Đây là một dự án chế tạo hệ thống báo cháy trên Arduino rất đơn giản để thực hiện nhưng lại có nhiều ứng dụng thực tiễn. Khi cảm biến phát hiện ngọn lửa, Arduino sẽ kích hoạt còi và đèn Led để cảnh báo đồng thời điều khiển bơm nước để tự động dập tắt đám cháy. Hãy cùng điện tử Hatakey, tìm hiểu kỹ hơn về thiết kế của hệ thống này nhé!
1. Giới thiệu về hệ thống báo cháy sử dụng Arduino
Hệ thống này rất đơn giản bao được tạo thành từ các mô-đun và linh kiện dễ tìm kiếm trên thị trường.
- Mô-đun mạch điều khiển Arduino Uno
- Mô-đun cảm biến cháy hồng ngoại
- Mô-đun rơ-le 5V dùng đóng ngắt nguồn máy bơm (Do cổng ra của Arduino không cấp đủ dòng)
- Máy bơm mini kèm ống
- 2 đèn LED với trở 470 Ohms
- Còi
- Pin (2 Cells pin lithium mắc nối tiếp tổng 7.4V và 1 cell pin cho máy bơm).
Hình 1. Sơ đồ đấu nối hệ thống báo cháy sử dụng Arduino.
1.1. Mô-đun cảm biến phát hiện cháy
Cảm biến cháy là một thiết bị được thiết kế để phát hiện sự xuất hiện của ngọn lửa hay đám cháy. Hiện nay có khá nhiều cảm biến phát hiện đám cháy sử dụng các công nghệ khác nhau như: cảm biến tia cực tím, cảm biến hồng ngoại, cảm biến đa phổ, cảm biến cháy quang học, cảm biến khói… Trong dự án này, chúng ta sẽ sử dụng cảm biến hồng ngoại vì nó có giá thành rẻ, khả năng ứng dụng rộng rãi và cũng như có các đặc điểm kỹ thuật phù hợp.
Hình 2. Mô-đun cảm biến cháy hồng ngoại.
Mô-đun cảm biến cháy này bao gồm một cảm biến hồng ngoại (Infrared – IR) được kết nối đến bộ khuếch đại thuật toán để xử lý tín hiệu thu được. Vì ngọn lửa phát xạ mạnh trong dải hồng ngoại, cảm biến IR có thể phát hiện nguồn sáng này và sinh ra tín hiệu điện.
1.2. Mô-đun điều khiển Arduino Uno
Bên cạnh cảm biến hồng ngoại, hệ thống sử dụng bo mạch Arduino Uno đóng vai trò hệ thống điều khiển trung tâm. Khi cảm biến phát hiện ngọn lửa, vi điều khiển sẽ kích hoạt một chuỗi hành động: bật đèn LED cảnh báo và chuông, đồng thời điều khiển máy bơm nước hoạt động. Máy bơm sẽ phun nước vào khu vực cháy để dập lửa và ngăn cản đám cháy lan rộng.
2. Phân tích phần cứng hệ thống báo cháy sử dụng Arduino
Đối với cảm biến cháy, chúng tôi sử dụng một mô-đun thu phát hồng ngoại IR tiêu chuẩn gồm 1 đèn led phát và 1 đèn led thu tín hiệu hồng ngoại. Ở đây chúng ta sẽ tháo bỏ đèn phát tín hiệu IR không cần thiết.
Hình 3. Điều chỉnh mô-đun cảm biến hồng ngoại
Thành phần chính của mô đun máy bơm mini là mô-tơ điện cần dòng hơn 100mA để hoạt động. Mặt khác các cổng ra của Arduino bị giới hạn chỉ đạt 40mA. Vì lý do này máy bơm mini cần được kết nối với mô-đun relay điện tử tiêu thụ khoảng 20mA. Máy bơm này cũng sử dụng một nguồn riêng bởi vì động cơ máy bơm thường reset vi điều khiển khi chúng kết nối chung nguồn. Các đèn Led cảnh báo được nối với đầu ra của bộ Arduino thông qua trở hạn dòng 470 Ohms. Còi cảnh bảo sẽ được kết nối trực tiếp với bộ Arduino và được điều khiển bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (Pulse with Modulation – PWM).
3. Lập trình phần mềm điều khiển hệ thống báo cháy
Hình 4. Phần mềm điểu khiển hệ thống báo cháy sử dụng arduino.
Phần lập trình Arduino khá đơn giản với các tính năng cơ bản của hệ thống.
4. Hoạt động thực tế của hệ thống báo cháy sử dụng Arduino
Bây giờ chúng ta hãy xem thiết bị hoạt động như thế nào trong điều kiện thực tế. Trước tiên, tôi sẽ tắt nguồn máy bơm nước và kiểm tra phần còn lại của thiết bị. Trước tiên, chúng ta cần điều chỉnh độ nhạy của mô-đun cảm biến IR bằng biến trở. Khi cảm biến đã được điều chỉnh và chúng ta có thể kết nối máy bơm.
Nếu ngọn lửa xuất hiện trước cảm biến, báo động bằng âm thanh và hình ảnh sẽ được kích hoạt và máy bơm nước sẽ bắt đầu hút nước từ bể để dập lửa.
5. Kết luận
Hệ thống báo cháy sử dụng Arduino này rất dễ thực hiện và có ứng dụng thực tế rất lớn. Hệ thống là một ví dụ điển hình cho việc điều khiển có điều các thiết bị bên ngoài (trong trường hợp này là máy bơm, còi báo động và đèn tín hiệu) dự trên tín hiệu từ các cảm biến tích hợp trong. Dự án này khá phù hợp cho những người mới tìm hiểu về các hệ thống Arduino và có thể thực hiện bởi ngay các bạn học sinh.
Nguồn: Arduino Project Hub
Dịch bởi: Điện tử Hatakey