đồ án - mạch báo động rò ga

GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung

Mục Lục:A. Lời mở đầu:..........................................................................................................2

B. Sơ đồ khối:...............................................................................................................2

I. Nhận biết:..............................................................................................................2

II. Xử lý:.....................................................................................................................3

III. Báo Động:.............................................................................................................3

C. Thiết kế và thi công :............................................................................................3

I. Linh kiện:..............................................................................................................3

1) MQ6:...................................................................................................................3

2) ADC0804:...........................................................................................................6

3) AT89c51:............................................................................................................7

4) C1815:................................................................................................................8

5) Trở và tụ điện và LED và còi:...........................................................................8

II. Sơ đồ nguyên lý:..................................................................................................8

1) Sơ đồ:................................................................................................................8

2) Thiết kế:.............................................................................................................8

3) Mạch in:............................................................................................................10

III. Chương Trình:....................................................................................................10

1) Tính toán:.........................................................................................................10

2) Chương trình:.................................................................................................11

IV. Mạch thực tế:......................................................................................................14

1) Mặt trước:.......................................................................................................14

2) Mặt sau:...........................................................................................................14

V. Sử dụng :............................................................................................................15

1) Công dụng:......................................................................................................15

2) Chú ý:...............................................................................................................15

D. Tài liệu tham khảo:.............................................................................................16

E. Lời cảm ơn:............................................................................................................16

1


A.Lời mở đầu:Ngày nay, khi khi đời sống con người ngày càng được cải thiện thì việc sử dụng bếp gas và các sản phẩm của gas để làm nhiên liệu đun nấu không phải là một việc xa lạ với hầu hết mọi người dân. Bên cạnh việc tiện lợi của gas, một vấn đề khác cũng được đặt ra là vấn đề về 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 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 các bình gas mini không đảm bảo chất lượng, có thể rò rỉ gas bất cứ khi nào. Được sự tư vấn và hướng dẫn của thầy, em nhận thấy đây là một đề tài hay, có tính ứng dụng cao và có thể phát triển nên em đã chọn đề tài này làm đề tài chính trong đồ án môn học I.

B. Sơ đồ khối:

I. Nhận biết:

2


Dùng cảm biến để nhận biết sự xuất hiện của khí gas trong không khí. Cụ thể ở đây em dùng cảm biến khí gas MQ6. Tín hiệu ở ngõ ra của khối nhận biết sẽ được đưa vào xử lý ở khối xử lý.

II. Xử lý:Tín hiệu ngõ ra Vo của MQ6 sẽ được đưa qua ADC 0804 để chuyển đổi thành tín hiệu số. Tín hiệu số được đưa vào vi xử lý (AT89c51), vi xử lý sẽ phân tích và so sánh dữ liệu vào với các giá trị được tính toán sẵn và quyết định đưa ra báo động ở những mức khác nhau với những nồng độ khí gas trong không khí khác nhau, tùy theo mức độ nguy hiểm của chúng.Tín hiệu báo động sẽ được gởi đến khối báo động.

III. Báo Động:Dùng còi 5v và các đèn LED. Khi có hiện tượng rò gas xảy ra thì các đèn LED sẽ sáng, khi nồng độ gas đạt tới mức nguy hiểm thì còi sẽ hú cùng với báo sáng của các đèn LED. Tùy vào mức rò gas thì hệ thống báo động sẽ báo một mức khác nhau để người phát hiện có thể tìm cách xử lý thích hợp. Sử dụng các đèn LED để báo động đề phòng trường hợp xung quanh có các tiếng ồn, âm thanh của còi có thể không đủ để báo động và để người sử dụng nhận biết được mức độ nguy hiểm của sự cố thông qua các LED sáng.

C.Thiết kế và thi công :I. Linh kiện:

1) MQ6:a. Hình dạng thực tế:

3


MQ6 là cảm ứng khí gas sử dụng SnO2 , dựa vào sự thay đổi khả năng dẫn điện của SnO2 khi nồng độ khí gas và các chất khí dễ cháy khác thay đổi. Khi nồng độ càng tăng thì độ dẫn điện sẽ càng tăng, điện trở của cảm biến giảm.

b. Sơ đồ cấu tạo và cách mắc:

4


Điện áp lấy ra trên chân A (hoặc B) của cảm biến giống như điện áp lấy ra ở cầu phân áp. Điện trở Rs của cảm biến thay đổi làm cho giá trị điện áp trên đầu ra này thay đổi, tùy thuộc vào nồng độ khí gas trong không khí ở nơi đặt cảm biến mà ta có các giá trị Vout khác nhau.

Điện trở RL được chọn nằm trong khoảng từ 10K đến 20K.

c. Các thông số cần biết:Biểu đồ chỉ sự phụ thuộc của Rs vào nồng độ khí gas và nhiệt độ môi

trường

R0: điện trở cảm biến ở 20oC, 1000ppm, 65%RH

Tầm đo nồng độ gas: 300ppm – 10000ppm (ppm: part per milion)

RH= 33 Ω ± 5% giá trị đo được là RH = 30 Ω

PH≤900mW

RS=RAB= 10KΩ - 60KΩ (1000ppm LPG )

Rs(in air)/Rs(1000ppm C3 H8 )≥5

Theo mạch, đo được RS=15 KΩ (in air)

5


Theo đồ thị ta thấy: điện trở của cảm biến trong không khí ở điều kiện bình thường gấp 10 lần ở 1000ppm suy ra điện trở ở RS ở 1000ppm khoảng 1,5KΩ.

Ở 2000ppm Rs = 0.7x1,5 = 1,05 KΩ

2) ADC0804:

Sơ đồ chân:

CS: chân chọn chip, tích cực mức thấp. RD: Tín hiệu vào tích cực mức thấp. Khi có tín hiệu vào từ 1 xuống 0

gởi đến chân RD (CS=0) thì dữ liệu 8 bit được đưa tới ngõ ra (D0 – D7).

WR: Tín hiệu vào tích cực mức thấp, khi có tín hiệu vào từ 1 xuống 0 gởi đến chân WR (CS=0) thì bắt đầu quá trình chuyển đổi giá trị Vin.

INT: Tín hiệu ra tích cực mức thấp, sau khi quá trình chuyển đổi hoàn tất, INT được chuyển xuống mức 0.

Vin+ và Vin-: đầu vào tương tự vi sai. Thường thì Vin- được nối xuống đất.

AGND : analog GND. Đất của tín hiệu analog. DGND : digital GND. Đất của tín hiệu digital. Thường thì AGND,

DGND và Vin- được nối chung với nhau và nối với mass của mạch. D0 – D7: tín hiệu digital ở đầu ra. Vcc: chân nguồn nuôi. Thường sử dụng nguồn 5V.

6


Vref/2: Chân điện áp tham chiếu, nếu chân này để hở thì điện áp tham chiếu trong khoảng 0 – Vcc.

CLK R và CLK IN : sử dụng để tạo thời gian, thường được mắc với sơ đồ như hình vẽ.

f =

nếu chọn R=10 KΩ và C=150pF thì f=606 Hz và thời gian chuyển đổi là 110us.

3) AT89c51:

Là chip vi xử lý thuộc họ 8051. Đây là loại chip dễ tìm trên thị trường, và giá khá phải chăng, phù hợp với yêu cầu của mạch.

Dòng lớn nhất một chân port có thể xuất ra là 10mA.

Tổng dòng lớn nhất port 0 chịu được là 26mA

Tổng dòng lớn nhất port 1, port 2, port 3 có thể chịu ở mỗi port là 15mA.

7


Tổng dòng tất cả các port có thể chịu đồng thời là: 71mA

Áp mức cao nhỏ nhất xuất ra các port : 2.4 V

4) C1815:khi ở chế độ bão hòa:Icmax = 150mAVBE = 0.8 Vhfemin = 70

5) Trở và tụ điện và LED và còi: Trở gồm có: 10K, 220 Ohm, 390 Ohm Tụ gồm có: 10uF, 33pF, 151pF LED : LED đỏ. Còi : chọn còi 5V, trở đo được là 300 ohm. Dòng đảm bảo để còi

có thể kêu bình thường khoảng 16mA.

II. Sơ đồ nguyên lý:1) Sơ đồ:

2) Thiết kế:

8


Với MQ6 và ADC0804, ta mắc theo datasheet của nhà sản xuất, ngoài ra:

ADC0804: Chân RD nối với port P2.0 Chân WR nối với port P2.1 Chân INT nối với port P1.3 Tụ nối với chân CLK IN được dùng là tụ 151pF

MQ6: Chọn Rout là 10 K RH = 30 ohm

8051: Port P0 nối với D0 – D7 của ADC0804. Chân reset được nối như hình vẽ với C = 10uF, R = 10K. Các LED được nối với điện trở 390 Ohm trước khi nối đất để giới

hạn dòng. Còi được nối qua transitor C1815, C1815 được dùng ở chế độ

bão hòa. Khi có một tích cực mức cao được đưa ra ở P2.7 (3V – 5V). Để transitor hoặt động ở chế độ bão hòa thì :

IB ≥ = 150/ 70 = 2.2mA

IB=

Rb = ≤ 720 Ohm

Chọn Rb = 220 Ohm để mạch luôn hoặt động ở chế độ bão hòa khi có tín hiệu tích cực mức cao được đưa ra ở chân P2.7

Thạch anh chọn loại thạch anh 11.0592 Mhz Trở thanh chọn loại 4.7K

Trở kháng vào của mạch:

9


Vì RH = 30 Ohm các thành phần còn lại có trở kháng vào rất lớn khi nhìn vào hai đầu nguồn nên trở kháng vào của mạch là khoảng 30 Ohm. Thực tế đo được Rin = 30 ohm. Như vậy, công suất của mạch là :

P= U2/R = 0.83 (w)I = U/R = 0.17 (A)

3) Mạch in:

III. Chương Trình:1) Tính toán:Nồng độ khí gas trong không khí ở mức trên 1000 ppm là có thể gây nguy hiểm. Bởi vậy, mạch sẽ đưa ra tín hiệu cảnh báo 500 ppm nhằm để người sử dụng có thể phát hiện và có những biện pháp xử lý kịp thời trước khi sự cố trở nên nguy hiểm.Điện áp ra ở ngõ ra của MQ6 được xác định bằng công thức :

Vout = x 5

Cảm biến sẽ nhận điện áp ra của MQ6 để so sánh với điện áp chuẩn ( 5V ), sau đó chuyển thành số nhị phân 8bit trước khi đưa đến ngõ ra,

10


giá trị thập phân của số nhị phân 8bit sau khi chuyển đổi được xác định bằng công thức

A=

Ở 500ppmRs = 1.5x1.5=2.25K

Gọi A là giá trị ở ngõ ra của ACDA = 10x255 / (10 + 2.25) = 208

600ppmRs = 1.4x1.5 = 2.1 KA = 10x255 / (10 + 1.8) = 211

700ppmRs = 1.3x1.5 = 1.95 KA = 10x255 / (10 + 1.8) = 213 800 ppm

Rs = 1.2x1.5 = 1.8 KA = 10x255 / (10 + 1.8) = 216 1000ppm:A = 10x255 / (10 + 1.5) = 221 1300 ppmRs = 0.9x1.5 = 1.35 KA = 10x255 / (10 + 1.35) = 224 1800ppmRs = 0.8x1.5 = 1.2 KA = 10x255 / (10 + 1.8) = 228 2000ppm

Rs = 0.75x1.5 = 1.125KA = 10x255 / (10 + 1.2) = 230 2500ppm

Rs = 0.65x1.5 = 0.975 KA = 10x255 / (10 + 0.975) = 232 3000ppmRs = 0.6x1.5 = 0.9 KA = 10x255 / (10 + 0.75) = 235 4000 ppm

Rs = 0.5x1.5 = 0.75 K

11


A = 10x255 / (10 + 0.75) = 239

2) Chương trình:

ORG 0000HINT BIT P1.3RD1 BIT P2.0WR1 BIT P2.1LED1 BIT P2.5LED2 BIT P2.6LED3 BIT P2.7LOA BIT P2.4

MAIN:

MOV b,#0MOV A,#0F0HMOV P2,A

LAP:CLR WR1MOV R1,#200DJNZ R1,$CLR RD1MOV R1,#20DJNZ R1,$MOV A,P0SETB INTSETB RD1SETB WR1CJNE A,B,LAMAJMPKT

LAM:MOV B,ACLR LED1CLR LED2CLR LED3

12


CLR loaCJNE A,#208,$+3JC KTSETB LED1CJNE A,#211,$+3JC KTSETB LED2CJNE A,#213,$+3JC KTSET BLED3CJNE A,#216,$+3 ;BAT LOAJC KTSETB LOACLR LED3CLR LED2CLR LED1CJNE A,#221,$+3JC KTSETB LED1CJNE A,#224,$+3JC KTSETB LED2CLR LED1CJNE A,#228,$+3SETB LED1CJNE A,#230,$+3SETB LED3CLR LED2CLR LED1CJNE A,#232,$+3JC KTSETB LED1CJNE A,#235,$+3JC KTSETB LED2CLR LED1CJNE A,#239,$+3

13


JC KTSETB LED1

KT:MOV R1,#50LAP1:MOV R2,#100DJNZ R2,$DJNZ R1,LAP1AJMP LAP

END

IV. Mạch thực tế:1) Mặt trước:

14


2) Mặt sau:

V. Sử dụng :1) Công dụng:

Mạch sử dùng để báo sự cố rò gas, có thể dùng ở các hộ gia đình, phòng trọ, các cửa hàng bán gas và một số nơi dễ bị rò gas khác.

Nồng độ đo:o Từ 500 – 4000ppm với khí gas thường.

o Từ 1000 – 10000 ppm với CH4.

o Nhiệt độ từ -100C – 500C.

2) Chú ý: Lắp mạch ở gần nơi có khả năng xảy ra rò rỉ gas lớn nhất.

15


không nên để nước hoặc các chất lỏng khác rơi vào mạch, đặc biệt là rơi vào cảm biến.

Sau một thời gian làm việc khoảng 2 ngày thì nên để mạch ở chế độ nghỉ khoảng 5 phút.

Khi có báo động xảy ra thì cần tìm cách khắc phục sự cố kịp thời:Nếu đèn báo sáng và còi chưa hú thì chú ý tìm cách khắc phục lỗi rò gas, ví dụ như khóa van an toàn của gas, mang bình gas ra nơi khô ráo, thoáng mát và ít người qua lại, dùng quạt thổi khí gas khỏi phòng. Nếu còi hú thì chú ý, không nên bước vào phòng vì có thể gây ngộ độc, không dùng bất cứ dụng cụ đánh lửa nào hoặc không nên bật bất cứ công tắc nào trong phòng, tránh cháy nổ xảy ra.

D.Tài liệu tham khảo: Sách “Vi Xử Lý” của thầy “Hồ Trung Mỹ”.

Sách “Cấu Trúc – Ghép Nối và Ứng Dụng Vi Điều Khiển” của thầy “Nguyễn Mạnh Giang”.

Sách “Kỹ thuật xung” của cô “Nguyễn Như Anh”.

Trang http://tailieu.vn/

Trang http://www.datasheetcatalog.com

Trang http:// www.statistics.gov.uk

Và một số trang web khác.

E. Lời cảm ơn:

Mặc dù đề tài về báo cháy, báo rò gas không phải là một đề tài mới mẻ, cũng không phải là một đề tài quá khó và phức tạp nhưng nó cũng đủ để kiểm tra được kiến thức cơ bản về điện tử và phản ánh được sự vận dụng kiến thức đã học một cách khoa học, tinh thần làm việc nghiêm túc, sự tìm tòi học hỏi, nghiên cứu kiến thức mới của em. Trong quá trình thiết kế và thi công, em đã gặp không ít khó khăn và khó có thể hoàn thành được sản phẩm nếu không có sự hướng dẫn chi tiết và sự giúp đỡ nhiệt tình và chỉ bảo chu đáo của giáo viên hướng dẫn là thầy Lê Anh Khoa từ khâu chọn đề tài, thiết kế và kiểm tra sản phẩm. Em xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo của thầy trong thời gian qua.Do thời gian làm đồ án có hạn và các kiến thức làm mạch của em chưa được hoàn chỉnh nên đề tài của em còn một số hạn chế và thiếu sót. Nếu có điều kiện thì đề tài có thể phát triển thêm hướng thiết kế có nhiều tính năng tốt

16

http://www.statistics.gov.uk/

http://www.datasheetcatalog.com/

http://tailieu.vn/


hơn và hiệu quả hơn. Bằng cách kết hợp một số thiết bị cần thiết như điều khiển quạt gió để giảm nồng độ khí gas khi nồng độ vượt quá một mức cho phép nào đó, kết nối với điện thoại để khi có hiện tượng rò gas xảy ra thì có thể báo động qua điện thoại, tự động khóa van an toàn của bình gas sau một thời gian không sử dụng bếp gas....Sau cùng, một lần nữa em xin chân thành cám ơn thầy Lê Anh Khoa là giáo viên hướng dẫn đồ án môn học I của em đã giúp em hoàn thành đồ án này.

Tp Hồ Chí Minh Ngày 24 tháng 12 năm 2010

Trương Xuân Trung

17

Documents

đồ án - mạch báo động rò ga