phản hồi tín hiệu về bộ điều khiển Từ tín hiệu phản hồi về, bộ điều khiển servo sẽ so sánh với tín hiệu lệnh và đưa ra điều chỉnh phù hợp, đảm bảo động cơ servo hoạt động đúng theo yêu cầu đạt được tốc độ và vị trí chính xác nhất.

-Lợi ích khi sử dụng AC servo:

 Khả năng điều khiển tốc độ, vị trí và mo-men cực kì chính xác.

 Tốc độ đáp ứng và phản hồi nhanh, quán tính thấp (gần như không có quán tính).

 Hiệu suất hoạt động cao tới hơn 90%, ít sinh nhiệt và hầu như không dao động.

 Tốc độ cao và tần suất làm việc thay đổi nhanh, liên tục.

 Hoạt động êm ái, nhẹ, tiết kiệm điện năng.

Hệ thống AC servo phù hợp với hầu hết các ứng dụng trong công nghiệp như máy công cụ, máy đóng gói, các loại máy in, máy cắt, các ứng dụng thu xả cuộn, các ứng dụng cần chạy dừng đúng vị trí, dây chuyền lắp ráp, máy CNC, cánh tay robot…

3 Động cơ servo SG90 có kích thước nhỏ, là loại được sử dụng nhiều nhất để làm các mô hình nhỏ hoặc các cơ cấu kéo không cần đến lực nặng.

- Động cơ servo SG90 180 độ có tốc độ phản ứng nhanh, các bánh răng

được làm bằng nhựa nên cần lưu ý khi nâng tải nặng vì có thể làm hư bánh răng, động cơ RC Servo 9G có tích hợp sẵn Driver điều khiển động cơ bên trong nên có thể dễ dàng điều khiển góc quay bằng phương pháp điều độ rộng xung PWM.

- Thông số kĩ thuật:

Kết nối với arduino:

Sơ đồ kết nối Động cơ servo SG90 180 độ

- Còi chip 3V, Còi buzzer 3VDC có hiệu suất ổn định, chất lượng tốt, được sản xuất nhỏ gọn phù hợp thiết kế với các mạch còi buzzer nhỏ gọn, mạch báo động, Còi báo tín hiệu

- Thông số kỹ thuật :

 Dòng điện tiêu thụ: <25mA trong không khí sạch, khi khí dễ cháy tồn tại, cảm biến có độ dẫn điện cao hơn, nồng độ chất dễ cháy càng cao thì độ dẫn điện của SnO

2 sẽ càng cao và được tương ứng chuyển đổi thành mức tín hiệu điện.

- Cảm biến khí gas MQ-2 là cảm biến khí có độ nhạy cao với LPG, Propane

và Hydrogen, mê-tan (CH

4¿và hơi dễ bắt lửa khác, với chi phí thấp và phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.

- Cảm biến xuất ra cả hai dạng tín hiệu là Analog và Digital, tín hiệu Digital có thể điều chỉnh mức báo bằng biến trở.

- Thông số kĩ thuật:

Mạch đơn giản

Ổn định khi sử dụng trong thời gian dài

- Sơ đồ mạch cảm biến khí gas MQ-2:

2.4.Kít wi昀椀 NodeMCU ESP8266

- Kít RF thu phát Wi昀椀 ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 là kit phát triển dựa trên nền chip Wi昀椀 SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản.

- Kit RF thu phát Wi昀椀 ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 được dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wi昀椀, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến IoT.

- Kit RF thu phát Wi昀椀 ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 tại Hshop.vn sử dụng chip nạp và giao tiếp UART CP2102 có độ ổn định và độ bền cao và khả năng tự nhận Driver trên tất cả các hệ điều hành Windows và Linux - Thông số kỹ thuật:

 GPIO tương thích hoàn toàn với 昀椀rmware Node MCU.

- Sau khi thực hiện khẩn trương, nhóm đã hoàn thành đề tài “Cảnh báo rò rỉ khí gas qua điện thoại kết hợp tự động mở cửa sử dụng blynk iot” Trong quá trình thực hiện nhóm đã có những kinh nghiệm cho riêng mình về việc thiết kế phần cơ khí, cách hoạt động của cơ cấu chấp hành,mạch điều khiển.

tài một cách tốt nhất Đề tài chỉ có thể đưa vào trong nhà trường, phòng thí nghiệm để phục vụ cho giảng viên, sinh viên.

6.2 Phần làm được

- Cơ cấu máy được thiết kế và chế tạo một cách gọn gàng, di chuyển linh hoạt Dễ dàng chỉnh sửa khi cần thiết đảm bảo cho máy hoạt động tốt Và hoạt động của các chi tiết trên máy được thiết kế đúng như bản vẽ, như yêu cầu đặt ra, có phạm vi hoạt động đúng với phạm vi mục tiêu đặt ra ban đầu - Các chi tiết được thiết kế đúng với chuẩn có sẵn trên thị trường.

- Các thiết bị và các mạch điện được lắp ráp hoạt động đúng như sơ đồ và nguyên lý hoạt động được nêu ra ở những phần trước.

- Công việc điều khiển của máy cũng hoạt động ổn định và theo chu trình làm việc của máy Việc điều khiển cũng trở nên dễ dàng hơn khi có giao diện điều khiển của máy thông qua phần mềm lập trình bằng tiếng việt đơn giản.

6.3 Phần chưa làm được và những hạn chế

- Tuy máy đã hoạt động đúng như mong muốn của nhóm với yêu cầu ban đầu đặt ra, nhưng máy vẫn còn một số điểm hạn chế cần phải khắc phục như:

loại khí khác nhau, không chỉ khí gas, điều này có thể gây ra báo động giả.

năng rò rỉ khí gas.

 Tín hiệu không dây: Hệ thống phụ thuộc vào kết nối không dây, vì vậy nếu có vấn đề với kết nối internet, hệ thống có thể không hoạt động đúng.

6.4 Hướng phát triển

- Mở rộng cảnh báo cho các loại khí khác: Hệ thống có thể được mở rộng để cảnh báo cho các loại khí hóa lỏng khác, không chỉ khí gas.

- Tích hợp vào nhà bếp thông minh: Hệ thống có thể được tích hợp vào nhà bếp thông minh, giúp tăng cường an toàn và tiện ích.

- Cải tiến ứng dụng Blynk IoT: Có thể cải tiến ứng dụng Blynk IoT để tạo ra các tính năng mới, như cảnh báo qua tin nhắn hoặc gọi điện thoại thông báo.

- Sử dụng các loại cảm biến khác: Có thể sử dụng các loại cảm biến khác nhau để phát hiện các loại khí khác nhau.