thiết kế thiết bị phát hiện rò rỉ khí gas

Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU A GIỚI THIỆU Ý TƯỞNG Ứng dụng khí gas đời sống ngày Chọn đề tài B NỘI DUNG 1.Phương pháp tiếp cận vấn đề 1.1 Đặc tính khí ga 1.2 Khảo sát phân tích tốn 1.3 Giải pháp thiết kế Đặc tính kỹ thuật .6 Thiết kế 3.1 Sơ đồ khối .7 3.2 Chi tiết khối lựa chọn phương án tối ưu 3.2.1 Khối nguồn 3.2.2 Khối cảm biến 3.2.3 Khối xử lý tín hiệu 3.2.4 Khối cảnh báo 11 3.3 Mạch nguyên lý 12 3.4 Kết thu 12 Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự C KẾT LUẬN 14 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Sơ đồ khối Hình Cảm biến MQ2 Hình Các chân cảm biến MQ2 Hình Cách đấu chân MQ2 .9 Hình IC LM393 10 Hình Sơ đồ chân LM393 10 Hình Đèn LED cảnh báo màu đỏ 11 Hình Mạch nguyên lý 12 Hình Mạch PCB 12 Hình 10 Mạch thực tế .13 Hình 11 Sản phẩm hoàn thiện 13 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Các chân LM393 11 Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, ta thấy thiết bị điện tử xung quanh chúng ta, thiết bị điện tử có vai trị quan trọng ứng dụng rộng rãi thiết bị điện tử sống đại Để hiểu rõ ứng dụng thực tế thiết bị điện tử áp dụng kiến thức học môn điện tử tương tự lớp để vận dụng giải vấn đề sống, nhóm em xin chọn đề tài: ‘’Thiết kế thiết bị phát rị rỉ khí gas’’ Trong q trình thực đề tài này, chúng em cố gắng để hồn thành tốt có lẽ vốn kiến thức hạn hẹp yếu tố khách quan khác mà khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận đóng góp ý kiến, phê bình hướng dẫn thêm thầy Cuối chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Cảnh Quang giảng giải kiến thức bổ ích lớp để giúp chúng em hoàn thành đề tài Chúng em xin trân thành cảm ơn!!! Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự A GIỚI THIỆU Ý TƯỞNG Ứng dụng khí gas đời sống ngày  Khí hóa lỏng-khí ga hay cịn gọi đầy đủ dầu mỏ hóa lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas) có thành phần propan (C3H8) butan (C4H10) Hiện nay, với đặc tính nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường Trong xã hội đại, gas gần khẳng định vị trí quan trọng đời sống góp phần tạo nên văn minh xã hội  LPG sử dụng với nhiều mục đích khác sau:  Dân dụng: Các hộ sử dụng LPG làm nhiên liệu, chất đốt sinh hoạt theo hình thức sử dụng bình ga 12kg  Thương mại: Chủ yếu khách sạn, nhà hàng, khu vui chơi giải trí sử dụng bình ga 45kg  Tiêu thụ cơng nghiệp: Các nhà máy sử dụng LPG làm nhiên liệu để phục vụ sản xuất nhà máy sản xuất gốm, sứ, thủy tinh gạch men, chế biến thực phẩm, nông sản, thủy sản,… Đây nguồn tiêu thụ LPG quan trọng Việt Nam Chọn đề tài  Lợi ích khí ga tích cực, tính chất nguy hiểm cháy, nổ ga nên vấn đề đặt việc sử dụng ga phục vụ kinh doanh, sinh hoạt để đảm bảo an toàn PCCC (phòng cháy chữa cháy) thật trở thành vấn đề thiết đáng lưu tâm xã hội Điều đặt yêu cầu cần có thiết bị cảnh báo nồng độ ga vượt ngưỡng cho phép có nguy gây cháy nổ, ngạt thở để đảm bảo an tồn tính mạng tài sản cho người  Vì chúng em đưa hướng giải cho vấn đề tạo thiết bị phát rị rỉ khí ga với cấu tạo đơn giản dễ sử dụng để giảm thiểu vụ cháy nổ ngạt thở hở bình ga gây nên Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự B NỘI DUNG 1.Phương pháp tiếp cận vấn đề 1.1 Đặc tính khí ga Tỷ trọng gas nặng khơng khí (Propan gấp 1,55 lần; Butan gấp 2,07 lần) nên thoát khỏi thiết bị chứa, gas tích tụ chỗ trũng mặt đất tạo thành hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ Tỷ trọng gas nặng khơng khí (Propan gấp 1,55 lần; Butan gấp 2,07 lần) nên thoát khỏi thiết bị chứa, gas tích tụ chỗ trũng mặt đất tạo thành hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ Khi thoát khỏi thiết bị chứa, gas chuyển thành thể khí nên khó bảo quản Mặt khác, khơng có mùi, khơng có màu nên gas thiết bị chứa khó phát hiện, nhà sản xuất phải đưa thêm vào hỗn hợp gas chất tạo mùi bắp cải thối để dễ phát gas bị rò rỉ 1.2 Khảo sát phân tích tốn Đặt u cầu cần có thiết bi nhận biết nồng độ khí gas mơi trường xung quanh sau chuyển sang tín hiệu mà người cảm nhận tín hiệu điện hay tín hiệu âm 1.3 Giải pháp thiết kế Để phát rò rỉ khí gas ta dùng cảm biến khí gas MQ-2 đặt gần chỗ đặt bình ga khoảng 15cm Để báo động nhóm em dùng đèn Led mở rộng khối cảnh báo khác còi chíp quạt gió để giảm nồng độ khí gas… Đặc tính kỹ thuật  Hệ thống phát rị rỉ khí ga nồng độ vượt q 200ppm, phát rị rỉ khí ga báo động cho người dùng biết  Hệ thống có chế độ làm việc tự động  Nhỏ gọn, dễ sử dụng thân thiện với người dùng  Nhiệt độ môi trường -20 đến 50C Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự  Nguồn điện: 4,5-15V  Hoạt động tốt môi trường khô Thiết kế 3.1 Sơ đồ khối Hình Sơ đồ khối 3.2 Chi tiết khối lựa chọn phương án tối ưu 3.2.1 Khối nguồn Dùng nguồn điện áp 5V/1A qua jack cắm 3.2.2 Khối cảm biến Khối cảm biến khí ga có nhiệm vụ nhận biết xuất khí gas bị rị rỉ đưa tín hiệu thơng báo đến khối xử lý Khi xảy tượng rị rỉ khí ga khối nhận biết lượng khí ga rị rỉ đến mức cảnh báo hay chưa, phát tín tín hiệu báo khối xử lý MQ2 cảm biến khí, dùng để phát khí gây cháy Nó cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2 Chất có độ nhạy cảm thấp với khơng khí Nhưng mơi trường có chất ngây cháy, độ dẫn thay đổi Chính nhờ đặc điểm người ta thêm vào mạch đơn gian để biến đổi từ độ nhạy sang điện áp Khi môi trường điện áp đầu cảm biến thấp, giá trị điện áp đầu tăng nồng độ khí gây cháy xung quang MQ2 cao Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự MQ2 hoạt động tốt mơi trường khí hóa lỏng LPG, H2, chất khí gây cháy khác Nó sử dụng rộng rãi công nghiệp dân dụng mạch đơn giản chi phí thấp Hình Cảm biến MQ2 Cảm biến MQ2 có chân bao gồm:  chân H chịu trách nhiệm làm nóng cảm biến kết nối thông qua cuộn Niken-Crom, hợp kim dẫn điện tiếng  chân lại(A&B) chịu trách nhiệm tín hiệu đầu ra, kết nối cách sử dụng dây bạch kim Hình Các chân cảm biến MQ2 Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự Hình Cách đấu chân MQ2 Thông số kỹ thuật:  Điện áp hoạt động 5V  Đầu điện áp: 0.3 – 4.5V  Nồng độ khí ngưỡng nhận biết : 300-10000 ppm 3.2.3 Khối xử lý tín hiệu Dùng IC LM393 để so sánh điện áp cảm biến MQ2 với điện áp rơi biến trở Độ nhạy tín hiệu ta điều chỉnh qua điện áp biến trở cách thay đổi điện trở LM393 vi mạch gồm hai so sánh hoạt động độc lập với điện áp bù nhỏ cỡ 2.0mV, hoạt động với nguồn cấp đơn hai nguồn đối xứng Vi mạch LM393 tương thích với hai chuẩn TTL CMOS, sử dụng nhiều chuyển đổi tương tự – số đơn giản, khối VCO, mạch tạo trễ thời gian, sóng vuông, mạch dao động cổng logic số cao  Đặc điểm vi mạch LM393:  Dải nguồn nuôi rộng từ 2Vdc đến 36Vdc  Dải nguồn nuôi kép +/- 1Vdc đến +/- 18Vdc  Dòng cực máng thấp độc lập với điện áp nguồn nuôi: 0.4mA  Dòng lối vào thấp: 25nA Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự  Dòng offset lối vào thấp +/- 5nA điệp áp off set cực đại +/- 3mA  Dải điện áp lối vào chung thấp (bao gồm mức điện áp đất)  Dải điện áp lối vào vi sai với điện áp nguồn cung cấp  Điện áp offset lối vào thấp:– 2mA LM393A.– 5mA LM293/393  Điện áp lối tương thích với mức logic DTL, ECL, TTL, MOS CMOS  Điện áp bão hịa lối thấp: 250mV, 4mA Hình IC LM393 Hình Sơ đồ chân LM393 10 Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự Bảng 1: Các chân LM393 Số chân Chức Số chân Chức Đầu vào (A) Lối vào không đảo (B) Lối vào đảo (A) Lối vào đảo (B) Lối vào không đảo (A) Lối (B) Đất Nguồn 3.2.4 Khối cảnh báo Hình Đèn LED cảnh báo màu đỏ  Điện áp hoạt động: 3,3V  Dòng hoạt động: 20mA  Điện trở bảo vệ: 100 Ohm 11 Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự 3.3 Mạch nguyên lý Hình Mạch nguyên lý 3.4 Kết thu Hình Mạch PCB 12 Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự Hình 10 Mạch thực tế Hình 11 Sản phẩm hồn thiện 13 Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự C KẾT LUẬN Thông qua việc làm đề tài, chúng em tích lũy nhiều kiến thức thực tế môn học nhiều kỹ khác Sau xem qua báo cáo này, bạn đọc nghiên cứu sáng tạo, tự lập trình, thiết kế cho toán phức tạp để ứng dụng vào mục đích  Ưu điểm:  Sản phẩm có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt vận hành  Sản phẩm hoạt động theo nguyên lý thiết kế  Nhược điểm:  Chỉ có tín hiệu cảnh báo đèn led, người dùng khó nhận biết  Hướng phát triển  Thêm tín hiệu cảnh báo giúp người dùng dễ nhận biết còi chip, cảnh báo qua điên thoại…  Thêm quạt gió để giảm nồng độ khí gas khơng khí Do vốn kiến thức cịn hạn hẹp nên việc thực đề tài nhiều hạn chế Nếu có sai sót, chúng em mong thầy giúp đỡ vào tạo điều kiện hoàn thành tốt đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! 14 Báo cáo đồ án Điện Tử Tương Tự DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Trinh Đường (2008), Điện tử tương tự MQ2 Gas Sensor Datasheet https://lastminuteengineers.com/mq2-gas-senser-arduino-tutorial/ LM393 Datasheet 15 ... thể khí nên khó bảo quản Mặt khác, khơng có mùi, khơng có màu nên gas thiết bị chứa khó phát hiện, nhà sản xuất phải đưa thêm vào hỗn hợp gas chất tạo mùi bắp cải thối để dễ phát gas bị rò rỉ. .. xuất khí gas bị rị rỉ đưa tín hiệu thơng báo đến khối xử lý Khi xảy tượng rò rỉ khí ga khối nhận biết lượng khí ga rị rỉ đến mức cảnh báo hay chưa, phát tín tín hiệu báo khối xử lý MQ2 cảm biến khí, ... cầu cần có thiết bi nhận biết nồng độ khí gas mơi trường xung quanh sau chuyển sang tín hiệu mà người cảm nhận tín hiệu điện hay tín hiệu âm 1.3 Giải pháp thiết kế Để phát rò rỉ khí gas ta dùng