CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Tổng quan về các phương pháp đo nồng độ cồn 1. Phương Phương pháp báo cháy qua cảm biến khói Đây là phương pháp phổ biến nhất, sử dụng cảm biến khói để phát hiện sự hiện diện của khói trong không khí.
Khi nồng độ khói vượt quá một ngưỡng an toàn, cảm biến sẽ kích hoạt hệ thống cảnh báo (thường là còi báo cháy). Các loại cảm biến khói thông dụng hiện nay gồm: Cảm biến ion hóa: Phát hiện các hạt khói nhỏ bằng cách sử dụng một nguồn phóng xạ để ion hóa không khí giữa hai điện cực. Khi khói xâm nhập vào vùng này, nó làm gián đoạn dòng điện, từ đó kích hoạt báo động. Cảm biến quang học (quang điện): Phát hiện sự hiện diện của khói bằng cách sử dụng ánh sáng LED.
Khi khói xâm nhập vào cảm biến, nó làm tán xạ ánh sáng, từ đó kích hoạt báo động. Phương pháp báo cháy qua cảm biến nhiệt Cảm biến nhiệt được sử dụng để phát hiện sự gia tăng nhiệt độ đột ngột trong không gian, có thể là dấu hiệu của cháy. Có hai loại cảm biến nhiệt chính: Cảm biến nhiệt cố định (Hình 1.1): Kích hoạt báo động khi nhiệt độ vượt qua một ngưỡng nhất định. Cảm biến nhiệt độ tăng đột ngột: Kích hoạt báo động khi nhiệt độ tăng nhanh trong một khoảng thời gian ngắn, ngay cả khi nhiệt độ chưa đạt đến ngưỡng cố định.
Cảm biến nhiệt cố định Hình 1. Cảm biến nhiệt độ tăng đột ngột SVTH: NHÓM 03 13 Đ N VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: TS. PHẠM DUY DƯỞNG 1. Phương pháp báo cháy qua camera hồng ngoại Camera hồng ngoại (Hình 1.3) có khả năng phát hiện cháy thông qua sự thay đổi nhiệt độ và ánh sáng do lửa tạo ra.
Phương pháp này được sử dụng trong các khu vực rộng lớn như rừng, nhà máy, hoặc kho hàng. Khi nhiệt độ trong tầm quan sát của camera vượt quá ngưỡng an toàn hoặc xuất hiện ánh sáng của lửa, hệ thống sẽ cảnh báo. Camera hồng ngoại 1. Phương pháp báo cháy qua cảm biến khí gas Một số hệ thống báo cháy hiện đại có tích hợp cảm biến như hình 1.4 để phát hiện sự rò rỉ của các loại khí gas dễ cháy như methane, propane, hoặc butane.
Khi phát hiện nồng độ khí gas vượt ngưỡng an toàn, hệ thống sẽ phát ra cảnh báo. Phương pháp này thường được sử dụng trong các nhà máy công nghiệp, khu vực chứa các nhiên liệu hóa học hoặc các khu vực có nguy cơ rò rỉ khí gas. Cảm biến khí gas MQ-2 SVTH: NHÓM 03 14 Đ N VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: TS. PHẠM DUY DƯỞNG 1.
Phương pháp báo cháy qua cảm biến kết hợp Hiện nay, nhiều hệ thống báo cháy tiên tiến sử dụng kết hợp nhiều loại cảm biến, bao gồm cả cảm biến khói, nhiệt, và khí gas, để tăng cường độ chính xác và giảm thiểu báo động giả. Những hệ thống này có khả năng phân tích dữ liệu từ các cảm biến khác nhau và đưa ra quyết định cảnh báo chỉ khi tất cả các yếu tố chỉ ra sự hiện diện của một đám cháy thực sự. Tiêu chí đặt ra Khi thiết kế hệ thống báo cháy thông minh, các tiêu chí cần đặt ra nhằm đảm bảo hiệu quả hoạt động, tính ổn định, và tiện ích cho người dùng bao gồm: + Hệ thống phải sử dụng cảm có khả năng phát hiện khói với độ nhạy cao, giúp cảnh báo kịp thời khi có sự cố cháy. Điều này đảm bảo hệ thống có thể phát hiện được các đám cháy ngay từ giai đoạn đầu, trước khi trở thành nguy hiểm.
+ Âm thanh cảnh báo đủ lớn và dễ nhận biết để người dùng có thể nhanh chóng phản ứng. Âm thanh cảnh báo có thể phát ra giọng nói để trực quan nhất có thể + Đèn báo cháy có màu sắc phù hợp, dễ dàng nhận biết khi có cháy xảy ra. + Góp phần hạn chế hậu quả do cháy gây ra. + Hoạt động ổn định, giá thành phù hợp, dễ lắp đặt.
Lựa chọn phương án thiết kế Từ các phương pháp đã nêu, có nhiều cách tiếp cận để phát hiện sự cố cháy nổ. Sau khi tham khảo các nghiên cứu và ứng dụng gần đây trong lĩnh vực thiết bị báo cháy và cứu hỏa tại các quốc gia phát triển như Mỹ, Nhật Bản, và các hãng công nghệ chuyên về thiết bị an toàn (Honeywell, Bosch, Kidde.), chúng tôi nhận thấy rằng, phương pháp sử dụng cảm biến khói (đặc biệt là cảm biến MP-2) kết hợp với hệ thống báo động âm thanh hiện đang được áp dụng phổ biến và mang lại hiệu quả cao. So với các phương pháp sử dụng camera nhiệt hoặc cảm biến phát hiện lửa, phương pháp sử dụng cảm biến khói MP-2 cho kết quả nhanh hơn và có độ nhạy cao đối với khói và các chất khí dễ cháy. Với phương pháp này, thời gian phản hồi chỉ mất khoảng 2 đến 5 giây sau khi phát hiện khói.
Ngoài ra, hệ thống báo động bằng âm thanh qua module MP3 miniplayer giúp cảnh báo người dùng một SVTH: NHÓM 03 15 Đ N VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: TS. PHẠM DUY DƯỞNG cách tức thời và hiệu quả. Hệ thống còn sử dụng thêm hệ thống đèn Led cảnh báo chuyển trạng thái để có thể nhận biết cháy nhanh nhất có thể Do đó, chúng em quyết định chọn phương án sử dụng cảm biến khói MP-2 kết hợp với module MP3 miniplayer để tạo ra âm thanh cảnh báo, cụm đèn Led để dễ dàng nhận biết. Các linh kiện này dễ dàng lập trình và tích hợp với vi điều khiển Arduino, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và có thể ứng dụng rộng rãi trong các không gian khác nhau như chung cư, nhà ở, văn phòng, và nhà kho.
Hệ thống đề xuất 1. Nguyên lý hoạt động Hệ thống báo cháy tự động sử dụng cảm biến khói MQ-2 để liên tục phát hiện khói. Khi nồng độ khói vượt ngưỡng an toàn, cảm biến gửi tín hiệu đến Arduino để kích hoạt cảnh báo bằng âm thanh qua Module MP3 và đồng thời bật đèn LED cảnh báo. Đèn LED sẽ sáng để thu hút sự chú ý.
Người dùng có thể sử dụng nút nhấn để điều khiển cảnh báo. Cụ thể: Nhấn một lần để kích hoạt âm thanh cảnh báo và đèn LED. Nhấn thêm một lần nữa để tắt âm thanh cảnh báo và đèn LED, đưa hệ thống về trạng thái chờ. Mô hình phác thảo Hình 1.
Mô hình phác thảo thiết bị 1. Các linh kiện dùng trong đề tài Arduino Uno R3 Cảm biến MP-2 Module MP3 Miniplayer Đèn Led Loa 3W SVTH: NHÓM 03 16 Đ N VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: TS. PHẠM DUY DƯỞNG CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO VÀ CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 2.
Tổng quan vi điều khiển 2. Vi điều khiển Vi điều khiển giống như một máy tính được tích hợp trên một con chip và được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử. Nó là một hệ thống nhúng khép kín với các thiết bị ngoại vi, bộ xử lý và bộ nhớ. Nó được ứng dụng trong việc chế tạo khá nhiều thiết bị điện tử dân dụng như điện thoại, xe hơi, thiết bị đèn led, máy đo nhiệt độ môi trường,… Có nhiều loại vi điều khiển khác nhau, chúng được phân loại dựa theo các thông số như Bits, kích thước bộ nhớ RAM, Flash, số lượng dòng đầu vào và đầu ra,… Để vi điều khiển có thể cung cấp đúng dữ liệu mà mình cần người dùng có thể điều chỉnh các thông số kỹ thuật trong bộ lọc thông số.
Cấu trúc tổng quan của vi điều khiển Hình 2. Cấu trúc của vi điểu khiển 2. CPU(Vi xử lý) CPU (Center Programing Unit) hay bộ xử lý trung tâm là bộ não của vi điều khiển. CPU chịu trách nhiệm nạp lệnh, giải mã và thực thi.
Tất cả những hành vi của vi điều khiển đều là do CPU điều khiển. Chúng giao tiếp với các phần khác trong vi điều khiển thông qua hệ thống Bus. SVTH: NHÓM 03 17 Đ N VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: TS. PHẠM DUY DƯỞNG Hình 2.
Ocscillator Circuit Nếu CPU là bộ não thì Ocscillator Circuit hay còn gọi là Clock được coi là trái tim của vi điều khiển. Để mọi thứ có thể hoạt động, bắt buộc chúng ta phải cấp xung, trái tim hoạt động mới có thể bơm máu cho toàn bộ cơ thể hoạt động được. Chúng ta thường nghe quảng cáo dòng vi xư lý có tốc độ bao nhiêu Ghz gì gì đó, chính là tốc độ Clock mà vi xử lý đó có thể đáp ứng được, tốc độ xung càng cao thì tốc độ xử lý của CPU cũng tăng lên. Đương nhiên mọi thứ đều có giới hạn của nó.
Timer và counter Một vi điều khiển có thể có nhiều bộ đếm thời gian và bộ đếm. Bộ đếm thời gian và bộ đếm có chức năng đếm thời gian tạo ra các sự kiện để vi điều khiển hoạt động đúng thời điểm. SVTH: NHÓM 03 18 Đ N VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: TS. PHẠM DUY DƯỞNG 2.
Memory Bộ nhớ có thể coi là một phần không thể thiếu, chúng là nơi lưu trữ chương trình nạp lên hoặc dùng làm nơi chứa các thông tin tức thời mà CPU cần dùng tới. Có 2 kiểu bộ nhớ cơ bản: RAM (Random access memory) là bộ nhớ lưu các dữ liệu mà CPU cần dùng để tính toán, đưa ra quyết định, chúng sẽ bị xóa khi mất điện ROM/EPROM/EEPROM hoặc Flash là bộ nhớ lưu trữ chương trình hay trí khôn của vi điều khiển, chúng được ghi khi chúng ta nạp chương trình vào vi điều khiển, không bị mất khi tắt điện hoặc reset. Random access memory 2. Các ngoại vi của vi điều khiển Hình 2.
Ngoại vi của vi điều khiển 2. I/O Ports – Input/ouput Có thể coi I/O Port là tay chân của vi điều khiển, chúng giúp cho vi điều khiển tương tác với các thành phần khác ngoài môi trường. Cổng đầu vào / đầu ra được sử dụng chủ yếu điều khiển hoặc giao tiếp các thiết bị như màn hình LCD, đèn LED, máy in,…cho vi điều khiển. SVTH: NHÓM 03 19 Đ N VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: TS.
PHẠM DUY DƯỞNG 2. Các chuẩn giao tiếp Giống như miệng và tai vậy. Vi điều khiển sẽ sử dụng các chuẩn giao tiếp khác nhau để liên lạc với nhau hoặc liên lạc với các phâng tử khác trên mạch. Có thể kể đến như I2C, SPI, UART, USB, ….
Bộ chuyển đổi Analog sang digital (ADC) Bộ chuyển đổi ADC được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu analog sang dạng digital. Tín hiệu đầu vào trong bộ chuyển đổi này phải ở dạng analog (ví dụ: đầu ra cảm biến) và đầu ra từ thiết bị này ở dạng digital. Bộ chuyển đổi Digital sang Analog (DAC) Hoạt động của DAC là đảo ngược của ADC.