HỆ THỐNG báo CHÁY dùng 89c51 ( có code và mạch in )

ĐỒ ÁN 2

HỆ THỐNG BÁO CHÁY
MỤC LỤC


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Dữ liệu khi test cảm biến nhiệt…………………………………………….…9
Bảng 3.2 Dữ liệu khi test cảm biến khói………………………………………………11
Bảng 4.1 Dữ liệu mạch thực tế………………………………………………………...13


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ADC

Analog to Digital Converter

DC
IC
VCC

Direct Curent
Itegrated Circuit
Voltage Common Collector


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 5/25

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
Trong đồ án lần này em xin giới thiệu mạch báo cháy tự động. Mạch yêu cầu
dùng cảm biết nhiệt độ và cảm biến khói, sử dụng chuông và đèn báo hiệu hỏa hoạn.
Nguyên lý thiết kế mạch: sử dụng cảm biến nhiệt độ và cảm biến khói để thu
các tín hiệu có dấu hiệu cháy, sau đó xử lí tín hiệu cảm biến nhận được để báo động
hỏa hoạn bằng chuông và đèn báo hiệu.
Trong quá trình thiết kế thì em có thực hiện phần cứng là làm mạch báo cháy tự
động.

HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 6/25

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY
2.1 CẤU TRÚC
Cấu trúc hệ thống báo cháy gồm:
-

Cảm biến nhiệt độ DS18B20.

-

Cảm biến khói sử dụng module cảm biến khí gas MQ2.

-

Dùng IC AT89C51 để giao tiếp với cảm biến nhiệt độ, cảm biến khói và phát tín
hiệu đến các thiết bị báo động.

-

Thiết bị báo động khi có hỏa hoạn là chuông và đèn báo.

2.2 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

KHỐI CẢM
BIẾN NHIỆT
ĐỘ
KHỐI
KHỐI CẢM
BIẾN KHÓI

XỬ LÝ

KHỐI NGUỒN
Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống
Chức năng từng khối:
HỆ THỐNG BÁO CHÁY

KHỐI
PHÁT TÍN
HIỆU


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Trang 7/25
-

Khối cảm biến nhiệt độ:Sử dụng cảm biến nhiệt độ DS18b20 có nhiệm vụ lấy
nhiệt độ môi trường xung quanh để đưa thông tin về khối xử lý và đưa ra cảnh
báo khi nhiệt độ vượt qua ngưỡng cho phép.

-

Khối cảm biến khói: Sử dụng module cảm biến khói MQ2 có nhiệm vụ phát
hiện khói và đưa thông tin về khối xử lý.

-

Khối xử lý: Sử dụng vi điều khiển IC AT89C51 dùng để giao tiếp với các khối
cảm biết nhiệt độ, cảm biến khói qua cổng P1.0 và P2.0 và đưa thông tin đến
khối phát tín hiệu ra bằng cổng P1.6 và P1.7.

-

Khối phát tín hiệu: Sử dụng còi báo và đèn có nhiệm vụ báo động cho mọi
người biết khi có cháy xảy ra.

-

Khối nguồn: Sử dụng nguồn điện DC có điện áp 9V để cung cấp cho hoạt động
của mạch.

2.3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CÁC LINH KIỆN
2.3.1 Cảm biến nhiệt độ DS18B20

Hình 2.2 Cảm biến nhiệt độ DS18B20
-

Các chân linh kiện:
VCC: Chân cấp nguồn cho cảm biến, điện áp sử dụng 5 V.

HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 8/25
-

GND: Chân nối đất cho cảm biến.
DQ: Chân dữ liệu ra của cảm biến.
Cảm biến DS18B20 đo nhiệt độ theo mức một wire, lấy nhiệt độ với độ phân
giải có cấu hình từ 9 đến 12 bit. Nếu không cấu hình thì sẽ mặc định ở 12 bit.
Nhiệt độ đo được từ -55OC tới 125OC. Có thể lập trình mức nhiệt độ cảnh báo
khi vượt qua ngưỡn cho phép.
2.3.2 Cảm biến khói
Module cảm biến khí GAS MQ2

Hình 2.3 Module cảm biến khí GAS MQ2
Sơ lược về cảm biến:
-

VCC: Chân cấp nguồn cho cảm biến, điện áp sử dụng 5V.
GND: Chân nối đất cho cảm biến.
AOUT: Đầu ra ADC

DOUT: Đầu ra Digital (So sánh khi phát hiện khí)
Module MQ2 là thiết bị dùng để cảm biến khí, trong đó có tác dụng cảm biến
khói. Khi không có khói DOUT của cảm biến đưa ra giá trị ở mức cao, khi có
khói thì DOUT của cảm biến đưa ra giá trị ở mức thấp.
2.3.3 IC AT89C51

HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 9/25

-

Hình 2.4 Sơ đồ chân IC 89C51
Một số chân được sử dụng trong mạch
VCC: Chân cấp nguồn cho IC, điện áp sử dụng 5V.
GND: Chân nối đất cho IC.
EA/VPP: Cho phép làm việc với bộ nhớ chương trình.
RST: chân reset.
XTAL1, XTAL1: 2 chân tạo dao động clock cho IC.
P1.0, P1.1, P1.6 và P1.7: Các chân của cổng 1.

2.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH
2.4.1 Nguyên lý hoạt dộng
Khi có cháy nhiệt độ môi trường xung quanh cao lên đến khi vượt qua ngưỡng giới
hạn của cảm biến nhiệt độ DS18B20 (>50OC) đưa ra tín hiệu về bộ xử lý. Và khi mật
độ khói tăng lên cảm biến khói đang có đầu ra là mức cao (không có khói) sẽ nhảy
sang mức thấp (có khói). Bộ xử lý trung tâm (IC AT89C51) có nhiệm vụ xử lí dữ liệu

HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 10/25
cảm biến truyền qua, sau khi xử lí xong bộ xử lí trung tâm sẽ đưa dữ liệu đã xử lí và
phát tín hiệu qua chuông và đèn báo động.
2.4.2 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý

HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 11/25

CHƯƠNG 3
LẬP TRÌNH VÀ MÔ PHỎNG
3.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT
BẮT ĐẦU

I = CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ
J = CẢM BIẾN KHÓI
I > 50OC
S

Đ

S

KẾT THÚC

J=0

CHUÔNG BÁO
KÊU

Hình 3.1 Sơ đồ giải thuật
HỆ THỐNG BÁO CHÁY

XỬ LÝ TÍN
HIỆU

ĐÈN BÁO
SÁNG


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 12/25
Giải thích lưu đồ:
Lưu đồ Hình 3.1 bắt đầu ta gán I là cảm biến nhiệt độ và J là cảm biến khói. Tiếp theo
ta so sánh I > 50OC khi đó ta có hai trường hợp xảy ra:
-

Trường hợp 1: I <= 50OC chương trình kết thúc.
Trường hợp 2: I >50OC chương trình đưa dữ hiệu về bộ xử lý.

Tiếp tục chương trình ta xem đầu ra củacảm biến khói có ở mức thấp khi đó ta cũng có
hai trường hợp.
-

Trường hợp 1: J=1 chương trình kết thúc.
Trường hợp 2: J=0 chương tiếp tục đưa dữ hiệu về xử lý.

Khi nhận được dữ hiệu từ khối cảm biến nhiệt độ lúc này bộ xử lý sẽ phát tín hiệu cho
đèn báo động. Và đồng thời nhận được dữ liệu của cảm biến khói đưa về thì chuông
báo động sẽ kêu lên.
3.2 MẠCH MÔ PHỎNG
3.2.1 Test hoạt động cảm biến nhiệt độ

Hình 3.2 Mạch chạy khi nhiệt độ nhỏ hơn 51OC và không có khói
HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 13/25

Hình 3.3 Mạch chạy khi nhiệt độ lớn hơn 50OC và không có khói
Số liệu có được:
UD1=5 V
Khi cảm biến nhiệt độ nhỏ
UR1=5 V
O
hơn 51 C và không có khói UD2=5 V
UR2=5 V
UD1=0.2 V
Khi cảm biến nhiệt độ lớn hơn UR1=2.2 V
50OC và không có khói
UD2=5 V
UR2=5 V

Bảng 3.1 Dữ liệu khi test cảm biến nhiệt.
3.2.2 Test hoạt động của cảm biến khói
Vì giá trị đầu ra cảm biến khói ở mức thấp khi có khói và ở mức cao khi không có
khói. Nên em sử dụng nút bấm nối với đất để mô tả tương tự như cảm biến khói. Cũng
có nghĩa khi bấm nút thì có khói và không bấm bút thì không có khói.

HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 14/25

HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 15/25

Hình 3.4 Mạch chạy khi có khói và nhiệt độ nhỏ hơn 51OC

Hình 3.5 Mạch chạy khi có khói và nhiệt độ lớn hơn 50OC

Số liệu có được:

khi có khói và nhiệt độ nhỏ hơn 51OC

khi có khói và nhiệt độ lớn hơn 50OC

UD1 = 5 V
UR1=5 V

UD2=5V
UR2=5 V
UD1 =0.2 V
UR1=2.2 V
UD2=0.2 V
UR2=2.2 V

Bảng 3.2 Dữ liệu khi test cảm biến khói.
HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 16/25

HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 17/25

CHƯƠNG 4
THỰC THI PHẦN CỨNG
4.1 SƠ ĐỒ MẠCH IN

Hình 4.1 Sơ đồ mạch in
4.2 Mạch thực tế

HỆ THỐNG BÁO CHÁY

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 18/25
Hình 4.2 Mạch chạy khi nhiệt độ cao và không có khói

HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 19/25

Hình 4.3 Mạch chạy khi nhiệt độ cao và có khói
Số liệu có được
UD1 =0.18 V
Khi nhiệt độ cao và không có khói

UR1=2.1 V
UD2=4.9 V
UR2=4.8V
UD1 =0.18 V

Khi nhiệt độ cao và có khói

UR1=2.1 V
UD2=0.19 V
UR2=2 V

Bảng 4.1 Dữ liệu mạch thực tế

HỆ THỐNG BÁO CHÁY

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 20/25

CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN
5.1 ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM

- Ưu điểm: Hệ thống hoạt động tương đối ổn định các linh kiện cảm biến
nhạy bén. Có độ bền cao và giá thành rẽ.
- Nhược điểm: Mạch có khả năng bị nhiễu, không hoạt động bằng nguồn
xoay chiều 220V là nguồn điện dân dụng hiện nay.
5.2 ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Hệ thống báo cháy có ứng dụng lớn nhất là báo động khi có hỏa hoạn xảy ra.
Giúp đảm bảo một phần an toàn của người dân, cũng như tránh những thiệt hại đáng
tiếc về tính mạng con người và tài sản.
Mạch có khả năng nâng cấp cải tiến để dùng cho các mục đích khác như hệ
thống phát hiện rò rĩ gas, ….

HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 21/25

TÀI LIỆU THAM KHẢO
-

dientuvietnam.net

banlinhkien.vn
luanvan.net.vn
codientu.org
Giáo trình họ vi điều khiển 8051-Tống Văn On

HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 22/25

PHỤ LỤC
Code chương trình
;GIAO TIEP DS18B20
;----------------DQ

BIT

P1.1

FLAG EQU 35
TMPL EQU 29H
TMPH

EQU 28H

TMP EQU 27H
;GIAO TIEP VOI LOA BUZZER VA SENSOR
;-----------------------BUZZER

BIT

P1.7

SENSOR

BIT

P1.0

LED BIT

P1.6

NHIET_BD EQU 20
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 000BH
LJMP NGAT_TIMER0;muc dich bao coi
ORG 0030H
MAIN:
MOV SP,#5FH

;PHAN CHIA VUNG RAM

SETB LED;TAT LED
HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Trang 23/25
SETB BUZZER;TAT LOA KEN
MOV NHIET_BD,#50;NHIET DO CAI DAT BAO DONG LA 50
MOV IE,#10000010B; BAT NGAT TIMER 0
MOV TMOD,#01H; CHON TIMER0-CHE DO 1-16 BIT
MOV TH0,#HIGH(-10000);NAP GIA TRI DEM
MOV TL0,#LOW(-10000);NAP GIA TRI DEM
LCALL

GIAOTIEPDS18B20;lay nhiet do truoc

; CHUONG TRINH CHINH BAT DAU TAI DAY
MP1:
;kiem tra co khoi hay khong?
JNB SENSOR,CO_KHOI
;tat bao dong loa ken khi ko co khoi
SETB BUZZER
CLR TR0
;kiem tra nhiet do de bao den led
LCALL

GIAOTIEPDS18B20

CLR C
MOV A,24;T do
MOV B,NHIET_BD;T dat
SUBB A,B
JZ

;DO - DAT

DOKHACDAT1

SETB LED;TAT LED
SJMP TT_MP1
HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 24/25
DOKHACDAT1:
JC

QUANHIET1

SETB LED;TAT LED
SJMP TT_MP1
QUANHIET1:
CLR LED;BAT LED
TT_MP1:
SJMP MP1
CO_KHOI:
LCALL

GIAOTIEPDS18B20

CLR C
MOV A,24;T do
MOV B,NHIET_BD;T dat
SUBB A,B

JZ

;DO - DAT

DOKHACDAT2

SETB LED;TAT LED
SETB BUZZER;TAT LOA KEN
CLR TR0;TAT DAO DONG
SJMP TT_MP1
DOKHACDAT2:
JC

QUANHIET2

SETB LED;TAT LED
SETB BUZZER;TAT LOA KEN
CLR TR0;TAT DAO DONG
HỆ THỐNG BÁO CHÁY


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Trang 25/25
SJMP TT_MP1
QUANHIET2:
CLR LED;BAT LED
SETB TR0;BAT LOA KEN
SJMP TT_MP1
;CTC XU LY NGAT TIMER 0
NGAT_TIMER0:

MOV TH0,#HIGH(-10000)
MOV TL0,#LOW(-10000)
DJNZ R2,THOATNGAT
MOV R2,#20
CPL BUZZER
THOATNGAT:
RETI
GIAOTIEPDS18B20:
LCALL

RESETT

MOV A,#0CCH
LCALL

;LENH SKIP ROM

WRITE

NOP
MOV A,#44H
LCALL

;LENH CHUYEN DOI NHIET DO

WRITE

NOP
;DELAY 100uS
MOV R5,#30

HỆ THỐNG BÁO CHÁY