Tải bản đầy đủ (.docx) (28 trang)

Đồ án hệ thống báo cháy arduino (có code vs PCB)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (10.97 MB, 28 trang )

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ
---------------o0o---------------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG BÁO CHÁY

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu
SVTH: Nguyễn Viết Việt
MSSV:

1835044

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 5 NĂM 2022


Đồ án môn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm đồ án môn học, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng
góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy hướng dẫn và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Trung Hiếu giảng viên Bộ
mơn điện tử, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khố
luận.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cơ giáo trong trường Đại học Bách


khoa TP.HCM nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Điện tử - viễn thông nói riêng đã
dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp
em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình
học tập.
Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một sinh viên, đồ
án này không thể tránh được những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo,
đóng góp ý kiến của các thầy cơ để tơi có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của
mình, phục vụ tốt hơn cơng tác thực tế sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 5 năm 2022 .

Sinh viên

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
2


Đồ án môn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

Trong đời sống của chúng ta luôn tồn tại những khu vực dễ bị cháy, nên việc lắp đặt các
hệ thống báo cháy có tầm quan trọng hết sức to lớn. Nó giúp ta phát hiện nhanh chóng, chữa
cháy kịp thời. Đồ án này trình bày về hệ thống báo cháy đơn giản, có thể lắp đặt trong các hộ
gia đình,…

3



Đồ án môn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

MỤC LỤC

1.

2.

GIỚI THIỆU.......................................................................................................................................1
1.1

Tổng quan...................................................................................................................................1

1.2

Nhiệm vụ đề tài...........................................................................................................................1

LÝ THUYẾT......................................................................................................................................1
2.1. Arduino UNO R3...............................................................................................................................1
2.2. Giới thiệu về Module LM2596.........................................................................................................6
2.3. Module LCD 1602 và module I2C LCD.............................................................................................7
2.4. Cảm biến lửa..................................................................................................................................10
2.5. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11.............................................................................................11
2.6. Cảm biến khí gas MQ2...................................................................................................................13
2.7. Module điều khiển động cơ L298N...............................................................................................15

3.


THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG..................................................................................16

4.

THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM....................................................................................19

5.

KẾT QUẢ THỰC HIỆN..................................................................................................................20

6.

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN........................................................................................22

7.

6.1

Kết luận.....................................................................................................................................22

6.2

Hướng phát triển.......................................................................................................................22

PHỤ LỤC..........................................................................................................................................23

4


Đồ án môn học


GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

1. GIỚI THIỆU
1.1 Tổng quan
Trong đời sống hiện đại, việc phòng cháy - chữa cháy đang trở thành mối quan tâm
hàng đầu vì quanh ta ln tồn tại những khu vực dễ cháy có thể gây thiệt hại nặng nề về
người và của. Cho nên việc lắp đặt hệ thống báo cháy và chữa cháy có vai trị rất quan trọng,
giúp ngăn chặn và xử lý đám cháy khi con người chưa thể xử lý và can thiệp kịp.
Xuất phát từ nhu cầu trên, em đã chọn đề tài: “Hệ thống báo cháy”. Hệ thống giúp
phát hiện lửa, các nguy cơ từ sự cháy rị rỉ gas, nhiệt độ tăng bất thường. Từ đó sẽ có các
hướng xử lý như bật chng và đèn cảnh báo, kích hoạt máy bơm,…
.

1.2 Nhiệm vụ đề tài


Thiết kế mơ hình cảm biến phát hiện lửa và khí gas, phòng tránh nguy cơ xảy ra hỏa



hoạn, đảm bảo an tồn cho những khơng gian hẹp có sử dụng khí gas.
Củng cố lại kiến thức các mơn đã học như Vi xử lý, Thiết kế hệ thống nhúng, Hệ

thống máy tính và ngơn ngữ C,…
 Em đi sâu vào nghiên cứu những vấn đề chính sau đây:
 Tìm hiểu về vi điều khiển mà trọng tâm là Arduino Uno R3 bao gồm phần cứng và


tập lệnh.

Tìm hiểu về cảm biến phát hiện lửa (IR Flame Sensor Module), cảm biến khí gas





(Gas Sensor), cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DTT11, LCD 2004,…
Viết chương trình cho Arduino Uno R3 và các cảm biến.
Tìm hiểu về các phần mềm thiết kế mạch điện tử như Proteus.
Phương pháp nghiên cứu: thu thập các thơng tin từ đó phân tích, thiết kế và lập trình
cho hệ thống. Cuối cùng là thử nghiệm và vận hành hệ thống.

2. LÝ THUYẾT
2.1. Arduino UNO R3
Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết
bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của
Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngơn ngữ lập trình có
thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình. Và điều
1


Đồ án môn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới
phần mềm. Chỉ với khoảng $30, người dùng đã có thể sở hữu một board Arduino có 20 ngõ
I/O có thể tương tác và điều khiển chừng ấy thiết bị.
Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào thế
kỷ thứ 9 là King Arduin. Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm 2005 như là một

công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi, là một trong những
người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII). Mặc dù hầu
như khơng được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ
những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên. Hiện nay Arduino nổi tiếng
tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đã sản sinh ra Arduino.


Giới thiệu về board Arduino Uno
Arduino Uno là 1 bo mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điểu khiển AVR
Atmega328. Cấu tạo chính của Arduino Uno bao gồm các phần sau:

Hình 2.1. Board Arduino UNO R3


Cổng USB: đây là loại cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều khiển. Đồng



thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính.
Jack nguồn: để chạy Arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên, nhưng khơng phải
lúc nào cũng có thể cắm với máy tính được . Lúc đó ta cần một nguồn từ 9V đến 12V,
thông thường hợp lý nhất là cấp nguồn từ pin vuông 9V. Nếu cấp nguồn vượt quá giới hạn



là 6-12V, Arduino có thể bị hỏng
Có 14 chân vào/ra số đánh số thứ tự từ 0 đến 13, ngồi ra có một chân nối đất (GND) và
một chân điện áp tham chiếu (AREF).
2



Đồ án môn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu



Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lí trung tâm của tồn bo mạch. Với mỗi mẫu Arduino



khác nhau thì con chip là khác nhau. Ở con Arduino Uno này thì sử dụng ATMega328P.
Các thông số của Arduino UNO:
Vi điều khiển
Điện áp hoạt động
Tần số hoạt động
Dòng tiêu thụ
Điện áp vào khuyên dùng
Điện áp vào giới hạn
Số chân Digital I/O
Số chân Analog
Dòng tối đa trên mỗi chân
I/O
Dòng ra tối đa (5V)
Dòng ra tối đa (3.3V)
Bộ nhớ flash
SRAM
EEPROM

ATmega328P họ 8bit

5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
16 MHz
khoảng 30mA
7-12V DC
6-20V DC
14 (6 chân hardware PWM)
6 (độ phân giải 10bit)
30 mA
500 mA
50 mA
32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader
2 KB (ATmega328)
1 KB (ATmega328)

Các chân năng lượng:
 GND: cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn dùng các thiết bị sử



dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau.
 5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
 3.3V: 5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của
nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở
chân này. Và dĩ nhiên nó ln là 5V. Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ
chân này để sử dụng bởi chức năng của nó khơng phải là cấp nguồn.
 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc
chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.



Bộ nhớ:
 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash
của vi điều khiển.
 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến khai báo khi lập
trình sẽ lưu ở đây, khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM. Khi mất
điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.

3


Đồ án môn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): đây
giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi có thể đọc và ghi dữ liệu mình vào đây mà
khơng phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM.


Các cổng vào/ra:

Hình 2.2. Các cổng I/O của Arduino Uno

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2 mức
điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có các
điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện
trở này khơng được kết nối).
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX), dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX)
dữ liệu TTL Serial.
 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với độ phân giải
8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite(). Nói cách
khác, có thể điều chỉnh điện áp của chân này từ mức 0V đến 5V thay vì cố định mức
0V và 5V như những chân khác.

4


Đồ án môn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các chức năng
thơng thường, 4 chân này cịn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các
thiết bị khác.
 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút Reset,
bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi chân này
được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
 Các chân analog: Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải
tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V.
 Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI


với các thiết bị khác.
Lập trình cho Arduino:
 Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngơn riêng. Ngơn ngữ này
dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung. Và Wiring lại là một
biến thể của C/C++. Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C+

+. Riêng mình thì gọi nó là “ngơn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển Arduino cũng
gọi như vậy. Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ
học, dễ hiểu.
 Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự
án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là
Arduino IDE (Intergrated Development Environment) như hình dưới đây.

Hình 2.3. Giao diện phần mềm Arduino IDE
5


Đồ án môn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

2.2. Giới thiệu về Module LM2596









Thông số kỹ thuật
Module nguồn không sử dụng cách ly
Nguồn đầu vào từ 4V - 35V.
Nguồn đầu ra: 1V - 30V.
Dịng ra Max: 3A

Kích thước mạch: 53mm x 26mm
Đầu vào: INPUT +, INPUTĐầu ra: OUTPUT+, OUTPUT-

Hình 2.4. Module LM2596
 LM2596 được biết đến với định mức dòng điện cao là 3A. Nó có nhiều phiên bản với điện áp
đầu ra cố định như 3.3V, 5V và 12V. Nhưng, nổi tiếng nhất là LM2596-ADJ có điện áp đầu
ra thay đổi. Về cơ bản, IC là một bộ chuyển đổi buck hoạt động trên tần số chuyển mạch
150KHz, nó nhận điện áp đầu vào và sử dụng mạch chuyển mạch bên trong để điều chỉnh
điện áp đầu ra mong muốn. Nó có hiệu suất cao và tích hợp chức năng ngắt nhiệt và giới hạn
dịng điện. Vì vậy, nếu đang tìm kiếm một IC chuyển đổi dòng điện cao nhỏ gọn, dễ sử dụng
thì LM2596 là sự lựa chọn phù hợp.
 Cách sử dụng LM2596:
LM2596 rất dễ sử dụng vì nó u cầu rất ít linh kiện. Điện áp khơng điều chỉnh được cấp
cho chân 1 (Vin) qua tụ lọc để giảm nhiễu đầu vào. Chân ON / OFF hoặc chân kích hoạt
(chân 5) phải được nối với đất để kích hoạt IC. Nếu được đặt ở mức cao, IC sẽ chuyển sang
chế độ tắt và ngăn chặn dòng điện rò rỉ. Tính năng này sẽ hữu ích để tiết kiệm điện năng đầu
vào khi hoạt động qua pin. Chân feedback là chân quan trọng thiết lập điện áp đầu ra. Nó
cảm nhận điện áp đầu ra và dựa trên giá trị của điện áp đầu ra này, tần số chuyển mạch của
6


Đồ án môn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

công tắc bên trong được điều chỉnh để cung cấp điện áp đầu ra mong muốn. Cuối cùng điện
áp đầu ra thu được thông qua chân 2 thông qua một bộ lọc LC. Sơ đồ mạch đầy đủ ở bên
dưới, có thể tìm thấy các mạch này trong module chuyển đổi DC LM2596:




Hình 1.5. Sơ đồ Module LM2596
Tính tốn điện áp đầu ra cho LM2596:
Như đã nói trước đó, điện áp đầu ra của LM2596-ADJ có thể được điều khiển bằng cách
sử dụng chân feedback. Sơ đồ mạch điện cho thấy chân feedback nhận điện áp phản hồi từ
một mạch phân áp được tạo thành với các điện trở R1 và R2. Giá trị của R1 và R2 này quyết
định điện áp đầu ra của IC. Cơng thức tính R1 và R2 được đưa ra dưới đây.
Vout = Vref (1.0 + R2 / R1).
Ở đây giá trị của Vref có thể được coi là 1,23V do đó cơng thức trở thành Vout = 1,23 *
(1+ (R2 / R1)), trong đó giá trị của R1 phải nằm trong khoảng từ 1k đến 5k. Cũng có thể sử
dụng một biến trở thay cho R1 để điều khiển điện áp đầu ra. Điều này làm cho IC dễ sử dụng
hơn trong các mạch cấp nguồn biến đổi.

2.3. Module LCD 1602 và module I2C LCD
 Màn hình text LCD1602 xanh lá sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 2 dòng
với mỗi dòng 16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu và dễ sử
dụng thích hợp cho những người mới học và làm dự án.

7


Đồ án mơn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

Hình 2.5. Module LCD1602



Thơng số kỹ thuật:

 Điện áp hoạt động là 5V
 Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm
 Chữ đen, nền xanh lá
 Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard.
 Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM để điều chỉnh độ sáng để sử dụng ít

điện năng hơn
 Có thế được điều khiển với 6 dây tín hiệu
 Có bộ ký tự được xây dựng hỗ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật
 Sơ đồ chân:
Số chân
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Ký hiệu chân
Vss
Vcc
V0
RS

RW
EN
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6

Mô tả
Cấp điện 0V
Cấp điện 5V
Chỉnh độ tương phản
Lựa chọn thanh ghi địa chỉ hay dữ liệu
Lựa chọn thanh ghi Đọc hay Viết
Cho phép xuất dữ liệu
Đường truyền dữ liệu 0
Đường truyền dữ liệu 1
Đường truyền dữ liệu 2
Đường truyền dữ liệu 3
Đường truyền dữ liệu 4
Đường truyền dữ liệu 5
Đường truyền dữ liệu 6
8


Đồ án môn học
14
15

16

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu
D7
A
K

Đường truyền dữ liệu 7
Chân dương đèn màn hình
Chân âm đèn màn hình

Trong 16 chân của LCD được chia ra làm 3 dạng tín hiệu như sau:


Các chân cấp nguồn: Chân số 1 là chân nối mass (0V), chân thứ 2 là Vdd nối với nguồn



+5V. Chân thứ 3 dùng để chỉnh contrast thường nối với biến trở.
Các chân điều khiển: Chân số 4 là chân RS dùng để điều khiển lựa chọn thanh ghi. Chân



R/W dùng để điều khiển quá trình đọc và ghi. Chân E là chân cho phép dạng xung chốt.
Các chân dữ liệu D7÷D0: Chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi dữ liệu

giữa thiết bị điều khiển và LCD.
Thơng thường thì chỉ sử dụng D4 – D7 để điều khiển LCD ở chế độ 4 bit.
 Module I2C LCD
 Ưu điểm:

 Tiết kiệm chân cho vi điều khiển
 Dễ dàng kết nối với LCD
 Thông số kỹ thuật:
 Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC
 Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780)
 Giao tiếp: I2C
 Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2)
 Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H)
 Trọng lượng: 5g
 Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt
 Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD

Hình 2.6. Module I2C LCD
9


Đồ án mơn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

LCD có q nhiều chân gây khó khăn trong q trình kết nối và chiếm dụng nhiều chân
của vi điều khiển. Module chuyển đổi I2C cho LCD sẽ giải quyết vấn đề này, thay vì sử dụng
tối thiểu 6 chân của vi điều khiển để kết nối với LCD (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì với
module chuyển đổi chúng ta chỉ cần sử dụng 2 chân (SCL, SDA) để kết nối. Module chuyển
đổi I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 1602, LCD 2004, … ), kết nối
với vi điều khiển thơng qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay.

2.4. Cảm biến lửa
Cảm biến phát hiện lửa (flame sensor) thường được sử dụng cho các ứng dụng phát
hiện lửa như: xe robot chữa cháy, cảm biến lửa,... Tầm phát hiện của cảm biến trong khoảng

80cm, góc quét là 60 độ, có thể phát hiện lửa tốt nhất là loại có bước sóng từ 760nm 1100nm.
Cảm biến phát hiện lửa (flame sensor) có hai ngõ ra tín hiệu là Digital và Analog rất dễ
dử dụng.


Thơng số kỹ thuật:
 Nguồn cấp: 3.3V - 5VDC
 Dịng tiêu thụ: 15mA
 Tín hiệu ra: Digital 3.3 - 5VDC tùy nguồn cấp hoặc Analog.
 Khoảng cách : 80 cm
 Góc qt : 60 độ
 Kích thước : 3.2 x 1.4 cm

Hình 2.7. Cảm biến lửa

10


Đồ án mơn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý cảm biến lửa

2.5. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11


DHT11 là một cảm biến kỹ thuật số giá rẻ để cảm nhận nhiệt độ và độ ẩm. Cảm biến này
có thể dễ dàng giao tiếp với bất kỳ bộ vi điều khiển vi nào như Arduino, Raspberry Pi, ...




để đo độ ẩm và nhiệt độ ngay lập tức.
DHT11 là một cảm biến độ ẩm tương đối. Để đo khơng khí xung quanh, cảm biến này sử



dụng một điện trở nhiệt và một cảm biến độ ẩm điện dung.
Cảm biến DHT11 bao gồm một phần tử cảm biến độ ẩm điện dung và một điện trở nhiệt
để cảm nhận nhiệt độ. Tụ điện cảm biến độ ẩm có hai điện cực với chất nền giữ ẩm làm
chất điện môi giữa chúng. Thay đổi giá trị điện dung xảy ra với sự thay đổi của các mức
độ ẩm. IC đo, xử lý các giá trị điện trở đã thay đổi này và chuyển chúng thành dạng kỹ



thuật số.
Để đo nhiệt độ, cảm biến này sử dụng một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt độ âm, làm giảm
giá trị điện trở của nó khi nhiệt độ tăng. Để có được giá trị điện trở lớn hơn ngay cả đối
với sự thay đổi nhỏ nhất của nhiệt độ, cảm biến này thường được làm bằng gốm bán dẫn



hoặc polymer.
Sơ đồ chân DHT11:
Số chân
1
2
3
4


Tên chân
Vcc
Data
NC
Ground

Mô tả
Nguồn 3.5V đến 5.5V
Đầu ra cả nhiệt độ và độ ẩm thông qua dữ liệu nối tiếp
Không sử dụng
Nối đất

11


Đồ án mơn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

Hình 2.9. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11





Thông số kỹ thuật:
 Điện áp hoạt động: 3V - 5V DC
 Dòng điện tiêu thụ: 2.5mA
 Phạm vi cảm biến độ ẩm: 20% - 90% RH, sai số ±5%RH
 Phạm vi cảm biến nhiệt độ: 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C

 Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz (1 giây 1 lần)
 Kích thước: 23 * 12 * 5 mm
Tính năng:
Cảm Biến Nhiệt Độ Và Độ Ẩm DHT11 là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chi phí

rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu duy
nhất). Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp bạn có được dữ liệu chính xác mà
khơng phải qua bất kỳ tính tốn nào. So với cảm biến đời mới hơn là DHT22 thì DHT11 cho
khoảng đo và độ chính xác kém hơn rất nhiều.
 Nơi sử dụng DHT11:
DHT11 là một cảm biến nhiệt độ và độ ẩm thường được sử dụng. Cảm biến đi kèm với
một NTC chuyên dụng để đo nhiệt độ và một bộ vi điều khiển 8 bit để xuất ra các giá trị
nhiệt độ và độ ẩm dưới dạng dữ liệu nối tiếp. Cảm biến cũng được hiệu chuẩn tại nhà máy
và do đó dễ dàng giao tiếp với các bộ vi điều khiển khác. Cảm biến có thể đo nhiệt độ từ 0
°C đến 50 ° C và độ ẩm từ 20% đến 90% với độ chính xác ± 1 ° C và ± 1%.

2.6. Cảm biến khí gas MQ2


Tính năng:
MQ-2 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
12


Đồ án môn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu


của SnO2 sẽ càng cao và được tương ứng chuyển đổi thành mức tín hiệu điện. 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.

Hình 2.10 Cảm biến khí gas MQ2
Thơng số kỹ thuật:
 Phạm vi phát hiện: 300 10000ppmm
 Đặc điểm của khí: 1000ppmm isobutan
 Độ nhạy sáng: R in air/Rin typical gas≥5
 Cảm kháng: 1KΩ to 20KΩ / 50ppm
 Thời gian đáp ứng: ≤10s
 Thời gian phục hồi: ≤ 30s
 Trở kháng khi nóng: 31Ω ± 3Ω
 Dịng tiêu thụ khi nóng: ≤ 180mA
 Điện áp khi nóng: 5.0V ± 0.2V
 Năng lượng khi nóng : ≤ 900mW
 Điện áp đo: ≤ 24V
 Nhiệt độ: -20 ℃ ~ 55 ℃
 Độ ẩm: ≤ 95% RH
 Hàm lượng oxy môi trường: 21%
 Nhiệt độ: -20 ℃ ~ 70 ℃
 Độ ẩm: ≤ 70% RH
 Các loại khí phát hiện của cảm biến MQ2:
 LPG ( Khí hóa lỏng)
 i-butane
 Propane
 Methane
 Alcohol



13


Đồ án mơn học




GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

Smoke
Khí gas
Khói

2.7. Module điều khiển động cơ L298N
Vì đồ án này chỉ là mơ hình nên em sử dụng Module điều khiển động cơ L298N để điều
khiển động cơ DC (thay máy bơm) và đèn.









Thơng số kỹ thuật:
Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H.

Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V
Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor)
Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
Dịng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA
Cơng suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)
Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃

Hình 2.10. Các chân giao tiếp của module L298N
 Các chân giao tiếp của L298N
 12V power, 5V power. Đây là 2 chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ, có thể cấp nguồn
9-12V ở 12V.
 Power GND chân này là GND của nguồn cấp cho Động cơ.
 2 Jump A enable và B enable
 Gồm có 4 chân Input. IN1, IN2, IN3, IN4

14


Đồ án môn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

 Output A: nối với động cơ A. bạn chú ý chân +, -. Nếu nối ngược thì động cơ sẽ chạy
ngược.

3. THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG

o
o
o


Yêu cầu thiết kế
Input: Tín hiệu từ cảm biến, nút nhấn
Output: LCD, loa, đèn, động cơ
Hệ thống hoạt động với hai chế độ tự động và chạy tay, có nút kích hoạt báo cháy

khẩn cấp.
o Mơi trường hoạt động trong nhà.
o Hệ thống phát hiện được các tác nhân cháy nổ như lửa, khói, gas, nhiệt độ. Tín hiệu
được cảnh báo dưới dạng chng và đèn.
 Phân tích thiết kế
o Quy trình hoạt động của hệ thống báo cháy là một quy trình khép kín. Khi có hiện
tượng về sự cháy (chẳng hạn như nhiệt độ gia tăng đột ngột, có sự xuất hiện của khói
hoặc các tia lửa) các thiết bị đầu vào (đầu báo, cơng tắc khẩn) nhận tín hiệu và truyền
thơng tin của sự cố về trung tâm báo cháy. Tại đây trung tâm sẽ xử lý thông tin nhận
được và truyền thông tin đến các thiết bị đầu ra (chng, cịi, đèn), các thiết bị này sẽ
phát tín hiệu âm thanh, ánh sáng để mọi người nhận biết khu vực đang xảy ra sự
cháy và xử lý kịp thời.
o Sơ đồ khối của hệ thống



Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống
Khối nguồn: cung cấp điện áp hoạt động cho các khối và linh kiện trong hệ thống
(adapter 12V, Module L298N)

15


Đồ án môn học


GVHD: Nguyễn Trung Hiếu



Khối cảm biến: cảm biến sự thay đổi bất thường của môi trường và truyền tín hiệu



đến khối điều khiển (cảm biến lửa, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11, ).
Khối điều khiển: xử lý và điều khiển khối cảm biến nhận tín hiệu và xuất tín hiệu



cho khối đầu ra khi có sự cố xảy ra.( Arduino Uno R3, nút nhấn)
Khối đầu ra: phát tín hiệu cảnh báo cho mọi người khi có sự cố xảy ra. (đèn, loa,

máy bơm)
Khối hiển thị: hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí gas (LCD)
o Sơ đồ khối phần cứng


Hình 3.2. Sơ đồ của hệ thống

16


Đồ án mơn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu


Hình 3.3. Mạch in của hệ thống

4. THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM


Hệ thống sử dụng phần mềm Arduino IDE để viết code chương trình và Proteus để vẽ
mạch in



Sơ đồ giải thuật

17


Đồ án mơn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

Hình 4.1. Sơ đồ giải thuật hệ thống


Giải thích: Hệ thống có 2 chế độ gồm tự động và chạy tay. Ở trạng thái tự động, hệ
thống sẽ nhận tín hiệu từ cảm biến, nếu vượt ngưỡng thì sẽ kích hoạt thơng báo qua
các thiết bị đầu ra (loa, đèn). Và ở trạng thái này có nút kích hoạt thơng báo khẩn cấp,
nút này chỉ hoạt động ở chế độ tự động. Ở trạng thái bằng tay, các thiết bị đầu ra (đèn,
máy bơm) sẽ được điều khiển băng nút nhấn riêng.

18



Đồ án môn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

5. KẾT QUẢ THỰC HIỆN

Hình 5.1. Hệ thống ở chế độ bình thường (chế độ tự động)
Khi ở chế độ bình thường hệ thống ở chế độ tự động. Ở chế độ này trung tâm báo cháy
luôn kiểm tra đến sự làm việc của các cảm biến, đồng thời các cảm biến cũng có tín hiệu hồi
đáp về trung tâm. Trong mạch ln có dịng điện chạy qua.

Hình 5.2. Hình ảnh khi cảm biến phát hiện lửa

19


Đồ án mơn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

Hình 5.3. Hình ảnh khi phát hiện khí gas

Hình 5.4 Hình ảnh khi nhấn nút khẩn cấp
Khi cháy xảy ra ở các khu vực bảo vệ, các yếu tố môi trường sự cháy thay đổi sẽ tác
động lên đầu cảm biến lửa. Khi các yếu tố này đạt tới ngưỡng làm việc thì các đầu cảm biến
lửa sẽ làm việc tạo ra tín hiệu truyền về trung tâm tại trung tâm báo cháy sẽ diễn ra các hoạt
động xử lý tín hiệu truyền về theo chương trình đã cài đặt để đưa ra tín hiệu thông báo khu
vực xảy ra cháy qua loa trung tâm và đèn. Đồng thời các thiết bị ngoại vi tương ứng sẽ kích

hoạt để phát tín hiệu báo động cháy và thực hiện các nhiệm vụ đã đề ra.
Khi ở chế độ chạy tay, các thiết bị ngoại vi có thể điều khiển bằng nút nhấn mà khơng
cần phụ thuộc vào cảm biến.

20


Đồ án môn học

GVHD: Nguyễn Trung Hiếu

6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1 Kết luận
Sau một khoảng thời gian thực hiện đồ án em đã được hoàn thành theo đúng thời gian
và đã thu được một số kết quả:



Nghiên cứu tổng quan về hệ thống báo cháy.
Nghiên cứu và sử dụng được Arduino trong việc viết chương trình điều khiển đáp




ứng đúng yêu cầu của đề tài.
Thiết kế điều khiển được hệ thống báo cháy
Hồn thiện mơ hình báo cháy với các cảm biến được sử dụng như: Cảm biến lửa,
cảm biến gas, cảm biến nhiệt độ. Nghiên cứu sử dụng chip Atmega 328 vào lập trình
điều khiển các thơng số cảm biến và tín hiệu.
Qua q trình thực hiện đồ án em đã vận dụng các kiến thức đã học vào q trình thiết


kế mơ hình, viết chương trình điều khiển, có thể áp dụng các kiến thức đã học trong q trình
thực hiện cơng việc sau này..

6.2 Hướng phát triển
Hướng phát triển của đồ án: từ những kết quả khả quan bước đầu, sản phẩm có thể
phát triển thêm theo hướng sau khi cảnh báo cháy nổ, sẽ phát triển hệ thống ngắt điện khẩn
cấp và hệ thống cứu hỏa tại chỗ, thông báo qua sms và internet.
Do chưa có kinh nghiệm, cũng như những hiểu biết cịn hạn chế nên mơ hình thực
hiện cịn đơn giản. Ngồi ra đây là mơ hình mơ phỏng nên mức độ chỉ là tương đối so với hệ
thống thực tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tổng quan LCD 16×2 và giao tiếp I2C LCD sử dụng Arduino. Truy cập ngày 24/5/2022,
từ />[2] Hướng dẫn sử dụng cảm biến khí GAS (MQ2) với Arduino. Truy cập ngày 24/5/2020, từ
/>[3] CẢM BIẾN LỬA - MỘT MÔ ĐUN CẢM BIẾN ĐƠN GIẢN VỚI ARDUNIO. Truy cập
ngày 24/5/2020, từ />[4] Đọc nhiệt độ - độ ẩm và xuất ra màn hình LCD. Truy cập ngày 24/5/2020, từ
/>
21


×