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.
Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu qua giáo trình, thu thập thông tin liên quan trên các trang web và các diễn đàn hướng dẫn về hệ thống báo cháy.
- Xây dựng sơ đồ khối, lưu đồ thuật toán phân tích cách thức hoạt động.
- Sau đó đưa ra thiết kế cho bản thân để xây dựng một mô hình hệ thống.
Từ đó nhờ những kiến thức đã học tập để thiết kế mô hình và xây dựng chương trình điều kiển.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Giải quyết vấn đề an toàn trong phòng chống cháy nổ là rất quan trọng, giúp nhanh chóng dập tắt sự phát tán của sự cố khi xảy ra Điều này góp phần giảm thiểu các sự cố cháy nổ có thể xảy ra, từ đó bảo vệ tính mạng và tài sản.
Giảm chi phí lắp đặt hệ thống phòng chống cháy nổ mà vẫn đảm bảo hiệu quả hoạt động, giúp bảo vệ tính mạng và giảm thiểu thiệt hại tài sản cho người sử dụng.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY
Giới thiệu chung
Hệ thống báo cháy tự động là một giải pháp an toàn bao gồm các thiết bị có khả năng phát hiện và thông báo sự cố cháy, đồng thời tự động chữa cháy Hệ thống này được chia thành ba phần chính: thiết bị báo cháy trung tâm, cảm biến đầu vào để phát hiện khói và nhiệt, và bộ phận chữa cháy đầu ra để xử lý tình huống khẩn cấp.
Hình 1.1 Một số thiết bị của hệ thống chữa cháy.
Tuy nhiên chi phí cho những hệ thống này là khá cao, đối với mức độ hộ gia đình là khó lắp đặt, chưa được phổ biến.
Tổng quan về hệ thống báo cháy tự động
Thiết bị báo cháy trung tâm thường có dạng hình hộp, bao gồm một bảng điều khiển lớn, các module, một biến thể và pin Cảm biến đầu vào của thiết bị này bao gồm báo gas, đầu báo khói, đầu báo nhiệt, báo lửa và công tắc khẩn Trong khi đó, thiết bị đầu ra bao gồm bảng hiển thị phụ, chuông báo động, đèn báo động, đèn thoát hiểm và bộ quay số điện thoại tự động.
Tất cả những bộ phận của hệ thống sẽ hoạt động một cách hiệu quả với độ chính xác cao và tự động hoàn toàn.
Tự động phát hiện khi có dấu hiệu cháy một cách nhanh chóng, chính xác và kịp thời trong phạm vi của thiết bị.
Hệ thống báo cháy tự động phát ra tín hiệu cảnh báo và thông báo để điều khiển thiết bị ngoại vi, thực hiện nhiệm vụ đã được cài đặt sẵn Đặc biệt, với đầu báo cháy khói, nhiệm vụ "cảnh báo" trở nên quan trọng hơn cả việc chữa cháy, vì hệ thống này có khả năng phát hiện và thông báo nguy cơ cháy trước khi ngọn lửa bùng phát, bao gồm cả tình huống cháy âm ỉ.
1.2.2 Phân loại hệ thống báo cháy tự động
* Phân loại hệ thống báo cháy dựa trên nguyên lý làm việc của đầu báo cháy.
Hệ thống báo cháy khói hoạt động dựa trên nguyên lý phát hiện sự gia tăng nồng độ khói trong khu vực bảo vệ Đầu báo cháy khói đóng vai trò quan trọng trong việc nhận diện và cảnh báo sớm nguy cơ cháy, giúp bảo vệ tài sản và đảm bảo an toàn cho con người.
Hệ thống báo cháy sử dụng đầu báo cháy nhiệt là một giải pháp tự động, hoạt động dựa trên nguyên lý phát hiện sự thay đổi nhiệt độ trong khu vực được bảo vệ Hệ thống này giúp nhanh chóng nhận diện và cảnh báo nguy cơ cháy, đảm bảo an toàn cho người và tài sản.
Hệ thống báo cháy sử dụng đầu báo cháy ánh sáng hoạt động dựa trên nguyên lý phát hiện nồng độ ánh sáng của ngọn lửa Khi nồng độ ánh sáng tăng cao trong khu vực bảo vệ, hệ thống sẽ nhận diện và cảnh báo kịp thời, giúp đảm bảo an toàn cho người và tài sản.
Hệ thống báo cháy sử dụng đầu báo cháy hỗn hợp hoạt động dựa trên nguyên lý kết hợp giữa đầu báo cháy nhiệt và khói hoặc giữa đầu báo cháy nhiệt và lửa Hệ thống này phát hiện sự thay đổi của các yếu tố môi trường trong khu vực được bảo vệ, đảm bảo an toàn cho người và tài sản.
* Phân loại hệ thống báo cháy dựa trên đặc điểm kỹ thuật của hệ thống báo cháy
Hệ thống báo cháy theo vùng, hay còn gọi là hệ thống báo cháy thông thường, có khả năng phát hiện cháy trong một khu vực nhất định với một hoặc nhiều đầu báo cháy Diện tích mà hệ thống này có thể bảo vệ dao động từ vài chục đến hàng ngàn mét vuông, tùy thuộc vào đặc điểm của khu vực lắp đặt.
Hệ thống báo cháy theo địa chỉ là công nghệ tiên tiến cho phép phát hiện cháy chính xác tại từng vị trí cụ thể của đầu báo Mỗi địa chỉ báo cháy chỉ bảo vệ một diện tích hạn chế, thường trong khoảng vài chục mét vuông, tùy thuộc vào loại đầu báo sử dụng.
Hệ thống báo cháy thông minh là sản phẩm của sự phát triển khoa học công nghệ, mang lại nhiều tính năng vượt trội so với các hệ thống báo cháy truyền thống Không chỉ đơn thuần thông báo cháy theo địa chỉ, hệ thống này còn tự động đo lường các thông số môi trường như nhiệt độ và nồng độ khói Đặc biệt, người dùng có thể điều chỉnh ngưỡng tác động của đầu báo cháy theo nhu cầu cụ thể, nâng cao hiệu quả trong việc bảo vệ an toàn.
1.2.3 Các thành phần cơ bản của hệ thống báo cháy tự động a Báo cháy trung tâm
Tủ trung tâm, hay còn gọi là trung tâm điều khiển, là thiết bị thiết yếu trong hệ thống, thường được thiết kế dưới dạng tủ và bao gồm các bo mạch chính Thiết bị này không chỉ cung cấp nguồn điện mà còn phát tín hiệu khi có sự cố xảy ra Nó xử lý thông tin từ các cảm biến đầu vào, giúp phát hiện sự cháy và gửi tín hiệu báo động đến khối đầu ra Ngoài ra, tủ trung tâm còn kiểm tra các hoạt động cơ bản của hệ thống và có khả năng phát hiện, xử lý một số lỗi nhỏ.
Thiết bị đầu vào là thành phần quan trọng trong hệ thống báo cháy, chịu trách nhiệm phát tín hiệu khi phát hiện dấu hiệu của đám cháy Các cảm biến như cảm biến nhiệt, cảm biến khói, cảm biến ánh sáng và cảm biến lửa được sử dụng tùy thuộc vào vị trí lắp đặt Sau khi phát hiện, tín hiệu sẽ được truyền về tủ trung tâm để xử lý Đầu báo khói, là thiết bị giám sát trực tiếp, phát hiện khói và truyền tín hiệu về trung tâm xử lý trong vòng 30 giây Mật độ khói trong môi trường được kiểm soát từ 15% đến 20%, và khi nồng độ vượt quá ngưỡng cho phép (10% đến 20%), thiết bị sẽ phát tín hiệu báo động để trung tâm xử lý kịp thời.
Các đầu báo khói được lắp đặt tại các khu vực như văn phòng, hội trường, kho chứa và những nơi có nguy cơ cháy nổ cao Chúng được chia thành hai loại chính: đầu báo khói dạng điểm và đầu báo khói Beam Đầu báo khói dạng điểm, bao gồm đầu báo ion, hoạt động bằng cách phát hiện sự cản trở của khói đối với dòng ion, gửi tín hiệu báo cháy khi có khói Trong khi đó, đầu báo khói Beam có tầm hoạt động xa, thích hợp cho những khu vực rộng lớn hoặc có trần nhà cao, nơi mà đầu báo quang điện không hiệu quả Ngoài ra, đầu báo nhiệt cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát nhiệt độ môi trường, phát tín hiệu khi nhiệt độ không đạt yêu cầu.
Đầu báo nhiệt được lắp đặt ở những khu vực không thể sử dụng đầu báo khói, như nhà máy, garage, và bếp Có hai loại đầu báo nhiệt: đầu báo cố định, kích hoạt khi nhiệt độ xung quanh đạt mức quy định (55°C, 75°C, 100°C), và đầu báo gia tăng, phát tín hiệu khi nhiệt độ tăng đột ngột khoảng 9°C/phút Bên cạnh đó, đầu báo gas (Gas Detector) là thiết bị giám sát và phát hiện rò rỉ khí gas khi nồng độ vượt quá 0.503% (Propane/Butane), gửi tín hiệu cảnh báo về trung tâm xử lý.
Các đầu báo khí gas thường được lắp đặt gần khu vực có gas như phòng vô gas hoặc kho chứa gas, với độ cao từ 10 - 16cm so với sàn nhà, tuyệt đối không lắp dưới sàn Đầu báo lửa (Flame Detector) là thiết bị cảm ứng tia cực tím từ ngọn lửa, gửi tín hiệu cảnh báo về trung tâm xử lý khi phát hiện cháy Thiết bị này thường được sử dụng ở những khu vực có nguy cơ cao, nơi mà ánh sáng từ ngọn lửa có thể chỉ ra sự hiện diện của cháy, như kho chứa chất lỏng dễ cháy.
Thiết bị này rất nhạy cảm với tia cực tím và đã được nghiên cứu kỹ lưỡng nhằm ngăn chặn hàng giả Đầu dò chỉ kích hoạt tín hiệu báo động cho hệ thống báo cháy trung tâm khi nhận được hai xung cảm ứng tia cực tím trong hai khoảng thời gian khác nhau.
CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG BÁO CHÁY
Mục đích thiết kế
Sử dụng cảm biến khí gas kết nối với Arduino, kết hợp với một Arduino khác điều khiển động cơ, chúng ta có thể phát triển một xe chữa cháy tự động Hệ thống này không chỉ giúp phát hiện khói và khí gas mà còn tự động triển khai các biện pháp chữa cháy, tạo ra một giải pháp hiệu quả cho công tác phòng cháy chữa cháy.
Hệ thống này lý tưởng cho những ngôi nhà có sân vườn rộng rãi và thông thoáng, đảm bảo xe chữa cháy có thể di chuyển dễ dàng.
Sơ đồ khối hệ thống
Chức năng của từng khối
Khối nguồn sử dụng Adapter đầu ra 8,4V DC - 2A để cung cấp điện, trong đó dòng điện đi qua LM2596 giúp hạ áp xuống 3,3V DC cho vi điều khiển ESP32 Nguồn điện này cũng cấp cho cảm biến MQ2 và các linh kiện khác.
Khối cảm biến có chức năng tiếp nhận tín hiệu khí gas từ môi trường xung quanh và truyền tín hiệu đến khối điều khiển khi nồng độ khí gas vượt quá mức an toàn.
Khối xử lý là phần quan trọng tiếp nhận và xử lý tất cả thông tin, tín hiệu từ khối cảm biến Khi có sự cố xảy ra, khối xử lý sẽ xuất tín hiệu cho khối đầu ra để thực hiện các hành động cần thiết.
Khối chấp hành: khi tiếp nhận tín hiệu sẽ tiến hành bơm nước từ nguồn pin có sẵn và cảnh báo cho người dùng khi có sự cố.
KHỐI CHẤP KHỐI XỬ LÝ HÀNH
Hình 2.4 Sơ đồ khối của hệ thống.
Phân tích và lựa chọn
2.3.1 Khối xử lý a Giới thiệu về Arduino
Arduino là một nền tảng vi mạch thiết kế mở, cho phép người dùng xây dựng các dự án điện tử sáng tạo Nền tảng này bao gồm bảng mạch vật lý (vi điều khiển) và phần mềm lập trình IDE (môi trường phát triển tích hợp) chạy trên máy tính, được phát triển và đóng góp bởi cộng đồng người dùng.
Phần cứng Arduino là bộ vi điều khiển bo mạch đơn, bao gồm board mạch nguồn mở dựa trên vi xử lý AVR Atmel 8-bit hoặc ARM Atmel 32-bit Tất cả các bo mạch Arduino đều có vi điều khiển, vì vậy việc học cách sử dụng Arduino đồng nghĩa với việc học cách sử dụng vi điều khiển Mỗi vi điều khiển cho phép đọc và kiểm soát các đầu vào ra khác nhau Để lập trình trên Arduino, người dùng cần phần mềm IDE, cho phép tương tác với môi trường thông qua cảm biến và cơ cấu chấp hành Mã lập trình trong IDE sẽ được tải lên vi điều khiển trên bo mạch Arduino, và người dùng có thể viết chương trình bằng ngôn ngữ C hoặc C++ trên máy tính cá nhân.
Arduino là một nền tảng lập trình dễ tiếp cận và thân thiện với người mới bắt đầu, cho phép thực hiện nhiều dự án và ứng dụng đa dạng trên các nền tảng khác nhau Môi trường lập trình của Arduino rất hiệu quả, đơn giản và rõ ràng, đồng thời hỗ trợ mã nguồn mở cùng với nhiều phần mềm mở rộng Arduino ESP32 là một trong những phiên bản nổi bật, mang lại nhiều tính năng ưu việt cho người dùng.
ESP32 là một SoC giá rẻ do Espressif Systems phát triển, kế thừa và cải tiến từ ESP8266 Nó có cả phiên bản lõi đơn và lõi kép, sử dụng bộ vi xử lý 32-bit Xtensa LX6 của Tensilica, tích hợp sẵn Wi-Fi và Bluetooth.
Module ESP32 có nhiều ưu điểm nổi bật, tương tự như ESP8266, nhờ vào các thành phần RF tích hợp như bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại nhận tiếng ồn thấp, công tắc ăng-ten, bộ lọc và Balun RF Điều này giúp đơn giản hóa quá trình thiết kế phần cứng, vì người dùng chỉ cần sử dụng rất ít linh kiện bên ngoài.
ESP32 được sản xuất bằng công nghệ 40 nm siêu tiết kiệm năng lượng của TSMC, điều này giúp cho việc thiết kế các ứng dụng chạy bằng pin như thiết bị đeo, thiết bị âm thanh và đồng hồ thông minh trở nên dễ dàng hơn.
Thông số kỹ thuật của ESP32.
ESP32 sở hữu nhiều tính năng vượt trội hơn so với ESP8266, khiến việc tổng hợp tất cả thông số kỹ thuật trở nên khó khăn Dưới đây là một số thông tin quan trọng về thông số kỹ thuật của ESP32.
Bộ vi xử lý LX6 32-bit lõi đơn hoặc lõi kép với xung nhịp lên đến 240 MHz.
520 KB SRAM, 448 KB ROM và 16 KB SRAM RTC.
Hỗ trợ kết nối Wi-Fi 802.11 b/g/n với tốc độ lên đến 150 Mbps.
Hỗ trợ cho cả thông số kỹ thuật Bluetooth v4.2 và BLE cổ điển.
34 GPIO có thể lập trình.
18 kênh SAR ADC 12 bit và 2 kênh DAC 8 bit
Kết nối nối tiếp bao gồm 4 x SPI, 2 x I2C, 2 x I2S, 3 x UART.
Ethernet MAC cho giao tiếp mạng LAN vật lý (yêu cầu PHY bên ngoài).
1 bộ điều khiển host cho SD/ SDIO/ MMC và 1 bộ điều khiển slave cho SDIO/ SPI.
Động cơ PWM và 16 kênh LED PWM.
Khởi động an toàn và mã hóa Flash.
Tăng tốc phần cứng mật mã cho AES, Hash (SHA-2), RSA, ECC và RNG.
ESP32 DevKit - Bo phát triển ESP32 [4].
Espressif Systems đã cho ra mắt nhiều module dựa trên ESP32, trong đó module ESP-WROOM-32 được ưa chuộng nhất Module này tích hợp SoC ESP32, bộ dao động tinh thể 40 MHz, IC Flash 4 MB và một số linh kiện thụ động, mang lại hiệu suất cao cho các ứng dụng IoT.
Hình 2.6 Prinout của ESP- WROOM-32.
Module ESP-WROOM-32 có ưu điểm nổi bật với PCB có các cạnh đúc, cho phép các nhà sản xuất bên thứ ba dễ dàng thiết kế bo break-out tương thích với module này.
ESP32 DevKit Board là một trong những bo mạch phổ biến, sử dụng module ESP-WROOM-32 làm trung tâm Bo mạch này được trang bị nhiều phần cứng bổ sung, giúp lập trình ESP32 dễ dàng hơn và tạo kết nối thuận tiện với các chân GPIO.
Một số thông số khác của module ESP 32.
ESP32 được thiết kế đặc biệt cho các thiết bị di động, thiết bị điện tử đeo được và ứng dụng IoT, với mức tiêu thụ điện năng cực thấp nhờ vào sự kết hợp của các phần mềm độc quyền Bên cạnh đó, ESP32 còn trang bị các tính năng hiện đại như kiểm tra đồng hồ chi tiết, nhiều chế độ năng lượng khác nhau và khả năng điều chỉnh công suất động, giúp tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng.
Mô-đun ESP32 cho phép cấu hình và tùy chỉnh linh hoạt với nhiều tùy chọn ăng-ten khác nhau, như ăng-ten PCB và đầu nối ăng-ten, cùng với các kích thước đèn flash phù hợp với nhu cầu ứng dụng đa dạng Ngoài ra, các mô-đun này còn hỗ trợ tùy chỉnh sản xuất thông qua việc lập trình trước phần sụn ứng dụng, dữ liệu tùy chỉnh và cung cấp chứng chỉ đám mây.
2.3.2 Khối chấp hành a Module L298 Để lái động cơ DC ta sử dụng L298 IC L298 là mạch tích hợp đơn chip có kiểu vỏ công suất 15 chân (multiwatt 15) hoặc PowerSO20 (linh kiện dán công suất) Là IC mạch cầu đôi dual full-bridge) có khả năng hoạt động ở điện thế cao, dòng cao Nó được thiết kế tương thích chuẩn TTL và lái tải cảm kháng như relay, cuộn solenoid, động cơ DC và động cơ bước Nó có chân enable để cho phép hoặc không cho phép IC hoạt động, độc lập với các chân tín hiệu vào Cực phát (emitter) của transistor dưới của mỗi mạch cầu được nối với nhau và nối ra chân ngoài để nối với điện trở cảm ứng dòng khi cần.
Là IC dễ sử dụng, chi phí không quá cao, dễ thao tác, là lựa chọn hàng đầu cho những sản phầm cùng mức giá [5].
Hình 2.7 Sơ đồ chân của động cơ L298.
IC L298 tích hợp 2 tầng công suất (A, B) cho phép tần công suất ngõ ra hoạt động hiệu quả Mạch cầu của IC này có khả năng điều khiển nhiều loại tải cảm thông dụng ở các chế độ khác nhau, tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển ở ngõ vào Dòng điện từ chân ngõ ra chảy qua tải và đến chân cảm ứng dòng, với điện trở ngoài RSA, RSB giúp cảm ứng cường độ dòng điện này một cách chính xác.
Tần ngõ vào: Mỗi cầu được điều khiển bởi 3 cổng ngõ vào In1, In2,
Các chân In chỉ hoạt động khi chân En ở mức cao; khi chân En ở mức thấp, các chân In sẽ bị cấm Tất cả các chân này đều tương thích với chuẩn TTL.
Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H
Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A
Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36Ma
Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 °C)
Nhiệt độ bảo quản: -25°C ~ +130 b Còi báo
Kết luận chương
Cuộc sống hiện đại yêu cầu sản phẩm ngày càng phải tiến bộ và hiệu quả hơn để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng Trong đồ án thiết kế hệ thống báo cháy này, tôi sử dụng các thiết bị linh kiện chính như nguồn DC 8.4V, dây cáp nạp code và động cơ mô tơ, bên cạnh một số thiết bị hỗ trợ khác Để tối ưu hóa và giảm chi phí, các thiết bị và linh kiện được lựa chọn là những giải pháp tối ưu nhất hiện nay Tuy nhiên, do đây là mô hình nên hệ thống chưa thể hoàn toàn giống với những sản phẩm báo cháy trên thị trường.
THIẾT KẾ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
Nguyên lý hoạt động
Hình 3.12 Sơ đồ hoạt động của hệ thống.
Toàn bộ quá trính của hệ thống báo cháy được chia làm 3 bước nhỏ:
Khi nồng độ khí gas trong khu vực cảm biến tăng cao, cảm biến sẽ ghi nhận tín hiệu và truyền về vi xử lý để thông báo về sự bất thường trong không khí Vi xử lý sẽ tiến hành tính toán để xác định xem nồng độ khí gas có vượt quá ngưỡng cho phép hay không.
Khi khối điều khiển phát hiện có sự cháy, vi xử lý sẽ gửi tín hiệu đến khối đầu ra để thông báo cho người dùng và thực hiện các nhiệm vụ đã được lập trình trước đó.
Khi khối đầu ra nhận tín hiệu từ khối xử lý, hệ thống sẽ phát ra cảnh báo cho mọi người trong khu vực về nguy cơ xảy ra sự cố Đồng thời, máy bơm sẽ được kích hoạt và di chuyển đến vị trí sự cố để nhanh chóng dập tắt đám cháy.
Bắt đầu nồng Khi độ khói tăng
Cảm biến gửi tín hiệu
Phát tín hiệu cảnh báo
Vxl xử thông lý tin
Máy bơm bắt đầu chạy thúc Kết
Hình 3.13 Sơ đồ thuật toán.
Thiết kế mạch và tạo chương trình
3.2.1 Thiết kế phần cứng của mạch Để thiết kế phần cứng cho mạch, ta sử dụng phần mềm Altium designer để thiết kế Một số đặc trưng của Altium:
Giao diện thiết kế, quản lý và chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản lý file, quản lý phiên bản cho các tài liệu thiết kế.
Hệ thống cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho thiết kế tự động, bao gồm đi dây tự động theo thuật toán tối ưu và phân tích lắp ráp linh kiện Nó cũng giúp tìm kiếm giải pháp hiệu quả cho các thiết kế, nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong quá trình phát triển sản phẩm.
Mở, xem và in các file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ các thông tin linh kiện, netlist, dữ liệu bản vẽ, kích thước, số lượng.
Hệ thống các thư viện linh kiện phong phú, chi tiết và hoàn chỉnh bao gồm tất cả các linh kiện nhúng, số, tương tự.
Đặt và chỉnh sửa đối tượng trên các lớp cơ khí là bước quan trọng trong quy trình thiết kế PCB Định nghĩa các luật thiết kế giúp đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của mạch Tùy chỉnh các lớp mạch in cho phép tối ưu hóa không gian và hiệu suất Quá trình chuyển đổi từ sơ đồ nguyên lý (schematic) sang PCB cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo tính tương thích Cuối cùng, việc đặt vị trí linh kiện trên PCB phải được thực hiện một cách hợp lý để tối ưu hóa khả năng hoạt động của mạch.
Mô phỏng mạch PCB 3D cung cấp hình ảnh trung thực của mạch điện trong không gian ba chiều, hỗ trợ tích cực cho MCAD-ECAD Nó cho phép liên kết trực tiếp với mô hình STEP, đồng thời hỗ trợ cả mạch 2D và 3D.
Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA và ngược lại.
Các bước tạo một project cho mạch
Bước một: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng của phầm mềm Hoặc thay thế bằng tổ hợp phím Windows > DXP.
Bước hai: Tạo project mới cho dự án.
Tiếp tục thao tác như (Hình 3.3) để tạo một project mới bằng các bước chọn sau: File > New > Project > PCB Project.
Hình 3.14 Các bước tạo một project cơ bản.
Bước ba: Add mạch nguyên lý vào project để thực hiện vẽ mạch.
Tiếp tục chuột phải vào project vừa tạo chọn “Add New to Project” > Schematic, sau đó tiến hành vẽ mạch
Để thêm mạch nguyên lý vào dự án, bạn cần truy cập thư viện để tìm kiếm các linh kiện cần thiết Hãy nhớ lưu lại bản nháp thường xuyên trong quá trình vẽ mạch để tránh mất dữ liệu do sự cố không mong muốn.
Sau khi hoàn tất việc vẽ mạch, chúng ta sẽ có được bản mạch nguyên lý và mạch in, từ đó tiến hành các bước tiếp theo như khoan, gắn và hàn linh kiện, nhằm hoàn thiện phần cứng cho sản phẩm.
Hình 3.16 Mạch nguyên lý sau khi vẽ hoàn thành.
3.2.2 Tạo chương trình hoạt động
IDE là phần mềm chuyên dụng để lập trình cho Arduino, mang lại môi trường mở cho người dùng Với tính năng miễn phí về tài nguyên và bản quyền, IDE khuyến khích mọi người đóng góp ý kiến để phát triển hơn nữa Người dùng có quyền sửa đổi, phát triển và nâng cấp phần mềm, nhưng cần tuân thủ các quy tắc chung của nhà phát triển Tuy nhiên, một số phần của IDE không được phép thay đổi hoặc xóa bỏ.
Arduino IDE sử dụng ngôn ngữ lập trình C/C++, giúp lập trình viên dễ dàng thiết kế chương trình cho bo mạch Arduino Mọi chương trình viết bằng C/C++ đều được IDE nhận diện Chương trình mới được tạo ra bởi phần mềm IDE được gọi là sketch, có đuôi ".ino".
Các bước tạo một chương trình cơ bản:
Bước một: Khởi động chương trình từ màn hình chính.
Hình 3.17 Màn hình khởi động của Arduino IDE.
Từ màn hình desktop nhấp kích vào biểu tượng Arduino để mở được chương trình.
Bước hai: Tiếp đến tiến hành viết chương trình cho project.
Sau khi khởi động chương trình, bạn cần lưu một tệp chương trình mới để bắt đầu viết mã Tệp mới này được gọi là sketch, và nó hiển thị trong cửa sổ giao diện với hai hàm cơ bản là setup() và loop() Toàn bộ chương trình sẽ được phát triển trong hai hàm chính này.
Hàm setup() được sử dụng để khởi động chương trình, bao gồm việc khởi tạo biến, thiết lập chế độ chân cho việc nhận hoặc xuất tín hiệu, và gọi tên các thư viện cần thiết Lưu ý rằng hàm setup() chỉ được thực hiện một lần trong quá trình hoạt động của mạch.
Hàm Loop () được khởi tạo sau khi hàm setup () hoàn tất, thiết lập giá trị ban đầu cho chương trình Như tên gọi, hàm này tạo ra một vòng lặp liên tục, cho phép chương trình thực hiện các thay đổi và phản hồi một cách linh hoạt.
Sử dụng thanh công cụ phần mềm để hỗ trợ và kiểm tra trong quá trình lập trình hệ thống Bấm các nút tương ứng để biên dịch và nạp chương trình vào bo mạch.
Hình 3.18 Giao diện của phần mềm.
Bước ba: Sau khi tiến hành viết chương trình xong, cần kiểm tra lại chương trình và nạp code vào mạch để tiến hành chạy sản phẩm.
Mô hình sản phẩm thực tế
Dưới đây là một số hình ảnh của mô hình sản phẩm, sau 7 tuần tìm hiểu và bắt tay vào thực hiện dự án này.
Hình 3.19 Xe robot chứa máy bơm.
Hình 3.20 Mặt dưới của robot.
Hình 3.10 Tổng quan về mô hình.
Sau khi hoàn thành mô hình này, tôi đã tích lũy được nhiều kiến thức hữu ích cho công việc và cuộc sống tương lai Mặc dù đề tài không mới, nhưng nó vẫn mang tính quan trọng trong thực tiễn hàng ngày, đặc biệt là trong bối cảnh khí hậu của đất nước Dưới đây là một số kết quả mà tôi đã đạt được trong quá trình thực hiện đồ án.
Nhỏ gọn, cơ động tín hiệu phản hồi nhanh.
Vận hành và xử lý được các vấn đề của mô hình.
Cách thức hoạt động đơn giản.
Chi phí thi công không quá cao.
Dễ dàng lắp đặ và thực hiện
Trong thời gian nghiên cứu đề tài, về tính khả quan mô hình đem lại thì em thấy còn có một số mặt tồn tại sau:
Chưa khai thác được toàn vẹn tính năng của vi xử lý.
Chưa xác định được chính xác vị trí cháy.
Chỉ áp dụng được trong một khu vực nhỏ, chưa có tính cơ động cao.
Xe chữa cháy di chuyển chưa có tính chính xác cao.
Chữa cháy nhưng chưa có nước để mô phỏng.
Hướng phát triển của đề tài
Do thời gian nghiên cứu và phát triển đề tài còn hạn chế, mô hình tái lập vẫn còn nhiều tồn tại, đặc biệt là về mặt cơ khí chưa đạt yêu cầu thẩm mỹ và thiết bị chưa được tối ưu về hiệu năng Để cải thiện sản phẩm này, tôi có một số định hướng phát triển sau.
Sử dụng nhiều loại cảm biến khác nhau để phát hiện, cảnh báo nhiều loại nguồn có khả năng gây cháy.
Kết hợp với IoT (Internet of Thing) để tạo ra ngôi nhà thông minh
Cải thiện về mặt cơ khí, tốc độ, khoảng cách, thời gian chờ của xe chữa cháy.
Tiến hành xây dựng, phát triển đề tài yêu cầu nhiều yêu cầu kỹ thuật cao hơn.
Kết hợp với điện toán đám mây để kiểm soát và quản lý hệ thống dữ liệu tự động qua server.
