(Trang 8)
Sau khi học xong bài này, em sẽ:
Trình bày được các khối, nguyên lí hoạt động của hệ thống cảnh báo sử dụng vi điều khiển.
Quan sát Hình 2.1 và cho biết hệ thống có chức năng gì và hoạt động như thế nào?
Hình 2.1
Đầu báo khói
Công tắc khẩn
Đầu báo nhiệt
Bộ điều khiển trung tâm
LED
Thiết bị phun nước
Chuông báo động
Quay số tự động tới điện thoại
I - CẤU TRÚC HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG
Khám phá
| Quan sát Hình 2.2 và cho biết chức năng cơ bản của khối điều khiển trung tâm trong một hệ thống cảnh báo tự động. |
Hệ thống cảnh báo tự động khá đa dạng nhưng đều có cấu trúc chung như Hình 2.2, gồm các khối chức năng sau đây:
Hình 2.2. Cấu trúc hệ thống cảnh báo tự động
Khối tương tác người dùng (màn hình, phím bấm,...)
Khối cảm biến (nhiệt độ, khói,...)
Khối điều khiển trung tâm
Khối chấp hành (còi báo động,...)
(Trang 9)
1. Khối cảm biến
Khối cảm biến có nhiệm vụ cung cấp thông tin về môi trường cần giám sát bằng việc biến đổi các đại lượng vật lí cần đo như nhiệt độ, nồng độ khói,... thành tín hiệu điện thông qua các cảm biến. Dưới đây là một số loại cảm biến thông dụng sử dụng trong các hệ thống cảnh báo tự động.
a) Cảm biến phát hiện nhiệt
Cảm biến phát hiện nhiệt có nhiều loại khác nhau, một trong những loại được sử dụng để cảnh báo cháy là đầu báo nhiệt cố định, sử dụng thanh lưỡng kim (Hình 2.3). Nó có cấu tạo gồm một tấm thép và một thanh lưỡng kim, một đầu thanh lưỡng kim được gắn cố định vào vỏ. Ốc điều chỉnh thường điều chỉnh điểm mở (Hình 2.3a). Khi nhiệt độ tăng quá mức cho phép, thanh lưỡng kim bị uốn cong làm tiếp điểm (Hình 2.3c).
|
a) Hình dạng thực tế |
b) Ở trạng thái bình thường |
c) Khi nhiệt độ quá ngưỡng |
Hình 2.3. Cảm biến phát hiện nhiệt
Tiếp điểm
Lưỡng kim
Lỗ thông hơi
Bộ thu nhiệt
Tiếp điểm tiếp xúc
Nhiệt độ kích thích
b) Cảm biến phát hiện khói
Cảm biến phát hiện khói phổ biến nhất là ion hoá và quang điện. Cảm biến phát hiện khói quang điện (Hình 2.4) có cấu tạo gồm một nguồn phát hồng ngoại và một đầu thu tín hiệu được đặt trong buồng quang điện. Khi khói đi vào buồng quang điện, tia hồng ngoại sẽ bị tán xạ làm dẫn đến thu được dòng. Sự thay đổi này giúp phát hiện sự xuất hiện của khói.
|
a) Hình dạng thực tế |
b) Cấu tạo |
Hình 2.4. Cảm biến phát hiện khói quang điện
Vcc
GND
Ao
Do
Điều khiển phát hồng ngoại
Nguồn ổn áp
Bộ khuếch đại
Biến đổi ADC
Khói
Tia hồng ngoại
Tán xạ
Cảm biến hồng ngoại
(Trang 10)
c) Cảm biến phát hiện chuyển động PIR
Cảm biến phát hiện chuyển động PIR (Passive Infrared Sensor) (Hình 2.5a) là cảm biến hồng ngoại thụ động, có khả năng phát hiện chuyển động của vật thể thông qua độ bức xạ hồng ngoại phát ra từ vật đưa đến trường hiệu ứng hoá điểm trong hình 2.5b. Cấu tạo của cảm biến PIR (Hình 2.5b) gồm một cảm biến thấu kính Fresnel có chức năng hội tụ bức xạ hồng ngoại, tăng cường độ tín hiệu và tạo ra trường hiệu ứng gồm nhiều điểm. Khi một vật thể đi chuyển trong tầm quan sát của cảm biến, nhiệt độ của vật thể sẽ khác so với nhiệt độ của môi trường xung quanh. Cảm biến hoạt động có thể phát hiện sự thay đổi nhiệt độ này thông qua bức xạ hồng ngoại.
|
a) Hình dạng thực tế |
b) Cấu tạo chung |
Hình 2.5. Cảm biến phát hiện chuyển động PIR
Vỏ kim loại
Bức xạ hồng ngoại
Kính fressnel
Kính lọc
Phần tử hỏa điện
Nguồn ổn áp
Mạch khuếch đại
Mạch so sánh
Vcc
OUT
GND
d) Cảm biến phát hiện mở cửa
Cảm biến phát hiện mở cửa có một số loại khác nhau, sử dụng phương pháp cảm ứng từ, chiều sáng, cơ... Cảm biến cảm ứng từ sử dụng phương pháp cảm ứng từ như Hình 2.6a được sử dụng phổ biến. Cấu tạo của cảm biến gồm một nam châm và một cảm biến từ. Khi cửa mở, tiếp điểm của chuyển mạch không còn nằm trong vùng ảnh hưởng của từ trường nam châm, do vậy mạch chuyển mạch sẽ ở trạng thái hở mạch. Khi cửa đóng, tiếp điểm sẽ được đóng lại.
|
a) Hình dạng thực tế |
b) Ở trạng thái luôn đóng |
c) Ở trạng thái luôn mở |
Hình 2.6. Cảm biến phát hiện mở cửa
Phần chứa tiếp điểm
Nam châm
Mở
Đóng
(Trang 11)
2. Khối điều khiển trung tâm
Khối điều khiển trung tâm thực hiện chức năng xử lí các thông tin thu được từ cảm biến và thực hiện điều khiển hệ thống. Nó sử dụng vi điều khiển vào hoạt động theo chương trình được lập trình và cài đặt trước.
Thông thường, các vi điều khiển được tích hợp trên một mạch phát triển ứng dụng sẵn, cung cấp các giao diện kết nối với các cảm biến và cơ khí nhằm đảm bảo tính tương thích và thuận tiện khi kết nối vi điều khiển với các thiết bị khác như cảm biến, còi, máy tính, màn hình cảm ứng, cùng như sự tiện lợi khi lập trình và nạp chương trình.
3. Khối chấp hành
Khối chấp hành gồm các thiết bị chấp hành, thực hiện lệnh điều khiển từ khối điều khiển trung tâm như còi báo động, đèn cảnh báo, gửi điện thoại hay gọi tín hiệu đến số điện thoại di động, điện thoại bàn,...
4. Khối tương tác người dùng
Khối tương tác người dùng thực hiện chức năng giao tiếp giữa người dùng và hệ thống, thường gồm màn hình hiển thị thông tin và bàn phím giúp người dùng thiết lập chế độ hoạt động của hệ thống. Ngoài ra, chức năng tương tác người dùng còn hỗ trợ bạn có thể được nhận thông tin qua các chương trình ứng dụng trên điện thoại di động.
II - NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG
Hệ thống cảnh báo tự động có cấu trúc như Hình 2.2, hoạt động theo chu trình khép kín sau:
- Thu nhận thông tin: Khối cảm biến thu nhận thông tin về đối tượng cần giám sát (nhiệt độ, áp suất,...) nhờ cảm biến được đặt tại các vị trí cần giám sát. Sau đó, chuyển đổi thành các tín hiệu điện, tín hiệu này được biến đổi thành tín hiệu số thông qua bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) và truyền đến khối điều khiển.
- Xử lí thông tin và ra lệnh điều khiển: Thông tin thu nhận từ cảm biến được đưa về khối điều khiển trung tâm để xử lí và ra lệnh điều khiển. Khối điều khiển lập trình và cài đặt trước để phân tích và đưa ra tín hiệu điều khiển khối chấp hành. Nếu có các tình huống cần cảnh báo, khối điều khiển trung tâm sẽ truyền tín hiệu điều khiển đến khối chấp hành. Lúc này, chuông báo động, đèn sẽ sáng để cảnh báo.
- Thực thi các hành động: Các lệnh điều khiển được thực thi trên khối chấp hành (như bật còi báo động, đèn cảnh báo, phun nước...) hoặc cảnh báo tới người dùng thông qua khối tương tác người dùng (hiển thị trên màn hình, gửi tin nhắn, gọi điện thoại,...). Kết quả của các hành động này tác động tới đối tượng giám sát làm thay đổi trạng thái.
của đối tượng và tiếp tục được ghi nhận bởi hệ thống cảm biến trong vòng điều khiển tạo ra quá trình giám sát, cảnh báo liên tục.
Ví dụ, trong hệ thống báo cháy, khối cảm biến liên tục thu nhận thông tin về nhiệt độ và khói của môi trường trong khu vực giám sát. Khi phát hiện nhiệt độ và khói quá ngưỡng cho phép, khối điều khiển trung tâm xác định có cháy và ra lệnh bật còi báo động, mở van phun nước dập cháy. Các hành động này được thực hiện bởi khối chấp hành (gồm còi báo động, bơm nước) tác động làm thay đổi trạng thái đám cháy (đối tượng giám sát) và tiếp tục được thu nhận, xử lí ở vòng lặp tiếp theo. Còi báo động và van phun nước sẽ ngừng khi trạng thái môi trường trở lại điều kiện bình thường.
Luyện tập
| Quan sát Hình 2.7, giải thích vai trò các thiết bị và hoạt động của hệ thống.
Hình 2.7. Hệ thống cảnh báo đột nhập |
Cảm biến mở cửa
Cảm biến chuyển động
Báo động
Đột nhập
Báo động
Khối điều khiển trung tâm
CÓ TRỘM ĐỘT NHẬP
Nhắn tin và gọi điện thoại cảnh báo đến chủ nhà
