mạch báo động rò rỉ gas

GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
Mục Lục:
Mục Lục: 1
A. Lời mở đầu:
Ngày nay, khi khi đời sống con người ngày càng được cải thiện thì việc sử
dụng bếp gas và các sản phẩm của gas để làm nhiên liệu đun nấu không
phải là một việc xa lạ với hầu hết mọi người dân. Bên cạnh việc tiện lợi
của gas, một vấn đề khác cũng được đặt ra là vấn đề về an toàn khi sử
dụng gas. Khi con người tiếp xúc trực tiếp với khí gas (vượt quá một nộng
độ cho phép nhất định) trong thời gian thì rất dễ bị ngộ độc gas và có thể
gây tử vong. Không những vậy khí gas rò rỉ vào trong không khí có thể dễ
dàng bắt lửa và gây cháy nổ, ảnh hưởng nghiêm trọng tới an toàn của
người sử dụng cũng như những người xung quanh. Vì vậy, vấn đề phát
hiện và xử lý sự cố rò gas là một việc rất cần thiết với người thường
xuyên sử dụng gas. Đặc biệt là các bạn sinh viên thường sử dụng các
bình gas mini không đảm bảo chất lượng, có thể rò rỉ gas bất cứ khi nào.
Được sự tư vấn và hướng dẫn của thầy, em nhận thấy đây là một đề tài
hay, có tính ứng dụng cao và có thể phát triển nên em đã chọn đề tài này
làm đề tài chính trong đồ án môn học I.
B. Sơ đồ khối:
1
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
I. Nhận biết:
Dùng cảm biến để nhận biết sự xuất hiện của khí gas trong không khí. Cụ
thể ở đây em dùng cảm biến khí gas MQ6. Tín hiệu ở ngõ ra của khối
nhận biết sẽ được đưa vào xử lý ở khối xử lý.
II. Xử lý:
Tín hiệu ngõ ra Vo của MQ6 sẽ được đưa qua ADC 0804 để chuyển
đổi thành tín hiệu số.
Tín hiệu số được đưa vào vi xử lý (AT89c51), vi xử lý sẽ phân tích và
so sánh dữ liệu vào với các giá trị được tính toán sẵn và quyết định

đưa ra báo động ở những mức khác nhau với những nồng độ khí gas
trong không khí khác nhau, tùy theo mức độ nguy hiểm của chúng.
Tín hiệu báo động sẽ được gởi đến khối báo động.
III. Báo Động:
Dùng còi 5v và các đèn LED.
Khi có hiện tượng rò gas xảy ra thì các đèn LED sẽ sáng, khi nồng độ
gas đạt tới mức nguy hiểm thì còi sẽ hú cùng với báo sáng của các đèn
LED. Tùy vào mức rò gas thì hệ thống báo động sẽ báo một mức khác
nhau để người phát hiện có thể tìm cách xử lý thích hợp.
2
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
Sử dụng các đèn LED để báo động đề phòng trường hợp xung quanh
có các tiếng ồn, âm thanh của còi có thể không đủ để báo động và để
người sử dụng nhận biết được mức độ nguy hiểm của sự cố thông qua
các LED sáng.
C.Thiết kế và thi công :
I. Linh kiện:
1) MQ6:
a. Hình dạng thực tế:
MQ6 là cảm ứng khí gas sử dụng SnO
2
, dựa vào sự thay đổi khả năng dẫn điện
của SnO
2
khi nồng độ khí gas và các chất khí dễ cháy khác thay đổi. Khi nồng
độ càng tăng thì độ dẫn điện sẽ càng tăng, điện trở của cảm biến giảm.
b. Sơ đồ cấu tạo và cách mắc:
3
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
Điện áp lấy ra trên chân A (hoặc B) của cảm biến giống như điện áp lấy ra ở cầu

phân áp. Điện trở Rs của cảm biến thay đổi làm cho giá trị điện áp trên đầu ra
này thay đổi, tùy thuộc vào nồng độ khí gas trong không khí ở nơi đặt cảm biến
mà ta có các giá trị Vout khác nhau.
Điện trở R
L
được chọn nằm trong khoảng từ 10K đến 20K.
c. Các thông số cần biết:
Biểu đồ chỉ sự phụ thuộc của Rs vào nồng độ khí gas và nhiệt độ môi
trường
4
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
R0: điện trở cảm biến ở 20
o
C, 1000ppm, 65%RH
Tầm đo nồng độ gas: 300ppm – 10000ppm (ppm: part per milion)
R
H
= 33 Ω ± 5% giá trị đo được là R
H
= 30 Ω
P
H
≤900mW
R
S
=R
AB
= 10KΩ - 60KΩ (1000ppm LPG )
Rs(in air)/Rs(1000ppm C
3

H
8
)≥5
Theo mạch, đo được R
S
=15 KΩ (in air)
Theo đồ thị ta thấy: điện trở của cảm biến trong không khí ở điều kiện bình
thường gấp 10 lần ở 1000ppm suy ra điện trở ở R
S
ở 1000ppm khoảng 1,5KΩ.
Ở 2000ppm R
s
= 0.7x1,5 = 1,05 KΩ
2) ADC0804:
Sơ đồ chân:
• CS: chân chọn chip, tích cực mức thấp.
5
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
• RD: Tín hiệu vào tích cực mức thấp. Khi có tín hiệu vào từ 1 xuống 0
gởi đến chân RD (CS=0) thì dữ liệu 8 bit được đưa tới ngõ ra (D0 –
D7).
• WR: Tín hiệu vào tích cực mức thấp, khi có tín hiệu vào từ 1 xuống 0
gởi đến chân WR (CS=0) thì bắt đầu quá trình chuyển đổi giá trị Vin.
• INT: Tín hiệu ra tích cực mức thấp, sau khi quá trình chuyển đổi
hoàn tất, INT được chuyển xuống mức 0.
• Vin+ và Vin-: đầu vào tương tự vi sai. Thường thì Vin- được nối
xuống đất.
• AGND : analog GND. Đất của tín hiệu analog.
• DGND : digital GND. Đất của tín hiệu digital. Thường thì AGND,
DGND và Vin- được nối chung với nhau và nối với mass của mạch.

• D0 – D7: tín hiệu digital ở đầu ra.
• Vcc: chân nguồn nuôi. Thường sử dụng nguồn 5V.
• Vref/2: Chân điện áp tham chiếu, nếu chân này để hở thì điện áp
tham chiếu trong khoảng 0 – Vcc.
• CLK R và CLK IN : sử dụng để tạo thời gian, thường được mắc với
sơ đồ như hình vẽ.
f =
6
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
nếu chọn R=10 KΩ và C=150pF thì f=606 Hz và thời gian chuyển đổi là 110us.
3) AT89c51:
Là chip vi xử lý thuộc họ 8051. Đây là loại chip dễ tìm trên thị trường, và giá
khá phải chăng, phù hợp với yêu cầu của mạch.
• Dòng lớn nhất một chân port có thể xuất ra là 10mA.
• Tổng dòng lớn nhất port 0 chịu được là 26mA
• Tổng dòng lớn nhất port 1, port 2, port 3 có thể chịu ở mỗi port là
15mA.
• Tổng dòng tất cả các port có thể chịu đồng thời là: 71mA
• Áp mức cao nhỏ nhất xuất ra các port : 2.4 V
4) C1815:
khi ở chế độ bão hòa:
Icmax = 150mA
7
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
V
BE
= 0.8 V
h
femin
= 70

5) Trở và tụ điện và LED và còi:
• Trở gồm có: 10K, 220 Ohm, 390 Ohm
• Tụ gồm có: 10uF, 33pF, 151pF
• LED : LED đỏ.
• Còi : chọn còi 5V, trở đo được là 300 ohm. Dòng đảm bảo để còi
có thể kêu bình thường khoảng 16mA.
II. Sơ đồ nguyên lý:
1) Sơ đồ:
2) Thiết kế:
8
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
Với MQ6 và ADC0804, ta mắc theo datasheet của nhà sản xuất, ngoài
ra:
 ADC0804:
• Chân RD nối với port P2.0
• Chân WR nối với port P2.1
• Chân INT nối với port P1.3
• Tụ nối với chân CLK IN được dùng là tụ 151pF
 MQ6:
• Chọn Rout là 10 K
• R
H
= 30 ohm
 8051:
• Port P0 nối với D0 – D7 của ADC0804.
• Chân reset được nối như hình vẽ với C = 10uF, R = 10K.
• Các LED được nối với điện trở 390 Ohm trước khi nối đất để giới
hạn dòng.
• Còi được nối qua transitor C1815, C1815 được dùng ở chế độ
bão hòa. Khi có một tích cực mức cao được đưa ra ở P2.7 (3V –

5V). Để transitor hoặt động ở chế độ bão hòa thì :
I
B
≥ = 150/ 70 = 2.2mA
I
B
=
Rb = ≤ 720 Ohm
9
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
Chọn Rb = 220 Ohm để mạch luôn hoặt động ở chế độ bão
hòa khi có tín hiệu tích cực mức cao được đưa ra ở chân
P2.7
• Thạch anh chọn loại thạch anh 11.0592 Mhz
• Trở thanh chọn loại 4.7K
 Trở kháng vào của mạch:
Vì R
H
= 30 Ohm các thành phần còn lại có trở kháng vào rất lớn khi nhìn
vào hai đầu nguồn nên trở kháng vào của mạch là khoảng 30 Ohm. Thực
tế đo được R
in
= 30 ohm. Như vậy, công suất của mạch là :
P= U
2
/R = 0.83 (w)
I = U/R = 0.17 (A)
3) Mạch in:
III. Chương Trình:
10

GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
1) Tính toán:
Nồng độ khí gas trong không khí ở mức trên 1000 ppm là có thể gây
nguy hiểm. Bởi vậy, mạch sẽ đưa ra tín hiệu cảnh báo 500 ppm nhằm
để người sử dụng có thể phát hiện và có những biện pháp xử lý kịp
thời trước khi sự cố trở nên nguy hiểm.
Điện áp ra ở ngõ ra của MQ6 được xác định bằng công thức :
Vout = x 5
Cảm biến sẽ nhận điện áp ra của MQ6 để so sánh với điện áp chuẩn
( 5V ), sau đó chuyển thành số nhị phân 8bit trước khi đưa đến ngõ ra,
giá trị thập phân của số nhị phân 8bit sau khi chuyển đổi được xác
định bằng công thức
A=
• Ở 500ppm
Rs = 1.5x1.5=2.25K
Gọi A là giá trị ở ngõ ra của ACD
A = 10x255 / (10 + 2.25) = 208
• 600ppm
Rs = 1.4x1.5 = 2.1 K
A = 10x255 / (10 + 1.8) = 211
• 700ppm
Rs = 1.3x1.5 = 1.95 K
A = 10x255 / (10 + 1.8) = 213
• 800 ppm
Rs = 1.2x1.5 = 1.8 K
11
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
A = 10x255 / (10 + 1.8) = 216
• 1000ppm:
A = 10x255 / (10 + 1.5) = 221

• 1300 ppm
Rs = 0.9x1.5 = 1.35 K
A = 10x255 / (10 + 1.35) = 224
• 1800ppm
Rs = 0.8x1.5 = 1.2 K
A = 10x255 / (10 + 1.8) = 228
• 2000ppm
Rs = 0.75x1.5 = 1.125K
A = 10x255 / (10 + 1.2) = 230
• 2500ppm
Rs = 0.65x1.5 = 0.975 K
A = 10x255 / (10 + 0.975) = 232
• 3000ppm
Rs = 0.6x1.5 = 0.9 K
A = 10x255 / (10 + 0.75) = 235
• 4000 ppm
Rs = 0.5x1.5 = 0.75 K
A = 10x255 / (10 + 0.75) = 239
12
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
2) Chương trình:
ORG 0000H
INT BIT P1.3
RD1 BIT P2.0
WR1 BIT P2.1
LED1 BIT P2.5
LED2 BIT P2.6
LED3 BIT P2.7
LOA BIT P2.4
MAIN:

MOV b,#0
MOV A,#0F0H
MOV P2,A
LAP:
CLR WR1
MOV R1,#200
DJNZ R1,$
CLR RD1
MOV R1,#20
DJNZ R1,$
MOV A,P0
SETB INT
13
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
SETB RD1
SETB WR1
CJNE A,B,LAM
AJMPKT
LAM:
MOV B,A
CLR LED1
CLR LED2
CLR LED3
CLR loa
CJNE A,#208,$+3
JC KT
SETB LED1
CJNE A,#211,$+3
JC KT
SETB LED2

CJNE A,#213,$+3
JC KT
SET BLED3
CJNE A,#216,$+3 ;BAT LOA
JC KT
SETB LOA
CLR LED3
14
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
CLR LED2
CLR LED1
CJNE A,#221,$+3
JC KT
SETB LED1
CJNE A,#224,$+3
JC KT
SETB LED2
CLR LED1
CJNE A,#228,$+3
SETB LED1
CJNE A,#230,$+3
SETB LED3
CLR LED2
CLR LED1
CJNE A,#232,$+3
JC KT
SETB LED1
CJNE A,#235,$+3
JC KT
SETB LED2

CLR LED1
CJNE A,#239,$+3
JC KT
15
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
SETB LED1
KT:
MOV R1,#50
LAP1:
MOV R2,#100
DJNZ R2,$
DJNZ R1,LAP1
AJMP LAP
END
IV. Mạch thực tế:
1) Mặt trước:
16
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
2) Mặt sau:
17
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
V. Sử dụng :
1) Công dụng:
• Mạch sử dùng để báo sự cố rò gas, có thể dùng ở các hộ gia đình,
phòng trọ, các cửa hàng bán gas và một số nơi dễ bị rò gas khác.
• Nồng độ đo:
o Từ 500 – 4000ppm với khí gas thường.
o Từ 1000 – 10000 ppm với CH
4
.

o Nhiệt độ từ -10
0
C – 50
0
C.
18
GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
2) Chú ý:
• Lắp mạch ở gần nơi có khả năng xảy ra rò rỉ gas lớn nhất.
• không nên để nước hoặc các chất lỏng khác rơi vào mạch, đặc
biệt là rơi vào cảm biến.
• Sau một thời gian làm việc khoảng 2 ngày thì nên để mạch ở chế
độ nghỉ khoảng 5 phút.
• Khi có báo động xảy ra thì cần tìm cách khắc phục sự cố kịp thời:
Nếu đèn báo sáng và còi chưa hú thì chú ý tìm cách khắc phục lỗi rò
gas, ví dụ như khóa van an toàn của gas, mang bình gas ra nơi khô ráo,
thoáng mát và ít người qua lại, dùng quạt thổi khí gas khỏi phòng. Nếu
còi hú thì chú ý, không nên bước vào phòng vì có thể gây ngộ độc,
không dùng bất cứ dụng cụ đánh lửa nào hoặc không nên bật bất cứ
công tắc nào trong phòng, tránh cháy nổ xảy ra.
D.Tài liệu tham khảo:
• Sách “Vi Xử Lý” của thầy “Hồ Trung Mỹ”.
• Sách “Cấu Trúc – Ghép Nối và Ứng Dụng Vi Điều Khiển” của thầy
“Nguyễn Mạnh Giang”.
• Sách “Kỹ thuật xung” của cô “Nguyễn Như Anh”.
• Trang />• Trang
• Trang http:// www.statistics.gov.uk
• Và một số trang web khác.
E. Lời cảm ơn:
19

GVHD: Lê Anh Khoa SVTH: Trương Xuân Trung
Mặc dù đề tài về báo cháy, báo rò gas không phải là một đề tài mới mẻ, cũng
không phải là một đề tài quá khó và phức tạp nhưng nó cũng đủ để kiểm tra
được kiến thức cơ bản về điện tử và phản ánh được sự vận dụng kiến thức
đã học một cách khoa học, tinh thần làm việc nghiêm túc, sự tìm tòi học hỏi,
nghiên cứu kiến thức mới của em. Trong quá trình thiết kế và thi công, em đã
gặp không ít khó khăn và khó có thể hoàn thành được sản phẩm nếu không
có sự hướng dẫn chi tiết và sự giúp đỡ nhiệt tình và chỉ bảo chu đáo của
giáo viên hướng dẫn là thầy Lê Anh Khoa từ khâu chọn đề tài, thiết kế và
kiểm tra sản phẩm. Em xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo của
thầy trong thời gian qua.
Do thời gian làm đồ án có hạn và các kiến thức làm mạch của em chưa được
hoàn chỉnh nên đề tài của em còn một số hạn chế và thiếu sót. Nếu có điều
kiện thì đề tài có thể phát triển thêm hướng thiết kế có nhiều tính năng tốt
hơn và hiệu quả hơn. Bằng cách kết hợp một số thiết bị cần thiết như điều
khiển quạt gió để giảm nồng độ khí gas khi nồng độ vượt quá một mức cho
phép nào đó, kết nối với điện thoại để khi có hiện tượng rò gas xảy ra thì có
thể báo động qua điện thoại, tự động khóa van an toàn của bình gas sau một
thời gian không sử dụng bếp gas
Sau cùng, một lần nữa em xin chân thành cám ơn thầy Lê Anh Khoa là giáo
viên hướng dẫn đồ án môn học I của em đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Tp Hồ Chí Minh
Ngày 24 tháng 12 năm 2010
Trương Xuân Trung
20