Hiện nay, các vụ hỏa hoạn ở nhà ở và chung cư có xu hướng tăng trở lại sau đại dịch với gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Các hệ thống báo cháy trên thị trường thường phải lắp đặt cùng với hệ thống mạng lưới điện trong nhà dẫn đến hao phí tài nguyên, chi phí đắt đỏ và khó bảo trì, sửa chữa. Cũng vì thế, các hệ thống báo cháy trong nhà thường ít phổ biến mặc dù rất quan trọng. Cùng với sự phát triển của IOT, các nghiên cứu và thiết kế hệ thống báo cháy không dây và thông minh gây thu hút vì không bị ràng buộc kết nối dây dẫn và thiết bị, độc lập với mạng lưới điện trong nhà mà vẫn thực hiện nhiệm vụ báo cháy. Dữ liệu sau khi được đẩy lên Cloud trung gian, người dùng có thể theo dõi và nhận được cảnh báo từ xa thông qua ứng dụng trên điện thoại hay web... Khóa luận sẽ trình bày về hệ thống báo cháy không dây thông minh gồm hai phần là mô hình hệ thống mạch Master – Slave và ứng dụng giám sát trên điện thoại Android tên là IOT FireAlarm UET. Hệ thống mạch Master – Slave ngoài việc sử dụng mạng không dây (Wifi) còn sử dụng giao thức ESPNOW để truyền tin. Ngoài ra, hệ thống áp dụng phương pháp học máy SVM để nhận diện đám cháy thật, giảm những trường hợp báo cháy nhầm do nhiễu. Nội dung của khóa luận sẽ tập trung vào thiết kế và các giải pháp báo cháy của hệ thống.
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Đỗ Thái Vũ
NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO
CHÁY TRONG NHÀ THÔNG MINH
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử, viễn thông
HÀ NỘI - 2023
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Đỗ Thái Vũ
NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO
CHÁY TRONG NHÀ THÔNG MINH
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử, viễn thông
Cán bộ hướng dẫn: TS Mai Linh
HÀ NỘI - 2023
Trang 3TÓM TẮT
Tóm tắt: Hiện nay, các vụ hỏa hoạn ở nhà ở và chung cư có xu hướng tăng trở lại sau
đại dịch với gây thiệt hại lớn về người và tài sản Các hệ thống báo cháy trên thị trường thường phải lắp đặt cùng với hệ thống mạng lưới điện trong nhà dẫn đến hao phí tài nguyên, chi phí đắt đỏ và khó bảo trì, sửa chữa Cũng vì thế, các hệ thống báo cháy trong nhà thường
ít phổ biến mặc dù rất quan trọng Cùng với sự phát triển của IOT, các nghiên cứu và thiết kế
hệ thống báo cháy không dây và thông minh gây thu hút vì không bị ràng buộc kết nối dây dẫn và thiết bị, độc lập với mạng lưới điện trong nhà mà vẫn thực hiện nhiệm vụ báo cháy Dữ liệu sau khi được đẩy lên Cloud trung gian, người dùng có thể theo dõi và nhận được cảnh báo từ xa thông qua ứng dụng trên điện thoại hay web Khóa luận sẽ trình bày về hệ thống báo cháy không dây thông minh gồm hai phần là mô hình hệ thống mạch Master – Slave và ứng dụng giám sát trên điện thoại Android tên là IOT FireAlarm UET Hệ thống mạch Master – Slave ngoài việc sử dụng mạng không dây (Wifi) còn sử dụng giao thức ESP-NOW để truyền tin Ngoài ra, hệ thống áp dụng phương pháp học máy SVM để nhận diện đám cháy thật, giảm những trường hợp báo cháy nhầm do nhiễu Nội dung của khóa luận sẽ tập trung vào thiết kế và các giải pháp báo cháy của hệ thống
Từ khóa: Báo cháy thông minh, mô hình Master-Slave, giao thức ESP-NOW,
phương pháp SVM
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Khóa luận “Nghiên cứu và thiết kế hệ thống báo cháy thông minh” là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS Mai Linh
Tất cả tham khảo từ các nghiên cứu liên quan đều được nêu nguồn gốc rõ ràng trong danh mục tài liệu tham khảo của khóa luận này Trong khóa luận này, không có việc sao chép tài liệu, công trình nghiên cứu của người khác mà không chỉ rõ về tài liệu tham khảo
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023
SINH VIÊN
ĐỖ THÁI VŨ
Trang 5LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến Tiến sĩ Mai Linh - người đã động viên, chỉ bảo và hướng dẫn tận tâm trong khoảng thời gian tôi thực hiện khóa luận Kiến thức và kinh nghiệm làm việc thầy chia sẻ là hành trang giúp tôi hoàn thiện bản thân, có những bước tiến đầu tiên trên con đường sự nghiệp trong tương lai
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi đến quý thầy cô trong khoa Điện tử - Viễn thông nói riêng và trường Đại học Công nghệ - Đại học quốc gia Hà Nội nói chung, những người đã tận tình truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng tôi với tất
cả nhiệt huyết và tri thức trong bốn năm chúng tôi được học tại trường
Tôi xin tỏ sự biết ơn đến hội đồng Khóa luận tốt nghiệp vì những góp ý hay để hoàn thiện quyển luận trong thời gian bảo vệ Cùng với đó, tôi xin gửi đến thầy cô phản biện đã đóng góp, đưa ra ý tưởng để hoàn thiện khóa luận
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy ở văn phòng Kỹ thuật máy tính đã giúp đỡ và quan tâm, đưa ra lời khuyên trong thời gian tôi hoàn thiện và bảo vệ thử khóa luận
Tôi xin cảm ơn tới các anh chị và các bạn đã cùng tôi đi qua những năm tháng sinh viên, đặc biệt là các thành viên trông lớp K64 – DACLC2 đã giúp đỡ tôi, đưa ra những lời khuyên chân thành nhất trong suốt quá trình học tập trên giảng đường đại học, thực hiện đề tài
Cuối cùng, tôi xin gửi tới gia đình, bạn thân đã luôn ủng hộ, tin tưởng và luôn là chỗ dựa tinh thần vững chắc cho tôi
Mặc dù tôi đã cố gắng hoàn thiện khóa luận bằng tất cả sự nhiệt huyết và nỗ lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiết sót và hạn chế, tôi mong được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn
Hà Nội, ngày …tháng … năm 2023
SINH VIÊN
ĐỖ THÁI VŨ
Trang 6
MỤC LỤC
TÓM TẮT i
LỜI CAM ĐOAN ii
LỜI CẢM ƠN iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC HÌNH VẼ vii
DANH MỤC CÁC BẢNG ix
DANH MỤC CÁC TỪ TIẾNG VIỆT VIẾT TẮT x
DANH MỤC CÁC TỪ TIẾNG ANH VIẾT TẮT xi
DANH MỤC CÁC TỪ TIẾNG ANH xii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 3
1.1 Thực trạng hiện nay 3
1.2 Các hệ thống báo cháy tự động phổ biến trên thị trường 5
1.2.1 Nguyên lý hoạt động của các hệ thống báo cháy tự động hiện nay 5
1.2.2 Hệ thống báo cháy thông thường (Conventional fire alarm system) 5
1.2.3 Hệ thống báo cháy địa chỉ (Addressable fire alarm system) 6
1.2.4 Một số thiết bị phòng cháy, chữa cháy phổ biến trên thị trường 7
1.3 Sơ lược về khóa luận 7
CHƯƠNG 2 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 8
2.1 Tiêu chuẩn thiết kế 8
2.2 Đặc tính kỹ thuật 8
CHƯƠNG 3 QUẢN LÝ KHÓA LUẬN 10
3.1 Phân bố thời gian công việc 10
3.2 Thông số kỹ thuật của linh kiện 11
CHƯƠNG 4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18
4.1 Vi xử lý và vi điều khiển 18
4.2 Mô hình TCP/IP 20
4.3 Giao thức truyền tin 22
4.3.1 Wifi – Mạng không dây LAN IEEE 802.11 22
4.3.2 GSM – Mô hình mạng 2G 23
4.3.3 Giao thức ESP-NOW 24
4.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các cảm biến 26
Trang 74.4.2 Cảm biến phát hiện hồng ngoại (Flame Sensor) 29
4.4.3 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 29
4.5 Mô hình học máy SVM (Support Vector Machine) 31
4.5.1 Phương pháp SVM 31
4.5.1.1 Bài toán Hard-Margin 31
4.5.1.2 Bài toán Soft-Margin 33
4.5.2 Thủ thuật Kernel 34
4.5.3 Thông số trong mô hình SVC 36
4.5.4 Đánh giá hiệu năng học máy bằng thực nghiệm 37
CHƯƠNG 5 PHƯƠNG PHÁP 40
5.1 Kết nối phần cứng 40
5.1.1 Mạch Slave 40
5.1.2 Mạch Master 42
5.2 Áp dụng phương pháp SVM vào mô hình học máy 45
5.2.1 Tiến hành lấy mẫu 45
5.2.2 Chia tập, chuẩn hóa hệ số Scale 46
5.2.3 Chọn kernel cho mô hình SVC, giá trị của hệ số C và (γ) gamma 46
5.3 Lập trình cho hệ thống mạch 47
5.3.1 Lập trình trên mạch Slave 47
5.3.1.1 Thu thập dữ liệu từ cảm biến và quy đổi đúng đơn vị đo 48
5.3.1.2 Sử dụng học máy dự đoán đám cháy 49
5.3.1.3 Đẩy dữ liệu lên Firebase 49
5.3.1.4 Giao tiếp giữa mạch Slave và Master 51
5.3.2 Lập trình trên mạch Master 52
5.3.2.1 Lắng nghe và nhận dữ liệu từ các mạch Slave 52
5.3.2.2 Lập trình ngưỡng cảnh báo theo màu đèn LED 52
5.3.2.3 Điều khiển SIM800L gửi tin nhắn SMS đến người dùng 53
5.4 Thiết kế ứng dụng IOT FireAlarm UET trên thiết bị Android 54
5.4.1 Liên kết Firebase và ứng dụng IOT FireAlarm UET 54
5.4.2 Thiết kế giao diện ứng dụng 55
5.4.2.1 Giao diện đăng ký, đăng nhập, lấy lại mật khẩu 56
5.4.2.2 Thiết kế giao diện màn hình hoạt động chính 57
5.4.2.3 Thiết kế giao diện màn hình chi tiết 57
5.4.3 Lập trình cho ứng dụng IOT FireAlarm UET 57
5.4.3.1 Các dịch vụ của Firebase 57
5.4.3.2 Xử lý bắt và nhận dữ liệu 58
5.4.3.3 Tạo danh sách tên các phòng và trạng thái ở MainActivity 59
5.4.3.4 Thay đổi màn hình nền ở DetailActivity 59
5.4.3.5 Các biện pháp báo cháy 60
CHƯƠNG 6 KẾT QUẢ 61
6.1 Kết quả huấn luyện mô hình học máy 61
Trang 86.2 Kết quả thiết kế hệ thống mạch 62
6.2.1 Mạch Slave 62
6.2.2 Mạch Master 63
6.3 Kết quả thiết kế ứng dụng IOT FireAlarm UET 65
6.3.1 Đăng ký, đăng nhập, reset tài khoản 65
6.3.2 Hiển thị danh sách các phòng và chi tiết 66
6.3.3 Thông báo sự cố đến người dùng 67
CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN 69
7.1 Đóng góp của khóa luận 69
7.2 Hạn chế và khó khăn của khóa luận 70
7.3 Đề xuất hướng phát triển tiếp theo của hệ thống 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71
PHỤ LỤC 73
Trang 9DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Thống kê về số vụ hỏa hoạn 4
Hình 1.2 Thống kê về thiệt hại 4
Hình 1.3 Minh họa về hệ thống báo cháy thường (Zone) 6
Hình 1.4 Hệ thống báo cháy địa chỉ (Loop) 6
Hình 3.1 Thời gian thực hiện khóa luận 10
Hình 3.2 Vi điều khiển ESP-32 11
Hình 4.1 Thành phần của vi xử lý 18
Hình 4.2 Thành phần của vi điều khiển 19
Hình 4.3 Mô hình TCP/IP 20
Hình 4.4 Hệ thống di động chia tế bào 23
Hình 4.5 So sánh mô hình ESP-NOW với OSI 25
Hình 4.6 Nguyên lý hoạt động của cảm biến khí 27
Hình 4.7 Giá trị 𝑅𝐿 trên Module MQ 28
Hình 4.8 Sơ đổi quy đổi PPM của MQ2 trong datasheet 28
Hình 4.9 Nguyên lý hoạt động của Flame Sensor 29
Hình 4.10 Quan hệ giữa nhiệt điện trở và nhiệt độ 30
Hình 4.11Chất giữ nền 𝐶3 trong DHT11 30
Hình 4.12 Đọc cảm biến DHT11 31
Hình 4.13 Bài toán Hard-Margin 31
Hình 4.14 Lề 32
Hình 4.15 Bài toán Soft-Margin 33
Hình 4.16 Thủ thuật Kernel 35
Hình 4.17 Vùng tương tự của các điểm 36
Hình 5.1 Schematic của mạch Slave 41
Hình 5.2 Thiết kế PCB của mạch Slave 42
Hình 5.3 Schematic của mạch Master 44
Hình 5.4 Thiết kế PCB cho mạch Master 44
Hình 5.5 Một số hình ảnh lấy mẫu 45
Hình 5.6 Một số điểm lấy mẫu 46
Hình 5.7 Giá trị Mean và Scale áp dụng vào mô hình 46
Hình 5.8 Hệ số kép của vector hỗ trợ áp dụng vào mô hình 47
Hình 5.9 Quy đổi đơn vị đo PPM 48
Hình 5.10 Thuật toán SVM- sử dụng kernel RBF 49
Hình 5.11 Cú pháp đẩy dữ liệu lên Firebase 50
Hình 5.12 Quyền yêu cầu trên Firebase 50
Hình 5.13 Sơ đồ cây trên Firebase 50
Hình 5.14 Truyền và nhận dữ liệu từ Slave – Master 51
Hình 5.15 Gửi và nhận thành công từ giao tiếp ESP-NOW trên Slave-Master 52
Hình 5.16 Lập trình ngưỡng cảnh báo bằng các LED khác màu 53
Trang 10Hình 5.17 Mã SHA-1 của Project 54
Hình 5.18 Tải và đưa file google-services vào dự án 55
Hình 5.19 Quan hệ giữa giao diện và xử lý hành động 56
Hình 5.20 Thiết kế giao diện đăng ký đăng nhập, lấy lại mật khẩu 56
Hình 5.21 Thiết kế giao diện chi tiết của phòng 57
Hình 5.22 Quản lý tài khoản trên Firebase 58
Hình 5.23 Tham chiếu trong sơ đồ cây Real-time Database 58
Hình 5.24 Lập trình ngưỡng trên ứng dụng 60
Hình 6.1 Kết quả huấn luyện trên tập thử nghiệm 61
Hình 6.2 Mạch Slave 62
Hình 6.3 Gửi dữ liệu đến Master và Firebase thành công 63
Hình 6.4 Mạch Master 63
Hình 6.5 Mạch Master ở điều kiện sạch và khi cảnh báo ngưỡng 64
Hình 6.6 Nhận và gửi tin nhắn thành công từ Master 64
Hình 6.7 Mạch Master, Slave IOT FireAlarm báo cháy 65
Hình 6.8 Đăng ký, đăng nhập, gửi lại mật mẩu 65
Hình 6.9 Thao tác quên mật khẩu 66
Hình 6.10 Giao diện màn hình chính 66
Hình 6.11 Màn hình dữ liệu chi tiết của phòng 67
Hình 6.12 Yêu cầu gọi đến SĐT đã cung cấp 67
Hình 6.13 Gửi thông báo và rung chuông điện thoại 68
Trang 11DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1 Thống kế từ cục PCCC&CNCH 4
Bảng 2-1 Đơn vị đo lường và điện áp tiêu thụ 9
Bảng 3-1 Danh sách linh kiện và mô tả 12
Bảng 4-1 CISC và RISC 18
Bảng 4-2 Kiến trúc của hệ thống GSM 24
Bảng 4-3 Cấu tạo của cảm biến khí 26
Bảng 4-4 Các kernel thường dùng trong mô hình SVM 35
Bảng 4-5 Ý nghĩa ma trận confusion 38
Bảng 5-1 Danh sách các chân kết nối của ESP32 trong Slave 40
Bảng 5-2 Danh sách liên kết nguồn nuôi mạch Slave 41
Bảng 5-3 Danh sách các chân kết nối của ESP32 trong Master 42
Bảng 5-4 Danh sách liên kết nguồn nuôi mạch Slave 43
Bảng 5-5 Tập lệnh AT trong gửi tin nhắn SMS 53
Bảng 5-6 Các Shared Preferences sử dụng trong dự án 59
Bảng 5-7 Các hàm định nghĩa lại trong RoomAdapter 59
Bảng 6-1 Ma trận Confusion của hệ thống 61
Bảng 6-2 Hệ số đánh giá hiệu năng học máy 62
Trang 12DANH MỤC CÁC TỪ TIẾNG VIỆT VIẾT TẮT
PCCC&CNCH Phòng cháy chữa cháy và cứu nạn cứu hộ
Trang 13DANH MỤC CÁC TỪ TIẾNG ANH VIẾT TẮT
DACT Digital Alarm Communication Transmitter
DCP Digital Communication Protocol
SIA Security Industry Association
CLSS Connected Life Safety Services
ISA Instruction set architecture
CPU Central Processing Unit
MIPS Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages
BoM Firebase Android Bill of Materials
SDK Software Development Kit
API Application Programming Interface
ppm Part per million
IP Internet Protocol
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers TCP/ IP Transmission Control Protocol/ Internet Protocol OSI Open System Interconnection
SHA-1 Secure Hash Algorithm 1
JSON JavaScript Object Notation
Trang 14DANH MỤC CÁC TỪ TIẾNG ANH
Control Panel Trung tâm điều khiển
Loop Explorer Ứng dụng Loop Explorer
Self-Test detector technology Công nghệ dò tự kiểm tra
Tool Build Gradle Công cụ xây dựng Gradle trong Android
Androidx Phiên bản cải tiến của thư viện hỗ trợ Android
DMIPS Một loại thước đo hiệu năng của vi xử lý
Trang 15Với sự phát triển của Internet vạn vật (IOT), các hệ thống không dây thông minh đang được nghiên cứu và thiết kế Đối với hệ thống báo cháy không dây thông minh, ngoài việc có nguồn nuôi độc lập với mạng lưới điện trong nhà, hệ thống cần phải báo cháy nhanh và chính xác Ngoài ra phải gửi thông báo đến người dùng khi xảy ra sự cố hoặc cảnh báo vượt ngưỡng
Hệ thống được thiết kế trong khóa luận sẽ đi theo hướng này và vẫn sẽ giữ lại một số ưu điểm của các hệ thống báo cháy cũ như hệ thống báo cháy địa chỉ (nhận định đích danh thiết bị nào báo cháy), cảnh báo các khí dễ cháy, khí gây ngạt (CO,
𝐶𝑂2 ) khi vượt ngưỡng cho phép Ngoài ra, hệ thống có các điểm mới như là giao tiếp giữa mạch Trung tâm (Master) và các mạch báo cháy (Slave) là giao tiếp không cần dây dẫn giữa các thiết bị để quản lý hệ thống, cách mạch Slave sẽ được ứng được áp dụng phương pháp học máy SVM với các mẫu đã được lấy từ chính các mạch Slave để đưa ra dự đoán phân biệt hỏa hoạn thật hay giả Khóa luận cũng trình bày về ứng dụng trên điện thoại Android IOT FireAlarm UET giúp người dùng theo dõi được tình trạng khu vực giám sát bởi các thông số như nhiệt độ, nồng độ khói
Các biện pháp báo cháy đưa ra từ hệ thống là ánh sáng từ các đèn LED, âm thanh còi báo, gửi tin nhắn SMS, thông báo và yêu cầu gọi điện trên điện thoại của người chủ
Khóa luận gồm 7 chương:
Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 2: Đặc tính kỹ thuật và tiêu chuẩn thiết kế
Chương 3: Quản lý khóa luận
Chương 4: Cơ sở lý thuyết
Chương 5: Phương pháp
Chương 6: Kết quả
Trang 16Chương 7: Kết luận
Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn hẹp, nên khóa luận đề cập chưa được tối ưu và không tránh khỏi sai sót Tôi rất hy vọng được lắng nghe ý kiến đóng góp để hoàn thiện khóa luận và có thêm kiến thức quý báu trong công việc sau này
Trang 17CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Thực trạng hiện nay
Hiện nay, số vụ cháy nổ diễn ra có dấu hiệu quay trở lại sau đại dịch Các vụ cháy gây thiệt hại lớn về tính mạng và vật chất Đáng nói, thiệt hại của các vụ hỏa hoạn ngày càng nghiêm trọng
Gần đây, các vụ hỏa hoạn liên quan đến khu vực dân cư có xu hướng tăng lên Theo thống kê của Cục Cảnh sát PCCC [1]:
+ Tháng 11/2022, toàn quốc xảy ra 198 vụ cháy làm chết 07 người, bị thương 03 người, thiệt hại về tài sản ước tính 52,78 tỷ đồng; xảy ra 285 vụ sự cố chạm chập thiết
bị điện trên cột điện, trong nhà
+ So với tháng 10/2022: số vụ cháy tăng 94 vụ (chiếm 90,38%, 198/104 vụ), tăng thêm 05 người chết (07 người chết), giảm 04 người bị thương (3 người chết), thiệt hại tài sản tăng lên 21,69 tỷ đồng (52,78 tỷ đồng); số vụ sự cố cháy tăng 19 vụ (chiếm 7,14%, 285/266 vụ); số vụ nổ tăng 01 vụ (02 vụ), giảm 01 người bị chết (00/01 người)
và tăng 02 người bị thương (02/00 người)
+So với cùng kỳ năm 2021: Số vụ cháy tăng 66 vụ (+50%, 198/132 vụ), tăng 05 người chết (07/02 người), giảm 10 người bị thương (03/13 người), thiệt hại về tài sản tăng 47,79 tỷ đồng (52,78/4,99 tỷ đồng); số vụ sự cố cháy tăng 106 vụ (+59,2%, 285/179 vụ); số vụ nổ tăng 01 vụ (02/01 vụ), giảm 01 người chết (00/01 người), tăng
02 người bị thương (02/00 người)
Theo thống kê của Hiệp hội Phòng cháy chữa cháy Hoa Kỳ (NFPA) [2], một số nguyên nhân gây ra cháy nổ trong nhà ở như sau :
+ Cháy liên quan đến nấu nướng
+ Cháy gây ra bởi các đồ tạo nhiệt
Trang 18Hình 1.1 Thống kê về số vụ hỏa hoạn
Hình 1.2 Thống kê về thiệt hại
Các phương án chữa cháy chỉ thực hiện khi vụ hỏa hoạn diễn ra, điều này là không nên và đôi khi gây nguy hiểm đến lực lượng cứu hỏa Như vậy, công tác PCCC cần phải có giải pháp thông báo nguy cơ cháy đến chủ sở hữu, cơ quan tổ chức chữa cháy trong khu vực
Trang 191.2 Các hệ thống báo cháy tự động phổ biến trên thị trường
Theo tiêu chuẩn TCVN 5738:2021 [3] Một hệ thống báo cháy phổ biến chung bao gồm: Bộ TTĐK, thiết bị đầu vào (Cảm biến khói, lửa, gas…), thiết bị đầu ra (Loa, còi, đèn, bảng hiển thị phụ…)
1.2.1 Nguyên lý hoạt động của các hệ thống báo cháy tự động hiện nay
Quy trình hoạt động của hệ thống báo cháy là một quy trình khép kín Khi có hiện tượng về sự cháy (ví dụ như nồng độ khói gia tăng, chất lượng không khí giảm, nhiệt độ tăng lên đột ngột, …), các thiết bị đầu vào phát hiện các biểu hiện trên và gửi tín hiệu về TTĐK
Tại đây, TTĐK xử lý thông tin, xác định được vị trí vụ cháy (bằng phương pháp quản lý khu vực(Zone) hoặc phương pháp quản lý địa chỉ(Loop) ) và gửi tín hiệu điều khiển đến thiết bị đầu ra ( chuông, còi, đèn, bảng hiển thị phụ), các thiết bị sẽ phát ra
âm thanh, tín hiệu để cảnh báo mọi người xung quanh
Xét theo kỹ thuật, các hệ thống báo cháy tự động trên thị trường có thể chia thành 2 loại phổ biến:
1.2.2 Hệ thống báo cháy thông thường (Conventional fire alarm system)
Các thiết bị báo cháy được mắc nối với nhau trong cùng một khu vực (zone) Khi xảy ra sự cố, Trung tâm báo cháy chỉ nhận được thông báo khu vực nào cháy mà không chính xác thiết bị nào báo cháy
Một số đặc điểm của hệ thống báo cháy Zone:
+ Zone là nhiều thiết bị nằm trên một đường dây tín hiệu, khi xảy ra hỏa hoạn hệ thống đó sẽ cho biết được khu vực nào xảy ra cháy chứ không biết được xảy ra ở vị trí
cụ thể nào
+ Có thể lắp đặt các thiết bị báo cháy khác nhau trong cùng 1 zone
+ Hệ thống báo cháy Zone cần phải có quy ước từ trước
+ Trong hệ thống Zone, sẽ có một dòng điện đi qua thiết bị trên đường mạch tín hiệu và quay về Trung tâm điều khiển Nếu đường dây đó bị đứt, dòng điện trong hệ thống sẽ giảm, Trung tâm sẽ báo về lỗi này
Hình 1.3 minh họa về Hệ thống báo cháy thường (zone)
Trang 20Hình 1.3 Minh họa về hệ thống báo cháy thường (Zone)
1.2.3 Hệ thống báo cháy địa chỉ (Addressable fire alarm system)
Hệ thống báo cháy địa chỉ (hay hệ thống báo cháy Loop) có tính kỹ thuật cao, từng thiết bị được nối trực tiếp đến trung tâm báo cháy nên khi xảy ra sự cố, Trung tâm sẽ biết chính xác thiết bị nào báo cháy
Một số đặc điểm của hệ thống báo cháy Loop:
+ Số địa chỉ tối đa: Khuyến cáo chỉ nên sử dụng 70% số địa chỉ tối đa/cho phép
+ Thứ tự và phân bổ các loop: Tùy thuộc vào người thiết kế, tuy nhiên nên thiết
kế sao cho logic, hợp lý
+ Tùy thuộc vào kích cỡ và thiết kế hệ thống, đi dây loop theo mạch vòng khép kín (Stype 7) hay mạch hở (stype 4)
+Đầu báo cháy sẽ báo cháy khi phát hiện nhiệt/khói vượt ngưỡng đã lập trình trước đó
Hình 1.4 minh họa về hệ thống báo cháy địa chỉ
Hình 1.4 Hệ thống báo cháy địa chỉ (Loop)
Trang 211.2.4 Một số thiết bị phòng cháy, chữa cháy phổ biến trên thị trường
Dưới đây là thông tin một vài thiết bị phòng cháy thông dụng của các hãng điện
tử nổi tiếng ở Việt Nam
+ Thiết bị báo cháy Hochiki [4]
Các loại thiết bị báo cháy của Hochiki đã xuất hiện tại Việt Nam khá lâu và cũng
đã có vị thế tại đây Giá của một bộ báo cháy của hãng Hochiki nằm trong khoảng mười triệu đồng
Hệ thống báo cháy địa chỉ FireNET sử dụng giao thức truyền thông số nâng cao
do hãng nghiên cứu phát triển Các bộ Trung tâm báo cháy địa chỉ thường tích hợp thiết bị giao tiếp kỹ thuật số (DACT) với ID liên hệ và định dạng báo cáo SIA Các trung tâm báo cháy thường sử dụng module FN-DAC Digital Alarm Communicator - hình Độ nhạy bén của thiết bị tùy thuộc vào việc lập trình từ FireNET Control Panel hoặc bằng Loop Explorer
+ Thiết bị báo cháy Notifier [5]
Các dòng sản phẩm của Honewell nói chung hay Notifier nói riêng đã có mặt ở rất nhiều nước từ nhiều nước phát triển Giá của 1 bộ báo cháy cơ bản của hãng nằm trong khoảng 8 triệu đồng
Trung tâm báo cháy sử dụng vi xử lý (nổi bật là module SLM-318 Signaling Loop Module -hình) và điều khiển các thiết bị đầu vào sử dụng công nghệ tự dò kiểm tra (Self-Test) và liên kết với nền tảng CLSS trên thiết bị di động
1.3 Sơ lược về khóa luận
Trong đề tài này tập trung vào thiết kế hệ thống báo cháy thông minh ứng dụng cho nhà thông minh Hệ thống gồm 2 phần chính là hệ thống mạch và ứng dụng trên điện thoại Android Hệ thống mạch gồm 2 sản phẩm chính là mạch Slave có nhiệm vụ thu thập dữ liệu và báo cháy, mạch Master làm trung tâm báo cháy, thực hiện nhận dữ liệu từ các mạch Slave và thông báo đến user bằng tin nhắn SMS Hệ thống sử dụng vi điều khiển ESP32 làm trung tâm điều khiển, thực hiện đọc cảm biến, đẩy dữ liệu lên cloud Google Firebase, ứng dụng phương pháp học máy SVM để huấn luyện hệ thống nhằm phân biệt đám cháy thật – giả Dữ liệu hiển thị và thông báo qua điện thoại Android và tin nhắn SMS Ngoài ra, hệ thống sử dụng nguồn điện bằng pin 18650 có mạch bảo vệ và tự động ngừng sạc để độc lập với nguồn điện trong nhà khi xảy ra sự
cố cắt điện
Trang 22CHƯƠNG 2 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ
2.1 Tiêu chuẩn thiết kế
Dựa trên TCVN 5738:2021 [3], hệ thống báo cháy đáp ứng những yêu cầu sau:
- Phát hiện cháy nhanh chóng theo chức năng đã được đề ra;
- Chuyển tín hiệu khi phát hiện cháy thành tín hiệu báo động rõ ràng để những người xung quanh có thể thực hiện ngay các biện pháp thích hợp;
- Báo hiệu nhanh chóng và rõ ràng mọi trường hợp sự cố của hệ thống;
- Yêu cầu về tín hiệu thông báo:
- Đối với thiết bị cảnh báo bằng âm thanh:
+ Phải thông báo đến được đến người trong phòng
- Đối với thiết bị cảnh báo bằng ánh sáng:
+ Được lắp đặt trên hành lang, lối ra thoát nạn;
+ Khu vực yêu cầu hạn chế về âm thanh (ví dụ khu vực phòng mổ trong bệnh viện)
+ Nơi người khiếm thính thường ở;
2.2 Đặc tính kỹ thuật
Hệ thống gồm 2 loại mạch là các mạch slave và mạch master
Mạch Slave – thiết bị báo cháy sử dụng 2 pin 18650 có shield bảo vệ nguồn điện thế 5V/2,2A để cung cấp điện năng cho vi điều khiển ESP32 ESP32 cung cấp điện áp 3,3V để nuôi các cảm biến Danh sách các linh kiện trong mạch Slave
+ Vi điều khiển ESP32 sử dụng chip ESP32-D0WD-V3 (revision 3)
+ Các cảm biến khói MQ2, MQ7, MQ125
+ Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11
+ Cảm biến phát hiện hồng ngoại
+ Còi báo và đèn led
+ Battery sheild 2 Pin Lithium 18650
Đơn vị đo lường và điện áp tiêu thụ của cảm biến trong bảng 2-1
Trang 23Bảng 2-1 Đơn vị đo lường và điện áp tiêu thụ
Tên cảm biến Đối tượng đo Ngưỡng đo Đơn vị đo Dòng tiêu thụ
Vi điều khiển ESP32 sử dụng chip ESP32-D0WD-V3 (revision 3)
+ Phần mềm Altium (bản 17.0.11): sử dụng để vẽ schematic, vẽ mạch PCB
Trang 24CHƯƠNG 3 QUẢN LÝ KHÓA LUẬN
3.1 Phân bố thời gian công việc
Thời gian thực hiện công việc trong khóa luận chi tiết trong hình 3-1
Trang 253.2 Thông số kỹ thuật của linh kiện
Node MCU ESP32-WROOM32 được sử dụng làm vi điều khiển của hệ thống mạch vì:
+ Đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống thiết kế như có nhiều chân ADC, kết nối được Wifi, giao thức ESP-NOW
+ Giá thành phù hợp với các thiết hệ thống nhiều node
+ Quen thuộc và thân thiện với sinh viên, cộng đồng hỗ trợ lớn
Hình 3.2 Vi điều khiển ESP-32
- Điện áp nguồn (USB): 5V DC
- Đầu vào/Đầu ra điện áp: 3,3V DC
- Wifi: 802.11 B/g/n/E/I (802.11N @ 2.4 GHz lên đến 150 Mbit/S)
- GPIO kỹ thuật số: 24 chân (một số chân chỉ làm đầu vào)
- Kỹ thuật số Analog: 12bit SAR loại ADC, hỗ trợ các phép đo trên lên đến 18 kênh, một số chân hỗ trợ một bộ khuếch đại với lập trình tăng
- Công suất tiêu thụ: 5μA trong hệ thống treo chế độ
- Hiệu suất: Lên đến 600 DMIPS
- Bộ nhớ: 448 Kbyte ROM, 520 Kbyte SRAM, 6 Kbyte SRAM trên RTC và QSPI Hỗ trợ đèn flash / SRAM chip
Trang 26Danh sách và mô tả về linh kiện khác sử dụng trong khóa luận trong bảng 3-1
Bảng 3-1 Danh sách linh kiện và mô tả
(1kΩ Điện trở của heater: 31Ω±5%
- Công suất tiêu thụ của heater: ít hơn 800mW
- Kích thước: 32mm*20mm
- Danh sách các chân + Pin 1: VCC
+ Pin 2: GND + Pin 3 : Digital Output + Pin 4 : Analog Output
Trang 27(1kΩ Điện trở của heater: 33Ω±5%
- Công suất tiêu thụ của heater: ít hơn 800mW
- Kích thước: 32mm*20mm
- Danh sách các chân + Pin 1: VCC
+ Pin 2: GND + Pin 3 : Digital Output + Pin 4 : Analog Output
(1kΩ Điện trở của heater: 33Ω±5%
- Công suất tiêu thụ của heater: ít hơn 800mW
- Kích thước: 32mm*20mm
- Khoảng phát hiện: 10 – 300 ppm NH3, 10 – 1000 ppm Benzene, 10 –
300 Alcol
- Danh sách các chân
Trang 28+ Pin 1: VCC + Pin 2: GND + Pin 3 : Digital Output + Pin 4 : Analog Output
- Ngưỡng đo nhiệt độ: 0-50°C ± 2°C
- Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây/lần)
- Kích thước: 28mm x 12mm x10m
- Danh sách các chân + Pin 1: VCC
+ Pin 2: Data + Pin 3: GND
- Điện áp đầu vào : 3,3V – 5V, 15mA
- Khoản cách phát hiện: 80cm
- Góc quét: 60 độ
- Kích thước: 3,2 x 1,4cm
- Danh sách các chân + Pin 1: Digital Output (D0) + Pin 2: GND
+ Pin 3: VCC
Trang 29+ TXD: Chân truyền Uart TX
Trang 30- Có nút nhấn chuyển chế độ hiển thị ngõ ra/vào
- Điện áp đầu vào: Từ 4V đến 30V
- Điện áp đầu ra: Điều chỉnh được trong khoảng 1,5V đến 29V
- Dòng ngõ ra tối đa là 3A
Trang 31- Giới hạn trên làm việc hiện tại: 3A
- Giới hạn dòng đỉnh tức thời chịu được: 5A
- Điện áp đầu vào: lên đến 30V
- Điện áp đầu ra: 5V
- Dòng điện đầu ra: 1,5A
- Nhiệt độ hoạt động: -40 đến 150 độ C
- Kiểu chân: TO - 220
- Danh sách chân + Vin
+GND +Vout
Ngoài ra, sử dụng một số transitor để đóng ngắt cho còi Buzzer, tụ điện để ổn định nguồn điện
Trang 32CHƯƠNG 4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trang 33Ít thanh ghi đa dụng (8-24) Nhiều thanh ghi đa dụng (32-192)
Triển khai phức tạp Đơn giản để xây dựng/ tối ưu hóa phần cứng
hơn
Cấu trúc x86 là ví dụ điển hình cho
kiến trúc CISC
Các hãng chip x86 nổi tiếng có thể
kể đến Intel, AMD, Cyrix
Cấu trúc MIPS là ví dụ điển hình cho kiến trúc RISC
ARM cũng là một cấu trúc thuộc nhánh RISC và cũng là hãng nổi tiếng trong sản xuất chip ARM
Hướng tiếp cận của CISC:
+ Làm giảm độ phức tạp của trình biên dịch;
+ Cải tiến thời gian thực thi vì các tác vụ phức tạp có thể được hiện thực bằng phần cứng;
+ Hoàn thành tác vụ với ít số lượng lệnh hợp ngữ
Trong khi đó RISC là tập lệnh thu gọn và tốc độ thực hiện nhanh Việc thực hiện yêu cầu đơn giản và không phức tạp như CISC RISC được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng của Hệ thống Nhúng trong các Vi điều khiển, Máy tính Nhúng mini…
Vi điều khiển cũng là máy tính nhỏ có CPU, bộ nhớ, bộ đếm (counter), bộ thời gian (timer), I/O thiết bị ngoại vi được nhúng vào trong mạch tích hợp và tất cả các khối đều được kết nối với nhau thông qua hệ thống bus
Vi điều khiển có thể dễ dàng kết nối các thiết bị bên ngoài như cổng nối tiếp, ADC, DAC, Bluetooth, WiFi …
Hình 4.2 Thành phần của vi điều khiển
Trang 344.2 Mô hình TCP/IP
TCP/IP [7] (giao thức điều khiển truyền nhận/ giao thức liên mạng Đây là 2 giao thức chính trong bộ giao thức của Internet TCP/IP quy ước cách trao đổi dữ liệu qua internet bằng việc cung cấp thông tin liên lạc đầu cuối TCP/IP thực hiện chia các gói tin (packet), xác định địa chỉ, định tuyến, truyền dẫn TCP/IP có thể tự động khôi phục khi gặp sự cố truyền dữ liệu và có độ bảo mật cao
Nguyên lý hoạt động của giao thức TCP/IP:
Giao thức IP có nhiệm vụ thêm các thông tin dẫn đường vào các packet để cho phép chúng đến đúng đích đã định Giao thức TCP có nhiệm vụ kiểm tra và đảm bảo
sự toàn vẹn của mỗi gọi khi đi qua trạm Nếu gói tin hỏng đi qua, TCP sẽ yêu cầu gửi lại gói tin đó
Xét về chức năng của các lớp trong giao thức TCP/IP, có thể chia thành 4 lớp (coi lớp Data Link (đường dẫn dữ liệu) và Physical (lớp vật lý)) như hình 4.3
Hình 4.3 Mô hình TCP/IP
Trang 35- Lớp vật lý (Physical): Chịu trách nhiệm trong việc truyền dữ liệu giữa 2 thiết bị trong cùng 1 mạng Tại đây dữ liệu được đóng gói vào khung (frame) và định tuyến đi đến đích định sẵn ban đầu
- Lớp mạng (Network): Chịu trách nhiệm truyền tải dữ liệu một cách logic trong mạng Các phân đoạn dữ liệu được đóng gói (packet) và được thêm phần Header có chứa thông tin của tầng mạng và tiếp tục di chuyển đến tầng tiếp theo Các giao thức phổ biến trong lớp mạng là:
+IP - Internet Protocol: Giao thức liên mạng
+ ICMP - Internet Control Message Protocol: Giao thức điều khiển tin nhắn trong mạng
+ IGMP - Internet Group Message Protocol: Giao thức nhóm tín nhắn trong mạng
- Lớp giao vận (Transport): Xử lý giao tiếp giữa các máy chủ trong cùng 1 mạng hoặc khác mạng nhưng được kết nối qua bộ định tuyến Lớp giao vận có 2 giao thức chính:
+ TCP - Transmission Control Protocol: Giao thức kiểm soát giao vận Giao thức TCP cung cấp luồng dữ liệu ổn định, tin cậy giữa trạm nhờ nhiều cơ chế
+ UDP - User Datagram Protocol: gửi dữ liệu giữa 2 trạm kia mà không đảm bảo gói tin gửi tới đích
- Lớp ứng dụng (Application): có nhiệm vụ giao tiếp dữ liệu giữa 2 máy khác nhau thông qua các ứng dụng như là mail, web Một số giao thức phổ biến của lớp ứng dụng:
+ HTTP: HyperText Transfer Protocol
+ HTPPS: HyperText Transfer Protocol Secure
+ FTP: File Transfer Protocol
Mô hình TCP được sử dụng trong các hệ thống IOT vì:
Hoạt động độc lập với hệ điều hành
Hỗ trợ nhiều giao thức định tuyến
Kiến trúc client – server, khả năng mở rộng cao
Có thể hoạt động độc lập
Trang 364.3 Giao thức truyền tin
Internet: Là mạng lưới các mạng sử dụng cáp/ đường dây điện thoại/ vệ tinh/ kết nối không dây để kết nối hàng các máy tính với nhau tạo thành một hệ thống liên kết, giúp chia sẻ thông tin dễ dàng Internet sử dụng một loạt các quy ước xác định trước
đó của giao thức (TCP/IP) để truyền thông tin và kết nối đến các thiết bị trên toàn cầu
Ethernet: Là công nghệ truyền thống để kết kết nối các thiết bị trong mạng cục
bộ có dây (LAN) hoặc trong mạng diện rộng (WAN) Ngoài việc ít gián đoạn hơn so với mạng không dây, nó cung cấp mức độ bảo mật và kiểm soát cao hơn vì phải kết nối vật lý Tuy vậy, nhược điểm của Ethernet là tính di động, hao tốn tài nguyên và khó khăn trong việc bảo trì, nâng cấp
Trong khóa luận này, mạng không dây Wifi được sử dụng vì sự thuận tiện mà Wifi đem lại và các vấn đề của mạng (tốc độ không nhanh, độ trễ cao hơn so với Ethernet, dễ bị nhiễu) không ảnh hưởng nhiều đến mục đích của hệ thống
4.3.1 Wifi – Mạng không dây LAN IEEE 802.11
Wifi [8] cũng giống như ZigBee và Bluetooth là tập con trong họ tiêu chuẩn mạng IEEE 802 Wifi sử dụng dạng sóng vô tuyến để cho phép 2 thiết bị giao tiếp với nhau Số thiết bị đầu cuối tối đa phụ thuộc vào số địa chỉ IP và có độ phủ sóng khoảng 50m nếu có ít vật cản gây nhiễu Công nghệ điều chế Wifi là OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Dòng tiêu thụ đỉnh điểm có thể đạt 100 mA
Hiện nay do sự thay đổi, Các giao thức WiFi có thể sử dụng cả băng tần UHF ISM 2.4GHz toàn cầu và băng tần vô tuyến SHF ISM 5GHz
+ Chuẩn 802.11b hoạt động ở băng tần 2,4KHz có tốc độ xử lý là 11 Mbps Đây
có thể xem là phiên bản thấp nhất của chuản IEEE 802.11
+ Chuẩn 802.11g hoạt động ở băng tần 2.4KHz nhưng có tốc độ xử lý là 54 Mbps + Chuẩn 802.11a hoạt động ở băng tần 5KHZ, có tốc độ xử lý là 54Mbps
Chuẩn 802.11n là phổ biến nhất hiện nay vì nó hoạt động ở băng tần 2.4 KHz nhưng có tốc độ là 300 Mbps Hiện nay một số chuẩn mới như 802.11ax đang được phát triển nhằm giải quyết một số vấn đề sau:
- Tăng số lượng kết nối thiết bị với mật độ cao hơn
- Đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật về độ trễ thấp, ngốn băng thông cho dữ liệu âm thanh, video thời gian thực, công nghệ AR/VR
Trang 37- Hỗ trợ kết nối không dây cho thiết bị IoT
- Kéo dài tuổi thọ (thời lượng pin sử dụng) cho các thiết bị được kết nối
Nguyên lý hoạt động của Wifi:
Thiết bị kết nối có trang bị bộ điều hợp (card) mạng không dây sẽ truyền gửi dữ liệu và tín hiệu sóng vô tuyến (radio) Tín hiệu này sẽ được truyền đến một bộ giải mã (gọi là router) nhờ một ăng-ten Sau khi giải mã xong, dữ liệu sẽ được đưa lên Internet thông qua một kết nối Ethernet có dây Wifi hoạt động đường hai chiều, các dữ liệu cũng nhận được từ Internet cũng phải đi qua bộ giải mã và được mã hóa về tín hiệu vô tuyến để bộ điều hợp trên máy tính nhận
4.3.2 GSM – Mô hình mạng 2G
GSM [9] là hệ thống di động chia tế bào (cell) thực hiện điều chế số và có kiến trúc mạng tiêu chuẩn Do việc băng tần có hạn và số user tăng nên giải pháp là dùng lại tần số (re-use frequency) dẫn đến vùng dịch vụ phải chia thành các tế bào Các thiết
bị của kết nối tới mạng bằng cách tìm các cell gần nó nhất
Hình 4.4 Hệ thống di động chia tế bào
Kiến trúc của hệ thống GSM được biểu diễn như trong bảng 4-2
Trang 38Bảng 4-2 Kiến trúc của hệ thống GSM
Các vấn đề trong mạng 2G:
- Nhiễu đồng kênh, nhiễu kênh lân cận, chuyển giao
- Quản lý di động
- Các vấn đề hỗ trợ: mã hóa tiếng nói, mã hóa video, qui hoạch tế bào
Ứng dụng của GSM chủ yếu trong cách dịch vụ di động như gửi tin nhắn (SMS), nghe gọi
4.3.3 Giao thức ESP-NOW
Giao thức ESP-NOW [10] là một giao thức truyền thông không dây, được phát triển bởi Espressif system, cho phép nhiều thiết bị kết nối với nhau mà không dùng Wifi
Tên viết tắt Ý nghĩa
BSC Trạm quản lý các BTS OMC Theo dõi bảo trì
MSC Tổng đài di động HLR Trạm hồ sơ cố định VLR Trạm hồ sơ bán trú
AUC Trung tâm xác thực khách
hàng PSTN Mạng điện thoại cố định
ISDN Mạng kỹ thuật số tích hợp đa
dịch vụ DTN Mạng điện thoại kỹ thuật số
Trang 39Giao thức có phần giống kết nối không dây ở tần số 2.4 GHz ở chế độ công suất thấp Việc kết nối giữa các thiết bị là rất quan trọng Các thiết bị sau khi được kết nối
sẽ là mạng ngang hàng (peer to peer) và không yêu cầu bắt tay
Mô hình của ESP-NOW phụ thuộc vào lớp liên kết dữ liệu (Datalink) Khác với
mô hình OSI, dữ liệu không cần truyền qua lớp mạng (Network), lớp giao vận (Transport), lớp phiên (Session), lớp Trình bày (Presentation) và lớp ứng dụng (Application) Ngoài ra, ESP-NOW không cần phần Header của các gói (packet) hay giải nén ở mỗi lớp, giúp giảm độ trễ do phản hồi các gói bị mất trong các mạng bị nghẽn và dẫn đến phản hồi nhanh
Hình 4.5 So sánh mô hình ESP-NOW với OSI
Đặc điểm của ESP-NOW
- Cùng tồn tại cùng với Wifi và Bluetooth LE đồng thời hỗ trợ nhiều hệ thống trên chip (SoC) của Espressif có kết nối Wifi
- Nó có phương thức ghép nối nhanh và thân thiện với users, phù hợp với các kết nối “one to many” và “many to many”
- Được sử dụng như một giao thức độc lập giúp cung cấp thiết bị, gỡ lỗi và nâng cấp chương trình cơ sở
- Sử dụng thuật toán ECDH và AES giúp truyền dữ liệu an toàn hơn
- Chiếm ít tài nguyên của CPU và flash nhanh hơn
- Sử dụng cơ chế đồng bộ hóa cửa sổ giúp giảm mức tiêu thụ điện năng đáng kể
Trang 40Ưu điểm của ESP-NOW là có thể mã hóa và giải mã gói tin unicast, mã hóa trộn
và giải mã hóa với các thiết bị ngang hàng (peer device), có thể ghi nhớ đến 250 bytes,
có hàm callback để xác định truyền dữ liệu thất bại hay thành công
Nhược điểm của ESP-NOW là không hỗ trợ broadcast, bộ nhớ bị giới hạn ở 250 bytes, giới hạn số peer được mã hóa
Giao thức ESP-NOW được sử để giao tiếp giữa 2 vi điều khiển ESP32 của 2 mạch Master và Slave trong hệ thống
4.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các cảm biến
4.4.1 Các cảm biến khói MQ
Các cảm biến khí được chia thành nhiều loại trong đó cảm biến khí dựa trên phần
tử chất oxit bán dẫn trở nên phổ biến hơn do cấu tạo đơn giản, giá thành hợp lý và sử dụng nhiều trong các ứng dụng cầm tay
Hầu hết, các cảm biến khí MQ [11] có cấu tạo khá giống nhau, dưới đây là cấu tạo của MQ2, các cảm biến khí cùng họ có cấu tạo tương tự Bảng 4-3 mô tả chi tiết cấu tạo của cảm biến khí MQ
Bảng 4-3 Cấu tạo của cảm biến khí
STT Tên thành phần Nguyên liệu
1 Gas Sensing Layer Sn𝑂2