Mô hình cứu hỏa thông minh kết hợp điều khiển qua giao diện C

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. Đề tài full code, báo cáo trong file zip

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn:

Ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo điều kiệntốt nhất cho chúng em học tập và nghiên cứu

Khoa Điện - Điện tử, Khoa Đào tạo Chất lượng cao, thư viện trường đã cungcấp giáo trình và nhiều tài liệu tham khảo cho em trong suốt quá trình học tập vànghiên cứu

Sự hướng dẫn và giúp đỡ chi tiết tận tình của thầy Nguyễn Ngô Lâm cùngmột số thầy cô giáo khoa Điện tử đã tận tình giảng giải và phân tích rõ về nhữngvấn 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 chếnên không tránh khỏi những sai sót Chúng em rất mong được sự góp ý, nhận xétđánh giá về nội dung cũng như hình thức trình bày của các thầy cô về Đồ án củachúng em để chúng em hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Lê Hoàng Minh Thuận

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

***

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2017

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

4 Sản phẩm:

Mô hình hệ thống phòng cháy chữa cháy chung cư

TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên 1: LÊ HOÀNG MINH THUẬN MSSV:

13141555

Họ và tên sinh viên 2: TRẦN TÚ 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?

5.Đánh giá loại:

6.Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2017

Giáo viên hướng dẫn

(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

Họ và tên sinh viên 2: TRẦN TÚ 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 chungcư” Trong đó bao gồm thực trạng các hệ thống PCCC hiện nay, các kiến thức lýthuyết liên quan đến các thiết bị, công nghệ, kỹ thuật được sử dụng trong quá trìnhthiết kế hệ thống, quá trình lên ý tưởng, tìm biện pháp và tiến hành thi công hệthống

Cuối cùng là phần kết luận tìm ra ưu điểm, khuyết điểm, hướng phát triểncủa hệ thống và code chương trình của hệ thống

The contents of the Graduation Project include researches by us on the project

"Design the fire protection system for apartment building" This includes the actualstate of the fire protection systems in apartment buildings, the theoreticalknowledge related to the equipment, technologies and techniques, which are used inthe process of design this system, ideas and proceed to build the system

Finally, the conclusion is to find out the advantages, disadvantages anddevelopment for system and program code of the system

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

LCD: Liquid Crystal Display

I2C: Inter-Intergrated Circuit

UART: Universal Asynchronous Receiver – Transmitter

GSM: Global System for Mobile Communications

SMS: Simple Message System.

GPRS: General Packet Radio Service

DLCI: Data Link Connection Identifier

USB: Universal Serial Bus

SRAM: Static Random Access Memory

EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read OnlyMemory

TTL: Transistor-Transistor Logic

LED: Light Emitting Diode

Arduino IDE: Arduino Integrated Development Environment

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Chương 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 tacũng như nhiều nước trên thế giới Nó trở thành nghĩa vụ của mỗi người dân Trêncác 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 xảyra

Hệ thống phòng cháy chữa cháy là một trong những hệ thống quan trọng vàkhông thể thiếu đối với bất kỳ chung cư, tòa nhà cao tầng hiện nay Nó đóng mộtvai 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 bảodưỡng hệ thống luôn luôn được đề lên hàng đầu

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại, hệ thống phòngcháy chữa cháy ngày càng được cải tiến đáng kể nhằm đảm bảo độ tin cậy, làm việcchắc chắn của hệ thống Đồng thời hệ thống có thể kết hợp với các hệ thống khácnhư: hệ thống chữa cháy tự động tại chỗ, hệ thống thông tin truyền thông (điệnthoại, mạng Internet…) để thông báo đến cho các trung tâm phòng cháy chữa cháymột 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 nútnhấn bị hư khiến thiết bị báo động ngay làm hoảng loạn cho người dân, hướng dẫnmột lối thoát an toàn để thoát hiểm, cũng như việc đưa nước đến phòng bị cháy mộtcách thông minh, nhanh chóng Việc xây dựng một hệ thống phòng cháy, chữa cháythông 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 vàđiều khiển qua giao diện trên máy tính, đồng thời thông báo qua điện thoại vớingười 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 cháythiết kế với bồn chứa nước chữa cháy nhỏ, áp lực nước chữa cháy nhỏ

Với 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 PCCC cho chung cư” được thực hiện với các đốitượng nghiên cứu sau:

• Board Arduino Mega 2560

• Hoạt động của cảm biến LM35, LCD, IC 74HC595

• Các module: MQ-2, HC-SR04, SIM900A mini V4, chuyển giao tiếpLCD 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 liệugiáo trình điện tử cơ bản, vi xử lý, kĩ thuật số Đồng thời khảo sát các hệ thốngphòng cháy chữa cháy tại các tòa nhà chung cư như LOTTERY TOWER, chung cưThe 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

Chương 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

Hệ thống phòng cháy chữa cháy là hệ thống có số lượng hữu hạn các thiết bịcùng làm việc với nhau để phát hiện đưa ra cảnh báo và xử lý về các sự cố cháy, nổthông qua các thiết bị cảnh báo thể 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, nổxảy ra thì hệ thống sẽ được phát hiện tự động bằng một số các đầu dò khói, đầu dònhiệt, đầu dò ánh sáng, đầu dò hỗn hợp gửi về trung tâm báo cháy và thực hiện cáchoạt 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

4 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

không bị thiếu nước

9 Đầu phun tự độngSprinkler Khi có nhiệt độ tăng lên, tăng khi vượt quá 68thủy ngân sẽ vỡ ra phun nước dập tắt đám cháyoC, đầu

10 Đầu phun khí Phun khí CO2 để dập tắt đám cháy

11 Đèn Đèn báo hiệu sẽ sáng báo động

12 Điện thoại Gọi số báo 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 tiếpgiữa máy tính và các thiết bị ngoại vi Rất nhiều vi điều khiển hiện nay đã được tíchhợp UART UART thường được dùng trong máy tính công nghiệp, truyền thông, viđiều khiển, hay một số các thiết bị truyền tin khác Mục đích của UART là để truyềntín 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 kiểutruyền này thì có 1 đường phát dữ liệu và 1 đường nhận dữ liệu còn tín hiệu xungclock 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.

2.2.2 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 busnày chỉ được dùng trong các linh kiện điện tử của Philips Sau đó, do tính ưu 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 (thôngthường 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

thiết kế theo tiêu chuẩn GSM0710 để có thể truyền dẫn đồng thời nhiều luồng dữliệu.

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 chuỗibit không đổi 0xF9

 Address Field: chứa các kết nối định dạnh liên kết dữ liệu (DLCI), bit C/R vàbit 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

• DISC: đóng DLC

• UIH: gửi dữ liệu người dùng

• UI: không hỗ trợ

 Length Field: trường này chỉ xuất hiện khi đã kích hoạt các lựa chọn cơ bản

Bảng 2.5: Cấu trúc Length Field

 Information Field: trường mang thông tin dữ liệu người dùng.

2.2.3.2 Module SIM:

Module SIM được thiết kế giúp người dùng dễ dàng nghiên cứu và triểnkhai các ứng dụng liên quan đến GSM, GPRS như điều khiển, giám sát, truyềnnhận 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 dễdàng mở rộng đề tài và với nhiều tính năng mạnh mẽ

Hình 2.4: Arduino Mega 2560.

2.3.1.2 Đặc điểm

• Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linhkiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạchkhác

• 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.

4 Số chân Digital I/O 54 chân (15 cung cấp đầu ra PWM là từ chân số 2 → 13 và 44 45 46)

5 Số chân Analog 16 chân vào analog (từ A0 đến A15)

6 Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30mA

7 Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin 50mA

8 Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin 20mA

9 Bộ nhớ flash 256KB trong đó 8KB sử dụng bởi bộ nạp khởi động

2.3.1.4 Các chân vào ra Arduino Mega 2560

Hình 2.5: Chip Mega 2560 tương ứng với chân Arduino Mega 2560.

Hình 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 suấtcao Ứng dụng trong các mạch chia nguồn, hạ áp, cấp cho các thiết bị như 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 được dùng để phát hiện các khí gây cháy, nó đượccấu tạo từ chất bán dẫn Sn02

Hình 2.8: Cảm biến MQ-2 Hình 2.9: Sơ đồ chân MQ-2.

SnO2 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 củaSnO2 sẽ càng cao và được tương ứng chuyển thành mức tín hiệu điện, phù hợp choviệc 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.

2 Dòng tiêu thụ khi nóng ≤ 180mA

3 Phạm vi phát hiện 300 - 10000 ppmm

5 Độ nhạy sáng R in air/Rin typical gas ≥ 5

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

2.3.4 Module cảm biến siêu âm HC-SR04

Cảm biến siêu âm HC-SR04 được 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 độngbằng 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

3 Echo Chân nhận tín hiệu phản xạ từ vật cản

Hình 2.11: Cảm biến LM35.

Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị hiệu điện thế nhấtđịnh 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

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.

Bảng 2.13: Thông số kĩ thuật module SIM900A mini v4

1 Nguồn cấp 4.5 – 5V (nên dùng nguồn 2A trở lên)

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 vàtransistor Có 2 loại module relay: module relay đóng ở mức thấp (nối cực âm vàochân tín hiệu relay sẽ đóng), module relay đóng ở mức cao (nối cực dương vào chântín hiệu relay sẽ đóng)

Hình 2.13: Module relay

Bảng 2.15: Chi tiết các chân một module relay

1 Các chânkích

+ Cấp hiệu điện thế kích tối ưu vào chân này

- Nối với cực âm

S Chân tín hiệu, dùng để kích relay

2 nối đồ dùngCác chân

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) vàochân IN sẽ làm led D1 sáng, áp truyền vào opto làm cho led ở opto sáng, nhờ vàohiệu ứng quang điện chân opto thông mạch, transistor PNP (kích mức cao) hoặcNPN (kích mức thấp) dẫn làm cho relay hút, diode D2 để tránh dòng ngược và bảo

vệ module

2.3.8 Module LCD I2C

Module có chức năng chuyển đổi giao tiếp LCD sang dạng I2C, tiết kiệmchân kết nối I/O cho vi điều khiển

Hình 2.15: Module LCD I2C.

Bảng 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 haychất khí được điều khiển vói điện áp 220V hay 12V được điều hành thông qua mộtcuộn dây Khi cuộn dây được cấp điện, một từ trường được tạo ra, tạo thành lực tácđộng 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 điệncho 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 máybơm công suất nhỏ, lượng nước bơm không lớn

2.3.11 LCD

LCD được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng của vi điều khiển LCD có rấtnhiều ưu 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 đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giaothức 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.

Bảng 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 được ghi dữ liệu

5 Read/Write Đọc/ghi dữ liệu

6 Enable pin Cho phép ghi vào LCD

Hình 2.19: IC74HC595 Hình 2.20: Sơ đồ chân IC74HC595.

Bảng 2.20: Chức năng các chân IC74HC595

1 Chân 15,1,2,3,4,5,6,7 Q0  Q7

Hình 2.21: Sơ đồ thời gian 74HC595.

Arduino IDE là một trình soạn thảo văn bản, giúp viết code để nạp vào bomạch arduino Khi lập trình, cần chọn port (cổng kết nối khi gắn board vào) vàboard (tên board sử dụng)

Một trương trình viết bởi Arduino IDE được gọi là sketch, sketch được lưudưới 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:

Chọn 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

Hình 2.24: Chọn cổng Arduino Hình 2.25: Chọn Programmer 2.4.2 Microsoft Visual C#

Microsoft 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 việcvới chương trình console thông thường), Window Form Application (tạo một phầnmềm 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 FormApplication vì dễ sử dụng và có thể tạo kiểu hiển thị theo mong muốn để giao tiếpvới Arduino

Hình 2.26: Giao diện Window Form Application.

Để xây dựng giao diện như ý muốn, trỏ chuột vào hộp thoại Toolbox ở bêntrái màn hình rồi kéo các đối tượng như button, textbox, label… vào Form Sau khikéo đối tượng, có thể tùy chỉnh đặc điểm, nội dung đối tượng với hộp thoạiProperties

Chương 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 phỏngcách làm việc một hệ thống phòng cháy chữa cháy Mô hình sẽ không dùng cảmbiến 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 nướccao đáp ứng các thiết bị trên)

Thiết kế sẽ bao gồm một hệ thống đèn thoát hiểm thông minh có thể chỉ dẫnlối thoát an toàn tránh đi về hướng đang xảy ra đám cháy cùng với các van nướcdẫn 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 cốcháy xảy ra khác nhau.

Từ các yêu cầu trên, nhóm thực hiện báo cáo sẽ 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 cảmbiến nhiệt để có thể xác định chính xác nơi xảy ra hỏa hoạn, còi báo động gắn ở mỗitầng và ở hộp điều khiển Mô hình sẽ có ba cầu thang để di chuyển, hai cầu thangsát phòng nằm ở hai bên chung cư và một cầu thang ở giữa được đặt cách tườngkhiến lửa khó lan tới, vì vậy đó sẽ là con đường thoát hiểm an toàn trong trườnghợp cả hai phòng tầng hai đều bị cháy

Mỗi phòng sẽ có van dẫn nước tới để dập cháy, cùng với một nút nhấn giúpngười trong phòng nhấn khi cần được hỗ trợ

Dưới đây là bản vẽ sơ đồ chung cư mô phỏng:

Hình 3.1: Sơ đồ chung cư tầng 1.

Hình 3.2: Sơ đồ chung cư tầng 2.

3.2 Lựa chọn linh kiện

Bảng 3.1: Các linh kiện trong mô hình tương ứng với hệ thống cứu hỏa

1 Trung tâm báo cháy Arduno Mega 2560

9 Đầu phun tự động Sprinkler Van điện tử 1 ngõ vào 4 ngõ ra

Bảng 3.2: Các linh kiện khác trong mô hình

2 Màn hình hiển thị LCD 16x02

Chương 4: Xây dựng và thiết kế hệ thống

4.1 Sơ đồ khối của hệ thống

4.1.1 Yêu cầu của hệ thống

Từ mục đích của đề tài, nhóm xây dựng hệ thống với nhu cầu như sau:

• Khi xảy ra cháy, hệ thống sẽ tự động ngắt nguồn đang sử dụng từ lướiđiện 220V chuyển sang nguồn dự phòng (bình acquy)

• Đèn thoát hiểm: thông minh, hệ thống đèn thoát hiểm sẽ sáng nhữngbóng đèn chỉ dẫn một lối thoát an toàn tránh con đường dẫn đếnphòng bị cháy

• Nút nhấn khẩn cấp mỗi phòng: dùng trong trường hợp bị sự cố cần sựgiúp đỡ từ bên ngoài hay báo hiệu cháy, gửi tín hiệu cho người quản

lý biết căn phòng bị nhấn nút cần được hỗ trợ và hiển thị thông tin cănphòng được nhấn trên khối hiển thị với LCD và giao diện C#

• Hệ thống âm thanh báo cháy: còi buzzer được đặt ở hai tầng mô hình

và trong bảng điều khiển được đặt ở phòng quản lý

• Sử dụng cảm biến khói và nhiệt đo được các chất khí gây cháy trongkhông khí và nhiệt độ, khi một trong hai yếu tố trên vượt quá mứcgiới hạn cho phép được thiết lập sẽ gởi tín hiệu phát hiện đám cháy vềkhối xử lý trung tâm

• Bồn nước phải luôn được duy trì một mức nước cho phép để có thểcung cấp nguồn nước dập tắt đám cháy, sử dụng cảm biến siêu âm để

đo mức nước trong bồn, khi mức nước giảm xuống một khoảng cáchnhất định, điều khiển van bơm nước lại vào bồn

• Mô hình gồm 4 phòng, cần một van điện từ một ngõ vào và bốn ngõ

ra bật van tương ứng với phòng lấy nước từ bồn để dập tắt đám cháy

• Hệ thống điện thoại: khi xảy ra cháy sẽ gọi đến người quản lý để báohiệu có cháy đồng thời gửi tin nhắn phòng xảy ra cháy

• Bảng điều khiển các chế độ của hệ thống, xác nhận có xảy ra cháy

• Tạo giao diện điều khiển qua PC với ngôn ngữ C#

4.1.2 Sơ đồ khối

Hình 4.1: Sơ đồ khối tổng quát toàn hệ thống.

4.1.3 Chức năng từng khối

• Khối phát hiện cháy: gồm các cảm biến khói và cảm biến nhiệt độ, cáccảm biến này sẽ đo tình trạng phòng và gửi tín hiệu về khối xử lýtrung tâm nhằm phát hiện trường hợp xảy ra cháy

• Khối hiển thị: sử dụng màn hình LCD hiển thị các thông tin bao gồm:chế độ hệ thống đang được sử dụng, nhiệt độ, nồng độ chất khí gâycháy các phòng, lưu lượng nước, nơi xảy ra cháy và nơi cần hỗ trợ

• Khối hướng dẫn thoát hiểm: khối này gồm hệ thống đèn thoát hiểmthông minh chỉ dẫn lối thoát an toàn, hệ thống âm thanh báo cháy

• Khối điều khiển nước: cảm biến siêu âm sẽ đo mức nước đang chứatrong bồn từ đó điều khiển được bơm để có thể tự động bật và tắt bơmnước vào bồn, các module relay dùng để có thể bật tắt bơm và vanđiện từ với tín hiệu điều khiển lấy từ khối xử lý trung tâm

• Khối nguồn dự phòng: khi xảy ra cháy, có nguy cơ cháy nổ với mạngđiện chính, vì thế lúc này nguồn điện sẽ được chuyển tự động sangnguồn dự phòng Nguồn dự phòng đồ án sử dụng là nguồn lấy từacquy 12V 7.5Ah

• Khối giao tiếp mạng di động: gọi điện báo hiệu đến người quản lý vàgửi tin nhắn nơi xảy ra cháy.

• Khối nút nhấn điều khiển: gồm hệ thống các nút nhấn với nútauto/manual điều khiển hệ thống với 2 chế độ auto/manual, nút nhấnkhẩn cấp, chế độ manual sẽ có 3 nút nhấn để thực hiện việc kiểm trađèn và bơm Trong chế độ auto, nút nhấn done để phòng quản lý, bảo

vệ chung cư xác định chính xác có xảy ra cháy hay là trường hợp báođộng giả

• Khối xử lý trung tâm: đóng vai trò điều khiển toàn hệ thống, nhận dữliệu từ các khối khác để thực hiện việc phòng cháy, chữa cháy

• PC: hiển thị dữ liệu các phòng và điều khiển hệ thống qua màn hình

PC bằng giao diện C# kết nối vi xử lý

4.2 Tính toán thiết kế từng khối

4.2.1 Khối phát hiện cháy

• Yêu cầu thiết kế:

Khối này gồm các cảm biến khói và cảm biến nhiệt để đo tình trạng nhiệt độ

và nồng độ các chất khí gây cháy ở bốn căn phòng trong mô hình Nếu xảy ra cháysẽ làm tăng nhiệt độ và xuất hiện khói, khi nhiệt độ hoặc khói vượt quá ngưỡng giớihạn đặt ra, khối này sẽ gửi tín hiệu cho biết căn phòng đang cháy được xác định bởicảm biến nhiệt và khói được đặt ở căn phòng đó đến khối xử lý trung tâm

• Phương án chọn phần cứng:

Cảm biến khói:

- Module MQ – 2: module xác định các chất khí gây cháy

- SLV – 24N: cảm biến khói dùng trong công nghiệp

- Module MQ – 135: module cảm biến chất lượng không khí

Cảm biến nhiệt:

- LM35: cảm biến tương tự analog

- DS18B20: cảm biến nhiệt giao tiếp 1 dây

• Lựa chọn:

Cảm biến khói: sử dụng cảm biến MQ-2 do giá thành rẻ hơn MQ – 135nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu thiết kế với hai mức đầu ra là digital và analog.Đối với SLV – 24N dùng nguồn 24V gây khó khăn cho việc cấp nguồn

Cảm biến nhiệt: sử dụng LM35 do độ chính xác khá cao, nhỏ gọn, không sửdụng thêm thư viện “onewire.h” tiết kiệm tài nguyên hơn DS18B20

Lý do lựa chọn cảm biến khí gas MQ – 2 là cảm biến khói: