.9 Cảm biến khí gas MQ-2

Một phần của tài liệu Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo cháy qua điện thoại di động (Trang 65)

Cảm biến khí gas MQ-2 sử dụng phần tử SnO2 có độ dẫn điện thấp hơn trong khơng khí sạch, khi khí dễ cháy tồn tại, cảm biến có độ dẫn điện cao hơn, nồng độ chất dễ cháy càng cao thì độ dẫn điện của SnO2 sẽ càng cao và được tương ứng chuyển đổi thành mức tín hiệu điện.

Cảm biến khí gas MQ-2 là cảm biến khí có độ nhạy cao với LPG, Propane

và Hydrogen, mê-tan (CH4) và hơi dễ bắt lửa khác, với chi phí thấp và phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.

Cảm biến xuất ra cả hai dạng tín hiệu là Analog và Digital, tín hiệu Digital có thể điều chỉnh mức báo bằng biến trở.

Cảm biến nhiệt độ LM35 có điện áp Analog đầu ra tuyến tính theo nhiệt độ

thường được sử dụng để đo nhiệt độ của môi trường hoặc theo dõi nhiệt độ của thiết bị,..., cảm biến có kiểu chân TO-92 với chỉ 3 chân rất dễ giao tiếp và sử dụng.

Hình 5.11 Arduino Mega 2560 R3

Arduino Mega 2560 R3 là phiên bản nâng cấp của Arduino Uno R3 với số

chân giao tiếp, ngoại vi và bộ nhớ nhiều hơn, tại Hshop.vn phiên bản Mega 2560 là Revision 3 (R3) như hình mơ tả dưới đây, các bạn nên lưu ý điểm này rất quan trọng vì ở một số nơi bán loại khơng phải R3 mà là các phiên bản cũ hoặc sử dụng IC nạp CH340 giá rẻ với cấu trúc phần cứng dễ lỗi, dễ cháy hơn so với phiên bản R3.

Thơng số kỹ thuật:

 Vi điều khiển chính: ATmega2560

 IC nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2.

 Nguồn ni mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngồi cắm từ giắc tròn DC (nếu sử dụng nguồn ngồi từ giắc trịn DC Hshop.vn khun bạn nên cấp nguồn từ 6~9VDC để đảm bảo mạch hoạt động tốt, nếu bạn cắm 12VDC thì IC ổn áp rất nóng, dễ cháy và gây hư hỏng mạch).

 Số chân Digital I/O: 54 (trong đó 15 chân có khả năng xuất xung PWM)  Số chân Analog Input: 16

 Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O: 20mA  Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50mA

 Flash Memory: 256 KB trong đó 8 KB sử dụng cho bootloader.  SRAM: 8 KB

 EEPROM: 4 KB  Clock Speed: 16 MHz  LED_BUILTIN: 13

 Kích thước: 101.52 x 53.3 mm

 Module NRF24L01 là một module truyền nhận dữ liệu nâng cao với khả năng kết nối point-to-point (2 node mạng), hoặc network (mạng lưới nhiều node mạng), sử dụng sóng radio 2.4GHz.

 Vùng hoạt động: Khoảng cách đạt được của module không khuếch đại công suất trong không gian khơng vật cản là 100m và của module có khuếch đại công suất lên tới 1km.

Ứng dụng:

 Bàn phím, chuột khơng dây  Game controller

 Điều khiển từ xa

 Hệ thống giám sát không dây  Hệ thống cảm biến tiết kiệm điện  Internet of Things

 V.v

Thông số kỹ thuật:

 Giao tiếp: SPI

 Băng tần hoạt động: 2.4GHz, 126 kênh RF  Tốc độ truyền: 250kbps, 1Mbs, 2Mbs

 Điện áp hoạt động: 1.9 - 3.3V ( khuyến nghị nên dùng 3.3V)  Dịng điện tiêu thụ: 26uA (Standby) , 50mA (Cơng suất tối đa)

Hình 5.13 ạch giảm áp DC L 2596 3A

Mạch giảm áp DC LM2596 3A nhỏ gọn có khả năng giảm áp từ 30V xuống

1.5V mà vẫn đạt hiệu suất cao (92%) . Thích hợp cho các ứng dụng chia nguồn, hạ áp, cấp cho các thiết bị như camera, motor, robot,…

Thông số kỹ thuật

 Điện áp đầu vào: Từ 3V đến 30V.

 Dòng đáp ứng tối đa là 3A.  Hiệu suất: 92%

 Cơng suất: 15W

 Kích thước: 45 (dài) * 20 (rộng) * 14 (cao) mm

Hình 5.14 ạch Opto cách ly 2 kênh PC817

Mạch Opto cách ly 2 kênh PC817 được sử dụng để chuyển mức tín hiệu

Digital hoặc cách ly tín hiệu với các nguồn nhiễu qua Opto, mạch opto cách ly 2 kênh PC817 có thiết kế nhỏ gọn, chất lượng gia công tốt, dễ sử dụng.

Thông số kỹ thuật:

 Port điều khiển tín hiệu điện áp: 3.6-24V  Điện áp đầu ra: 3.6-30V

 Đầu jumper đầu ra có thể được kéo lên hoặc kéo xuống

 Onboard 2-Channel 817 hoạt động độc lập: có thể điều khiển điện áp khác nhau tại thời điểm đó

 Sử dụng 2 opto 817, để đạt được tín hiệu điều khiển và tín hiệu điều khiển cách ly, bạn có thể sử dụng trực tiếp vi điều khiển hoặc cổng IO thiết bị khác để đạt được điều khiển cách ly điện áp, bạn có thể điều khiển điện áp nhỏ.  Kích thước: 38x29mm

Hình 5.15 Module GSM GPRS sim800L

Module GSM GPRS sim800L có khả năng nhắn tin SMS, nghe, gọi, GPRS,

… như một điện thoại nhưng có kích thước nhỏ nhất trong các loại module SIM (25mm x 22mm). Điều khiển module sử dụng bộ tập lệnh AT dễ dàng, chân kết nối dùng rào đực thông dụng (male header) chuẩn 100mil.

Thông số kỹ thuật

 Nguồn cấp: 3.7 – 4.2VDC, có thể sử dụng với nguồn dòng thấp từ 500mAh trở lên (như cổng USB, nguồn từ Board Arduino). Nhưng khuyên các bạn nên dùng nguồn có dịng đủ 1A để đảm bảo mạch hoạt động ổn định.

 Khe cắm SIM: MICROSIM  Dòng khi ở chế độ chờ: 10mA

 Dòng khi hoạt động: 100mA đến 1A.  Hỗ trợ 4 băng tần phổ biến.

 Kích thước: 25mm x 22mm

Hình 5.16 ạch i n Arduino Nano V3.0 ATmega328P

 Mạch điện Arduino Nano V3.0 ATmega328P là bản thu nhỏ của các dịng như Arduino Uno, nhưng nó có thiết kế nhỏ gọn, linh hoạt, tiện sử dụng cho các Breadboard nhỏ, cũng như cho các Project địi hỏi tính nhỏ gọn.

 Board mạch Arduino Nano V3 sử dụng chip Atmega328-AU nên có thêm 2 chân Analog A6, A7. Bên cạnh đó trên Board có sử dụng Opamp tự động chuyển nguồn khi có điện áp cao hơn vào board. Một tính năng đáng chú ý nữa trên Arduino Nano là sử dụng chip CH340 để giao tiếp, việc này giúp tiết kiệm và hạ giá thành sản phẩm.

Vi điều khiển ATmega328

Điện áp hoạt động 5V

Điện áp đầu vào (khuyên dùng) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V

Chân Digital I/O 14 (Với 6 chân PWM output)

Chân PWM Digital I/O 6

Chân đầu vào Analog 8 (thêm A6, A7) so với UNO Dòng sử dụng I/O Pin 20 mA (tối đa 40mA)

Bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328) SRAM 2 KB (ATmega328) EEPROM 1 KB (ATmega328) Clock Speed 16 MHz Chiều dài 43.2 mm Chiều rộng 18.5 mm Trọng lượng 5g Hình 5.17 Đế ra chân NRF24L01

Đế ra chân NRF24L01 có ic ổn áp hay cịn gọi là Module hỗ trợ NRF24L01

8 chân, có hỗ trợ module giảm áp AMS1117 – 3V3, ra sẵn các chân điều giao tiếp, người dùng khơng cần phải nhìn sơ đồ chân của module NRF24L01 nữa.

Thông số kỹ thuật Đế ra chân NRF24L01 có ic ổn áp

 Điện áp: Áp ngõ vào: 4.8VDC – 8.7VDC  Module giảm áp: AMS1117 – 3V3

 Kích thước: 16mm * 19mm * 11.3mm  Trọng lượng: 2g

Hình 5.18 LCD1602

Màn hình text LCD1602 xanh lá sử dụng driver HD44780, có khả năng

hiển thị 2 dịng với mỗi dịng 16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu và dễ sử dụng thích hợp cho những người mới học và làm dự án.

Thông số kỹ thuật:

 Điện áp hoạt động là 5 V  Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm  Chữ đen, nền xanh lá

 Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard

 Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện

 Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn

 Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu

 Có bộ ký tự được xây dựng hổ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật, xem thêm HD44780 datasheet để biết thêm chi tiết

Chân hiệu Ký Mô tả Giá trị

1 VSS GND 0V

2 VCC 5V

3 V0 Độ tương phản 4 RS Lựa chọn thanh ghi

RS=0 (mức thấp) chọn thanh ghi lệnh

RS=1 (mức cao) chọn thanh ghi dữ liệu

5 R/W Chọn thanh ghi đọc/viết

dữ liệu R/W=0 thanh ghi viết R/W=1 thanh ghi đọc

6 E Enable

7 DB0

Chân truyền dữ liệu 8 bit: DB0DB7 8 DB1 9 DB2 10 DB3 11 DB4 12 DB5 13 DB6 14 DB7 15 A Cực dương led nền 0V đến 5V 16 K Cực âm led nền 0V Hình 5.19 Đi n trở 220 ohm

Thông số kỹ thuật:

 Model: 220R 1/4W  Nhiệt độ hoạt động: -55o

C – 155oC  Linh kiện xuyên lỗ: 0.5mm

 Loại: Điện trở cố định

Điện trở cắm 220R 1/4W có giá trị trở kháng cố định được sản xuất theo chuẩn E24 có sai số rất nhỏ chỉ 5%, hiệu suất làm việc ổn định, nhiễu nhiệt nhỏ, đặc tính tần cao. Là loại điện trở được sản xuất theo công nghệ Carbon film. Điện trở cắm 1/4W có kích thước nhỏ, nhiệt độ hoạt động từ -55oC đến 155o

C và dải điện áp rộng thích hợp với nhiều mạch điện tử. Bạn có thể ghép các điện trở nối tiếp, song song hoặc kết hợp để có được giá trị điện trở phù hợp với yêu cầu.

Hình 5.20 odule Chuyển Đổi I2C Cho LCD1602 và LCD2004

 Điện áp hoạt động : 2.5 - 6V

 Kích thước : 41.5mm x19mmx15.3mm  Trọng lượng : 5g

 Thông thường để sử dụng màn hình LCD bạn cần rất nhiều chân trên Arduino để điều khiển. Do vậy để đơn giản hóa cơng việc, người ta tạo ra một loại mạch điều khiển màn hình LCD sử dụng giao tiếp I2C.

 Nói một cách đơn giản, bạn chỉ cần 2 dây để có thể điều khiển màn hình thay vì 8 dây thông thường.

 Để sử dụng các loại LCD có driver là HD44780 (LCD 1602, LCD 2004, …) cần có ít nhất 6 chân của MCU kết nối với các chân RS, EN, D7, D6, D5 và D4 để có thể giao tiếp với LCD. Nhưng với module chuyển giao tiếp LCD sang I2C, chúng ta chỉ cần hai chân (SDA và SCL) của MCU kết nối với hai chân (SDA và SCL) của module để có thể hiển thị thơng tin lên LCD. Ngồi ra có thể điều chỉnh được độ tương phản bởi biến trở gắn trên module.

5.4 Tiến hành thực hiện mạch

Hình 5.22 Hồn thành in mạch

Hình 5.24 L p ghép và hồn chỉnh mạch

5.5 Mô phỏng và điều khiển mạch 5.5.1 Giới thiệu phần mềm Proteus 5.5.1 Giới thiệu phần mềm Proteus

Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao

gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển như MCS-51, PIC, AVR, …

Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của Lancenter Electronics, mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola.

Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mơ phỏng mạch và ARES dùng để vẽ mạch in. Proteus là công cụ mô phỏng cho các loại Vi Điều Khiển khá tốt, nó hỗ trợ các dịng VĐK PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, HC11, MSP430, ARM7/LPC2000 ... các giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet,... ngồi ra cịn mơ phỏng các mạch số, mạch tương tự một cách hiệu quả. Proteus là bộ công cụ chuyên về mô phỏng mạch điện tử.

ISIS đã được nghiên cứu và phát triển trong hơn 12 năm và có hơn 12000 người dùng trên khắp thế giới. Sức mạnh của nó là có thể mơ phỏng hoạt động của

các hệ vi điều khiển mà không cần thêm phần mềm phụ trợ nào. Sau đó, phần mềm ISIS có thể xuất file sang ARES hoặc các phần mềm vẽ mạch in khác.

Trong lĩnh vực giáo dục, ISIS có ưu điểm là hình ảnh mạch điện đẹp, cho phép ta tùy chọn đường nét, màu sắc mạch điện, cũng như thiết kế theo các mạch mẫu (templates)

Những khả năng khác của ISIS là:

 Tự động sắp xếp đường mạch và vẽ điểm giao đường mạch.  Chọn đối tượng và thiết lập thông số cho đối tượng dễ dàng  Xuất file thống kê linh kiện cho mạch

 Xuất ra file Netlist tương thích với các chương trình làm mạch in thông dụng.

 Đối với người thiết kế mạch chuyên nghiệp, ISIS tích hợp nhiều cơng cụ giúp cho việc quản lý mạch điện lớn, mạch điện có thể lên đến hàng ngàn linh kiện.

 Thiết kế theo cấu trúc (hierachical design)  Khả năng tự động đánh số linh kiện

5.5.2 Mô phỏng và điều khiển mạch

Hình 5.26 Danh sách linh ki n

 Những linh kiện được lấy từ thư viện của: https://www.theengineeringprojects.com/

 Đây là mạch chính tiếp nhận nhân tiến hiệu thông qua hai mạch phụ ( mạch phịng ngủ và phịng bếp ) và truyền tín hiệu sms tới điện thoại thông qua module SIM900A

 Mạch bao gồm: Arduino Mega 2560, cảm biến nhiệt độ LM35, cảm biến khí gas MQ-2, hai điện trở 220 và leg tín hiệu tự trưng cho cảm biến nhiệt LM35 và cảm biến khí gas MQ-2 đang hoạt động, mạch mở rộng chân PCF8574 và một LCD LM016L hiển thị thông báo mạch đang ở trạng thái nào.

Hình 5.28 ạch báo cháy phòng bếp và phòng ngủ

 Hai mạch tương đồng nhau có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu khói,cháy và gas để gửi về mạch chính.

 Mạch bao gồm: Arduino Nano, cảm biến khí gas MQ-2, hai điện trở 220 và leg tín hiệu tượng trưng cho cảm biến nhiệt LM35 và cảm biến khí gas MQ-2 đang hoạt động.

Hình 5.29 Module SIM900A

 Đây là trung gian giúp cho Arduino gửi tín hiệu dưới định dạng SMS đến điện thoại.

Hình 5.30 Code iều khiểu cho Arduino

 Arduino và được nạp vào chương trình mơ phỏng Proteus thơng qua file có đi hex

5.6 Kết luận

Nhóm đã hồn thành “ Thiết kế hệ thống cảnh báo cháy qua điện thoại di động ”về cơ bản đã giải quyết những vấn đề đã đặt ra về nội dung cũng như hình thức. Đây là một đề tài khá mới so với những gì đã được học trên trường. Trong tình hình dịch bệnh hồnh hành nhóm đã cố gắng hồn thành mơ hình trong thời hạn mà trường đưa ra. Mặc dù mơ hình khơng được hồn thiện một cách chỉnh chu cũng hoàn hảo nhất nhưng vẫn đầy đủ các tiêu chí thiết yếu mà nhóm đã đặt ra u cầu từ trước khi bắt tay vào triển khai.

5.6.1 Chức năng mơ hình

 Sử dụng hệ thống tự động bằng cảm biến khí gas, khói và nhiệt độ  Có hệ thống thơng báo về SMS khi có họa hoạn cũng như rị rỉ gas  Sử dụng Arduino điều khiển và thông báo cho người sử dụng

 Bên cạnh đó chúng ta đã làm giảm thiệu nhưng nguy cơ hỏa hoạn và nhưng thương vong đáng tiết có thể xảy ra.

Mơ hình đã giải quyết đƣợc các vần đề trọng yếu nhƣ :

 Phịng chống hỏa hoạn có thể xảy ra từ xa bảo vệ an tồn cho gia đình và mọi người xung quanh

 Giam bớt đi nỗi lo về việc có thể gặp sự cố bất ngờ

 Việc sử dụng cảm biến giúp ra biết chính xác sự cố mà ngơi nhà của mình đang gặp phải

5.6.2 Ƣu, nhƣợc điểm của mơ hình Ƣu điểm:

 Thiết bị có khả năng tích hợp với nhiều cảm biến an ninh khác nhau, gồm

báo trộm, báo khói, báo cháy... tạo thành hệ thống bảo vệ hoàn chỉnh và đồng bộ cho mỗi hộ gia đình. Các thiết bị được kết nối với hệ thống điều khiển trung tâm được chỉ định tiếp nhận và xử lý tín hiệu báo động. Tại đây, thiết bị được gắn một chiếc sim điện thoại có kèm chức năng tự động gọi điện và nhắn tín tới nhiều số di

động khác nhau được chủ nhân cài đặt nhằm thơng báo cho họ biết khi có sự cố xảy ra. Hiệu quả hoạt động của sản phẩm tốt, độ chính xác cao, chức năng báo động được thiết lập chỉ trong vài phút đi kèm công năng sử dụng đa dạng nên các khơng gian ứng dụng ln có được sự bảo vệ tuyệt đối.

 Giá thành cạnh tranh, đảm bảo giá tốt nhất thị trường

Một phần của tài liệu Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo cháy qua điện thoại di động (Trang 65)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(93 trang)