TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÒNG CHÁY CHỮA CHÁY CHO CHUNG CƯ GVHD :
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÒNG CHÁY CHỮA CHÁY
CHO CHUNG CƯ
GVHD : ThS NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH : LÊ HOÀNG MINH THUẬN MSSV : 13141555
SVTH : TRẦN TÚ HUY MSSV : 13141623 Khoá : 2013-2017
S K L 0 0 5 0 2 0
Trang 2CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độclập – Tự do – Hạnhphúc
***
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTTHÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÒNG CHÁY CHỮA CHÁY
CHO CHUNG CƯ
Khoá: 2013 - 2017 Ngành: CôngnghệkỹthuậtĐiệntử -Truyềnthông GVHD:ThS NguyễnNgôLâm
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn:
Ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em học tập và nghiên cứu
Khoa Điện-Điện tử, Khoa Đào tạo Chất lượng cao, thư viện trường đã cung cấp giáo trình và nhiều tài liệu tham khảo cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu
Sự hướng dẫn và giúp đỡ chi tiết tận tình của thầy Nguyễn Ngô Lâm cùng một số thầy cô giáo khoa Điện tử đã tận tình giảng giải và phân tích rõ về những vấn đề thắc mắc trong quá tình nghiên cứu và thi công Đồ án
Mặc dù rất cố gắng trong quá trình tìm hiểu nhưng do kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót Chúng em rất mong được sự góp ý, nhận xét đánh giá về nội dung cũng như hình thức trình bày của các thầy cô về Đồ án của chúng em để chúng em hoàn thiện hơn
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
TP.HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2017
CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Trang 4***
Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2017
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên 1: LÊ HOÀNG MINH THUẬN MSSV: 13141555
Họ và tên sinh viên 2: TRẦN TÖ HUY MSSV: 13141623
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Lớp:13141CLDT1
Giảng viên hướng dẫn: THS NGUYỄN NGÔ LÂM ĐT: 0908434763
Ngày nhận đề tài: 03/03/2017 Ngày nộp đề tài: 10/07/2017
1 Tên đề tài:
Thiết kế hệ thống phòng cháy chữa cháy cho chung cư
2 Các số liệu, tài liệu ban đầu: giáo trình vi xử lý, giáo trình kĩ thuật số, điện tử cơ bản
3 Nội dung thực hiện đề tài:
Thiết kế mô hình phòng cháy chữa cháy chung cư
Trang 5Họ và tên sinh viên 1: LÊ HOÀNG MINH THUẬN MSSV: 13141555
Họ và tên sinh viên 2: TRẦN TÖ HUY MSSV: 13141623
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông
Tên đề tài: Thiết kế hệ thống phòng cháy chữa cháy cho chung cư
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: THS NGUYỄN NGÔ LÂM
NHẬN XÉT
1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
2 Ưu điểm:
3 Khuyết điểm:
4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?
(Ký & ghi rõ họ tên)
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên 1: LÊ HOÀNG MINH THUẬN MSSV: 13141555
Trang 6Họ và tên sinh viên 2: TRẦN TÖ HUY MSSV: 13141623 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông
Tên đề tài: Thiết kế hệ thống phòng cháy chữa cháy cho chung cư
Họ và tên Giáo viên phản biện:
NHẬN XÉT
1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
2 Ưu điểm:
3 Khuyết điểm:
4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?
5 Đánh giá loại:
6 Điểm:……….(Bằng chữ: )
Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2017
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)
TÓM TẮT NỘI DUNG
Nội dung cuốn báo cáo đồ án tốt nghiệp bao gồm các nghiên cứu của nhómsinh viên chúng tôi trong việc thực hiện đồ án “Thiết kế hệ thống PCCC cho chung cư” Trong đó bao gồm thực trạng các hệ thống PCCC hiện nay, các kiến thức lý thuyết liên quan đến các thiết bị, công nghệ, kỹ thuật được sử dụng trong quá trình thiết kế hệ thống, quá trình lên ý tưởng, tìm biện pháp và tiến hành thi công hệ thống
Trang 7Cuối cùng là phần kết luận tìm ra ưu điểm, khuyết điểm, hướng phát triển của hệ thống và code chương trình của hệ thống
SUMMARY
The contents of the Graduation Project include researches by us on the project
"Design the fire protection system for apartment building" This includes the actual state of the fire protection systems in apartment buildings, the theoretical knowledge related to the equipment, technologies and techniques, which are used in the process of design this system, ideas and proceed to build the system
Trang 8Finally, the conclusion is to find out the advantages, disadvantages and development for system and program code of the system
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1.GIớI THIệU TÌNH HÌNH NGHIÊN CứU HIệN NAY 1
1.2.TÍNH CấP THIếT CủA Đề TÀI 1
1.3.MụC TIÊU THIếT Kế 1
Trang 91.4.GIớI HạN Đề TÀI 1
1.5.ĐốI TƯợNG PHạM VI NGHIÊN CứU 2
1.6.PHƯƠNG PHÁP TIếP CậN 2
1.7.NộI DUNG Đồ ÁN 2
1.8.Bố CụC CủA Đồ ÁN 2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 3
2.1.TổNG QUAN PCCC BÊN NGOÀI 3
2.1.1 Mô tả chung về hệ thống báo cháy 3
2.1.2 Chức năng các thiết bị trong hệ thống báo cháy 3
2.2.CÁC CHUẩN GIAO TIếP 4
2.2.1 Chuẩn giao tiếp UART 4
2.2.2 Chuẩn giao tiếp I2C 5
2.2.3 GSM 5
2.2.3.1 SIMCOM 5
2.2.3.2 Module SIM: 7
2.3.PHầN CứNG 7
2.3.1 Khối xử lý trung tâm Arduino Mega 2560 7
2.3.1.1 Giới thiệu 7
2.3.1.2 Đặc điểm 8
2.3.1.3 Các thông số kĩ thuật Arduino Mega 2560 8
2.3.1.4 Các chân vào ra Arduino Mega 2560 9
2.3.2 Module giảm áp DC-DC 11
2.3.3 Module cảm biến khí gas MQ-2 11
2.3.4 Module cảm biến siêu âm HC-SR04 13
2.3.5 Cảm biến nhiệt LM35 13
2.3.6 Module SIM900A mini V4 14
2.3.7 Module relay 15
2.3.8 Module LCD I2C 16
2.3.9 Van điện từ Solenoid 17
2.3.10 Bơm 17
2.3.11 LCD 18
2.3.12 IC74HC595 19
2.3.13 Buzzer 21
2.4.PHầN MềM 21
2.4.1 Arduino IDE 21
2.4.2 Microsoft Visual C# 22
Trang 10CHƯƠNG 3: THIếT Kế MÔ HÌNH 24
3.1.THIếT Kế MÔ HÌNH PHÕNG CHÁY CHữA CHÁY 24
3.2.LựA CHọN LINH KIệN 27
CHƯƠNG 4: XÂY DựNG VÀ THIếT Kế Hệ THốNG 28
4.1.SƠ Đồ KHốI CủA Hệ THốNG 28
4.1.1 Yêu cầu của hệ thống 28
4.1.2 Sơ đồ khối 29
4.1.3 Chức năng từng khối 29
4.2.TÍNH TOÁN THIếT Kế TừNG KHốI 30
4.2.1 Khối phát hiện cháy 30
4.2.2 Khối hiển thị 32
4.2.3 Khối hướng dẫn thoát hiểm 34
4.2.4 Khối nút nhấn điều khiển 36
4.2.5 Khối điều khiển nước 38
4.2.6 Khối giao tiếp mạng di động 41
4.2.7 Khối xử lý trung tâm 42
4.2.8 Khối nguồn và nguồn dự phòng 43
4.2.9 Sơ đồ khối nguyên lý toàn mạh 46
4.3.LậP TRÌNH PHầN MềM 46
4.3.1 Lập trình khối xử lý trung tâm 46
4.3.1.1 Yêu cầu 46
4.3.1.2 Lựa chọn công cụ lập trình 46
4.3.1.3 Lưu đồ giải thuật 46
4.3.2 Lập trình giao diện PC 64
4.3.2.1 Yêu cầu 64
4.3.2.2 Lựa chọn công cụ lập trình 64
4.3.2.3 Giải thuật 64
CHƯƠNG 5: THI CÔNG 67
5.1.THI CÔNG PHầN CứNG 67
5.1.1 Thi công mạch 67
5.1.2 Thi công mô hình 70
5.1.3 Thi công phần mềm 71
5.2.KếT QUả THI CÔNG 71
5.3.THựC NGHIệM 74
5.4.NHậN XÉT 80
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN 81
Trang 116.1.KếT LUậN 81
6.2.HƢớNG PHÁT TRIểN 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
PHỤ LỤC CODE ARDUINO 86
PHỤ LỤC CODE C# 103
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
I2C: Inter-Intergrated Circuit
UART: Universal Asynchronous Receiver – Transmitter
Trang 12SMS: Simple Message System
DLCI: Data Link Connection Identifier
EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
TTL: Transistor-Transistor Logic
Arduino IDE: Arduino Integrated Development Environment
DANH MỤC HÌNH ẢNH
HÌNH 2.1: SƠ Đồ Hệ THốNG PHÕNG CHÁY CHữA CHÁY CĂN BảN 3
HÌNH 2.2: SƠ Đồ KếT NốI UART 4
HÌNH 2.3: SƠ Đồ KếT NốI I2C 5
HÌNH 2.4: ARDUINO MEGA 2560 7
Trang 13HÌNH 2.5: CHIP MEGA 2560 TƯƠNG ứNG VớI CHÂN ARDUINO MEGA 2560.
10
HÌNH 2.6: CÁC CHÂN ARDUINO MEGA 2560 11
HÌNH 2.7: MODULE GIảM ÁP DC LM2596 3A 11
HÌNH 2.8: CảM BIếN MQ-2 11
HÌNH 2.9: SƠ Đồ CHÂN MQ-2 11
HÌNH 2.10: HC-SR04 13
HÌNH 2.11: CảM BIếN LM35 14
HÌNH 2.12: MODULE SIM900A MINI V4 14
HÌNH 2.13: MODULE RELAY 15
HÌNH 2.14: CấU TạO BÊN TRONG MODULE RELAY 16
HÌNH 2.15: MODULE LCD I2C 16
HÌNH 2.16: VAN ĐIệN Từ 1 IN 4 OUT 17
HÌNH 2.17: BƠM DC 5V 17
HÌNH 2.18: HÌNH DạNG VÀ TÊN CÁC CHÂN CủA LCD 16X2 18
HÌNH 2.19: IC74HC595 19
HÌNH 2.20: SƠ Đồ CHÂN IC74HC595 19
HÌNH 2.21: SƠ Đồ THờI GIAN 74HC595 20
HÌNH 2.22: BUZZER 21
HÌNH 2.23: CHọN BOARD CHO ARDUINO 22
HÌNH 2.24: CHọN CổNG ARDUINO 22
HÌNH 2.25: CHọN PROGRAMMER 22
HÌNH 2.26: GIAO DIệN WINDOW FORM APPLICATION 23
HÌNH 3.1: SƠ Đồ CHUNG CƯ TầNG 1 25
HÌNH 3.2: SƠ Đồ CHUNG CƯ TầNG 2 26
HÌNH 4.1: SƠ Đồ KHốI TổNG QUÁT TOÀN Hệ THốNG 29
HÌNH 4.2: SƠ Đồ NGUYÊN LÝ KHốI PHÁT HIệN CHÁY 31
HÌNH 4.3: SƠ Đồ NGUYÊN LÝ KHốI HIểN THị 33
HÌNH 4.4: SƠ Đồ KHốI HƯớNG DẫN THOÁT HIểM 36
HÌNH 4.5: SƠ Đồ NGUYÊN LÝ KHốI NÖT NHấN ĐIềU KHIểN 38
HÌNH 4.6: SƠ Đồ NGUYÊN LÝ KHốI ĐIềU KHIểN NƯớC 40
HÌNH 4.7: SƠ Đồ NGUYÊN LÝ KHốI GIAO TIếP MạNG DI ĐộNG 41
HÌNH 4.8: SƠ Đồ NGUYÊN LÝ KHốI NGUồN 45
HÌNH 4.9 : DạNG SÓNG NGUồN 15V QUA CầU DIODE 46
HÌNH 4.10: CHUYểN MạCH 46
HÌNH 4.11: LƯU Đồ GIảI THUậT CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH 47
Trang 14HÌNH 4.12: CHƯƠNG TRÌNH CON ĐọC CảM BIếN 48
HÌNH 4.13: CHƯƠNG TRÌNH ĐọC GIAO DIệN C# 49
HÌNH 4.14: CHƯƠNG TRÌNH NÖT NHấN CHUYểN MÀN HÌNH LCD 50
HÌNH 4.15: CHƯƠNG TRÌNH NÖT NHấN AUTO/MANUAL 51
HÌNH 4.16: CHƯƠNG TRÌNH CON NÖT NHấN KHẩN 52
HÌNH 4.18: CHƯƠNG TRÌNH CON NÖT NHấN TEST 53
HÌNH 4.19: CHƯƠNG TRÌNH CHECK LIGHT, BUZZER, MOTOR 54
HÌNH 4.20: CHƯƠNG TRÌNH BƠM NƯớC 55
HÌNH 4.21: CHƯƠNG TRÌNH KIểM TRA CảM BIếN 56
HÌNH 4.22: CHƯƠNG TRÌNH Xử LÝ BÁO ĐộNG 57
HÌNH 4.24: CHƯƠNG TRÌNH Mở VAN NƯớC 58
HÌNH 4.25: CHƯƠNG TRÌNH CALL VÀ GửI SMS 59
HÌNH 4.26: CHƯƠNG TRÌNH BậT ĐÈN EXIT 60
HÌNH 4.27: CHƯƠNG TRÌNH DịCH Dữ LIệU DATA LED RA 74HC595 61
HÌNH 4.29: CHƯƠNG TRÌNH XUấT Dữ LIệU HIểN THị GIAO DIệN PC 63
HÌNH 4.31: CHƯƠNG TRÌNH HIểN THị Dữ LIệU SERIALPORT1 65
HÌNH 4.32: CHƯƠNG TRÌNH XUấT LệNH ĐIềU KHIểN RA SERIALPORT 66
HÌNH 5.1: MạCH IN PCB MạCH 1 67
HÌNH 5.2: MạCH IN PCB MạCH 2 68
HÌNH 5.3: MạCH IN PCB MạCH 3 68
HÌNH 5.4: MạCH IN PCB MạCH 4 69
HÌNH 5.5: MạCH IN PCB MạCH 5 69
HÌNH 5.6: MÔ HÌNH CHUNG CƯ 70
HÌNH 5.7: BồN NƯớC CHữA NƯớC CứU HỏA 70
HÌNH 5.8: GIAO DIệN ĐIềU KHIểN TRÊN PC 71
HÌNH 5.9: MạCH IN KHốI NÖT NHấN ĐIềU KHIểN VÀ KHốI HIểN THị 71
HÌNH 5.10: MạCH KếT NốI TầNG 1 CHUNG CƯ 72
HÌNH 5.11: MạCH KếT NốI TầNG 2 CHUNG CƯ 72
HÌNH 5.12: MạCH GIAO TIếP MạNG DI ĐộNG, KHốI HƯớNG DẫN THOÁT HIểM 73
HÌNH 5.13: MạCH KHốI NGUồN, RELAY VÀ KHốI Xử LÝ TRUNG TÂM 74
HÌNH 5.14: MÀN HÌNH KHởI ĐộNG 75
HÌNH 5.15: KHởI ĐộNG RELAY NGUồN 75
HÌNH 5.16: MÀN HÌNH LCD HIểN THị Hệ THốNG CHạY CHế Độ AUTO 76
HÌNH 5.17: TRANG MÀN HÌNH HIểN THị MựC NƯớC BồN CHữA CHÁY 76
Trang 15HÌNH 5.18: TRANG MÀN HÌNH HIểN THị NHIệT Độ VÀ MứC KHÓI CÁC
PHÒNG 77
HÌNH 5.19: TEST ĐÈN EXIT ở CHế Độ MANUAL 77
HÌNH 5.20: BÁO CHÁY PHÕNG B KHI ĐANG ở CHế Độ AUTO 78
HÌNH 5.21: LED HƯớNG DẫN ĐƯờNG THOÁT HIểM TRÁNH PHÒNG B 78
HÌNH 5.22: GửI TIN NHắN BÁO HIệU PHÕNG CHÁY 79
HÌNH 5.23: GIAO DIệN ĐIềU KHIểN TRÊN MÁY TÍNH KHI CHạY Hệ THốNG 79
DANH MỤC BẢNG BIỂU
BảNG 2.1: MÔ Tả CÁC THIếT Bị TRONG Hệ THốNG PHÕNG CHÁY CHữA CHÁY 3BảNG 2.2: CấU TRUNG KHUNG TRUYềN Dữ LIệU 6
BảNG 2.3: CấU TRÖC ADDRESS FIELD 6
BảNG 2.4: CấU TRÖC CONTROL FIELD 6
Trang 16BảNG 2.5: CấU TRÖC LENGTH FIELD 7
BảNG 2.6: THÔNG Số KĨ THUậT ARDUINO MEGA 2560 8
BảNG 2.7: THÔNG Số KĨ THUậT LM2596 11
BảNG 2.8: THÔNG Số KĨ THUậT CủA MQ-2 12
BảNG 2.9: Độ NHạY ĐIểN HÌNH CủA MQ-2 TRONG ĐIềU KIệN TIÊU CHUẩN 12
BảNG 2.10: THÔNG TIN CÁC CHÂN HC-SR04 13
BảNG 2.11: THÔNG Số KĨ THUậT HC-SR04 13
BảNG 2.12: THÔNG Số KĨ THUậT LM35 14
BảNG 2.13: THÔNG Số KĨ THUậT MODULE SIM900A MINI V4 15
BảNG 2.14: CHứC NĂNG CÁC CHÂN MODULE SIM900A MINI V4 15
BảNG 2.15: CHI TIếT CÁC CHÂN MộT MODULE RELAY 16
BảNG 2.16: CHÂN KếT NốI MODULE LCD I2C VớI VI ĐIềU KHIểN 17
BảNG 2.17: THÔNG Số KĨ THUậT BƠM DC 5V 18
BảNG 2.18: THÔNG TIN CÁC CHÂN LCD 16X02 19
BảNG 2.19: THÔNG Số KĨ THUậT LCD 16X02 19
BảNG 2.20: CHứC NĂNG CÁC CHÂN IC74HC595 20
BảNG 2.21: THÔNG Số KĨ THUậT IC 74HC595 20
BảNG 2.22 : THONG Số KI THUậT KBP310G 21
BảNG 2.23: CHứC NĂNG CÁC PHÍM TRONG ARDUINO IDE 21
BảNG 3.1: CÁC LINH KIệN TRONG MÔ HÌNH TƯƠNG ứNG VớI Hệ THốNG CứU HỏA 27
BảNG 3.2: CÁC LINH KIệN KHÁC TRONG MÔ HÌNH 27
BảNG 4.1: CÁC LệNH ĐIềU KHIểN LCD_I2C 34
BảNG 4.2: CÁC LệNH AT Sử DụNG TRONG KHốI GIAO TIếP DI ĐộNG 42
BảNG 4.3: DÕNG VÀ ÁP QUY ĐịNH CÁC THIếT Bị TRONG Đồ ÁN 43
BảNG 4.4: BảNG PHÂN CHIA THIếT Bị CHO CÁC MạCH NGUồN 44
Trang 17Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay
Việc phòng cháy chữa cháy trở thành mối quan tâm hàng đầu của nước ta cũng như nhiều nước trên thế giới Nó trở thành nghĩa vụ của mỗi người dân Trên các phương tiện thông tin đại chúng luôn tuyên truyền giáo dục cho mỗi người dân
ý thức phòng cháy chữa cháy, nhằm mục đích hạn chế những vụ cháy đáng tiếc xảy
ra
Hệ thống phòng cháy chữa cháy là một trong những hệ thống quan trọng và không thể thiếu đối với bất kỳ chung cư, tòa nhà cao tầng hiện nay Nó đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc bảo vệ tài sản và tính mạng con người Vì thế
mà việc đầu tư thi công lắp đặt hệ thống phòng cháy chữa cháy cũng như bảo trì bảo dưỡng hệ thống luôn luôn được đề lên hàng đầu
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại, hệ thống phòng cháy chữa cháy ngày càng được cải tiến đáng kể nhằm đảm bảo độ tin cậy, làm việc chắc chắn của hệ thống Đồng thời hệ thống có thể kết hợp với các hệ thống khác như: hệ thống chữa cháy tự động tại chỗ, hệ thống thông tin truyền thông (điện thoại, mạng Internet…) để thông báo đến cho các trung tâm phòng cháy chữa cháy một cách kịp thời, bảo đảm an toàn cho tính mạng con người và tài sản
1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Để nâng cao sự tiện lợi trong việc phòng cháy và chữa cháy, tránh được một
số trường hợp báo động giả như bụi hay khói thuốc lá vào cảm biến, những nút nhấn bị hư khiến thiết bị báo động ngay làm hoảng loạn cho người dân, hướng dẫn một lối thoát an toàn để thoát hiểm, cũng như việc đưa nước đến phòng bị cháy một cách thông minh, nhanh chóng Việc xây dựng một hệ thống phòng cháy, chữa cháy thông minh là vô cùng cần thiết
1.3 Mục tiêu thiết kế
Đề tài thiết kế hệ thống phòng cháy, chữa cháy thông minh có giao tiếp và điều khiển qua giao diện trên máy tính, đồng thời thông báo qua điện thoại với người có trách nhiệm khi có sự cố xảy ra
1.4 Giới hạn đề tài
Đề tài chỉ thực hiện một mô hình chung cư nhỏ với hai tầng và bốn phòng Các cảm biến được sử dụng trong chung cư có phạm vi đo nhỏ Hệ thống chữa cháy thiết kế với bồn chứa nước chữa cháy nhỏ, áp lực nước chữa cháy nhỏ
Trang 18Với việc tăng số lượng tầng hay phòng kết hợp với các tính năng khác, đề tài
có thể phát triển về phần cứng hệ thống và giải thuật phức tạp hơn
1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu
Đề tài “Thiết kế hệ thống PCCCcho chung cư” được thực hiện với các đối tượng nghiên cứu sau:
Board Arduino Mega 2560
Hoạt động của cảm biến LM35, LCD, IC74HC595
Các module: MQ-2, HC-SR04, SIM900A mini V4, chuyển giao tiếp LCD sang I2C, relay
Lập trình ngôn ngữ C#, giao tiếp Arduino và C#
1.6 Phương pháp tiếp cận
Nhóm sinh viên thực hiện báo cáo tiến hành nghiên cứu dựa trên các tài liệu giáo trình điện tử cơ bản, vi xử lý, kĩ thuật số Đồng thời khảo sát các hệ thống phòng cháy chữa cháy tại các tòa nhà chung cư như LOTTERY TOWER, chung cư The Eastern, qua đó hình thành ý tưởng thiết kế hệ thống
Chương 2: Cơ sở lý thuyết liên quan
Chương 3: Thiết kế mô hình
Chương 4: Xây dựng và thiết kế hệ thống
Chương 5: Thi công
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Trang 19Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
2.1 Tổng quan PCCC bên ngoài
2.1.1 Mô tả chung về hệ thống báo cháy
Hê ̣ thống phòng cháy chữa cháy là hệ thống có số lượng hữu hạn các thiết bị cùng làm việc với nhau để phát hiê ̣n đưa ra cảnh báo và x ử lý về các sự cố cháy , nổ thông qua các thiết bi ̣ cảnh báo th ể hiện bằng âm thanh , hình ảnh khi xuất hiện lửa, khói, khí CO hoặc trường hợp khẩn cấp khác đang tồn tại Khi có sự cố cháy , nổ xảy ra thì hệ thống sẽ được phát hi ện tự đô ̣ng bằng mô ̣t số các đầu dò khói , đầu dò nhiê ̣t, đầu dò ánh sáng , đầu dò hỗn hợp g ửi về trung tâm báo cháy và thực hiện các hoạt động nhằm báo động và dập cháy
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống phòng cháy chữa cháy căn bản
2.1.2 Chức năng các thiết bị trong hệ thống báo cháy
Bảng 2.1: Mô tả các thiết bị trong hệ thống phòng cháy chữa cháy
1
Trung tâm báo cháy Trung tâm xử lý tín hiệu khi có sự cố xảy ra
2 Đầu báo khói Khi phát hiện khói đạt một mức giới hạn cho phép sẽ
gởi tín hiệu về tủ báo
3 Đầu báo nhiệt Khi phát hiện nhiệt độ đạt một mức giới hạn cho
phép sẽ gởi tín hiệu về tủ báo
Trang 204 Đầu báo lửa Phát hiện lửa và báo về tủ báo, lắp đặt tại những nơi
có đám cháy phát triển nhanh chóng
5 Nút nhấn khẩn Gửi tín hiệu báo cháy
6 Chuông báo cháy Kêu cảnh báo
7 Máy bơm Cung cấp nước cho vòi phun hoạt động dập lửa
8 Van điều khiển Điều khiển cấp lương nước cho hệ thống báo cháy
10 Đầu phun khí Phun khí CO2 để dập tắt đám cháy
2.2 Các chuẩn giao tiếp
2.2.1 Chuẩn giao tiếp UART
UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter Thường là một mạch tích hợp được sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi Rất nhiều vi điều khiển hiện nay đã được tích hợp UART UART thường được dùng trong máy tính công nghiệp, truyền thông, vi điều khiển, hay một số các thiết bị truyền tin khác Mục đích của UART là để truyền tín hiệu qua lại lẫn nhau (ví dụ truyền tín hiệu từ Laptop vào Modem hay ngược lại) hay truyền từ vi điều khiển tới vi điều khiển, từ laptop tới vi điều khiển
Ở kiểu truyền này thì có 1 đường phát dữ liệu và 1 đường nhận dữ liệu còn tín hiệu xung clock có cùng tần số và thường được gọi là tốc độ truyền dữ liệu (baund)
Sơ đồ kết nối hình 2.2:
Hình 2.2: Sơ đồ kết nối UART
Trang 212.2.2 Chuẩn giao tiếp I2C
I2C, viết tắt của từ tiếng Anh “Inter-Integrated Circuit”, là một loại bus nối
tiếp được phát triển bởi hãng sản xuất linh kiện điện tử Philips Ban đầu, loại bus này chỉ được dùng trong các linh kiện điện tử của Philips Sau đó, do tínhưu việt
và đơn giản của nó, I2C đã được chuẩn hóa và được dùng rộng rãi trong các
module truyền thông nối tiếp của vi mạch tích hợp ngày nay
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
I2C sử dụng hai đường truyền tín hiệu:
Một đường xung nhịp đồng hồ (SCL) chỉ do Master phát đi (thông thường ở 100kHz và 400kHz Mức cao nhất là 1MHz và 3.4MHz)
Một đường dữ liệu (SDA) theo hai hướng
Sơ đồ kết nối như hình 2.3:
Hình 2.3: Sơ đồ kết nối I2C
2.2.3 GSM
GSM là một tiêu chuẩn quốc tế cho điện thoại di động, là từ viết tắt của
“Global System for Mobile Communications”.Nó cũng đôi khi được gọi là 2G, vì
Những dữ liệu về cơ bản là độc lập nhau, do đó không đáp ứng được với chỉ một loại tín hiệu ở một kênh trong một khoảng thời gian vì thế SIMCOM đã được
Trang 22thiết kế theo tiêu chuẩn GSM0710 để có thể truyền dẫn đồng thời nhiều luồng dữ liệu
Cấu trúc khung truyền dữ liệu SIMCOM:
Bảng 2.2: Cấu trung khung truyền dữ liệu
Opening Flag và Closing Flag: mỗi khung bắt đầu và kết thúc với một chuỗi bit không đổi 0xF9
Address Field: chứa các kết nối định dạnh liên kết dữ liệu (DLCI), bit C/R và bit mở rộng trường địa chỉ (EA)
Bảng 2.3: Cấu trúc Address Field
Control Field: được xác định trong bảng sau
Bảng 2.4: Cấu trúc Control Field
SABM: thiết lập DLC giữa TE và MS
UA: khung trả lời khung SABM hoặc khung DISC
DM: khung báo cáo tình trạng kết nối dữ liệu
Trang 23Bảng 2.5: Cấu trúc Length Field
Information Field: trường mang thông tin dữ liệu người dùng
2.2.3.2 Module SIM:
Module SIMđược thiết kế giúp người dùng dễ dàng nghiên cứu và triển khai các ứng dụng liên quan đến GSM, GPRS nhưđiều khiển, giám sát, truyền nhận dữ liệu,…Một số loại module sim còn có tích hợp thêm hệ thống định vị GPS
Có rất nhiều loại module SIM có trên thị trường như module SIM300, module SIM900, module SIM900a, module SIM908
Arduino được sử dụng trong đồ án là Arduino Mega 2560, có nhiều chân dễ dàng mở rộng đề tài và với nhiều tính năng mạnh mẽ
Hình 2.4: Arduino Mega 2560
Trang 242.3.1.2 Đặc điểm
Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác
Sử dụng ngôn ngữ C với môi trường Arduino IDE tích hợp sẵn
2.3.1.3 Các thông số kĩ thuật Arduino Mega 2560
Bảng 2.6: Thông số kĩ thuật Arduino Mega 2560
6 Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30mA
7 Cường độ dòng điện trên mỗi
8 Cường độ dòng điện trên mỗi
khởi động
Trang 252.3.1.4 Các chân vào ra Arduino Mega 2560
Trang 26Hình 2.5: Chip Mega 2560 tương ứng với chân Arduino Mega 2560
Trang 27Hình 2.6: Các chân Arduino Mega 2560
2.3.2 Module giảm áp DC-DC
Mạch giảm áp có khả năng giảm áp từ 30V xuống 1.5V mà vẫn đạt hiệu suất cao Ứng dụng trong các mạch chia nguồn, hạ áp, cấp cho các thiết bị nhƣ camera, motor, robot …
Hình 2.7: Module giảm áp DC LM2596 3A
2.3.3.Module cảm biến khí gas MQ-2
MQ-2 là một cảm biến khí đƣợc dùng để phát hiện các khí gây cháy, nó đƣợc cấu tạo từ chất bán dẫn Sn02
Trang 28SnO2 có độ dẫn điện thấp hơn trong không khí sạch, khi khí dễ cháy tồn tại, cảm biến có độ dẫn điện cao hơn, nồng độ chất dễ cháy càng cao thì độ dẫn điện của SnO2 sẽ càng cao và được tương ứng chuyển thành mức tín hiệu điện, phù hợp cho việc phát hiện các loại khí như:LPG (chủ yếu có thành phần gồm Propane (C3H8)
và Butane (C4H10)), propan (C3H8), khói…
Cảm biến xuất ra hai dạng tín hiệu là digital và analog
Bảng 2.8: Thông số kĩ thuật của MQ-2
Bảng 2.9: Độ nhạy điển hình của MQ-2 trong điều kiện tiêu chuẩn
Rs/ Ro : tỷ lệ kháng của cảm biến
Rs: điện trở trong các loại khí khác nhau
Ro: điện trở của cảm biến ở 1000ppm Hydrogen
Trang 292.3.4 Module cảm biến siêu âm HC-SR04
Cảm biến siêu âm HC-SR04 đƣợc dùng phổ biến để xác định khoảng cách.Có thể đo khoảng cách từ 2 đến 300cm, với độ chính xác cao, cảm biến hoạt động bằng cách phát 1 tín hiệu siêu âm và đếm thời gian đến khi nhận tín hiệu phản hồi
Hình 2.10: HC-SR04
Bảng 2.10: Thông tin các chân HC-SR04
Trang 30Hình 2.11: Cảm biến LM35
Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị hiệu điện thế nhất định tại chân Vout (chân OUT) ứng với mỗi mức nhiệt độ Độ chính xác thực tế: 0.25°C ở nhiệt độ phòng,0.75°C ngoài khoảng 2°C tới 150°C
4 Độ phân giải điện áp ra 10mV/ºC
2.3.6 Module SIM900A mini V4
Module SIM900A mini V4 dùng cho những dự án điều khiển từ xa, gửi nhận
dữ liệu thu thập từ các cảm biến với độ chính xác cao và khoảng cách rất xa
Hình 2.12: Module SIM900A mini v4
Trang 31Bảng 2.13: Thông số kĩ thuật module SIM900A mini v4
2 Dòng khi chờ hoạt động 10mA
3 Dòng khi hoạt động 100mA đến 2A
2.3.7 Module relay
Một module relay được tạo nên bởi 2 linh kiện thụ động cơ bản là relay và transistor Có 2 loại module relay: module relay đóng ở mức thấp (nối cực âm vào chân tín hiệu relay sẽ đóng), module relay đóng ở mức cao (nối cực dương vào chân tín hiệu relay sẽ đóng)
Hình 2.13: Module relay
Trang 32Bảng 2.15: Chi tiết các chân một module relay
kích
+ Cấp hiệu điện thế kích tối ưu vào chân này
- Nối với cực âm
S Chân tín hiệu, dùng để kích relay
nối đồ dùng
COM Chân nối với 1 chân bất kỳ của đồ dùng điện
NO Cực dương của nguồn
NC Cực âm của nguồn
Hình 2.14: Cấu tạo bên trong module relay
Giải thích nguyên lý module relay:
Khi có điện áp 5V (relay kích mức cao) hoặc 0V (relay kích mức thấp) vào chân IN sẽ làm led D1 sáng, áp truyền vào opto làm cho led ở opto sáng, nhờ vào hiệu ứng quang điện chân opto thông mạch, transistor PNP (kích mức cao) hoặc NPN (kích mức thấp) dẫn làm cho relay hút, diode D2 để tránh dòng ngược và bảo
Trang 33Bảng 2.16: Chân kết nối module LCD I2C với vi điều khiển
2.3.9.Van điện từ Solenoid
Van điện từ Solenoid là một thiết bị cơ điện dùng để kiểm soát chất lỏng hay chất khí được điều khiển vói điện áp 220V hay 12V được điều hành thông qua một cuộn dây Khi cuộn dây được cấp điện, một từ trường được tạo ra, tạo thành lực tác động lên piston bên trong cuộn dây làm piston di chuyển
Van điện từ có 2 loại: thường đóng và thường mở Van điện tử thường đóng
là loại van mà khi chưa cấp điện thì van sẽ luôn đóng, khi cần van mở phải cấp điện cho van, ngược lại với van thường mở
Loại van sử dụng trong đồ án là loại van thường đóng với 1 ngõ vào và 4 ngõ
ra được điều khiển với điện áp 12V
Hình 2.16: Van điện từ 1 in 4 out 2.3.10 Bơm
Máy bơm mini DC 5V thường được dùng trong các mô hình yêu cầu máy bơm công suất nhỏ, lượng nước bơm không lớn
Hình 2.17: Bơm DC 5V
Trang 34Bảng 2.17: Thông số kĩ thuật bơm DC 5V
2.3.11.LCD
LCD đƣợc sử dụng trong rất nhiều ứng dụng của vi điều khiển LCD có rất nhiều ƣu điểm so với các dạng hiển thị khác: có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đƣa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ
Hình 2.18: Hình dạng và tên các chân của LCD 16x2
Trang 35Bảng 2.18: Thông tin các chân LCD 16x02
3 Constrast Voltage Điều khiển độ sáng màn hình
4 Register Select Điều khiển địa chỉ nào sẽ đƣợc ghi dữ liệu
5 Read/Write Đọc/ghi dữ liệu
6 Enable pin Cho phép ghi vào LCD
số chân kết nối (chỉ mất 3 chân) và có thể mở rộng bao nhiêu tùy thích
Trang 36Bảng 2.20: Chức năng các chân IC74HC595
Trang 37Một trương trình viết bởi Arduino IDE được gọi là sketch, sketch được lưu dưới định dạng “.ino”
Chức năng các phím trên Arduino IDE được mô tả trong bảng 2.23 dưới đây:
Bảng 2.23: Chức năng các phím trong Arduino IDE
Verify : Kiểm tra lỗi và biên dịch code Upload : Dịch và upload code vào bo mạch đã được cài đặt sẵn New : Tạo sketch mới
Open: Mở một sketch có sẵn Save: Lưu sketch
Serial Monitor: Mở serial monitor
Cấu hình Arduino IDE:
Trang 38Chọn board mạch Arduino đang sử dụng: vào menu Tools Board Arduino
Mega 2560
Hình 2.23: Chọn board cho Arduino
Chọn port đang kết nối với Arduino: menu Tools Serial Port chọn cổng
Arduino đang kết nối với máy tính
Chọn ngôn ngữ lập trình: Tools Programmer chọn AVR ISP
2.4.2 Microsoft Visual C#
Trang 39Microsoft Visual C# là bản rút gọn của Microsoft Visual Studio Đây là công
cụ chuyên để lập trình C# được tách từ Microsoft Visual Studio
Microsoft Visual C# có các kiểu project như: Console Application (làm việc với chương trình console thông thường), Window Form Application (tạo một phần mềm với giao diện tự thiết kế), Class Library (tạo thư viện)
Trong đồ án này, nhóm thực hiện báo cáo sẽ làm việc với Window Form Application vì dễ sử dụng và có thể tạo kiểu hiển thị theo mong muốn để giao tiếp với Arduino
Hình 2.26: Giao diện Window Form Application
Để xây dựng giao diện như ý muốn, trỏ chuột vào hộp thoại Toolbox ở bên trái màn hình rồi kéo các đối tượng như button, textbox, label… vào Form Sau khi kéo đối tượng, có thể tùy chỉnh đặc điểm, nội dung đối tượng với hộp thoại Properties
Trang 40Chương 3: Thiết kế mô hình
3.1 Thiết kế mô hình phòng cháy chữa cháy
Nhóm thực hiện đồ án tiến hành thiết kế một mô hình để có thể mô phỏng cách làm việc một hệ thống phòng cháy chữa cháy Mô hình sẽ không dùng cảm biến lửa (chỉ sử dụng ở nơi bắt lửa nhanh: trạm xăng dầu, nhà kho chứa vải ), sprinkler, bơm chữa cháy vách tường (mô hình nhỏ nên khó có thể tạo áp lực nước cao đáp ứng các thiết bị trên)
Thiết kế sẽ bao gồm một hệ thống đèn thoát hiểm thông minh có thể chỉ dẫn lối thoát an toàn tránh đi về hướng đang xảy ra đám cháy cùng với các van nước dẫn nước đến nơi phòng cháy, mô hình mô phỏng cần có nhiều phòng và có hai tầng trở lên mới có thể tạo ra những trường hợp đèn dẫn lối thoát hiểm với những
sự cố cháy xảy ra khác nhau
Từ các yêu cầu trên, nhóm thực hiện báo cáosẽ thiết kế một mô hình chung
cư với hai tầng, mỗi tầng có hai phòng
Trong mỗi căn phòng sẽ đặt một cảm biến khói, dãy hành lang có những cảm biến nhiệt để có thể xác định chính xác nơi xảy ra hỏa hoạn, còi báo động gắn ở mỗi tầng và ở hộp điều khiển Mô hình sẽ có ba cầu thang để di chuyển, hai cầu thang sát phòng nằm ở hai bên chung cư và một cầu thang ở giữa được đặt cách tường khiến lửa khó lan tới, vì vậy đó sẽ là con đường thoát hiểm an toàn trong trường hợp cả hai phòng tầng hai đều bị cháy
Mỗi phòng sẽ có van dẫn nước tới để dập cháy, cùng với một nút nhấn giúp người trong phòng nhấn khi cần được hỗ trợ
Dưới đây là bản vẽ sơ đồ chung cư mô phỏng: