LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, khi khoa học công nghệ phát triển một cách mạnh mẽ, việc ứng dụng cho các hệ thống nhúng ngày càng trở nên phổ biến vào đời sống, từ những ứng dụng đơn giản như: điều khiển LED, bật tắt thiết bị điện tử… đến những ứng dụng cho xã hội như: Điều khiển đèn giao thông, hệ thống cầu thang máy, cửa tự động… cho đến những ứng dụng lớn như Robot, phi thuyền không người lái, kiểm soát nhà máy hạt nhận… Các hệ thống tự động trước đây sử dụng nhiều công nghệ khác nhau như các hệ thống tự động hoạt động bằng nguyên lý khí nén, thủy lực, relay cơ điện, mạch điện tử số, các thiết bị máy móc tự động bằng các cam chốt cơ khí. Các thiết bị, hệ thống này có chức năng xử lý và mức độ tự động thấp so với các hệ thống tự động hiện đại được xây dựng trên nền tảng của các hệ thống nhúng. Với những kiến thức đã được học và tìm hiểu từ trường học và khoa học công nghệ của cuộc sống hiện đại, chúng em cũng muốn góp thêm phần phát triển xã hội bằng cách học hỏi và đưa ra những sản phẩn có ích cho cuộc sống.Chúng em xin giới thiệu một sản phẩm rất thiết thực cho cuộc sống của chúng ta: “Hệ thống IoT cảnh báo khí dễ cháy”. 5 Với ý tưởng trên chúng 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 đáng tiếc xảy ra, đồng thời hẹn giờ để nhắc nhở các đầu bếp tới giờ nấu ăn. Sau một thời gian học tập và rèn luyện, với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo Nguyễn Tiến Duy cùng sự trợ giúp của các bạn trong nhóm và các tài liệu có liên quan, chúng em đã hoàn thành xong đề tài. Đồ án đã hoàn thành , nhưng do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót mong thầy, cô giáo thông cảm và chỉ bảo thêm để đề tài có thể ứng dụng rộng rãi vào thực tế. Chúng em xin chân thành cảm ơn sự góp ý của các thầy cô! Thái nguyên, ngày…tháng…năm 2022 Sinh viên thực hiện Dương Văn Tú Lương Đức Tiệp 6 I.PHÂN TÍCH BÀI TOÁN Khảo sát và phân tích bài toán Hiện nay việc phát hiện sự rò rỉ khí gas và phát hiện cháy nổ là vô cùng quan trọng đối với mỗi gia đình, tập thể, công ty bởi nó liên quan trực tiếp đến tính mạng con người, thiết bị máy móc,… Trên thị trường hiện nay đã có một số thiết bị phát hiện rò rỉ khí ga như: Guardsman GS-202.
Nhưng ở đây chúng em sử dụng cảm biến MQ-2, cảm biến báo cháy.1 SƠ ĐỒ KẾT CẤU HỆ THỐNG - Khối cảm biến: phát hiện sự rò rỉ khí gas, cháy nổ và gửi tín hiệu tới khối vi xử lý. - Khối xử lý: kiểm tra, xử lý tín hiệu vào ,ứng với mỗi kết quả sẽ thực hiện những công việc khác nhau rồi đưa tới khối chấp hành. - Khối chấp hành: nhận thông báo từ khối vi xử lý, thực hiện các phần cảnh báo, xử lý an toàn. Khối Khối Khối cảm xử lý chấp biến hành 1.2 Giải pháp thiết kế.
- Để phát hiện sự rò rỉ khí gas ta dùng module cảm biến khí gas MQ-2, cảm biến cháy đặt ở gần chỗ đặt bình ga khoảng 15cm. - Xử lý, điều khiển dùng Module Esp32 : lập trình để vi xử lý nhận tín hiệu vào từ cảm biến, tính toán xử lý để đưa ra lệnh cảnh báo, các tín hiệu điều khiển các hệ thống báo xử lý cháy nổ, khí gas. - Thông số khí gas hiển thị lên ứng dụng Blynk để người dùng tiện theo dõi. 7 - Khi phát hiện khí rò rỉ còi kêu báo động, hệ thống quạt hút khí hoạt động, cửa tự động mở khi nồng độ khí gas đạt ngưỡng nguy hiểm hệ thống tự động ngắt điện toàn bộ khu vực có khí dễ cháy.
- Khi phát hiện có cháy còi báo động kêu, hệ thống bơm nước dập lửa hoạt động cửa tự động mở. - Để hiển thị nồng độ khí ta dùng LCD lấy tín hiệu ra từ vi xử lý để hiển thị khi khí gas rò rỉ, có thể hiển thị lên app blynk thông qua hệ thống Internet. - Để báo động nhóm em dùng còi hú được điều khiển bằng tín hiện từ vi xử lý, sử dụng quạt hút gió để hút khí gas ra khỏi phòng, sử dụng bơm nước để dập lửa được điều khiển bằng rơ le. - Các thiết bị dùng trong mô hình, công suất và điện áp có thể thay đổi khi làm hệ thống thực.3 XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN 1.1 Các yêu cầu: - Hệ thống phát hiện được sự cố rò rỉ khí ga áp dụng cho phòng bếp của mỗi gia đình, phòng có sử dụng các thiết bị dùng khí gas.
- Thông số khí gas trong phòng được hiển thị lên ứng dụng blynk và hiển thị trực tiếp thông qua màn hình LCD. - Khi phát hiện rò rỉ khí gas hệ thống tự động bật quạt hút khí ra bên ngoài, tự động mở cửa và còi báo động kêu cảnh báo đồng thời có thể điều khiển quạt hút gió, cửa qua ứng dụng blynk làm giảm nồng độ khí gas. Khi phát hiện có cháy hệ thống tự động bật bơm nước và còi cảnh báo đồng thời có thể điều khiển bơm nước qua ứng dụng blynk để dập lửa. - Hệ thống ở chế độ làm việc tự động.
- Làm việc với điện áp 12v/1,5A trên mô hình. - Có khả năng nâng cấp, cải tiến.2 Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống : Phát hiện, cảnh báo, tự động hút khí gas, dập lửa nhằm mục đích ngăn chặn, phòng chống các sự cố cháy nổ do khí Gas.3 Giới hạn hạn định: - Làm việc cả ban ngày lẫn ban đêm. - Sử dụng mạng điện lưới gia đình 220V-50Hz.4 ĐẶC TẢ HỆ THỐNG: II. THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.2 Phân tích chức năng của các khối : 2.
Khối nguồn: Khối này tạo ra điện áp một chiều từ nguồn adapto 12V-DC với các đầu ra là 5V-DC và 12V-DC để cung cấp cho các linh kiện trong hệ thống. Hình 1: ADAPTOR 12V_2A Hình 2: IC ổn áp LM2576 10 Yêu cầu đối với khối nguồn - Cấp nguồn đầu ra ổn định +5V, +12V - Độ nhấp nhô của điện áp đầu ra nhỏ 2.KHỐI CẢM BIẾN - Khối cảm biến khí gas: Khối cảm biến khí ga có nhiệm vụ nhận biết được sự xuất hiện của khí gas bị rò rỉ và đưa tín hiệu thông báo đến khối xử lý. Khi xảy ra hiện tượng rò rỉ khí ga thì khối này nhận biết được lượng khí ga rò rỉ đã đến mức cảnh báo hay chưa, rồi phát tín các tín hiệu báo về khối xử lý. Hình 3: Khối cảm biến khí gas a) Các yêu cầu đối với khối cảm biến khí ga - Hoạt động ổn định trong điều kiện môi trường - Có khả năng nhận biết được lượng khí ga có nồng độ 200PPM(phần triệu) đến 10.000PPM b) Chọn linh kiện cho khối cảm biến khí ga Sử dụng cảm biến khí ga MQ-2 - Tổng quan: 11 - Điện áp sử dụng: 5V - AOUT: Đầu ra ADC - DOUT: Đầu ra Digital (So sánh khi phát hiện khí) - Tính năng của cảm biến MQ-2: nhận biết các khí dễ gây cháy nổ.
Sơ đồ chân module cảm biến MQ2: Hình 4: Sơ đồ chân cảm biến MQ-2 - Chân 1 là VCC cấp nguồn 5V - Chân 2 là chân GND - Chân 3 là DOUT - Chân 4 là AOUT c) Module cảm biến khí gas MQ-2 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 không khí sạch. Nhưng khi trong môi trường có chất ngây 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 MQ-2 càng cao. 12 - MQ-2 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.
Trên thị trường có nhiều loại module cảm biến khí gas tích hợp sẵn có cách sử dụng đơn giản và hiệu quả. Trong module có sử dụng cảm biến khí gas MQ-2. Khi phát hiện khí gas bị rò rỉ module sẽ xuất tín hiệu ở hai dạng DOUT_dạng số và AOUT_dạng tương tự. Người sử dụng có thể tùy vào mục đích sử dụng để lựa chọn tín hiệu phù hợp.
Tổng quan về module: Có 2 chân đầu ra là AOUT và DOUT. Trong đó: Điện áp sử dụng: 5V. AOUT: Điện áp ra tương tự.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quang MQ2. Dout: Điện áp ra số, giá trị “0”, “1” phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà MQ-2 đo được.
Ưu điểm: Việc có chân ra số DOUT rất tiện để mắc các ứng dụng đơn giản, không cần đến vi điều khiển. Khi đó ta chỉ cần chỉnh giá trị biến trở tới giá trị nồng độ ta muốn cảnh báo. Khi nồng độ MQ-2 đo được thấp hơn mức cho phép thì DOUT = 1. Đèn Led tắt.
Khi nồng độ khí đo được lớn hơn nồng khí cho phép, DOUT = 0, đèn Led sáng. Ta có thể ghép nối vào mạch Relay để điều khiển bật tắt đèn, còi, hoặc thiết bị cảnh báo khác. Nhựơc điểm: Một điều khó khăn khi làm việc với MQ-2 là ta khó có thể quy từ điện áp AOUT về giá trị nồng độ PPM. Rồi từ đó hiển thị và cảnh báo theo PPM.
Do giá trị điện áp trả về từng loại khí khác nhau, lại bị ảnh hưởng nhiệt độ, độ ẩm nữa. Trong thiết bị, để xác định điểm cảnh báo phải thực hiện thủ công. Đầu tiên đo trạng thái không khí sạch, giá trị thu được VOUT1. Cho khí gas từ bật lửa rò rỉ ra.
Ta thấy giá trị AOUT tăng lên. Khi đạt khoảng cách khí gas từ bật lửa hợp lý rồi tương ứng với nồng độ khí bắt đầu 13 nguy hiểm, ta ghi lại giá trị VOUT2. Ta chọn giá trị VOUT2 là giá trị ngưỡng cảnh báo. Nếu giá trị đo được lớn hơn thiết bị sẽ xuất tín hiệu cảnh báo.