2.2.5.1. Giới thiệu:
- MQ2 là cảm biến khí, dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy. Nó được cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2. Chất này có độ nhạy cảm thấp với khơng khí sạch. Nhưng khi trong mơi trường có chất gây cháy, độ dẫn của nó thay đổi ngay. Chính nhờ đặc điểm này người ta thêm vào mạch đơn gian để biến đổi từ độ nhạy này sang điện áp.
- Khi môi trường sạch điện áp đầu ra của cảm biến thấp, giá trị điện áp đầu ra càng tăng khi nồng độ khí gây cháy xung quang MQ2 càng cao.
- MQ2 hoạt động rất tốt trong môi trường khí hóa lỏng LPG, H2, và các chất khí gây cháy khác. Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng do mạch đơn giản và chi phí thấp.
2.2.5.2. Hình dạng và kích thƣớc
ĐỒ ÁN 2B BÁO RỊ RỈ KHÍ GAS
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 30 SVTH: Đặng Ngọc Hải
2.2.5.3. Sơ đồ mạch cảm biến - Trong đó: - Trong đó: Chân 1,3 là A Chân 2,5 là B Chân 4,6 là H 2.2.5.4.Điện áp làm việc và ứng dụng
Mạch cảm biến có nguồn ni là 5v/dc. Khi có khí gas cuộn H sẽ hấp thụ và tác động đến 2 bản A hoặc B. Ta có thể tùy chọn A hay B là ngõ ra dữ liệu analog. Tùy thuộc vào từng ứng dụng mà ta lựa chọn giá trị của Rl cho phù hợp. Nếu là ngõ vào ADC cho vi điều khiển thì ta chọn Rl sao cho điện áp ngõ ra cao nhất chính là điện áp làm việc của vi điều khiển. Ví dụ như Atxmega128a1 sử dụng điện áp làm việc là 3.3v, còn nếu khơng thì ta sẽ đưa vào bộ so sánh để tạo tín hiệu ra đèn, còi để báo động.
Việc chuyển đổi từ giá trị điện áp sang giá trị ppm tùy thuộc vào từng loại khí và mơi trường, nhiệt độ làm việc. Nhiệt độ làm việc từ -20oC – 70oC, độ ẩm 95%, với nồng độ của Oxy trong môi trường là 21%. Cảm biến gas MQ-2 đặc biệt nhạy với LPG có độ phân giải từ 200ppm – 5000ppm.
Cảm biến MQ-2 là một lựa chọn phù hợp cho những ứng dụng làm mạch báo động khi có sự cố rị rỉ khí gas. Giá thành rẻ, dễ lắp ráp và sử dụng. Với ứng dụng làm mạch cảnh báo khơng qua vi điều khiển ta có thể cho ngõ ra vào mạch dao động hay bộ so sánh điện áp để cho ra tín hiệu điều khiển là đèn hoặc còi hoặc các thiết bị cảnh báo khác.
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 31 SVTH: Đặng Ngọc Hải
CHƢƠNG 3
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
3.1.Sơ đồ khối
TÓM TẮT CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI
- Khối nguồn: Ổn định nguồn 3,3V ngõ ra cho vi điều khiển, và cung cấp nguồn 12Vdc cho khối cảm biến.
- Khối cảm biến: Cảm nhận lượng khí gas rị để đưa ra tín hiệu analog về vi điều khiển.
- Khối hiển thị: Khi có tín hiệu cảnh báo từ vi điều khiển, đèn và cịi sẽ phát tín hiệu.
- Khối giao tiếp máy tinh: Giao tiếp truyền dữ liệu từ vi điều khiển lên PC qua cable USB và nhận lệnh từ PC xuống AVR.
- Khối vi điều khiển: Là khối xử lý tín hiệu analog từ khối cảm biến phát lệnh cho khối cảnh báo và truyền và nhận dữ liệu từ khối giao tiếp máy tính.
KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN KHỐI NGUỒN KHỐI GIAO TIẾP MÁY TÍNH KHỐI CẢM BIẾN KHỐI HIỂN THỊ (ĐÈN+CÒI)
ĐỒ ÁN 2B BÁO RỊ RỈ KHÍ GAS
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 32 SVTH: Đặng Ngọc Hải
3.2.Tính tốn và lựa chọn linh kiện trong mạch
- Khối nguồn: do vi điều khiển AVR Atxmega128a1 sử dụng áp 3,3v/dc nên ta dùng Ic ổn áp LM317 làm nhiệm vụ ổn định áp ngõ ra là 3,3v.
- Khối vi điều khiển: đèn báo khi có sự cố được nối ở ngõ ra PF1(chân 46), còi được điều khiển bằng transistor A1815 với chân B nối ở ngõ ra PF0(chân 45). Điện áp rơi trên led tùy thuộc vào mầu của led thông thường từ 1,7-2,4v. Khi tính tốn chọn là Vled =2v. Dịng qua led làm cho led phát sáng từ 5mA-20mA. Để led làm việc ổn định chọn dòng qua led là Iled =10mA.
Khi BJT bão hòa, VCEsat =0,2v, VBEsat =0,7v ta chọn transistor điều khiển cho còi là C1815.
Giá trị điện trở hạn dòng cho led là: R= Led Led CC I V V = 3 10 . 10 2 , 1 3 , 3 =210 Chọn R = 220
Giá trị điện trở ở cầu phân áp ngõ ra cảm biến gas MQ-2:
Do vi điều khiển Atxmega128a1 sử dụng điện áp làm việc là 3,3v mà ngõ ra của MQ-2 là 5v. Giá trị 3,3v được tính như sau:
Vin= Chọn R2=2k Vin= R1= =1,0303k lấy R1=1k
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 33 SVTH: Đặng Ngọc Hải
3.3.Sơ đồ nguyên lý 3.3.1.Khối nguồn 3.3.1.Khối nguồn
ĐỒ ÁN 2B BÁO RỊ RỈ KHÍ GAS
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 34 SVTH: Đặng Ngọc Hải
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 35 SVTH: Đặng Ngọc Hải
3.3.4.Khối hiển thị
ĐỒ ÁN 2B BÁO RÒ RỈ KHÍ GAS
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 36 SVTH: Đặng Ngọc Hải
3.4.Nguyên lý hoạt động của mạch báo rị rỉ khí gas
Khi cảm biến phát hiện khí gas rị →cảnh báo (đèn+còi)→xác nhận→còi tắt, đèn sáng→xác nhận→đèn tắt. Chu trình lập lại cảm biến phát hiện khí gas rị →cảnh báo (đèn+cịi)→xác nhận→cịi tắt, đèn sáng→ kiểm tra trực tiếp và khắc phục(cảm biến nhận biết khí gas khơng rị)→đèn tắt.
Giao diện VB sẽ cập nhật trạng thái rò rỉ của khí gas để báo lên các đèn chỉ thị. Khi khơng có khí gas rị đèn sẽ báo màu xanh, khi vượt quá ngưỡng đèn vàng và khi ở mức cảnh báo thì đèn sẽ chuyển sang màu đỏ và kèm theo đó là các dịng thơng báo để người dùng có thể biết và theo dõi. Khi có sự cố đèn sẽ sáng, cịi kêu người giám sát sẽ thấy cảnh báo trên màn hình và nhấn nút xác nhận kèm theo đó là việc kiểm tra xem có sự cố rị rỉ; nếu sự rị rỉ kết thúc thì đèn sẽ khơng phát sáng và màn hình hiển thị dịng thơng báo khơng có sự cố rị rỉ.
3.5.Sơ đồ mạch in
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 37 SVTH: Đặng Ngọc Hải
3.5.2.Sơ đồ mạch nguồn + vi điều khiển + hiển thị
ĐỒ ÁN 2B BÁO RỊ RỈ KHÍ GAS
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 38 SVTH: Đặng Ngọc Hải
3.6.Lƣu đồ giải thuật
3.6.1.Lƣu đồ giải thuật VDK
S Đ S Đ BẮT ĐẦU ĐỌC ADC GIÁ TRỊ ĐỌC VỀ BÁO ĐÈN BÁO CÒI TẮT ĐÈN TẮT CÒI
GỞI GIÁ TRỊ ADC LÊN PC
KẾT THÚC TẮT CÒI KIỂM TRA XÁC NHẬN
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 39 SVTH: Đặng Ngọc Hải
3.6.2.Lƣu đồ giải thuật cho VB 3.6.2.1.Sự kiện form_load()
Khởi tạo giao diện, hiển thị ngày giờ.
3.6.2.2.Sự kiện kết nối
Thiết lập cổng Com , gởi giá trị kiểm tra kết nối. Nếu chưa nhận được mã thì thơng báo "Thiet bi chua san sang, xin kiem tra lai ket noi."
Kết nối
Kết nối=0, thiết lập cổng com, mở giao tiếp, nhận dữ liêu từ cổng com.
Kết nối=1 Thông báo kết nối
thành công
End Sub
End Sub Form load
-Khởi tạo giao diện -Kết nối=0
ĐỒ ÁN 2B BÁO RỊ RỈ KHÍ GAS
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 40 SVTH: Đặng Ngọc Hải
3.6.2.3.Sự kiện xác nhận
Nếu ta nhấn nút này trường hợp chưa kết nối thì sẽ báo trạng thái kết nối "He thong da ngat ket noi. Vui long ket noi lai.". Nếu đã kết nối thì sẽ thơng báo trạng thái khí gas, mức độ rò rĩ, và gởi mã lệnh lên VDK để tắt còi.
3.6.2.4.Sự kiện ngắt kết nối
Cho kết nối =0, thông báo trạng thái đã ngắt kết nối lên bảng thông báo, tắt led báo trạng thái kết nối.
-Thông báo trạng thái kết nối. -Trạng thái khí gas.
-Gởi giá trị lên vi điều khiển. -Hiển thị thời gian xác nhận
Xác nhận
End Sub
End Sub Ngắt kết nối
- Kết nối =0
-Thông báo trạng thái ngắt kết nối. -Xóa thơng báo
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 41 SVTH: Đặng Ngọc Hải
3.6.2.5.Sự kiện xóa
Xóa thơng báo trên Textbox1
3.6.2.6.Sự kiện thốt
Kiểm tra Port đóng hay mở. Nếu Port mở thì gởi mã dừng VDK và kết thúc chương trình. Nếu Port đóng thì mở Port, gởi mã dừng VDK và kết thúc chương trình.
Chương trình Visual Basic(xem phụ lục2, trang 51) Code c cho AVR (xem phụ lục3, trang 55)
End Sub Thốt -Mở port. -Dừng VDK -Đóng Port Port đóng -Dừng VDK. -Đóng Port Xóa
-Xóa thơng báo trong ô thông báo.
ĐỒ ÁN 2B BÁO RỊ RỈ KHÍ GAS
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 42 SVTH: Đặng Ngọc Hải
CHƢƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ
4.1.Kết luận:
Nguyên tắc hoạt động của cảm biến khí gas là cảm nhận nồng độ đo được từ các khí LPG để trả về tín hiệu analog cho vi điều khiển xử lý cho ra thông số là ppm đơn vị đo nồng độ khí trong mơi trường. Sau khi thi cơng và chạy chương trình, mạch chạy ổn định và hiển thị thơng số chính xác.
4.2.Đánh giá
- Ưu điểm: đo và hiển thị nồng độ khí (dữ liệu số) lên giao diện người dùng là Visual Basic. Có thể nhận biết được mức khí gas rị rỉ. Dễ lắp đặt và ứng dụng cao vào thự tiễn.
- Khuyết điểm: Chưa đưa ra được quy chuẩn phù hợp với trường hợp là nhiều loại khí, mơi trường nóng ẩm nhiệt độ cao. Chưa tìm ra cơng thức chuyển đổi từ dữ liệu số sang thơng số chuẩn ppm của khí gas.
- Hướng phát triển đề tài: Khắc phục các sai sót trong tính tốn, đưa ra được quy chuẩn phù hợp, có thể đo được khí ở mơi trường gồm nhiều loại khí, điều kiện khắc nghiệt, cần độ chính xác cao như ở các nhà máy lọc dầu, nhà máy chiết nạp khí gas hóa lỏng.
- Kiến nghị: Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù đã cố gắng tìm tịi tài liệu và được sử chỉ bảo tận tình của thầy Nguyễn Ngọc Sơn, nhưng vì kiến thức cịn nhiều hạn chế và thời gian có hạn nên em chỉ cơ bản hoàn thành được nội dung yêu cầu của đồ án. Em kính mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo tận tình của q thầy cơ để em có thể tiếp tục tìm hiểu và thực hiện đề tài theo một hướng mới, cao hơn, có nhiều khả năng ứng dụng hơn vào thực tế.
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 43 SVTH: Đặng Ngọc Hải
Hình ảnh mơ hình sau khi thi cơng
ĐỒ ÁN 2B BÁO RỊ RỈ KHÍ GAS
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 45 SVTH: Đặng Ngọc Hải
Hình ảnh giao diện Visual Basic Hình ảnh giao diện khi khởi động
ĐỒ ÁN 2B BÁO RỊ RỈ KHÍ GAS
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 46 SVTH: Đặng Ngọc Hải
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 47 SVTH: Đặng Ngọc Hải
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Ngô Diên Tập, Kỹ thuật vi điều khiển AVR, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2003.
2. www.atmel.com
3. http://kiemdinhmiennam.com.vn/ 4. www.pololu.com/file/0J309/MQ2.pdf
5. www.tuhocavr.com
6. Đậu Quang Tuấn, Tự học lập trình Visual Basic, Nhà xuất bản giao thơng vận tải, 2007.
7. www.diendandientu.com
8. Safety Data Sheet LPG/ www.tsocorp.com/stellent/.../msdslpg.pdf
9. Liquified Petroleum Gas Material Safety Data Sheet - Encana/ www.encana.com/pdf/business/.../lpg.pdf
ĐỒ ÁN 2B BÁO RỊ RỈ KHÍ GAS
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 48 SVTH: Đặng Ngọc Hải
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Giới hạn cháy nổ
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 49 SVTH: Đặng Ngọc Hải
Phụ lục 3: Các tiêu chuẩn Việt Nam về khí Gas
Các tiêu chuẩn Việt Nam về Gas (LPG)
ĐƠN VỊ SẢN XUẤT KINH DOANH GAS
1 TCVN 5684 An tồn cháy các cơng trình dầu mỏ-u cầu chung 20 03 Bộ KHCN & Môi trường 2 QĐ36/2006/Q Đ-BCN
Qui chế kỹ thuật an tồn về nạp khí dầu mỏ hóa lỏng vào chai
20 06
Bộ Công nghiệp CỬA HÀNG ĐẠI LÝ KINH DOANH GAS
3 TCVN 6223 Cửa hàng khí đốt hóa lỏng - u cầu chung về an tồn 19 96 Bộ KHCN & Môi trường
BẢO QUẢN - VẬN CHUYỂN GAS
4 TCVN 6304 Chai chứa khí đốt hóa lỏng u cầu an tồn trong bảo quản, xếp dỡ và vận chuyển
19 97 Bộ KHCN & Môi trường 5 TCVN 6484 Khí đốt hóa lỏng (LPG) - Xe bồn vận chuyển - Yêu cầu an toàn về thiết kế, chế tạo và sử dụng
19 99
Bộ KHCN & Môi trường HỆ THỐNG CUNG CẤP GAS TẠI NƠI TIÊU THỤ
6 TCVN 6486 Khí đốt hóa lỏng - Tồn chứa dưới áp suất - Vị trí, thiết kế, dung lượng và lắp đặt
19 99
Bộ KHCN & Môi trường
7 TCVN 7441 Hệ thống cung cấp LPG tại nơi tiêu thụ - Yêu cầu thiết kế, lắp đặt và vận hành 20 04 Bộ KHCN & Môi trường TRẠM NẠP GAS CHO PHƢƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƢỜNG BỘ
ĐỒ ÁN 2B BÁO RỊ RỈ KHÍ GAS
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 50 SVTH: Đặng Ngọc Hải
8 TCN 88:2005
Trạm nạp nhiên liệu LPG cho các phương tiện giao thông đường bộ - Yêu cầu thiết kế, lắp đặt và vận hành 20 05 Bộ thương mại BÌNH GAS
9 TCVN 6153 Bình chịu áp lực yêu cầu kỹ thuật an toàn về thiết kế, kết cấu, chế tạo 19 96 Bộ KHCN & Môi trường 1 0 TCVN 6154
Bình chịu áp lực u cầu kỹ thuật an tồn về thiết kế, kết cấu, phương pháp thử 19 96 Bộ KHCN & Môi trường 1 1 TCVN 6155
Bình chịu áp lực yêu cầu kỹ thuật an toàn về lắp đặt, sử dụng, sửa chữa 19 96 Bộ KHCN & Môi trường 1 2 TCVN 6156
Bình chịu áp lực yêu cầu kỹ thuật an toàn về tắp đặt, sử dụng, sửa chữa, phương pháp thử
19 96 Bộ KHCN & Môi trường 1 3 TCVN 6290 - ISO 10463
Chai chứa khí - Chai chứa khí vĩnh cữu - kiểm tra tại thời điểm nạp khí
19 97 Bộ KHCN & Môi trường 1 4 TCVN 6291 - ISO 448
Chai chứa khí - Chai chứa khí dùng trong cơng nghiệp - Ghi nhãn để nhận biết khí chứa
19 97 Bộ KHCN & Môi trường 1 5 TCVN 6292 - ISO 4706
Chai chứa khí - Chai chứa khí bằng thép hàn có thể nạp lại 19 97 Bộ KHCN & Môi trường 1 6 TCVN 6294 - ISO 14060
Chai chứa khí - Chai chứa khí bằng thép cacbon hàn - kiểm tra & thử định kỳ
19 97 Bộ KHCN & Môi trường 1 7 TCVN 6485
Khí đốt hóa lỏng (LPG) - Nạp khí vào chai có dung tích đến 150lít - u cầu an tồn
19 99
Bộ KHCN & Môi trường
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 51 SVTH: Đặng Ngọc Hải
Phụ lục 4: Chƣơng trình Visual Basic
Option Explicit
Private Sub Cmd_kn_Click() On Error GoTo baoloi
If MSComm1.PortOpen = False Then With MSComm1 .Settings = "9600,N,8,1" .RThreshold = 1 .SThreshold = 0 .CommPort = Combo1.ListIndex + 1 End With MSComm1.PortOpen = True End If
If MSComm1.PortOpen = True Then Cmd_kn.Enabled = False
cmd_ngat.Enabled = True ledkn.Active = True
Text1.Text = "Da ket noi." Combo1.Enabled = False Timer2.Enabled = True End If
Exit Sub baoloi:
Text1.Text = "Thiet bi chua san sang, xin kiem tra lai ket noi."
ĐỒ ÁN 2B BÁO RỊ RỈ KHÍ GAS
GVHD: ThS. Nguyễn Ngọc Sơn 52 SVTH: Đặng Ngọc Hải
Private Sub cmd_ngat_Click()
If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.PortOpen = False If MSComm1.PortOpen = False Then
Cmd_kn.Enabled = True cmd_ngat.Enabled = False ledkn.Active = False Combo1.Enabled = True
Text1.Text = "Da ngat ket noi." End If
End Sub
Private Sub Cmd_thoat_Click() If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.PortOpen = False End If
Unload Me End Sub
Private Sub cmd_xn_Click()
If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.Output = "0" Label6.Caption = DateTime.Now
If ledxanh.Active = True Then
Text1.Text = "He thong gas an toan." If ledvang.Active = True Then
Text1.Text = "He thong gas vuot nguong an toan. Vui long kiem tra."