Thiết kế giải pháp kĩ thuật cho thiết bị giải pháp và báo cháy tự Động cho khu chung cư

Bằng việc tổng hợp thông tin từ các nguồn đáng tin cậy và kết hợp với những phân tích sâu sắc, chúng em hy vọng rằng báo cáo này sẽ giúp độc giả hiểu rõ hơn về cấu trúc, hoạt động và ứn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI Xây dựng giải pháp kỹ thuật cho Thiết bị giám sát và Báo cháy tự động cho khu chung cư.Đây là Hệ thống thu nhập dữ liệu môi trường (khí gas,nhiệt độ,khói, ), có cơ chế điều khiển thiết bị chấp hành; đồng thời truyền dữ liệu về Trung tâm giám sát qua sóng vô tuyến.

Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 2

Trần Đại Dương Lớp: KT ĐTVT2 K62 MSV: 211410308

Giảng viên : Thầy Vũ Ngọc Quý.

II.Phân tích yêu cầu kỹ thuật

III Tìm kiếm công nghệ, giải pháp của hãng 2

Type chapter title (level 3) 3

Type chapter title (level 1) 4

Type chapter title (level 2) 5

Type chapter title (level 3) 6

Danh mục hình ảnh Phần 1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, công nghệ điện tử đã, đang và sẽ phát triển ngày càng rộng rãi đặc biệt là trong lập trình vi xử lý và kỹ thuật số Mạch

số được ứng dụng rất nhiều trong kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội như đồng hồ số, mạch đếm sản phẩm, mạch đo

nhiệt độ Phục vụ cho việc thực hành môn Thiết kế thiết bị

điện tử, nhóm em xin làm mạch " Thiết bị giám sát và Báo

cháy tự động cho khu chung cư ".

Báo cáo này được thực hiện với mục đích cung cấp một cái

nhìn tổng quan và chi tiết về hệ thống Thiết bị giám sát và Báo cháy tự động trong khu chung cư Bằng việc tổng hợp thông tin

từ các nguồn đáng tin cậy và kết hợp với những phân tích sâu sắc, chúng em hy vọng rằng báo cáo này sẽ giúp độc giả hiểu

rõ hơn về cấu trúc, hoạt động và ứng dụng của Thiết bị giám sát và Báo cháy tự động trong thực tế.

Do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực hiện không nhiều nên đề tài của chúng em còn nhiều sai sót và hạn chế Mặc dù

đã phần nào thiết kế và tính toán chi tiết các mạch, các thông

số nhưng đôi khi còn mang tính lý thuyết, chưa thực tế Chúng

em mong sự đóng góp và sửa chữa để đề tài này mang tính

khả thi hơn.

Trân trọng!

Phần 1: Thiết Kế giải pháp kĩ thuật cho Thiết bị giải pháp và Báo cháy tự động cho khu chung cư.I.Đặt vấn đề

Hiện nay,số lượng các toà chung cư mọc lên rất nhiều

trong các thành phố lớn với ưu điểm đất chật người đông,thuận tiện nhưng cùng với các ưu điểm thì luôn có những sự cố không tránh khỏi như là cháy,hoả hoạn.Việc lắp đặt thiết bị giám sát báo cháy cho khu chung cư không chỉ là một biện pháp phòng tránh mà còn là một yêu cầu cần thiết để đảm bảo an toàn cho

cư dân và tài sản Hệ thống này không chỉ cung cấp cảnh báo kịp thời về sự cố cháy mà còn kích hoạt các biện pháp phòng cháy chữa cháy tự động, giúp giảm thiểu thời gian phản ứng và tăng cơ hội giải cứu Đồng thời, việc tuân thủ các quy định pháp

lý về an toàn cháy nổ cũng là một yếu tố quan trọng, giúp tránhđược các hậu quả pháp lý không mong muốn Chính những lợi ích này giúp cư dân cảm thấy yên tâm và an tâm hơn về an toàn trong khu chung cư của mình

II Giới thiệu về hệ thống.

khu chung cư là hệ thống sử dụng các thiết bị cảm biến để thu thập dữ liệu về môi trường như khí gas,nhiệt độ, khói…

 Dữ liệu thu được sẽ được truyền về bộ xử lý trung tâm và tự động điều khiển các thiết bị chấp hành kịpthời, đồng thời truyền dữ liệu về Trung tâm giám sát qua sóng vô tuyến

cháy nổ một cách nhanh chóng và hiệu quả, từ đó giúp cư dân và nhân viên có thể di chuyển ra khỏi khu vực nguy hiểm và đảm bảo các biện pháp cứu hoả được triênr khai kịp thời

III Phân tích yêu cầu kỹ thuật.

- Khói,khí gas,chất gây cháy

- Khí CO,ánh lửa,nhiệt độ lửa

 Hệ thống cần truyền dữ liệu về bộ xử lý trung tâm với

độ chính xác cao và độ trễ thấp

 Hệ thống cần hoạt động liên tục trong thời gian dài

và có khả năng chống chịu với môi trường khắc nghiệt

IV Tìm kiếm công nghệ

4.1.Mạch Arduino uno R3

Giới thiệu chung

Arduino uno là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng đểxây dựng tạm ứng dụng điện tử tương tác với nhau hoặc vớimôi trường được thuận lợi hơn tương tác với thế giới thông quacác cảm biến điện từ, đèn và động cơ

Một mạch Arduino bao gồm :

 Phần cứng gồm 1 board mạch mã nguồn mở thường được gọi là vi điều khiển và cái này có thể lập trình được

 Các phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp IDE

(Integrated Development Environment) dùng để soạnthảo, biên dịch code và nạp chương trình cho board

Các ứng dụng của Anduino trong đời sống

 Làm robot Arduino có khả năng đọc các thiết bị cảm biến, điều khiển động cơ nên nó thường được sử dụng

để làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loại robot khác nhau game tương tác: Arduino có thể được sử dụng để tương tác với các joystick, màn hình, khi đang chơi game

 Máy bay không người lái

 Điều khiển các đèn tín hiệu giao thông, làm hiệu ứng đèn led nhấp nháy ở các biển quảng cáo

 Điều khiển các thiết bị cảm biến ánh sáng, âm thanh,báo khói, phát hiện lửa, nhiệt độ,…

khiển được các thiết bị điện tử thông minh như cửa tựđộng, giường ngủ thông minh, quạt điện, đèn led, tivi

Ưu điểm của mạch Arduino

 Có thể sử dụng ngay vì Arduino là một bộ hoàn chỉnh cùng bộ nguồn 5V một ổ ghi một bộ dao động một vi điều khiển truyền thông nối tiếp LED và các giác cắm, ta không cần phải suy nghĩ về các kết nối lập trình hay bất kỳ giao diện nào khác chỉ cần cắm bộ máy Arduino vào cổng USB của máy tính

 Có rất nhiều mẫu có sẵn, ta có thể dễ dàng mua đượcnhững mẫu Arduino ở bên ngoài mà không cần phải mua từng linh kiện nhỏ lẻ sau đó về lắp ráp với nhau

 Các chức năng giúp đơn giản hóa công việc trong quátrình gỡ lỗi, ta không phải lo lắng về chuyển đổi đơn

vị vì vậy chúng ta chỉ cần chủ yếu vào những phần chính của Project mà không cần phải lo lắng về những vấn đề phụ

 Có một cộng đồng rất lớn có rất nhiều diễn đàn trên internet nói về arduino, kỹ sư và các chuyên gia đã thực hiện dự án của họ thông qua Arduino ta có thể

dễ dàng tìm thấy mọi thông tin về arduino ở trên đấy

Nhược điểm của Arduino

 Cấu trúc, trong khi xây dựng một dự án bạn phải làm cho kích thước của mạch Arduino càng nhỏ càng tốt nhưng với cấu trúc lớn của nó chúng ta phải gắn với PCP của kích thước lớn, nếu bạn đang làm việc trên viđiều khiển nhỏ như ATM mega8 bạn có thể dễ dàng làm PCP càng nhỏ càng tốt

 Chi phí: Đây là một vấn đề mà mọi kỹ sư hay chuyên gia đều đang phải đối mặt lúc này, chúng ta sẽ phải xem chi phí dành cho Arduino có thực sự hiệu quả hay không về

 Sức mạnh xử lý hạn chế:mạch Arduino quá đơn giản, nếu ta bắt đầu vi điều khiển với mạch Arduino thì sẽ rất khó cho cho bạn khi làm các mạch thông minh phức tạp trong tương lai vì phần cứng và phần mềm của arduino sẽ sử dụng nên bạn không thể sử dụng cho các mạch như ADC, I2C và các mặt khác

Arduino Uno R3

Arduino Uno R3 là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mởdựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328 được phát triểnbởi Arduino.cc Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/

đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mởrộng khác nhau Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạnmới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…Dựa trên nềntảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây dựng chomình một dự án nhanh nhất ( lập trình Robot, xe tự hành, điềukhiển bật tắt led…).

Hình 4.1.1.Arduino Uno R3

Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý

4 bit hiện nay không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có

vi xử lý 64 bit Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một

số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp Các vi xử lý 32 bit, 64 bitthường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu của máy tínhrất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt Các hệ thống điềukhiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệthống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển cácdây chuyền sản xuất, …

Hình 4.1.2.Arduino R3 được sử dụng trong công nghiệp.

- Chức năng của Arduino R3 :

 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit –

TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno cóthể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nốibluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serialkhông dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên

sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn

xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói mộtcách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chânnày từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5Vnhư những chân khác

- Các chức năng khác :

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13

(SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còndùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết

bị khác

 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu

chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy

để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này đượcngười dùng sử dụng, LED sẽ sáng

 Arduino Uno R3 có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ

phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp

trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, bạn có

thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chânanalog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thìbạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trongkhoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit Đặc biệt,Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giaotiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

Số chân Digital 14 (of which 6 provide PWM output)

Số chân Digital I/O 6

Số chân Analog 6( độ phân giải 10 bit)

Chiều rộng 53.4 mm

- Power :

•LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nốivào chân D13 Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽsáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW)

•VIN: Chân này dùng để cấp nguồn ngoài (điện áp cấp từ7-12VDC)

•5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là500mA)

•3V3: Điện áp ra 3.3V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa

là 50mA)

•GND: Là chân mang điện cực âm trên board

•IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiển trên ArduinoUNO và có thể đọc điện áp trên chân IOREF Chân IOREF khôngdùng để làm chân cấp nguồn

- Bộ nhớ :

Vi điều khiển ATmega328:

 32 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm

0.5KB

 2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory):

giá trị các biến khai báo sẽ được lưu ở đây Khai báocàng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM Khimất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

 1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble

Programmable Read Only Memory): Là nơi có thể đọc

và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khimất nguồn

Hình 4.1.3.Cấu tạo vi điều khiển Atmega328.

- Các chân đầu vào và đầu ra :

Trên Board Arduino Uno R3 có 14 chân Digital được sử

dụng để làm chân đầu vào và đầu ra và chúng sử dụng cáchàm pinMode(), digitalWrite(), digitalRead() Giá trị điện áp trênmỗi chân là 5V, dòng trên mỗi chân là 20mA và bên trong

có điện trở kéo lên là 20-50 ohm Dòng tối đa trên mỗi chân I/Okhông vượt quá 40mA để tránh trường hợp gây hỏng boardmạch

Hình 4.1.4.Các chân đầu vào và đầu ra của Arduino.

- Khi làm việc với Arduino board, một số thuật ngữ sau cầnlưu ý:

 Flash Memory: bộ nhớ có thể ghi được, dữ liệu không bịmất ngay cả khi tắt điện Về vai trò, có thể hình dung bộnhớ này như ổ cứng để chứa dữ liệu trên board Chươngtrình được viết cho Arduino sẽ được lưu ở đây Kích thướccủa vùng nhớ này dựa vào vi điều khiển được sử dụng, ví

dụ như ATmega8 có 8KB flash memory Loại bộ nhớ này cóthể chịu được khoảng 10.000 lần ghi / xoá

 RAM: tương tự như RAM của máy tính, mất dữ liệu khi ngắtđiện, bù lại tốc độ đọc ghi xoá rất nhanh Kích thước nhỏhơn Flash Memory nhiều lần

 EEPROM: một dạng bộ nhớ tương tự như Flash Memorynhưng có chu kì ghi / xoá cao hơn - khoảng 100.000 lần và

có kích thước rất nhỏ Để đọc / ghi dữ liệu có thể dùng thưviện EEPROM của Arduino

Nguyên lý hoạt động của mạch

2 module cảm biến đều có 4 chân như nhau: VCC, GND, Ao và

Do VCC của 2 cảm biến nối với chân 5V ở phía Analog GND nốiGND Chân Ao của MQ-2 nối với analog A0 của Arduino ChânAocủa Cảm biến lửa nối với analog A1 của Arduino Chân Do củaMQ-2 nối với Digital 4 của Arduino Chân Do của Cảm biến lửanối với Digital 2 của Arduino

Mắc nối tiếp 3 điện trở 10k với nhau và nối tiếp Nhiệt trở MF-58,

1 đầu cụm điện trở này nối chân 5V của Arduino Đầu còn lạinối chân GND Giữa cụm điện trở 10k và nhiệt trở, cắm dây dẫnnối từ đó tới chân Analog A2

b)Cách thức hoạt động

Mạch có LED và loa được kích hoạt bởi Arduino thông qua chânDigital 13 và 3.Để bảo vệ chúng, mỗi cái được nối với một điệntrở 220 Ohm.Khi Arduino kích hoạt các chân này, dòng điện sẽchạy qua LED và loa làm cho chúng phát sáng và kêu

Mạch sử dụng ba cảm biến: cảm biến MQ-2 , cảm biến lửa

và nhiệt trở MF-58.Cảm biến MQ-2 được sử dụng để phát hiệnmức độ khí gây cháy trong môi trường Cảm biến lửa được sửdụng để phát hiện lửa hoặc ánh sáng có bước sóng từ 760nm –1100nm.Nhiệt trở MF-58 được sử dụng để đo nhiệt độ môitrường.Cả ba đều được cung cấp điện từ nguồn 5V của Arduino.Arduino được sử dụng để điều khiển các hoạt động của mạch.Khi cảm biến MQ-2 hoặc cảm biến lửa hoặc nhiệt trở MF-58phát hiện mức độ chất gây cháy cao hoặc có lửa hay nhiệt độcao, chúng sẽ gửi tín hiệu đến Arduino.Arduino sau đó có thể

kích hoạt LEDs và còi báo động thông qua chân Digital để cảnhbáo người dùng về tình trạng nguy hiểm.

4.2 ESP8266

ESP8266 là gì và dùng để làm gì.

 ESP8266 không chỉ đơn thuần là một vi xử lý thông

thường, mà còn là một vi xử lý tích hợp mạnh mẽ đặc biệt được thiết kế với mục tiêu giải quyết các thách thức về kếtnối và truyền thông trong lĩnh vực Internet of Things (IoT) Được ra đời như một tương lai cho việc kết nối, ESP8266 mang trong mình sức mạnh để biến các thiết bị thông thường thành những phần tử thông minh, có khả năng tương tác và kết nối với Internet một cách đơn giản và hiệu quả

 Với khả năng tích hợp chức năng Wi-Fi, ESP8266 trở thành cầu nối thông tin quan trọng giữa thế giới vật lý và không gian kỹ thuật số Nó giúp cho các thiết bị, từ những đèn đơn giản đến các hệ thống phức tạp, có khả năng kết nối

và giao tiếp trực tiếp với mạng Internet

 ESP8266 có thể được dùng làm module Wifi bên ngoài, sử dụng firmware tập lệnh AT tiêu chuẩn bằng cách kết nối

nó với bất kỳ bộ vi điều khiển nào sử dụng UART nối tiếp hoặc trực tiếp làm bộ vi điều khiển hỗ trợ Wifi, bằng cách lập trình một chương trình cơ sở mới sử dụng SDK được cung cấp

 Các chân GPIO cho phép IO Analog và Digital, cộng với PWM, SPI, I2C, v.v

 ESP8266 có nhiều ứng dụng khi nói đến IoT Đây chỉ là một số chức năng mà chip này được sử dụng

 Kết nối mạng: Ăng-ten Wi-Fi của module cho phép các thiết bị nhúng kết nối với bộ định tuyến và truyền dữ liệu

 Xử lý dữ liệu: Bao gồm xử lý đầu vào cơ bản từ cảm biến analog và kỹ thuật số để tính toán phức tạp hơn nhiều với RTOS hoặc SDK không phải hệ điều hành

 Kết nối P2P: Tạo giao tiếp trực tiếp giữa các ESP và các thiết bị khác bằng kết nối IoT P2P

 Máy chủ Web: Truy cập các trang được viết bằng HTML hoặc ngôn ngữ phát triển

 Ứng dụng trong Internet of Things (IoT): ESP8266 đã

trở thành linh kiện không thể thiếu trong môi trường IoT Khả năng kết nối với mạng Wi-Fi cho phép nó trở thành cầu nối thông tin giữa các thiết bị và hệ thống Từ việc theo dõi dữ liệu đến quản lý thông qua ứng dụng di động, ESP8266 giúp tạo nên sự kết nối thông minh và tiện ích

 Điều khiển thiết bị từ xa qua Wi-Fi: Một trong những

ứng dụng phổ biến của ESP8266 là khả năng điều khiển thiết bị từ xa thông qua mạng Wi-Fi Điều này mang lại tiện ích lớn cho việc quản lý và kiểm soát thiết bị, từ ánh sáng đèn đến hệ thống điều hòa nhiệt độ, mọi thứ có thể được điều khiển một cách linh hoạt và thuận tiện