NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH BÁO CHÁY VÀ DẬP LỬA SỬ DỤNG CẢM BIẾN KHÍ CO MQ-7

ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH BÁO CHÁY VÀ DẬP LỬA SỬ DỤNG CẢM BIẾN KHÍ CO MQ-7 BẢN MỀM DÀNH CHO SINH VIÊN BẢN MỀM ĐẦY ĐỦ THỰC HIỆN BỎI SINH VIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Hiến

Sinh viên: Lương Huy Hoàng - 12220079Sinh viên :

Lớp:

Hưng Yên, năm 2023

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại hiện nay, khoa học kỹ thuật phát triển từng ngày Song hànhvới các thành tựu về khoa học công nghệ thì việc ứng dụng các thành tựu ấy vàocuộc sống là điều rất cần thiết Đặc biệt là sự phát triển của ngành kỹ thuật điện tử,đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với độ chính xác cao, gọn nhẹ và việc ứng dụngchúng ngày càng được mở rộng Ngành tự động hóa ngày càng trở nên phát triểnmọi thiết bị trong cuộc sống thường ngày có thể được điều khiển một cách tự động,giúp ích cho người dân rất nhiều.Vậy nên việc tạo ra những hệ thống thiết bị hiệnđại đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng trở nên rất cần thiết.

Xuất phát từ lý do trên và những kiến thức chúng em có được trong quá trình

học tập và nghiên cứu, đặc biệt là được sự hướng dẫn của thầy …… đã giao chochúng em nghiên cứu đề tài: “Thiết kế mạch báo cháy và dập lửa sử dụng cảm

biến khí CO MQ-7” Chúng em nghĩ rằng đây là cơ hội cho chúng em học tập

nghiên cứu để trinh phục đỉnh cao của khoa học và công nghệ.

Do hạn chế về sự hiểu biết và thời gian, nên trong quá trình tìm hiểu, nghiêncứu và thuyết minh đề tài không tránh khỏi sai sót Chúng em rất mong nhận đượcnhững ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn bè để đồ án của chúng em

LỜI CẢM ƠN

Khi bắt đầu chọn một đề tài để làm một bài báo cáo đồ án môn học hoànchỉnh đúng với yêu cầu của giáo viên bộ môn, cũng như đúng với yêu cầu về khuônmẫu chuẩn của một bài báo cáo đồ án môn học, em đã có một sự chuẩn bị rất chuđáo

Để có được một bài thuyết minh không chỉ chuẩn, đẹp, đúng khuôn mẫu mànội dung của bài thuyết minh đồ án cũng như đề tài phải phù hợp, thực tế, rõ ràng,đáng tin cậy Do đó em cần phải tham khảo nhiều nguồn tài liệu để hỗ trợ cho côngviệc thực hiện đồ án của em Vì thế em chân thành cảm ơn các tác giả của nhữngtrang web điện tử và các tác giả kỹ sư đã cung cấp cho em những nguồn tài liệuquan trọng để em hoàn thành bài báo cáo đồ án này.

Khi đã có được khuôn mẫu của bài báo cáo đồ án và đã chọn được cho mìnhmột đề tài phù hợp em đã cố gắng hoàn thành bài đồ án này Nhưng không tránhkhỏi những thiếu sót trong in ấn cũng như chọn mua linh kiện trên thị trường đã làmcho em gặp không ít những khó khăn trong quá trình thực hiện đồ án và tạo ra sảnphẩm Mong thầy cô và các bạn thông cảm, thứ lỗi cho những gì còn chưa vừa ý

Trong quá trình thực hiện đề tài em xin chân thành cảm ơn thầy giáo:Nguyễn Văn Hiến đã tận tình hướng dẫn giúp em hoàn thành đề tài này Do khảnăng kiến thức bản thân còn hạn chế đề tài chắc chắn sẽ không tránh khỏi nhữngthiếu sót Vì vậy chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý củathầy cô giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn Chân thành cảm ơn sựquan tâm và tham khảo của thầy cô và các bạn.

2 Mục tiêu

Mục tiêu của đồ án là :

+ Phân tích về ảnh hưởng của hoả hoạn gây thiệt hại người và của của mọingười

+ Thiết kế, chế tạo một mạch báo cháy tự động khi xảy ra sự cố hoả hoạn

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Các loại cảm biến cháy, các linh kiện được sử dụngtrong mạch

Không gian: Tại trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

Thời gian: sáu tuần để nghiên cứu, thiết kế và lắp ráp mạch điện báo cháy tựđộng

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: phát triển công nghệ cảnh báo cháy, ứng dụng khoa họctrong an toàn cháy nổ

Ý nghĩa thực tiễn: chế tạo các mạch điện báo cháy khi sảy ra hoả hoạn

5 Phương pháp nghiên cứu

Lý thuyết: dựa trên các kiến thức kế thừa, các linh kiện, phương pháp Thực nghiệm: lựa chọn linh kiện, lắp ráp và thử nghiệm.

6 Sản phẩm dự kiến đạt được

Quyển thuyết minh trình bày các nội dung của đề tài.

Một mạch điện báo cháy và dập lửa sử dụng cảm biến khí CO MQ-7.

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ BÁO CHÁY VÀ DẬP LỬA

1.1 Giới thiệu

1.1.1 Tổng quan về thiết bị báo cháy và dập lửa

Trong công tác phòng cháy chữa cháy (PCCC), việc phát hiện và cảnh báokịp thời đám cháy đang bùng phát là một khía cạnh quan trọng Điều này được thựchiện thông qua hệ thống phát hiện cháy và báo động, đóng vai trò quan trọng trongviệc bảo vệ cư dân trong tòa nhà và hỗ trợ tổ chức cứu hỏa.

Vì vậy thiết bị cảnh báo cháy và dập lửa đóng vai trò quan trọng trong việcgiúp con người tránh khỏi những thiệt hại nghiêm trọng do hỏa hoạn gây ra.

1.1.2 Ứng dụng của thiết bị báo cháy và dập lửa

Thiết bị báo cháy và dập lửa có nhiều ứng dụng quan trọng trong bảo vệ antoàn cháy nổ Nhà ở và chung cư: Thiết bị báo cháy và dập lửa được sử dụng để bảovệ các căn nhà và chung cư khỏi nguy cơ cháy nổ Các cảm biến cháy được lắp đặttrong các phòng ngủ, phòng khách và khu vực nguy hiểm khác để phát hiện sự cómặt của lửa hoặc khói Trung tâm báo cháy sẽ kích hoạt cảnh báo và thiết bị dập lửanhư các hệ thống chữa cháy tự động để giúp dập tắt cơn cháy và cảnh báo cho cưdân.Công ty và văn phòng thiết bị báo cháy và dập lửa đóng vai trò quan trọng đểbảo vệ các cơ sở kinh doanh, công ty và văn phòng trước nguy cơ cháy nổ Hệthống cảnh báo cháy liên kết với cơ sở báo cháy công cộng và hệ thống thông báođể cảnh báo kịp thời cho nhân viên và khách.Nhà máy và nhà xưởng các cảm biếncháy và hệ thống báo cháy được sử dụng để giám sát và bảo vệ các nhà máy và nhàxưởng khỏi sự cháy nổ Các thiết bị dập lửa như hệ thống phun nước tự động và hệthống chữa cháy chống tia lửa được cài đặt để xử lý cơn cháy nhanh chóng và ngănngừa sự lan rộng của lửa.Khách sạn, nhà hàng và khu nghỉ dưỡng thiết bị báo cháyvà dập lửa đóng vai trò quan trọng trong bảo vệ khách và tài sản trong ngành kháchsạn và du lịch Cảm biến cháy được lắp đặt trong các phòng, nhà hàng và các khuvực công cộng để phát hiện sự cháy và kích hoạt cảnh báo cũng như hệ thống chữacháy tự động.Các công trình công cộng các công trình công cộng như bệnh viện,

trường học, sân bay và trung tâm thương mại cũng sử dụng thiết bị báo cháy và dậplửa để bảo vệ tính mạng và an toàn của những người dùng dịch vụ công cộng Cáchệ thống cảnh báo cháy và hệ thống chữa cháy khẩn cấp được lắp đặt để đảm bảophát hiện và giải quyết sự cháy nổ kịp thời.

1.2 Một số thiết bị cảnh báo cháy

1.2.1 Đèn chớp báo cháy

Đèn chớp báo cháy, hay còn gọi là đèn báo cháy, là một thiết bị quan trọngtrong hệ thống báo cháy Chúng được sử dụng để cung cấp một tín hiệu hình ảnhđáng chú ý và rõ ràng cho người dùng khi xảy ra sự cố cháy

Hình 1.1 Đèn chớp báo cháy

Đèn chớp báo đơn là loại đèn chớp đơn giản nhất Nó có thể phát sáng vớimột màu sắc duy nhất như đỏ hoặc vàng để thu hút sự chú ý Đèn chớp báo đơnthường được lắp đặt trong các khu vực công cộng như cầu thang, hành lang hoặccác khu vực yêu cầu sự chú ý đặc biệt khi có cảnh báo cháy.

Sự hiện diện của đèn chớp báo cháy không chỉ hỗ trợ cảnh báo âm thanh màcòn cung cấp tín hiệu hình ảnh mạnh mẽ, giúp cảnh báo sự cháy và kích thích khẩncấp và phản xạ sơ tán Việc lựa chọn loại đèn chớp báo cháy phù hợp phụ thuộc vàoyêu cầu cụ thể của từng hệ thống báo cháy và môi trường sử dụng.

1.2.2 Chuông báo cháy

Chuông báo cháy là một thiết bị quan trọng trong hệ thống báo cháy, được sửdụng để phát ra âm thanh cảnh báo khi xảy ra sự cố cháy Chúng có vai trò quantrọng trong việc thu hút sự chú ý của nhân viên và người dùng, báo hiệu rõ ràng về

nguy cơ cháy và kích thích hành động sơ tán Dưới đây là một số loại chuông báocháy phổ biến:

Chuông báo cháy điện: Đây là một loại chuông báo cháy đơn giản, tiêuchuẩn và phổ biến Nó hoạt động bằng cách tạo ra âm thanh cảnh báo trong trườnghợp cháy Chuông báo cháy điện có thể được lắp đặt nhiều trong các khu vực quantrọng như phòng ngủ, phòng khách, hành lang và sảnh.

Chuông báo cháy không dây: Đây là một loại chuông báo cháy không cầndây, dễ dàng trong việc lắp đặt và di chuyển Chuông báo cháy không dây khôngyêu cầu việc kéo dây điện giữa các thiết bị, giúp tiết kiệm thời gian và công sức khicài đặt.

Hình 1.2 Chuông báo cháy

1.2.3 Các loại đầu dò

Đầu dò khói quang là một thiết bị sử dụng trong hệ thống báo cháy để pháthiện sự có mặt của khói Nó được thiết kế để sử dụng công nghệ quang học để pháthiện khói trong không khí Đầu dò khói quang bao gồm hai phần chính: bộ phát tiavà bộ thu tia Bộ phát tia phát ra một tia sáng nhỏ và đi qua không khí trong khônggian cần giám sát Nếu có khói trong không khí, tia sáng sẽ bị phân tán hoặc hấpthụ, và một phần sáng sẽ được phản xạ trở lại.

Hình 1.3 Đầu dò khói quang

Tiếp theo, bộ thu tia nhận tín hiệu phản xạ và phân tích nó để xác định có sựcó mặt của khói hay không Nếu bộ thu tia nhận được đủ tín hiệu phản xạ, nó sẽkích hoạt hệ thống báo cháy để cảnh báo cho người trong khu vực nguy hiểm Đầudò khói quang thường được sử dụng trong các tòa nhà, căn hộ, nhà máy và các khucông nghiệp để phát hiện và ngăn chặn sự bùng phát của đám cháy Nó được coi làmột phần quan trọng trong hệ thống báo cháy để bảo vệ tính mạng và tài sản củacon người.

Đầu tiên thiết bị đầu vào sẽ nhận biết dấu hiệu cháy là khí carbon, khói, lửa,nhiệt sau đó được đưa về bộ sử lý trung tâm Nếu các dấu hiệu trên đủ để dẫn tớiđám cháy thì bộ điều khiển trung tâ sẽ truyền tín hiệu tới thiết bị đầu ra Các thiết bịđầu ra như còi hú, đèn, … và cuối cùng sẽ kích hoạt hệ thống chữa cháy tự động.

Chương 2

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN LINH KIỆN VÀ XÂY DỰNG SƠĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP, THẤP ÁP

2.1 Yêu cầu của đề tài

Nghiên cứu thiết kế mạch báo cháy và dập lửa sử dụng cảm biến khí COMQ-7

2.2 Sơ đồ khối

Căn cứ vào phân tích ở chương 1 và yêu cầu của đề tài, lựa chọn sơ đồ khốinhư hình 2.1 dưới đây

Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch cảnh báo cháy và dập lửa

Khối cảm biến có nhiệm vụ thu thập dữ liệu đầu vào từ dạng không điệnsang dạng điện sau đó xử lí tín hiệu và đưa ra khối điều khiển Khối điều khiển điềukhiển cách thiết bị chấp hành như còi hú, hệ thống dập lửa, khối nguồn cung cấpnguồn cho cả thiết bị.

2.3 Tính toán thiết kế và lựa chọn linh kiện cho mạch báo cháy và dậplửa

2.3.1 Nguyên tắc phát hiện đám cháy

Cảm biến được hoạt động dựa vào sự thay đổi điện trở của chất bán dẫn Khicó cháy sảy ra thì những phần tử được tạo ra của sự cháy ví dụ như lửa, khói, khí,

… tác động vào cảm biến làm thay đổi giá trị điện trở từ đó ta phát hiện được hỏahoạn Nguyên tắc phát hiện đám cháy thông qua hệ thống báo cháy bao gồm cácyếu tố như phát hiện nhiệt, phát hiện khói, phát hiện khí.

Phát hiện nhiệt đầu dò nhiệt sử dụng cảm biến nhiệt để phát hiện nhiệt độcao hoặc tăng nhiệt đột ngột Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng đã được thiết lập, đầudò sẽ kích hoạt hệ thống báo cháy.Phát hiện khói đầu dò khói quang sử dụng côngnghệ quang học để phát hiện sự có mặt của khói Khi có khói trong không khí, tiasáng sẽ bị phân tán hoặc hấp thụ, và bộ thu tia sẽ phát hiện tín hiệu phản xạ và kíchhoạt hệ thống báo cháy.Đầu dò khói ion sử dụng nguyên tắc ion hóa để phát hiệnkhói Khi có khói trong không khí, các hạt khói sẽ làm thay đổi dòng điện trong đầudò, và sự thay đổi này sẽ kích hoạt hệ thống báo cháy.Phát hiện khí đầu dò khí sửdụng cảm biến đặc biệt để phát hiện sự có mặt của các khí nguy hiểm như khí hóachất, khí độc Khi nồng độ khí vượt quá mức đặt trước, đầu dò sẽ kích hoạt hệ thốngbáo cháy.

Tùy vào môi trường và yêu cầu cụ thể, hệ thống báo cháy có thể sử dụng mộthoặc nhiều loại đầu dò để đảm bảo việc phát hiện đám cháy một cách hiệu quả vàchính xác.

2.3.2 Lựa chọn cảm biến

Trong các hệ thống báo cháy, cảm biến đóng vai trò then chốt trong việc pháthiện sự có mặt của nguy cơ cháy Chúng được thiết kế để giám sát và gửi tín hiệuđến trung tâm điều khiển khi phát hiện các tín hiệu đáng ngờ như nhiệt độ cao, khíđộc, hay khí khói Các loại cảm biến báo cháy đa dạng và được sử dụng phù hợpvới môi trường và yêu cầu cụ thể Dưới đây là một số loại cảm biến phổ biến màchúng ta có thể gặp trong hệ thống báo cháy.

Hình 2.2 dưới đây là cảm biến khói quang Cảm biến khói quang (Opticalsmoke detectors) là một loại cảm biến được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống báocháy Đầu dò khói quang hoạt động dựa trên nguyên lý cơ bản của công nghệ quanghọc Khi có khói trong không khí, đầu dò sẽ phát ra một tia sáng nhỏ và theo dõi sựphân tán của tia sáng này Khi khói hiển thị trong tia sáng, tia sáng sẽ bị phân tán vàhấp thụ, làm thay đổi cường độ của tia Cảm biến sẽ nhận biết sự thay đổi này và

kích hoạt hệ thống báo động, thông báo về nguy cơ cháy Cảm biến khói quang pháthiện khói một cách nhanh chóng và đáng tin cậy, là lựa chọn lý tưởng để bảo vệ cáckhu vực như phòng ngủ, phòng khách, hành lang và các không gian nơi khói có thểlưu trữ lâu dài.

Hình 2.2 Cảm biến khói quang

Nguyên lý hoạt động cảm biến khói quang điện là khi phát hiện có khói chuivào buồng ion thì sẽ diễn ra sự thay đổi quang học Sau đó, dẫn đến thay đổi điện áptrên cảm biến Sự thay đổi điện áp này sẽ được chuyển tới bộ sử lý để điều khiểncác thiết bị báo động và chữa cháy.

Cảm biến lửa (hình 2.3) là một loại cảm biến được thiết kế đặc biệt để pháthiện sự có mặt của ngọn lửa Đầu dò lửa sử dụng các phương pháp như phân tíchmàu sắc, phản xạ hoặc phân tích tín hiệu hồng ngoại để ghi nhận các tín hiệu màngọn lửa tạo ra Khi có ngọn lửa xuất hiện, cảm biến lửa sẽ nhận biết tín hiệu đó vàkích hoạt hệ thống báo động.

Hình 2.3 Cảm biến lửa

Cảm biến khí CO MQ-7 là một loại cảm biến khí mini được sử dụng để pháthiện mức độ khí carbon monoxide (CO) trong không khí Với kích thước nhỏ gọn

và tiêu thụ điện năng thấp, MQ-7 là một công cụ linh hoạt và tiện lợi để giám sátmức độ CO trong các môi trường như nhà ở, văn phòng, garage hay các không gianđóng.

Hình 2.4 Cảm biến khí CO MQ-7

Cảm biến MQ-7 hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm biến hóa học Nó sửdụng một lớp chất phát thải đặc biệt nhằm phản ứng với khí CO, tạo ra một tín hiệuđiện thay đổi tỷ lệ với mức độ CO có mặt Cảm biến này cung cấp một đầu raanalog hoặc kỹ thuật số, cho phép người dùng đo và theo dõi mức độ CO thông quavi xử lý hoặc các thiết bị đầu cuối.

Một vài thông số kĩ thuật cuat cảm biến được thể hiện trong bảng 2.1 sau

Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật của cảm biến CO MQ-7

Thông số Giá trị

Điện áp hoạt động 5 VDCDòng điện tiêu thụ Khoảng 150 mA

Dải đo 10-10000 ppmĐiện trở tải 10 kΩĐiện trở tĩnh Khoảng 500 ΩĐộ phân giải 400 mW

Với việc phát hiện sớm mức khí CO nguy hiểm, cảm biến MQ-7 đóng vai tròquan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe con người và an toàn trong môi trường sống.Nó có thể kết hợp với các hệ thống cảnh báo và đóng ngắt tự động để ngăn chặn cácnguy cơ tai nạn do CO gây ra Cảm biến khí CO MQ-7 là một công nghệ đáng tincậy và hiệu quả để đảm bảo an toàn trong việc sử dụng năng lượng và gia đình.

Sau khi tìm hiểu, phân tích các loại cảm biến ở trên và với yêu cầu của đề tàiđưa ra ngoài ra cảm biến khí CO MQ-7 là một linh kiện có giá thành rẻ phù hợp vớisinh viên và được phổ biến rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

2.3.3 Lựa chọn linh kiện cảnh báo

Ở đề tài này thì em lựa chọn còi chíp 9.5x12mm (hình 2.5).Còi chíp là mộtloại còi nhỏ gọn và tiện lợi được sử dụng trong các ứng dụng cần âm thanh cảnhbáo như điện thoại di động, đồng hồ đeo tay hoặc các thiết bị điện tử khác Với kíchthước nhỏ chỉ 9.5x12mm, còi chíp này có thể được tích hợp dễ dàng vào các thiết bịvà không làm tăng kích thước tổng thể.