Báo cáo bài tập lớn môn hệ thống bms cho toàn nhà Đề tài xây dựng mô hình hệ thống chữa cháy cho toàn nhà

Phầ n 1: Giớ i thiệu công việ c thiế t kế hệ thố ng củ a riêng nhóm1.1: Giớ i thiệu Hệ thống phòng cháy chữa cháy PCCCđóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tài sản và tính mạng co

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN –  ĐIỆN TỬ  

VIỆN ĐIỆN

Báo cáo bài tập lớ n môn hệ thống BMS cho toàn nhà

 Đề tài: Xây d ự  ng mô hình hệ thố  ng chữ  a cháy cho toàn nhà

Ngành Kỹ thuật điện Chuyên ngành Thiết bị điện –  điện tử  

Giảng viên hướ ng d ẫ n: Thầy Đặng Hoàng Anh

Nhóm 17- Tổ 3 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quang Minh 20202158

Hà N ộ i , 12/2023

 Phầ n 1: Giớ i thiệu công việ c thiế  t kế  hệ thố  ng củ a riêng nhóm

1.1: Giớ i thiệu

Hệ thống phòng cháy chữa cháy (PCCC)đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tài

sản và tính mạng con ngườ i trong các công trình toàn nhà Trong hệ thông Quản lý toàn nhà (BMS), hệ thống PCCC đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu rỉu ro cháy nổ và cung

cấp cơ sở  hạ tầng để phảnứng nhanh chóng khi có sự cố Đặc biệt là nhữngnămgần đây

những vụ cháy nhà, chung cư, xảy ra vớ i tần suất ngày càng nhiều gây ra thiệt hại to lớ n

về tính mạng và tải sản của con ngườ i Những vụ cháy diễn ra một cách đầy bất ngờ  và gần

như không thể dự  báo trướ c luôn khiến cho những ngườ i sốngở  những khu nhà cao tầng,

chung cư, … luôn trong trạng thái bất an và lo lắng Nắm bắt đượ c tầm lý đó nhóm chúng

em đã quyết định làm một mô hình báo cháy nhỏ bằng mạch Arudion, cảm biến,… và bìa

trắng để có thêm kiến thức, và kinh nghiệm thiết kế các hệ thống báo cháy trong tương lại 1.2: Yêu cầu và tính năng

➢ Yêu cầu :

•  Theo dõi báo cháy cho các khu vực

• Cảnh báo bằng chuông và đèn

• Hệ thống báo cháy bao gồm bơm và quạt hút khói => Động cơ

➢ Tính năng:

• Mô hình 2 tầng

• Cảm biến báo cháy bao gồm báo khói và báo cháy

• Hệ thống báo cháy bao gồm chuông và đèn cảnh báo

• Hệ thống chữa cháy bao gồm bơm và đầu phun chữa cháy(thay thế bằng led đại diện)

• Theo dõi đượ c các khu vực nào đang có cháy

1.3: Nguyên lý hoạt động của hệ thống

1.3.1: Phần hệ thống chữa cháy

 Hình 1.3.1: Mô hình hệ thố ng t ổ ng quát

Mô hình hệ thống gồm ba bo mạch ESP32 và mỗi bo mạch có một nhiệm vụ khác nhau Bo mạch ESP32 số 1 có nhiệm vụ nhận tín hiệu digital từ cảm biến sau mỗi 2 giây và giá trị này được lưu vào thanh ghi của chính nó.Sau đó, ESP32 số 3 sẽ đóng vai trò làm

master trong giao thức modbus RS485để gửi bảng tin yêu cầu đọc giá trị thanh ghi của slave

s  1 Tiếp theo, ESP32 đóng vai trò master này sẽ quyết định việc gửi tín hiệu cho slave số 2

dựa trên thông tin có đượ c từ slave thứ nhất Tín hiệu này sẽ đượ c ghi vào thanh ghi của slave số 2 Bo mạch ESP32 số 2 có nhiệm vụ đọc giá trị của từ thanh ghi chứa tín hiệuđượ c ghi bởi master sau đóquyết định việc bật tắt còi , đèn báovà động cơ  Ngoài ra, bo mạch ESP32 số 3 cònđượ c thiết kế để hoạt động như một gateway, từ đó đưa các dữ liệu lên mqtt broker Từ đó có thể sử dụng openhabđể thiết kế giao diện điều khiển bật tắt từ xa và tạo các

luật tự động để quyết định bật tắt dựa theo các dữ liệu thu đượ c từ cảm biến

1.3.2: Phần cảm biến khói và cảm biến lửa

1

2 3

 Hình 1.3.2: Phần cảm biế n khói và cảm biế n lử a 1.3.3: Phần thiết bị điều khiển bơm , còi báo , led

 Hình 1.3.3: Phần thiế t bị điề u khiể nđộng cơ, còi báo, led  

Phần 2: Trình bày thứ  tự  công việc

Bướ c 1: Thiết lập sơ đồ khối trức năng

 Hình 2.1: Sơ đồ khố i chức năng của các thiế t bị trong hệ thố ng Bướ c 2: Chọn thiết bị 

1: Bo mạch ESP32CP2102

 Hình 2.2: Bo mạch esp32  Thông số kỹ thuật:

• Module trung tâm: Wifi BLE Soc ESP32, Dual core

• Nguồn vào: 5VDC từ cổng micro USB vớ i phiên bản CP2102 và TpyeC đối vớ i phiên

bản CH340

•  Tích hợ p mạch nạp và giao tiếp UART CP2102 hoặc CH340

•  Tích hợ p Led Status, nút BOOT và UNABLE

• Kích thướ c: 28.33x51.45 mm

• Số chân : 38

2: RS485 to TTL

 Hình 2.3: RS485 to TTL  Thông số kỹ thuật :

• Điện áp hoạt động: 3 - 5VDC

• Điện áp giao tiếp TTL: 3 - 5VDC

• Khoảng cách truyền RS485 có thể lên đến 1km (khuyến nghị sử dụng dướ i 800m và dây bus chuyên dụng cho RS485)

• Chuẩn chân cắm TTL 2.54mm

• Có đèn led thông báo trạng thái truyền nhận RX và TX

3: Cảm biến lử a ( cảm biến hồng ngoại )

 Hình 2.4: C ảm biế n lử a  Thông số kỹ thuật :

• Nguồn cấp: 3.3V - 5VDC

• Dòng tiêu thụ: 15mA

•  Tín hiệu ra: Digital 3.3 - 5VDC tùy nguồn cấp hoặc Analog

• Khoảng cách: 80 cm

• Góc quét: 60 độ 

• Kích thướ c: [3.2 x 1.4 cm]

4: Cảm biến khói

 Hình 2.5: C ảm biế n khói  Thông số kỹ thuật :

• Nồng độ phát hiện: 200～10000ppm C3H8

• Điện áp mạch (VC): ≤ 10V DC 

• Điện áp làm nóng (VH): 5.0V ±0.1V AC or DC

•  Trở  kháng (RL): có thể điều chỉnh

•  Trở  nhiệt (RH): 105 ±10Ω (nhiệt độ phòng)

• Đặc điểm cảm biến trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn:

• Điện năng tiêu thụ (PH): ≤ 240mW 

• Độ nhạy (S): Rs (trong không khí)/Rs (trong 2000ppm C3H8) ≥ 3 

• Điện áp ngõ ra (VS): 2.5V～ 4.0V (trong 2000ppm C3H8)

• Nhiệt độ hoạt động: -10℃ ~ 50℃ 

• Nhiệt độ bảo quản: -20℃ ~ 70℃ 

• Độ ẩm tương đối : <95% RH

• Nồng độ Oxy: 21% ± 1% (không dướ i 18%, sự thay đổi nồng độ oxyảnh hưởng đến

độ nhạy của cảm biến)

• Kích thướ c: 21 x 13 x 10mm

•  Trọng lượ ng: 2g

5: Động cơ

 Hình 2.6: Động cơ

 Thông số kỹ thuật :

• Điện áp hoạt động: 1 ~ 6VDC (điện áp càng cao tốc độ quay càng nhanh, lưu ý không vượ t quá 6VDC sẽ làm cháy động cơ). 

• Dòng điện tiêu thụ: 0.35~0.4A

•  Trục quay dài: 8mm

• Đườ ng kính trục quay: 2mm

•  Tốc độ quay tại 3VDC: 17.000~18.000PRM

• Kích thướ c: 20 x 15 x 25mm

6:Đèn led

 Hình 2.7: Đèn led    Thông số kỹ thuật:

• Màu: Trắng

• Chiều dài chân: >20mm

• Đườ ng kính: 5mm

• Điện áp: 2.8-3.2V

• Dòng điện: 10-20mA

7: Còi

 Hình 2.8: Còi  Thông số kỹ thuật :

• Điện áp làm việc: 5V

• Kích thướ c 9.5 x 12 mm

• Số tiếp điểm: 2

8: Điện trở  

 Hình 2.9: Điện tr ở    Thông số kỹ thuật:

• Số lượ ng : x6

• Điện trở : x2-10k , x2-560  ,  x2 -4.7k  

9: Bảng Mạch Breadboard nhiều lỗ 

 Hình 2.10: Bảng mạch breadboard nhiề u lỗ   11: Mosfet kênh P

 Hình 2.11: Mosfet kênh P

Số lượ ng : x2

12: Bìa carton trắng

 Hình 2.12: Bìa carton tr ắ ng  Thông số kỹ thuật :

Kích thướ c: 210 x 219 mm

Bướ c 3: Lắp ráp thiết bị và test thiết bị 

Bướ c 4: Nạp code và chạy thử  nghiệm toàn bộ hệ thống báo cháy

 Hình 2.13: Code phần ca biế n nạ p cho esp32 số  1

 Hình 2.14: Code phần điề u khiể n nạ p cho esp32 số  2

 Hình 2.15: Code phần gateway nạ p cho esp32 số  3 Bướ c 5: Xây dự ng mô hình và lắp đặt thiết bị 

 Hình 2.16: V ị trí đặt đèn báo hiệu , đèn và cảm biế n khói

 Hình 2.17: V ị trí đặt cảm biế n lửa và động cơ bớ m Bướ c 6: Xây dự ng hệ thống giao diện điều khiển và kết nối vớ i các hệ thống khác

 Hình 2.18: Giao diện điề u khiể n và giám sát trên OpenHAB

 Phầ n 3: Các kế  t quả đã làm đượ  c

Sau một quá trình miệt mài học hỏi và nghiên cứu, thực hiện bài tập lớ n vớ i sự chỉ bảo

của thầy, các anh, các bạn thì nhóm chúng em đã hoàn thành đượ c một bộ sản phẩm hoàn

chỉnh Khi cảm biến khói hay cảm biến lửa bị tác động thì các thiết bị chấp hành đã hoạt

động như kế hoạch Đồng thờ i bọn em đã xây dựng thành công giao diện điều khiển và giám

sát trên OpenHAB để mọi ngườ i có thể điều khiển, giám sát, và theo dõi hệ thống từ xa Nói tóm lại sản phầm đã hoạt động một cách tương đốiổn địnhvà đúng theo thiết kế  ban đầu trên mô hình nhà hai tầng mà bọn em dựng bằng bìa carton.Tuy nhiên đâychỉ là hệ thống thí nghiệm nên chưa áp dụng đượ c vào trong thực tế nên chưa thể đánh giá hết đượ c hiệu

suất và hiệu quả của thiết bị

 Phầ n 4: K ế  t luậ n

 Trong quá trình làm bài tập lớ n này, bằng những kiến thức đã học được trên trườ ng và

nhờ  ự hướ ng dẫn tận tình của thầy, các anh, các bạn Đã giúp nhóm em vân dụng và hoàn

thành đề tài trong thời gian quy định Trong quá trình làm bài tập lớn chúng em đã học hở i

đượ c nhiều thứ như: 

• Hiểu rõ hơn về hệ thống phòng cháy chữa cháy rói riêng và hệ thống toàn nhà (BMS) nói chung

• Hiểu rõ hơn về các linh kiện điện tử và cách sử dụng chúng

• Đượ c tiếp cận vớ i phần mềnOpenHAB cho phép ngườ i dùng xây dựng giao

diện điều khiển, quan sát từ xa

• Hiểurõ hơn về bo mạch ESP32 và cách lập trình cho nó

• K ỹ năng làm việc nhóm và quản lý thờ i gian

 Trong quá trình làm bài, nhóm em đã gặp rất nhiều thách thức, nhưng điều quan trọng

là bọn em đã vượ t qua chúng Tuy nhiên do kiến thức, kinh nghiệm và thờ i gian có hạn nên

những sai sót là điều không thể tránh khỏi Rất mong thầygóp ý để nhóm em có thể học hỏi

và rút kinh nghiệm những lần sau

Nhóm em xin chân thành cảm ơn!