Báo cáo thực tập Hệ thống báo động phát hiện rò rỉ khí GAS

Nội dung text: Báo cáo thực tập 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 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. HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 1
3. Báo cáo thực tập công nhân 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 HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 2
4. Báo cáo thực tập công nhân 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 00C đến 1000C 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 1500C Độ nhạy 10mV/0C Đặc tuyến nhiệt độ điện áp HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 3
5. Báo cáo thực tập công nhân 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 HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 4
6. Báo cáo thực tập công nhân 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 HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 5
7. Báo cáo thực tập công nhân 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 HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 6
8. Báo cáo thực tập công nhân 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 HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 7
9. Báo cáo thực tập công nhân 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 : HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 8
10. Báo cáo thực tập công nhân 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: HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 9
11. Báo cáo thực tập công nhân 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 HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 10
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 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 1. Khối nguồn: Khối nguồn 5v & 12v: J12 U1 7812 1 3 1 VIN VOUT 2 GND 2 Output 12V_DC R3 680 C6 2200u/50v D3 C5 LED 104 J11 4148 U2 7805 1 3 1 VIN VOUT 2 GND D1 DIODE 2 1 DIODE BRIDGE AC + R1 R4 Output 5V_DC 1K C1 C4 330 2 3 104 C3 2200u/50v 1 104 2 C2 D2 - D4 2200u/50v LED 4 LED Input AC KHOI NGUON 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 HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 12
14. Báo cáo thực tập công nhân Ta có: VrPP= = 2V Với I0 = 2A, f=100Hz C = = = 5000 1 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: R = = 1kΩ 3 Chọn R3 = 1kΩ Chọn dong qua LED D4 là 10mA Ta có: R = = 330Ω 4 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. HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 13
15. Báo cáo thực tập công nhân 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 HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 14
16. Báo cáo thực tập công nhân 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 = 3.1 Khối cảnh báo 3.1.1 Báo cáo mạch gọi thoại Sơ đồ mạch nguyên lí: HT phát hiện và báo động rò rỉ khí GAS 15
17. Tải tài liệu bản đầy đủ tại: Tải tài liệu bản đầy đủ tại: Tải tài liệu bản đầy đủ tại: