THIẾT KẾ MÔ HÌNH BÁO CHÁY VÀ PHUN NƯỚC TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG ARDUINO có CODE

16 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Công nghệ kỹ thuật máy tính THIẾT KẾ MÔ HÌNH BÁO CHÁY VÀ PHUN NƯỚC TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG ARDUINO CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH CBHD TS Sinh viên Mã số sinh viên Hà Nội 2022 MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC BẢNG BIỂU III DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT IV LỜI MỞ ĐẦU 1 1 Lý do chọn đề tài 2 2 Phạm vi nghiên cứu 2 3 Phương pháp nghiên cứu 2 4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY 3 1 1 Giới thiệu chung.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Công nghệ kỹ thuật máy tính THIẾT KẾ MƠ HÌNH BÁO CHÁY VÀ PHUN NƯỚC TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG ARDUINO CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH CBHD: TS Sinh viên: Mã số sinh viên: Hà Nội - 2022 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ADC AVR CPU Analog Digital Converter Automatic Voltage Regulator Central Processing Unit DCP Data Collection Platform GPIO General Purpose Input Output LAN MAC MCU PCB PWM SRAM ROM TTL USB Local Area Network Media Access Control Microcontroller Unit Printed Circuit Board Pulse Width Modulation Static Random-Access Memory Read Only Memory Transistor-Transistor Logic Universal Serial Bus LỜI MỞ ĐẦU Lời em xin chân thành cảm ơn tới quý thầy cô giáo Khoa Điện tử nhiệt tình giúp đỡ, giảng dạy cho em kiến thức liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu khoa học, kiến thức chuyên ngành mà thầy cô truyền đạt cho em suốt thời gian học tập trường Đề tài “Thiết kế mơ hình báo cháy phun nước tự động sử dụng Arduino”, em chọn đề tài xã hội ngày phát triển, tốc độ cơng nghiệp hóa ngày nhanh Song bên cạnh lại có nhiều vụ hỏa hoạn gây tổn thất người tài sản gây trở ngại cho phát triển đất nước Vì cơng tác phòng cháy chữa cháy ngày phải nâng cấp quan tâm Trong trình thực đề tài này, em cố gắng để hồn thành cách hoàn hảo Song với lượng kiến thức trải nghiệm hạn chế thân nên khó tránh khỏi sai sót mong thầy đóng góp ý kiến để đề tài em hồn thiện Trong đồ án em trình bày nội dung sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống báo cháy Chương 2: Các thiết bị hệ thống báo cháy Chương 3: Thiết kế xây dựng hệ thống Một lần em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Nhà trường, tới Khoa Điện tử, trung tâm, thầy cô trực tiếp gián tiếp dạy dỗ truyền lửa chúng em suốt năm học vừa qua để có kiến thức chuyên môn, sở, kỹ để em làm việc sống tương lai sau này, đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc chân thành tới thầy TS Phạm Xuân Thành, người trực tiếp hướng dẫn tận tình, giúp đỡ, định hướng, lên ý tưởng, dẫn tài liệu tiến trình thực đồ án giúp em hoàn thành đồ án hạn hoàn hảo Lý chọn đề tài - Việc nghiên cứu, thiết kế chưa triển khai thực tế nước - Các hệ thống thị trường nhập từ nước - Bảo vệ an toàn cho người thân nhà Cũng hạn chế mát tài sản Phạm vi nghiên cứu - Tìm hiểu loại cảm biến nhiệt, khói thực tế - Tìm hiểu Arduino ESP32 giao tiếp qua wifi, phần mềm thiết kế điện tử - Tìm hiểu thiết bị chữa cháy, báo cháy nguyên nhân gây cháy - Xây dựng thuật tốn điều khiển, viết chương trình, thiết kế mạch Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu qua giáo trình, thu thập thông tin liên quan trang web diễn đàn hướng dẫn hệ thống báo cháy - Xây dựng sơ đồ khối, lưu đồ thuật tốn phân tích cách thức hoạt động - Sau đưa thiết kế cho thân để xây dựng mơ hình hệ thống Từ nhờ kiến thức học tập để thiết kế mơ hình xây dựng chương trình điều kiển Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Ý nghĩa khoa học: - Giải vấn đề an toàn phịng chống cháy nổ, nhanh chóng dập tắt phát tán cố xảy Góp phần nhỏ giảm cố cháy nổ xảy  Ý nghĩa thực tiễn: - Giảm bớt chi phí lắp đặt hệ thống phịng chống cháy nổ giữ hiệu hệ thống Bảo vệ tính mạng, hạn chế mát tài sản người sử dụng TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY 1.1 Giới thiệu chung Hệ thống báo cháy tự động hệ thống bao gồm thiết bị có khả phát tín hiệu tự chữa cháy có cố xảy Hệ thống tự động phát thông báo địa điểm cháy cho người dùng Một hệ thống báo cháy tự động chia làm phần lớn thiết bị báo cháy trung tâm, cảm biến đầu vào phận chữa cháy đầu Hình 1.1 Một số thiết bị hệ thống chữa cháy Tuy nhiên chi phí cho hệ thống cao, mức độ hộ gia đình khó lắp đặt, chưa phổ biến 1.2 Tổng quan hệ thống báo cháy tự động Trong phần có kết cấu sau, thiết bị báo cháy trung tâm thường có dạng hình hộp bao gồm bảng điều khiển lớn, module, biến thể pin Cảm biến đầu vào bao gồm báo gas, đầu báo khói, đầu báo nhiệt, báo lửa công tắc khẩn Thiết bị đầu bao gồm bảng hiển thị phụ, chuông báo động, đèn báo động, đèn thoát hiểm, quay số điện thoại tự động Tất phận hệ thống hoạt động cách hiệu với độ xác cao tự động hoàn toàn 1.2.1 Nhiệm vụ mạch Tự động phát có dấu hiệu cháy cách nhanh chóng, xác kịp thời phạm vi thiết bị Phát tín hiệu báo động, tín hiệu thơng báo để điều khiển thiết bị ngoại vi hệ thống báo cháy tự động nhằm thực nhiệm vụ hệ thống cài đặt từ trước Đặc biệt, với hệ thống báo cháy sử dụng đầu báo cháy khói nhiệm vụ “cảnh báo” quan trọng chữa cháy có lửa xảy ra, có nghĩa phát thơng báo chưa có lửa tức cháy hay cháy âm ỉ 1.2.2 Phân loại hệ thống báo cháy tự động * Phân loại hệ thống báo cháy dựa nguyên lý làm việc đầu báo cháy Hệ thống báo cháy sử dụng đầu báo cháy khói: hệ thống làm việc dựa vào nguyên lý làm việc đầu báo cháy khói Phát gia tăng nồng độ khói phạm vi bảo vệ phương thức hoạt động hệ thống Hệ thống báo cháy sử dụng đầu báo cháy nhiệt: hệ thống báo cháy tự động làm việc dựa theo nguyên lý làm việc đầu báo cháy nhiệt Phát thay đổi nhiệt độ phạm vi bảo vệ phương thức hoạt động hệ thống Hệ thống báo cháy sử dụng đầu báo cháy ánh sáng (lửa): làm việc dựa vào nguyên lý làm việc đầu báo cháy lửa Phát nồng độ tăng cường ánh sáng lửa phạm vi bảo vệ phương thức hoạt động hệ thống Hệ thống báo cháy sử dụng đầu báo cháy hỗn hợp: hệ thống làm việc dựa nguyên lý làm việc đầu báo cháy nhiệt khói đầu báo cháy nhiệt lửa Phát thay đổi yếu tố môi trường phạm vi bảo vệ cách hoạt động * Phân loại hệ thống báo cháy dựa đặc điểm kỹ thuật hệ thống báo cháy Hệ thống báo cháy theo vùng (hệ thống báo cháy thơng thường): hệ thống có khả báo cháy khu vực, địa điể có nhiều đầu báo cháy Diện tích bảo vệ hệ thống từ vài chục đến hàng ngàn mét vuông (tùy thuộc đặc điểm khu vực lắp đặt) Hệ thống báo cháy theo địa chỉ: hệ thống báo cháy làm việc với khả báo cháy xác đến vị trí đầu báo riêng biệt (từng địa cụ thể) Diện tích bảo vệ địa báo cháy có giới hạn khoảng vài chục mét vuông (tùy thuộc vào loại đầu báo cháy) Hệ thống báo cháy thông minh: với phát triển khoa học công nghệ, hệ thống báo cháy theo địa phát triển thành hệ thống báo cháy thông minh Đây hệ thống báo cháy tự động với nhiều tính ưu việt hệ thống cũ, chức báo cháy thơng thường theo địa chỉ, cịn đo số thông số môi trường khu vực lắp đặt đầu báo cháy nhiệt độ, nồng độ khói Nó cịn thay đổi ngưỡng tác động đầu báo cháy theo yêu cầu người sử dụng [1] 10 1.2.3 Các thành phần hệ thống báo cháy tự động a Báo cháy trung tâm Tủ trung tâm, trung tâm điều khiển (control panel): thường thiết kế dạng tủ, gồm bo mạch thiết bị quan trọng hệ thống định tính xác hệ thống Là phận cung cấp nguồn điện phát tín hiệu có xảy cố Xử lý hết thông tin từ cám biến đầu vào nơi cảm nhận, phát cháy phát tín hiệu báo động cho khối đầu Kiểm tra hoạt động hệ thống, phát xử lý số thông số lỗi nhỏ b Thiết bị đầu vào Thiết bị đầu vào thiết bị tối quan trọng hệ thống báo cháy, nơi phát tín hiệu mà phát thông tin tiền đám cháy Nó bao gồm tất cảm biến có thị trường tùy thuộc vào nơi lắp đặt mà sử dụng đầu cảm biến khác cảm biến phát tăng nhiệt, tỏa khói, phát sáng, phát lửa Sau truyền tín hiệu tủ trung tâm hệ thống để thực bước Đầu báo khói thiết bị giám sát trực tiếp, phát dấu hiệu khói để truyền tín hiệu khói trung tâm xử lý Thời gian đầu báo khói nhận truyền thơng tin đến báo cháy trung tâm không 30s Mật độ môi trường từ 15% đến 20% Nếu nồng độ khói mơi trường khu vực vượt ngưỡng cho phép (10% đến 20%) thiết bị phát tín hiệu báo động trung tâm để xử lý Các đầu báo khói thường bố trí phòng làm việc, hội trường, kho chứa, khu vực có mật độ khơng gian kín chất dễ gây cháy nổ tạo khói trước cháy Đầu báo khói thường chia làm loại sau: 33 Bước một: Khởi động chương trình từ hình Hình 3.17 Màn hình khởi động Arduino IDE Từ hình desktop nhấp kích vào biểu tượng Arduino để mở chương trình Bước hai: Tiếp đến tiến hành viết chương trình cho project Sau khởi động chương trình, việc lưu file chương trình để thực viết chương trình Một chương trình có tên sketch Sketch hiển thị cửa sổ giao diện bao gồm hai hàm setup () loop (), chương trình viết hai hàm Hàm Setup (): Hàm gọi cần khởi động chương trình dùng để khởi tạo biến, thiết lập chế độ chân (nhận xuất tín hiệu), gọi tên thư viện… Hàm setup () chạy lần mạch Hàm Loop (): Sau khởi tạo hàm setup (), hàm loop () khởi tạo đặt giá trị ban đầu Như tên cho thấy, chức vòng lặp tạo vòng lặp liên tục, cho phép thay đổi phản hồi 34 Sử dụng công cụ phần mềm để hỗ trợ, kiểm tra trình viết chương trình cho hệ thống Sử dụng nút bấm tương ứng để biên dịch nạp chương trình cho bo mạch Hình 3.18 Giao diện phần mềm Bước ba: Sau tiến hành viết chương trình xong, cần kiểm tra lại chương trình nạp code vào mạch để tiến hành chạy sản phẩm 3.3 Mơ hình sản phẩm thực tế Dưới số hình ảnh mơ hình sản phẩm, sau tuần tìm hiểu bắt tay vào thực dự án 35 Hình 3.19 Xe robot chứa máy bơm Hình 3.20 Mặt robot 36 Hình 3.10 Tổng quan mơ hình 3.3.1 Ưu điểm Sau hồn thành mơ hình em học hỏi thêm nhiều kiến thức có ích cho công việc, sống tương lai Đề tài không mẻ quan trọng thực tế hàng ngày đặc biệt khu vực khí hậu đất nước ta Sau số kết mà em đạt trình thực đồ án • • Nhỏ gọn, động tín hiệu phản hồi nhanh Vận hành xử lý vấn đề mơ hình 37 • • • Cách thức hoạt động đơn giản Chi phí thi cơng khơng q cao Dễ dàng lắp đặ thực 3.3.2 Nhược điểm Trong thời gian nghiên cứu đề tài, tính khả quan mơ hình đem lại em thấy cịn có số mặt tồn sau: • • • • • Chưa khai thác tồn vẹn tính vi xử lý Chưa xác định xác vị trí cháy Chỉ áp dụng khu vực nhỏ, chưa có tính động cao Xe chữa cháy di chuyển chưa có tính xác cao Chữa cháy chưa có nước để mô 3.4 Hướng phát triển đề tài Do thời gian nghiên cứu khai triển đề tài cịn hạn chế, nên mơ hình tái lập cịn có nhiều mặt tồn nhiều mặt mặt khí chưa đẹp, thiết bị cịn hạn chế chưa đươc tối ưu hiệu Về hướng phát triển sản phẩm này, em có số định hướng sau: • Sử dụng nhiều loại cảm biến khác để phát hiện, cảnh báo nhiều • • loại nguồn có khả gây cháy Kết hợp với IoT (Internet of Thing) để tạo nhà thông minh Cải thiện mặt khí, tốc độ, khoảng cách, thời gian chờ xe chữa • cháy Tiến hành xây dựng, phát triển đề tài yêu cầu nhiều yêu cầu kỹ thuật • cao Kết hợp với điện tốn đám mây để kiểm soát quản lý hệ thống liệu tự động qua server 38 KẾT LUẬN Trong thời gian làm đồ án em học hỏi nhiều kinh nghiệm, trải nghiệm quý báu kiến thức chuyên ngành hay kỹ mềm phục vụ cho công việc, sống sau Đồ án không giải pháp cho vấn đề phòng chống cháy nổ sống đại ngày phương hướng giải vấn đề mức vừa nhỏ áp dụng hộ gia đình Với cố gắng bạn thân giúp đỡ thầy cơ, bạn bè em hoàn thành đồ án Tuy trình thực đồ án có nhiều thiếu sót khó tránh mong đóng góp thầy cô bạn Trong thực đồ án em học hỏi kiến thức sau: • Tìm hiểu làm việc với hệ thống cảnh báo giải vấn đề • cảnh báo cháy nổ tự động Phát triển hết khả tư sáng tạo, khả giải vấn đề, học hỏi Khai thác nguồn tài liệu mở có • chọn lọc internet để áp dụng vào đề tài Nghiên cứu sử dụng phần mềm Arduino IDE phục vụ cho trình thực viết chương trình cho hệ thống Trong suốt tuần thực hiện, tìm hiểu khai triển đồ án hệ thống báo cháy tự động hướng dẫn tận tình thầy TS Phạm Xuân Thành giúp em hoàn thiện đồ án thời gian, với thân đề Em xin chân thành gửi lơi cảm ơn tới thầy Và thầy cô khác khoa Điện tử trực tiếp dạy em suốt trình học giảng đường, tạo điều kiện cho em để em làm đồ án này, em xin gửi lời cảm ơn tới tồn thể thầy bảo chúng em suốt thời gian qua, người bạn giúp đỡ vượt lên học tập 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Các kiến thức hệ thống báo cháy tự động http://pccchochiminh.com/ban-can-biet/66-kien-thuc-co-ban-ve-he-thongbao-chay.html [2] Các khái niện Arduino https://vi.wikipedia.org/wiki/Arduino [3] Các thông số chip ESP32 https://dientutuonglai.com/esp32-la-gi.html [4] Datasheet esp32-wroom-32 ESPRESSIF ESP32-WROOM-32 Datasheet (PDF) - ESPRESSIF SYSTEMS (SHANGHAI) CO., LTD [5] Datasheet L298 STMicroelectronics L298 Datasheet (PDF) - STMicroelectronics [6] Các thông số cảm biến MQ2 https://huynhnhattung.com/mq2-giao-tiep-stm32-cam-bien-khi-ga-mq2lcd1602-loa-stm/ [7] Các khái niệm module hạ áp LM2596 https://chickgolden.com/lm2596-la-gi-1642134074 40 PHỤ LỤC Chương trình cảm biến khí gas #include #include #include #define BUZZ #define LED uint8_t peer1[] = {0x3C, 0x61, 0x05, 0x67, 0xC9, 0xA4}; typedef struct message { int gas; int warn; }; struct message mess; int check=0; void tich(int x=1, int y=100) { while(x ) { digitalWrite(BUZZ,1); delay(y); digitalWrite(BUZZ,0); delay(y); } } void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(BUZZ,OUTPUT); digitalWrite(BUZZ,0); 41 pinMode(LED,OUTPUT); digitalWrite(LED,1); WiFi.mode(WIFI_STA); if (esp_now_init() != 0) { Serial.println("Problem during ESP-NOW init"); return; } esp_now_set_self_role(ESP_NOW_ROLE_CONTROLLER); esp_now_add_peer(peer1, ESP_NOW_ROLE_SLAVE, 1, NULL, 0); tich(); delay(1000); while(analogRead(0)>160) { digitalWrite(LED,0); delay(100); digitalWrite(LED,1); delay(100); } } void loop() { long sum=0; for (int i=0;i160) { 42 mess.warn=1; if (check==0) { esp_now_send(NULL, (uint8_t *) &mess, sizeof(mess)); check=1; } digitalWrite(LED,0); tich(); } if (sum