Báo cáo đồ án Kỹ thuật đo - Hệ thống báo động khí gas qua module SIM800L (full code)

Ứng dụng chung của cảm biến khí…...12 HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ BÁO ĐỘNG KHÍ GAS 1... Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của MQ-5 - Khả năng phát hiện khí của cảm biến Gas phụ thuộc vào chất bán

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT ĐO

Đề tài: Hệ thống giám sát và báo động khí gas.

GVHD: TS Lê Xuân Hồng Nhóm thực hiện: Nhóm 1 (TD19)

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 4, năm 2021

Trang 2

Sinh viên thực hiện

Ngô Quốc Trưởng

1951050038

1951050069 1951050077

1951050060

Trang 3

Mục lục

CẢM BIẾN KHÍ GAS

1 Khái quát về cảm biến khí gas.……… 5

2 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của cám biến khí gas MQ-5 …… 7

3 Ứng dụng chung của cảm biến khí… 12

HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ BÁO ĐỘNG KHÍ GAS 1 Ý tưởng, yêu cầu xây dựng sản phẩm………14

2 Khái quát chung về hệ thống……….17

3 Hệ thống giám sát và báo động khí gas……… 18

3.1 Giới thiệu một số linh kiện chính của sản phẩm……… 19

3.2 Nguyên lí hoạt động……… 33

3.3 Lưu đồ thuật toán……… 35

3.4 Code Aruduino………36

3.5 Mô phỏng sơ đồ nối dây………41

3.6 Điều kiện hoạt động ổn định……….42

3.7 Ưu điểm và hạn chế……… 43

3.8 Quá trình thi công……… 44

4 Kết luận và hướng phát triển……….45

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 46 2

Trang 5

• Cảm biến khí gas là một trong những cảm biến quan trọngđược sử dụng trong môi trường Gas Bình gas bị xì, van gas

bị hỏng, ống gas bị thủng do điều kiện tự nhiên hoặc do tácđộng của chuột cắn đứt … đều là những nguyên nhân gây racháy nổ Cảm biến khí gas không chỉ phát hiện sự rò rỉcủa gas mà còn đo được mật độ rò rỉ của khí gas nhiều hay

ít Thông qua đó chúng ta có các biện pháp cảnh báo và ngănchặn sự rò rỉ khí gas kịp thời

Một số loại linh kiện cảm biến khí gas họ MQ 5

1 Khái quát về cảm biến khí gas

Trang 6

Một số loại module cảm biến khí gas thông dụng

Trang 7

2 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của MQ-5

Cấu tạo của cảm biến khí MQ5 bao gồm các phần chính:

- Lớp cảm biến khí (Gas sensing layer)

- Cuộn dây làm nóng (Heater Coil)

- Dây điện cực (Electrode line)

- Ống gốm (Tubular ceramic)

- Điện cực (Electrode)

Cấu tạo

Trang 8

Nguyên lí hoạt động

- Khả năng phát hiện khí của

cảm biến Gas phụ thuộc

vào chất bán dẫn, mà người ta

sử dụng phổ biến nhất là Thiếc

Dioxit (SnO2), là chất bán dẫn

loại N có các e tự do Thông

thường không khí sẽ chứa nhiều

oxy hơn các khí dễ cháy Các

phần tử oxy thu hút các e tự do

có trong SnO2 và đẩy chúng lên

bề mặt của SnO2 Vì không có e

tự do nên dòng điện đầu ra sẽ

bằng không

Cảm biến đặt trong môi trường

bình thường

Trang 9

Nguyên lí hoạt động

- Khi đặt cảm biến trong môitrường khí độc hoặc dễ cháy, khíkhử này phản ứng với các phần

tử oxy bị hấp phụ và phá vỡ liênkết hóa học giữa oxy và các điện

tử tự do, do đó giải phóng các

e tự do Khi các e tự do quay trở

lại vị trí ban đầu, chúng có thểdẫn dòng điện, sự dẫn điện này

sẽ tỷ lệ thuận với số lượng điện

tử tự do có trong SnO2, nếu khí

Trang 10

Sơ đồ chân và sơ đồ mạch

Sơ đồ chân module cảm biến và sơ

đồ chân cảm biến khí gas MQ-5

Vcc - Nguồn (+)

GND - Nguồn (-)

D0 (Đầu ra kỹ thuật số)

-Chân này cung cấp đầu ra

ở mức logic cao hoặc logic

thấp (0 hoặc 1)

A0 (Đầu ra tương tự)

-Chân này cung cấp điện

áp đầu ra liên tục thay đổi

dựa trên nồng độ khí được

đưa vào cảm biến khí.

Trang 11

Sơ đồ chân và mạch nguyên lí

Mạch nguyên lí của cảm biến khí Gas MQ-5

11

Trang 12

Ứng dụng

3 Ứng dụng chung của cảm biến khí

• Được sử dụng trong các ngành công nghiệp để theo dõi nồng độ của các khí độc hại

• Được sử dụng trong các hộ gia đình để phát hiện một sự cố

khẩn cấp

• Được sử dụng tại các vị trí giàn khoan dầu để theo dõi nồng độ

của các khí thải ra

• Được sử dụng tại các khách sạn để tránh khách hàng hút thuốc

• Được sử dụng trong kiểm tra chất lượng không khí tại các văn

phòng

• Được sử dụng trong máy điều hòa không khí để theo dõi mức

CO2

• Được sử dụng trong việc phát hiện đám cháy

• Dùng để kiểm tra nồng độ các chất khí trong mỏ

• Máy phân tích hơi thở

Trang 14

1 Ý tưởng, yêu cầu khi xây dựng sản phẩm

Ngày nay việc xử dụng khí gas cho các hoạt động sản xuất và sinh hoạt đã trở nên phổ biến nhưng bên cạnh

đó cũng không thể tránh khỏi những rủi ro không mong muốn đặc biệt là rò rỉ khí gas

Sử dụng gas để nấu ăn

Sử dụng khí gas trong công nghiệp

Trang 15

Rò rỉ khí gas có thể gây nhiều hậu quả nghiêm trọng

về cả con người lẫn tài sản Vì đặc tính dễ cháy khi gặp oxy nên khí gas sẽ cháy khi gặp nhiệt độ cao thích hợp

Khí gas bị rò rỉ, khi gặp nhiệt độ cao dẫn đến cháy khi nấu ăn

15

Trang 16

Chính vì tồn tại những rủi ro hết sức nguy hiểm đó

nên nhóm chúng em đã chọn và nghiên cứu một

giải pháp để phòng tránh đó là “Hệ thống giám sát

và báo động khí gas”

Hệ thống giám sát và báo động khí gas

Trang 17

2 Khái quát chung về hệ thống

Hệ thống thu thập dữ liệu về nồng độ khí gas theo giá trị phần trăm để giám sát nồng độ khí gas có ở trong không khí.

Hiển thị giá trị thu thập được trên LCD

Nếu phát hiện nồng độ khí gas trong không khí tăng lên, có rò rỉ khí gas nguy hiểm sẽ báo động thông qua còi báo động và gọi về điện thoại.

17

Trang 18

3.1 Giới thiệu một số linh kiện chính của sản phẩm

• Thiết bị đầu vào: Module cảm biến khí MQ-5

• Thiết bị đầu ra: LCD 16x2, module I2C, Còi báo động 12V

• Thiết bị vừa là thiết bị đầu vào vừa là thiết bị đầu ra: Module

Sim800L

• Thiết bị điều khiển trung tâm: Arduino Uno R3

• Thiết bị giám sát: Điện thoại (có khả năng nghe gọi được)

Trang 19

3.1.1 Bộ điều khiển trung tâm (Arduino Uno R3)

• Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 30mA.

• Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V.

14 chân Digital

6 chân Anolog

3 Hệ thống giám sát và báo động khí gas

Trang 20

Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3

USB)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Trang 22

Thông số kỹ thuật LCD 16×2

• LCD 16×2 có 16 chân trong đó 8 chân dữ liệu (D0 –

D7) và 3 chân điều khiển (RS, RW, EN).

• 5 chân còn lại dùng để cấp nguồn và đèn nền cho

LCD 16×2.

Màn hình LCD 16×2

Trang 24

• Giao tiếp: I2C.

• Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch

Trang 25

• Nguồn cấp: 5V

• Tín hiệu ra: Analog, Digital

• Độ nhạy cao với LPG, khí thiên nhiên,

Trang 26

3.1.5 Module Sim800L

Tính năng

Module GSM sim 800L có khả năng nhắn tin SMS, nghe, gọi,GPRS, … như một điện thoại Ta sử dụng module Sim 800L đểcảnh báo bằng cách gọi điện đến số điện thoại đã cài đặt trướcbáo động khi có phát hiện rò rỉ khí gas

Module Sim 800L

Trang 27

Các chân của module Sim 800L

27

Trang 28

3.1.6 Module hạ áp LM2596

• Do module SIM800L không đi kèm với bộ điều chỉnh điện áp trênboard mạch, nên cần có nguồn điện bên ngoài được điều chỉnhtheo điện áp trong khoảng từ 3,4V đến 4,4V (lý tưởng là 4.2V).Nguồn cung cấp có dòng MAX là 2A, nếu không module sẽ liêntục bị reset

• Giải pháp ở đây nhóm chúng em sẽ lựa chọn module LM2596

Module LM2596

Trang 29

• Điện áp đầu vào: Từ 3V đến

30V.

• Điện áp đầu ra: Điều chỉnh

được trong khoảng 1.5V đến

Trang 30

3.1.7 Module Relay 5V

Điện áp tải tối đa AC 250V-10A / DC

30V-10A Điện áp điều khiển 5 VDC

Trang 31

3.1.8 Còi báo 12V

• Điện áp hoạt động: 5 - 12VDC

• Dòng điện tiêu thụ: 100 - 200mA.

• Cường độ âm thanh: ~120db

Trang 32

Thông số kỹ thuật của hệ thống

Nhiệt độ hoạt động -10°C đến +40°C

Cường độ âm thanh ~120db

Hệ thống giám sát và báo động khí gas

Trang 33

3.2 Nguyên lý hoạt động

• Cảm biến sẽ nhận tín hiệu từ không khí, sau đó gửi về

Arduino Uno R3 để xử lí và hiển thị lên LCD

• Nếu nồng độ vượt qua các mức cảnh báo thì sẽ có tín hiệu

kích relay để còi báo động hoạt động, đồng thời sẽ thực

hiện cuộc gọi báo động qua module SIM 800L

33

Trang 35

3.3 Lưu đồ thuật toán Begin

35

Trang 36

3.4 Code arduino

//Khai báo các thư viện cần dùng

Trang 37

//Thiết lập LCD và khởi tạo SIM

Trang 38

void loop() {

//Đo nồng độ và chuyển về phân trăm

float nongdo = analogRead (A0);

Serial.println (nongdo);

phantram = map (nongdo,0,1023,0,100);

Serial.print (" phan tram :");

Trang 39

//So sánh giá giá trị là báo về LCD và SIM

lcd print ("! NGUY HIEM !");

digitalWrite (coi, LOW );

lcd print ( " CANH BAO 1!" );

digitalWrite (coi, LOW );

t=0;

}

else if ((phantram <15)&&(phantram>10)){ lcd setCursor (1,1);

lcd print (" CAN KIEM TRA ");

digitalWrite (coi, HIGH );

} }

39

Trang 40

//Hàm kích hoạt thực hiện cuộc gọi

void callNumber1(){

sim print (F( "ATD" ));

sim print (number1);

Trang 41

3.5 Mô phỏng sơ đồ nối dây

Trang 42

3.6 Điều kiện hoạt động ổn định

• Không để cảm biến hướng trực tiếp vào

các nguồn lửa, nguồn nước, nơi có nhiệt

• Vệ sinh định kì thiết bị, đảm bảo đầu cảm

biến luôn ở trạng thái sạch để phát hiện rò

rỉ tốt nhất

• Đảm bảo sử dụng ở nơi có sóng SIM tốt

Trang 43

3.7 Ưu điểm và hạn chế

Dễ dàng sử dụng Không hoạt động khi mất điện

Độ thẩm mỹ cao Cảnh báo từ xa

43

Trang 44

3.8 Quá trình thực hiện

Trang 45

Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện thì nhóm chúng

em đã hoàn thành đồ án và đạt được các yêu cầu đề

ra ban đầu:

• Sản phẩm thu được khí gas môi trường.

• So sánh với ngưỡng đặt ra để cảnh báo.

• Cảnh báo bằng còi và qua điện thoại.

• Mô hình thi công có tính thẩm mỹ, an toàn

4 Kết luận và hướng phát triển

KẾT LUẬN

• Thêm cảm biến để phát hiện lửa.

• Kết nối van điện từ để đóng nguồn khí gas khi có rò rỉ

HƯỚNG PHÁT TRIỂN

45

Trang 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]

https://components101.com/articles/introduction-to-gas-sensors-types- working-and-applications

[2] 845.html

Tiêu đề	Hệ Thống Giám Sát Và Báo Động Khí Gas
Tác giả	Ngô Quốc Trưởng, Nguyễn Đăng Khoa, Lê Đình Trọng, Đặng Minh Nhân, Hồ Nhật Khang, Nguyễn Đăng Khôi, Phan Đình Hoài
Người hướng dẫn	TS. Lê Xuân Hồng
Trường học	Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Đo
Thể loại	báo cáo đồ án
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	46
Dung lượng	2,8 MB