Đồ án chuyên ngành điện tử HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY

LỜI CAM ĐOAN -- Chúng xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án công trình có từ trước Nếu vi phạm xin chịu hình thức kỷ luật Khoa Ngày 20 tháng năm 2014 Sinh viên thực PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Vũ Tất Thành - Nghiên cứu đề tài liên quan Đề xuất mô hình tổng quan hệ thống Tìm hiểu linh kiện sử dụng mạch Tính toán thiết kế mạch Thi công mạch Viết tối ưu code Kiểm tra sửa lỗi hệ thống Nguyễn Văn Nhẫn - Nghiên cứu đề tài liên quan Tìm hiểu nội dung lý thuyết Thi công mạch Sửa code Kiểm tra sửa lỗi hệ thống MỤC LỤC Lời cam đoan……………………………………………………………………… Phân công nhệm vụ………………………………………………………………….2 Mục lục…………………………………………………………………………… Các từ viết tắt……………………………………………………………………… Mở đầu………………………………………………………………………………6 Chương 1: Tổng quan hệ thống báo cháy……………………………………… 1.1 Quy định chung hệ thống báo cháy………………………………………….7 1.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống báo cháy (Đối với khí gas)………………………8 1.3 Ý tưởng……………………………………………………………………… 10 1.4 Sơ đồ khối…………………………………………………………………… 11 1.5 Nguyên lý hoạt động………………………………………………………… 12 1.5.1 Nguyên lý hoạt động khối cảm biến…………………………………………12 1.5.2 Nguyên lý hoạt động khối xử lý trung tâm………………………………… 12 1.6 Lưu đồ thuật toán………………………………………………………………13 Chương 2: Giới thiệu linh kiện sử dụng đề tài ……………………… 17 2.1 Giới thiệu tổng quan họ vi xử lý 8051…………………………………… 17 2.1.1 Sơ đồ khối AT89S52…………………………………………….………17 2.1.2 Những đặc trưng AT89S52…………………………………………… 18 2.1.3 Sơ đồ chân chức AT89S52…………………………………… 18 2.2 Màn hình LCD HD44780…………………………………………………… 22 2.2.1 Hình dáng kích thước…………………………………………………… 22 2.2.2 Chức chân………………………………………………………….23 2.3 Cảm biến gas MQ-6……………………………………………………………24 2.4 Cảm biến nhiệt LM35………………………………………………………….26 2.5 LM358…………………………………………………………………………28 2.6 PC817 (Opto)………………………………………………………………… 29 2.7 Module thu phát RF……………………………………………………………30 Chương 3: Sơ đồ mạch tính toán ……………………………….…………… 31 3.1 Khối vi xử lý trung tâm………………………………………….…………… 31 3.1.1 Ghép quang vi xử lý với module thu RF……………………….………….…31 3.1.2 Điều khiển chuông………………………………………………………… 32 3.1.3 Điều khiển Relay…………………………………………………………… 33 3.2 Khối cảm biến………………………………………………………………….34 3.2.1 Sơ đồ mạch khuếch đại không đảo………………………………………… 35 3.2.2 Sơ đồ mạch so sánh điện áp………………………………………………….36 3.2.3 Mạch ghép quang với module phát RF………………………………………37 Chương 4: Xây dựng code ……………………………………………………….38 Kết luận hướng phát triển đề tài……………………………………………… 39 Phụ lục…………………………………………………………………………… 42 CÁC TỪ VIẾT TẮT AD: Adress CMOS: Complementary Metal-Oxide-Semiconductor GND: Ground ISP: Internet service provider I/O: Input/Output LCD: Liquid-crystal display LEL: Lower Explosive Limit LFL: Lower Flammable Limit MCU: Multipoint control unit MPU: MIDI Processing Unit RAM: Random Access Memory RF: Radio frequency ROM: Read-only memory UFL: Upper Flammable Limit LỜI MỞ ĐẦU Trong sống đại, việc phòng cháy chữa cháy trở thành mối quan tâm hàng đầu quanh ta tồn khu vực dễ cháy, gây thiệt hại nặng nề người Cho nên việc lắp đặt hệ thống báo cháy chữa cháy có vai trò quan trọng, giúp ngăn chặn xử lý kịp thời đám cháy người chưa thể can thiệp Xuất phát từ nhu cầu trên, nhóm chọn đề tài “Hệ thống cảnh báo chữa cháy” Hệ thống giúp phát nguy gây cháy từ rò rỉ gas, khí dễ cháy từ thay đổi nhiệt độ thông qua cảm biến, từ có hướng xử lý phát chuông cảnh báo ngắt điện, kích hoạt hệ thống chữa cháy Để thực nội dung này, đồ án gồm có chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống báo cháy Chương 2: Giới thiệu linh kiện sử dụng đề tài Chương 3: Sơ đồ mạch tính toán Chương 4: Xây dựng code Phương pháp nghiên cứu sử dụng xuyên suốt đề tài xây dựng lưu đồ thuật toán, tính toán thiết kế mạch, viết code thi công lắp ráp để kiểm chứng tính đắn phần thiết kế, code lưu đồ thuật toán vừa xây dựng Với hướng dẫn tận tình thầy Võ Tuấn Minh cùng kiến thức học từ thầy cô, học hỏi từ bạn bè tự tìm tòi Internet, nhóm hoàn thành hệ thống cảnh báo chữa cháy có vi xử lý giao tiếp RF với module cảm biến cùng chế độ cảnh báo nhập từ bán phím, tự động ngắt điện kích hoạt hệ thống chữa cháy có cảnh báo nguy hiểm Chương 1: Tổng quan hệ thống báo cháy 1.1 Quy định chung hệ thống báo cháy Việc thiết kế, lắp đặt hệ thống báo cháy tự động phải tuân thủ yêu cầu, quy định tiêu chuẩn, quy phạm hành có liên quan phải quan phòng cháy, chữa cháy có thẩm quyền chấp nhận Hệ thống báo cháy tự động phải đáp ứng yêu cầu sau: - Phát tín hiệu cháy nhanh chóng theo chức đề - Chuyển tín hiệu phát cháy thành tín hiệu báo động rõ ràng để - người xung quanh thực biện pháp thích hợp Có khả chống nhiễu tốt Báo hiệu nhanh chóng rõ ràng trường hợp cố hệ thống Không bị ảnh hưởng hệ thống khác lắp đặt chung riêng - rẽ Không bị tê liệt phần hay toàn cháy gây trước phát - cháy Hệ thống báo cháy tự động phải đảm bảo độ tin cậy Hệ thống phải thực đầy đủ chức đề mà không xảy sai sót Những tác động bên gây cố cho phận hệ thống không gây cố hệ thống Hệ thống báo cháy tự động bao gồm phận bản: - Trung tâm báo cháy Đầu báo cháy tự động Hộp nút ấn báo cháy Các phận liên kết Nguồn điện Tùy theo yêu cầu hệ thống báo cháy có phận khác thiết bị truyền tín hiệu báo cháy, phận kiểm tra thiết bị phòng cháy, chữa cháy tự động (Nguồn: TCVN 5738:2000) 1.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống báo cháy (Đối với khí gas) Các chất khí có khả cháy nổ cao nguy hiểm Trong điều kiện sinh hoạt, làm việc hàng ngày thường tiếp xúc với chất khí hóa lỏng (gas nấu bếp) chất dành cho ngành công nghiệp Hidro, Axetylene Bản chất trình cháy nguồn nhiên liệu (chất khí gây cháy) rò rỉ trộn lẫn vào không khí Khi nồng độ đến mức vừa đủ không khí (có Oxi) có khả phát cháy nhanh, phát cháy có tác động nguồn nhiệt (tia lửa điện, sức nóng mặt trời ) Nổ trình cháy nhanh tạo khoảng áp suất lớn phạm vi cháy phát nổ Vậy muốn cháy nhanh phải có điều kiện cần đủ là: - Chất gây cháy hoà trộn với tỷ lệ phù hợp không khí, hay nói cách khác - với Oxi có sẵn không khí Được kích hoạt tia lửa Trong phạm vi hẹp Hình 1.1: Mô lan tỏa khí rò rỉ Nếu có điểm rò rỉ từ ống dẫn khí, hay bình chứa khí khí gas dần lan tỏa xung quanh theo mô hình Nếu tác động gió, trọng lượng riêng khí nói cách xa điểm rò rỉ nồng độ khí gas gây cháy loãng Với nguyên tắc cháy, không khí khí gas không cháy Nồng độ Oxi quá nhiều khó cháy Do khoảng không gian từ điểm rò rỉ đến điểm mà khí có đủ Oxi để cháy khoảng cách an toàn Và, khoảng không gian có khí gas để cháy an toàn Như vậy, vùng nguy hiểm thực vùng bên ngưỡng phát cháy (UFL) bên ngưỡng cháy (LFL) Một số trường hợp kỹ thuật, người ta cần xác định rõ điểm mà chất khí phát nổ Lúc ta thay từ LFL LEL Tuy nhiên chất khí có UFL hay LFL, LEL giống đặc tính lý hóa học Qua trình phân tích ta phải đưa số thông số chuẩn nhiệt độ 25oC 1atm Sau ví dụ cho vài loại khí gần với nhiệt độ tai nơi đặt cảm biến mức 47oC có gia tăng nhiệt độ oC/phút diện tích 15 – 50 m2 với nhà sinh hoạt (Nguồn: TCVN 5738:2000) Hình 1.2: Ngưỡng UFL LFL số khí phổ biến (Nguồn: http://www.hsevn.com/showthread.php?t=708) 1.3 Ý tưởng Dựa thông số thực tế tiêu chuẩn kỹ thuật nêu trên, nhóm sử dụng cảm biến (khí gas, nhiệt độ, khói…) phát sớm trường hợp gây hỏa hoạn từ module cảm biến, sau truyền tín hiệu sóng radio (RF) nguy cháy đến khối xử lý trung tâm Khối cảnh báo nguy cháy đến chủ nhà thực biện pháp chữa cháy lập trình sẵn (bật bơm chữa cháy, ngắt cầu dao tổng) 1.4 Sơ đồ khối 10 Hình 2.10: Sơ đồ nối mạch LM35 (1) VOUT = 0mV + 10mV/°C Tại 0°C áp đầu VOUT = 0mV Tại 25°C, áp đầu VOUT = 250mV Để đo miền nhiệt từ -55°C đến 150°C, nối mạch sau: Hình 2.11: Sơ đồ nối mạch LM35 (2) Chọn R1 = −VS/50 μA VOUT = +1,500 mV +150°C 26 = +250 mV +25°C = −550 mV −55°C 2.5 LM358 Hình 2.12: LM358 Là IC bao gồm Opamp tích hợp bên Hình 2.13: Sơ đồ chân LM358 27 2.6 PC817 (Opto) Hình 2.14: PC817 (Opto) Dùng để ghép cách ly tầng, có dòng điện chạy qua chân 1, 2, transistor bên dẫn Hình 2.15:Sơ đồ chân Opto 2.7 Module thu phát RF 28 Hình 2.16: Module thu phát RF Module thu sử dụng chip mã hóa pt2622, thực mã hóa phát kênh Module nhận sử dụng chip giải mã pt2722 nhận tín hiệu mã hóa từ module phát Tần số hoạt động cặp module 317 Mhz Chương 3: Sơ đồ mạch tính toán 29 3.1 Khối vi xử lý trung tâm 3.1.1 Ghép quang vi xử lý với module thu RF Hình 3.1: Ghép quang vi xử lý với module thu RF Chọn Iak = 30mA  R10 = R11 = R12 = R13 = (VCC - Vp) / Iak = (5V – 2V)/30mA = 100Ω  Chọn R10, R11, R12, R13 trở 100Ω Chọn IC = 0,5mA 30  R6 = R7 = R8 = R9 = (VCC - Vce)/IC = (5V - 0.2V)/0.5 mA = 9,8KΩ  Chọn R6, R7, R8, R9 trở 10KΩ 3.1.2 Điều khiển chuông Hình 3.2: Mạch điều khiển chuông Trở kháng chuông: 14.4 Ω Ics= (VCC -Vcesat)/R = (5V - 0.2V)/14.4 = 0.333A Ptt = Vce x IC = 0.333 x 0.2 = 0.067W = 67mW Chọn Q2 thỏa: Chọn Q2 BJT A1013, có β = 60 ÷ 320 Ibng = Ics/βmin = 333mA/60 = 5,5mA Chọn Ib = (2 ÷ 3) Ibng, chọn Ib = 10mA R5 = (VCC -Vec)/Ib = (5 - 0.7)/10 = 0.43KΩ = 430Ω Chọn R5 trở 470Ω 3.1.3 Điều khiển Relay 31 Hình 3.3: Mạch điều khiển Relay Trở kháng cuộn dây relay: 69.4 Ω Ics = (VCC -Vcesat)/R = (5V - 0.2V)/69.4 = 0.069A = 69mA Ptt =Vce x IC = 69 x 0.2 = 13.8mW Chọn Q2 thỏa: Chọn Q2 BJT A1013, có: β = 60 ÷ 320 Ibng = Ics/βmin = 69mA/60 = 1.15mA Chọn Ib = (2 ÷ 3) Ibng, chọn Ib = 2mA R14 = R15 = (VCC -Vec)/Ib = (5V - 0.7V)/2mA = 2.15KΩ Chọn R14, R15 trở 2.2KΩ 3.2 Khối cảm biến 32 Hình 3.4: Sơ đồ khối cảm biến 33 3.2.1 Sơ đồ mạch khuếch đại không đảo Hình 3.5: Sơ đồ mạch khuếch đại không đảo Ta có: AV= Vout/Vin = (1 + R2/R1) Chọn AV = lần R2/R1 = - = Chọn dòng qua R2 thỏa: Iinput[...]... Lưu đồ chương trình chính 13 Hình 1.4: Lưu đồ cảnh báo nhiệt 14 Hình 1.5: Lưu đồ cảnh báo gas 15 Hình 1.6: Lưu đồ cảnh báo nguy hiểm Chương 2: Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong đề tài 2.1 Giới thiệu tổng quan về họ vi xử lý 8051 Họ vi điều khiển 8051 là một trong những họ vi điều khiển thông dụng nhất Đây là họ vi điều khiển được sản xuất theo công nghệ CMOS, có tốc độ cao và công suất thấp, bộ... (cắt nguồn điện, bật bơm chữa cháy) Mạch thu RF nhận tín hiệu từ module phát RF đưa vào Opto Nếu phát hiện rò rỉ gas mạch thu RF nhận được tín hiệu từ kênh 2 làm opto dẫn kích mức cao vào P0.1.MCU khi nhận được tín hiệu từ chân P0.1 lập tức phát tín hiệu cảnh báo lên màn hình và thực hiện các chức năng đã được thiết lập (cắt nguồn điện, bật bơm chữa cháy) 1.6 Lưu đồ thuật toán 12 Hình 1.3: Lưu đồ chương... Hình 3.4: Sơ đồ khối cảm biến 33 3.2.1 Sơ đồ mạch khuếch đại không đảo Hình 3.5: Sơ đồ mạch khuếch đại không đảo Ta có: AV= Vout/Vin = (1 + R2/R1) Chọn AV = 5 lần R2/R1 = 5 - 1 = 4 Chọn dòng qua R2 thỏa: Iinput