I. Thiết kế hệ thống báo cháy Tổng quan về hệ thống và mục tiêu
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công hệ thống báo cháy sử dụng công nghệ IoT" tại HCMUTE tập trung vào việc xây dựng một hệ thống báo cháy thông minh. Hệ thống báo cháy IoT này nhắm đến việc phát hiện sớm và chính xác các dấu hiệu cháy nổ, rò rỉ khí gas. Mục tiêu chính là đảm bảo an toàn phòng cháy chữa cháy, đặc biệt trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng tại thành phố Hồ Chí Minh. Hệ thống sử dụng Arduino Mega 2560 làm bộ xử lý trung tâm. Các cảm biến bao gồm cảm biến khí gas, cảm biến nhiệt độ, và cảm biến lửa. Hệ thống cung cấp cảnh báo qua nhiều kênh: âm thanh (còi, chuông), tin nhắn SMS, và hiển thị trực quan trên web. Giải pháp báo cháy thông minh này hướng tới tính ứng dụng cao, dễ lắp đặt và sử dụng.
1.1. Phân tích nhu cầu và vấn đề
Tốc độ đô thị hóa nhanh dẫn đến sự gia tăng các tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại tại TP. Hồ Chí Minh. Nguy cơ hỏa hoạn tăng cao, đòi hỏi giải pháp báo cháy hiệu quả hơn. Hệ thống báo cháy truyền thống có những hạn chế về tốc độ phản hồi, phạm vi giám sát, và khả năng tích hợp. Ứng dụng IoT trong báo cháy khắc phục những điểm yếu này. Hệ thống báo cháy IoT cho phép giám sát từ xa, cảnh báo kịp thời, và tích hợp nhiều thiết bị. An toàn phòng cháy chữa cháy được nâng cao nhờ khả năng thu thập và phân tích dữ liệu. Đồ án tập trung vào việc thiết kế một hệ thống báo cháy đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn, dễ sử dụng, và có chi phí hợp lý. Thiết kế hệ thống báo cháy HCMUTE là một đóng góp thiết thực trong việc ứng dụng công nghệ hiện đại vào lĩnh vực an toàn.
1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung vào thiết kế hệ thống báo cháy sử dụng công nghệ IoT. Mục tiêu là xây dựng một hệ thống phát hiện cháy, rò rỉ khí gas chính xác, báo động nhanh chóng qua nhiều kênh (âm thanh, SMS, web). Hệ thống cần dễ sử dụng, bảo trì. Phạm vi nghiên cứu bao gồm: thiết kế phần cứng, thiết kế phần mềm, triển khai hệ thống, và kiểm thử hệ thống. Nền tảng IoT báo cháy được chọn là Arduino Mega 2560 và NodeMCU ESP8266. Việc phát triển hệ thống báo cháy được thực hiện dựa trên các tiêu chuẩn báo cháy hiện hành. Quản lý hệ thống báo cháy được đơn giản hóa thông qua giao diện web thân thiện. Mô hình hệ thống báo cháy được xây dựng để kiểm tra và đánh giá hiệu quả của hệ thống.
II. Thiết kế và triển khai hệ thống báo cháy IoT
Phần này trình bày chi tiết về quá trình thiết kế hệ thống báo cháy IoT. Thiết kế phần cứng bao gồm việc lựa chọn các cảm biến báo cháy IoT, thiết kế mạch điện, và thiết kế hộp bảo vệ. Thiết kế phần mềm tập trung vào việc viết code cho Arduino Mega 2560 và NodeMCU ESP8266 để xử lý dữ liệu từ các cảm biến, điều khiển các thiết bị đầu ra, và truyền dữ liệu lên web. Cảm biến báo cháy IoT được lựa chọn dựa trên độ chính xác, độ tin cậy, và giá thành. Thiết kế mạch điện đảm bảo tính ổn định và an toàn. Thiết kế hộp bảo vệ bảo vệ các linh kiện khỏi tác động của môi trường. Viết code đảm bảo tính hiệu quả, dễ bảo trì. Triển khai hệ thống bao gồm việc lắp ráp, cài đặt, và cấu hình hệ thống. Quá trình kiểm thử đánh giá hiệu quả của hệ thống trong điều kiện thực tế.
2.1. Thiết kế phần cứng và lựa chọn linh kiện
Thiết kế phần cứng bao gồm việc lựa chọn các cảm biến (khí gas MQ2, nhiệt độ DHT11, lửa), module WiFi (NodeMCU ESP8266), vi điều khiển (Arduino Mega 2560), và các linh kiện điện tử khác. Thiết kế mạch nguồn đảm bảo cung cấp điện áp ổn định cho toàn bộ hệ thống. Thiết kế khối cảm biến tập trung vào việc bố trí và kết nối các cảm biến với vi điều khiển. Thiết kế khối hiển thị sử dụng LCD để hiển thị thông tin trực quan. Thiết kế khối báo động tại chỗ sử dụng còi báo động. Thiết kế khối báo động qua tin nhắn sử dụng module GSM/GPRS. Thiết kế khối upload dữ liệu lên web sử dụng module WiFi. Thiết kế hộp bảo vệ đảm bảo an toàn cho các linh kiện điện tử. Việc lựa chọn các linh kiện được thực hiện dựa trên các tiêu chuẩn báo cháy và tính khả dụng.
2.2. Thiết kế phần mềm và lập trình
Thiết kế phần mềm tập trung vào việc lập trình cho Arduino Mega 2560 và NodeMCU ESP8266. Code Arduino xử lý dữ liệu từ các cảm biến, điều khiển các thiết bị đầu ra, và truyền dữ liệu không dây đến NodeMCU. NodeMCU kết nối internet và gửi dữ liệu lên server. Thiết kế phần mềm cho web server cho phép giám sát từ xa và điều khiển hệ thống. Phần mềm lập trình được viết bằng ngôn ngữ C++ và HTML, CSS, JavaScript. Thiết kế cơ sở dữ liệu lưu trữ dữ liệu thu thập được. Phát triển ứng dụng cho phép người dùng giám sát và điều khiển hệ thống báo cháy từ xa. An ninh hệ thống được đảm bảo thông qua các biện pháp mã hóa và xác thực.
2.3. Triển khai và kiểm thử hệ thống
Triển khai hệ thống bao gồm việc lắp ráp mạch điện, cài đặt phần mềm, và kết nối các thiết bị. Kiểm thử hệ thống được thực hiện để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và chính xác. Các bài kiểm tra bao gồm kiểm tra chức năng của từng module, kiểm tra kết nối giữa các module, và kiểm tra hiệu quả của hệ thống trong điều kiện thực tế. Phân tích dữ liệu báo cháy thu thập được để đánh giá hiệu quả của hệ thống. Báo cáo hệ thống báo cháy cung cấp thông tin chi tiết về kết quả kiểm thử và hiệu suất của hệ thống. Chi phí hệ thống báo cháy được tính toán để đánh giá tính kinh tế của giải pháp.
III. Kết luận và hướng phát triển
Đồ án đã thành công trong việc thiết kế hệ thống báo cháy IoT tại HCMUTE. Hệ thống đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác, tốc độ phản hồi, và khả năng giám sát từ xa. Ứng dụng báo cháy này có thể được ứng dụng rộng rãi trong các tòa nhà, nhà xưởng, và các khu vực có nguy cơ cháy nổ cao. Lợi ích hệ thống báo cháy IoT bao gồm giảm thiểu thiệt hại do hỏa hoạn, nâng cao an toàn, và giảm chi phí bảo trì. Tuy nhiên, hệ thống vẫn có thể được cải thiện. Hướng phát triển bao gồm việc tích hợp thêm các tính năng như cảnh báo tự động, tích hợp với hệ thống chữa cháy tự động, và nâng cao khả năng xử lý dữ liệu lớn.
