ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GỊN

HUỲNH THỊ BẢO TRÂN 3118500057
NHĨM: 2004

ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN VÀ ĐIỀU KHIỂN
DÙNG MÁY TÍNH

NGÀNH: KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG
TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 9 NĂM 2021


ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GỊN

HUỲNH THỊ BẢO TRÂN 3118500057
NHĨM: 2004

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÁT HIỆN CẢNH BÁO KHÍ
ĐỘC HẠI

ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN VÀ ĐIỀU KHIỂN
DÙNG MÁY TÍNH

NGÀNH: KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG
TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: THS. NGUYỄN HỮU PHÚC

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 9 NĂM 2021


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT...................................................................... 1
1.1. Tổng quan thiết kế......................................................................................... 1
1.2. Các linh kiện dùng trong mạch thiết kế ......................................................... 1
1.2.1. Cảm biến MQ2 ........................................................................................ 1
1.2.2. I2C PCF8574 .......................................................................................... 3
1.2.3. LCD 1602 ............................................................................................... 4
1.2.4. Arduino Uno R3 SMD ............................................................................ 5
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG................................................................ 7
2.1. Sơ đồ khối: .................................................................................................... 7
2.2. Lập trình mơ phỏng sử dụng proteus ............................................................. 7
2.3. Code của mạch cảm biến sử dụng khí gas dùng trên Arduino ........................ 8
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN ................................................................................... 11
3.1. Ưu điểm ...................................................................................................... 11
3.2. Nhược điểm ................................................................................................ 11
Tài liệu tham khảo. .............................................................................................. 12


DANH MỤC HÌNH ẢNH
STT
1
2
3
4
5
6

7
8

Tên hình ảnh
Hình 1.1. Module cảm biến khí gas MQ2
Hình 1.2. Sơ đồ chân của MQ2
Hình 1.3. Sơ đồ mắc MQ2
Hình 1.4. I2C PCF8574
Hình 2.1. Sơ đồ khối hoạt động của mạch cảm biến khí gas
Hình 2.2. Mơ phỏng mạch cảm biến khí gas dùng proteus
Hình 2.3. Mạch đang hoạt động
Hình 2.4. Các linh kiện trong mạch

Trang
2
2
3
4
7
7
8
8


MỞ ĐẦU
Trong xã hội hiện đại, khi nhu cầu sử dụng nguồn năng lượng khí gas ngày một
tăng thì những sự cố khơng đáng có do sử dụng loại năng lượng này ngày một tăng
lên. Theo đó, điều cấp thiết là phải xây dựng những hệ thống tối tân nhằm đảm bảo
việc sử dụng khí gas an tồn hơn. Đồ án cảm biến khí gas theo đó là một trong những
trọng tâm của sinh viên nhằm thiết kế ra sản phẩm làm giảm tối đa sự cố khi sử dụng

khí gas trong cuộc sống thường nhật.
Với những kiến thức đã được học ở trường và từ khoa học công nghệ từ cuộc
sống hiện đại, em cũng muốn góp một phần nào vào sự phát triển của xã hội bằng
cách học hỏi và tạo ra các sản phẩm có ích cho cuộc sống. Em xin giới thiệu một sản
phẩm rất thiết thực cho cuộc sống đó là mạch cảm biến khí gas.
Do kiến thức và trình độ năng lực hạn hẹp nên việc thực hiện đề tài này không
thể tránh được thiếu sót, kính mong nhận được sự thơng cảm và góp ý của thầy giáo,
cơ giáo và các bạn để đồ án này hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.


1

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Tổng quan thiết kế
Ta cần thiết kế ba khối chính cho mạch: khối nguồn, khối cảm biến khí ga và

khối báo động. Mạch này thiết kế để phát hienj khí gas từ 200PPM đến 10000PPM.
Để phát hiện sự rị rỉ khí gas ta sử dụng modul cảm biến MQ2 đặt gần bình gas
khoảng 15cm. Sử dụng loa 12v để phát còi báo động và LED phát sáng khi có khí gas
rị rỉ.
1.2. Các linh kiện dùng trong mạch thiết kế
1.2.1. Cảm biến MQ2
MQ2 về cơ bản là một cảm biến khí đa năng (tương tự MQ5), MQ2 có thể
cảm nhận được một loạt các loại khí như LPG (khí dầu mỏ hố lỏng hay cịn gọi
là khí gas), Butane, Methane (CH4), Hidro và ngồi ra các khí này MQ2 thì cũng
nhận biết cả khói.
Sử dụng phần tử SnO2 có độ dẫn điện thấp hơn trong khơng khí sạch, khi khí
dễ cháy tồn tại, cảm biến có độ dẫn điện cao hơn, nồng độ chất dễ cháy càng cao thì
độ dẫn điện của SnO2 sẽ càng cao và được tương ứng chuyển đổi thành mức tín hiệu

điện.
Cảm biến khí gas MQ-2 là cảm biến khí có độ nhạy cao với LPG, Propane và
Hydrogen, mê-tan (CH4) và hơi dễ bắt lửa khác, với chi phí thấp và phù hợp cho các
ứng dụng khác nhau. Cảm biến xuất ra cả hai dạng tín hiệu là Analog và Digital, tín
hiệu Digital có thể điều chỉnh mức báo bằng biến trở.
Thông số kỹ thuật

- Nguồn hoạt động: 5V
- Loại dữ liệu: Analog
- Phạm vi phát hiện rộng
- Tốc độ phản hồi nhanh và độ nhạy cao
- Mạch đơn giản
- Ổn định khi sử dụng trong thời gian dài


2

Hình 1.1. Module cảm biến khí gas MQ2

Hình 1.2. Sơ đồ chân của MQ2
Trong mạch có hai chân đầu ra Aout vad Dout.
- Aout là đầu ra điện áp tương tự. chạy từ 0.3 đến 4.5v tùy nồng độ khí xung
quanh MQ2.
- Dout là đầu ra điện áp số với giá trị 0.1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu
và nơng độ khí MQ2 đo được.
- Việc có chân Dout rất tiện cho ta lắp các mạch đơn giản không cần đến vi
điều khiển. Khi nồng độ MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép thì Dout =1 đèn tắt.
ngược lại nồng độ khí đo được vượt mức cho phép thì Dout =0 đèn tín hiệu báo sáng.
Trong thiết bị này để đo mức cảnh báo ta làm như sau
- Đầu tiên đo mức khơng khí sạch đặt làm Vout1.



3

- Cho khí gas từ bật lửa tăng lên đạt đến mức cảnh báo nguy hiểm ta lưu lại
giá trị Vout2. Làm giá trị cảnh báo khi đo vượt ngưỡng cịi sẽ hú báo động.

Hình 1.3. Sơ đồ mắc MQ2
1.2.2. I2C PCF8574
Khi giao tiếp các sản phẩm cần nhiều chân tín hiệu như bàn phím, led,… thì sẽ
cần nhiều dây nhiều chân kết nối gây khó khăn trong q trình làm việc. Board mở
rộng I2C WaveShare PCF8574 sẽ giải quyết được sẽ giải quyết được vấn đề trên
thông qua chuẩn giao tiếp I2C.
Chỉ cần 2 chân SCL và SDA có thể điều khiển được 8 chân tín hiệu.
Ngồi ra có thể kết nối song song lên đến 8 board, lên đến 64 chân tín hiệu.
Mạch mở rộng chân I/O Expander PCF8574 được sử dụng để mở rộng chân
giao tiếp I/O của Vi điều khiển qua giao tiếp I2C, mạch có khả năng mở rộng 8 I/O
giúp bạn giao tiếp được với nhiều thiết bị chỉ qua một vài bước thiết đặt đơn giản,
mạch tích hợp DIP Switch giúp dễ dàng thay đổi địa chỉ I2C.
Thơng số kỹ thuật:
- IC chính: PCF8574
- Điện áp hoạt động : 2.5~6VDC
- Giao tiếp : I2C, thiết lập địa chỉ bằng DIP Switch.
- Số chân giao tiếp mở rộng: 8 I/O.
- Tần số : 100kHz maximum


4

- Kích thước : 37.5 x 16.7 mm


Hình 1.4. I2C PCF8574
1.2.3. LCD 1602
Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD 1602 (Liquid Crystal Display) được sử dụng
trong rất nhiều các ứng dụng của VĐK. LCD 1602 có rất nhiều ưu điểm so với các
dạng hiển thị khác như: khả năng hiển thị kí tự đa dạng (chữ, số, kí tự đồ họa); dễ
dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tiêu tốn rất ít
tài nguyên hệ thống, giá thành rẻ,…
Thông số kĩ thuật của sản phẩm LCD 1602:
- Điện áp MAX : 7V
- Điện áp MIN : - 0,3V
- Hoạt động ổn định : 2.7-5.5V
- Điện áp ra mức cao : > 2.4
- Điện áp ra mức thấp : <0.4V
- Dòng điện cấp nguồn : 350uA - 600uA
- Nhiệt độ hoạt động : - 30 - 75 độ C
Chức năng của từng chân LCD 1602:
- Chân số 1 - VSS : chân nối đất cho LCD được nối với GND của mạch điều
khiển


5

- Chân số 2 - VDD : chân cấp nguồn cho LCD, được nối với VCC=5V của
mạch điều khiển
- Chân số 3 - VE : điều chỉnh độ tương phản của LCD
- Chân số 4 - RS : chân chọn thanh ghi, được nối với logic "0" hoặc logic "1":
+ Logic “0”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế
độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)
+ Logic “1”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong

LCD
- Chân số 5 - R/W : chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), được nối với
logic “0” để ghi hoặc nối với logic “1” đọc
- Chân số 6 - E : chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên
bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân này
như sau:
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bên trong
khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh
lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E
xuống mức thấp.

1.2.4. Arduino Uno R3 SMD
Mạch Arduino Uno R3 SMD có cách sử dụng hồn tồn giống với Arduino
Uno R3 DIP, chỉ có điểm khác là Arduino Uno R3 sử dụng chíp dán (SMD) tương
tự Arduino Uno bản chân cắm (DIP), chỉ khác là bản SMD sử dụng chíp nạp CH340
nên tiết kiệm chi phí và rẻ hơn nhiều.
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,
ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều
khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo
nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…


6

Thông số kỹ thuật
Vi điều khiển

ATmega328P


Điện áp hoạt động

5V

Điện áp vào khuyên dùng

7-12V

Điện áp vào giới hạn

6-20V

Digital I/O pin

14 (trong đó 6 pin có khả năng băm
xung)

PWM Digital I/O Pins

6

Analog Input Pins

6

Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin

20 mA

Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin


50 mA

Flash Memory

32 KB (ATmega328P)
0.5 KB được sử dụng bởi bootloader

SRAM

2 KB (ATmega328P)

EEPROM

1 KB (ATmega328P)

Tốc độ

16 MHz


7

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MƠ PHỎNG
2.1. Sơ đồ khối:

Hình 2.1. Sơ đồ khối hoạt động của mạch cảm biến khí gas
2.2. Lập trình mơ phỏng sử dụng proteus

Hình 2.2. Mơ phỏng mạch cảm biến khí gas dùng proteus



8

Hình 2.4. Mạch đang hoạt động

Hình 2.3. Các linh kiện trong mạch
2.3. Code của mạch cảm biến sử dụng khí gas dùng trên Arduino
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

// khai bao thu vien lcd sử dụng i2c

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);
#define sensor A0
int led = 13;
int speaker = 12;

// chân sử sủng cảm biến ga
// led chân số 13
// loa chân số 12


9

void setup()
{
lcd.init();
lcd.backlight();


// khoi tạo lcd
// bật đèn lcd

pinMode(sensor,INPUT); // input tại chân số 2
pinMode(led,OUTPUT);
pinMode(speaker, OUTPUT);
lcd.setCursor(0,0);

// đưa con trỏ tới hàng 0 cột 0

lcd.print("thanhloc"); // in ra màn hình chữ thành lộc
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("cam bien khi ga");
delay(1000);
lcd.clear();
}
void loop()
{
if(digitalRead(sensor) ==HIGH )

// nếu chân số 2 có mức cao , cảm biến

phát hiện có khí ga
{
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Canh bao");

// in cảnh báo

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("ro ri ga");
digitalWrite(led,HIGH);

// led sáng

digitalWrite(speaker,HIGH); // loa kêu
}
else
{
lcd.clear();


10

lcd.setCursor(0,0);

// nếu khơng có khí ga thì led tắt và loa tắt

lcd.print("......");
digitalWrite(led,LOW);
digitalWrite(speaker,LOW);
}
delay(1000);
lcd.clear();
}


11

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN

3.1. Ưu điểm
Sử dụng được trên thực tế. Trong trường hợp thiết bị báo rò rỉ gas, người dùng cần
nhanh chóng khóa van bình gas lại, chi phí thực hiện thấp tiện lợi và mang lại nhiều
ứng dụng.
3.2. Nhược điểm
Thiết bị báo động rị rỉ gas khơng hồn tồn kiểm sốt được độ an tồn tuyệt đối
cho người sử dụng bởi nó chỉ có tác dụng thơng báo chứ khơng ngăn chặn được tình
trạng khí gas rị rỉ. Những yếu điểm khác của thiết bị báo động rị rỉ gas như khơng
phát hiện được nồng độ nhỏ khí gas khi mới rị rỉ mà phải đến khi gas thốt ra nồng
nặc nên độ an tồn giảm xuống đáng kể.
Thêm nữa, thiết bị có thể hư hỏng trong khi sử dụng nếu khơng có tín hiệu báo và
người dùng thường khơng tự kiểm tra được nên có thể chủ quan và có những nguy
cơ lớn hơn gặp phải hậu quả nghiêm trọng.
Do đó, để đảm bảo an tồn gas thì quan trọng nhất vẫn là người dùng phải tuân thủ
những quy tắc sử dụng gas an toàn như: lắp đặt, thay thế van gas, dây dẫn gas của
những thương hiệu có uy tín trên thị trường. Bên cạnh đó, bạn có thể sử dụng bếp
cảm ứng nhiệt để tự ngắt gas khi gặp sự cố.


12

TÀI LIỆU THAM KHẢO.
1. />
2. />3. />4. />5. />