hệ thống báo cháy sử dụng lm 35

Hệ thống báo cháy tự động là hệ thống gồm tập hợp các thiết bị có nhiệm vụ phát hiện và báo động khi có cháy xảy ra.. Việc phát hiện ra cáctín hiệu cháy có thể được thực hiện tự động bởi

NHẬN XÉT

Chữ ký của giảng viên

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG I 5

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY 5

1.1 Tổng quan chung về hệ thống báo cháy 5

1.1.1 Khái niệm về hệ thống báo cháy tự động 5

1.1.2 Các thành phần của hệ thống báo cháy tự động 5

1.1.3 Nguyên lí hoạt động của hệ thống báo cháy 5

1.1.4 Phân loại hệ thống báo cháy 6

1.2 Yêu cầu thiết kế hệ thống báo cháy tự động 6

CHƯƠNG II 7

THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG 7

2.1 Sơ đồ khối 7

2.2 Chức năng từng khối 7

2.2.1 Khối sensor (LM 35) 8

2.2.2 Khối nguồn ( LM 2576) 9

2.2.3 Khối vi xử lí ( PIC16F877A) 10

2.2.4 Khối hiển thị 19

2.2.5 Khối loa báo 21

CHƯƠNG III 22

THIẾT KẾ MẠCH 22

3.1 Thiết kế mạch mô phỏng 22

3.2 Thiết kế mạch in 22

3.3 Các linh kiện khác sử dụng trong mạch 23

3.3.1.Điện trở: 23

3.3.2 Tụ điện: 25

3.3.3 Biến trở 26

3.3.4 Tranzito 27

KẾT LUẬN 27

PHỤ LỤC 29

Tài liệu tham khảo 33

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng vi điều khiển và máy tính vào kỹ thuật đo lường, điều khiển đã đem lại cho con người những kết quả hết sức ưu việt trong cuộc sống Việc giao tiếp với thiên nhiên, môi trường là rất cần thiết để con người ta có thể hiểu rõ

về nó hơn Cụ thể ngay xung quanh chúng ta, nhiệt độ là yếu tố đặc biệt,giúp chúng ta rất nhiều trong đời sống cũng như sản xuất

Theo thống kê,hằng năm tại trên đất nước chúng ta có rất nhiều vụhỏa hoạn,gây nhiều thiệt hại về người và của.Nguyên nhân những cuộchoả hoạn trên đa phần là do sơ ý của con người,sự cảnh báo không kịpthời về sự xuất hiện của các đám cháy.Nhóm tác giả nhận thấy sự cảnhbáo những vụ hỏa hoạn kịp thời là yếu tố rất quan trọng Dưới sự hướng dẫn

tận tình của giảng viên Ngô Văn An, nhóm tác giả quyết định chọn đề tài “Thiết kế

hệ thống báo cháy tự động” vì nó rất gần gũi với thực tế,rất cần thiết và nó thật

sự rất có ý nghĩa

Do tài liệu tham khảo bằng Tiếng Việt còn hạn chế, kiến thức có hạn và ít kinh nghiệmtrong thực tế nên đồ án này chắc chắn còn nhiều thiếu sót Vì vậy chúng em mong là sẽnhận được sự đóng góp và chỉ bảo của các thầy cô trong khoa

Chúng em xin chân thành cám ơn!

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY1.1 Tổng quan chung về hệ thống báo cháy.

1.1.1 Khái niệm về hệ thống báo cháy tự động.

Hệ thống báo cháy tự động là hệ thống gồm tập hợp các thiết bị có nhiệm vụ phát hiện và báo động khi có cháy xảy ra Việc phát hiện ra cáctín hiệu cháy có thể được thực hiện tự động bởi các thiết bị hoặc bởi con người, và nhất thiết phải hoạt động liên tục trong 24/24 giờ

1.1.2 Các thành phần của hệ thống báo cháy tự động.

Một hệ thống báo cháy tự động tiêu biểu sẽ có 3 thành phần như sau:

 Trung tâm báo cháy được thiết kế dạng tủ, bao gồm các thiết bị chính :

 Mainboard

 Biến thế

 Battery

 Thiết bị đầu vào:

 Đầu báo: báo khói, báo nhiệt, báo gas, báo lửa

 Bộ quay số điện thoại tự động

1.1.3 Nguyên lí hoạt động của hệ thống báo cháy.

Quy trình hoạt động của hệ thống báo cháy là một quy trình khép kín Khi có hiện tượng về sự cháy (chẳng hạn như nhiệt độ gia tăng đột ngột, có sự xuất hiện của khói hoặc các tia lửa) các thiết bị đầu vào (đầu báo, công tắc khẩn) nhận tín hiệu và truyền thông tin của sự cố về trung tâm báo cháy Tại đây trung tâm sẽ xử lý thông tin nhận được, xác định

vị trí nơi xảy ra sự và truyền thông tin đến các thiết bị đầu ra (bảng hiển thị phụ, chuông, còi, đèn), các thiết bị này sẽ phát tín hiệu âm thanh, ánh

sáng để mọi người nhận biết khu vực đang xảy ra sự cháy và xử lý kịp thời.

1.1.4 Phân loại hệ thống báo cháy.

Hệ thống báo cháy sử dụng 2 loại điện thế khác nhau : 12V và 24V

Về mặt lý thuyết cả hai loại này đều có tính năng kỹ thuật và công dụng như nhau Nhưng, so với hệ thống báo cháy 24V thì hệ thống báo cháy 12V không mang tính chuyên nghiệp, trung tâm 12V chủ yếu được sử dụng trong hệ thống báo trộm, ngoài ra hệ thống còn bắt buộc phải có bàn phím lập trình Trong khi hệ thống báo cháy 24V là một hệ thống báocháy chuyên nghiệp, khả năng truyền tín hiệu đi xa hơn, và không bắt buộc phải có bàn phím lập trình Tuy nhiên, trung tâm xử lý hệ báo cháy 12V ( trung tâm Networx) có giá thành thấp hơn so với trung tâm xử lý

hệ báo cháy 24V (trung tâm Mircom,…) Ngoài ra, Hệ thống báo cháy được chia làm 2 hệ chính, gồm:

a Hệ báo cháy thông thường

Với tính năng đơn giản, giá thành không cao, hệ thống báo cháy thông thường chỉ thích hợp lắp đặt tại các công ty có diện tích vừa hoặc nhỏ (khoảng vài ngàn m2), số lượng các phòng ban không nhiều (vài chục phòng); lắp đặt cho những nhà, xưởng nhỏ… Các thiết bị trong hệ thống được mắc nối tiếp với nhau và mắc nối tiếp với trung tâm báo cháy, nên khi xảy ra sự cố trung tâm chỉ có thể nhận biết khái quát và hiển thị toàn bộ khu vực (zone) mà hệ thống giám sát (chứ không cho biết chính xác vị trí từng đầu báo, từng địa điểm có cháy) Điều này làm hạn chế khả năng xử lý của nhân viên giám sát

b Hệ báo cháy địa chỉ.

Với tính năng kỹ thuật cao, hệ thống báo cháy địa chỉ dùng để lắp đặt tại các công ty mà mặt bằng sử dụng rộng lớn (vài chục ngàn m2), được chia ra làm nhiều khu vực độc lập, các phòng ban trong từng khu vực riêng biệt với nhau Từng thiết bị trong hệ thống được mắc trực tiếp vào trung tâm báo cháy giúp trung tâm nhận tín hiệu xảy ra cháy tại từng khu vực, từng địa điểm một cách rõ ràng, chính xác Từ đó trung tâm có thể nhận biết thông tin sự cố một cách chi tiết và được hiển thị trên bảng hiển thị phụ giúp nhân viên giám sát có thể

Đề tài “ Thiết kế hệ thống báo cháy tự động” yêu cầu phải tiến

hành quá trình hiển thị qua 3 công việc đó là:

- Hiển thị nhiệt độ môi trường ra LCD

- Khi nhiệt độ môi trường quá cao,vượt ngưỡng 500 C, có tín hiệu báo

ra loa

CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG

2.1 Sơ đồ khối.

Hình 2.1: Sơ đồ khối của mạch sản phẩm.

Nguyên lí hoạt động:

Khối sensor(LM35)

Khối vi xử lý(PIC16F877A

)

Khối Hiểnthị(LCD16x2) Khối nguồn

(LM2576)

Khối báo hiệu(loa điện tử)

Khối nguồn cung cấp nguồn cho khối sensor,khối vi xử lí và khối hiểnthị.Khối sensor nhận tín hiệu từ môi trường bên ngoài,qua khối vi xử lí.Khối vi xử lí xử lí tín hiệu và xuất ra khối hiển thị.Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép,cụ thể trong đồ án là ngưỡng 500 C.Vi điều khiển sẽ xuất tín hiệu làm thông tranzito,từ đó loa báo động.Khi nhiệt độ trở về dưới ngưỡng 500C,tranzito không thông,tín hiệu loa tắt.

2.2 Chức năng từng khối.

2.2.1 Khối sensor (LM 35).

a LM 35

LM 35 là một cảm biến nhiệt độ analog, nhiệt độ được các định bằng

cách đo hiệu điện thế ngõ ra của LM35.Sơ đồ chân của LM35 như sau:

Hình 2.2: Cảm biến LM 35 và sơ đồ chân.

Cấu tạo cảm biến LM 35:

Chân 1: Chân nguồn VCC

Chân 2: Đầu ra VoutChân 3: GND

Nguyên lí hoạt động của cảm biến LM 35:

LM 35 hoạt động theo nguyên lí hiệu ứng nhiệt điện.lm 35 nhận tín hiệu nhiệt chuyển thành tín hiệu điện dưới dạng dòng điện hay điện áp.khi ta cấp nguồn cho cảm biến,dưới tác dụng của nhiệt độ tạo ra các điện tích tự do và các lỗ trống trong chất bán dẫn.bằng sự phá vỡ các phân tử,bứt các electron thành dạng tự do di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo ra sự xuất hiện các lỗ trống.đo tín hiệu điện,ta biết được nhiệt độ cần đo

Một số thông số chính của LM35:

Cảm biến LM 35: là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao

mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh

 Đặc điểm chính của LM35:

+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V

+ Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/0C

+ Độ chính xác cao ở 25 0C là 0.5 0C

+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải

Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 0C - 150 0C với các mức điện áp ra khác nhau Xét một số mức điện áp sau :

+ Nhiệt độ -55 0C điện áp đầu ra -550mV

+ Nhiệt độ 25 0C điện áp đầu ra 250mV

+ Nhiệt độ 150 0C điện áp đầu ra 1500Mv

Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống này thì đo từ 00C đến 150 0C

b Tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35

Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thông thường chúng ta sử dụng bằng cách: LM35 - > ADC - >Vi điều khiển

Như vậy ta có:

U= t.k

Với:U là điện áp đầu ra

t là nhiệt độ môi trường đo

K là hệ số theo nhiệt độ của LM35 10mV/1 0 C

Giả sử điện áp Vcc cấp cho LM35 là 5V ADC 10bit

Vậy bước thay đổi của LM35 sẽ là 5/(2^10) = 5/1024

Giá trị ADC đo được thì điện áp đầu vào của LM35 là:

là High Voltage tức là điện áp cao)

Họ LM2576 có nhiều loại với các mức điện áp đầu ra khác nhau, như LM2576-3.3V, LM2576-5V, LM2576-12V, LM2576-15V, và còn loại có khả năng điều chỉnh điện áp đầu ra là LM2576ADJ

Ngoài ưu điểm so về dải điện áp đầu vào so với các IC ổn định điện

áp tuyến tính thông thường như KA7805, KA7812,… Họ LM2576 còn có khả năng cho dòng đầu ra lớn hơn nhiều, lên tới 3A dòng tải, là lựa chọn phù hợp cho nhiều ứng dụng cần ổn áp dòng lớn như Led driver, motor

DC …

Họ LM2576 có 5 chân với các chức năng bên dưới :

Chân 1 : chân điện áp vàoChân 2 : chân điện áp ra

Chân 3 : chân nối đất

Chân 4 : chân phản hồi điện áp

Chân 5: điều khiển ON/OFFnguồn

Bảng 2.1:Chức năng các chân LM 2576

Hình 2.3: Hình ảnh khối nguồn dùng IC LM2576

Chức năng: dùng để biến đổi nguồn 12V => 5V, ổn định nguồn 5V cho mạch

2.2.3 Khối vi xử lí ( PIC16F877A).

a Vi điều khiển PIC

PIC là viết tắt của “ Progamable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là “ Máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên đầu tiên cho vi điều khiển của họ: PIC1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600

Vi điều khiển này được Ngiên cứu phát triển them và từ đó được hìnhthành nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay

 Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC

Các ký hiệu của vi điều khiển PIC

C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM)

F: PIC có bộ nhớ flash

LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp

LV: tương tự như LF, đấy là ký hiệu cũ

Bên cạnh đó một số bi điều khiển có ký hiệu xxFxxx là EEPROM, nếu

có thêm chữ A ở cuối là Flash( ví dụ PIC16F877 có EEPROM, còn

PIC16F877A có Flash)

Ngoài ra còn có thêm một dòng vi điều khiển PIC mới là dsPIC

Ở Việt Nam phổ biến nhất là các họ vi điều khiển PIC do hãng

microchip sản xuất

Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp:

Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng.Có nhiều vi điều khiển PIC có số lượng chân khác nhau, thậm chí có

vi điều khiển chỉ có số lượng 8 chân, ngoài ra còn có vi điều khiển

28,40,44 …chân.Cần lựa chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nặp xóa chương trình được nhiều lần hơn

Tiếp theo là cần chú ý đến các khối chức năng được tích hợp sẵn trong vi điều khiển và các chuẩn giao tiếp bên trong

Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép

Ngoài ra mọi thông tin về cách lựa chọn vi điều khiển PIC có thể tìm thấy trong cuốn sách “Select PIC guide” do nhà sản xuất microchip cungcấp

b Vi điều khiển PIC16F877A

Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A:

Hình 2.4: Vi điều khiển PIC16F877A và sơ đồ chân.

 Vpp: ngõ vào nhận điện áp lập trình khi lập trình cho PIC

 Chân RA0/AN0 (2), RA1/AN1 (3), RA2/AN2 (3): có 2 chức năng

 RA0,1,2: xuất/ nhập số

 AN 0,1,2: ngõ vào tương tự của kênh thứ 0,1,2

 Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF+ (4): xuất nhập số/ ngõ vào tương tựcủa kênh thứ 2/ nhõ vào điện áp chuẩn thấp của bộ AD/ ngõ vàođiện áp chẩn cao của bộ AD

 Chân RA3/AN3/VREF+ (5): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 3/ngõ vào điện áp chuẩn (cao) của bộ AD.

 Chân RA4/TOCK1/C1OUT (6): xuất nhập số/ ngõ vào xung clockbên ngoài cho Timer 0/ ngõ ra bộ so sánh 1

 Chân RA5/AN4/SS/ C2OUT (7): xuất nhập số/ ngõ vào tương tựkênh 4/ ngõ vào chọn lựa SPI phụ/ ngõ ra bộ so sánh 2

 Chân RB0/INT (33): xuất nhập số/ ngõ vào tín hiệu ngắt ngoài

 Chân RC4/SDI/SDA (23): xuất nhập số/ dữ liệu vào SPI/ xuất nhập dữliệu I2C

 Chân RC5/SDO(24): xuất nhập số/ dữ liệu ra SPI

 Chân RC6/TX/CK (25): xuất nhập số/ truyền bất đồng bộ USART/xung đồng bộ USART

 Chân RC7/RX/DT (26): xuất nhập số/ nhận bất đồng bộ USART

 Chân RD0-7/PSP0-7 (19-30): xuất nhập số/ dữ liệu port song song

 Chân RE0/ /AN5 (8): xuất nhập số/ điều khiển port song song/ngõ vào tương tự kênh 5

 Chân RE1/ /AN6 (9): xuất nhập số/ điều khiển ghi port songsong/ ngõ vào tương tự kênh thứ 6

 Chân RE2/ /AN7 (10): xuất nhấp số/ Chân chọn lụa điều khiểnport song song/ ngõ vào tương tự kênh thứ 7

 Chân VDD (11, 32) và VSS (12, 31): là các chân nguồn của PIC

c Một vài thông tin về Vi điều khiển PIC16F877A.

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh

có độ dài 14bits Mỗi bit điều được thực thi trong một chu kỳ xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20MHZ với một chu kỳ lệnh là

200ns Bộ nhớ chương trình là 8Kx14bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8byte RAM

và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8byte Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O

Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng khác

Timer0: bộ điếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit

Timer1: bộ điếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện các chức năng điếm dựa vào xung clock ngooai vi ngay khi vi điều khiển hoạt động

ở chế độ sleep

Timer2: bộ điếm 8bit với bộ chia tần số, bộ postcaler

Hai bộ so sánh capture/so sánh/ điều chế độ rộng xung

Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C

Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ

Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD,WR,CS ở bên ngoài

Các đặc tính Analog:

8 kênh chuyển đổi ADC 10bit

Hai bộ so sánh

Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần

Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1000.000 lần

Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thế lưu trữ trên 40 năm

Khả năng tự nạp xóa chương trình với sự điều khiển của phần mềm.Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua 2 chân

Watchdog Timer với bộ dao động trong.

Chức năng bảo mật mã chương trình

 Bộ nhớ dữ liệu

Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiều bank Đối vớiPIC16F887 bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank Mỗi bank có dung lượng 128 byte, baogồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG (Special Function Register) nằm ở các vùngđịa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chung GPR (General Purpose Register) nằm ở vùngđịa chỉ còn lại trong bank Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanhghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong quátrình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình

Sơ đồ cụ thể của bộ nhớ dữ liệu PIC16F887 như sau:

Hình 2.7: Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu PIC16F887.

e Các cổng xuất nhập của PIC16F887

Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng

để tương tác với thế giới bên ngoài Sự tương tác này rất đa dạng vàthông qua quá trình tương tác đó, chức năng của vi điều khiển được thểhiện một cách rõ ràng

Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin),