Đồ án vi xử lý: Thiết kế thiết bị báo cháy tự động

Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

Đề 2. Nghiên cứu thiết kế “Thiết bị báo cháy tự động” .
1, Nguyễn Đức Hoàn
2, Dương Văn Luân
3, Đặng Văn Thắng
4, Kiều Bảo Long

Nhóm Trưởng

Nhiệm vụ thiết kế :
 Tìm hiểu các cách nhận biết và báo cháy
 Tìm hiểu các bộ phận chính của 1 hệ thống báo cháy
 Lựa chọn bộ cảm biến nhiệt, lửa và khói, khí ga
 Khi có sự cố báo động tại chỗ bằng chuông
 Đưa tín hiệu điều khiển dập cháy
Yêu cầu:
Chương 1: Đặt vấn đề và nhiệm vụ thư.
(1 tuần)
Chương 2: Tổng quan về các cách nhận biết và báo cháy, các bộ phận chính của
một hệ thống báo cháy.
(2 tuần)
Chương 3: Thiết kế phần cứng.
Chương 4: Thiết kế phần mềm.

(2 tuần)
(2 tuần)

Chương 5: Kết luận và phương hướng phát triển.

(1 tuần)

Thời gian làm đồ án: Từ 21/09/2015 đến 16/11/2015
Email liên hệ:

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 1


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của nhân loại. Từ thế kỉ XIX trở lại đây đã nổ
ra rất nhiều cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật. Đánh dấu sự phát triển của một nền
văn minh mới, nền văn minh của khoa học trí tuệ nhân tạo ra đời. Thuật ngữ trí tuệ
nhân tạo không còn gì xa lạ với mọi người. Hàng loạt các robot thông minh ra đời và
rất nhiều sản phẩm của công nghệ này được ứng dụng vào thực tế cuộc sống hàng
ngày.
Khái niệm vi điều khiển đã trở thành quen thuộc với nhiều người, bởi vì sự
phát triển của ngành Điện Tử đã có ảnh hưởng rất lớn đến nền kinh tế toàn cầu. Số
hóa đang là xu hướng phát triển tất yếu của nhiều lĩnh vực kỹ thuật và kinh tế khác
nhau, không chỉ trong lĩnh vực thông tin liên lạc và tin học. Ngày nay, kỹ thuật số,
vi điều khiển đã và đang thâm nhập mạnh mẽ vào kỹ thuật điện tử, điều khiển tự
động, đo lường truyền thanh truyền hình, y tế, nông nghiệp …Và ngay cả trong các
dụng cụ sinh hoạt gia đình.
Xuất phát từ thực tế đó qua những gì đã được học về Vi điều khiển nhóm đã

lựa chọn đề tài “Thiết bị báo cháy tự động.”
Mặc dù, nhóm đã rất cố gắng để hoàn thiện nhất sản phẩm của mình. Tuy
nhiên, với kiến thức còn có hạn và tiếp xúc thực tế chưa nhiều nên sản phẩm làm ra
có thể còn nhiều thiếu sót mong được sự chỉ bảo từ phía các quý thầy cô và sự góp ý
chân thành từ phía các bạn sinh viên để nhóm có thể hoàn thiện nhất sản phẩm của
mình.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn cô BÙI THỊ DUYÊN đã giúp đỡ chúng
em rất nhiều trong quá trình thực hiện!

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Đức Hoàn
Kiều Bảo Long
Dương Văn Luân
Đặng Văn Thắng

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 2


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 3


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………………………....2
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN………………….………………………..3
Chương 1. Đặt vấn đề và nhiệm vụ thư……….……………………………….………....5
Chương 2. Tổng quan về các cách nhận biết và báo cháy, các bộ phận chính của 1 hệ
thống báo cháy……………………………...………………………………………….......6
2.1 Các cách nhận biết và báo cháy ................................................................................... 6
2.2 Các bộ phận chính của một hệ thống báo cháy ............................................................. 6
2.2.1 Đầu vào (cảm biến) ................................................................................................... 6
2.2 Bộ điều khiển………….……………………………………………………………….13
2.3 Thiết bị báo động………………………………………………………………………14
2.4 Đầu ra………………………………………………………………………………….15
Chương 3.Thiết kế phần cứng………………….…………….…………….....................17
3.1 Sơ đồ khối thiết bị báo cháy tự động. ......................................................................... 17

3.2 Khối vi điều khiển 89s52. .......................................................................................... 18
3.3 Khối nguồn…………………………………………………………………………….19
3.4 Khối cảm biến nhiệt độ, báo rò rỉ khí ga. ................................................................... 19
3.4.1 Khối cảm biến nhiệt độ ........................................................................................... 19
3.4.2 Khối báo rò rỉ khí ga ............................................................................................... 20
3.5 Khối cảnh báo: còi, đèn, nhắn tin… ........................................................................... 21
3.6 Khối tự động dập lửa ................................................................................................. 23
3.6 Đèn báo động ............................................................................................................ 24
3.8 Mạch in và mạch thực................................................................................................ 25
3.9 Sơ đồ nguyên lý tổng thể………………………………………………………………27
Chương 4. Thiết kế phần mềm……….……….………………………………………....29
4.1 Tổng quan về trình biên dịch Keil C và proteus ......................................................... 29
4.1.1 KeilC ...................................................................................................................... 29
4.1.2 Proteus.................................................................................................................... 29
4.2 Chương trình nạp cho 89s52 ...................................................................................... 29
Chương 5. Kết Luận và phương hướng phát triển……………….……………………37
5.1 Kết luận ..................................................................................................................... 37
5.1.1 Tự đánh giá kết quả ................................................................................................ 37
5.1.2 Làm được và hạn chế .............................................................................................. 37
5.2 Phương hướng phát triển ........................................................................................... 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………....38

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 4


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

Chương 1. Đặt vấn đề và nhiệm vụ thư
Trong cuộc sống của chúng ta luôn luôn tồn tại những khu vực dễ cháy, bất kì
nơi đâu, bất kì thời điểm nào cũng có thể xảy ra cháy nổ, nguy cơ tiềm ẩn xảy ra
cháy nổ là khá cao.Theo thống kê của cục cảnh sát phòng cháy chữa cháy, trong
năm 2014 cả nước xảy ra 2.375 vụ cháy, thiệt hại về tài sản lên tới 3.432 triệu
đồng. Quả thật hậu quả mà nó gây ra cho chúng ta là rất to lớn, rất khó có thể lường
được. Vậy chúng ta đã có biện pháp gì để phòng cháy chữa cháy? Ngoài cách chữa
cháy kịp thời, cấp tốc thì biện pháp ngăn ngừa ngày càng được đề cao hơn. Ứng
dụng tự động hóa trong vấn đề báo cháy và dập cháy đang được áp dụng rộng rãi
nhằm khắc phục và hạn chế những sự cố do hỏa hoạn đang là lựa chọn tốt nhất vì
tính hữu dụng và ưu việt nó mang lại.
Xuất phát từ thực trạng và hậu quả vô cùng to lớn đó, cùng với hướng đi áp
dụng tự động hóa trong vấn đề báo cháy và chữa cháy nhóm chúng em đã chọn đề
tài: "Nghiên cứu thiết kế thiết bị báo cháy tự động"
Đề tài nghiên cứu hứa hẹn sẽ tiết kiệm số tiền rất lớn về chữa cháy phòng
ngừa và chữa cháy tự động giúp bảo vệ an toàn cho con người và lính cứu hỏa.Thiết
bị đảm bảo sự bình yên và an toàn cho cuộc sống hàng ngày,các xí nghiệp.. giảm rất
lớn rủi ro cháy.

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 5


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

Chương 2. Tổng quan về các cách nhận biết và báo cháy, các bộ phận

chính của 1 hệ thống báo cháy
2.1 Các cách nhận biết và báo cháy
Khi một đám cháy xảy ra ở những vùng xảy ra cháy thường có dấu hiệu sau:
 Lửa khói vật liệu chỗ cháy bị phá hủy.
 Nhiệt độ vùng cháy tăng lên cao.
 Không khí bị oxy hóa mạnh.
 Có mùi cháy mùi khét.
Để đề phòng cháy chúng ta có thể dựa vào những dấu hiệu trên để đặt các hệ
thống cảm biến làm các thiết bị báo cháy. Kịp thời khống chế đấm cháy ở giai đoạn
đầu.
Thiết bị báo cháy điện tử giúp chúng ta liên tục theo dõi để hạn chế các vụ
cháy tai hại, tăng cường độ an toàn cho tính mạng của con người, tài sản cá nhân và
của xã hội.
2.2 Các bộ phận chính của một hệ thống báo cháy
2.2.1.Đầu vào (cảm biến)
Cảm biến là bộ phận hết sức quan trọng , nó quyết định độ nhậy và sự chính
xác của hệ thống.
Cảm biến hoạt động dựa vào các đặc tính vật lý của vật liệu cấu tạo nên chúng.
Cảm biến được dùng để chuyển đổi các tín hiệu vật lý sang tín hiệu điện, sóng.
Các đặc tính của cảm biến : độ nhậy, độ ổn định, độ tuyến tính.
2.2.1.1Cảm biến nhiệt:
Có rất nhiều phương pháp đo nhiệt độ
a.Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở
Nguyên lý hoạt động:
Điện trở của một số kim loại thay đổi theo nhiệt độ và dựa vào sự thay đổi
điện trở đó người ta đo được nhiệt độ cần đo.
Nhiệt điện trở dùng trong dụng cụ đo nhiệt độ làm việc với dòng phụ tải nhỏ để
nhiệt năng sinh ra do dòng nhiệt điện trở nhỏ hơn so với nhiệt năng nhận được từ
môi trường thí nghiệm.
Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu dùng làm chuyển đổi của nhiệt điện trở là có

hệ số nhiệt độ lớn và ổn định, điện trở suất khá lớn…
Trong công nghiệp nhiệt điện trở được chia thành nhiệt điện trở kim loại và nhiệt
điện trở bán dẫn.
 Nhiệt điện trở kim loại

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 6


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

Quan hệ giữa nhiệt điện trở của nó và nhiệt độ là tuyến tính, tính lặp
lại của quan hệ là rất cao nên thiết bị được cấu tạo đơn giản. Nhiệt điện trở
kim loại thường có dạng dây kim loại hoặc màng mỏng kim loại có điện trở
suất thay đổi theo nhiệt độ. Trong điện trở kim loại dược chia thành 2 loại:
- Kim loại quý (Pt)
- Kim loại thường (Cu, Ni…)
Trong khoảng nhiệt độ từ -500C đến 1500C. Loại này có thể dùng được trong
các môi trường có độ kiềm và khí ăn mòn.
Trong thực tế có loại nhiệt điện trở TCM-0879-01T3 bằng đồng công thức mô tả:
Rt = 50(1+4,3.10-3T) (Ω).
 Nhiệt điện trở bán dẫn
Nhiệt điện trở bán dẫn được chế tạo từ hỗn hợp nhiều oxit kim loại khác nhau
(ví dụ:CuO, MnO…).
Nhược điểm của nhiệt điện trở bán dẫn là có hệ số phi tuyến giữa điện trở với
nhiệt độ. Điều này gây khó khăn cho việc có thang đo tuyến tính và việc nhầm lẫn
giữa các nhiệt điện trở khi sản xuất hàng loạt.

Nhiệt điện trở có thể dùng mạch đo bất kỳ để đo điện trở nhưng thông thường
dùng mạch cầu không cân bằng, chỉ thị là Logomet từ điện hoặc cần tự động cân
bằng, trong đó một nhánh là nhiệt điện trở khi sản xuất hàng loạt.
Nếu dùng cầu 2 dây dụng cụ sẽ có sai số dù thay đổi nhiệt điện trở của đường
dây khi nhiệt độ môi trường thay đổi.
b. Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu
Nguyên lý làm hoạt động:
Bộ cảm biến cặp nhiệt ngẫu là 1 mạch từ có 2 hay nhiều thanh dẫn điện gồm 2
dây dẫn A và B. Sebeck đã chứng minh rằng nếu mối hàn có nhiệt độ t và t 0 khác
nhau thì trong mạch khép kín có một dòng điện chạy qua. Chiều của dòng điện này
phụ thuộc vào nhiệt độ tương ứng của mối hàn nghĩa là t > t0 thì dòng điện chạy
theo hướng ngược lại. Nếu để hở một đầu thì sẽ xuất hiện một sức điện động nhiệt.
Khi mối hàn có cùng nhiệt độ ( ví dụ bằng t0 ) thì sức điện động tổng bằng:
EAB = eAB(t0) + eAB(t0) = 0.
Từ đó rút ra: eAB = eAB(t0)
Khi t0 và t khác nhau thì sức điện động tổng bằng:
EAB = eAB(t) – e+AB(t0)
Phương trình trên là phương trình cơ bản của cặp nhiệt ngẫu ( sức điện động
phụ thuộc vào hệ số nhiệt độ của mạch vòng t và t0).Như vậy bằng cách đo sức điện
động ta có thể tìm được nhiệt độ của đối tượng.

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 7


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

Phương pháp này được sử dụng nhiều trong công nghiệp khi cần đo những nơi có
nhiệt độ cao.
c.Đo nhiệt độ bằng các phần tử bán dẫn (diot và tranzito)
Nguyên lý hoạt động :
Các linh kiện điện tử bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ, do đó có thể sử dụng
một số linh kiện bán dẫn như diot hoặc tranzito nối theo kiểu diot (nối bazo với
collector). Khi đó điện áp giữa 2 cực U là hàm của nhiệt độ. Để tăng độ tuyến tính
và độ ổn định ta mắc theo sơ đồ sau:

Hình 1: Sơ đồ mạch nguyên lý của IC bán dẫn đo nhiệt độ.

Khi nhiệt độ thay đổi ta có:
Ud= EBE1 –EBE2=

𝐾𝑇
𝑞

𝐼𝑐1

.ln(

)

𝐼𝑐2

Với Ic1/Ic2 =const thì Ud tỉ lệ với nhiệt độ T mà không cần đến nguồn ổn định.
Ví dụ một số loại IC đo nhiệt độ hay dùng:
Loại IC

Độ nhạy S

Dải đo

Sai số

AD592CN

1µA/OK

-25OC÷1050C

0.30C

LM35

±10mV/ OK

-55OC÷1500C

±0.250C

MMB-TS102

-2.25mV/OK

-40OC÷1500C

±0.250C

REF-02A

2.1mV/ OK

-55OC÷1250C

±0.50C

DS18B20

-2.mV/ OK

-55OC÷1250C

±0.250C

Có rất nhiều hãng chế tạo linh kiện điện tử đã sản xuất ra các loại IC bán dẫn
dùng để đo dải nhiệt độ từ -55-150 0C. Trong các mạch tổ hợp IC, cảm biến nhiệt
thường là điện áp của líp chuyển tiếp p-n trong một loại tranzitor loại bipola.
 Loại LM 35
IC loại LM 35 có điện áp ngõ ra tỉ lệ trực tiếp với nhiệt độ thang đo 0C, điện
áp ra là 10mV/ 0C và sai số không tuyến tính là ±1,8 mV cho toàn thang đo. Điện áp
nguồn nuôi có thể thay đổi từ 4V÷30V. LM 335 được chế tạo cho 3 thang đo:
 -55÷150 0C loại LM 35 và LM 35D
 -40÷110 0C loại LM35C và LM35CA

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 8

Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

0÷100 0C loại LM35DA
 Loại AD22100
AD22100 có hệ số nhiệt độ 22,5 mV/ 0C. Điện áp ngõ ra có công thức:
Vout = (V+/5V).(1,375V+22,5mV/ 0C.T)
Trong đó:
V+: Trị số điện áp cấp
T : Nhiệt độ cần đo
Các IC trong họ AD22100:
- AD100KT/KR cho dải nhiệt độ từ 0÷1000C
- AD100AT/AR cho dải nhiệt độ từ -40÷850C
- AD100ST/SR cho dải nhiệt độ đo từ -50÷1500C

Hình 2: Hình dạng bên ngoài của AD22100

V : Điện áp nguồn nuôi 4÷30 VDC
Vo : Đầu ra
GND : nối vào 0V
+

NC : bỏ trống
 Cảm biến DS18B20
- Dòng tiêu thụ tại chế độ nghỉ cực nhỏ.
- Mỗi cảm biến có một mã định danh duy nhất 64 bit chứa trong bộ nhớ ROM
trênchip (on chip), giá trị nhị phân được khắc bằng tia laze.
- Nếu cấu hình cho DS18B20 theo 9,10,11,12 bit thì ta có độ chính xác tương ứng
là: 0.5°C , 0.25°C ,0.125°C, 0.0625°C.Theo mặc định của nhà sản xuất nếu chúng ta

không cấu hình chế độ chuyển đổi thì nó sẽ tự cấu hình là 12 bit.

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 9


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

Khi bắt đầu chuyển đổi nhiệt độ thì chân DQ sẽ được kéo xuống mức thấp và
khi chuyển đổi xong thì ở mức cao.Như vậy ta sẽ căn cứ vào hiện tượng này để xác
định khi nào chuyển đổi xong nhiệt độ.

Hình 3:Hình dạngDS18b20

2.2.1.2 Cảm biến lửa
Khi lửa cháy thì phát ra ánh sáng hồng ngoại, do đó ta sử dụng các linh kiện
phát hiện tia hồng ngoại để phát hiện lửa. Nguyên lý hoạt động là điện trở của các
linh kiện thu sóng hồng ngoại tăng, nó chuyển tín hiệu ánh sáng thu được thành tín
hiệu điện để báo động. Loại này rất nhạy với lửa. Tuy nhiên cũng dễ báo động
nhầm nếu ta để cảm biến ngoài trời hoặc gần bóng đèn tròn.
***Cảm biến lửa FS-1000E

Hình 4: Module cảm biến lửa

Cảm biến lửa hay cảm biến vật cản hồng ngoại
Mô tả:

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 10


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

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....
Thông số kỹ thuật:
- 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 * 1.7cm
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)
2.2.1.3 Cảm biến khói
Là bộ phận riêng biệt chạy bằng pin được thiết kế để lắp đặt trên trần nhà,
trên tường. Ngoài yêu cầu kỹ thuật chính xác, an toàn người ta còn đòi hỏi phải đảm

bảo về mặt thẩm mỹ. Để thiết kế bộ cảm biến khói có hai cách:
 Sử dụng nguyên tắc ion hóa. Sử dụng một lượng nhỏ chất phóng xạ để ion
hóa trong bộ cảm biến. Không khí bị ion hóa sẽ dẫn điện và tạo thành một dòng
điện chạy giữa hai cực đã được nạp điện. Khi các phần tử khói lọt vào khu vực cảm
nhận được ion hóa sẽ làm tăng điện trở trong buồng cảm nhận và làm giảm luồng
điện giữa hai cực. Khi luồng điện giảm xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến
sẽ phát hiện và phát tín hiệu báo động.
 Sử dụng các linh kiện thu phát quang. Dùng linh kiện phát quang LED, LED
hồng ngoại... chiếu một tia sáng qua vùng bảo vệ vào một linh kiện thu quang photo
diot , photo tranrsistor, quang trở,... khi có cháy khói đi ngang qua vùng bảo vệ sẽ
ché chắn hoặc làm giảm cường độ ánh sáng chiếu vào linh kiện thu. Khi cường độ
giảm xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến sẽ phát hiện và phát tín hiệu báo
động.
Phương pháp một nhạy và hiệu quả hơn phương pháp hai nhưng lại khó thực
thi và lắp đặt. Cách thứ hai thì linh kiện dễ kiếm dễ thực thi, dễ lắp đặt.

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 11


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

2.2.1.4 Cảm biến khí ga MQ2
Thiết bị cảnh báo rò rỉ khí gas là loại máy cảm biến điện tử có độ bền và ổn
định cao. Cảm biến rò rỉ khí gas được sử dụng để phát hiện sớm gas rò rỉ nhằm hạn
chế tối đa các thiệt hại do cháy nổ gas, rất tiện dụng và an toàn cho gia đình, nhà
hàng, khách sạn.

Thông tin sản phẩm :
+ Cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2
+ Ứng Dụng :
Chúng được sử dụng trong thiết bị phát hiện rò rỉ khí trong gia đình và công
nghiệp, phù hợp cho việc phát hiện các loại khí như:
- LPG: là hỗn hợp hydrocarbon nhẹ, ở thể khí . LPG trong dân dụng và công
nghiệp chủ yếu có thành phần gồm Propane (C3H8) và Butane (C4H10).
- Iso Butan ( C4H10 )
- Propan : C3H8
- Mêtan : CH4
- Rượu : ROH
- Hydrogen
- Khói

Hình 5: Cảm biến khói MQ2, Module cảm biến khói, sơ đồ nối dây

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 12


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

2.2.Bộ điều khiển
Sử dụng 89s52 điều khiển trung tâm

Hình 6: Ảnh thực tế và sơ đồ chân AT89S52 DIP 40

Sơ đồ chân 89s52

 Giới thiệu sơ lược
Vi điều khiển 8051 được Intel cho ra đời vào năm 1980 thuộc vi điều khiển
đầu tiên của họ MCS-51. Hiện tại rất nhiều nhà sản xuất như Siemens, Advanced
Micro Devices, Fusisu và Philips tập trung phát triển các sản phẩm trên cơ sở 8051.
Atmel là hãng đã cho ra đời các chip 89C51, 52, 55 và sau đó cải tiến thêm, hãng
cho ra đời 89S51, 52, 89S8252…
 Cấu hình 89S52:
+8KB bộ nhớ chương trình.
+ Dao động bên ngoài với thạch anh <24MHz.
Thông thường, VĐK 89S52 chạy với thạch anh 12MHz.
+ 256 Byte Ram nội.
+ 4 Port xuất nhập.
+ 3 Timer/ Counter 16 bit Timer 0,1,2. Timer 2 có các chức năng Capture/Compare.
+ 8 nguồn ngắt.
+ Nạp chương trình song song hoặc nạp nối tiếp qua đường SPI.
 Chức năng các chân:
+P0,1,2,3 có chức năng cơ bản xuất/nhập.

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 13


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

+ Riêng P0, P2 còn có chức năng kết nối bộ nhớ mở rộng, sẽ được khảo sát trong

phần mở rộng bộ nhớ.
+ P1: Chân T2 và T2EX dùng cho timer/ counter 2.
Hai chức năng này sẽ khảo sát trong phần Timer.
+ Chân SS\, MOSI, MISO, SCK truyền dữ liệu theo chuẫn SPI đồng thời có chức
năng kết nối với mạch nạp chương trình.
+ P3: Tích hợp các chức năng đặc biệt. Xem bảng
+ Chân ALE, PSEN, WR\, RD\ dùng để kết nối bộ nhớ mở rộng.
+ Chân EA\ có chức năng chọn bộ nhớ chương trình: EA\=GND: Chọn bộ nhớ
ngoại, EA\=VCC chọn bộ nhớ nội.
+ Chân Xtal1 và Xtal2 gắn với thạch anh.
Kết nối với các ngoại vi đơn giản để vi điều khiển hoạt động:

Hình 7: Mạch điều khiển hoạt động 89s52

2.3.Thiết bị báo động có hai loại:
- Báo động tại chỗ: sử dụng các chuông điện, mạch tạo còi thu hay phát ra tiếng còi
để cảnh báo. Trong các hệ thống báo cháy bộ cảm biến thường lắp ở những nơi dễ

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 14


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

cháy và nối với các thiết bị báo động bằng dây dẫn điện, do đó trong một số trường
hợp có thể làm dây bị đứt. Vì vậy một hệ thống báo cháy sẽ trở nên hiệu quả khi sử
dụng các bộ phát vô tuyến. Trong đó bộ phận gắn với mạch báo động, còn mạch

phát gắn liền với bộ cảm biến. Tuy nhiên việc lắp đặt gặp nhiều khó khăn và giá
thành cao.
-Báo động qua điện thoại: giúp ta đáp ứng nhanh các thông tin về sự cố đến cơ
quan chức năng. Khi có tín hiệu báo động sẽ rự động quay số đến các cơ quan chức
năng như: nhà riêng, công an, đơn vị phòng chát chữa cháy,...
2.4.Đầu ra
Nhận tín hiệu từ trung tâm báo cháy truyền đến và có tính năng phát đi các
thông tin bằng âm thanh (chuông, còi), bằng tín hiệu phát sáng (đèn) giúp mọi
người nhận biết đang có hiện tượng cháy xảy ra:
– Bảng hiển thị phụ (bàn phím).
– Chuông báo động, còi báo động.
– Đèn báo động, đèn exit.
– Bộ quay số điện thoại tự động.
a.Bảng hiện thị phụ
Hiển thị thông tin các khu vực xảy ra sự cố từ trung tâm báo cháy truyền đến,
giúp nhận biết tình trạng nơi xảy ra sự cố để xử lý kịp thời.
b.Chuông báo cháy
Được lắp đặt tại phòng bảo vệ, các phòng có nhân viên trực ban, hành lang,
cầu thang hoặc những nơi đông người qua lại nhằm thông báo cho những người
xung quanh có thể biết được sự cố đang xảy ra để có phương án xử lý, di tản kịp
thời.
Khi xảy ra sự cố hỏa hoạn, chuông báo động sẽ phát tín hiệu báo động giúp
cho nhân viên bảo vệ nhận biết và thông qua thiết bị theo dõi sự cố hỏa hoạn (bảng
hiển thị phụ) sẽ biết khu vực nào xảy ra hỏa hoạn, từ đó thông báo kịp thời đến các
nhân viên có trách nhiệm phòng cháy chữa cháy khắc phục sự cố hoặc có biện pháp
xử lý thích hợp.
c.Còi báo cháy
Có tính năng và vị trí lắp đặt giống như chuông báo cháy, tuy nhiên còi được
sử dụng khi khoảng cách giữa nơi phát thông báo đến nơi cần nhận thông báo báo
động quá xa.

d. Đèn báo cháy
Có công dụng phát tín hiệu báo động, mỗi lọai đèn có chức năng khác nhau và
được lắp đặt ở tại các vị trí thích hợp để phát huy tối đa tính năng của thiết bị này.
Gồm có các lọai đèn:

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 15


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

- Đèn chỉ lối thoát hiểm (Exit Light)
Được đặt gần các cầu thang của mỗi tầng lầu, để chỉ lối thoát hiểm trong
trường hợp có cháy. Tự động chiếu sáng trong trường hợp mất nguồn AC.
- Đèn báo cháy (Corridor Lamp)
Được đặt bên trên công tắc khẩn của mỗi tầng. Đèn báo cháy sẽ sáng lên mỗi
khi công tắc khẩn hoạt động, đồng thời đây cũng là đèn báo khẩn cấp cho những
người hiện diện trong tòa nhà được biết. Điều này có ý nghĩa quan trọng, vì trong
lúc bối rối do sự cố cháy, thì người sử dụng cần phân biệt rõ ràng công tác khẩn nào
còn hiệu lực được kích hoạt máy bơm chữa cháy.
- Đèn báo phòng (Room Lamp)
Được lắp đặt trước cửa mỗi phòng giúp nhận biết phòng nào có sự cố một
cách dễ dàng và nhanh chóng.
- Đèn chiếu sáng trong trường hợp khẩn (Emergency Light):
Khi có báo cháy, thao tác đầu tiên là phải cúp điện. Bây giờ đèn chiếu sáng
này sẽ tự động bật sáng (nhờ có bình điện dự phòng battery), nó giúp cho mọi người
dễ dàng tìm đường thoát hiểm, hoặc giúp cho các nhân viên có trách nhiệm nhanh

chóng thi hành phận sự. Hoặc trong trường hợp mất điện đột ngột do có sự cố về
điện, đèn Emergency cũng tỏ ra hữu hiệu.

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 16


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

Chương 3. Thiết kế phần cứng
3.1 Sơ đồ khối thiết bị báo cháy tự động
Cảm biến nhiệt độ
DS18B20

Cảm biến khí gas
MQ2

RL Đèn cảnh báo

Vi
điều
khiển
89S52

Nguồn 5V

RL Chuông báo

RL Vòi phun nước
Hình 8. Sơ đồ khối thiết bị báo cháy tự động

Tổng quan chung về nhiệm vụ và hoạt động của mạch điều khiển
-

Cảm biến nhiệt độ ds18b20 đo nhiệt độ, khi nhiệt độ ≥ 45ºC truyền tín hiệu cho
vi điều khiển, theo chương trình “RL chuông báo” sẽ hoạt động.

-

Cảm biến khí gas khi phát hiện khí gas, truyền tín hiệu cho vi điều khiển, Theo
chương trình “RL đèn cảnh báo” sẽ hoạt động.

-

Khi có cả tín hiệu từ ds18b20 và mq2 thì “RL vòi phun nước” sẽ hoạt động.

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 17


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

3.2 Khối vi điều khiển 89s52
a. Nguyên lý

Hình 11. Khối điều khiển

IC điều khiển chính 89S52 điều khiển toàn bộ hoạt động của mạch, chương
trình code được nạp vào IC (code được dịch ra file .hex rồi đưa vào IC qua bộ nạp
bằng chương trình nạp).
b. Các tham số tính toán
1. Vi điều khiển AT89S52
-

8 KB EPROM bên trong.

-

256 Byte RAM nội.

-

4 Port xuất /nhập I/O 8 bít.

-

3 bộ định thời 16 bit

-

Watch dog timer

-

Một số đặc điểm khác

2. Thạch anh 20MHz
Chức năng: Là nguồn tạo xung nhịp dao động clock ổn định (20 MHz) cho
dao động của 8051. Thạch anh sẽ được gắn vào chân XTAL1 và XTAL2 (Chân số
18 và 19) của 8051.

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 18


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

3. Tụ gốm
Chức năng: Lọc nhiễu cho dao động thạch anh. 2 tụ gốm 33pF sẽ được nối
một đầu với chân của thạch anh, đầu còn lại đấu ra Mass.
4. Tụ hóa 47µF
Chức năng: Tụ hóa 470μF được gắn đầu âm vào chân reset, đầu dương lên
nguồn. Khi cấp điện cho mạch, tụ sẽ phóng điện khiến chân reset bật lên mức cao,
khi đó toàn bộ hệ thống sẽ được nạp lại từ đầu. Khi đang vận hành thì tụ hóa ngăn
dòng đi vào chân reset.
5. Điện trở 10kΩ
Có tác dụng hạn chế dòng điện và phân cực cho mạch reset
6. Trở băng 10k
Riêng Port A của 8051 không có trở băng phải dùng trở băng 10k bên ngoài
3.3 Khối nguồn.
a.Hoạt động

Sử dụng nguồn vào từ 5-12V
Tụ gốm: lọc cao tần đầu vào và đầu ra
Tụ hóa: san phẳng điện áp
IC ổn áp 7805: ổn định nguồn ra là 5V cung cấp cho vi điều khiển hoạt động.
b.Nguyên lý

Hình 12. Khối nguồn

c.Các tham số tính toán
-

Tụ hóa: 470uF

-

Tụ gốm: 104pF

3.4 Khối cảm biến nhiệt độ, báo rò rỉ khí ga.
3.4.1 Khối cảm biến nhiệt độ
a.Nguyên lý

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 19


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

Hình 13. Khối cảm biến nhiệt độ ds18b20

b.Các tham số tính toán
Các đặc điểm kỹ thuật của cảm biến DS1820 có thể kể ra một cách tóm tắt như sau:
- Độ phân giải khi đo nhiệt độ là 9 bit . Dải đo nhiệt độ -55oC đến 125oC, từng

-

bậc 0,5oC, có thể đạt độ chính xác đến 0,1oC bằng việc hiệu chỉnh qua phần
mềm (Có thể đạt đến các độ phân giải 10 bit, 11 bit, 12 bit).
Điện áp nguồn nuôi có thể thay đổi trong khoảng rộng (từ 3,0 V đến 5,5 V).
Dòng tiêu thụ tại chế độ nghỉ cực nhỏ.
Thời gian lấy mẫu và biến đổi thành số tương đối nhanh, không quá 200 ms.
Mỗi cảm biến có một mã định danh duy nhất 64 bit chứa trong bộ nhớ ROM
trên chip (on chip).

3.4.2 Khối báo rò rỉ khí ga
a.Hoạt động
Trong mạch có 2 chân đầu ra là Aout và Dout. Trong đó:
- Aout: điện áp ra tương tự. Nó chạy từ 0.3 và4.5V, 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.
Ta có thể ghép nối vào mạch Realy để điều khiển bật tắt đèn, còi, hoặc thiết bị
cảnh 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.

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 20


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

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 Vout1

-

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
Chân biến trở để điện áp đo tại chân 3 của L358 = Vout2.

b.Nguyên lý

Hình 14. Sơ đồ khối cảm biến khí gas mq2

c.Các tham số tính toán
- IC Lm358
-

Cảm biến khí gas MQ2

-

Tụ gốm 0.1mF (104)

-

Trở 1kΩ

-

Led 5mm

-

Biến trở RL 10k

3.5 Khối cảnh báo: còi, đèn, nhắn tin…

Trên thực tế còi ,đèn ở mức điện áp 220V nên sử dụng một relay dòng 10A,
một chiềuSRD-05VDC-SL-C: Hiện điện thế kích tối ưu là 5V để đóng cắt.

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 21


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

Hình 15. Sơ đồ nối chân Rơ le SRD-05VDC-SL-C

Hình 16. Hình ảnh thực tế Rơ le SRD-05VDC-SL-C

 2 chân dùng để kích
( +): cấp hiệu điện thế kích tối ưu vào chân này
( - ): nối với cực âm
 3 chân còn lại nối với đồ dùng điện công suất cao
-

COM: chân nối với 1 chân bất kỳ của đồ dùng điện, nhưng mình khuyên bạn
nên mắc vào đây chân lửa (nóng) nếu dùng hiệu điện thế xoay chiều và cực
dương nếu là hiệu điện một chiều.

-

ON hoặc NO: chân này bạn sẽ nối với chân lửa (nóng) nếu dùng điện xoay
chiều và cực dương của nguồn nếu dòng điện một chiều.

-

OFF hoặc NC: chân này bạn sẽ nối chân lạnh (trung hòa) nếu dùng điện xoay
chiều và cực âm của nguồn nếu dùng điện một chiều.

a.Nguyên lý

Hình 17. Sơ đồ mạch cho Rơ le SRD-05VDC-SL-C hoạt động

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 22


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

b.Các tham số tính toán
- 2 trở 1kOhm
-

1 led 5mm

-

1 diode N4007

-

1 Transistor thuận C1815

-

1 Relay SRD-05VDC-SL-C

-

1 header 3- M

3.6.Khối tự động dập lửa
a. Nguyên lý

Hình 18. Sơ đồ mạch cho Rơ le SRD-05VDC-SL-C hoạt động

b. Hoạt động
Đầu phun nước (Sprinkler):
Thực hiện hai chức năng:
-

Vừa là cảm biến nhiệt vừa là đầu phun nước.

-

Đầu phun là loại kín, nhạy cảm với nhiệt độ và chỉ mở ở nhiệt độ nhất định.

-

Diện tích làm việc của đầu phun thường từ: 9 - 12 m2

Máy bơm chữa cháy:
-

Cung cấp nước chữa cháy cho hệ thống vòi phun thông qua đường ống khi hệ
thống làm việc.

-

Đặc trưng chính của máy bơm là: Lưu lượng nước và cột áp cần thiết.

-

Thực tế hay dùng bơm ly tâm do dễ sử dụng, hiệu suất làm việc và độ tin cậy
cao.

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 23


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

c.Các tham số tính toán
- 2 trở 1kOhm
-

1 led 5mm

-

1 diode N4007

-

1 Transistor thuận C1815

-

1 Relay SRD-05VDC-SL-C

-

1 header 3- M

-

Vòi nước sprinkler

-

Máy bơm chữa cháy

3.7 Đèn báo động
a. Nguyên lý
Tương tự như còi và chuông báo

Hình 19. Sơ đồ mạch cho Rơ le SRD-05VDC-SL-C hoạt động

b. Hoạt động

Hình 20. Hiện nay hay sử dụng loại đèn báo khẩn cấp dạng này.

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 24


Đồ án vi xử lý trong đo lường điều khiển

Thiết bị báo cháy tự động

Đèn LED chiếu sáng khẩn cấp D KC01/2W - Rạng Đông là một ví dụ
c. Các tham số tính toán
Đặc tính sản phẩm:
-

Sử dụng nguồn sáng LED chất lượng cao.

-

Thân đèn bằng hợp kim

-

Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 7722-1:2009; TCVN 4255:2008

Ưu điểm:

-

Mặt tán quang bằng mica cho phân bố ánh sáng rộng

-

Trọng lượng nhẹ hơn so với đèn sử dụng nguồn halogen, compact thông thường

-

Dễ dàng điều chỉnh góc chiếu đèn

-

Thuận tiện trong quá trình lắp đặt thi công

-

Đèn có mạch bảo vệ, tự động ngắt khi nạp đầy

3.8 Mạch in và mạch thực
1. Vẽ mạch in trên phần mềm Altium.

GVHD: Ths. Bùi Thị Duyên

Page 25