Đồ án HCMUTE: Hệ thống điều khiển thiết bị báo cháy và nhiệt độ

Khám phá đồ án HCMUTE về hệ thống điều khiển thiết bị điện báo nhiệt độ và báo cháy, ứng dụng công nghệ hiện đại trong an toàn phòng cháy.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Tuấn
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đình Phú
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện Tử
• Đề tài: Hệ Thống Điều Khiển Thiết Bị Báo Cháy Và Nhiệt Độ Tại HCMUTE
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.3. MỤC TIÊU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ
• 2.1.1. Mô tả quy trình
• 2.2. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
• 2.2.1. Giới thiệu kit Arduino mega 2560

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống báo cháy

Hệ thống báo cháy là một phần quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho con người và tài sản. Hệ thống này sử dụng các thiết bị cảm biến để phát hiện sự hiện diện của khói, nhiệt độ cao hoặc khí gas. Khi có dấu hiệu cháy, hệ thống sẽ tự động kích hoạt các thiết bị báo động như chuông và đèn để cảnh báo người sử dụng. Hệ thống báo cháy tại HCMUTE được thiết kế với mục tiêu nâng cao hiệu quả trong việc phát hiện và xử lý sự cố cháy nổ. Việc sử dụng công nghệ hiện đại như Arduino Mega 2560 giúp cho hệ thống hoạt động một cách linh hoạt và hiệu quả hơn. Theo nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu thiệt hại mà còn bảo vệ tính mạng con người.

1.1. Các thiết bị trong hệ thống

Hệ thống bao gồm nhiều thiết bị khác nhau như cảm biến nhiệt độ, cảm biến khói, và các thiết bị điều khiển. Cảm biến nhiệt độ và cảm biến khói là hai thành phần chính giúp phát hiện sớm các dấu hiệu của cháy. Cảm biến khí gas MQ2 cũng được tích hợp để phát hiện sự rò rỉ khí gas, một trong những nguyên nhân chính gây ra cháy nổ. Hệ thống điều khiển sử dụng Arduino Mega 2560, cho phép lập trình và điều khiển các thiết bị một cách dễ dàng. Việc sử dụng cảm biến nhiệt độ DHT11 giúp theo dõi nhiệt độ và độ ẩm trong không khí, từ đó đưa ra cảnh báo kịp thời khi có sự bất thường.

II. Quy trình hoạt động của hệ thống

Quy trình hoạt động của hệ thống báo cháy được thiết kế theo một chu trình khép kín. Khi có hiện tượng cháy xảy ra, các cảm biến sẽ nhận diện và truyền tín hiệu về bộ xử lý trung tâm. Tại đây, thông tin sẽ được xử lý và gửi đến các thiết bị đầu ra như chuông báo động và màn hình LCD. Hệ thống cũng có khả năng hiển thị thời gian thực, giúp người sử dụng dễ dàng theo dõi tình hình. Hệ thống điều khiển này không chỉ giúp phát hiện cháy mà còn cung cấp thông tin cần thiết để người sử dụng có thể xử lý kịp thời. Theo một nghiên cứu, việc sử dụng hệ thống báo cháy tự động có thể giảm thiểu thiệt hại do cháy nổ lên đến 50%.

2.1. Các bước xử lý sự cố

Khi có dấu hiệu cháy, hệ thống sẽ thực hiện các bước xử lý như sau: đầu tiên, các cảm biến sẽ phát hiện sự gia tăng nhiệt độ hoặc sự xuất hiện của khói. Sau đó, tín hiệu sẽ được gửi đến bộ xử lý trung tâm để xác minh tình trạng. Nếu xác nhận có cháy, hệ thống sẽ kích hoạt các thiết bị báo động và gửi thông báo đến người sử dụng qua ứng dụng trên điện thoại. Việc này giúp người sử dụng có thể phản ứng nhanh chóng và hiệu quả. Giải pháp phòng cháy này không chỉ bảo vệ tài sản mà còn đảm bảo an toàn cho tính mạng con người.

III. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống

Hệ thống báo cháy và nhiệt độ tại HCMUTE không chỉ có giá trị trong việc bảo vệ an toàn mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn khác. Hệ thống có thể được áp dụng trong các tòa nhà, nhà máy, và các khu vực công cộng để đảm bảo an toàn cho người dân. Việc sử dụng công nghệ hiện đại như Arduino và các cảm biến thông minh giúp cho hệ thống hoạt động hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Theo một báo cáo, việc áp dụng công nghệ báo cháy thông minh có thể giảm thiểu thời gian phản ứng trong trường hợp khẩn cấp, từ đó giảm thiểu thiệt hại do cháy nổ. Hệ thống cũng có thể được mở rộng để tích hợp với các hệ thống an ninh khác, tạo thành một giải pháp toàn diện cho việc bảo vệ an toàn.

3.1. Tương lai của hệ thống

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, hệ thống báo cháy tại HCMUTE có thể được nâng cấp và mở rộng trong tương lai. Việc tích hợp trí tuệ nhân tạo và Internet of Things (IoT) vào hệ thống sẽ giúp cải thiện khả năng phát hiện và xử lý sự cố. Hệ thống có thể tự động gửi thông báo đến các cơ quan chức năng khi có sự cố xảy ra, từ đó nâng cao hiệu quả trong việc ứng phó với các tình huống khẩn cấp. Hệ thống an toàn này không chỉ mang lại lợi ích cho người sử dụng mà còn góp phần vào việc xây dựng một môi trường sống an toàn hơn cho cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.  Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương này trình bày quy trình hoạt động , giới thiệu phần cứng , lựa chọn linh kiện thiết bị, giới thiệu các chuẩn giao tiếp.  Chương 3: Tính toán và thiế kế Chương này tính toán thiết kế hệ thống ,thiết kế sơ đồ khối ,tính toán thiết kế mạch , các khối trong sơ đồ khối.  Chương 4: Thi công hệ thống Chương này thi công hệ thống , lưu đồ giải thuật , phần mềm cho hộp điều khiển ,giao diện cho điện thoại Android.

 Chương 5: Kết quả - Nhận xét – Đánh giá Chương này nêu kết quả đã đạt được , nhận xét đánh giá về hệ thống ,về các khối cảm biến , kết nối Bluetooth.  Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Chương này trình bày các kết quả đã đạt được và chưa đạt được so với muc tiêu ban đầu ,nêu hướng phát triển của đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ 2.1 Mô tả quy trình Quy trình hoạt động của hệ thống là một quy trình khép kín.

Khi có hiện tượng về sự cháy (chẳng hạn như nhiệt độ gia tăng đột ngột, có sự xuất hiện của khói hoặc các tia lửa) các thiết bị đầu vào (đầu báo, công tắc khẩn) nhận tín hiệu và truyền thông tin của sự cố về thiết bị. Tại đây bộ xử lý trung tâm sẽ xử lý thông tin nhận được, truyền thông tin đến các thiết bị đầu ra (điện thoại người sử dụng, chuông), các thiết bị này sẽ phát tín hiệu âm thanh, ánh sáng để mọi người nhận biết đang xảy ra sự cháy. Ngoài ra trên thiết bị còn hiển thị thời gian và có thể điều chỉnh bằng tay. Khi sự cố cháy nổ xảy ra hiện tượng kèm theo là sinh khói, nhiệt và lửa lúc này tại vùng được lắp đặt các bộ cảm biến cháy các đầu cảm biến khói.

Các bộ cảm biến này sẽ nhận biết được các hiện thượng của đám cháy và nó sẽ truyền tín hiệu đó về bộ xử lý trung tâm để cảnh báo cháy. Sau khi trung tâm xử lý xác minh lại chính xác có cháy xảy ra không thì mới đưa ra tín hiệu báo cháy. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4 do an CHƯƠNG 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.1 Giới thiệu kit Arduino mega 2560 Arduino Mega 2560 là 1 bo mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điểu khiển AVR Atmega2560: Hình 2. Đi cùng với Board Arduino là một phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp : IDE (Integrated Development Environment) cho phép người dùng viết các chương trình cho Arduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.

Cấu tạo chính của Arduino Mega 2560 bao gồm các phần sau[5]:  Cổng USB: đây là loại cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều khiển. Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính.  Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lí trung tâm của toàn bo mạch. Với mỗi mẫu Arduino khác nhau thì con chip là khác nhau.

Ở con Arduino Mega2560 này thì sử dụng ATMega2560. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Kích thước:  Dài : 101,98 mm  Rộng : 53,63 mm  Cao : 15,29 mm  Cân nặng : 34,9 g Thông số kỹ thuật:  Vi xử lý : 5V  Điện áp hoạt động : 7-12V  Điện áp đầu vào : 6-20V  Chân vào/ra : 54 + 12 chân đầu ra PWM, độ phân giải 8 bit, từ chân số 2 đến 13. + 10 chân giao tiếp, từ chân số 14 đến 21 và 2 chân số 0,1.

+ 32 chân vào/ra số, từ chân số 22 đến 53. + Ngoài ra có 3 chân nối đất (GND) và một chân điện áp tham chiếu (AREF), 2 chân nguồn 5v. + Chân vào tương tự: 16 ( từ chân số 0 đến 15). + Dòng điện trong mỗi chân I/O: 40mA + Dòng điện Chân nguồn 3.3V: 50mA  Bộ nhớ trong: 256kB  SRAM: 8kB  EEPROM: 4kB  Xung nhịp: 16MHz Các bộ vi điều khiển Mega 2560 có 16 đầu vào tương tự, mỗi ngõ vào tương tự đều có độ phân giải 10 bit (tức là 1024 giá trị khác nhau).

Theo mặc định đo từ 0 đến 5 volts, mặc dù là nó có thể thay đổi phần trên của phạm vi bằng cách sử dụng chân Aref và chức năng analogReference. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các bộ vi điều khiển Atmega 2560 có 256 KB bộ nhớ flash để lưu trữ mã (trong đó có 8 KB được sử dụng cho bộ nạp khởi động – bootloader), 8 KB SRAM và 4 KB của EEPROM.2: Sơ đồ chân Arduino Mega 2560.3: Sơ đồ chân của chip Atmega2560. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2.1: Bảng số chân, tên chân, tên chân trên board của arduino mega 2560. Pin Pin Name Mapped Pin Name Number 1 PG5 ( OC0B ) Digital pin 4 (PWM) 2 PE0 ( RXD0/PCINT8 ) Digital pin 0 (RX0) 3 PE1 ( TXD0 ) Digital pin 1 (TX0) 4 PE2 ( XCK0/AIN0 ) 5 PE3 ( OC3A/AIN1 ) Digital pin 5 (PWM) 6 PE4 ( OC3B/INT4 ) Digital pin 2 (PWM) 7 PE5 ( OC3C/INT5 ) Digital pin 3 (PWM) 8 PE6 ( T3/INT6 ) 9 PE7 ( CLKO/ICP3/INT7 ) 10 VCC VCC 11 GND GND 12 PH0 ( RXD2 ) Digital pin 17 (RX2) 13 PH1 ( TXD2 ) Digital pin 16 (TX2) 14 PH2 ( XCK2 ) 15 PH3 ( OC4A ) Digital pin 6 (PWM) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16 PH4 ( OC4B ) Digital pin 7 (PWM) 17 PH5 ( OC4C ) Digital pin 8 (PWM) 18 PH6 ( OC2B ) Digital pin 9 (PWM) 19 PB0 ( SS/PCINT0 ) Digital pin 53 (SS) 20 PB1 ( SCK/PCINT1 ) Digital pin 52 (SCK) 21 PB2 ( MOSI/PCINT2 ) Digital pin 51 (MOSI) 22 PB3 ( MISO/PCINT3 ) Digital pin 50 (MISO) 23 PB4 ( OC2A/PCINT4 ) Digital pin 10 (PWM) 24 PB5 ( OC1A/PCINT5 ) Digital pin 11 (PWM) 25 PB6 ( OC1B/PCINT6 ) Digital pin 12 (PWM) 26 PB7 ( OC0A/OC1C/PCINT7 ) Digital pin 13 (PWM) 27 PH7 ( T4 ) 28 PG3 ( TOSC2 ) 29 PG4 ( TOSC1 ) 30 RESET RESET 31 VCC VCC 32 GND GND BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 9 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 33 XTAL2 XTAL2 34 XTAL1 XTAL1 35 PL0 ( ICP4 ) Digital pin 49 36 PL1 ( ICP5 ) Digital pin 48 37 PL2 ( T5 ) Digital pin 47 38 PL3 ( OC5A ) Digital pin 46 (PWM) 39 PL4 ( OC5B ) Digital pin 45 (PWM) 40 PL5 ( OC5C ) Digital pin 44 (PWM) 41 PL6 Digital pin 43 42 PL7 Digital pin 42 43 PD0 ( SCL/INT0 ) Digital pin 21 (SCL) 44 PD1 ( SDA/INT1 ) Digital pin 20 (SDA) 45 PD2 ( RXDI/INT2 ) Digital pin 19 (RX1) 46 PD3 ( TXD1/INT3 ) Digital pin 18 (TX1) 47 PD4 ( ICP1 ) 48 PD5 ( XCK1 ) 49 PD6 ( T1 ) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 10 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 50 PD7 ( T0 ) Digital pin 38 51 PG0 ( WR ) Digital pin 41 52 PG1 ( RD ) Digital pin 40 53 PC0 ( A8 ) Digital pin 37 54 PC1 ( A9 ) Digital pin 36 55 PC2 ( A10 ) Digital pin 35 56 PC3 ( A11 ) Digital pin 34 57 PC4 ( A12 ) Digital pin 33 58 PC5 ( A13 ) Digital pin 32 59 PC6 ( A14 ) Digital pin 31 60 PC7 ( A15 ) Digital pin 30 61 VCC VCC 62 GND GND 63 PJ0 ( RXD3/PCINT9 ) Digital pin 15 (RX3) 64 PJ1 ( TXD3/PCINT10 ) Digital pin 14 (TX3) 65 PJ2 ( XCK3/PCINT11 ) 66 PJ3 ( PCINT12 ) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 11 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 67 PJ4 ( PCINT13 ) 68 PJ5 ( PCINT14 ) 69 PJ6 ( PCINT 15 ) 70 PG2 ( ALE ) Digital pin 39 71 PA7 ( AD7 ) Digital pin 29 72 PA6 ( AD6 ) Digital pin 28 73 PA5 ( AD5 ) Digital pin 27 74 PA4 ( AD4 ) Digital pin 26 75 PA3 ( AD3 ) Digital pin 25 76 PA2 ( AD2 ) Digital pin 24 2.2 Màn hình LCD a. Giới thiệu Hiện nay có khá nhiều màn hình LCD đủ chủng loại và giá thành, tương ứng với chức năng càng hiện đại thì giá thành càng mắc cùng với việc giao tiếp trở nên phức tạp. Lựa chọn LCD Một số chủng loại màn hìn LCD như: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 12 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.4: Màn hình GLCD.5: Màn hình TFT có cảm ứng. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 13 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.6: Màn hình LCD của điện thoại Nokia. Do nhu cầu của thiết bị cần sử dụng nên thiết bị hiển thị được chọn là màn hình LCD 16x2 có giá thành phù hợp và có thể hiển thị được hết thông tin cần thiết.

Màn hình LCD 16x2 Hình 2.7: Hình dáng và các chân của màn hình LCD 16x2. Chi tiết chức năng của các chân:  VSS: chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 14 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT  VDD: chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển.

 VEE: điều chỉnh độ tương phản của LCD.  RS: chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi. + Logic “0”: bus D0-D7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read).

+ Logic “1”: Bus D0-D7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD.  R/W: chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc.  EN: chân cho phép (Enable).

Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus D0- D7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E. + Ở chế độ ghi: dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E. + Ở chế độ đọc: dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.