MÔ HÌNH BÁO CHÁY BẰNG CẢM BIẾN KHÓI VÀ NHIỆT DÙNG LM358 VÀ IC555

NGUYỄN NGỌC THẮNG MÔ HÌNH BÁO CHÁY BẰNG CẢM BIẾN KHÓI VÀ NHIỆT DÙNG LM358 VÀ IC555 NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN: Th.S: NGUYẾN HỮU PHÚC Thành phố

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG.

NGUYỄN NGỌC THẮNG

MÔ HÌNH BÁO CHÁY BẰNG CẢM BIẾN KHÓI

VÀ NHIỆT DÙNG LM358 VÀ IC555

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: Th.S: NGUYẾN HỮU PHÚC

Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 5 Năm 2018

LỜI NÓI ĐẦU

Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, ngành điện tử là một trong những ngànhquan trọng góp phần vào sự phát triển của đất nước Nhu cầu của con ngườingày càng cao là điều kiện thuận lợi cho ngành Điện tử không ngừng phát minh

ra các sản phẩm có tính ứng dụng cao, các sản phẩm có tính năng, có độ bền và

độ ổn định ngày càng cao

Hiện nay, tình trạng cháy nổ ngày càng tăng và có thể đến mức báo độngchẳng hạn như: cháy rừng, cháy nổ bình ga, cháy nổ do chập điện và còn rấtnhiều nguyên nhân khác Nhằm để có thể giảm đi và tránh những nguyên nhânđáng tiếc ấy, các thiết bị mạch điện tử báo cháy đã ra đời Thật vậy có thể nói,mạch báo cháy là một trong những sản phẩm tạo nền tảng phát triển và bướcngoặc lớn của ngành Điện tử phục vụ cho nhu cầu sử dụng của con người

Với mục đích nhằm hiểu rõ về các linh kiện điện tử và khai thác các ứngdụng của nó trong cuộc sống, để gắn liền được lý thuyết với thực tế em đã tìmhiểu về đề tài: “ Mạch báo cháy cảm biến nhiệt và khói dùng LM358 và IC555”.Trong quá trình thực hiện em cũng có nhiều sai sót Em rất mong mong thầy

và các bạn góp ý bổ sung để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin chân thành gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s NguyễnHữu Phúc, giảng viên Bộ môn Kỹ thuật điện – điện tử trường Đại học Sài Gònngười đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án 1

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông

đã dạy dỗ, truyền đạt cho em nhữngkiến thức hữu ích về các môn đại cươngcũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng vàtạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập, đồng thời luôn quan tâm,động viên em trong suốt em hoàn thành đồ án 1 này

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

I

LỜI CÁM ƠN

II

MỤC LỤC

III

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

V

CHƯƠNG 1

1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

1

1.3 Mục tiêu của đề tài

1

1.4 Phạm vi nghiên cứu

2

1.5 Phương pháp nghiên cứu

2

1.6 Nội dung nghiên cứu

2

1.7 Yêu cầu

2

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH MẠCH BÁO CHÁY CẢM BIẾN NHIỆT VÀ KHÓI

3

2.1 Sơ đồ khối

3

2.2 Sơ đồ nguyên lí

4

2.2.1 Khối nguồn

4

2.2.2 Khối cảm biến khói

5

2.2.2.1 Led thu phát hồng ngoại

5

2.2.2.2 Ic thuật toán op-am Lm358

6 2.2.2.3 Transistor c1815

7 2.2.2.4 Tính toán cho khối cảm biến khói

7 2.2.2.5 Hoạt động của khối cảm biến nhiệt

8 2.2.3 Khối cảm biến nhiệt……… 9

2.2.3.1 Tính toán khối cảm biến nhiệt 9

2.2.3.2 Hoạt động của khối biến nhiệt 10

2.2.4 Khối chuông báo……… 11

2.2.4.1 IC555.……… 12

2.2.4.2 Transistor A1815……… 12

2.2.4.3 Tính toán khối chuông báo 12-13 2.2.4.4 Hoạt động của khối chuông báo 13

2.3 Thi công mạch……… 14

2.3.1 Mạch in để lắp linh kiện……… 14

2.3.2 Sản phẩm……… 14

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 15

3.1 Kết luận.……… 15 3.2 Hướng phát triển……… 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 16

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài.

Hiện nay, với cuộc sống tấp nập, bận rộn của con người thì việc cháy nổ cóthể xảy ra bất cứ lúc nào và bất cứ nơi đâu Bởi lẽ, cháy nổ không chỉ gây rathiệt hại cho cá nhân, gia đình mà còn gây ảnh hưởng đến trật tự an toàn xã hội,không những thế mà còn gây thiệt hại về chất và tính mạng con người Vì vậy,cần phải có những thiết bị phát hiện khói, cháy kịp thời để giảm bớt thiệt hại vềngười đồng thời về mặt cơ sở vật chất để giảm mối âu lo của xã hội

Với con IC555 và LM358 được sử dụng cho yêu cầu trên thông dụng trên thịtrường với giá thành hợp lý, phù hợp với việc nghiên cứu của sinh viên

1.2 Tính cấp thiết của đề tài.

Với sử dụng mạch báo cháy đang ngày càng trở nên thông dụng trên rộngkhắp cả nước với rất nhiều giải pháp và ứng dụng.Ngày nay, một số các bạnsinh viên kỹ thuật ở các trường đại học đang nghiên cứu để tạo ra sản phẩmnhằm đáp ứng yêu cầu của cuộc sống xã hội

Đã có nhiều đề tài nghiên cứu về mạch báo cháy như: “Thiết kế mạch báocháy tự động của sinh viên Phạm Thanh Tùng’’, “Thiết bị báo cháy tự động củasinh viên Nguyễn Đức Hoàn – Dương Văn Luân – Đặng Văn Thắng – Kiều BảoLong”

1.3 Mục tiêu của đề tài.

− Ứng dụng kiến thức đã học chế tạo thiết bị có giá thành hợp lý, ứng dụngđược vào thực tế

− Chế tạo sản phẩm phát hiện cháy sớm để giảm thiệt hại về người và tàisản

− Mạch sẽ hoạt động khi có cháy xẩy ra, nhiệt độ khu vực cháy tăng lên và

có khói bốc lên nhờ đó mạch cảm biến và báo cháy qua hệ thống chuông

1.4 Phạm vi nghiên cứu.

− Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của từng linh kiện

− Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của mạch

− Tính toán giá trị linh kiện

1.5 Phương pháp nghiên cứu

− Nghiên cứu lý thuyết

− Thí nghiệm trên text board điện tử

1.6 Nội dung nghiên cứu.

− Nghiên cứu IC555 và LM358 và các linh kiện có liên quan đến đề tài

− Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của mạch

− Đảm bảo khi có khói và cháy thì mạch không bị hỏng

− Đèn và âm thanh báo hiệu không được rè, phải to và rõ đủ để mọi ngườixung quanh đều có thể nghe được

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH MẠCH BÁO CHÁY CẢM BIẾN NHIỆT VÀ

KHÓI 2.1 Sơ đồi khối

Hình 2.1 : Sơ đồ khối

Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho hệ thống

Khối cảm biến nhiệt : Biến đổi nhiệt thành tín hiệu điện

Khối cảm biến khói: Biến đổi khói thành tín hiệu điện

Khối khuếch đại vi sai : So sánh, khuếch đại tín hiệu từ bộ cảm biến Khối chuông báo: Tạo ra âm thanh báo động

2.2 Sơ đồ nguyên lí

Hình 2.2 : Sơ đồ nguyên lí 2.2.1 Khối nguồn

Hình 2.3 : Khối nguồn

Dùng khối nguồn 5V và điện áp ra cao nhất là 1A để cho Ic555, Lm358, transistor C1815 và A1015 hoạt động ổn định

Để chọn và tính toán một số linh kiện dễ dàng ít sai số

2.2.2 Khối cảm biến khói

Hình 2.4 : Khối cảm biến khói

Ở khối nầy ta lợi dụng khi có cháy thì khói sẽ bốc lên, khói có màu đen ở đó chúng ta lợi dụng khói để làm giảm cường độ tia hồng ngoại Tức khi bình thường cường độ hồng ngoại là lớn nhất -> LED thu D2 dẫn với dòng lớn Khi

có khói thì khói sẽ làm giảm cường độ tia hồng ngoại -> LED thu D2 dẫn với dòng nhỏ hơn Để Lm358 hoạt động ta nối chân 4 vào chân gnd(-) của nguồn

và chân 8 vào chân vcc(+)

2.2.2.1 Led thu phát hồng ngoại

Hình 2.5 : Led phát và led thu hồng ngoại

Kích thước: 5mm

Chiều dài: 37mm

Màu phát ra: Hồng ngoại

Ống kính màu: Đen / Trong

Bước sóng: 940nm

Điện áp hoạt động (V): 1.2V-1.6V

Dòng điện cực đại (mA): 100mA

Truyền và nhận khoảng cách: khoảng 7-8 M

2.2.2.2 Ic thuật toán op-am Lm358

Hình 2.6 : LM358

Mạch LM358 là bộ khuếch đại thuận và lặp điện áp Bên trong chứa 2 khuếchđại toán học: Bộ thứ 1: chân 2,3 vào, chân 1 ra Bộ thứ 2: chân 5,6 vào, chân 7ra

Khoảng điện áp cung cấp 3V đến +32V

Dải nhiệt hoạt động : 0 70

Điện áp ngõ ra 0v đến VCC(+)-1.5v

Điện trở rất cao nên không làm ảnh hưởng xấu đến tín hiệu cảm biến.

2.2.2.4 Tính toán cho khối cảm biến khói

Để cho led phát D1 hoạt động bình thường thì điện áp rơi tên led khoảng 1.2Vđến 1.6V nên ta chọn R1=1k Ohm thì khi nầy dòng điện rơi vào D1 khoảng3.4mA – 3.8mA

Với led thu D2 tương tự nhưng vì ở đây led thu D2 dùng để so sánh áp nên đểdòng lớn nên chọn trở nhỏ 470 Ohm lúc nầy đòng điện roi vào led D2 vàokhoảng 8.805mA-7.234mA

Với tụ C1 chỉ có chứ năng lọc nhiễu và cần áp nhỏ để phần so sánh áp vớichấn 2(-) nên chỉ chọn 10uf

Với chiết Áp R6 ta chọn giá tri 10k để tạo sự chênh lệch điện áp giữa chân 2

và chân 3 của LM358 là khi không khói thì LED thu D2 dẫn với dòng lớn màđiện áp chân 3V(+) bé hơn điện áp chân 2V(-)

Với Q6 là transistor C1815 hoạt động khi có điện dương (mức 1 từ Lm358) đivào chân Base cần 1 dòng nhỏ nên ta chọn trở hạn dòng cho bộ khuếch đại nầy

là R3=R4=10k Ohm để cho Q6 phân cực

Diot D7 có chứ năng chỉ cho dòng âm chạy từ Q6 qua điot

Chon R16=330 Ohm để hạn dòng bảo về led D11

2.2.2.5 Hoạt động của khối cảm biến nhiệt

Ở đây ta dùng 1 LED thu và một LED phát đặt rọi vào nhau để một khoảng trống Tức khi bình thường cường độ hồng ngoại là lớn nhất -> LED thu D2 dẫnvới dòng lớn Khi có khói thì khói sẽ làm giảm cường độ tia hồng ngoại -> LEDthu D2 dẫn với dòng nhỏ hơn Khi không có khói điện áp chân 2 V(-)lớn hơn điện áp chân 3V(+) nên ngõ ra bằng 0 nên không có dòng đi qua Q6 và Q6 không phân cực và không có dòng âm từ Emitter lên Colletor của Q6 nên led D11 không sáng , Khi có khói điện áp chân 2 V(-) lớn hơn điện áp chân 3V (+) nên ngõ ra bằng 1 nên có dòng điện dương đi qua Q6 vô chân Base nên Q6 phân cực thuận và cho dòng âm chạy từ chân Emitter lên chân Colletor làm cho đèn D11 sáng và có dòng âm chạy vào điot D7 và dòng đó là dòng được khuếchđại bởi Q6 chạy đến khối chuông báo

2.2.3 Khối cảm biến nhiệt

Hình 2.8 : Khối cảm biến khói

Ở đây ta lợi dụng nhiệt độ thay đổi lớn của đám cháy để thay đổi điện trở của của nhiệt trở R7 qua đó ta thay đổi giá trị điện áp ở chân 5 (+) của Lm358

để so sánh với chân 6 (-) của LM358

2.2.3.1 Tính toán khối cảm biến nhiệt

Mạch sử dụng nhiệt trở âm (NTC) làm cảm biến nhiệt độ, IC Op-Amp LM358 làm bộ so sánh điện áp ở nhiện độ bình thường giá trị nhiệt trở sấp sỉ bằng giá

trị gốc của nhiệt trở, ví dụ: ở 25 độ C giá trị điện trở 10k là 10k.

Hình 2.9 : Bảng đồ nhiệt của Thermistor(R7)Vậy nên ta chọn R8=10K Ohm để tạo cầu phân áp với nhiệt trở R7 khi R7

ở nhiệt độ thường thi điện áp đặt vào chân 5 (+) là 2.5V

Lúc này giá trị điện áp tại chân 5 (+) op-amp bằng 2.5V tạo bởi cầu phân

áp R7 và R8 Điện áp ngưỡng báo động được đặt bới biến trở R7(10) Có thểchỉnh được từ 0-5V cấp vào chân 6(-) op-amp Ví dụ ta đặt mạch báo động ởnhiệt độ 65 độ C Lúc này điện áp tại chân 5 (+) là VCC/(R7+R8)*R2 =5/12*10 = 4.17V vậy ta chỉnh biến trở đặt điện áp khoảng 4.16 V tại chân (-)Chọn tụ C2=10uf dùng để lọc nhiễu cho mạch và với giá trị nhỏ để tíchdòng nhỏ và không ảnh hưởng đến so sánh áp giữa chân 5 và chân 6

Chọn R10=R11=10k để hạn dòng và phân cực cho Q5 tương tự như Q6 vàR5= 330Ohm để bảo vệ led D8

Diot có chức năng chỉ cho dòng âm chạy từ Q5 qua điot

2.2.3.2 Hoạt động của khối biến nhiệt

Vậy khi ở nhiệt độ nhỏ hơn 65 độ C thì điện áp đặt vào chân 5 V(+) bé hơn điện áp đặt vào chân 6 V(-) Nên ngõ ra Op-amp ở mức thấp xấp sỉ 0V 10 và

cực nên không có dòng âm chạy từ chân Emitter lên chân Collector và led D8 không sáng và không có dòng âm đi qua khối chuông báo Khi nhiệt độ lớn hơn 65 độ C giá trị điện trở giảm nên điện áp đặt vào chân 5 V(+) lớn hơn điện

áp đặt vào chân 6 V(-) nên ngõ ra op-amp xuất ra mức 1 nên có dòng điện dương đi qua Q5 vô chân Base nên Q5 làm cho Q5 phân cực thuận nên Q5 cho dòng âm chạy từ chân Emitter lên chân Colletor làm cho đèn D8 sáng và có dòng âm chạy vào điot D9 và dòng đó là dòng được khuếch đại bởi Q5 chạy đến khối chuông báo

2.2.4 Khối chuông báo

Hình 2.10 : Khối chuông báo

Hình 2.12: Transistor A1015

Transistor A1015 là transistor thuộc loại transistor PNP

A1015 có Uc cực đại = -50V dòng Ic cực đại = -150mA

Hệ số khuếch đại hFE của transistor A1015 trong khoảng 70 đến 400

Thứ tự các chân từ trái qua phải: E C B

2.2.4.3 Tính toán khối chuông báo

Chọn R12=1k Ohm để hạn dòng âm từ khối cảm biến khói và khối cảm biến nhiệt đi vào Q8 và chọn trở R13=10K Ohm để phân cực cho Q8

R14 =10K Ohm để hạn chế dòng Reset vào chân số 4 của IC555 để khi không

có điện dương từ Q8 thì IC555 ở chế độ reset và khối chuông không hoạt động

Ở đây ta chọn R15=4.7K Ohm R17=2.2k Ohm tụ C4=10uf Để được chu kì tạo xung cho IC555

T=0.69*(R17*2R15)*C4=0.69*(4700*2200*2)*10*10^-3=142692(Hz)

Chọn R18=1k Ohm để hạn dòng xung tạo ra từ chân 3 đi vào Q7

2.2.4.4 Hoạt động của khối chuông báo

Khi có không dòng âm đi qua điot D7 hoặc D9 nghĩa là không có cháy xẩy rathì sẽ không có dòng âm đi qua Q8 và Q8không phân cực nên không có dòng dương từ Emitter chạy qua Colletor nên không cung cấp dòng dương cho chân

số 4 của IC555 thì khối chuông báo sẽ không hoạt động

Khi có dòng âm chạy qua điot D7 hoặc D9 nghĩa là có cháy xẩy ra thì dòng

âm sẽ đi qua vào chân Base của Q8 làm Q8 phân cực thuận và cho dòng dương chạy từ chân Emittor xuống chân Collector của Q8 và đi vào chân số 4 lúc nầy IC55 hoạt động và tạo xung ra cho chân số 3 là ở mức 0 và mức 1 với tần số T=142692 Hz.Khi ở mức 0 thì Q7 (C1815) phân cực ngược và không cho dòng

âm đi từ chân Emitter lên chân Collector và chuông không kêu Khi ở mức 1 thì

có điện dương đi vào Q7 làm Q7 phân cực thuận nên cho dòng âm từ Emitter lên chân Collector và chuông kêu Cứ như vậy với tần số T thì sẽ tạo nên tiếng báo động với tần số tít của chuông là 142692 Hz

2.3 Thi công mạch

2.3.1 Mạch in để lắp linh kiện

Hình 2.13: Mạch in 2.3.2 Sản phẩm

Hình 2.14: Sản phẩm mô hình báo cháy bằng cảm biến nhiệt và khói

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

ÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Quốc Đán (2015), Giáo trình Điện tử tương tự, Trường Đại học Sài Gòn.

[4] http://doc.edu.vn/tai-lieu/do-an-thiet-bi-bao-chay-tu-dong-3276/