THIẾT kế mô HÌNH báo CHÁY, cảm BIẾN KHÍ GAS tự ĐỘNG DÙNG PIC 16f877a

TỔNG QUAN MÔ HÌNH BÁO CHÁY, CẢM BIẾN KHÍ

H Ệ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG

1.1.1 Khái niệm chung hệ thống báo cháy

Một khía cạnh quan trọng của công tác phòng cháy chữa cháy (PCCC) là phát hiện kịp thời đám cháy và cảnh báo cho cư dân cũng như các tổ chức cứu hỏa Hệ thống phát hiện cháy và báo động đóng vai trò thiết yếu trong việc này Tùy thuộc vào kịch bản ngăn chặn cháy, cấu trúc tòa nhà, mục đích sử dụng, số lượng cư dân và các nhiệm vụ cụ thể, các hệ thống này có thể cung cấp nhiều chức năng quan trọng khác nhau.

 Cung cấp một phương tiện để phát hiện đám cháy đang bùng phát theo phương pháp thủ công hoặc tự động.

 Cảnh báo cho cư dân trong tòa nhà biết có cháy và sự cần thiết phải sơ tán.

 Một chức năng phổ biến là truyền tín hiệu thông báo cháy cho cơ quan PCCC hoặc tổ chức ứng phó khẩn cấp khác.

 Chúng cũng có thể ngắt nguồn điện, điều khiển thiết bị xử lý không khí, hoặc các hoạt động đặc biệt khác (thang máy, cửa ngăn cháy…).

Hệ thống báo cháy tự động là một tập hợp thiết bị có nhiệm vụ phát hiện và cảnh báo khi có cháy xảy ra Hệ thống này có thể được khởi động để điều khiển thiết bị PCCC và phát ra tín hiệu cháy tự động thông qua các đầu dò khói, nhiệt, hoặc lửa, cũng như qua nút nhấn khẩn cấp từ con người Đặc biệt, hệ thống cần hoạt động liên tục 24/24 giờ, ngay cả trong trường hợp mất điện.

Hình 1.1: Hệ thống báo và chữa cháy [5]

1.1.2 Các thành phần chính 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: bo mạch xử lý thông tin, bộ nguồn, ác quy dự phòng.

 Thiết bị đầu vào (thiếi bị khởi đầu)

 Đầu báo: báo khói, báo nhiệt, báo gas, báo lửa…

 Công tắc khẩn (nút nhấn khẩn).

 Chuông báo động, còi báo động.

 Đèn báo động, đèn exit.

 Bộ quay số điện thoại tự động [5]

Hình 1.2: Các thành phần chính của hệ thống báo cháy [5]

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống báo cháy

Hệ thống báo cháy hoạt động theo quy trình khép kín, bắt đầu khi có dấu hiệu cháy như nhiệt độ tăng đột ngột, khói hoặc tia lửa Các thiết bị đầu vào như đầu báo và công tắc khẩn sẽ nhận tín hiệu và gửi thông tin về trung tâm báo cháy Tại đây, thông tin được xử lý để xác định vị trí cháy thông qua các zone, sau đó truyền đến các thiết bị đầu ra như bảng hiển thị phụ, chuông, còi và đèn Những thiết bị này phát tín hiệu âm thanh và ánh sáng, giúp mọi người nhận biết kịp thời khu vực xảy ra cháy để xử lý sự cố.

1.1.4 Phân loại hệ thống báo cháy

1.1.4.1 Hệ báo cháy thông thường – Conventional Fire Alarm System Đặc điểm chính:

 Tủ PCCC báo cháy Quy ước có độ lớn từ 1 kênh (zone) đến trên 60 kênh.

Các Zone bao gồm một hoặc nhiều thiết bị khởi động như đầu báo, nút nhấn và công tắc, được lắp đặt trong một khu vực hoặc một tầng của tòa nhà.

Một số tủ báo cháy có khả năng mở rộng dung lượng zone, trong khi những tủ khác lại không cho phép điều này, dẫn đến việc hạn chế tính hữu dụng khi cơ sở cần mở rộng thêm.

 Báo cháy, báo sự cố theo từng khu vực (zone) của tòa nhà.

 Mỗi Zone có thể là 01 phòng hoặc nhiều phòng gần nhau.

 Mỗi Zone cần một đường dây tín hiệu riêng nên số lượng dây về trung tâm báo cháy nhiều.

Hệ thống báo cháy quy ước thường không xác định được thiết bị cụ thể đã kích hoạt báo cháy trong khu vực (zone), chỉ hiển thị khu vực có sự cố, điều này hạn chế khả năng giám sát và xử lý Hệ thống này phù hợp cho các dự án nhỏ với số lượng phòng hạn chế, bao gồm hai loại điện áp 12VDC và 24VDC Mặc dù cả hai loại đều có tính năng kỹ thuật tương tự, hệ thống 12VDC không chuyên nghiệp bằng 24VDC, vì phải sử dụng đầu báo 4 dây và kết hợp với hệ thống báo trộm Ngược lại, hệ thống 24VDC là chuyên dụng, cho phép truyền tín hiệu xa hơn và thường sử dụng đầu báo 2 dây mà không cần bàn phím lập trình Tuy nhiên, hệ thống 12VDC có chi phí thấp hơn so với 24VDC.

Hình 1.3: Hệ thống báo cháy thông thường [5]

1.1.4.2 Hệ thống báo cháy địa chỉ – Addressable Fire Alarm System: Đặc điểm chính:

 Dung lượng điểm (địa chỉ) của hệ thống địa chỉ được xác định bởi số loop hay còn gọi là mạch tín hiệu (SLC – Signaling Line Circuits) của nó.

 Mỗi mạch loop cung cấp điện, thông tin liên lạc và giám sát tất cả các thiết bị kết nối với nó.

 Mỗi mạch loop có thể đáp ứng cho trên 100 thiết bị địa chỉ, tùy thuộc vào nhà sản xuất.

 Mỗi mạch loop có thể chứa nhiều loại thiết bị địa chỉ Thiết bị không địa chỉ được kết nối vào mạch loop thông qua các module địa chỉ.

 Mỗi điểm trên mạch loop có một địa chỉ duy nhất khi lắp đặt.

 Giám sát được thực hiện từ Tủ điều khiển bằng quy trình thăm dò tới tất cả các thiết bị trong mạch loop.

 Tình huống báo cháy được hiển thị theo điểm, cho phép nhanh chóng tìm ra đám cháy.

Hệ thống báo cháy địa chỉ là giải pháp hiệu quả cho các công trình lớn, cho phép kết nối và điều khiển các thiết bị đầu vào và đầu ra Mỗi điểm trong hệ thống được thiết kế độc lập, giúp giám sát và phát hiện sự cố nhanh chóng, chính xác thông qua trung tâm báo cháy Ngoài ra, hệ thống còn có khả năng điều khiển các thiết bị ngoại vi và các hệ thống khác trong tòa nhà khi xảy ra cháy.

Hình 1.4: Hệ thống báo cháy địa chỉ [5]

H Ệ THỐNG CẢNH BÁO RÒ RỈ KHÍ GAS

1.2.1 Tìm hiểu về hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas

Hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas tự động phát hiện nồng độ khí ga vượt mức cho phép và thông báo cho người sử dụng qua còi hoặc điện thoại Đặc biệt, trong các khu nhà cao tầng, chung cư và xưởng sản xuất, sự hiện diện của hệ thống này là rất cần thiết để ngăn chặn những hậu quả nghiêm trọng từ rò rỉ khí gas Việc không xử lý kịp thời có thể dẫn đến hỏa hoạn và cháy nổ, do đó, đầu tư vào hệ thống cảnh báo này là một biện pháp an toàn quan trọng.

Hình 1.5: Hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas [4]

1.2.2 Tính năng của hệ thống

Hệ thống cảnh báo hiện đại cho phép người dùng chủ động quản lý việc bật tắt thiết bị điện trong nhà và khu công nghiệp, giúp giảm đáng kể chi phí điện năng và bảo vệ môi trường Ngoài ra, hệ thống còn có chức năng phát hiện rò rỉ khí gas, mang lại sự an toàn cho người sử dụng Khác với các hệ thống cũ, người dùng có thể theo dõi và điều khiển thông qua điện thoại hoặc bảng điều khiển, tạo sự tiện lợi và hiệu quả trong việc quản lý năng lượng.

Hệ thống được trang bị cảm biến tiên tiến, có khả năng phát hiện rò rỉ khí gas và cảnh báo người dùng kịp thời Khi nồng độ khí gas vượt mức an toàn, hệ thống sẽ tự động kích hoạt còi báo động và quạt hút để giảm thiểu nguy cơ Chỉ khi nồng độ khí gas trở về ngưỡng cho phép, hệ thống mới ngừng báo động và tắt quạt hút Trong trường hợp khẩn cấp, nếu các biện pháp khắc phục không hiệu quả, người dùng nên tắt tất cả thiết bị điện thông qua hệ thống cảnh báo để đảm bảo an toàn.

Hình 1.6: Hệ thống báo và ngắt gas tự động [4]

M Ô HÌNH BÁO CHÁY , CẢM BIẾN KHÍ GAS TỰ ĐỘNG DÙNG PIC16F877A19 CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Là mô hình thực hiện các chức năng:

Khi xảy ra đám cháy, nhiệt độ tỏa ra rất cao Mô hình được trang bị cảm biến nhiệt độ sẽ phát hiện sự gia tăng nhiệt độ gần vị trí cảm biến, từ đó kích hoạt còi báo hiệu và phun nước xung quanh khu vực cháy để dập lửa.

Mạch sử dụng module cảm biến khí gas MQ2 để phát hiện rò rỉ khí gas, từ đó kích hoạt còi báo động và cung cấp nguồn cho quạt thổi khí ra ngoài.

V I ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A

2.1.1 Giới thiệu chung về PIC và PIC16F877A

PIC là một dòng vi điều khiển RISC do công ty Microchip Technology sản xuất Dòng vi điều khiển PIC đầu tiên, PIC1650, được phát triển bởi Microelectronics Division thuộc General-Instrument.

Máy tính khả trình thông minh (Programmable Intelligent Computer) là sản phẩm đầu tiên của hãng General Instruments, được biết đến với tên gọi PIC1650, dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, và thường được gọi là bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi (Peripheral Interface Controller) Trong số các vi điều khiển phổ biến trong ngành điện tử, PIC16F877A nổi bật với 40 chân, trong đó có 33 chân I/O (Ngõ vào/Ngõ ra), và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị điện tử.

Cảm biến từ xa, thiết bị an ninh và tự động hóa trong nhà ở cũng như công nghiệp đều sử dụng công nghệ này Đặc biệt, nó có EEPROM giúp lưu trữ thông tin vĩnh viễn như mã máy phát, tần số nhận và các dữ liệu liên quan khác.

Hình 2.1: Vi điều khiển PIC 16F877A

2.1.2 Sơ đồ và chức năng chân của PIC16F877A

Hình 2.2: Sơ đồ chân PIC16F877A [2]

Bảng 2.1: Chức năng chân vi điều khiển PIC 16F877A [2]

1 MCLR/VPP - : Hoạt động Reset ở mức thấp

- VPP : ngõ vào áp lập trình

2 RA0/AN0 - RA0 : xuất/nhập số

- AN0 : ngõ vào tương tự

3 RA1/AN1 - RA1 : xuất/nhập số

- VREF -: ngõ vào điện áp chuẩn (thấp) của bộ A/ D

- VREF+ : ngõ vào điện áp chuẩn (cao) của bộ A/ D

- TOCKI : ngõ vào xung clock bên ngoài cho timer0

- C1 OUT : Ngõ ra bộ so sánh 1

- AN4 : ngõ vào tương tự 4

- C2 OUT : ngõ ra bộ so sánh 2

- RD : điều khiển việc đọc ở port nhánh song song

- WR : điều khiển việc ghi ở port nhánh song song

- CS : Chip lựa chọn sự điều khiển ở port nhánh song song

11 VDD Chân nguồn của PIC.

Ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock bên ngoài.

- OSC1: ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock bên ngoài Ngõ vào Schmit trigger khi được cấu tạo ở chế độ RC; một cách khác của CMOS.

- CLKI: ngõ vào nguồn xung bên ngoài Luôn được kết hợp với chức năng OSC1.

Ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock

- OSC2: Ngõ ra dao động thạch anh Kết nối đến thạch anh hoặc bộ cộng hưởng.

- CLKO: ở chế độ RC, ngõ ra của OSC2, bằng tần số của OSC1 và chỉ ra tốc độ của chu kỳ lệnh.

- T1OCO: ngõ vào bộ dao động Timer 1

- T1CKI: ngõ vào xung clock bên ngoài Timer 1

- T1OSI : ngõ vào bộ dao động Timer 1

- CCP2 : ngõ vào Capture 2, ngõ ra compare 2, ngõ ra PWM2

- CCP1 : ngõ vào Capture 1, ngõ ra compare 1, ngõ ra PWM1

18 RC3/SCK/SCL - RC3 : xuất/nhập số

- SCK : ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ngõ ra của chế độ SPI

- SCL : ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ ngõ ra của chế độ I2C

19 RD0/PSP0 - RD0 : xuất/nhập số

- PSP0 : dữ liệu port nhánh song song

22 RD3/PSP3 - RD3: xuất/nhập số

- SDI : dữ liệu vào SPI

- SDA : xuất/nhập dữ liệu vào I2C

24 RC5/SDO - RC5 : xuất/nhập số

- SDO : dữ liệu ra SPI

- TX : truyền bất đồng bộ USART

- CK : xung đồng bộ USART

- RX : nhận bất đồng USART

- DT : dữ liệu đồng bộ USART

27 RD4/PSP - RD4: xuất/nhập số

32 VDD Chân nguồn của PIC.

33 RB0/INT - RB0 : xuất/nhập số

36 RB3 - RB3 : xuất/nhập số

- Chân cho phép lập trình điện áp thấp ICPS

39 RB6/PGC - RB6 : xuất/nhập số

- PGD : mạch vi sai và dữ liệu lập trình ICSP

2.1.3 Đặc điểm của PIC Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bits Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O Có 8 kênh chuyển đổi A/D [3]

 Các đặc tính ngoại vi: [3]

- Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.

Timer1 là một bộ đếm 16 bit tích hợp bộ chia tần số, cho phép thực hiện chức năng đếm dựa trên xung clock ngoại vi ngay cả khi vi điều khiển đang ở chế độ sleep.

- Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler.

- Hai bộ Capture/so sánh/PWM.

- 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.

2.1.4 Sơ đồ khối VĐK PIC16F877A

Hình 2.3: Sơ đồ khối PIC16F877A [2]

 Khối ALU – Arithmetic Logic Unit.

 Khối bộ nhớ chứa chương trình chính – Flash Program Memory.

 Khối bộ nhớ chứa dữ liệu EEPROM – Data EEPROM.

 Khối bộ nhớ file thanh ghi RAM – RAM file Register.

 Khối mã lệnh và điều khiển – Instruction Decode and Control.

 Khối giao tiếp nối tiếp.

 Khối chuyển đổi tín hiệu tương tư sang số - ADC.

 Khối các cổng nhập xuất.

C ẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35

Hình 2.4: Cảm biến nhiệt độ LM35 [6]

Cảm biến nhiệt độ LM35 là một thiết bị cảm biến nhiệt độ chính xác cao, hoạt động theo nguyên lý analog Điện áp đầu ra của cảm biến này tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ Celsius, cung cấp giá trị hiệu điện thế tại chân Vout (chân giữa) tương ứng với từng mức nhiệt độ.

 Hiệu chỉnh theo nhiệt độ Celsius( o C).

 Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/ o C.

 Đảm bảo độ chính xác khoảng 0.5°C ở 25°C.

 Được đánh giá cao ở nhiệt độ -55 °C đến 150 °C.

 Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở nhiệt độ phòng và 3/4°C ở khoảng -55°C tới 150°C [6]

M ODULE CẢM BIẾN KHÍ GAS , KHÓI MQ-2 27 1 Giới thiệu27

Hình 2.5: Module cảm biến khí gas MQ2

Cảm biến MQ-2 sử dụng phần tử SnO2, có độ dẫn điện thấp trong không khí sạch, nhưng khi có khí dễ cháy, độ dẫn điện tăng cao Nồng độ khí dễ cháy càng lớn, độ dẫn điện của SnO2 càng cao và được chuyển đổi thành tín hiệu điện MQ-2 có độ nhạy cao với LPG (chủ yếu là Propane (C3H8) và Butane (C4H10)), cũng như Propane, Hydrogen, mê-tan (CH4) và các hơi dễ cháy khác Module cảm biến cung cấp cả tín hiệu Analog và Digital, trong đó tín hiệu Digital có thể điều chỉnh mức bằng biến trở.

Aout: Điện áp ra tương tự từ 0.3 - 5V, độ nhạy của MQ-2 phụ thuộc vào nồng độ khí xung quanh.

Dout là tín hiệu số, với giá trị 0 hoặc 1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà cảm biến MQ-2 đo được Khi nồng độ khí thấp hơn mức cho phép, Dout sẽ bằng 1 và đèn LED sẽ tắt Ngược lại, khi nồng độ khí vượt quá mức cho phép, Dout sẽ bằng 0 và đèn LED sẽ sáng.

LCD 16 X 2

Màn hình LCD 16x2 là thiết bị hiển thị nhỏ gọn sử dụng công nghệ tinh thể lỏng, cho phép trình bày các ký tự và số trong bảng mã ASCII Màn hình này được chia thành các ô, mỗi ô có khả năng hiển thị một ký tự ASCII duy nhất Mỗi ô của màn hình bao gồm các "chấm" tinh thể lỏng, và việc điều chỉnh trạng thái của các chấm này giúp tạo ra ký tự cần hiển thị Với cấu trúc 2 dòng, mỗi dòng của màn hình LCD 16x2 có thể hiển thị tối đa 16 ký tự.

T HẠCH ANH

Thạch anh là một bộ dao động ổn định, thường được sử dụng để tạo ra tần số dao động cho vi điều khiển, ngoại trừ các loại vi điều khiển có dao động nội Điều này là do vi điều khiển thường tích hợp CPU, timer và các thành phần khác cần tần số chính xác để hoạt động hiệu quả.

O PTO PC817

Opto PC817 được sử dụng để cách ly giữa các khối có điện áp hoặc công suất khác nhau, như giữa khối công suất nhỏ và khối điện áp lớn Nó cũng có thể chống nhiễu cho các mạch cầu H, ngõ ra PLC và các thiết bị đo lường Nguyên lý hoạt động của opto này là khi có dòng điện nhỏ đi qua LED, LED sẽ phát sáng, từ đó kích hoạt hai cực của photodiode hoặc phototransistor, cho phép dòng điện chạy qua.

T RASISTOR A1015

Trong bối cảnh đời sống ngày càng phát triển, nhu cầu về an toàn, đặc biệt là an toàn cháy nổ, trở nên cấp thiết đối với các hộ gia đình Đề tài “Thiết kế mô hình báo cháy, cảm biến khí gas tự động dùng PIC16F877A” của em không chỉ thể hiện tính thực tiễn cao mà còn góp phần quan trọng trong việc phòng chống các tai nạn cháy nổ không mong muốn.

Chương 1: Tổng quan mô hình báo cháy, cảm biến khí gas dùng PIC16F877A.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết.

Chương 3: Cấu trúc, nguyên lý hoạt động và thiết kế mạch.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MÔ HÌNH BÁO CHÁY, CẢM BIẾN KHÍ

1.1Hệ thống báo cháy tự động

Một khía cạnh quan trọng trong công tác phòng cháy chữa cháy (PCCC) là phát hiện kịp thời đám cháy và cảnh báo cho cư dân cũng như các tổ chức cứu hỏa Hệ thống phát hiện cháy và báo động đóng vai trò thiết yếu trong việc bảo vệ an toàn cho tòa nhà Tùy thuộc vào kịch bản phòng cháy, cấu trúc tòa nhà, mục đích sử dụng, số lượng cư dân và nhiệm vụ cụ thể, các hệ thống này có thể cung cấp nhiều chức năng quan trọng để đảm bảo hiệu quả trong công tác PCCC.

Hệ thống báo cháy tự động là một tập hợp thiết bị có chức năng phát hiện và cảnh báo khi có cháy xảy ra Nó có thể được khởi động để kích hoạt hệ thống thiết bị PCCC, với tín hiệu cháy được phát ra tự động qua các đầu dò như khói, nhiệt, lửa, hoặc thông qua nút nhấn khẩn cấp từ con người Đặc biệt, hệ thống này cần hoạt động liên tục 24/24 giờ, ngay cả khi không có điện.

Hệ thống báo cháy hoạt động theo quy trình khép kín, bắt đầu khi có dấu hiệu cháy như nhiệt độ tăng, khói hoặc tia lửa Các thiết bị đầu vào như đầu báo và công tắc khẩn sẽ nhận tín hiệu và truyền thông tin sự cố về trung tâm báo cháy Tại đây, thông tin được xử lý để xác định vị trí cháy thông qua các zone, và sau đó truyền đến các thiết bị đầu ra như bảng hiển thị, chuông, còi và đèn Những thiết bị này phát tín hiệu âm thanh và ánh sáng, giúp mọi người nhận biết kịp thời khu vực cháy để có biện pháp xử lý.

Các Zone bao gồm nhiều thiết bị khởi động như đầu báo, nút nhấn và công tắc, được lắp đặt trong một khu vực hoặc một tầng của tòa nhà.

Một số tủ báo cháy có khả năng mở rộng dung lượng zone, trong khi những tủ khác lại không cho phép điều này, dẫn đến hạn chế về tính hữu dụng khi cơ sở muốn mở rộng thêm.

Hệ thống báo cháy quy ước chỉ phù hợp cho các dự án có diện tích vừa hoặc nhỏ do không thể xác định chính xác thiết bị nào đã kích hoạt báo cháy trong khu vực (zone) Với tính năng đơn giản và giá thành rẻ, hệ thống này thường được lắp đặt ở những nơi có số lượng phòng ít và nhà xưởng nhỏ Khi xảy ra sự cố, trung tâm chỉ hiển thị khu vực có sự cố mà không chỉ rõ vị trí từng đầu báo, điều này làm giảm khả năng xử lý và giám sát Hệ thống báo cháy có hai loại điện áp là 12VDC và 24VDC; trong đó, hệ thống 12V thường không chuyên nghiệp và yêu cầu đầu báo 4 dây kết hợp với trung tâm báo trộm, trong khi hệ thống 24V là chuyên dụng, sử dụng đầu báo 2 dây và không cần bàn phím lập trình Mặc dù trung tâm báo cháy 12V có giá thấp hơn, nhưng hệ thống 24V lại có khả năng truyền tín hiệu xa hơn và hiệu quả hơn trong việc phát hiện sự cố.

Hệ thống báo cháy địa chỉ là giải pháp hiệu quả cho các công trình lớn, cho phép kết nối và điều khiển các thiết bị đầu vào và đầu ra một cách linh hoạt Mỗi thiết bị trong hệ thống được giám sát độc lập bởi trung tâm báo cháy, giúp phát hiện sự cố nhanh chóng và chính xác Ngoài ra, hệ thống còn có khả năng điều khiển các thiết bị ngoại vi và các hệ thống khác trong tòa nhà khi xảy ra cháy.

1.2Hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas

Hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas tự động phát hiện nồng độ khí ga vượt mức cho phép và cảnh báo người sử dụng qua còi hoặc điện thoại Đặc biệt, hệ thống này rất cần thiết cho các khu nhà cao tầng, chung cư và xưởng sản xuất, giúp người dân yên tâm hơn về nguy cơ rò rỉ khí gas Việc không xử lý kịp thời có thể dẫn đến hỏa hoạn và cháy nổ, do đó, lắp đặt hệ thống cảnh báo là biện pháp an toàn hiệu quả.

Hệ thống cảnh báo hiện đại cho phép người dùng dễ dàng quản lý việc bật tắt thiết bị điện trong nhà và khu công nghiệp, giúp giảm đáng kể chi phí điện năng và bảo vệ môi trường Hệ thống còn tích hợp khả năng phát hiện rò rỉ khí gas, mang lại sự an toàn cho người sử dụng Đặc biệt, người dùng có thể theo dõi và điều khiển hệ thống thông qua điện thoại hoặc bảng điều khiển, nâng cao tính tiện lợi và hiệu quả trong việc quản lý năng lượng.

Hệ thống được trang bị cảm biến tiên tiến giúp dự đoán và cảnh báo rò rỉ khí gas một cách chính xác Công nghệ này có khả năng phát hiện khí gas rò rỉ và ngay lập tức thông báo cho người dùng để tìm biện pháp khắc phục Khi nồng độ khí gas vượt mức cho phép, hệ thống sẽ tự động kích hoạt còi báo động và quạt hút để xử lý tình huống, chỉ ngừng hoạt động khi nồng độ khí gas trở về mức an toàn Nếu tình trạng rò rỉ vẫn không được khắc phục, người dùng nên tắt toàn bộ thiết bị điện thông qua hệ thống cảnh báo.

1.3Mô hình báo cháy, cảm biến khí gas tự động dùng PIC16F877A

Khi xảy ra đám cháy, nhiệt độ tỏa ra rất cao Mô hình sử dụng cảm biến nhiệt độ để phát hiện sự gia tăng nhiệt độ gần cảm biến Khi nhiệt độ vượt ngưỡng, hệ thống sẽ kích hoạt còi báo động và tự động phun nước xung quanh khu vực cháy.

Mạch sử dụng module cảm biến khí gas MQ2 để phát hiện rò rỉ khí gas, khi phát hiện, nó sẽ kích hoạt còi báo động và đồng thời khởi động quạt thổi khí ra ngoài.

PIC là một dòng vi điều khiển RISC do công ty Microchip Technology sản xuất Dòng vi điều khiển PIC đầu tiên, PIC1650, được phát triển bởi bộ phận Microelectronics thuộc General-Instrument Từ "PIC" là viết tắt của nhiều cụm từ liên quan đến tính năng và ứng dụng của dòng sản phẩm này.

Máy tính khả trình thông minh (Programmable Intelligent Computer) là sản phẩm đầu tiên của hãng General Instruments, được biết đến với tên gọi PIC1650, dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, thường được gọi là "Peripheral Interface Controller" Trong ngành công nghiệp điện tử và vi mạch, PIC16F877A là một trong những vi điều khiển phổ biến nhất, với 40 chân và 33 pins I/O (Ngõ vào/Ngõ ra), được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị điện tử.

T RANSISTOR S8050

Transistor S8050 là transistor nghịch NPN, có cấu tạo gồm 3 lớp bán dẫn ghép với nhau thành 2 mối nối P-N.

B UZZER

Hình 2.12: Buzzer Được dùng trong mạch để tạo tín hiệu âm thanh báo động.

R ELAY 12V

Hình 2.13: Relay 12V [10] Điện áp điều khiển: 12V Dòng điện cực đại: 10A Thời gian tác động: 10ms Thời gian nhả: 5ms Nhiệt độ hoạt động: -45 o C ~ 75 o C

Relay 5 chân SRD-12VDC là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản.

Nó gồm 2 phần chính là cuộn hút và các tiếp điểm.

Nguyên lý hoạt động của thiết bị này liên quan đến việc chân 1 và chân 2 được kết nối với cuộn hút Khi có điện áp vào cuộn hút, tiếp điểm sẽ chuyển từ vị trí 4 xuống vị trí 5 Chân 3 được sử dụng để đặt điện áp, trong khi chân 4 và chân 5 là các tiếp điểm quan trọng trong quá trình hoạt động.

T Ụ HÓA

Trong bối cảnh đời sống ngày càng phát triển, nhu cầu an toàn, đặc biệt là an toàn cháy nổ, trở nên cấp thiết đối với các hộ gia đình Đề tài “Thiết kế mô hình báo cháy, cảm biến khí gas tự động dùng PIC16F877A” của em thể hiện tính thực tiễn cao trong việc phòng chống tai nạn cháy nổ không mong muốn.

Chương 1: Tổng quan mô hình báo cháy, cảm biến khí gas dùng PIC16F877A.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết.

Chương 3: Cấu trúc, nguyên lý hoạt động và thiết kế mạch.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MÔ HÌNH BÁO CHÁY, CẢM BIẾN KHÍ

1.1Hệ thống báo cháy tự động

Một khía cạnh quan trọng trong công tác phòng cháy chữa cháy (PCCC) là phát hiện kịp thời đám cháy và cảnh báo cho cư dân cũng như các tổ chức cứu hỏa Hệ thống phát hiện cháy và báo động đóng vai trò thiết yếu trong việc này Tùy thuộc vào kịch bản ngăn chặn cháy, cấu trúc tòa nhà, mục đích sử dụng, số lượng cư dân và nhiệm vụ cụ thể, các hệ thống PCCC có thể cung cấp nhiều chức năng quan trọng.

Hệ thống báo cháy tự động là một tập hợp các thiết bị có chức năng phát hiện và cảnh báo khi có cháy xảy ra Nó có thể được kích hoạt tự động thông qua các đầu dò như khói, nhiệt, hoặc lửa, hoặc bởi con người thông qua nút nhấn khẩn cấp Đặc biệt, hệ thống này phải hoạt động liên tục 24/7, ngay cả khi mất điện, để đảm bảo an toàn cho thiết bị PCCC.

Hệ thống báo cháy hoạt động theo quy trình khép kín, bắt đầu khi có dấu hiệu cháy như nhiệt độ tăng đột ngột, khói hoặc tia lửa Các thiết bị đầu vào như đầu báo và công tắc khẩn sẽ nhận tín hiệu và truyền thông tin về trung tâm báo cháy Tại trung tâm, thông tin được xử lý để xác định vị trí cháy thông qua các zone, sau đó truyền đến các thiết bị đầu ra như bảng hiển thị phụ, chuông, còi và đèn Những thiết bị này phát tín hiệu âm thanh và ánh sáng, giúp mọi người nhận biết và xử lý kịp thời khi xảy ra cháy.

Các Zone trong hệ thống báo cháy bao gồm một hoặc nhiều thiết bị khởi động như đầu báo khói, nút nhấn khẩn và công tắc, được lắp đặt trong một khu vực hoặc tầng cụ thể của tòa nhà.

Một số tủ báo cháy có khả năng mở rộng dung lượng zone, trong khi những tủ khác lại không có tính năng này Điều này có thể hạn chế tính hữu dụng của hệ thống khi cơ sở cần mở rộng thêm.

Hệ thống báo cháy quy ước không thể xác định chính xác thiết bị nào đã kích hoạt báo cháy trong khu vực (zone) khi xảy ra sự cố, do nhiều thiết bị được lắp đặt trong cùng một khu vực Điều này hạn chế khả năng giám sát và xử lý sự cố Hệ thống này phù hợp cho các dự án có diện tích vừa và nhỏ, với hai loại điện áp 12VDC và 24VDC Mặc dù cả hai loại đều có tính năng kỹ thuật tương tự, hệ thống 24VDC được coi là chuyên nghiệp hơn, với khả năng truyền tín hiệu xa và sử dụng đầu báo 2 dây, trong khi hệ thống 12VDC yêu cầu đầu báo 4 dây và kết nối với bàn phím lập trình Tuy nhiên, trung tâm báo cháy 12VDC có giá thành thấp hơn so với 24VDC.

Hệ thống hỗ trợ lập trình vào/ra mềm dẻo được sử dụng để kết nối và điều khiển các thiết bị đầu vào và đầu ra Hệ thống báo cháy địa chỉ, được lắp đặt tại các công trình lớn, chia thành từng điểm độc lập, giúp giám sát từng thiết bị qua trung tâm báo cháy Điều này cho phép phát hiện sự cố nhanh chóng và chính xác, đồng thời điều khiển các thiết bị ngoại vi và hệ thống khác trong tòa nhà khi xảy ra cháy.

1.2Hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas

Hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas tự động phát hiện nồng độ khí ga vượt mức cho phép và cảnh báo người sử dụng qua còi hoặc điện thoại Đặc biệt, trong các khu nhà cao tầng, chung cư và xưởng sản xuất, sự hiện diện của hệ thống này là rất cần thiết để ngăn ngừa những hậu quả nghiêm trọng từ rò rỉ khí gas Nếu không được xử lý kịp thời, nguy cơ dẫn đến hỏa hoạn và cháy nổ sẽ rất cao.

Hệ thống cảnh báo hiện đại giúp người dùng chủ động quản lý thiết bị điện trong nhà và khu công nghiệp, từ đó giảm đáng kể chi phí điện và bảo vệ môi trường Hệ thống còn có khả năng phát hiện rò rỉ khí gas, mang lại sự an toàn cho người sử dụng Đặc biệt, với công nghệ tiên tiến, người dùng có thể kiểm soát tình hình qua điện thoại hoặc bảng điều khiển dễ dàng.

Hệ thống được trang bị cảm biến tiên tiến để dự đoán và cảnh báo rò rỉ khí gas một cách chính xác Công nghệ này có khả năng phát hiện khí gas rò rỉ và thông báo cho người dùng để nhanh chóng tìm ra giải pháp khắc phục Khi nồng độ khí gas vượt quá mức cho phép, hệ thống sẽ tự động kích hoạt còi báo động và quạt hút, duy trì hoạt động cho đến khi nồng độ khí gas trở lại mức an toàn Nếu tình trạng rò rỉ nghiêm trọng và các biện pháp khắc phục không hiệu quả, người dùng nên tắt tất cả thiết bị điện thông qua hệ thống cảnh báo.

1.3Mô hình báo cháy, cảm biến khí gas tự động dùng PIC16F877A

Khi xảy ra đám cháy, nhiệt độ tỏa ra rất cao, do đó, trong mô hình này, cảm biến nhiệt độ được sử dụng để phát hiện sự gia tăng nhiệt độ gần vị trí đặt cảm biến Khi nhiệt độ vượt ngưỡng an toàn, hệ thống sẽ kích hoạt còi báo động và phun nước xung quanh khu vực cháy để ngăn chặn sự lan rộng của lửa.

Mạch sử dụng module cảm biến khí gas MQ2 để phát hiện rò rỉ khí gas, tự động kích hoạt còi báo động và cung cấp nguồn cho quạt thổi khí ra ngoài.

PIC là một dòng vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology Dòng vi điều khiển đầu tiên, PIC1650, được phát triển bởi Microelectronics Division thuộc General-Instrument Tên gọi PIC là viết tắt của

Máy tính khả trình thông minh (Programmable Intelligent Computer) là sản phẩm đầu tiên của hãng General Instruments, được biết đến với tên gọi PIC1650, dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, và thường được gọi là bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi Trong số các vi điều khiển phổ biến trong ngành công nghiệp điện tử, PIC16F877A nổi bật với 40 chân, trong đó có 33 chân I/O (Ngõ vào/Ngõ ra), và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị điện tử.

Đ IỆN TRỞ

“Điện trở là một đại lượng vật lý biểu thị đặc tính cản trở dòng điện của một vật có khả năng cho dòng điện chạy qua” [1].

B IẾN TRỞ

Biến trở là thiết bị có khả năng điều chỉnh điện trở theo ý muốn, cho phép thay đổi hoạt động của mạch điện Chúng được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện để tối ưu hóa hiệu suất và điều khiển các thông số điện.

L ED ĐƠN

Led đơn thường dùng để trang trí hoặc kiểm tra khả năng hoạt động của mạch.

CẤU TRÚC, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ MẠCH

QUẢ

Tiêu đề	Thiết Kế Mô Hình Báo Cháy, Cảm Biến Khí Gas Tự Động Dùng Pic 16F877A
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Viễn Thông
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	58
Dung lượng	7,67 MB