mạch báo cháy báo khói

Kế ho ch tiạ ến độ: Thời gian Công việc thực hiện Xác nhận GVHD Ghi chú Tuần 1 Tìm hiểu về mạch và các linh kiện trong mạch Tuần 2 Thực hiện mạch mô phỏng và vẽ mạch in Tuần 3 Báo cáo mạ

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ-

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1

MẠCH BÁO CHÁY BÁO KHÓI

Sinh viên thực hiện:

DƯƠNG HÀ ANH

MSSV: 2255120072 – Lớp 22ĐHĐT02Giảng viên hướng dẫn :

TH Trần Thị Bích Ngọc

TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2024

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ-

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập Tự Do Hạnh Phúc- -

TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng 3 năm 2024

NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU VỀ MẠCH BÁO CHÁY BÁO KHÓI

Họ và tên Dương Hà Anh: MSSV: 2255120072

LỚP: 22ĐHĐT02 NGÀNH: Công nghệ KT điện tử viễn - thông 1 Tên đề tài Nghiên cứu về mạch báo cháy báo khói:

2 Nhiệm vụ Báo hiệu nếu phát hiện khói hoặc nhiệt độ cao:

4 Ngày nộp: ……… 5 Họ tên cán bộ hướng dẫn (ghi rõ: Học hàm, học vị): TH Trần Thị Bích Ngọc

TRƯỞNG KHOA

( Ký và ghi rõ họ tên) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHÍNH ( Ký và ghi rõ họ tên)

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ-

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập Tự Do Hạnh Phúc- -

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1

Họ và tên:Dương Hà Anh MSSV: 2255120072 Lớp: 22ĐHĐT02

1 Tên đề tài: ạM ch báo cháy báo khói thuần điệ ửn t 2 Họ tên GV hướng d n: TH Tr n Th Bích Ng c ẫ ầ ị ọ3 Kế ho ch tiạ ến độ:

Thời gian Công việc thực hiện Xác nhận GVHD Ghi chú Tuần 1 Tìm hiểu về mạch và các linh kiện trong mạch

Tuần 2 Thực hiện mạch mô phỏng và vẽ mạch in

Tuần 3 Báo cáo mạch mô phỏng và mạch in Tuần 4 Làm mạch thực tế Tuần 5 Làm mạch thực tế Tuần 6 Báo cáo mạch thực tế Tuần 7 Viết và sửa chữa báo cáo Tuần 8 Nộp và bảo vệ đồ án

TP.HCM, ngày tháng 3 năm 2024 Sinh viên thực hiện

Dương Hà Anh

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đề tài nghiên cứu: “ Mạch báo cháy báo khói thuần điện tử” Tất cả các số liệu, thông tin trong bài nghiên cứu đều trung thực, được xác nhận từ các cơ quan trực tiếp chủ quản, không có bất cứ sự sao chép số liệu nghiên cứu khảo sát từ nghiên cứu tương tự nào trước đó Nếu phát hiện bất kỳ sự sao chép, gian dối nào trong kết quả của nghiên cứu, chúng em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chấp nhận quyết định kỷ luật của khoa và nhà trường

Sinh viên

Chữ ký

Dương Hà Anh

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến trường Học viện Hàng không Việt Nam nói chung, khoa Điện Điện tử nói riêng đã đưa môn Đồ án môn học 1 vào chương trình - giảng dạy Đặc biệt, em xin cảm ơn TH Trần Thị Bích Ngọc là Giảng viên hướng dẫn em trong quá trình hoàn thành môn Đồ án môn học 1

Em đã cố gắng vận dụng những kiến thức được học qua để hoàn thành môn học này Nhưng do kiến thức còn hạn chế và không có nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên khó tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu và trình bày Rất kính mong sự góp ý của quý thầy cô để bài báo cáo của em được hoàn thiện hơn

Một lần nữa, em xin trân trọng cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện bài báo cáo này

em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Giáo viên hướng dẫn

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Giáo viên phản biện

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU, ỨNG DỤNG Error! Bookmark not defined.

1.1: Lý do chọn đề tài: 10

1.2: Mục tiêu nghiên cứu 10

1.3: Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 10

1.4: Phương pháp nghiên cứu 10

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11

2.1: Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài 11

3.1.4: Khối cảm biến nhiệt 29

3.1.5: Khối cảm biến khói 32

3.1.6: Khối cảm biến khói 33

4.3: Hướng phát triển tương lai: 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU, ỨNG DỤNG

1.1: Lý do chọn đề tài:

Hiện nay, việc phòng cháy chữa cháy là một nhu cầu phổ biến để đảm bảo an toàn cho con người Các phương tiện thông tin đại chúng luôn tuyên truyền giáo dục cho mỗi người dân ý thức phòng tránh phòng cháy chữa cháy nhằm hạn chế những vụ cháy nổ diễn ra, giảm bớt thiệt hại về người đông thời về mặt cơ sở vật chất để giảm mối lo âu của xã hội Em mong mình có thêm kiến thức để có thể phần nào nhận biết và cảnh báo cho mọi người xung quanh về mối nguy về hỏa hoạn, vì vây em chọn đề tài “MẠCH BÁO CHÁY BÁO KHÓI”

1.2: Mục tiêu nghiên cứu

- Mạch hoạt động, có thể báo hiệu còi và đèn led khi phát hiện nhiệt độ cao hoặc khói

1.3: Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Các linh kiện điện tử domino; tụ hóa 100uf, 10uf, tụ gốm 104; IC 7805; : led, led thu phát hồng ngoại; biến trở volume 10k; IC LM358; điện trở 220, 330, 470, 1k 10k; nút nhấn giữ 6 chân; còi chip 5V; transistor NPN C1815, transistor PNP A1015; diode 1N4007

1.4: Phương pháp nghiên cứu

- Vẽ mạch nguyên lý, chạy mô phỏng - Vẽ mạch PCB

- Làm mạch thực tế - Chạy thử

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1: Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài

1890: Francis Robbins Upton (một đồng nghiệp của Thomas Edison) được cấp bằng sáng chế cho đầu báo cháy điện tự động đầu tiên, đánh dấu sự bắt đầu của công nghệ phát hiện cháy hiện đại

1902: George Andrew Darby được cấp bằng sáng chế cho đầu báo nhiệt dùng điện đầu tiên ở châu Âu tại Birmingham, Anh

1939: vật lý gia người Thụy Sĩ Ernst Meili đã tạo ra một thiết bị phòng ion hóa có khả năng phát hiện khí dễ cháy trong mỏ

Duane Pearsall và Stanley Bennett Peterson đã tạo ra máy dò khói “hiện đại” đầu tiên vào năm 1965 Máy dò khói chạy bằng pin được gọi là “SmokeGard 700”, được làm bằng thép chống cháy SmokeGard 700 đặt tiêu chuẩn cho các thiết bị phát hiện khói trong tương lai, đặc biệt là sau khi các nhà nghiên cứu xác định rằng các thiết bị tương tự phát hiện đám cháy nhanh hơn đầu báo nhiệt.

2.2: Phần m m s d ng mô phềử ụỏng

Phần mềm Proteus là một phần mềm thiết kế mạch in được phát minh bởi Labcenter Electronics Nó được sử dụng để thiết kế các mạch khác nhau trên PCB (bo mạch in) và mô phỏng các mạch khác nhau Việc sử dụng Proteus cho bất kỳ dự án mạch điện tử nào làm cho dự án đó tiết kiệm chi phí và ít sai sót hơn do cấu trúc sơ đồ trên Proteus

Hình 2.1: Phần mềm Proteus

2.3: Các linh kiện sử dụng:

2.3.1: Domino

Định nghĩa: Domino là cầu đấu dây điện dùng để nối các dây vào trong mạch Cố định dây bằng ốc vặn

Hình 2.2 Domino:

Thông sô kỹ thuâ t:

Tên linh kiện: Domino Điện áp chịu đựng: 300V Dòng chịu đựng: 16ACỡ dây: 22 – 14AWG Số chân: 2 chân

Khoảng cách giữa các chân: 5mm

Chức năng:

Nối dây ở đầu vào và đầu ra tại mạch nguồn

Làm tiếp điểm cấp nguồn điện từ mạch nguồn vào mạch chính 2.3.2: Pin 9V

Định nghĩa: Cung cấp dòng điện một chiều 9V

Hình 2.3: Pin 9V

Thông số kỹ thuật:

Điện thế: 9V

Kích thước (mm): 26.5 x 17.7 x 48.5 Chức năng:

Làm nguồn điện để cấp cho mạch

Điện áp đầu vào tối thiểu: 2V Dòng cực đại có thể duy trì: 1A Dòng đỉnh: 2.2A

Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W

Chức năng:

Trong Mạch nguồn: Tụ C1 lọc nhiễu đầu vào

Tụ C3 lọc nhiễu đầu ra

2.3.4.3: Tụ hóa 10uF – 50V

Định nghĩa: Tụ hóa 10uF 50V là tụ phân cực, có dung môi là một lớp hóa chất Tụ

hóa 10uF 50V là tụ có hình trụ, trị số được ghi trực tiếp trên thân tụ

Hình 2.7: Tụ hoá 10uF – 50V

Thông số kỹ thuật:

Điện dung: 10uF Điện áp tối đa: 50V Kích thước: 5 x 11mm

Tên linh kiện: Điện trở

Trị số điện trở: Là tỉ số giữa hiệu điện thế với hai đầu điện trở và cường độ dòng điện chạy qua nó R = U/I Đơn vị là Ohm

Dung sai: Là sai số tối đa cho phép giữa trị số ghi trên linh kiện và trị số đo được Công suất tiêu tán: Là công suất tối đa mà điện trở có thể tiêu tán dưới dạng nhiệt để không bị hư hỏng Đơn vị là Watt (W)

Hệ số nhiệt của điện trở: Là biểu thị sự thay đổi trị số của điện trở theo nhiệt độ Hệ số nhiệt được tính bằng công thức: 𝑅2− 𝑅1

Định nghĩa: Biến trở là một linh kiện dùng để làm chiết áp Biến trở bản chất là một

điện trở có thể thay đổi được giá trị điện trở

Hình 2.9: Biến trở volume 10k

Thông số kỹ thuật:

Số chân : 3 chân Sai số : 10%

Nhiệt độ hoạt động : 55℃ - +125℃ Đường kính truc : 6mm

Chiều dài trục : 15mm Trọng lượng : 10gramCông suất: 2W

Hình 2.10: Nhiệt trở NTC 10k

Thông số kỹ thuật:

Sai số: ±0.1°C Điện trở ở 25 °C: 10 KΩ Nhiệt độ min: -50°C Nhiệt độ max: +125°C

Chức năng

Cảm biến nhiệt độ 2.3.8: Transistor 2.3.8.1: Transistor C1815

Định nghĩa: C1815 hay còn được gọi là transistor 1815, đây là transitor thuộc loại transitor NPN loại bóng nghịch

Hình 2.11: transistor C1815

Thông số kỹ thuật:

Điện áp cực đại : 50V Dòng cực đại : 150mA Hệ số khuếch đại ~ 25-100 Khối lượng : 0.21 g Chất liệu Transistor: Si

-Hình 2.12: transistor A1015

Thông số kỹ thuật:

Công suất: 0.4W Điện C-E là: -áp 50V Điện C-B là: -áp 50V Điện E-B là: -áp 5V

2.3.9.1: Led thu hồng ngoại

Định nghĩa: Led thu hồng ngoại là thiết bị thu sóng hồng ngoại đơn giản, nhỏ gọn,

linh kiện thu sóng hồng ngoại cực đại 870nm, và hoạt động tốt với các hệ thống IR bao gồm thiết bị điều khiển tự xa, cảm biến đối tượng không chạm

Hình 2.13: led thu h ng ngoồ ại

Thông s k thu ố ỹật:

Kích thước: 5mm Điện áp: 1.2 3.7V Dòng điện: 10  20mA

Chức năng:

Cảm biến khói

2.3.9.2: Led phát hồng ngoại

Định nghĩa: Led phát hồng ngoại là thiết bị phát sóng hồng ngoại đơn giản, nhỏ gọn

Hình 2.14: led phát h ng ngoồ ại

Thông s k thu ố ỹật:

Kích Thước: 5mm Điện áp: 1.2 1.6V DC Dòng: 10 20 mA 

Chức năng:

Cảm biến khói 2.3.9.3: Led

Định nghĩa: là các diode có khả năng phát ra ánh sáng, công nghệ led cho phép chiếu

sáng bằng 2 điện cực với sự hỗ trợ của các vật liệu bán dẫn, đèn led trong 5mm tiết kiệm năng lượng hiệu suất chiếu sáng cao hơn so với các bóng đèn thông thường, lượng nhiệt sinh ra cũng thấp hơn

Hình 2.15: led

Thông s k thu ố ỹật:

Đường kính: 5mm

Điện áp thuận: 1.1 V Dòng điện nghịch: 5 A

Định nghĩa: được sử dụng làm công tắc ngắt bật điện, cầu nối điện hay làm như nút

nhấn thay đổi trạng thái

Hình 2.18: nút nhấn gi 6 chânữ

Thông số kỹ thuật:

Kích thước nút nhấn: 8.5x8.5mm Kiểu nút nhấn: nhấn giữ trạng thái Số chân: 6 chân

Chức năng:

Báo động bằng âm thanh

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ

3.1: Tính toán và thi t kế ế 3.1.1: Sơ đồ khối

Hinh 2.20: Sơ đồ khối của mạch

3.1.2: Sơ đồ nguyên lý

Nguyên lý hoạt động: Khi có khói hoặc nhiệt độ cao xâm nhập vào môi trường gần

NTC, nhiệt độ của NTC tăng lên và dẫn đến giảm trở kháng của nó Giảm trở kháng này sẽ làm thay đổi mạch điện trong hệ thống, có thể được sử dụng để kích hoạt một báo động hoặc gửi tín hiệu cảnh báo đến một hệ thống quản lý an ninh Đồng thời, khi có khói hoặc bụi trong không khí, ánh sáng hồng ngoại từ LED thu/phát sẽ bị phản xạ hoặc hấp thụ, dẫn đến giảm điện áp thu được Sự giảm này cũng có thể được sử dụng để kích hoạt hệ thống báo động

KHỐI NGUỒN KHỐI CẢM BIẾN KHÓI KHỐI CẢM NHIỆT

KHỐI CHUÔNG BÁO

Hình 3.1: Mạch chính

Hình 3.2: Mạch chân của mạch chính 3.1.3: Kh i ngu n ốồ

Hình 3.3: Mạch nguồn

Hình 3.4: sơ đồ chân mạch nguồn

Nhiệm vụ: Khối nguồn làm nhiệm vụ cấp nguồn cho mạch hoạt động ổn định và chính

Tụ C2 được sử dụng để làm giảm nhiễu cao tần và giữ cho mạch ổn định

Tụ C3 giúp làm mềm và làm phẳng điện áp đầu ra, loại bỏ các dao động và nhiễu và cung cấp một nguồn điện ổn định hơn

Đèn led D2 báo nguồn

Trở R1 dùng để hạn dòng cho led

Nguyên lý hoạt động: Nguồn điện từ pin 9V đi vào J1, khi đi qua đây, dòng điện 9V DC sẽ được lọc bởi hai tụ C1 và C2, mục đích là để giảm nhiễu trước khi qua IC 7805 Sau khi đi qua IC 7805, dòng điện ổn định điện áp ngõ ra 5V dòng tiếp tục được lọc , bởi hai tụ C3 và D2 sáng báo mạch nguồn Dòng được đưa ra J2 để cấp nguồn cho mạch chính

3.1.4: Khối c m bi n nhi t ảếệ

Nhiệt độ tăng Đèn sáng, còi kêu

Hình 3.5: sơ đồ nguyên lý khối cảm biến nhiệt

Nhiệm vụ: Cảm biến nhiệt vào báo hiệu khi có nhiệt độ cao (ở mạch này, nhiệt độ báo

Hình 3.6: bảng tra điện trở NTC theo nhiệt độ

V =

𝑅𝑇1+𝑅2∗ 𝑅2 = 2,4744+10 ∗ 10 = 4V

Chỉnh biến trở RV1 chỉnh biến trở đặt điện áp khoảng 3.9V tại chân ( ) của LM358

- T i nhiạ ệt độ nhỏ hơn 600C thì V(-) > V(+) ngõ ra Op- amp ở mức thấp xấp sỉ 0V R9 và R10 phân cực cho transitor Q2 Khi ngõ ra Op amp bằng 0 thì Q2 không dẫn -Led D6 không sáng Q4 cũng không dẫn nên chân C Q4 được thả nổi  không tác động đến mạch còi báo

Tại nhiệt độ ừ t 60 C tr lên thì 0 ở giá trị nhiệt trở giảm V(-) < V(+)  ngõ ra amp xấp sỉ 5V Q2 dẫn R10 hạn dòng cho D5  D5 báo sáng, R15 phân cực cho Q4  Q4 dẫn tác động đến khối còi báo động

op-3.1.5: Khối c m bi n khói ảế

Hình 3.7: sơ đồ nguyên lý khối cảm biến khói

Nhiệm vụ: Báo hiệu khi – led sáng có xuất hiện thông qua led thu phát hồng ngoại

Thiết kế:

Khi có khói che

Led thu phát hồng ngoại để cảm biến khói LM358 so sánh điện áp cho điện áp ra tương ứngRV1 dùng để so sánh điện áp khi có khói C1815 cho đèn sáng nếu có tín hiệuTụ C5 giúp ổn định dòng điện và giảm nhiễu

Nguyên lý hoạt động:

Led phát h ng ngoồ ại luôn luôn phát ra sóng ánh sáng có bước sóng hồng ngo i, led thu ạbình thường có n i tr r t l n (khoộ ở ấ ớ ảng vài trăm k𝛺 ) , khi led thu nhận tia hồng ngoại chiếu vào l n thì n i tr c a nó giđủ ớ ộ ở ủ ảm xu ng (kho ng vài chố ả ục 𝛺)

Chỉnh biếm trở RV2 sao cho khi bình trường D7 sáng sau đó ta chỉnh ngược lại một để D7 tắt

Vì nội trở led thu hồng ngoại tạo với R3 thành một cầu phân áp nên điện áp ở chân (-) của op am sẽ bằng V = - 𝑉𝑐𝑐

𝑛ộ𝑖 ở 𝑙𝑒𝑑 𝑡ℎ𝑢 ℎồ𝑡𝑟𝑛𝑔 𝑛𝑔𝑜ạ𝑖 + 𝑅3∗ 𝑅2

Khi không có khói, cường độ hồng ngoại là lớn nhất nội trở led thu hồng ngoại giảm V(-) > V(+) ngõ ra bằng 0, Q3 không dẫn Led D7 không sáng Q4 cũng không dẫn nên chân C Q4 được thả nổi không tác động đến mạch còi báo.

Khi có khói, khói sẽ làm giảm cường độ tia hồng ngoại nội trở led thu hồng ngoại tăng  V(-) < V(+)  ngõ ra op-amp xấp sỉ 5V Q3 dẫn R10 hạn dòng cho D7  D7 báo sáng, R15 phân cực cho Q4 Q4 dẫn tác động đến khối còi báo động

3.1.6: Khối c m bi n khói ảế

Hình 3.8: sơ đồ nguyên lý khối còi báo

Nhiệm vụ: Báo hiệu khi – còi kêu có xuất hiện thông qua led thu phát hồng ngoại

Thiết kế:

Diode 1N4007 chỉnh lưu

A1015 dùng để điều khiển dòng điện Nút nhấn giữ thay đổi trạng thái còi Còi báo đồng

B7: Thực hiện đo đạc, kiểm tra ngắn mạch, thông mạch B8: Test mạch

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

4.1: Ưu điểm

Mạch đã hoạt động đúng nguyên lý Cảm biến nhiệt khá nhạy Có đóng mika

Dễ dàng thử mạch 4.2: Khuyết điểm

Sắp xếp linh kiện khá tốn diện tích Cảm biến khói chưa được nhạy

4.3: Hướng phát triển tương lai:

Mạch thay thế cảm biến khói

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 https://www.youtube.com/watch?v=y_cD-mokGqk

2 https://robocon.vn/detail/mdl195-day-cam-bien-nhiet-do-ntc-10k-1.html 3 https://dientutuonglai.com/tim-hieu-lm358.html

4 https://dientutuonglai.com/mach-cam-ung-hong-ngoai-dung-led thu- -vaphat.html

-5 https://dientutuonglai.com/tim-hieu-diode-1n4007.html 6 https://www.youtube.com/watch?v=VzBOH3T4tw8&t=7s