(Đồ án hcmute) hệ thống phòng cháy chữa cháy giám sát qua internet
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.82 MB, 116 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHỊNG CHÁY
CHỮA CHÁY GIÁM SÁT QUA INTERNET
GVHD: NGUYỄN NGƠ LÂM
SVTH: TRẦN QUỐC BẢO
MSSV: 13141605
SVTH: KEOONLA SENGSOULISEUM
MSSV: 11141CL01
SKL 0 0 6 7 4 2
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2019
do an
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTTHÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÒNG CHÁY CHỮA CHÁY
GIÁM SÁT QUA INTERNET
SVTH : TRẦN QUỐC BẢO
MSSV: 13141605
KEOONLA SENGSOULISEUM MSSV: 11141CL01
Khố : 2015
Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thơng
GVHD: ThS.CỘNG
NGUYỄN
NGƠ
HỊA XÃ
HỘILÂM
CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 12 năm 2019
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên 1: TRẦN QUỐC BẢO
MSSV: 15141002
Họ và tên sinh viên 2: KEOONLA SENGSOULISEUM
MSSV: 11141L01
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông
Lớp: 15141CLDT2A
Giảng viên hướng dẫn: THS. NGUYỄN NGÔ LÂM
ĐT: 0908434763
Ngày nhận đề tài: 15/09/2019
Ngày nộp đề tài: 30/12/2019
1. Tên đề tài:
HỆ THỐNG PHÒNG CHÁY CHỮA CHÁY GIÁM SÁT QUA INTERNET
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: giáo trình vi xử lý, giáo trình kĩ thuật số, điện tử cơ
bản.
3. Nội dung thực hiện đề tài:
Thiết kế và thi cơng hệ thống Phịng cháy chữa cháy có khả năng giám sát và
điều khiển bằng trang web.
4. Sản phẩm:
Mơ hình hệ thống phịng cháy chữa cháy .
TRƯỞNG NGÀNH
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
i
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên 1: TRẦN QUỐC BẢO
MSSV: 15141002
Họ và tên sinh viên 2: KEOONLA SENGSOULISEUM
MSSV: 11141L01
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thơng.
Tên đề tài: Hệ thống phịng cháy chữa cháy giám sát qua internet.
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: THS. NGUYỄN NGÔ LÂM.
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
......................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ............................................................................ )
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 12 năm 2019
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)
ii
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên 1: TRẦN QUỐC BẢO
MSSV: 15141002
Họ và tên sinh viên 2: KEOONLA SENGSOULISEUM
MSSV: 11141L01
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thơng.
Tên đề tài: Hệ thống phịng cháy chữa cháy giám sát qua internet.
Họ và tên Giáo viên phản biện: ...................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
......................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ............................................................................ )
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 12 năm 2019
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)
iii
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn: Ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.HCM đã tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em học tập và nghiên cứu.
Khoa Điện - Điện tử, Khoa Đào tạo Chất lượng cao, thư viện trường đã cung
cấp giáo trình và nhiều tài liệu tham khảo cho em trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu.
Sự hướng dẫn và giúp đỡ chi tiết tận tình của thầy Nguyễn Ngơ Lâm cùng
một số thầy cô giáo khoa Điện tử đã tận tình giảng giải và phân tích rõ về những
vấn đề thắc mắc trong quá tình nghiên cứu và thi cơng Đồ án.
Mặc dù rất cố gắng trong q trình tìm hiểu nhưng do kiến thức cịn hạn chế
nên khơng tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong được sự góp ý, nhận xét
đánh giá về nội dung cũng như hình thức trình bày của các thầy cơ về Đồ án của
chúng em để chúng em hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm thực hiện
TRẦN QUỐC BẢO
KEOONLA SENGSOULISEUM
iv
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÓM TẮT NỘI DUNG
Nội dung cuốn báo cáo Đồ án tốt nghiệp bao gồm các nghiên cứu của nhóm
sinh viên chúng tơi trong việc thực hiện đề tài:“Hệ thống PCCC giám sát qua
Internet”. Trong đó, bao gồm thực trạng các hệ thống PCCC hiện nay, các kiến thức
liên quan đến thiết bị, công nghệ, kỹ thuật được sử dụng trong quá trình thiết kế hệ
thống, quá trình lên ý tưởng, tìm biện pháp và tiến hành thi cơng hệ thống.
Cuối cùng là phần kết luận tìm ra ưu điểm, khuyết điểm, hướng phát triển của
hệ thống và code chương trình của hệ thống.
v
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SUMMARY
The contents of the Graduation Project include researches by us on the project
"Design the fire protection system for apartment building". This includes the actual state of
the fire protection systems in apartment buildings, the theoretical knowledge related to the
equipment, technologies and techniques, which are used in the process of design this
system, ideas and proceed to build the system.
Finally, the conclusion is to find out the advantages, disadvantages and development
for system and program code of the system.
vi
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................ i
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ....................................... ii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ......................................... iii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iv
TÓM TẮT NỘI DUNG ............................................................................................ v
SUMMARY .............................................................................................................. vi
MỤC LỤC ............................................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... x
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.............................................................................. xi
Chương 1: TỔNG QUAN ........................................................................................ 1
1.1. Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay ........................................................ 1
1.2 Tính cấp thiết của đề tài: ................................................................................... 1
1.3 Mục tiêu thiết kế: .............................................................................................. 1
1.4 Giới hạn đề tài ................................................................................................... 1
1.5. Đối tượng phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 2
1.6. Phương pháp tiếp cận....................................................................................... 2
1.7 Nội dung đồ án .................................................................................................. 2
1.8. Bố cục của đồ án .............................................................................................. 2
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN .................................................... 3
2.1. Tổng quan PCCC bên ngồi ............................................................................ 3
2.1.1 Mơ tả chung về hệ thống báo cháy ............................................................ 3
2.2. Các chuẩn giao tiếp .......................................................................................... 4
2.2.1. Chuẩn giao tiếp UART ............................................................................. 4
2.2.2 Chuẩn giao tiếp I2C ................................................................................... 5
2.2.3. GSM .......................................................................................................... 6
2.3.Lý thuyết cơ bản về IoT .................................................................................... 7
2.3.1 Giới thiệu.................................................................................................... 7
2.3.2 Ứng dụng của IoT ...................................................................................... 8
2.4.Lập trình web .................................................................................................... 8
2.4.1 Ngơn ngữ lập trình HTML ......................................................................... 8
2.4.2 Thư viện Bootstrap ..................................................................................... 9
2.5. Giao thức MQTT và Database ....................................................................... 10
2.5.1 MQTT ...................................................................................................... 10
2.5.2 Cơ sở dữ liệu-CloudMQTT ...................................................................... 10
2.6. Phần cứng....................................................................................................... 10
2.7. Phần mềm ...................................................................................................... 29
2.7.1. Arduino IDE ............................................................................................ 29
Chương 3: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ....................................... 31
3.1 Thiết kế mơ hình hệ thống phịng cháy chữa cháy ......................................... 31
3.2 Thiết kế và xây dựng hệ thống........................................................................ 33
3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................. 33
3.2.2 Tính tốn, thiết kế phần cứng ................................................................... 34
vii
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3.2.3 Thiết kế phần mềm cho hệ thống ............................................................. 49
Chương 4: KẾT QUẢ,THỰC NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT................................. 88
4.1 Thi công phần cứng ........................................................................................ 88
4.1.1 Thi công mạch .......................................................................................... 88
4.1.2 Thi cơng mơ hình ..................................................................................... 91
4.2 Kết quả thi công .............................................................................................. 92
4.3 Thực nghiệm ................................................................................................... 94
4.4 Nhận xét .......................................................................................................... 96
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................... 98
5.1 Kết luận ........................................................................................................... 98
5.2 Hướng phát triển ............................................................................................. 98
Phụ lục 1: Tài liệu tham khảo ........................................................................... 99
Phụ lục 2: Hướng dẫn sử dụng trang web ....................................................... 100
viii
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
IoT
UART
I2C
SDA
SCL
HTML
LCD
MCU
IDE
DC
PCCC
Internet of Things
Universal Asynchronous
Reciever - Transmitter
Inter – Intergrated Circuit
Serial Data Line
Serial Clock Line
Hyper Text Markup Language
Liquid Crystal Display
Micro Controll Unit
Intergrated Development
Enviroment
Direct Current
Mạng lưới Internet vạn vật
Truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng
bộ
Vi mạch tích hợp truyền thơng
nối tiếp
Dây truyền dữ liệu
Dây truyền xung Clock
Ngơn ngữ đánh dấu siêu văn bản
Màn hình tinh thể lỏng
Khối vi điều khiển
Mơi trường tích hợp
Dịng điện một chiều
Phòng cháy chữa cháy
ix
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Mô tả các thiết bị trong hệ thống phòng cháy chữa cháy............................... 3
Bảng 2.2: Cấu trung khung truyền dữ liệu...................................................................... 6
Bảng 2. 3: Cấu trúc Address Field .................................................................................. 6
Bảng 2.4: Cấu trúc Control Field .................................................................................... 7
Bảng 2. 5: Cấu trúc Length Field .................................................................................... 7
Bảng 2. 6: Thông số kĩ thuật Arduino Mega 2560. ...................................................... 11
Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật của module SIM900A V4 .............................................. 14
Bảng 2.8: Chức năng các chân của module SIM .......................................................... 14
Bảng 2.9: Thông số kỹ thuật module cảm biến MQ-2 ................................................. 16
Bảng 2.10: Chức năng các chân cảm biến MQ-2 ......................................................... 17
Bảng 2.11: Thông tin các chân HC-SR04..................................................................... 18
Bảng 2.12: Thông số kĩ thuật HC-SR04 ....................................................................... 18
Bảng 2.13: Thông số kỹ thuật cảm biến LM35 ............................................................ 20
Bảng 2.14: Chức năng các chân của cảm biến LM35 .................................................. 20
Bảng 2.15: Thông số kỹ thuật của module cảm biến lửa.............................................. 21
Bảng 2.16: Chức năng các chân của cảm biến lửa ....................................................... 21
Bảng 2.17: Chức năng các chân module relay.............................................................. 23
Bảng 2.18: Thông số kỹ thuật LCD16x2 ...................................................................... 24
Bảng 2.19: Chức năng các chân LCD16x2................................................................... 25
Bảng 2.20: Chân kết nối module I2C với vi điều khiển ................................................ 26
Bảng 2.21: Thông số kỹ thuật của IC74595 ................................................................. 27
Bảng 2.22: Chức năng các chân của IC74595 .............................................................. 27
Bảng 2.23: Thông số kĩ thuật bơm DC 5V. .................................................................. 27
Bảng 2.24: Thông số kỹ thuật LM2596 ........................................................................ 28
Bảng 2.25: Thông số kỹ thuật XL6009......................................................................... 28
Bảng 2.26: Chức năng các phím trong Arduino IDE ................................................... 29
Bảng 3.1: Các lệnh điều khiển LCD_I2C ..................................................................... 37
Bảng 3.2: Chức năng của các nút nhấn trên bảng điều khiển ....................................... 38
Bảng 3.3: Các lệnh AT với SIM900A dùng để thực hiện việc điều khiển ................... 40
Bảng 3.4: Dòng và áp quy định các thiết bị trong đồ án .............................................. 45
Bảng 3.5:Liệt kê các chức năng của nút nhấn điều khiển............................................. 81
x
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2.1:Sơ đồ hệ thống phịng cháy chữa cháy căn bản ............................................... 3
Hình 2.2:Mơ hình giao tiếp UART ................................................................................. 4
Hình 2.3:Mơ hình giao tiếp I2C và quá trình truyền 1 bit dữ liệu .................................. 5
Hình 2.4:Sơ đồ hệ thống IoT cơ bản .............................................................................. 8
Hình 2.5: Sơ đồ truyền nhận dữ liệu giao thức MQTT ................................................ 10
Hình 2.6: Arduino Mega 2560. ..................................................................................... 11
Hình 2.7: Chip Mega 2560 tương ứng với chân Arduino Mega 2560. ........................ 12
Hình 2.8: Các chân Arduino Mega 2560. ..................................................................... 13
Hình 2.9:Module giao tiếp mạng di động SIM900A V4 .............................................. 14
Hình 2.10: Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU V3 .......................................... 15
Hình 2.11: Sơ đồ chân Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU V3 ....................... 15
Hình 2.12:Module cảm biến khói MQ-2 ...................................................................... 16
Hình 2.13: Module cảm biến siêu âm HC-SR04. ......................................................... 18
Hình 2.14: Cảm biến nhiệt độ LM35 ............................................................................ 19
Hình 2.15:Module cảm biến lửa ................................................................................... 21
Hình 2.16: Van điện từ 1 ngõ vào, 4 ngõ ra ................................................................. 22
Hình 2.17:Module relay 1 kênh và module relay 5 kênh ............................................. 23
Hình 2.18:LCD 16x2 .................................................................................................... 24
Hình 2.19:Module I2C .................................................................................................. 26
Hình 2.20: IC 74HC595 và sơ đồ chân......................................................................... 26
Hình 2.21:Máy bơm DC ............................................................................................... 27
Hình 2.22: Module giảm áp LM2596 ........................................................................... 28
Hình 2.23: Module tăng áp XL6009 ............................................................................. 28
Hình 2.24: Chọn board cho Arduino. ........................................................................... 29
Hình 2.25: Chọn cổng Arduino .................................................................................... 30
Hình 2.26: Chọn Programmer ...................................................................................... 30
Hình 3.1: Bản vẽ tầng 1 tịa nhà ................................................................................... 31
Hình 3.2: Bản vẽ tầng 2 tịa nhà ................................................................................... 32
Hình 3.3: Hình ảnh 3D của mơ hình ............................................................................. 32
Hình 3.4: Sơ đồ khối hệ thống ...................................................................................... 33
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối khối phát hiện cháy đến khối xử lý trung tâm........................ 35
Hình 3.6: Sơ đồ kết nối khối hiển thị với khối xử lý trung tâm ................................... 36
Hình 3.7: Sơ đồ kết nối khối nút nhấn điều khiển đến khối xử lý trung tâm. .............. 38
Hình 3.8: Sơ đồ kết nối khối báo động và giao tiếp mạng di động với khối xử lý
trung tâm ........................................................................................................................ 41
Hình 3.9: Sơ đồ kết nối khối chữa cháy với khối xử lý trung tâm ............................... 43
Hình 3.10: Sơ đồ kết nối khối giao tiếp wifi với khối xử lý trung tâm. ....................... 44
xi
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 3.11: Mạch nguồn cung cấp cho hệ thống ........................................................... 47
Hình 3.12: Dạng sóng điện áp trước và sau khi chuyển đổi ......................................... 48
Hình 3.13: Chuyển mạch .............................................................................................. 48
Hình 3.14:Giao diện Arduino IDE ............................................................................... 49
Hình 3.15: Lưu đồ chương trình chính ......................................................................... 50
Hình 3.16: Lưu đồ chương trình đọc cảm biến ............................................................ 51
Hình 3.17: Lưu đồ chương trình chuyển màn hình LCD ............................................. 52
Hình 3.18: Lưu đồ chương trình xử lý báo động giả .................................................... 53
Hình 3.19:Lưu đồ chương trình nút nhấn khẩn cấp...................................................... 54
Hình 3.20: Lưu đồ chương trình lựa chọn chế độ vận hành ......................................... 56
Hình 3.21: Lưu đồ chương trình vận hành tự động ...................................................... 57
Hình 3.22: Lưu đồ chương trình vận hành bằng tay..................................................... 58
Hình 3.23: Lưu đồ chương trình hiển thị LCD ............................................................. 59
Hình 3.24: Lưu đồ gửi và nhận dữ liệu web ................................................................. 62
Hình 3.25:Lưu đồ kiểm tra cảm biến ............................................................................ 64
Hình 3.26: Lưu đồ chương trình xử lý báo động .......................................................... 66
Hình 3.27:Lưu đồ chương trình đọc trạng thái nút nhấn điều khiển ............................ 67
Hình 3.28:Lưu đồ chương trình nút nhấn điều khiển ................................................... 69
Hình 3.29: Lưu đồ chương trình bật van nước ............................................................. 70
Hình 3.30: Lưu đồ chương trình gọi điện ..................................................................... 71
Hình 3.31: Lưu đồ chương trình nhắn tin ..................................................................... 71
Hình 3.32: Lưu đồ chương trình xử lý đèn thốt hiểm ................................................. 72
Hình 3.33:Lưu đồ chương trình dịch dữ liêu led bằng ic 74595 .................................. 73
Hình 3.34: Giao diện dự kiến trang đăng nhập............................................................. 75
Hình 3.35:Giao diện dự kiến trang điều khiển ............................................................. 76
Hình 3.36: Giao diện dự kiến trang cài đặt................................................................... 76
Hình 3.37: Sơ đồ truyền nhận dữ liệu trên web ............................................................ 76
Hình 3.38: Giao diện trang đăng nhập .......................................................................... 77
Hình 3.39: Trang đăng nhập hiển thị thơng báo khi nhập thơng tin đăng nhập sai...... 78
Hình 3.40: Lưu đồ giải thuật trang đăng nhập .............................................................. 79
Hình 3.41: Giao diện trang hiển thị và điều khiển ....................................................... 81
Hình 3.42:Lưu đồ giải thuật phần hiển thị.................................................................... 83
Hình 3.43: Lưu đồ giải thuật phần điều khiển .............................................................. 85
Hình 3.44:Trang cài đặt thơng số ................................................................................. 86
Hình 3.45: Lưu đồ giải thuật trang cài đặt .................................................................... 87
Hình 4.1:Mạch in khối xử lí trung tâm và khối chữa cháy. .......................................... 88
Hình 4.2: Mạch in khối giao tiếp điện thoại di động và khối thốt hiểm. .................... 89
Hình 4.3: Mạch in khối nút điều khiển và khối hiển thị. .............................................. 89
Hình 4.4: Mạch in tầng 1 .............................................................................................. 90
Hình 4.5:Mạch in tầng 2 ............................................................................................... 90
Hình 4.6: Mơ hình chung cư và bồn chứa nước cứu hỏa ............................................. 91
Hình 4. 7: Mạch khối nút nhấn điều khiển và khối hiển thị ......................................... 92
xii
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 4.8: Mạch kết nối tầng 1 chung cư....................................................................... 93
Hình 4.9: Mạch kết nối tầng 2 chung cư. ..................................................................... 93
Hình 4.10: Mạch giao tiếp mạng di động, khối hướng dẫn thốt hiểm. ....................... 93
Hình 4.11: Mạch khối relay và khối xử lý trung tâm. .................................................. 94
Hình 4.12: Màn hình hiển thị chế độ hoạt động của hệ thống ...................................... 95
Hình 4.13:Màn hình hiển thị thơng số phịng 1 ............................................................ 95
Hình 4.14: Hệ thống gửi tin nhắn thơng báo phịng xảy ra cháy .................................. 96
Hình 4.15: Hệ thống gửi dữ liệu lên trang web giao diện ............................................ 96
xiii
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay
Hiện nay nước ta đang phát triển theo hướng cơng nghiệp hóa hiện đại hóa, nhu
cầu của con người về sự tiện lợi trong cuộc sống ngày càng tăng, ngày càng sử dụng
nhiều thiết bị không dây, mạng Internet hầu như đã phủ khắp mọi nơi. Chính vì thế
mà cụm từ Internet of Things (IoT) hiện nay đang rất được nhiều người quan tâm,
vạn vật điều có thể kết nối Internet.
Ứng dụng cơng nghệ này vào cuộc sống sẽ giúp được rất nhiều. Một trong những
vấn đề nóng hiện nay đó là phịng cháy chữa cháy. Hệ thống phòng cháy chữa cháy
là một trong những hệ thống quan trọng và không thể thiếu đối với bất kỳ chung cư,
tịa nhà cao tầng hiện nay. Nó đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc bảo
vệ tài sản và tính mạng con người.
Vì thế mà việc đầu tư thi cơng lắp đặt hệ thống phịng cháy chữa cháy cũng
như bảo trì bảo dưỡng hệ thống ln luôn được đề lên hàng đầu.
Cùng với sự phát triển của khoa học cơng nghệ hiện đại, hệ thống phịng cháy
chữa cháy ngày càng được cải tiến đáng kể nhằm đảm bảo độ tin cậy, làm việc chắc
chắn của hệ thống. Đồng thời hệ thống có thể kết hợp với các hệ thống khác như: hệ
thống chữa cháy tự động tại chỗ, hệ thống thông tin truyền thông (điện thoại, mạng
Internet…) để thơng báo đến cho các trung tâm phịng cháy chữa cháy một cách kịp
thời, bảo đảm an toàn cho tính mạng con người và tài sản.
1.2 Tính cấp thiết của đề tài:
Để nâng cao sự tiện lợi trong việc phòng cháy và chữa cháy, tránh được một
số trường hợp báo động giả như bụi hay khói thuốc lá vào cảm biến, những nút
nhấn bị hư khiến thiết bị báo động ngay làm hoảng loạn cho người dân, hướng dẫn
một lối thoát an toàn để thoát hiểm, cũng như việc đưa nước đến phịng bị cháy
một cách thơng minh, nhanh chóng. Việc xây dựng một hệ thống phịng cháy, chữa
cháy thông minh là vô cùng cần thiết.
1.3 Mục tiêu thiết kế:
Đề tài thiết kế hệ thống phòng cháy, chữa cháy thơng minh có thể giám sát qua
Internet, có giao tiếp và điều khiển qua giao diện trên máy tính, đồng thời thông
báo tin nhắn hoặc gọi điện đến với người có trách nhiệm khi có sự cố xảy ra.
1.4 Giới hạn đề tài
Đề tài chỉ thực hiện một mô hình chung cư nhỏ với hai tầng và bốn phịng. Các
cảm biến được sử dụng trong chung cư có phạm vi đo nhỏ. Hệ thống chữa cháy
thiết kế với bồn chứa nước chữa cháy nhỏ, áp lực nước chữa cháy nhỏ.
1
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Với việc tăng số lượng tầng hay phịng kết hợp với các tính năng khác, đề tài
có thể phát triển về phần cứng hệ thống và giải thuật phức tạp hơn.
1.5. Đối tượng phạm vi nghiên cứu
Đề tài “Thiết kế hệ thống Phòng cháy chữa cháy giám sát qua Internet” được
thực hiện với các đối tượng nghiên cứu sau:
Board Arduino Mega 2560.
Hoạt động của cảm biến LM35, LCD, IC 74HC595.
Các module: MQ-2,lửa, HC-SR04, SIM900A mini V4, chuyển giao
tiếp LCD sang I2C, relay.
Lập trình Arduino.
Lập trình và thiết kế Web.
1.6. Phương pháp tiếp cận.
Nhóm sinh viên thực hiện báo cáo tiến hành nghiên cứu dựa trên các tài liệu
giáo trình điện tử cơ bản, vi xử lý, kĩ thuật số... Đồng thời khảo sát các hệ thống
phòng cháy chữa cháy tại các tòa nhà chung cư như LOTTERY TOWER, chung cư
The Eastern, qua đó hình thành ý tưởng thiết kế hệ thống.
1.7 Nội dung đồ án
Xây dựng sơ đồ khối hệ thống.
Tính tốn thiết kế hệ thống.
Sơ đồ mạch in.
Thi công hệ thống, chạy thử và kiểm tra lỗi.
1.8. Bố cục của đồ án
Đồ án này được trình bày trong 5 chương:
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết liên quan.
Chương 3: Xây dựng và thiết kế hệ thống
Chương 4: Kết quả,thực nghiệm và nhận xét
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
2
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
2.1. Tổng quan PCCC bên ngồi
2.1.1 Mơ tả chung về hệ thống báo cháy
Hệ thống phòng cháy chữa cháy là hệ thống có số lượng hữu hạn các thiết bị
cùng làm việc với nhau để phát hiện đưa ra cảnh báo và xử lý về các sự cố cháy, nổ
thông qua các thiết bị cảnh báo thể hiện bằng âm thanh, hình ảnh khi xuất hiện lửa,
khói, khí CO hoặc trường hợp khẩn cấp khác đang tồn tại. Khi có sự cố cháy, nổ
xảy ra thì hệ thống sẽ được phát hiện tự động bằng một số các đầu dò khói, đầu dị
nhiệt, đầu dị ánh sáng, đầu dị hỗn hợp gửi về trung tâm báo cháy và thực hiện các
hoạt động nhằm báo động và dập cháy.
Hình 2.1:Sơ đồ hệ thống phòng cháy chữa cháy căn bản
2.1.2 Chức năng các thiết bị trong hệ thống báo cháy
Bảng 2.1: Mô tả các thiết bị trong hệ thống phòng cháy chữa cháy
STT
1
Thiết bị
Trung tâm báo
cháy
2
Đầu báo khói
3
Đầu báo nhiệt
4
Đầu báo lửa
5
Nút nhấn khẩn
Chức năng
Trung tâm xử lý tín hiệu khi có sự cố xảy ra
Khi phát hiện khói đạt một mức giới hạn cho phép sẽ
gởi tín hiệu về tủ báo.
Khi phát hiện nhiệt độ đạt một mức giới hạn cho
phép sẽ gởi tín hiệu về tủ báo.
Phát hiện lửa và báo về tủ báo, lắp đặt tại những nơi
có đám cháy phát triển nhanh chóng
Gửi tín hiệu báo cháy
3
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
6
7
8
9
10
11
12
Chuông báo cháy
Máy bơm
Kêu cảnh báo
Cung cấp nước cho vòi phun hoạt động dập lửa
Điều khiển cấp lương nước cho hệ thống báo cháy
Van điều khiển
không bị thiếu nước
Đầu phun tự động Khi có nhiệt độ tăng lên, tăng khi vượt quá 68oC, đầu
Sprinkler
thủy ngân sẽ vỡ ra phun nước dập tắt đám cháy
Đầu phun khí
Phun khí CO2 để dập tắt đám cháy
Đèn
Đèn báo hiệu sẽ sáng báo động
Điện thoại
Gọi số báo cháy
2.2. Các chuẩn giao tiếp
2.2.1. Chuẩn giao tiếp UART
UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter. Thường là
một mạch tích hợp được sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp giữa máy tính và
các thiết bị ngoại vi. Rất nhiều vi điều khiển hiện nay đã được tích hợp UART. UART
thường được dùng trong máy tính cơng nghiệp, truyền thơng, vi điều khiển, hay một số
các thiết bị truyền tin khác. UART chuyển đổi giữa dữ liệu nối tiếp và song song.
Một chiều, UART chuyển đổi dữ liệu song song bus hệ thống ra dữ liệu nối tiếp
đển truyền đi. Một chiều khác,
UART chuyển đổi dữ liệu nhận được
dạng dữ liệu nối tiếp thành dạng dữ liệu
song song cho CPU có thể đọc vào bus hệ
thống.
Mục đích của UART là truyền thông tin
qua lại hay truyền từ vi điều khiển qua vi
điều khiển, từ máy tính tới vi điều
khiển,…Ở kiểu truyền này, có một đường
phát dữ liệu và một đường nhận dữ liệu,
tín hiệu xung clock có cùng tần số hay cịn Hình 2.2:Mơ hình giao tiếp UART
được gọi là tốc độ truyền dữ liệu (baud).
Các thông số của chuẩn giao tiếp
UART:
Baud rate (Tốc độ Baud): khi truyền nhận không đồng bộ, để hai module
hiểu được nhau thì cần một khoảng thời gian cho 1 bit truyền nhận, nghĩa
là trước khi truyền thì tốc độ phải được cài đặt đầu tiên. Theo định nghĩa
thì tốc độ Baud là số bit truyền trong 1 giây.
Frame (khung truyền): do kiểu truyền thông nối tiếp này rất dễ bị mất dữ
liệu nên ngoài tốc độ, khung truyền cũng được cài đặt từ ban đầu để hạn
chế sự mất mát dữ liệu. Khung truyền quy định số bit trong mỗi lần
4
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
truyền, các bit báo như start, stop, các bit kiểm tra như parity, số bit
trong một data.
Bit start: là bit bắt đầu trong khung truyền. Bit này nhằm mục đích báo
cho thiết bị nhận biết quá trình truyền bắt đầu.
Data: là dữ liệu cần truyền.
Parity bit: là bit kiểm tra dữ liệu.
Bit stop: là bit báo cáo kết thúc khung truyền.
2.2.2 Chuẩn giao tiếp I2C
I2C là chuẩn giao tiếp được phát minh để đơn giản hóa việc trao đổi dữ liệu.
Đơi khi nó cũng được gọi là chuẩn giao tiếp Two Wire Interface (TWI) vì chỉ sử
dụng hai kết nối để truyền tải dữ liệu, hai kết nối của I2C là SDA và SCL. SDA
là đường truyền dữ liệu hai hướng, còn SDL là đường truyền xung đồng hồ và
chủ theo một hướng.
Nhìn vào hình 2.4, có thể thấy có hai thiết bị được nối cùng một bus I2C, tuy
nhiên không xảy ra sự nhầm lẫn giữa các thiết bị vì mỗi thiết bị sẽ được nhận ra
bởi một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ/ tớ tồn tại trong suốt thời gian kết
nối. Trên một bus I2C thì quyền điều khiển thuộc về thiết bị chủ (Master). Thiết
bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ (Slave)
trong quá trình kết nối.
Một bus I2C chuẩn truyền 8 bit dữ liệu có hướng trên đường truyền là
100Kbits/s ở chế độ chuẩn, 400Kbits/s ở chế độ nhanh và cao nhất là 3.4Mbits/s
ở chế độ cao tốc.
Mỗi xung clock có một bit dữ liệu được truyền. Mức tín hiệu SDA chỉ được
thay đổi khi xung clock đang ở mức thấp, và ổn định khi xung clock ở mức cao.
Hình 2.3:Mơ hình giao tiếp I2C và quá trình truyền 1 bit dữ liệu
Quá trình truyền dữ liệu:
Thiết bị chủ xác định đúng địa chỉ của thiết bị tớ. Cùng với việc xác định
địa chỉ, thiết bị chủ sẽ quyết định đọc hay ghi vào thiết bị tớ.
Thiết bị chủ gửi dữ liệu tới thiết bị tớ.
Thiết bị chủ kết thúc quá trình truyền dữ liệu.
5
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Khi thiết bị chủ muốn nhận dữ liệu từ thiết bị tớ, quá trình cũng diễn ra
tương tự.
Tần số xung nhịp đồng hồ có thể xuống 0 Hz.
2.2.3. GSM
GSM là một tiêu chuẩn quốc tế cho điện thoại di động, là từ viết tắt của
“Global System for Mobile Communications”. Nó cũng đơi khi được gọi là 2G, vì
nó là một mạng di động thế hệ thứ hai.
Trong số những thứ khác, GSM hỗ trợ các cuộc gọi đi và đến giọng nói,
SMS (Simple Message System), và truyền dữ liệu (thông qua GPRS).
2.2.3.1 SIMCOM
Một thiết bị sử dụng dữ liệu GPRS hoặc GSM có thể muốn nhận và truyền
tải nhiều luồng dữ liệu đồng thời, đó là những dữ liệu Command (lệnh AT), dữ liệu
GPRS và GSM.
Những dữ liệu về cơ bản là độc lập nhau, do đó khơng đáp ứng được với chỉ
một loại tín hiệu ở một kênh trong một khoảng thời gian vì thế SIMCOM đã được
thiết kế theo tiêu chuẩn GSM0710 để có thể truyền dẫn đồng thời nhiều luồng dữ
liệu.
Cấu trúc khung truyền dữ liệu SIMCOM:
Bảng 2.2: Cấu trung khung truyền dữ liệu
Opening Flag và Closing Flag: mỗi khung bắt đầu và kết thúc với một chuỗi
bit không đổi 0xF9.
Address Field: chứa các kết nối định dạnh liên kết dữ liệu (DLCI), bit C/R và
bit mở rộng trường địa chỉ (EA).
Bảng 2. 3: Cấu trúc Address Field
Control Field: được xác định trong bảng sau
6
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng 2.4: Cấu trúc Control Field
SABM: thiết lập DLC giữa TE và MS.
UA: khung trả lời khung SABM hoặc khung DISC.
DM: khung báo cáo tình trạng kết nối dữ liệu.
DISC: đóng DLC.
UIH: gửi dữ liệu người dùng.
UI: không hỗ trợ.
Length Field: trường này chỉ xuất hiện khi đã kích hoạt các lựa chọn cơ bản.
Bảng 2. 5: Cấu trúc Length Field
Information Field: trường mang thông tin dữ liệu người dùng.
2.3.Lý thuyết cơ bản về IoT
2.3.1 Giới thiệu
IoT là mạng lưới thiết bị kết nối Internet và cũng là một kịch bản của thế giới,
khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh riêng của mình, và
tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất
mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa con người với con người hay giữa
con người và máy tính.
IoT phát triển từ sự hội tụ của cơng nghệ không dây, công nghệ vi, cơ điện tử
và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với
nhau, với Internet và thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó.
7
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Việc kết nối có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G),
Bluetooth,…Các thiết bị có thể là điện thoại thơng minh, bóng đèn, máy giặt,…
Một hệ thống IoT cơ bản có dạng như sau:
Hình 2.4:Sơ đồ hệ thống IoT cơ bản
Trong hệ thống IoT, sau khi được cấp nguồn, khối xử lý trung tâm sẽ nhận tín
hiệu từ khối cảm biến, truyền tải thơng tin vào khối lưu trữ thơng tin. Người dùng
có thể biết được các thông tin này bằng việc sử dụng điện thoại, máy
tính,…Đồng thời cũng có thể tương tác với các thiết bị khác theo chiều ngược
lại. Nghĩa là, người dùng sẽ dùng điện thoại hoặc máy tính,…gửi đi một tín hiệu
điều khiển nào đó, tín hiệu này được lưu vào khối lưu trữ thơng tin, sau đó truyền
thơng tin này vào khối xử lý trung tâm. Lúc này, khối xử lý trung tâm sẽ dựa vào
tín hiệu nhận được, xử lý điều khiển các thiết bị đúng theo yêu cầu của người
dùng.
2.3.2 Ứng dụng của IoT
Những ứng dụng của IoT thường được phát triển về việc điều khiển các thiết
bị qua mạng Internet, bao gồm các thiết bị cơng cộng và thiết bị gia đình. Từ đó
ứng dụng vào nhà thơng minh, quản lý cơng ty, xí nghiệp, quản lý mơi trường,…
2.4.Lập trình web
2.4.1 Ngơn ngữ lập trình HTML
a. Khái niệm
HTML là ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản, dùng để tạo ra các trang web.
Ngôn ngữ HTML bao gồm một tập hợp các thẻ dùng để định nghĩa cấu trúc
của web, định dạng nội dung trang web, tạo liên kết, chèn âm thanh, hình ảnh,
video,…vào trang web.
b. Thẻ trong HTML
Mỗi thẻ là một từ khóa, được bao quanh bởi cập dấu ngoặc nhọn. Mỗi thẻ
thường bao gồm một cặp thẻ: thẻ mở (bắt đầu định dạng) và thẻ đóng (kết thúc
định dạng).
8
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Văn bản cần định dạng được đặt giữa thẻ mở và thẻ đóng. Một số thẻ có thể
thêm các thuộc tính dùng để chỉ định một số thuộc tính khác liên quan đến thẻ
và được khai báo trong thẻ mở.
2.4.2 Thư viện Bootstrap
a. Khái niệm
Bootstrap là 1 framework HTML, CSS, và JavaScript cho phép người
dùng dễ dàng thiết kế website theo 1 chuẩn nhất định, tạo các website thân
thiện với các thiết bị cầm tay như ipad, tablet hay cả những laptop hoặc
máy tính để bàn.
Bootstrap bao gồm những cái cơ bản có sẵn như: typography, forms,
buttons, tables,modals, image carousels và nhiều thứ khác. Trong bootstrap có
thêm nhiều Component, Javascript hỗ trợ cho việc thiết kế reponsive của bạn
dễ dàng, thuận tiện và nhanh chóng hơn.
b. Ưu điểm của việc sử dụng thư viện Bootstrap
Rất dễ để sử dụng: Nó đơn giản vì nó được base trên HTML, CSS và
Javascript chỉ cẩn có kiến thức cơ bản về 3 cái đó là có thể sử dụng bootstrap
tốt.
Responsive: Bootstrap xây dựng sẵn reponsive css trên các thiết bị
Iphones, tablets, và desktops. Tính năng này khiến cho người dùng tiết
kiệm được rất nhiều thời gian trong việc tạo ra một website thân thiện với
các thiết bị điện tử, thiết bị cầm tay.
Tương thích với trình duyệt: Nó tương thích với tất cả các trình duyệt
(Chrome, Firefox, Internet Explorer, Safari, and Opera). Tuy nhiên, với IE
browser, Bootstrap chỉ hỗ trợ từ IE9 trở lên. Điều này vô cùng dễ hiểu vì IE8
khơng support HTML5 và CSS3.
9
do an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.5. Giao thức MQTT và Database
2.5.1 MQTT
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là một giao thức gởi dạng
publish/subscribe sử dụng cho các thiết bị [Internet of Things](/tags/IoT) với
độ tin cậy cao và khả năng được sử dụng trong mạng lưới không ổn định.
Trong một hệ thống sử dụng giao thức MQTT, ta có nhiều node trạm (gọi
là mqtt client - gọi tắt là client) kết nối tới một MQTT server (gọi là broker).
Mỗi client sẽ đăng ký một vài kênh (topic), ví dụ như "/client1/channel1",
"/client1/channel2". Q trình đăng ký này gọi là "subscribe. Mỗi client sẽ
nhận được dữ liệu khi bất kỳ trạm nào khác gởi dữ liệu và kênh đã đăng ký.
Khi một client gởi dữ liệu tới kênh đó, gọi là "publish".
Hình 2.5: Sơ đồ truyền nhận dữ liệu giao thức MQTT
2.5.2 Cơ sở dữ liệu-CloudMQTT
Một CloudMQTT(cơ sở dữ liệu) là một ứng dụng riêng rẽ mà lưu trữ một
tập hợp dữ liệu. Mỗi cơ sở dữ liệu có một hoặc nhiều API riêng biệt để tạo,
truy cập, quản lý, tìm kiếm và tái tạo dữ liệu nó đang giữ.
Ngày nay, chúng ta sử dụng CloudMQTT như 1 trạm trung gian lưu giữ và
quản lý khối lượng dữ liệu dưới dạng nối tiếp.
2.6. Phần cứng
2.3.1. Khối xử lý trung tâm Arduino Mega 2560
2.3.1.1. Giới thiệu
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác
với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board
mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM
Atmel 32-bit, có các kết nối ngoại vi và kết nối giao tiếp USB với máy tính.
Arduino được sử dụng trong đồ án là Arduino Mega 2560, có nhiều chân dễ
dàng mở rộng đề tài và với nhiều tính năng mạnh mẽ.
10
do an
