Thiết kế chế tạo thiết bị đầu cuối hỗ trợ liên lạc cứu hộ, cứu nạn sử dụng tòa nhà

Cơng nghệ điện tử ngành quan trọng hàng đầu thời đại công nghiệp 4.0 Hằng năm sản phẩm ứng dụng khoa học công nghệ ngành điện tử lại đời Chúng giúp cho sống cải thiện hơn, tăng suất hiệu làm việc giải việc cấp thiết xã hội Hiện nay, tòa nhà cao tầng cần thiêt bị giúp nhân viên cứu hộ dễ dàng thông báo thông tin người bị nạn (vị trí người chờ cứu) trường hợp tòa nhà gặp cố máy chủ để có biện pháp cứu hộ kịp thời giúp giảm thiểu tối đa thiệt hại người cho tòa nhà Là sinh viên khoa Điện tử trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM, với kiến thức học với mong muốn thiết kế hệ thông gồm thiết bị đầu cuối giúp cho việc hỗ trợ cứu hộ nhanh chóng dễ dàng hơn, chúng em lựa chọn đề tài “ Thiết kế chế tạo thiết bị đầu cuối hỗ trợ liên lạc cứu hộ, cứu nạn sử dụng tòa nhà”

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ MÁY TÍNH TRẦN LÊ MINH HOÀNG -14072511 LÊ TRUNG HẬU - 14055771 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TÒA NHÀ DESIGN AND FABRICATION DEVICE SUPPORTED RESCUE CONTACT INSIDE THE BUILDING KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS ONG MẪU DŨNG NIÊN KHĨA 2014-2018 LỜI MỞ ĐẦU Cơng nghệ điện tử ngành quan trọng hàng đầu thời đại công nghiệp 4.0 Hằng năm sản phẩm ứng dụng khoa học công nghệ ngành điện tử lại đời Chúng giúp cho sống cải thiện hơn, tăng suất hiệu làm việc giải việc cấp thiết xã hội Hiện nay, tòa nhà cao tầng cần thiêt bị giúp nhân viên cứu hộ dễ dàng thông báo thông tin người bị nạn (vị trí người chờ cứu) trường hợp tòa nhà gặp cố máy chủ để có biện pháp cứu hộ kịp thời giúp giảm thiểu tối đa thiệt hại người cho tòa nhà Là sinh viên khoa Điện tử trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM, với kiến thức học với mong muốn thiết kế hệ thông gồm thiết bị đầu cuối giúp cho việc hỗ trợ cứu hộ nhanh chóng dễ dàng hơn, chúng em lựa chọn đề tài “ Thiết kế chế tạo thiết bị đầu cuối hỗ trợ liên lạc cứu hộ, cứu nạn sử dụng tòa nhà” làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp mình Trong trình thực báo cáo mình, chúng em cố gắng để hoàn thiện cách tốt Nhưng với kiến thức hiểu biết có hạn nên khơng tránh khỏi thiết sót mong thầy bạn đóng góp ý kiến cho đề tài em hồn thiện Sinh viên thực hiện: Trần Lê Minh Hoàng Lê Trung Hậu LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM, quý thầy cô Khoa Công Nghệ Điện Tử truyền dạy cho chúng em kiến thức quý giá cho chúng em Đặc biệt chúng em chân thành cảm ơn thầy Ong Mẫu Dũng tận tình dạy, hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án Trong q trình thực đồ án nhóm chúng em gặp khơng khó khăn thiếu sót Nhưng hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình quý thầy cô, giúp chúng em khắc phục thiếu sót hồn thành đề tài thời hạn, giúp chúng em học tốt Tuy nhiên kiến thức chúng em có hạn nên trình thực đồ án viết báo cáo cịn nhiều sai sót Rất mong ý kiến đánh giá đóng góp q thầy để đồ án chúng em hoàn thiện Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, Ngày… tháng … .năm 2018 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tp Hồ Chí Minh, Ngày… tháng … .năm 2019 Giáo viên hướng dẫn Ký Tên NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Tp Hồ Chí Minh, Ngày… tháng … .năm 2019 Giáo viên phản biện Ký Tên MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TỊA NHÀ TĨM TẮT Với phát triển công nghệ nay, hàng loạt thiết bị công nghệ đời đa số chúng hoạt động cách tự động Chúng giúp người giải nhiều vấn đề đời sống mà số việc hỗ trợ cứu hộ cứu nạn tòa nhà cao tầng Ngày sống phát triển sở hạ tầng đại, tòa nhà cao tần xuất ngày nhiều Chính cơng tác cứu hộ cứu nạn ngày quan trọng Hiện đa số nhân viên cứu hộ tòa nhà trang bị đàm để liên lạc với phận cứu hộ tịa nhà mà cơng tác cứu hộ gặp nhiều khó khăn sóng truyền dễ bị nhiễu Mặt khác phận quản lý khó cập nhật tình trạng tất nhân viên khơng có thiết bị hỗ trợ Vì lý thực tiễn mà nhóm định thiết kế chế tạo hệ thống bao gồm thiết bị đầu cuối nhằm hỗ trợ cho việc cứu hộ cứu nạn tịa nhà KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TÒA NHÀ ABSTRACT With the development of today's technology, a wide range of technological devices are born and most of them operate automatically They help people solve many problems in life, one of which is rescue assistance in high buildings Nowadays, the more and more modern infrastructure is developed, the higher-rise buildings appear more and more So rescue work is important Currently, most rescue workers in buildings are equipped with radios to communicate with the central rescue unit so rescue work is difficult because the waves are prone to noise wave propagation is not high On the other hand, it is difficult for managers to update the status of all the employees because there is no support for the device For these practical reasons, the team decided to design and manufacture a system that included terminals to assist with rescue work in the building KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TÒA NHÀ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, với phát triển nhanh chóng thiết bị điện- điện tử, việc giao tiếp thiết bị với cần thiết nhằm tối ưu hóa nguồn tài nguyên nhờ khai thác tối đa chức chúng Việc giao tiếp giúp tạo hệ thống nhiều thiết bị liên kết với giúp nâng cao hiệu công việc Cùng với phát triển giao thức mạng không dây giúp việc liên kết thiết bị ngày dễ dàng Xuất phát từ nhu cầu để khai thác ưu điểm kiến thức học chúng em quyêt định tìm hiểu đề tài “ Thiết kế chế tạo thiết bị đầu cuối hỗ trợ liên lạc cứu hộ, cứu nạn sử dụng tòa nhà sử dụng giao thức mạng không dây Zigbee ” 1.2 Tầm quan trọng đề tài  Đây đề tài nghiên cứu mang tính thực tiễn việc vận dụng kiến thức học mái trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM vào thực tế  Về mặt khoa học, đề tài giúp cho nhóm sinh viên thực hiểu rõ thêm Truyền liệu điều khiển cách điều khiển mạch điện thông qua giao thức mạng không dây Zigbee  Về mặt thực tiễn, đề tài áp dụng vào thực tế để giúp đỡ cho đội cứu hộ tịa thơng tin cho máy chủ câp nhật thơng tin từ máy chủ cách nhanh chóng qua giảm thiệt hại người nhiều 1.3 Mục đích đề tài Do thời gian thực đề tài có hạn kiến thức cịn hạn chế nên nhóm sinh viên thực đưa giới hạn sau:  Tìm hiểu giao thức mạng khơng dây zigbee  Tìm hiểu phương pháp lập trình cho Atmega328P-PU phần mềm Arduino ide  Điều khiển giao tiếp thiết bị cầm tay với thiết bị 10 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TỊA NHÀ • Nút nhấn: client giúp lựa chọn thông tin cần gửi cho server Đối với server chọn thông tin hiển thị • Pin: cung cấp năng lượng cho thiết bị hoạt động • Module sạc: giúp sạc lại pin • Cơng tắc: đóng thiêt bị khơng sử dụng nhằm tiết kiệm lượng 3.3.2 Sơ đồ nguyên lý 33 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TỊA NHÀ Hình 18: Sơ đồ ngun lý • Mạch gồm vi điều khiển Atmega328P-PU kết nối với thiết bị: module CC2530 chân TX, RX vi điều khiển; hình Gphone qua chân digital 11,12,13,14 vi điều khiển.; nút nhấn qua chân digital 15,16,17,18 vi điều khiển Mạch hoạt động nhờ lấy lượng từ pin điều khiển đóng ngắt qua cơng tắc Pin sạc thơng qua module sạc dự phịng 3.3.3 Sơ đồ mạch in Mạch gồm vi điều khiển Atmega 328P-PU kết nối vơi thạch anh 16Mhz chân số 9,10.Hai tụ gốm Cx1, Cx2 có giá trị 22pF dùng để để ổn định công suất tiêu tán (ổn định nhiệt) cho thạch anh tạo dao động cho vi điều khiển Jum cắm P3 dùng đển kết nối với pin dùng để cấp nguồn cho vi điều khiển Jum cắm P4 dùng để kết nối với module sạc dụ phịng Jum cắm P5 dùng để kết nối cơng tắc điều khiển chế độ tắt/mở thiết bị Vi điều khiển kết nối với cụm jum cắm gồm P1, P2,P6 để điều khiển linh kiện hệ thống: • Jum cắm P1 dùng để kết nối với LCD Gphone Vi điều khiển kết nối với jum cắm chân digital 11,12,13,14 • Jum cắm P2 dùng để kết nối với module Zigbee CC2530 Vi điều khiển kết nối với jum cắm chân digital 2,3 • Jum cắm P6 dùng để kết nối với nút nhấn Vi điều khiển kết nối với jum cắm chân digital 15,16,17,18 34 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TỊA NHÀ Hình 19: Sơ đồ mạch in 3.4 Giới thiệu phần mềm lập trình Arduino thực đề tài Để lập trình cho board Arduino loại vi điều khiển có tích hợp bootloader, cần phải có cơng cụ gọi Intergrated Development Environment (IDE) Giao diện Arduino IDE gồm vùng: vùng lệnh vùng viết chương trình vùng thơng báo Hình 20: Giao diện Arduino IDE • Vùng lệnh: bao gồm nút lệnh menu (File, Edit, Sketch, Tools, Help) Phía icon cho phép sử dụng nhanh chức thường dùng IDE miêu tả bảng sau: 35 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TÒA NHÀ Bảng 4: Chức Icon vùng lệnh • Vùng dùng lệnh: để viết Vùng đoạn mã chương trình • Vùng thơng báo: Những thơng báo từ IDE hiển thị 3.5 Lưu đồ giải thuật 3.5.1 Lưu đồ giải thuật hệ thống 36 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TỊA NHÀ Hình 21: Mơ hình giải thuật hệ thống 3.5.2 Nguyên tắc hoạt động hệ thống Bảng 5: Giải thích hoạt động hệ thống Số tự thứ Server Client 37 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TÒA NHÀ bước xử lý Khởi động thiết bị kết nối với Khởi động thiết bị kết nối với zigbee zigbee Cập nhật bảng danh sách người bị nạn Nhận thông tin báo trạng thái Gửi thông tin báo trạng thái nhân viên từ Client (rảnh) cho Server Cập nhật trạng thái nhân viên Từ danh sách người bị nạn lựa chọn vị trí phù hợp cho nhân viên cứu hộ Gửi yêu cầu nhiệm vụ cho Client Nhận yêu cầu nhiệm vụ từ Server ( Client reset bước q trình khơng nhận thông tin từ server) Nhận thông tin báo trạng thái (đang Gửi thông tin báo trạng thái hoạt động) từ Client (đang hoạt động) cho Server Nhân viên tiến hành đến phòng Cập nhật trạng thái nhân viên giao nhiệm vụ Nhận thông tin báo trạng thái (đang hoạt động) từ Server Gửi thông tin báo trạng thái (đang ( Client reset bước hoạt động) cho Client khác trình không nhận thông tin từ server) 3.5.3 Giải thuật cho Server 38 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TỊA NHÀ Hình 22: Giải thuật Server 39 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TỊA NHÀ 3.5.4 Giải thuật cho Client Hình 23: Giải thuật Client 40 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TÒA NHÀ CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Các vấn đề làm - Nghiên cứu giao thức mạng khơng dây zigbee - Tìm hiểu module zigbee CC2530 - Tìm hiểu vi điều khiển Atmega 328P-PU - Lập trình điều khiển Arduino phần mềm Arduino IDE - Xây dựng thành công thiết bị đầu cuối ( client server) giao tiếp giao thức mạng khơng dây zigbee Hình 24: Hệ thống thiết bị hỗ trợ cứu hộ cứu cứu nạn 41 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TỊA NHÀ 4.1.1 Hoạt động Server Hình 25: Giao diện server kích hoạt Thiết bị Server gồm nút chức thực chức thể qua bảng sau: Bảng 6: Chức nút Server Hình ảnh Chức Sau kích hoạt hệ thống bấm nút thứ hình server thi danh sách thống kê bao gồm: số lượng người chờ cứu, cứu cứu Sau kích hoạt hệ thống bấm nút thứ hai danh sách gồm: vị trí tầng(FLO), phịng (ROO) số lương nạn nhân (VAL) Để di chuyển xuống danh sách ta bấm nút số 2, ngược lại ta bấm nút số để di chuyển lên 42 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TỊA NHÀ Sau kích hoạt hệ thống bấm nút thứ hai danh sách gồm: mã số nhân viên(ID), trạng thái hoạt động nhân viên (STA) vị trí phong tầng gắn cho nhân viên( FLO,ROO) Bấm nút số để quay lại hình 4.1.2 Hoạt động Client 43 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TỊA NHÀ Hình 26: Giao diện Client khởi động Thiết bị Client gồm nút chức thực chức thể qua bảng sau: Bảng 7: Chức nút Client Hinh ảnh Chức Khi thiết bị khởi động ta bấm nút số để kích hoạt thiết bị Sau bấm nút số để kích hoạt hình thiết bị lên số ID thiết bị server cấp Vị trí số tầng phịng thiết bị lúc thiết bị mở Để lấy thông tin nhiệm vụ từ server ta nhấn nút số Sau bấm nút số thiết bị hiển thị số tầng(Floor) số phòng (Room) mà server yêu cầu nhân viên thực Nhấn nút số để chấp nhận yêu cầu từ server 44 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TÒA NHÀ Sau chấp nhận yêu cầu từ server nhân viên thực nhiệm vụ yêu cầu Trong trường hợp đường gặp người bị nạn nhân viên thơng tin cho server biết cách: • Nhấn nút số 1: thay đổi số tầng (Floor), phòng (Room), số nạn nhân (INJR) • Nhấn nút số để di chuyển trỏ nhằm chọn mục mong muốn • Nhấn nút số 3: Hủy bỏ tác vụ • Nhấn nút số : Gửi thông tin cho server Thơng tin gửi cho Server 45 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TÒA NHÀ Hồn tất q trình gửi thơng tin cho Server 4.2 Tự đánh giá Ưu điểm - Thiết bị dễ sử dụng, hoạt động tốt khoảng cách xa, nhiễu Khuyết điểm - Chưa tối ưu hóa dược kích thước thiết bị 4.3 Hướng phát triển đề tài • Làm gọn mơ hình dây kết nối • Nâng cấp thiết bị hệ thống thực nhiều chức • Thương mại hóa hệ thống TÀI LIỆU THAM KHẢO Implementing ZigBee™ in Existing Industrial Automation Networks, Sensors Expo 2005 Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Wireless Automation Systems: Optimizing Reliability, Security and Coexistence, 2008 Archana R Raut et al., ZigBee: The Emerging Technology in Building Automation, International Journal on Computer Science and Engineering (IJCSE) Andreas Wettergren, ZigBee in Industry, 2007 ATmega328P Datasheet 46 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TÒA NHÀ Getting Started with Arduino: The Open Source Electronics Prototyping Platform (Make) 3rd Edition Arduino Workshop: A Hands-On Introduction with 65 Projects 1st Edition Arduino Cookbook 3rd Edition 2.4 GHz IEEE 802.15.4/ZIGBEE RF TRANSCEIVER datasheet 10 CC2530 Datasheet 11 Số 147 (4/2013) Tạp chí tự động hóa ngày 12 http://arduino.vn/tutorial/1319-st7565-huong-dan-su-dung-glcd-st7565homephone-va-chia-se-thu-vien 13 http://hshop.vn/products/mach-thu-phat-rf-zigbee-uart-cc2530-v1-1 14 http://hshop.vn/products/mach-chuyen-usb-uart-cp2102 15 http://hshop.vn/products/pin-lipo-3-7v1cell-600mah-20c 47 ... định thiết kế chế tạo hệ thống bao gồm thiết bị đầu cuối nhằm hỗ trợ cho việc cứu hộ cứu nạn tịa nhà KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TÒA NHÀ... NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TỊA NHÀ Hình 22: Giải thuật Server 39 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG. .. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI HỖ TRỢ LIÊN LẠC CỨU HỘ, CỨU NẠN SỬ DỤNG TRONG CÁC TÒA NHÀ 3.3 Giới thiệu thiết bị thiết kế hệ thống 3.3.1 Sơ đồ khối thiết kế thiết bị Client Server Màn