đề tài thiết kế mạch báo cháy báo khói sử dụng ic lm358 và ic 7085

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAMKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI BÁO CÁO KẾT THÚC MÔN

Chuyên ngành: Công nghệ kĩ thuật điện tử - viễn thôngGVHD: PGS TS Nguyễn Hữu Khương

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2023

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Quy định về thang điểm và lấy điểm tròn theo quy định của trường)

T/p Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 07 năm 2023

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên)

PGS TS Nguyễn

Hữu Khương

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại công nghệ 4.0 hiện nay, việc ứng dụng các thiết bị điện tử vào cuộc sống hàng ngày đã trở nên phổ biến và không thể thiếu Trong số đó, việc thiết kế và triển khai các hệ thống phát hiện và cảnh báo cháy, khói là một trong những yếu tố quan trọng nhằm đảm bảo an toàn cho con người và tài sản.

Xuất phát từ những kiến thức đã học và cũng như biết được tầm quan trọng của việc phòng cháy chữa cháy Nhóm chúng em sẽ thực hiện đề tài “Thiết kế mạch báo cháy, báo khói sử dụng IC LM358 và IC 7805” Chúng em tin rằng thông qua những kiến thức đã học chúng em sẽ thiết kế ra được sản phẩm có thể góp phần vào việc nâng cao sự an toàn cho cộng đồng.

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhờ có sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Hữu Khương đã tận tâm chỉ dạy cho nhóm chúng em về những kiến thức để thực hiện đề tài Trong quá trình thực hiện đề tài, chắn chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, nhóm chúng em rất mong nhận được ý kiến góp ý của thầy và các bạn giúp đề tài được hoàn chỉnh và chỉnh chu hơn

Chúng em xin cảm ơn các thầy (cô) đã giúp chúng em hoàn thành và góp ý cho đồ án của chúng em.

MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Mạch báo cháy, báo khói là một thiết bị quan trọng trong việc phòng chống để xử lý các tình huống cháy nổ và bảo vệ an toàn cho con người và tài sản Mạch có thể giúp phát hiện sớm các nguồn lửa và khói, cảnh báo kịp thời giữ an toàn cho nhân dân

Mạch báo cháy, báo khói là một đề tài nghiên cứu mới và có tiềm năng trong lĩnh vực điện tử Có thể sử dụng các linh kiện hiện đại, áp dụng các nguyên lý và nhiều phương pháp khác để thiết kế và cải tiến thêm cho mạch báo cháy, báo khói.

Mạch báo cháy, báo khói có thể đóng góp vào việc mở rộng kiến thức và hiểu biết và các cảm biến, mạch điện tử,… Ngoài ra, mạch cũng có thể ứng dụng vào các lĩnh vực khác như an ninh, y tế, công nghiệp,…

2 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đồ án

Đề tài nghiên cứu về mạch báo cháy, báo khói là một đề tài đa dạng Có nhiều thiiết kế và ứng dụng khác nhau Mạch chúng em chọn thực hiện sử dụng IC LM385 cho khối cảm biến khói và IC7805 được sử dụng trong khối nguồn.

Mạch được chia thành 2 phần cảm biến: phần cảm biến khói và phần cảm biến nhiệt

3 Mục tiêu nghiên cứu của đồ án

Áp dụng những kiến thức đã học trong quá trình học tập để thiết kế một mạch có chi phí hợp lý và có tính ứng dụng trong thực thế Mô hình tổng quát của mạch có thể phát hiện khói thông qua cảm biến bằng led thu phát hồng

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Các cơ sở lý thuyết liên quan và chi tiết các linh kiện như: Transistor, diode, led thu – phát hồng ngoại, IC LM358, IC 7805, buzzer,…

Thiết kế và xây dựng được một mạch báo cháy hoàn chỉnh, nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí và có độ chính xác cao Mạch có thể cảnh báo khi có nguy cơ cháy, nổ thông qua điện trở nhiệt NTC, led thu – phát hồng ngoại.

5 Phương pháp nghiên cứu của đồ án

Thu thập các thông tin liên quan đến hệ thống Phân tích, thiết kế cho hệ thống.

Thử nghiệm và vận hành hệ thông

6 Kết quả đạt được của đồ án

Mạch có thể cảm biến và phát hiện những dấu hiệu của cháy như xuất hiện khói hay nhiệt độ tăng cao.

Mạch có thể kích hoạt còi báo động để báo hiệu khi phát hiện dấu hiệu của

2 Mục tiêu nghiên cứu.

Mục tiêu chính của đề tài nhằm nghiên cứu cách tạo ra một hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC hiệu quả và chính xác thông qua việc sử dụng phương pháp và giao tiếp với máy tính Mục tiêu chung của đề tài là giúp tăng cường hiệu quả và độ chính xác của hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC thông qua việc sử dụng phương pháp giao tiếp với máy tính.

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu.

Các cơ sở lý thuyết liên quan và các linh kiện, thiết bị điều khiển động cơ liên quan như cổng COMPIM , motor DC , module L298 và ứng dụng của vi điều khiển PIC16F877A.

Nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp kiến thức được học từ sách vở và internet Xây dựng ý tưởng thực hiện trên phần mềm Proteus.

4 Phương pháp nghiên cứu.

 Phương pháp phi thực nghiệm.

 Phương pháp phân tích và tổng hợp.

5 Kết cấu của đề tài.

 Phần I: Tổng quan về đề tài.

Chương 1: Giới thiệu đề tài (Lý do chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, kết cấu của đề tài)

Chương 2: Các linh kiện được thực hiện trong mạch (Điện trở, tụ điện, diode, thạch anh, PIC16F877A, nút nhấn, biến trở, module L298, module điều khiển động cơ, động cơ DC).

 Phần II: Nội dung và kết quả.

Chương 3: Nguyên lý hoạt động (Sơ đồ khối và linh kiện dùng trong mô phỏng, nguyên lý hoạt động).

thời trong đó có 2 bộ định thời 8 bit và 1 bộ định thời là 16 Bit Nó hỗ trợ nhiều giao thức giao tiếp như giao thức nối tiếp, giao thức song song, giao thức I2C PIC16F877A hỗ trợ cả ngắt chân phần cứng và ngắt bộ định thời.

Hình 1.1: PIC16F877A.

 Thông số kĩ thuật PIC16877A.

Tốc độ CPU tối đa (MHz) 20 Chọn chân ngoại vi (PPS) Không Bộ tạo dao động bên trong Không

Độ phân giải ADC tối đa (bit) 10 ADC với tính toán Không Số bộ chuyển đổi DAC 0 Độ phân giải DAC tối đa 0 Tham chiếu điện áp nội bộ Có Zero Cross Detect Không Số bộ định thời 8 bit 2 Số bộ định thời 16 bit 1

Bộ tạo dao động được điều khiển bằng số 0 Cap Touch Channels 11

Nhiệt độ hoạt động tối thiểu (* C) -40 Nhiệt độ hoạt động tối đa (* C) 125 Điện áp hoạt động tối thiểu (V) 2 Điện áp hoạt động tối đa (V) 5.5 Điện áp cao có thể Không

 Sơ đồ chân PIC16F877A.

1.2: Sơ đồ chân PIC16F877A.

chân Tên chân Mô tả

1 MCLR / Vpp MCLR được sử dụng trong quá trình lập trình, chủ yếu được kết nối với programer như PicKit 2 RA0 / AN0 Chân analog 0 hoặc chân 0 của PORTA

3 RA1 / AN1 Chân analog 1 hoặc chân 1 của PORTA 4 RA2 / AN2 / Vref- Chân analog 2 hoặc chân 2 của PORTA 5 RA3 / AN3 / Vref + Chân analog 3 hoặc chân 3 của PORTA 6 RA4 / T0CKI /

C1out Chân 4 của PORTA

7 RA5/AN4/SS/C2out Chân analog 4 hoặc chân 5 của PORTA 8 RE0 / RD / AN5 Chân analog 5 hoặc chân 0 của PORTE

9 RE1 / WR / AN6 Chân analog 6 hoặc chân 1 của PORTE 10 RE2/CS/AN7 Chân 7 của PORTE

11 Vdd Chân nối đất của MCU

12 Vss Chân dương của MCU (+5V)

13 OSC1 / CLKI Bộ dao động bên ngoài / chân đầu vào clock 14 OSC2 / CLKO Bộ dao động bên ngoài / chân đầu vào clock 15 RC0 / T1OSO /

T1CKI Chân 0 của PORT C 16 RC1 / T1OSI /

CCP2 Chân 1 của POCTC hoặc chân Timer / PWM 17 RC2 / CCP1 Chân 2 của POCTC hoặc chân Timer / PWM 18 RC3 / SCK / SCL Chân 3 của POCTC

19 RD0 / PSP0 Chân 0 của POCTD 20 RD1 / PSPI Chân 1 của POCTD 21 RD2 / PSP2 Chân 2 của POCTD 22 RD3 / PSP3 Chân 3 của POCTD

23 RC4 / SDI / SDA Chân 4 của POCTC hoặc chân Serial Data vào 24 RC5 / SDO Chân 5 của POCTC hoặc chân Serial Data ra 25 RC6 / Tx / CK Chân thứ 6 của POCTC hoặc chân phát của Vi

điều khiển

26 RC7 / Rx / DT Chân thứ 7 của POCTC hoặc chân thu của Vi

điều khiển

27 RD4 / PSP4 Chân 4 của POCTD 28 RD5/PSP5 Chân 5 của POCTD 29 RD6/PSP6 Chân 6 của POCTD 30 RD7/PSP7 Chân 7 của POCTD

31 Vss Chân dương của MCU (+5V) 32 Vdd Chân nối đất của MCU

33 RB0/INT Chân thứ 0 của POCTB hoặc chân ngắt ngoài 34 RB1 Chân thứ 1 của POCTB

35 RB2 Chân thứ 2 của POCTB

36 RB3/PGM Chân thứ 3 của POCTB hoặc kết nối với programmer

37 RB4 Chân thứ 4 của POCTB 38 RB5 Chân thứ 5 của POCTB

39 RB6/PGC Chân thứ 6 của POCTB hoặc kết nối với programmer

40 RB7/PGD Chân thứ 7 của POCTB hoặc kết nối với programmer

 Cấu trúc tổng quát của PIC16F877A 8K x 14 bits/word Flash ROM.

368 x 8 Bytes RAM 256 x 8 Bytes EEPROM.

5 Port xuất/nhập (A, B, C, D, E) tương ứng 33 chân ra 2 Bộ định thời 8 bit Timer 0 và Timer 2.

1 Bộ định thời 16 bit Timer 1, có thể hoạt động ở chế độ tiết kiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung

1 Bộ định thời giám sát (Watch Dog Timer) 1 Cổng giao tiếp song song 8 bit.

1 Port nối tiếp.

15 Nguồn ngắt (Interrupt).

Chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode).

Nạp trương trình bằng cổng nối tiếp ( ICSP™ )(In-Circuit Serial Programming™ -)

Tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Tần số hoạt động tối đa 20 MHz.

2 Điện trở.

Trong điện tử và điện từ học, điện trở của một vật là đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của vật đó Đại

lượng nghịch đảo của điện trở là điện dẫn hay độ dẫn điện, và là đặc trưng cho khả năng cho dòng điện chạy qua Điện trở có một số tính chất tương tự như ma sát trong cơ học Đơn vị SI của điện trở là ohm (Ω), còn của điện dẫn là ), còn của điện dẫn là siemens (S) (trước gọi là "ohm" và ký hiệu bằng Ω), còn của điện dẫn là ).

Hình 2.1: Các linh kiện điện trở.

Điện trở của một vật chủ yếu phụ thuộc vào chất liệu làm nên nó Những vật làm từ chất cách điện như cao su thường có điện trở cao và điện dẫn thấp, trong khi những vật làm từ chất dẫn điện như kim loại thì có điện trở thấp và điện dẫn cao.

Sử dụng: điện trở 10kΩ), còn của điện dẫn là

Hình 2.2: Điện trở 10 kΩ.3 Tụ điện.

Tụ điện ( tiếng anh là capacitor) là một linh kiện điện tử

thụ động cấu tạo bởi hai bản cực đặt song song được ngăn cách bởi lớp điện môi, tụ điện có tính chất cách điện 1 chiều nhưng cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp

Tụ điện là linh kiện có khả năng tích điện Tụ điện cách điện với dòng điện một chiều và cho dòng điện xoay chiều truyền qua.

Tụ điện được chia làm hai loại chính: loại không phân cực và loại có phân cực.

Loại có phân cực thường có giá trị lớn hơn loại không phân cực, trên hai chân của loại phân cực có phân biệt chân nối âm, nối dương rõ ràng, khi gắn tụ có phân cực vào mạch điện, nếu gắn ngược chiều âm dương, tụ phân cực có thể bị hư và hoạt động sai Ngoài ra người ta còn gọi tên tụ điện theo vật liệu làm tụ

Ví dụ: Tụ gốm, tụ giấy, tụ mica, tụ kẹo, tụ cao áp, tụ sứ ( tụ không phân cực) , tụ hóa ( tụ phân cực )

Hình 3.1: Tụ điện.

 Đơn vị của tụ điện là Fara.( F )

 Cách quy đổi 1 Fara: 1F = 10-6MicroFara = 10-9 Nano Fara = 10-12 Pico Fara.

a Khái niệm của diode.

Diode hay còn gọi là Điốt, đây là một loại linh kiện điện tử bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều duy nhất mà không được chạy ngược lại Điốt bán dẫn thường có nguyên lý cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N và được nối với 2 chân ra là anode và cathode.

Để hiểu hơn về diode ta có thông số như sau: • Dòng điện thuận qua điốt không > 1A.

• Điện áp ngược cực đại đặt lên điốt không > 1000V • Điện áp thuận (tức UAK) có thể tăng đến 1,1V nếu dòng điện thuận bằng 1A Cũng cần lưu ý rằng đối với các điốt chỉnh lưu nói chung thì khi UAK = 0,6V thì điốt đã bắt đầu dẫn điện và khi UAK = 0,7V thì dòng qua điốt đã đạt đến vài chục mA.

Hình 4.1: Ký hiệu và hình dáng của diode bán dẫn.b Cấu tạo của diode.

Một linh kiện điện tử bán dẫn được chế tạo từ hợp chất là Silic, Photpho và Bori Ba nguyên tố này được pha tạp với nhau tạo ra hai lớp bán dẫn loại P và loại N được tiếp xúc với nhau.

Cực của diode đấu với lớp P được gọi là Anot (kí hiệu là A), cực còn lại đấu với lớp N được gọi là Catot (kí hiệu là K) Đặc tính cơ bản nhất của một diode đó là chỉ cho phép dòng điện đi từ A sang K.

Hình 4.2: Cấu tạo của diode Sử dụng: 5 diode 1N4007 1A(1000 V )

Hình 4.3: Diode 1N4007.

5 Thạch anh.

a Khái niệm thạch anh.

Thạch anh (ký hiệu: XT, X, OSC hoặc Crystal) là một linh kiện điện tử được chế tạo từ các tinh thể thạch anh (SiO2) dùng để tạo ra các xung dao động cho trạm phát sóng, rada, thiết bị đeo tay hệ thống xử lý tín hiệu hay trong các thí nghiệm đo lường.

Vai trò chủ yếu của thạch anh là tạo ra các xung dao động Nó hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện – Khi cho một điện áp vào 2 mặt của thạch anh thì nó sẽ bị biến dạng nhưng ngược lại khi tạo một sức ép lên 2 bề mặt của nó thì nó sẽ phát ra điện áp Tóm lại, đây là một hiệu ứng có tính thuận nghịch.

Hình ảnh thực tế của thạch anh:

Hình 5.1: Hình ảnh thực tế của thạch anh.b Nguyên lý hoạt động của thạch anh.

Đối với mạch điện xoay chiều thì hoạt động của thạch anh sẽ biến đổi theo tần số của điện áp đó Còn khi thay đổi một tần số nào đó thì nó sẽ cộng hưởng Tần số cộng hưởng của thạch anh phụ thuộc vào kích thước và hình dáng của nó.

Về bản chất, thạch anh có thể coi như một mạch dao động RLC Trong đó, mạch tương đương của nó bao gồm một L và một C lắp nối tiếp với nhau Cả cụm này được lắp song song với một C khác và một R cách điện Mỗi một tinh thể thạch anh sẽ có 2 loại tần số cộng hưởng đó là tần số cộng hưởng nối tiếp và tần số cộng hưởng song song Điểm chung của hai loại tần số này là chúng đều có trị số khác bền vững và gần như không bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài.

Một đặc điểm nữa về thạch anh đó là nó có hệ số phẩm chất trong mạch cộng hưởng rất lớn nên tổn hao cực nhỏ.

6 Nút nhấn.

Nút nhấn là một thiết bị dùng để bật/tắt các thiết bị khác, làm nút nguồn hay thay đổi trạng thái Công dụng để reset lại nguồn

Hình 6.1: Nút nhấn 4 chân.

7 Module L298.a Khái niệm.

Module L298 là một mạch điều khiển động cơ một chiều DC cùng lúc IC điều khiển cầu kép toàn kì có dải điện áp hoạt động rộng và có thể xử lý dòng tải lên đến 3A IC cũng có điện áp bão hòa thấp và bảo vệ quá nhiệt

b Thông số kỹ thuật.

 IC chính: L298.

 Điện áp hoạt động: 5~30VDC.

 Công suất tối đa: 25W 1 cầu (lưu ý công suất = dòng điện x điện áp nên áp cấp vào càng cao, dòng càng nhỏ, công suất có định 25W).

 Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A.

 Mức điện áp logic: Low -0.3V~1.5V, High: 2.3V~Vss  Kích thước: 43x43x27mm.

Hình 9.1: Mạch điều khiển động cơ L298.c Cấu tạo L298.

 Hai chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ là 12V power và 5V power Ngoài ra bạn cũng có thể cấp nguồn 9 -12V ở -12V.

 Power GND là GDN của nguồn cấp cho động cơ  2 Jump A enable và B enable.

 4 chân Input gồm có: IN1, IN2, IN3,IN4.

 Output A sẽ được nối với động cơ A Khi nối bạn phải chú ý ký hiệu “ +;-” vì khi bạn nối ngược động cơ sẽ chạy theo chiều ngược.

 Gồm hai phần điều khiển động cơ Có thể điều khiển cho động cơ 4 dây và động cơ 6 dây.

d Sơ đồ chân L298.

 Khi nối mạch để điều khiển động cơ, bạn cần chú ý hai cực +; – của động cơ sao cho tương xứng với chân + ; –

 Các chân Input IN1, IN2, IN3, IN4 của L298 sẽ được nối tương ứng với các chân D7, D6, D5, D4 của Arduino  Các đầu ra High và Low có nhiệm vụ điều khiển chiều

quay của động cơ ở các chân INx.

Hình 9.2: Sơ đồ chân của L298.8 Động cơ DC.

a Khái niệm về động cơ DC.

Động cơ DC” viết tắt của “Direct Current Motors” là động cơ điện một chiều, chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học Động cơ DC lấy năng lượng điện thông qua dòng điện trực tiếp và chuyển đổi năng lượng này thành vòng quay cơ học

Khi một động cơ DC được cung cấp năng lượng, một từ trường được tạo ra trong Stator của nó Trường thu hút và đẩy lùi nam châm trên Rotor; điều này làm cho Rotor quay Để giữ cho Rotor liên tục quay, bộ chuyển đổi được gắn vào bàn chải được kết nối với dòng điện cung cấp nguồn điện cho cuộn dây động cơ.