báo cáo đề tài nghiên cứu môn nhập môn kĩ thuật đề tài thiết bị cảnh báo lửa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨUMÔN: NHẬP MÔN KĨ THUẬT

ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ CẢNH BÁO LỬA

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2023

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

PHẦN MỞ ĐẦU 4

1 Lý do chọn đề tài nghiên cứu: 4

2 Đối tượng nghiên cứu: 4

3 Mục tiêu nghiên cứu: 4

f.Dây bus gắn Breadboard: 11

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẢNH BÁO LỬA 13

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Vị trí lắp đặt phù hợp cho ngôi nhà 6

Hình 1.2 Mạch cảm biến lửa 7

Hình 1.3 Còi báo động SFM-27 – ngắt quãng 9

Hình 1.4 Arduino Uno R3 SMD - Chip Dán - Kèm Dây Cáp 9

Hình 1.5 Động cơ RC Servo MG996R 11

Hình 1.6 Dây bus 10 cm đực – cái 11

Hình 1.7 Dây bus gắn Breadboard 12

Hình 2.1 Sơ đồ lắp ráp thiết bị báo cháy tự động 13

Hình 2.2 Phần cứng và sản phẩm hoàn thiện 14

Hình 2.3 Chiếc áp điều chỉnh độ nhạy cảm biến lửa 14

Hình 2.4 Chọn bo mạch Arduino 17

Hình 2.5 Chọn cổng Com 17

Hình 2.6 Mạch cảm biến lửa kêu lên và động cơ servo quay 18

Hình 2.7 Thiết bị báo cháy khi chỉnh độ nhạy ở mức thấp và cao 18

PHẦN MỞ ĐẦU1 Lý do chọn đề tài nghiên cứu:

Trong cuộc sống của chúng ta luôn tồn tại những khu vực dễ cháy, nên việc lắpđặt hệ thống báo cháy có tầm quan trọng hết sức lớn lao Nó giúp chúng ta phát hiệnnhanh chóng, chữa cháy kịp thời kỳ đầu của vụ cháy đem lại sự bình yên cho mọingười, bảo vệ tài sản cho nhân dân, nhà máy xưởng sản xuất.

Ngày nay, việc phòng cháy chữa cháy trở thành mối quan tâm hàng đầu củanước ta cũng như nhiều nước trên thế giới Nó trở thành nghĩa vụ của mỗi người dân.Trên các phương tiện thông tin đại chúng luôn tuyên truyền giáo dục cho mỗi ngườidân ý thức phòng cháy chửa cháy, nhằm mục đích hạn chế những vụ cháy đáng tiếcxảy ra

Xuất phát từ những ý tưởng trên và với suy nghĩ là ứng dụng kiến thức đã học ởtrường và tìm hiểu thêm ở sách vở, chúng em quyết định chọn đề tài “Thiết bị cảnhbáo lửa” với mong muốn thực hiện xong đề tài có thể đem ra ứng dụng thực tế.

2 Đối tượng nghiên cứu:

Ứng dụng báo cháy tự động cho đời sống

3 Mục tiêu nghiên cứu:

Đề tài nghiên cứu về cách thức hoạt động của thiết bị cảnh báo lửa, có khả năngcảnh báo khi xảy ra cháy nổ.

4 Bố cục đề tài:

Chương 1: Sơ lược về thiết bị cảnh báo lửa.

Chương 2: Thiết kế thiết bị cảnh báo lửa.

Thiết bị cảnh báo lửa được thiết kế với các tính năng đơn giản, giá thành phảichăng Thiết bị này thích hợp sử dụng cho các đơn vị có diện tích không quá lớn Cụthể như công ty, văn phòng nhỏ, nhà xưởng,… Tuy nhiên, thiết bị cảnh báo lửa chỉ cóthể thông báo được các khu vực nhỏ mà chúng giám sát, điều này lại làm hạn chế sựquan sát và xử lí của người sử dụng.

5 Ứng dụng:

Thiết bị cảnh báo lửa với kích thước nhỏ, tiện lợi có thể lắp đặt tại mọi hộ giađình mà không cần phải đi dây hay can thiêp đến kết cấu ngôi nhà với tính năng cảnhbáo tại chỗ khi có hoả hoạn xảy ra Với thiết kế tốt hơn và sức đề kháng mạnh hơn,chúng có thể được đặt ở những khu vực khó tiếp cận và đưa ra hướng dẫn về lối thoáttốt nhất cho người dân trong tòa nhà.

 Khu vực lắp đặt phù hợp đối với các hộ gia đình:- Thiết bị có thể được lặp đặt ở mỗi phòng ngủ.

- Nếu hàng lang dài hơn 12 m, lắp đặt ở cả hai đầu hành lang.- Nên lắp đặt gần cầu thang.

- Không lắp đặt ở phòng tắm, phòng nấu bếp.- Nên lắp đặt ở trung tâm của trần nhà.

- Khi lắp ở một mặt phẳng nghiêng hay mặt cong, lưu ý không lắp ở quá gần các góccạnh.

Hình 1.1 Vị trí lắp đặt phù hợp cho ngôi nhà.

Còn đối với các quy trình công nghiệp khép kín có thể lắp đặt ở xung quanh nhữngnơi dễ xảy ra cháy nổ, ít người giám sát đặc biệt ở những quy trình công nghiệp yêu cầunhững nơi ít ánh sáng để tránh xảy ra những vấn đề không đáng có.

6 Cách nhận biết đám cháy và nguyên lí hoạt động: Cách nhận biết đám cháy:

Khi một đám cháy xảy ra, ở những vùng cháy thường có những dấu hiêu sau:

 Lửa, khói, vật liệu chỗ cháy bị phá huỷ.

 Nhiệt độ vùng cháy tăng cao

 Không khí bị oxy hoá mạnh.

 Có mùi cháy, mùi khét.

Để đề phòng cháy chúng ta có thể đưa vào những dấu hiệu trên để đặt các hệthống cảm biến làm các thiết bị báo cháy Kịp thời khống chế đám cháy ở giai đoạnđầu

Thiết bị báo cháy điện tử giúp chúng ta liên tục theo dõi để hạn chế các vụ cháytai hại, tăng cường độ an toàn, bình yên cho mọi người.

Nguyên lí hoạt động:

Toàn bộ hệ thống thiết bị cảnh báo lửa hoạt động theo một chu trình khép kín.Với thiết bị đầu vào là mạch cảm biến lửa và ánh sáng, khi có ngọn lửa xuất hiện ởxung quanh hoặc ánh sáng và nhiệt độ gia tăng một cách đột ngột thì mạch cảm biếnlửa sẽ phát hiện và sẽ quay đến nơi có hiện tượng hoả hoạn xảy ra Sau đó sẽ phát ratín hiệu đến thiết bị đầu ra Khi nhận được tín hiệu truyền ra, đèn của mạch sẽ phátsáng Chúng kết hợp với chuông báo cháy để phát tín hiệu ra bên ngoài cho conngười.

Các đặc tính của cảm biến: độ nhạy, độ ổn định, độ tuyến tính.

Trong đó cảm biến lửa cho ta biết khi lửa cháy thì phát ra ánh sáng hồng ngoại,do đó ta sử dụng các linh kiện thu sóng hồng ngoại để phát hiện lửa Nguyên lí hoạtđộng là điện trở các linh kiện thu sóng hồng ngoại tăng, nó chuyển tín hiệu ánh sángthu được thành tín hiệu điện để báo động Loại này rất nhạy cảm với lửa Tuy nhiêncũng dễ báo động nhầm nếu ta để cảm biến ngoài trời hoặc gần ánh sáng bóng đèntròn.

Ở đây ta sẽ sử dụng Mạch cảm biến lửa có chức năng phát hiện lửa hoặc nguồnsáng có bước sóng từ 760 nm đến 1100 nm và xuất ra tín hiệu số ở ngõ ra DO, phùhợp sử dụng cho các module đóng ngắt relay hoặc làm tín hiệu kích ngõ vào các chânIO của mạch vi điều khiển Ngoài ra có thể điều chỉnh độ nhạy của cảm biến bằngcách điều chỉnh chiết áp tích hợp trên mạch, tầm phát hiện của cảm biến trong khoảng80cm với góc quét là 60 độ

Hình 1.2 Mạch cảm biến lửa

 Thông số kĩ thuật:

+ Điện áp hoạt động: 3.3 – 5 VDC.+ Ngõ ra: tín hiệu số (Digital).+ Dòng tiêu thụ: 15 mA.

+ Khoảng cách phát hiện: 80 cm.+ Góc quét: 60 độ.

+ Kích thước: 32 x 14 mm.

 Sơ đồ chân:

+ VCC: nguồn dương (3.3 V – 5 V) + Mass: GND.

+ DO: ngõ ra tín hiệu số.

a Thiết bị báo động:

Trong hệ thống thiết bị cảnh báo lửa, bộ cảm biến thường đặt ở những nơi dễcháy và nối với các thiết bị báo động bằng dây dẫn điện , do đó trong một số trườnghợp có thể làm dây bị đứt Vì vậy cảnh báo lửa sẽ trở nên hiệu quả hơn khi sử dụngcác bộ phát vô tuyến Trong đó bộ phận thu gắn với mạch báo động, còn mạch phátgắn với bộ cảm biến Tuy nhiên, việc lắp đặt gặp nhiều khó khắn và giá thành cao.Nên ở đây ta sẽ chỉ sử dụng còi báo động tại chỗ là còi báo động SFM-27 – ngắtquãng để tiết kiệm chi phí

Còi báo động SFM-27 – ngắt quãng là loại còi chuyên dụng trong các hệ thống

báo cháy sự cố trong dân dụng và trong công nghiệp Ngoài ra có thể dùng trong cáclĩnh vực khác tuỳ vào nhu cầu sử dụng

 Thông số kĩ thuật:

+ Điện áp hoạt động: 3 – 24 VDC.+ Dòng hoạt động: dưới 30 mA.+ Cường độ âm thanh: trên 85 dB.+ Tần số âm thanh: 3000 ± 500 Hz.

+ Kích thước: d = 30 mm, h = 15 mm, khoảng cách 2 lỗ = 40 mm.

Hình 1.3 Còi báo động SFM-27 – ngắt quãng.

b Bo mạch Arduino:

Các bo mạch Arduino có khả năng đọc dữ liệu từ môi trường (ánh sáng, nhiệt độ, độẩm,…), trạng thái nút bấm,… Arduino cũng có thể điều khiển các thiết bị như động cơ,đèn LED và gửi thông tin đến các thiết bị khác,…

Chúng ta có thể lập trình điều khiển Arduino với ngôn ngữ lập trình C++ trên côngcụ phát triển Arduino là Arduino IDE

Với thiết bị cảnh báo lửa ta sẽ sử dụng Arduino Uno R3 SMD dùng để nạp code

Hình 1.4 Arduino Uno R3 SMD - Chip Dán - Kèm Dây Cáp. Thông số kĩ thuật:

+ Chip điều khiển: ATmega238.

c Động cơ servo:

Động cơ servo là một thành phần trong hệ thống servo Động cơ servo nhận tínhiệu từ bộ điều khiển và cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móckhi vận hành với tốc độ và độ chính xác cực kỳ cao.

Ở đây, ta sẽ sử dụng động cơ RC Servo MG996R loại có mô men xoắn lớn,chạy mượt mà phù hợp cho những mô hình điều khiển có tải trọng lớn như cánhtay robot, mô hình máy bay, robot nhện Động cơ sử dụng chất liệu có độ bềncao, có bánh răng bằng đồng giúp cho động cơ đạt độ bền cao Góc quay servo 180độ.

 Thông số kĩ thuật:

+ Điện áp hoạt động: 3.5 – 8.4 V

+ Lực kéo: 13 kg/cm (4.8 V), 15 kg/cm (6.0 V)

+ Tốc độ vận hành: 0.17 s/60 o (4.8 V), 0.13 s/60 o (6.0 V).+ Nhiệt độ: 0 – 55 oC.

+ Kích thước: 40 x 19 x 43 mm

Hình 1.5 Động cơ RC Servo MG996R.

d Dây bus:

Dây bus là một loại phụ kiện giúp kết nối các mạch điện, các linh kiện điện tửvới nhau, tùy theo nhu cầu số dây tín hiệu khác nhau, phù hợp với các nhu cầu Ta sẽsử dụng dây bus 10 cm đực – cái.

Hình 1.6 Dây bus 10 cm đực – cái.

e Dây bus gắn Breadboard:

Khi làm việc với Arduino, rất khó khi phải hàn linh kiện mà không chắc chắnđược là hàn như vậy có đúng hay không Bởi nếu không đúng sẽ dễ làm hư các linhkiện và sản phẩm Breadboard sinh ra là để giải quyết các vấn đề này Giúp ngườidùng, đặc biệt là những người mới bắt đầu, có thể kết nối các linh kiện mà không cần

phải hàn chúng lại với nhau Vì vây ta sẽ sử dụng dây bus gắn Breadboard để kết nốilại với Arduino Uno R3 SMD.

Hình 1.7 Dây bus gắn Breadboard.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẢNH BÁO LỬA1 Phần cứng:

Sau đây là sơ đồ lắp ráp thiết bị cảnh báo lửa:

Hình 2.1 Sơ đồ lắp ráp thiết bị báo cháy tự động.

Từ sơ đồ ta có các bước lắp ráp như sau:

 Bước 1: Lắp mạch cảm biến lửa vào mạch Arduino:+ Nối chân DO cảm biến với chân số 2 của mạch.+ Nối chân GND cảm biến với chân GND của mạch.+ Nối chân VCC cảm biến với chân 5 V của mạch.

 Bước 2: Lắp động cơ RC Servo MG995 vào mạch Arduino:+ Lắp chân động cơ vào chân số 9 của mạch.

+ Nối 2 dây nguồn vào chân 3.3 V và GND. Bước 3: Lắp còi báo động SFM-27:

+ Nối 2 chân còi vào 2 chân GND và chân số 13 của mạch.Sau khi lắp ráp ta được phần cứng và hình ảnh sản phẩm:

Hình 2.2 Phần cứng và sản phẩm hoàn thiện.

Lưu ý về thiết bị:

 Mạch cảm biến lửa: trên cảm biến lửa có chiếc áp để điều khiển cảm biến lửa

dùng để điều chỉnh độ nhạy của cảm biến lửa tương ứng với độ xa nếu chỉnh độ nhạyquá cao sẽ gây nhiễu cảm biến làm nó phát ra tín hiệu liên tục:

Hình 2.3 Chiếc áp điều chỉnh độ nhạy cảm biến lửa

2 Phần mềm:

f Code:

#define servoPin 9int goc=0;

int tong=0;int thuan=1;int nghich=0;

int sensor=2;int coi=13;

void setup ( ) {

pinMode ( servoPin, OUTPUT ) ;pinMode (sensor,INPUT_PULLUP);pinMode ( coi, OUTPUT ) ;

}

void loop ( ) {

if(digitalRead(sensor)==LOW){digitalWrite(coi, HIGH);delay(2000);} digitalWrite(coi, LOW);

digitalWrite(servoPin, HIGH); delayMicroseconds ( goc ) ; digitalWrite(servoPin, LOW); delayMicroseconds ( tong ) ;

if (goc>=2300){thuan=0;nghich=1;}if (goc<=600){thuan=1;nghich=0;}if( thuan==1){goc++;}

g Giải thích code:

Vì là đoạn code được thiết kế riêng nên sẽ không cần phải cài thư viện Sử dụngđiều khiển động cơ servo trực tiếp, cảm biến trực tiếp và hồng ngoại sử dụng thôngqua thư viên Sau đây là các bước thực hiện:

 Bước 1: Khai báo chân servo là chân số 9: “#define servoPin 9”. Bước 2: Đặt các biến integer ứng với:

+ Biến góc “int goc=0”, biến tổng “int tong=0” dùng để xác định độ rộng xung đểthay đổi độ rộng rung để điều khiển góc quay của động cơ servo.

+ Biến thuận “int thuan=1”, biến nghịch “int nghich=0” dùng để xét chiều quay củađộng cơ.

+ Biến cảm biến “sensor=2” để xét chân số 2.

+ Biến còi báo động “int coi=13” xét chân số 13 kết nối với chân dương của còi đểxuất ra tính hiệu còi ở mức cao khi mà nó báo động

 Bước 3: Chương trình set up:

+ “pinMode ( servoPin, OUTPUT )”: dùng để điều khiến động cơ servo.+ “pinMode (sensor,INPUT_PULLUP)”: treo chân sensor lên mức cao + “pinMode ( coi, OUTPUT)”: dùng để điều khiển còi.

 Bước 4: Thực hiện các lệnh điều khiển:

+ “if(digitalRead(sensor)==LOW){digitalWrite(coi, HIGH);delay(2000);”: Nếu cảmbiến lửa xuất ra tín hiệu cảm thấy ở xung quanh có lửa thì cảm biến lửa sẽ xuất ra tínhiệu mức thấp, nếu điều kiện đúng thì chân coi sẽ lên mức cao tức là sẽ báo độngtrong thời gian 2s

+ “digitalWrite(coi, LOW)”: Nếu điều kiện ở trên ngừng hoặc sai thì chân còi sẽ đượcghi ở mức thấp tức là còi sẽ không báo.

+ “digitalWrite(servoPin, HIGH)”: ghi chân servo pin ở mức cao sau đó thực hiệnlệnh delay ở đơn vị micro giây ở giá trị góc: “ delayMicroseconds ( goc )”, với góc tốiđa là 180o và độ rộng xung là “2300 ms” thì nó sẽ quay nghịch: “if (goc>=2300){thuan=0;nghich=1;}” và tăng giá trị góc “if( thuan==1){goc++;}”

+ “digitalWrite(servoPin, LOW)”: ghi chân servo pin ở mức thấp sau đó thực hiệnlệnh delay ở đơn vị micro giây ở giá trị tổng “ delayMicroseconds ( tong )”, thời giantổng sẽ được tính với công thức là “tong=20000-goc”

 Bước 5: Sau đó chọn bo mạch Arduino và chọn cổng “Com”:

Hình 2.6 Mạch cảm biến lửa kêu lên và động cơ servo quay.

Khi chỉnh độ nhạy ở mức độ thấp nhất thì cảm biến sẽ không nhận diện đượcta sẽ tăng độ nhạy cho đến khi thiết bị nhận diện được.

Hình 2.7 Thiết bị báo cháy khi chỉnh độ nhạy ở mức thấp và cao.

TỔNG KẾT

Bài báo cáo của chúng em đã tập trung vào việc giải thích chi tiết về “thiết bị cảnhbáo lửa” và cách thức hoạt động của nó Chúng em đã phân tích các các thành phần chínhcủa thiết bị và cách chúng tương tác với nhau để tạo ra hiệu quả mới cho ứng dụng thựctế sau này Thiết bị cảnh báo lửa có thể cảnh báo kịp thời cho ta phòng khi những cớ sựhoả hoạn không may xảy ra khi chúng ta không để ý hay bất cẩn, mặc dù đây chỉ là mộtmô hình nhỏ nhưng nó thể phát triển thêm để giúp ta cảnh báo tốt hơn và với tầm phạm vihoạt động xa hơn Mặc dù có rất nhiều thảo luận về “thiết bị cảnh báo lửa” và tầm quantrọng của nó với người dân nói riêng và thế giới nói chung, nhưng chúng em tập trungđến 2 điểm chính từ sự phát triển của thiết bị báo cháy.

Điểm đầu tiên, Thiết bị báo cháy đã thể hiện được khả năng ứng dụng thực tế củanó cho đời sống góp phần phòng tránh được những vụ hoả hoạn không đáng có, mặc dùđây chỉ là một mô hình nhỏ nhưng nếu phát triển thêm ta có thể đem nó ra ứng dụng ởnhiều nơi vì khả năng tiện lợi có thể lắp đặt ở bất cứ đâu.

Điểm thứ hai, nhu cầu và lợi ích đem lại hiệu quả cao, việc phòng tránh được hoảhoạn sẽ giúp ta tránh được những mất mát mà chỉ cần tập trung vào hoạt động sản xuất,việc phòng tránh được hoả hoạn không chỉ có thể bảo tồn được tài sản mà còn bảo vệđược con người tránh những sự việc không đáng có.

Tổng kết lại nghiên cứu của chúng em chủ yếu tập trung vào mô hình và sản phẩmnhỏ, từ việc ứng dụng cho tới lợi ích nó mang lại giúp ta phòng tránh được những vấn đềhay sự cố hoả hoạn Chúng em mong thiết bị này có thể mang lại hiệu quả cho người dânnói riêng và thế giới nói chung

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nhóm 05 – Lớp 08 – HK222, Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ ChíMinh , chỉnh sửa lần cuối tháng 4/2023.

[2] Lâm Văn Trung, Luận án tốt nghiệp về thiết bị báo cháy tự động (nguyên lí hoạtđộng và giải thuật)

https://luanvan.net.vn/luan-van/luan-an-thiet-bi-bao-chay-tu-dong-nguyen-ly-hoat-[3] Điện tử DAT

< https://www.dientudat.com/>

6/12 13/12Thảo luận ý

NhânBáo cáo hoàn

Sửa đổi lần

THỐNG KÊ TÀI CHÍNH

Nội dung cáckhoản chi

Đơn vịđo

Tổng khốilượng

Đơn giá(VNĐ)

Thành tiền

(VNĐ)Tỉ lệ (%)1 Công lao động