ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI MẠCH BÁO CHÁY VÀ BÁO KHÓI

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI MẠCH BÁO CHÁY VÀ BÁO KHÓI ĐỀ TÀI MẠCH BÁO CHÁY VÀ BÁO KHÓI ĐỀ TÀI MẠCH BÁO CHÁY VÀ BÁO KHÓI

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI MẠCH BÁO CHÁY VÀ BÁO KHÓI

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: T.S NGUYỄN XUÂN TIÊNSINH VIÊN THỰC HIỆN: PHAN TẤN GIANG

MSSV: 3118490019

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, con người cùng những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiếncủa thế giới, chúng ta đã và đang ngày càng một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với đặc điểm nổi bật cũng như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ,… là những yếu

tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn

Là sinh viên còn đang ngồi trên ghế nhà trường, em đã được trao đổinhững kiến thức chuyên môn môn của ngành học Tuy được học và thực hànhnhiều trên lớp nhưng đó chỉ là một phần nào đó nhỏ bé so với kiến thức ngoàithực tế ngày nay và sau này khi ra trường chúng em sẽ gặp phải Vì thế, em rấtmuốn vận dụng những kiến thức đã được học vào thực tiễn và học hỏi những gìcòn thiếu Trong những năm học tập, thực tập nghiên cứu vừa qua, được sự giúp

đỡ của các thầy cô bộ môn, em đã học hỏi được rất nhiều điều trong thực tế,cũng như tìm hiểu chung vấn đề, tài liệu liên quan giúp ích cho việc hoàn thànhbáo cáo đồ án này Vì thế sau khi cân nhắc và được sự góp ý của thầy cô em đãchọn đề tài: “ Mạch cảm biến báo cháy báo khói ”

Vì đây là lần đầu tiên viết báo cáo đồ án nên còn nhiều thiếu sót, rất mongthầy cô thông cảm

Em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

SỐ ĐIỂM KÝ TÊN

MỤC LỤC

Chương I: Thuyết minh đề tài nghiên cứu

1 Giới thiệu chung………5

1.1 Tên đề tài……… 5

1.2 Tác giả đề tài………5

2 Tính cấp thiết của đề tài……… 5

3 Mục tiêu nghiên cứu……….5

Chương II: Nội dung 1 Giới thiệu về một số linh kiện được sử dụng trong mạch 1.1 Điện trở………6

1.2 Tụ điện……….8

1.3 Transisor……… 9

1.4 Diode……… 10

1.5 LED thu, phát hồng ngoại……… 10

1.6 Biến trở tinh chỉnh……….11

1.7 Còi Buzzer……… 12

1.8 Terminal 2 chân……… 12

1.9 Nút nhấn giữ 6 chân………12

1.10 IC 7805……… 13

1.11 IC LM358……… 14

1.12 Điện trở nhiệt NTC………15

2 Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động 2.1 Sơ đồ nguyên lý………17

2.2 Nguyên lý hoạt động………18

2.3 Sơ đồ mạch in……… 22

2.4 Sơ đồ lắp ráp linh kiện……… 23

3 Quá trình thi công 3.1 Mô tả công việc………24

3.2 Quy trình thực hiện……… 24

3.3 Kết quả……… 24

4 Kết luận 4.1 Bảng giá linh kiện………25

4.2 Ưu điểm………25

4.3 Nhược điểm……… 26

4.4 Hướng phát triển……… 26

4.5 Tài liệu tham khảo………26

Chương I: Thuyết minh đề tài nghiên cứu

1 Giới thiệu chung

1.1 Tên đề tài: Mạch báo cháy và báo khói

Tìm hiểu tài liệu, viết báo cáo.

2 Tính cấp thiết của đề tài

Trong cuộc sống của chúng ta luôn tồn tại những khu vực dễ cháy nên việc lắp đặt hệ thống báo cháy có tầm quan trọng hết sức lớn lao Nó giúp chúng

ta phát hiện nhanh chóng, chữa cháy kịp thời kỳ đầu của vụ cháy đem lại sự an toàn và bình yên cho mọi người cũng như bảo vệ tài sản cho nhân dân

Ngày nay, việc phòng cháy chữa cháy trở thành mối quan tâm hàng đầu của nước ta cũng như nhiều nước trên thế giới Nó trở thành nghĩa vụ của mỗi người dân Trên các phương tiện truyền thông đại chúng luôn luôn tuyên truyền giáo dục cho mỗi người dân ý thức phòng cháy chữa cháy, nhằm mục đích hạn chế những vụ cháy đáng tiếc xảy ra

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ 4.0, đề tài “Mạch báo cháy và báo khói” được ứng dụng rộng rãi trên khắp thế giới Bởi nó có thể giúpchúng ta phát hiện và xử lý được nhanh chóng nơi xảy ra cháy, cho nên mạch báo cháy và báo khói có thể đáp ứng được nhu cầu cũng tính thực tế cho mọi người

3 Mục tiêu nghiên cứu

Ứng dụng kiến thức đã học chế tạo thiết bị có giá th ành hợp lý, ứng dụng được vào thực tế.

Đề tài: “Mạch báo cháy và báo khói’’ khi có tín hiệu cháy hay khói sẽ thông báo bằng cách phát âm thanh ra loa

Chương II: Nội dung

1 Giới thiệu về một số linh kiện được sử dụng trong mạch

Hình 3: Bảng quy luật vòng màu

- Nhìn trên thân điện trở, tìm bên có vạch màu nằm sát ngoài cùng nhất,vạch màu đó và vạch màu thứ hai được dùng để xác định trị số của màu

- Vạch thứ ba là vạch để xác dịnh nhân tử lũy thừa: 10(giá trị của màu) Giá trị

của điện trở được tính bằng cách lấy trị số nhân với nhân tử lũy thừa.

- Vòng màu cuối cùng (Không cần quan tâm nhiều): là vạch màu tách biệtvới vạch màu còn lại, thường có màu hoàng kim hoặc màu bạc, dùng để xácđịnh sai số của giá trị điện trở, hoàng kim là 5%, bạc kim là 10%

Điện trở được dùng để cản trở dòng điện, là linh kiện cực phổ biến trêncác loại mạch

1.2 TỤ ĐIỆN

- Là linh kiện có khả năng tích điện Tụ điện cách điện với dòng điện 1

chiều và cho dòng điện xoay chiều đi qua

- Tụ điện được chia làm 2 loại: Tụ không phân cực và tụ có phân cực

- Loại có phân cực thường có giá trị lớn hơn tụ không phân cực, trên 2 chân các loại tụ phân cực có phân biệt chân nối âm, nối dương rõ ràng, khi gắn

tụ có phân cực vào mạch điện, nếu gắn ngược chiều âm dương, tụ phân cực có thể bị hư và hoạt động sai Ngoài ra người ta còn gọi tên tụ điện theo vật liệu làm tụ, ví dụ: tụ gốm, tụ sứ, tụ hóa, tụ mica,…

- Hình dạng: tụ điện có khá nhiều hình dạng khác nhau

- Ký hiệu:

Hình 4: Tụ điện Đơn vị của tụ điện:

- Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người

ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như:

+ P (PicoFara): 1 Pico Fara = 1/1000.000.000.000 Fara (viết gọn là 1pF)

+N (NanoFara): 1Nano Fara = 1/1000.000.000 Fara (viết gọn là 1nF)

+ MicroFara: 1 Mircro = 1/1000.000 Fara ( Viết gọn là 1µF)

=> 1µF = 1000nF = 1.000.000pF

Cách đọc trị số tụ điện:

- Đọc trực tiếp trên thân tụ điện, ví dụ 100µF (100 micro Fara)

- Nếu là số dạng 103J, 223K, 471J,… thì đơn vị là pico, hai số đầu giữ nguyên,

số thứ 3 tương ứng số lượng số 0 thêm vào sau( chữ J hoặc K ở cuối là kí hiệu của sai số)

- Ví dụ 1: 103J sẽ là 10000pF (thêm vào 3 số 0 sau số 10) = 10 nF

- Ví dụ 2: 471K sẽ là 470pF ( thêm vào 1 số 0 sau 47)

Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụ chính là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt quá giá trị này thì tụ điện

có thể bị hư hỏng và bị cháy nổ

Chức năng:

- Tụ gốm: dùng để lọc nhiễu âm thanh và hạn chế tín hiệu DC đi qua

- Tụ hóa: là tụ điện nạp xả giúp cho NE555 hoạt động tạo ra nhiều những điện

áp lúc xả

1.3 TRANSISTOR

- Ký hiệu:

Hình 5: Transistor

- Cấu tạo bởi 2 lớp tiếp xúc N-P ghép liên tiếp gồm các vùng bán dẫn loại

P và N xếp xen kẽ với nhau, vùng giữa có tính chất dẫn điện khác với 2 vùng lân cận và có bề rộng rất mỏng khoảng 10A0m đủ nhỏ để tạo lên tiếp xúc N – P gần nhau Nếu vùng giữa là N thì ta có transistor PNP, ngược lại nếu vùng giữa

là P ta có transistor NPN

- Chức năng: Transistor khuếch đại thuật toán, có thể coi C1815 là một công tắc đóng ngắt NPN, khi áp được cấp đủ vào chân B thì transistor dẫn làm cho dòng từ chân C đổ xuống chân (VBE > 0.7).

Nó được dùng như van 1 chiều trong mạch điện

Hình 6: Cấu tạo Diode

1.5 LED thu,phát hồng ngoại

- Công Dụng: Được sử dụng trong các mạch thu phát hồng ngoài Led phát hồngngoại 5mm thường được sử dụng kèm với cảm biến thu hồng ngoại

- Sử dụng trong điều khiển, remote hồng ngoại

- Sử dụng tốt trong các mạch: Mạch mô phỏng remote, mạch chống trộm bằng hồng ngoại, mạch đếm, mạch đo đường, đọc ecoder động cơ

Hình 7:Led thu,phát hồng ngoại 1.6 Biến trở tinh chỉnh

Là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn Chúng có thểđược sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện

- Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh sáng hoặc bức xạ điện từ

- Cấu tạo của biến trở gồm 2 thành phần chính là con chạy và cuộn dâyđược làm bằng hợp kim có điện trở suất lớn

- Biến trở thường ráp trong máy phục vụ cho quá trình sửa chữa, cânchỉnh của kỹ thuật viên

Hình 8: Biến trở tinh chỉnh

- Chức năng: Cũng giống như điện trở nhưng biến trở có thể điều chỉnh giá trị

Có ký hiệu thường là VR

+ VR1, VR2 có chức năng điều chỉnh độ nhạy của micro

+ VR3 dùng để điều chỉnh thời gian sáng tắt ở chế độ flip-flop

1.7 Còi Buzzer

Dùng để phát ra âm thanh báo động

Hình 9: Còi Buzzer

1.10 IC 7805

Với những mạch điện không đòi hỏi sự ổn định của điện áp quá cao, sửdụng ic ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản.Các loại ổn áp thường dùng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp Ví dụ 7805

là ổn áp 5V

Hình 12: IC 7805

- IC 7805 có 3 chân:

+ Chân 1 là chân IN: chân nguồn đầu vào

+ Chân 2 là chân GND: chân nối mass

+ Chân 3 là chân OUT: chân nguồn đầu ra

Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn thay đổi Mạch này đùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thườnghoạt động ở điện áp này) Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thìmạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ngõ ra OUT 5V không đổi

Mạch trên lấy nguồn 1 chiều từ một máy với điện áp từ 9V – 12V để đưa vào ngõ IN Khi kết nối mạch điện, do nhiều nguyên nhân, người dùng dễ nhầm lẫn cực tính của nguồn cung cấp khi đấu vào mạch, trong trường hợp này rất dễ ảnh hưởng đến các linh kiện trong board mạch Vì lý do đó một diode cầu được lắp thêm vào mạch, diode cầu đảm bào cực tính của nguồn cấp cho mạch theo một chiều duy nhất, và người dùng cũng không cần quan tâm đến cực tính của nguồn khi đấu nối vào ngõ IN nữa

1.11 IC LM358

Hình 13:IC LM358

LM358 là bộ khuếch đại thuật toán kép công suất thấp, bộ khuếch đại này có ưuđiểm hơn so với các bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụng dùng nguồn đơn Chúng có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp từ 3v hoặc cao đến 32V, với dòng tĩnh khoảng 1/5 dòng tĩnh của MC1741 Trong nhiều ứng dụng, dải điện áp lối vào đồng pha gồm cả nguồn âm, do đó có thể loại trừ sự cần thiết củacác thành phần thiên áp bên ngoài trong nhiều ứng dụng Dải điện áp lối ra cũng có thể bao gồm nguồn điện áp âm

300

× 300 Hình 14 : Cấu tạo IC LM358 Thông số kỹ thuật:

- Dải nguồn 3-32V với nguồn đơn, 1.5-16V với nguồn đôi

- Độ lợi khuếch đại DC 100dB

- dải tần hoạt động 1MHz

- Điện áp ngõ ra từ 0V đến VCC(+)-1.5V

1.12 Điện trở nhiệt NTC

Giả sử quan hệ giữa độ lớn của trở kháng và nhiệt độ tuyến tính với nhau, khi

đó ta có công thức: Với điện trở NTC, điện trở sẽ giảm theo nhiệt độ, do đó hệ

số k sẽ có giá trị âm Ta cần lưu ý điều này để phân biệt giữa điện trở nhiệt NTC

và PTC PTC cũng là một loại điện trở nhiệt nhưng nó sẽ tăng theo nhiệt độ, do

đó hệ số k của PTC có giá trị dương Ngoài ra, ta cũng cần lưu ý, điện trở NTCchỉ tuyến tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50-150D

Ứng dụng của điện trở nhiệt NTC:

- Điện trở nhiệt NTC được dùng để bảo vệ, ngắt nhiệt Chúng được sử dụng nhiều trong các bảng mạch điện tử Trong thực tế, các bảng mạch này có

thể là cảmbiến nhiệt của nồi cơm, máy điều hòa nhiệt độ hay cảm biến của tủ lạnh.

- Đồng thời, điện trở nhiệt NTC còn được dùng để làm cảm biến nhiệt trong các máy móc thiết bị Đồng thời kiểm soát nhiệt độ và kiểm tra thiết bị giađình Trong đó, nổi bật như việc sử dụng điện trở nhiệt trong bếp cảm ứng, lò điện, bể khử trùng, lò vi sóng, lò nướng, ấm đun bằng điện…

- Ngoài ra, điện trở nhiệt NTC còn được ứng dụng trong một số lĩnh vực như:

+ Đo lường nhiệt độ và bù nhiệt các thiết bị tự động hóa văn phòng Ví dụ như máy in, máy photocopy

+ Đo lường và kiểm tra nhiệt độ của ngành công nghiệp, y tế, môi trường,

dự báo thời tiết, thiết bị chế biến thực phẩm, vv

+ Bảo vệ nhiệt độ của pin và bộ sạc pin

+ Bù nhiệt vòng lặp trong các thiết bị, mạch tích hợp, và cặp nhiệt điện.+ Nó cũng được dùng trong phần mạch để bảo vệ quá nhiệt trong các bộ cấp nguồn điện

+ Nhiệt điện trở được dùng làm cảm biến nhiệt trong các máy móc thiết

bị, như máy điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh,

+ Nó cũng được dùng trong phần mạch bảo vệ quá nhiệt trong các bộ cấp nguồn điện.

2 Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động

2.1 Sơ đồ nguyên lý

-Khối cảm biến nhiệt:

10k

D6 LED

R10 330

R12 10k

R15 1k

Q4 A1015

Hình 20: Khối cảm biến nhiệt

Mạch sử dụng nhiệt trở âm (NTC) làm cảm biến nhiệt độ, IC Op-Amp LM358 làm bộ so sánh điện áp ở nhiện độ bình thường giá trị nhiệt trở sấp sỉ bằng giá trị gốc của nhiệt trở, ví dụ: ở 25 độ C giá trị điện trở 10k là 10k

Lúc này giá trị điện áp tại chân (+) op-amp bằng 2.5V tạo bởi cầu phân áp RT1

và R2 tụ C4 dùng để tạo thời gian biến đổi chậm điện áp khi nhiệt độ thay đổi giúp mạch hoạt động ổn định hơn, tránh quá nhạy với các mức nhiệt độ tức thời.Điện áp ngưỡng báo động được đặt bới biến trở RV1(10k) Có thể chỉnh được từ0-5V cấp vào chân (-) op-amp Ví dụ ta đặt mạch báo động ở nhiệt độ 65 độ C Lúc này điện áp tại chân (+) là VCC/(TR1+R2)*R2 = 5/12*10 = 4.17V vậy ta chỉnh biến trở đặt điện áp khoảng 4.16 V tại chân (-) Vậy khi ở nhiệt độ nhỏ hơn 65 độ C thì V(+)<V(-) -> Ngõ ra Op-amp ở mức thấp xấp sỉ 0V R9 và R10phân cực cho transitor Q2 Khi ngỏ ra Op-amp bằng 0 thì Q2 không dẫn LED D6 không sáng -> Q4 cũng không dẫn nên chân C Q4 được thả nổi -> không tác động đến mạch còi báo Điện trở R10 hạn dòng cho LED D6, R11 phân cực cho Q4

Khi nhiệt độ lớn hơn 65 độ C giá trị nhiệt trở giảm -> V(+)>V(-) -> ngõ ra amp xấp sỉ 5V -> Q2 dẫn -> LED D6 báo sáng -> Q4 dẫn tác động đến khối còi báo động

op Khối cảm biến khói:

Hình 21: Khối cảm biến khói

Tương tự như ở khối cảm biến nhiệt ở đây ta dùng 1 LED thu và một LED phát đặt rọi vào nhau để một khoảng trống Tức khi bình thường cường độ hồng ngoại là lớn nhất -> LED thu D3 dẫn với dòng lớn Khi có khói thì khói sẽ làm giảm cường độ tia hồng ngoại -> LED thu D3 dẫn với dòng nhỏ hơn Ta sẽ chính biếm trở RV2 sao cho khi bình trường LED D7 sáng sau đó ta chỉnh ngược lại một khoảng sau khi D7 tắt

Khi không có khói V(-)>V(+) nên ngõ ra bằng 0, Q3 và Q5 tương tự như ở khỗi cảm biến nhiệt

Khi có khói V(-)<V(+) nên ngõ ra bằng 1 - > tác động đến khối chuông báo

-Khối chuông báo:

R

DC 7

Hình 22: Khối chuông báo

Sử dụng IC 555 ở chế độ tạo xung Với chu kỳ T = 0.69 * ( R6*2R5 ) * C7 Dòng ngõ ra IC555 được khuếch đại bởi Q3 giúp phát ra loa lớn, D5 dùng đễ đẫn dòng xả từ loa

Khi bình thường mạch không hoạt động LED D8 không sáng và chuông không báo Do R16 dẫn chân Reset xuống mức thấp nên U3 ở chế độ Reset -> không

có xung tạo âm thanh

Khi một trong 2 khối cảm biến tác động Tức là chân Reset được dẫn lên nguồn -> LED D8 Sáng, và IC 555 hoạt động tạo xung phát ra loa

2.3/Sơ đồ mạch in

Hình 23: Sơ đồ mạch in

2.4/ Sơ đồ lắp linh kiện

Hình 24: Sơ đồ lắp linh kiện

3: THI CÔNG ĐỀ TÀI

3.1/ Mô tả công việc:

B1: Ta vẽ mạch bằng phần mềm Proteus và Altium Designer

B2: Sau khi vẽ xong ta sẽ đi ủi mạch đã in lên board đồng và đi ngâm vào dung dịch để tẩy những chỗ đồng không cần thiết

cao, nếu có thời gian em có thể hoàn thiện mạch hoàn chỉnh hơn, nghiên cứu đưa ra ứng dụngtrong thực tế

Sau khi hoàn thành ta thấy mạch hoạt động đúng theo yêu cầu ban đầu đặt ra

Ta có thể điều chỉnh độ nhạy theo ý muốn