Bài báo cáo cuối kì môn Kỹ thuật xung số và điều khiển tương tự: BÁO CÁO HỆ THỐNG BÁO CHÁY VÀ CHỮA CHÁY TỰ ĐỘNG

Công nghệ kỹ thuật xung số có nhiều ứng dụng rộng rãi trong thực tế, vớinhiều những ứng dụng rất tiện ích sử dụng trong kỹ thuật, trong đời sống, trongcông nghiệp các nhà máy và xí nghiệ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO HỆ THỐNG BÁO CHÁY

VÀ CHỮA CHÁY TỰ ĐỘNG

Hà Nội, 2020

Giảng viên: Phạm Đình Tuân

SV thực hiện: Trần Đức Thông ( Leader)

Nghiêm Hồng Quân

Đỗ Quốc DânĐào Sĩ MãoNguyễn Quang Tuấn

1702043117020403170202511702037117020455

LỜI NÓI ĐẦU 1

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 3

1 Mục đích, yêu cầu của đề tài 3

2 Hướng dẫn nghiên cứu 3

3 Các thông số của mạch 3

PHẦN 2: CẤU TẠO MẠCH 4

1 Sơ đồ khối của thiết bị 4

2 Khối cảm biến 4

3 Khối điều khiển 9

4 Khối hiển thị và cảnh báo 11

5 Vẽ mạch và viết code 15

PHẦN 3: HOÀN THIỆN VÀ DEMO SẢN PHẨM 32

PHẦN 4 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA MẠCH 34

1 Ưu điểm, nhược điểm 34

2 Hướng phát triển của thiết bị 34

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

BẢNG ĐÁNH GIÁ THÀNH VIÊN 36

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số đã trở nên quen thuộc với nhiều người, bởi vì

sự phát triển của kỹ thuật xung số đã có ảnh hưởng rất lớn đến nền kinh tế toàncầu Có người đã lên ý tưởng gọi nên kinh tế thời đại chúng ta là “nền kinh tế kỹthuật số” Nhờ có ưu điểm của xử lý số cũng như độ tin cậy trong truyền dẫn, tính

đa thích nghi và kinh tế của nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi trong điềukhiển và khai thác mạng

Tự động hóa đang là xu hướng phát triển tất yếu của nhiều lĩnh vực kỹ thuật

và kinh tế khác nhau Không chỉ trong lĩnh vực thông tin liên lạc và tin học,ngàynay, kỹ thuật xung số đã và đang thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điềukhiển tự động phát thanh truyền hình, y tế, nông nghiệp, ….và ngay cả trong cácdụng cụ sinh hoạt gia dình

Ngay từ những ngày đầu khai sinh, kỹ thuật xung số nói riêng và ngành điện

tử nói chung đã tạo ra nhiều bước đột phá mới mẻ cho ngành kinh tế khác và cònđang đảm bảo được yêu cầu của người dùng cả về chất lượng và dịch vụ Đồngthời kiến thức về kỹ thuật số là không thể thiếu đối với mỗi sinh viên, nhất là sinhviên điện tử

Công nghệ kỹ thuật xung số có nhiều ứng dụng rộng rãi trong thực tế, vớinhiều những ứng dụng rất tiện ích sử dụng trong kỹ thuật, trong đời sống, trongcông nghiệp các nhà máy và xí nghiệp sản xuất,….và những tiện nghi trong ngôinhà của chúng ta

Trong cuộc sống của chúng ta luôn tồn tại những khu vực dễ cháy, nên việclắp đặt hệ thống báo cháy có tầm quan trọng hết sức lớn lao Nó giúp chúng ta pháthiện nhanh chóng, chữa cháy kịp thời kỳ đầu của vụ cháy đem lại sự bình yên chomọi người, bảo vệ tài sản cho nhân dân, nhà máy xưởng sản xuất Ngày nay, việcphòng cháy chữa cháy trở thành mối quan tâm hàng đầu của nước ta cũng nhưnhiều nước trên thế giới Nó trở thành nghĩa vụ của mỗi người dân Trên cácphương tiện thông tin đại chúng luôn tuyên truyền giáo dục cho mỗi người dân ýthức phòng cháy chữa cháy, nhằm mục đích hạn chế những vụ cháy đáng tiếc xảy

ra Cùng với sự phát triển nhanh chóng của hệ thống thông tin điện thoại thì việc

báo cháy qua điện thoại ngày càng trở nên phổ biến, nó giúp ta báo kịp thời nhữngthông tin về vụ cháy đến các cơ quan chức năng Xuất phát từ những lý do trên,

nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài “Thiết bị báo cháy tự động” làm đề tài

nghiên cứu cho môn học này Đề tài bao gồm 3 phần:

Phần 1 Tổng quan về đề tài

Phần 2 Cấu tạo mạch

Phần 3 Ưu điểm, nhược điểm và hướng phát triển tiếp theo của đề tài

Trong thời gian có hạn và kiến thức của nhóm còn chưa đầy đủ nên chắc chắn

đề tài sẽ có thiếu sót, rất mong nhận được các ý kiến đóng góp quý báu của thầy vàcác bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1 Mục đích, yêu cầu của đề tài

Mục đích: Phát hiện cháy hoặc rò rỉ khí gas sẽ gửi thông báo đến chủ căn hộ

và phun nước dập tắt đám cháy

Yêu cầu: Phải chạy chính xác, ổn định, gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ sửa chữa và giá

thành không quá cao

Phạm vi nghiên cứu: Quy mô hộ gia đình

2 Hướng dẫn nghiên cứu

- Yêu cầu nhận biết được nhiệt độ và nồng độ khí gas, từ đó tính toán để đưa rakết luận cảnh báo

- Sử dụng các cảm biến

3 Các thông số của mạch

- Nguồn hoạt động: DC 5V-12V

- Thời gian delay cảnh báo: 5s

- Sử dụng vi điểu khiển ATMEGA16

- Tự động gửi tin nhắn cho chủ nhà khi phát hiện rò rỉ khí gas hoặc cháy

Cảm biến nhiệt độ là gì: Cảm biến nhiệt độ là một cặp nhiệt điện – một thiết

bị điện gồm hai dây dẫn điện không giống nhau tạo thành các mối nối điện ở cácnhiệt độ khác nhau, hoặc một máy dò nhiệt độ kháng (RTD) đo nhiệt từ một nguồn

cụ thể và biến đổi thông tin thu thập được thành một dạng có cấu trúc

Cảm biến LM35: Cảm biến nhiệt độ LM35 là một loại cảm biến tương tự rất

hay được ứng dụng trong các ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực.Nó hoạt độngkhá chính xác với sai số nhỏ, đồng thời với kích thước nhỏ và giá thành rẻ là mộttrong những ưu điểm của nó Vì đây là cảm biến tương tự (analog sensor) nên ta cóthể dễ dàng đọc được giá trị của nó bằng hàm analogRead()

Cảm biến nhiệt độ LM35 có điện áp Analog đầu ra tuyến tính theo nhiệt độthường được sử dụng để đo nhiệt độ của môi trường hoặc theo dõi nhiệt độ củathiết bị,… cảm biến có kiểu chân TO-92 với chỉ 3 chân rất dễ giao tiếp và sử dụng.

- LM35 không cần căn chỉnh nhiệt độ khi sử dụng Độ chính xác thực tế:1/4℃

ở nhiệt độ phòng và 3/4 ngoài (khoảng -55 đến 150 ) LM35 có hiệu năng℃ ℃ ℃cao, công suất tiêu thụ là 60µA, thay đổi nhiệt độ nhanh và chính xác

- Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị hiệu điện thế nhấtđịnh tại chân Vout (chân ở giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ Như vây, bằng cáchđưa vào chân bên trái của cảm biến LM35 hiệu điện thế 5V, chân phải nối đất, đohiệu điện thế ở chân giữa bằng các chân được gắn tương ứng trên vi điều khiển sẽthu được nhiệt độ hiện tại

- Có thể chế tạo mạch cảm biến nhiệt độ sử dụng LM35 để tự động ngắt điệnhoặc báo động khi nhiệt độ đạt ngưỡng tối đa

2.1.3 Ưu điểm:

- Giá thành rất rẻ so với các loại cảm biến nhệt độ công nghiệp

- Sai số thấp từ 0.2 tại 25 tại max 150 sai số 1 ℃ ℃ ℃ ℃

- Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt tại các không gian hẹp và board mạch

2.1.4 Thông số kỹ thuật và đặc điểm:

 Nhiệt độ -55 điện áp đầu ra -550mV℃

 Nhiệt độ 25 điện áp đầu ra 250mV℃

 Nhiệt độ 150 điện áp đầu ra 1500mV℃

Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp.

 Tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35: Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thôngthường được sử dụng bằng cách đưa tín hiệu từ LM35 qua bộ giải mã ADC đến viđiều khiển để xử lý tín hiệu cụ thể như sau:

u = t*k

Trong đó u là điện áp đầu ra

t: nhiệt độ môi trường

k: hệ số theo nhiệt độ của LM35 10mV/1℃

2.1.5 Lược đồ mạch LM35

2.1.6 Dải nhiệt độ và sự thay đổi trở kháng theo nhiệt độ của LM35

Nhiệt độ (℃)) Trở kháng của cảm biến (kΩ))

2.2.1 Khái niệm

Cảm biến khí gas MQ2 là một trong những loại cảm biến được sử dụng để

nhận biết: LPG, i-butan, Propane, Methane, Alcohol, Hydrogen, Smoke và khí gas.Được thiết kế với độ nhạy cao, thời gian đáp ứng nhanh Giá trị đọc được từ cảmbiến sẽ được đọc về từ chân Analog của vi điều khiển

Cảm biến xuất ra cả hai dạng tín hiệu là Analog và Digital, tín hiệu Digital cóthể điều chỉnh mức báo bằng biến trở Phát hiện phạm vi rộng, tốc độ phản hồinhanh, độ nhạy cao, mạch đơn giản, ổn định trong thời gian dài

2.2.2 Thông số kỹ thuật

- Phạm vi phát hiện: 300-10000ppmm

- Đặc điểm của khí: 1000ppmm isobutan

- Độ nhạy sáng: R in air/Rin typical gas≥5

 Độ ẩm: ≤ 95% RH

 Hàm lượng oxy môi trường: 21%

- Điều kiện bảo quản:

 Nhiệt độ: -20 ~ 70 ℃ ℃

 Độ ẩm: ≤ 70% RH

2.2.3 Ưu điểm, nhược điểm:

- Ưu điểm: MQ2 hoạt động rất tốt trong môi trường khí hóa lỏng LPG, H2, vàcác chất khí gây cháy khác Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dândụng do mạch đơn giản và chi phí thấp

- Nhược điểm: Một điều khó khăn khi làm việc với MQ2 là chúng ta khó có thểquy từ điện áp Aout về giá trị nồng độ ppm Rồi từ đó hiển thị và cảnh báo theoppm, vì giá trị điện áp trả về từng loại khí khác nhau và bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ,

độ ẩm

2.2.4 Lược đồ mạch MQ2

3 Khối điều khiển

Khối điều khiển sử dụng Vi Điều Khiển ATMEGA16 nhận tín hiệu từ các

khối cảm biến sau đó giải mã đưa ra các mã cho khối hiển thị và đưa ra cảnh báobằng loa khi có cháy, đồng thời gửi tin nhắn cho tới số điện thoại của chủ nhà

3.1 Khái niệm

ATMEGA16 là vi điều khiển 8bit dựa trên kiến trúc RISC Với khả năngthực hiện mỗi lệnh trong vòng một chu kỳ xung clock, ATMEGA16 có thể đạtđược tốc độ 1MIPS trên mỗi MHz (1triệu lệnh/MHz), các lệnh được xử lýnhanh hơn, tiêu thụ năng lượng thấp

3.2 Chức năng của ATMEGA16

ATMEGA16 có cấu trúc RISC với:

+ 131 lệnh, hầu hết được thực thi trong 1 chu kì xung nhịp

+ 32x8 thanh ghi đa dụng

+ Full static operation

+ Tốc độ làm việc 16MPIS,với thạch anh 16MHz

+ Trong chip có 02 chức năng: hỗ trợ gỡ rối và lập trình soạn chương trình

3.3 Thông số kỹ thuật:

- Flash (Kbytes): 16 Kbytes

- Pin Count: 44

- Tần số thường hoạt động (MHz): 16 MHz

- CPU: 8-bit AVR

- Max I/O Pins: 32

Vi điều khiển ATMEGA16 hiệu suất cao, công suất thấp Atmel 8-bit AVR

RISC dựa trên kết hợp 16KB bộ nhớ flash có thể lập trình, 1KB SRAM, 512BEEPROM, một 10-bit A/D chuyển đổi 8-kênh, và một giao diện JTAG cho on-chip

gỡ lỗi Thiết bị hỗ trợ thông lượng của 16 MIPS ở 16 MHz và hoạt động giữa 5,5 volt

4,5-Vi điều khiển ATMEGA16 thực hiện hướng dẫn trong một chu kỳ đồng hồ

duy nhất, các thiết bị đạt được thông lượng gần 1 MIPS mỗi MHz, cân bằng điệnnăng tiêu thụ và tốc độ xử lý

Mạch điện kết nối AVR Atmega16

AVR ATMEGA16 so với các chip vi điều khiển 8 bits khác, AVR có nhiều

đặc tính hơn hẳn, hơn cả trong tính ứng dụng (dễ sử dụng) và đặc biệt là về chứcnăng:

 Gần như chúng ta không cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi sửdụng AVR, thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip(thường là các khối thạch anh)

 Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch nạpchỉ cần vài điện trở là có thể làm được Một số AVR còn hỗ trợ lậptrình on – chip bằng bootloader không cần mạch nạp

 Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích

C

 Nguồn tài nguyên về source code, tài liệu, application note,…rất lớntrên internet.

4 Khối hiển thị và cảnh báo

4.1 Khối hiển thị sử dụng màn hình LCD 16x2

LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứngdụng của Vi Điều Khiển LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thịkhác Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồhọa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khácnhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ,…

4.1.1 Thông số kỹ thuật

- Điện áp hoạt động: 5V

- Hiển thị tối đa 16 ký tự trên 2 dòng

4.1.2 Chức năng các chân của LCD

- Chân 1: (Vss) Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân nàyvới GND của mạch điều khiển

- Chân 2: VDD là chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chânnày với VCC = 5V của mạch điều khiển

- Chân 3: VEE là chân điều chỉnh độ tương phản của LCD

- Chân 4: RS là chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS vớilogic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi

 Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế

độ “ghi” write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” read)

- Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trongLCD

- Chân 5: R/W là chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/Wvới logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD

ở chế độ đọc

- Chân 6: E là chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lênbus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chânE

 Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanhghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệuchân E

 Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiệncạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khinào chân E xuống mức thấp

- Chân 7 - 14: DB0 - DB7 - Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổithông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này

 Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bitDB7

 Chế độ 4 bit: Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bitMSB là DB7

- Chân 15: Nguồn dương cho đèn nền

- Chân 16: GND cho đèn nền

4.2 Module sim

Thiết bị sử dụng module sim 800C

4.2.1 Chức năng trong thiết bị: Gọi điện hoặc gửi SMS

4.2.2 Thông số kỹ thuật:

- Nguồn cung cấp : 3.8 – 4.2VDC

- Dòng điện hoạt động: 1A trở lên để đảm bảo trong quá trình khởi động cũngnhư thực hiện gọi điện hay gửi SMS

- Điện năng tiêu thụ ở chế độ chờ: 10mA – rất tiết kiệm

- Hỗ trợ 4 băng tần phổ biến ở Việt Nam, sim mạng nào dùng cũng được

- Khe cắm sim: chuẩn Micro sim ( sim IP4)

4.2.3 Chức năng các chân:

 Chân NET: lắp anten, có thể dùng anten đi kèm hoặc anten mở rộng

 Chân VCC- GND: cấp nguồn dương- âm

 Chân reset RST: sử dụng khi cần khởi động lại module sim

 RXD – TXD: giao tiếp chuẩn serial đặc trưng của module sim

 RING: đổ chuông khi có cuộc gọi đến

 DTR: Chân UART DTR

 SPKP, SPKN: ngõ ra âm thanh, nối với loa để phát âm thanh

 MICP, MICN: ngõ vào âm thanh, phải gắn thêm Micro để thu âm thanh

4.2.4 Một số thiết bị phụ

o Máy bơm nước: Thiết bị sử dụng loại máy bơm có công suất khá nhỏ mục

đích chủ yếu là để demo thiết bị

Thông số kỹ thuật:

Điện áp sử dụng: 3~5VDC (hiệu suất bền tại 3VDC) Dòng điện sử dụng:120~230mA Lưu lượng bơm: 1.2~1.6L/1 phút Kích thước: 34 x 43 mmTrọng lượng: 28g

o Ngoài ra còn một số thiết bị phụ khác như: bộ chuyển đổi nguồn 5v, 12v;

Rơle (relay); ổn áp; Led; Trở; …

5 Vẽ mạch và viết code

5.1 Mạch in và mạch nguyên lý

5.2 Viết code

/*******************************************************This program was created by the

CodeWizardAVR V3.12 Advanced

Automatic Program Generator

© Copyright 1998-2014 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l

Comments : Thiet bi chua duoc hoan thien cu the, mong thay va cac b gop y

de thiet bi co the hoan chinh hon

THANK FOR WACHINGChip type : ATmega16A

Program type : Application

AVR Core Clock frequency: 8.000000 MHz

Memory model : Small

External RAM size: 0

Data Stack size : 256

void USART_Init(unsigned long BAUDRATE);

unsigned char UDataAvailable();

char UReadData();

void UWriteData(char data);

void UWriteString(char *str);

void UReadBuffer(void *buff,unsigned int len);

void UFlushBuffer();

//Low Level Functions

signed char SIM800Cmd(const char *cmd);

//Public Interface

signed char SIM800Init();

signed char SIM800CheckResponse(const char *response,const char

*check,unsigned char len);

void SIM800SendMsg(const char *, const char *);

#define Buzzer1 PORTC.4

#define Power_Off PORTC.0

#define PUMP PORTC.2

#define Relay_ON 0

#define Relay_OFF 1

#define Buzzer_ON 1

#define Buzzer_OFF 0

// Declare your global variables here

#define F_CPU 8000000UL

#define BAUD_PRESCALE (((F_CPU / (BAUDRATE * 16UL))) - 1) /* Defineprescale value */

#define RECEIVE_BUFF_SIZE 64

//Error List

#define SIM800_OK 1

#define SIM800_FAIL -2

#define SIM800_TIMEOUT -3

// Voltage Reference: AREF pin

#define ADC_VREF_TYPE ((0<<REFS1) | (0<<REFS0) | (0<<ADLAR))

// Declare your global variables here

float temp_val;

unsigned char temp;

unsigned int gas_val, time_index =0;

//Varriables

volatile char URBuff[RECEIVE_BUFF_SIZE]; //USART Receive Buffer

volatile signed char UQFront;

volatile signed char UQEnd;

//A common buffer used to read response from SIM800

char SIM800_buffer[128];

void Adc_Init(void)

{

// ADC initialization

// ADC Clock frequency: 1000.000 kHz

// ADC Voltage Reference: AREF pin

// ADC Auto Trigger Source: ADC Stopped