Hệ thống báo cháy cho nhà cao tầng sử dụng ESP32

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY CHO TÒA NHÀ CAO TẦNG SỬ DỤNG ESP32 Sinh viên thực hiện: Lâm Trọng Nghĩa Người hướng dẫn : ThS Ngơ Thị Thu Hương TP Hồ Chí Minh – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA Đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY CHO TÒA NHÀ CAO TẦNG SỬ DỤNG ESP32 Sinh viên thực hiện: Lâm Trọng Nghĩa Lớp : Tự động hóa K57 Người hướng dẫn : ThS Ngơ Thị Thu Hương TP Hồ Chí Minh – 2021 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ _v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU _vii ĐẶT VẤN ĐỀ _viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY _1 1.1 Giới thiệu đề tài 1.2 Công tác PCCC cho nhà cao tầng Việt Nam 1.2.1 Khái niệm nhà cao tầng _1 1.2.2 Tình hình PCCC Việt Nam 1.3 Cách nhận biết cảnh báo cháy _3 1.3.1 Nhận biết 1.3.2 Cảnh báo cháy 1.4 Hệ thống cảnh báo cháy tự động _4 1.4.1 Khái niệm hệ thống cảnh báo cháy tự động _4 1.4.2 Cấu tạo thành phần hệ thống báo cháy tự động 1.4.2.1 Trung tâm báo cháy 1.4.2.2 Thiết bị đầu vào (Thiết bị khởi nguồn) _5 1.4.2.3 Thiết bị đầu 1.4.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống báo cháy tự động 1.4.4 Phân loại hệ thống báo cháy tự động _10 1.5 Tiêu chuẩn PCCC quy chuẩn Việt Nam hệ thống PCCC tự động 12 1.5.1 Quy định chung 12 1.5.2 Yêu cầu kỹ thuật với trung tâm báo cháy 13 1.5.3 Yêu cầu kỹ thuật với đầu báo cháy tự động 14 1.5.4 Yêu cầu kỹ thuật với hộp nút nhấn báo cháy _17 1.5.5 Yêu cầu kỹ thuật với phận liên kết _18 1.5.6 Yêu cầu kỹ thuật với nguồn điện tiếp đất bảo vệ 19 1.5.7 Yêu cầu kỹ thuật hệ thống cấp nước _20 1.5.8 Kiểm tra, nghiệm thu, bảo quản bảo dưỡng 20 1.6 Kết luận chương _20 1.6.1 Lý chọn đề tài _20 1.6.2 Mục tiêu đề tài _21 1.6.3 Ý tưởng thiết kế đề tài _21 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO ĐỀ TÀI 22 2.1 Các thành phần hệ thống báo cháy tự động thực tế _22 2.1.1 Trung tâm báo cháy _22 2.1.2 Thiết bị đầu vào 24 2.1.3 Thiết bị đầu _27 2.2 Lựa chọn thiết bị dựa đề tài thực 27 2.2.1 Trung tâm báo cháy _28 2.2.2 Thiết bị đầu vào 29 2.2.3 Thiết bị đầu _30 2.3 Các lý thuyết liên quan 30 2.3.1 Vi điều khiển Esp32 30 2.3.2 Các cảm biến 33 2.3.3 Phần mềm giám sát _38 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH CẢNH BÁO, GIÁM SÁT HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG 42 3.1 Thiết kế phần cứng _42 3.1.1 Tính tốn khối lượng xác định vị trí lắp đặt thiết bị 42 3.1.2 Lựa chọn hệ thống báo cháy tự động _45 3.1.3 Thông số kỹ thuật chi tiết thiết bị lựa chọn _47 3.1.4 LoRa 55 3.2 Lưu đồ thuật toán hệ thống _57 3.3 Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống _58 3.4 Xây dựng chương trình giám sát cho hệ thống _58 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH _62 4.1 Sơ đồ khối mạch nguyên lý 62 4.1.1 Sơ đồ khối 62 4.1.2 Mạch nguyên lý mạch in mơ hình 64 4.2 Lưu đồ thuật toán 66 4.3 Giám sát cảnh báo cháy _67 4.3.1 Xây dựng web giám sát 67 4.3.2 Hình ảnh thực tế web giám sát _71 4.4 Một vài hình ảnh mơ hình _74 4.5 CODE _75 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO _78 PHỤ LỤC _79 PHỤ LỤC 1: CODE CỦA SLAVE 79 PHỤ LỤC 2: CODE CỦA MASTER 88 PHỤ LỤC 3: CODE WEB GIÁM SÁT 97 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PCCC Phòng cháy chữa cháy TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam AFA Automatic Fire Alarm AC Alternating Current DC Direct Current SCL Signal Line Circuits DANH MỤC CÁC H Hình 1: Vincom An Giang Hình 2: Tủ báo cháy Hochiki FN-2127 Hình 3: Đầu báo nhiệt địa Hochiki ATJ-EA _3 Hình 4: Đầu báo khói quang địa Hochiki ALN-V Hình 5: Các thành phần hệ thống báo cháy tự động _5 YHình 1: Các thành phần hệ thống báo cháy thực tế _22 Hình 2: Module TTGO T-Call V1.3 ESP32 _29 Hình 3: Các biến thể Esp32 30 Hình 4: DOIT Devkit V1 _31 Hình 5: Chức chân Esp32 (38pin) 32 Hình 6: TTGO T-Call ESP32 with SIM800L GSM/GPRS 32 Hình 7: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 33 Hình 8: Các chân DHT11 34 Hình 9: Cảm biến Gas MQ2 _35 Hình 10: Các chân MQ2 _36 Hình 11:Mạch cảm biến hồng ngoại phát lửa LM393 _37 Hình 12: Các chân Mạch cảm biến lửa 38 Hình 13: Mơ hình giao diện đăng nhập Web 67 Hình 14: Mơ hình giao diện giám sát báo cháy 68 Hình 15: Phần mềm lập trình Web - Visual Studio Code _68 Hình 16: Tạo project Firebase 69 Hình 17: Đăng ký Authentication dựa Project tạo _69 Hình 18: Đăng ký Realtime Database dựa Project tạo _70 Hình 19: Giao diện deploy hosting 70 Hình 20: Các bước deploy lên hosting _71 YHình 1: Tủ báo cháy không dây WCP1 _47 Hình 2: Tủ báo cháy – – kênh FCP _49 Hình 3: Thiết bị báo khói khơng dây WSD1 _50 Hình 4: Đầu báo nhiệt gia tăng FSH – 001 51 Hình 5: Nút ấn báo cháy FSM – 001 53 Hình 6: Đèn báo cháy FSBL – 001 54 Hình 7: Kích cỡ chuông đèn báo cháy FSBL – 001 54 Hình 8: Radio packet LoRa 56 Hình 9: Lưu đồ thuật tốn hệ thống 57 Hình 10: Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống _58 Hình 11: Giao diện điều khiển, giám sát hệ thống M&E 59 Hình 12: Giao diện giám sát đầu báo PCCC _59 Hình 13: Giao diện giám sát bơm PCCC _60 Hình 14: Giao diện giám sát quạt tăng áp PCCC _60 Hình 15: Giao diện giám sát đầu báo có báo cháy _61 YHình 1: Sơ đồ khối mơ hình 62 Hình 2: Sơ đồ khối SLAVE _63 Hình 3: Sơ đồ khối MASTER 63 Hình 4: Mạch nguyên lý SLAVE _64 Hình 5: Mạch nguyên lý MASTER 65 Hình 6: Chân kết nối mạch nguyên lý MASTER _66 Hình 7: Lưu đồ thuật tốn mơ hình 66 Hình 8: Tin nhắn cảnh báo 71 Hình 9: Giao diện đăng nhập 72 Hình 10: Chọn tầng giám sát _72 Hình 11: Hiển thị tất tầng 73 Hình 12: Cảnh báo có cháy Web _73 Hình 13: Cảnh báo có khí Gas Web _74 Hình 14: Mơ hình MASTER _74 Hình 15: Mơ hình SLAVE _75 DANH MỤC CÁC BẢN Bảng 1: Yêu cầu kỹ thuật với đầu báo cháy tự động 14 Bảng 2: Khoảng cách chiều cao lắp đặt đầu báo khói _16 Bảng 3: Khoảng cách chiều cao lắp đặt đầu báo nhiệt _17 YBảng 1: Ưu nhước điểm trung tâm báo cháy địa thông thường 23 Bảng 2: Ưu nhược điểm hệ thống báo cháy địa 24 Bảng 3: Ưu nhược điểm đầu báo khói Ion _25 Bảng 4: Ưu nhược điểm đầu báo khói quang 25 Bảng 5: Ưu nhược điểm đầu báo khói tia _26 Bảng 6: Ưu nhược điểm đầu báo nhiệt _26 Bảng 7: Ưu nhược điểm đầu báo gas _26 Bảng 8: So sánh hệ thống báo cháy có dây khơng dây 28 Bảng 9: Thông số kỹ thuật Esp32 31 Bảng 10: Giải thích ý nghĩa chân DHT11 _34 Bảng 11: Thông số kỹ thuật MQ2 _36 Bảng 12: Giải thích ý nghĩa chân MQ2 _36 Bảng 13: Thông số kỹ thuật cảm biến lửa _37 Bảng 14: Giải thích ý nghĩa chân CB lửa 38 YBảng 1: Thống kê thiết bị sử dụng hệ thống 46 Bảng 2: Đặc tính kỹ thuật tủ không dây WCP1 _48 Bảng 3: Đặc tính kỹ thuật tủ báo cháy - - kênh FCP _49 Bảng 4: Đặc tính kỹ thuật thiết bị báo khói khơng dây WSD1 _51 Bảng 5: Cấu tạo đầu báo nhiệt gia tăng FSH – 001 52 Bảng 6: Đặc tính kỹ thuật đầu báo nhiệt gia tăng FSH – 001 52 Bảng 7: Đặc tính kỹ thuật nút ấn báo cháy FSM - 001 _54 Bảng 8: Đặc tính kỹ thuật chng đèn báo cháy FSBL - 001 55 YBảng 1: Chân kết nối mạch nguyên lý SLAVE _65 ĐẶT VẤN ĐỀ Từ xưa tới việc ngăn ngừa đề phòng hỏa hoạn hay cơng tác phịng cháy chữa cháy ln coi vấn đề quan trọng hàng đầu quốc gia Ở Việt Nam tốc độ xây dựng sở hạ tầng diễn cách mạnh mẽ Các tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại, trụ sở văn phòng…xuất ngày nhiều, đặc biệt thành phố lớn Các tịa nhà với tính chất kiến trúc rộng đa dạng, lại nơi thường xuyên tập trung lượng lớn người học tập, làm việc trang bị nhiều tài sản quý giá tiềm ẩn nguy khác dẫn tới hỏa hoạn Do việc trang bị hệ thống báo cháy tự động nhằm phát sớm nguy để ngăn chặn hiệu yêu cầu cấp thiết cơng trình Đồng thời, thời đại 4.0 nay, kết nối thiết bị chuyển biến từ hữu tuyến đến vô tuyến hệ thống báo cháy khơng khỏi quy luật Tuy nhiên, thị trường nay, hệ thống báo cháy vô tuyến chưa đáp ứng nhu cầu thị trường mặt kỹ thuật giá thành Từ lý em chọn đề tài “ Xây dựng hệ thống cảnh báo cho tòa nhà cao tầng sử dụng Esp32” với mục đích nghiên cứu hệ thống quan trọng làm đề tài cho Đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên nước ta việc nghiên cứu, thiết kế thiết bị phần cứng hệ thống báo cháy tự động chưa triển khai thực tế Hầu hết hệ thống sử dụng thị trường nhập từ nước Từ hạn chế đó, đồ án giới hạn phạm vi nghiên cứu cấu trúc hệ thống, thành phần thiết bị, nguyên lý hoạt động tiêu chuẩn thiết kế Từ có sở nghiên cứu, thiết kế hệ thống báo cháy tự động không dây cho cơng trình tịa nhà 20 tầng