Đồ án Thiết kế mạch báo cháy báo khói

Ngày nay, con người cùng những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của 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.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA: ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN 1

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Viết Ngư Sinh viên thực hiện: Phùng Thế Minh

Nguyễn Công Minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

-

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐỒ ÁN 1 NGÀNH: CNKT ĐIỀU KHIỂN-TỰ ĐỘNG HÓA

TÊN ĐỀ TÀI: MẠCH CẢM BIẾN BÁO CHÁY BÁO KHÓI

Người hướng dẫn:Nguyễn Viết Ngư

Sinh viên: Phùng Thế Minh

Nguyễn Công Minh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, ngày tháng năm2022

NGƯỜI ĐÁNH GIÁ

Nguyễn Viết Ngư

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô và bạn bè

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Điện-Điện tử Trường ĐHSPKT Hưng Yên đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường Và đặc biệt, trong học kỳ này, Khoa đã tổ chức cho chúng em được tiếp cận với môn đồ

án môn học mà theo em là rất hữu ích đối với sinh viên ngành Tự Động Hóa Công Nghiệp cũng như tất cả các sinh viên thuộc các chuyên ngành khác.Giúp em tự tìm hiểu quà nghiên cứu được nhiều kiến thức cho bản thân nói riêng

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Viết Ngư và các thầy cô khác đã tận tâm hướng dẫn chúng em qua từng buổi học trên lớp cũng như những buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh vực sáng tạo Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy

cô thì em nghĩ bài thu hoạch này của em rất khó có thể hoàn thiện được Một lần nữa,

em xin chân thành cảm ơn thầy

Bài báo cáo được thực hiện trong khoảng thời gian hơn 4 tuần Bước đầu đi vào thực

tế, tìm hiểu về lĩnh vực sáng tạo trong nghiên cứu điện tử, kiến thức của em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn học cùng lớp để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn

Hưng Yên, tháng 11 năm 2022

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Phùng Thế Minh

Nguyễn Công Minh

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, con người cùng những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của 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 đổi những kiến thức chuyên môn môn của ngành học Tuy được học và thực hành nhiều trên lớp nhưng đó chỉ là một phần nào đó nhỏ bé so với kiến thức ngoài thực tế ngày nay và sau này khi ra trường chúng em sẽ gặp phải Vì thế, em rất muốn vận dụng những kiến thức đã được học vào thực tiễn và học hỏi những gì còn 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 thành báo cáo đồ án này Vì thế sau khi cân nhắc và được

sự góp ý của thầy cô em đã chọn đề tài: “ Mạch cảm biến báo cháy báo khói đơn giản”

Vì đây là lần đầu tiên viết báo cáo đồ án nên còn nhiều thiếu sót, rất mong thầy

cô thông cảm

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

YÊU CẦU VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1

1 Phân tích yêu cầu của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 1

3 Các phương án thực hiện 1

4 Ý nghĩa của đề tài 1

5 Kế hoạch thực hiện 2

CHƯƠNG 1:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH CẢM BIẾN BÁO CHÁY BÁO KHÓI ………3

1.2 CÁC LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH……… 3

1.2.1 Điện trở 3

1.2.2 Tụ điện 5

1.2.3 Transisor 7

1.2.4 Diode 8

1.2.5 IC 7805 8

1.2.6 IC LM358 10

1.2.7 LED thu,phát hồng ngoại 11

1.2.8 NTC 12

1.2.9 Biến trở tinh chỉnh 14

1.2.10 Còi Buzzer 15

1.2.11 Terminal 2chân 15

1.2.12 LED……… 16

CHƯƠNG 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 23

2.4.Sơ đồ lắp ráp linh kiện 24

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 26

1 Kết quả 26

2 Hạn chế 26

3 Hướng phát triển 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 27

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1: Ký hiệu điện trở 4

Hình 2: Điện trở 4

Hình 3: Bảng quy luật vòng màu 5

Hình 4 Tụ điện 6

Hình 5: Transistor 7

Hình 6: Cấu tạo Diode 8

Hình 7:IC 7805 9

Hình 8:IC LM358 10

Hình 9: Cấu tạo IC LM358 10

Hình 10: Led thu,phát hồng ngoại 11

Hinh 11:NTC 12

Hình 12: Gía trị nhiệt trở 12

Hình 13: Biến trở tinh chỉnh 14

Hình 14:Còi Buzzer 15

Hình 15: Terminal 2chân 15

Hình 16: LED 16

Hình 17: Sơ đồ nguyên lý 17

Hình 18: Sơ đồ khối 18

Hình 19: Khối nguồn 18

Hình 20: Khối cảm biến nhiệt 19

Hình 21: Khối cảm biến khói 20

Hình 22: Khối chuông báo 21

Hình 23: Sơ đồ mạch in 23

Hình 24: Sơ đồ lắp linh kiện 24

Hình 25: Hình ảnh mạch thực tế……….………25

YÊU CẦU VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

1 Phân tích yêu cầu của đề tài

Thiết kế chế tạo mạch cảm biến báo cháy báo khói

2 Mục tiêu của đề tài

Ngành điện tử là một trong những ngành quan trọng góp phần vào sự phát triển của đất nước sự phát triển nhanh chóng của Khoa học – Công nghệ làm cho ngành điện tử ngày càng phát triển và đạt được nhiều thành tựu mới Nhu cầu của con người ngày càng cao là điều kiện thuận lợi cho ngành Điện tử phải không ngừng phát minh ra các sản phẩm mới có tính ứng dụng cao, các sản phẩm có tính năng, có độ bền và độ ổn định ngày càng cao Nhưng một điều

cơ bản là các sản phẩm đó đều bắt nguồn từ những linh kiện: R, L, C, Diode, BJT, FET mà nền tảng là điện tử tương tự

Do đó có thể nói,Mạch Cảm Biến Báo Cháy Báo Khói là một trong những sản phẩm tạo nền tảng phát triển của những sản phẩm Điện Tử phục vụ cho nhu cầu của con người

3 Các phương án thực hiện

Thiết kế chế tạo mạch cảm biến báo cháy báo khói, chúng em sẽ dùng nhiệt trở NTC,cặp led thu phát hồng ngoại để nhận tín hiệu nhiệt và khói

4 Ý nghĩa của đề tài

Để giúp sinh viên có thể có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên ngành Đề tài còn thiết kế chế tạo thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là các sinh viên khoa Điện - Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho sinh viên khoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu và học tập

Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là giúp cho chúng em hiểu sâu hơn về nguyên lý mạch nguồn, có thể tự thiết kế ra nó

Từ đó tích luỹ được kiến thức cho các năm học sau và ngoài thực tế

5 Kế hoạch thực hiện

Sau khi nhận đề tài chúng em đã bắt tay ngay vào việc: Thời gian và

công việc cụ thể như sau:

Tuần 1: Gặp cô giáo hướng dẫn nhận đề tài

Tuần 2: Tìm hiểu về đề tài, lĩnh vực ứng dụng, tìm các tài liệu liên quan đến đề tài

Tuần 3: Tìm và thiết kế sơ đồ nguyên lý, tính toán mạch và chọn linh kiện

Tuần 4: Test thử trên bo mạch và hiệu chỉnh, xử lý sự cố

Tuần 5: Thiết kế mạch in, lắp ráp sản phẩm, kiểm tra chạy thử sản

phẩm

Tuần 6: Hoàn thành lý thuyết

Thời gian đầu nhóm chúng em đã cố gắng gặp thầy liên tục 1 lần trên 1 tuần, qua những lần gặp như vậy chúng em đã được thầy “Nguyễn Viết Ngư” hướng dẫn nhiệt tình, cụ thể phương hướng thực hiện tiếp theo và thầy chỉ rõ những chỗ còn thiếu sót để chúng em khắc phục

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1.1 Giới thiệu chung

Cháy nổ là một mối nguy hiểm nghiêm trọng trong những khu công nghiệp, những khu chung cư cao tầng, khu vực công cộng hay thậm chí là nhưng khu nhà ở riêng gây thiệt hại về tài sản cũng như con người Do đó việc có hệ thống báo cháy

hỗ trợ đội phòng cháy chữa cháy trong việc thông báo để ứng phó kịp thời là điều thiết yếu

Ngày nay phòng cháy chữa cháy là mối quan tâm hàng đầu của nước ta cũng như các nước trên thế giới Nó đã trở thành nghĩa vụ của mỗi công dân Trên các

phương tiện thông tin đại chúng luôn tuyên truyền giáo dục cho mỗi người dân ý thức phòng cháy chữa cháy nhằm hạn chế những vụ cháy nổ xảy ra

1.1.2 Nhiệm vụ của đồ án môn học

Mạch báo cháy có nhiệm vụ chuyển đổi khói thành tín hiệu âm thanh đưa ra loa

để thông báo có khói và nguy cơ cháy trong khu vực

Ý nghĩa thực tiễn của mạch báo cháy: Trong tất cả các khu vực có người hay các khu công nghiệp tự động vấn đề báo cháy là một phần tất yếu nhằm bảo vệ con người trước những hiểm họa cháy nổ

1.2 CÁC 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 biệt với vạch màu còn lại, thường có màu hoàng kim hoặc màu bạc, dùng để xác định 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 trên các loại mạch

1.2.2 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

1.2.3 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)

1.2.4 DIODE

Diode là một linh kiện chỉ cho phép dòng điện chạy qua nó theo một chiều

nhất định, chiều người lại thì dòng điện không thể đi qua

Diode được cấu tạo từ 2 lớp bán dẫn tiếp xúc với nhau Diode có 2 cực Anốt

và Katốt Nó chỉ cho dòng điện đi theo 1 chiều từ Anốt sang Katốt (Chính xác là khả năng cản trở dòng điện theo chiều AK là rất nhỏ, còn KA là rất lớn) Nó được dùng như van 1 chiều trong mạch điện

Hình 6: Cấu tạo Diode

1.2.5 IC 7805_Dùng để ổn áp cho mạch

Với những mạch điện không đòi hỏi sự ổn định của điện áp quá cao, sử dụng

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 7: 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 thường hoạt động ở điện áp này) Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch 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

300 × 300

Hình 9: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

1.2.7 LED thu,phát hồng ngoại

Công Dụng: Được sử dụng trong các mạch thu phát hồng ngoài Led phát hồng ngoại 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

Điện áp 1,2 đến 1,6v

Dòng 10-20mA

Hình 10:Led thu,phát hồng ngoại

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 NTC chỉ 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 gia đình 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