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

Tìm hiểu về các linh kiện được sử dụng trong mạch một cách chi tiết như IC LM358, IC 7805, diode, transistor,… Tính toán và thiết kể mạch theo đúng thông số kỹ thuật và yêu cầu.. Tụ điện

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI BÁO CÁO KẾT THÚC MÔN

GVHD: PGS TS Nguyễn Hữu Khương

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2023

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện:  Nội dung thực hiện:  Hình thức trình bày:  Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số:

Điểm bằng chữ:

(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 vàkhông thể thiếu Trong số đó, việc thiết kế và triển khai các hệthống 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 tầmquan trọng của việc phòng cháy chữa cháy Nhóm chúng em sẽthực hiện đề tài “Thiết kế mạch báo cháy, báo khói sử dụng ICLM358 và IC 7805” Chúng em tin rằng thông qua những kiếnthức đã học chúng em sẽ thiết kế ra được sản phẩm có thể gópphần vào việc nâng cao sự an toàn cho cộng đồng

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

Chúng em xin cảm ơn các thầy (cô) đã giúp chúng em hoànthành 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 trongviệc phòng chống để xử lý các tình huống cháy nổ và bảo vệ antoàn cho con người và tài sản Mạch có thể giúp phát hiện sớmcác nguồn lửa và khói, cảnh báo kịp thời giữ an toàn cho nhândân

Mạch báo cháy, báo khói là một đề tài nghiên cứu mới và cótiềm năng trong lĩnh vực điện tử Có thể sử dụng các linh kiệnhiện đại, áp dụng các nguyên lý và nhiều phương pháp khác đểthiết kế và cải tiến thêm cho mạch báo cháy, báo khói

Mạch báo cháy, báo khói có thể đóng góp vào việc mở rộngkiến 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 anninh, 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 Cónhiều 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 biếnnhiệt

3 Mục tiêu nghiên cứu của đồ án

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

Tìm hiểu về các linh kiện được sử dụng trong mạch một cách chi tiết như

IC LM358, IC 7805, diode, transistor,…

Tính toán và thiết kể mạch theo đúng thông số kỹ thuật và yêu cầu Để cóthể hoàn thành mạch một các hoàn chỉnh

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 thểcảnh 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

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 phầnmềm Proteus

4 Phương pháp nghiên cứu.

 Phương pháp phi thực nghiệm

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)

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.

STT

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 độtiết kiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung clock ngoài

2 Bộ Capture/ Compare/ PWM (Bắt giữ/ So sánh/ Điều biến xung)

1 Bộ biến đổi Analog to Digital 10 bit, 8 ngõ vào

2 Bộ so sánh tương tự (Comparator)

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™ -)

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 ngăncách 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 cácthí 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 lắpsong 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 cựcnhỏ

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

 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 + ; –của Output

 Tiếp theo cấp nguồn cho module L298, khi đó phải chú

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 thànhnăng 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

Hình 10.1: Hình ảnh về động cơ DC.

b Cấu tạo của động cơ DC.

 Stator của động cơ điện một chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện với chức năng bảo vệ và hỗ trợ cho động cơ Bộ phận này

có nhiệm vụ kích từ động cơ để sinh ra từ trường

 Rotor: Gồm các cuộn dây được nối với nguồn điện 1 chiều Bộ phận chỉnh lưu của động cơ điện một chiều

có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trong khi các chuyển động quay của rotor là liên tục

 Ưu điểm của động cơ DC

o Mo men mở máy lớn, có khả năng tải nặng khi khởi động

o Khả năng điều chỉnh tốc độ và kiểm soát tình trạng quá tải tốt

o Động cơ DC có công suất 35 – 60W, tiêu thụ ít điện năng hơn do chỉ cấp điện cho Stato chứ không cần cấp điện cho Roto

o Cấu trúc ổn định, bền bỉ, tuổi thọ lớn (trung bình khoảng 15 năm)

o Trọng lượng nhẹ nên dễ dàng lắp đặt ở vị trí cao

o Phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, vận hành êm ái

o Tình trạng nhiễu điện từ nhỏ

o Động cơ điện một chiều DC có chổi than được đánh giá cao với khả năng khởi động và điều chỉnh đạt hiệu suất tốt

 Nhược điểm của động cơ DC

o Động cơ DC còn tồn nhược điểm như sau: có cấu tạo đơn giản nhưng tiếp điểm giữa chổi than và cổ góp

có khả năng tạo ra tia lửa điện và mài mòn cơ học trong quá trình vận hành Từ đó, làm tăng nhiệt độ động cơ và có nguy cơ gây hư hỏng, chập cháy khi hoạt động quá mức Bên cạnh đó, công suất của động cơ điện một chiều chỉ ở mức trung bình, không quá cao

c Nguyên lý hoạt động của động cơ DC.

Stato của động cơ điện một chiều thường là nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây điện từ, để tạo ra từ trường

Rotor gồm có các cuộn dây quấn và được kết nối với nguồn điện một chiều Bộ chỉnh lưu làm nhiệm vụ liên tục đổi chiều dòng điện trong chuyển động quay của rotor Thông thường, bộ phận này sẽ có 2 thành phần: một bộ cổgóp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

Khi một động cơ DC được cung cấp nguồn điện, từ

trường tạo ra trong stato thu hút và đẩy lùi nam châm trên