PIC16F877A hoạt động linh hoạt được sử dụng trong nhiều lĩnh vực mà các vi điều khiển trước đây chưa được sử dụng, ví dụ trong các ứng dụng vi xử lý, chức năng hẹn giờ… Có 35 bộ lệnh Hoạ
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Mục đích thực hiện đề tài
-Trong cuộc sống của chúng ta luôn có những khu vực dễ cháy, ví dụ như chung cư, bệnh viện, nên việc lắp đặt hệ thống báo cháy là rất cần thiết Nó giúp chúng ta phát hiện nhanh chóng, chữa cháy kịp thời, bảo vệ tài sản cho nhân dân, nhà máy xí nghiệp Các vụ cháy này thường không được cảnh báo trước nên đã gây ra nhưng hậu quả nghiêm trọng thiệt hại nặng nề về tài sản và con người Nhằm mục đích hạn chế những vụ cháy đáng tiếc xảy ra
-Xuất phát từ ý trên, em chọn đề tài “Thiết kế hệ thống báo cháy tự động” cho đồ án hệ thống nhúng Do thời gian và sự hiểu biết có hạn, trong quá trình làm em cũng có nhiều thiếu sót, mong các thầy cô chân thành góp ý.
Yêu cầu đề tài
Hệ thống phải nhận biết được dấu hiệu cháy:
- Nhiệt độ trong không khí tăng cao
- Có lửa và khói xuất hiện
Hệ thống phải đưa ra cảnh báo kịp thời
Khi có những dấu hiệu sắp xảy ra một đám cháy thì hệ thống phải đưa ra cảnh báo cho mọi người xung quanh Cảnh báo sẽ báo qua đèn led và loa phát Đồng thời khởi động máy bơm để bơm nước
Ý tưởng và phương pháp thực hiện
Dựa trên những kiến thức đã được học từ các môn học, đặc biệt là nền tảng lý thuyết từ hai môn đã được học là: kĩ thuật vi điều khiển 1 và thí nghiệm vi điều khiển nên em quyết định dùng vi điều khiển PIC 16F877A để thực hiện đồ án ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
MIMO (LÝ THUYẾT LIÊN QUAN)
Giới thiệu phần cứng
Một EEPROM cũng được trang bị cho PIC16F877A giúp lưu trữ một số thông tin vĩnh viễn như mã bộ truyền, tần số bộ nhận và các dữ liệu liên quan khác Chi phí cho bộ vi điều khiển này thấp
PIC16F877A hoạt động linh hoạt được sử dụng trong nhiều lĩnh vực mà các vi điều khiển trước đây chưa được sử dụng, ví dụ trong các ứng dụng vi xử lý, chức năng hẹn giờ…
Hoạt động với tần số lên đến 20Mhz Điện áp hoạt động từ 4.2V đến 5V Nếu cấp điện áp vượt quá 5V thì sẽ bị hư Không có bộ dao động bên trong giống như PIC18F46K22, PIC18F4550
Dòng điện tối đa trên mỗi PORT khoảng 100mA Do vậy, dòng điện tối đa cho mỗi chân GPIO của PIC 16F877A là 10mA
Có 4 package: PDIP 40 chân, PLCC 44 chân, TQFP 44 chân, QFN 44 chân
Mô tả cấu hình chân vi điều khiển PIC16F877A
Như đã trình bày ở phần trên, PIC16F877A có 40 chân Có 2 bộ định thời 8 bit và một bộ định thời 16 bit Module capture và so sánh, cổng nối tiếp, cổng song song và năm cổng I/O cũng được tích hợp bên trong Hình dưới đây là cấu hình chân của PIC 16F877A
Mô tả cấu hình chân vi điều khiển PIC16F877A
Một EEPROM cũng được trang bị cho PIC16F877A giúp lưu trữ một số thông tin vĩnh viễn như mã bộ truyền, tần số bộ nhận và các dữ liệu liên quan khác Chi phí cho bộ vi điều khiển này thấp ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
PIC16F877A hoạt động linh hoạt được sử dụng trong nhiều lĩnh vực mà các vi điều khiển trước đây chưa được sử dụng, ví dụ trong các ứng dụng vi xử lý, chức năng hẹn giờ:
Hoạt động với tần số lên đến 20MHz
Điện áp hoạt động từ 4.2V đến 5V Nếu cấp điện áp vượt quá 5V thì sẽ bị hư
Không có bộ dao động bên trong giống như PIC18F46K22, PIC18F4550
Dòng điện tối đa trên mỗi PORT khoảng 100mA Do vậy, dòng điện tối đa cho mỗi chân GPIO của PIC 16F877A là 10mA
Có 4 package: PDIP 40 chân, PLCC 44 chân, TQFP 44 chân, QFN 44 chân
Mô tả cấu hình chân vi điều khiển PIC16F877A
Như đã trình bày ở phần trên, PIC16F877A có 40 chân Có 2 bộ định thời 8 bit và một bộ định thời 16 bit Module capture và so sánh, cổng nối tiếp, cổng song song và năm cổng I/O cũng được tích hợp bên trong Hình dưới đây là cấu hình chân của PIC 16F877A
Hình 2-1 PIC16F877A ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
2.2 Điện trở: Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động trong mạch điện có biểu tượng R
Nó là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của vật liệu Xuất hiện hầu hết trong các mạch điện tử, dân dụng Điện trở kháng được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó:
Hình 2-2 Bảng màu xác định điện trở
-Mỗi điện trở có 1 giá trị nhất định, vòng màu in trên điện trở thể hiện giá trị của nó Thông thường, điện trở có 4 vòng màu: o 2 vòng màu đầu là 2 chữ số đầu của giá trị o Vòng thứ 3 thể hiện số chữ số “0” đứng sau o Vòng thứ 4 thể hiện sai số o Có tất cả 12 màu, mỗi màu có 1 giá trị khác nhau ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
2.3 Linh kiện bán dẫn (transistor)
Linh kiện bán dẫn (transistor) là một thiết bị bán dẫn chính của điện tử, thường được sử dụng để kiểm soát luồng điện trong các mạch điện tử Cấu tạo cơ bản của một transistor bao gồm ba lớp chất bán dẫn PNP, thường được gọi là emitter (đầu phát), base (cơ sở), và collector (tụ thu) Trong transistor, có hai loại chính là NPN và PNP, tùy thuộc vào dòng chảy từ emitter đến collector là dương hay âm
Chân Emitter (Đầu phát): Là lớp chất bán dẫn mà dòng chảy vào hoặc ra khỏi transistor
Chân Base (Cơ sở): Là lớp chất bán dẫn giữa emitter và collector Dòng điện đi qua base kiểm soát dòng điện giữa emitter và collector Điều này thường được thực hiện bằng cách điều chỉnh điện áp ở base
Chân Collector (Tụ thu): Là lớp chất bán dẫn nơi mà dòng chảy ra khỏi transistor (trong transistor NPN) hoặc dòng chảy vào transistor (trong transistor PNP)
Transistor thường được sử dụng để điều khiển các tải ngoại vi như còi, đèn LED, hoặc động cơ từ vi điều khiển Trong đồ án này, transistor có thể được sử dụng để ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG điều khiển còi chip và tạo ra một khoảng thời gian trễ (delay) trước khi còi được kích hoạt:
Kết nối transistor: Sử dụng transistor trong chế độ chuyển đổi (switching mode) Chân cực dương của còi chip được kết nối với nguồn cung cấp điện, trong khi chân âm của còi được kết nối với cộng đất (GND) Chân điều khiển của transistor được kết nối với vi điều khiển
Khi vi điều khiển đưa ra tín hiệu điều khiển (ví dụ: tín hiệu logic ở mức cao), transistor sẽ dẫn dòng điện và cho phép còi chip hoạt động Khi vi điều khiển không đưa ra tín hiệu, transistor sẽ cắt dòng điện và ngăn cản còi chip hoạt động
• Sử dụng các bộ đếm của vi điều khiển:
Nếu vi điều khiển có sẵn các timer hoặc bộ đếm, ta có thể sử dụng chúng để đo thời gian và tạo ra một khoảng thời gian trễ
Vì vậy em có thể thiết kế một mạch điều khiển còi chip có khả năng tạo ra một khoảng thời gian trễ trước khi kích hoạt còi, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của đồ án
CẤU TRÚC MẠCH
Lưu đồ giải thuật
Hình 3-9 Lưu đồ giải thuật
Cấp nguồn khối vi điều khiển PIC 16F877A,
Khối cảm biến MQ2, truyền dữ liệu cho LCD
Nhận dữ liệu cảm biến lửa và khí gas MQ2
Vi điều khiển giao tiếp với các linh kiện
Xử lí các dữ liệu nhận được: tín hiệu Digital
Hiển thị nhiệt độ lên LCD, phát tín hiệu cảnh báo
Kết thúc ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
GIẢI PHÁP THỰC HIỆN
Sơ đồ mạch
Sơ đồ mạch được biểu diễn và thiết kế thông qua phần mềm proteus
Hình 4-11 Khối nguồn ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
-Dùng adapter chuyển từ nguồn 220VAC sang nguồn 12V
-Cấp nguồn ngõ vào 12V vào bộ nguồn jack cắm DC, qua mạch hạ áp dùng IC hạ áp LM7805 nên ngõ ra là điện áp 5V
Nguyên lý hoạt động
-Toàn bộ mạch sẽ được cấp nguồn bằng Jack DC 12V, sau khi cấp nguồn chức năng của tụ điện tích trữ năng lượng, nguồn sẽ được lọc phẳng mạch ở trạng thái bình thường
-Lúc này nguồn 5V cấp cho PIC, PIC truyền dữ liệu cho LCD, khi mạch hoạt động bình thường sẽ hiện dòng chữ:”HE THONG BAO CHAY NO” khi không phát hiện lửa
-Dùng transistor như 1 cái khóa, khi phát hiện khí gas PIC sẽ kích dòng vào chân B, lúc đó sẽ có nguồn dòng chạy từ C đến E -> còi buzzer hoạt động
-Chức năng của thạch anh là cấp xung clock cho vi điều khiển hoạt động
-Khi phát hiện khói hoặc lửa thông qua cảm biến, sẽ truyền dữ liệu cho PIC thông báo qua còi và đèn led, hiển thị trên LCD:”PHAT HIEN KHOI!!”
-Phòng trường hợp PIC bị treo, em đã gắn thêm nút reset mạch (nối vào chân
MCLR của PIC) ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
Vẽ PCB
PCB được vẽ bằng ứng dụng vẽ PCB altium thường được dùng để chuyên vẽ và thiết kế mạch điện Quá trình đó bao gồm:
Tạo một Schematic mới: Bắt đầu bằng việc tạo một schematic mới trong Altium Designer Đây là nơi sẽ thiết kế mạch điện của bằng cách chọn các linh kiện từ thư viện của Altium
Thêm các linh kiện: Sử dụng thư viện linh kiện của Altium, thêm các linh kiện cần thiết vào schematic của bạn Đảm bảo rằng bạn chọn đúng linh kiện với phiên bản chính xác của chúng ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
Thêm các linh kiện trung tâm :Một chiến lược để vẽ mạch nguyên lý là xác định vị trí tập trung các IC quan trọng nhất trong schematic của bạn
Thiết kế PCB: Sử dụng các công cụ Altium để đặt các linh kiện trên PCB và vẽ các đường dẫn mạch để kết nối chúng Đảm bảo rằng các kết nối dây sao cho hiệu quả và không gây ra nhiễu.
Thực thi mạch
Hình 4-13 In mạch ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
Hinh 4-14 Mặt trước của mạch ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG (HOẶC KẾT QUẢ THI CÔNG MÔ HÌNH) 20
Kết quả
Hình 5-15 Mạch hoạt động bình thường
Mạch hoạt động với cảm biến khí gas và cảm biến lửa
Nút nhấn để reset lại mạch ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
Hình 5-16 Mạch khi phát hiện lửa ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
Hình 5-17 Mạch khi phát hiện khí gas
Thử nghiệm và đánh giá
Lần 1 Mạch chưa hoạt động
Lần 2 Nguồn được cấp nhưng LCD không hiện chữ
Lần 3 Mạch hoạt động bình thường, còi kêu nhưng đèn LED chưa sáng Lần 4 Cảm biến hoạt động bình thường, LCD hiện chữ khi phát hiện lửa Đánh giá:
Mạch hoạt động ổn định
Cảm biến có độ nhạy chính xác
Khi phát hiện lửa thì đèn LED đã sáng và còi đã kêu ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG