Báo cháy nhà trạm bts có code

Trong những năm gần đây công nghệ Internet Of Think đang được phát triển rộng rãi, việc điều khiển các thiết bị từ xa thông qua sever web được thực hiện một cách dễ dàng, hơn nữa các nhà

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ ĐIỂN HÌNH

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁO CHÁY, KHÓI TRONG NHÀ TRẠM BTS

SINH VIÊN : LÊ THỊ THU HÀ

LỚP : K50KĐT.01

MSSV : K145520207063

GVHD : Th S BẠCH VĂN NAM

Thái Nguyên-2018

MỤC LỤC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 1

KHOA ĐIỆN TỬ 1

BỘ MÔN : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 5

1.1 Giới thiệu chung về nhà trạm BTS 5

1.2 Tổng quan về các thiết bị sử dụng trong trạm BTS 6

1.2.1 Các thiết bị xử lý thông tin 7

1.2.1.1 Ăng-ten 7

1.2.1.2 Feeder 8

1.2.1.3 Tủ BTS 9

1.2.2 Các thiết bị ngoại vi, phụ trợ 10

1.2.2.1 Hệ thống cấp nguồn 10

1.2.2.2 Hệ thống cảnh báo 15

1.2.2.3 Hệ thống chiếu sáng 16

1.2.2.4 Hệ thống làm mát 16

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN 19

2.1 Đặt vấn đề 19

2.2 Mục đích, yêu cầu của đề tài 19

2.3 Sơ đồ khối 20

2.4 Các giải pháp lựa chọn 21

2.4.1 Tổng quan về PIC 21

2.4.2 Khối cảm biến 24

2.4.3 Khối giao tiếp với người dùng 27

2.4.4 Khối cảnh báo 28

2.4.5 Khối module sim800A 29

2.4.5.1 Module sim là gì ? 29

2.4.5.2 Module sim 800A 29

2.4.6 Khối nguồn 31

2.5 Nguyên lý hoạt động 32

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 33

3.1 Thiết kế phần mềm 33

3.2 Thiết kế phần cứng 33

3.3 Hoàn thiện hệ thống 36

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 38

4.1 Kết quả 38

4.2 Hạn chế 38

4.3 Định hướng phát triển 38

(a)

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, ngành viễn thông đã đạt được những tiến bộ vượt bậc và phát triến mạnh mẽ Mạng lưới viễn thông đã được mở rộng trong cả nước, mức độ tăng trưởng thuê bao đạt tốc độ cao, cơ chế pháp lý ngày một hoàn thiện theo hướng

mở cửa thị trường Cùng với đó sự phát triển của ngành công nghiệp phần cứng cũng như phần mềm việc giải quyết các công việc giúp con người trở nên dễ dàng, thuận tiện và nhanh chóng

Trong những năm gần đây công nghệ Internet Of Think đang được phát triển rộng rãi, việc điều khiển các thiết bị từ xa thông qua sever web được thực hiện một cách dễ dàng, hơn nữa các nhà trạm BTS hiện tại đang được điều khiển thiết bị thủ công bằng chính các kỹ sư vận hành Việc thiết kế hệ thống điều khiển từ xa bằng các phần mềm sẽ tiết kiệm rất nhiều về chi phí cũng như nguồn nhân lực

Với mục tiêu xây dựng hệ thống điều khiển có khả năng đáp ứng cao, thao tác dễ dàng, đảm bảo giá thành rẻ, dễ sử dụng và giúp con người có thể quản lý được các thiết bị vận hành

Từ những ý tưởng trên và nhìn thấy được nhu cầu thực tế, chúng em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống báo cháy, khói nhà trạm BTS thông minh”

Trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự chỉ bảo, hướng dẫn tận

tình của các thầy cô trong khoa, đặc biệt đó là sự chỉ bảo của thầy BẠCH VĂN NAM

Trong khi thực hiện đồ án, do kiến thức còn hạn chế, với một khoảng thời gian ngắn thực hiện, do vậy mà đồ án của em còn nhiều thiếu sót mong các thầy cô đóng góp và bổ sung ý kiến để đồ án của em được hoàn thiện hơn!

Em xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung về nhà trạm BTS

BTS (Base Transceiver Station) là một cơ sở hạ tầng viễn thông được sử dụng nhằm tạo thông tin liên lạc không dây giữa các thiết bị thuê bao viễn thông và nhà điều hành mạng Các thiết bị thuê bao có thể là điện thoại di động, thiết bị internet không dây trong khi các nhà điều hành mạng có thể là mạng di động GSM, CDMA hay hệ thống TDMA cơ bản

BTS là trạm thu phát sóng di động, được dùng trong truyền thông về các thiết

bị di động trong mạng viễn thông bởi các dịch vụ (ISP) Thông thường BTS được đặt ở 1 vị trí nhất định theo quy hoạch của các ISP (dựa theo mạng tổ ong), nhằm tạo ra hiệu quả thu phát song cao nhất với vùng phủ sóng rộng và ít có các điểm, vùng nằm giữa các BTS mà không được phủ sóng

Hình 1.1 Một số hình ảnh về trạm BTS Một BTS điển hình bao gồm: một trạm thu phát (TRX) nhằm xử lý việc truyền

và nhận tín hiệu, gửi và nhận các tín hiệu từ các phần tử mạng cao hơn, một bộ tổ hợp sẽ kết hợp nguồn cấp dữ liệu từ một số trạm thu phát để được gửi đi thông qua một ăng-ten duy nhất do đó làm giảm số lượng ăng-ten cần cài đặt, một bộ khuếch đại công suất giúp khuếch đại tín hiệu từ trạm thu phát để truyền thông tin qua ăng-

ten, một bộ song công được sử dụng để tách việc gửi và nhận tín hiệu từ các ten hoặc từ một ăng-ten là một phần bên ngoài của BTS

ăng-Các thiết bị BTS thường được đặt trong một nơi trú ẩn để bảo vệ các thiết bị viễn thông tránh khỏi các tác nhân bên ngoài như bụi, ăn mòn, rỉ sét, trộm cắp, … Một nhà trạm bao gồm các thiết bị BTS như đã đề cập ở trên, một máy điều hòa không khí được sử dụng để làm mát không gian trong trạm do nhiệt sinh ra bởi các thiết bị, một bình điện để cung cấp điện và đèn an ninh cho các thiết bị

Nhiệt độ của trạm viễn thông trong thời gian hoạt động vượt quá 55°C là một tình trạng hoạt động tốt cho các thiết bị điện tử BTS Điều này đòi hỏi sự cần thiết của máy điều hòa không khí, đặc biệt là tại nơi có khí hậu nhiệt đới để duy trì nhiệt

độ của nhà trạm giữ ở mức 25°C nhằm kéo dài tuổi thọ của thiết bị BTS và pin

Độ ẩm tương đối cũng là mối quan tâm hàng đầu và nó cần được được duy trì ở mức dưới 60% để tránh sự ngưng tụ của chất lỏng trên thiết bị Trong hầu hết các trường hợp, điều hòa không khí thường thực hiện cả 2 chức năng là làm mát và hút ẩm nhằm mục đích duy trì độ ẩm chấp nhận được

1.2 Tổng quan về các thiết bị sử dụng trong trạm BTS

Hình 1.3 Ăng-ten

1.2.1.2 Feeder

thực hiện chức năng phối hợp trở kháng, truyền dẫn năng lượng sóng cao tần giữa ăng-ten thu phát và bộ phối ghép ăng-ten hoặc bộ thu phát vô tuyến TRx Các feeder phải đảm bảo dải tần băng thông hoạt động, suy hao, phản xạ cho phép phù hợp với thiết kế thiết bị BTS Có cấu trúc chắc chắn, chịu được điều kiện thời tiết khí hậu vùng lắp đặt trạm

Hình 1.4 Hình ảnh Feeder

- Cáp phải được bố trí/rải ngăn nắp thẳng đều trên máng cáp.

- Tại những vị trí uốn cong, bán kính cong của dây feeder không được nhỏ quá giới hạn cho phép Vì nếu bán kính cong nhỏ quá sẽ gây ra suy hao vượt mức cho phép và dây feeder có khả năng bị gãy

- Dây feeder không được cố định quá chặt vào cầu cáp vì sẽ làm cho feeder bị móp

- Dây feeder phải được cố định vào cầu cáp bằng kẹp cáp, dây đi thẳng, chắc chắn nên kẹp 2 sợi feeder của một sector đi chồng lên nhau để tiện cho việc

mở rộng sau này, chú ý không được kẹp chung 2 sợi cáp feeder của 2 sector khác nhau

Trước khi chạy dây feeder vào lổ cáp nhập trạm phải có đoạn uốn cong võng xuống, nhằm tránh nước bám theo feeder chảy vào trạm qua lổ cáp nhập trạm

1.2.1.3 Tủ BTS

Hình 1.5 Hình ảnh tủ BTS

Tủ BTS có nhiều loại như : BTS Alcatel, BTS Ericsson, BTS Huawei, mỗi loại

Thiết bị tủ trạm BTS là thành phần trung tâm của trạm, nó bao gồm các khối chức năng như sau:

- Các khối thu phát (TRX)

- Khối ghép nối ăng-ten

- Khối chức năng điều khiển chính

- Các khối hỗ trợ

- Tủ cabinet

- Khối nguồn, khối quạt, lọc gió

- Tiếp đất, giao diện đấu truyền dẫn, cảnh báo, ắc quy

1.2.2 Các thiết bị ngoại vi, phụ trợ

Hình 1.6 Sơ đồ kết nối cấc module ngoại vi, phụ trợ

1.2.2.1 Hệ thống cấp nguồn

 Tủ nguồn AC

Hình 1.7 Tủ nguồn AC

Tủ nguồn AC có chức năng chính là nhận điện từ điện lưới hoặc từ máy phát điện (trong trường hợp mất điện) cấp nguồn xoay chiều cho đèn và công tắc, máy điều hoà tủ nguồn, tủ nguồn DC… Tủ nguồn AC này có những ưu điểm sau: tích hợp bộ cắt điện áp cao, tự động chuyển đổi giữa điện máy nổ và điện lưới, bộ làm trễ khi sử dụng điện máy nổ…

Các hộp cáp dùng để đi dây nguồn AC có kích thước 100x60mm

Các loại cáp nguồn AC đi vào tủ điện AC dùng 1 lỗ lớn ở vị trí gần tường để cáp nguồn AC luôn nằm trong hộp cáp và được bọc bảo vệ bằng một lớp vỏ bọc ở vị trí tiếp xúc với vỏ hộp của tủ điện AC Bố trí tủ cắt lọc sét ở bên phải, tủ điện AC ở vị trí bên trái Tuy nhiên, nếu trong trường hợp đặc biệt, có thể đặt tủ điện AC ở bên phải,

tủ cắt lọc sét ở bên trái Phần điện AC phải đi cách cáp thoát sét từ cột ăng-ten ít nhất 30cm, nếu khó thực hiện cáp AC phải bọc kim hoặc đi trong ống kim loại

 Tủ nguồn DC

Hình 1.8 Tủ nguồn DC

Tủ nguồn DC có chức năng nhận điện áp AC từ tủ nguồn AC, sau đó chỉnh lưu và ổn áp để cấp nguồn DC(- 48V) cho các thiết bị viễn thông khác trong trạm (tủ BTS, các thiết bị truyền dẫn…) Thiết kế của tủ này gồm có: Tủ , ắc quy, MCU, Rectifier

- Tủ: có các hộc để cắm Rectifier, MCU, và các ngăn để chứa ắc quy (mỗi ngăn chứa được 4 ắc quy, mỗi ắc quy 12V)

- Hệ thống Acquy

+ Thông thường có 3 giàn, mỗi

giàn gồm 4 bình ( loại 12V) hoặc

24 bình ( loại 2V)

+ Thời gian làm việc phụ thuộc vào

dung lượng và thời gian sử dụng

Hình 1.9 Acquy

Rectifier: là một module nhận điện áp xoay chiều từ tủ, chỉnh lưu và ổn áp thành một chiều

- MCU là một module điều khiển hoạt động của tủ, khi mất điện chuyển sang dùng nguồn acquy, đưa ra cảnh bảo khi hỏng rectifer, mất điện và cạn nguồn Thông thường trong một tủ nguồn DC có ít nhất 2 Rectifer nhằm dự phòng khi hỏng một Rectifer (số lượng rectifer phụ thuộc vào tải mình dùng, mỗi rectifer chịu dòng tối đa khoảng 30A) Khi mất điện tủ nguồn DC đưa ra cảnh báo mất điện, tín hiệu này cung cấp cho tủ BTS, 9 tủ BTS sẽ đưa về trung tâm điều khiển nhờ vậy mà họ biết trạm nào đang mất điện để triển khai máy phát điện Trong thời gian mất điện, tủ nguồn DC sử dụng điện từ nguồn ắc quy, khi điện của ắc quy giảm xuống mức quy định thì cảnh báo cạn nguồn được đưa về trung tâm kỹ thuật Nếu lúc này không triển khai máy phát điện thì ắc quy cạn và trạm sẽ không hoạt động (chết trạm)

 Tủ GUPS

Tủ GUPS (hay còn gọi là ATS) là một sản phẩm thực tế từ đề tài nghiên cứu khoa học “Bộ điều khiển và giám sát máy phát, cung cấp điện cho trạm BTS” của nhóm tác giả trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái nguyên, đã được áp dụng rộng rãi trong các trạm BTS của đài Mobifone, tiết kiệm rất nhiều chi phí vận hành máy nổ cho nhà trạm

Là hệ thống chuyển đổi nguồn tự động, có tác dụng khi điện lưới mất thì máy phát

tự động khởi động và đóng điện cho phụ tải Khi nguồn lưới phục hồi thì hệ thống tự chuyển nguồn trở lại và tự động tắt máy phát Nhưng thông minh hơn là có giám sát

sự hoạt động của máy nổ

Hình 1.10 Hình ảnh tủ GUPS trong trạm BTS

TỦ ĐIỀU KHIỂN GUPS

Nạp Acquy 24V.dc

Nguồn nuôi 24Vdc

Ắc quy 12v

COM

Báo: thấp áp 220v Lỗi: quá tải Lỗi: dầu cạn

Hình 1.11 Sơ đồ tổng quát của tủ GUPS

 Máy phát điện

- Máy phát điện là thiết bị điện có tác dụng biến đổi cơ năng thành điện năng thông qua nguyên lý cảm ứng điện từ và định luật về tác dụng của lực từ trường trên dòng điện

- Một số máy phát điện thường dùng trong trạm BTS

+ Máy phát KiBii-Honda + Máy phát Denyo + Máy phát LISTER PETTER Tuy các loại máy của các hãng sản xuất khác nhau nhưng đều có một nguyên tắc vận hành và điều khiển tương tự nhau

1.2.2.2 Hệ thống cảnh báo

Hình 1.12 Sơ đồ hệ thống cảnh báo

 Cảm biến nhiệt độ

- Cho biết nhiệt độ trong và ngoài phòng máy

- Cho biết nhiện độ tại các cửa gió qua đó giám sát khả năng làm việc của máy lạnh

- Từ các tín hiệu này, bộ điều khiển trung tâm sẽ đưa ra cách thức vận hành máy lạnh hợp lý (Ví dụ: vận hành luân phiên, vận hành song song hay ngừng vận hành máy lạnh)

 Cảm biến độ ẩm

- Cho biết độ ẩm môi trường từ đó đưa ra quyết định vận hành quạt hay không, tránh trường hợp độ ẩm bão hòa gây đọng nước trong trạm

 Cảm biến ngập nước

- Cho biết trạm có bị ngập nước hay không rất hữu ích đối với các trạm ở vùng

dễ bị ngập lụt

 Cảm biến báo khói và báo cháy

- Cho biết trạm có bị cháy (nhiệt độ gia tăng nhanh) hoặc có khói Qua đó đưa

ra cách thức xử lý khẩn kịp thời

 Cảm biến hồng ngoại và cảm biến cửa

- Cho biết trạm có người hoạt động và cửa trạm có đang được mở hay không

Từ những tín hiệu phản hồi này ta có thể tăng cường giám sát an ninh tại trạm đảm bảo trạm được an toàn trong quá trình vận hành

- Để điều khiển điều hoà cần sử dụng một thiết bị điều khiển có chức năng sau:

+ Phát hiện trạng thái bật tắt điều hoà

+ Có khả năng cài đặt nhiệt độ, tốc độ gió, tốc độ quạt cho điều hoà

- Mỗi trạm lắp đặt 02 máy điều hoà không khí với công suất lạnh từ 1800

BTU tới 24000 BTU tùy theo diện tích và số lượng thiết bị BTS

+ Duy trì độ ẩm trong phòng không lớn hơn 80%

+ Chế độ điều khiển nhiệt độ đặt ở mức duy trì nhiệt độ trong phòng máy

25 ~ 28 độ C

Hình 1.14 Điều hòa

 Quạt gió

Các trạm không có máy phát điện dự phòng lắp cố định và là trạm không người

trực, phải lắp đặt quạt làm mát bằng gió khẩn cấp sử dụng nguồn DC dự phòng

Hệ thống bao gồm 2 cụm: 1 cụm hút và một cụm thổi

- Cụm thổi được lắp cách trần phòng máy khoảng

20 cm

- Cụm hút lắp cách sàn khoảng 20 cm để hút

không khí từ ngoài vào

- Dùng quạt chạy nguồn DC cùng điện áp với hệ

thống acquy trạm, công suất 20~40W

Hình 1.15 Quạt gió Quạt vận hành thông qua bộ điều khiển chuyển đổi tự động theo cảm biến nhiệt phòng máy Chế độ vận hành như sau:

- Quạt hoạt động khi: nhiệt độ phòng tăng theo chiều lên tới ≥ 340C

- Quạt dừng hoạt động khi nhiệt độ phòng giảm xuống tới ≤ 320C

- Có thể bật tắt cưỡng bức hệ thống quạt bằng tay

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN 2.1 Đặt vấn đề

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ điều khiển và giám sát, không chỉ được nghiên cứu trong khoa học và công nghệ mà còn được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực đời sống xã hội, công nghệ, bảo vệ môi trường…Trong lĩnh vực viễn thông, với mô hình các trạm BTS được lắp đặt trong nhiều vùng, trong phạm

vi diện tích lớn đòi hỏi cần phải có sự đảm bảo về tính vận hành ổn định và giám sát khả năng hỏng hóc của hệ thống do các yếu tố về môi trường như nhiệt độ, độ

ẩm, hay các yếu tố kỹ thuật như nguồn điện, quy trình hoạt động của các thiết bị… Chính vì thế yêu cầu cần phải có một hệ thống có thể giám sát được các thông số

kỹ thuật và điều kiện môi trường của từng trạm BTS Bên cạnh đó, hệ thống cũng phải cung cấp được khả năng tự động xử lý tình huống trong các trường hợp xuất hiện các cảnh báo nguy hiểm

Để phục vụ cho các nhà trạm không người trực như trạm BTS, trạm biến thế, trạm tần số, trung tâm dữ liệu… cần có hệ thống BMS kết hợp cảnh báo như báo cháy, báo khói, các cảnh báo và điều khiển đều có thể thực hiện từ xa mà không cần phải đến trực tiếp

2.2 Mục đích, yêu cầu của đề tài

Nhằm phục vụ cho việc báo cháy tự động qua tin nhắn SMS đặt tại các trạm BTS,

có thể là các nhà cao tầng, các công ty xí nghiệp,…

Từ mục đích trên nên thiết bị báo cháy phải đảm bảo các yêu cầu :

- Hệ thống dễ dàng sử dụng, độ tin cậy và bảo mật cao

+ Chuyển tín hiệu cháy thành tín hiệu báo động rõ ràng để những người xung quanh có thể thực hiện ngay biện pháp thích hợp

+ Có khả năng chống nhiễu tốt

+ Không bị tê liệt một phần hay tòan bộ do cháy gây ra trước khi phát hiện

ra cháy + Khả năng dự phòng cao

KHỐI MODULE SIM

KHỐI XỬ

LÝ TRUNG TÂM

- Khối nguồn : Cung cấp nguồn hoạt động cho toàn bộ hệ thống

- Khối xử lý trung tâm: là trung tâm xử lý các tín hiệu vào/ra, điều khiển thiết bi, thống kê

- Khối cảm biến: Cung cấp các cảm biến để lấy tín hiệu đưa về bộ xử lý trung tâm

để điều khiển thiết bị

- Khối giao tiếp người dùng: cung cấp giao diện tương tác giữa người dùng và thiết bị như kết nối internet, kết nối PC, màn hình LCD…

- Khối cảnh báo: đưa ra các tín hiệu đèn tín hiệu còi mỗi khi phát hiện có cháy

- Khối modul sim: Có chức năng như một điện thoại di động để kết nối với vi điều khiển Nó được đặt cố định và thường xuyên kết nối với vi điều khiển Khi người

sử dụng nhắn một tin nhắn SMS có nội dung là một lệnh yêu cầu điều khiển thiết

bị, nó sẽ nhận tin nhắn và được xử lý bởi câu lệnh điều khiển được lập trình và được nạp vào vi điều khiển

 Tại sao lại dùng PIC mà không phải là các loại vi điều khiển khác?

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051, Motorola 68HC, AVR, ARM , Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn bản ở môi trường đại học, bản thân người viết đã chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng dụng trên công cụ này vì các nguyên nhân sau: Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt Nam Giá thành không quá đắt Có