BÁO CÁO MÔN HỌC THIẾT KẾ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG NHÚNG CẢM BIẾN CẢNH BÁO KHÍ GAS RÒ RỈ

Cảm biến khí gas là thiết bị có khả năng phát hiện và cảnh báo sớm sự hiện diện của các loại khí dễ cháy hoặc khí độc trong không khí, góp phần nâng cao mức độ an toàn cho các hộ gia đìn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

- 

-BÁO CÁO MÔN HỌC THIẾT KẾ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG NHÚNG

CẢM BIẾN CẢNH BÁO KHÍ GAS RÒ RỈ

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Tiến Hùng Cường – 211442527 Ngô Trung Hiếu - 2114411508

Dương Đức Thắng – 211401778

HÀ NỘI – 2025

Lời mở đầu

Trong cuộc sống hiện đại, việc đảm bảo an toàn cho con người trong không gian sinh hoạt và làm việc ngày càng được quan tâm hàng đầu Một trong những mối nguy hiểm tiềm ẩn nhưng thường

bị xem nhẹ là rò rỉ khí gas – nguyên nhân phổ biến gây ra nhiều vụ cháy nổ nghiêm trọng, đe dọa trực tiếp đến tính mạng và tài sản Trước thực trạng đó, việc ứng dụng các thiết bị cảm biến khí gas trong dân dụng trở nên cần thiết và cấp bách hơn bao giờ hết Cảm biến khí gas là thiết bị có khả năng phát hiện và cảnh báo sớm sự hiện diện của các loại khí dễ cháy hoặc khí độc trong không khí, góp phần nâng cao mức độ an toàn cho các hộ gia đình, khu chung cư, nhà hàng và nhiều môi trường dân dụng khác Báo cáo này sẽ trình bày tổng quan về nguyên lý hoạt động, phân loại, ứng dụng thực tế cũng như một số giải pháp kỹ thuật nhằm tối ưu hóa hiệu quả của các loại cảm biến khí gas trong đời sống hằng ngày.

Hy vọng rằng qua báo cáo này, người đọc có thể hiểu rõ hơn về vai trò quan trọng của cảm biến khí gas, đồng thời nâng cao ý thức trong việc phòng tránh và xử lý các sự cố liên quan đến khí gas

Mục Lục

CHƯƠNG 1 4

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 4

1 Lý do chọn đề tài 4

2 Mục tiêu nghiên cứu 4

3 Đối tượng nghiên cứu 5

CHƯƠNG 2 6

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

1 Giới thiệu chung về hệ thống 6

2 Lựa chọn linh kiện 7

CHƯƠNG 3 12

THIẾT KẾ HỆ THỐNG 12

1 Sơ đồ hệ thống 12

2 Code hệ thống 13

CHƯƠNG 4 22

KẾT QUẢ DỰ ÁN 22

1 Mô hình sản phẩm 22

2 Đánh giá kết quả 23

KẾT LUẬN 25

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.Lý do chọn đề tài

Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng khí gas trong sinh hoạt và sản xuấtngày càng phổ biến, các sự cố rò rỉ khí gas gây cháy nổ, ngộ độc khívẫn xảy ra thường xuyên và để lại hậu quả nghiêm trọng Thực tếcho thấy, phần lớn các tai nạn liên quan đến khí gas đều bắt nguồn từviệc không phát hiện kịp thời sự rò rỉ, thiếu thiết bị cảnh báo sớmcũng như thiếu hiểu biết về mức độ nguy hiểm của các loại khí này

Chính vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng các loại cảm biến khí gastrong môi trường dân dụng là một hướng đi thiết thực, góp phầnnâng cao hiệu quả giám sát, phòng ngừa và cảnh báo sớm nguy cơmất an toàn Đề tài này được lựa chọn với mong muốn tìm hiểu sâuhơn về nguyên lý hoạt động, đặc tính kỹ thuật cũng như khả năngứng dụng thực tế của các cảm biến khí gas, từ đó đề xuất những giảipháp cải tiến phù hợp với điều kiện sử dụng trong các hộ gia đình,khu dân cư và các công trình dân dụng khác

Việc nghiên cứu đề tài không chỉ mang lại giá trị học thuật mà còn

có ý nghĩa thực tiễn cao, góp phần xây dựng một môi trường sống antoàn và bền vững hơn trong tương lai

2.Mục tiêu nghiên cứu

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của cảm biến khí gas được chọn:

Khảo sát khả năng phát hiện khí gas trong môi trường dân dụng:Đánh giá mức độ nhạy, độ chính xác và thời gian phản hồi của cảmbiến khi phát hiện các loại khí dễ cháy hoặc độc hại như LPG,methane, CO

Thiết kế mô hình ứng dụng thực tế: Xây dựng một hệ thống cảnhbáo rò rỉ khí gas đơn giản ứng dụng cảm biến đã chọn, phù hợp vớiđiều kiện sử dụng trong hộ gia đình

Đánh giá hiệu quả hoạt động: Thử nghiệm hệ thống trong các tìnhhuống giả định và đưa ra nhận xét về hiệu quả, ưu điểm, hạn chế, từ

đó đề xuất cải tiến nếu cần thiết

3.Đối tượng nghiên cứu

ESP32

ESP32 là một vi điều khiển 32-bit do hãng Espressif phát triển, tích hợp sẵn Wi-Fi và Bluetooth, rất phổ biến trong các ứng dụng IoT (Internet of Things) Với hiệu suất xử lý mạnh mẽ, tiêu thụ điện năng thấp và khả năng kết nối không dây linh hoạt, ESP32 là lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống giám sát và điều khiển từ xa Ngoài ra, ESP32 còn hỗ trợ nhiều cổng giao tiếp như ADC, I2C, SPI, UART giúp dễ dàng kết nối với các loại cảm biến khác nhau

Cảm biến khí gas MQ-2

MQ-2 là một loại cảm biến khí bán dẫn có khả năng phát hiện các loại khí dễ cháy và khí độc như LPG (khí gas hóa lỏng), butane, propane, methane, alcohol, hydrogen và khói Cảm biến hoạt độngdựa trên sự thay đổi điện trở của vật liệu bán dẫn khi tiếp xúc với khí MQ-2 có độ nhạy cao, giá thành rẻ, dễ sử dụng và thường được dùng trong các hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas trong dân dụng và công nghiệp nhẹ

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Giới thiệu chung về hệ thống

Hệ thống giám sát và cảnh báo rò rỉ khí gas được xây dựng nhằm đảm bảo an toàn cho môi trường sinh hoạt trong dân dụng bằng cách phát hiện sớm sự xuất hiện của các loại khí dễ cháy như

LPG, methane và khói Hệ thống sử dụng cảm biến khí gas MQ-2

để phát hiện nồng độ khí trong không khí, sau đó truyền tín hiệu

về vi điều khiển ESP32 để xử lý và đưa ra cảnh báo

Khi nồng độ khí vượt ngưỡng an toàn, ESP32 sẽ kích hoạt các thiết bị cảnh báo như còi, đèn LED, hoặc thậm chí gửi thông báo qua Internet (Wi-Fi) đến thiết bị người dùng (ví dụ: điện thoại) Nhờ có khả năng kết nối Wi-Fi mạnh mẽ của ESP32, hệ thống có thể mở rộng tích hợp với các nền tảng IoT, phục vụ việc giám sát

từ xa qua smartphone hoặc nền tảng đám mây

Các chức năng chính của hệ thống bao gồm:

 Đo và giám sát nồng độ khí gas theo thời gian thực

 Cảnh báo khi nồng độ khí vượt ngưỡng cho phép

 Hiển thị dữ liệu

 Gửi thông báo qua Wi-Fi

Hệ thống được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, dễ triển khai trong thực tế và có thể tích hợp vào các mô hình nhà thông minh (smart home) để tăng cường an toàn phòng chống cháy nổ.

2 Lựa chọn linh kiện

ESP 32

Cảm biến khí gas MQ2

Fet IRLZ44N

LCD – i2c

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

1 Sơ đồ hệ thống

2 Code hệ thống

#define BLYNK_TEMPLATE_ID "TMPL60yKFeGWB"

#define BLYNK_TEMPLATE_NAME "GAS"

// Khai báo chân

const int mq2Pin = 34; // Analog input từ MQ2

const int coi = 33; // Còi

const int ledMode = 27; // LED hiển thị chế độ

const int rl = 25; // Relay

const int warningLed = 26; // LED cảnh báo

const int button1 = 32; // Nút nhấn chế độ

// Các biến trạng thái

int mucCanhbao = 250;

int mq2_value = 0;

bool button1State = HIGH;

bool runMode = true;

bool canhbaoState = false;

bool warningLedState = false;

// Blynk Widgets

WidgetLED led(V0);

#define KHIGAS V1

#define MUCCANHBAO V2

lcd.print("RO RI KHI GAS!");

Blynk.logEvent("canhbao", "Cảnh báo khí gas: " + String(mq2_value)); timer2.once(50, handleTimerID2); // 50s tự tắt

// Nhận giá trị từ App để cập nhật mức cảnh báo và chế độ

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ DỰ ÁN

1 Mô hình sản phẩm

2 Đánh giá kết quả

Hiệu quả phát hiện khí gas:

 Ưu điểm: Cảm biến MQ-2 có độ nhạy tốt với các loại khí như LPG,methane, CO, và khói Khi sử dụng kết hợp với ESP32, hệ thống cóthể phát hiện nhanh chóng và chính xác nồng độ khí gas trong khôngkhí, đưa ra cảnh báo khi nồng độ vượt ngưỡng an toàn

 Nhược điểm: Cảm biến MQ-2 đôi khi có thể gặp khó khăn trongviệc phát hiện các khí ở nồng độ rất thấp Điều này có thể ảnh hưởngđến độ chính xác của hệ thống trong một số điều kiện môi trường.Tính ổn định và độ chính xác của hệ thống:

 Ưu điểm: Hệ thống sử dụng ESP32 với khả năng xử lý nhanh chóng

và kết nối Wi-Fi ổn định, giúp người dùng có thể nhận cảnh báo từ

xa qua các ứng dụng như Blynk hoặc Telegram Ngoài ra, khả năngkết nối Wi-Fi giúp mở rộng tính năng hệ thống, ví dụ như tích hợpvới các nền tảng IoT

 Nhược điểm: Các vấn đề về sự ổn định của kết nối Wi-Fi có thể làmgián đoạn việc truyền dữ liệu trong một số trường hợp, đặc biệt làtrong môi trường có tín hiệu Wi-Fi yếu

Quá trình thiết kế và triển khai:

 Ưu điểm: Việc sử dụng ESP32 giúp giảm chi phí và tăng tính linhhoạt cho hệ thống Cấu hình đơn giản và dễ dàng mở rộng, dễ tíchhợp với các thiết bị khác trong môi trường nhà thông minh

 Nhược điểm: Đối với người mới, việc làm quen với ESP32 và lậptrình có thể mất thời gian Hệ thống cần được bảo trì thường xuyên,nhất là việc hiệu chỉnh cảm biến MQ-2 để đảm bảo độ chính xác.Tính khả thi và ứng dụng thực tế:

 Ưu điểm: Hệ thống có thể ứng dụng rộng rãi trong các hộ gia đình,khu chung cư, nhà hàng, bếp ăn, hoặc các công trình dân dụng có sửdụng khí gas Nhờ thiết kế đơn giản và chi phí thấp, hệ thống dễ triểnkhai và có thể được mở rộng trong các tình huống thực tế

 Nhược điểm: Trong môi trường có nhiều tác động khác như bụi, độ

ẩm cao, cảm biến MQ-2 có thể bị ảnh hưởng, dẫn đến độ chính xácgiảm

Cải tiến và mở rộng trong tương lai:

 Ưu điểm: Dễ dàng tích hợp thêm các tính năng như thông báo quađiện thoại di động, kết nối với các thiết bị nhà thông minh khác Hệthống có thể mở rộng thêm khả năng giám sát nhiều loại khí kháchoặc xây dựng mạng lưới cảm biến rộng lớn hơn

 Nhược điểm: Việc tích hợp nhiều cảm biến hoặc mở rộng hệ thống

có thể yêu cầu thêm phần mềm phức tạp và tăng chi phí

KẾT LUẬN

Dự án đã đạt được các mục tiêu cơ bản trong việc phát triển hệ thống giám sát và cảnh báo rò rỉ khí gas sử dụng

ESP32 và cảm biến MQ-2, với khả năng phát hiện và

cảnh báo rủi ro một cách hiệu quả trong môi trường dân dụng Hệ thống này có tính khả thi cao và có thể ứng dụng rộng rãi trong nhiều tình huống thực tế Tuy nhiên, vẫn cần cải thiện một số yếu tố như độ ổn định trong môi trường khắc nghiệt và độ chính xác của cảm biến trong các điều kiện cụ thể.

Với những cải tiến và mở rộng trong tương lai, hệ thống sẽ ngày càng hoàn thiện và đáp ứng tốt hơn nhu cầu của

người dùng.