Sơ đồ Nguyên Lý - THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động Chức năng các khối:

Hệ thống cảm biến: là thiết bị đầu vào của hệ thống, nó quyết định sự chính xác của mạch, gồm các cảm biến nhiệt, khói, độ ẩm , khí gas để phát hiện sự cố.

Khối báo động tại chỗ: tạo tiếng còi để báo động.

Khối thu phát: dùng để xử các tín hiệu và điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống.

Khối giao tiếp qua ứng dụng: là bộ phận giao tiếp giữa mạch và ứng dụng trên điện thoại.

Khối nguồn: Adapter cấp nguồn 5v để cấp cho mạch hoạt động.

KHỐI CẢM BIẾN BÁO ĐỘNG TẠI CHỔ KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM CPU KHỐI TRUYỀN TÍN HIỆU BÁO QUA UD KHỐI THU PHÁT KHỐI NGUỒN +5v

3.3 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống báo cháy

3.3.1 Cảm biến

3.3.1.1 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 Giới thiệu

Hình 3.7: Cảm biến DHT11

- DHT11 có cấu tạo 4 chân như hình. Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn 1 dây. +Pin1: Vcc

+Pin2: Data

+Pin3: NC ( not conected ).Chân này không sử dụng +Pin4: GND Thông số kỹ thuật + Do độ ẩm: 20%-95% + Nhiệt độ: 0-50ºC + Sai số độ ẩm ±5% + Sai số nhiệt độ: ±2ºC

Sơ đồ kết nối vi xử lý:

Hình 3.8: Sơ đồ kết nối VXL

Nguyên lý hoạt động:

Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2 bước: + Gửi tin hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại.

+ Khi đã giao tiếp được với DHT11, Cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độ đo được.

Hình 3.9: Gửi tín hiệu start

MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong khoảng thời gian >18ms. Trong Code mình để 25ms. Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt độ và độ ẩm.MCU đưa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào.

Sau khoảng 20-40us, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp. Nếu >40us mà chân DATA ko được kéo xuống thấp nghĩa là ko giao tiếp được với DHT11. Chân DATA sẽ ở mức thấp 80us sau đó nó được DHT11 kéo nên cao trong 80us. Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể biết được có giao tiếp được với DHT11 ko. Nếu tín hiệu đo được DHT11 lên cao, khi đó hoàn thiện quá trình giao tiếp của MCU với DHT.

Bước 2: đọc giá trị trên DHT11

DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte. Trong đó: - Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%)

- Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%) - Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC) - Byte 4 : giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC) - Byte 5 : kiểm tra tổng.

ð Nếu Byte 5 = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) thì giá trị độ ẩm và nhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa.

Sau khi giao tiếp được với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40 bit 0 hoặc 1 về MCU, tương ứng chia thành 5 byte kết quả của Nhiệt độ và độ ẩm.

- Bit 0 :

Hình 3.10: Đọc dữ liệu bit 0

- Bit 1 :

Hình 3.11: Đọc dữ liệu bit 1

Sau khi tín hiệu được đưa về 0, ta đợi chân DATA của MCU được DHT11 kéo lên 1. Nếu chân DATA là 1 trong khoảng 26-28 us thì là 0, còn nếu tồn tại 70us là 1.

Do đó trong lập trình ta bắt sườn lên của chân DATA, sau đó delay 50us. Nếu giá trị đo được là 0 thì ta đọc được bit 0, nếu giá trị đo được là 1 thì giá trị đo được là 1.

3.3.1.2 Cảm biến phát hiện khí gas MQ-2 Giới thiệu:

MQ2 là cảm biến khí dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy. Nó được cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2. Chất này có độ nhạy cảm thấp với không khí sạch. Nhưng khi trong môi trường có chất ngây cháy, độ dẫn của nó thay đổi ngay. Chính nhờ đặc điểm này người ta thêm vào mạch đơn gian để biến đổi từ độ nhạy này sang điện áp. Khi môi trường sạch điện áp đầu ra của cảm biến thấp, giá trị điện áp đầu ra càng tăng khi nồng độ khí gây cháy xung quang MQ2 càng cao.

MQ2 hoạt động rất tốt trong môi trường khí hóa lỏng LPG, H2, và các chất khí gây cháy khác. Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng do mạch đơn giản và chi phí thấp.

Hình 3.13: Sơ đồ MQ-2

Hình 3.14: Sơ đồ chân MQ-2

- Trong đó: o Chân 1,3 là A

o Chân 2,5 là B o Chân 4,6 là C

Hình 3.15: Sơ đồ mắc MQ2

Trong mạch có 2 chân đầu ra là Aout và Dout. Trong đó:

Aout: điện áp ra tương tự. Nó chạy từ 0.3à4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quang MQ2.

Dout: điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà MQ2 đo được.

Việc có chân ra số Dout rất tiện cho ta mắc các ứng dụng đơn giản, không cần đến vi điều khiển. Khi đó ta chỉ cần chỉnh giá trị biến trở tới giá trị nồng độ ta muốn cảnh báo. Khi nồng độ MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép thì Dout = 1. Đèn Led tắt. Khi nồng độ khí đo được lớn hơn nồng khí cho phép, Dout =0, đèn led sáng.

báo khác.

Một điều khó khăn khi làm việc với MQ2 là chúng ta khó có thể quy từ điện áp Aout về giá trị nồng độ ppm. Rồi từ đó hiển thị và cảnh báo theo ppm. Do giá trị điện áp trả về từng loại khí khác nhau, lại bị ảnh hưởng nhiệt độ, độ ẩm nữa. Trong thiết bị của mình, để xác định điểm cảnh báo mình làm khá thủ công. Đầu tiên đo trạng thái không khí sạch, giá trị thu được Vout1o Cho khí ga từ bật lửa rò rỉ ra. Ta thấy giá trị Aout tăng lên. Khi đạt khoảng cách khí ga từ bật lửa hợp lý rồi tương ứng với nồng độ khí bắt đầu nguy hiểm, ta ghi lại giá trị Vout2. Ta chọn giá trị Vout2 là giá trị ngưỡng cảnh báo. Nếu giá trị đo được lớn hơn ta sẽ cảnh báo

3.3.1.3 Cảm biến phát hiện lửa ( flame sensor) Giới thiệu

Cảm biến có khả năng thích nghi với môi trường, có một cặp truyền và nhận tia hồng ngoại.Tia hồng ngoại phát ra một tần số nhất định, khi phát hiện hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi so sánh, đèn màu xanh sẽ sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu ra (một tín hiệu bậc thấp).

Khoảng cách làm việc hiệu quả 2 ~ 5cm, điện áp làm việc là 3.3 V đến 5V. Độ nhạy sáng của cảm biến được điều chỉnh bằng chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng,....

Có thể được sử dụng rộng rãi trong robot tránh chướng ngại vật, xe tránh chướng ngại vật và dò đường....

Hình 3.16: Cảm biến phát hiện lửa Nguyên lý hoạt động

Khi modunle hoạt động các chân tín hiệu sẽ báo tín hiệu về thiết bị điều khiển. Lúc đó tín hiệu chân Dout.Tín hiệu mức cao là không có lửa.Tín hiệu thấp là có

lửa.Aout cho ra tín hiệu tương tự

Các cảm biến ngọn lửa được thiết kế để chỉ phát hiện đám cháy, nhưng nó không phải là chống cháy. Khi sử dụng nó, hãy giữ một khoảng cách an toàn tránh hư hỏng

Thông số kĩ thuật

Bộ so sánh sử dụng LM393, làm việc ổn định Điện áp làm việc: 3.3V - 5V DC.

Khi bật nguồn, đèn báo nguồn màu đỏ sáng. Lỗ vít 3 mm, dễ dàng cố định, lắp đặt. Kích thước: 3.2cm * 1.4cm

chế độ thông thường, xin vui lòng không tự ý điều chỉnh chiết áp

Cổng giao tiếp

VCC: điện áp chuyển đổi từ 3.3V đến 5V (có thể được kết nối trực tiếp đến vi điều khiển 5V và 3.3V)

GND: GND ngoài

OUT: đầu ra kỹ thuật số (0 và 1)

3.3.2 Arduino NANO

Giới thiệu

Điều đầu tiên tớ muốn chia sẻ với các bạn khi tiếp xúc với Arduino Nano, đó là sự tiện dụng, đơn giản, có thể lập trình trực tiếp bằng máy tính và đặc biệt hơn cả đó là kích thước của nó. Kích thước của Arduino Nano cực kì nhỏ chỉ tương đương đồng 2 nghìn gấp lại 2 lần thôi (1.85cm x 4.3cm), rất thích hợp cho các newbie, vì giá rẻ hơn Arduino Uno nhưng dùng được tất cả các thư việt của mạch này. Hôm nay, tớ viết bài này nhằm mục đích giới thiệu về mạch Arduino Nano và các thông số kĩ thuật, cùng với đó là những gợi ý ứng dụng khi bắt đầu với mạch này.

Hình 3.17: Arduino NANO Thông số kỹ thuật

Bảng 3.1: Thông số kĩ thuật của Arduino NANO

Vi điều khiển ATmega328 (họ 8bit)

Điện áp hoạt động 5V – DC

Tần số hoạt động 16 MHz

Dòng tiêu thụ 30mA

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog 8 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 40 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 2KB dùng bởi bootloader

SRAM 2 KB (ATmega328)

EEPROM 1 KB (ATmega328)

Kích thước 1.85cm x 4.3cm

Các thông số kĩ thuật của Arduino Nano hầu như giống hoàn Arduino UNO R3, vì vậy các thư viện trên Arduino Uno đều hoạt động tốt trên Arduino Uno. Tuy nhiên, ở Nano có một lợi thế cực kì quan trọng, nhờ đó Arduino Nano đã được ứng dụng rất nhiều trong các dự án DIY, đó chính là kích hước của nó. Đồng thời Nano còn số lượng chân Analog nhiều hơn Uno (2 chân A6, A7 chỉ dùng để đọc) cùng với dùng ra tối đa của mỗi chân IO lên đến 40mA. Nhưng, có một điểm trừ nhẹ cho Nano, đó là mạch này Nano cần đến 2KB bộ nhớ cho bootloader

Giới thiệu

ESP8266 là một chip tích hợp cao - System on Chip (SoC), có khả năng xử lý và lưu trữ tốt, cung cấp khả năng vượt trội để trang bị thêm tính năng wifi cho các hệ thống khác hoặc đóng vai trò như một giải pháp độc lập.

Module wifi ESP8266 v1 cung cấp khả năng kết nối mạng wifi đầy đủ và khép kín, bạn có thể sử dụng nó để tạo một web server đơn giản hoặc sử dụng như một access point.

Hình 3.18: ESP8266 V1 Đối tượng hướng đến

Bạn đọc bài viết này để tiếp cận trọn vẹn bắt buộc phải có các khối kiến thức vững về: Lập trình C/C++. Kiến trúc phần mềm. Lập trình Arduino. Lập trình web front-end. Mạng máy tính, giao thức HTTP. Thao tác với tập lệnh AT.

Thông số kỹ thuật

Wifi 802.11 b/g/n

Wifi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2 Chuẩn điện áp hoạt động 3.3V

Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến 115200

Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access Point Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK, WPA_WPA2_PSK

Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP

Tích hợp công suất thấp 32-bit CPU có thể được sử dụng như là bộ vi xử lý ứng dụng SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART

Hình 3.19: Sơ đồ chân và chức năng

URXD(RX) — dùng để nhận tín hiệu trong giao tiếp UART với vi điều khiển VCC — đầu vào 3.3V

GPIO 0 — kéo xuống thấp cho chế độ upload bootloader

RST — chân reset cứng của module, kéo xuống mass để reset

GPIO 2 — thường được dùng như một cổng TX trong giao tiếp UART để debug lỗi

CH_PD — kích hoạt chip, sử dụng cho Flash Boot và updating lại module, nối với mức cao

GND — nối với mass

UTXD (TX) — dùng để truyền tín hiệu trong giao tiếp UART với vi điều khiển

Sơ đồ lắp đặt mạch Arduino giao tiếp với ESP8266 điều khiển bật tắt LED thông qua wifi

Ở đây em sử dụng trực tiếp LED nối với chân D13 được tích hợp sẵn trên board Arduino

Trình duyệt web Mozilla Firefox 48.0.1 Window 10 Pro

Arduino IDE 1.6.4

Module wifi ESP 8266 v1 Board Arduino NANO

Đối với các môi trường khác bạn vui lòng tự điều chỉnh cho phù hợp.

Những điểm cần lưu ý khi nạp code cho Arduino NANO để giao tiếp với ESP8266

Arduino Nano nạp code bằng bootloader sử dụng USB UART. Arduino Uno gửi lệnh điều khiển (tập lệnh AT) cho ESP8266 cũng bằng giao tiếp UART. Tuy nhiên board Arduino chỉ có 1 chân RX và 1 chân TX cho phép thực hiện giao tiếp UART. Điều đó dẫn đến 2 sự lựa chọn:

Sử dụng chân RX và TX có sẵn trên Arduino để nạp code sau khi nạp code xong thì mới kết nối 2 chân đó với ESP8266. Với phương pháp này bạn phải thêm một khoảng thời gian delay ở hàm setup() để đảm bảo là sau khi kết nối ESP8266 với Arduino, thì ESP8266 vẫn nhận được đầy đủ các tập lệnh AT từ Arduino. Tuy nhiên, bạn không thể debug qua cổng Serial do cổng này đang đóng vai trò kết nối với ESP8266.

Sử dụng SoftwareSerial để giả lập thêm 1 cổng Serial nữa để gửi tập lệnh AT cho ESP8266. Thư viện SoftwareSerial đã được trang bị sẵn trong Arduino IDE nên bạn không cần phải tải thêm. Với cách này thì bạn có thể debug thông qua Serial tuy nhiên code sẽ phức tạp hơn.

3.3.4 Mạch giảm áp DC LM2596 3A

Hình 3.21: Mạch giảm áp DC LM2596 3A Giới thiệu

Module có 2 đầu vào IN, OUT, 1 biến trở để chỉnh áp đầu ra. Khi cấp điện cho đầu vào (IN) thì người dùng vặn biến trở và dùng VOM để đo mức áp ở đầu ra (OUT) để đạt mức điện áp mà mình mong muốn. Điện áp đầu vào từ 4-35V, điện áp ra từ 1,25-30V, dòng Max 3A, có thể cấp nguồn sử dụng tốt cho raspberry và module sim...

Chú ý: Cẩn thận cấp ngược chân + - IN. Thông số kĩ thuật

Dòng ra: 3A (MAX)

Kích cỡ: 53 (mm) x26 (mm)

Input: 'IN+' đầu vào dương, 'IN-' đầu vào âm Output: 'OUT+' đầu ra dương, 'OUT-' đầu ra âm

3.3.5 Nguồn Adapter DC 5V-1A ,12V-2A

Giới thiệu

Nguồn Adapter DC 12V 2A ,5V-1A được sử dụng để cấp nguồn cho thiết bị sử dụng điện áp 12V ,5A DC , nguồn có thiết kế nhỏ gọn và dòng đầu ra ổn định đến 2A ,1A

Thông số kĩ thuật

Điện áp ngõ vào :100- 240VAC Điện thế ngõ ra : 12V, 5V Dòng tối đa ngõ ra: 1A, 2A Kiểu nguồn : nguồn xung

Kiểu giắc ngõ ra : Chuẩn giắc dc tròn đường kính 5.5mm-đường kính trong phù hợp với lỗ kim từ 2.1mm-2.5mm

Chuẩn giắc dc tròn đường kính 4mm-đường kính trong phù hợp với lỗ kim từ 1.7mm

Hình 3.22:Nguồn Adapter DC 12V 2A

3.3.6 Mạch chuyển USB UART PL2303

Giới thiệu

Module chuyển từ USB ra UART dùng PL2303 ( PL2303 USB to UART Converter)

Sử dụng chip PL2303HX chuyển đổi USB - UART dễ dàng kết nối với máy tính.

Module dễ dàng cho việc nghiên cứu các module khác bằng cách gửi lệnh trực tiếp từ máy tính và phân tích dữ liệu nhận được lên màn hình máy tính mà không cần thông qua chương trình của vi điều khiển

Thông số kỹ thuật

Điện áp 5V cấp trực tiếp từ cổng USB. Ngõ ra dạng UART gồm 2 chân TX, RX.

Với 3 led trên board: led báo nguồn, led RX, led TX. Kích thước: 15 x 31 mm

Hình 3.23: Mạch chuyển USB UART PL2303

3.3.7 Còi báo động

Giới thiệu

Còi báo động 3-24V được thiết kế phù hợp với các hệ thống báo động nhanh chóng tức thời . Chúng cung cấp giải pháp báo động để mọi người xung quanh dễ dàng phát hiện ra đám cháy hay nguy cơ cháy nổ

Hình 3.24: Còi báo HYD3015 3-24VDC Thông số kỹ thuật

Điện áp hoạt động 5-24V

Dòng điện tiêu thụ 30mA 12V, 40mA 24V Biên độ âm thanh lên đến 100Db

Kích thước 27*15mm Khối lượng 10g 3.4 Sơ đồ mạch điện Hình 3.25.Sơ đồ mạch điện 1. Arduino NANO 2. Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm: DHT11 3. Cảm biến khói – khí gas: MQ-2

4. Mạch giảm áp: Tạo điện áp 3.3V dung làm nguồn nuôi ESP8266 5. Còi báo động

7. ESP8266 V1

8. Nút Reset ESP8266

9. Nút bật chế độ nạp code cho ESP8266 10. Nguồn vào 5V

11. Nguồn rời cho Arduino