Giáo án điện tử chuyên đề công nghệ 12 điện - điện tử kết nối bài 2: Hệ thống cảnh báo tự động sử dụng vi điều khiển

BÀI 2: HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN 

Thân mến chào các em học sinh thân mến!

A. KHỞI ĐỘNG

Quan sát hình sau và trả lời câu hỏi: Hãy cho biết hệ  thống có chức năng gì và hoạt động như thế nào?

B. HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 1. Tìm hiểu về hệ thống cảnh báo tự động

*Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu khối cảm biến.

Quan sát hình 2.2 và cho biết các chức năng cơ bản của khối điều khiển trung tâm trong một hệ thống cảnh báo tự động.

Dự kiến sản phẩm:

1. Khối cảm biến

- 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 thông qua các cảm biến.

1. Cảm biến phát hiện nhiệt.

- Phổ biến là loại cảnh báo nhiệt cố định sử dụng thanh lưỡng kim

- Cấu tạo:

+ Một tiếp điểm để gắn thanh lưỡng kim

+ Mộ bộ thu nhiệt có lỗ thông hơi.

- Nguyên lí hoạt động:

+ Ở điều kiện bình thường tiếp điểm mở (hình b)

+ Nhiệt độ cao, thanh lưỡng kim bị uốn cong làm đóng tiếp điểm. (hình c)

1. Cảm biến phát hiện khói

- Phân loại: ion hoá và quang điện.

- Cấu tạo loại quang điện:

+ Một nguồn phát hồng ngoại 

+ Một đầu thu tín hiệu được đăth trong buồng quang điện.

- Nguyên lí hoạt động: Khi có khói đi qua buồn quang điện, tia hồng ngoại sẽ bị tán xạ dẫn đến tín hiệu thu được giảm, sự thay đổi này giúp phát hiện khói.

1. Cảm biến chuyển động PIR

- Cấu tạo: 

+ Một cảm biến hoả điện: nhạy với thay đổi nhiệt độ bề mặt.

+ Một thấu kính Fressnel: hội tụ bức xạ hồng ngoại giúp tăng cường độ tín hiệu tác động lên cảm biến hoả điện

+ Mạch khuếch đại, so sánh: chuyển tín hiệu ra thành số.

........................................................

Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu các khối điều khiển trung tâm, khối chấp hành và khối tương tác người dùng.

1. Hãy trình bày về đặc điểm của khối điều khiển trung tâm.

2. Hãy nêu các thiết bị chấp hành, thực thi lệnh điều khiển trong khối chấp hành.

3. Khối tương tác người dùng có cấu trúc như thế nào? Khối tương tác

Dự kiến sản phẩm:

1. Khối điều khiển trung tâm

- Thực hiện các chức năng xử lí thông tin thu được từ cảm biến và thực hiện điều khiển hệ thống.

- Hoạt động theo chương trình lập trình và cài đặt trước.

- Các vi điều khiển được tích hợp trên bo mạch phát triển ứng dụng cung cấp các giao diện kết nối về điện và cơ khí nhằm đảm bảo tính tương thích và thuận tiện khi kết nối với điều khiển với các thiết bị khác.

1. Khối chấp hành

- Còi báo động

- Đèn cảnh báo

- Gọi điện thoại, tin nhắn đến điện thoại

- Điều khiển mở van phun nước,…

1. Khối tương tác người dùng.

- Một màn hình hiển thị thông tin

- Bàn phím giúp người dùng thiết lập chế độ hoạt động hệ thống.

- Có thể thực hiện trên ứng dụng điện thoại di động.

Hoạt động 2. Tìm hiểu về nguyên lí hoạt động của hệ thống cảnh báo tự động

1. Hãy trình bày nguyên lí hoạt động của hệ thống cảnh báo tự động.

2. Hãy đưa ra ví dụ cách hoạt động của hệ thống báo cháy tự động.

Dự kiến sản phẩm:

Hệ thống cảnh báo tự động (Hình 2.2), hoạt động theo chu trình kín như sau: 

- Thu nhận thông tin: Thu nhận thông tin về đối tượng giám sát nhờ các cảm biến được đặt tại các vị trí dễ quan sát đối tượng và chuyển đổi thành tín hiệu điện.

- Xử lí thông tin và ra lệnh điều khiển: vi điều khiển hoạt động theo chương trình được lập trình và cài đặt trước để phát hiện có hay không có các tình huống cảnh báo. 

- Thực thi các hành động: Các lệnh điều khiển được thực thi trên khối chấp hành hoặc cảnh báo tới người dùng thông qua khối tương tác người dùng.

Ví dụ: Trong hệ thống báo cháy, khối cảm biến liên tục thu nhận thông tin về nhiệt, 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 ra lệnh bật còi báo động, mở van phun nước dập cháy.

Các hành động trên được thực hiện bởi khối chấp hành tác động làm thay đổi đám cháy và tiếp tục được thu nhân, xử lí ở vòng lặp tiếp theo.

C. LUYỆN TẬP

Hoàn thành bài tập trắc nghiệm sau:

Câu 1: Khối cảm biến không có thiết bị nào sau đây?

1. Cảm biến phát hiện nhiệt.

2. Cảm biến phát hiện khói.

3. Cảm biến phát hiện mở cửa.

4. Điều khiển mở van phun nước.

Câu 2: Hình ảnh dưới đây là hình ảnh thực tế của loại cảm biến nào?

1. Cảm biến phát hiện nhiệt.

2. Cảm biến phát hiện khói.

3. Cảm biến phát hiện mở cửa.

4. Cảm biến phát hiện chuyển động PIR

Câu 3: Nguyên lí của cảm biến nhiệt sử dụng thanh lưỡng kim là

1. Nhiệt độ tăng, thanh lưỡng kim bị uốn cong làm đóng tiếp điểm.

2. Nhiệt độ tăng, thanh lưỡng kim bị gãy cong làm mở tiếp điểm.

3. Nhiệt độ tăng, thanh lưỡng kim bị uốn cong làm mở tiếp điểm.

4. Nhiệt độ tăng, thanh lưỡng kim bị uốn gãy làm mở đóng điểm.

Câu 4: Khối chức năng có vai trò thực thi lệnh điều khiển từ khối trung tâm là

1. Khối tương tác người dùng.

2. Khối chấp hành.

3. Khối điều khiển trung tâm.

4. Khối cảm biến.

Câu 5: Hình ảnh dưới đây là cấu tạo của loại cảm biến nào?

1. Cảm biến phát hiện nhiệt.

2. Cảm biến phát hiện khói.

3. Cảm biến phát hiện mở cửa.

D. Cảm biến phát hiện chuyển động PIR

Gợi ý đáp án:

D. VẬN DỤNG

Em hãy cho biết trong gia đình em đang lắp đặt hệ thống cảnh báo tự động nào? Hãy mô tả hệ thống đó.

Hướng dẫn về nhà:

- Xem lại kiến thức đã học ở bài 2.

- Xem trước nội dung Bài 3: Dự án: Thiết kế, chế tạo hệ thống cảnh báo tự động trong gia đình.

Bài học đến đây là kết thúc, cảm ơn các em đã theo dõi, chào tạm biệt và hẹn gặp lại!