Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo cháy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG 621 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY GV hướng dẫn : ThS Lê Văn Chương SV thực : Nguyễn Thái Bảo Lớp : 51K2 - ĐTVT Khóa học : 2010 - 2015 NGHỆ AN - 05/2015 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn ThS Lê Văn Chương trực tiếp hướng dẫn tận tình, giúp em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử Viễn thông trường Đại học Vinh giảng dạy em suốt năm học qua Do nhiều hạn chế kiến thức thời gian nên cịn nhiều thiếu sót Em mong nhận góp ý từ q thầy bạn bè để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án nghiên cứu yêu cầu cần thiết hệ thống báo cháy tự động PIC 16F877A sử dụng để điều khiển hệ thống báo cháy tự động Hoạt động ổn định, đảm bảo độ xác có nhiều ứng dụng thực tế ABSTRACT The thesis research essential requirements of a fire alarm system and PIC 16F877A were we using to control the fire alarm system Stable performance, ensuring accuracy and has many applications in practice MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT ĐỒ ÁN MỤC LỤC .4 DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU .7 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT .8 LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG 11 1.1 Giới thiệu hệ thống báo cháy tự động 11 1.2 Khái quát nhiệm vụ hệ thống báo cháy tự động .12 1.3 Phân loại hệ thống báo cháy tự động .12 1.4 Nguyên lý làm việc hệ thống báo cháy tự động 15 1.4.1 Nguyên lý làm việc .15 1.4.2 Yêu cầu kỹ thuật hệ thống báo cháy tự động .16 1.5 Cảm biến báo cháy 17 1.5.1 Nhiệm vụ cảm biến báo cháy 17 1.5.2 Phân loại cảm biến báo cháy 17 1.5.3 Cấu tạo nguyên lý làm việc cảm biến báo cháy .18 CHƯƠNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC VÀ CÁC LOẠI CẢM BIẾN TRONG HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG 19 2.1 Tổng quan vi điều khiển PIC .19 2.1.1 Kiến trúc PIC 20 2.1.2 Các dòng PIC cách lựa chọn vi điều khiển PIC .21 2.1.3 Ngơn ngữ lập trình cho PIC 21 2.2 Vi điều khiển PIC 16F877A 21 2.2.1 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A 24 2.2.2 Tổ chức nhớ .25 2.2.3 Các cổng xuất nhập PIC16F877A 28 2.2.4 TIMER .29 2.2.5 TIMER1 31 2.2.6 TIMER .32 2.2.7 ADC 34 2.2.8 COMPARATOR 36 2.2.9 Bộ tạo điện áp so sánh 38 2.2.10 CCP .39 2.2.11 Ngắt (interrupt) 43 2.3 Cảm biến khí MQ2 44 2.4 Cảm biến nhiệt LM 35 .46 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG 48 3.1 Yêu cầu thiết kê hệ thống 48 3.2 Sơ đồ khối hệ thống báo cháy tự động .49 3.3 Phân tích thiết kế phần cứng 49 3.3.1 Khối nguồn 5V .49 3.3.2 Khối xử lý trung tâm .50 3.3.3 Mạch cảm biến .51 3.3.4 Khối báo hiệu .53 3.3.5 Khối hiển thị 53 3.3.6 Khối giảm thiểu nguy cháy nổ 54 3.4 Thiết kế phần mềm điều khiển 55 3.5 Sản phẩm 56 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO .58 PHỤ LỤC 59 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Kiến trúc Havard kiến trúc Von-Neuman 20 Hình 2.2: Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A dạng sơ đồ chân 22 Hình 2.3: Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A .24 Hình 2.4: Bộ nhớ chương trình 25 Hình 2.5 : Sơ đồ nhớ liệu PIC16F877A 27 Hình 2.6 : Sơ đồ khối Timer0 .30 Hình 2.7 : Sơ đồ khối Timer1 .32 Hình 2.8 : Sơ đồ khối Timer2 33 Hình 2.9: Sơ đồ khối chuyển đổi ADC 35 Hình 2.10: Các cách lưu kết chuyển đổi AD 35 Hình 2.11: Ngun lí hoạt động so sánh đơn giản 36 Hình 2.12: Sơ đồ khối tạo điện áp so sánh 38 Hình 2.13: Sơ đồ khối ccp 40 Hình 2.14 : Sơ đồ khối ccp ( compare mode) 41 Hình 2.15 : Sơ đồ khối ccp ( PWM mode) .42 Hình 2.16 MQ2 44 Hình 2.17 Sơ đị ngun lý 46 Hình 2.18 LM 35 .46 Hình 3.1 Sơ đồ khối 49 Hình 3.1 Sơ đồ mạch ổn áp 5V 50 Hình 3.2 Khối xử lý trung tâm 51 Hình 3.3 Khối mạch cảm biến 52 Hình 3.4 Thiết bị báo động .53 Hình 3.5 Mạch hiển thị LCD 53 Hình 3.5 Quạt thơng gió 54 Hình 3.7 Mạch thật 56 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật lắp cảm biến nhiệt 52 Bảng 3.2 Thơng số lắp cảm biến khói 53 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt V Volt Điện áp PIC Programable Intelligent Computer RAM Random Access Memory ROM Read-only memory Bộ nhớ đọc Electrically Erasable Programmable Bộ nhớ không Read-Only Memory liệu PWM Pulse-width modulation Điều biến xung ADC Analog-to-digital converter Biến đổi tương - tự số CCP Capture/Compare/PWM WDT Watch Dog Timer Dòng hẹn I/O Input/output Xuất/nhập ALU Arithmetic and logic unit MUX Multiplexer GPR GeneralPurpose RAM MCU Multipoint control unit Bộ vi điều khiển CLK Clock Bộ tạo xung I2C Inter-Intergrated Circuit Mạch tích hợp LCD Liquid Crystal Display MSSP Master Synchronous Serial Port OSC Oscillator EEPROM Máy tính khả trình thơng minh Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên Bắtgiữ/Sosánh/ Điều Biếnxung Số học đơn vị logic Bộ ghép nối Vùng RAM đa mục đích Màn hình tinh thể lỏng Cổng nối tiếp đồng chủ Bộ giao động SCL Serial Clock Xung nhịp nối tiếp SDA Serial Data Dữ liệu nối tiếp SDI Serial Data In Dữ liệu vào nối tiếp SDO Serial Data Out Dữ liệu nối tiếp SPI Serial Peripheral Interface SPP Streaming Parallel Port R/W Read/Write CMOS Complementary Metal-OxideSemiconductor RTC Real-time clock BCD Binary-Coded Decimal Giao diện ngoại vi nối tiếp Luồng cổng song song Đọc/Ghi Công nghệ chế tạo vi mạch tích hợp Đồng hồ thời gian thực Số thập phân theo mã nhị phân LỜI NÓI ĐẦU Có thể nói, bối cảnh đất nước khơng ngừng xây dụng phát triển hơm cơng tác phịng cháy chữa cháy chiếm giữu vai trị quan trọng Ít có tai nạn mà lúc gây thiệt hại lớn tính mạng tài sản người vụ hỏa hoạn Hậu chảy nổ khôn lường, nguyên nhân gây cháy bắt nguồn từ đốm lửa nhỏ, cố chập điện bất cần từ người…nhưng bùng phát thành đám cháy lại dội Việc phịng cháy chữa cháy ln trở thành mối quan tâm hàng đầu nước ta nhiều nước giới Nó trở thành nghĩa vụ trách nhiệm người dân Trong sống tồn khu vực dễ cháy, nên việc lắp đặt hệ thống báo cháy có tầm quan trọng lớn lao Nó giúp phát nhanh chóng, chữa cháy kịp thời, đem lại bình n cho người, bảo vệ tính mạng, tài sản cho nhân dân, nhà máy, xưởng sản xuất Vì việc cảnh báo cháy sớm điều qua trọng giảm thiểu thiệt hai vật chất người đến mức thấp Việc cảnh báo sớm giúp cho có kịp thời gian xử lý tình sớm trước đám cháy bùng phát lớn Xuất phát từ tầm quan trọng việc báo cháy nên em chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo cháy” Đây đề tài có tính ứng dụng cao trog sống Với trình độ cịn hạn chế nên cịn có nhiều thiếu sót Em mong thơng cảm góp ý để hoàn thiện Nghệ An, ngày tháng năm 2015 Nguyễn Thái Bảo 10 Cảm biến nhiệt tích hợp IC, tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện dạng dịng điện hay điện áp Dựa vào đặc tính nhạy cảm bán dẫn với nhiệt độ, tạo điện áp dòng điện tỉ lệ thuận với nhiệt độ Đo tín hiệu điện ta biết giá trị nhiệt độ cần đo Sự tác động nhiệt độ tạo điện tích tự lỗ trống bán dẫn Bằng phá vỡ phân tử, electron thành dạng tự di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo suất lỗ trống Làm cho tỷ lệ điện tử tự lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệt độ LM35 cảm biến nhiệt độ hoạt động đến 1500C Cứ tăng 10C, điện áp tăng 10mV Các tính chất LM35: - Chia độ trực 0C - Độ xác ban đầu 10C - Trở kháng động 0;i ) { lcd_putcmd(i+0x80); printf(lcd_putchar,"AN TOAN!!!"); delay_ms(200); lcd_putcmd(0x01); } } /////////// BAO DONG BANG TAY phong /////////// void bangtay1() { dencoi(); lcd_putcmd(0x80); 59 printf(lcd_putchar,"NGUY HIEM !!!"); } ////////////HIEN THI BAO DONG CHAY//////////// void hienthichay() { lcd_putcmd(0x80); printf(lcd_putchar,"NGUY HIEM !!!"); lcd_putcmd(0xc0); printf(lcd_putchar,"CO CHAY!!!"); } void hienthiga() { lcd_putcmd(0x80); printf(lcd_putchar,"NGUY HIEM!!! !"); lcd_putcmd(0xc0); printf(lcd_putchar,"NGUY CO CHAY NO!"); } ///////////CHUONG TRINH CHINH///////////// void main() { lcd_init(); lcd_putcmd(0x80); while(1) { if((input(pin_b7)==1)&&(input(pin_b6)==1)&&(input(pin_e0)==1)) lcd_antoan(); if(input(pin_b7)==0) { dencoi(); hienthichay(); quatgio(); 60 } if(input(pin_b6)==0) { dencoi(); hienthiga(); quatgio(); lcd_putcmd(0xc9); printf(lcd_putchar,""); } delay_ms(500); lcd_putcmd(0x01); if(input(pin_e0)==0) { bangtay1(); quatgio(); dencoi(); delay_ms(500); lcd_putcmd(0x01); } } } 61 ... bảo vệ Phân loại hệ thống báo cháy tự động theo đặc điểm kỹ thuật hệ thống báo cháy - Hệ thống báo cháy theo vùng (hệ thống báo cháy tự động thường): (hệ thống báo cháy tự động thông thường –... hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy khói cịn có nhiệm vụ quan cảnh báo, tức phát thơng báo cháy, âm ỉ chưa có lửa 1.3 Phân loại hệ thống báo cháy tự động a Phân loại hệ thống báo cháy. .. động Hệ thống báo cháy tự động hệ thống thiết bị tự động phát thông báo địa điểm cháy Hệ thống báo cháy tự động bao gồm: trung tâm báo cháy, cảm biến báo cháy, (tổ hợp chuông đèn nút ấn) thiết bị