Đồ án báo cháy Arduino: Thiết kế hệ thống tự động gửi SMS & gọi điện

Hướng dẫn làm hệ thống báo cháy Arduino tự động gửi SMS, gọi điện khi có sự cố. Cung cấp code, sơ đồ mạch và các bước thực hiện chi tiết.

• Tác giả: Phạm Tài Nam
• Người hướng dẫn: Th.s Vũ Quang Ngọc
• Trường học: Trường Đại học Sao Đỏ
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển cảnh báo cháy tại công ty TNHH sản xuất và đầu tư GIC Việt Nam
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hải Dương

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Nhiệm vụ của mạch báo cháy
• 1.3. Phân loại hệ thống báo cháy tự động
• 1.4. Các thành phần cơ bản của hệ thống báo cháy tự động
• 1.4.1. Trung tâm báo cháy
• 1.4.2. Thiết bị đầu vào
• 1.4.3. Thiết bị đầu ra
• 1.5. Một số sản phẩm báo cảnh báo cháy trên thị trường
• 1.5.1. Thiết bị cảnh báo khói Honeywell Smoke Detector
• 1.5.2. Bóng chữa cháy Elide Fire
• 1.5.3. Đầu báo nhiệt gia tăng Hochiki ATJ-EA
• 1.5.4. Thiết bị cảnh báo khí gas HoneyWell
• 2. CHƯƠNG II: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BÁO CHÁY
• 2.1. Sơ đồ khối hệ thống
• 2.2. Giải pháp công nghệ
• 2.3. Các khối trong hệ thống
• 2.3.1. Khối cảm biến
• 2.3.2. Công tắc khẩn
• 2.3.3. Khối đầu ra
• 2.3.4. Quay số tự động
• 2.3.5. Khối điều khiển
• 2.4. Lựa chọn linh kiện và các thiết bị sử dụng
• 2.4.1. Tổng quan về ATMEGA328
• 2.4.2. Cảm biến lửa
• 2.4.3. Cảm biến khí gas MQ2
• 2.4.4. Cảm biến nhiệt độ LM35
• 2.4.5. Lắp đặt công tắc khẩn
• 2.4.6. Bộ quay số tự động
• 2.4.7. Thiết bị nguồn
• 2.4.8. Các linh kiện khác
• 3. CHƯƠNG III: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG BÁO CHÁY
• 3.1. Xây dựng thuật toán điều khiển
• 3.2. Thiết kế mạch
• 3.2.1. Kết nối và lập trình cảm biến lửa
• 3.2.2. Kết nối và lập trình cảm biến gas
• 3.2.3. Kết nối và lập trình cảm biến nhiệt
• 3.2.4. Kết nối và lập trình công Tắc khẩn
• 3.2.5. Khối xử lý trung tâm
• 3.2.6. Kết nối và lập trình chuông, đèn báo cháy
• 3.2.7. Kết nối và lập trình bộ quay số tự động
• 3.3. Một số hình ảnh về mô hình hệ thống điều khiển báo cháy
• 3.4. Chương trình điều khiển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hướng dẫn đồ án báo cháy Arduino tự động gọi điện SMS

Trong bối cảnh khoa học kỹ thuật phát triển vượt bậc, các ứng dụng vi điều khiển ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt trong lĩnh vực tự động hóa và an ninh. Đồ án báo cháy Arduino tự động gọi điện, gửi SMS là một giải pháp tiêu biểu, ứng dụng nền tảng Arduino để xây dựng một hệ thống cảnh báo sớm, hiệu quả và chi phí thấp. Nghiên cứu này, điển hình là công trình của Phạm Tài Nam (Trường Đại học Sao Đỏ, 2019), đã chứng minh tính cấp thiết của việc tích hợp công nghệ vào công tác phòng cháy chữa cháy. Mục tiêu chính là thiết kế và chế tạo một hệ thống báo cháy thông minh có khả năng phát hiện đa tác nhân gây cháy như khói, lửa, khí gas, và nhiệt độ cao. Khi phát hiện sự cố, hệ thống không chỉ kích hoạt các thiết bị cảnh báo tại chỗ như còi và đèn, mà còn tự động thực hiện cuộc gọi và gửi tin nhắn SMS đến các số điện thoại được cài đặt sẵn. Điều này giúp thông báo kịp thời cho người quản lý, lực lượng cứu hỏa, hoặc chủ nhà, dù họ không có mặt tại hiện trường. Việc sử dụng nền tảng Arduino, cụ thể là Arduino Uno R3 với vi điều khiển ATMEGA328, làm cho dự án trở nên dễ tiếp cận với sinh viên và những người đam mê công nghệ. Nền tảng này có cộng đồng hỗ trợ lớn, công cụ lập trình đơn giản và giá thành linh kiện điện tử phải chăng. Bằng cách kết hợp các cảm biến chuyên dụng với một module SIM (GSM module), đồ án này không chỉ là một bài tập học thuật mà còn có tiềm năng ứng dụng thực tiễn cao trong việc bảo vệ an toàn cho nhà ở, nhà xưởng và các cơ sở sản xuất. Đây là một ví dụ điển hình của một đồ án IoT, nơi các thiết bị vật lý được kết nối và giao tiếp với nhau để tạo ra một giải pháp tự động hóa hoàn chỉnh, góp phần xây dựng các mô hình nhà thông minh an toàn hơn.

1.1. Bối cảnh và tính cấp thiết của hệ thống báo cháy thông minh

Hỏa hoạn luôn là một trong những hiểm họa gây ra thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Các hệ thống báo cháy truyền thống thường chỉ có khả năng cảnh báo tại chỗ thông qua chuông hoặc đèn, điều này không đủ hiệu quả khi không có người ở gần khu vực xảy ra sự cố. Sự phát triển của công nghệ vi điều khiển và IoT đã mở ra một hướng đi mới. Một hệ thống báo cháy thông minh có khả năng cảnh báo qua điện thoại là hoàn toàn cấp thiết. Hệ thống này cho phép giám sát từ xa 24/7 và gửi cảnh báo tức thì, giúp rút ngắn thời gian phản ứng và triển khai các biện pháp ứng phó, từ đó giảm thiểu tối đa thiệt hại. Tính cấp thiết được thể hiện rõ qua nhu cầu bảo vệ các cơ sở sản xuất, nhà xưởng, và khu dân cư, nơi nguy cơ cháy nổ luôn hiện hữu.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu và phạm vi của đồ án báo cháy Arduino

Mục tiêu cốt lõi của đồ án báo cháy Arduino là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một hệ thống hoàn chỉnh có khả năng: 1) Tự động phát hiện các dấu hiệu cháy qua nhiều loại cảm biến. 2) Phát tín hiệu cảnh báo tại chỗ (đèn, còi). 3) Tự động gửi tin nhắn SMS và thực hiện cuộc gọi đến số điện thoại đã định trước. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc tìm hiểu về vi điều khiển Arduino Uno R3, các loại cảm biến như cảm biến khí gas MQ-2, cảm biến lửa, cảm biến nhiệt, và phương thức giao tiếp với module SIM800L hoặc module SIM900A. Đồng thời, nghiên cứu cũng bao gồm việc xây dựng thuật toán điều khiển, viết chương trình bằng ngôn ngữ lập trình C/C++ cho Arduino, và thiết kế mạch điện tử hoàn chỉnh.

II. Bí quyết chọn linh kiện cho hệ thống báo cháy Arduino

Việc lựa chọn linh kiện phù hợp là yếu tố quyết định đến sự ổn định và độ chính xác của toàn bộ đồ án báo cháy Arduino tự động gọi điện, gửi SMS. Một hệ thống hiệu quả cần sự kết hợp hài hòa giữa khối xử lý trung tâm, khối cảm biến đầu vào và khối thực thi đầu ra. Trái tim của hệ thống là bo mạch Arduino Uno R3, được lựa chọn nhờ sự phổ biến, dễ sử dụng và khả năng giao tiếp tốt với các module khác. Vi điều khiển ATMEGA328 trên bo mạch có đủ chân I/O và bộ nhớ để xử lý đồng thời tín hiệu từ nhiều cảm biến và điều khiển các thiết bị ngoại vi. Khối cảm biến là thành phần quan trọng nhất, chịu trách nhiệm phát hiện các dấu hiệu của hỏa hoạn. Đồ án thường sử dụng một tổ hợp các cảm biến để tăng độ tin cậy, bao gồm: cảm biến khói Arduino (thường dùng loại cảm biến khí gas MQ-2 vì nó nhạy với cả khói và các loại khí dễ cháy), cảm biến lửa (phát hiện bức xạ hồng ngoại từ ngọn lửa), và cảm biến nhiệt độ (như LM35, để phát hiện sự gia tăng nhiệt đột ngột). Để thực hiện chức năng cảnh báo qua điện thoại, không thể thiếu GSM module. Các loại phổ biến là module SIM800L và module SIM900A, có khả năng gửi tin nhắn, thực hiện cuộc gọi và kết nối GPRS thông qua tập lệnh AT. Ngoài ra, các linh kiện điện tử khác như còi báo động, đèn LED, điện trở, tụ điện và nguồn cấp ổn định cũng cần được lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo toàn bộ mạch báo cháy hoạt động bền bỉ. Việc lựa chọn đúng linh kiện không chỉ giúp hệ thống hoạt động chính xác mà còn tối ưu hóa chi phí, phù hợp với quy mô của một đồ án IoT dành cho sinh viên hoặc các ứng dụng gia đình.

2.1. Lựa chọn vi điều khiển trung tâm Arduino Uno R3

Bo mạch Arduino Uno R3 với vi điều khiển ATMEGA328 là lựa chọn hàng đầu cho các dự án IoT quy mô nhỏ và vừa. Nó cung cấp 14 chân I/O kỹ thuật số (trong đó 6 chân có thể dùng cho PWM) và 6 chân đầu vào analog, đủ để kết nối các cảm biến và module cần thiết. Môi trường phát triển (IDE) của Arduino sử dụng ngôn ngữ lập trình C/C++ cho Arduino được đơn giản hóa, giúp người mới bắt đầu dễ dàng tiếp cận. Tốc độ xử lý 16MHz đủ nhanh để phản ứng tức thời với các tín hiệu từ cảm biến. Hơn nữa, sự phổ biến và cộng đồng hỗ trợ lớn là một lợi thế khi cần tìm kiếm tài liệu và gỡ lỗi.

2.2. Các loại cảm biến phát hiện cháy khói lửa và nhiệt độ

Để đảm bảo độ chính xác, hệ thống cần tích hợp nhiều loại cảm biến. Cảm biến khí gas MQ-2 rất nhạy với khí hóa lỏng (LPG), propan, hydro và cả khói, là lựa chọn lý tưởng để phát hiện sớm các vụ rò rỉ gas hoặc cháy âm ỉ. Cảm biến lửa sử dụng diode thu hồng ngoại để phát hiện bức xạ trong dải sóng 760nm – 1100nm, đặc trưng của ngọn lửa, giúp phản ứng nhanh với các đám cháy bùng phát. Cuối cùng, cảm biến nhiệt độ LM35 cung cấp một phương pháp phát hiện bổ sung, cảnh báo khi nhiệt độ môi trường tăng đột ngột hoặc vượt ngưỡng an toàn. Sự kết hợp này tạo ra một hệ thống an ninh đa lớp, giảm thiểu khả năng báo động giả.

2.3. Vai trò của Module SIM GSM Module trong cảnh báo từ xa

Module SIM, như module SIM800L, đóng vai trò là cầu nối liên lạc giữa hệ thống báo cháy và người dùng. Nó hoạt động như một chiếc điện thoại di động, cho phép Arduino gửi lệnh AT (AT Commands) để thực hiện các tác vụ như gửi tin nhắn SMS với nội dung cảnh báo cụ thể (ví dụ: 'Phat hien KHOI tai Nha Xuong!') hoặc quay số đến một danh sách liên lạc khẩn cấp. Việc tích hợp GSM module biến một hệ thống cảnh báo cục bộ thành một giải pháp giám sát từ xa, tăng cường đáng kể hiệu quả phòng chống cháy nổ cho các ứng dụng nhà thông minh và công nghiệp.

III. Phương pháp thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch báo cháy Arduino

Thiết kế sơ đồ nguyên lý là bước nền tảng để hiện thực hóa đồ án báo cháy Arduino tự động gọi điện, gửi SMS. Một sơ đồ tốt cần đảm bảo tính logic, dễ lắp đặt và ổn định. Sơ đồ khối của hệ thống là bước khởi đầu, giúp hình dung tổng thể các thành phần và luồng dữ liệu. Sơ đồ này thường bao gồm: Khối Nguồn, Khối Cảm Biến (đầu vào), Khối Điều Khiển Trung Tâm (Arduino), và Khối Đầu Ra (cảnh báo). Khối Nguồn có nhiệm vụ cung cấp điện áp ổn định cho toàn mạch, thường là 5V cho Arduino và các cảm biến, và một nguồn riêng cho module SIM800L (khoảng 3.7V-4.2V) do yêu cầu dòng khởi động cao. Khối Cảm Biến bao gồm các cảm biến khói Arduino, lửa, và nhiệt, được kết nối với các chân đầu vào analog hoặc digital của Arduino. Tín hiệu từ các cảm biến này sẽ được Khối Điều Khiển Trung Tâm liên tục đọc và xử lý. Dựa trên thuật toán được lập trình, nếu giá trị đọc được từ cảm biến vượt ngưỡng cài đặt, Arduino sẽ kích hoạt Khối Đầu Ra. Khối này bao gồm các thiết bị cảnh báo tại chỗ như còi, đèn LED và quan trọng nhất là GSM module. Arduino sẽ giao tiếp với module SIM qua giao thức UART (chân TX, RX) để gửi lệnh thực hiện cuộc gọi hoặc tin nhắn. Việc vẽ chi tiết sơ đồ nguyên lý cho mạch báo cháy giúp xác định chính xác cách kết nối từng chân của linh kiện điện tử, tránh sai sót trong quá trình lắp ráp. Đây là tài liệu quan trọng không thể thiếu trong mỗi báo cáo đồ án kỹ thuật.

3.1. Phân tích sơ đồ khối của hệ thống báo cháy thông minh

Sơ đồ khối là bản thiết kế cấp cao của hệ thống. Khối Cảm Biến (Input) bao gồm cảm biến lửa, cảm biến khí gas MQ-2, và cảm biến nhiệt độ, có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ môi trường. Dữ liệu này được gửi đến Khối Xử Lý Trung Tâm, chính là bo mạch Arduino Uno R3. Tại đây, chương trình sẽ so sánh dữ liệu với các ngưỡng an toàn đã được định sẵn. Nếu phát hiện bất thường, Khối Xử Lý sẽ ra lệnh cho Khối Đầu Ra (Output). Khối này gồm hai phần: cảnh báo tại chỗ (còi, đèn) và cảnh báo từ xa (module SIM), đảm bảo thông tin được truyền đi một cách toàn diện và kịp thời.

3.2. Sơ đồ kết nối chi tiết các linh kiện điện tử trên mạch

Việc kết nối các linh kiện điện tử cần tuân thủ chặt chẽ theo sơ đồ mạch. Chân VCC và GND của các cảm biến được nối với chân 5V và GND của Arduino. Chân tín hiệu (Analog Out hoặc Digital Out) của cảm biến khói Arduino và các cảm biến khác được nối vào các chân Analog (A0, A1,...) của Arduino. Module SIM cần nguồn riêng và kết nối chân TX, RX của nó với các chân SoftwareSerial (ví dụ D2, D3) trên Arduino để giao tiếp. Còi và đèn báo được điều khiển qua các chân Digital, thường được kết nối qua một transistor để khuếch đại dòng, đảm bảo hoạt động ổn định. Một sơ đồ nguyên lý rõ ràng là kim chỉ nam cho việc lắp ráp một mạch báo cháy chính xác.

IV. Hướng dẫn lập trình Arduino cho đồ án báo cháy gửi SMS

Linh hồn của đồ án báo cháy Arduino tự động gọi điện, gửi SMS nằm ở phần chương trình điều khiển. Việc lập trình Arduino đòi hỏi một thuật toán rõ ràng và một đoạn code được tối ưu hóa để đảm bảo hệ thống phản ứng nhanh và chính xác. Thuật toán hoạt động của hệ thống được xây dựng dựa trên một vòng lặp vô tận. Đầu tiên, chương trình khởi tạo các chân I/O, thiết lập giao tiếp Serial với máy tính (để gỡ lỗi) và với GSM module. Trong vòng lặp chính (loop()), Arduino sẽ tuần tự đọc giá trị từ các cảm biến: cảm biến khói Arduino, cảm biến lửa, và cảm biến nhiệt độ. Mỗi giá trị đọc được sẽ được so sánh với một ngưỡng an toàn đã định trước. Ví dụ, nếu giá trị analog từ cảm biến khí gas MQ-2 vượt quá 300 (một giá trị thực nghiệm), hệ thống sẽ coi đó là một cảnh báo. Khi một hoặc nhiều điều kiện cảnh báo được thỏa mãn, chương trình sẽ thực thi chuỗi hành động: bật còi và đèn báo, sau đó gửi các lệnh AT đến module SIM800L để gửi tin nhắn SMS đến một số điện thoại định sẵn, và cuối cùng là thực hiện một cuộc gọi. Đoạn code Arduino báo cháy cần được viết một cách module hóa, tách riêng các hàm đọc cảm biến, hàm gửi SMS, hàm gọi điện để dễ quản lý và nâng cấp. Việc xử lý trạng thái để tránh gửi cảnh báo liên tục (spam) cũng là một yếu tố quan trọng cần được xem xét trong quá trình lập trình C/C++ cho Arduino.

4.1. Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển trung tâm

Lưu đồ thuật toán là công cụ trực quan hóa luồng hoạt động của chương trình. Bắt đầu (START), khối tiếp theo là Khởi tạo (Initialize pins, Serial). Sau đó, chương trình đi vào một vòng lặp. Bên trong vòng lặp là các khối quyết định (IF-ELSE): 'Đọc cảm biến lửa. Có lửa không?'. Nếu CÓ, thực thi khối 'Kích hoạt báo động & Gọi điện/Gửi SMS'. Nếu KHÔNG, chuyển sang kiểm tra cảm biến tiếp theo: 'Đọc cảm biến khói. Có khói/gas không?'. Quá trình này lặp lại cho tất cả các cảm biến. Nếu không có cảm biến nào phát hiện nguy hiểm, vòng lặp quay trở lại bước đọc cảm biến đầu tiên. Lưu đồ này giúp đảm bảo logic chương trình chặt chẽ trước khi viết code Arduino báo cháy.

4.2. Phân tích code Arduino báo cháy và tập lệnh AT cho Module SIM

Phần code Arduino báo cháy thường bao gồm hai hàm chính: setup() và loop(). Hàm setup() dùng để cấu hình chân và khởi tạo giao tiếp Serial. Hàm loop() chứa logic chính để đọc cảm biến và xử lý cảnh báo. Để giao tiếp với module SIM800L, Arduino sẽ gửi đi các chuỗi lệnh AT (AT Commands). Ví dụ, để gửi tin nhắn, Arduino sẽ gửi lệnh AT+CMGF=1 để đặt chế độ text, tiếp theo là AT+CMGS="[số điện thoại]" và sau đó là nội dung tin nhắn. Để thực hiện cuộc gọi, lệnh được sử dụng là ATD[số điện thoại];. Việc lập trình Arduino để gửi và nhận phản hồi từ các lệnh AT này là kỹ năng cốt lõi để hoàn thành chức năng cảnh báo qua điện thoại.

V. Triển khai và đánh giá đồ án báo cháy Arduino thực tế

Sau khi hoàn tất thiết kế và lập trình, bước triển khai và đánh giá mô hình thực tế là cực kỳ quan trọng để kiểm chứng hiệu quả của đồ án báo cháy Arduino tự động gọi điện, gửi SMS. Quá trình này bao gồm việc lắp ráp tất cả các linh kiện điện tử lên một bo mạch thử nghiệm hoặc mạch in (PCB) để tạo thành một sản phẩm hoàn chỉnh. Mô hình sau khi lắp ráp sẽ được đặt trong một môi trường được kiểm soát để tiến hành thử nghiệm. Các kịch bản cháy khác nhau sẽ được mô phỏng: sử dụng bật lửa để kích hoạt cảm biến lửa, dùng khói từ que hương để kiểm tra cảm biến khói Arduino (MQ-2), và dùng máy sấy tóc để tăng nhiệt độ gần cảm biến nhiệt độ. Kết quả mong đợi là hệ thống phải phản ứng ngay lập tức. Còi báo động và đèn LED phải được kích hoạt trong vòng vài giây sau khi phát hiện nguy cơ. Đồng thời, module SIM800L phải gửi thành công tin nhắn SMS đến điện thoại đã đăng ký và thực hiện cuộc gọi cảnh báo. Việc ghi lại thời gian phản hồi của hệ thống, độ chính xác của cảm biến, và tỷ lệ thành công của việc gửi cảnh báo từ xa là những dữ liệu cốt lõi trong báo cáo đồ án. Đánh giá ưu và nhược điểm của hệ thống cũng là một phần không thể thiếu, từ đó đề xuất các phương án cải tiến để nâng cao độ tin cậy và mở rộng tính năng, biến nó thành một hệ thống an ninh toàn diện hơn.

5.1. Mô tả quá trình hoạt động của mô hình hệ thống báo cháy

Trong điều kiện bình thường, hệ thống ở trạng thái chờ, đèn LED trạng thái màu xanh sáng. Arduino liên tục quét tín hiệu từ các cảm biến. Khi một trong các cảm biến, ví dụ cảm biến khí gas MQ-2, phát hiện nồng độ khói vượt ngưỡng, tín hiệu sẽ được gửi về vi điều khiển. Ngay lập tức, Arduino sẽ chuyển trạng thái, tắt đèn xanh, bật đèn LED đỏ và kích hoạt còi báo động. Gần như đồng thời, nó sẽ gửi lệnh đến GSM module để bắt đầu quy trình cảnh báo từ xa. Quá trình này diễn ra hoàn toàn tự động, không cần sự can thiệp của con người.

5.2. Kết quả tin nhắn và cuộc gọi cảnh báo cháy tự động

Thử nghiệm thực tế cho thấy hệ thống có khả năng gửi tin nhắn với nội dung được lập trình sẵn, ví dụ: 'CANH BAO CHAY! Phat hien KHI GAS tai khu vuc A'. Tin nhắn được gửi thành công trong khoảng 10-15 giây sau khi phát hiện sự cố. Ngay sau đó, hệ thống thực hiện cuộc gọi đến số điện thoại khẩn cấp. Người nhận cuộc gọi sẽ nghe thấy tiếng chuông, và dù không có hội thoại, đây là một tín hiệu cảnh báo khẩn cấp rõ ràng. Kết quả này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của chức năng cảnh báo qua điện thoại, một yếu tố then chốt của đồ án báo cháy Arduino.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1, tác giả sẽ trình bày về một số thành phần cơ bản của hệ thống báo cháy tự động cho công ty được sử dụng và định hướng phát triển của đề tài. Nhiệm vụ của mạch báo cháy Tự động phát hiện ra cháy một cách nhanh chóng, chính xác và kịp thời trong vùng hệ thống đang bảo vệ. Tự động phát ra các tín hiệu báo động, chỉ thị và các tín hiệu điều khiển các thiết bị ngoại vi của hệ thống báo cháy tự động nhằm thực hiện một nhiệm vụ cụ thể nào đó. Đặc biệt, với hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy khói thì nó còn có nhiệm vụ quan trọng hơn là “cảnh báo”, tức là phát hiện và thông báo sự sắp cháy, sự cháy âm ỉ chưa có ngọn lửa.

Phân loại hệ thống báo cháy tự động * Phân loại hệ thống báo cháy tự động theo nguyên lý làm việc của đầu báo cháy có: - Hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy khói: là hệ thống báo cháy tự động làm việc dựa vào nguyên lý làm việc của đầu báo cháy khói. Hệ thống này chủ yếu phát hiện ra sự gia tăng nồng độ khói ở trong khu vực bảo vệ. - Hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy nhiệt: là hệ thống báo cháy tự động làm việc dựa theo nguyên lý làm việc của đầu báo cháy nhiệt. Hệ thống này chủ yếu phát hiện ra sự thay đổi nhiệt độ ở trong khu vực bảo vệ Giảng viên HD: ThS.

Vũ Quang Ngọc 3 Sinh viên thực hiện: Phạm Tài Nam Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử - Hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy ánh sáng (lửa): làm việc dựa vào nguyên lý làm việc của đầu báo cháy lửa. Hệ thống này chủ yếu phát hiện ra nồng độ tăng cường ánh sáng của ngọn lửa, hay sự chập điện gây ra các tia lửa điện trong khu vực bảo vệ. - Hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy hỗn hợp: là hệ thống làm việc dựa trên nguyên lý làm việc của đầu báo cháy hỗn hợp như: đầu báo cháy nhiệt và khói, đầu báo cháy nhiệt và lửa. Hệ thống này chủ yếu phát hiện ra sự thay đổi các yếu tố môi trường trong khu vực bảo vệ.

* Phân loại hệ thống báo cháy tự động theo đặc điểm kỹ thuật của hệ thống báo cháy. - Hệ thống báo cháy tự động theo vùng (hệ thống báo cháy tự động thường): là hệ thống báo cháy tự động có chức năng báo cháy tới một khu vực, một địa điểm (có thể có một hoặc nhiều đầu báo cháy). Diện tích bảo vệ của một khu vực có thể từ vài chục đến 2000 (tuỳ thuộc đặc điểm khu vực đó). - Hệ thống báo cháy tự động theo địa chỉ: là hệ thống báo cháy tự động có khả năng báo cháy chính xác đến từng vị trí từng đầu báo riêng biệt (từng địa chỉ cụ thể).

Diện tích bảo vệ của một địa chỉ báo cháy chỉ giới hạn trong khoảng vài chục mét vuông (tuỳ thuộc vào từng loại đầu báo cháy). Hệ thống báo cháy tự động thông minh Với sự phát triển khoa học công nghệ, hệ thống báo cháy tự động theo địa chỉ đã phát triển thành hệ thống báo cháy thông minh. Đây là hệ thống báo cháy tự động ngoài chức năng báo cháy thông thường theo địa chỉ, nó còn có thể đo được một số thông số về môi trường của khu vực nơi lắp đặt đầu báo cháy như nhiệt độ, nồng độ khói,… và có thể thay đổi được ngưỡng tác động của đầu báo cháy theo yêu cầu của nhà thiết kế và lắp đặt. Các thành phần cơ bản của hệ thống báo cháy tự động 1.

Trung tâm báo cháy Tủ trung tâm, trung tâm điều khiển (Control Panel): Đây là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống và quyết định chất lượng của hệ thống. Là thiết bị cung cấp năng lượng cho các đầu báo cháy tự động. Có khả năng nhận và xử lý các tín hiệu báo cháy từ các đầu báo cháy tự động hoặc các tín hiệu sự cố kỹ thuật, hiển thị các thông tin về hệ thống và phát lệnh báo động, chỉ thị nơi xảy ra cháy. Trong trường hợp cần thiết có thể truyền tín hiệu đến nơi nhận tin báo cháy.

Có khả năng tự kiểm tra hoạt động bình thường của hệ thống, chỉ thị sự cố của hệ thống như đứt dây, chập mạch. Thiết bị đầu vào Thiết bị đầu vào được định nghĩa là thiết bị nhạy cảm với các hiện tượng của sự cháy (sự tăng nhiệt, tỏa khói, phát sáng, phát lửa), và có nhiệm vụ nhận thông tin nơi Giảng viên HD: ThS. Vũ Quang Ngọc 4 Sinh viên thực hiện: Phạm Tài Nam Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử xảy ra sự cháy và truyền tín hiệu đến trung tâm báo cháy. Là thiết bị giám sát trực tiếp, phát hiện ra dấu hiệu khói để chuyển các tín hiệu khói về trung tâm xử lý.

Thời gian các đầu báo khói nhận và truyền thông tin đến trung tâm báo cháy không quá 30s. Mật độ môi trường từ 15% đến 20%. Nếu nồng độ của khói trong môi trường tại khu vực vượt qua ngưỡng cho phép (10% -20%) thì thiết bị sẽ phát tín hiệu báo động về trung tâm để xử lý. Các đầu báo khói thường được bố trí tại các phòng làm việc, hội trường, các kho quỹ, các khu vực có mật độ không gian kín và các chất gây cháy thường tạo khói trước.

Đầu báo khói được chia làm 2 loại chính như sau : Đầu báo khói dạng điểm: Được lắp tại các khu vực mà phạm vi giám sát nhỏ, trần nhà thấp (văn phòng, chung cư …) a. Đầu báo khói Ion :Thiết bị tạo ra các dòng ion dương và ion âm chuyển động, khi có khói, khói sẽ làm cản trở chuyển động của các ion dương và ion âm, từ đó thiết bị sẽ gởi tín hiệu báo cháy về trung tâm xử lý. Đầu báo khói Quang: Thiết bị bao gồm một cặp đầu báo (một đầu phát tín hiệu, một đầu thu tín hiệu) bố trí đối nhau, khi có khói xen giữa 2 đầu báo, khói sẽ làm cản trở đường truyền tín hiệu giữa 2 đầu báo, từ đó đầu báo sẽ gởi tín hiệu báo cháy về trung tâm xử lý. Đầu báo khói dạng Beam: Gồm một cặp thiết bị được lắp ở hai đầu của khu vực cần giám sát.

Thiết bị chiếu phát chiếu một chùm tia hồng ngoại, qua khu vực thuộc phạm vi giám sát rồi tới một thiết bị nhận có chứa một tế bào cảm quang có nhiệm vụ theo dõi sự cân bằng tín hiệu của chùm tia sáng. Đầu báo này hoạt động trên nguyên lý làm mờ ánh sáng đối nghịch với nguyên lý tán xạ ánh sáng (cảm ứng khói ngay tại đầu báo). Đầu báo khói loại Beam có tầm hoạt động rất rộng (15m x 100m), sử dụng thích hợp tại những khu vực mà các loại đầu báo khói quang điện tỏ ra không thích hợp, chẳng hạn như tại những nơi mà đám khói tiên liệu là sẽ có khói màu đen. Hơn nữa đầu báo loại Beam có thể đương đầu với tình trạng khắc nghiệt về nhiệt độ, bụi bặm, độ ẩm quá mức, nhiều tạp chất,… Do đầu báo dạng Beam có thể đặt đằng sau cửa sổ có kiếng trong, nên rất dễ lau chùi, bảo quản.

Đầu báo dạng Beam thường được lắp trong khu vực có phạm vi giám sát lớn, trần nhà quá cao không thể lắp các đầu báo điểm (các nhà xưởng, …). Đầu báo nhiệt: Đầu báo nhiệt là loại dùng để dò nhiệt độ của môi trường trong phạm vi bảo vệ, khi nhiệt độ của môi trường không thỏa mãn những quy định của các đầu báo nhiệt do nhà sản xuất quy định, thì nó sẽ phát tín hiệu báo động gởi về trung tâm xử lý. Giảng viên HD: ThS. Vũ Quang Ngọc 5 Sinh viên thực hiện: Phạm Tài Nam Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử Các đầu báo nhiệt được lắp đặt ở những nơi không thể lắp được đầu báo khói (nơi chứa thiết bị máy móc, Garage, các buồng điện động lực, nhà máy,nhà bếp,…) Đầu báo nhiệt cố định: Là loại đầu báo bị kích hoạt và phát tín hiệu báo động khi cảm ứng nhiệt độ trong bầu không khí chung quanh đầu báo tăng lên ở mức độ nhà sản xuất quy định ( , , …).

Đầu báo nhiệt gia tăng: Là loại đầu báo bị kích hoạt và phát tín hiệu báo động khi cảm ứng hiện tượng bầu không khí chung quanh đầu báo gia tăng nhiệt độ đột ngột khoảng C /phút. Đầu báo gas: Là thiết bị trực tiếp giám sát, phát hiện dấu hiệu có gas khi tỉ lệ gas tập trung vượt quá mức 0.503% (Propane/ Butane) và gởi tín hiệu báo động về trung tâm xử lý. Các đầu báo gas thường được bố trí trong khoảng gần nơi có gas như các phòng vô gas hay các kho chứa gas. Các đầu báo gas được lắp trên tường, cách sàn nhà từ 10- 16cm, tuyệt đối không được phép lắp đặt dưới sàn nhà.

Đầu báo lửa: Là thiết bị cảm ứng các tia cực tím phát ra từ ngọn lửa, nhận tín hiệu, rồi gởi tín hiệu báo động về trung tâm xử lý khi phát hiện lửa. Được sử dụng chủ yếu ở các nơi xét thấy có sự nguy hiểm cao độ, những nơi mà ánh sáng của ngọn lửa là dấu hiệu tiêu biểu cho sự cháy (ví dụ như kho chứa chất lỏng dễ cháy). Đầu báo lửa rất nhạy cảm đối với các tia cực tím và đã được nghiên cứu tỉ mỉ để tránh tình trạng báo giả. Đầu dò chỉ phát tín hiệu báo động về trung tâm báo cháy khi có 2 xung cảm ứng tia cực tím sau 2 khoảng thời gian, mỗi thời kỳ là 5s.

Công tắc khẩn: Được lắp đặt tại những nơi dễ thấy của hành lang các cầu thang để sử dụng khi cần thiết. Thiết bị này cho phép người sử dụng chủ động truyền thông tin báo cháy bằng cách nhấn hoặc kéo vào công tắc khẩn, báo động khẩn cấp cho mọi người đang hiện diện trong khu vực đó được biết để có biện pháp xử lý hỏa hoạn và di chuyển ra khỏi khu vực nguy hiểm bằng các lối thoát hiểm. Gồm có các loại công tắc khẩn như sau: - Khẩn tròn, vuông - Khẩn kính vỡ - Khẩn giật Giảng viên HD: ThS. Vũ Quang Ngọc 6 Sinh viên thực hiện: Phạm Tài Nam Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử 1.