Báo cháy qua ứng dụng android là có một ứng dụng được cái đặt sẵn trên điện thoại sử dụng hệ điều hành android . Ứng dụng này được viết dựa theo chương trình điều khiển gồm có 2 phần là giao diện chính và giao diện cài đặt . Khi nhiệt độ , độ ẩm , khí gas ở ngưỡng như trên thì mạch sẽ gửi tín hiệu báo động cho điện thoại nhờ vào sóng wifi đã cài đặt sẵn trên điện thoại và chương trình nhờ vậy dù người quản lý có ở xa đám cháy hay nơi quản lý bao xa đi thì vẫn biết nguy cơ cháy nổ đang xảy ra và sẽ có cách can thiệp sớm nhất .
Board Arduino và ESP 8266 V 1 giao tiếp với nhau bằng giao thức UART, dùng 2 chân TX RX để truyền nhận dữ liệu .
Về cách hoạt động thì Arduio sẽ lấy dữ liệu từ các cảm biến và gửi qua ESP8266
ESP8266 sẽ gửi các dữ liệu đó lên Firebase .
Ngược lại ESP8266 sẽ đoc dữ liệu từ Firebase (Các dữ liệu gới hạn cảnh báo) và gửi sang Arduino
Từ đó Arduino so sánh dữ liệu từ cảm biến và dữ liệu cảnh báo lấy từ firebase và ra lệnh có bao động hay không .
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ MẠCH BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG 3.1 Yêu cầu điều khiển
3.1.1 Hệ thống báo cháy tự động
3.1.1.1 Lựa chọn khu vực lắp đạt hệ thống báo cháy
Trong đồ án tốt nghiệp này do khả năng có hạn nên em sẽ trình bày về hệ thống báo cháy minh họa trên diện tích nhỏ phù hợp cho nhà riêng, căn hộ hay phòng học , phòng họp , nhà kho nhỏ diện tích nhỏ hơn 100m2 giống như hình minh họa dưới đây :
Hình 3.2: Phòng họp
Hình 3.4: Nhà kho
3.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống báo cháy
Quy trình hoạt động của hệ thống báo cháy là một quy trình khép kín. Khi có hiện tượng về sự cháy (chẳng hạn như nhiệt độ gia tăng đột ngột, có sự xuất hiện của khói hoặc các tia lửa) các thiết bị đầu vào (đầu báo, công tắc khẩn) nhận tín hiệu và truyền thông tin của sự cố về trung tâm báo cháy. Tại đây trung tâm sẽ xử lý thông tin nhận được, xác định vị trí nơi xảy ra sự cháy (thông qua các zone) và truyền thông tin đến các thiết bị đầu ra (bảng hiển thị phụ, chuông, còi, đèn), các thiết bị này sẽ phát tín hiệu âm thanh, ánh sáng để mọi người nhận biết khu vực đang xảy ra sự cháy, đồng thời trung tâm điều khiển hệ thống vòi phun để xử lý kịp thời.
3.1.2.1 Nguyên lý của hệ thống báo cháy tự động
Hệ thống báo cháy tự động này được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật sử lý vi điện tử và công nghệ TMD, kết hợp với các thiết bị phát hiện nhiệt, khói, chuông báo động, nút ấn chủ động.
dẫn tín hiệu, bình thường hệ thống luôn ở trạng thái hoạt động kể cả khi mất điện nhờ có nguồn điện ăc qui dự phòng.
Khi sự cố cháy nổ xảy ra hiện tượng kèm theo là sinh khói, nhiệt và lửa lúc này tại các vùng được lắp đặt các bộ cảm biến cháy các đầu cảm biến khói.
Các bộ cảm biến này sẽ nhận biết được các hiện thượng của đám cháy và nó sẽ truyền tín hiệu đó về trung tâm báo cháy hay điện thoại của cơ quan chức năng. Khi chỉ có một tín hiệu báo cháy của một kênh bất kỳ tác động phải đưa ra tín hiệu ‘‘chú ý ’’ cùng với việc đó trung tâm báo cháy sẽ hiển thị rõ cho người sử dụng biết chính xác vị trí của vùng nào đang tác động để nhân viên vận hành biết . Sau khi trung tâm xử lý xác minh lại chính xác có cháy xảy ra không thì mới đưa ra tín hiệu báo cháy . Đồng thời trung tâm sẽ phát tín hiệu báo động bằng chuông đèn báo cháy, các vùng có sự cháy nổ được nhận biết cụ thể trên màn hình của trung tâm . Các vùng khác vẫn hoạt động bình thường.
3.2 Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động
3.2.1 Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động Chức năng các khối:
Hệ thống cảm biến: là thiết bị đầu vào của hệ thống, nó quyết định sự chính xác của mạch, gồm các cảm biến nhiệt, khói, độ ẩm , khí gas để phát hiện sự cố.
Khối báo động tại chỗ: tạo tiếng còi để báo động.
Khối thu phát: dùng để xử các tín hiệu và điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống.
Khối giao tiếp qua ứng dụng: là bộ phận giao tiếp giữa mạch và ứng dụng trên điện thoại.
Khối nguồn: Adapter cấp nguồn 5v để cấp cho mạch hoạt động.
KHỐI CẢM BIẾN BÁO ĐỘNG TẠI CHỔ KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM CPU KHỐI TRUYỀN TÍN HIỆU BÁO QUA UD KHỐI THU PHÁT KHỐI NGUỒN +5v
3.3 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống báo cháy
3.3.1 Cảm biến
3.3.1.1 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 Giới thiệu
Hình 3.7: Cảm biến DHT11
- DHT11 có cấu tạo 4 chân như hình. Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn 1 dây. +Pin1: Vcc
+Pin2: Data
+Pin3: NC ( not conected ).Chân này không sử dụng +Pin4: GND Thông số kỹ thuật + Do độ ẩm: 20%-95% + Nhiệt độ: 0-50ºC + Sai số độ ẩm ±5% + Sai số nhiệt độ: ±2ºC
Sơ đồ kết nối vi xử lý:
Hình 3.8: Sơ đồ kết nối VXL
Nguyên lý hoạt động:
Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2 bước: + Gửi tin hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại.
+ Khi đã giao tiếp được với DHT11, Cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độ đo được.
Hình 3.9: Gửi tín hiệu start
MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong khoảng thời gian >18ms. Trong Code mình để 25ms. Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt độ và độ ẩm.MCU đưa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào.
Sau khoảng 20-40us, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp. Nếu >40us mà chân DATA ko được kéo xuống thấp nghĩa là ko giao tiếp được với DHT11. Chân DATA sẽ ở mức thấp 80us sau đó nó được DHT11 kéo nên cao trong 80us. Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể biết được có giao tiếp được với DHT11 ko. Nếu tín hiệu đo được DHT11 lên cao, khi đó hoàn thiện quá trình giao tiếp của MCU với DHT.
Bước 2: đọc giá trị trên DHT11
DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte. Trong đó: - Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%)
- Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%) - Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC) - Byte 4 : giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC) - Byte 5 : kiểm tra tổng.
ð Nếu Byte 5 = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) thì giá trị độ ẩm và nhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa.
Sau khi giao tiếp được với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40 bit 0 hoặc 1 về MCU, tương ứng chia thành 5 byte kết quả của Nhiệt độ và độ ẩm.
- Bit 0 :
Hình 3.10: Đọc dữ liệu bit 0
- Bit 1 :
Hình 3.11: Đọc dữ liệu bit 1
Sau khi tín hiệu được đưa về 0, ta đợi chân DATA của MCU được DHT11 kéo lên 1. Nếu chân DATA là 1 trong khoảng 26-28 us thì là 0, còn nếu tồn tại 70us là 1.
Do đó trong lập trình ta bắt sườn lên của chân DATA, sau đó delay 50us. Nếu giá trị đo được là 0 thì ta đọc được bit 0, nếu giá trị đo được là 1 thì giá trị đo được là 1.
3.3.1.2 Cảm biến phát hiện khí gas MQ-2 Giới thiệu:
MQ2 là cảm biến khí dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy. Nó được cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2. Chất này có độ nhạy cảm thấp với không khí sạch. Nhưng khi trong môi trường có chất ngây cháy, độ dẫn của nó thay đổi ngay. Chính nhờ đặc điểm này người ta thêm vào mạch đơn gian để biến đổi từ độ nhạy này sang điện áp. Khi môi trường sạch điện áp đầu ra của cảm biến thấp, giá trị điện áp đầu ra càng tăng khi nồng độ khí gây cháy xung quang MQ2 càng cao.
MQ2 hoạt động rất tốt trong môi trường khí hóa lỏng LPG, H2, và các chất khí gây cháy khác. Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng do mạch đơn giản và chi phí thấp.
Hình 3.13: Sơ đồ MQ-2
Hình 3.14: Sơ đồ chân MQ-2
- Trong đó: o Chân 1,3 là A
o Chân 2,5 là B o Chân 4,6 là C
Hình 3.15: Sơ đồ mắc MQ2
Trong mạch có 2 chân đầu ra là Aout và Dout. Trong đó:
Aout: điện áp ra tương tự. Nó chạy từ 0.3à4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quang MQ2.
Dout: điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà MQ2 đo được.
Việc có chân ra số Dout rất tiện cho ta mắc các ứng dụng đơn giản, không cần đến vi điều khiển. Khi đó ta chỉ cần chỉnh giá trị biến trở tới giá trị nồng độ ta muốn cảnh báo. Khi nồng độ MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép thì Dout = 1. Đèn Led tắt. Khi nồng độ khí đo được lớn hơn nồng khí cho phép, Dout =0, đèn led sáng.
báo khác.
Một điều khó khăn khi làm việc với MQ2 là chúng ta khó có thể quy từ điện áp Aout về giá trị nồng độ ppm. Rồi từ đó hiển thị và cảnh báo theo ppm. Do giá trị điện áp trả về từng loại khí khác nhau, lại bị ảnh hưởng nhiệt độ, độ ẩm nữa. Trong thiết bị của mình, để xác định điểm cảnh báo mình làm khá thủ công. Đầu tiên đo trạng thái không khí sạch, giá trị thu được Vout1o Cho khí ga từ bật lửa rò rỉ ra. Ta thấy giá trị Aout tăng lên. Khi đạt khoảng cách khí ga từ bật lửa hợp lý rồi tương ứng với nồng độ khí bắt đầu nguy hiểm, ta ghi lại giá trị Vout2. Ta chọn giá trị Vout2 là giá trị ngưỡng cảnh báo. Nếu giá trị đo được lớn hơn ta sẽ cảnh báo
3.3.1.3 Cảm biến phát hiện lửa ( flame sensor) Giới thiệu
Cảm biến có khả năng thích nghi với môi trường, có một cặp truyền và nhận tia hồng ngoại.Tia hồng ngoại phát ra một tần số nhất định, khi phát hiện hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi so sánh, đèn màu xanh sẽ sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu ra (một tín hiệu bậc thấp).
Khoảng cách làm việc hiệu quả 2 ~ 5cm, điện áp làm việc là 3.3 V đến 5V. Độ nhạy sáng của cảm biến được điều chỉnh bằng chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng,....
Có thể được sử dụng rộng rãi trong robot tránh chướng ngại vật, xe tránh chướng ngại vật và dò đường....
Hình 3.16: Cảm biến phát hiện lửa Nguyên lý hoạt động
Khi modunle hoạt động các chân tín hiệu sẽ báo tín hiệu về thiết bị điều khiển. Lúc đó tín hiệu chân Dout.Tín hiệu mức cao là không có lửa.Tín hiệu thấp là có
lửa.Aout cho ra tín hiệu tương tự
Các cảm biến ngọn lửa được thiết kế để chỉ phát hiện đám cháy, nhưng nó không phải là chống cháy. Khi sử dụng nó, hãy giữ một khoảng cách an toàn tránh hư hỏng
Thông số kĩ thuật
Bộ so sánh sử dụng LM393, làm việc ổn định Điện áp làm việc: 3.3V - 5V DC.
Khi bật nguồn, đèn báo nguồn màu đỏ sáng. Lỗ vít 3 mm, dễ dàng cố định, lắp đặt. Kích thước: 3.2cm * 1.4cm
chế độ thông thường, xin vui lòng không tự ý điều chỉnh chiết áp
Cổng giao tiếp
VCC: điện áp chuyển đổi từ 3.3V đến 5V (có thể được kết nối trực tiếp đến vi điều khiển 5V và 3.3V)
GND: GND ngoài
OUT: đầu ra kỹ thuật số (0 và 1)
3.3.2 Arduino NANO
Giới thiệu
Điều đầu tiên tớ muốn chia sẻ với các bạn khi tiếp xúc với Arduino Nano, đó là sự tiện dụng, đơn giản, có thể lập trình trực tiếp bằng máy tính và đặc biệt hơn cả đó là kích thước của nó. Kích thước của Arduino Nano cực kì nhỏ chỉ tương đương đồng 2 nghìn gấp lại 2 lần thôi (1.85cm x 4.3cm), rất thích hợp cho các newbie, vì giá rẻ hơn Arduino Uno nhưng dùng được tất cả các thư việt của mạch này. Hôm nay, tớ viết bài này nhằm mục đích giới thiệu về mạch Arduino Nano và các thông số kĩ thuật, cùng với đó là những gợi ý ứng dụng khi bắt đầu với mạch này.
Hình 3.17: Arduino NANO Thông số kỹ thuật
Bảng 3.1: Thông số kĩ thuật của Arduino NANO
Vi điều khiển ATmega328 (họ 8bit)
Điện áp hoạt động 5V – DC
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ 30mA
Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC
Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)
Số chân Analog 8 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 40 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 2KB dùng bởi bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Kích thước 1.85cm x 4.3cm
Các thông số kĩ thuật của Arduino Nano hầu như giống hoàn Arduino UNO R3, vì vậy các thư viện trên Arduino Uno đều hoạt động tốt trên Arduino Uno. Tuy nhiên, ở Nano có một lợi thế cực kì quan trọng, nhờ đó Arduino Nano đã được ứng dụng rất nhiều trong các dự án DIY, đó chính là kích hước của nó. Đồng thời Nano còn số lượng chân Analog nhiều hơn Uno (2 chân A6, A7 chỉ dùng để đọc) cùng với dùng ra tối đa của mỗi chân IO lên đến 40mA. Nhưng, có một điểm trừ nhẹ cho Nano, đó là mạch này Nano cần đến 2KB bộ nhớ cho bootloader
Giới thiệu
ESP8266 là một chip tích hợp cao - System on Chip (SoC), có khả năng xử lý và lưu trữ tốt, cung cấp khả năng vượt trội để trang bị thêm tính năng wifi cho các hệ thống khác hoặc đóng vai trò như một giải pháp độc lập.
Module wifi ESP8266 v1 cung cấp khả năng kết nối mạng wifi đầy đủ và khép kín, bạn có thể sử dụng nó để tạo một web server đơn giản hoặc sử dụng như một access point.
Hình 3.18: ESP8266 V1 Đối tượng hướng đến
Bạn đọc bài viết này để tiếp cận trọn vẹn bắt buộc phải có các khối kiến thức vững về: Lập trình C/C++. Kiến trúc phần mềm. Lập trình Arduino. Lập trình web front-end. Mạng máy tính, giao thức HTTP. Thao tác với tập lệnh AT.
Thông số kỹ thuật
Wifi 802.11 b/g/n
Wifi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2 Chuẩn điện áp hoạt động 3.3V
Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến 115200
Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access Point Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK, WPA_WPA2_PSK
Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP
Tích hợp công suất thấp 32-bit CPU có thể được sử dụng như là bộ vi xử lý ứng dụng SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART
Hình 3.19: Sơ đồ chân và chức năng
URXD(RX) — dùng để nhận tín hiệu trong giao tiếp UART với vi điều khiển VCC — đầu vào 3.3V
GPIO 0 — kéo xuống thấp cho chế độ upload bootloader
RST — chân reset cứng của module, kéo xuống mass để reset
GPIO 2 — thường được dùng như một cổng TX trong giao tiếp UART để debug lỗi
CH_PD — kích hoạt chip, sử dụng cho Flash Boot và updating lại module, nối với mức cao
GND — nối với mass
UTXD (TX) — dùng để truyền tín hiệu trong giao tiếp UART với vi điều khiển
Sơ đồ lắp đặt mạch Arduino giao tiếp với ESP8266 điều khiển bật tắt LED thông qua wifi
Ở đây em sử dụng trực tiếp LED nối với chân D13 được tích hợp sẵn trên board Arduino
Trình duyệt web Mozilla Firefox 48.0.1 Window 10 Pro
Arduino IDE 1.6.4
Module wifi ESP 8266 v1 Board Arduino NANO
Đối với các môi trường khác bạn vui lòng tự điều chỉnh cho phù hợp.