Bài tập lớn học phần cơ sở và thiết kế hệ thống iot tên đề tài xây dng hệ thống báo cháy tại chung cư

Việc phát hiện, cảnh báo các nguy cơ cháy hiện nay được hầu hết các nước trên thế ới quan tâm và xác định là một việc quan trọng bởi việc phát hiện càng sớgi m thì càng góp phần giảm thi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO PHENIKAA UNIVERSITY

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Học phần: Cơ sở và thiết kế hệ thống IoT

TÊN ĐỀ TÀI

Sinh viên thực hiện: Trần Quốc Huy Mã SV: 19010213

19010 Trương Quốc Việt

Lớp: K13-K14

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguy Đắc Cửn Khoa Điện – Điện tử

MỤC LỤC

Lời mở đầu 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 5

1.1 Tổng quan giải pháp 5

1.2 Cấu trúc hệ thống 6

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THÔNG 7

2.1 Cách thức hoạt động của hệ thống 7

2.2 Các nguy cơ của phầ cứng và cách xử n trí 11

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM 12

2.1 Tổng quan về kết quả 12

2.2 Linh kiện sử dụng 13

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 14

Tài liệu tham khảo 15

Lời mở đầu Các hệ thống IoT ngày càng có vai trò quan ọng trong sản xuất kinh doanh và tr mọi mặt của cuộc sống đang thu hút được sự quan tâm, nghiên cứu trên toàn thế giới với mục tiêu kết nối vạn vật, trong đó việc giám sát, thu thập thông tin là một phần quan trọng của hệ ống IoT Việc nghiên cứu, xây dựng và làm chủ ợc một hệ th đư thống IoT thời gian thực cả về ần cứng, phần mềm, phương thức kết nối, truyềph n tin rất có ý nghĩa trong khoa học công nghệ, từ đó làm tiền đề cho việc xây dựng các ứng dụng phục vụ ộc sốcu ng

Việc phát hiện, cảnh báo các nguy cơ cháy hiện nay được hầu hết các nước trên thế ới quan tâm và xác định là một việc quan trọng bởi việc phát hiện càng sớgi m thì càng góp phần giảm thiểu nguy cơ lan rộng của đám cháy, thiệt hại về người và của do đám cháy sinh ra Việc giám sát, cảnh báo cháy trên thế ới được thực hiệgi n đối với các tòa nhà, khu dân cư, cho đến các cánh rừng với các phương thức từ ủ th công cho đến tự động, đặc biệt trong thời điểm hiện nay với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật thì việ ứng dụng các bộ cảm biến, hệ ống IoT, big data trong c th việc giám sát, cảnh báo cháy trở nên thuận lợi hơn Tuy vậy, dù áp dung nhiều biện pháp khoa học tiên tiến thì việc cảnh báo cháy ở các khu chung cư, tòa nhà lớn còn gặp nhiều khó khăn vì nguy cơ phát sinh nguồn cháy phong phú, đa dạng, mỗi đất nước khác nhau thì người dân có thói quy sinh hoạt khác nhau nên mô hình của các nước chỉ có thể tham khảo khi thực thi tại nước bản địa

Các vụ hỏa hoạn tại các tòa nhà, khu chung cư thường để lại nhiều hậu quả lớn

cả về người và của, làm ả ởng tiêu cực đến cuộc sống của người dân, đất nướnh hư c không chỉ ở cả Việt Nam và trên cả ế ới Hiện nay ở th gi Việt Nam, việc giám sát và cảnh báo cháy đang nhận được sự quan tâm đặc biệt của các cấp quản lý cũng như nhân dân đặc biệt sau các tác động tiêu cực từ những vụ hỏa hoạn đã xảy ra thời gian gần đây Các công việc giám sát, cảnh báo cháy hiện nay hầu như đang thực hiện

khi đám cháy đã lớn hoặc lan rộng (để tham số giám sát vượt ngưỡng của thiết bị cảm biến), phục vụ chữa cháy Biện pháp này không phải là một giải pháp tối ưu, do không phải lúc nào điều kiện chữa cháy cũng là thuận lợi Tiếp đến, vị trí địa lý, thời gian trong ngày có thể gây khó khăn cho khí tài và nhân sự cứu hỏa tiếp cận đám cháy Ngoài ra, hoàn cảnh và nguyên nhân cháy có thể tăng tốc độ hoặc sự lan truyền đám cháy Đặc biệt, việc sơ tán, di dời người và tài sản tại các khu chung cư ở Việt Nam là một vấn đề khó vì thói quen sinh hoạt, ý thức sử dụng các thiết bị có thể tạo

ra nguồn phát sinh cháy (điện, ga ) còn nhiều bất cập Từ đó chung tôi đề xuất 1 hệ thống báo cháy áp dụng IoT để hỗ ợ giám sát và cảnh báo cháy cho chung cư.tr

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan giải pháp

Bài báo được thực hiện với mục đích chính là đưa ra giải pháp thiết kế cho một thiết bị có khả năng phát hiện và cảnh báo cháy hoạt động ở môi trường trong nhà

Cụ thể hơn bài báo sẽ tập chung vào nghiên cứu các giải pháp phát hiện khói của các đám cháy, thu thập dữ liệu từ các cảm biế báo n cháy(cảm biến nhiệ độ , cảm biết n khói) của khu vực cháy, cảnh báo khi có cháy áp dụng việc truyền thông tin qua mạng wifi nội bộ để truyền gửi thông tin từng khu vực cháy mức độ áy để qua đch ó

có thể cung cấp thông tin(qua moble app để đưa ra ph ng án tiếp cận tìm kiế) ươ m và giải cứu cho các chiến sĩ cứu hỏa v đồng thởi từ các thông tin dữ ệu nhậà li n được các cứ dân có thể có được các phương án , con đường thoát hiểm ngắn nhất an toàn nhất cho bản thân và gia đình

Đồng thời bên cạnh đó th hệ ống còn cung cấp dịch vụ cảnh báo ngoài việì th c cảnh báo qua app trên ện thoại th còn kích hoạt các còi báo động như 1 hệ ống đi ì th báo cháy bình Ngoài việc áo cháy cho chủ ân c hộ bị áy thì bá cháy cho bộ nh ăn ch phận quả lý tòa nhà bảo vệ cũng là mục tiêu rất quan trọ trong việng c nắm bắt thông tin đám cháy để có thể ểm tra v đánh giá mứki à c độ áy để đưa ra phương án xử lch ý đúng mứ độ vụ áy v kịp thời trong ương án sơ tán và dập lửc ch à ph a

Đối với bài báo cáo này các thiết bị cự thể sử dụng sẽ mang tín chất nghiên cứu khả năng hoạ động nhiều hơn là tính thực tế t như việc sử dụng các cảm biến báo cháy như DHT11 hay là sử dụng Firebase làm server Trong ực tế nếth u áp dụng mô hình sẽ sử dụng các cảm biến báo cháy hiệ đại hơn có tính chịu nhiệt cao v độ n à chính xác lớ hơn, cũng như sử dụn ng một server riêng để tăng tính bảo mật cho dữ liệu thu thập được

1.2 Cấu tr tổng quan hệ ống úc th

Trong giải pháp chung tôi đưa ra sẽ gồm 3 lớp của một hệ thống IoT cơ bản bao gồm

Application: App mobile dùng để ển thị ông tin cảm biến, phát ra cảhi th nh báo, tín hiệu cầu cứu cũng như, là vị trí đám cháy đồng thời cho ta thấ được s đồ y ơ tòa nhà và vị trí đám cháy để giúp lực lượng cứu hộ d dàng tiếp cận cũng như người dân có được các thông tin để thoát khỏi đám cháy và nhận được các hướ dẫn thoát ng hiển từ các lực lượng cứu hộ khi xảy ra đám cháy,

Network: ạm vi của bài báo cáo này nhóm xin đề ất xử dụPh xu ng Firebase để làm server

Perception: Đối với phần cứng bao gồm các thiết bị cảm biến nhiệ độ , cảt m biến báo kh , cảm biến khí g , thiết bị thu thậ và truyền gửi như module wifi ói as p ESP8266 hay cục phát wifi, pin dự phòng, chuông cảnh báo

Hình 0.1 System design block diagram

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỒNG

2.1 Cách thức hoạt động của hệ thống

Như đã nói ở ương trướ hệ ống chúng tôi xây dựng dựa theo 3 lớp cơ bản củch c th a một hệ thống Iot

a, Vị í bài trí lắtr p đặt phần cứng

Đối với các cảm biến thu thập dữ ệu, chúng tôi triển khai các bộ cảm biế ở các vị li n

trí cụ ể cố địn trong 1 căn hộ ư: cảm biếth h nh n n ệhi t độ và cảm biế báo khn ói ở phòng ngủ, phòng khách, cảm biến báo khi ga ở bếp Ở bên ngoài căn hộ ì tại các th hành lang và trần hành lang cũng được lắ đặt có bộ cảm biế theo mộ mậ độ p n t nhất định tùy thuộc vào từng tòa nhà, chúng tôi đề xuất khoảng cách trung bình là 5-7 m

b, Cách thức gửi và thu dữ liệu

Để ưng chiếnh c điện thoại của chúng t có thể nhận được nhưng số ệu m sensor li à thu được chúng ta sử dụng module Es 266 kết nối với mạng wifi và gửi dữ p8 liệu lên server Ở trogn nghiên cứu này úng tôi sử dụng Firebase bởi sự đơn giản và tiệch n lợi rất phù hợp cho dự án Từ nhưng dữ liệu được gửi lên Firebase (Realtime database ) chúng tôi ến hành lấy dữ ệu từ Firebase về và hiển thị lên ứti li ng dụng trên điện thoại

Hình 0.2 Cây d êu trên Firebase ữ li

c, Thông báo và hướng dẫn thoát hiểm

Bên trong ứng dụng sẽ có 1 phần là hướng dẫn xử trí cho trường hợp hỏa hoạn xảy ra bao gồ các phương pháp, ương án xử m ph trí để cho người gặp nạn xử trí Khi có 1 sensor nào đó gử về 1 á trị tới ngững báo đội gi ng ngưỡng báo độ ng thông báo ngay lập tức báo cho điện thoại đồng thời đổ chunbg cho tới khi ngừi dùng tắt

Đối vớ đám cháy trong nh để cho ngườ dùng có thể ận biếi à i nh t đám cháy bắt nguồn từ nơi nào, bao nhiêu phòng cháy hay là cháy ở tầng nào

Để úp trong việc thoát hiểm th ứng dụng sẽ ển thị s đồ lớp từng tầng và gi ì hi ơ hiển thị mứ độ nhiệ độ và khói ở hành lang để có thể úp lực lượng cứu hộ dẽ c t gi dàng tiếp cận và người dân có thể biết được đường an toàn để có thể oát nạth n Dưới đây là hình ảnh demo sơ đồ từng tâng và nhiệ độ hành lang do từng cảt m biến thu về dựa trên mô ỏng 1 vụ ph cháy

Hình 2.1 hình ảnh mô phỏng nhiệ độ ở hành lang 1 vụ áy đượ hiển thị ên t ch c tr áp

Từ hình ảnh trên khi tiếp cạn chung c các lực lượng cứu hộ có thể ư biết được trung tâm vụ áy vùng ảnh hưởng để từ đó có cách tiếp cậch n đám cháy hợp lý

Nếu tiếp tục click v từ tầng sẽ ện thị êm s đồ bố í các căn hộ củ một ào ng hi th ơ tr a tầng sơ đồ lối đi của tầng đó để từ đó các nạn nhân mắc kẹt có thể trong lúc hỗn loạn

sẽ tìm được con đường tới lối thoát hiể gần nhất mà không bị đám cháy bao vm ây

Hình 2.2 Hình ảnh mô phỏng s đồ 1 tầng bị ơ cháy

D, Mức độ hiển thị mứ độ c cháy

Mức độ cảnh báo cháy cho cảm biến là từ ên 50 độ.tr

Trong dự án này cảm biến nhiệt độ được sử dụng là DHT11 tuy nhiên mức hoạt động của DHTT11 là trong oảng từ 0-kh 50 độ Trong thực tế hệ ống cầc th n đưuọc trang

bị các cảm biến nhiệ độ chuyên dụng dụng có thể t chống chịu nhiệt tốt hơn Việc sử dụng DHT11 nh đã nêu trên chỉ mang tính chấưn t nghiên cứu của việc truyền tải thông tin của 1 hệ thống mô phỏng thu nhỏ của hệ ống báo cháy.th

Đối với 1 căn hộ cảm biến nhiệt độ được lắp ở từng phòng

Bảng 2.1 bảng hiển thị mứ độ : c cháy

Số òng ph 1 phòng 2 phòng 3 phòng Tất cả các phòng Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến khói

Đối với hành lang

Bảng 2.2: bảng hiển thị mứ độ áy tại hành langc ch Hành lang 50 -65 độ 66-9 độ0 90 -200 độ Trên 200 độ

Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến khói

Nếu tất cả ển thị với màu hi xanh lá thì có nghĩa tất cả đang ở nhiệ độ bình t thường không có chuyện gì xảnh ra

2.2, Các nguy cơ về phần cứng, dữ ệu và cách xử li trí

Về hệ ống trên ều gây lo ại nhất là việth đi ng c phần cứ bị gặp trục trặc do hảo hoạn Ví dụ như khi tới các nhiệ độ t nhất định thì các cảm biến bắ đầu bị áy vt ch à không thể gửi dữ liệu về nữa Vì do việc khi xử dụng Realtime database nên data gửi

về ko được lưu lại

 Xử l để dữ ệu luôn đượý: li c dữ khi hoản hoạn xảy ra thì ngay khi có cảm biến vượt qua ngưỡng, sau khi app gửi thông báo cho người dùng và quản lý toàn nhà Thì ngay lúc đó dữ liệu lấy về từ Firebase xuống sẽ được lưu xu ngố local tại m bằ cách sử dụng Roomdatabase đẻ khi cả biesn hỏng thì hiển thị áy ng m

về báo động vụ áy khu vực cháy tạch i nhiệt độ ối cùng mà cảm biến thu cu được sẽ được lưu lại để hiển thị ên app cho đến khi bộ ận quản ltr ph ý gửi lệnh xóa đi thì dữ ệu sẽ đưuọc xóa tạ app của người quản lý đồng thời xự li i kiện xóa cũng được gửi tới điện thoạ của cư dân và xóa đi dữ ệu cũng như cải li nh báo cháy

Bảo vệ trong việc lắ đặt cũng là yếu tố cần thiết khi hoản hoạn xảy ra ện sẽ bị p đi ngắt tự động bởi hệ thống áo ch b áy hoặc do nhân viên ản lý tòa nhà ngắt dẫqu n đến việc nguồn cấp của hệ thống sẽ bị ngắt

 Giải pháp đở đây chúng ta sẽ sử dụng nguồn dự òng vph à được để âm tường

và các module hay cảm biến cũng được bảo vệ bởi hộp làm bằng nhực pvc

chống áy nhưng đồng thời cũng được thiế kế để cảm kiếch t n hoạt đọng bình

 Về wifi chúng tôi đề xuất sẽ lắ đặt 1 p module wifi ụ âm tường ặc che ph ho chắn để giữ kết nối ESP8266 với mạng wifi nội bộ và tất nhiên vẫn phải đảm báo đợc việc hệ ống sẽ bắth t được tính hiệu của nó

Tuy nhiên các giải pháp che chắn bảo vệ phần cứng chỉ nhằm để duy trì thời duy thu thập dữ liệu về chứ không thể hoàn toàn bảo vệ được module trong trong trường hợp hỏa hoạn xảy ra

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM

3.1 Sơ lược về kết quả c nghiên cứth u

Trong nghiên cứu này úng tôi đã thực hiệ kết nối DHT11 kết nối vớ ESP8266 ch n i

để lấy và gửi dữ liệu lên Realtime database Và tự code App để lấy dữ liệu từ database

về m ển thị nhiệt độáy hi

App được viết bằng ngôn ngữ java và l ứng dụng hoạ động trên Androidà t hiên P bản SDK nhỏ nhất là API 26: Android 8 Với nhữ ng điện thoại với phiên bản Android thấp hươn thì không thể cài đặt

Hình 3.1: kết quả gửi dữ ệu lên Firebase (realtime database) li

Hifnh3.2: kết quả hiện thị lên máy tính

3.2 Linh kiện sử dụng

- ESP8266 NodeMCU số lượ 1ng

- DHT11 số lượng 1

Hình 3.3: Kết quả ần cứ kết nối Dht11 v ESP8266 ph ng à

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

Nghiên cứu trên chủ yến nêu lên ý tưởng và xây dựng lên mô hình hệ ống mth ôn cách tổng quát của nhóm nhiên cứu Các phần mà nhóm đã thực hiện hiệ được chỉ n

là mô phỏng 1 phần nhỏ của 1 hệ ống lớn và cần thời gian để có thể hoàn thiện từ th phần cứng và đến ứng dựng trên ện thoạđi i

Trong quá trình thực hiện nhóm chúng tôi nhận thấy việc sử dụng các cảm biến như DHT11 và module wifi ESP8266 vào 1 hệ ống lớn trên thực tế có tính khả th thi rất thấp

Với ý tưởng nhóm đã nêu trong bài b b cáo này để có thể xây dựài áo ng được 1 mô hình có thể dựng dụng dược thì cần thời gian để nghiên cứu thêm về ương thứph c

truyền tải dữ ệu bằng ại mudule wifi c tính bảo mật cao hơn và hơn hết lli lo ó à có thể kết nối với những loại cảm biến cao cấp hơn mang tính thực tế hơn

Với mô hình hệ ống báo cháy này chth úng ta có thể tích hợ vào 1 hệ ống IoT p th thông minh cho tòan chung cư để xây dựng lên 1 toàn chung cư thông mình mang lại nhiều tiện ích cho người dân

Tài liệu tham khảo

Phân công công việc

thành Đánh giá Trần Quốc Huy Viết báo cáo

Viết app Kết nối và thực nghiệm phần cứng

Trương Quốc Việt Tìm hiểu phần cứng