(Đồ án hcmute) nghiên cứu, thi công hệ thống phòng cháy và báo cháy cho nhà phố

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

NGHIÊN CỨU, THI CÔNG HỆ THỐNG
PHÒNG CHÁY VÀ BÁO CHÁY CHO
NHÀ PHỐ

GVHD: TRƯƠNG NGỌC ANH
SVTH: TRẦN THANH HOÀI
MSSV: 14141107
SVTH: NGUYỄN TUẤN HIỆP
MSSV: 13141090

SKL 0 0 7 3 6 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2020

do an


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:

NGHIÊN CỨU, THI CƠNG HỆ THỐNG
PHỊNG CHÁY VÀ BÁO CHÁY
CHO NHÀ PHỐ
GVHD: GVC.ThS.Trương Ngọc Anh
SVTH 1: Trần Thanh Hoài
MSSV: 14141107
SVTH 2: Nguyễn Tuấn Hiệp
MSSV: 13141090

Tp. Hồ Chí Minh – 09/2020

do an


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 KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, THI CƠNG HỆ THỐNG
PHỊNG CHÁY VÀ BÁO CHÁY

CHO NHÀ PHỐ
GVHD: GVC.ThS.Trương Ngọc Anh
SVTH 1: Trần Thanh Hoài
MSSV: 14141107
SVTH 2: Nguyễn Tuấn Hiệp
MSSV: 13141090

Tp. Hồ Chí Minh – 09/2020

do an


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y
SINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 04 tháng 08 năm 2020

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Nguyễn Tuấn Hiệp

MSSV: 13141090

Trần Thanh Hoài

MSSV: 14141107

Chuyên ngành:

Điện tử cơng nghiệp

Mã ngành:

01

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Mã hệ:

1

Khóa:

2013, 2014

Lớp:

13141DT1A,
14141DT2C

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THI CƠNG HỆ THỐNG PHÒNG CHÁY VÀ BÁO
CHÁY CHO NHÀ PHỐ

II. NHIỆM VỤ.
1. Các số liệu ban đầu:
-

Board Arduino MEGA WiFi R3 ATmega2560 + ESP8266 là bộ điều khiển trung
tâm của mơ hình.

-

Kích thước bộ điều khiển chung là 35x20x8cm, chứa tất cả những linh kiện và
thiết bị trên cùng một khối.

-

Module Sim900A sẽ gửi tin nhắn cảnh báo và gọi đến chủ nhà khi công suất tổng
vượt quá ngưỡng cài đặt khi chủ nhà rời khỏi.

-

Bộ cảnh báo sẽ bắt đầu cảnh báo khi gạt cơng tắc tay và cửa đóng.

-

Cảm biến gas phát hiện đủ lượng khí gas rị rỉ sẽ kích hoạt chng báo động
và sim900A sẽ gửi tin nhắn về người dùng. Mơ hình đã tinh chỉnh độ nhạy
của cảm biến xuống mức thấp.

-

Dùng 4 bộ đo điện năng để kiểm tra hoạt động thiết bị.

ii

do an


-

Màn hình LCD20x4 hiển thị thơng số dịng điện, cơng suất từng thiết bị,
công suất tổng, nhiệt độ và độ ẩm.

-

Mơ hình hoạt động ổn định khi mạng internet hay 3G đủ mạnh.

2. Nội dung thực hiện:
-

Cài đặt phần mềm lập trình IDE cho máy tính.

-

Cài đặt driver CH340G cho máy tính giao tiếp với kit Arduino MEGA WiFi
R3 ATmega2560 + ESP8266 qua cổng USB.

-

Nghiên cứu, tìm hiểu kit Arduino MEGA WiFi R3 ATmega2560 +
ESP8266

-

Nghiên cứu, tìm hiểu module Sim900A.

-

Thiết kế, xây dựng phần cứng của mơ hình.

-

Nghiên cứu, tìm hiểu các câu lệnh và các hàm, các chuẩn giao tiếp trong
từng kết nối lập trình giao tiếp.

-

Xây dựng chương trình điều khiển giao tiếp giữa ESP8266 và Arduino
Mega2560.

-

Xây dựng chương trình web, tạo giao diện.

-

Chạy thử nghiệm, cân chỉnh và sửa lỗi mơ hình và phần mềm.

-

Viết báo cáo luận văn.

-

Báo cáo đề tài tốt nghiệp.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

10/03/2020

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/08/2020
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Trương Ngọc Anh
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

iii

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM

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
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 2 tháng 3 năm 2020

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Trần Thanh Hoài

MSSV: 14141107

Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Tuấn Hiệp

MSSV: 13141090

Tên đề tài: Nghiên cứu, thi cơng hệ thống phịng cháy và báo cháy cho nhà phố.

Tuần/ngày

Nội dung

Xác nhận GVHD

- Gặp GVHD nhận đề tài.
Tuần 1
Từ 2/03/2020 đến - Viết đề cương chi tiết.
9/03/2020
- Tìm hiểu và tham khảo các đề tài đã
Tuần 2
Từ 10/03/2020 đến
nghiên cứu có liên quan đến điều khiển,
17/03/2020
giám sát và xử lý báo cháy.
Gặp và báo cáo với GVHD về hướng
Tuần 3
Từ 18/03/2020 đến

thực hiện đề tài.
24/03/2020
- Tìm hiểu và cài đặt ngơn ngữ lập trình
IDE cho máy tính.
- Tìm hiểu kit phát triển Arduino MEGA
Tuần 4
Từ 25/03/2020 đến Wifi R3 atmega2560 + esp8266.
1/04/2020
- Tìm hiểu cảm biến gas MQ-02, module
Tuần 5
Từ 9/4/2020 đến
sim900A, module đo điện năng phục vụ
16/04/2020
cho đề tài.
Tuần 6
- Giao tiếp cảm biến gas MQ-02 với
Từ 17/4/2020 đến Arduino Mega2560 kết hợp chuông báo.
24/04/2020
- Giao tiếp module Sim900A với Arduino
Mega2560.
Tuần 7
-Chuẩn bị tải, đấu dây điện để kết nối
Từ 25/4/2020 đến module Pzem-004T, kiểm tra hoạt động.
2/05/2020
- Báo cáo tiến độ cho GVHD.
Tuần 8

iv

do an

Từ 10/05/2020 đến - Viết chương trình điều khiển cho Arduino
17/05/2020
Mega2560, đọc giá trị Pzem-004T, cảm
biến gas, điều khiển sim900A.
- Chạy mô phỏng, kiểm tra hoạt động của
các thiết bị trên.
- Lắp ráp các khối điều khiển vào mơ hình,
Tuần 9
Từ 18/05/2020 đến gắn đầy đủ tải để kiểm tra hoạt động.
25/05/2020
- Viết chương trình kết nối Esp8266 với
firebase thơng qua wifi.
-Tạo firebase, kết nối Esp8266 cập nhật dữ
Tuần 10
Từ 26/05/2020 đến liệu thực lên database.
3/06/2020
- Hồn thành mơ hình.
Tuần 11
Từ 4/06/2020 đến - Cài đặt các phần mềm lập trình giao diện
11/06/2020
web như css,html, nodejs.
- Nghiên cức các bước lập trình cho một
giao diện hồn chỉnh.
- Lập trình web với html,ccs,nodejs tạo
Tuần 12
Từ 12/06/2020 đến
giao diện kiểm tra và điều khiển trả về
19/06/2020

Esp8266.
- Chạy mô phỏng, kiểm tra sửa lỗi
- Báo cáo tiến độ cho GVHD.
Tuần 13
Từ 20/06/2020 đến - Viết báo cáo luận văn.
27/06/2020
- Hoàn thiện báo cáo.
Tuần 14
Từ 28/06/2017 đến - Chuẩn bị gặp GVPB
4/07/2017
- Nộp báo cáo cho GVPB
Tuần 15
Từ 5/07/2017 đến - Nghiên cứu sâu vào hệ thống
12/07/2017
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

v

do an


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng em tự thực hiện dựa vào tham khảo một số tài liệu và cơng trình
nghiên cứu, khơng sao chép từ tài liệu hay cơng trình nào đã có trước đó.

Người thực hiện đề tài
Nguyễn Tuấn Hiệp
Trần Thanh Hoài

vi

do an


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, chúng em gặp rất nhiều khó
khăn về kiến thức cũng như một hướng đi chính xác của đề tài. Nhờ có sự hướng dẫn
tận tình của Thầy Trương Ngọc Anh cùng các Thầy trong bộ môn Điện Tử Cơng
Nghiệp – Y Sinh, chúng em mới có thể hồn thành đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu, thi
công hệ thống phịng cháy và báo cháy cho nhà phố”. Vì thế, trong lời đầu tiên của
cuốn báo cáo đồ án tốt nghiệp này, chúng em muốn dành lời cảm ơn chân thành sâu sắc
đến Thầy Trương Ngọc Anh và các Thầy trong bộ môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh
của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để thực hiện đề tài nhưng với vốn kiến thức còn
hạn hẹp, chúng em khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được
những sự chỉ dạy, góp ý quý báu của quý Thầy để chúng em có thể hồn thiện đề tài này
nói riêng và con đường sự nghiệp sau này nói chung. Nhóm chúng em xin chân thành
cảm ơn !

Người thực hiện đề tài
Nguyễn Tuấn Hiệp
Trần Thanh Hoài

vii

do an


LIỆT KÊ HÌNH ẢNH

Hình 2.1. Hệ thống báo cháy đầy đủ
Hình 2.2. Module cảm biến khí gas MQ-02
Hình 2.3. Cấu trúc địa chỉ của các thiết bị tớ theo chuẩn One – Wire
Hình 2.4. Mơ tả hoạt động của chuẩn One – Wire
Hình 2.5. Sơ đồ chân module DHT11
Hình 2.6. Cách thức hoạt động
Hình 2.7. Bit 0
Hình 2.8. Bit 1
Hình 2.9. Thời gian tồn tại các bit
Hình 2.10. Hình ảnh thực tế LCD 20x4
Hình 2.11. Bảng mã kí tự
Hình 2.12. Bus I2C và các thiết bị ngoại vi
Hình 2.13. Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn và chế độ nhanh
Hình 2.14. Hướng đi của xung Clock và hướng đi của đường dữ liệu
Hình 2.15. Trình tự truyền bit
Hình 2.16. Start bit và Stop bit
Hình 2.17. Module chuyển đổi I2C cho LCD 20x4
Hình 2.18. Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ
Hình 2.19. Khung truyền dữ liệu của chuẩn giao tiếp UART.
Hình 2.20. Kiểm tra dữ liệu khi truyền
Hình 2.21. Cách thức hoạt động khi truyền
Hình 2.22. Kết thúc dữ liệu khi truyền
Hình 2.23. Các kiểu kết thúc dữ liệu
Hình 2.24. Module PZEM - 004T
Hình 2.25. Sơ đồ nối dây PZEM 004T
Hình 2.26. Module SIM 800A mini
Hình 2.27. Module SIM 800l
Hình 2.28. Module SIM 900A
Hình 2.29. Giao tiếp UART giữa module SIM và vi Arduino
Hình 2.30. Giao tiếp UART giữa Module SIM900A và Arduino Mega2560

viii

do an


Hình 2.31. Module SIM 900A sử dụng
Hình 2.32. Module hạ áp LM2596
Hình 2.33. Sơ đồ nguyên lý module LM2596
Hình 2.34. Arduino Mega 2560
Hình 2.35. Sơ đồ chân Arduino Mega 2560
Hình 2.36. Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của module NodeMCU ESP8266
Hình 2.37. Kit phát triển Arduino MEGA + WiFi R3 ATmega2560 + ESP8266
Hình 2.38. Sơ đồ chuyển USB UART CH340G
Hình 2.39. Dip Switch
Hình 2.40. Lựa chọn kết nối giữa TX0 và TX3
Hình 2.41. Sơ đồ chân của Esp8266
Hình 2.42. Phiên bản phát triển của Arduino 2560 với Esp8266
Hình 2.43. Mode chuyển đổi để nạp code cho ESP8266.
Hình 3.1. Sơ đồ khối tồn mạch
Hình 3.2. Sơ đồ chân của Node MCU8266
Hình 3.3. Sơ đồ chân của Arduino Mega2560
Hình 3.4. Sơ đồ kết nối 4 Pzem-004T với Mega2560
Hình 3.5. Module Relay 4 kênh
Hình 3.6. Sơ đồ kết nối module Relay 4 kênh với Mega2560
Hình 3.7. Sơ đồ kết nối ngõ ra một Relay với một thiết bị
Hình 3.8. Sơ đồ kết nối LCD 20x4 với Mega2560
Hình 3.9. Kết nối cảm biến khí Gas với Arduino Mega2560
Hình 3.10. Kết nối module Sim900A với Arduino Mega2560
Hình 3.11. Sơ đồ ngun lý tồn mạch
Hình 4.1. Sơ đồ mạch in

Hình 4.2. Bố trí linh kiện mặt trước board
Hình 4.3. Mặt sau của board
Hình 4.4. Hộp đựng board chính và các module giao tiếp
Hình 4.5. Hình ảnh mơ hình nhìn từ bên ngồi hộp
Hình 4.6. Hình ảnh mơ hình bên trong hộp
Hình 4.7. Lưu đồ chương trình chính của Arduino Mega2560
Hình 4.8. Lưu đồ giải thuật của Node MCU 8266
ix

do an


Hình 4.9. Lưu đồ chương trình con đọc cảm biến PZEM
Hình 4.10. Lưu đồ chương trình con gửi và gọi qua Sim
Hình 4.11. Cửa sổ làm việc của Arduino IDE
Hình 4.12. Các thành phần của Nodejs
Hình 4.13. Cửa số Library Manager
Hình 4.14. Project setting trong Firebase
Hình 4.15. Database secrets trong Firebase
Hình 4.16. Code Database secrets
Hình 4.17. Realtime Database trong Firebase
Hình 4.19. Các thành phần của Nodejs
Hình 4.20. Giao diện phần mềm Bitvise SSH Client
Hình 4.21. Giao diện viết lệnh Terminal
Hình 4.22. Cấu trúc một website
Hình 4.23. Cấu trúc cơ bản của HTML
Hình 4.24. Chương trình định nghĩa nút nhấn, trạng thái thiết bị trong HTML
Hình 4.25. Chương trình định dạng nút nhấn và trạng thái thiết bị
Hình 4.26. Chương trình khai báo kết nối Firebase
Hình 4.27. Chương trình lắng nghe các thay đổi trên Realtime Database

Hình 4.28. Chương trình xử lý nút nhấn trên website
Hình 4.29. Chương trình cập nhật giá trị nút nhấn trên website
Hình 5.1. Hình giao diện đăng nhập địa chỉ trên web
Hình 5.2. Cơng suất và trạng thái của thiết bị
Hình 5.3. Hiển thị trạng thái của bàn và nút nhấn điều khiển ON/OFF thiết bị
Hình 5.4. Điều khiển tắt thiết bị 2,3 và 4, bật thiết bị 1
Hình 5.5. Thiết bị 1 tắt, thiết bị 2,3 và 4 bật
Hình 5.6. Hiển thị độ ẩm, nhiệt độ, tổng cơng suất của 4 thiết bị
Hình 5.7. Tin nhắn cảnh báo có thiết bị hoạt động

x

do an


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng 2.1. Chức năng chân của LCD
Bảng 2.2. Chức năng chân RS và R/W
Bảng 2.3. Tập lệnh của LCD
Bảng 2.4. Bảng thơng số cấu hình Dip Switch
Bảng 2.5. So sánh thông số kỹ thuật giữa các Arduino hiện nay.
Bảng 3.1. Bảng kết nối I2C LCD 20x4 với Mega2560
Bảng 3.2. Bảng tổng dòng điện cung cấp cho mạch

xi

do an


MỤC LỤC

Trang bìa ……………………………………………………………………………….i
Nhiệm vụ đồ án …………………………………………………………………………...ii
Lịch trình ……………………………………………………………………………...iv
Cam đoan ……………………………………………………………………………...vi
Lời cảm ơn …………………………………………………………………………...vii
Liệt kê hình ảnh ……………………………………………………………………...viii
Liệt kê bảng vẽ……………………………………………………………………………………...xii
Mục lục …………………………………………………………………………………………….xiii
Tóm tắt ………………………………………………………………………………..xv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN…………………………………………………………...1
1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................1
1.2.MỤC TIÊU................................................................................................................2
1.3.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..........................................................................................2
1.4.GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI..............................................................................................3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT …………………………………………………...4
2.1. HỆ THỐNG BÁO CHÁY THỰC TẾ ...................................................................4
2.1.1. Giới thiệu về hệ thống báo cháy tự động ........................................................4
2.2.2. Giới thiệu các loại khí gas trong cơng nghiệp ................................................5
2.2. GIỚI THIỆU MODULE CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ-02 ......................................7
2.3. TỔNG QUAN VỀ MODULE CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM DHT11 ......8
2.3.1. Giới thiệu giao tiếp One – Wire ......................................................................8
2.3.2. Giới thiệu cảm biến độ ẩm và nhiệt độ ...........................................................9
2.4. TỔNG QUAN VỀ MÀN HÌNH LCD 20X4 ........................................................13
2.4.1. Giới thiệu sơ lược về LCD ...........................................................................13
2.4.2. Tập lệnh của LCD .........................................................................................17
2.5. MODULE CHUYỂN ĐỔI I2C............................................................................20
2.5.1. GIỚI THIỆU VỀ CHUẨN GIAO TIẾP I2C ................................................20
2.5.2. Module chuyển đổi I2C cho LCD ................................................................24
2.6. CHUẨN GIAO TIẾP UART ...............................................................................25
2.7. MODULE ĐO ĐIỆN NĂNG PZEM – 004T .......................................................29

2.8. MODULE SIM 900A ..........................................................................................31
2.8.1. Các loại module sim trên thị trường .............................................................31
2.8.2. Giao tiếp UART với vi điều khiển................................................................32
2.8.3. Tập lệnh AT ..................................................................................................33
Các lệnh gọi điện: ...................................................................................................34
Các lệnh nhắn tin: ...................................................................................................34
xii

do an


2.8.4. Giới thiệu module Sim 900A ........................................................................35
2.9. MODULE HẠ ÁP LM2596 ................................................................................36
2.10. GIỚI THIỆU KIT ARDUINO MEGA WIFI R3 ATMEGA2560 + ESP8266 ..37
2.10.1. Tổng quan về module Arduino Mega 2560 ................................................37
2.10.2. Giới thiệu ESP8266 ....................................................................................42
2.10.3. Kit phát triển Arduino MEGA WiFi R3 ATmega2560 + ESP8266 ...........44
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ………………………………………………53
3.1. GIỚI THIỆU ....................................................................................................50
3.2. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ......................................................50
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống .........................................................................50
3.2.2. Tính tốn và thiết kế mạch............................................................................51
3.2.3. Sơ đồ ngun lý của tồn mạch ....................................................................60
CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG ……………………………………………...64
4.1. GIỚI THIỆU ....................................................................................................61
4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG ..................................................................................61
4.2.1. Thi công bo mạch .........................................................................................61
4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra ....................................... Error! Bookmark not defined.
4.3. ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ..........................................................64
4.3.1. Đóng gói bộ điều khiển.................................................................................64

4.3.2. Thi cơng mơ hình ..........................................................................................65
4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ................................................................................66
4.4.1. Lưu đồ giải thuật ...........................................................................................66
4.4.2 Giới thiệu phần mềm lập trình cho vi điều khiển ..........................................70
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ……………………………89
5.1. KẾT QUẢ ........................................................................................................86
5.1.1 .GIAO DIỆN WEB ........................................................................................87
5.1.2. Phần cứng và Sim .........................................................................................89
5.2. NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ..............................................................................91
5.2.1. Nhận xét ........................................................................................................91
5.2.3. Đánh giá ........................................................................................................92
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN …………………………….96
6.1. KẾT LUẬN .........................................................................................................93
6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................................................................93
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................94
PHỤ LỤC ......................................................................................................................95

xiii

do an


TĨM TẮT
Cơng tác phịng cháy và báo cháy là hết sức quan trọng đối với tất cả mọi người, nó liên
quan trực tiếp đến tính mạng con người và của cải. Thói quen quên tắt điện hay bỏ dở
việc nấu nướng, hoặc bất cứ việc gì liên quan đến nguy cơ cháy nổ sẽ khiến chúng ta
không trở tay kịp.
Mỗi người chúng ta lúc có nhiều lúc bận rộn hay lơ là trong việc giám sát an toàn do
cháy nổ về điện hoặc khí gas, vì tính thiết yếu này nên nhóm em quyết định chọn đề tài
“Nghiên cứu, thi cơng hệ thống phịng cháy và báo cháy cho nhà phố”. Đồng thời nhu

cầu quản lý, giám sát cũng như kiểm sốt việc đo điện năng, các thơng số: điện áp, dòng
điện, các chỉ tiêu chất lượng điện năng từ xa là rất cần thiết cho các nhà quản lý, các công
ty điện lực và cá nhân. Mặc dù đã đạt đến một mức độ thành công nhất định, tuy nhiên
các hệ thống quản lý và giám sát điện năng hiện nay chi phí rất cao và hạn chế về việc
truy cập từ xa. Ngoài ra, xu hướng hiện nay là sử dụng các thiết bị thông minh: điện
thoại smart phone, máy tính bảng… để truy cập và giám sát từ xa.
Đề tài kết hợp vừa báo cháy và phòng cháy từ xa cho người dùng thông qua mạng GSM và
website, giúp hỗ trợ việc quản lý thiết bị và cơng tác phịng cháy, giảm nguy cơ cháy nổ
xuống tối thiểu.

xiv

do an


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ
Như chúng ta đều biết cơng tác phịng cháy chữa cháy (PCCC) là điều hết sức quan
trọng vì PCCC giúp làm hạn chế đến mức thấp nhất những rủi ro mà cháy nổ gây ra về
người và tài sản. Cháy nổ trong đời sống hàng ngày rất dễ xảy ra ở bất kì nơi đâu. Nếu
con người khơng có sự phịng vệ và những biện pháp ngăn chặn kịp thời thì cháy nổ có
thể gây ra những hậu quả khơn lường, đe dọa đến tính mạng và vật chất, đặc biệt nó có
thể ảnh hưởng đến những khu vực lân cận và những người xung quanh.
Để nâng cao hiệu quả trong công tác PCCC, chúng ta cần nâng cao ý thức tự giác,
trách nhiệm của mọi người dân. Địa phương cần tổ chức và tuyên truyền cho nhân dân
hiểu tác hại nghiêm trọng của cháy nổ cũng như cách phịng chống cháy nổ. Bên cạnh
đó, trang bị cho người dân những kiến thức cơ bản trong trường hợp khi có cháy nổ xảy
ra. Để giảm thiểu những vụ cháy nổ tại các nhà máy, xí nghiệp, cơng ty, hay các hộ gia
đình, chúng ta cần: trang bị những thiết bị giúp phòng chống cháy như bình chữa cháy,
lắp đặt hệ thống chữa cháy, cịi báo cháy , kiểm tra các điểm dễ cháy như cầu dao, ổ cắm

điện …Luôn đề cao cảnh giác trong mọi tình huống khi có cháy nổ, thường xun tổ
chức những buổi tập huấn giúp nâng cao kiến thức về PCCC.
Với tất cả các lý do trên cùng với tầm quan trọng của PCCC trong đời sống, nhóm
chúng em đã quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu, thi công hệ thống phịng cháy và báo
cháy cho nhà phố”.
Mục đích cuối cùng của đề tài là giúp phát hiện, ngăn chặn và hạn chế đến mức
thấp nhất rủi ro cháy nổ xảy đến với con người, từ đó có những hành động kịp thời để
ngăn chặn.

1

do an


1.2.MỤC TIÊU
Thiết kế và thi cơng mơ hình điều khiển đo điện năng các thiết bị điện trong nhà
như đèn, quạt, máy sấy tóc,… qua website. Các tín hiệu được gửi lên Firebase làm
nơi lưu trữ dữ liệu và giao tiếp với Arduino Mega2560 thông qua NodeMCU
ESP8266 trên cùng một kit phát triển để điều khiển và có hiển thị thơng số, giá trị của
các tín hiệu đo trên LCD.
Cảnh báo trực tiếp từ đầu báo đến người dùng thông qua tin nhắn SMS và cuộc gọi
đến do Arduino Mega2560 đóng vai trị điều khiển xử lí.
1.3.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong q trình thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thi cơng hệ thống phịng cháy và báo
cháy cho nhà phố”, nhóm chúng em đã lên kế hoạch giải quyết và hoàn thành những
nội dung sau:
 Nội dung 1: Nghiên cứu Kit Arduino MEGA WiFi R3 ATmega2560 +
ESP8266, Module Sim900A và module đo điện năng tiêu thụ PZEM-004T.
 Nội dung 2: Kết nối cảm biến khí gas, chng báo động vào Arduino Mega
2560. Nghiên cứu giao tiếp Module Sim900A với Arduino Mega 2560.

 Nội dung 3: Nghiên cứu xây dựng Pzem-004T đo điện năng tiêu thụ thiết bị.
Giao tiếp Arduino Mega 2560 với ESP8266.
 Nội dung 4: Xây dựng Firebase, thiết kế giao diện web. Lập trình web.
 Nội dung 5: Thiết kế mơ hình cho hệ thống.
 Nội dung 6: Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống.
 Nội dung 7: Viết báo cáo thực hiện.
 Nội dung 8: Bảo vệ luận văn.

2

do an


1.4.GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Các thông số giới hạn của đề tài bao gồm:
-

Hệ thống dùng một Kit phát triển MEGA WiFi R3 ATmega2560 +
ESP8266 để xây dựng giao tiếp với module Sim900A, module đo điện năng
Pzem-004T, module relay 4 kênh, cảm biến gas MQ-02, LCD20x4, cảm
biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11.

-

Board mạch chính được đặt trong hộp nhựa có kích thước 35x20x8cm.

-

Mơ hình nhà phố tiết diện nhỏ với 1 cảm biến gas, 4 bộ đo điện năng tương
đương với điều khiển và đo được tối đa được 4 thiết bị điện.

-

Chỉ có thể đo được điện áp xoay chiều 1 pha trong khoảng 80VAC –
250VAC. Dòng điện đo được trong giới hạn 0 – 100A. Công suất đo được
trong giới hạn 0-26 kW. Điện năng tiêu thụ trong giới hạn 0 – 10000 kWh.

-

Điều khiển các thiệt bị quạt, đèn, … công suất tiêu thụ dưới 1000W, không
dùng cho tải động cơ.

-

Hiển thị các thông số điện năng, tổng công suất và nhiệt độ độ ẩm trên màn
hình LCD 20x4.

-

Sử dụng cơng tắc hành trình cho cửa khi đóng mở, đồng thời thêm một cơng
tắc bật tay khi chủ nhà ra ngồi, mục đích để cảnh báo thiết bị đang hoạt
động.

-

Hệ thống chưa thể đáp ứng ngay lập tức thao tác lệnh của người dùng do phụ
thuộc nhiều vào tốc độ mạng cũng như tốc độ xử lý của vi điều khiển và thời
gian truyền tín hiệu giữa các thiết bị trong hệ thống.

3

do an


Chương 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.

HỆ THỐNG BÁO CHÁY THỰC TẾ

2.1.1. Giới thiệu về hệ thống báo cháy tự động
Hệ thống báo cháy tự động là một hệ thống gồm các thiết bị và cảm biến có nhiệm
vụ báo động khi có khi có hiện tượng cháy nổ xảy ra, nhất thiết phải hoạt động liên tục
24h/24h, chính xác và kịp thời trong vùng hệ thống đang cảnh báo.
Tự động phát ra các tín hiệu báo động, tín hiệu điều khiển các thiết bị ngoại vi của
hệ thống báo cháy nhằm thực hiện một nhiệm vụ cụ thể nào đó. Đặc biệt, với hệ thống
báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy khói thì nó cịn có nhiệm vụ quan trọng hơn là
“cảnh báo”, tức là phát hiện và thông báo sự sắp cháy, sự cháy âm ỉ chưa có ngọn lửa.
 Quy trình hoạt động của hệ thống báo cháy đầy đủ:

Hình 2.1 Hệ thống báo cháy đầy đủ.

4

do an


2.2.2. Giới thiệu các loại khí gas trong cơng nghiệp
a) Khái niệm
Hiện nay, với đặc tính là nguồn nhiên liệu sạch và thân thiện với mơi trường thì
khí gas dần khẳng định được vị trí quan trọng trong đời sống của chúng ta và đã góp

phần tạo nên sự văn minh của xã hội. Lợi ích của gas là rất tích cực, được sử dụng rộng
rãi trong dân dụng, thương mại, vận tải và các ứng dụng công nghiệp.
Gas là hỗn hợp của các chất Hydrocacbon, trong đó thành phần chủ yếu là khí
Propane (C3H8), Butane (C4H10) và một số thành phần khác.
b) Ứng dụng của khí gas trong cơng nghiệp
Khí cơng nghiệp là loại ngun liệu khí được sản xuất để sử dụng trong công
nghiệp, được sử dụng nhiều nhất như: nitrogen, oxy, carbon dioxide, hydro, acetylen,…
Các loại khí công nghiệp được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Bao gồm các ngành công nghiệp nặng như dầu khí, hố dầu, hóa chất, điện, khai thác
mỏ, luyện kim, kim loại. Và cũng được sử dụng trong các ngành dược phẩm, cơng nghệ
sinh học, thực phẩm, nước, phân bón, điện hạt nhân, điện tử, hàng khơng vũ trụ, phân
tích thí nghiệm, kiểm nghiệm mơi trường…
 Ứng dụng trong ngành thực phẩm
Nước ngọt có gas đã trở thành loại nước giải khát quá quen thuộc trong cuộc sống
hàng ngày của chúng ta. Nước có gas chiếm đến 94% thành phần của nước ngọt, có tên
gọi hóa học là: Carbon dioxide (CO2) - có vai trị như một chất bảo quản nhẹ. Khí CO2
được sử dụng nhiều trong ngành sản xuất nước giải khát và bia rượu.
Trong cơng nghiệp khí CO2 được điều chế từ các khí sinh ra khi lên men rượu bia,
phân hủy chất béo, từ các khí thu được trong sản xuất hóa chất, như sản xuất amoniac
hoặc tổng hợp methanol, từ khói các nhà máy cơng nghiệp đốt than.

5

do an


 Ứng dụng trong thiết bị gia dụng
 Máy điều hòa
Gas điều hịa là mơi chất được sử dụng trong hệ thống làm hạnh hấp thụ nhiệt, có
nhiệm vụ mang nhiệt từ nơi có nhiệt độ thấp thải ra nơi có nhiệt độ cao hơn. Đâychính

là thành phần khơng thể thiếu trong quá trình làm lạnh của hệ thống điều hịa nói chung
và các hệ thống làm lạnh nói riêng.
Các loại gas được sử dụng trong máy điều hóa khơng khí như gas R22, gas
R410A,gas R32 . . . nhưng được sử dụng nhiều nhất vẫn là gas R22 và Gas R410A.
-

Gas điều hòa R22
Gas R22 là loại gas được sử dụng đầu tiên trên các máy lạnh, chiếm hơn 70% trên

thị trường điều hòa hiện nay, được sủ dụng cho máy điều hịa khơng khí loại thường
(khơng sử dụng cơng nghệ Inverter).
-

Gas điều hòa R410A
Gas R410A có độ bay hơi cao hơn, và khi môi trường ở tầm thấp sẽ gây thiếu oxi

chính vì vậy mà phịng của bạn phải được thống khí nếu khơng sẽ rất nguy hiểm khi có
hiện tượng rị rỉ khí gas.
-

Gas điều hòa R32
Loại Gas R32 là loại gas mới nhất hiện nay, được ứng dụng sử dụng nhiều nhất tại

Nhật Bản. Loại gas này được phát minh ra nhằm thay thế cho loại gas R22 và loại
R410A.
 Tủ lạnh
Gas tủ lạnh được nằm trong các dây đồng có tác dụng chuyển tải nhiệt từ dàn lạnh
tới dàn nóng. Khí gas khi đi qua dàn lạnh sẽ hấp thụ nhiệt xung quanh dàn lạnh để
chuyển tới dàn nóng. Tại đây, khí gas sẽ được làm mát thông qua việc tản nhiệt ra môi
trường.

-

Gas R12
Gas R12 là loại gas lâu đời nhất, được sử dụng phổ biến trong các tủ lạnh đời cũ.

Gas R12 bình thường có mùi hơi, khi đốt có màu xanh lá và mùi hắc, có thể gây chống
và nhức đầu khi hít nhiều.
-

Gas R134A
6

do an


Do tính chất độc hại và gây nguy hiểm cho tầng Ozon của gas R12 nên gas R134A
được tạo ra để thay thế cho gas R12. Loại gas này được sử dụng phổ biến cho nhiều loại
tủ lạnh dân dụng hiện nay.
-

Gas R404
Gas R404 là loại gas chuyên dùng cho các tủ cấp đông. Loại gas này được thiết kế

dành riêng cho nhu cầu làm đông ở nhiệt độ sâu hơn đồng thời đảm bảo tuổi thọ cho
máy nén, các chi tiết và dầu bôi trơn cao hơn.
-

Gas R600
Gas R600 được ứng dụng trong các dòng tủ lạnh cao cấp. Gas R600 là Gas

Hidrocacbon (HC gas) nhằm bảo vệ môi trường và an toàn với tầng ozon, tránh hiện
tượng biến đổi tồn cầu.

2.2. GIỚI THIỆU MODULE CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ-02

Hình 2.2 Module cảm biến khí gas MQ-02.
MQ-02 về cơ bản là một cảm biến khí đa năng (tương tự MQ5), MQ-02 có thể
cảm nhận được một loạt các loại khí như LPG (khí dầu mỏ hố lỏng hay cịn gọi là khí
gas), Butane, Methane (CH4), Hidro và ngồi ra các khí này thì MQ-02 cũng nhận biết
cả khói.
MQ-02 sử dụng phần tử SnO2 có độ dẫn điện thấp hơn trong khơng khí sạch, khi
khí dễ cháy tồn tại, cảm biến có độ dẫn điện cao hơn, nồng độ chất dễ cháy càng cao thì
độ dẫn điện của SnO2 sẽ càng cao và được tương ứng chuyển đổi thành mức tín hiệu
7

do an


điện. MQ-02 là cảm biến khí có độ nhạy cao với LPG, Propane và Hydrogen, Methane
(CH4) và khí dễ bắt lửa khác, với chi phí thấp và phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.
Cảm biến xuất ra cả hai dạng tín hiệu là Analog và Digital, tín hiệu Digital có thể điều
chỉnh mức báo bằng biến trở. [12]
Ngồi ra, cảm biến MQ-02 còn được sử dụng phổ biến trên thị trường và giá thành
rẻ nên chọn cảm biến MQ-02 để sử dụng cho đề tài.
 Thông số kĩ thuật


Nguồn hoạt động: 5 VDC



Dịng điện: 150mA



Tín hiệu: Analog và Digital

2.3. TỔNG QUAN VỀ MODULE CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM DHT11
2.3.1. Giới thiệu giao tiếp One – Wire
Là chuẩn giao tiếp không đồng bộ và bán song công. Trên một đường tín hiệu
có thể gắn nhiều thiết bị tớ. Nhưng chỉ có một thiết bị chủ có thể kết nối đến đường
tín hiệu này. Đường dữ liệu khi ở trạng thái rãnh (không ghi/đọc dữ liệu) sẽ ở mức
cao do vậy dây truyền dữ liệu được kéo lên nguồn thông qua một điện trở. Các thiết bị
tớ kết nối với cùng một đường dây tín hiệu được phân biệt với nhau nhờ 64 bit địa chỉ
này. Địa chỉ này được chia làm ba phần chính:

Hình 2.3 Cấu trúc địa chỉ của các thiết bị tớ theo chuẩn One – Wire.
 Cách thức hoạt động
Tín hiệu trên bus 1 wire chia thành các khe thời gian (time slots) 60 µs, 1 bit dữ liệu
được truyền trên bus dựa trên khe thời gian. Các thiết bị slave cho phép có thời gian nền
có một chút khác biệt từ thời gian nền danh nghĩa. Tuy nhiên đối với thiết bị master cần
có bộ định thời với độ chính xác cao, để đảm bảo giao tiếp đúng với các thiết bị slave
có thời gian nền khác biệt. Do đó rất quan trọng để tuân theo giới hạn thời gian mô tả
trong các phần sau.
8

do an


Bốn thao tác hoạt động cơ bản của bus 1 wire là Reset/Presence, gửi bit 1, bửi bit

0, và đọc bit. Thao tác byte như gửi byte và đọc byte dựa trên thao tác từng bit.
Gửi bit 1: Thiết bị master kéo bus xuống mức thấp trong khoảng 1 đến 15 µs. Sau
đó nhả bus cho đến hết phần cịn lại của time.
Gửi bit 0: Kéo bus xuống mức thấp trong ít nhất 60 µs, với chiều dài tối đa 120 µs.
Lưu ý: Giữa các lần gửi bit (0 hoặc 1), phải có khoảng thời gian phục hồi bus tối
thiểu 1 µs.
Đọc bit: Thiết bị master kéo bus xuống mức thấp từ 0 – 15 µs. Khi đó thiết bị tớ
sẽ giữ bus ở mức thấp nếu muốn gửi bit 0, nếu muốn gửi bit 1 đơn giản là nhả bus. Bus
nên lấy mẫu 15 µs sau khi bus kéo xuống mức thấp.
Reset / Presence: Thiết bị master kéo bus xuống ít nhất là 8 khe thời gian (tức là 480
µs) và sau đó nhả bus. Khoảng thời gian bus ở mức thấp đó gọi là tín hiệu Reset. Nếu
có thiết bị slave gắn trên bus nó sẽ trả lời bằng tín hiệu Presence tức là thiết bị slave sẽ
kéo bus xuống mức thấp trong khoảng thời gian 60 µs. Nếu khơng có tín hiệu Presence,
thiết bị master sẽ hiểu rằng khơng có thiết bị nào trên bus, và các giao tiếp sẽ khơng thể
diễn ra.

Hình 2.4 Mơ tả hoạt động của chuẩn One – Wire.
2.3.2. Giới thiệu cảm biến độ ẩm và nhiệt độ

9

do an