Hệ thống giám sát các thiết bị trong đường hầm

HỆ THỐNG GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG ĐƯỜNG HẦM
Phạm Lê Phi Ân, Nguyễn Văn Đức Minh, Huỳnh Phú Vỹ*
*Viện Kỹ Thuật HUTECH, Trường Đại học Cơng nghệ TP.Hồ Chí Minh
GVHD: ThS. Nguyễn Vạn Quốc

TÓM TẮT
Hệ thống giám sát các thiết bị trong đường hầm phục vụ trong các đường hầm đào qua các con sông hoặc qua
các ngọn núi lớn, sử dụng board mạch Arduino là nguồn nuôi và chuyển tiếp thơng tin đến các thiết bị cịi báo
và đèn tín hiệu. Nhận biết bằng camera sử dụng ngơn ngữ Python tích hợp với thư viện OpenCV. Liên kết
Python và Labview để thực hiện điều khiển giám sát.
Từ khóa: Arduino, đèn tín hiệu, mạng internet, Python, OpenCV.
1. GIỚI THIỆU
Việc duy trì an ninh trong một đường hầm là một cơng việc khó khăn và rất nhạy cảm về thời gian. Vì nó ln
u cầu giám sát nhiều khu vực trong đường hầm, nếu mọi công việc giám sát chỉ dựa vào thao tác thủ công
khi xảy ra thiên tai có thể gây chậm trễ và dẫn đến thiệt hại lớn
Các đường hầm có thể phân chia làm 4 loại dựa theo chiều dài của chúng : đường hầm ngắn (dưới 250m ) ,
đường hầm trung bình (từ 250m đến 1000m ) , đường hầm dài ( từ 1000m đến 3000m ) và đường hầm siêu dài
với khoảng cách là lớn hơn 3000m.
Về mặt thiết bị phục vụ cho hệ thống giám sát thì có thể chia làm 4 nhóm thiết bị chính: thiết bị đo lường, thiết
bị điều khiển, thiết bị hiển thị và thiết bị kết nối. Các thiết bị đo lường bao gồm các cảm biến báo cháy, cảm
biến vị trí, CoVI, cảm biến gió, cảm biến xác định vật cản. Các bộ điều khiển có nhiệm vụ điều khiển giao
thông khu vực, điều khiển chiếu sáng và điều khiển lưu lượng khơng khí. Thiết bị hiển thị bao gồm các máy
tính và các màn hình hiển thị. Cuối cùng là các thiết bị truyền thông bao gồm switch, hub, các thiết bị truyền
và nhận quang cũng như các bộ chuyển đổi tín hiệu từ quang sang ethernet.
Các bộ điều khiển tại khu vực sẽ có trách nhiệm thu thập dữ liệu từ các thiết bị trường và gửi thơng tin đến
phịng điều khiển trung tâm. Tại đây dữ liệu sẽ được xử lý và bộ điều khiển trung tâm sẽ đưa ra các lệnh điều
khiển đến các bộ điều khiển được đặt tại các khu vực để các bộ điều khiển này quản lý và điều khiển trực tiếp
các thiết bị trong khu vực nó quản lý.

237

Hình 1: Hình ảnh minh họa cho hệ thống giám sát các thiết bị trong đường hầm
2. THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
-

Nguyên lý hoạt động: trước hết về tính năng nhận biết đám lửa từ nhỏ đến lớn để thơng báo tình trạng

đến phịng giám sát, sử dụng board mạch Arduino là nguồn nuôi và chuyển tiếp thơng tin đến các thiết bị cịi
báo và đèn tín hiệu. Về phần nhận biết sử dụng phần mềm Python tích hợp với thư viện OpenCV để tạo ra hình
ảnh mã hóa nhận biết được đám cháy theo vị trí của ơ vng chỉ định
-

Việc kết hợp cả Python và Arduino giúp việc truyền nhận dữ liệu nhanh chóng hơn khi Python vừa

nhận thấy đảm lửa có cường độ nhỏ thì lập tức thơng qua dữ kiện kết nối Serial Port thì Arduino sẽ nhận tín
hiệu và kích hoạt đến các thiết bị con hoạt động
-

Xuất ra màn hình HMI có thể dùng hình ảnh giám sát từ Python hoặc liên kết với Labview để thực hiện

điều khiển giám sát

Hình 2: Sơ đồ kết nối dây
238


-

Với LCD 16x2 thực tế sẽ có Board Keypad Shield được gắn vào màn hình LCD giúp bảo vệ, tích hợp

nút nhấn điều khiển và tích hợp cả cổng Serial kết nối mà không cần đi thêm dây điện từ Arduino về LCD

Hình 3: Sơ đồ khối thử nghiệm
Kết hợp với Switch EDS-508A và EDS-405A. Các managed switches chuẩn quang được cấu thành mạng X Ring với thời gian phục hồi là 10ms đảm bảo dữ liệu được truyền liên tục ngay cả khi có 01 switch gặp sự cố.
Chuẩn PoE được trang bị trên các switch giúp các IP cameras được bố trí linh hoạt và dễ dàng. Các trạm phát
tín hiệu khơng dây và các máy tính được sử dụng để kết nối với các thiết bị cấp trường trên đường(các I/O,
cảm biến…).
3. KẾT QUẢ THI CÔNG SẢN PHẨM HỆ THỐNG BÁO CHÁY BẰNG CAMERA:

Hình 4: Kết quả cố gắng đạt được(Hình ảnh minh họa)

239


3.1.

Gia công lắp ráp:

- Chi tiết kết nối mạch Arduino với màn hình LCD, mạch điều khiển cịi báo, đèn báo hiệu và relay điều khiển
bơm nước
+ Chân số 2 của Arduino nối với chân D7 của LCD
+ Chân số 3 của Arduino nối với chân D7 của LCD
+ Chân số 4 của Arduino nối với chân D7 của LCD
+ Chân số 5 của Arduino nối với chân D7 của LCD
+ Chân số 6 của Arduino nối với chân D7 của LCD
+ Chân số 7 của Arduino nối với chân D7 của LCD
+ Chân số 11 của Arduino điều khiển loa
+ Chân số 12 của Arduino điều khiển led báo hiệu
+ Chân số 13 của Arduino điều khiển relay

Hình 5: Kết quả thi cơng mạch báo cháy

Hình 6: Switch EDS-508A

Hình 7: Switch EDS-405A

240


+ Chân số 7 của switch EDS-508A kết nối với chân số 5 của switch EDS-405A (1) để tiếp nhận tín hiệu từ cảm
biến
+ Chân số 8 của switch EDS-508A kết nối với chân số 4 của switch EDS-405A (2) để điều khiển thiết bị
+ Chân số 4 của switch EDS-405A (1) kết nối với chân số 5 của switch EDS-405A (2) để nhận tín hiệu
3.2.
-

Lập trình:
Chương trình nhận biết lửa thông qua camera được viết trên ngôn ngữ python trên máy tính. Sau đó nạp

vào arduino. Chương trình trong arduino vận hành hoạt động của mạch báo cháy

Hình 8: Kết quả việc thử nghiệm chương trình
4. KẾT LUẬN
Đề tài này thực hiện việc giám sát và tự điều khiển các thiết bị kịp thời khi có sự có cháy ở trong đường hầm.
Do hạn chế về nhiều mặt nên mơ hình chỉ mơ phỏng giám sát các trường hợp cháy nổ trong đường hầm qua
việc điều khiển các thiết bị như: màn hình LCD, loa, đèn led và bơm nước. Hoạt động của các thiết bị được
điều khiển qua mạch Arduino (chip vi điều khiển UNO R3). Độ an toàn và hiệu quả phù hợp với các đường
hầm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. />2. />3. />4. />241

5. Tài liệu chương trình thảo khảo Python script, fire detection
6. Tài liệu chương trình tham khảo Arduino code
7. />8. />9. />10. />
242