NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH BÁO CHÁY VÀ DẬP LỬA SỬ DỤNG CẢM BIẾN KHÍ CO MQ-7

ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH BÁO CHÁY VÀ DẬP LỬA SỬ DỤNG CẢM BIẾN KHÍ CO MQ-7 BẢN MỀM DÀNH CHO SINH VIÊN BẢN MỀM ĐẦY ĐỦ THỰC HIỆN BỎI SINH VIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

-ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH BÁO CHÁY VÀ DẬP LỬA SỬ DỤNG CẢM BIẾN KHÍ CO MQ-7

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Hiến

Sinh viên: Lương Huy Hoàng - 12220079

Sinh viên :

Lớp:

Hưng Yên, năm 2023

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, ngày….tháng….năm 2023 Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Văn Hiến

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại hiện nay, khoa học kỹ thuật phát triển từng ngày Song hành với các thành tựu về khoa học công nghệ thì việc ứng dụng các thành tựu ấy vào cuộc sống là điều rất cần thiết Đặc biệt là sự phát triển của ngành kỹ thuật điện tử,

đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với độ chính xác cao, gọn nhẹ và việc ứng dụng chúng ngày càng được mở rộng Ngành tự động hóa ngày càng trở nên phát triển mọi thiết bị trong cuộc sống thường ngày có thể được điều khiển một cách tự động, giúp ích cho người dân rất nhiều.Vậy nên việc tạo ra những hệ thống thiết bị hiện đại đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng trở nên rất cần thiết

Xuất phát từ lý do trên và những kiến thức chúng em có được trong quá trình

học tập và nghiên cứu, đặc biệt là được sự hướng dẫn của thầy …… đã giao cho chúng em nghiên cứu đề tài: “Thiết kế mạch báo cháy và dập lửa sử dụng cảm

biến khí CO MQ-7” Chúng em nghĩ rằng đây là cơ hội cho chúng em học tập

nghiên cứu để trinh phục đỉnh cao của khoa học và công nghệ

Do hạn chế về sự hiểu biết và thời gian, nên trong quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và thuyết minh đề tài không tránh khỏi sai sót Chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn bè để đồ án của chúng em

LỜI CẢM ƠN

Khi bắt đầu chọn một đề tài để làm một bài báo cáo đồ án môn học hoàn chỉnh đúng với yêu cầu của giáo viên bộ môn, cũng như đúng với yêu cầu về khuôn mẫu chuẩn của một bài báo cáo đồ án môn học, em đã có một sự chuẩn bị rất chu đáo

Để có được một bài thuyết minh không chỉ chuẩn, đẹp, đúng khuôn mẫu mà nội dung của bài thuyết minh đồ án cũng như đề tài phải phù hợp, thực tế, rõ ràng, đáng tin cậy Do đó em cần phải tham khảo nhiều nguồn tài liệu để hỗ trợ cho công việc thực hiện đồ án của em Vì thế em chân thành cảm ơn các tác giả của những trang web điện tử và các tác giả kỹ sư đã cung cấp cho em những nguồn tài liệu quan trọng để em hoàn thành bài báo cáo đồ án này

Khi đã có được khuôn mẫu của bài báo cáo đồ án và đã chọn được cho mình một đề tài phù hợp em đã cố gắng hoàn thành bài đồ án này Nhưng không tránh khỏi những thiếu sót trong in ấn cũng như chọn mua linh kiện trên thị trường đã làm cho em gặp không ít những khó khăn trong quá trình thực hiện đồ án và tạo ra sản phẩm Mong thầy cô và các bạn thông cảm, thứ lỗi cho những gì còn chưa vừa ý

Trong quá trình thực hiện đề tài em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: Nguyễn Văn Hiến đã tận tình hướng dẫn giúp em hoàn thành đề tài này Do khả năng kiến thức bản thân còn hạn chế đề tài chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý của thầy cô giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn Chân thành cảm ơn sự quan tâm và tham khảo của thầy cô và các bạn

MỞ ĐẦU Giới thiệu cơ sở lý luận đề tài

1 Đặt vấn đề

Hiện nay, phòng cháy chữa cháy đang được xã hội quan tâm rất nhiều Nhu cầu về lắp đặt thiết bị, hệ thống báo cháy là rất cao, đặc biệt là trong các chung cư cao tầng và các hộ gia đình Tuy nhiên, các hệ thống báo cháy trên thị trường khá phức tạp và giá thành cao Thêm vào đó, việc kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ cũng mất nhiều thời gian và công sức Để giải quyết vấn đề này, chúng em đã nghiên cứu phát triển hệ thống báo cháy thông minh, nhỏ gọn, giá thành thấp phù hợp với các khu nhà cao tầng và các hộ gia đình

2 Mục tiêu

Mục tiêu của đồ án là :

+ Phân tích về ảnh hưởng của hoả hoạn gây thiệt hại người và của của mọi người

+ Thiết kế, chế tạo một mạch báo cháy tự động khi xảy ra sự cố hoả hoạn

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Các loại cảm biến cháy, các linh kiện được sử dụng trong mạch

Không gian: Tại trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

Thời gian: sáu tuần để nghiên cứu, thiết kế và lắp ráp mạch điện báo cháy tự động

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: phát triển công nghệ cảnh báo cháy, ứng dụng khoa học trong an toàn cháy nổ

Ý nghĩa thực tiễn: chế tạo các mạch điện báo cháy khi sảy ra hoả hoạn

5 Phương pháp nghiên cứu

Lý thuyết: dựa trên các kiến thức kế thừa, các linh kiện, phương pháp Thực nghiệm: lựa chọn linh kiện, lắp ráp và thử nghiệm

6 Sản phẩm dự kiến đạt được

Quyển thuyết minh trình bày các nội dung của đề tài

Một mạch điện báo cháy và dập lửa sử dụng cảm biến khí CO MQ-7

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ BÁO CHÁY VÀ DẬP LỬA

1.1 Giới thiệu

1.1.1 Tổng quan về thiết bị báo cháy và dập lửa

Trong công tác phòng cháy chữa cháy (PCCC), việc phát hiện và cảnh báo kịp thời đám cháy đang bùng phát là một khía cạnh quan trọng Điều này được thực hiện thông qua hệ thống phát hiện cháy và báo động, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ cư dân trong tòa nhà và hỗ trợ tổ chức cứu hỏa

Vì vậy thiết bị cảnh báo cháy và dập lửa đóng vai trò quan trọng trong việc giúp con người tránh khỏi những thiệt hại nghiêm trọng do hỏa hoạn gây ra

1.1.2 Ứng dụng của thiết bị báo cháy và dập lửa

Thiết bị báo cháy và dập lửa có nhiều ứng dụng quan trọng trong bảo vệ an toàn cháy nổ Nhà ở và chung cư: Thiết bị báo cháy và dập lửa được sử dụng để bảo

vệ các căn nhà và chung cư khỏi nguy cơ cháy nổ Các cảm biến cháy được lắp đặt trong các phòng ngủ, phòng khách và khu vực nguy hiểm khác để phát hiện sự có mặt của lửa hoặc khói Trung tâm báo cháy sẽ kích hoạt cảnh báo và thiết bị dập lửa như các hệ thống chữa cháy tự động để giúp dập tắt cơn cháy và cảnh báo cho cư dân.Công ty và văn phòng thiết bị báo cháy và dập lửa đóng vai trò quan trọng để bảo vệ các cơ sở kinh doanh, công ty và văn phòng trước nguy cơ cháy nổ Hệ thống cảnh báo cháy liên kết với cơ sở báo cháy công cộng và hệ thống thông báo

để cảnh báo kịp thời cho nhân viên và khách.Nhà máy và nhà xưởng các cảm biến cháy và hệ thống báo cháy được sử dụng để giám sát và bảo vệ các nhà máy và nhà xưởng khỏi sự cháy nổ Các thiết bị dập lửa như hệ thống phun nước tự động và hệ thống chữa cháy chống tia lửa được cài đặt để xử lý cơn cháy nhanh chóng và ngăn ngừa sự lan rộng của lửa.Khách sạn, nhà hàng và khu nghỉ dưỡng thiết bị báo cháy

và dập lửa đóng vai trò quan trọng trong bảo vệ khách và tài sản trong ngành khách sạn và du lịch Cảm biến cháy được lắp đặt trong các phòng, nhà hàng và các khu vực công cộng để phát hiện sự cháy và kích hoạt cảnh báo cũng như hệ thống chữa cháy tự động.Các công trình công cộng các công trình công cộng như bệnh viện,

trường học, sân bay và trung tâm thương mại cũng sử dụng thiết bị báo cháy và dập lửa để bảo vệ tính mạng và an toàn của những người dùng dịch vụ công cộng Các

hệ thống cảnh báo cháy và hệ thống chữa cháy khẩn cấp được lắp đặt để đảm bảo phát hiện và giải quyết sự cháy nổ kịp thời

1.2 Một số thiết bị cảnh báo cháy

1.2.1 Đèn chớp báo cháy

Đèn chớp báo cháy, hay còn gọi là đèn báo cháy, là một thiết bị quan trọng trong hệ thống báo cháy Chúng được sử dụng để cung cấp một tín hiệu hình ảnh đáng chú ý và rõ ràng cho người dùng khi xảy ra sự cố cháy

Hình 1.1 Đèn chớp báo cháy Đèn chớp báo đơn là loại đèn chớp đơn giản nhất Nó có thể phát sáng với một màu sắc duy nhất như đỏ hoặc vàng để thu hút sự chú ý Đèn chớp báo đơn thường được lắp đặt trong các khu vực công cộng như cầu thang, hành lang hoặc các khu vực yêu cầu sự chú ý đặc biệt khi có cảnh báo cháy

Sự hiện diện của đèn chớp báo cháy không chỉ hỗ trợ cảnh báo âm thanh mà còn cung cấp tín hiệu hình ảnh mạnh mẽ, giúp cảnh báo sự cháy và kích thích khẩn cấp và phản xạ sơ tán Việc lựa chọn loại đèn chớp báo cháy phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng hệ thống báo cháy và môi trường sử dụng

1.2.2 Chuông báo cháy

Chuông báo cháy là một thiết bị quan trọng trong hệ thống báo cháy, được sử dụng để phát ra âm thanh cảnh báo khi xảy ra sự cố cháy Chúng có vai trò quan trọng trong việc thu hút sự chú ý của nhân viên và người dùng, báo hiệu rõ ràng về

nguy cơ cháy và kích thích hành động sơ tán Dưới đây là một số loại chuông báo cháy phổ biến:

Chuông báo cháy điện: Đây là một loại chuông báo cháy đơn giản, tiêu chuẩn và phổ biến Nó hoạt động bằng cách tạo ra âm thanh cảnh báo trong trường hợp cháy Chuông báo cháy điện có thể được lắp đặt nhiều trong các khu vực quan trọng như phòng ngủ, phòng khách, hành lang và sảnh

Chuông báo cháy không dây: Đây là một loại chuông báo cháy không cần dây, dễ dàng trong việc lắp đặt và di chuyển Chuông báo cháy không dây không yêu cầu việc kéo dây điện giữa các thiết bị, giúp tiết kiệm thời gian và công sức khi cài đặt

Hình 1.2 Chuông báo cháy

1.2.3 Các loại đầu dò

Đầu dò khói quang là một thiết bị sử dụng trong hệ thống báo cháy để phát hiện sự có mặt của khói Nó được thiết kế để sử dụng công nghệ quang học để phát hiện khói trong không khí Đầu dò khói quang bao gồm hai phần chính: bộ phát tia

và bộ thu tia Bộ phát tia phát ra một tia sáng nhỏ và đi qua không khí trong không gian cần giám sát Nếu có khói trong không khí, tia sáng sẽ bị phân tán hoặc hấp thụ, và một phần sáng sẽ được phản xạ trở lại

Hình 1.3 Đầu dò khói quang Tiếp theo, bộ thu tia nhận tín hiệu phản xạ và phân tích nó để xác định có sự

có mặt của khói hay không Nếu bộ thu tia nhận được đủ tín hiệu phản xạ, nó sẽ kích hoạt hệ thống báo cháy để cảnh báo cho người trong khu vực nguy hiểm Đầu

dò khói quang thường được sử dụng trong các tòa nhà, căn hộ, nhà máy và các khu công nghiệp để phát hiện và ngăn chặn sự bùng phát của đám cháy Nó được coi là một phần quan trọng trong hệ thống báo cháy để bảo vệ tính mạng và tài sản của con người

Đầu tiên thiết bị đầu vào sẽ nhận biết dấu hiệu cháy là khí carbon, khói, lửa, nhiệt sau đó được đưa về bộ sử lý trung tâm Nếu các dấu hiệu trên đủ để dẫn tới đám cháy thì bộ điều khiển trung tâ sẽ truyền tín hiệu tới thiết bị đầu ra Các thiết bị đầu ra như còi hú, đèn, … và cuối cùng sẽ kích hoạt hệ thống chữa cháy tự động

Chương 2 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN LINH KIỆN VÀ XÂY DỰNG SƠ

ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP, THẤP ÁP

2.1 Yêu cầu của đề tài

Nghiên cứu thiết kế mạch báo cháy và dập lửa sử dụng cảm biến khí CO MQ-7

2.2 Sơ đồ khối

Căn cứ vào phân tích ở chương 1 và yêu cầu của đề tài, lựa chọn sơ đồ khối như hình 2.1 dưới đây

Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch cảnh báo cháy và dập lửa Khối cảm biến có nhiệm vụ thu thập dữ liệu đầu vào từ dạng không điện sang dạng điện sau đó xử lí tín hiệu và đưa ra khối điều khiển Khối điều khiển điều khiển cách thiết bị chấp hành như còi hú, hệ thống dập lửa, khối nguồn cung cấp nguồn cho cả thiết bị

2.3 Tính toán thiết kế và lựa chọn linh kiện cho mạch báo cháy và dập lửa

2.3.1 Nguyên tắc phát hiện đám cháy

Cảm biến được hoạt động dựa vào sự thay đổi điện trở của chất bán dẫn Khi

có cháy sảy ra thì những phần tử được tạo ra của sự cháy ví dụ như lửa, khói, khí,

… tác động vào cảm biến làm thay đổi giá trị điện trở từ đó ta phát hiện được hỏa hoạn Nguyên tắc phát hiện đám cháy thông qua hệ thống báo cháy bao gồm các yếu tố như phát hiện nhiệt, phát hiện khói, phát hiện khí

Phát hiện nhiệt đầu dò nhiệt sử dụng cảm biến nhiệt để phát hiện nhiệt độ cao hoặc tăng nhiệt đột ngột Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng đã được thiết lập, đầu

dò sẽ kích hoạt hệ thống báo cháy.Phát hiện khói đầu dò khói quang sử dụng công nghệ quang học để phát hiện sự có mặt của khói Khi có khói trong không khí, tia sáng sẽ bị phân tán hoặc hấp thụ, và bộ thu tia sẽ phát hiện tín hiệu phản xạ và kích hoạt hệ thống báo cháy.Đầu dò khói ion sử dụng nguyên tắc ion hóa để phát hiện khói Khi có khói trong không khí, các hạt khói sẽ làm thay đổi dòng điện trong đầu

dò, và sự thay đổi này sẽ kích hoạt hệ thống báo cháy.Phát hiện khí đầu dò khí sử dụng cảm biến đặc biệt để phát hiện sự có mặt của các khí nguy hiểm như khí hóa chất, khí độc Khi nồng độ khí vượt quá mức đặt trước, đầu dò sẽ kích hoạt hệ thống báo cháy

Tùy vào môi trường và yêu cầu cụ thể, hệ thống báo cháy có thể sử dụng một hoặc nhiều loại đầu dò để đảm bảo việc phát hiện đám cháy một cách hiệu quả và chính xác

2.3.2 Lựa chọn cảm biến

Trong các hệ thống báo cháy, cảm biến đóng vai trò then chốt trong việc phát hiện sự có mặt của nguy cơ cháy Chúng được thiết kế để giám sát và gửi tín hiệu đến trung tâm điều khiển khi phát hiện các tín hiệu đáng ngờ như nhiệt độ cao, khí độc, hay khí khói Các loại cảm biến báo cháy đa dạng và được sử dụng phù hợp với môi trường và yêu cầu cụ thể Dưới đây là một số loại cảm biến phổ biến mà chúng ta có thể gặp trong hệ thống báo cháy

Hình 2.2 dưới đây là cảm biến khói quang Cảm biến khói quang (Optical smoke detectors) là một loại cảm biến được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống báo cháy Đầu dò khói quang hoạt động dựa trên nguyên lý cơ bản của công nghệ quang học Khi có khói trong không khí, đầu dò sẽ phát ra một tia sáng nhỏ và theo dõi sự phân tán của tia sáng này Khi khói hiển thị trong tia sáng, tia sáng sẽ bị phân tán và hấp thụ, làm thay đổi cường độ của tia Cảm biến sẽ nhận biết sự thay đổi này và

kích hoạt hệ thống báo động, thông báo về nguy cơ cháy Cảm biến khói quang phát hiện khói một cách nhanh chóng và đáng tin cậy, là lựa chọn lý tưởng để bảo vệ các khu vực như phòng ngủ, phòng khách, hành lang và các không gian nơi khói có thể lưu trữ lâu dài

Hình 2.2 Cảm biến khói quang Nguyên lý hoạt động cảm biến khói quang điện là khi phát hiện có khói chui vào buồng ion thì sẽ diễn ra sự thay đổi quang học Sau đó, dẫn đến thay đổi điện áp trên cảm biến Sự thay đổi điện áp này sẽ được chuyển tới bộ sử lý để điều khiển các thiết bị báo động và chữa cháy

Cảm biến lửa (hình 2.3) là một loại cảm biến được thiết kế đặc biệt để phát hiện sự có mặt của ngọn lửa Đầu dò lửa sử dụng các phương pháp như phân tích màu sắc, phản xạ hoặc phân tích tín hiệu hồng ngoại để ghi nhận các tín hiệu mà ngọn lửa tạo ra Khi có ngọn lửa xuất hiện, cảm biến lửa sẽ nhận biết tín hiệu đó và kích hoạt hệ thống báo động

Hình 2.3 Cảm biến lửa

Cảm biến khí CO MQ-7 là một loại cảm biến khí mini được sử dụng để phát hiện mức độ khí carbon monoxide (CO) trong không khí Với kích thước nhỏ gọn

và tiêu thụ điện năng thấp, MQ-7 là một công cụ linh hoạt và tiện lợi để giám sát mức độ CO trong các môi trường như nhà ở, văn phòng, garage hay các không gian đóng

Hình 2.4 Cảm biến khí CO MQ-7 Cảm biến MQ-7 hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm biến hóa học Nó sử dụng một lớp chất phát thải đặc biệt nhằm phản ứng với khí CO, tạo ra một tín hiệu điện thay đổi tỷ lệ với mức độ CO có mặt Cảm biến này cung cấp một đầu ra analog hoặc kỹ thuật số, cho phép người dùng đo và theo dõi mức độ CO thông qua

vi xử lý hoặc các thiết bị đầu cuối

Một vài thông số kĩ thuật cuat cảm biến được thể hiện trong bảng 2.1 sau

Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật của cảm biến CO MQ-7

Thông số Giá trị