Đồ Án môn học kỹ thuật Điều khiển tự Động Đề tài thiết kế nhà tự Động cảnh báo khí gas và tự thoát khí cho gia Đình

HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ NHÀ TỰ ĐỘNG CẢNH BÁO KHÍ GAS VÀ TỰ THOÁT KHÍ CHO GIA ĐÌNH... Ký và ghi rõ họ tên các thành viên Ký và ghi rõ họ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ NHÀ TỰ ĐỘNG CẢNH BÁO KHÍ

GAS VÀ TỰ THOÁT KHÍ CHO GIA ĐÌNH.

Giảng viên hướng dẫn: Th.S.TRƯƠNG THU HIỀN

Sinh viên thực hiện:

PHAN ĐÌNH TIẾN　　　Mã SV: 2180401388　　Lớp: 21DCKA1

PHAN THANH VŨ　　 Mã SV: 2180401210　　Lớp: 21DCKA1

NGUYỄN VĂN TRÌNH　Mã SV: 2180401506　　Lớp: 21DCKA1

Tp.HCM, ngày … tháng … năm …

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀITÊN MÔN HỌC : ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm : 3 ) :

PHAN ĐÌNH TIẾN　　　 Mã SV: 2180401388　　Lớp: 21DCKA1

PHAN THANH VŨ　　 Mã SV: 2180401210　　Lớp: 21DCKA1

NGUYỄN VĂN TRÌNH　 Mã SV: 2180401506　　Lớp: 21DCKA1

2 Tên đề tài : THIẾT KẾ NHÀ TỰ ĐỘNG CẢNH BÁO KHÍ GAS VÀ TỰ ĐỘNG MỞ CỬA, QUẠT THOÁT KHÍ

3 Các dữ liệu ban đầu :

Sử dụng kiến thức đã học và các linh kiện có thể mua được

4 Nội dung nhiệm vụ :

Thiết kế nhà tự động cảnh báo khí gas và tự động mở cửa, quạt thoát khí

5 Kết quả tối thiểu phải có:

1) File word thuyết trình

2) Nhà mô hình

Ngày giao đề tài: 20 / 9 / 2024 Ngày nộp báo cáo: / / 2024

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)

TP HCM, ngày tháng năm 2024

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC & ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN TÊN MÔN HỌC : ĐỒ ÁN KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

NGÀNH: KĨ THUẬT CƠ KHÍ

(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao lại cho sinh viên đóng vào cuốn báo cáo)

1 Tên đề tài : THIẾT KẾ NHÀ TỰ ĐỘNG CẢNH BÁO KHÍ GAS VÀ TỰ ĐỘNG MỞ CỬA, QUẠT THOÁT KHÍ

2 Giảng viên hướng dẫn : Th.S TRƯƠNG THU HIỀN

3 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm : 3):

PHAN ĐÌNH TIẾN　　　 Mã SV: 2180401388　　Lớp: 21DCKA1

PHAN THANH VŨ　　 Mã SV: 2180401210　　Lớp: 21DCKA1

NGUYỄN VĂN TRÌNH　 Mã SV: 2180401506　　Lớp: 21DCKA1

Tuần Ngày Nội dung thực hiện Kết quả thực hiện của sinh viên

(Giảng viên hướng dẫn ghi)

Tuần Ngày Nội dung thực hiện Kết quả thực hiện của sinh viên

(Giảng viên hướng dẫn ghi)

8

9

12

Đánh giá kết quả báo cáo: (Nội dung báo cáo ; Sản phẩm thực hiện; Thái độ ; Kỹ năng; ….) Cách tính điểm:

Điểm đánh giá quá trình thực hiện đồ án = 50% x Tính chủ động, tích cực, sáng tạo + %50 x Đáp ứng nội dung nhiệm vụ

Tổng điểm kết thúc học phần = Điểm đánh giá quá trình thực hiện đồ án x 40% + Điểm chấm

báo cáo GVHD x 30% + Điểm chấm báo cáo GVPB x 30%

Lưu ý: Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ án; Điểm báo cáo bảo vệ đồ án môn học; Điểm quá trình (Ghi theo thang điểm 10), giảng viên chuyển điểm vào bảng điểm Viện đã giao.

cột điểm 1*50%+2*50%)

Tính chủ động, tích cực, sáng tạo

Đáp ứng nội dung nhiệm vụ

Ghi chú: Điểm số nếu có sai sót, GV gạch bỏ rồi ghi lại điểm mới kế bên và ký nháy vào phần điểm chỉnh sửa.

Sinh viên thực hiện

TP HCM, ngày tháng năm 2024

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên) (Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian tìm hiểu và thực hiện, đề tài Đồ án : "THIẾT KẾ NHÀ

TỰ ĐỘNG CẢNH BÁO KHÍ GAS VÀ TỰ ĐỘNG MỞ CỬA, QUẠT THOÁT KHÍ" đã được hoàn thành, và đạt được kết quả như mong đợi

Đặc biệt, sau khi kết thúc đồ án môn học này, nhóm em có thêm đượcnhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực điều khiển tự động, biết cách sử kết hợp giữaphần cơ và phần điện tử để làm ra 1 sản phẩm có chức năng thực tế và rèn luyệnthêm tay nghề

Và để nhóm em có thể đạt được những thành quả trên, không thể thiếu sựhướng dẫn, giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong Viện Kỹ Thuật HUTECH vàđặc biệt là ThS.TRƯƠNG THU HIỀN Nhóm em xin chân thành cảm ơn cô vìthời gian qua đã hỗ trợ nhóm hoàn thành môn đồ án này

Trong quá trình làm đồ án, Do lượng kiến thức và thời gian có hạn nêncũng còn nhiều thiếu sót, mong Cô cho nhóm em những đóng góp chân thànhnhất để cải thiện và rút kinh nghiệm Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiệnPhan Đình TiếnPhan Thanh VũNguyễn Văn Trình

*Hướng cải tiến

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1 CHỌN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN

Ngày nay trước những sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật,việc áp dụng khoa học công nghệ vào trong thực tế sản xuất đang được pháttriển rộng rãi về mặt quy mô lẫn chất lượng Trong đó ngành tự động hóa chiếmmột vai trò rất quan trọng không những giảm nhẹ sức lao động con người màcòn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động , cải thiện chấtlượng sản phẩm , đảm bảo an toàn cho con người và tài sản Chính vì thế ngành

tự động hóa ngày càng khẳng định được vị trí cũng như vai trò của mình trongcác ngành công nghiệp và đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống côngnghiệp trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng

Như tất cả mọi người đều nhận thấy sự rò rỉ khí gas trong gia đình nó rấtnguy hiểm, qua các báo đài đã xuất hiện nhiều ngôi nhà bị cháy nổ rất nhiều vì lí

do rò rỉ khí gas mà không nhận thấy được gây ra nhiều thiệt hại về người và của.Gây ra thiệt hại về mặt kinh tế sản xuất rất nặng nề Xuất phát từ thực tế đó ,nhóm em xin được chọn đề tài Đồ án : " THIẾT KẾ NHÀ TỰ ĐỘNG CẢNH BÁO KHÍ GAS VÀ TỰ ĐỘNG MỞ CỬA, QUẠT THOÁT KHÍ"

Mục đích nhóm em chọn đề tài này là để giảm tối đa sự nguy hiểm củakhí gas khi bị rò rỉ Cảm biến sẽ phát hiện ra sự rò rỉ của khí gas và kích hoạtcảnh báo đến người sử dụng, đồng thời tự động bật quạt hút và mở cửa để đảmbảo an toàn

1

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CHUNG

1 Các tai nạn rò rỉ khí gas thực tế - vì thiếu hệ thống giám sát và cảnh báo tưu động.

Vụ thứ nhất : Rò rỉ khí gas nghiêm trọng đã xảy tại nhà máy LG

Polymers ở huyện Visakhapatnam, thuộc bang Andhra Pradesh, miền Nam Ấn

Độ, khiến 6 người thiệt mạng

Vụ việc xảy ra khi hai bồn chứa có dung tích 5.000 tấn bị bị bỏ quên dothiếu người giám sát Phản ứng hóa học đã khiến nhiệt độ trong hai bồn chứatăng lên và khí styrene bị thoát ra ngoài

Theo cảnh sát địa phương, đã có 6 người tử vong do ngộ độc khí và từ 300-400 người đã phải nhập viện Một ngôi làng ở gần khu vực rò rỉ khí

với 1.500 cư dân đã được sơ tán Trong khi đó, theo thông tin từ tờ Times of

India, đã có khoảng 5.000 người gặp các vấn đề về sức khỏe do vụ rò rỉ với cáctriệu chứng đau đầu, nôn mửa và khó thở

Hình 1 : Rò rỉ khí gas tại Ấn Độ

“https://baotintuc.vn/the-gioi/ro-ri-khi-doc-tai-nha-may-hoa-chat-o-an-do-hang -tram-nguoi-phai-nhap-vien-20200507104427441.htm”

2

Vụ thứ 2 : Rò rỉ amoniac từ kho lạnh trong nhà máy ở Thượng Hải, Trung Quốc

Vào ngày 31/8/2013, sự cố rò rỉ amoniac lỏng từ bộ phận làm lạnh trongmột nhà máy của công ty thủy sản Weng’s Cold Storage Industrial ở quận BảoSơn, Thượng Hải (Trung Quốc), đã khiến cho 15 người chết và ít nhất 26 ngườibịthương do tiếp xúc với liều lượng cao

Trong số 26 người bị thường thì có tới 6 người cấp cứu trong tình trạngnguy kịch Sự cố này được cho là tai nạn lao động do môi trường làm việc thiếu

an toàn

Hình 2 : Rò rỉ Amoniac tại Trung Quốc

1378412590.htm”

“https://dantri.com.vn/the-gioi/ro-ri-hoa-chat-tai-thuong-hai-lam-15-nguoi-chet-2 Nhà tự động cảnh báo khí gas có cơ chế tự động mở cửa và quạt thoát khí.

Một trong những công nghệ tự động hóa vô cùng hữu ích đó là hệ thốngcảnh báo khí gas và các tính năng đi kèm Hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas là hệthống có khả năng tự động phát hiện ra nồng độ khí ga có đang vượt mức chophép hay không Nếu có thì hệ thống sẽ tự động khóa van ga sau đó bật quạtthông gió, quạt hút mùi, tiến hành mở cửa và cảnh cáo thông qua còi hay điện

3

thoại cho người sử dụng Cho đến khi nào khí gas về ngưỡng cho phép thì hệthống mới ngắt chuông báo,đóng cửa lại và quạt hút ngừng làm việc.

Trong phạm vi đồ án này, nhóm em sẽ sử dụng mạch Arduino kết hợp các cảm biến và phần cứng để làm ra một nhà mô hình :

4

Hình 3 : Nhà mô hình

5

với diện tích của mô hình là 20x15x15cm bao gồm 2 cửa sổ.

Cửa sổ 1: với diện tích là 76 x 46 x 50 mm ( vật liệu xốp)

Cửa sổ 2: với diện tích là 76 x 66 x 50 mm ( vật liệu xốp)

⇨ Thể tích nhà : V = 20 x 15 x 15 = 4500cm³ = 0,0045 m³

⇨ Thể tích cửa 1 : V = 7,6 x 4,6 x 5 = 174,8 cm³ = 0,0001748 m³

=> Trọng lượng P = 0,0001748 x 20 = 0,0035 kg = 3,5 g ( với 20 là khối

lượng riêng của xốp )

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU LINH KIỆN VÀ CÁC LÝ THUYẾT LIÊN QUAN3.1 Bo mạch Arduino R3

Arduino UNO R3 cung cấp cho các nhà thiết kế mạch điện tử với chi phítương đối rẻ, ổn định Nó có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đènLED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ

- độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…

Trong phạm vi đồ án này, do nhóm em sẽ dùng cảm biến khí gas, vì vậy sẽ dùng các chân Arduino R3 để đọc tín hiệu đầu ra dạng Analog của cảm biến.

Hình 5 : Bo mạch Arduino R3

* Thông số kỹ thuật :

● Vi điều khiển: ATmega328P họ 8 bit

● Điện áp hoạt động: 5V DC (chỉ sử dụng nguồn cấp qua cổng USB)

● Tần số hoạt động: 16 MHz

● Dòng điện tiêu thụ: khoảng 30mA

● Điện áp đầu vào khuyên dùng: 7-12V DC (nên dùng 9V)

● Số chân Digital I/O: 14(6 chân hardware PWM)

● Số chân Analog: 6 (độ phân giải 10 bit)

● Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 30mA

● Dòng ra tối đa (nguồn 5V): 500mA

7

● Dòng ra tối đa (nguồn 3,3V): 50mA

● Bộ nhớ Flash: 32KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader

* Các chân năng lượng :

● GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi dùngcác thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phảiđược nối với nhau

● 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

● 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA

● Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, cần nối cựcdương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

● IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thểđược đo ở chân này và luôn là 5V Không được lấy nguồn 5V từ chân này

để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

● RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tươngđương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

● 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX) : dùng để gửi (transmit – TX) và nhận(receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết

bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy chính là kếtnối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial thì không nên sửdụng 2 chân này nếu không cần thiết

● Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với độphân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm

8

analogWrite() Nói một cách đơn giản, có thể điều chỉnh được điện áp ra ởchân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V nhưnhững chân khác.

● Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoàicác chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệubằng giao thức SPI với các thiết bị khác

● LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khibấm nút Reset sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối vớichân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Vớichân AREF trên board, người dùng có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sửdụng các chân analog Tức là nếu cấp điện áp 2.5V vào chân này thì có thể dùngcác chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn

là 10bit

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếpI2C/TWI với các thiết bị khác

* Bộ nhớ :

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

● 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh lập trình sẽ được lưu trữ trong bộnhớ Flash của vi điều khiển

● 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến ngườidùng khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM

sẽ bị mất

● 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read OnlyMemory): đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi người dùng có thểđọc và ghi dữ liệu vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giốngnhư dữ liệu trên SRAM

9

3.2 Module cảm biến khí gas MQ2

Có rất nhiều cảm biến khí, tùy thuộc vào loại khí gas ( khí dễ cháy, khíđộc, oxy, ), tùy thuộc vào phương pháp sử dụng ( cầm tay hoặc cố định ), hoặcphương pháp lấy mẫu ( cảm biến khuếch tán, cảm biến bơm ,…), … mà chúng

ta lựa chọn loại cảm biến cho phù hợp

Trong phạm vi đồ án này, nhóm em lựa chọn cảm biến khí gas MQ2.

MQ2 là cảm biến khí , dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy Nóđược cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2 Chất này có độ nhạy cảm thấp với khôngkhí sạch Nhưng khi trong môi trường có chất gây cháy, độ dẫn của nó thay đổingay Cảm biến khí gas MQ2 đưa ra chân A0 điện áp từ 0V đến 5V tương ứngvới nồng độ chất gây cháy trong không khí

Hình 6 : Cảm biến khí gas MQ2

Ưu điểm: cấu trúc đơn giản, giá rẻ, độ nhạy phát hiện cao, tốc độ phản

ứng nhanh, v.v

Nhược điểm: Phạm vi tuyến tính đo nhỏ Nó bị can thiệp rất nhiều bởi

các khí khác trong không khí, và dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường

Đây là cảm biến khí phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi để phát hiện rò rỉ khí

dễ cháy trong gia đình và nhà máy, và thích hợp cho khí mê-tan CH4, khí hóalỏng, hydro H2, v.v

*Thông số kĩ thuật

10

-Điện áp hoạt động: 3.3V-5V

-Led đỏ báo nguồn vào, Led xanh báo gas

-DO: Đầu ra tín hiệu số (0 và 1)

-AO: Đầu ra Analog (Tín hiệu tương tự)

* Nguyên lí hoạt đông

Khi cảm biến phát hiện có khí gas, chân D0 đưa ra mức 1 kích hoạt IC555 hoạtđông do đó sẽ có xung trên chân 3 và còi chip hoạt động

⇨ Đối với nhà mô hình ( thể tích V = 0,0045 m³ ), sẽ cần không tới nửa phút để hút hết khí gas ra khỏi nhà

Hình 8 : Chuyển đổi đơn vị lưu lượng gió 3.4 Mạch Relay

Hình 9 : Mạch Relay

Relay là một thiết bị hoạt động chuyển mạch bằng điện Nó là một côngtắc điện từ và được vận hành bởi dòng điện nhỏ để điều khiển bật tắt một dòngđiện lớn hơn Bản chất của relay là một nam châm điện, dòng điện chạy quacuộn dây của relay tạo ra một từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi công tắcchuyển mạch Dòng điện qua cuộn dây có thể được điều khiển bật hoặc tắt, vìthế relay có hai vị trí chuyển mạch qua lại

Relay được sử dụng phổ biến trong các bo mạch điều khiển, sử dụng đểđóng cắt những thiết bị có dòng điện lớn mà những hệ thống mạch điều khiểnkhông thể trực tiếp can thiệp Relay có rất nhiều hình dáng, kích thước và châncắm khác nhau Relay sẽ có hai trạng thái đóng mạch (ON) và hở mạch (OFF)

12

Tùy theo nhu cầu điều khiển mà trạng thái ON hay OFF của relay sẽ phụ thuộcvào việc có dòng điện qua relay hay không.

Module relay được ứng dụng phổ biến nhất trong các ứng dụng tự độnghóa Chúng thường được sử dụng kèm với những loại cảm biến báo mức nhưcảm biến nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, mực nước… Relay thường sẽ được tích hợp ởtrong các ngõ ra của các loại màn hình hiển thị, các công tắc báo mức hay thiết

bị chuyển đổi tín hiệu Sử dụng các tín có hiệu điện áp nhỏ từ các cảm biến để từ

đó kích hoạt các thiết bị có điện áp cao hơn

Trong phạm vi đồ án này, Relay có chức năng bảo vệ hệ thống khỏi quá dòng, quá áp, ngắn mạch và các sự cố khác, có thể ngắt mạch nhanh chóng khi phát hiện các điều kiện không an toàn.

3.5 Tìm hiểu về Động cơ Servo 180°

Động cơ servo là một loại động cơ điện có khả năng điều khiển chính xác

về vị trí, vận tốc và gia tốc góc hoặc tuyến tính dựa trên nguyên lý hồi tiếp vòngkín Về cơ bản nó là một thiết bị hoạt động khép kín có thể di chuyển các bộphận của máy với hiệu suất và độ chính xác cao Đây là những điểm mà các loạiđộng cơ thông thường không thể làm được

Trong phạm vi đồ án này, động cơ Servo 180° dùng để đóng mở cửa

tự động khi hệ thống phát hiện khí gas.

Hình 10 : Động cơ điện Servo

* Thông số kỹ thuật

- Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V)

- Nhiệt độ hoạt động: 0 ºC – 55 ºC

13