Thiết kế mạch báo khói báo cháy

- Transistor C1815 chính là một linh kiện điện tử bán dẫn chủ động được sử dụng trong các bo mạch điện tử với vai trò như là một phần tử khóa điện tử.. Lúc này, lớp bán dẫn sẽ được mở và

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Giáo viên hướng dẫn : Ths TRƯƠNG NGỌC BẢO

Họ và tên sinh viên : THÂN TRỌNG NGUYÊN

Lớp : 17DCKA2

Mssv : 1711040187

Tên đề tài : MẠCH TÍN HIỆU BÁO KHĨI, BÁO CHÁY

Điểm đánh giá : Xếp loại :

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20…

Giáo viên hướng dẫn

( Ký tên và ghi rõ họ tên)

Ths Trương Ngọc Bảo

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Giáo viên phản biện : Ths TRƯƠNG NGỌC BẢO

Họ và tên sinh viên : THÂN TRỌNG NGUYÊN

Lớp : 17DCKA2

Mssv : 1711040187

Tên đề tài : MẠCH TÍN HIỆU BÁO KHĨI, BÁO CHÁY

Điểm đánh giá : Xếp loại :

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20…

Giáo viên phản biện

( Ký tên và ghi rõ họ tên)

HƯỚNG DẪN VIẾT BÁO CÁO

LỜI NÓI ĐẦU

NHẬN XÉT

MỤC LỤC

PHẦN 1: LÝ THUYẾT

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG

CHƯƠNG II LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH

PHẦN 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

CHƯƠNG III SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH – CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN VÀ CHỌN LINH KIỆN

CHƯƠNG V SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

GIẢI THÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH

KẾT LUẬN

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] ………

[2] ………

……

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên em xin cảm ơn thầy TRƯƠNG NGỌC BẢO đã hướng dẫn tận tình trong khoảng thời gian em làm đồ án và em cũng cảm ơn nhà trường đã hỗ trợ mọi thứ và tạo điều kiện tốt nhất cho em Đặc biệt em cảm ơn thầy TRƯƠNG NGỌC BẢO người đã hướng dẫn hết sức tận tình trong thời gian em làm đồ án thiết kế và thi công mạch BÁO CHÁY VÀ BÁO KHÓI ĐƠN GIẢN cùng với chức năng báo thức

Đây là lần đầu tiên em là đồ án nên vẫn thiếu nhiều về mặt hiểu biết nên còn nhiều sai sót

Em mong được thầy cô góp ý để cho em học hỏi được nhiều và có thêm kinh nghiệm để làm tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019

LỜI MỞ ĐẦU

Đất nước ngày một phát triển Mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước phải dựa vào khoa học kỹ thuật Vấn đề con người là vấn đề tiên quyết trong việc có đạt được mục tiêu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước hay không

Để có đội ngũ nhân lực có trình độ, nắm vững kiến thức khoa học kỹ thuật thì ngoài việc nâng cao chất lượng đào tạo lý thuyết còn cần những nội dung thực hành thực hành thực tế để người học củng cố kiến thức, lý thuyết đã được trang bị trên giảng đường, đồng thời có kĩ năng xử lý những vấn đề mà thực tiễn đặt ra

Để nhằm mục đích đó, trong chương trình đạo tạo bậc đại học ngành Kỹ thuật cơ khí tại Trường Đại Học Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh có rất nhiều đồ án được giao cho sinh viên sau khi trải qua những môn học trang bị kiến thức trên lớp nhằm giúp sinh viên tổng hợp lại những kiến thức mà mình đã được học Đồ án Kỹ thuật điện tử là một trong những số đó

Nhằm mong muốn áp dụng những kiến thức lý thuyết vào thức tế nên tôi quyết định chọn thực hiện đề tài “ Thiết kế mạch báo khói, báo cháy “

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

-Một khía cạnh quan trọng của công tác PCCC là phát hiện kịp thời đám cháy đang bùng phát, đồng thời cảnh báo cho cư dân trong tòa nhà và các tổ chức cứu hỏa Đây là vai trò quan trọng của hệ thống phát hiện cháy và báo động Tùy thuộc vào kịch bản ngăn chặn đám cháy, cấu trúc tòa nhà và mục đích sử dụng; số lượng và đối tượng cư ngụ; giới hạn của nội dung và nhiệm vụ, các hệ thống này có thể cung cấp một số chức năng chính:

1 Thứ nhất, nó cung cấp một phương tiện để phát hiện đám cháy đang bùng phát theo phương pháp thủ công hoặc tự động

2 Thứ hai, nó cảnh báo cho cư dân trong tòa nhà biết có cháy và sự cần thiết phải

Led thu hồng ngoại 2 chân x 1

Led phát hồng ngoại 2 chân x 1

Hình sơ đồ nguyên lý mạch báo cháy và báo khói 2.1 IC LM358

-IC LM358 là bộ khuếch đại thuật toán kép công suất thấp, bộ khuếch đại này

có ưu điểm hơn so với bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụng dùng nguồn đơn

-IC LM358 : có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp 3V hoặc cao lên tới 32V

Có công suất cực máng thấp, tuy nhiên

có độ lợi cao 100dB Cấu tạo bên trong

gồm 2 bộ khuếch đại thuật toán, tương thích với nhiều loại mạch logic khác

nhau

HÌNH ẢNH MINH HỌA IC LM358

2.2 IC 7805

- Vi mạch ổn áp DC tuyến tính thông dụng là họ vi mạch 78XX ( ổn áp dương ) và

79XX ( ổn áp âm ) có 3 chân Tùy theo hình dạng vỏ ngoài, các vi mạch ổn áp 3 chân có thể cung cấp dòng lên đến 1A và cho ra điện áp cố định

+ Họ 78xx là họ cho ổn định điện áp đầu ra là dương Còn xx là giá trị điện áp đầu

 Các thông số kĩ thuật của IC7805

- Công suất cực đại:2W

- Transistor C1815 chính là một linh kiện điện tử bán dẫn chủ động được sử dụng

trong các bo mạch điện tử với vai trò như là một phần tử khóa điện tử Sở dĩ được coi là một linh kiện bán dẫn phổ thông tại Việt Nam bởi nó được sử dụng rất nhiều

trong các bo mạch Transistor C1815 thuộc loại transistor NPN

-Transistor C1815 hoạt động nhờ đặt một dòng 1 chiều vào từ chân B (Base) Đây

gọi là điện thế kích hoạt Lúc này, lớp bán dẫn sẽ được mở và xuất hiện dòng CE chạy qua IC Led sáng Nếu ở chân B không có dòng thì lớp bán dẫn sẽ không được

mở và không có dòng CE chạy qua IC Led không sáng

Dòng vào chân B được tính theo công thức:

Trong đó bao gồm:

IC là dòng chạy qua CE

IB là dòng chạy qua BE

p là hệ số khuếch đại

Thông số kỹ thuật của Transistor C1815

 Transistor C1815 bao gồm 3 chân cắm đi liền với khối màu đen có ghi C1815

 Kiểu chân là kiểu chân cắm T092

 Transistor C1815 thuộc transistor NPN

2.4 TRANSISTOR A1015

Transistor A1015 là transistor do hãng Toshiba sản xuất, có cấu tạo gồm 3 lớp bán

dẫn ghép với nhau thành 2 mối nối P-N, thuộc loại transistor thuận

PNP Transistor A1015 được sản xuất theo chuẩn TO92, thứ tự các chân từ trái

qua phải: E C B

-Transistor A1015 có điện áp giới hạn lên tới Uce = -50V, dòng điện giới hạn của

transistor A1015 Ic = -150mA Hệ số khuếch đại hFE của transistor A1015 trong khoảng 70 đến 400

-Transistor A1015 có thể hoạt động ở dải nhiệt độ từ -55oC ~ 125oC Transistor A1015 là một transistor công suất nhỏ, tuy nhiên tần số làm việc cao Transistor A1015 được sử dụng rỗng rãi trong việc thiết kế mạch khuếch đại cơ bản

2.5 ĐEN LED PHÁT HỒNG NGOẠI

-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

Có thể ứng dụng LED phát hồng ngoại trong nhiều mạch khác nhau như: mạch mô phỏng remote, mạch chống trộm bằng hồng ngoại, mạch đếm, mạch dò đường Điện áp làm việc 1.6V

Bạn cần gắn 1 điện trở 220Ohm để giới hạn dòng cho LED, nếu không LED phát hồng ngoại 5mm sẽ bị cháy

Ánh sáng phát ra từ LED phát hồng ngoại 5mm không nhìn thấy được

2.6 ĐÈN LED THU HỒNG NGOẠI

 TSOP1838 là bộ thu sóng hồng ngoại cho hệ thống điều khiển từ xa PCM

 Tần số sóng mang 38KHz

 TSOP18 là bộ thu nhỏ cho các hệ thống điều khiển từ xa hồng ngoại Diode PIN và tiền khuếch đại được lắp ráp trên khung chì, gói epoxy được thiết kế dưới dạng bộ lọc IR

 Tín hiệu đầu ra được giải điều chế có thể được giải mã trực tiếp bằng bộ vi

xử lý Có độ tin cậy cao ngay cả trong môi trường xung quanh và bảo vệ chống nhiễu.Tích hợp bộ thu và tiền khuếch đại

 Bộ lọc nội bộ cho tần số PCM

 Khả năng tương thích với TTL và CMOS

 Đầu ra hoạt động thấp

 Cải thiện che chắn chống nhiễu điện trường

 Không có sự xuất hiện của xung nhiễu ở đầu ra

Description TRIMMER 50K OHM 0.75W PC PIN

Lead Free Status / RoHS

Status Contains lead / RoHS non-compliant

Adjustment Type Side Adjustment

Resistive Material Cermet

Mounting Type Through Hole

Termination Style PC Pin

Size / Dimension Rectangular - 0.750" L x 0.190" W x 0.250" H (19.05mm

x 4.83mm x 6.35mm)

2.9 NÚT NHẤN 6 CHÂN

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH

3 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI

3.1 Sơ đồ khối:

Khối nguồn:

VI 1

ra 5V Với dòng điện tối đa 1A Diode D1 dùng để phân cực nguồn vào nhằm bảo

vể mạch không bị ảnh hưởng khi cấp nguồn ngược Tụ C1 lọc nguồn vào, tụ C2 lọc nhiểu cao tần từ nguồn vào, Tụ C3 nhằm lọc nhiểu nguồn ra LED D2 báo nguồn, R1 là điện trở hạn dòng cho LED

;========================================

3.2 Khối cảm biến nhiệt:

KHỐ I NGUỒ N

KHỐ I CẢM BIẾN KHÓ I KHỐ I CẢM NHIỆT

KHỐ I CHUÔ NG BÁO

Q2 C1815 R9

10k

D6 LED

R10 330

R12 10k

R15 1k

Q4 A1015

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 từ 0-5V 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 R10 phân 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 op-amp xấp sỉ 5V -> Q2 dẫn -> LED D6 báo sáng -> Q4 dẫn tác động đến khối còi báo động

D3 IR-R

R3 10k

C5 10uF

10k

D7 LED

R11 330

R13 10k

R14 1k

Q5 A1015

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:

DC 7

R5 47k

R6 2.2k

R7 470

Q1 C2383

D5 1N4007

R17 330

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

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN LINH KIỆN

4.1 Tính toán

-Tính toán khối chuông báo

Chọn R12=1k Ohm để hạn dòng âm từ khối cảm biến khói và khối cảm biến nhiệt đi vào Q8 và chọn trở R13=10K Ohm để phân cực cho Q8

R14 =10K Ohm để hạn chế dòng Reset vào chân số 4 của IC555 để khi không có điện dương từ Q8 thì IC555 ở chế độ reset và khối chuông không hoạt động

Ở đây ta chọn R15=4.7K Ohm R17=2.2k Ohm tụ C4=10uf Để được chu kì tạo xung cho IC555 T=0.69*(R17*2R15)*C4=0.69*(4700*2200*2)*10*10^-3=142692(Hz)

-Hoạt động của khối chuông báo

Khi có không dòng âm đi qua điot D7 hoặc D9 nghĩa là không có cháy xẩy ra thì

sẽ không có dòng âm đi qua Q8 và Q8không phân cực nên không có dòng dương

từ Emitter chạy qua Colletor nên không cung cấp dòng dương cho chân số 4 của IC555 thì khối chuông báo sẽ không hoạt động

Khi có dòng âm chạy qua điot D7 hoặc D9 nghĩa là có cháy xẩy ra thì dòng âm sẽ

đi qua vào chân Base của Q8 làm Q8 phân cực thuận và cho dòng dương chạy từ chân Emittor xuống chân Collector của Q8 và đi vào chân số 4 lúc nầy IC55 hoạt động và tạo xung ra cho chân số 3 là ở mức 0 và mức 1 với tần số T=142692

Hz.Khi ở mức 0 thì Q7 (C1815) phân cực ngược và không cho dòng âm đi từ chân Emitter lên chân Collector và chuông không kêu Khi ở mức 1 thì có điện dương đi vào Q7 làm Q7 phân cực thuận nên cho dòng âm từ Emitter lên chân Collector và chuông kêu Cứ như vậy với tần số T thì sẽ tạo nên tiếng báo động với tần số tít của chuông là 142692 Hz

-Tính toán khối cảm biến nhiệt

Vậy nên ta chọn R8=10K Ohm để tạo cầu phân áp với nhiệt trở R7 khi R7 ở nhiệt độ thường thi điện áp đặt vào chân 5 (+) là 2.5V

Lúc này giá trị điện áp tại chân 5 (+) op-amp bằng 2.5V tạo bởi cầu phân áp R7 và R8 Điện áp ngưỡng báo động được đặt bới biến trở R7(10) Có thể chỉnh

được từ 0-5V cấp vào chân 6(-) op-amp Ví dụ ta đặt mạch báo động ở nhiệt độ 65

độ C Lúc này điện áp tại chân 5 (+) là VCC/(R7+R8)*R2 = 5/12*10 = 4.17V vậy

ta chỉnh biến trở đặt điện áp khoảng 4.16 V tại chân (-)

Chọn tụ C2=10uf dùng để lọc nhiễu cho mạch và với giá trị nhỏ để tích dòng nhỏ và không ảnh hưởng đến so sánh áp giữa chân 5 và chân 6

Chọn R10=R11=10k để hạn dòng và phân cực cho Q5 tương tự như Q6 và R5= 330Ohm để bảo vệ led D8

Diot có chức năng chỉ cho dòng âm chạy từ Q5 qua điot

-Tính toán cho khối cảm biến khói

Để cho led phát D1 hoạt động bình thường thì điện áp rơi tên led khoảng 1.2V đến 1.6V nên ta chọn R1=1k Ohm thì khi nầy dòng điện rơi vào D1 khoảng 3.4mA – 3.8mA

Với led thu D2 tương tự nhưng vì ở đây led thu D2 dùng để so sánh áp nên để dòng lớn nên chọn trở nhỏ 470 Ohm lúc nầy đòng điện roi vào led D2 vào khoảng 8.805mA-7.234mA

Với tụ C1 chỉ có chứ năng lọc nhiễu và cần áp nhỏ để phần so sánh áp với chấn 2(-) nên chỉ chọn 10uf

Với chiết Áp R6 ta chọn giá tri 10k để tạo sự chênh lệch điện áp giữa chân 2 và chân 3 của LM358 là khi không khói thì LED thu D2 dẫn với dòng lớn mà điện áp chân 3V(+) bé hơn điện áp chân 2V(-)

Với Q6 là transistor C1815 hoạt động khi có điện dương (mức 1 từ Lm358) đi vào chân Base cần 1 dòng nhỏ nên ta chọn trở hạn dòng cho bộ khuếch đại nầy là R3=R4=10k Ohm để cho Q6 phân cực

Diot D7 có chứ năng chỉ cho dòng âm chạy từ Q6 qua điot

Chon R16=330 Ohm để hạn dòng bảo về led D11

Hoạt động của khối biến nhiệt

Vậy khi ở nhiệt độ nhỏ hơn 65 độ C thì điện áp đặt vào chân 5 V(+) bé hơn điện

áp đặt vào chân 6 V(-) Nên ngõ ra Op-amp ở mức thấp xấp sỉ 0V 10 và R11 phân cực cho transitor Q5 Khi ngỏ ra Op-amp bằng 0 thì Q5 không phân cực nên không

có dòng âm chạy từ chân Emitter lên chân Collector và led D8 không sáng và không có dòng âm đi qua khối chuông báo Khi nhiệt độ lớn hơn 65 độ C giá trị điện trở giảm nên điện áp đặt vào chân 5 V(+) lớn hơn điện áp đặt vào chân 6 V(-) nên ngõ ra op-amp xuất ra mức 1 nên có dòng điện dương đi qua Q5 vô chân Base nên Q5 làm cho Q5 phân cực thuận nên Q5 cho dòng âm chạy từ chân Emitter lên chân Colletor làm cho đèn D8 sáng và có dòng âm chạy vào điot D9 và dòng đó là dòng được khuếch đại bởi Q5 chạy đến khối chuông báo

4.2 Sơ đồ mạch (chưa có giá trị linh kiện)