Báo cáo đồ án Kỹ thuật đo - Hệ thống báo động khí gas qua module SIM800L (full code)

Ứng dụng chung của cảm biến khí…...12 HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ BÁO ĐỘNG KHÍ GAS 1... Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của MQ-5 - Khả năng phát hiện khí của cảm biến Gas phụ thuộc vào chất bán

Khái quát về cảm biến khí gas

1 Khái quát về cảm biến khí gas

Một số loại module cảm biến khí gas thông dụng

Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của cám biến khí gas MQ-5

Cấu tạo của cảm biến khí MQ5 bao gồm các phần chính:

- Lớp cảm biến khí (Gas sensing layer)

- Cuộn dây làm nóng (Heater Coil)

- Dây điện cực (Electrode line)

Các bộ phận chính của cảm biến khí MQ5

2 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của MQ-5

- Khả năng phát hiện khí của cảm biến Gas phụ thuộc vào chất bán dẫn, mà người ta sử dụng phổ biến nhất là Thiếc

Dioxit (SnO2) là một chất bán dẫn loại N với các electron tự do Trong không khí, nồng độ oxy thường cao hơn so với các khí dễ cháy, khiến các phân tử oxy thu hút electron tự do trong SnO2 và đẩy chúng lên bề mặt Kết quả là, khi không còn electron tự do, dòng điện đầu ra sẽ bằng không.

Cảm biến đặt trong môi trường bình thường

Khi cảm biến được đặt trong môi trường chứa khí độc hoặc dễ cháy, khí này sẽ phản ứng với các phần tử oxy bị hấp phụ, làm phá vỡ liên kết hóa học giữa oxy và các điện tử tự do, từ đó giải phóng các điện tử này Sự quay trở lại của các điện tử tự do về vị trí ban đầu sẽ dẫn đến sự dẫn điện, và mức độ dẫn điện này tỷ lệ thuận với số lượng điện tử tự do trong SnO2; do đó, nếu khí có độc tính cao, sẽ có nhiều điện tử tự do hơn.

Cảm biến đặt trong môi trường có khí Gas

Sơ đồ chân và sơ đồ mạch

Sơ đồ chân module cảm biến và sơ đồ chân cảm biến khí gas MQ -5

D0 (Đầu ra kỹ thuật số) -

Chân này cung cấp đầu ra ở mức logic cao hoặc logic thấp (0 hoặc 1).

Chân này cung cấp điện áp đầu ra liên tục thay đổi dựa trên nồng độ khí được đưa vào cảm biến khí.

Sơ đồ chân và mạch nguyên lí

Mạch nguyên lí của cảm biến khí Gas MQ -5 Ứng dụng

Ứng dụng chung của cảm biến khí…

• Được sử dụng trong các ngành công nghiệp để theo dõi nồng độ của các khí độc hại.

• Được sử dụng trong các hộ gia đình để phát hiện một sự cố khẩn cấp.

• Được sử dụng tại các vị trí giàn khoan dầu để theo dõi nồng độ của các khí thải ra.

• Được sử dụng tại các khách sạn để tránh khách hàng hút thuốc.

• Được sử dụng trong kiểm tra chất lượng không khí tại các văn phòng.

• Được sử dụng trong máy điều hòa không khí để theo dõi mức

• Được sử dụng trong việc phát hiện đám cháy.

• Dùng để kiểm tra nồng độ các chất khí trong mỏ.

• Máy phân tích hơi thở.

1 Ý tưởng, yêu cầu khi xây dựng sản phẩm

Ngày nay, khí gas đã trở thành nguồn năng lượng phổ biến cho các hoạt động sản xuất và sinh hoạt Tuy nhiên, việc sử dụng khí gas cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro, đặc biệt là nguy cơ rò rỉ khí gas, điều này cần được chú ý để đảm bảo an toàn.

Sử dụng gas để nấu ăn

Sử dụng khí gas trong công nghiệp

Rò rỉ khí gas có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng đối với con người và tài sản Do tính chất dễ cháy khi tiếp xúc với oxy, khí gas có thể bùng cháy khi gặp nhiệt độ cao thích hợp.

Khí gas bị rò rỉ, khi gặp nhiệt độ cao dẫn đến cháy khi nấu ăn

Để đối phó với những rủi ro nguy hiểm liên quan đến khí gas, nhóm chúng tôi đã nghiên cứu và lựa chọn giải pháp "Hệ thống giám sát và báo động khí gas" nhằm phòng tránh các sự cố tiềm ẩn.

Hệ thống giám sát và báo động khí gas

Khái quát chung về hệ thống

Hệ thống thu thập dữ liệu về nồng độ khí gas theo giá trị phần trăm để giám sát nồng độ khí gas có ở trong không khí.

Hiển thị giá trị thu thập được trên LCD

Khi nồng độ khí gas trong không khí tăng cao, hệ thống sẽ phát hiện rò rỉ khí gas nguy hiểm và lập tức phát ra còi báo động cùng với việc gọi điện thông báo.

3.1 Giới thiệu một số linh kiện chính của sản phẩm

• Thiết bị đầu vào: Module cảm biến khí MQ-5

• Thiết bị đầu ra: LCD 16x2, module I2C, Còi báo động 12V

• Thiết bị vừa là thiết bị đầu vào vừa là thiết bị đầu ra: Module

• Thiết bị điều khiển trung tâm: Arduino Uno R3

• Thiết bị giám sát: Điện thoại (có khả năng nghe gọi được)

• Module relay 5V (kích mức thấp)

Giới thiệu một số linh kiện chính của sản phẩm

• Thiết bị đầu vào: Module cảm biến khí MQ-5

• Thiết bị đầu ra: LCD 16x2, module I2C, Còi báo động 12V

• Thiết bị vừa là thiết bị đầu vào vừa là thiết bị đầu ra: Module

• Thiết bị điều khiển trung tâm: Arduino Uno R3

• Thiết bị giám sát: Điện thoại (có khả năng nghe gọi được)

• Module relay 5V (kích mức thấp)

3 Hệ thống giám sát và báo động khí gas

3.1.1 Bộ điều khiển trung tâm (Arduino Uno R3)

Arduino UNO có 14 chân digital cho phép đọc và xuất tín hiệu với hai mức điện áp là 0V và 5V Mỗi chân có khả năng xử lý dòng vào/ra tối đa là 30mA.

• Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V.

Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3

Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng

Tần số hoạt động 16 MHz

Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader

• Màn hình LCD 16×2 là một linh kiện được sử dụng rộng rãi trong trong các dự án điện tử và lập trình.

• LCD 16×2 được sử dụng để hiển thị trạng thái hoặc các thông số.

Thông số kỹ thuật LCD 16×2

• LCD 16×2 có 16 chân trong đó 8 chân dữ liệu (D0 –

D7) và 3 chân điều khiển (RS, RW, EN).

• 5 chân còn lại dùng để cấp nguồn và đèn nền cho

Thay vì phải mất 6 chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16×2

(RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì module I2C bạn chỉ cần tốn 2 chân (SCL, SDA) để kết nối.

Màn hình LCD 16×2 + I2C Ưu điểm

• Tiết kiệm chân cho vi điều khiển.

• Dễ dàng kết nối với

• Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC.

• Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2).

• Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD.

• Tín hiệu ra: Analog, Digital

• Độ nhạy cao với LPG, khí thiên nhiên, gas

• Độ nhạy thấp với hơi cồn, khói thuốc lá

• Cảm biến hoạt động ổn định và bền

3.1.4 Module cảm biến khí MQ-5

Module GSM SIM 800L có khả năng gửi tin nhắn SMS, thực hiện cuộc gọi và kết nối GPRS, hoạt động như một chiếc điện thoại Nó được sử dụng để cảnh báo bằng cách gọi đến số điện thoại đã được cài đặt trước khi phát hiện rò rỉ khí gas.

• Nguồn cấp: 4.2VDC , có thể sử dụng với nguồn dòng thấp từ 500mAh trở lên

• Dòng khi ở chế độ chờ: 10 mA

• Dòng khi hoạt động: 100 mA đến 1A.

• Hỗ trợ 4 băng tần phổ biến.

• TXD: Chân truyền Uart TX.

• RXD: Chân nhận Uart RX.

Các chân của module Sim 800L

Module SIM800L không đi kèm bộ điều chỉnh điện áp, do đó cần nguồn điện bên ngoài với điện áp từ 3,4V đến 4,4V, lý tưởng là 4,2V Nguồn cung cấp phải có dòng tối đa 2A, nếu không, module sẽ liên tục bị reset.

• Giải pháp ở đây nhóm chúng em sẽ lựa chọn module LM2596.

• Điện áp đầu vào: Từ 3V đến

• Điện áp đầu ra: Điều chỉnh được trong khoảng 1.5V đến

• Dòng đáp ứng tối đa là 3A.

Thông số Giá trị Điện áp tải tối đa AC 250V-10A / DC 30V-

10A Điện áp điều khiển 5 VDC

Trạng thái kích Mức thấp (0V) Đường kính Lỗ ốc 3.1 mm

• Điện áp hoạt động: 5 - 12VDC

• Dòng điện tiêu thụ: 100 - 200mA.

• Cường độ âm thanh: ~120db

• Nhiệt độ làm việc: -10°C đến +50°C

Thông số kỹ thuật của hệ thống

Thông số Giá trị Điện áp vào 12VDC

Nhiệt độ hoạt động -10°C đến +40°C

Cường độ âm thanh ~120db

• Cảm biến sẽ nhận tín hiệu từ không khí, sau đó gửi về

Arduino Uno R3 để xử lí và hiển thị lên LCD

Khi nồng độ vượt quá mức cảnh báo, hệ thống sẽ kích hoạt relay để còi báo động hoạt động và đồng thời thực hiện cuộc gọi báo động qua module SIM 800L.

Nguyên lí hoạt động của hệ thống

3.3 Lưu đồ thuật toán Begin

//Khai báo các thư viện cần dùng

//Khai báo biến int _timeout;

String number1 = "0339914874"; int coi = 7; int phantram;

//Thiết lập LCD và khởi tạo SIM void setup() {

The code initializes the serial communication at 9600 baud and sets up the LCD display with a backlight After a brief delay, it welcomes the user and identifies the group name, pausing for a moment before turning off the display Following another short delay, the display is turned back on, and the system indicates that it is connecting to the SIM, asking the user to wait Finally, the display clears and prepares to show the gas temperature reading.

Serial.begin(9600); pinMode(coi,OUTPUT); digitalWrite(coi,HIGH);

_buffer.reserve(50); sim.begin(9600); delay(1000);

3 Hệ thống giám sát và báo động khí gas void loop() {

//Đo nồng độ và chuyển về phân trăm float nongdo = analogRead(A0);

Serial.println(nongdo); phantram = map(nongdo,0,1023,0,100);

Serial.println(phantram); lcd.setCursor(13,0); lcd.print(phantram); lcd.setCursor(15,0); lcd.print("% ");

The article discusses a code snippet that compares the values of an LCD and SIM If the percentage is less than 10, it activates a digital output, updates the LCD display with a space, and shows the percentage Additionally, it prints "NORMAL" on the second line of the LCD, resetting the variable 't' to zero.

} else if ((phantram > 20)&&(t==0)){ lcd.setCursor(1,1); lcd.print("! NGUY HIEM !"); digitalWrite(coi,LOW); callNumber1(); delay(20000); sim.print("ATH"); sim.println(";"); delay(5000); t=1;

} else if (phantram >15){ lcd.setCursor(2,1); lcd.print(" CANH BAO 1!"); digitalWrite(coi,LOW); t=0;

} else if ((phantram 10)){ lcd.setCursor(1,1); lcd.print(" CAN KIEM TRA "); digitalWrite(coi,HIGH);

//Hàm kích hoạt thực hiện cuộc gọi void callNumber1(){ sim.print (F("ATD")); sim.print (number1); sim.print (F(";\r\n"));

_timeout = 0; while (!sim.available() && _timeout < 10000){ delay(13);

} if (sim.available()) { return sim.readString();

3.5 Mô phỏng sơ đồ nối dây

Sơ đồ nối dây của hệ thống

3.6 Điều kiện hoạt động ổn định

• Không để cảm biến hướng trực tiếp vào các nguồn lửa, nguồn nước, nơi có nhiệt độ cao,

• Đặt cảm bộ cảm biến gần nơi sử dụng khí ga để khi có rò rỉ, cảm biến phát hiện nhanh nhất

• Đảm bảo cấp đúng điện áp hoạt động của thết bị

• Vệ sinh định kì thiết bị, đảm bảo đầu cảm biến luôn ở trạng thái sạch để phát hiện rò rỉ tốt nhất

• Đảm bảo sử dụng ở nơi có sóng SIM tốt

3.7 Ưu điểm và hạn chế Ưu điểm Hạn chế Độ nhạy cao Chưa giải quyết được sự cố

Dễ dàng sử dụng Không hoạt động khi mất điện Giá thành hợp lí Cảm biến mau hỏng Độ thẩm mỹ cao Cảnh báo từ xa

Lưu đồ thuật toán

//Khai báo các thư viện cần dùng

//Khai báo biến int _timeout;

String number1 = "0339914874"; int coi = 7; int phantram;

//Thiết lập LCD và khởi tạo SIM void setup() {

The code initializes the serial communication at 9600 baud and sets up the LCD display with a backlight After a brief delay, it welcomes the user with a message, followed by a display of the group name The display then turns off and back on before clearing the screen to indicate that a SIM connection is in progress, prompting the user to wait Finally, the LCD is cleared again, ready to show the gas temperature reading.

Serial.begin(9600); pinMode(coi,OUTPUT); digitalWrite(coi,HIGH);

_buffer.reserve(50); sim.begin(9600); delay(1000);

3 Hệ thống giám sát và báo động khí gas void loop() {

//Đo nồng độ và chuyển về phân trăm float nongdo = analogRead(A0);

Serial.println(nongdo); phantram = map(nongdo,0,1023,0,100);

Serial.println(phantram); lcd.setCursor(13,0); lcd.print(phantram); lcd.setCursor(15,0); lcd.print("% ");

The article discusses a comparison of values between an LCD and SIM If the percentage is less than 10, the code activates a signal, displays a space on the LCD, and shows the percentage Additionally, it indicates a "NORMAL" status on the second line of the display while resetting a variable.

} else if ((phantram > 20)&&(t==0)){ lcd.setCursor(1,1); lcd.print("! NGUY HIEM !"); digitalWrite(coi,LOW); callNumber1(); delay(20000); sim.print("ATH"); sim.println(";"); delay(5000); t=1;

} else if (phantram >15){ lcd.setCursor(2,1); lcd.print(" CANH BAO 1!"); digitalWrite(coi,LOW); t=0;

} else if ((phantram 10)){ lcd.setCursor(1,1); lcd.print(" CAN KIEM TRA "); digitalWrite(coi,HIGH);

//Hàm kích hoạt thực hiện cuộc gọi void callNumber1(){ sim.print (F("ATD")); sim.print (number1); sim.print (F(";\r\n"));

_timeout = 0; while (!sim.available() && _timeout < 10000){ delay(13);

} if (sim.available()) { return sim.readString();

3.5 Mô phỏng sơ đồ nối dây

3.6 Điều kiện hoạt động ổn định

3.7 Ưu điểm và hạn chế Ưu điểm Hạn chế Độ nhạy cao Chưa giải quyết được sự cố

Mô phỏng sơ đồ nối dây

Điều kiện hoạt động ổn định

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm Hạn chế Độ nhạy cao Chưa giải quyết được sự cố

Quá trình thi công

em đã hoàn thành đồ án và đạt được các yêu cầu đề ra ban đầu:

• Sản phẩm thu được khí gas môi trường.

• So sánh với ngưỡng đặt ra để cảnh báo.

• Cảnh báo bằng còi và qua điện thoại.

• Mô hình thi công có tính thẩm mỹ, an toàn

Tiêu đề	Hệ Thống Giám Sát Và Báo Động Khí Gas
Tác giả	Ngô Quốc Trưởng, Nguyễn Đăng Khoa, Lê Đình Trọng, Đặng Minh Nhân, Hồ Nhật Khang, Nguyễn Đăng Khôi, Phan Đình Hoài
Người hướng dẫn	TS. Lê Xuân Hồng
Trường học	Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Đo
Thể loại	báo cáo đồ án
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	46
Dung lượng	2,8 MB