(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công hệ thống báo cháy sử dụng công nghệ iot

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BÁO CHÁY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IOT GVHD: NGUYỄN MINH TÂM SVTH: BÙI NGUYỄN NHẬT TÂN MSSV: 16141270 SVTH: MAI TRỌNG KHÁNH MSSV: 16141180 SKL 0 7 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2020 an 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 BÁO CHÁY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IOT GVHD: PGS.TS Nguyễn Minh Tâm SVTH: Bùi Nguyễn Nhật Tân - 16141270 Mai Trọng Khánh - 16141180 Tp Hồ Chí Minh - 8/2020 an TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp HCM, ngày tháng năm 2020 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Bùi Nguyễn Nhật Tân MSSV: 16141270 MSSV: 16141180 Mai Trọng Khánh Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2016 Lớp: 1614DT2 I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BÁO CHÁY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IOT II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: Hệ thống giám sát báo động phát lửa ,khí gas nhấn nút cảnh báo thực với số liệu ban đầu sau: - Hệ thống thu thập liệu nồng độ khí gas theo giá trị % để giám sát nồng độ khí gas có khơng khí, phát có lửa hay không, đồng thời đo nhiệt độ độ ẩm khơng khí - Hiển thị giá trị thu thập LCD trang web để theo dõi tình trạng nồng độ khí gas, nhiệt độ, độ ẩm, lửa khơng khí - Nếu phát nồng độ khí gas khơng khí tăng lên, có lửa nút cảnh báo nhấn báo động thơng qua cịi báo động, tin nhắn sms i an Nội dung thực - Xác định mục tiêu giới hạn đề tài - Tìm hiểu sở lý thuyết - Thiết kế thi công mạch nguồn - Thiết kế khối cảm biến, khối hiển thị, khối báo động chỗ, khối up liệu lên web, khối báo động qua tin nhắn - Thiết kế thi công xử lí thứ cấp, xử lí trung tâm - Viết code cho Arduino Mega 2560, nodeMCU ESP8266 - Tạo tài khoản web 000webhost để liên kết đưa liệu lên - Thiết kế hộp bảo vệ cho board mạch - Chỉnh sửa lỗi điều khiển, lỗi lập trình lỗi thiết bị - Chạy thử nghiệm hệ thống - Cân chỉnh hệ thống - Viết luận văn - Báo cáo đề tài tốt nghiệp III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 9/3/2020 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 11/8/2020 V HỌ VÀ TÊN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Minh Tâm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự - Hạnh phúc Bộ Môn Điện Tử Cơng Nghiệp Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Bùi Nguyễn Nhật Tân MSSV: 16141270 Họ tên sinh viên: Mai Trọng Khánh MSSV:16141180 Lớp: 16141DT2 Tên đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Hệ Thống Báo Cháy Sử Dụng Công Nghệ IOT Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD - Gặp GVHD để phổ biến quy định: thực Tuần chọn đề tài, tên đề tài, thời gian làm việc (9/3 – 18/3) - Duyệt đề tài - Viết đề cương cho đề tài - Tìm kiếm kiến thức, thông tin đặc Tuần tính nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng khơng khí phịng mong muốn (23/3 – 29/3) - Tìm hiểu cảm biến sử dụng đề tài - Tìm hiểu cách thức lập trình ứng dụng thiết kế Web Server Tuần - Thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức (30/3 – 5/4) - Tính tốn lựa chọn linh kiện cho khối Tuần - Thiết kế sơ đồ nguyên lý giải thích hoạt (6/4 – 12/4) động mạch iii an Tuần (13/4 – 19/4) Tuần (20/4 – 26/4) - Thi cơng mạch, xây dựng mơ hình - Lập trình hệ thống - Thiết kế Web Server - Thi công mạch, xây dựng mơ hình - Lập trình hệ thống - Thiết kế Web Server Tuần - Thi công mạch, xây dựng mơ hình (27/4 – 3/5) - Lập trình hệ thống - Thiết kế Web Server Tuần (4/5 – 10/5) Tuần (11/5 – 17/5) Tuần 12 (8/6 – 14/6) - Thi công mạch, xây dựng mô hình - Lập trình hệ thống - Thiết kế Web Server - Thi cơng mạch, xây dựng mơ hình - Lập trình hệ thống - Thiết kế Web Server - Kiểm tra, hồn thiện mơ hình, chạy thử sửa lỗi - Viết báo cáo Tuần 13 - Hoàn thiện mơ hình, chạy thử sửa lỗi (15/6 – 21/6) - Viết báo cáo Tuần 15 (22/6 – 28/6) Tuần 16 (29/7 – 5/7) -Hoàn thiện, chỉnh sửa báo cáo gửi cho GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước in báo cáo -Làm slide, báo cáo với GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iv iv an LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Mai Trọng Khánh Bùi Nguyễn Nhật Tân v an LỜI CẢM ƠN Nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Minh Tâm trực tiếp hướng dẫn, góp ý, chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu, tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để chúng em hồn thành tốt đề tài Nhóm em xin gửi lời chân thành cảm ơn thầy, cô Khoa Điện - Điện Tử tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đề tài Nhóm gửi lời đồng cảm ơn đến bạn lớp 1614DT2 chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài Cảm ơn đến cha mẹ tạo điều kiện tốt kinh tế tinh thần để hoàn thành tốt đề tài Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Mai Trọng Khánh Bùi Nguyễn Nhật Tân vi an MỤC LỤC Trang phụ bìa Nhiệm vụ đồ án……………………………………………… ……… ….i Lịch trình …………………………………………………………………iii Cam đoan …………………………………………………….……………v Lời cảm ơn………………………………………………………… ……vi Mục lục……………………………………………………………………vii Liệt kê hình vẽ………………………………………………………………x Liệt kê bảng vẽ ……………………………………………………………xiii Tóm tắt …………………………………………………………………….xiv CHƯƠNG TỔNG QUAN……………………………………… 1.1 Đặt vấn đề………………………………………………………….… 1.2 Mục tiêu…………………………………………………………… ….1 1.3 Nội dung nghiên cứu……………………………… ……………… …2 1.4 Giới hạn…………………………………………………………… … 1.5 Bố cục đề tài………………………………………………… …… ….3 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT…………………………….… 2.1 Tổng quan hệ thống IOT………………………………………… …4 2.2 Giới thiệu thiết bị vào sử dụng đề tài ………………………7 2.3 Giới thiệu phần cứng………………………………………………… …7 2.3.1 Board Adruino Mega 2560………………………………………… …7 2.3.2 Giới thiệu LCD 16x2…………………………………………….…… 11 2.3.3 Module cảm biến khí gas MQ2……………………………….… ……13 2.3.4 Module giao tiếp Wifi ESP8266 node MCU……………………… ….15 2.3.5 Module cảm biến độ ẩm nhiệt độ DHT11………………….…… …16 2.3.6 Cảm biến lửa…………………………………………………… …… 19 an vii 2.3.7 Modue Sim900A…………………………………………………… 21 2.3.8 Khối ngõ công suất……………………………………………… 23 2.4 Chuẩn truyền liệu nối tiếp Uart……………………………… …… 24 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ……………… ….……28 3.1 Giới thiệu……………………………………………………….… 28 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống………………………………… …28 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống …………………………… … … 28 3.2.2 Tính tốn thiết kế ………………………………………….… 29 3.2.3 Sơ đồ ngun lí tồn hệ thống………………………….………….35 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG …………………….…… …38 4.1 Giới thiệu…………………………………….…………….…… … 38 4.2 Thi công hệ thống……………………………………………… … 38 4.2.1 Thi công bo mạch…………………………………………….…… ……38 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra……………………………………………………….41 4.3 Đóng gói thi cơng mơ hình………………….… ……………… …… 43 4.3.1 Đóng gói điều khiển…………………….…………………… ….… 43 4.3.2 Thi cơng mơ hình……………………………………….………… ……43 4.4 Lập trình hệ thống………………………………………………… ….… 45 4.4.1 Lưu đồ giải thuật………………………………………………… …… 45 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển…………………….…… ………52 4.4.3 Phần mềm lập trình cho Web………………………… ………… ….…55 4.4.4 Cơng cụ lập trình Web Server…………………………………… ….….56 4.5 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác……… ………………… ……57 an viii void SendESP8266() { // A[lửa Có or khơng]B[nhiệt độ]C[độ ẩm]D[khí ga]E[trạng thái bơm]F[trạng thái quạt]G[trạng thái cảnh báo]H[Chế độ]J ChuoiSendESP = ; bien++; ChuoiSendESP = A + TrangThai_CbLua + B + nhietdo + C + doam + D + GiatriCBga + E + TrangthaiBom + F + TrangthaiQuat + G + TrangthaiCanhBao + H + chedo + J; Serial.print(bien); Serial.print( ChuoiSendESP = ); Serial.println(ChuoiSendESP); Serial3.println(ChuoiSendESP); } void CanhBao() { if (digitalRead(Btn_CanhBao) == LOW) { while (1) { if (digitalRead(Btn_CanhBao) == HIGH) { delay(100); biencanhbao++; if (biencanhbao % == 1) { TrangthaiCanhBao = 1; an 80 Serial.println( =>ON Cảnh Báo ); digitalWrite(RL_CanhBao, HIGH); //digitalWrite(RL_Quat, HIGH); sendSMS(textSMS1); LCD_1(); break; } else { TrangthaiCanhBao = 0; Serial.println( =>OFF Cảnh Báo ); digitalWrite(RL_CanhBao, LOW); //digitalWrite(RL_Quat, LOW); break; } } } } } void SoSanh() { // so sánh lửa có lửa kích relay bơm if (TrangThai_CbLua == && (GiatriCBga > && GiatriCBga 0) ) { //Serial.println( Co Lua => ON BOM ); digitalWrite(RL_Bom, HIGH); an 81 digitalWrite(RL_CanhBao, HIGH); digitalWrite(RL_Quat, HIGH); TrangthaiBom = 1; TrangthaiQuat = 1; TrangthaiCanhBao = 1; sendSMS(textSMS4); LCD_3(); } else if (TrangThai_CbLua == && (GiatriCBga > && GiatriCBga 0) ) { //Serial.println( Khong Lua => OFF BOM ); digitalWrite(RL_Bom, LOW); digitalWrite(RL_CanhBao, LOW); digitalWrite(RL_Quat, LOW); TrangthaiBom = 0; TrangthaiQuat = 0; TrangthaiCanhBao = 0; hienthiLCD(); } // SO sánh khí Ga > 200 Quạt chạy ngược lại OFF quạt else if (TrangThai_CbLua == && (GiatriCBga > && GiatriCBga = 35 && nhietdo < 50) ) { //Serial.println( Co nd => ON Quat cb ); digitalWrite(RL_Bom, LOW); digitalWrite(RL_CanhBao, HIGH); an 82 digitalWrite(RL_Quat, HIGH); TrangthaiBom = 0; TrangthaiQuat = 1; TrangthaiCanhBao = 1; sendSMS(textSMS2); LCD_4(); } else if (TrangThai_CbLua == && (GiatriCBga >= 200 && GiatriCBga = && nhietdo < 34) ) { //Serial.println( co ga => OFF Quat va canh bao ); digitalWrite(RL_Bom, LOW); digitalWrite(RL_CanhBao, HIGH); digitalWrite(RL_Quat, HIGH); TrangthaiBom = 0; TrangthaiQuat = 1; TrangthaiCanhBao = 1; sendSMS(textSMS3); LCD_2(); } else if (TrangThai_CbLua == && (GiatriCBga < 200 && GiatriCBga > 0) && (nhietdo >= && nhietdo < 34) ) { //Serial.println( tat ga => OFF het ); digitalWrite(RL_Bom, LOW); digitalWrite(RL_CanhBao, LOW); an 83 digitalWrite(RL_Quat, LOW); TrangthaiBom = 0; TrangthaiQuat = 0; TrangthaiCanhBao = 0; } } void Read_CamBienGa() { GiatriCBga = 0; GiatriCBga = analogRead(CB_ga); Serial.print( Ga: ); Serial.println(GiatriCBga); } void Read_DHT() { nhietdo = 0; doam = 0; doam = dht.readHumidity(); nhietdo = dht.readTemperature(); Serial.print( nhiệt độ: ); Serial.println(nhietdo); Serial.print( độ ẩm: ); Serial.println(doam); } void Read_CamBienLua() an 84 { // khơng có lửa = ngược lại = 0; TrangThai_CbLua = 1; TrangThai_CbLua = digitalRead(CB_lua); Serial.print( lửa: ); Serial.println(TrangThai_CbLua); } void Read_Uart() { while (Serial3.available()) { lastMsg = millis(); char inChar = (char)Serial3.read(); inputString += inChar; if (inChar == '\n') { stringComplete = true; } if (stringComplete) { lastMsg = millis(); Serial.print( Chuoi nhan duoc = ); Serial.println(inputString); int TimA, TimB , TimC , TimD , TimE, TimF , TimJ , TimK = -1; TimA = inputString.indexOf( A ); an 85 TimB = inputString.indexOf( B ); TimC = inputString.indexOf( C ); TimD = inputString.indexOf( D ); TimE = inputString.indexOf( E ); TimF = inputString.indexOf( F ); TimJ = inputString.indexOf( J ); TimK = inputString.indexOf( K ); if (TimA >= && TimB >= 0) { chedo = inputString.substring(TimA + , TimB ).toInt(); Trangthai_BtnCheDo = digitalRead(Btn_CheDo); TrangthaiBom = 0; TrangthaiQuat = 0; TrangthaiCanhBao = 0; TrangThai_CbLua = 1; GiatriCBga = 0; nhietdo = 0; doam = 0; biencanhbao = 0; bienbom = 0; bienquat = 0; digitalWrite(RL_Bom, LOW); digitalWrite(RL_Quat, LOW); digitalWrite(RL_CanhBao, LOW); Read_DHT(); Read_CamBienLua(); an 86 Read_CamBienGa(); hienthiLCD(); SendESP8266(); lastMsg = millis(); } if (TimC >= && TimD >= 0) { bienquat++; if (bienquat % == 1) { Serial.println( => ON Quạt ); digitalWrite(RL_Quat, HIGH); TrangthaiQuat = 1; } else { Serial.println( => OFF Quạt ); digitalWrite(RL_Quat, LOW); TrangthaiQuat = 0; } Read_DHT(); Read_CamBienLua(); Read_CamBienGa(); hienthiLCD(); SendESP8266(); lastMsg = millis(); } an 87 if (TimE >= && TimF >= 0) { bienbom++; if (bienbom % == 1) { Serial.println( => ON BOM ); digitalWrite(RL_Bom, HIGH); TrangthaiBom = 1; } else { Serial.println( => OFF BOM ); digitalWrite(RL_Bom, LOW); TrangthaiBom = 0; } Read_DHT(); Read_CamBienLua(); Read_CamBienGa(); hienthiLCD(); SendESP8266(); lastMsg = millis(); } if (TimJ >= && TimK >= 0) { biencanhbao++; if (biencanhbao % == 1) { an 88 TrangthaiCanhBao = 1; Serial.println( =>ON Cảnh Báo ); digitalWrite(RL_CanhBao, HIGH); } else { TrangthaiCanhBao = 0; Serial.println( =>OFF Cảnh Báo ); digitalWrite(RL_CanhBao, LOW); } Read_DHT(); Read_CamBienLua(); Read_CamBienGa(); hienthiLCD(); SendESP8266(); lastMsg = millis(); } inputString = ; stringComplete = false; lastMsg = millis();; } } } void hienthiLCD() { lcd.setCursor(0, 0); an 89 lcd.print( ND: ); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print( DA: ); lcd.setCursor(3, 0); lcd.print(nhietdo); lcd.write(223); lcd.print( C ); lcd.setCursor(3, 1); lcd.print(doam); lcd.print( % ); Serial.println(); // delay(1000); lcd.setCursor(9, 0); lcd.print( Gas: ); lcd.setCursor(13, 0); lcd.print(GiatriCBga); lcd.print( ); delay(500); lcd.setCursor(9, 1); lcd.print( Lua: ); if (TrangThai_CbLua == HIGH) { lcd.setCursor(13, 1); lcd.print( Ko ); } else an 90 { lcd.setCursor(13, 1); lcd.print( Co ); } } void LCD_1() { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print( CANH BAO ); // delay(3000); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print( CANH BAO ); delay(3000); } void LCD_2() { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print( CANH BAO ); // delay(3000); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print( RO RI KHI GAS ); delay(3000); } void LCD_3() { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print( CANH BAO ); // delay(3000); an 91 lcd.setCursor(0, 1); lcd.print( PHAT HIEN LUA ); delay(3000); } void LCD_4() { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print( CANH BAO ); // delay(3000); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print( NHIET DO CAO ); delay(3000); } void Send_AT_Comment() { delay(500); while (Serial.available()) { Sim_Serial.write(Serial.read()); } while(Sim_Serial.available()) { Serial.write(Sim_Serial.read()); } } void sendSMS(String message) { an 92 Serial.println( Initializing ); delay(1000); Sim_Serial.println( AT ); Send_AT_Comment(); Sim_Serial.println( AT+CSQ ); Send_AT_Comment(); Sim_Serial.println( AT+CCID ); Send_AT_Comment(); Sim_Serial.println( AT+CREG? ); Send_AT_Comment(); Sim_Serial.println( AT+CMGF=1 ); Send_AT_Comment(); Sim_Serial.println( AT+CMGS=\ +84343381474\ ); Send_AT_Comment(); Sim_Serial.print(message); Send_AT_Comment(); Sim_Serial.write(26); } an 93 an ... em chọn đề tài ? ?Thi? ??t kế thi công hệ thống báo cháy sử dụng công nghệ IOT? ?? làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp 1.2 MỤC TIÊU ? ?Hệ thống báo cháy sử dụng công nghệ IOT? ?? phát dấu hiệu cháy nổ, khí nguy... MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BÁO CHÁY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IOT GVHD: PGS.TS... tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2016 Lớp: 1614DT2 I TÊN ĐỀ TÀI: THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BÁO CHÁY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IOT II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: Hệ thống giám sát báo động phát lửa ,khí