Báo Cáo Thực Tập Công Nhân - Hệ Thống Báo Động Phát Hiện Rò Rỉ Khí GAS

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
Báo cáo thực tập công nhân
Đề tài: Hệ thống báo động phát hiện rò rỉ khí GAS
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : LÊ HỒNG NAM

2. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÁT HIỆN VÀ CẢNH BÁO RÒ RỈ KHÍ GAS
1.1 Nhiệm vụ của mạch:
Hệ thống phát hiện và cảnh báo rò rỉ khí gas được sử dụng trong các hộ gia đình, nó giảm
thiểu các nguy cơ từ việc rò rỉ khí gas như cháy nổ bằng việc cảnh báo sớm việc rò rỉ khí gas
,và đồng thời cảnh báo qua điện thoại đến người giám sát. Ngoài ra hệ thống còn có chức
năng đo đạc nhiệt độ thông qua cảm biến nhiệt độ
1.2 Sơ đồ khối và nhiệm vụ từng khối
Sơ đồ khối
Nhiệm vụ từng khối
1.2.1 Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống
1.2.2 Khối cảm biến: gồm các cảm biến khí GAS và cảm biến nhiệt độ. Nhiệm vụ
chuyển các giá trị vật lý cần đo đạc về mức điện áp để phù hợp cho việc xử lý của
khối xử lý trung tâm
1.2.3 Khối xử lý: nhiệm vụ khối này là chuyển đổi (ADC) mức điện áp đo được từ khối
cảm biến thành các giá trị nhị phân để có thể xử lý được. Các dữ liệu nhị phân
được đưa vào vi xử lý trung tâm, so sánh với các ngưỡng đã được thiết lập, thực
hiện việc xử lý và gửi báo động đến khối báo động.
1.2.4 Khối báo động: thực hiện nhiệm vụ báo động qua điện thoại và chuông.
1.3 Tính chọn các linh kiện
1.3.1 Khối cảm biến dung để đo nồng độ gas trong không khí và nhiệt độ môi trường
Nồng độ khí gas trong không khí là 0ppm, nồng độ khí gas tối thiểu có thể gây nguy
hiểm là 500ppm, vậy ta chọn cảm biến gas có mức đo tối thiểu phải dưới 500ppm . Vậy
ta chọn cảm biến MQ6 có than đo từ 100ppm đến 10000ppm.

3. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 2
Cảm biến MQ6
MQ6 là cảm biến sử dụng SnO2, dựa vào sự thay đổi khả năng dẫn điện( tức điện
trở) của SnO2 khi nồng độ khí gas hay các chất dễ cháy khác trong không khí thay đổi.
Khi nồng độ tăng thì độ dẫn điện càng tăng tức điện trở càng giảm
Đặc tính , thông số kỹ thuật của cảm biến MQ6

4. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 3
Đặc tuyến chỉ ra sự thay đổi điện trở Rs vối với sự thay đổi nhiệt độ môi trường
1.3.2 Cảm biến nhiệt có đặc tuyến nhiệt độ có thang đo môi trường , tức từ 00
C đến
1000
C và có đáp ứng nhiệt độ-điện áp tuyến tính. Ta chọn cảm biến nhiệt độ
LM35 phổ biến trên thị trường
Hình dạng và sơ đồ chân
Thông số kỹ thuật
Điện áp cung cấp: -0.2V đến 35V
Điện áp ra: -1V đến 6V
Dải nhiệt độ đo được: từ -50 đến 1500
C
Độ nhạy 10mV/0
C
Đặc tuyến nhiệt độ điện áp

5. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 4
1.3.3 Khối xử lý trung tâm và khối xử lý trung tâm:
KHối ADC chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số để cung cấp dữ liệu cho khối xử
lý trung tâm. Để thuận tiện cho việc thiết kế và gia công mạch, ta kết hợp 2 khối này thành 1
khối. Vậy ta sẽ sử dụng vi điều khiển có tích hợp cả ADC. Vậy ta dùng vi điều khiển
MSP430G2553 để thực hiện điều này
Tổng quan về vi xử lý msp430:
- Hãng sản xuất: Texas Instrument.
- Mixed-signal Microcontroller (mixed-signal tức là được tích hợp cả Analog
signal và Digital signal )
- Nó được xây dựng trên lõi CPU 16-bit.
- Đặc tính quan trọng của các dòng MSP430 là tiêu thụ năng lượng rất thấp
(low power consumption).
- Họ MSP430 rất đa dạng về chủng loại. Từ những chip ít I/O, ít chức năng,
ít chân cẳng với giá tầm 0.2 $ / con
- Nó là một trong các lựa chọn cho các ứng dụng nhúng (embedded
aplications).
Thông tin tổng quát về MSP430G2553
- Có 20 chân, trong đó có 15 chân là các chân I/O => vừa đủ cho thiết kế của hệ
thống này
- Được tích hợp rất nhiều chức năng: UASRT, SPI, I2C, timer, PWM, và đặc biệt
là 8 kênh 10bit ADC để phục vụ cho thiết kế hệ thống
- Tốc độ tối đa là 25Mhz, Có tích hợp sẵn bộ dao động nội chính xác
- Điện áp hoạt động thấp. có thể hoạt động trong dải điện áp 1.8V đến 5V
- Có 16KB flash và 512B RAM
Sơ đồ chân của msp430g2553

6. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 5
Sơ đồ khối chức năng tổng quát :
Chức năng: các chân của MSP430G2553
PORT1: các chân 2,3,4,5,6,7,14,15 của VDK: mỗi chân này có nhiều chức năng khác nhau
như I/O (8 chân) , phục vụ cho truyền thông nối tiếp ( chân P1.1, P1.2), hay ADC ( 8 chân), hay là
các chân ngắt ngoài (8 chân)
PORT2: gồm 6 bit, các chân từ 8-> 13 của vi điều khiển, bao gồm chức năng I/O
Ngoài ra còn chân Reset( mức thấp) tại chân 16
Chân Test (số 17) phục vụ cho việc lập trình , debug
Chân 18,19 là 2 chân dao động của dao động ngoài
Chân 1,20 lần lượt là 2 chân nguồn cung cấp và nối đất
Tổ chức bộ nhớ và thanh ghi của của MSP430
Các thanh ghi tổng quát

7. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 6
Bao gồm các thanh ghi PC, SP, SR…
Các thanh ghi liên quan đến xuất nhập
PxDIR: chọn Input/ouput cho các chân VDK, nếu PxDIR=0 , các chân VDK có chức năng Input.
PxDIR=1: các chân VDK là các chân OUTPUT
PxIN: dùng để đọc dữ liệu từ các PORT khi các PORT đc cấu hình là input
PxOUT: dùng để xuất dữ liệu mong muốn ra các port nếu các port được cấu hình là output
PxREN: kích hoạt điện trở kéo lên tại từng chân của port
PxIE, PxIES,PxIFG: dùng để bật ngắt ngoài (PxIE) và chọn cạnh ngắt (PxIES) (ngắt lên, ngắt xuống)
tại từng chân tương ứng của port. Và khi có ngắt xảy ra, cờ ngắt tương ứng sẽ được bật lên tại
PxIFG
PxSELx: Vì mỗi PORT của msp430 có nhiều chức năng khác nhau nên tồn tạo thanh ghi PxSELx để
chọn chức năng tương ứng:
Vì P1 có 4 chức năng tại mỗi chân, nên có 2 thanh ghi P1SEL1 và P1SEL2 để chọn chức
năng cho mỗi chân

8. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 7
Các thanh ghi phục vụ cho ADC
Msp430g2553 tích hợp sẵn 8 kênh ADC 10BIT tại port1. Bộ ADC trong msp430 hoạt động
theo chế độ lấy mẫu kênh đơn hoặc lấy mẫu nhiều kênh. Để phục vụ cho việc điều khiển ADC,
có các thanh ghi sau.
ADC10CTL1, ADC10CTL0 : Thanh ghi điều khiển 16 bit ADC sô 0 và số 1 dùng để
điều khiển việc hoạt động lấy mẫu:
ADC10MEM: Giá trị ADC được lấy mẫu sẽ được lưu vào đây
ADC10AE: Chọn các chân tại PORT 1 dùng để thực hiện chức năng ADC, các bit này
có mức ưu tiên cao hơn cách bit của thanh ghi P1SEL
1.3.4 Khối cảnh báo qua điện thoại:
Tại khối này, ta điều khiển việc quay số điện thoại. Vì vậy ta cần tất cả 11 ngõ vào điều
khiển. Để tiết kiệm chân điều khiển, ta sử dụng 4 to 16 IC74hc154. Đồng thời ta dùng
opto PC817A
IC74HC154:
Thông số kỹ thuật
Điện áp hoạt động : 3.3 -> 7V
Tốc độ hoạt động tối da:
Dòng vào tối đa tại ngõ vào : 1mA
Dòng vào tối đa tại ngõ ra : 20mA
Sơ đồ chân:
Các chân từ 0-> 15: 16 ngõ ra, mức tích cực mức thấp

9. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 8
Chân 12: chân đất
Chân 24 Chân nguồn
Chân 18-23: các đầu vào, trong đó các chân 20-23 là các chân BCD ngõ vào, còn chân 18,19 là
các chân điều khiển xuất dữ liệu
Bảng chân trị
Hoạt động IC:
Các chân ABCD nhận dữ liệu BCD vào, nếu 1 trong 2 đầu điều khiển G1,G2 mức cao, thì tất cả 16
ngõ ra đều mức cao.
Nếu 2 đầu vào G1, G2 đều là mức thấp, thì dữ liệu được BCD tương ứng được đưa vào các chân
ABCD được giải mã mà được xuất ra 16 ngõ ra, các ngõ ra có mức tích cực là mức thấp
Opto PC817A
Cấu tạo :

10. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 9
Thông số kỹ thuật
Hoạt động:
Mắc sơ đồ như trên: khi điện áp Input =0 , Led ko sáng, nên OPto ko dẫn, điện áp ra
bằng VCC
Khi điện áp vào Input = Vcc , Led sáng, Optp dẫn , nên điện áp ra bằng 0:

11. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 10
1.3.5 Hiển thị màn hình Text LCD: Text LCD là các loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để
hiển thị các dòng chữ hoặc số trong bảng mã ASCII. Kích thước của Text LCD được dùng ở đây có kích
thước 16x2 có 2 dòng và mỗi dòng có thể hiển thị tối đa 16 ký tự. LCD 16x2 điều khiển bởi chip
HD44780U của hãng Hitachi
Sơ đồ chân được mô tả bằng bảng sau
Text LCD có 2 chế độ hoạt động là 8bit và 4bit. TRong đồ án này ta sử dụng chế độ hoạt động 4
bit được mắc theo sơ đồ dưới

12. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 11

13. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 12
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
1. Khối nguồn:
Khối nguồn 5v & 12v:
Chọn ngõ ra biến áp 12Vrms
Biến áp 220Vrms12Vrms
Cầu diode là KBP 206 có VF = 1V, Imax=2A
Điện áp sau chỉnh lưu:
VP = Vhd√ – VF = 12√ – 1 = 16V
Chọn Vrip = 2Vpp
Vcc = VP – 0,5Vrip = 16 – 0,5.2 = 15V
Hệ số gợn:
r = =
√
= 3,8%
Tụ C1: tụ lọc gợn. Chọn điện áp trên C1 là Vpp = 2V
AC
Input AC
1
2
-
+
D1
DIODE BRIDGE
2
1
3
4
J12
Output 12V_DC
1
2
U1 7812
VIN
1
VOUT
3
GND
2
R3
680
C6
2200u/50v
D3
LED
C5
104
D4
LED
J11
Output 5V_DC
1
2
R1
1K
R4
330
4148
DIODE
C2
2200u/50v
C4
2200u/50v
U2 7805
VIN
1
VOUT
3
GND
2
C1
104
D2
LED
KHOI NGUON
C3
104

14. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 13
Ta có: VrPP= = 2V
Với I0 = 2A, f=100Hz
C1 = = = 5000
Chọn tụ C1: C1 = 10000
Diode chống xả ngược, chọn Diode 4148
LED D4 , R1: Báo hiệu nguồn hoạt động (R1 là trở hạn dòng cho LED, chọn R1= 1k)
Ta có IC LM 7812, IC LM 7812 có dòng ra lớn nhất là 500mA.
Tụ C3 chọn từ datasheet của LM 78xx, C3 = 10000 F
Tụ C4 , C6 tụ lọc nhiễu gợn tần số cao.
Khi đó C4 = = = 1250 F
Chọn C4 = 2200 F
Chọn LED:
Chọn dong qua LED D3 là 10mA
Ta có: R3 = = 1kΩ
Chọn R3 = 1kΩ
Chọn dong qua LED D4 là 10mA
Ta có: R4 = = 330Ω
Chọn R4 = 330kΩ
Nguyên lý hoạt động:
Mạch vào và chỉnh lưu:
-Dùng cầu Diode A chỉnh lưu điện áp xoay chiều lấy từ biến áp. Ta lấy áp ra ở đây là Vhd =
24V.

15. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 14
Mạch ổn áp:
-Dùng IC LM 7812, LM 7805 để tạo ra áp ổn định lần lượt là 12V và 5V hạn chế thấp nhất sự
thay đổi của tín hiệu ra theo sự thay đổi của tín hiệu ngõ vào.
2. Khối cảm biến:
Như đã trình bày ở trên ta sử dụng cảm biến MQ6 cho cảm biến nồng độ GAS và cảm
biến LM35 cho cảm biến nhiệt độ
2.1 Cảm biến MQ6:
Vậy nên ta mắc sơ đồ mạch cho cảm biến MQ6 như sau:
Ta sử dụng biến trở 20K để có thể hiệu chỉnh giá trị điện áp ra để thuận tiện cho
ADC sau nay
Tải bản FULL (35 trang): https://bit.ly/3j9196T
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

16. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 15
2.2 Cảm biến LM35
Cảm biến LM35 được mắc theo sơ đồ mạch như sau:
Opamp LM358 được mắc theo kiểu mạch đệm nhằm mục đích nâng cao trở
kháng vào và cách ly dòng
Điện áp đầu ra của LM35 có thể bị can nhiễu bởi điện áp nguồn 5v hay vài
nguyên nhân khác, vì vậy ta mắc một mạch lọc thông thấp RC để lọc bỏ các thành phần
nhiễu cao.
Các thành phần nhiễu cao có tần số khoảng :
Chọn tụ có giá trị 1uF
Suy ra điện trở có giá trị
=> R =
3.1Khối cảnh báo
3.1.1 Báo cáo mạch gọi thoại
 Sơ đồ mạch nguyên lí:
Tải bản FULL (35 trang): https://bit.ly/3j9196T
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

17. Báo cáo thực tập công nhân
HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 16
3.1.2 Nguyên lí hoạt động của mạch:
Ic 74hc154 có nhiệm vụ giải mã được gửi từ vi điều khiển .
Đầu ra của nó tích cực mức thấp . khi đầu ra mức thấp thì điện áp từ Vcc -> chân ra của ic là
5v đủ để kích sang led và thông mạch opto PC817 , hai chân 3,4 opto được nối thông làm
thông
Điểm nút nhấn điện thoại (nút điện thoại được nhấn).
Như vậy giả sử khi ta muốn nhấn nút số 5 ,từ vi điều khiển ta gửi mã là 5 và clear chân
enable xuống mức thấp để điều khiển cho ic giải mã hoạt động , ic thực hiện giải mã và điều
khiển điện áp chân ra số 6(ứng với opto nối với nút số 5) xuống mức thấp để kích thông opto
3449224