TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN
HỌC PHẦN KỸ THUẬT ĐO
Đề tài: Hệ thống giám sát và báo động khí gas.
GVHD: TS. Lê Xn Hồng
Nhóm thực hiện: Nhóm 1 (TD19)

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 4, năm 2021


Sinh viên thực hiện
Ngơ Quốc Trưởng

1951050105

Nguyễn Đăng Khoa

1951050069

Lê Đình Trọng

1951050038

Đặng Minh Nhân

1951050077

Hồ Nhật Khang

1951050066

Nguyễn Đăng Khơi

1951050071

Phan Đình Hồi

1951050060
1


Mục lục
CẢM BIẾN KHÍ GAS
1. Khái quát về cảm biến khí gas.…………………………………………..5
2. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của cám biến khí gas MQ-5..……..7
3. Ứng dụng chung của cảm biến khí….................................................12

HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ BÁO ĐỘNG KHÍ GAS
1. Ý tưởng, yêu cầu xây dựng sản phẩm…………………………………14
2. Khái quát chung về hệ thống…………………………………………….17
3. Hệ thống giám sát và báo động khí gas………………………………..18
3.1. Giới thiệu một số linh kiện chính của sản phẩm……………………...19
3.2. Nguyên lí hoạt động……………………………………………………...33
3.3. Lưu đồ thuật tốn………………………………………………………...35
3.4. Code Aruduino……………………………………………………………36
3.5. Mơ phỏng sơ đồ nối dây…………………………………………………41
3.6. Điều kiện hoạt động ổn định…………………………………………….42
3.7. Ưu điểm và hạn chế……………………………………………………..43

3.8. Q trình thi cơng………………………………………………………..44
4. Kết luận và hướng phát triển…………………………………………….45
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………...46

2


4


1. Khái qt về cảm biến khí gas
• Cảm biến khí gas là một trong những cảm biến quan trọng
được sử dụng trong mơi trường Gas. Bình gas bị xì, van gas
bị hỏng, ống gas bị thủng do điều kiện tự nhiên hoặc do tác
động của chuột cắn đứt … đều là những nguyên nhân gây ra
cháy nổ. Cảm biến khí gas khơng chỉ phát hiện sự rị rỉ
của gas mà cịn đo được mật độ rị rỉ của khí gas nhiều hay
ít. Thơng qua đó chúng ta có các biện pháp cảnh báo và ngăn
chặn sự rị rỉ khí gas kịp thời.

Một số loại linh kiện cảm biến khí gas họ MQ

5


1. Khái quát về cảm biến khí gas

Một số loại module cảm biến khí gas thơng dụng
6



2. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của MQ-5
Cấu tạo
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)
- Ống gốm (Tubular ceramic)
- Điện cực (Electrode)

Các bộ phận chính của cảm biến khí MQ5

7


2. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của MQ-5
Nguyên lí hoạt động
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 chất bán dẫn
loại N có các e tự do. Thơng
thường khơng khí sẽ chứa nhiều
oxy hơn các khí dễ cháy. Các
phần tử oxy thu hút các e tự do
có trong SnO2 và đẩy chúng lên
bề mặt của SnO2. Vì khơng có e
tự do nên dịng điện đầu ra sẽ
bằng khơng.

-

Cảm biến đặt trong mơi trường
bình thường

8


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

Cảm biến đặt trong mơi
trường có khí Gas

- Khi đặt cảm biến trong mơi
trường khí độc hoặc dễ cháy, khí
khử này phản ứng với các phần
tử oxy bị hấp phụ và phá vỡ liên
kết hóa học giữa oxy và các điện
tử tự do, do đó giải phóng các
e tự do. Khi các e tự do quay trở
lại vị trí ban đầu, chúng có thể
dẫn dịng điện, sự dẫn điện này
sẽ tỷ lệ thuận với số lượng điện
tử tự do có trong SnO2, nếu khí
có độc tính cao thì sẽ có nhiều e
tự do hơn.
9



2. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của MQ-5
Sơ đồ chân và sơ đồ mạch
Vcc - Nguồn (+)
GND - Nguồn (-)
D0 (Đầu ra kỹ thuật số) Chân này cung cấp đầu ra
ở mức logic cao hoặc logic
thấp (0 hoặc 1).
A0 (Đầu ra tương tự) 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 module cảm biến và sơ
đồ chân cảm biến khí gas MQ-5

10


2. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của MQ-5
Sơ đồ chân và mạch nguyên lí

Mạch nguyên lí của cảm biến khí Gas MQ-5

11


3. Ứng dụng chung của cảm biến khí
Ứng dụng
• 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 khơng khí tại các văn
phịng.
• Được sử dụng trong máy điều hịa khơng khí để theo dõi mức
CO2.
• 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.
12


13


1. Ý tưởng, yêu cầu khi xây dựng sản phẩm
Ngày nay việc xử dụng khí gas cho các hoạt động sản
xuất và sinh hoạt đã trở nên phổ biến nhưng bên cạnh
đó cũng khơng thể tránh khỏi những rủi ro khơng mong
muốn đặc biệt là rị rỉ khí gas

Sử dụng khí gas trong cơng nghiệp

Sử dụng gas để nấu ăn
14



1. Ý tưởng, yêu cầu khi xây dựng sản phẩm
Rò rỉ khí gas có thể gây nhiều hậu quả nghiêm trọng
về cả con người lẫn tài sản. Vì đặc tính dễ cháy khi
gặp oxy nên khí gas sẽ cháy khi gặp nhiệt độ cao
thích hợp

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

15


1. Ý tưởng, yêu cầu khi xây dựng sản phẩm
Chính vì tồn tại những rủi ro hết sức nguy hiểm đó
nên nhóm chúng em đã chọn và nghiên cứu một
giải pháp để phịng tránh đó là “Hệ thống giám sát
và báo động khí gas”

Hệ thống giám sát và báo động khí gas

16


2. 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
khơng khí.
Hiển thị giá trị thu thập được trên LCD
Nếu phát hiện nồng độ khí gas trong khơng khí tăng
lên, có rị rỉ khí gas nguy hiểm sẽ báo động thơng qua
cịi báo động và gọi về điện thoại.


17


3. Hệ thống giám sát và báo động khí gas
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
Sim800L
• Thiết bị điều khiển trung tâm: Arduino Uno R3
• Thiết bị giám sát: Điện thoại (có khả năng nghe gọi được)
• Nguồn cấp: 12VDC
• Bộ chuyển đổi: LM2596
• Module relay 5V (kích mức thấp)

18


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 dùng để đọc hoặc
xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V
với dịng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 30mA.
• Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) để đọc giá
trị điện áp trong khoảng 0V → 5V.
14 chân Digital

6 chân Anolog
Arduino UNO R3


19


3. Hệ thống giám sát và báo động khí gas
Thơng số kỹ thuật Arduino Uno R3
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

ATmega328 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)

20


3. Hệ thống giám sát và báo động khí gas
3.1.2. LCD 16x2
ã Mn hỡnh LCD 16ì2 l mt linh kin được sử dụng
rộng rãi trong trong các dự án điện t v lp trỡnh.
ã LCD 16ì2 c s dng hiển thị trạng thái hoặc
các thơng số.

Màn hình LCD 16×2

21


3. Hệ thống giám sát và báo động khí gas
Thơng s k thut LCD 16ì2
ã LCD 16ì2 cú 16 chõn trong đó 8 chân dữ liệu (D0 –
D7) và 3 chân điều khiển (RS, RW, EN).
• 5 chân cịn lại dùng để cấp nguồn và đèn nền cho
LCD 16×2.


Màn hình LCD 16×2
22


3. Hệ thống giám sát và báo động khí gas
3.1.3. Module I2C
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

23


3. Hệ thống giám sát và báo động khí gas
3.1.3 Module I2C
Ưu điểm

• Tiết kiệm chân cho
vi điều khiển.
• Dễ dàng kết nối với
LCD.

Module I2C


Thơng số kĩ 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).
• Tích hợp biến trở xoay điều
chỉnh độ tương phản cho LCD.
24


3. Hệ thống giám sát và báo động khí gas
3.1.4 Module cảm biến khí MQ-5
Thơng số kỹ thuật
• Nguồn cấp: 5V
• Tín hiệu ra: Analog, Digital
• Độ nhạy cao với LPG, khí thiên nhiên,
gas
• Độ nhạy thấp với hơi cồn, khói thuốc lá
• Đáp ứng nhanh
• Cảm biến hoạt động ổn định và bền
• Sử dụng đơn giản
• Kích thước: 40mm x 20mm

Module MQ-5


25