ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG PHÒNG MÁY SERVER

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUAN TRẮC MƠI TRƯỜNG
PHỊNG MÁY SERVER
Giáo viên hướng dẫn : TS NGUYỄN LÊ CƯỜNG
TH.S ĐINH VĂN TUẤN
TH.S TRẦN VŨ KIÊN
Sinh viên thực hiện

: NHÓM 17

Chuyên ngành

: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Lớp

: Đ9 – ĐTVT

Hà Nội, tháng 12 năm 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

------

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUAN TRẮC MƠI TRƯỜNG
PHỊNG MÁY SERVER

Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN LÊ CƯỜNG
TH.S ĐINH VĂN TUẤN
TH.S TRẦN VŨ KIÊN
Sinh viên thực hiện:

Đỗ Thị Phương Anh
Nguyễn Ngọc Ánh
Dương Thị Lụa
Phan Hồng Nhung

Hà Nội, tháng 12 năm 2017

2


LỜI MỞ ĐẦU
Với tình hình phát triển nhanh chóng của cơng nghệ thơng tin ngày nay, thì bất cứ
một doanh nghiệp nào cũng cần một hệ thống thông tin chứ khơng chỉ đơn giản là dùng
máy tính nữa. Để vận hành và quản lý hệ thống thơng tin đó, doanh nghiệp (hoặc cá
nhân) cần phải có một phịng máy chủ (server). Trong khi đó, phịng máy chủ có nhiều
thiết bị điện tử hoạt động, tỏa nhiệt rất nhiều, và nguy cơ cháy nổ là rất cao. Việc kiểm
soát nhiệt độ, độ ẩm, và nồng độ khí CO(khói) trong phịng máy chủ là rất quan trọng. Vì
vậy, cần một phương pháp giám sát các thông số như nhiệt độ, độ ẩm và khí CO để điều
khiển các thiết bị hoạt động giúp cho mơi trường phịng máy chủ ổn định, an tồn hơn.
Với mục đích nâng cao hiệu quả sử dụng của phịng máy, nhóm em đã tìm hiểu,
nghiên cứu và thiết kế “hệ thống quan trắc mơi trường phịng máy Server”. Ở đây, dữ
liệu về nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí CO được các cảm biến thu thập về bộ xử lý trung

tâm, và hiển thị lên LCD, đồng thời sẽ điều khiển các thiết bị làm mát kịp thời nếu nhiệt
độ, độ ẩm vượt mức cho phép hoặc cảnh báo khi có cháy(nồng độ khí CO vượt mức cho
phép).
Do một vài yếu tố khách quan và chủ quan nên đồ án của nhóm em cịn hạn chế
khơng tránh khỏi những sai sót. Nhóm em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của
thầy(cơ) cũng như các bạn để đồ án của nhóm em được hồn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 18 tháng 12 năm 2017

3


NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Hà Nội, ngày 18 tháng 12 năm 2017
Giảng viên hướng dẫn
(ký, ghi rõ họ tên)

4


MỤC LỤC

5


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: Vi điều khiển ATmega328P-PU ………………………………………………. 10
Hình 2: Sơ đồ chân Vi điều khiển Atmega328P-PU………………………...…………. 11
Hình 3: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm Dht11………………………………….…………… 12
Hình 4: Cảm biến khí CO-MQ7…………………………………………………...…… 13
Hình 5: LCD 16x2……………………………………………………………………… 14
Hình 6: Module mini micro SD………………………………………...………………. 15
Hình 7: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống………………………………………………….. 17
Hình 8: Khối nguồn 5V………………………………………………………………… 18
Hình 9: Khối Vi điều khiển……………………………………………………….……. 19
Hình 10: Khối cảm biến………………………………………………………..………. 20
Hình 11: Khối nút bấm điều khiển…………………………………………….……….. 20
Hình 12: Khối hiển thị LCD……………………………………………………….…… 21
Hình 13: Khối Relay……………………………………………………………………. 21
Hình 14: Khối lưu trữ…………………..…………………………………...………….. 22

Hình 15: Sơ đồ nguyên lý trên Altium…………………………………………………. 29
Hình 16: PCB dạng 3D………………………………………………………………… 30
Hình 17: Mặt trên mạch……………………………………………………………...… 30
Hình 18: Mặt dưới mạch……………………………………………………………….. 30
Hình 19: Mạch đã hàn linh kiện……………………………………………………….. 31
Hình 20: Mơ hình hộp…………………………………………………………………. 31
Hình 21: Q trình nạp code……………………………………………………..….… 32
Hình 22: Đóng hộp sản phẩm …………………………………………………...…….. 32
Hình 23: Mơ hình phịng máy chủ dự kiến ……………………………………......….. 32
6


PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Giới thiệu đề tài

Để vận hành và quản lý hệ thống thống tin, người ta thường dùng phòng máy
chủ( server). Muốn lắp đặt một phịng máy server thì yếu tố quan trọng và cần thiết
đó là phải đảm bảo độ an tồn trong phòng máy để các thiết bị hoạt động một cách
tốt nhất. Với mục đích đảm bảo cho hệ thống làm việc ổn định, khơng bị treo thì
cần phải theo dõi trực tiếp hoặc gián tiếp. Chúng ta nên lắp đặt các thiết bị cảm
biến tự động điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong phòng máy như là quạt, điều hịa
hoặc các thiết bị sấy khơ khi độ ẩm q lớn. Trong điều kiện thời tiết biến đổi khí
hậu khắc nghiệt như hiện này thì hỏa hoạn một sự cố rất nguy hiểm có thể xảy ra
bất cứ khi nào, một khi xảy ra rồi thì đối với phịng máy chủ chúng ta cần có
phương pháp chống cháy đặc biệt, cần phải lắp đặt thêm các cảm biến ví dụ như
cảm biến khí CO khi vượt quá nồng độ cho phép, kèm theo nhiệt độ tăng thì sẽ có
chng cảnh báo giúp chúng ta nhanh chóng khắc phục được các sự cố xảy ra và
làm giảm tối đa hậu quả của sự cố.
Hiện nay viêc sử dụng các thiết bị cảm biến khơng cịn q xa lạ nó cịn
được ứng dụng ở rất nhiều nơi như: sử dụng trong gia đình, các khu trung cư, các

khu cơng nghiệp, những nơi có dùng nhiều thiết bị máy móc dễ cháy nổ, những nơi
đơng người… Nhiệt độ, độ ẩm, khí CO là những thơng số cơ bản cần phải được
kiểm sốt trong phòng máy server việc sử dụng lắp đặt các thiết bị cảm biến này sẽ
mang lại độ an toàn cao hơn cho các phòng máy.

1.2. Lý do chọn đề tài

Ngày nay công nghệ thông tin càng ngày càng phát triển các thiết bị máy
móc có thể kết nối mạng sẽ được liên kết với nhau bằng một máy chủ chứ khơng
cịn rời rạc lạc hậu như trước. Để đảm bảo cho các thiết bị không gặp sự cố hay trục
trặc thì việc lắp đặt các thiết bị cảm biến bảo vệ và cảnh báo cho phòng máy server
7


là một điều rất cần thiết. So với có cảnh báo thì việc khơng có cảnh bảo sẽ gây rất
nhiều thiệt hại cho cả một hệ thống, cũng như các thiết bị có giá thành khá cao gây
tổn thất khơng hề nhỏ cho người sử dụng.
Với những ưu điểm nổi bật của hệ thống này đã thơi thúc nhóm em nghiên
cứu thực hiện đề tài “Hệ thống quan trắc môi trường phịng máy server”. Mong
muốn của nhóm em là ứng dụng những gì đã học, đã biết vào thực tế và HỆ
THỐNG có thể ứng dụng vào thi cơng thực tế.
Và đề tài cũng là bước khởi đầu để em nghiên cứu tiếp cận với một ngành
khoa học công nghệ đầy tiềm năng phát triển và có khả năng ứng dụng rộng rãi
trong hầu hết các lĩnh vực đời sống cũng như tích luỹ được những kiến thức, kinh
nghiệm bổ ích.

1.3. Mục tiêu chon đề tài

a, Kiến thức và kĩ năng:
+ Hiểu được nguyên lý hoạt động của vi điều khiển và các module cảm

biến( nhiệt độ, độ ẩm, khí CO…).
+ Hiểu được vai trò nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử.
+ Tạo ra một hệ thống thông minh, giúp con người giảm đi những sự cố
không mong muốn.
+ Khai thác tối đa hiệu năng của thiết bị, đảm bảo tuổi thọ và sự an toàn
cho thiết bị cũng như con người.
+ Thiết kế mạch, lập trình thiết bị.
+ Sử dụng thành thạo các phần mềm ứng dụng, thiết bị chun dụng.
+Đọc hiểu, phân tích các thơng số các phần của hệ thống.
8


b, Thái độ:
+ Rèn luyện kỹ năng làm báo cáo và báo cáo.
+ Tăng cường kỹ năng tư duy vận dụng những bài toán đơn giản vào thực
tế.
+ Rèn luyện khả năng làm việc độc lập cũng như làm việc nhóm, tinh
thần.
+Trách nhiệm khi gặp khó khăn, khắc phục sự cố và đưa ra kế hoạch bảo
trì bảo dưỡng.

9


PHẦN 2: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG
Hệ thống này sử dụng các linh kiện chính như: vi điều khiển ATmega328PPU, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm(Dht11), cảm biến nồng độ khí CO – MQ7 và một
số linh kiện khác. Dưới đây là trình bày chi tiết về các kinh kiện.
2.1. Vi điều khiển ATmega328P-PU

ATmega328P-PU là một chip vi điều khiển được sản xuất bởi hãng Atmel

thuộc họ MegaAVR có sức mạnh hơn hẳn ATmega8. Atmega 328 là một bộ vi điều
khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 32KB ISP flash có thể ghi
xóa hàng nghìn lần, 1KB EEPROM, một bộ nhớ RAM vơ cùng lớn trong thế giới
vi xử lý 8 bít (2KB SRAM).

Hình 1: Vi điều khiển ATmega328P-PU

10


Hình 2: Sơ đồ chân vi điều khiển ATmega328P-PU

Thơng số sản phẩm:
+ Kiến trúc: AVR 8 bit.
+ Xung nhịp lớn nhất: 20MHz.
+ Bộ nhớ chương trình( FLASH): 32KB.
+ Bộ nhớ EEPROM: 1KB.
+ Bộ nhớ RAM: 2KB.
+ Điện áp hoạt động rộng: 1.8V – 5.5V.
+ Số timer: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit.
+ Số kênh xung PWM: 6 kênh(1 timer 2 kênh).

11


2.2. Cảm biến nhiệt độ & độ ẩm - Dht11

Dht11 là cảm biến nhiệt độ, độ ẩm rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và
rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire ( giao tiếp digital 1-wire truyền dữ liệu
duy nhất). Cảm biến được tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu giúp dữ liệu nhận về được

chính xác mà khơng cần phải qua bất kỳ tính tốn nào.

Hình 3: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm Dht11

Thông số sản phẩm:
+ Điện áp hoạt động: 3V-5V (DC).
+ Dải độ ẩm hoạt động: 20% - 90% RH, sai số ±5% RH.
+ Dải nhiệt độ hoạt động: 0˚C ~ 50˚C, sai số ±2˚C.
+ Khoảng cách truyền tối đa: 20m.
Cách điều khiển:
DHT11 gửi và nhận dữ liệu với một dây tín hiệu DATA, với chuẩn dữ
liệu truyền 1 dây này, chúng ta phải đảm bảo sao cho ở chế độ chờ (idle) dây
DATA có giá trị ở mức cao, nên trong mạch sử dụng DHT11, dây DATA phải
được mắc với một trở kéo bên ngồi(thơng thường giá trị là 4.7kΩ).
Dữ liệu truyền về của DHT11 gồm 40bit dữ liệu theo thứ tự: 8 bit biểu thị
12


phần nguyên của độ ẩm + 8 bit biểu thị phần thập phân của độ ẩm + 8 bit
biểu thị phần nguyên của nhiệt độ + 8 bit biểu thị phần thập phân của nhiệt
độ + 8 bit check sum.
Ví dụ: ta nhận được 40 bit dữ liệu như sau:
0011 0101

0000 0000

0001 1000

0000 0000

0100 1101

Tính tốn: 8 bit checksum
0011 0101 + 0000 0000 + 0001 1000 + 0000 0000 = 0100 1101
Độ ẩm: 0011 0101 = 35H = 53% (ở đây do phần thập phân có giá trị 0000
0000, nên ta bỏ qua khơng tính phần thập phân).
Nhiệt độ: 0001 1000 = 18H = 24°C (ở đây do phần thập phân có giá trị 0000
0000, nên ta bỏ qua khơng tính phần thập phân).
2.3. Cảm biến nồng độ khí CO – MQ7

Cảm biến khí CO-MQ7 có thể phát hiện khí CO tập trung những nơi khác
nhau từ 10-1000ppm. Đây là cảm biến có độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh.
Tín hiệu ngõ ra dạng analog và digital. Cảm biến có thể hoạt động được ở nhiệt độ
từ khoảng -10˚C đến 50˚C và tiêu thụ dòng khoảng 150mA tại 5V.

Hình 4: Cảm biến khí CO-MQ7
13


Thông số sản phẩm:
+ Điện áp cung cấp: 3V – 5V (DC).
+ Sử dụng chip so sánh LM393 và MQ7.
+ Có 2 dạng tín hệu đầu ra là digital và analog.
+ Tín hiệu analog từ 0 - 5V.
+ Dải phát hiện từ 10 – 1000ppm.
+ Công suất tiêu thụ: khoảng 350mW.
+ Nhiệt độ hoạt động: -10˚C đến 50˚C.
+ Kích thước: 33 x 20 x 16mm.
2.4. Một số linh kiện khác

Ngoài những linh kiện trên, mạch cịn có những linh kiện khác như:
+ Màn hình hiển thị LCD 16x2

Hình 5: LCD 16x2

+ Module thẻ nhớ mini micro SD

14


Hình 6: Module mini micro SD

15


PHẦN 3: MẠCH MƠ PHỎNG VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TỐN

3.1. Sơ đồ khối

KHỐI

KHỐI HIỂN
THỊ
QUẠT

NGUỒN
KHỐI VI ĐIỀU
KHIỂN

KHỐI ĐẦU RA

CÒI

THẺ
NHỚ
KHỐI ĐẦU
VÀO

CẢM BIẾN

NÚT BẤM

16


3.2. Mạch mơ phỏng
a, Sơ đồ ngun lý

Hình 7: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống

17


b, Khối nguồn

Hình
8:

Khối

nguồn 5V

Mạch nguồn ổn áp 5V làm nhiệm vụ tạo ra nguồn cung cấp 5V ổn
định và cung cấp dòng điện lên đến 3A.
+ Mạch sử dụng một diode cầu chỉnh lưu dòng xoay chiều thành
dòng một chiều.
+ LM7805 có chức năng ổn định nguồn ra 5V từ nguồn 9V-15V
DC. Chân 1 - 2 (chân điện áp đầu vào): đây là chân cấp nguồn đầu vào cho
LM7805 hoạt động. Chân 3 ( chân điện áp đầu ra): chân này cho chúng ta lấy
điện áp đầu ra ổn định 5V. Đảm bảo đầu ra ổn định luôn nằm trong dải từ
4.75V đến 5.25V.
+ Để lọc điện áp chúng ta dùng các tụ hóa là tụ C1 và C2 có tác
dụng lọc nguồn thành điện áp một chiều phẳng. Trong đó, tụ C1 lọc nguồn
đầu vào cho LM7805, tụ C2 lọc nguồn đầu ra cho 7805.
+ Sử dụng LED1 để báo nguồn.

18


c, Khối vi điều khiển
Hình
9:

Khối

Vi

điều
khiển

Khối
vi

điều

khiển có chức năng điều khiển hoạt động của cả hệ thống. Để chạy các câu
lệnh trong IC vi điều khiển, cần tạo ra xung nhịp. Tần số xung nhịp phụ
thuộc vào mạch dao động thạch anh gắn trên chân 9, 10 của IC
ATmega328P-PU. Để tăng độ ổn định tần số, dùng thêm 2 tụ nhỏ C3, C4
(22pF x2), tụ bù nhiệt ổn tần.
d, Khối đầu vào

Khối đầu vào bao gồm các cảm biến và nút bấm.

19


Hình 10: Khối cảm biến

Khối cảm biến gồm cảm biến nhiệt độ, độ ẩm - Dht11 và cảm biến
nồng độ khí CO – MQ7. Vi điều khiển đọc các thơng số từ cảm biến như
nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí CO để điều khiển các thiết bị đầu ra thích hợp.

Hình 11: Khối nút bấm điều khiển

Khối nút bấm điều khiển gồm 3 nút bấm để điều chỉnh các thông số
bằng tay:
+ Nút bấm 1 để chọn cảm biến muốn thay đổi thông số.
+ Nút bấm 2 để tăng giá trị thông số cảm biến đã chọn.
+ Nút bấm 3 để giảm giá trị thông số cảm biến đã chọn.

20


e, Khối hiển thị

Hình 12: Khối hiển thị LCD

Hiển thị giá trị thông số nhiệt độ, độ ẩm đo được từ cảm biến lên màn
hình LCD.
f, Khối đầu ra.
Mơi trường hoạt động của phòng máy chủ phải đảm bảo nhiệt độ trong
khoảng 20˚C đến 22˚C, và độ ẩm trong khoảng 50% đến 55%. Nếu vượt quá
mức cho phép, hệ thống bật quạt. Để kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm trong phịng
máy chủ, thơng thường phịng máy chủ sẽ được lắp đặt hệ thống máy lạnh
chính xác để điều chỉnh nhiệt độ độ ẩm phòng máy. Tuy nhiên, do kinh tế
của nhóm cịn hạn hẹp, nhóm em sẽ dùng quạt để mơ phỏng thay thế.
Khi nồng độ khí CO vượt q 200ppm, hệ thống sẽ báo cịi.

Hình 13: Khối Relay
21


Các thiết bị quạt, còi được nối vào Header 3. Khối vi điều khiển sẽ
điều khiển khối Relay để bật tắt các thiết bị đó dựa vào các giá trị thông số
nhận được từ cảm biến.
Để theo dõi và kiểm sốt mơi trường của phịng máy, hệ thống sẽ ghi
lại các giá trị thông số từ cảm biến vào thẻ nhớ SD.

Hình 14: Khối lưu trữ
3.3. Lưu đồ thuật tốn

22


3.4. Chương trình Code của hệ thống
#include <Wire.h>

//khai báo thư viện Wire

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

//khai báo thư viện cho lcd

#include <EEPROM.h>

//khai báo thư viện cho epprom

#include <SPI.h>
#include <SD.h>
#include "DHT.h"

//khai báo thư viện cho DHt11

#define DHTPIN 2

//khai báo chân cảm biến nhiệt độ độ ẩm

#define DHTTYPE DHT11

//kiểu cảm biến

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
// khai báo chân chức năng
#define nut1 2
#define nut2 3
#define nut3 4
#define coi 5
#define relay 7
#define mq_7 A0
int dem,ndo,doam,co;
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3f,16,2);

//chọn địa chỉ của lcd

File myFile;
void setup() {
Serial.begin (9600);
pinMode(nut1,INPUT);

//định nghĩa chức năng của chân

pinMode(nut2,INPUT);
pinMode(nut3,INPUT);
pinMode(coi,OUTPUT);
pinMode(relay,OUTPUT);
ndo=EEPROM.read(0);
doam=EEPROM.read(1);
23

co=EEPROM.read(2);
dht.begin();

// khởi tạo cho dht11

lcd.init();

// khởi taok cho lcd

lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Do an dien tu");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("nhom 17 ");
delay(2000);
lcd.clear();
}
void loop() {
ctchinh();
}
void nutbam()
{
if(digitalRead(nut1)==0)
{
dem++;
if(dem>3)
{dem=0;}
while(digitalRead(nut1)==0){}
}
if(dem==1&&digitalRead(nut2)==0)

{
ndo++;
if(ndo>100)
{ndo=0;}
24


while(digitalRead(nut2)==0){}
}
if(dem==1&&digitalRead(nut3)==0)
{
ndo--;
if(ndo<0)
{ndo=100;}
while(digitalRead(nut3)==0){}
}
if(dem==2&&digitalRead(nut2)==0)
{
doam++;
if(doam>100)
{doam=0;}
while(digitalRead(nut2)==0){}
}
if(dem==2&&digitalRead(nut3)==0)
{
doam--;
if(doam<0)
{doam=100;}
while(digitalRead(nut3)==0){}
}

if(dem==3&&digitalRead(nut2)==0)
{
co++;
if(co>100)
{co=0;}
while(digitalRead(nut2)==0){}
25