BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO, PHÒNG CHỐNG HỎA HOẠN VÀ RÒ RỈ KHÍ GAS GVHD : Hà A Thời SVTH1: Trần Minh Tâm MSSV : 15141277 SVTH2: Đỗ Thị Huê MSSV : 15141168 Tp Hờ Chí Minh – 6/2019 i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO, PHÒNG CHỐNG HỎA HOẠN VÀ RÒ RỈ KHÍ GAS II NHIỆM VỤ Các số liêu ban đầu: Hệ thống cảnh báo hỏa hoạn rò rỉ khí gas được thực hiện với các số liệu ban đầu sau: - Hệ thống thu thập dữ liệu từ cảm biến lửa, nhiệt độ, khí gas - Hiển thị giá trị thu thập được lên LCD trang web Thingspeak.com để theo dõi nồng độ khí gas, nhiệt độ phòng - Nếu phát hiện có gas, lửa hay nhiệt độ quá cao sẽ báo động bằng cách gọi, gửi tin nhắn cho người sử dụng mở quạt thông gió nhằm làm giảm nồng độ khí gas không khí, kích hoạt máy bơm hoạt động dập tắt lửa Nội dung thực hiên: - Lên ý tưởng đồ án - Tìm hiểu về linh kiện sử dụng - Thiết kế, thi công khối cảm biến đo nhiệt độ, cảm biến phát hiện lửa, cảm biến rò rỉ khí gas - Thiết kế khối giao tiếp ngoại vi, lấy sở dữ liệu trực tuyến thông qua Internet, truyền nhận thông tin giữa trạm phụ trạm trung tâm - Vẽ lưu đồ giải thuật ii - Thiết kế thi công hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas - Lắp ráp các khối vào mô hình - Chạy thử nghiệm hệ thống - Cân chỉnh hệ thống - Viết luận văn - Báo cáo đề tài tốt nghiệp III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/02/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/06/2019 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Thầy Hà A Thồi CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH iii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Đỗ Thị Huệ Lớp:15141DT1C Họ tên sinh viên 2: Trần Minh Tâm Lớp:15141DT2A Tên đề tài: Thiết kế và thi công thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas Tuần/ngày Tuần (18/2 – 24/2) Tuần (25/2 – 3/3) Tuần (4/3 – 10/3) Tuần (11/3 – 17/3) Tuần (18/3 – 24/3) Tuần (25/3 – 31/3) Tuần (1/4 – 7/4) Tuần 10 (8/4 – 14/4) Tuần 11 (15/4 – 21/4) Tuần 12 (22/4 – 28/4) Tuần 13 (29/4 – 5/5) Tuần 14 (6/5 – 12/5) Tuần 15 (13/5 – 19/5) GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) v LỜI CAM ĐOAN Nhóm sinh viên – Đỗ Thị Huệ Trần Minh Tâm xin cam đoan đồ án nhóm tự thực hiện dưới sự hướng dẫn thầy Hà A Thồi Nhóm chỉ tham khảo các tài liệu trước đó các nghiên cứu mạng online Kết quả công bố khóa luận tốt nghiệp trung thực không chép từ tài liệu hay công trình có trước đó Tp.HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2019 SV thực hiện đồ án ( Ký ghi rõ họ tên) Trần Minh Tâm Đỗ Thị Huê vi LỜI CẢM ƠN Nhóm thực hiện đồ án xin được gửi lời cảm ơn đặc biệt đến giảng viên hướng dẫn thầy Hà A Thồi vì giúp đỡ nhóm quá trình thực hiện đồ án, người đưa hướng nghiên cứu, giải đáp thắc mắc, tận tình quan sát nhóm làm việc Trong quá trình thực hiện nhóm tiếp thu được những kiến thức thực tế cách làm việc nghiêm túc, hiệu quả từ thầy Nhóm em xin gửi lời tri ân thành nhất đến các quý thầy cô khoa Điện điện tử hỗ trợ chúng em về những kiến thức nền tảng vững vàng, tạo điều kiện tốt nhất cho sinh viên quá trình học tập nghiên cứu Sự hỗ trợ thầm lặng vô quan trọng từ gia đình bạn bè động lực để nhóm có thể làm việc hết khả hồn thành đờ án mợt cách tớt nhất Một lần nữa nhóm vô hân hạnh được làm sinh viên trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, học trò những giảng viên đầy tâm huyết, lời cảm ơn sự ghi nhận sâu sắc mà nhóm muốn gửi đến thầy cô, gia đình bạn bè vii MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv LỜI CAM ĐOAN vi LỜI CẢM ƠN vii MỤC LỤC viii DANH SÁCH HÌNH ẢNH xii DANH SÁCH BẢNG VE xv TÓM TẮT xvi Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU CÁC LOẠI KHÍ GAS TRONG CÔNG NGHIỆP 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Ứng dụng khí gas công nhiệp 2.1.2.1 Ứng dụng ngành thực phẩm 2.1.2.2 Ứng dụng thiết bị gia dụng 2.1.2.3 Ứng dụng làm nhiên liệu khí đốt 2.1.3 Tính chất nguy hiểm cháy, nổ gas 2.2 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ 2.2.1 Khái niệm 2.2.2 Phân loại cảm biến nhiệt độ 2.3 GIỚI THIỆU TIA LỬA ĐIỆN 2.3.1 Khái niệm 2.3.2 Điều kiện tạo tia lửa điện 2.3.3 Ứng dụng 2.4 GIỚI THIỆU MẠNG DI ĐỘNG GSM 2.5 CÁC LOẠI MODULE SIM TRÊN THỊ TRƯỜNG 11 2.5.1 Nguyên lý hoạt động 12 2.5.1.1 Giao tiếp UART với vi điều khiển 12 2.5.1.2 Tập lệnh AT 12 viii 2.6 BỘ THU PHÁT SÓNG VÔ TUYẾN (RF) CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 2: Hình ảnh ban đầu khối xử lý trung tâm Khi khối thu thập cập nhật thông tin phát hiện lửa, gas sẽ truyền dữ liệu cho khối xử lý trung tâm Hình 3: Hệ thống phát hiện có gas Khi phát hiện gas hệ thống sẽ nhắn tin thơng báo cho người dùng BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 78 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 4: Hệ thống nhắn tin cho người dùng Hình 5: Hệ thống phát hiện lửa BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 79 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 6: Hệ thống gọi điện thông báo phát hiện lửa Đồng thời, những thông tin đó sẽ được cập nhập lên trang Web Thingspeak.com nhờ module thu phát sóng Wifi ESP8266 Hình 7: Thông tin cảm biến được cập nhật Thingspeak BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 80 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn rò rỉ khí gas với mục đích hạn chế sự tổn thất về người tài sản So với mục tiêu ban đầu đặt ra, nhóm hoàn thành được 95% Dưới ưu điểm hệ thống ❖ Ưu điểm - Giải quyết được các vấn đề đặt đề tài - Hệ thống tiêu thụ điện ít - Dễ quan sát, dễ sử dụng - Có nguồn dự phòng cung cấp cho mạch - Chi phí thấp - Phát hiện được lửa khí gas nhanh chóng Tuy nhiên mô hình nên sự thiếu sót điều không thể tránh khỏi ❖ Nhược điểm - Khoảng cách truyền nhận không xa - Mô hình chưa gọn - Chỉ xử lý được lửa tầm phát hiện cảm biến 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Hệ thống cần được chỉnh sửa để hòa chỉnh hơn, dưới những vấn đề nhóm đề nhằm hoàn thiện để hệ thống gần với thực tế - Sử dụng camera tích hợp phát hiện lửa, khói nhiệt độ - Sử dụng module thu phát sóng RF có ăng ten tăng độ chính xác truyền xa (Module thu phát sóng RF CC2530) - Thiết kế Web tự tạo để có giao diện mới - Sử dụng van ngắt gas tự đợng BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo [1] Huỳnh Ngọc Văn, Giáo trình điện tử công suất, Đại học SPKT Tp.HCM 2014 [2] Đoàn Thanh Đủ, “Hệ thống giám sát báo động khí gas ”, Đờ án tớt nghiệp, trường ĐHSPKT Tp.HCM, 2018 [2] Trần Thu Hà, Giáo trình Điện tử bản, Đại học SPKT Tp.HCM 2013 [3] Nguyễn Đình Phú, Giáo Trình: Vi Xử Lý , Xuất bản ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2016 [3] Phạm Quang Huy, Nguyễn Cảnh Trung, Lập Trình Điều Khiển Với Arduino, NXB Khoa Học Kỹ Thuật [4] Trương Đình Nhơn, Phạm Quang Huy, Hướng Dẫn Sử Dụng Arduino, NXB Đại Học Quốc Gia TPHCM [5] Micheal McRoberts, Beginning Arduino, Technology In Action, 2010 [6] Lê Mỹ Hà, KS Phạm Quang Huy, Lập Trình Iot Với Arduino, NXB Thanh Niên Trang Web tham khảo [1] www.alldatasheet.com [2] http://www.datasheetcatalog.com/ [3] https://arduino.cc Trích dẫn [1] https://vov.vn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 82 PHỤ LỤC PHỤ LỤC ❖ Chương trinh khôi thu thâp dư liêu #include #include #include #include #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); const int DHTPIN = 6; const int DHTTYPE = DHT22; uint8_t *_str_stransmit1; DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); RF24 radio(7, 8); const byte addresses[][6] = {"00001", "00002"}; typedef struct { struct { float temp; float humi; }sensor_dht22; struct { int flame; }flame_sensor; struct { int gas; }gas_sensor; }SENSOR_DATA_PROTO; SENSOR_DATA_PROTO sensor; void Delay(float delayTime, void (func)()) { unsigned long endTime = millis() + delayTime; while(millis() < endTime) { func(); } } void read_sensor() { sensor.sensor_dht22.temp = dht.readTemperature(); sensor.sensor_dht22.humi = dht.readHumidity(); sensor.flame_sensor.flame = digitalRead(3); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 83 PHỤ LỤC if (sensor.flame_sensor.flame == 0) { digitalWrite(2,1); } else { digitalWrite(2,0); sensor.gas_sensor.gas = digitalRead(4); if (sensor.gas_sensor.gas == 0) { digitalWrite(5,1); } else { digitalWrite(5,0); } radio.write(&sensor, sizeof(sensor)); } void trans_uart() { _str_stransmit1 = (uint8_t *) & sensor; for(uint8_t i = ; i < sizeof(SENSOR_DATA_PROTO)/sizeof(uint8_t); i++) { Serial.write(_str_stransmit1[i]); } } void setup() { pinMode(2,OUTPUT); pinMode(5,OUTPUT); pinMode(3,INPUT); pinMode(4,INPUT); Serial.begin(9600); dht.begin(); radio.begin(); radio.openWritingPipe(addresses[1]); // 00002 radio.openReadingPipe(1, addresses[0]); // 00001 radio.stopListening(); radio.setPALevel(RF24_PA_MAX); lcd.begin(16,2); lcd.init(); lcd.backlight(); } void loop() { BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 84 PHỤ LỤC read_sensor(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("ND:"); lcd.setCursor(3,0); lcd.print(round(sensor.sensor_dht22.temp)); lcd.setCursor(5,0); lcd.print((char)223); lcd.print("C"); lcd.setCursor(8,0); lcd.print("Lua:"); lcd.setCursor(12,0); lcd.print(sensor.flame_sensor.flame); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("DA:"); lcd.setCursor(3,1); lcd.print(round(sensor.sensor_dht22.humi)); lcd.setCursor(5,1); lcd.print("%"); lcd.setCursor(8,1); lcd.print("Gas:"); lcd.setCursor(12,1); lcd.print(sensor.gas_sensor.gas); read_sensor(); trans_uart(); Delay(2000,read_sensor); } ❖ Chương trinh code khôi xư ly trung tâm #include #include #include #include "SoftwareSerial.h" SoftwareSerial sim800a(5,6); String SDT="0985881306"; #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); RF24 radio(7,8); const byte addresses[][6] = {"00001", "00002"}; typedef struct { struct { BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 85 PHỤ LỤC float temp; float humi; }sensor_dht22; struct { int flame; }flame_sensor; struct { int gas; }gas_sensor; }SENSOR_DATA_PROTO; SENSOR_DATA_PROTO sensor; void at(String _atcm,unsigned long _dl) { sim800a.print(_atcm+"\r\n"); delay(_dl); } void send_sms() { sim800a.println("AT+CMGF=1 delay(100); sim800a.println("AT+CMGS=\"+84985881306\"\r"); delay(100); sim800a.println("NHA CO GAS"); delay(100); sim800a.println((char)26); delay(500); } void print_lcd() { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("ND:"); lcd.setCursor(3,0); lcd.print(round(sensor.sensor_dht22.temp)); lcd.setCursor(5,0); lcd.print((char)223); lcd.setCursor(6,0); lcd.print("C"); lcd.setCursor(7,0); lcd.print(" "); lcd.setCursor(8,0); lcd.print("Lua:"); lcd.setCursor(12,0); lcd.print(sensor.flame_sensor.flame); lcd.setCursor(0,1); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 86 PHỤ LỤC lcd.print("DA:"); lcd.setCursor(3,1); lcd.print(round(sensor.sensor_dht22.humi)); lcd.setCursor(5,1); lcd.print("%"); lcd.setCursor(6,1); lcd.print(" "); lcd.setCursor(7,1); lcd.print(" "); lcd.setCursor(8,1); lcd.print("Gas:"); lcd.setCursor(12,1); lcd.print(sensor.gas_sensor.gas); delay(500); } void setup() { Serial.begin(9600); lcd.begin(16,2); lcd.init(); lcd.backlight(); radio.begin(); radio.openWritingPipe(addresses[0]); radio.openReadingPipe(1, addresses[1]); radio.setPALevel(RF24_PA_MAX); sim800a.begin(9600); at("AT",1000); } void loop() { delay(5); radio.startListening(); if (radio.available()) { radio.read(&sensor, sizeof(sensor)); } print_lcd(); if(sensor.flame_sensor.flame == 0) { at("ATD"+SDT+";",500); } else { radio.read(&sensor, sizeof(sensor)); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 87 PHỤ LỤC print_lcd(); } if(sensor.gas_sensor.gas == 0) { send_sms(); } else { radio.read(&sensor, sizeof(sensor)); print_lcd(); } } ❖ Chương trinh code cho ESP #include String apiKey = "RTJKZ8RB0VPR3CRL"; const char *ssid = "captian roger"; const char *pass = "tamkool1997"; const char* server = "api.thingspeak.com"; WiFiClient client; typedef struct { struct { float temp; float humi; }sensor_dht22; struct { float flame; }flame_sensor; struct { float gas; }gas_sensor; struct { String TT="OK"; }Status; }SENSOR_DATA_PROTO; SENSOR_DATA_PROTO sensor; #define MAX_SIZE_ARRAY 255 uint8_t array_data_rec[MAX_SIZE_ARRAY]; uint8_t lenght_data_array; boolean check_data; BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 88 PHỤ LỤC uint8_t *_str_data_rec1; void setup() { Serial.begin(9600); delay(10); Serial.println("Connecting to "); Serial.println(ssid); WiFi.begin(ssid, pass); } while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print("."); } Serial.println(""); Serial.println("WiFi connected"); check_data = false; void loop() { if(Serial.available()) { lenght_data_array = 0; while(Serial.available()) { array_data_rec[lenght_data_array++] = Serial.read(); check_data = true; delay(10); } } if(check_data) { _str_data_rec1 = (uint8_t *)&sensor; memcpy(_str_data_rec1,array_data_rec,lenght_data_array); } Serial.println(sensor.sensor_dht22.temp); Serial.println(sensor.sensor_dht22.humi); Serial.println(sensor.gas_sensor.gas); Serial.println(sensor.flame_sensor.flame); check_data = false; if (client.connect(server,80)) { String postStr = apiKey; BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 89 PHỤ LỤC postStr +="&field1="; postStr += String(sensor.sensor_dht22.temp); postStr +="&field2="; postStr += String(sensor.sensor_dht22.humi); postStr += "\r\n\r\n"; client.print("POST /update HTTP/1.1\n"); client.print("Host: api.thingspeak.com\n"); client.print("Connection: close\n"); client.print("X-THINGSPEAKAPIKEY:"+apiKey+"\n"); client.print("Content-Type: application/xwww-form-urlencoded\n"); client.print("Content-Length: "); client.print(postStr.length()); client.print("\n\n"); client.print(postStr); Serial.print("Temperature: "); Serial.print(sensor.sensor_dht22.temp); Serial.print(" degrees Celcius, Humidity:"); Serial.print(sensor.sensor_dht22.humi); Serial.println("% Send to Thingspeak."); } client.stop(); Serial.println("Waiting "); delay(1000); } ❖ Chương trinh code cho khôi may bơm const int trig = const int echo = const int relay = bool relay_status 8; 7; 6; = 0; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(trig,OUTPUT); pinMode(relay,OUTPUT); pinMode(echo,INPUT); } void loop() { unsigned long duration; int distance; BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 90 PHỤ LỤC digitalWrite(trig,0); delayMicroseconds(2); digitalWrite(trig,1); delayMicroseconds(5); digitalWrite(trig,0); duration = pulseIn(echo,HIGH); distance = int(duration/2/29.412); if (distance >= 11 ) { digitalWrite(relay,HIGH); relay_status = 1; } if (distance == 6) { digitalWrite(relay,LOW); relay_status = 0; } Serial.print(distance); Serial.println("cm"); delay(1000); } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 91 PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 92 ... Khóa: I TÊN ĐỀ TÀI: THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO, PHÒNG CHỐNG HỎA HOẠN VÀ RÒ RỈ KHÍ GAS II NHIỆM VỤ Các số liêu ban đầu: Hệ thống cảnh báo hỏa hoạn rò rỉ khí gas được thực... TÍNH TOÁN VÀ THI? ??T KẾ HỆ THỐNG 3.1 GIỚI THI? ??U VỀ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THI? ??T KẾ CHI TIẾT HỆ THỐNG 3.2.1 Thi? ?́t kế sơ đồ khố 3.2.1 Tính toán thi? ?́t k 3.2.1.1... người sử dụng 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Đối với đồ án: ? ?Thi? ??t kế và thi công thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas? ?? thi? ? nợi dung cần thực hiện bao gờm: • NỘI DUNG 1: