BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ
NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ
CẢNH BÁO KHÍ GAS & PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ
Người hướng dẫn: Ths. Đinh Văn Tuấn
Người thực hiện: Nhóm 8 – Lớp D10-DTVT1
Các thành viên : 1 . Hoàng Đức Thanh
2 . Nguyễn Thế Mạnh
3 . Nguyễn Thanh Nhật
Hà Nội, tháng 12 năm 2017
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, khi khoa học công nghệ phát triển một cách mạnh mẽ, việc ứng dụng các thiết bị điện tử vào đời sống cũng ngày càng phổ biến hơn, nhất là với thời đại mà các hệ thống nhúng đang lên ngôi. Từ những ứng dụng đơn như đồng hồ kĩ thuật số, máy nghe nhạc…đến những ứng dụng cho xã hội như đèn giao thông, bộ kiểm soát trong nhà máy, cửa tự động…cho đến những ứng dụng mang tính quy mô, tầm cỡ như robot, phi thuyền không người lái, kiểm soát nhà máy hạt nhân….
Với những kiến thức đã được học và tìm hiểu từ trường học và khoa học công nghệ của cuộc sống hiện đại, em cũng có mong muốn góp thêm phần nào sự phát triển xã hội bằng cách học hỏi và đưa ra những sản phẩm có ích cho cuộc sống. Em xin giới thiệu một sản phẩm rất thiết thực cho cuộc sống của chúng ta: “ Thiết bị cảm biến khí gas và phòng chống cháy nổ ”.
Với ý tưởng trên em mong muốn được góp phần bảo vệ cho những gia đình, tập thể hay công ty có sử dụng khí Gas được an toàn hơn. Mạch phát hiện sự rò rỉ khí Gas sẽ cảnh báo cho chúng ta biết được có khí gas bị rò rỉ ra khỏi bình chứa hoặc ống dẫn để tránh được những tai nạn đánh tiếc xảy ra.
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện Đồ án điện tử 1 . chúng e đã tìm hiểu bổ xung và học hỏi được nhiều kiến thức và kinh nghiệm về việc thiết kế thực hiện và thi công thiết bị “ Cảnh báo khi gas và phòng chống cháy nổ “ .
Do điều kiện về thời gian và kiến thức còn hạn chế nên đề tài của chúng em chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng bằng mô hình. Trong thời gian thực hiện đồ án, chúng em đã tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn, tìm hiểu tài liệu và sự hỗ trợ góp ý từ giảng viên cũng như bạn bè và các anh chị đi trước. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi sai sót, chúng em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn, và tạo lập cho chúng em có một cơ sở nhìn nhận về khả năng, kiến thức, từ đó có hướng phấn tốt hơn cho các đồ án tiếp theo.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông Trường Đại Học Điện Lực đã dạy bảo, truyền đạt kiến thức cho chúng em trong suốt quá trình học tập, các thầy cô đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho chúng em trong quá trình thực hiện Đồ án điện tử.
Đặc biệt , chúng em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến thầy giáo Ths. Đinh Văn Tuấn – Giảng viên trường Đại học Điện Lực đã trực tiếp hỗ trợ, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và bổ sung kiến thức cho chúng em trong quá trình thực hiện và hoàn thiện đồ án này.
Trong quá trình thực hiện đồ án không tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn .
Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn !
NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Giảng viên hướng dẫn
(ký, ghi rõ họ tên)
PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ACAlternating CurrentDòng điện xoay chiều
AVRAutomatic Voltage Regulator Tự động điều chỉnh điện áp
DCDirect CurrentDòng điện một chiều
IC Integrated CircuitVi mạch
GND Ground Đất
LCDLiquid Crystal Display
LED Light Emitting Diode Diode phát quang
VĐK Vi điều khiển
IDEIntegrated Development Môi trường phát triển tích hợp
Environment
SRAMStatic Random Memory Bộ nhớ ngẫu nhiên tĩnh
EEPROMElectrically ErasableBộ nhớ chỉ đọc có
Programmable Read-Onlythể lập trình, xóa
Memorybằng tín hiệu điện
IDEIntegrated Development Môi trường phát triển
Environmenthợp nhất
SPISerial Peripheral InterfaceChuẩn giao tiếp ngoại vi nối tiếp
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
. Lý do lựa chọn đề tài
Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, điện tử đã được ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực trong thực tế để phục vụ nhu cầu : chăm sóc sức khỏe, bảo vệ tính mạng và tài sản cho con người.
Khi đời sống con người được cải thiện thì việc sử dụng bếp gas hay các sản phẩn của gas làm nhiên liệu đun nấu đang phổ biến. Bên cạnh việc tiện lợi của gas, một vấn đề khác của gas cũng được quan tâm đó là : an toàn khi sử dụng gas. Khi con người tiếp xúc trực tiếp với khí gas (vượt quá một nộng độ cho phép nhất định) trong thời gian dài thì rất dễ bị ngộ độc gas và có thể gây tử vong. Không những vậy khí gas rò rỉ vào trong không khí có thể dễ dàng bắt lửa và gây cháy nổ, ảnh hưởng nghiêm trọng tới an toàn của người sử dụng cũng như những người xung quanh. Vì vậy, vấn đề phát hiện và xử lý sự cố rò gas là một việc rất cần thiết với người thường xuyên sử dụng gas. Đặc biệt là các bạn sinh viên thường sử dụng cácbình gas mini không đảm bảo chất lượng, có thể rò rỉ gas bất cứ khi nào. Xuất phát từ ý tưởng và tình hình thực tế em thấy đây là một đề tài hay, có tính ứng dụng cao và có thể phát triển nên em đã chọn đề tài nàylàm đề tài chính trong đồ án môn học.
Để khắc phục sự cố của khí gas khi sử dụng chúng em đã làm ra thiết bị cảnh báo rò rỉ khí gas, thiết bị này giúp chúng ta dễ dàng nhận biết khí gas khi bị rò rỉ, được sử dụng trong các tòa nhà và hộ gia đình.
. Giớ thiệu về đề tài .
Như thầy cô và mọi người đã biết trong cuộc sống xã hội hiện đại ngày nay vấn đề sử dụng khí đốt ( ở đây chúng ta đang nói đến là khí Gas ) trong việc lấu ăn hàng ngày và hay cả sử dụng khí đốt cho các ngành công nghiệp đang rất phổ biết . Như ngày xưa khoảng 15 năm về trước thì chỉ có thành phố mới sử dụng khí đốt cho nấu ăn hay nhưng cho nhưng ngành công nghiệp . còn nông thôn thường sử dụng bếp rạ và củi cho việc đun lấu thì nay gần như từ quê lên phố thì 99% sử dụng khí đốt cho bếp lúc đun lấu . nên khi khí gas bị rò rỉ ra ngoài khả năng cháy nổ là rất cao vì chỉ cần có tia nửa điện từ các ổ cắm hay thiết bị điện hay một đoạn dây bị hở sỉnh ra tia lửa điện là khả năng hỏa hoạn cho ngồi nhà là rất cao ảnh hưởng đến tài sản và tính mạng con người . vì thế Đề tài nghiên cứu của chúng em nhằm phần nào đó việc phát hiện hiện khí gas và ngăn chặn hỏa hoạn cho cho người và tài sản .
Với nội dung chính của đề đó là khi phát hiện có khí gas thiết bị sẽ bật còi báo cho người trong nhà biết được khí gas đang bị rò rỉ đểkhắc phục và bật quạt thông gió thông qua việc đóng ngắt relay khi phát hiện có khi gas . khi trong phòng có cháy thường thì nhiệt độ không khí trong phòng tăng rất nhanh và độ ẩm giảm xuống ngưỡng cho phép được setup trước thì thiết bị sẽ bật máy bơm nước làm phun quang phòng để hạn nhiệt độ phòng và chữa cháy .
. Mục tiêu đồ án .
. Mục tiêu đồ án chúng em đặt ra sau khi hoàn thành xong là:
Mục tiêu cá nhân:
Nắm bắt được cấu trúc phần cứng, sơ đồ khối, nguyên lý làm việc của mạch điều khiển.
Tìm hiểu về lập trình Arduino
Biết cách làm một đồ án hoàn chỉnh phục vụ cho việc làm đồ án tốt nghiệp về sau.
Mục tiêu sản phẩm:
Sản phẩm hoạt động ổn định với đầy đủ các chức năng cần thiết cho việc “ cảnh báo khí gas và phòng chống cháy nổ “ .
Sản phẩm nhỏ, gọn, mang tính thẩm mỹ cao.
Giá thành sản phẩm phù hợp với người tiêu dùng hiện nay.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ĐỀ TÀI
2.1. CHỨC NĂNG THIẾT BỊ
Sau khi hoàn thiện bộ thiết bị cảnh báo khí ga và phòng chống cháy nổ sẽ có các chức năng sau :
Thực hiện chức năng cảnh báo khi phát hiện có khí gas và bật quạt thông gió hút khí gas ra khỏi phòng .
Khi nhiệt độ phòng lớn hơn nhiệt độ setup ( vì nhiệt độ phòng thường không quá 45°C ) thì đóng Relay2 bật máy bơm phun nước để hạ nhiệt độ trong phòng và dập lửa .
2.2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
2.2.1. Sơ đồ khối chức năng
Hình 2.2.1. Sơ đồ khối chức của thiết bị
2.2.2. Giới thiệu về board Arduino mega2560 .
Giới thiệu về Arduino
Arduino là một board mạch vi xử lý được sinh ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau .
a . Phần cứng của Arduino
Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh quan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield. Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân khác nhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C-nhiều shield có thể được xếp chồng và sử dụng dưới dạng song song. Arduino chính thức thường sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560. Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Aquino tương thích. Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh dao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù một vài thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard do hạn chế về kích cỡ thiết bị. Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn với một boot loader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip, so với các thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài. Điều này giúp cho việc sử dụng Arduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một bộ nạp chương trình.
-Theo nguyên tắc, khi sử dụng ngăn xếp phần mềm Arduino, tất cả các board được lập trình thông qua một kết nối RS-232, nhưng cách thức thực hiện lại tùy thuộc vào đời phần cứng. Các board Serial Arduino có chứa một mạch chuyển đổi giữa RS232 sang TTL. Các board Arduino hiện tại được lập trình thông qua cổng USB, thực hiện thông qua chip chuyển đổi USB-to-serial như là FTDI FT232. Vài biến thể, như Arduino Mini và Boarduino không chính thức, sử dụng một board adapter hoặc cáp nối USB-to-serial có thể tháo rời được, Bluetooth hoặc các phương thức khác. (Khi sử dụng một công cụ lập trình vi điều khiển truyền thống thay vì ArduinoIDE, công cụ lập trình AVR ISP tiêu chuẩn sẽ được sử dụng.)
– Board Arduino sẽ đưa ra hầu hết các chân I/O của vi điều khiển để sử dụng cho những mạch ngoài. Diecimila, Duemilanove, và bây giờ là Uno đưa ra 14 chân I/O kỹ thuật số, 6 trong số đó có thể tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) và 6 chân input analog, có thể được sử dụng như là 6 chân I/O số. Những chân này được thiết kế nằm phía trên mặt board, thông qua các header cái 0.10-inch (2.5 mm). Nhiều shield ứng dụng plug-in cũng được thương mại hóa. Các board Arduino Nano, và Arduino-compatible Bare Bones Board và Boarduino có thể cung cấp các chân header đực ở mặt trên của board dùng để cắm vào các breadboard.
-Có nhiều biến thể như Arduino-compatible và Arduino-derived. Một vài trong số đó có chức năng tương đương với Arduino và có thể sử dụng để thay thế qua lại. Nhiều mở rộng cho Arduino được thực thiện bằng cách thêm vào các driver đầu ra, thường sử dụng trong các trường học để đơn giản hóa các cấu trúc của các ‘con rệp’ và các robot nhỏ. Những board khác thường tương đương về điện nhưng có thay đổi về hình dạng-đôi khi còn duy trì độ tương thích với các shield, đôi khi không. Vài biến thể sử dụng bộ vi xử lý hoàn toàn khác biệt, với các mức độ tương thích khác nhau.
b . Phần mềm của Arduino
Môi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino là một ứng dụng cross-platform (đa nền tảng) được viết bằng Java, và từ IDE này sẽ được sử dụng cho Ngôn ngữ lập trình xử lý (Processing programming language) và project Wiring. Nó được thiết kế để dành cho những người mới tập làm quen với lĩnh vực phát triển phần mềm. Nó bao gồm một chương trình code editor với các chức năng như đánh dấu cú pháp, tự động brace matching, và tự động canh lề, cũng như compile(biên dịch) và upload chương trình lên board chỉ với 1 cú nhấp chuột. Một chương trình hoặc code viết cho Arduino được gọi là một sketch .
-Các chương trình Arduino được viết bằng C hoặc C++. Arduino IDE đi kèm với một thư viện phần mềm được gọi là “Wiring”, từ project Wiring gốc, có thể giúp các thao tác input/output được dễ dàng hơn. Người dùng chỉ cần định nghĩa 2 hàm để tạo ra một chương trình vòng thực thi (cyclic executive) có thể chạy được:
VD :
setup(): hàm này chạy mỗi khi khởi động một chương trình, dùng để thiết lập các cài đặt
loop(): hàm này được gọi lặp lại cho đến khi tắt nguồn board mạch
-Một chương trình điển hình cho một bộ vi điều khiển đơn giản chỉ là làm cho một bóng đèn Led sáng/tắt. Trong môi trường Arduino, ta sẽ phải viết một chương trình giống như sau:
#define LED_PIN 13
void setup () {
pinMode (LED_PIN, OUTPUT); // Đặt chân 13 làm đầu ra digital
}
void loop () {
digitalWrite (LED_PIN, HIGH); // Bật LED on
delay (1000); // chờ trong 1 giây (1000 mili giây)
digitalWrite (LED_PIN, LOW); // Tắt LED off
delay (1000); // chờ trong 1s
}
– Một đặc điểm của hầu hết các board Arduino là chúng có một đèn LED và điện trở nối giữa chân 13 với đất; một đặc điểm thuận tiện cho nhiều ứng dụng đơn giản. Đoạn code ở trên không thể đọc được bởi một compiler C++ chuẩn như là một chương trình đúng, vì vậy khi ta click vào nút “Upload to I/O board” trong IDE này, một bản copy của đoạn code này sẽ được ghi vào một file tạm với một extra include header ở phía trên cùng và một hàm main () đơn giản nằm ở phía đáy, để làm cho thàn một chương trình C++ khả dụng.
-Arduino IDE này sử dụng GNU toolchain và AVR Libc để biên dịch chương trình, và sử dụng avrdude để upload chương trình lên board.
-Vì nền tảng của Arduino là các vi điều khiển của Atmel, cho nên môi trường phát triển của Atmel, AVR Studio hoặc các phiên bản Atmel Studio mới hơn, cũng có thể được sử dụng để làm phần mềm phát triển cho Arduino.
Arduino mega2560
