Hệ thống báo cháy và báo trộm qua SMS

Đề tài “Hệ thống báo cháy và báo trộm qua SMS”, là một ứng dụng rất thiết thực trên phạm vi vừa và nhỏ như: hộ gia đình, nhà kho, …Giúp người sử dụng có thể phát hiện sớm và giảm thiểu tối đa những thiệt hại cho tính mạng và tài sản của chủ sở hữu. Có thể được ứng dụng rộng rãi trong đáp ứng nhu cầu xã hội hiện nay.

KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Luận văn được thực hiện bởi:

1 Trần Văn Đen MSSV: 1090922, Lớp: TC0971A1

2 Đỗ Quang Vinh MSSV: 1090995, Lớp: TC0971A1

Tựa đề Luận văn (Hay tên đề tài):

Hệ thống báo cháy và báo trộm qua SMS

Luận văn đã nộp và báo cáo tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn tốt nghiệp Đại học ngành Điện tử Truyền thông/ Kỹ thuật Máy tính, Bộ môn Điện tử Viễn thông vào ngày 17 tháng 05 năm 2013 (Quyết định thành lập Hội đồng số: 118/QĐ-CN ngày 23 tháng 04 năm 2013 của Trưởng Khoa Công Nghệ)

Kết quả đánh giá: _

Chữ ký của các thành viên Hội đồng:

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài “Hệ thống báo cháy và báo trộm qua SMS”, là một ứng dụng rất

thiết thực trên phạm vi vừa và nhỏ như: hộ gia đình, nhà kho, …Giúp người sử dụng có thể phát hiện sớm và giảm thiểu tối đa những thiệt hại cho tính mạng và tài sản của chủ sở hữu Có thể được ứng dụng rộng rãi trong đáp ứng nhu cầu xã hội

hiện nay Vì vậy chúng em chọn đề tài này làm luận văn tốt nghiệp cho mình

Trong quá trình thực hiện đề tài, có thể còn nhiều thiếu sót do kiến thức hạn chế nhưng những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và thành quả của chúng em đạt được dưới sự hướng dẫn của thầy Lương Vinh Quốc Danh

Chúng em xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyển báo cáo

luận văn tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình đã có

trước nào Nếu không đúng sự thật, em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường

Cần Thơ, ngày 17 tháng 05 năm 2013

Nhóm sinh viên thực hiện

SVTH:

LỜI CẢM ƠN

Chúng tôi muốn nói lời cảm ơn tới nhiều người đã giúp đỡ để hoàn thành luận văn này Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Lương Vinh Quốc Danh là giáo viên hướng dẫn đã dành nhiều thời gian quý báu của mình hướng dẫn tận tình, đưa ra nhiều ý kiến trong suốt thời gian thực hiện đề tài

và thường xuyên động viên để chúng tôi hoàn thành công việc

Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình, người thân, bạn bè đã động viên, chia sẻ và gửi nhiều tài liệu, giúp chúng tôi có thêm niềm tin và thuận lợi trong quá trình làm bài khóa luận tốt nghiệp này

Và xin cảm ơn quý thầy cô trong Bộ môn Điện tử Viễn thông, Bộ môn

Tự Động Hóa đã hết lòng dạy dỗ để chúng tôi có đủ kiến thức để hoàn thành công việc và cũng là hành trang quý báo sau này khi ra làm việc

Một lần nữa chúng tôi xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy cô, mọi người đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến để có được luận văn này

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ii

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC iv

KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC HÌNH viii

DANH MỤC BẢNG ix

TÓM TẮT x

ABSTRACT xi

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2

1.3 PHẠM VI ĐỀ TÀI 3

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

1.5 CẤU TRÖC BÀI BÁO CÁO 4

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẢNH BÁO RÕ KHÍ GAS, CHUYỂN ĐỘNG, VÀ KHÓI 5

2.1.1 Cảnh báo khí gas 5

2.1.2 Cảnh báo chuyển động 7

2.1.3 Cảnh báo khói 7

2.2 GIỚI THIỆU MODULE SIM900 10

2.2.1 Tổng quan về Module SIM900 10

2.2.2 Tập lệnh AT (Hayes command set) 13

2.3 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN MSP430F2274 VÀ MSP430G2553 16

2.3.1 Sơ lược vi điều khiển MSP430 16

2.3.2 Vi điều khiển MSP430F2274 17

2.3.3 Vi điều khiển MSP430G2553 20

2.3.4 Bộ nhớ Flash MSP430F2274 21

2.4 GIỚI THIỆU LCD 16x2 23

2.5 GIỚI THIỆU MODULE nRF24l01 25

2.6.1 Giới thiệu 25

2.6.2 Sơ lược phần cứng 26

2.6.3 Hoạt động của nRF24L01 28

2.6.4 Các tính năng chính của ShockBurst 29

2.6 SƠ LƯỢC MỘT SỐ IC ỔN ÁP DÙNG TRONG ĐỀ TÀI 30

2.5.1 IC LM2576HV-ADJ 30

2.5.2 IC LM1117-33 31

2.5.3 IC LM317 32

2.5.4 IC TPS709 34

2.5.5 IC TPS780 34

2.7 TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG 35

2.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 35

CHƯƠNG III: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 37

SVTH:

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 37

3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 38

3.2.1 Khối nguồn 38

3.2.2 Khối Master 39

3.2.3 Khối Slave 1 (Cảm biến gas) 41

3.2.4 Khối Slave 2 (Cảm biến chuyển động) 42

3.2.5 Khối Slave 3 (Cảm biến khói) 44

3.2.6 Khối Slave 4 (Module điều khiển thiết bị) 46

3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG 48

3.4 GIẢI THUẬT PHẦN MỀM 49

3.3.1 Giải thuật chương trình chính Master 49

3.3.2 Giải thuật module Slave 1 (cảm biến gas) 52

3.3.3 Giải thuật module Slave 2 (cảm biến chuyển động) 53

3.3.4 Giải thuật module Slave 3 (cảm biến khói) 54

3.3.5 Giải thuật phát hiện và đọc tin nhắn mới 54

3.4 CHỨC NĂNG HỆ THỐNG 55

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 56

Kết luận: 56

Hạn chế và đề nghị: 56

PHỤ LỤC 57

PHỤ LỤC A: MỘT SỐ LỆNH AT LIÊN QUAN ĐẾN SMS 57

PHỤ LỤC B: BẢN MÃ ASCII MỞ RỘNG 58

CHỨC NĂNG CÁC CHÂN MODULE SIM900 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

ADC Analog-to-digital converter

cdS cadmium sulphide

CPU Central Processing Unit

DCS Digital Cellular Service

GFSK Gaussian Frequency-Shift Keying

GPRS General packet radio service

GSM Global System for Mobile Communication

IC Intergrate circuit

LCD Liquid crystal display

LNG Liquefied Natural Gas

LPG Liquefied Petroleum Gas

M2M Machine to machine

PCB printed circuit board

PCS Personal Communications Service

PDA Personal digital assistant

PLMN public land mobile network

ROM Read-only memory

RXD Received Data

SDT Số điện thoại

SIM Subscriber Identification Module

SMS Short Message Services

SPI Serial Peripheral Interface

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Một số loại cảm biến gas 6

Hình 2: Cấu tạo cảm biến MQ-6 6

Hình 3: Cấu trúc cảm biến PIR D203B 8

Hình 4: Góc quét của cảm biến 8

Hình 5: Cảm biến khói quang điện 9

Hình 6: Cảm biến khói ion hóa 10

Hình 7: Module SIM900 11

Hình 8: Sơ đồ khối SIM900 11

Hình 9: Sơ đồ chân SIM900 12

Hình 10: Giao thức kết nối 13

Hình 11: Cấu trúc chung của MSP430 17

Hình 12: Sơ đồ khối MSP430F2274 19

Hình 13: Sơ đồ chân MSP430F2274 19

Hình 14: Chip MSP430F2274 20

Hình 15: Sơ đồ khối MSP430G2553 20

Hình 16: Sơ đồ chân MSP430G2553 21

Hình 17: Chip MSP430G2553 21

Hình 18: Sơ đồ chân LCD 16x2 23

Hình 19: LCD 16x2 23

Hinh 20: Sơ đồ khối chip nRF24L01 27

Hình 21: Sơ đồ chân chip nRF24L01 27

Hình 22: Một gói ™ ShockBurst cải tiến với tải trọng (0-32 byte) 30

Hình 23: Hình dạng chân linh kiện LM2576 31

Hình 24: Sơ đồ mạch tham khảo LM2576HV-ADJ 31

Hình 25: Hình dạng chân IC LM1117 32

Hình 26: Sơ đồ mạch tham khảo 32

Hình 27: Dạng chân IC LM317 33

Hình 28: Sơ đồ điều chỉnh điện áp dùng LM317 33

Hình 29: Dạng chân TPS70950 34

Hình 30: Dạng chân TPS780 35

Hình 31: Sơ đồ khối hệ thống 37

Hình 32: Sơ đồ nguyên lí khối nguồn 39

Hình 33: Sơ đồ nguyên lí khối Master 40

Hình 34: Sơ đồ nguyên lí Module gas 41

Hình 35: Sơ đồ nguyên lí Slave 1 42

Hình 36: Sơ đồ nguyên lí khối Slave 2 43

Hình 37: Module TM-212 43

Hình 38: Góc quét kính fresnel trên module TM-212 44

Hình 39: Cảm biến khói 45

Hinh 40: Sơ đồ nguyên lí Slave 3 46

Hình 41: Mạch điều khiển thiết bị AC 46

Hình 42: Mạch kiểm tra trạng thái thiết bị 47

Hình 43: Sơ đồ nguyên lí hệ thống 48

SVTH:

Hình 44: Lưu đồ giải thuật nhận và đọc tin nhắn 50

Hình 45: Lưu đồ nhận báo động từ các Slave và thực hiện báo động 51

Hình 46: Lưu đồ giải thuât module Slave 1 52

Hình 47: Giải thuật module Slave 2 53

Hình 48: Giải thuật module Slave 3 54

Hình 49: Chức năng của hệ thống 55

DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Thông tin Flash memory một số MSP430 và MSP430F2274 22

Bảng 2: Ý nghĩa các chân LCD 16x2 24

Bảng 3: Tập lệnh LCD 16x2 24

Bảng 4: Chức năng các chân của nRF24L01 27

Bảng 5: Cách cài đặt chế độ hoạt động cho nRF24L01 28

Bảng 6: Phụ lục tập lệnh AT thực thi SMS 57

Bảng 7: Phụ lục bảng mã ASCII 58

Bảng 8: Tên các chân của Module SIM900 59

TÓM TẮT

Nhằm tạo ra một thiết bị giúp người sử dụng có thể phát hiện sớm các nguy cơ về cháy nổ ( các thiết bị sử dụng gas và vật liệu dễ cháy), và đảm bảo an ninh ở một số nơi nhạy cảm thông qua mạng di động GSM nên chúng tôi thiết kế HỆ THỐNG BÁO CHÁY VÀ BÁO TRỘM QUA SMS Thiết bị được xây dựng trên Mô-đun SIM900, vi điều khiển MSP430 (MSP430F2274 và MSP430G2553), cảm biến gas (MQ6), chuyển động (PIR203B) và cảm biến ánh sáng (cdS) Kết hợp vớ một mô- đun điều khiển thiết bị, tạo nên một hệ thống tích hợp hữu ích cho người dùng Kết quả cho thấy thiết bị có khả năng phát hiện nồng độ gas, khói trong không khí, phát hiện chuyển động, thực hiện được chức năng báo động và điều khiển thiết bị chính xác

Từ khóa: SIM900, tập lệnh AT, MSP430F2274, Báo trộm, Gas, Cháy nổ, Khói, điều khiển thiết bị

SVTH:

ABSTRACT

To create a device that can help users early detection of fire risk (use of gas appliances and combustible materials), and security in some sensitive places through mobile networks GSM so we designed FIRE AND BURGLAR ALARM SYSTEM The device was built on Module SIM900, microcontroller MSP430 (MSP430F2274 and MSP430G2553), gas sensors (MQ6), motion (PIR203B) and light sensors (cdS) Combined with a modular device control, creating a useful integrated system for users Results showed that the device is capable of detecting gas concentrations and smoke in the air, motion detection, perform the alarm function and device control correctly

Keyword: SIM900, AT command set, MSP430F2274, Burglar Alarm, Gas, Fire, Smoke, Device control

công tác phòng cháy chữa cháy Thống kê cho thấy, 10 năm qua, cả nước xảy ra

khoảng 20.000 vụ cháy ở các nhà máy, xí nghiệp, kho tàng, cơ quan và nhà dân (trung bình mỗi năm 2000 vụ) Trong gần 2000 vụ cháy mỗi năm thì có đến 85% số

vụ cháy xảy ra tại nơi sản xuất, kinh doanh, chợ, khu chung cư cao tầng Và nguyên nhân xảy ra các vụ cháy nổ chủ yếu do điện, gas, sự cố kỹ thuật, do sử dụng lửa, sử dụng thiết bị sưởi sấy, 1

Và một vấn đề nóng đang được bàn luận nhiều hiện nay là tình trạng trộm cướp đang hoành hành ngày càng táo tợn và tinh vi ở các thành phố lớn như Tp Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng… Như trong dịp Tết Nguyên đán Quý Tỵ 2013, trên địa bàn TP.HCM xảy ra 98 vụ phạm pháp hình sự, trong đó trộm cắp chiếm đến 44 vụ

Cá biệt, có trường hợp khu dân cư ở hẻm 91 Phạm Văn Chiêu, P.14, Q Gò Vấp liên tục bị “đạo chích” hoành hành2

HỆ THỐNG BÁO CHÁY VÀ BÁO TRỘM QUA SMS sẽ là công cụ thuận tiện

và hiệu quả giúp cho người dân phát hiện sớm và giảm thiểu thiệt hại đến mức thấp nhất có thể khi có sự cố về cháy nổ và trộm cướp xảy ra

SVTH:

1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Hiện nay, các sản phẩm ứng dụng SMS không những xuất hiện ngoài nước

mà còn xuất hiện nhiều trong nước ta Sinh viên khối ngành Kỹ thuật tại một số trường Đại học trong nước cũng đã quan tâm hơn đến vấn đề này và đưa vào các

đề tài nghiên cứu Cụ thể, các sinh viên trường Đại học Cần Thơ đã thực hiện được một số đề tài hay và có ứng dụng thực tiễn

Một số đề tài gần đây như:

- “Hệ thống báo động qua tin nhắn SMS” của Nguyễn Thanh Phượng và Nguyễn Thị Thùy Trinh, năm 2011 trường Đại học Cần Thơ Nhóm đã thực hiện thiết kế một hệ thống hoàn chỉnh và thực hiện đúng chức năng

- “Hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm từ xa” của Huỳnh Quốc Trung và

Lê Duy khánh, trường Đại học Cần Thơ Nhóm đã thực hiện thiết kế một hệ thống hoàn chỉnh và thực hiện đúng chức năng

- “Hệ thống đăng ký môn học qua tin nhắn SMS” của Lư Thành An và Huỳnh Ngọc Nghĩa, năm 2011, Trường Đại học Cần Thơ Tuy hệ thống chưa đạt yêu cầu đề ra, nhưng đã thực hiện được một số chức năng như nhận tin nhắn và phản hồi tin nhắn

tự động

- “Hệ thống cảnh báo độ PH, nồng độ Oxy, nhiệt độ trong môi trường nước qua SMS” của Nguyễn Bé Vụ và Nguyễn Quyền Anh, năm 2012, Trường Đại học Cần Thơ

Từ kết quả trên, nhóm chúng tôi đã tham khảo những đề tài trên kết hợp với những kiến thức đã học được để nghiên cứu và tìm hiểu thực hiện đề tài HỆ

THỐNG BÁO CHÁY VÀ BÁO TRỘM QUA SMS, nhằm tạo ra hệ thống báo cháy

và báo trộm hoàn chỉnh, linh hoạt, thuận tiện cho người dùng

1.3 PHẠM VI ĐỀ TÀI

Đề tài được nghiên cứu và tiến hành thực hiện với mục đích tạo ra một

hệ thống cảnh báo rò khí gas, phát hiện khói, và cảnh báo trộm

Đề tài này sẽ giúp cho người dùng an tâm hơn trong công việc và trong sinh hoạt hàng ngày khi phải luôn đối phó với những rủi ro có thể xảy ra đối với họ Từ đó hạn chế được tối thiểu mức thiệt hại cho người sử dụng

Để thực hiện tốt một hệ thống hoàn chỉnh là khá phức tạp, chi phí cao, đồng thời cũng cần phải có thời gian và kiến thức vững vàng Với những hiểu biết của nhóm và trong khoảng thời gian nhất định nên trong đề tài này nhóm chỉ tạo ra một hệ thống tương đối hoàn chỉnh với các chức năng như gửi tin nhắn khi phát hiện nồng độ gas có thể gây cháy nổ trong không khí, phát hiện khói do các vật liệu cháy gây ra, và gửi cảnh báo cho người dùng khi có người đột nhập vào khu nhạy cảm mà người sử dụng đặt cảm biến

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong đề tài này chúng tôi đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

 Về mặt lý thuyết, để có cơ sở cho việc cảnh báo chúng tôi tìm hiểu các yếu tố cháy nổ do gas, vật liệu dễ cháy tạo khói, cảm biến phát hiện chuyển động trong một không gian nhất định Tìm hiểu cấu trúc và hoạt động của nRF24L01 để

sử dụng cho truyền, nhận dữ liệu không dây trong hệ thống Và các vấn đề thiết kế một hệ thống thực tế để có thể đưa vào ứng dụng Từ đó chúng tôi tham khảo tài liệu từ nhiều nguồn: tài liệu từ giáo viên hướng dẫn, các sản phẩm báo cháy trên thị trường, các bài báo cáo liên quan của các nhóm trước, hỏi ý kiến của các giảng viên trong bộ môn và nguồn tài liệu trong nước, ngoài nước trên Internet

 Phương pháp thực nghiệm: với những ý tưởng và kiến thức vốn có,

chúng tôi tiến hành thiết kế sơ đồ khối tổng quát của hệ thống, sau đó lắp ráp mạch thực tế theo sơ đồ khối tổng quát Khảo sát cảm biến gas, cảm biến chuyển động, thiết kế cảm biến khói dựa theo cdS, Sử dụng module nRF24L01 để truyền tín hiệu

SVTH:

tương tác giữa các Slave và Master Tiếp theo tiến hành khảo sát cấu trúc tin nhắn

và thực nghiệm trên nền vi điều khiển MSP430 để hoàn thiện hệ thống

1.5 CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO

Cấu trúc bài báo cáo gồm

 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Đặt vấn đề Lịch sử giải quyết vấn đề Phạm vi đề tài

Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc bài báo cáo

 CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ sở lý thuyết cảnh báo rò khí gas, chuyển động, và khói Giới thiệu Module SIM900

Giới thiệu vi điều khiển MSP430F2274 và MSP430G2553 Giới thiệu LCD 16x2

Giới thiệu module nRF24L01 Tiết kiệm năng lượng

Sơ lược một số IC ổn áp dùng trong đề tài

 CHƯƠNG III: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Sơ đồ khối hệ thống Thiết kế phần cứng

Sơ đồ nguyên lí hệ thống Giải thuật phần mềm Chức năng hệ thống

 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Tổng kết những việc đã làm được và nêu những vấn đề còn tồn tại

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Nội dung chính

 Lý thuyết cảnh báo khí gas, chuyển động, và khói

 Giới thiệu Module SIM900 và chuẩn giao tiếp RS232, cấu trúc lệnh

AT

 Giới thiệu vi điều khiển MSP430F2274 và MSP430G2553

 Giới thiệu LCD 16x2

 Sơ lược một số IC ổn áp dùng trong đề tài

 Giới thiệu module nRF24L01

dễ cháy và độc hại, và thiếu oxy

Phân loại cảm biến khí dựa theo loại khí phát hiện: dễ cháy và độc hại

Phân loại theo công nghệ chế tạo:

- Điện cảm biến hoặc tế bào: dùng phát hiện khí CO, clo và nitrogen oxides Hoạt động thông qua tín hiệu ở điện cực khi phát hiện khí

- Cảm biến bán dẫn oxit kim loại (MOS-Metal Oxide Semiconductors): dùng phát hiện các loại khí dễ cháy và CO Hoạt động qua tấm phim nhạy cảm gồm thiếc hoặc oxit vonfram trong phạm vi có độ ẩm thấp

- Cảm biến xúc tác: dùng phát hiện khí dễ cháy như hydrocarbon và hoạt động thông qua quá trình oxy hóa xúc tác Cấu trúc chủ yếu là cuộn dây bạch kim, khi khí dễ cháy tiếp xúc với mặt xúc tác nó bị oxy hóa và làm thay đổi trở kháng bởi nhiệt tạo ra

SVTH:

- Cảm biến hồng ngoại: phát hiện các khí dễ cháy, đặc biệt là hydrocarbon thông qua hệ thống phát thu hồng ngoại Khi có khí dễ cháy cường độ hồng ngoại nhận được thay đổi

Tính chọn lọc và độ nhạy của cảm biến phụ thuộc cấu trúc vật liệu sử dụng, tuy vậy rất khó để thiết kế một cảm biến có khả năng phát hiện duy nhất một loại chất khí

Hình 1: Một số loại cảm biến gas 3

Trong đề tài này, chúng tôi dùng cảm biến MQ-6 là cảm biến khí gas bằng chất bán dẫn MQ-6 cấu tạo bởi phần cảm biến gồm ống gốm Al2O3 và lớp cảm biến SnO2, đo lường điện và cuộn tạo nhiệt được cố định vào vỏ làm bằng lưới thép không gỉ và nhựa Cuộn dây tạo nhiệt cần thiết cho điều kiện làm việc của cảm biến MQ-6 có 6 chân, trong đó 4 chân dùng để lấy tín hiệu và hai chân dùng cung cấp dòng tạo nhiệt cho cảm biến

Hình 2: Cấu tạo cảm biến MQ-6

(Nguồn hình 2: Trích [10] Fig 1)

MQ-6 có độ dẫn thấp trong môi trường không khí trong lành Khi tồn tại khí

dễ cháy (gas) thì độ dẫn tăng lên và tăng theo nồng độ khí dễ cháy Cảm biến MQ-6

có độ nhạy cao với Propane, Butan và LPG, cũng đáp ứng với khí đốt tự nhiên Cảm biến có thể sử dụng để phát hiện các loại khí dễ cháy khác nhau, đặc biệt là khí Methane Được sử dụng trong các thiết bị phát hiện rò rỉ khí đốt trong gia đình và công nghiệp, phù hợp cho phát hiện LPG, iso-butane, propane, LNG Dễ bị nhiễu bởi alcohol và khói do nấu ăn, thuốc lá

Ưu điểm:

- Độ nhạy cao với LPG, iso-butane, propane

- Độ nhạy thấp với alcohol và khói

- Đáp ứng nhanh

- Hoạt động ổn định, thời gian sống lâu và chi phí thấp

- Mạch điều khiển đơn giản

4 ppm(parts per million-một phần triệu) là đơn vị đo mật độ, thường dành cho mật mật độ tương đối thấp

SVTH:

nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn thân nhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người, con vật 5

Trong đề tài này chúng tôi dùng cảm biến PIR D203B cấu trúc gồm hai cửa

sổ cảm biến trong nó được làm bằng chất liệu đặc biệt nhạy cảm với IR PIR D203B

có 3 chân ra, một chân mass, chân nguồn và chân lấy tín hiệu Điện thế hoạt động từ 3V đến 15V Khi cả hai cửa sổ phát hiện cùng một số lượng hồng ngoại thì cảm biến không hoạt động Khi một cơ thể ấm áp như con người hay động vật chuyển động, nó tác động đến cửa sổ đầu tiên của PIR, gây ra một sự thay đổi khác biệt tích cực giữa hai cửa sổ Khi cơ thể ấm áp rời khỏi khu vực cảm biến, điều ngược lại xảy ra, theo đó các cảm biến tạo ra một sự thay đổi khác biệt tiêu cực Những xung thay đổi giúp ta phát hiện được chuyển động

Hình 3: Cấu trúc cảm biến PIR D203B

Hình 4: Góc quét của cảm biến

(Nguồn hình 4: Trích [12])

Hình 5: Cảm biến khói quang điện

(Nguồn hình 5: Trích [13])

Cảm biến ion hóa sử dụng 1/5000 gram đồng vị Americium 241 (Am) để tạo

ra các tia alpha Cứ mỗi giây thì lượng Americium này sẽ tạo ra 37 triệu tia alpha Đối diện với nguồn phát tia alpha là một bộ phát điện với hai cực âm và dương được sắp xếp như hình 6 Khi tia alpha đập vào oxy(O) và nytrogen (N) trong không khí, chúng giải phóng ra các electron và tạo ra dòng điện Khi có khói thì quá trình tạo electron bị phá vỡ và khói được phát hiện Thích hợp để phát hiện các đám cháy nhỏ và nhanh

SVTH:

Hình 6: Cảm biến khói ion hóa

(Nguồn hình 6: trích [13])

2.2 GIỚI THIỆU MODULE SIM900

2.2.1 Tổng quan về Module SIM900 6

Được thiết kế cho thị trường toàn cầu Sim900 là một thiết bị hoạt động trên

4 băng tần GSM/GPRS, hoạt động trên các băng tần GSM 850MHZ, EGSM 900MHZ, DCS 1800MHZ và PCS 1900MHZ

Với một cấu hình nhỏ 24mm x 24mm x 3mm, SIM900 có thể đáp ứng hầu như tất cả các yêu cầu không gian trong các ứng dụng của bạn, chẳng hạn như

M2M, điện thoại thông minh, PDA và các thiết bị di động khác

Công nghệ và thiết kế thông minh Module SIM900 ra đời khắc phục và tiện lợi cho môi trường công nghiệp với các chức năng nổi trội hơn như: hoạt động ở nhiệt độ rộng -30 °C đến +80 °C, tiết kiệm công suất và nguồn vào rộng 3.4V – 4.5V Hoạt động trên 4 băng tần 850/900/18001900MHz, Điều khiển qua tập lệnh

AT (GSM 07.07 ,07.05 và SIMCom enhanced AT Commands), Tương thích với pha GSM 2/2+: lớp 4 (2 W @ 850/900 MHz); lớp 1 (1 W @ 1800/1900MHz)

6 Tham khảo từ [4]

Module SIM900 hỗ trợ GPRS multi-slot class 10 (mặc định)/ class 8 và GPRS coding schemes CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4 Tốc độ dữ liệu tối đa uplink 42,8kbps, downlink 85.6kbps

Giao diện vật lý cho các ứng dụng di động là một SMT pad 68-pin, cung cấp tất cả các phần cứng giao diện giữa các mô-đun và Board của khách hàng

 Bàn phím và giao diện SPI sẽ cung cấp cho bạn sự linh hoạt trong các ứng dụng tùy chỉnh

 Serial port và Debug port sẽ giúp bạn dễ dàng phát triển các ứng dụng của bạn

 Một kênh âm thanh bao gồm micro đầu vào và loa đầu ra

Hình 7: Module SIM900

(Nguồn hình 7: trích [4] figure 39)

Antenna Interface

UART Interface

Power Interface

LCD Interface

Audio Interface

SIM Interface

GPIO/Keypad Interface

Frequency

Baseband Engine

Module

Hình 8: Sơ đồ khối SIM900

Hình 10: Giao thức kết nối

(Nguồn hình 10: trích [4] figure 20)

Hỗ trợ tốc độ truyền thông: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200(default) bps

Autobauding hỗ trợ tốc độ baud nhƣ sau: 1200, 2400,4800, 9600, 19200,

38400, 57600 và 115200bps Autobauding cho phép module GSM tự động phát hiện tốc độ baud đƣợc cấu hình trong các ứng dụng máy chủ Cổng nối tiếp của các công cụ hỗ trợ GSM autobauding cho tốc độ truyền sau đây: 1200, 2400, 4800,

9600, 19200, 38400, 57600, 115200bps Các thiết lặp đƣợc autobauding kích hoạt Điều này cung cấp cho bạn sự linh hoạt để đƣa module GSM vào hoạt động mà không có vấn đề gì về tốc độ baud, để ứng dụng của máy chủ đƣợc cấu hình

2.2.2 Tập lệnh AT 7 (Hayes command set)

Nhóm lệnh AT GSM 07.05 thực thi một số tác vụ SMS, trong SIM900 có 2 chế độ TEXT và PDU Sự khác nhau cơ bản giữa 2 chế độ TEXT và PDU:

7 Tham khảo từ [5]

Lưu ý khi gửi tin nhắn ở chế độ TEXT (khác với chế độ PDU), ta cần phải khai báo trước đó Ta chỉ cần khai báo một lần duy nhất trong một phiên làm việc (quy ước, khi tắt nguồn Module SIM và bật nguồn lại, ta có phiên làm việc mới):

AT+CMGF=1<CR>

Trong các phần sau chúng ta luôn sử dụng chế độ TEXT

Có 2 lệnh thực thi gửi SMS: AT+CMGS (gửi 1 tin nhắn SMS) và AT+CMSS (gửi 1 tin nhắn SMS đã có trong bộ nhớ)

Thực hiện gửi một tin nhắn bằng lệnh AT+CMGS Cú pháp như sau:

AT+CMGS=“số điện thoại nhận tin”<CR>

Nội dung tin nhắn<Ctr+Z>

Ví dụ ta cần gửi tin nhắn với nội dung “Thực hiện gửi một tin nhắn mới” tới

số +841666350300, soạn như sau 8:

AT+CMGS=”+841666350300”<CR>

Thực hiện gửi một tin nhắn mới<Ctr+Z>

Thực hiện gửi một tin nhắn đã có trong bộ nhớ bằng lệnh AT+CMSS Cú pháp như sau:

AT+CMSS=<index>,”Số điện thoại nhận tin”<Ctr+Z>

Trong đó, <index>: là một số nguyên, là chỉ số vị trí của tin nhắn được lưu trữ Do đó để thực hiện được lệnh này ta cần phải sử dụng lệnh AT+CMGW để lưu trữ một tin nhắn, từ đó ta biết được chỉ số vị trí của tin nhắn mà ta muốn gửi đi

Ví dụ, tiếp theo phần trên, ta thực hiện lưu tin nhắn “Thực hiện gửi một tin nhắn mới”, ta soạn như sau:

AT+CMGW=”+841666350300”<CR>

Thực hiện gửi một tin nhắn mới<Ctr+Z>

Khi lưu trữ thành công xuất hiện thông báo:

+CMGW: 2

OK

 tin nhắn được lưu trữ tại vị trí số 2

Bây giờ ta muốn gửi tin nhắn trên tới số +841656019431 và +84934712217, thay vì ta sử dụng lệnh AT+CMGS thì viết dài dòng, lúc này sử dụng lệnh AT+CMSS thì nhanh hơn:

Với <index> chính là vị trí mà tin nhắn được lưu

- Xem tin nhắn đã có trong bộ nhớ: AT+CMGL Cú pháp:

AT+CMGL=[<stat>]

<stat>: "REC UNREAD" Xem các tin nhắn chưa đọc(default) "REC READ" Xem các tin nhắn đã đọc

"STO UNSENT" Xem các tin nhắn chưa gửi

"STO SENT" Xem các tin nhắn đã gửi

"ALL" Xem tất cả tin nhắn

- Xóa tin nhắn:

 Xóa tất cả AT+CMGDA Cú pháp:

AT+CMGDA= ? với „?‟ là một trong số các lệnh:

1 “DEL READ” delete all read messages

2 “DEL UNREAD” delete all unread messages

3 “DEL SENT” delete all sent SMS

4 “DEL UNSENT”delete all unsent SMS

5 “DEL INBOX” delete all received SMS

9 Kiểu hiển thị tùy thuộc vào cài đặt AT+CNMI, được đề cập cùng trang

SVTH:

6 “DEL ALL” delete all SMS

 Xóa tại 1 vị trí AT+CMGD Cú pháp:

AT+CMGD=<index>

Xóa tin nhắn có vị trí lưu trữ <index>

- Thiết lập dấu hiệu khi có tin nhắn đến: AT+CNMI 10

Khi có tin nhắn đến cho phép hiển thị tự động hay truy xuất thủ công

 Hiển thị truy xuất thủ công:

- ATH : Ngắt kết nối cuộc gọi

- ATDL : Thực hiện gọi lại số điện thoại đã gọi gần đây nhất

- ATI : Xem thông tin về module SIM

2.3 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN MSP430F2274 VÀ MSP430G2553

2.3.1 Sơ lược vi điều khiển MSP430

MSP 430 là họ vi điều khiển cấu trúc RISC 16-bit được sản xuất bởi công

10 Tham khảo [5]

ty Texas Instruments MSP là chữ viết tắt của “MIXED SIGNAL MICROCONTROLLER” Là dòng vi điều khiển siêu tiết kiệm năng lƣợng, sử dụng nguồn thấp, khoảng điện áp nguồn cấp từ 1.8V –3.6V Tính năng nổi bật của MSP 430 kết hợp các đặc tính của một CPU hiện đại và tích hợp sẵn các module ngoại vi Đặc biệt chip MSP430 là giải pháp thích hợp cho những ứng dụng yêu cầu trộn tín hiệu

Cấu trúc chung của MSP430:

Hình 11: Cấu trúc chung của MSP430

MSP430 đƣợc sử dụng và biết đến đặc biệt trong những ứng dụng về thiết

bị đo có sử dụng hoặc không sử dụng LCD với chế độ nguồn nuôi rất thấp Với chế

độ nguồn nuôi từ khoảng 1,8 đến 3,6v và 5 chế độ bảo vệ nguồn Với sự tiêu thụ dòng rất thấp trong chế độ tích cực thì dòng tiêu thụ là 200uA, 1Mhz, 2.2v; với chế

độ standby thì dòng tiêu thụ là 0.5 uA Và chế độ tắt chỉ duy trì bộ nhớ Ram thì dòng tiêu thụ rất nhỏ 0.1uA MSP430 có ƣu thế về chế độ nguồn nuôi Thời gian chuyển chế độ từ chế độ standby sang chế độ tích cực rất nhỏ (< 6us) Và có tích hợp 96 kiểu hình cho hiển thị LCD 16 bit thanh ghi, 16 bitRISC CPU

2.3.2 Vi điều khiển MSP430F2274

Những đặc tính của dòng MSP430F2274 bao gồm:

 Điện áp nguồn: 1.8V – 3.6V

 Mức tiêu thụ năng lƣợng cực thấp:

SVTH:

 Chế độ hoạt động: 270 μA tại 1MHz, 2.2 V

 Chế độ chờ: 0.7 μA

 Chế độ tắt (RAM vẫn được duy trì): 0.1 μA

 Thời gian đánh thức từ chế độ Standby nhỏ hơn 1μs

 Cấu trúc RISC-16 bit, Thời gian một chu kỳ lệnh là 62.5 ns:

 Tần số nội lên tới 16 MHz với 4 hiệu chuẩn tần số

 Thạch anh 32 KHz

 Tần số cao lên đến 16MHz

 Bộ cộng hưởng

 Nguồn tạo xung nhịp bên ngoài

 Nguồn điện trở ngoài

 Timer_A 16 bit với 3 thanh ghi hình, 3 thanh ghi so sánh độ rộng 16 bit

 Timer_B 16 bit với 3 thanh ghi hình, 3 thanh ghi so sánh độ rộng 16 bit

 Giao diện truyền thông nối tiếp:

 Cải tiến Uart hỗ trợ tự động dò tìm tốc độ baudrate(LIN)

 Chuẩn giao tiếp đồng bộ SPI

 Mã hóa và giải mã hóa IrDA

 Chuẩn giao tiếp I2C

 Chế độ tắt (RAM vẫn được duy trì): 0.1 μA

 Thời gian đánh thức từ chế độ Standby nhỏ hơn 1μs

 Cấu trúc RISC-16 bit, thời gian một chu kỳ lệnh là 62.5 ns

 Cấu hình các module Clock cơ bản:

 Tần số nội lên tới 16 MHz với 4 hiệu chuẩn tần số

 Thạch anh 32 KHz

 Bộ cộng hưởng

 Nguồn tạo xung nhịp bên ngoài

 Timer_A 16 bit với 3 thanh ghi hình, 3 thanh ghi so sánh độ rộng 16 bit

 Giao diện truyền thông nối tiếp: chuẩn giao tiếp đồng bộ SPI và chuẩn giao tiếp I2C

 Với 16 chân I/O

 Bộ chuyển đổi ADC 10 bit

Sơ đồ khối MSP430G2553

Hình 15: Sơ đồ khối MSP430G2553

nó dễ dàng sử dụng và không tốn kém thiết bị EEPROM bên ngoài

Bộ nhớ Flash trong MSP430 thường được chia thành hai phần, Main Flash

và Information Flash:

 Information Flash: Thêm một vài phân đoạn của Main Flash Đây chủ yếu dành cho các thông tin như các hằng số hiệu chuẩn, nhưng có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với Main Flash

Bảng 1: Thông tin Flash memory một số MSP430 và MSP430F2274 11

045BFFh-005C00h

32kB 0FFFFh-08000h

116kB 01FFFFh-003100h

64 Byte 1080-10FF

00197Fh-001900h

64 Byte 1080-10BF

64 Byte 1000-107F

2.4 GIỚI THIỆU LCD 16x2

Giống như led 7 thanh, LCD là một thiết bị ngoại vi dùng để giao tiếp người dùng, so với led 7 thanh thì LCD có ưu điểm là hiển thị được tất cả các kí tự trong bảng mã ASCII, trong khi đó led 7 thanh chỉ hiển thị được một số kí tự , nhưng LCD lại có nhược điểm là giá thành cao và khoảng cách nhìn gần

LCD là từ viết tắt của Liquid Crystal Display (màn hình tinh thể lỏng) Có nhiều loại màn hình LCD với các kích cỡ khác nhau, ví dụ như LCD 16x1 (16 cột

và 1 hàng), LCD 16x2 (16 cột và 2 hàng), LCD 20x2 (20 cột và 2 hàng)…trong sản phẩm của nhóm sử dụng loại LCD 16x2

LCD có hai chế độ giao tiếp, chế độ 4 bit (chỉ dùng 4 chân D4 đến D7 để truyền dữ liệu) và chế độ 8 bit (dùng cả 8 chân dữ liệu từ D0 đến D7) Ở chế độ 4 bit, khi truyền 1 byte, chúng sẽ truyền nửa cao của byte trước, sau đó nửa thấp của byte đó

Trước khi truyền các kí tự tra màn hình LCD ta cần thiết lập cho LCD như chọn chế độ 4 bit hoặc 8 bit, 1 dòng hay 2 dòng, bật/ tắt con trỏ… Dưới đây là bảng tập lệnh của LCD:

Bảng 3: Tập lệnh LCD 16x2

Mã (Hex) Lệnh đến thanh ghi của LCD

1 Xóa màng hình hiển thị

2 Trở về đầu dòng

4 Giảm con trỏ (dịch con trỏ sang trái)

6 Tăng con trỏ ( dịch con trỏ sang phải)

5 Dịch hiển thị sang phải

7 Dịch hiển thị sang trái

8 Tắt con trỏ, tắt hiển thị

A Tắt hiển thị, bật con trỏ

C Bật hiển thị, tắt con trỏ

E Bật hiển thị, nhấp nháy con trỏ

10 Dịch vị trí con trỏ sang trái

14 Dịch vị trí con trỏ sang phải

18 Dịch toàn bộ hiển thị sang trái

1C Dịch toàn bộ hiển thị sang phải

 Công suất đầu ra có thể lập trình: 0, -6, -12, hoặc -18dBm

 Dòng tiêu thụ là 11.3 mA ở công suất đầu ra 0dBm

 Tự động tạo gói dữ liệu (Preamble, Address, CRC)

 Tự động phát hiện gói dữ liệu và xác nhận

 Lựa chọn dữ liệu từ 1-32 Byte

 Chế độ nhàn rỗi cho thời gian khởi động nhanh hơn

 22μA ở chế độ Standby-I, 900nA ở chế độ tắt nguồn

 Thời gian khởi động tối đa tại chế độ tắt nguồn là 1.5ms

 Thời gian khởi động tại Standby-I là 130μs

 Giao diện chủ:

 4 chân SPI

 Tốc độ lên đến 8Mbps

 3 thanh ghi FIFOS riêng biệt 32 bytes

 Hoạt động tốt trong khoảng nhiệt độ -40 - +850C

Một số ứng dụng cơ bản của nRF24L01:

 Thiết bị ngoại vi máy tính không dây

 Ứng dụng trong chuột, bàn phím và điều khiển từ xa

 Điều khiển từ xa bằng sóng RF cho các thiết bị điện tử tiêu dùng

 Mạng cảm biến với điện năng cực thấp

 Tự động hóa trong thương mại và gia dụng

 Ứng dụng trong đồ chơi

2.6.2 Sơ lược phần cứng

Sơ đồ khối nRF24L01