BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁO CHÁY THÔNG MINH QUA ĐIỆN THOẠI SỬ DỤNG PIC 18F4520, CẢM BIẾN KHÍ GAS VÀ CẢM BIẾN NHIỆT

Xây dựng được một mô hình “Hệ thống báo cháy thông minh qua điện thoại sử dụng pic 18f4520, cảm biến khí gas và cảm biến nhiệt” khi vượt ngưỡng an toàn cho phép hệ thống sẽ bật cói và đồng thời gửi tin nhắn về điện thoại di động.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

- -BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁO CHÁY THÔNG MINH QUA ĐIỆN THOẠI

SỬ DỤNG PIC 18F4520, CẢM BIẾN KHÍ GAS VÀ CẢM BIẾN NHIỆT

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất của mìnhtới thầy Phạm Văn Chiến, người đã hướng dẫn tận tình và hiệu quả, thườngxuyên động viên em trong quá trình hoàn thiện đề tài Người đã dành cho em sự

ưu ái nhất trong thời gian học tập, nghiên cứu cũng như quá trình hoàn thành sảnphẩm

Em xin cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo trong khoa Điện tử trường Đại họcCông nghiệp Hà Nội cùng tất cả thành viên trong lớp Mạng Máy tính và Truyềnthông dữ liệu 1 đã tạo điều kiện và đóng góp ý kiến để em hoàn thành sản phẩm.Mặc dù em đã cố gắng để hoàn thành sản phẩm nhưng do kiến thức cũngnhư khả năng còn hạn hẹp nên quá trình thực hiện đề tài còn có sai sót Rấtmong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của quý thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

DANH MỤC BẢNG 4

DANH MỤC ẢNH 5

DANH MỤC VIẾT TẮT 7

LỜI MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 10

1.1 Sơ lược về đề tài 10

1.1.1 Giới thiệu về hệ thống báo cháy 10

1.1.2 Vai trò và ý nghĩa 10

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống báo cháy 11

1.1.4 Yêu cầu, tiêu chuẩn của hệ thống 13

1.1.5 Cấu trúc hệ thống báo cháy 14

1.2 Nội dung nghiên cứu 18

1.3 Kết luận chương 1 18

CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19

2.1 PIC 18F4520 19

2.1.1 Giới thiệu 19

2.1.2 Sơ đồ chân 20

2.1.3 Công cụ lập trình 21

2.2 Module SIM800l 23

2.2.1 Giới thiệu 23

2.2.2 Thông số kỹ thuật 24

2.3 LCD 16x02 25

2.3.1 Giới thiệu 25

2.3.2 Hình dáng và kích thước 26

2.3.3 Sơ đồ chân LCD 16x02 26

2.4 Cảm biến khí Gas MQ2 27

2.5 Cảm biến nhiệt độ LM35 28

2.6 Mạch Giảm Áp Buck LM2596 30

2.7 Còi chip 30

2.8 Kết luận chương 2 31

CHƯƠNG 3 - THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM 32

3.1 Thiết kế phần cứng 32

3.1.1 Yêu cầu về công nghệ 32

3.1.2 Sơ đồ khối 32

3.1.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 33

3.1.4 Mạch in PCB 37

3.2 Thiết kế phần mềm 38

3.2.1 Yêu cầu phần mềm 38

3.2.2 Lưu đồ thuật toán 39

3.3 Sản phẩm thực nghiệm 40

3.3.1 Kết quả thực nghiệm 40

3.3.2 Cách thức hoạt động của mô hình 41

3.4 Kết luận chương 3 46

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 49

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Bảng thông số kỹ thuật Pic18F4520 20Bảng 2.2: Sơ đồ chân LCD 16x02 26Bảng 2.3: Bảng thông số còi chip 31

DANH MỤC ẢNH

Hình 1.1: Sơ đồ hoạt động hệ thống báo cháy hoàn chỉnh 11

Hình 1.2: Lắp đặt hệ thống báo cháy 13

Hình 1.3: Các thiết bị báo cháy 14

Hình 1.4: Tủ trung tâm điều khiển báo cháy 14

Hình 1.5: Nút nhấn khẩn 15

Hình 1.6: Chuông Báo Cháy 16

Hình 1.7: Sơ đồ khối 18

Hình 2.1: PIC 18F4520 19

Hình 2.2: Sơ đồ chân PIC18F4520 20

Hình 2.3: CSS 21

Hình 2.4: Module sim800l 23

Hình 2.5: Thông số kỹ thuật Module SIM800L 25

Hình 2.6: LCD 16x02 26

Hình 2.7: Cảm biến khí Gas MQ2 27

Hình 2.8: Sơ đồ chân cảm biến khí gas 27

Hình 2.9: Cảm biến nhiệt LM35 28

Hình 2.10: Sơ đồ chân LM35 29

Hình 2.11: Buck LM2596 30

Hình 2.12: Còi chip 30

Hình 3.1: Sơ đồ khối chi tiết 32

Hình 3.2: Khối nguồn 33

Hình 3.3: Khối điều khiển 33

Hình 3.4: Reset 34

Hình 3.5: Khối SIM800L 34

Hình 3.6: LCD 35

Hình 3.7: Cảm biến 35

Hình 3.8: Còi báo 35

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý 36

Hình 3.11: Mạch in 3D 37

Hình 3.12: Hình minh họa 38

Hình 3.13: Lưu đồ thuật toán 39

Hình 3.14: Mạch thực tế 40

Hình 3.15: Mô hình thực tế 40

Hình 3.16: Hệ thống ở trạng thái setting 41

Hình 3.17: Hệ thống setting thành công 41

Hình 3.18: LCD hiển thị nhiệt độ và trạng thái gas 42

Hình 3.19: LCD hiển thị rò khí gas 43

Hình 3.20: Tin nhắn cảnh báo rò khí gas 43

Hình 3.21: LCD hiển thị nhiệt độ cao 44

Hình 3.22: Tin nhắn báo cháy nhận được ở điện thoại 44

Hình 3.23: Gửi tin nhắn cho hệ thống 45

Hình 3.24: Hệ thống thông báo lại tình trạng hiện tại 45

DANH MỤC VIẾT TẮT

1 PIC Programmable Intelligent

Computer

Lập trình máy tínhthông minh

Memory

Bộ nhớ chỉ đọc lậptrình có thể xóa bằng

điện

7 SRAM Static random-access

memory

Bộ nhớ truy cập ngẫunhiên tĩnh

8 RISC Reduced Instructions Set

Computer

Máy tính với tập lệnhđơn giản hóa

UniversalSynchronous/AsynchronousReceiver/Transmitter

Bộ truyền nhận nốitiếp có thể đồng bộhoặc bất đồng bộ

10 I2C Inter-Integrated Circuit Giao thức giao tiếp

11 ADC/DAC Digital-to-Analog

Converter/ Digital Analog

Converter

Bộ chuyển đổi số ratương tự/ bộ chuyểnđổi tín hiệu digital

thành analog

12 SPI Serial Peripheral Interface Giao diện ngoại vi nối

tiếp

13 PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung

14 LCD A liquid-crystal display Màn hình tinh thể lỏng

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, công nghệ điện

tử đã được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực trong thực tế để phục vụ cho các nhucầu: chăm sóc sức khỏe, bảo vệ tính mạng và tài sản cho con người

Như thầy cô và tất cả mọi người đã được biết trong cuộc sống xã hội hiệnđại ngày nay vấn đề sử dụng khí đốt (khí Gas) trong việc nấu ăn hàng ngày hay

sử dụng khí đốt cho các ngành công nghiệp đang rất phổ biến Khoảng 15 năm

về trước chỉ có thành phố mới sử dụng khí đốt cho việc nấu ăn hay cho nhữngngành công nghiệp Còn nông thôn thường sử dụng bếp rạ và củi cho việc đunnấu thì hiện nay gần như từ quê lên thành phố thì 99% đã sử dụng khí gas chobếp lúc đun nấu Nên khi khí gas bị rò rỉ ra ngoài dẫn đến khả năng cháy nổ làrất cao vì chỉ cần có tia lửa điện từ các ổ cắm hay thiết bị điện hay một đoạn dây

bị hở sẽ sinh ra tia lửa điện khi đó khả năng hỏa hoạn cho ngôi nhà là rất cao, nóảnh hưởng đến tài sản và tính mạng của con người Vì thế đề tài nghiên cứu của

em nhằm vào một phần nào đó việc phát hiện hiện khí gas và ngăn chặn hỏahoạn cho người và cũng như tài sản Với nội dung chính của đề tài là khi pháthiện có khí gas đang bị rò rỉ hoặc khi trong phòng có cháy thường thì nhiệt độkhông khí trong phòng sẽ tăng rất nhanh và độ ẩm giảm xuống ngưỡng cho phépđược setup từ trước thì thiết bị sẽ thiết bị sẽ bật còi báo động đồng thời gửi tinnhắn cho người trong nhà biết để khắc phục, hạ nhiệt độ phòng và chữa cháy.Ngoài ra, em hy vọng hệ thống của em có thể được sử dụng trong các hộ giađình và mong muốn có thể mở rộng hơn ví dụ hệ thống cho một tòa nhà, nhàhàng,

Sau một thời gian thực hiện đề tài, mặc dù em đã gặp nhiều khó khănnhưng với sự giúp đỡ của thầy Phạm Văn Chiến và các thầy cô trong khoa Điện

tử cùng sự cố gắng nỗ lực của bản thân, đề tài “Thiết kế hệ thống báo cháy thông minh qua điện thoại sử dụng pic 18f4520, cảm biến khí gas và cảm biến nhiệt” đã được hoàn thành đúng tiến độ Dù đã rất cố gắng và nỗ lực để

thực hiện đề tài này, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên không tránhkhỏi những thiếu sót và hạn chế, vì vậy em rất mong nhận được những ý kiếnđóng góp của quý thầy cô cùng các bạn

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Sơ lược về đề tài [1]

1.1.1 Giới thiệu về hệ thống báo cháy

Hệ thống báo cháy là một hệ thống gồm nhiều thiết bị hoạt động cùng nhaugiúp phát hiện và cảnh báo sự cố cháy thông qua những thiết bị hình ảnh âmthanh khi có sự thay đổi của các yếu tố môi trường ví dụ như khói, lửa, carbonmonoxide hoặc các trường hợp khẩn cấp khác

Các báo động này có thể được kích hoạt tự động thông quá các đầu báocháy hoặc qua các thiết bị kích hoạt báo cháy thủ công Báo động có thể là tiếngchuông, tiếng còi và đèn báo cháy Tùy thuộc vào từng quốc gia và nhà sản xuấtthiết bị mà âm thanh báo cháy có thể được cài đặt ở một số tần số nhất định vànhiều âm khác nhau gồm thấp, trung bình và cao

1.1.2 Vai trò và ý nghĩa

1.1.2.1 Vai trò

Hệ thống báo cháy có một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chocon người và hạn chế thiệt hại và tài sản trước các trường hợp hỏa hoạn Hệ thốngbáo cháy bảo vệ bạn 24 giờ mỗi ngày, khi bạn thức, khi bạn ngủ, khi bạn ra ngoài, …Các hệ thống báo cháy tự động hiện nay rất thông minh, chúng có thể:

- Thông báo cho mọi người biết về sự hiện diện của đám cháy để mọi người

có thể nhanh chóng đưa ra các phương án sơ tán, cứu chữa kịp thời

- Tự động gọi dịch vụ cứu hỏa

- Cho biết chính xác vị trí đám cháy để đội cứu hỏa có thể đến đó càng sớmcàng tốt

- Giảm thiểu các báo động giả gây phiền nhiễu do các thiết bị báo cháy cũgây ra

- Trong trường hợp có lỗi hệ thống sẽ cho biết chính xác vấn đề nằm ở đâu

1.1.2.2 Ý nghĩa

Để khắc phục những hậu quả trên và làm giảm tỉ lệ thiệt hại xuống mứcthấp nhất, mạch cảm biến khí gas sẽ có nhiệm vụ báo động cho người sử dụng

biết khi phát hiện có sự rò rỉ khí gas ra ngoài, giúp người dùng kịp thời khóabình gas lại, đề phòng những chuyện không mong muốn xảy ra Đối với nhữngcông ty lớn sẽ tránh được những tổn thất không đáng có.

Chỉ với một khoản kinh phí nhỏ, nhưng nó sẽ đảm bảo an toàn cho mọi giađình hay các công ty xí nghiệp đều có thể sử dụng, tránh rủi ro trong quá trìnhlàm việc Và người dùng sẽ không phải lo ngại đến giá thành của sản phẩm

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống báo cháy

Hình 1.1: Sơ đồ hoạt động hệ thống báo cháy hoàn chỉnh

Hệ thống báo cháy hoàn chỉnh có 3 nhóm thiết bị trong mỗi hệ thống báocháy bao gồm tủ trung tâm, thiết bị đầu vào và thiết bị đầu ra Tủ trung tâm là

“bộ não” của hệ thống; về cơ bản, nó nhận dữ liệu từ các thiết bị đầu vào, xử lýcác dữ liệu đó và sau đó kích hoạt các thiết bị đầu ra Các hoạt động của tủ trungtâm được lập trình theo các tình huống báo cháy; các tình huống này nên đượcxác định bởi các chuyên gia theo tính chất của tòa nhà

Hệ thống báo cháy thường được cài đặt để làm việc dưới 3 chế độ: trạngthái giám sát, trạng thái sự cố và trạng thái báo cháy

Trạng Thái Giám Sát

Khi không có đám cháy hay sự cố lỗi nào, hệ thống báo cháy sẽ hoạt động

ở trạng thái giám sát Ở chế độ này, trong mạch vẫn luôn có dòng điện đi qua; tủtrung tâm báo cháy liên tục gửi tín hiệu và nhận tín hiệu từ các thiết bị đầu vào

và đầu ra trong hệ thống

Trạng Thái Sự Cố

Trong trường hợp tủ trung tâm gửi tín hiệu đi nhưng không nhận được tínhiệu phản hồi hoặc nhận được tín hiệu báo lỗi, hệ thống sẽ chuyển sang trạngthái sự cố Tùy thuộc vào sự cố đó là gì mà đèn trên tủ trung tâm tương ứng vớilỗi sẽ sáng lên Khi lỗi được khắc phục, hệ thống sẽ trở về chế độ giám sát

Trạng Thái Báo Cháy

Khi có sự cố cháy, thiết bị đầu vào có thể được kích hoạt tự động hoặc thủcông tùy thuộc vào cơ chế làm việc của chúng Khi các thiết bị đầu vào đượckích hoạt, chúng sẽ gửi tín hiệu đến tủ trung tâm rằng có trường hợp khẩn cấp.Sau đó, tủ trung tâm kích hoạt các thiết bị đầu ra và đưa ra các cảnh báo hìnhảnh (bảng hiển thị phụ), âm thanh (còi/chuông báo cháy), ánh sáng (đèn báocháy), …

Các Lỗi Thường Gặp Khi Sử Dụng Hệ Thống Báo Cháy

Giống như nhiều thiết bị khác, đôi khi hệ thống báo cháy sẽ phát sinh cáclỗi bất ngờ dẫn đến không hoạt động, hoạt động không ổn định hoặc phát tínhiệu sai Những lỗi thường gặp nhất bao gồm:

- Chuông không thể bật hoặc báo đèn khi hết pin

- Thiết bị đầu vào được lắp đặt sai vị trí nên không nhận được những tínhiệu như khói, lửa, khí gas, …

- Hệ thống báo cháy không được bảo trì đúng cách dẫn đến hư hỏng

- Phụ thuộc quá nhiều vào đầu báo khói hoặc đầu báo nhiệt: vì đầu báonhiệt và đầu báo khói phát hiện các yếu tố khác nhau của đám cháy, nên việc sửdụng cả hai là điều vô cùng quan trọng Đầu báo nhiệt sẽ chỉ kích hoạt khi nhiệt

độ phòng được nâng lên đến một nhiệt độ nhất định; ngược lại, đầu báo khói sẽ

chỉ truyền tín hiệu khi có quá nhiều khói trong không khí Do đó, tốt nhất, bạnnên sử dụng kết hợp cả hai loại đầu báo cháy này trong tòa nhà của mình.

1.1.4 Yêu cầu, tiêu chuẩn của hệ thống

Trong phần này sẽ giới thiệu những yêu cầu và tiêu chuẩn thiết kế cơ bản

về hệ thống báo cháy dựa trên các tiêu chuẩn đã được ban hành tại Việt Nam

Hình 1.2: Lắp đặt hệ thống báo cháy

Các Tiêu Chuẩn Về Hệ Thống Báo Cháy Tại Việt Nam

- TCVN 5738:2001: Hệ thống báo cháy- Yêu cầu kỹ thuật

- TCVN 7568-14:2015: Hệ thống báo cháy- Phần 14: Thiết kế, lắp đặt, vậnhành và bảo dưỡng các hệ thống báo cháy trong nhà và xung quanh tòa nhà

Các Tiêu Chuẩn Nước Ngoài Tiêu Biểu Về Hệ Thống Báo Cháy

- ISO 7240-14:2013: Hệ thống phát hiện và báo cháy

- BS 5839-1: Hệ thống phát hiện và báo cháy cho các tòa nhà - Tiêu chuẩn Anh

- NFPA 72: Mã báo cháy quốc gia Mỹ

1.1.5 Cấu trúc hệ thống báo cháy

Hình 1.3: Các thiết bị báo cháy

Một hệ thống báo cháy hoàn chỉnh thường sẽ được cấu thành từ các thiết bịchính bao gồm tủ trung tâm, thiết bị đầu vào, thiết bị đầu ra, nguồn điện, dâydẫn Ngoài ra, một số hệ thống còn có thêm hệ thống báo cháy liên lạc cảnh báobằng giọng nói

Hình 1.4: Tủ trung tâm điều khiển báo cháy

Tủ trung tâm điều khiển báo cháy là thành phần trung tâm của cả hệ

thống Nó có vai trò cung cấp năng lượng và thực hiện các chức năng như là:

- Nhận tín hiệu từ đầu báo cháy tự động, cảm biến và phát hiện tín hiệu báođộng cháy, chỉ thị nơi xảy ra sự cố

- Có thể truyền tín hiệu phát hiện cháy qua thiết bị truyền tín hiệu đến nơinhận tin báo cháy hoặc/và đến các thiết bị phòng cháy tự động

- Kiểm tra sự làm việc bình thường của hệ thống, chỉ thị sự cố của hệ thốngnhư chập mạch, đứt dây,

- Có thể tự động điều khiển mọi hoạt động của các thiết bị ngoại vi khác

Thiết bị đầu vào của một hệ thống báo cháy là một thiết bị nhạy cảm với

các hiện tượng liên quan đến sự cháy (nhiệt độ tăng cao, khói, tia lửa, ánh sáng,

…) Chúng có nhiệm vụ tiếp nhận thông tin tại nơi xảy ra sự cố cháy và truyềntín hiệu đến trung tâm báo cháy Thiết bị đầu vào gồm các đầu báo cháy và côngtắc khẩn báo cháy thủ công

Thiết bị đầu ra nhận tín hiệu từ trung tâm báo cháy truyền đến và phát đi tínhiệu bằng âm thanh (còi, chuông), ánh sáng (đèn), hình ảnh (bảng hiển thị phụ)

để thông báo cho mọi người biết về sự hiện diện của đám cháy và các phương áncần thiết (thường là sơ tán)

Hình 1.5: Nút nhấn khẩn

Công tắc khẩn được lắp đặt ở những nơi dễ thấy của hành lang, các cầu

thang để sử dụng khi cần thiết Thiết bị báo cháy này cho phép người sử dụngchủ động truyền thông tin báo cháy bằng cách nhấn hoặc kéo vào công tắc khẩn,báo động khẩn cấp cho mọi người đang hoạt động trong tòa nhà biết đến và cácbiện pháp xử lý hỏa hoạn và di tản nhanh chóng thông qua lối thoát hiểm

Công tắc khẩn gồm các loại bao gồm:

- Công tắc khẩn tròn, vuông

- Công tắc khẩn kính vỡ

- Công tắc khẩn dạng kéo.

Module Giám Sát

Với hệ thống báo cháy địa chỉ, thiết bị đầu vào sẽ có thêm module giám sát.Module giám sát có nhiệm vụ giám sát trạng thái của thiết bị, thông thường làgiám sát tiếp điểm NO (bình thường mở), NC (bình thường đóng) Riêngmodule giám sát cho đầu báo thì thường có thêm nhiệm vụ cấp nguồn cho đầubáo Có thể sử dụng module giám sát cho đầu báo để giám sát tất cả các thiết bịnhưng module giám sát các thiết bị khác thì không giám sát được đầu báo

Tùy theo chức năng mà module giám sát sẽ được chia thành nhiều loại:

- Module giám sát đầu báo cháy

- Module giám sát cho công tắc dòng chảy

- Module giám sát cho nút ấn báo cháy

- Module giám sát các thiết bị ngoại vi khác

Module điều khiển được sử dụng để tích hợp các hệ thống báo cháy và các

hệ thống điện hoặc cơ khí khác trong tòa nhà Khi xảy ra cháy, các module đầu

ra kiểm soát các hệ thống khác trong trường hợp hỏa hoạn để thực hiện cácphương án đã được lập trình: thang máy có thể được hạ xuống tầng 1, hệ thốngthông gió hút khói hoạt động, …

Chuông báo cháy được đặt tại phòng bảo vệ, phòng trực ban, hành lang,

cầu thang và những khu vực đông người để thông báo cho người xung quanhbiết sự cố cháy đang xảy ra để có phương án xử lý, sơ tán kịp thời

Hình 1.6: Chuông Báo Cháy

Đèn báo cháy có công dụng phát tín hiệu báo động bằng ánh sáng, mỗi loạiđèn có chức năng khác nhau và được lắp đặt ở các vị trí thích hợp

Nguồn Cung Cấp Chính (Nguồn Điện Xoay Chiều)

Nguồn cung cấp chính của một hệ thống báo cháy thường là nguồn điệnxoay chiều 240V được cung cấp bởi hệ thống điện thông thường

Nguồn Cung Cấp Thứ Cấp (Nguồn Điện Dự Phòng- Ắc Quy)

Nguồn cung cấp thứ cấp có thể là máy phát điện hoặc ắc quy được sử dụng

để cung cấp năng lượng cho hệ thống báo cháy trong trường hợp mất điện chính

Ắc quy có thể được đặt bên dưới tủ trung tâm điều khiển hoặc bên trong hộpđựng riêng được lắp đặt gần tủ trung tâm

Thiết Bị Bổ Sung

Tại một số công trình, ngoài những thiết bị thông thường trong hệ thốngbáo cháy, người ta còn lắp đặt bổ sung thêm hệ thống liên lạc cảnh báo bằnggiọng nói khẩn cấp để phát ra các đoạn thoại được ghi âm trước Hệ thống cảnhbáo bằng giọng nói thường được sử dụng trong các tòa nhà cao tầng, bệnh viện,các cơ sở giám sát nơi khó sơ tán

Hệ thống cảnh báo bằng giọng nói cung cấp cho nhân viên các hướng dẫncần thiết về cách phản ứng khi có sự cố cháy, cách sơ tán an toàn, …

Dây Tín Hiệu Cho Hệ Thống Báo Cháy

Dây tín hiệu cho hệ thống báo cháy là loại dây dẫn bọc cách điện PVC đạttiêu chuẩn TCVN 5738:2001 về Hệ thống báo cháy tự động:

Lõi đồng của từng dây dẫn tín hiệu từ các đầu báo cháy đến đường cáp trụcchính phải có diện tích tiết diện không nhỏ hơn 0,75mm² (tương đương với lõiđồng có đường kính 1 mm) Cho phép dùng nhiều dây dẫn tết lại nhưng tổngdiện tích tiết diện của các lõi đồng được tết lại đó không được nhỏ hơn 0,75mm²

Diện tích tiết diện từng lõi đồng của đường cáp trục chính phải không nhỏhơn 0,4 mm² Cho phép dùng cáp nhiều dây dẫn trong một lớp bọc bảo vệ chungnhưng đường kính lõi đồng của mỗi dây dẫn không được nhỏ hơn 0,4 mm

1.2 Nội dung nghiên cứu

Khối Tín hiệu (Cảm biến)

Hình 1.7: Sơ đồ khối

Khối nguồn: Sử dụng 2 buck LM2596, 1 con dùng cho cả mạch, 1 condùng cho module sim vì module sim sử dụng nhiều năng lượng

Khối tín hiệu: 1 cảm biến khí gas MQ2, 1 cảm biến nhiệt độ LM35

Khối điều khiển: Sử dụng PIC 18F4520

Khối hiển thị: LCD 16x02

1.3 Kết luận chương 1

Hiện nay các ngành công nghệ đã phát triển nhanh chóng cùng với cácngành công nghệ khác, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội Vì vậy,với suy nghĩ là ứng dụng kiến thức đã học ở trường và tìm hiểu thêm sách vở,

em quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống báo cháy thông minh qua điện

thoại sử dụng pic 18f4520, cảm biến khí gas và cảm biến nhiệt” với mong muốn

là sau khi thực hiện xong đề tài có thể ứng dụng vào thực tế

CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 PIC 18F4520 [2]

Với 33 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra i/O, 32 thanh ghi, 3

bộ timer/counter có thể lập trình, có các gắt nội và ngoại (2 lệnh trên một vectorngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART, SPI, I2C Ngoài ra có thể sửdụng bộ biến đổi số tương tự 10 bít (ADC/DAC) mở rộng tới 12 kênh, khả nănglập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử dụng tới

2 kênh điều chế độ rộng xung (PWM)……

Category Integrated Circuits (ICs)

Family Embedded – Microcontrollers

Connectivity I²C, SPI, UART / USART, USB

Peripherals Brown-out Detect/ Reset, HLVD, POR,

PWM, WDT

Program Memory Size 32KB (16K x 16)

Program Memory Type FLASH

Data Converters A/D 10x10b

Oscillator Type Internal

Operating Temperature -40°C ~ 85°C

Package / Case 28-SOIC (0.295″, 7.50mm Width)

Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:+ Bộ nhớ Flash có khả năng ghi xoá được 100.000 lần

+ Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xoá được 1.000.000 lần.+ Flash/Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ hàng 100 năm.+ Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.+ Watchdog timer với bộ dao động trong

+ Chức năng bảo mật mã chương trình

+ Chế độ SLEEP

+ Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau

2.1.3 Công cụ lập trình

Hình 2.10: CSS

Sự ra đời của một loại vi điều khiển đi kèm với việc phát triển phần mềmứng dụng cho việc lập trình cho con vi điều khiển đó Vi điều khiển chỉ hiểu vàlàm việc với hai con số 0 và 1 Ban đầu để việc lập trình cho VĐK là làm việcvới dãy các con số 0 và 1 Sau này khi kiến trúc của Vi điều khiển ngày càngphức tạp, số luợng thanh ghi lệnh nhiều lên, việc lập trình với dãy các số 0 và 1không còn phù hợp nữa, đòi hỏi ra đời một ngôn ngữ mới thay thế Và ngôn ngữlập trình Assembly Sau này khi lập trình cho Vi điều khiển một cách ngắn gọn

và dễ hiểu hơn đã dẫn đến sự ra đời của ngôn ngữ C ra đời, nhu cầu dùng ngônngữ C đề thay cho ASM trong việc mô tả các lệnh nhiều chương trình soạn thảo

và biên dịch C cho Vi điều khiển: Keil C, HT‐PIC, MikroC, CCS …

Em chọn CCS vì CCS là một công cụ lập trình C mạnh cho Vi điều khiểnPIC Những ưu và nhược điểm của CCS sẽ được đề cập đến trong các phần dướiđây

CCS là trình biên dịch lập trình ngôn ngữ C cho Vi điều khiển PIC củahãng Microchip

Chương trình là sự tích hợp của 3 trình biên dich riêng biết cho 3 dòng PICkhác nhau đó là:

‐ PCB cho dòng PIC 12‐bit opcodes

‐ PCM cho dòng PIC 14‐bit opcodes

‐ PCH cho dòng PIC 16 và 18‐bit

Tất cả 3 trình biên dich này đuợc tích hợp lại vào trong một chương trìnhbao gồm cả trình soạn thảo và biên dịch là CCS, phiên bản mới nhất là PCWHCompiler Ver 3.227

Giống như nhiều trình biên dich C khác cho PIC, CCS giúp cho người sửdụng nắm bắt nhanh được vi điều khiển PIC và sử dụng PIC trong các dự án.Các chương trình diều khiển sẽ được thực hiện nhanh chóng và đạt hiệu quả caothông qua việc sử dụng ngôn ngữ lạp trình cấp cao – Ngôn ngữ C Tài liệuhướng dẫn sử dụng có rất nhiều, nhưng chi tiết nhất chính là bản Help đi kèmtheo phần mềm (tài liệu Tiếng Anh) Trong bản trợ giúp nhà sản xuất đã mô tả

rất nhiều về hằng, biến, chỉ thị tiền xủa lý, cấu trúc các câu lệnh trong chươngtrình, các hàm tạo sẵn cho người sử dụng …

2.2 Module SIM800l [3]

2.2.1 Giới thiệu

Module SIM800L GSM/GPRS là một module GSM thu nhỏ, có thể đượctích hợp vào các dự án IoT khác nhau Bạn có thể sử dụng module này để thựchiện hầu hết mọi thứ mà một chiếc điện thoại di động bình thường có thể làm:Tin nhắn văn bản SMS, thực hiện hoặc nhận các cuộc gọi điện thoại, kết nối vớiinternet thông qua GPRS (2G), TCP / IP, … Trên hết, module SIM800L hỗ trợmạng GSM / GPRS bốn băng tần, có nghĩa là nó hoạt động được ở nhiều loạimạng khác nhau ở các quốc tra khác nhau trên thế giới

Hình 2.11: Module sim800l

Đặc tính nổi bật module là giá thành thấp và kích thước nhỏ và hỗ trợ bốnbăng tần làm cho mô-đun này là giải pháp hoàn hảo cho bất kỳ dự án nào cầnkết nối tầm xa

Chú ý: Trong quá trình khởi động module có khả năng tiêu thụ dòng đến

2A, đồng thời điện áp giao tiếp UART của module là 2.8V Do đó cần cấp

nguồn cho board với với đặc tính 4V/2A và cần chuyển đổi điện áp giao tiếp đểmodule hoạt động tốt nhất.

Module cần một ăng-ten ngoài để kết nối với mạng di động Các module đã

đi kèm với một ăng-ten xoắn ốc được kết nối trực tiếp đến chân NET trên PCB.PCB cũng có cổng kết nối U.FL trong trường hợp bạn muốn gắn thêm hoặc thayđổi vị trí ăng-ten

Có một khe cắm SIM ở mặt sau Chỉ cần thẻ micro SIM với 2G đã đượckích hoạt Hướng để lắp thẻ SIM được khắc trên bề mặt của khe cắm SIM.Module chỉ có kích thước rất nhỏ nhưng tích hợp một số tính năng được liệt kêdưới đây:

- Hỗ trợ Quad-band: GSM850, EGSM900, DCS1800 và PCS1900

- Kết nối với tất cả các mạng GSM với bất kỳ loại SIM 2G nào

- Thực hiện và nhận cuộc gọi thoại bằng loa ngoài 8Ω & micrô

- Gửi và nhận tin nhắn SMS

- Gửi và nhận dữ liệu GPRS (TCP / IP, HTTP, v.v.)

- Quét và nhận các đài phát thanh FM

- Công suất thu phát:

+ Class 4 (2W) cho GSM850

+ Class 1 (1W) cho DCS1800

- Bộ lệnh AT dựa trên kết nối UART (Serial)

- Đầu nối FL cho ăng ten di động

- Sử dụng thẻ micro SIM

Hình 2.12: Thông số kỹ thuật Module SIM800L

- Chế độ truyền/ nhận dữ liệu (avg): 350 mA

- Dòng đỉnh khi truyền nhận dữ liệu (peek): 2000mA

+ Kích thước: 25 x 23cm

+ Giao tiếp: UART (max 2.8V) and tập lệnh AT

+ SIM card socket: microSIM (mặt dưới board)

kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếpkhác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống, giá thành rẻ và dễ giao tiếp

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 V0 Điều chỉnh độ tương phản của LCD Thường nối với biến

trở 10k

Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RSvới logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanhghi

 ‘0’: Lệnh

‘1’: Dữ liệu

5 R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối R/W với logic “0” để ghi dữ liệu vào LCD

Hoặc nối với logic “1” để đọc dữ liệu từ LCD

có 1 xung cho phép của chân E.

 Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chấp nhậnkhi có 1 xung (mức ‘1’ xuống ‘0’) ở chân E

Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0- DB7 khi

có 1 xung (mức ‘0’ lên ‘1’) ở chân E và được LCD giữ ởbus đến khi chân E xuống thấp

15 A Anot (+) của đèn nền trong LCD

16 K Katot (-) của đèn nền trong LCD

2.4 Cảm biến khí Gas MQ2 [5]

Hình 2.14: Cảm biến khí Gas MQ2