Đồ án tốt nghiệp hệ thống báo cháy

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG AN NINH GIA ĐÌNH BÁO CHÁY, BÁO TRỘM(có đầy đủ file code)aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG AN NINH GIA ĐÌNH

Ý tưởng đề tài

Trong năm 2013, cả nước xảy ra gần 2.600 vụ cháy nổ, làm chết 124 người và bị thương

Trong thời gian vừa qua, 349 người liên quan đến các sự cố cháy nổ đã được ghi nhận Lực lượng phòng cháy chữa cháy đã lập biên bản hơn 27.500 trường hợp vi phạm về cháy nổ và huy động 46.300 lượt cán bộ chiến sĩ trực tiếp cứu chữa, thể hiện quyết tâm và hiệu quả trong công tác đảm bảo an toàn cháy nổ.

Những vụ cháy liên quan đến nhà cao tầng, chợ, trung tâm thương mại và khu chung cư có chiều hướng gia tăng, đặt thách thức an toàn cháy nổ cho cộng đồng Đây là năm ghi nhận nhiều vụ cháy nổ đặc biệt nghiêm trọng về số người chết và thiệt hại về tài sản Riêng vụ nổ nhà máy pháo hoa ở Phú Thọ đã làm chết 26 người và gần 100 người bị thương, toàn bộ nhà máy bị san phẳng, thiệt hại 53 tỉ đồng.

Trong những năm gần đây, tình hình cháy trên địa bàn toàn quốc có những diễn biến phức tạp Dù số vụ cháy có xu hướng giảm, vẫn xảy ra những vụ cháy lớn gây hậu quả nghiêm trọng cho tính mạng và tài sản Đặc biệt, các vụ cháy tập trung nhiều vào mùa khô và trong các dịp lễ Tết Nguyên nhân chủ yếu là sự bất cẩn trong sinh hoạt và việc sử dụng điện của người dân.

Trộm cắp đang là vấn đề nhức nhối gây mất trật tự an ninh xã hội và đe dọa tính mạng, tài sản của người dân Từ đầu năm đến nay, thành phố Đà Nẵng đã liên tiếp xảy ra nhiều vụ trộm đột nhập vào nhà dân lấy tài sản, cho thấy mức độ rủi ro an ninh tại khu vực ngày càng tăng Những vụ việc này khiến người dân lo lắng và làm nổi lên nhu cầu tăng cường các biện pháp đảm bảo an toàn ở khu dân cư Tuy nhiên, số vụ án được phá vẫn còn gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa lực lượng chức năng và người dân để nâng cao hiệu quả phòng ngừa, truy bắt và xử lý tội phạm trộm cắp.

Việc lắp đặt hệ thống an ninh gia đình tích hợp chức năng báo cháy và cảnh báo đột nhập là nhu cầu thiết yếu để bảo vệ an toàn cho gia đình Hệ thống này vừa giúp phát hiện sớm hỏa hoạn và xâm nhập trái phép, vừa mang lại sự an tâm cho người dùng khi ở nhà hoặc đi vắng Nhờ khả năng cảnh báo nhanh và giám sát mọi diễn biến, các rủi ro đáng tiếc có thể được phòng ngừa và xử lý kịp thời, giảm thiểu thiệt hại về tài sản và tính mạng Vì vậy, đầu tư vào hệ thống an ninh chất lượng là một quyết định mang lại lợi ích lâu dài cho ngôi nhà và gia đình.

Nội dung đề tài

• Khi có sự cố về cháy hoặc có trộm đột nhập thì hệ thống phát chuông báo động, đồng thời gửi SMS cảnh báo đến chủ nhà.

Sơ đồ khối

Chương 1: Tổng quan về hệ thống an ninh gia đình

• Sử dụng vi xử lý pic16f877a.

• Cảm biến phát hiện đóng/mở cửa.

• Bộ thu phát RF 433MHz.

• Người dùng tương tác với khối này thông qua màn hình LCD và hệ thống nút bấm để cài đặt các chức năng cảnh báo và thay đổi mật khẩu.

• Cảm biến phát hiện đóng/mở cửa.

• Phát hiện trộm hoặc cửa bị cạy bằng các cảm biến hiện diện và cảm biến phát hiện đóng/mở cửa Khối này gửi tín hiệu cảnh báo đến module Xử lý trung tâm thông qua bộ phát RF433MHz.

• Sử dụng vi xử lý pic16f877a.

• Bộ thu phát RF 433MHz.

Hệ thống thu thập dữ liệu từ các cảm biến và hiển thị trên màn hình LCD các thông số quan trọng như nhiệt độ và nồng độ gas, đồng thời cho biết nguyên nhân gây sự cố để người dùng nắm bắt tình hình nhanh chóng và đưa ra biện pháp khắc phục.

• Khi xảy ra cháy, khối này gửi tín hiệu cảnh báo đến khối Xử lý trung tâm thông qua module phát RF 433MHz

1.3.4 Khối xử lý trung tâm:

• Sử dụng vi xử lý pic16f877a

• Màn hình LCD và hệ thống nút bấm tương tác với người dùng.

• Bộ module thu/phát RF 433 MHz.

Người dùng tương tác với khối relay thông qua màn hình LCD và hệ thống nút bấm để cấu hình các chức năng đóng ngắt và thay đổi số điện thoại nhận SMS khi xảy ra sự cố Việc thiết lập này cho phép kiểm soát hoạt động của relay và nhận thông báo tự động qua SMS khi có sự cố, tối ưu hóa hiệu suất và an toàn cho hệ thống.

Khối này nhận tín hiệu cảnh báo từ các mô-đun cảnh báo cháy và báo trộm thông qua mô-đun thu sóng RF 433MHz, sau đó thực hiện trình tự xử lý theo cài đặt ban đầu đã được cấu hình sẵn Việc nhận tín hiệu từ các thiết bị cảnh báo qua RF 433MHz cho phép hệ thống phản ứng nhanh và đồng bộ với các thiết lập an toàn, đảm bảo quy trình xử lý sự cố được thực hiện đúng như thiết kế.

• Bộ thu/phát RF 433 MHz

• Bật tắt các Relay khi nhận được yêu cầu từ module thu RF433Mhz khi xảy ra cháy.

Trình tự chức năng

Người dùng có thể dễ dàng thiết lập các chế độ cảnh báo bảo mật, gồm cảnh báo khi vắng nhà để bảo vệ tài sản, cảnh báo khi có người ở nhà để tăng cường giám sát an ninh, và có thể tắt chức năng cảnh báo trộm thông qua khóa điện tử tùy theo nhu cầu sử dụng.

• Chế độ 1: cảnh báo khi vắng nhà

Các module cảm biến hiện diện và các module phát hiện cửa đóng/mở thuộc khối báo trộm được kích hoạt và sẽ cảnh báo ngay khi phát hiện vật di chuyển trong nhà hoặc cửa mở Ngay khi kích hoạt, hệ thống sẽ bật chuông báo động và gửi tin nhắn SMS tới người sử dụng để thông báo sự cố.

Khi phát hiện có nguy cơ cháy: Trong 30 giây đầu, khối báo cháy bật chuông cảnh báo

Nếu sau 30 giây nguy cơ cháy vẫn không biến mất, khối cảm biến sẽ gửi tín hiệu cảnh báo đến khối xử lý trung tâm Tại khối xử lý trung tâm, hệ thống sẽ tự động gửi tin nhắn SMS cho người dùng và đồng thời cắt nguồn điện, bật bơm chữa cháy theo trình tự cài đặt sẵn của người dùng.

• Chế độ 2: cảnh báo khi có người ở nhà

Trong hệ thống bảo vệ, chỉ các module cảm biến cửa đóng/mở thuộc khối báo trộm được kích hoạt Khi các module này phát hiện sự xâm nhập từ phía bên ngoài, vi điều khiển trung tâm sẽ kích hoạt chuông báo động.

Khi phát hiện có nguy cơ cháy: tương tự chế độ 1 nhưng không thực hiện chức năng gởi tin nhắn SMS cho người sử dụng.

• Chế độ 3: tắt chức năng cảnh báo

Chỉ có chức năng báo cháy được kích hoạt Khi phát hiện nguy cơ cháy: tương tự chế độ

Kết luận chương

Chương này trình bày mô hình hệ thống dưới dạng sơ đồ khối để làm rõ cấu trúc và cách thức hoạt động của toàn bộ hệ thống Nội dung nêu rõ các linh kiện và chức năng của từng khối cũng như vai trò của các thành phần trong hệ thống, từ đó giúp xác định loại linh kiện phù hợp cho đề tài Nhờ đó, người đọc có thể thiết kế mạch mô phỏng có kết quả gần với thực tế nhờ việc lựa chọn đúng các linh kiện điện tử và tối ưu hóa cấu trúc hệ thống để đảm bảo tính đáng tin cậy và hiệu quả của mô hình.

GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC MỘT SỐ LINH KIỆN TRONG ĐỀ TÀI

Giới thiệu chương

Chương 2 giới thiệu các loại vi xử lý và các module cảm biến được dùng trong đề tài, gồm module cảm biến khí gas, cảm biến nhiệt độ và cảm biến chuyển động Chương cũng nêu rõ các module RF thu/phát dùng để truyền nhận dữ liệu và loại LCD được sử dụng trong đề tài Những nội dung này tạo nền tảng cho thiết kế hệ thống, tối ưu hóa hiệu suất và đánh giá khả năng ứng dụng của vi xử lý, cảm biến và giao tiếp RF trong môi trường giám sát và điều khiển.

PIC16F877

PIC16F877A là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay (đủ mạnh về tính năng, có 40 chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường)

Chương 2: Giới thiệu sơ lược một số linh kiện trong đề tài

Hình 2.1: Sơ đồ chân và hình dạng của PIC16F877

Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877A như sau:

• 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập

• 2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2)

• Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài

• 2 bộ CCP (Capture / Compare/ PWM)

• 1 bộ biến đổi AD 10 bits, 8 ngõ vào

• 2 bộ so sánh tương tự (Compartor)

• Một cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển

• Có chế độ tiết kiệm năng lượng

• Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP

• Được chế tạo bằng công nghệ CMOS

• 35 tập lệnh có độ dài 14 bits

• Tần số hoạt động tối đa 20MHz.

Màn hình LCD HD44780

Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng của vi điều khiển.

LCD có nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: khả năng hiển thị ký tự đa dạng và trực quan (chữ, số và ký tự đồ họa), dễ dàng tích hợp vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và có chi phí rẻ, khiến LCD trở thành lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng nhúng và hệ thống hiển thị tiết kiệm chi phí.

Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, trên hình 2.2 là loại

Hình 2.2: Hình dáng của loại LCD thông dụng

Trong quy trình sản xuất LCD, nhà sản xuất tích hợp các thành phần bên trong lớp vỏ và chỉ để lộ các chân giao tiếp cần thiết Những chân này được đánh số theo thứ tự và đặt tên như hình 2.3, giúp dễ dàng nhận diện chức năng và vị trí của từng chân.

Hình 2.3: Sơ đồ chân của LCD

Chân Ký hiệu Mô tả

1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển

2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC = 5V của mạch điều khiển

3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD.

4 RS Chân chọn thanh ghi (Register Select) Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.

Ở mức logic 0, bus DB0-DB7 được nối trực tiếp với thanh ghi lệnh IR của LCD ở chế độ ghi (write) hoặc với bộ đếm địa chỉ của LCD ở chế độ đọc (read).

- Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

5 R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc

6 E Chân cho phép (Enable) Các tín hiệu được đặt lên bus

DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E.

Trong chế độ ghi, dữ liệu trên bus được LCD nhận và ghi vào thanh ghi nội bộ của nó khi phát hiện xung chuyển từ mức cao sang mức thấp (high-to-low transition) của tín hiệu chân E.

Trong chế độ đọc, dữ liệu từ LCD được xuất ra DB0–DB7 khi phát hiện cạnh lên ở chân E (chuyển từ mức thấp sang mức cao) LCD sẽ giữ dữ liệu trên bus DB0–DB7 cho đến khi chân E xuống mức thấp, đảm bảo dữ liệu được truyền đi đúng và ổn định cho các thiết bị nhận ở ngoài.

7 – 14 DB0 – DB7Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với

MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :

- Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường,

Ghi chú: Ở chế độ đọc, MPU sẽ đọc thông tin từ LCD thông qua các chân DBx; ở chế độ ghi, MPU sẽ xuất thông tin điều khiển cho LCD thông qua các chân DBx.

Module thu/phát RF433MHz

Hình 2.4: Module phát RF 433 MHz

• Điện áp làm việc: 3-12VDC

• Tần số hoạt động: 433MHz

• Truyền khoảng cách: khoảng cách không có Anten: 20-30cm

Tùy thuộc vào Anten Và Môi Trường Truyền Khoảng cách từ 50-100m Có thể đạt tới khoảng cách 500m

• Công suất đầu ra: 16dBm (40mW)

Hình 2.5 Module thu RF433MHz

• Điện áp hoạt động: DC5V

• Dòng Hoạt Động (mA): 4mA

• Tần số hoạt động (MHz): 433MHz

Cảm biến gas MQ-6

Hình 2.6: Cảm biến gas MQ-6

Hình 2.7: Sơ đồ phân bố chân của MQ-6 Hình 2.8:Sơ đồ mạch đo các thông số của

Cảm biến khí gas MQ-6 có cấu tạo gồm ống gốm AL2O3, lớp cảm biến SnO2, các điện cực đo đạc và sợi nung cố định trong lớp vỏ bằng nhựa và lưới thép không gỉ; sợi nung cung cấp điều kiện làm việc cần thiết cho hoạt động của cảm biến MQ-6 có 6 chân, trong đó 4 chân dùng để nhận tín hiệu và 2 chân còn lại dùng để cấp nhiệt cho cảm biến.

Giá trị trở kháng của cảm biến MQ-6 khác với các loại cảm biến gas khác, vì vậy khi sử dụng MQ-6 cần điều chỉnh độ nhạy Để đạt hiệu quả tối ưu trong phát hiện khí cháy, hãy hiệu chỉnh ngưỡng ở 1000 ppm trong không khí và thiết lập giá trị trở kháng tải khoảng 20 kΩ cho mạch.

Trong dải điện trở cảm biến khí, giá trị đo được nằm trong khoảng 10KΩ đến 47KΩ Khi đo đạc một cách chính xác, ngưỡng báo động phù hợp cho việc phát hiện khí gas nên được xác định sau khi xem xét ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm Việc hiệu chỉnh ngưỡng dựa trên biến thiên nhiệt độ và độ ẩm giúp giảm sai số báo động và nâng cao độ nhạy của cảm biến khí, từ đó tối ưu hóa hiệu suất phát hiện khí và độ ổn định của hệ thống giám sát.

Hình 2.9: Cảm biến nhiệt LM35

Là vi mạch cảm biến nhiệt, điện áp đầu ra tỷ lệ với nhiệt độ. Để đo dải nhiệt từ 0°C đến 150°C ta nối mạch như sau:

Hình 2.10: Sơ đồ nối mạch LM35 (1)

Chương 2: Giới thiệu sơ lược một số linh kiện trong đề tài Để đo miền nhiệt từ -55°C đến 150°C, nối mạch như sau:

Hình 2.11: Sơ đồ nối mạch LM35 (2)

2.7 Module cảm biến chuyển động PIR

Hình 2.12: Cảm biến chuyển động PIR

Module cảm biến chuyển động pyroelectric (pyroelectric sensor module) được thiết kế để phát hiện sự hiện diện của cơ thể người, tích hợp cảm biến PIR với ống kính nhằm tăng độ nhạy và phạm vi phát hiện, phù hợp cho các hệ thống an ninh, giám sát và tự động hóa trong gia đình hoặc doanh nghiệp, cho phép nhận diện chuyển động người một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Fresnel được gắn trên một board mạch kích thước nhỏ gọn cùng với IC Analog và các linh kiện khác để tạo thành một module hoàn chỉnh; đầu ra khi phát hiện vật thể chuyển động ở mức logic cao và độ rộng xung có thể thay đổi được.

Các tính năng và thông số kỹ thuật

• Kích thước nhỏ gọn: 28 x 28 mm

• Đầu ra header 3-pin, 2.54mm bao gồm VCC, Output, GND)

• Nguồn cung cấp: 5V-20V DC (Có thể thiết kế từ 3V-24V)

• Điện áp đầu ra: mức tín hiệu High/Low 3.3V

• Ngõ ra tương thích TTL

• Thời gian trễ: 0.5s đến 18 phút, có thể điều chỉnh được bằng cách thay thế linh kiện R, C

• Thời gian ức chế: 0.5s đến 50s (chấp nhận 0s)

• Nhiệt độ làm việc: 15 đến 70 độ C

• Cảm biến hồng ngoại: 2 yếu tố, độ nhiễu thấp, độ nhạy cao

• Cảm biến ánh sáng : CdS photocell đã gắn sẵn có ngõ ra riêng

• Nguồn xung sử dụng IC LM2596 cho dòng tải 3A, tần số đáp ứng 150Khz

• Điện áp ngõ vào: 7-12V DC

• Điện áp ngõ ra được lựa chọn thông qua một “jumper select “ trên mạch

• Cổng USB 2.0 kiểu B cho phép SIM908 giao tiếp máy tính

• Nút nhấn chọn cổng GSM hoặc GPS giao tiếp với máy tính

• Sử dụng IC FT232RL chuyển đổi USB TO UART

• Tích hợp kết nối anten ngoài cho GSM, GPS

• Tích hợp đế SIM Card trên mạch

• Tích hợp Transistor kích nguồn và led Netlight

• Nút nhấn ON/OFF: dùng để bật/tắt nguồn cung cấp cho SIM908

• Led PWR: led hiển thị nguồn

• Led NET: led hiển thị sóng của SIM908

• Led TX, RX: hiển thị dữ liệu truyền nhận khi giao tiếp qua cổng USB

• Cổng kết nối ngoài 16 chân: ON/OFF, SPK1N, SPK1P, MIC1N, MIC1P, VCHG,

TEMP-BAT, SDA, SCL, PWM3, PWM2, PWM1, ADC, VRTC, STATUS, LED

• Cổng kết nối ngoài 8 chân giao tiếp RS232 cổng GSM: DTR, DCD, RI, CTS,

• Cổng kết nối ngoài 3 chân giao tiếp UART cổng GPS: RX-GPS, TX-GPS, GND

Chương này trình bày khái quát các đặc điểm hình dạng và thông số hoạt động của các linh kiện được sử dụng trong đề tài Từ những thông số và đặc điểm này, chúng ta tiến hành các bài toán tính toán để xác định cách kết nối, ghép nối các linh kiện với nhau nhằm tạo ra một mạch hoàn chỉnh có thể thực hiện chức năng theo yêu cầu của đề tài.

SƠ ĐỒ MẠCH VÀ TÍNH TOÁN

Chương này gồm có các sơ đồ mạch của từng khối và phần tính toán cụ thể về thông số của các linh kiện được sử dụng.

Sơ đồ mạch

Sử dụng Vi điều khiển Pic16f877a.

LCD làm việc ở chế độ 4 bit.

Mạch sử dụng ma trận phím 4x3 dùng phương pháp quét hàng -cột

Các hàng , cột của ma trận phím và các chân của LCD được kết nối với VDK như sơ đồ mạch.

Sử dụng lần lượt chân D0 và chân D1 của VDK để nhận và gửi tín hiệu từ module thu/phát RF.

Chương 3: Sơ đồ mạch và tính toán

Sử dụng chân A4 để lấy tín hiệu từ module PIR.

Sử dụng chân D2 để điều khiển bật/tắt chuông báo động.

LCD làm việc ở chế độ 4 bit, được kết nối với VDK như hình vẽ.

Ngõ ra cảm biến gas được kết nối với chân có chức năng ADC-A1.

Ngõ ra cảm biến nhiệt được kết nối với chân A0.

Sử dụng chân D2 của VDK điều khiển đóng mở BJT tắt/dẫn bão hòa để bật/tắt chuông cảnh báo.

3.2.4 Khối xử lý trung tâm

LCD làm việc ở chế độ 4 bit, được kết nối với VDK như hình vẽ.

Sử dụng 5 port: A0, A1, A2, A3, A4 làm nút điều khiển, khi chưa nhấn các chân này được trở kéo lên điện án ở mức ‘1’ Khi được nhấn, điện áp ở mức ‘0’.

Sử dụng chân C3 của VDK điều khiển BJT đóng/dẫn bão hòa để bật tắt chuông.

Ngõ ra module PIR được đưa vào chân 1 của opto P817 Khi áp ra của PIR ở mức cao

(3,3V) kích dẫn opto dẫn, đưa điện áp vào chân A4 của VDK lên mức cao.

Sử dụng các chân B2, B3, B4 của VDK để điều khiển bật/tắt RELAY.

Sử dụng chân D1 của VDK để nhận tín hiệu từ module thu RF.

Tính toán

Hình 3.6: Mạch điều khiển chuông

Theo datasheet của nhà sản xuất chuông sử dụng dòng 25mA.

Công suất tiêu tán: Ptt = Ics * Vces = -25mA * -0.2V = 5mW.

Chọn BJT Q1 thỏa yêu cầu: Vceo < -2Vcc = -10V

Chọn BJT Q1 là 2SA1013 có β = 60 ÷ 200

Ta có: Ibng = Ics/βmin

Chương 3: Sơ đồ mạch và tính toán = -0,417mA

3.3.2 Mạch điều khiển bật/tắt Relay

Hình 3.7: Mạch điều khiển led và relay

Ta có: Irelay = (Vcc – Vecbh)/Rrelay

Chọn dòng qua LED là 10mA.

Ta có: R= (Vcc-Vecbh-Vled)/Iled

Dòng bão hòa qua BJT:

Ics =Iled + Irelay mA + 48mA

Công suất tiêu tán: Ptt = Ics*Vces

Chọn BJT thỏa yêu cầu: +Vceo< -2Vcc=-10V

Chọn BJT là 2SA1013 có β = 60 ÷ 200

Ta có: Ibng = Ics/ βmin

Chọn Ib = (2 ÷ 3)Ibng = (-1,94÷ -2,9)mA, chọn Ib =-2mA.

3.3.3 Tính toán mạch kích dẫn opto

Hình 3.8: Mạch kích dẫn opto

Theo datasheet của nhà sản xuất, với dòng qua R1=5mA, để Q dẫn bão hòa thì Ice

Chương này tập trung vào thiết kế phần cứng cho toàn bộ hệ thống Từ các số liệu tính toán, chúng tôi lựa chọn các linh kiện tương đương có sẵn ngoài thị trường để thực hiện đúng yêu cầu chức năng của từng khối và của cả hệ thống Để thuận tiện cho quá trình lắp ráp và sửa chữa mạch, các transistor BJT được sử dụng đồng nhất một loại.

XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN

Từ lưu đồ thuật toán ta tiến hành phân tích và xây dựng các hàm để thực hiện chức năng của từng khối và của cả hệ thống.

Hình 4.1: Lưu đồ thuật toán begin của khóa điện tử

Chương 4: Xây dựng lưu đồ thuật toán

• Chờ phím “1” hoặc “2” được bấm, nhảy sang khối chức năng tương ứng.

Hình 4.2: Lưu đồ thuật toán hàm bat_canh_bao và doi_mat_khau khối khóa điện tử bat_canh_bao:

• Gửi tín hiệu báo hiệu bật cảnh báo chủ vắng nhà đến khối trung tâm và khối báo trộm.

Trong quá trình chờ mật khẩu được nhập, nếu mật khẩu đúng thì gửi tín hiệu tắt cảnh báo đến khối trung tâm và khối báo trộm, rồi mở chốt cửa và cuối cùng quay lại khối begin Nếu mật khẩu sai, hệ thống quay lại bước nhập mật khẩu; nếu sai quá ba lần thì phát chuông cảnh báo trong 10 giây, sau đó quay lại bước nhập mật khẩu.

Chương 4: Xây dựng lưu đồ thuật toán doi_mat_khau:

• Nhập mã bảo mật: o Nếu đúng: Nhập mật khẩu mới. o Xác nhận lại:

 Nếu sai, quay lại nhập mật khẩu mới.

 Nếu đúng, thoát khỏi hàm con.

Hình 4.3: Lưu đồ thuật toán của khối báo trộm begin:

• Chờ tín hiệu bật cảnh báo chủ ở nhà hoặc chủ vắng nhà từ khối khóa điện tử, rồi nhảy sang chức năng tương ứng.

• Kiểm tra liên tục tín hiệu từ module phát hiện vật thể PIR đưa về: Nếu phát hiện có người thì phát cảnh báo đến khối trung tâm.

• Chờ tín hiệu tắt cảnh báo từ khối trung tâm: Nếu nhận được tín hiệu tắt cảnh báo từ khóa điện tử thì quay về khối begin.

Hình 4.4: Lưu đồ thuật toán khối báo cháy begin:

• Khi bắt đầu MCU đọc dữ liệu ngõ ra của các cảm biến gas, cảm biến nhiệt độ hiển

Quá trình kiểm tra các tham số được thực hiện và so sánh với giới hạn cho phép Nếu các tham số vượt quá giới hạn cho phép, hệ thống sẽ chuyển sang khối bao_dong để xử lý Ngược lại, nếu các tham số vẫn ở mức cho phép, chu trình sẽ quay lại từ đầu.

• Khi phát hiện nguy cơ xảy ra cháy thì tiến hành bật chuông cảnh báo.

• Nếu trong 30s mà các thông số vẫn ở ngoài mức cho phép thì bắt đầu gửi tín hiệu cảnh báo đến mạch phát RF.

• Nếu trong 30s, các thông số trở về mức an toàn thì thoát khỏi hàm con.

Chương 4: Xây dựng lưu đồ thuật toán begin:

Trong luồng điều khiển, hệ thống kiểm tra xem nút “OK” có được nhấn hay không; nếu có sẽ nhảy sang hàm thiet_lap Đồng thời liên tục kiểm tra các tín hiệu nhận được; khi phát hiện tín hiệu báo cháy từ khối báo cháy, hệ thống nhảy sang hàm bao_dong; khi phát hiện tín hiệu bật cảnh báo từ khối khóa điện tử, hệ thống nhảy sang hàm bat_canh_bao.

Hình 4.6: Lưu đồ thuật toán hàm thiết lập khối xử lý trung tâm

Nhập mã bảo mật; nếu sai, hãy nhập lại Khi đúng, nhấn nút UP để sang hàm doi_sdt và đổi số điện thoại, hoặc nhấn nút DOWN để sang hàm set_relay và cài đặt relay.

Hình 4.7: Lưu đồ thuật toán hàm set_relay và doi_sdt của khôi xử lý trung tâm set_relay:

Để xử lý sự cố một cách có hệ thống, ta lần lượt bật hoặc tắt relay 1, relay 2 và relay 3 Nếu chọn Yes, ghi giá trị '1' vào EEPROM tại ô nhớ thứ 13 cho relay 1, ô 14 cho relay 2 và ô 15 cho relay 3; nếu chọn No, ghi giá trị '0' vào các ô nhớ tương ứng.

Nhập số điện thoại mới, xác nhận lại Nếu đúng thì thoát khỏi hàm con, nếu sai thì nhập lại.

Hình 4.8: Lưu đồ thuật toán hàm bao_dong của khối xử lý trung tâm bao_dong:

Khi hệ thống báo động phát hiện sự cố, chuông cảnh báo được kích hoạt Đối với cảnh báo cháy, tín hiệu sẽ bật lần lượt các relay 1, 2 và 3 như đã cài đặt và gửi tin nhắn cảnh báo cháy đến chủ nhà Đối với cảnh báo trộm, hệ thống sẽ gửi tin nhắn cảnh báo trộm đến chủ nhà.

Chờ nhập mã bảo mật để tắt cảnh báo Nếu sai thì nhập lại, nếu đúng thì thoát khỏi hàm con.

Hình 4.9: Lưu đồ thuật toán hàm chính khối bật/tắt relay begin:

Chờ tín hiệu bật/tắt từ khối trung tâm gửi về Nếu đúng thì tiếng hành bật/tắt relay tương ứng.

Kết luận và hướng phát triển của đề tài

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Hệ thống an ninh được thiết kế và đáp ứng các yêu cầu đặt ra: khi xảy ra cháy hoặc có trộm đột nhập, hệ thống sẽ phát cảnh báo bằng chuông, bật/tắt relay điều khiển bơm chữa cháy, ngắt nguồn điện và gửi SMS cảnh báo đến chủ nhà.

Về phần mềm: Đã lập trình thành công cho PIC16f877a thực hiện các công việc như:

- Giao tiếp với module RF, module Sim900.

Hệ thống nhận tín hiệu từ module thu RF và điều khiển việc ngắt điện hoặc kích hoạt hệ thống chữa cháy, giúp phản ứng nhanh và an toàn trước các sự cố Việc sử dụng RF cho phép truyền lệnh và giám sát từ xa với thời gian đáp ứng ngắn, tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng cho các khu vực khác nhau Đánh giá ưu và nhược điểm của hệ thống cho thấy ưu điểm nổi bật là độ nhạy cao của tín hiệu RF, khả năng tích hợp với các thiết bị báo động và hệ thống quản lý giám sát, tự động hóa quá trình ngắt nguồn và kích hoạt chữa cháy khi cần thiết Tuy nhiên, nhược điểm có thể là phụ thuộc vào chất lượng kết nối RF, nguy cơ can nhiễu tần số, chi phí lắp đặt và bảo trì cao, cùng với yêu cầu tuân thủ an toàn và bảo mật thông tin Khi thiết kế và vận hành đúng cách, hệ thống giúp giảm thiểu thiệt hại do cháy nổ, nâng cao an toàn cho người dùng và tài sản, đồng thời thuận lợi cho quản lý sự cố và báo cáo theo các chuẩn an toàn và quản trị rủi ro.

Người dùng có thể thiết lập mức cảnh báo, bật bơm chữa cháy (nếu có sử dụng) và ngắt nguồn điện ngay trên mạch mà không cần kết nối đến hệ thống máy tính để lập trình lại Tính năng này cho phép điều chỉnh nhanh chóng tại chỗ, giúp tối ưu hóa quản lý an toàn và giảm thiểu thời gian xử lý sự cố Việc thao tác trực tiếp trên mạch mang lại sự linh hoạt, đơn giản và tiết kiệm công sức cho quá trình vận hành hệ thống.

- Giao tiếp RF giữa vi xử lý và module cảm biến thuận tiện cho việc lắp đặt các cảm biến ở bất cứ đâu

- Giao diện đơn giản, số nút thiết lập ít, thuận tiện cho người sử dụng

Phần cứng được thiết kế đơn giản với số linh kiện ít, cho phép mở rộng hệ thống bằng cách lắp thêm nhiều cảm biến Nhờ đó, ta có thể hình thành một mạng cảm biến đa điểm để đo được nhiều vị trí khác nhau mà không tốn thêm tài nguyên của MCU trung tâm.

- Có chế độ dùng mật mã, giới hạn số người có thể thay đổi thiết lập ban đầu của hệ thống.

- Có thông báo SMS cho chủ nhà nếu như có xảy ra cháy, trộm.

Nhược điểm của hệ thống:

- Do sử dụng module thu phát RF bán ngoài thị trường nên việc nhiễu giữa các cặp thu phát có thể xảy ra

Khả năng ứng dụng thực tế của đề tài: Đề tài có thể đáp ứng được những nhu cầu của xã hội:

- Phát đi tín hiệu cảnh báo cháy bằng chuông cho người xung quanh hoặc tự động kích hoạt hệ thống chữa cháy khi người sử dụng đi ra ngoài

- Giao tiếp RF giữa vi xử lý và module cảm biến thuận lợi cho việc lắp đặt

- Bán phím đơn giản dễ sử dụng

Với những đặc điểm và tính năng trên, hệ thống có thể trở thành sản phẩm tiêu dùng.

Hướng phát triển của đề tài

- Có thể tăng số cảm biến lên để theo dõi được nhiều địa điểm hơn, độ chính xác của hệ thống cảnh báo tăng lên.

Với đồ án này, chúng tôi có thể phát triển và triển khai hệ thống an ninh tích hợp cho tòa nhà và khu công nghiệp, đồng thời giám sát mọi hoạt động chỉ trên một hệ thống máy tính và một tổng đài trung tâm Hệ thống này cho phép quản lý an ninh tập trung, tăng cường hiệu quả giám sát và giảm thiểu rủi ro, đồng thời tối ưu chi phí vận hành Việc tích hợp trên một nền tảng duy nhất cũng giúp dễ dàng mở rộng quy mô trong tương lai và nâng cao khả năng phản ứng trước các sự cố.

Khối báo trộm

Hình 4.3: Lưu đồ thuật toán của khối báo trộm begin:

• Chờ tín hiệu bật cảnh báo chủ ở nhà hoặc chủ vắng nhà từ khối khóa điện tử, rồi nhảy sang chức năng tương ứng.

• Kiểm tra liên tục tín hiệu từ module phát hiện vật thể PIR đưa về: Nếu phát hiện có người thì phát cảnh báo đến khối trung tâm.

• Chờ tín hiệu tắt cảnh báo từ khối trung tâm: Nếu nhận được tín hiệu tắt cảnh báo từ khóa điện tử thì quay về khối begin.

Khối báo cháy

Hình 4.4: Lưu đồ thuật toán khối báo cháy begin:

• Khi bắt đầu MCU đọc dữ liệu ngõ ra của các cảm biến gas, cảm biến nhiệt độ hiển

Quá trình bắt đầu bằng việc kiểm tra các tham số Nếu các tham số vượt quá giới hạn cho phép, hệ thống sẽ chuyển sang khối bao_dong để tiếp tục xử lý Ngược lại, khi các tham số vẫn nằm trong phạm vi cho phép, chu trình sẽ được lặp lại bằng cách quay lại từ đầu nhằm đảm bảo tính nhất quán của quá trình kiểm tra bao_dong:

• Khi phát hiện nguy cơ xảy ra cháy thì tiến hành bật chuông cảnh báo.

• Nếu trong 30s mà các thông số vẫn ở ngoài mức cho phép thì bắt đầu gửi tín hiệu cảnh báo đến mạch phát RF.

• Nếu trong 30s, các thông số trở về mức an toàn thì thoát khỏi hàm con.

Chương 4: Xây dựng lưu đồ thuật toán begin:

Chương trình kiểm tra xem nút OK có được nhấn hay không; nếu có sẽ nhảy sang hàm thiet_lap Đồng thời kiểm tra các tín hiệu nhận được: nếu phát hiện tín hiệu báo cháy từ khối báo cháy thì nhảy sang hàm bao_dong; nếu phát hiện tín hiệu bật cảnh báo từ khối khóa điện tử thì nhảy sang hàm bat_canh_bao.

Hình 4.6: Lưu đồ thuật toán hàm thiết lập khối xử lý trung tâm

Nhập mã bảo mật và kiểm tra: nếu sai, nhập lại cho đến khi đúng Khi mã bảo mật hợp lệ, nhấn nút UP để sang hàm doi_sdt và đổi số điện thoại, hoặc nhấn nút DOWN để sang hàm set_relay và cài đặt relay.

Hình 4.7: Lưu đồ thuật toán hàm set_relay và doi_sdt của khôi xử lý trung tâm set_relay:

Đối với mỗi sự cố, hệ thống cho phép lần lượt bật hoặc tắt relay1, relay2 và relay3; nếu chọn yes thì ghi giá trị 1 vào EEPROM ở các ô nhớ 13, 14 và 15 tương ứng với từng relay, còn nếu chọn no thì ghi giá trị 0 vào các ô nhớ này Việc lưu cấu hình vào EEPROM sẽ giúp hệ thống tự động thực hiện bật/tắt relay theo quyết định và đảm bảo hoạt động ổn định khi gặp sự cố.

Nhập số điện thoại mới, xác nhận lại Nếu đúng thì thoát khỏi hàm con, nếu sai thì nhập lại.

Hình 4.8: Lưu đồ thuật toán hàm bao_dong của khối xử lý trung tâm bao_dong:

Khi có cảnh báo, hệ thống sẽ bật chuông cảnh báo Đối với cảnh báo cháy, hệ thống sẽ phát tín hiệu bật lần lượt các relay 1, 2 và 3 như đã được cài đặt và gửi tin nhắn cảnh báo cháy đến chủ nhà Đối với cảnh báo trộm, hệ thống sẽ gửi tin nhắn cảnh báo trộm đến chủ nhà.

Chờ nhập mã bảo mật để tắt cảnh báo Nếu sai thì nhập lại, nếu đúng thì thoát khỏi hàm con.

Hệ thống an ninh được thiết kế để đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đặt ra; khi xảy ra cháy hoặc đột nhập, hệ thống sẽ phát cảnh báo bằng chuông, tự động bật/tắt relay điều khiển bơm chữa cháy, ngắt nguồn điện và gửi SMS cảnh báo tới chủ nhà.

Hệ thống nhận tín hiệu từ module thu RF và điều khiển việc ngắt điện hoặc kích hoạt hệ thống chữa cháy, giúp tự động hóa phản ứng khẩn cấp và giảm thời gian xử lý Đánh giá ưu và nhược điểm của hệ thống cho thấy sự cân bằng giữa lợi ích về an toàn và các thách thức về tín hiệu RF, nhiễu sóng và bảo trì Ưu điểm của hệ thống gồm tăng cường an toàn nhờ phản ứng nhanh, kích hoạt chữa cháy và quản lý nguồn điện một cách đồng bộ, khả năng vận hành từ xa và dễ dàng tích hợp với các cảm biến an ninh khác Tuy nhiên, nhược điểm có thể là phụ thuộc vào chất lượng kết nối RF và chi phí triển khai và bảo trì.

Người dùng có thể thiết lập mức cảnh báo, bật bơm chữa cháy (nếu có sử dụng) và ngắt nguồn điện (nếu muốn) ngay trên mạch mà không cần phải kết nối đến hệ thống máy tính để lập trình lại Thao tác tại chỗ này tăng tính linh hoạt, rút ngắn thời gian xử lý và giúp người vận hành quản lý an toàn, phản ứng nhanh với mọi tình huống khẩn cấp.

Phần cứng được thiết kế tối giản với số linh kiện ít, cho phép mở rộng bằng cách lắp thêm nhiều cảm biến để hình thành một mạng cảm biến, giúp đo đa điểm mà không tăng tải lên tài nguyên của MCU trung tâm.

Từ đồ án này, chúng tôi có thể phát triển và triển khai hệ thống an ninh cho tòa nhà và khu công nghiệp, đồng thời giám sát toàn bộ mọi yếu tố an ninh chỉ trên một hệ thống máy tính và một tổng đài trung tâm Hệ thống tích hợp cho phép quản lý truy cập, camera, báo động và các thiết bị an toàn khác một cách đồng bộ, nâng cao hiệu quả giám sát, tối ưu chi phí vận hành và đảm bảo an toàn cho tài sản và người dùng.

Khối bật/tắt Relay

Hệ thống an ninh được thiết kế để đáp ứng đầy đủ các yêu cầu vận hành khi xảy ra cháy hoặc trộm đột nhập Khi có sự cố, hệ thống sẽ phát cảnh báo bằng chuông, kích hoạt relay điều khiển bơm chữa cháy và ngắt nguồn điện nhằm ngăn ngừa sự cố lan rộng Đồng thời, nó gửi SMS cảnh báo đến chủ nhà hoặc người được ủy quyền để có biện pháp xử lý kịp thời Thiết kế này tăng cường an toàn, bảo vệ tài sản và mang lại sự yên tâm cho ngôi nhà hoặc cơ sở kinh doanh của bạn.

Hệ thống nhận tín hiệu từ module thu RF và điều khiển việc ngắt điện hoặc kích hoạt hệ thống chữa cháy cho phép quản lý an toàn một cách linh hoạt với giao tiếp không dây giữa các cảm biến, bộ điều khiển và thiết bị ngắt/khởi động chữa cháy Việc tích hợp RF giúp giảm thiểu tối đa việc đi lại dây cáp phức tạp, tăng tính linh động khi bố trí hệ thống ở các khu vực khó tiếp cận và nâng cao tốc độ phản hồi khi có sự cố Ưu điểm của hệ thống gồm khả năng giám sát từ xa, dễ bảo trì và điều chỉnh cấu hình nhanh chóng, đồng thời giúp tiết kiệm chi phí lắp đặt ban đầu Tuy nhiên, hệ thống cũng có nhược điểm như rủi ro nhiễu sóng RF, nguy cơ can thiệp trái phép và đòi hỏi các biện pháp bảo mật, cùng với yêu cầu về nguồn điện dự phòng và kiểm tra định kỳ để đảm bảo an toàn và độ tin cậy.

Người dùng có thể tự thiết lập mức cảnh báo, bật bơm chữa cháy (nếu có sử dụng) và ngắt nguồn điện (nếu muốn) ngay trên mạch điều khiển mà không cần kết nối đến hệ thống máy tính để lập trình lại, giúp rút ngắn thời gian phản ứng và tăng tính linh hoạt trong quản lý an toàn Tính năng này cho phép vận hành thuận tiện ở hiện trường, đồng thời cho phép điều chỉnh thông số nhanh chóng và dễ dàng mà không phụ thuộc vào máy tính trung tâm.

Phần cứng được thiết kế đơn giản, với số linh kiện ít, có thể lắp thêm nhiều cảm biến để chuyển thành mạng cảm biến đo được nhiều điểm khác nhau mà không tốn thêm tài nguyên của MCU trung tâm.

Thông qua đồ án này, chúng tôi có thể phát triển và triển khai hệ thống an ninh cho tòa nhà và khu công nghiệp, đồng thời giám sát toàn bộ hệ thống chỉ trên một máy tính và một tổng đài trung tâm Hệ thống được thiết kế để kết nối camera, cảm biến và các thiết bị an ninh khác, cho phép quản trị truy cập và phản ứng nhanh ngay trên giao diện tập trung Nhờ đó, chi phí vận hành được tối ưu và hiệu quả quản lý an ninh được nâng cao, đáp ứng mọi yêu cầu an ninh và giám sát trong môi trường công ty và tòa nhà.

Tiêu đề	Đồ án tốt nghiệp hệ thống báo cháy
Trường học	Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành	Hệ Thống Báo Cháy và An Ninh
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Cần Thơ

Định dạng
Số trang	56
Dung lượng	2,24 MB