I. Giới thiệu Hệ thống Báo Cháy tại HCMUTE
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công hệ thống báo cháy tại HCMUTE" tập trung vào việc thiết kế và triển khai một hệ thống báo cháy sử dụng vi điều khiển PIC16F887A. Hệ thống báo cháy HCMUTE này hướng tới mục tiêu cảnh báo rò rỉ khí gas hoặc sự cố cháy. Dữ liệu thu thập từ các cảm biến được truyền đến điện thoại qua module SIM, sóng RF hoặc Bluetooth. Khi phát hiện cháy, hệ thống sẽ kích hoạt vòi phun nước. Dữ liệu hiển thị trên màn hình điện thoại và remote cầm tay. Đề tài này, mặc dù không hoàn toàn mới, đóng vai trò là bước khởi đầu để làm quen với vi điều khiển PIC16F887A và đặt nền tảng cho các dự án lớn hơn trong tương lai. Thiết kế hệ thống báo cháy này kết hợp kiến thức về mạch điện, điện tử cơ bản, và vi xử lý. Thi công hệ thống báo cháy bao gồm việc mô phỏng mạch trên Proteus, chỉnh sửa và lắp ráp mạch thực tế. Thiết kế báo cháy HCMUTE này cũng cần xem xét các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống báo cháy.
1.1 Mục tiêu và Giới hạn của Đề Tài
Mục tiêu chính của đề tài là tạo ra một hệ thống báo cháy tự động có khả năng phát hiện và cảnh báo rò rỉ khí gas hoặc cháy. Hệ thống sẽ truyền dữ liệu đến người dùng thông qua nhiều phương thức: module SIM, sóng RF, hoặc Bluetooth. Ngoài ra, hệ thống báo cháy sẽ kích hoạt hệ thống dập lửa tự động (ví dụ: vòi phun nước) nếu phát hiện cháy. Dữ liệu sẽ được hiển thị trên màn hình điện thoại và remote. Tuy nhiên, do giới hạn về kiến thức và thiết bị, việc đọc dữ liệu từ cảm biến và sử dụng các chuẩn truyền thông với điện thoại có thể gặp sai sót. Việc kiểm tra hoạt động thực tế của các module và ứng dụng kiến thức vào thi công báo cháy HCMUTE cũng gặp nhiều hạn chế. Các yêu cầu của hệ thống báo cháy cũng được đề cập trong quá trình thiết kế. Thiết kế phần cứng và thiết kế phần mềm được trình bày cụ thể trong các chương sau. Báo cáo hệ thống báo cháy này cung cấp các thông tin cần thiết cho người đọc hiểu rõ hơn về hệ thống báo cháy thông thường được sử dụng trong dự án.
1.2 Cơ sở lý thuyết UART và SPI
Đề tài sử dụng giao tiếp UART và SPI. UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) là giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ, sử dụng một đường truyền để truyền dữ liệu tuần tự. Hệ thống báo cháy sử dụng UART để truyền dữ liệu. Các khái niệm như simplex, half-duplex, và full-duplex được giải thích. Khung truyền dữ liệu bao gồm start bit, data bits, parity bit, và stop bits. Tốc độ bit và tốc độ baud được phân biệt rõ ràng. SPI (Serial Peripheral Interface) là giao tiếp nối tiếp đồng bộ, sử dụng nhiều đường truyền, cho phép truyền nhận dữ liệu đồng thời. Hệ thống báo cháy sử dụng SPI để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi. Các chế độ hoạt động của SPI (mode 0, 1, 2, 3) được trình bày. Thiết kế phần cứng sử dụng giao tiếp SPI để kết nối các thiết bị ngoại vi. Phần mềm thiết kế hệ thống báo cháy cần quản lý giao tiếp UART và SPI một cách hiệu quả. Lựa chọn hệ thống báo cháy dựa trên các yếu tố kỹ thuật nêu trên. Quy trình thi công hệ thống báo cháy cũng được tối ưu hóa dựa trên các giao thức này.
II. Thiết kế và Triển khai Hệ thống
Chương này tập trung vào thiết kế hệ thống báo cháy và quá trình triển khai. Thiết kế phần cứng bao gồm các khối xử lý trung tâm (vi điều khiển PIC16F887A), cảm biến (khí gas, nhiệt độ, độ ẩm), hiển thị (LCD, điện thoại), module SIM, và thiết bị dập lửa (máy bơm nước). Thiết kế phần mềm bao gồm việc lập trình vi điều khiển để thu thập dữ liệu từ các cảm biến, xử lý dữ liệu, và truyền dữ liệu đến điện thoại. Quy trình thi công hệ thống báo cháy bao gồm việc lắp ráp mạch, cài đặt phần mềm, và kiểm thử hệ thống. Hệ thống báo cháy tự động này được thiết kế để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả. Cung cấp thiết bị báo cháy chất lượng cao là điều quan trọng trong dự án này. Bảo trì hệ thống báo cháy cũng là một khía cạnh cần được xem xét.
2.1 Thiết kế Phần Cứng
Thiết kế phần cứng hệ thống báo cháy sử dụng vi điều khiển PIC16F887A làm trung tâm xử lý. Các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm (DHT11) và khí gas (MQ2) được kết nối để thu thập dữ liệu môi trường. Module SIM800L đảm nhiệm việc truyền dữ liệu cảnh báo đến điện thoại. Màn hình LCD hiển thị trạng thái hệ thống. Một relay điều khiển bơm nước để dập lửa khi cần thiết. Sơ đồ khối hệ thống báo cháy cho thấy sự kết nối giữa các thành phần. Lựa chọn linh kiện hệ thống báo cháy được thực hiện dựa trên các tiêu chí kỹ thuật và giá thành. Vật liệu hệ thống báo cháy phải đảm bảo chất lượng và độ bền cao. Giám sát hệ thống báo cháy được thực hiện thông qua phần mềm điều khiển. Ứng dụng hệ thống báo cháy trong các tòa nhà và cơ sở sản xuất là rất rộng rãi. So sánh hệ thống báo cháy với các hệ thống khác cũng là một phần quan trọng trong quá trình thiết kế.
2.2 Thiết kế Phần Mềm
Thiết kế phần mềm hệ thống báo cháy tập trung vào việc lập trình vi điều khiển PIC16F887A. Phần mềm đọc dữ liệu từ các cảm biến, xử lý dữ liệu, và gửi tín hiệu cảnh báo. Phần mềm thiết kế hệ thống báo cháy bao gồm các module: đọc dữ liệu cảm biến, xử lý dữ liệu, điều khiển relay, giao tiếp với module SIM. Lưu đồ thuật toán hệ thống báo cháy minh họa các bước hoạt động của phần mềm. Phần mềm hệ thống báo cháy cần được tối ưu để đảm bảo hiệu suất cao và độ tin cậy. Bảo mật hệ thống báo cháy cần được xem xét. Lập trình hệ thống báo cháy yêu cầu kiến thức chuyên sâu về vi điều khiển và ngôn ngữ lập trình C. Phần mềm giám sát hệ thống báo cháy cung cấp thông tin trực quan cho người dùng. Ứng dụng phần mềm hệ thống báo cháy trong thực tế cần được đánh giá. Quy định hệ thống báo cháy ảnh hưởng đến thiết kế phần mềm.
III. Kết quả và Phát triển
Chương này trình bày kết quả thực nghiệm của hệ thống báo cháy HCMUTE. Kết quả phần cứng thể hiện khả năng hoạt động của mạch điện. Kết quả phần mềm cho thấy hiệu quả của chương trình điều khiển. Đề tài đạt được mục tiêu ban đầu. Tuy nhiên, một số hạn chế vẫn tồn tại, ví dụ: độ chính xác của cảm biến, phạm vi hoạt động của hệ thống. Các hướng phát triển trong tương lai bao gồm: nâng cao độ chính xác của cảm biến, mở rộng phạm vi hoạt động, tích hợp thêm tính năng. Bảo vệ hệ thống báo cháy khỏi các tác động ngoại cảnh là rất cần thiết. Giải pháp hệ thống báo cháy này có thể được ứng dụng rộng rãi.
3.1 Kết quả Thực Nghiệm
Kết quả thực nghiệm hệ thống báo cháy cho thấy hệ thống hoạt động ổn định trong điều kiện phòng thí nghiệm. Dữ liệu từ các cảm biến được thu thập và xử lý chính xác. Tín hiệu cảnh báo được truyền đến điện thoại thành công. Hệ thống đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cơ bản. Tuy nhiên, độ chính xác của cảm biến vẫn còn hạn chế, cần được cải thiện trong tương lai. Phạm vi hoạt động của hệ thống cũng cần được mở rộng. Kết quả hệ thống báo cháy này cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tiễn. Phân tích kết quả hệ thống báo cháy giúp đánh giá hiệu quả của thiết kế và triển khai. Báo cáo hệ thống báo cháy này cung cấp các số liệu cụ thể về hiệu quả hoạt động của hệ thống. Thực nghiệm hệ thống báo cháy giúp xác định các vấn đề và hướng cải tiến.
3.2 Hướng Phát Triển
Để hoàn thiện hệ thống báo cháy, cần cải thiện độ chính xác của cảm biến bằng cách sử dụng cảm biến có độ nhạy cao hơn. Mở rộng phạm vi hoạt động của hệ thống bằng cách sử dụng các module truyền thông có công suất lớn hơn. Tích hợp thêm các tính năng như: cảnh báo qua email, tích hợp với hệ thống quản lý tòa nhà. Bảo trì hệ thống báo cháy cần được chú trọng. Giám sát từ xa hệ thống báo cháy cần được phát triển. Tối ưu hệ thống báo cháy để giảm tiêu thụ năng lượng. Hệ thống báo cháy thông minh là hướng phát triển trong tương lai. Nghiên cứu hệ thống báo cháy cần tiếp tục để nâng cao hiệu quả và tính năng của hệ thống. Đánh giá hệ thống báo cháy cần được thực hiện thường xuyên để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả.
