Tài liệu Thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas.

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO, PHÒNG CHỐNG HỎA HOẠN VÀ RÒ RỈ KHÍ GAS GVHD : Hà A Thồi SVTH1: Trần Minh Tâm MSSV : 15141277 SVTH2: Đỗ Thị Huệ MSSV : 15141168 Tp. Hồ Chí Minh – 6/2019 i TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 1 tháng 6 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Minh Tâm MSSV: 15141277 Đỗ Thị Huệ MSSV: 15141168 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 15141DT I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO, PHÒNG CHỐNG HỎA HOẠN VÀ RÒ RỈ KHÍ GAS II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Hệ thống cảnh báo hỏa hoạn và rò rỉ khí gas được thực hiện với các số liệu ban đầu như sau: - Hệ thống thu thập dữ liệu từ cảm biến lửa, nhiệt độ, khí gas. - Hiển thị giá trị thu thập được lên LCD và trang web Thingspeak.com để theo dõi nồng độ khí gas, nhiệt độ trong phòng. - Nếu phát hiện có gas, lửa hay nhiệt độ quá cao sẽ báo động bằng cách gọi, gửi tin nhắn cho người sử dụng và mở quạt thông gió nhằm làm giảm nồng độ khí gas trong không khí, kích hoạt máy bơm hoạt động dập tắt lửa. 2. Nội dung thực hiện: - Lên ý tưởng đồ án - Tìm hiểu về linh kiện sử dụng - Thiết kế, thi công khối cảm biến đo nhiệt độ, cảm biến phát hiện lửa, cảm biến rò rỉ khí gas. - Thiết kế khối giao tiếp ngoại vi, lấy cơ sở dữ liệu trực tuyến thông qua Internet, truyền nhận thông tin giữa trạm phụ và trạm trung tâm. - Vẽ lưu đồ giải thuật. ii - Thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo và rò rỉ khí gas - Lắp ráp các khối vào mô hình. - Chạy thử nghiệm hệ thống. - Cân chỉnh hệ thống. - Viết luận văn - Báo cáo đề tài tốt nghiệp III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/02/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/06/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Thầy Hà A Thồi CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---Tp.HCM, ngày 28, tháng 02, năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Đỗ Thị Huệ Lớp:15141DT1C MSSV:15141168 Họ tên sinh viên 2: Trần Minh Tâm Lớp:15141DT2A MSSV:15141277 Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas Tuần/ngày Nội dung Tuần 3 Gặp GVHD để nghe phổ biến về yêu cầu làm đồ án , tiến hành chọn đồ án GVHD tiến hành xét duyệt đề tài (18/2 – 24/2) Tuần 4 (25/2 – 3/3) Tuần 5 (4/3 – 10/3) Tuần 6 (11/3 – 17/3) Tuần 7 (18/3 – 24/3) Tuần 8 (25/3 – 31/3) Tuần 9 (1/4 – 7/4) Xác nhận GVHD Viết đề cương và lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan tới đề tài: cảm biến khí gas MQ2, cảm biến phát hiện lửa flame sensor, cảm biến nhiệt độ DHT-22, Arduino Uno R3, động cơ bơm P385, ESP8266 Node MCU, LCD 16X2 Tìm hiểu về giao tiếp giữa các module, các cảm biến với Arduino ở bộ điều khiển trung tâm Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng các khối ( khối nguồn, khối xử lí, khối hiển thị, khối cảm biến, khối truyền dữ liệu) Tính toán thiết kế khối nguồn, thiết kế sơ đồ toàn mạch và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch Vẽ PCB Vẽ lưu đồ giải thuật iv Tuần 10 (8/4 – 14/4) Tuần 11 (15/4 – 21/4) Tuần 12 (22/4 – 28/4) Tuần 13 (29/4 – 5/5) Tuần 14 (6/5 – 12/5) Tuần 15 (13/5 – 19/5) Lập trình code cho VDK và tiến hành thi công mạch Lập trình code cho VDK và tiến hành thi công mạch Lập trình code cho VDK và tiến hành thi công mạch Kiểm tra , cân chỉnh mạch thi công Viết báo cáo nội dung đã làm Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước khi in và báo cáo Nộp quyển báo cáo và báo cáo đề tài. Làm slide (6-10 cái), báo cáo với GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) v LỜI CAM ĐOAN Nhóm sinh viên – Đỗ Thị Huệ và Trần Minh Tâm xin cam đoan đây là đồ án do nhóm tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Hà A Thồi. Nhóm chỉ tham khảo các tài liệu trước đó và các nghiên cứu trên mạng online. Kết quả công bố trong khóa luận tốt nghiệp là trung thực không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Tp.HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2019 SV thực hiện đồ án ( Ký và ghi rõ họ tên) Trần Minh Tâm Đỗ Thị Huệ vi LỜI CẢM ƠN Nhóm thực hiện đồ án xin được gửi lời cảm ơn đặc biệt đến giảng viên hướng dẫn thầy Hà A Thồi vì đã giúp đỡ nhóm trong quá trình thực hiện đồ án, người đã đưa ra hướng nghiên cứu, giải đáp thắc mắc, cũng như tận tình quan sát nhóm làm việc. Trong quá trình thực hiện nhóm đã tiếp thu được những kiến thức thực tế và cách làm việc nghiêm túc, hiệu quả từ thầy. Nhóm em xin gửi lời tri ân thành nhất đến các quý thầy cô trong khoa Điện điện tử đã hỗ trợ chúng em về những kiến thức nền tảng vững vàng, tạo điều kiện tốt nhất cho sinh viên trong quá trình học tập và nghiên cứu. Sự hỗ trợ thầm lặng và vô cùng quan trọng từ gia đình và bạn bè luôn là động lực để nhóm có thể làm việc hết khả năng và hoàn thành đồ án một cách tốt nhất. Một lần nữa nhóm vô cùng hân hạnh khi được làm sinh viên tại trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, là học trò của những giảng viên đầy tâm huyết, lời cảm ơn này cũng là sự ghi nhận sâu sắc mà nhóm muốn gửi đến thầy cô, gia đình và bạn bè. vii MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .......................................................................... ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................... iv LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... vi LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... vii MỤC LỤC ............................................................................................................... viii DANH SÁCH HÌNH ẢNH ...................................................................................... xii DANH SÁCH BẢNG VẼ .........................................................................................xv TÓM TẮT ............................................................................................................... xvi Chương 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................................1 1.2 MỤC TIÊU ........................................................................................................1 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .............................................................................2 1.4 GIỚI HẠN .........................................................................................................2 1.5 BỐ CỤC ............................................................................................................3 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................4 2.1 GIỚI THIỆU CÁC LOẠI KHÍ GAS TRONG CÔNG NGHIỆP .....................4 2.1.1 Khái niệm ...................................................................................................4 2.1.2 Ứng dụng của khí gas trong công nhiệp ....................................................4 2.1.2.1 Ứng dụng trong ngành thực phẩm ......................................................4 2.1.2.2 Ứng dụng trong thiết bị gia dụng ........................................................4 2.1.2.3 Ứng dụng làm nhiên liệu khí đốt ........................................................6 2.1.3 Tính chất nguy hiểm cháy, nổ của gas .......................................................7 2.2 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ .......................................................7 2.2.1 Khái niệm ...................................................................................................7 2.2.2 Phân loại cảm biến nhiệt độ .......................................................................8 2.3 GIỚI THIỆU TIA LỬA ĐIỆN ..........................................................................8 2.3.1 Khái niệm ...................................................................................................8 2.3.2 Điều kiện tạo ra tia lửa điện .......................................................................9 2.3.3 Ứng dụng ....................................................................................................9 2.4 GIỚI THIỆU MẠNG DI ĐỘNG GSM.............................................................9 2.5 CÁC LOẠI MODULE SIM TRÊN THỊ TRƯỜNG .......................................11 2.5.1 Nguyên lý hoạt động ................................................................................12 2.5.1.1 Giao tiếp UART với vi điều khiển ....................................................12 2.5.1.2 Tập lệnh AT ......................................................................................12 viii 2.6 BỘ THU PHÁT SÓNG VÔ TUYẾN (RF) ...................................................13 2.6.1 Sóng vô tuyến ( RF ) ................................................................................13 2.6.2 Bộ thu phát sóng vô tuyến (RF) ...............................................................15 2.7 CÁC LOẠI MODULE THU PHÁT SÓNG RF .............................................17 2.7.1 Nguyên lý hoạt động ................................................................................17 2.7.2 Giao tiếp SPI với vi điều khiển ................................................................18 2.8 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG INTERNET .........................................................18 2.8.1 Cấu trúc của mạng Internet ......................................................................18 2.8.2 Các mạng truy nhập không dây................................................................18 2.9 CÁC LOẠI MODULE THU PHÁT WIFI .....................................................19 2.10 NGUỒN CUNG CẤP ...................................................................................20 2.10.1 Bộ chuyển đổi nguồn AC – DC .............................................................20 2.10.1.1 Bộ chuyển đổi Adapter ...................................................................20 2.10.1.2 Nguồn tổ ong ...................................................................................21 2.10.2 Bộ chuyển đổi nguồn DC- DC ...............................................................22 2.10.2.1 Mạch tăng áp BOOST .....................................................................22 2.10.2.2 Mạch hạ áp BUCK ..........................................................................24 2.11 ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ................................................................25 2.11.1 Động cơ điện 1 pha ................................................................................25 2.11.2 Động cơ điện 3 pha ................................................................................26 2.12 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO.................................................26 2.12.1 Phần cứng ...............................................................................................26 2.12.2 Phần mềm ...............................................................................................27 2.12.3 Các loại Arduino ....................................................................................28 2.12.3.1 Arduino Uno R3 ..............................................................................28 2.12.3.2 Arduino Nano ..................................................................................29 2.12.3.3 Arduino Mega 2560 R3 ...................................................................30 2.13 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU .............................................................31 2.13.1 Giao tiếp SPI ..........................................................................................31 2.13.2 Giao tiếp UART .....................................................................................32 2.13.3 Giao tiếp I2C ..........................................................................................33 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................38 3.1 GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG .....................................................38 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CHI TIẾT HỆ THỐNG ..................................38 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ....................................................................38 3.2.1 Tính toán và thiết kế mạch .......................................................................40 ix 3.2.1.1 Cảm biến khí gas ...............................................................................40 3.2.1.2 Cảm biến lửa .....................................................................................42 3.2.1.3 Cảm biến nhiệt độ .............................................................................43 3.2.1.4 Cảm biến siêu âm HC-SR04 .............................................................45 3.2.1.5 Chuông báo động ..............................................................................46 3.2.1.6 Khối hiển thị ......................................................................................46 3.2.1.7 Module Wifi ESP8266 ......................................................................48 3.2.1.8 Mạch thu phát RF NRF24L01+ ........................................................50 3.2.1.9 Module SIM 800A MINI ..................................................................51 3.2.1.10 Khối xử lý trung tâm Arduino .........................................................52 3.2.1.11 Khối nguồn ......................................................................................54 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống ..................................................................55 3.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý của khối thu thập dữ liệu........................................55 3.2.3.2 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm...............................................57 3.2.3.3 Sơ đồ nguyên lý khối máy bơm ........................................................58 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................................60 4.1 GIỚI THIỆU ...................................................................................................60 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................................60 4.2.1 Thi công khối thu thập dữ liệu .................................................................60 4.2.2 Khối xử lý trung tâm ................................................................................62 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ........................................................64 4.3.1 Thi công hộp bảo vệ mạch .......................................................................64 4.3.2 Thi công mô hình .....................................................................................64 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ...............................................................................64 4.4.1 Lưu đồ giải thuật ......................................................................................64 4.4.1.1 Khối thu thập dữ liệu.........................................................................64 4.4.1.2 Khối xử lý trung tâm .........................................................................69 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển......................................................69 4.4.2.1 Giới thiệu phần mềm lập trình ..........................................................69 4.4.2.2 Giới thiệu về Web Thingspeak .........................................................73 4.5 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ THAO TÁC ................................75 Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ...................................................76 5.1 GIỚI THIỆU ...................................................................................................76 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC..................................................................................76 5.2.1 Sử dụng Arduino Nano ............................................................................76 5.2.3 Sử dụng module NRF24L01 ....................................................................76 x 5.2.4 Đưa thông tin lên Web Thingspeak .........................................................77 5.2.5 Sử dụng module SIM 800A gọi và nhắn tin ............................................77 5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ..........................................................................77 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..............................................81 6.1 KẾT LUẬN .....................................................................................................81 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ....................................................................81 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................82 PHỤ LỤC ..................................................................................................................83 xi DANH SÁCH HÌNH ẢNH Chương 2 Hình 2. 1: Sự nguy hiểm khi gas phát nổ ....................................................................7 Hình 2. 2: Tia lửa điện ................................................................................................8 Hình 2. 3: Cấu trúc cơ bản của mạng di động ...........................................................10 Hình 2. 4: Module SIM 800A mini ...........................................................................11 Hình 2. 5: Module SIM 800l .....................................................................................11 Hình 2. 6: Module SIM 900A ...................................................................................11 Hình 2. 7: Giao tiếp UART giữa Module SIM và vi Arduino. ................................12 Hình 2. 8: Sơ đồ mạch tạo sóng RF đơn giản ...........................................................16 Hình 2. 9: Sơ đồ mạch thu sóng đơn giản .................................................................16 Hình 2. 10: Mạch thu phát 6 kênh 2.4 GHZ L24YK-RX4 .......................................17 Hình 2. 11: Mạch thu phát sóng RF NRF24L01+.....................................................17 Hình 2. 12: Mạch thu phát RF UART LC12S 2.4Ghz ..............................................17 Hình 2. 13: Giao tiếp SPI giữa thiết bị đầu và thiết bị cuối ......................................18 Hình 2. 14: Mạng LAN không dây ...........................................................................19 Hình 2. 15: Mạng không dây diện rộng ....................................................................19 Hình 2. 16: Kit RF thu phát WIFI ESP8266 NodeMCU LUA CP2102 ...................19 Hình 2. 17: Kit RF thu phát WIFI ESP8266 NodeMCU LUA V3 CH340 ..............20 Hình 2. 18: Mạch thu phát Wifi ESP8266 UART ESP-01 .......................................20 Hình 2. 19: Adapter 12V-1.5A ..................................................................................21 Hình 2. 20: Nguồn tổ ong 12V-10A .........................................................................22 Hình 2. 21: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch tăng áp........................................23 Hình 2. 22: Mạch tăng áp XL6009 4A......................................................................24 Hình 2. 23: Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch hạ áp .................................................24 Hình 2. 24: Mạch hạ áp DC-DC LM2596 ................................................................25 Hình 2. 25: Động cơ xoay chiều một pha .................................................................25 Hình 2. 26: Hình ảnh Arduino Uno R3 .....................................................................28 Hình 2. 27: Arduino Nano .........................................................................................29 Hình 2. 28: Arduino Mega 2560 R3 .........................................................................30 Hình 2. 29: Kết nối 1 thiết bị với Arduino theo chuẩn giao tiếp SPI ........................31 Hình 2. 30: Cấu trúc của một Frame dữ liệu .............................................................33 Hình 2. 31: Bus I2C và các thiết bị ngoại vi .............................................................34 Hình 2. 32: Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn và chế độ nhanh ...............34 Hình 2. 33: Hướng đi của xung Clock và hướng đi của đường dữ liệu ....................35 Hình 2. 34: Trình tự truyền bit ..................................................................................36 Hình 2. 35: Start bit và Stop bit.................................................................................37 Chương 3 Hình 3. 1: Sơ đồ khối thu thập dữ liệu ......................................................................38 Hình 3. 2: Sơ đồ khối xử lý trung tâm ......................................................................39 Hình 3. 3: Hình ảnh khối máy bơm ...........................................................................40 Hình 3. 4: Hình ảnh thực tế của cảm biến MQ-2 ......................................................40 Hình 3. 6: Hình ảnh thực tế module cảm biến khí Gas MQ-2 ..................................42 Hình 3. 7: Module cảm biến phát hiện lửa ................................................................42 Hình 3. 8: Sơ đồ nguyên lý cảm biến phát hiện lửa ..................................................43 xii Hình 3. 9: Cảm biến DHT22 .....................................................................................44 Hình 3. 10: Hình cảm biến siêu âm ...........................................................................45 Hình 3. 11: Giản đồ thời gian của cảm biến HC- SR04 ............................................45 Hình 3. 12: Hình ảnh còi báo động ...........................................................................46 Hình 3. 13: Hình ảnh LCD 16x2 ...............................................................................47 Hình 3. 14: Module ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 ...........................................48 Hình 3. 15: Sơ đồ chân Module ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 ........................49 Hình 3. 16: Mạch Thu Phát RF NRF24L01+............................................................50 Hình 3. 17: Sơ đồ chân Mạch Thu Phát RF NRF24L01+.........................................51 Hình 3. 18: Module SIM 800A Mini ........................................................................51 Hình 3. 19: Arduino Nano .........................................................................................52 Hình 3. 20: Sơ đồ chân Arduino Nano ......................................................................53 Hình 3. 21: Sơ đồ khối của khối nguồn ....................................................................54 Hình 3. 22: Sơ đồ nguyên lý mạch hạ áp ..................................................................54 Hình 3. 23: Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp ...............................................................54 Hình 3. 24: Sơ đồ nguyên lý khối thu thập dữ liệu ...................................................55 Hình 3. 25: Sơ đồ khối xử lý trung tâm ....................................................................57 Hình 3. 26: Sơ đồ nguyên lý khối máy bơm .............................................................58 Chương 4 Hình 4. 1: PCB mặt sau khối thu thập.......................................................................60 Hình 4. 2: PCB mặt trước khối thu thập ...................................................................60 Hình 4. 3: Hình ảnh khối thu thập dữ liệu sau khi in ................................................61 Hình 4. 4: Khối thu thập sau khi đã lắp linh kiện .....................................................62 Hình 4. 5: PCB mặt sau của khối trung tâm..............................................................62 Hình 4. 6: PCB mặt trước của khối trung tâm ..........................................................63 Hình 4. 7: Hình ảnh khối xử lý trung tâm sau khi in ................................................63 Hình 4. 8: Hình ảnh hệ thống sau khi hoàn thiện hộp bảo vệ ...................................64 Hình 4. 9: Hình ảnh mô hình đề tài ...........................................................................64 Hình 4. 10: Lưu đồ khối thu thập dữ liệu ..................................................................65 Hình 4. 11: Lưu đồ đọc giá trị cảm biến ...................................................................66 Hình 4. 12: Lưu đồ truyền dữ liệu qua Module NRF24L01 .....................................67 Hình 4. 13: Lưu đồ chương trình truyền dữ liệu UART sang NodeMCU ................67 Hình 4. 14: Lưu đồ gửi dữ liệu lên Thingspeak ........................................................68 Hình 4. 15: Lưu đồ khối xử lý trung tâm ..................................................................69 Hình 4. 16: Giao diện Arduino IDE ..........................................................................70 Hình 4. 17: Chọn Arduino sử dụng ...........................................................................71 Hình 4. 18: Chọn cổng COM kết nối với Arduino ...................................................72 Hình 4. 19: Hình ảnh truy cập trang Web Thingspeak .............................................73 Hình 4. 20: Đăng nhập tên tài khoản và mật khẩu ....................................................74 Hình 4. 21: Chọn kênh quan sát ................................................................................74 Hình 4. 22: Hình ảnh dữ liệu trên Thingspeak ..........................................................74 Hình 4. 23: Quy trình thao tác sử dụng hệ thống ......................................................75 xiii Chương 5 Hình 5. 1: Hình ảnh ban đầu của khối thu thập dữ liệu ............................................77 Hình 5. 2: Hình ảnh ban đầu của khối xử lý trung tâm .............................................78 Hình 5. 3: Hệ thống phát hiện có gas ........................................................................78 Hình 5. 4: Hệ thống nhắn tin cho người dùng...........................................................79 Hình 5. 5: Hệ thống phát hiện lửa .............................................................................79 Hình 5. 6: Hệ thống gọi điện thông báo phát hiện lửa ..............................................80 Hình 5. 7: Thông tin cảm biến được cập nhật trên Thingspeak ................................80 xiv DANH SÁCH BẢNG VẼ Chương 2 Bảng 2. 1: Phân loại tần số sóng vô tuyến ................................................................15 Chương 3 Bảng 3. 1: Thông số kỹ thuật cảm biến khí gas MQ-2 .............................................42 Bảng 3. 2: Thông số kỹ thuật DHT22 .......................................................................44 Bảng 3. 3: Chức năng các chân của LCD 16x2 ........................................................48 Bảng 3. 4: Danh sách linh kiện sử dụng nguồn 5V...................................................56 Bảng 3. 5: Danh sách linh kiện sử dụng nguồn 12V.................................................56 Bảng 3. 6: Danh sách linh kiện sử dụng nguồn 3.3V................................................56 Bảng 3. 7: Danh sách linh kiện khối xử lý trung tâm ...............................................58 Bảng 3. 8: Danh sách linh kiện khối máy bơm .........................................................59 Chương 4 Bảng 4. 1: Bảng thống kê linh kiện sử dụng cho khối thu dữ liệu ............................62 Bảng 4. 2: Bảng thống kê linh kiện sử dụng cho khối trung tâm..............................63 xv TÓM TẮT Hậu quả của sự cố cháy nổ và hỏa hoạn gây ra rất nặng nề và đáng báo động. Theo như số liệu của Tổng cục Thống Kê (Bộ Kế hoạch và Đầu tư ) tính đến 4 tháng đầu năm 2019 cả nước thiệt hại hơn 458 tỷ đồng, làm 10 người chết và mất tích, 19 người bị thương. Nhằm nắm bắt được những số liệu trên và có thể hạn chế được phần nào hậu quả mà hỏa hoạn và cháy nổ mang lại, nhóm em đã quyết định thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas. Với mục tiêu là hệ thống có thể phát hiện được lửa và khí gas rò rỉ một cách nhanh chóng và chính xác. Người dùng có thể giám sát nhiệt độ của môi trường tại nơi đặt thiết bị từ xa thông qua internet. Phương thức cảnh báo đơn giản và thông dụng như là gọi điện hay nhắn tin sẽ phù hợp đối mọi loại điện thoại di động có mặt trên thị trường hiện nay. Nhóm sẽ thực hiện hệ thống thông qua việc tích lũy kiến thức được học tại trường cũng như quan sát và nghiên cứu thực tiễn. Tất cả vì mục đích hoàn thành được mô hình dễ lắp dặt, dễ sử dụng, tiết kiệm điện, mang lại cho người dùng cảm giác tin cậy và an toàn. xvi xvii CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Theo như số liệu thống kê về 9 tháng đầu năm 2018 có 2989 vụ cháy nổ, tổng thiệt hại do hỏa hoạn gây ra là làm chết 73 người và bị thương 163 người, thiệt hại về tài sản là 1589 tỷ đồng [1]. Số liệu trên là một con số đáng báo động về tình trạng phòng chống cháy nổ của người dân cũng như chưa có đủ thiết bị an toàn để phòng chống hỏa hoạn. Để đáp ứng được nhu cầu sử dụng thiệt bị phòng chống cháy nổ và đảm bảo an toàn cho người dân nhóm em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas”. Hệ thống này sử dụng vi điều khiển trung tâm là module Arduino và module WiFi ESP8266 Node MCU, các cảm biến nhiệt độ, khí gas và cảm biến phát hiện lửa. Dựa trên thực tế là chỉ có những thiết bị phòng cháy đơn giản như là đầu báo cháy, đầu báo khói, đầu báo xì gas, hay các bình chữa cháy di động vẫn chỉ giải quyết được phần nào hiện tượng cháy nổ và chưa hiệu quả. Vấn đề đặt ra là cần một thiết bị có tích hợp cả 3 khả năng báo cháy, báo nhiệt độ và rò rỉ khí gas và người dùng có thể giám sát trực tiếp số liệu trên internet thông qua laptop hoặc là Smart phone. Nhóm em đã vận dụng các kiến thức được học tại trường cũng như khảo sát thực tế để có thể hoàn thành được hệ thống như trên. Hệ thống cảnh báo hỏa hoạn và rò rỉ khí gas dựa trên nền tảng kiến thức về lĩnh vực điện tử, xã hội và môi trường. Nhóm phát triển hệ thống dựa trên đồ án môn học trước là hệ thống báo quá nhiệt độ qua SMS [2]. Hệ thống sẽ được cải tiến thêm về khả năng phát hiện lửa, báo cháy, rò rỉ khí gas, có cơ sở dữ liệu trực tuyến cho người dùng. 1.2 MỤC TIÊU Hệ thống cảnh báo hỏa hoạn và rò rỉ khí gas là một hệ thống thu thập các giá trị của cảm biến, hiển thị dữ liệu lên LCD. Khi hệ thống phát hiện gas sẽ mở quạt để hút khí gas ra ngoài, nếu phát hiện lửa sẽ mở máy bơm dập tắt lửa. Các thông tin mà cảm biến thu thập được sẽ được cập nhật lên Thingspeak.com và thông báo qua điện thoại người dùng bằng cách gọi điện hoặc gửi tin nhắn. Hệ thống cũng có khả năng tự chuyển đổi nguồn cung cấp sang nguồn dự phòng khi có sự cố cúp điện. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Hệ thống sẽ giúp hạn chế hiện tượng cháy nổ, rò rỉ khí gas, đảm bảo an toàn về tính mạng cũng như tài sản cho người sử dụng. 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Đối với đồ án: “Thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas” thì nội dung cần thực hiện bao gồm: • NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về các nghiên cứu gần với đề tài đã có, những hạn chế còn tồn tại từ đó đưa ra những giải pháp cho đề tài nhóm cần hướng tới. • NỘI DUNG 2: Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài: nguyên nhân cháy nổ, rò rỉ khí gas,… • NỘI DUNG 3: Tìm hiểu các giao thức truyền nhận giữa các module, truyền nhận tín hiệu thông qua sóng cao tần. • NỘI DUNG 4: Lựa chọn các cảm biến cũng như vi điều khiển phù hợp với hệ thống. • NỘI DUNG 5: Tìm hiểu IDE – môi trường lập trình cho Arduino 1.4 GIỚI HẠN - Hệ thống chỉ sử dụng ở những phòng nhỏ phòng bếp: 3x3m, phòng khách: 5x5m, garage 5x5m - Sử dụng động cơ bơm P385 12VDC, kích thước: 86x46x46 mm để phun nước xử lí hỏa hoạn. - Giám sát nhiệt độ, phát hiện lửa, rò rỉ khí gas bằng cảm biến và sử dụng vi điều khiển Arduino Nano (5VDC) làm khối xử lí trung tâm. - Các trạm giám sát truyền nhận thông tin bằng sóng RF- khả năng truyền 100m trong môi trường không có vật cản và hiển thị dữ liệu trên LCD 16X2 và trên cơ sở dữ liệu trực tuyến. - Sử dụng cảm biến phát hiện lửa flame sensor (3.3V-5VDC) - Sử dụng cảm biến nhiệt độ DHT-22(5VDC), nhiệt độ hoạt động -40 oC ~ 80oC - Sử dụng cảm biến phát hiện khí gas MQ-2 (5VDC), phát hiện được các loại khí như LPG, Metan, Hydrogen. - Kích thước mô hình 30x60x30 cm. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.5 BỐ CỤC • Chương 1: Tổng quan Chương này trình bày đặt vấn đề lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương này tập trung vào các lý thuyết liên quan đến đề tài bao gồm các kiến thức về khí gas, các loại module, các thiết bị ngoại vi, vi điều khiển sử dụng trong hệ thống. • Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Chương này trình bày về sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý của hệ thống, trình bày chi tiết về các loại linh kiện, giao thức giao tiếp giữa các module với nhau. • Chương 4: Thi Công Hệ Thống Dựa trên sơ dồ nguyên lý tiến hành thi công phần cứng là lập trình phầm mềm cho hệ thống đáp ứng được các yêu cầu đã định ra. • Chương 5: Kết Qủa, Nhận Xét và Đánh Giá Chương này sẽ trình bày kết quả mà nhóm đã thực hiện so với mục tiêu ban đầu, nhận xét hoạt động của hệ thống • Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Tóm lược lại những điều nhóm đã thực hiện, đồng thời đưa ra hướng phát triển để có được một đề tài hoàn thiện. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3