b) Nội dung dự kiến
3.2.3. Thiết kế của bộ cảm biến
3.2.3.1. Bộ cảm biến nhiệt
Khi một vụ cháy xảy ra thì ở vùng cháy nhiệt độ tăng lên rất cao. Lợi dụng đặc tính này ta dùng bộ cảm biến nhiệt để nhận biết và báo cháy, ở đây dùng vi mạch LM 335.
LM 335 là bộ sensor thích hợp để cảm nhận sự thay đổi của nhiệt độ, LM335 hoạt động như một zener có điện áp đánh thủng tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối với độ gia tăng 10mV/°K, LM335 hoạt động trong phạm vi dòng từ 400µA cho tới 5mA mà không thay đổi đặc tính. LM335 có sai số 1°C trên tầm 100°C, đặc biệt có điện áp ngõ ra biến thiên tuyến tính theo nhiệt độ.
Hình 3.5 Sơ đồ khối mạch điều khiển báo cháy tự động
- Cảm biến LM 335
Hình 3.6 Sơ đồ mạch cảm biến LM 335
Điện áp ra LM335 là: V1 = 0,01×T (°k) (1)
Suy ra: V1 = 0,01×(273+T (°C) = 2,73 + 0,01T (°C) Chọn dòng làm việc cho LM335 là 1mA.
Vậy R1 = (5 – 2,73)/0,001 = 2,27kΩ → R1 = 2,2kΩ
Biến trở VR1 dùng để chỉnh lọc giá trị offset cho LM335 và VR2 dùng để điều chỉnh điện áp ra sao cho thoả mãn công thức (1):
Chọn VR1 = VR2 = 20kΩ
Tụ C1 dùng để lọc gai xung nhiễu, chọn C1 = 100µF
- Mạch tạo áp chuẩn Cảm biến Bộ khuếch đại vi sai So sánh Cơ cấu chấp hành
Hình 3.7 Mạch tạo áp chuẩn
Vì điện áp của mạch cảm biến tỷ lệ với nhiệt độ k do đó để tính theo 0C ta phải trừ đi một lượng là 2,73V, việc này nhờ vào mạch tạo áp chuẩn.
Chọn DZ1 là Zener ổn áp 3V và I = 25mA Suy ra R1: (5 – 3)/0,01 = 200Ω
Chọn R1 = 220Ω
DZ1 ổn áp ở giá trị 3V, để tạo điện áp 2,73V ta chỉnh biến trở VR3: Chọn VR3 = 20KΩ
Tụ C2 dung để lọc xung chỉnh nhiễu, chọn C2 = 10µF. Ta dùng mạch đệm không đảo để ngăn ảnh hưởng của tải
- Mạch khuếch đại vi sai
Hình 3.8 Mạch khuếch đại vi sai
2
2 1, 6752 3,1 2
L= a +b = + s
V01 = (R4 + VR3) × V1/R2 (khi V2 = 0)
V01 = (R5 + VR4)/(R3 + R5 + VR4) × (R2 + R4 +VR3)/R2 × V2 (khi V1 = 0) Chọn hệ số khuếch đại của AV = 5
Chọn R2 = R3 = R4 = R5 = 2,2kΩ Nếu ta chỉnh VR3 = VR4 thì:
V01 = (R4 + VR3)/R2×(V2 – V1) = 5( V2 –V1) Vậy để hệ số khuếch đại AV = 5 thì:
(R4 + VR3)/R2 = 5
Lúc đó: V01 = 5(2,73 + 0,01T – 2,73) Vậy V01 = 0,05T; với T là nhiệt độ môi trường.
- Mạch so sánh
Hình 3.9 Mạch so sánh
Ở nhiệt độ thường khoảng 250C thì điện áp ra V0 là: V01 = 0,05 x 25 = 1,25V
Lúc có cháy nhiệt độ tăng lên khoảng 500C thì: V01 = 0,05 x 50 = 2,5V
Để tạo tín hiệu báo cháy ta cho qua bộ so sánh với mức ngưỡng điện áp so sánh là 2,5V nối vào ngõ trừ của Opamp.
Zenner DZ2 dùng để tạo mức ngưỡng 2,5V Chọn DZ2 ổn áp ở 3V, có dòng Imax= 10mA
R9 = 200Ω Chọn R9 = 220Ω
Biến trở RV5 để chỉnh mức điện áp so sánh, chọn RV5 = 10Ω Điện trở R6 và R7 để hạn dòng cho transistor Q1 dẫn, lúc đó:
Vbđ= 0
3.2.3.2. Bộ cảm biến khói
Hình 3.10 Sơ đồ khối mạch cảm biến khói
Bộ cảm biến khói có nhiệm vụ biến tín hiệu khói thành tín hiệu điện, trong phần thiết kế này ta dùng quang trở, như ta đã biết hoạt động của quang trở là : khi có ánh sáng chiếu vào điện trở của nó giảm đi đáng kể so với khi không được chiếu sáng.
Ý tưởng dùng quang trở để lấy tín hiệu khói này là bình thường quang trở được chiếu sáng bởi ánh sáng phát ra từ đèn Led. Khi có cháy nồng độ khói tăng lên làm cường độ ánh sáng giảm đi làm cho điện trở của quang trở tăng lên.