Cảm biến cháy khi có khí gas sử dụng cảm biến MQ2

Cảm biến chsy khi có khí gas..Do nhu càu của con người trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt đời thường gas được sử dụng rất nhiều,kéo theo đó là sự cần thiết của việc đảm bỏ an toàn khi sử dụng khí gas ngày càng tăng lên..đây là bộ cảm biến báo cháy sử dụng cảm biến MQ2

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay,với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã tạo ra rất nhiều nguồn năng lượng như năng lượng nguyên tử,năng lượng hóa thạch, dầu mỏ, khí đốt, khí gas… đi kèm với sự phát triển của các dạng năng lượng là sự nguy hiểm

từ các dạng năng lượng này gây ra cho chúng ta trong đó có khí gas là nguồn năng lượng được dùng trong công nghiệp,nông nghiệp…và là dạng năng lượng chủ yếu, phổ biến được dùng trong sinh hoạt nếu không đảm bảo điều kiện tiêu chuẩn khi sửdụng khí gas sẽ rất nguy hiểm đến tính mạng cho người sử dụng

Khí Gas hay còn gọi LPG ( Liquified Petroleum Gas ) là khí đốt hoá lỏng có nguồn gốc từ dầu mỏ,có thành phần chính là hỗn hợp của khí : propan (C3H8 ) và butan (C4H10 ) Không màu , không mùi , không độc hại ( nhưng được pha thêm

chất Etylmecaptan có mùi đặc trưng để dễ phát hiện khi có rò xì gas ) Nhiệt độ sôicủa gas thấp ( từ - 45 đến - 2oC ) nên để gas lỏng tiếp xúc trực tiếp với da sẽ bị phỏng lạnh trong điều kiện nhiệt độ môi trường gas bốc hơi rất mãnh liệt , khi gas chuyển từ trạng thái lỏng sang hơi thì thể tích tăng đến 250 lần Áp suất của gasphụ thuộc vào nhiệt độ môi trường , khi nhiệt độ tăng thì áp suất gas sẽ tăng và ngược lại Trong điều kiện nhiệt độ khu vực phía nam thì áp suất gas dao động trong khoảng từ 4 - 7 kg/cm2.Tỉ trọng của gas lỏng nhẹ hơn nước

Vì các đặc tính trên của khí gas cho nên khi bị rò rỉ ra môi trường sẽ rất nguy hiểm cho người sử dụng, nếu bình gas trong phòng kín,khi gas bị rò rỉ ra ngoài hơi gas lan truyền, dâng từ dưới lên trên (vì nặng hơn không khí) chiếm chỗ, đẩy dần

không khí ra ngoài, gây ngạt và làm giảm nồng độ oxy trong không khí dẫn nạn

nhân tử vong,nếu khí gas bị rò rỉ ra môi trườnggặp lửa tia lửa điện hay gây cháy nổrất nguy hiểm cho người sử dụng

Để khắc phục các sự cố của khí gas khi sử dụng chúng ta đã làm ra các thiết bị cảnh báo khí gas khi bị rò rỉ, thiết bị này giúp chúng ta nhận biết khí gas bị rò rỉ một cách dễ dàng khi có sự cố rò rỉ khí gas, thiết bị này có kết cấu đơn giản,giá cả hợp lý, được dùng phổ biến trong các tòa nhà, hộ gia đình

Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC Page

Phần I :Tổng quan ……….3

Phần II : Giới thiệu 2.1 Lý do chọn đề tài……… 3

2.2 Mục đích chọn đề tài……….4

2.3 Đối tượng nghiên cứu ……… 4

2.4 Phạm vi nghiên cứu ……….4

2.5 Nội dung nghiên cứu……….4

2.6 Phương pháp nghiên cứu ……… 4

Phần III : Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động, tổng quan sơ đồ 3.1 Sơ đồ khối chung……… 5

3.2 Khối nguồn……….5

3.3 Khối cảm biến……… 8

a Hình ảnh thực tế và thông số hoạt động………8

b.Sơ lược về nguyên lý hoạt động……… 8

c Cách thức thực hiện……… 9

d.Vòng kiểm tra cơ bản……… 9

e.Đồ thị ( MQ2)……… 10

f Ưu nhược điểm của cảm biến……… 11

3.4 Khối xử lý a LM358……… 12

3.5 Khối báo động a A1015……… 16

b NE555……… 18

c Phần phát tín hiệu……….22

3.6 Nguyên lý hoạt động chung ……….22

Phần IV : Thiết kế chi tiết a Các linh kiện được sử dụng……… 23

Phần I : Tổng quan

Như mọi người đã biết hiện nay trong cuộc sống hằng ngày khí gas được sử dụng rất là nhiều Ngay cả trong các nhà máy các xí nghiệp hay đơn giản hơn là các môi chất đều được nén dưới dạng gas Chính vì điều đó lên việc đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng cũng như vận hành các thiết bị đó là vô cùng quan trọng Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó đã có rất nhiều các giáo sư, tiễn sỹ hay sinh viên … đã tiến hành nghiên cứu về đề tài này Nhằm nghiên cứu và khắc phục tình trạng gây cháy nổ gây ra , tránh ảnh hưởng tới kinh tế hay chính là việc ảnh hưởng trực tiếp đến tính mạng của con người

Nhận thấy sự nghiêm trọng và cấp thiết về vấn đề trên , nhóm chúng em đã tìm hiểu và nghiên cứu về vấn đề rò rỉ khí gas, để giảm tối đa mối nguy hiểm do khí gas gây ra, ảnh hưởng đến con người và tài sản chung

Phần II : Giới thiệu

2.1 Lý do chọn đề tài :

Do nhu cầu sử dụng nguồn năng lượng khí gas ngày một tăng, do đó sự cố xảy

ra khi sử dụng khí gas cũng ngày một nhiều cho nên nhu cầu cấp thiết hiện nay khi

sử dụng khí gas hiện nay là làm sao giảm được các sự cố không đáng có của khí gas gây ra cho người sử dụng

Để giải quyết được vấn đề trên chúng ta nên kết sử dụng đồng thời sử dụng khí gas an toàn để hạn chế sự cố khí gas như khóa van khi dùng xong, kiểm tra van, bếp ga định kỳ báo khi có khí gas bị rò rỉ và lắp đặt thiết bị cảnh báo khi có khí gas

bị rò rỉ ra môi trường trong đó việc lắp đặt, sử dụng hệ thống cảnh báo khí gas được ưu tiên, đưa lên hàng đầu trong việc phát hiện ra khí gas bị rò rỉ khi sử dụng khí gas, với kết cấu đơn giản, thuận tiện giá cả hợp lý độ nhạy với khí gas thì thiết

bị cảnh báo khí ga là sự lựa chọn hàng đầu cho người tiêu dùng về các thiết bị lắp đặt,phát hiện rò rỉ khi sử dụng khí gas

Nhận thấy sự nghiêm trọng và cấp thiết của việc lắp đặt thiết bị cảnh báo rò rỉ khí gas trong các tòa nhà,khách sạn và hộ gia đình, nhóm chúng em chọn đề tài này nhằm tìm hiểu và nghiên cứu sâu về thiết bị cảnh báo khí gas để thiết kế ra một sảnphẩm làm giảm tối đa các sự cố khi sử dụng khí gas gây ra trong các toàn

nhà,khách sạn,hộ gia đình

2.2 Mục đích nghiên cứu

Đưa ra các giải pháp an toàn khi sử dụng khí gas trong các tòa nhà, khách sạn, hộ gia đình khi bị rò rỉ trong đó sử dụng thiết bị cảnh báo khí gas đơn giản,dễ dùng, hợp lý tạo ra không gian an toàn cho người sử dụng và phân tích hệ thống,

nguyên lý hoạt động của hệ thống cảnh báo khí gas

2.3 Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống cảnh báo khí gas trong các tòa nhà, khách sạn, hộ gia đình

2.4 Phạm vi nghiên cứu

Được dùng để phục vụ an toàn cho các toàn nhà, khách sạn, hộ gia đình khi có sự

cố khí gas rò rỉ gây nguy hiểm tính mạng cho người sử dụng

2.5 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu nguyên lý,cách hoạt động, cách lắp đặt của hệ thống cảnh báo khí gaskhi khí gas bị rò rỉ và làm mô hình hoặc tạo ra sản phẩm đơn giản về hệ thống cảnhbáo khí gas bằng phương pháp sử dụng mạch tương tự và số

2.6 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được nghiên cứu bằng phương pháp lý thuyết với thực nghiêm với mục đíchtạo ra một sản phẩm ứng dụng vào đời sống thực tế giúp phát hiện sự cố do rò rỉ

Phần III : Sơ đồ khối , nguyên lý hoạt động, tổng quan sơ đồ

3.1 Sơ đồ khối chung :

3.2 Khối nguồn:

* Sơ đồ:

LM7805

- Absolute Maximum Rating

- Electrical Characteristics (MC7805/LM7805)

(Refer to test circuit ,0°C < TJ < 125°C, IO = 500mA, VI = 10V, CI= 0.33µF, CO=0.1µF, unless otherwisespecified)

1

Electrical Characteristics (MC7805A/LM7805)

(Refer to the test circuits 0°C < TJ < 125°C, Io =1A, V I = 10V, C I=0.33µF, C O=0.1µF, unless

otherwise specified)

-

Nguồn nuôi cung cấp cho mạch sẽ là nguồn DC 9V Để tạo ra nguồn DC 9V có rấtnhiều cách như sử dụng mạch đổi nguồn dùng các IC ổn áp, nguồn ắc quy hoặc pin Ta sẽ lấy nguồn điện áp này bằng 1 củ pin 9v thay cho một bộ đổi nguồn , ắc quy Lý do ta nên sử dụng nguồn bằng pin rời 9 v vì nó có rất nhiều ưu điểm như

ở ngoài thị trường có rất nhiều loại pin rất dễ lựa chọn, gọn nhẹ, giá thành rẻ có thể sử dụng trong vòng 3, 4 tháng Khi ta sử dụng bộ đổi nguồn thì có nhiều nhược điểm như mạch phức tạp, cồng kềnh, giá thành cao

3.3 Khối cảmbiến : Sử dụng cảm biến MQ2

- Khi môi trường sạch điện áp đầu ra của cảm biến thấp, giá trị điện áp đầu ra càng tăng khi nồng độ khí gây cháy xung quang MQ2 càng cao

- MQ2 hoạt động rất tốt trong môi trường khí hóa lỏng LPG, H2, và các chất khí gây cháy khác Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng do mạch đơn giản và chi phí thấp

* Thông số kỹ thuật :

b )Sơ lược về cảm biến và nguyên lý hoạt động :

- Trong cảm biến có 6 chân :

+ Aout: điện áp ra tương tự Nó chạy từ 0.3

-4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quang MQ2

+ Dout: điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng

độ khí mà MQ2 đo được

+ Việc có chân ra số Dout rất tiện cho ta mắc các ứng dụng đơn giản, không cần đến vi điều khiển Khi đó ta chỉ cần chỉnh giá trị biến trở tới giá trị nồng độ ta muốn cảnh báo Khi nồng độ MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép thì Dout = 1 Đèn Led tắt Khi nồng độ khí đo được lớn hơn nồng khí cho phép, Dout =0, đèn led sáng

+ Ta có thể ghép nối vào mạch Realy để điều khiển bật tắt đèn, còi, hoặc thiết bị cảnh báo khác

c) Cách thức thực hiện :

Đầu tiên đo trạng thái không khí sạch, giá trị thu được Vout1

Cho khí ga từ bật lửa rò rỉ ra Ta thấy giá trị Aout tăng lên Khi đạt khoảng cáchkhí ga từ bật lửa hợp lý rồi tương ứng với nồng độ khí bắt đầu nguy hiểm, ta ghilại giá trị Vout2 Ta chọn giá trị Vout2 là giá trị

ngưỡng cảnh báo Nếu giá trị đo được lớn hơn ta

sẽ cảnh báo

Chỉnh chân biến trở để điện áp đo tại chân 3 của

LM358 = Vout2

d) Vòng kiểm tra cơ bản :

Bên cạnh là mạch thử nghiệm cơ bản của cảm biến

Cảm biến cần phải được đặt 2 điện áp, điện áp nóng

VH và điện áp kiểm tra VC.VH dùng để cung cấp nhiệt độ làm việc cho cảm biến trong khi VC dùng để phát hiện điện áp VRL trên điện trở tải RL trong bộ cảm biến Cảm biến có sự phân cực ánh sang Vc cần năng lượng nguồn DC VC và VH có thể cùng sử dụng công suất trên mạch nhưng phải đảm bảo hiệu suất bộ cảm biến Để cảm biến hoạt động với hiệu suất cao hơn giá trị RL phải đảm bảo công suất tổng thế:

PS = VC2 *

e) Đồ thị biểu diễn của MQ2

* ) Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm:

* Đồ thị biểu diễn độ nhạy của MQ2 với một số chất :

Mạch trên được thiết kế để phát hiện khí Gas từ 200PPM (phần triệu) đến

10.000PPM Khi nồng độ khí Gas ở trong khu vực cao thì đầu OUT của mô-đun sẽ

ra ở mức cao.Tín hiệu này sẽ đến IC NE555, đây được coi như một máy phát tần (nó tạo ra xung) và chân Output của IC được nối với loa để đưa ra tín hiệu cảnh báo

f) Một số ưu nhược điểm của cảm biến :

Nhược điểm khi sử dụng cảm biến :

Một điều khó khăn khi làm việc với MQ2 là chúng ta khó có thể quy từ điện

áp Aout về giá trị nồng độ ppm Rồi từ đó hiển thị và cảnh báo theo ppm Do giá trịđiện áp trả về từng loại khí khác nhau, lại bị ảnh hưởng nhiệt độ, độ ẩm nữa

* Ưu điểm :

MQ2 hoạt động rất tốt trong môi trường khí hóa lỏng LPG, H2, và các chất khí gâycháy khác Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng do mạch đơn giản và chi phí thấp

3.4 Khối xử lý: Sử dụng LM358

* LM358

- Sơ đồ khối:

Tương đương với 2 con op amp điện áp vào theo

Analog điện áp ra theo digital

- Hình dáng:

- Ký hiệu :

- Sơ đồ chân và cấu trúc bên trong:

NON INVERTING INPUT A: Ngõ vào không đảo thứ hai

V- : Nguồn cung cấp –Vcc

V+: Nguồn cung cấp +Vcc

OUTPUT B: Ngõ ra thứ hai

INVERTING INPUT B: Ngõ vào đảo thứ nhất

NON INVERTING INPUT B: Ngõ vào không đảo thứ hai

Trong mạch báo động khí gas này, tín hiệu đi ra từ cảm biến khí gas có dạng analog nhưng chưa thực sự ổn định và chưa thực sự chống được nhiễu, vì thế chúng ta sử dụng với mục đích thứ nhất là để khắc phục tình trạng nhiễu và làm tăng tính ổn định của ngõ ra cảm biến, mục đích thứ hai là chuyển điện áp từ analog sang digital và so sánh điện áp ra từ cảm biến khí gas với mức báo động, mỗi khi có sự thay đổi điện áp tại chân 3 tín hiệu đầu vào của LM358 thì nó thực hiện so sánh với điện áp chuẩn chân

8 để tạo ra sự biến đổi tín hiệu đầu ra tại chân 1 :

- Khi điện áp dưới ngưỡng báo động, điện áp ra sẽ ở mức 1

- Khi điện áp vượt ngưỡng báo động điện áp ra ở mức 0

Sau đó điện áp đi tiếp vào mạch tạo dao động NE555 để thực hiện quá trình xử lý tiếp theo

- Cấu tạo bên trong của LM358:

- Phạm vi hoạt động

Electrical Characteristics at specified free-air temperature, VCC = 5 V (unless otherwise noted)

3.5 Khối báo động : Sử dụng mạch tạo dao động NE555, loa chip và đèn Led

- Sơ đồ :

a A1015

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Ta=25℃ unless otherwise specified)

b NE555

Mô tả

Là một mạch tạo thời gian chính xác có khả năng tạo thời gian trễ hoặc tạo dao động Trong thời gian delay hoặc chế độ đơn trạng thái, khoảng thời gian này đượcđiều khiển bởi 1 điện trở và tụ điện bên ngoài Trong chế độ không ổn định, tần số

và chu kì làm việc được điều khiển dựa vào 2 điện trở và 1 tụ điện nối ngoài Ngưỡng kích hoạt threshold và trigger là và tương ứng với VCC Các mức này có

thể được thay đổi bởi các cực điều khiển điện áp Khi đầu vào Triger giảm ở dưới

200mA Hoạt động trong mức 5V-15V Với nguồn 5V, điện áp ra tương thích với đầu vào TTL.

Tính năng

• Thời gian từ micro giây tới vài giờ

• Không ổn định hoặc đơn trạng thái có điều khiển

• Chu kì điều chỉnh được

• Tương thích với TTL, dòng ra lên tới 200mA

• “Green” Molding Compound (No Br, Sb)

• Lead Free Finish/ RoHS Compliant (Note 1)

Mô tả chân

Sơ đồ khối

Funtional Table

Absolute Maximum Ratings (Note 2) @ TA = 25°C unless otherwise stated

Recommended Operating Conditions (TA = 25°C)

Recommended Operating Conditions (TA = 25°C)

Electrical Characteristics (VCC = 5V to 15V, TA = 25°C unless otherwise stated)

c Phần phát tín hiệu :

Phần này có tác dụng phát ra tín hiệu từ mạch để cảnh báo Loa được sử dụng trong mạch là loại loa chip 12 V

3.6 Nguyên lý hoạt động chung:

Ở trạng thái bình thường không có khí gas, điện áp ra AOUT<VREF , điện áp ra của

bộ so sánh DOUT sẽ ở mức cao, khối báo động sẽ không hoạt động

Khi phát hiện khí gas, điện áp ra AOUT lúc này lớn hơn VREF, điện áp ra của bộ

so sánh sẽ ở mức thấp, khối báo động hoạt động, báo khí gas bị tràn

Chương IV : Thiết kế chi tiết

a.Các linh kiện được sử dụng :

Khối nguồn :

Linh kiện : IC 7805, Điện trở, Led

Khối báo động :

- 2 trở , 1 led đỏ, 1 còi báo động, 1 tranzitor c1815

b Sản phẩm thực tế :

Chương V : Chạy thử nghiệm, kết quả và xu hướng phát triển :

a Chạy thử nghiệm và kết quả :

Mạch hoạt động tốt và khá chính xác

b Xu hướng phát triển :

Ứng dụng thiết bị cảnh báo khí gas và phương hướng phát triển

Thiết bị cảnh báo khí gas được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đặc biệt dùng trong dân dụng,hộ gia đình vì mạch đơn giản và chi phí thấp

Thiết bị cảnh báo khí gas không những dùng để phát hiện cảnh báo khí gas mà còn dùng để phát hiện các khí khác như H2, CH4,C3H8,C4H10, khói thuốc… giúp chúng ta chủ động trong việc xử lý các khí trên giúp môi trường trong sạch

Thiết bị cảnh báo khí gas có thể ghép nối vào mạch Realy để điều khiển bật tắt đèn, còi, hoặc thiết bị cảnh báo khác để giúp ta chủ động hơn trong việc điều chỉnhbật-tắt các thiết bị khi có sự cố

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại thiết bị cảm biến khí gas mới có độ nhạy cao như thiết bị cảnh báo gas Taka TK-CB01B, thiết bị này được lắp đặt cảm ứng gas tiên tiến cùng với bộ vi xử lý có độ nhạy cao Khi gas bị rò rỉ chuông báo động

sẽ kêu đồng thời đồng hồ cũng hiển thị tín hiệu có rò gas nhằm tránh những tổn hạikhông đáng có về người và tài sản do cháy nổ khí gas

Và đặc biệt hơn nữa trên thị trường đã xuất hiện thiết bị cảnh báo khí gas thông minh có đặc điểm là khi đạt tới ngưỡng cảnh báo, thiết bị sẽ cảnh báo bằng còi hú, đèn nháy và tự động gọi đến hai số điện thoại của người sử dụng đã được cài đặt sẵn để cảnh báo nguy cơ cháy nổ Nhờ vào ưu điểm cảnh báo từ xa, người sử dụng

có thể yên tâm vì ở bất kỳ đâu cũng có thể biết được tình trạng an toàn của thiết bị

gas trong gia đình họ đó làHome Gas Alarm và Mobile Gas Alarm, đây là 2

thiết bị an toàn nhất trong việc phát hiện cảnh báo khí gas khi có sự rò rỉ, vì tính an toàn của nó, thiết bị này giúp chúng ta có thể phát hiện khí gas bị rò rỉ bất kỳ nơi đâu, bất kỳ lúc nào.