Đồ án HCMUTE: Thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo hỏa hoạn và rò rỉ khí gas

Đồ án nghiên cứu hcmute thiết kế thi công hệ thống cảnh báo phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Trần Minh Tâm
• Người hướng dẫn: Hà A Thời
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử - Truyền Thông
• Đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN
• 4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hệ thống báo cháy HCMUTE Tổng quan và thiết kế

Đồ án tốt nghiệp này tập trung vào thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas tại HCMUTE. Hệ thống báo cháy HCMUTE được thiết kế để phát hiện sớm hỏa hoạn và rò rỉ khí gas, đảm bảo an toàn cho người và tài sản. Hệ thống báo gas HCMUTE bổ sung khả năng giám sát nồng độ khí gas, cảnh báo rò rỉ kịp thời. Thiết kế hệ thống báo cháy HCMUTE dựa trên việc tích hợp các cảm biến nhiệt độ, cảm biến lửa và cảm biến khí gas. Dữ liệu được xử lý bởi vi điều khiển Arduino và truyền lên nền tảng Thingspeak.com cho giám sát từ xa. Hệ thống cũng tích hợp khả năng báo động qua tin nhắn và cuộc gọi điện thoại. Việc lập đặt hệ thống báo cháy HCMUTE được thực hiện với độ chính xác cao, đảm bảo hiệu quả hoạt động. An toàn phòng cháy chữa cháy HCMUTE được nâng cao đáng kể nhờ hệ thống này. An toàn khí gas HCMUTE cũng được đảm bảo tốt hơn. Phòng ngừa cháy nổ HCMUTE là mục tiêu chính của đồ án.

1.1. Phân tích yêu cầu và mục tiêu

Nhóm nghiên cứu đã xác định an toàn phòng cháy chữa cháy HCMUTE và an toàn khí gas HCMUTE là vấn đề cấp thiết. Hệ thống cảnh báo hỏa hoạn và rò rỉ khí gas tại HCMUTE cần đáp ứng các yêu cầu: phát hiện nhanh chóng và chính xác hỏa hoạn và rò rỉ khí gas; giám sát từ xa qua internet; báo động bằng tin nhắn và cuộc gọi; tự động chuyển đổi nguồn dự phòng khi mất điện. Cảnh báo cháy HCMUTE cần có độ tin cậy cao. Cảnh báo gas HCMUTE cần độ nhạy tốt. Lập đặt hệ thống báo cháy HCMUTE cần đơn giản và dễ sử dụng. Lập đặt hệ thống báo gas HCMUTE cần đảm bảo độ bền cao. Báo động cháy HCMUTE phải nhanh chóng và hiệu quả. Báo động gas HCMUTE cần kịp thời để ngăn chặn nguy hiểm. Hệ thống cảnh báo sớm HCMUTE là ưu tiên hàng đầu. Giám sát cháy nổ HCMUTE được thực hiện qua internet. Giám sát gas HCMUTE cung cấp dữ liệu chính xác. Phần mềm quản lý báo cháy HCMUTE cần dễ sử dụng và thân thiện.

1.2. Giải pháp công nghệ và lựa chọn thiết bị

Đồ án sử dụng Arduino làm vi điều khiển trung tâm. ESP8266 NodeMCU đảm nhiệm kết nối Wifi và truyền dữ liệu lên Thingspeak.com. Các cảm biến nhiệt độ, cảm biến lửa, và cảm biến khí gas MQ-2 được sử dụng để thu thập dữ liệu. Module SIM 800A cho phép gửi tin nhắn và gọi điện báo động. Thiết bị báo cháy HCMUTE bao gồm: cảm biến nhiệt độ, cảm biến khói, cảm biến gas. Thiết bị báo gas HCMUTE bao gồm: cảm biến gas, van khóa gas tự động. Hệ thống báo cháy thông minh HCMUTE tận dụng công nghệ internet of things (IoT). Hệ thống báo gas thông minh HCMUTE tối ưu hoá khả năng cảnh báo. Nhà cung cấp hệ thống báo cháy HCMUTE cần đảm bảo chất lượng sản phẩm. Nhà cung cấp hệ thống báo gas HCMUTE cần có uy tín trên thị trường. Dịch vụ bảo trì báo cháy HCMUTE cần được đảm bảo thường xuyên. Dịch vụ bảo trì báo gas HCMUTE cần đáp ứng yêu cầu khắt khe về an toàn. Trung tâm báo cháy HCMUTE sẽ được giám sát 24/7.

II. Thực hiện và đánh giá hệ thống

Phần này tập trung vào quá trình thi công hệ thống cảnh báo hỏa hoạn và rò rỉ khí gas tại HCMUTE. Lập trình hệ thống báo cháy HCMUTE sử dụng ngôn ngữ lập trình C++ cho Arduino. Bảo trì hệ thống báo cháy HCMUTE cần được thực hiện định kỳ. Bảo trì hệ thống báo gas HCMUTE cần đảm bảo sự hoạt động ổn định. Giải pháp hệ thống báo cháy HCMUTE được đánh giá cao về độ chính xác và hiệu quả. Giải pháp hệ thống báo gas HCMUTE đáp ứng tốt yêu cầu an toàn. Thiết kế hệ thống báo gas HCMUTE đã được tối ưu hoá. Thiết kế hệ thống báo cháy HCMUTE đảm bảo tính khả thi và an toàn. Trường đại học HCMUTE phòng cháy chữa cháy đã được nâng cấp đáng kể.

2.1. Quá trình thi công và lắp đặt

Quá trình thi công hệ thống báo cháy HCMUTE bao gồm các bước: lắp đặt cảm biến, kết nối mạch điện, lập trình vi điều khiển, thử nghiệm hệ thống. Thi công hệ thống báo gas HCMUTE tương tự, đảm bảo an toàn trong quá trình lắp đặt. Lắp đặt hệ thống báo cháy HCMUTE cần tuân thủ các quy định an toàn. Lắp đặt hệ thống báo gas HCMUTE cần sự chính xác cao. Bảo dưỡng hệ thống báo cháy HCMUTE là rất quan trọng. Bảo dưỡng hệ thống báo gas HCMUTE giúp đảm bảo hệ thống hoạt động tốt. Giải pháp hệ thống báo cháy HCMUTE đã được kiểm tra kỹ lưỡng. Giải pháp hệ thống báo gas HCMUTE được đánh giá là hiệu quả và đáng tin cậy. An ninh trường HCMUTE được cải thiện. An toàn trường HCMUTE được đảm bảo tốt hơn. Tiêu chuẩn báo cháy HCMUTE được đáp ứng. Quy định báo cháy HCMUTE được tuân thủ.

2.2. Kết quả thử nghiệm và đánh giá hiệu quả

Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống cảnh báo hỏa hoạn và rò rỉ khí gas tại HCMUTE hoạt động chính xác và hiệu quả. Hệ thống phát hiện và báo động kịp thời trong các tình huống giả định. Hệ thống báo cháy HCMUTE đáp ứng được các yêu cầu về độ nhạy và độ tin cậy. Hệ thống báo gas HCMUTE cho kết quả chính xác cao. Báo động cháy và báo động gas HCMUTE hoạt động đúng như mong muốn. Giám sát cháy nổ HCMUTE từ xa hoạt động trơn tru. Giám sát gas HCMUTE cung cấp thông tin cập nhật thường xuyên. Hệ thống cảnh báo hỏa hoạn HCMUTE được đánh giá là thành công. Hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas HCMUTE đạt được hiệu quả cao. Phát triển hệ thống báo cháy HCMUTE sẽ được tiếp tục nghiên cứu để nâng cao hiệu quả hơn nữa. Các tiêu chuẩn báo cháy quốc tế đã được tham khảo trong quá trình thiết kế. Công nghệ giám sát từ xa đã đóng góp quan trọng cho hiệu quả của hệ thống.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự cố cháy nổ và hỏa hoạn trong đời sống sinh hoạt và sản xuất luôn tiềm ẩn nguy cơ gây thiệt hại nghiêm trọng về tính mạng và tài sản. Theo số liệu của Cục Cảnh sát Phòng cháy, chữa cháy và Cứu nạn, cứu hộ cùng Tổng cục Thống kê (Bộ Kế hoạch và Đầu tư) được trích dẫn trong đồ án, trong 9 tháng đầu năm 2018, cả nước đã xảy ra 2.989 vụ cháy nổ, làm 73 người chết, 163 người bị thương, tổng thiệt hại tài sản ước tính 1.589 tỷ đồng. Tiếp đó, chỉ trong 4 tháng đầu năm 2019, các vụ hỏa hoạn tiếp tục gây thiệt hại hơn 458 tỷ đồng, khiến 10 người chết và mất tích cùng 19 người bị thương. Thực tế cho thấy đa phần các hộ gia đình và cơ sở nhỏ chỉ trang bị các thiết bị phòng cháy đơn lẻ như đầu báo khói, đầu báo xì gas độc lập hoặc bình chữa cháy xách tay, thiếu sự liên kết đồng bộ và không có khả năng giám sát từ xa. Nhằm khắc phục các nhược điểm này, đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas" được nhóm sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh thực hiện. Hệ thống được phát triển kế thừa và mở rộng từ đồ án môn học trước đó về cảnh báo quá nhiệt qua SMS, bổ sung tính năng phát hiện lửa, cảnh báo rò rỉ khí gas, tự động xử lý sự cố tại chỗ và truyền dữ liệu lên Internet.

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án bao gồm:

1. Thu thập dữ liệu môi trường thời gian thực từ hệ thống cảm biến (nhiệt độ, lửa, khí gas).
2. Hiển thị thông số đo đạc tại chỗ lên màn hình LCD và truyền dữ liệu lên nền tảng đám mây Thingspeak.com để người dùng theo dõi trực tuyến qua điện thoại thông minh hoặc máy tính.
3. Tự động kích hoạt cơ chế ứng phó khẩn cấp: bật quạt thông gió để làm giảm nồng độ khí gas khi phát hiện rò rỉ; kích hoạt còi báo động và máy bơm phun nước khi phát hiện ngọn lửa hoặc nhiệt độ tăng cao.
4. Phát tín hiệu cảnh báo từ xa đến người dùng bằng cuộc gọi thoại và tin nhắn SMS thông qua mạng di động GSM.
5. Tự động chuyển đổi sang nguồn điện dự phòng khi hệ thống lưới điện gặp sự cố mất điện.

Đề tài xác định 5 nội dung nghiên cứu cụ thể:

• Nội dung 1: Tìm hiểu về các nghiên cứu gần với đề tài đã có, phân tích những hạn chế còn tồn tại để đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp.
• Nội dung 2: Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan đến nguyên nhân cháy nổ, tính chất nguy hiểm của khí gas công nghiệp, nguyên lý cảm biến và tia lửa điện.
• Nội dung 3: Nghiên cứu các giao thức truyền nhận dữ liệu giữa các module phần cứng và phương thức truyền thông vô tuyến qua sóng cao tần.
• Nội dung 4: Lựa chọn linh kiện cảm biến, module truyền thông và vi điều khiển tối ưu cho hệ thống.
• Nội dung 5: Tìm hiểu môi trường phát triển tích hợp Arduino IDE và phương thức lập trình nhúng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống nhúng tích hợp đa cảm biến phục vụ cảnh báo cháy nổ và rò rỉ khí gas tự động.
• Phạm vi không gian ứng dụng: Thiết kế hướng tới các khu vực không gian nhỏ như phòng bếp (3 x 3 m), phòng khách (5 x 5 m) và garage ô tô (5 x 5 m). Kích thước mô hình vật lý thử nghiệm là 30 x 60 x 30 cm.
• Phạm vi thời gian thực hiện: Từ ngày 18/02/2019 đến ngày 10/06/2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng trên nền tảng lý thuyết kỹ thuật điện tử, viễn thông và công nghệ truyền dữ liệu không dây:

• Cơ sở về khí gas công nghiệp: Phân tích thành phần và đặc tính nguy hiểm của khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG - thành phần chính là Propane $C_3H_8$ và Butane $C_4H_{10}$), khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) và khí nén thiên nhiên (CNG - khí Metan chiếm tới 95%). Đồ án nhấn mạnh LPG nặng hơn không khí (Propane nặng gấp 1,55 lần, Butane nặng gấp 2,07 lần), khi rò rỉ sẽ tích tụ ở các vùng trũng trên sàn nhà tạo thành hỗn hợp nguy hiểm có nhiệt độ ngọn lửa cháy từ 1.890°C đến 1.935°C, vận tốc cháy lan đạt 0,38 m/s (Butane) và 0,46 m/s (Propane).
• Cảm biến và chuyển đổi tín hiệu: Lý thuyết chuyển đổi các đại lượng vật lý không điện (nhiệt độ, quang phổ ngọn lửa, nồng độ khí) thành tín hiệu điện thế hoặc điện trở. Cảm biến nhiệt độ DHT-22 hoạt động trong dải từ -40°C đến 80°C; cảm biến quang phát hiện bức xạ tia lửa điện (Flame sensor); cảm biến bán dẫn MQ-2 đo nồng độ khí cháy (LPG, Metan, Hydrogen); cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04.
• Mạng di động GSM và tập lệnh AT: Nền tảng mạng thông tin di động toàn cầu sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), hoạt động trên băng tần GSM 900 MHz tại Việt Nam. Vi điều khiển giao tiếp với module SIM thông qua tập lệnh tiêu chuẩn AT (Attention command) như AT, ATD (thực hiện cuộc gọi), ATA (nhận cuộc gọi), ATH (ngắt cuộc gọi), AT+CMGF, AT+CMGS (gửi tin nhắn SMS), AT+CMGR (đọc tin nhắn), AT+CMGD (xóa tin nhắn).
• Sóng vô tuyến RF và kết nối mạng: Lý thuyết truyền sóng điện từ dải tần 2,4 GHz; mạch dao động cộng hưởng LC; cấu trúc mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.11b/g (WiFi) và nền tảng cơ sở dữ liệu mở IoT Thingspeak.com.
• Bộ biến đổi nguồn: Nguyên lý nguồn xung tổ ong chuyển đổi AC-DC; cấu trúc mạch biến đổi DC-DC hạ áp kiểu Buck (dùng IC LM2596) và tăng áp kiểu Boost (dùng IC XL6009) theo phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).

Phương pháp nghiên cứu áp dụng:

• Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Khảo sát tài liệu kỹ thuật, datasheet của linh kiện điện tử và các công trình liên quan để lựa chọn giải pháp khả thi.
• Phương pháp thiết kế kỹ thuật phần cứng: Tính toán thông số kỹ thuật, thiết kế sơ đồ nguyên lý, thiết kế mạch in (PCB) hai lớp cho khối trạm thu thập và khối trạm xử lý trung tâm.
• Phương pháp lập trình nhúng: Xây dựng lưu đồ giải thuật cho từng chức năng riêng biệt, lập trình điều khiển vi điều khiển bằng ngôn ngữ C/C++ trên môi trường Arduino IDE.
• Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Lắp ráp các khối vào mô hình hộp bảo vệ kích thước 30 x 60 x 30 cm, kiểm tra đo đạc khả năng thu nhận tín hiệu cảm biến, độ nhạy kích hoạt bơm/quạt và tỷ lệ truyền tin qua RF, GSM và WiFi.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc phân tán gồm hai trạm độc lập giao tiếp qua sóng vô tuyến: Trạm thu thập dữ liệu (trạm phụ đặt tại khu vực cần giám sát) và Trạm xử lý trung tâm (đặt tại vị trí quản lý). Ngoài ra, hệ thống tích hợp khối nguồn và khối cơ cấu chấp hành chữa cháy/thông gió.

Phân hệ / Khối chức năng	Linh kiện / Thiết bị chính	Thông số kỹ thuật danh định	Giao thức / Chức năng chính
Khối cảm biến thu thập	MQ-2	Nguồn 5 VDC, phát hiện LPG, $CH_4$, $H_2$	Chuyển đổi nồng độ khí gas sang tín hiệu điện
	Flame Sensor	Nguồn 3,3 VDC - 5 VDC	Thu nhận bức xạ quang của ngọn lửa
	DHT-22	Nguồn 5 VDC, dải đo -40°C đến 80°C	Đo nhiệt độ môi trường
	HC-SR04	Nguồn 5 VDC, sóng siêu âm	Đo khoảng cách / mức chất lỏng phục vụ giám sát
Khối điều khiển trung tâm	Arduino Nano	Vi điều khiển ATmega328P-AU, 16 MHz, 32 KB Flash, 2 KB SRAM, 1 KB EEPROM, 14 chân Digital, 8 chân Analog	Xử lý logic, tiếp nhận dữ liệu cảm biến, xuất lệnh điều khiển chấp hành
Khối truyền thông vô tuyến	NRF24L01+	Nguồn 3,3 VDC, tần số 2,4 GHz, cự ly tối đa 100 m không vật cản	Giao tiếp chuẩn SPI với Arduino Nano để truyền nhận dữ liệu trạm phụ - trạm chính
Khối viễn thông & IoT	SIM800A Mini	Nguồn 3,7 VDC - 4,2 VDC, băng tần GSM 900 MHz	Giao tiếp UART với Arduino (qua cầu phân áp trở 1kΩ - 2kΩ), gọi điện và gửi SMS
	ESP8266 NodeMCU Lua CP2102	Nguồn 3,3 VDC / 5 VDC, WiFi 802.11 b/g	Giao tiếp UART, kết nối Internet đẩy dữ liệu cảm biến lên trang web Thingspeak.com
Khối hiển thị & Cảnh báo	LCD 16x2	Hiển thị 2 dòng, mỗi dòng 16 ký tự	Hiển thị thông số nồng độ gas và nhiệt độ tại chỗ
	Chuông / Còi báo động	Nguồn 5 VDC - 12 VDC	Phát âm thanh báo động cục bộ khi có cháy
Khối chấp hành cơ điện	Máy bơm mini P385	Điện áp 12 VDC, kích thước 86 x 46 x 46 mm	Kích hoạt phun nước dập tắt nguồn lửa
	Quạt thông gió	Nguồn 12 VDC	Hút và đẩy khí gas ra ngoài để hạ nồng độ
Khối nguồn nuôi	Nguồn tổ ong & Mạch chuyển	Nguồn tổ ong 12 VDC - 10 A, LM2596 (Buck), XL6009 (Boost)	Cung cấp các mức áp 12 VDC, 5 VDC, 3,3 VDC và tự chuyển sang nguồn pin dự phòng

Về mặt ghép nối giao tiếp phần cứng:

• Chuẩn giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface): Sử dụng 4 đường tín hiệu SCK, MISO, MOSI và SS để kết nối vi điều khiển ATmega328P trên Arduino Nano với module NRF24L01+, đảm bảo tốc độ truyền nhận dữ liệu cao và tính đồng bộ giữa trạm phụ và trạm chính.
• Chuẩn giao tiếp UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter): Kết nối chân truyền Tx và chân nhận Rx giữa Arduino Nano với module SIM800A Mini và module WiFi ESP8266. Nhằm bảo vệ ngõ vào của SIM800A Mini (hoạt động ở mức logic 3,3 V), tín hiệu từ chân Tx (5 V) của Arduino Nano được mắc nối tiếp qua cầu phân áp gồm điện trở 1 kΩ và 2 kΩ trước khi đưa vào chân Rx của module SIM.

Quy trình giải thuật điều khiển hệ thống:

1. Khối thu thập định kỳ đọc giá trị tín hiệu tương tự và tín hiệu số từ cảm biến MQ-2, DHT-22 và Flame sensor. Dữ liệu sau khi xử lý sơ bộ được đóng gói và truyền không dây qua module NRF24L01+ về trạm trung tâm.
2. Tại trạm trung tâm, Arduino Nano nhận dữ liệu qua NRF24L01+, phân tích và so sánh với ngưỡng an toàn cài đặt:
   • Nếu phát hiện nồng độ khí gas vượt ngưỡng: Xuất lệnh kích hoạt quạt hút thông gió hoạt động để giải tỏa nồng độ khí cháy, đồng thời điều khiển module SIM800A gửi tin nhắn cảnh báo rò rỉ gas tới số điện thoại người dùng.
   • Nếu phát hiện có tín hiệu lửa hoặc nhiệt độ tăng cao bất thường: Kích hoạt còi báo động, đóng relay cấp nguồn cho động cơ máy bơm P385 (12 VDC) thực hiện phun nước dập lửa, đồng thời điều khiển module SIM800A thực hiện cuộc gọi khẩn cấp tới máy người quản lý.
3. Song song với quá trình kiểm soát sự cố, dữ liệu trạng thái được hiển thị trực tiếp lên màn hình LCD 16x2 và truyền qua cổng nối tiếp sang module ESP8266 để gửi lên Thingspeak.com theo chu kỳ.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan

Chương 1 giới thiệu lý do lựa chọn đề tài xuất phát từ các số liệu thống kê tai nạn cháy nổ nghiêm trọng trong nước giai đoạn 2018 - 2019. Tác giả phân tích tính cấp thiết của việc phát triển một thiết bị tích hợp đồng thời ba khả năng: cảnh báo cháy, cảnh báo nhiệt độ và cảnh báo rò rỉ khí gas, có khả năng chữa cháy bước đầu và truyền thông đa kênh. Chương này xác định rõ mục tiêu, 5 nội dung nghiên cứu, phân chia giới hạn đề tài cho không gian phòng nhỏ (bếp 3 x 3 m, khách 5 x 5 m, garage 5 x 5 m), các thông số định mức của cảm biến và cấu trúc 6 chương của báo cáo.

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày toàn diện các khái niệm và cơ sở khoa học làm nền tảng cho thiết kế. Nội dung tập trung vào:

• Bản chất hóa lý của các loại khí gas công nghiệp (LPG, LNG, CNG), môi chất làm lạnh gia dụng (R22, R410A, R32, R12, R134A, R404, R600), đặc tính tích tụ vùng thấp và nguy cơ cháy nổ nguy hiểm của hỗn hợp khí gas với không khí.
• Khái niệm về tia lửa điện và điều kiện phóng điện tự lực trong chất khí.
• Phân loại cảm biến nhiệt độ (cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở RTD, bán dẫn, hỏa kế).
• Cấu trúc mạng thông tin di động GSM, công nghệ TDMA, băng tần GSM 900 MHz tại Việt Nam và tập lệnh AT điều khiển cuộc gọi, tin nhắn.
• Lý thuyết sóng vô tuyến RF, bảng phân loại tần số từ ELF đến EHF, nguyên lý mạch dao động LC và các module RF 2,4 GHz trên thị trường.
• Kiến trúc mạng Internet, mạng truy nhập không dây WiFi và các kit phát triển ESP8266 NodeMCU.
• Nguyên lý chuyển đổi nguồn điện AC-DC (nguồn xung tổ ong) và DC-DC (mạch Boost XL6009, mạch Buck LM2596).
• Nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều một pha và ba pha.
• Cấu trúc phần cứng vi điều khiển Arduino (Uno R3, Nano, Mega 2560 R3) và hai chuẩn truyền dữ liệu ngoại vi chính là SPI và UART.

Chương 3. Tính toán và thiết kế hệ thống

Chương 3 đi sâu vào thiết kế kỹ thuật chi tiết của hệ thống:

• Xây dựng sơ đồ khối tổng quát và sơ đồ chức năng của trạm thu thập dữ liệu, khối xử lý trung tâm và khối máy bơm nước.
• Tính toán lựa chọn và ghép nối chân cho từng linh kiện: cảm biến khí gas MQ-2, cảm biến phát hiện lửa, cảm biến nhiệt độ DHT-22, cảm biến siêu âm HC-SR04, còi báo động, LCD 16x2, module WiFi ESP8266, mạch thu phát RF NRF24L01+, module SIM800A Mini và vi điều khiển Arduino Nano.
• Thiết kế mạch phân phối nguồn cho toàn hệ thống, chia tách các đường cấp áp 12 VDC, 5 VDC và 3,3 VDC, đảm bảo công suất hoạt động cho từng linh kiện.
• Vẽ chi tiết sơ đồ nguyên lý của khối thu thập dữ liệu, khối xử lý trung tâm và khối điều khiển rơ-le máy bơm dập lửa.

Chương 4. Thi công hệ thống

Chương 4 phản ánh toàn bộ quá trình hiện thực hóa thiết kế từ bản vẽ sang mô hình vật lý:

• Thiết kế layout mạch in PCB hai lớp (mặt trước và mặt sau) cho khối thu thập dữ liệu và khối xử lý trung tâm; tiến hành ủi/in mạch, khoan lỗ và hàn lắp linh kiện.
• Thi công đóng gói hộp bảo vệ mạch và lắp ráp toàn bộ hệ thống vào mô hình vật lý hoàn chỉnh kích thước 30 x 60 x 30 cm.
• Xây dựng lưu đồ giải thuật phần mềm chi tiết cho từng tác vụ: đọc cảm biến, truyền dữ liệu qua NRF24L01+, truyền dữ liệu nối tiếp UART sang NodeMCU, đẩy thông số lên Thingspeak, và lưu đồ xử lý ngắt cảnh báo tại khối trung tâm.
• Cấu hình môi trường Arduino IDE (chọn board, chọn cổng COM) và thiết lập kênh truyền dữ liệu (Channel) trên trang web Thingspeak.com.
• Soạn thảo tài liệu hướng dẫn quy trình vận hành và thao tác sử dụng hệ thống.

Chương 5. Kết quả, nhận xét và đánh giá

Chương 5 công bố các kết quả thực nghiệm thu được sau khi lắp ráp và chạy thử hệ thống:

• Ghi nhận hoạt động thực tế của board Arduino Nano, module NRF24L01+, module SIM800A Mini và module ESP8266.
• Đánh giá khả năng đáp ứng của cảm biến khi có khí gas rò rỉ: hệ thống nhận diện nhanh, kích hoạt còi báo và tự động gửi tin nhắn SMS cảnh báo đến máy điện thoại người dùng.
• Đánh giá khả năng phát hiện ngọn lửa: hệ thống nhận diện bức xạ nhiệt/lửa tức thì, lập tức kích hoạt cuộc gọi thoại đến người dùng và cấp nguồn cho máy bơm mini P385 phun nước xử lý.
• Kiểm tra tính ổn định của đường truyền dữ liệu lên nền tảng đám mây Thingspeak.com, các thông số nhiệt độ và trạng thái môi trường được vẽ biểu đồ trực tuyến liên tục.

Chương 6. Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 tổng kết các kết quả mà đề tài đã đạt được so với mục tiêu và nhiệm vụ đặt ra ban đầu; đồng thời chỉ ra các điểm còn tồn tại và đề xuất phương hướng phát triển, hoàn thiện hệ thống trong các giai đoạn nghiên cứu tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được:

• Chế tạo hoàn chỉnh phần cứng gồm khối thu thập dữ liệu và khối trung tâm với mạch in PCB hai lớp nhỏ gọn, lắp đặt ổn định trong mô hình kích thước 30 x 60 x 30 cm.
• Khối vi điều khiển trung tâm Arduino Nano (chip ATmega328P-AU) vận hành chính xác các giải thuật đọc cảm biến, điều phối ngoại vi và ra quyết định chấp hành.
• Khối vô tuyến RF NRF24L01+ kết nối thông suốt giữa trạm phụ và trạm chính ở tần số 2,4 GHz trong phạm vi kiểm tra mô hình.
• Module SIM800A Mini hoạt động ổn định trên băng tần GSM 900 MHz, thực hiện cuộc gọi thoại khẩn cấp và gửi tin nhắn cảnh báo thành công tới số thuê bao di động cài đặt sẵn ngay khi có sự cố.
• Module ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 đồng bộ hóa dữ liệu đo nhiệt độ và nồng độ khí gas lên tài khoản Thingspeak.com, hỗ trợ theo dõi từ xa qua Internet.
• Cơ chế chấp hành tự động vận hành đúng chức năng thiết kế: tự động kích hoạt quạt hút khi có rò rỉ gas và kích hoạt máy bơm nước mini P385 (12 VDC) dập lửa khi phát hiện đám cháy.

Giải pháp và kiến nghị kỹ thuật do nhóm tác giả đề xuất:

• Ứng dụng giải pháp cảnh báo kép: kết hợp giám sát tại chỗ (còi hú, màn hình LCD 16x2) với giám sát từ xa đa phương thức (mạng viễn thông di động GSM qua cuộc gọi/SMS và mạng Internet qua Thingspeak), giúp người dùng luôn nhận được cảnh báo ngay cả khi mất kết nối Internet.
• Tích hợp cơ chế can thiệp chủ động tại chỗ (quạt thông gió hạ nồng độ khí gas, máy bơm phun nước chữa cháy) thay vì chỉ dừng lại ở chức năng báo động thụ động.
• Bố trí mạch nguồn có tính năng tự động chuyển đổi sang nguồn pin dự phòng nhằm duy trì sự liên tục của hệ thống bảo vệ khi xảy ra chập cháy làm ngắt điện lưới.

Đóng góp so với nghiên cứu trước (theo tự đánh giá của tác giả):

• So với đề tài đồ án môn học trước đó của nhóm (vốn chỉ dừng lại ở chức năng đo và cảnh báo quá nhiệt độ qua tin nhắn SMS), đồ án tốt nghiệp này đã mở rộng toàn diện: tích hợp thêm cảm biến phát hiện ngọn lửa và cảm biến rò rỉ khí gas MQ-2; bổ sung cơ cấu chấp hành dập lửa (bơm P385) và thông gió; nâng cấp phương thức cảnh báo khẩn cấp sang hình thức gọi điện trực tiếp; đồng thời tích hợp nền tảng đám mây IoT Thingspeak.com để lưu trữ và trực quan hóa dữ liệu theo thời gian thực.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của hệ thống:

• Phạm vi ứng dụng bị giới hạn trong không gian phòng nhỏ (bếp 3 x 3 m, phòng khách 5 x 5 m, garage 5 x 5 m) với mô hình thực nghiệm kích thước 30 x 60 x 30 cm.
• Động cơ bơm mini P385 (12 VDC, kích thước 86 x 46 x 46 mm) có công suất và lưu lượng nước nhỏ, chỉ phù hợp cho việc thực nghiệm dập lửa trên mô hình mô phỏng, chưa đủ năng lực dập tắt các đám cháy thực tế có quy mô lớn.
• Khả năng truyền sóng của module NRF24L01+ bị giới hạn ở cự ly tối đa 100 m trong điều kiện không có vật cản, dễ suy hao tín hiệu khi lắp đặt trong các tòa nhà có nhiều tường chắn bê tông dày.
• Việc hiển thị và lưu trữ trực tuyến phụ thuộc hoàn toàn vào dịch vụ đám mây Thingspeak miễn phí với giới hạn tần suất gửi bản tin, chưa có ứng dụng di động độc lập dành riêng cho người dùng.

Hướng phát triển của đề tài:

• Mở rộng mạng lưới giám sát thành hệ thống mạng cảm biến không dây đa điểm (Mesh Network), cho phép kết nối nhiều trạm phụ để giám sát đồng thời toàn bộ các phòng trong ngôi nhà hoặc nhà xưởng.
• Nâng cấp cơ cấu chấp hành với máy bơm công suất lớn hơn, tích hợp hệ thống đường ống và van điện từ phun sương hoặc khí dập lửa chuyên dụng.
• Nghiên cứu thuật toán xử lý tín hiệu và lọc nhiễu nâng cao cho cảm biến MQ-2 nhằm loại bỏ các tình huống báo động giả do khói nấu nướng hoặc mùi gia vị.
• Xây dựng ứng dụng di động chuyên biệt (Mobile App) chạy trên hệ điều hành Android/iOS kết nối máy chủ đám mây riêng để quản lý, cấu hình ngưỡng cảm biến và nhận thông báo đẩy tức thời.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông, Kỹ thuật Máy tính và Hệ thống Nhúng/IoT.

Tài liệu cung cấp các nội dung kỹ thuật có giá trị ứng dụng cao, bao gồm:

• Thiết kế mạch giao tiếp phối hợp đa vi điều khiển và module truyền thông: Phương pháp kết nối bus SPI tốc độ cao giữa ATmega328P và NRF24L01+; giải pháp phối hợp trở kháng và hạ áp mức logic 5 V xuống 3,3 V bằng cầu phân áp (1 kΩ - 2 kΩ) cho đường truyền UART giữa Arduino và module SIM800A Mini.
• Kỹ thuật phân phối nguồn nuôi đa mức (12 V, 5 V, 3,3 V) sử dụng mạch hạ áp LM2596 và tăng áp XL6009 đảm bảo độ ổn định cho các cảm biến và tải công suất.
• Tập hợp lưu đồ giải thuật và cấu trúc mã nguồn lập trình vi điều khiển thực hiện đồng thời các tác vụ: quét cảm biến, điều khiển ngắt rơ-le chấp hành, gửi lệnh AT điều khiển cuộc gọi/SMS và truyền bản tin dữ liệu lên Thingspeak.com.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng những loại cảm biến nào để phát hiện các nguy cơ cháy nổ và rò rỉ khí gas?
Hệ thống sử dụng ba loại cảm biến chính tại trạm thu thập dữ liệu: cảm biến khí gas MQ-2 (sử dụng nguồn 5 VDC, phát hiện các khí dễ cháy như LPG, Metan $CH_4$, Hydrogen $H_2$); cảm biến phát hiện lửa Flame sensor (sử dụng nguồn 3,3 VDC - 5 VDC, cảm nhận bức xạ quang học của tia lửa/ngọn lửa); và cảm biến nhiệt độ DHT-22 (hoạt động từ -40°C đến 80°C, sử dụng nguồn 5 VDC). Ngoài ra, tài liệu còn đề cập đến cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 trong danh mục linh kiện tính toán.

2. Trạm thu thập dữ liệu và Trạm xử lý trung tâm trao đổi thông tin với nhau qua giao thức nào?
Hai trạm trao đổi dữ liệu không dây qua sóng vô tuyến dải tần 2,4 GHz nhờ cặp module thu phát RF NRF24L01+. Vi điều khiển Arduino Nano tại mỗi trạm giao tiếp với module NRF24L01+ thông qua chuẩn truyền thông nối tiếp đồng bộ 4 dây SPI (gồm các chân SCK, MISO, MOSI và SS). Khoảng cách truyền thông đạt tối đa 100 m trong môi trường thông thoáng không có vật cản.

3. Khi phát hiện rò rỉ khí gas hoặc hỏa hoạn, hệ thống thực hiện những biện pháp cảnh báo và xử lý tự động nào?
Khi phát hiện rò rỉ khí gas: hệ thống tự động kích hoạt quạt thông gió để hút khí gas ra bên ngoài làm loãng nồng độ không khí, đồng thời điều khiển module SIM800A gửi tin nhắn SMS cảnh báo đến điện thoại người dùng. Khi phát hiện ngọn lửa hoặc nhiệt độ cao: hệ thống bật còi báo động, đóng mạch cấp nguồn cho máy bơm mini P385 (12 VDC) phun nước dập lửa tại chỗ, đồng thời kích hoạt module SIM800A gọi điện thoại trực tiếp cho người quản lý. Các thông số cũng được hiển thị tại chỗ trên LCD 16x2 và cập nhật lên Thingspeak.com.

4. Khối xử lý trung tâm giao tiếp với module SIM800A Mini và module WiFi ESP8266 như thế nào?
Vi điều khiển Arduino Nano kết nối với cả module SIM800A Mini và module ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 qua giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ UART (chân Tx và Rx). Riêng với module SIM800A Mini hoạt động ở mức điện áp logic thấp hơn, tín hiệu từ chân Tx (5 V) của Arduino Nano được dẫn qua một cầu phân áp gồm điện trở 1 kΩ nối tiếp điện trở 2 kΩ (lấy tín hiệu ở điểm giữa) để hạ áp xuống 3,3 V trước khi cấp vào chân Rx của SIM800A, ngăn ngừa nguy cơ quá áp làm hỏng module.

5. Giới hạn quy mô thử nghiệm và thiết bị chấp hành của hệ thống được quy định như thế nào trong đồ án?
Đồ án giới hạn phạm vi áp dụng cho các không gian phòng nhỏ: phòng bếp (3 x 3 m), phòng khách (5 x 5 m) và garage (5 x 5 m). Kích thước mô hình lắp ráp hoàn thiện là 30 x 60 x 30 cm. Thiết bị chữa cháy sử dụng động cơ bơm mini P385 điện áp 12 VDC có kích thước 86 x 46 x 46 mm để phun nước thực nghiệm, phù hợp với việc kiểm chứng giải pháp kỹ thuật trên mô hình mô phỏng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas" đã hoàn thành toàn diện việc nghiên cứu, chế tạo phần cứng và lập trình hệ thống giám sát - ứng phó cháy nổ tự động dựa trên vi điều khiển Arduino Nano. Đề tài tích hợp thành công mạng cảm biến nhiệt - lửa - gas, cơ chế truyền thông vô tuyến kép (RF NRF24L01+ và WiFi ESP8266 đẩy dữ liệu lên Thingspeak), cùng phân hệ viễn thông GSM SIM800A thực hiện cuộc gọi và gửi tin nhắn cảnh báo khẩn cấp. Mặc dù công suất máy bơm P385 và kích thước mô hình (30 x 60 x 30 cm) mới dừng lại ở quy mô thử nghiệm phòng nhỏ, hệ thống đã chứng minh tính khả thi kỹ thuật, độ tin cậy trong kích hoạt cơ cấu dập lửa, hút gas và chuyển đổi nguồn dự phòng, tạo tiền đề vững chắc cho việc phát triển các giải pháp an toàn phòng cháy chữa cháy dân dụng trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Chương này trình bày đặt vấn đề lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương này tập trung vào các lý thuyết liên quan đến đề tài bao gồm các kiến thức về khí gas, các loại module, các thiết bị ngoại vi, vi điều khiển sử dụng trong hệ thống. • Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Chương này trình bày về sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý của hệ thống, trình bày chi tiết về các loại linh kiện, giao thức giao tiếp giữa các module với nhau. • Chương 4: Thi Công Hệ Thống Dựa trên sơ dồ nguyên lý tiến hành thi công phần cứng là lập trình phầm mềm cho hệ thống đáp ứng được các yêu cầu đã định ra.

• Chương 5: Kết Qủa, Nhận Xét và Đánh Giá Chương này sẽ trình bày kết quả mà nhóm đã thực hiện so với mục tiêu ban đầu, nhận xét hoạt động của hệ thống • Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Tóm lược lại những điều nhóm đã thực hiện, đồng thời đưa ra hướng phát triển để có được một đề tài hoàn thiện. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 GIỚI THIỆU CÁC LOẠI KHÍ GAS TRONG CÔNG NGHIỆP 2.1 Khái niệm Hiện nay, với đặc tính là nguồn nhiên liệu sạch và thân thiện với môi trường thì khí gas dần khẳng định được vị trí quan trọng trong đời sống của chúng ta và đã góp phần tạo nên sự văn minh của xã hội. Lợi ích của gas là rất tích cực, được sử dụng rộng rãi trong dân dụng, thương mại, vận tải và các ứng dụng công nghiệp.

Gas là hỗn hợp của các chất Hydrocacbon, trong đó thành phần chủ yếu là khí Propane (C3H8), Butane (C4H10) và một số thành phần khác.2 Ứng dụng của khí gas trong công nhiệp Khí công nghiệp là loại nguyên liệu khí được sản xuât để sử dụng trong công nghiệp. Các khí trong công nhiệp được sửu dụng nhiều nhất như: nitrogen, oxy, caarbon dioxide, hydro, acetylen,… Các loại khí công nghiệp được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Bao gồm các ngành công nghiệp nặng như dầu khí, hoá dầu, hóa chất, điện, khai thác mỏ, luyện kim, kim loại. Và cũng được sử dụng trong các ngành dược phẩm, công nghệ sinh học, thực phẩm, nước, phân bón, điện hạt nhân, điện tử, hàng không vũ trụ, phân tích thí nghiệm, kiểm nghiệm môi trường… 2.1 Ứng dụng trong ngành thực phẩm Nước ngọt có gas đã trở thành loại nước giải khát quá quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Nước có gas chiếm đến 94% thành phần của nước ngọt, có tên gọi hóa học là: Carbon dioxide (CO2) - có vai trò như một chất bảo quản nhẹ. Khí CO2 được sử dụng nhiều trong ngành sản xuất nước giải khát và bia rượu. Trong công nghiệp khí CO2 được điều chế từ các khí sinh ra khi lên men rượu bia, phân hủy chất béo, từ các khí thu được trong sản xuất hóa chất, như sản xuất amoniac hoặc tổng hợp methanol, từ khói các nhà máy công nghiệp đốt than.2 Ứng dụng trong thiết bị gia dụng a. Máy điều hòa Gas điều hòa là môi chất được sử dụng trong hệ thống làm hạnh hấp thụ nhiệt, có nhiệm vụ mang nhiệt từ nơi có nhiệt độ thấp thải ra nơi có nhiệt độ cao hơn.

Đây BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT chính là thành phần không thể thiếu trong quá trình làm lạnh của hệ thống điều hòa nói chung và các hệ thống làm lạnh nói riêng. Các loại gas được sử dụng trong máy điều hóa không khí như gas R22, gas R410A, gas R32. nhưng được sử dụng nhiều nhất vẫn là gas R22 và Gas R410A.

❖ Gas điều hòa R22 Gas R22 là loại gas được sử dụng đầu tiên trên các máy lạnh, chiếm hơn 70% trên thị trường điều hòa hiện nay, được sủ dụng cho máy điều hòa không khí loại thường (không sử dụng công nghệ Inverter). ❖ Gas điều hòa R410A Gas R410A có độ bay hơi cao hơn, và khi môi trường ở tầm thấp sẽ gây thiếu oxi chính vì vậy mà phòng của bạn phải được thoáng khí nếu không sẽ rất nguy hiểm khi có hiện tượng rò rỉ khí gas. ❖ Gas điều hòa R410A Loại Gas R32 là loại gas mới nhất hiện nay, được ứng dụng sử dụng nhiều nhất tại Nhật Bản. Loại gas này được phát minh ra nhằm thay thế cho loại gas R22 và loại R410A.

Tủ lạnh Gas tủ lạnh được nằm trong các dây đồng có tác dụng chuyển tải nhiệt từ dàn lạnh tới dàn nóng. Khí gas khi đi qua dàn lạnh sẽ hấp thụ nhiệt xung quanh dàn lạnh để chuyển tới dàn nóng. Tại đây, khí gas sẽ được làm mát thông qua việc tản nhiệt ra môi trường. ❖ Gas R12 Gas R12 là loại gas lâu đời nhất, được sử dụng phổ biến trong các tủ lạnh đời cũ.

Gas R12 bình thường có mùi hôi, khi đốt có màu xanh lá và mùi hắc, có thể gây choáng và nhức đầu khi hít nhiều. ❖ Gas R134A Do tính chất độc hại và gây nguy hiểm cho tầng Ozon của gas R12 nên gas R134A được tạo ra để thay thế cho gas R12. Loại gas này được sử dụng phổ biến cho nhiều loại tủ lạnh dân dụng hiện nay. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ❖ Gas R404 Gas R404 là loại gas chuyên dùng cho các tủ cấp đông. Loại gas này được thiết kế dành riêng cho nhu cầu làm đông ở nhiệt độ sâu hơn đồng thời đảm bảo tuổi thọ cho máy nén, các chi tiết và dầu bôi trơn cao hơn. ❖ Gas R600 Gas R600 được ứng dụng trong các dòng tủ lạnh cao cấp. Gas R600 là Gas Hidrocacbon (HC gas) nhằm bảo vệ môi trường và an toàn với tầng ozon, tránh hiện tượng biến đổi toàn cầu.3 Ứng dụng làm nhiên liệu khí đốt a.

Khí đốt hóa lỏng (Liquefied Petrolium Gas - LPG) LPG là khí không màu, không mùi (được thêm mùi để dễ phát hiện khi bị rò rỉ), nhiệt độ ngọn lửa từ 1890ºC đến 1935ºC, nhẹ hơn nước nhưng nặng hơn không khí, dễ cháy, không chứa chất độc nhưng có thể gây ngạt thở. Khí đốt ( Petrolium gas) là sản phẩm phụ thu được trong quá trình chế biến dầu, Khí đốt được hóa lỏng để tạo thành LPG. Thành phần hóa học chủ yếu gồm propan, butan và một lượng nhỏ propylen, butylen và các khí khác. Khí thiên nhiên hóa lỏng (Liquefied Natural Gas - LNG ) LNG là khí không màu, không mùi, không vị, không độc hại và không có tính chất ăn mòn, có nhiệt độ ngọn lửa khoảng 2440oC và nhẹ hơn không khí.

Khí thiên nhiên (Natural gas) được hóa lỏng ở -120ºC đến -170ºC (tùy vào tỷ lệ thành phần hỗn hợp trong chất khí), giúp dễ dàng bảo quản và vận chuyển. Khí nén thiên nhiên( Compressed Natural Gas - CNG) CNG là khí không màu, không mùi, có nhiệt độ ngọn lửa khoảng 1950ºC và nhẹ hơn không khí. Thành phần chủ yếu của CNG gồm các hydrocarbon, trong đó metan có thể chiếm đến 95%, etan chiếm 5% đến 10% cùng một lượng nhỏ propan, butan và các khí khác. Thông thường, hương lưu huỳnh được thêm vào giúp dễ phát hiện khi bị rò rỉ.

Do nhẹ hơn không khí nên trong trường hợp rò rỉ, khí thiên nhiên (cả CNG và LNG) không gây thiệt hại nghiêm trọng như xăng hoặc LPG. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2.3 Tính chất nguy hiểm cháy, nổ của gas Khi thoát ra khỏi thiết bị chứa, gas chuyển thành thể khí nên rất khó bảo quản. Mặt khác, do không có mùi, không có màu nên gas thoát ra thiết bị chứa rất khó phát hiện, do đó nhà sản xuất phải đưa thêm vào hỗn hợp gas chất tạo ra mùi bắp cải thối để dễ phát hiện gas bị rò rỉ. Tỷ trọng của gas nặng hơn không khí (Propan gấp 1,55 lần; Butan gấp 2,07 lần) nên khi thoát khỏi thiết bị chứa, gas tích tụ ở những chỗ trũng trên mặt đất và tạo thành hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ.

Do nhiệt độ ngọn lửa của gas khi bị cháy rất cao (1900oC đến 1950oC) nên dễ gây bỏng cho người và gia súc đồng thời gây cháy lan, khó khăn cho việc chữa cháy (vận tốc cháy lan của Butan là 0,38m/s của Propan là 0,46m/s) Hình 2. 1: Sự nguy hiểm khi gas phát nổ 2.2 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ 2.1 Khái niệm Cảm biến là thiết bị dùng cảm nhận sự biến đổi của các đại lượng vật lý không có tính chất điện (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng…) cần đo thành các đại lượng (thường mang tính chất điện) có thể đo và xử lý được. Sau đó các bộ phận xử lí trung tâm sẽ thu nhận dạng tín hiệu điện trở hay điện áp đó để xử lí. Nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt của vật chất ảnh hưởng rất lớn đến nhiều tính chất của vật, việc đo nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để cảm nhận sự biến đổi về nhiệt độ của đại lượng cần đo. Đối với các loại cảm biến nhiệt thì có 2 yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác đó là “Nhiệt độ môi trường cần đo” và “Nhiệt độ cảm nhận của cảm biến”. Điều đó nghĩa là việc truyền nhiệt từ môi trường vào đầu đo của cảm biến nhiệt tổn thất càng ít thì cảm biến đo càng chính xác 2.2 Phân loại cảm biến nhiệt độ Hiện nay cảm biến nhiệt độ được chia ra làm các loại sau: • Cặp nhiệt điện ( Thermocouple ).

• Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector ). • Bán dẫn ( Diode, IC ,…. • Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ).Dùng hồng ngoại hay lazer.3 GIỚI THIỆU TIA LỬA ĐIỆN 2.1 Khái niệm Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí đặt giữa hai điện cực khi điện trường đủ mạnh để biến phân tử khhis trung hòa thành ion dương và electron tự do Hình 2. 2: Tia lửa điện BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2.2 Điều kiện tạo ra tia lửa điện Tia lửa điện có thể hình thành trong không khí khi điện trường đạt giá trị ngưỡng vào khoảng 3.

Hiệu điện thế đủ để phát phát sinh tia lửa điện trong không khí giữa hai điện cực dạng khác nhau.