Đồ án Module Sim ( Cảnh báo nhiệt độ, khí ga,..) . Đồ án điểm A

Đồ án Module Sim ( Cảnh báo nhiệt độ , khí ga ,.. Qua điện thoaị ) Cháy nổ gây thiệt hại về tài sản cũng như tính mạng con người. Để lại hậu quả và gánh nặng cho xã hộ như nhiều người mất cả sản nghiệp, ảnh hưởng đến an ninh kinh tế và an sinh xã hội của địa phương…. Những vụ cháy thường xuất phát do ý thức chủ quan, thiếu cẩn trọng, coi thường mạng sống. Theo các năm, số lượng các vụ cháy lớn không ngừng gia tăng, nếu các đám cháy xảy ra ở những nơi đông người khu dân cư, nó lại càng nguy hiểm hơn, vì khi đó đám cháy dễ dàng lan ra trên diện rộng, mà ở những nơi như vậy rất khó để thực hiện công tác chữa cháy.

Mục Lục

LỜI CẢM ƠN……….2

Lời Mở Đầu……… 3

Chương 1: cơ sở lý thuyết……… 4

1. Tổng quan đề tài………4

2. Giới thiệu các linh kiện……….9

2.1.Giới thiệu về Arduino………9

2.2 Giới thiệu về modulesim 900A của mlab……… 15

2.3 Cảm biến khí ga MQ-2……… 23

2.4 Cảm biến báo cháy, báo khói (flame sensor)……….27

2.5 cảm biến hồng ngoại ML-R940……….28

Chương 2: Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế……… 30

1.Bài toán đặt ra……….30

2.Phân tích và lựa chọn……… 30

Chương 3: Thiết kế, chế tạo hệ thống cảnh báo và rò rỉ khí ga………34

1 Kết nối Phần cứng ………34

2 Lập trình phần mềm……… 39

KẾT LUẬN……….43

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm đồ án 5, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ýkiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô và bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân

thành đến thầy Hồ Sỹ Phương, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong

suốt quá trình làm đồ án Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trườngĐại học Vinh nói chung, các thầy cô bộ môn kỹ thuật điều khiển và tự động hóanói riêng đã hướng dẫn cho em kiến thức về cách trình bày và nội dung đồ án,giúp em có được cơ sở lý thuyêt và tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình làm

đồ án môn học Tuy vậy, với kinh nghiệm và kiến thức còn thiếu sót nên bản đồ

án của em còn chưa được hoàn thiện lắm, em mong được sử chỉ dẫn chân thànhcủa các thầy cô

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy cô, gia đình bạn bè đã luôn tạođều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoànthành đồ án

Lời Mở Đầu

Hiện nay, các ứng dụng sử dụng bằng lập trình điều khiển aduino là một lĩnhvực mang tính khoa học và công nghệ hiện đại, nó là một ngành khoa họckhông còn xa lạ so với nhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát triển của

nó rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu , ứng dụng, đặc biệt là máytính chuyên dụng riêng cho nó ngày càng được đa dạng và mở rộng để tạo racác mô hình thực tế áp dụng vào đời sống và một trong số đó là Hệ thống cảnhbáo phát hiện khí ga và có cháy Aduino là một công cụ mạnh mẽ được ưachuộng trong công nghiệp dùng để thực hiện Qua thời gian nghiên cứu emđược sự hướng dẫn nhiệt tình của thạc sĩ Hồ Sỹ Phương giúp em hoàn thành đềtài Hệ thống cảnh báo phát hiện khí ga và coc cháy Em xin chân thành cảm ơnThầy Cô viện Kỹ thuật & công nghệ đặc biệt Th.s Hồ Sỹ Phương trong thờigian vừa qua đã giúp em nghiên cứu thành công đề tài Qua đó cũng giúp emtiếp cận được những kiến thức thực tế và giúp em định hướng công việc say nàycủa bản thân.!

Chương 1: cơ sở lý thuyết

Với hậu quả to lớn của cháy nổ, hỏa hoạn, việc phòng và chống luôn cầnđược đặt lên hàng đầu, cần có nhiều biện pháp giúp ngăn ngừa cháy nổ, làmgiảm thiệt hại tối thiểu nếu có xảy ra cháy lớn

Để thực hiện được công tác phòng chống cháy nổ hiệu quả điều đầu tiên lànâng cao ý thức, trách nhiệm của người dân.

Đảm bảo tốt công tác phòng chống cháy nổ ở nhà máy, xí nghiệp, xưởngsản xuất, hộ gia đình cần:

Trang bị các phương tiện phòng chống cháy như bình chữa cháy, lắp đặt hệthống phòng cháy chữa cháy, báo cháy

Thường xuyên kiểm tra các địa điểm dễ xảy ra cháy nổ như nơi đặt cầu giaođiện, công tắc điện, những nơi sử dụng mỏ hàn, nơi có nguy cơ phóng điện Tại các công ty nhà máy xí nghiệp thường xuyên có các buổi huấn luậnhướng dẫn cách ứng phó, xử lý sự cố, sử dụng bình chữa cháy khi có đám cháy Luôn luôn đề cao cảnh giác, đề phòng cháy nổ trong mọi tình huống

Đây là một vấn đề quan trọng của xã hội vì vậy là một trong những đề tàinghiên cứu của các kĩ sư phòng chống cháy nổ

Không nên để sự việc xảy ra rồi mới tìm cách cứu vãn, hãy luôn thực hiệntốt công tác phòng chống cháy nổ để đảm bảo an toàn

Nguyên nhân:

Đa phần những nguyên nhân gây cháy tại căn hộ xuất phát từ những lí do hết sức đơn giản và ít ai nghĩ tới Nên cư dân cũng cần biết những kiến thứccần thiết về cách phòng cháy để hạn chế những thiệt hại về con người và tài sản Với hệ thống điện sử dụng trong căn hộ, việc phát sinh thêm các thiết bịđiện dẫn đến việc thay đổi mạng lưới điện ban đầu là nguyên nhân đầu tiên đến hiện tượng quá tải, chập mạch Ngoài ra, lắp đặt các thiết bị điện tại nơi

ẩm ướt như khu vực máy giặt, máy rửa chén, tủ lạnh, bệp điện, cư dân cũngcần lưu ý đến việc rò rỉ điện Ngắt nguồn điện căn hộ trong những chuyến đi dàingày, để phòng chập điện gây cháy và lây lan ra căn hộ kế bên

Việc sử dụng khí gas trong nấu nướng hàng ngày cũng tiềm ẩn nguy cơcháy nổ trong căn hộ và tỉ lệ cháy nổ cao hơn khi không kiểm tra van an toàn,dây dẫn khí và đặc biệt là bếp gas khi đã sử dụng lâu ngày và không thường

xuyên vệ sinh Ngoài kiểm tra, phải để những vật dụng dễ cháy cách xa khu vựcnấu nướng

Sử dụng nội thất trong nhà tránh sử dụng các vật liệu gỗ, nhựa, mút sốp,

để ốp tường, trần, vách ngăn nhằm hạn chế cháy làn Đặc biết chú ý đến thóiquen hút thuốc và đốt vàng mã trong căn hộ là mối hiểm họa đáng chú ý khi chỉ

vô tình một tàn thuốc hay tàn lửa dư cho vào thùng rác có thể tạo những đámlửa nhỏ và lan rộng rất nhanh chóng

Trong thời gian gần đây, tình hình cháy, nổ trên địa bàn cả nước diễn biếnphức tạp, đã xảy ra nhiều vụ cháy nghiêm trọng, đặc biệt nghiêm trọng gây hậuquả nặng nề, thảm khốc về tính mạng và tài sản của nhân dân, nhà nước, gâytâm lý bất an trong xã hội, ảnh hưởng xấu đến tình hình an ninh trật tự.Nguyên nhân dẫn tới các thiệt hại đặc biệt nghiêm trọng khi xảy ra cháy nổ thì

có nhiều, nhưng một trong những nguyên nhân chính là: PHÁT HIỆN CHÁYMUỘN Việc phát hiện cháy muộn dẫn tới nhiều hệ lụy như: đám cháy pháttriển mạnh mất kiểm soát, đám cháy lan rộng ra các Cơ sở xung quanh, lựclượng chức năng về PCCC tiếp nhận thông tin báo cháy muộn, dẫn tới việc triểnkhai chữa cháy, cứu nạn, cứu hộ chưa kịp thời ;

Điển hình là vụ cháy chung cư Carina làm 13 người chết, hàng chục người

bị thương, thiệt hại hàng chục tỉ đồng, gây xáo trộn cuộc sống của hàng trăm hộgia đình Mà nguyên nhân chính là PHÁT HIỆN CHÁY MUỘN Từ đám cháynhỏ, do phát hiện muộn mà trở thành vụ cháy lớn, gây hậu quả thảm khốc Nếuđám cháy được phát hiện sớm, thì lực lượng tại chỗ hoàn toàn có thể tự chữacháy

Vì vậy, việc PHÁT HIỆN CHÁY SỚM giúp lực lượng chức năng về PCCCtriển khai công tác chữa cháy, cứu nạn, cứu hộ kịp thời, ngăn chặn cháy lan,cháy lớn, góp phần giảm thiểu đến mức thấp nhất các thiệt hại về tính mạng, tàisản do cháy nổ gây ra là hết sức khẩn thiết

Do đó mà chúng tôi chọn đề tài thiết kế hệ thống phát hiện khí ga, báo cháylàm đề tài cho đồ án hôm nay

Đặt vấn đề:

- Hệ thống cảnh báo cháy thực hiện chức năng cảnh báo sớm , phát tín hiệu khi

cảm biến thu nhận được hàm lượng khí ga trong không khí vượt mức an toàn và

có xảy ra cháy

- Tín hiệu cảnh báo sẽ được gửi về liên tục qua tin nhắn khi có xảy ra sự cố vàđồng thời chuông báo động ở bộ điều khiển sẽ kêu

- Bộ não của hệ thống là boad Arduino và module Sim 900A

- Các cảm biến thu nhận là cảm biến khí ga và cảm biến tia lửa điện

- Module còi có chức năng báo động khi xảy ra sự cố

2 Giới thiệu các linh kiện

2.1.Giới thiệu về Arduino

Arduino đã và đang được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, và ngày càngchứng tỏ được sức mạnh của chúng thông qua vô số ứng dụng độc đáo củangười dùng trong cộng đồng nguồn mở (open-source) Tuy nhiên tại Việt NamArduino vẫn còn chưa được biết đến nhiều Bài viết này là một cố gắng nhầmgiới thiệu một số thông tin về Arduino với hy vọng cung cấp cho người dùngDIY thêm một lựa chọn mới đầy tiềm năng để thực hiện các dự án của mình

H1: bo mạch aduinoHiện tượng Arduino:

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là nhữngngười tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây,gần giống với những gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động Sốlượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên

đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên vềmức độ phổ biến.

Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tácvới các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ

sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cảvới người ít am hiểu về điện tử và lập trình Và điều làm nên hiện tượngArduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phầnmềm Chỉ với khoảng $30, người dùng đã có thể sở hữu một bo Arduino có 20ngõ I/O có thể tương tác và điều khiển chừng ấy thiết bị

Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vịvua vào thế kỷ thứ 9 là King Arduin Arduino chính thức được đưa ra giớithiệu vào năm 2005 như là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên củagiáo sư Massimo Banzi, là một trong những người phát triển Arduino, tại trườngInteraction Design Instistute Ivrea (IDII) Mặc dù hầu như không được tiếp thị

gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lờitruyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên Hiện nay Arduino nổitiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đã sản sinh raArduino

Khả năng của bo mạch Arduino:

Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit megaAVR của Atmel vớihai chip phổ biến nhất là ATmega328 và ATmega2560 Các dòng vi xử lý nàycho phép lập trình các ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hìnhmạnh với các loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong

đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog vàcác chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C)

Sức mạnh xử lý:

Xung nhịp: 16MHz

EEPROM: 1KB (ATmega328) và 4KB (ATmega2560)

SRAM: 2KB (Atmega328) và 8KB (Atmega2560)

Flash: 32KB (Atmega328) và 256KB (Atmega2560)

Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào:

Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra:

Digital output:

Tương tự như các cổng vào digital, người dùng có thể cấu hình trênphần mềm để quyết định dùng ngõ digital nào là ngõ ra Tổng số lượng cổngdigital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, và trên Atmega2560 là 54

PWM output:

Trong số các cổng digital, người dùng có thể chọn một số cổng dùng đểxuất tín hiệu điều chế xung PWM Độ phân giải của các tín hiệu PWM này là 8-bit Số lượng cổng PWM đối với các bo dùng Atmega328 là 6, và đối với các

bo dùng Atmega2560 là 14 PWM có nhiều ứng dụng trong viễn thông, xử lý

âm thanh hoặc điều khiển động cơ mà phổ biến nhất là động cơ servos trong cácmáy bay mô hình

Chuẩn Giao tiếp

Đây là chuẩn giao tiếp nối tiếp được dùng rất phổ biến trên các bomạch Arduino Mỗi bo có trang bị một số cổng Serial cứng (việc giao tiếp dophần cứng trong chip thực hiện)

Bên cạnh đó, tất cả các cổng digital còn lại đều có thể thực hiện giao tiếp nốitiếp bằng phần mềm (có thư viện chuẩn, người dùng không cần phải viết code).Mức tín hiệu của các cổng này là TTL 5V Lưu ý cổng nối tiếp RS-232 trên cácthiết bị hoặc PC có mức tín hiệu là UART 12V Để giao tiếp được giữa hai mứctín hiệu, cần phải có bộ chuyển mức, ví dụ như chip MAX232 Số lượng cổngSerial cứng của Atmega328 là 1 và của Atmega2560 là 4 Với tính năng giaotiếp nối tiếp, các bo Arduino có thể giao tiếp được với rất nhiều thiết bị như PC,touchscreen, các game console…

USB:

Các bo Arduino tiêu chuẩn đều có trang bị một cổng USB để thực hiệnkết nối với máy tính dùng cho việc tải chương trình

Tuy nhiên các chip AVR không có cổng USB, do đó các bo Ardunino phải trang

bị thêm phần chuyển đổi từ USB thành tín hiệu UART Do đó máy tính nhậndiện cổng USB này là cổng COM chứ không phải là cổng USB tiêu chuẩn

SPI:

Đây là một chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ có bus gồm có 4 dây Vớitính năng này các bo Arduino có thể kết nối với các thiết bị như LCD, bộ điềukhiển video game, bộ điều khiển cảm biến các loại, đọc thẻ nhớ SD và MMC…

TWI (I2C):

Đây là một chuẩn giao tiếp đồng bộ khác nhưng bus chỉ có hai dây Vớitính năng này, các bo Arduino có thể giao tiếp với một số loại cảm biến nhưthermostat của CPU, tốc độ quạt, một số màn hình OLED/LCD, đọc real-timeclock, chỉnh âm lượng cho một số loại loa…

Môi trường lập trình bo mạch Arduino

Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính năng thông dụng mang lạinhiều lợi thế cho Arduino, tuy nhiên sức mạnh thực sự của Arduino nằm ở phầnmềm Môi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, ngôn ngữ lập trình Wiring dễhiểu và dựa trên nền tảng C/C++ rất quen thuộc với người làm kỹ thuật Vàquan trọng là số lượng thư viện code được viết sẵn và chia sẻ bởi cộng đồngnguồn mở là cực kỳ lớn

H2:Giao diện IDE của Arduino

Môi trường lập trình Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biếnnhất hiện nay là Windows, Macintosh OSX và Linux Do có tính chất nguồn mởnên môi trường lập trình này hoàn toàn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởingười dùng có kinh nghiệm

Ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua các thư viện C++ Và

do ngôn ngữ lập trình này dựa trên nền tảng ngôn ngữ C của AVR nên ngườidùng hoàn toàn có thể nhúng thêm code viết bằng AVR C vào chương trình nếumuốn

Các loại bo mạch Arduino:

Về mặt chức năng, các bo mạch Arduino được chia thành hai loại: loại bomạch chính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính(thường được gọi là shield)

Các bo mạch chính về cơ bản là giống nhau về chức năng, tuy nhiên vềmặt cấu hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ, hay kích thước có sự khácnhau Một số bo có trang bị thêm các tính năng kết nối như Ethernet vàBluetooth

Các bo mở rộng chủ yếu mở rộng thêm một số tính năng cho bo mạchchính ví dụ như tính năng kết nối Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ v.v…

H3:“Motor Shield” – một loại bo mở rộng để điều khiển động cơ DC và

Stepper

2.2 Giới thiệu về modulesim 900A của mlab

Module Sim900A là module GSM, hoạt động ở 2 băng tần 900/1900MHz, xây dựng dựa trên Sim900A của hãng SIMCOM

Module Sim900A do MLAB sản xuất được thiết kế tập trung hướng đến sự ổnđịnh trong hoạt động của thiết bị, dễ sử dụng với người dùng và phục vụ chủyếu cho việc điều khiển và giám sát các thiết bị qua GSM/GPRS, mọi tính năngkhông cần thiết đều được loại bỏ để đạt được yêu cầu chính của khách hàng vớichi phi phí thấp nhất

H4: modulesim 900AĐặc điểm:

Sử dụng nguồn ngoài: 4.3VDC - 4.8VDC/ 3A

Trên mạch có phần bảo vệ ESD và chống cắm ngược nguồn

Giao tiếp UART, dùng được với cả MCU 5V và 3.3V

Có thể khởi động module sim bằng phím bấm hoặc khởi động mềm bằngcách điều khiển chân PWKEY

Kích thước: 3.42 cm x 5.87 cm

Với các bạn mới bắt đầu nên sử dụng Module Sim900A tích hợp sẵn phầnnguồn DC- DC , để tránh việc cấp nguồn quá áp và đỡ mất thời gian thiết kếphần nguồn DC-DC cho module

Nếu bạn dùng Module Sim900A với Arduino hoặc Raspberry Pi, bạn có thểdùng 2 phiên bản sau: Sim900A Shield cho Arduino và RPI SIM900A GSMSHIELD cho Raspberry Pi

a Kết nối với vi điều khiển:

GND nối với 0 VDC

VGSM - Nguồn cấp cho Module Sim 4.3V-4.8V / 3A

VMCU - Chân này dùng để đồng bộ mức điện áp RX,TX của 2 thiết bị, domodule thiết kế có thể giao tiếp được cho cả IC 5V và 3.3V Chân VMCU đượcnối với nguồn của vi điều khiển hoặc nguồn của IC giao tiếp với Module Sim.(Ví dụ: dùng vi điều khiển 3.3V thì cấp 3.3V vào chân VMCU, dùng vi điềukhiển 5V thì cấp 5 V vào chân VMCU)

TXD - Nối với TXD của MCU

RXD- Nối với RXD của MCU

PWK - PWRKEY kết nối với 1 chân ouput của MCU để tắt/bật/reset nguồn chomodule sim (chân này phải sử dụng) Tham khảo tài liệu Hardware + Design đikèm

RST - NRESET kết nối với chân ouput của MCU để reset Module (bỏ trốngnếu không dùng) Tham khảo tài liệu Hardware + Design đi kèm

Status - Nối với chân Input của MCU để đọc trạng thái nguồn của Module Sim(bỏ trống nếu không dùng) Tham khảo tài liệu Hardware + Design đi kèm.Ứng dụng:

Điều khiển, giám sát thiết bị từ xa qua điện thoại di động(SMS/CALL) hoặc quaGPRS

Hướng dẫn sử dụng Module sim900

Bài này sẽ hướng dẫn các bạn các sử module sim900 do MLAB sản xuất mộtcách nhanh nhất.

Để làm việc với module sim900 các bạn cần chuẩn bị một số công cụ sau:

- Phần mềm Hercules, sử dụng phần mềm này để test module sim với máy tínhvới chức năng truyền nhận dữ liệu qua GPRS

Phần cứng

- Module sim900 (đã tích hợp với module nguồn DC-DC)

- Module usb to uart , module này kết nối 2 bộ truyền thông nối tiếp UART củamodule sim và máy tính với nhau

- Nguồn 12VDC(Dòng từ 1A trở lên)

Giao tiếp module sim900 với máy tính để thực hiện chức năng sms và call

>>Kết nối Module Sim900 với máy tính thông qua module uart

H5: kết nối mudolesim với máy tính

Dây TX của module UART nối với chân TXD của Module Sim900A

- Dây RX của module UART nối với chân RXD của Module Sim900A

- Dây GND của module UART nối với chân GND của Module Sim900A

- Dây 5V/3.3V của module UART nối với chân VMCU của Module Sim900A

- Cấp nguồn cho Module Sim900A

Trong trường hợp, các bạn tận dụng nguồn DC-DC đã có sẵn thì việc kết nốimodule sim với nguồn và module UART sẽ như tương tụ hình vẽ:

H6: kết nối modulesim với nguồn UART >> Khởi động Module Sim900

Phím bấm trên module sim được kết nối với chân PWKEY của sim900, nhấn

và giữ phím bấm trên module sim khoảng 1s rồi nhả để tắt hoặc bật nguồn cấpcho module sim

>> Test module sim với phầm mềm SDIAGS

x = 1 bật chế độ echo , x = 0 tắt chế độ echo (bạn nên tắt chế độ này khi giaotiếp với vi điều khiển)

Mô tả : lưu lại các lệnh đã cài đặt

Các lệnh điều khiển cuộc gọi

Mô tả : Lệnh thực hiện chấp nhận khi có cuộc gọi đến

Các lệnh điều khiển tin nhắn

Gửi mã Ctrl+Z hay 0x1A để kết thúc nội dung và gửi tin nhắn

Mô tả : Lệnh gửi tin nhắn

Kết nối vi điều khiển với module sim900

H7: kết nối vi điều khiển với modulesim

c Giao tiếp module sim900 với máy tính để truyền nhận dữ liệu với serverthông qua GPRS