mạch báo động rò rỉ khí gas và mức độ nguy hiểm

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO RÒ RỈ KHÍ GAS 1.1 Giới thiệu đề tài: Hệ thống báo động rò rỉ khí gas loại thiết bị dùng cảm biến khí gas MQ6 nhận biết khí gas bị rò rỉ báo động Ưu điểm cải tiến thiết bị nhận biết lượng khí gas bị rò rỉ nhiều hay để người có biện pháp xử lý tình cho phù hợp, hạn chế rủi ro giúp người làm chủ tình hình xảy cố 1.2 Phân tích đề tài: Nếu có khí gas rò rỉ, cảm biến khí gas MQ6 nhận biết đưa khối trung tâm xử lý để báo động Ở ta dùng PIC16F877A để xử lý tín hiệu từ cảm biến xuất tín hiệu đến hệ thống báo động Hệ thống báo động bao gồm còi 5V đèn LED Khi có tượng khí gas bị rò rỉ, đèn LED sáng Số lượng đèn LED sáng phụ thuộc vào lượng khí gas bị rò rỉ Đến khí gas đạt tới mức nguy hiểm tất đèn LED báo khí gas rò rỉ còi hú báo động Như vậy, dựa vào để dễ dàng nhận biết mức độ nguy hiểm trường hợp để có biện pháp xử lý cho phù hợp Ngoài ra, sử dụng thêm đèn LED để phòng trường hợp xung quanh có tiếng ồn, âm còi hú không đủ để báo động Trong trường hợp người sử dụng nhận biết mức độ nguy hiểm thông qua đèn LED sáng 1.3 Sơ đồ khối: SVTH: Lê Đình Trường GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo KHỐI XỬ LÝ CẢM BIẾN BÁO ĐỘNG Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas CHƯƠNG : LỰA CHỌN LINH KIỆN VÀ THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG SVTH: Lê Đình Trường GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo 2.1 Lựa chọn linh kiện: 2.1.1 Vi điều khiển PIC16F877A: Đây vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh thực thi chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép 20MHz với chu kì lệnh 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14bit, nhớ liệu 368×8 byte RAM nhớ liệu EEPROM với dung lượng 256×8 byte Số PORT I/O với 33 pin I/O Các đặc tính ngoại vi bao gồm khối chức sau: – Timer0: Bộ đếm bit với chia tần số bit – Timer1: Bộ đếm 16 bit với chia tần số, thực chức đếm dựa vào xung clock ngoại vi vi điều khiển hoạt động chế độ sleep – Timer2: Bộ đếm bit với chia tần số, postcaler  Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A: SVTH: Lê Đình Trường GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo Hình 2.1: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A  Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A: SVTH: Lê Đình Trường GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo Hình 2.2: Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A SVTH: Lê Đình Trường GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo  Chức chân vi điều khiển PIC16F877A: - Chân OSC1/CLK1(13): Ngõ vào kết nối với dao động thạch anh ngõ vào nhận xung clock từ bên - Chân OSC2/CLK0(14): Ngõ dao động thạch anh ngõ cấp xung clock - Chân MCLR /Vpp(1) Có chức năng: MCLR : Ngõ vào reset tích cực mức thấp Vpp: Ngõ vào nhận điện áp lập trình lập trình cho pic - Chân RA0/AN0(2), RA1/AN1(3), RA2/AN2 có chức năng: RA0, 1, 2: Ngõ vào xuất/nhập số AN0, 1, 2: Ngõ vào tương tự kênh 0, 1, - Chân RA2/AN2/VREF-/VREF+(4): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh thứ 2/ ngõ vào điện áp chuẩn thấp AD/ ngõ vào điện áp chuẩn cao AD - Chân RA3/AN3/VREF+(5): xuất nhập số/ ngõ vào kênh tương tự 3/ ngõ vào điện áp chuẩn(cao) AD - Chân RA4/TOCK1/C1OUT(6): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock bên cho TIMER0/ ngõ so sánh - Chân RA5/AN4/ SS /C2OUT(7): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 4/ ngõ vào lựa chọn SPI phụ/ ngõ so sánh - Chân RB0/INT(33): xuất nhập số/ ngõ vào tín hiệu ngắt - Chân RB1(34), RB2(35): xuất nhập số - Chân RB3/PGM(36): xuất nhập số/ cho phép lập trính điện áp thấp ICSP - Chân RB4(37), RB5(38): xuất nhập số - Chân RB6/PGC(39): xuất nhập số/ mạch gỡ rối xung clock lập trình ICSP - Chân RB7/PGD(40): xuất nhập số/ mạch gỡ rối liệu lập trình ICSP - Chân RC0/T1OCO/T1CKI(15): xuất nhập số/ ngõ vào dao động Timer1/ ngõ vào xung clock bên Timer1 SVTH: Lê Đình Trường GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo - Chân RC1/T1OSI/CCP2(16): xuất nhập số/ ngõ vào dao động Timer1/ ngõ vào capture2, ngõ compare2, ngõ PWM2 - Chân RC2/CCP1(17): xuất nhập số/ ngõ vào Capture1, ngõ Compare1, ngõ PWN1 - Chân RC3/SCK/SCL(18): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ chế độ SPI/ ngõ vào xung clock đồng bộ, ngõ chế độ I2C - Chân RC4/SDI/SDA(23): xuất nhập số/ liệu vào SPI/ xuất nhập I2C - Chân RC5/SDO(24): xuất nhập số/ liệu SPI - Chân RC6/TX/CK(25): xuất nhập số/ truyền bất đồng USART/ xung đồng USART - Chân RC7/RX/DT(26): xuất nhập số/ nhận bất đồng USART - Chân RD0¸ 7/PSP0¸ 7(19¸ 30): xuất nhập số/ liệu port song song - Chân RE0/ RD /AN5(8): xuất nhập số/ điều khiển port song song/ ngõ vào tương tự kênh - Chân RE1/ WR /AN6(9): xuất nhập số/ điều khiển ghi port song song/ ngõ vào tương tự kênh - Chân RE2/ CS /AN7(10): xuất nhập số/ chân chọn lựa điều khiển port song song/ ngõ vào tương tự kênh - Chân VDD(11, 32) VSS(12, 31): chân nguồn Pic - 40 chân chia thành PORT, chân cấp nguồn, chân GND, chân thạch anh chân dùng để RESET vi điều khiển - port PIC16F877A bao gồm : + PORTB : chân + PORTD : chân + PORTC : chân + PORTA : chân + PORT E : chân SVTH: Lê Đình Trường GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo 2.1.2 Module cảm biến MQ6 :  Hình dang thực tế Module cảm biến MQ6 : Hình 2.3 : Module cảm biến MQ6  Các thông số kỹ thuật: - Kích thước: 32mm x 22mm x 27mm - Tên: Module MQ-6 - Điện áp cung cấp: 5VDC - Tín hiệu đầu ra: Tín hiệu đầu số Tương tự TTL - Cảm biến loại khí hóa lỏng, Khí butan, khí propan  Điều kiện làm việc tiêu chuẩn: Tên hình thức điều kiện thích tham số Vc mạch điện áp ≤ 15V AC DC VH điện áp 5.0V ± 0,2 V AC DC RL điều chỉnh điện trở tải RH trở kháng 31Ω ± 3Ω nhiệt độ phòng SVTH: Lê Đình Trường GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo PH điện tiêu thụ ≤ 900mWB  Các điều kiện môi trường: Sử dụng nhiệt độ -10 ℃ =>50 ℃ Lưu trữ Tas nhiệt độ -20 ℃=>70 ℃ RH độ ẩm tương đối 95% RH O2 oxy nồng độ 21% (điều kiện tiêu chuẩn )Nồng độ oxy tối thiểu ảnh hưởng đến độ nhạy lớn 2%C  Các nối chân vào mạch: Module cảm biến khí gas MQ6 gồm có chân chân VCC GND nối vào nguồn 5Vdc Ngõ chân D0 A0 D0 đầu với tín hiệu 0, có khí gas khí gas A0 đầu mức điện áp, mức điện áp phụ thuộc vào lượng khí gas nhận biết 2.1.3 Các linh kiện phụ khác : - Máy biến áp 3A - Ổn áp LM2576 - Diode 1N5822, diode 1N4004 - Cuộn cảm 100uH - Thạch anh : 20MHz SVTH: Lê Đình Trường GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo - Nút reset chân - Điện trở : 10k, 220 Ohm, 330 Ohm - Tu : 1000uF,104pF,33pF - C1815 còi báo 5V - LED: LED đục màu xanh, vàng, đỏ 2.2 Thiết kế mạch nguyên lý vẽ mạch in:  Sơ đồ nguyên lý khối ổn áp: Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý khối ổn áp LM2576  Sơ đồ nguyên lý hệ thống báo rò rỉ khí gas SVTH: Lê Đình Trường 10 GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống báo rò rỉ khí gas  Vẽ mạch in: Từ sơ đồ nguyên lý ta tiến hành vẽ mạch in theo sơ đồ nguyên lý phần mềm Protues -Mạch in sơ đồ nguyên lý khối ổn áp: SVTH: Lê Đình Trường 11 GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo Hình 2.6: Mạch in khối nguồn LM2576 - Mạch in hệ thống báo rò rỉ khí gas: Hình 2.7: Mạch in hệ thống báo rò rỉ khí gas 2.3 Thi công:  Sau vẽ mạch in ta tiến hành thi công sản phẩm: SVTH: Lê Đình Trường 12 GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo - Chuẩn bị linh kiện cần thiết - Chuẩn bị Board đồng, bột sắt, cưa, bút lông,chì hàn,mỏ hàn… -Tiến hành đo cắt board đồng vừa với mạch in, ủi mạch ngâm mạch -Khoan tiến hành lắp linh kiện lên board Chú ý lắp linh kiện nên cẩn thận để chiều sơ đồ nguyên lý - Hàn linh kiện vào  Hình ảnh sau thi công: - Mặt trước: - Mặt sau: SVTH: Lê Đình Trường 13 GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo CHƯƠNG 3: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ TÍNH TOÁN 3.1 Lưu đồ giải thuật: BẮT ĐẦU CẢM BIỂN SVTH: Lê Đình Trường 14 KHỐI BÁO ĐỘNG XỬ LÝ KẾT THÚC GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo Đ S 3.2 Tính toán: Ngõ A0 Module cảm biến MQ6 nối với chân AN0 Từ đó, tín hiệu điện áp MQ6 đưa vào chân AN0 vi điều khiển PIC16F877A chuyển đổi ADC chuyển thành dãy tín hiệu số để xử lý Mức điện áp module cảm biến MQ6 so sánh với mức điện áp chuẩn 5Vdc nên trước đưa vào xử lý Ở mức điện áp ngõ A0 tối đa đo 1,2Vdc Sau đưa khối xử lý tính toán sau: Gọi A tín hiệu sau qua xử lý chân AN0 : Như vậy, dựa vào ta tính ngưỡng nguy hiểm để viết chương trình cho vi điều khiển PIC16F877A SVTH: Lê Đình Trường 15 GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận:  Ưu điểm: -Mạch chạy yêu cầu đặt -Tốc độ xử lý nhanh, xác  Khuyết điểm: - Còn dạng mô hình để thử nghiệm nên chưa thể đưa vào đời sống -Code chưa tối ưu 4.2 Hướng phát triển: Có thể áp dụng thêm theo hướng giao tiếp với sim báo tin nhắn hay gọi trực tiếp đến người sử dụng để báo động Dùng thêm nguồn ac-quy dự phòng để đề phòng trường hợp cố xảy bị điện Gắn thêm hệ thống động quạt để có cố giúp làm giảm nồng độ khí gas SVTH: Lê Đình Trường 16 GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo CHƯƠNG 5: CHƯƠNG TRÌNH adc = 10; HS, NOWDT, NOPUT delay(clock = 20M) buzz PIN_B0 #define muc0 PIN_B1 #define muc1 PIN_B2 #define muc1 PIN_B3 #define muc2 PIN_B4 #define muc2 PIN_B5 SVTH: Lê Đình Trường 17 GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo unsigned int16 adc; void main() { set_tris_b(0x00); setup_ADC(ADC_clock_internal); setup_ADC_ports(AN0); while(TRUE) { adc = read_ADC(); if(adc > 10 && adc < 30) { output_B(0b000000010); } else if (adc >=30 && adc < 60) { output_B(0b000001100); } else if (adc >=60 && adc < 110) { output_B(0b000110000); } else if (adc >= 110 && adc < 150) SVTH: Lê Đình Trường 18 GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo { output_B(0b000111101); } else if (adc >=150) { output_B(0b00111101); } } }  Tài liệu tham khảo: - http://codientu.org - http://picvietnam.com - http://www.alldatasheet.com - Lê Duy Phi, “Hướng dẫn lập trình vi điều khiển PIC” - Nguyễn Văn Tình, “Tài liệu vi điều khiển PIC16f877A” SVTH: Lê Đình Trường 19 GVHD: Th.S Nguyễn Thị Phương Thảo  Thông tin sinh viên: Họ tên: Lê Đình Trường MSSV: 41203185 Lớp:12040301 Email: 41203185@tdt.edu.vn Sđt: 01659953150 SVTH: Lê Đình Trường 20 ... Nguy n Thị Phương Thảo Hình 2.6: Mạch in khối nguồn LM2576 - Mạch in hệ thống báo rò rỉ khí gas: Hình 2.7: Mạch in hệ thống báo rò rỉ khí gas 2.3 Thi công:  Sau vẽ mạch in ta tiến hành thi công... thống báo rò rỉ khí gas  Vẽ mạch in: Từ sơ đồ nguy n lý ta tiến hành vẽ mạch in theo sơ đồ nguy n lý phần mềm Protues -Mạch in sơ đồ nguy n lý khối ổn áp: SVTH: Lê Đình Trường 11 GVHD: Th.S Nguy n...GVHD: Th.S Nguy n Thị Phương Thảo KHỐI XỬ LÝ CẢM BIẾN BÁO ĐỘNG Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas CHƯƠNG : LỰA CHỌN LINH KIỆN VÀ THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG