CHƯƠNG I: SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY 1. CÁCH NHẬN BIẾT VÀ BÁO CHÁY: Khi một đám cháy xảy ra, ở những vùng cháy thường có những dấu hiệu sau: Lửa, khói, vật liệu chỗ cháy bị phá hủy. Nhiệt độ vùng cháy tăng lên cao. Không khí bị Oxy hóa mạnh.
Có mùi cháy, mùi khét. Để đề phòng cháy chúng ta có thể dựa vào những dấu hiệu trên để đặt các hệ thống cảm biến làm các thiết bị báo cháy. Kịp thời khống chế đám cháy ở giai đoạn đầu. Thiết bị báo cháy điện tử giúp chúng ta liên tục theo dõi để hạn chế các vụ cháy tai hại, tăng cường độ an toàn, bình yên cho mọi người.
CÁC BỘ PHẬN CHÍNH: 1. Cảm biến: Cảm biến là bộ phận hết sức quan trọng, nó quyết định độ nhạy và sự chính xác của hệ thống. Cảm biến hoạt động dựa vào các đặt tính vật lý của vật liệu cấu tạo nên chúng. Cảm biến được dùng để chuyển đổi các tín hiệu vật lý sang tín hiệu điện.
Các đặc tính của cảm biến: độ nhạy, độ ổn định, độ tuyến tính. Cảm biến nhiệt: Là loại cảm biến dùng để chuyển tín hiệu vật lý (nhiệt độ) thành tín hiệu điện, đây là loại cảm biến có độ nhạy tương đối cao và tuyến tính. Nguyên tắc làm việc của nó là dòng điện hay điện áp thay đổi khi nhiệt độ tại nơi đặt nó thay đổi. Tuy nhiên nó cũng dễ báo động nhầ m khi nguồn điện bên ngoài tác động không theo ý muốn.
Các loại cảm biến nhiệt: Kiều Anh Dũng 1 Luận án tốt nghiệp Thiết bị báo cháy tự động IC cảm biến: Là loại cảm biến bán dẫn được chế tạo thành các IC chuyên dụng với độ nhạy cao, điện áp ra thay đổi tỉ lệ thuận với nhiệt độ, một số loại IC được bán bên ngoài thị trường là: LM355, LM334,… Thermistor: Thermistor là loại điện trở có độ nhạy nhiệt rất cao nhưng không tuyến tính và với hệ số nhiệt âm. Điện trở giảm phi tuyến với sự tăng của nhiệt độ. Vì bản thân là điện trở nên trong quá trình hoạt động Thermistor tạo ra nhiệt độ vì vậy gây sai số lớn. Thermo Couples: Thermo Couple biến đổi đại lượng nhiệt độ thành dòng điện hay điện áp DC nhỏ.
Nó gồm hai dây kim loại khác nhau nối với nhau tại hai mối nối. Khi các dây nối đặc ở các vị trí khác nhau, trong dây xuất hiệ n suất điện động. Suất điện động tỉ lệ thuận với sự chênh lệnh nhiệt độ giữa hai mối nối. Thermo couple có hệ số nhiệt dương.
Cảm biến lửa: Khi lửa cháy thì phát ra ánh sáng hồng ngoại, do đó ta sử dụng các linh kiện phát hiện tia hồng ngoại để phát hiện lửa. Nguyên lý hoạt động là điện trở của các linh kiện thu sóng hồng ngoại tăng, nó chuyển tín hiệu ánh sáng thu được thành tín hiệu điện để báo động. Loại này rất nhạy đối với lửa. Tuy nhiên cũng dễ báo động nhầm nếu ta để cảm biến ngoài trời hoặc gần ánh sáng bóng đèn tròn.
Cảm biến khói: Thường cảm biến khói là bộ phân riêng biệt chạy bằng PIN được thiết kế để lắp đặt trên trần nhà, trên tường. Ngoài yêu cầu kỹ thuật (chính xác, an toàn) còn đòi hỏi phải đảm bảo về mặt thẩm mỹ. Có hai cách cơ bản để thiết kế bộ cảm biến khói. Cách thứ nhất sử dụng nguyên tắc Ion hóa.
Người ta sử dụng một lượng nhỏ chất phóng xạ để Ion hóa trong bộ cảm biến. Không khí bị Ion hóa sẽ dẫn điện và tạo thành một dòng điện chạy giữa chạy giữa hai cực đã đợc nạp điện. Khi các phần tử khói lọt vào khu vực cảm nhận được Ion hóa sẽ làm tăng điện trở trong buồng cảm nhận và làm giảm luồng điện giữa hai cực. Khi luồng điện giảm xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến sẽ phát hiện và phát tín hiệu báo động.
Kiều Anh Dũng 2 Luận án tốt nghiệp Thiết bị báo cháy tự động Cách thứ hai sử dụng các linh kiện thu phát quang. Người ta dùng linh kiện phát quang (Led, Led hồng ngoại…) chiếu một tia ánh sáng qua vùng bảo vệ vào một linh kiện thu quang (photo diode, photo transistor, quang trở…). Khi có cháy, khói đi ngang qua vùng bảo vệ sẽ che chắn hoặc làm giảm cường độ ánh sáng chiếu vào linh kiện thu. Khi cường độ giảm xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến sẽ phát hiện và phát tín hiệu báo động.
Trong hai cách này thì phương pháp thứ nhất nhạy hơn và hiệu quả hơn phương pháp thứ hai, nhưng khó thực thi, khó lắp đặt. Còn cách thứ hai tuy ít nhạy hơn nhưng linh kiện dễ kiếm và dễ thực thi cũng như dễ lắp đặt. Một nhược điểm của các loại cảm biến này là: mạch báo động có thể sai nếu vùng bảo vệ bị xâm nhập bởi các lớp bụi… d. Một số loại cảm biến quang: Cảm biến quang có thể hoạt động với ánh sáng thấy được hoặc ánh sáng hồng ngoại, tử ngoại… - Quang trở: Quang trở còn có tên gọi khác là vật dẫn quang (photo con) là linh kiện thụ động được tạo ra từ vật liệu bán dẫn mà bề mặt của nó được phơi sáng và điện trở của nó giãm khi tăng cường độ ánh sáng.
Trong quang trở các điện tử tự do được tạo bằng năng lượng ánh sáng, cường độ ánh sáng càng lớn thì số lượng điện tử tự do càng lớn. Loại cảm biến này phi tuyến và có độ trể, do đó ít được dùng. Đặc tuyến của một loại quang trở thông dụng: R 1M 10M 1000 1m/m2 1 1 10 100 1000 Cường độ ánh sáng Hình 1: Biểu đồ đặc tính của 1 biến trở Kiều Anh Dũng 3 Luận án tốt nghiệp Thiết bị báo cháy tự động - Cảm biến quang bán dẫn: Đây là loại cảm biến dùng các linh kiện bán dẫn quang như: diode, photo diode, phototransistor, …Khi có ánh sáng đập vào mặt bán dẫn làm giải phóng các điện tử tự do và các đện tử này sẽ chuyễn động tạo thành dòng điện. - Cảm biến quang nhiệt: Cảm biến này chuyển quang năng thành nhiệt năng và nhiệt năng này sẽ được nhận biến bằng bộ cảm biến nhiệt, nhiệt độ tỉ lệ với cường độ ánh sáng chiếu vào.
Loại cảm biến này có độ nhạy thấp, thời gian đáp ứng chậm. Như vậy mỗi loại cảm biến có tính ưu việc riêng của nó. Tuy nhiên nếu mạnh ở mặt này thì nó sẽ bị hạn chế ở mặt khác, chẳng hạn bộ cảm biến nhiệt chỉ phát hiện cháy ở vùng gần cảm biến cảm biến và tỏ ra không hiệu quả ở vùng có nhiều nguồn nhiệt không phải phát sinh ra cháy. Còn các bộ cảm biến khác có thể phát hiện cháy trong một phạm vi rộng nhưng có đám cháy có ít khói ho ặc do các tác động không phải do cháy ở tại nơi đặt cảm biến thì sẽ bị phát hiện nhầm.
Vì vậy tùy theo từng vùng, từng nơi mà ta thiết kế những bộ cảm biến thích hợp.Thiết bị báo động: Thiết bị báo động gồm có hai loại: Báo động tại chỗ. Báo động qua tin nhắn điện thoại. Báo động tại chỗ ta có thể sử dụng các chuông điện, mạch tạo còi hụ hay phát ra tiếng nói để cảnh báo. Trong các hệ thống báo cháy, bộ cảm biến thường đặt ở những nơi dễ cháy và nối với các thiết bị báo động bằng dây dẫn điện, do đó trong một số trường hợp có thể làm dây bị đứt.
Vì vậy một hệ thống báo cháy sẽ trở nên hiệu quả khi sử dụng các bộ phát vô tuyến. Trong đó bộ phận thu gắn với mạch báo động, còn mạch phát gắn với bộ cảm biến. Tuy nhiên việc lắp đặt gặp nhiều khó khăn và giá thành cao. Báo động qua tin nhắn điện thoại giúp ta đáp ứng nhanh các thông tin về sự cố đến các cơ quan chức năng.
Khi có tín hiệu báo động sẽ tự động quay số đến các cơ quan như: nhà riêng, công an, phòng cháy chữa cháy… Kiều Anh Dũng 4 Luận án tốt nghiệp Thiết bị báo cháy tự động 1. HƯỚNG CHỌN CỦA ĐỀ TÀI: Hiện nay trên thị trường có hai dạng thiết bị: loại thứ nhất chỉ có khả năng báo cháy và không có khả năng giám sát nhiệt độ, dạng thứ hai có khả năng giám sát nhiệt độ nhưng chỉ dành cho các công trình lớn vì thế giá thiết bị rất cao. Do đó hướng chọn đề tài của em là sẽ thiết kế hệ thống báo cháy đơn giản, hiệu quả và giá thành tương đối so với các thiết bị báo cháy thông thường loại một nhưng có khả năng giám sát nhiệt độ của loại 2. Hình 2: Thiết bị báo cháy nhiệt (Nguồn: Internet) Do đó trong luận văn này sẽ trình bày mô hình thiết bị cảm ứng nhiệt gửi tin nhắn báo động và gửi dữ liệu nhiệt độ về máy chủ.
Hình 3: Tủ báo cháy trung tâm (Nguồn: baochay.vn) Kiều Anh Dũng 5 Luận án tốt nghiệp Thiết bị báo cháy tự động CHƯƠNG II: VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A 2. GIỚI THIỆU CHUNG: PIC bắt nguồn là chữ viết tắt của "Programmable Intelligent Computer" (Máy tính khả trình thông minh) là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology. Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics Division thuộc General Instrument. Năm 1985 General Instrument bán ộb phận vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới (Microchip Technology) huỷ bỏ hầu hết các dự án – lúc đó đã quá lỗi thời.
Tuy nhiên PIC được bổ sung EEPROM để tạo thành một bộ điều khiển vào ra khả trình. Ngày nay có rất nhiều dòng PIC được sản xuất với hàng loạt các modul ngoại vi được tích hợp sẵn ( như: USART, PWM, ADC…) với bộ nhớ chương trình từ 512 word đến 32k word. Hiện nay có nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng chúng ta có thể điểm qua một vài điểm sau: • 8/16/24/32 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard. • Flash và Rom có thể tuỳ chọn 256 byte đến 256 kbyte.
• Bộ nhớ nội EEPROM -có thể ghi/xoá lên tới hàng triệu lần. • Modun giao tiếp ngoại vi nối tiếp không đồng bộ và đồng bộ. • Bộ chuyển đổi ADC 10 bit và 12 bit. • Modun ngoại vi: SPI, I2C, CPP.
• Hỗ trợ điều khiển động cơ 3 pha, 1 pha. • Hỗ trợ giao tiếp USB, CAN, LIN, IRDA, Ethernet. • DSP những tính năng xử lý tín hiệu số. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A: Đây là vi điều khiển thuộc họ Pic 16Fxxx với tập lệnh là 35 lệnh có độ dài 14 bit.