(Đồ án hcmute) thiết kế hệ thống phòng cháy chữa cháy cho chung cư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHỊNG CHÁY CHỮA CHÁY
CHO CHUNG CƯ

GVHD
SVTH
MSSV
SVTH
MSSV
Khố

: ThS. NGUYỄN NGƠ LÂM
: LÊ HOÀNG MINH THUẬN
: 13141555
: TRẦN TÚ HUY
: 13141623
: 2013-2017

SKL 0 0 5 0 2 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2017

do an

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTTHÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀ O TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHỊNG CHÁY CHỮA CHÁY
CHO CHUNG CƯ

SVTH:LÊ HỒNG MINH THUẬN
MSSV: 13141555
TRẦN TÚ HUY
MSSV: 13141623
Khố: 2013 - 2017
Ngành: CơngnghệkỹthuậtĐiệntử -Truyềnthơng
HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
GVHD:ThS. CỘNG
NguyễnNgơLâm
Độclập – Tự do – Hạnhphúc
----***----

Tp. HồChí Minh, tháng07năm 2017

do an


LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn:
Ban giám hiệu trƣờng Đại học Sƣ 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 lƣợng cao, thƣ viện trƣờng đã cung
cấp giáo trình và nhiều tài liệu tham khảo cho em trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu.
Sự hƣớng dẫn và giúp đỡ chi tiết tận tình của thầy Nguyễn Ngô 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 q tình nghiên cứu và thi công Đồ án.
Mặc dù rất cố gắng trong quá trình tìm hiểu nhƣng do kiến thức cịn hạn chế
nên khơng tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong đƣợc sự góp ý, nhận xét
đánh giá về nội dung cũng nhƣ hình thức trình bày của các thầy cô về Đồ án của
chúng em để chúng em hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
TP.HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Lê Hoàng Minh Thuận
Trần Tú Huy

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tƣ̣ do – Hạnh phúc
i

do an


----***----

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng 07 năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên 1: LÊ HOÀNG MINH THUẬN.

MSSV: 13141555

Họ và tên sinh viên 2: TRẦN TÖ HUY.

MSSV: 13141623

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thơng Lớp:13141CLDT1
Giảng viên hƣớng dẫn: THS. NGUYỄN NGƠ LÂM ĐT: 0908434763
Ngày nhận đề tài: 03/03/2017

Ngày nộp đề tài: 10/07/2017

1. Tên đề tài:

Thiết kế hệ thống phòng cháy chữa cháy cho chung cƣ.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầ u : giáo trình vi xử lý, giáo trình kĩ thuật số, điện tử cơ

bản.

3. Nội dung thƣ̣c hiện đề tài :

Thiết kế mơ hình phịng cháy chữa cháy chung cƣ.
4. Sản phẩm:

Mơ hình hệ thống phịng cháy chữa cháy chung cƣ.
TRƢỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
ii

do an


Họ và tên sinh viên 1: LÊ HOÀNG MINH THUẬN.
MSSV: 13141555
Họ và tên sinh viên 2: TRẦN TÖ HUY.
MSSV: 13141623
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông.
Tên đề tài: Thiết kế hệ thống phòng cháy chữa cháy cho chung cƣ.
Họ và tên Giáo viên hƣớng dẫn: THS. NGUYỄN NGÔ LÂM.
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Ƣu 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 tháng 07 năm 2017
Giáo viên hƣớng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

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: LÊ HOÀNG MINH THUẬN.

MSSV: 13141555
iii

do an


Họ và tên sinh viên 2: TRẦN TÖ HUY.
MSSV: 13141623
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông.
Tên đề tài: Thiết kế hệ thống phòng cháy chữa cháy cho chung cƣ.
Họ và tên Giáo viên phản biện: ....................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

2. Ƣu điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay khơng?
.......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.......................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ:............................................................................ )
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2017
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

TÓM TẮT NỘI DUNG
Nội dung cuốn báo cáo đồ án tốt nghiệp bao gồm các nghiên cứu của
nhómsinh viên chúng tôi trong việc thực hiện đồ án “Thiết kế hệ thống PCCC cho
chung cƣ”. Trong đó bao gồm thực trạng các hệ thống PCCC hiện nay, các kiến
thức lý thuyết liên quan đến các thiết bị, công nghệ, kỹ thuật đƣợc sử dụng trong
quá trình thiết kế hệ thống, quá trình lên ý tƣởng, tìm biện pháp và tiến hành thi
công hệ thống.
iv

do an


Cuối cùng là phần kết luận tìm ra ƣu điểm, khuyết điểm, hƣớng phát triển
của hệ thống và code chƣơng trình của hệ thống.

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.
v

do an


Finally, the conclusion is to find out the advantages, disadvantages and
development for system and program code of the system.

MỤC LỤC
CHƢƠNG 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
vi

do an


1.4. GIớI HạN Đề TÀI ..................................................................................................1
1.5. ĐốI TƢợNG PHạM VI NGHIÊN CứU .......................................................................2
1.6. PHƢƠNG PHÁP TIếP CậN. ....................................................................................2
1.7. NộI DUNG Đồ ÁN ................................................................................................2
1.8. Bố CụC CủA Đồ ÁN ..............................................................................................2
CHƢƠNG 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
2.1.2 Chức năng các thiết bị trong 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 ...........................................................................................................5
2.2.3.1 SIMCOM .............................................................................................5
2.2.3.2. Module SIM: .......................................................................................7
2.3. PHầN CứNG.........................................................................................................7
2.3.1. Khối xử lý trung tâm Arduino Mega 2560 ................................................7
2.3.1.1. Giới thiệu ............................................................................................7
2.3.1.2. Đặc điểm .............................................................................................8
2.3.1.3. Các thông số kĩ thuật Arduino Mega 2560 ........................................8
2.3.1.4. Các chân vào ra Arduino Mega 2560 ................................................9
2.3.2. Module giảm áp DC-DC ..........................................................................11
2.3.3. Module cảm biến khí gas MQ-2 ..............................................................11
2.3.4. Module cảm biến siêu âm HC-SR04 .......................................................13
2.3.5. Cảm biến nhiệt LM35 ..............................................................................13
2.3.6. Module SIM900A mini V4 ......................................................................14
2.3.7. Module relay ............................................................................................15
2.3.8. Module LCD I2C .....................................................................................16
2.3.9. Van điện từ Solenoid ...............................................................................17
2.3.10. Bơm........................................................................................................17
2.3.11. LCD .......................................................................................................18
2.3.12. IC74HC595 ............................................................................................19
2.3.13. Buzzer ....................................................................................................21
2.4. PHầN MềM ........................................................................................................21
2.4.1. Arduino IDE ............................................................................................21
2.4.2. Microsoft Visual C# ................................................................................22

vii

do an


CHƢƠNG 3: THIếT Kế MƠ HÌNH ......................................................................24
3.1. THIếT Kế MƠ HÌNH PHÕNG CHÁY CHữA CHÁY ..................................................24
3.2. LựA CHọN LINH KIệN ........................................................................................27
CHƢƠNG 4: XÂY DựNG VÀ THIếT Kế Hệ THốNG ........................................28
4.1. SƠ Đồ KHốI CủA Hệ THốNG ................................................................................28
4.1.1. Yêu cầu của hệ thống ...............................................................................28
4.1.2. Sơ đồ khối ................................................................................................29
4.1.3. Chức năng từng khối................................................................................29
4.2. TÍNH TỐN THIếT Kế TừNG KHốI .......................................................................30
4.2.1. Khối phát hiện cháy .................................................................................30
4.2.2. Khối hiển thị ............................................................................................32
4.2.3. Khối hƣớng dẫn thoát hiểm .....................................................................34
4.2.4. Khối nút nhấn điều khiển .........................................................................36
4.2.5. Khối điều khiển nƣớc...............................................................................38
4.2.6. Khối giao tiếp mạng di động ...................................................................41
4.2.7. Khối xử lý trung tâm ................................................................................42
4.2.8. Khối nguồn và nguồn dự phịng ..............................................................43
4.2.9. Sơ đồ khối ngun lý tồn mạh ...............................................................46
4.3. LậP TRÌNH PHầN MềM .......................................................................................46
4.3.1. Lập trình khối xử lý trung tâm .................................................................46
4.3.1.1. Yêu cầu .............................................................................................46
4.3.1.2. Lựa chọn công cụ lập trình ...............................................................46
4.3.1.3. Lƣu đồ giải thuật ...............................................................................46
4.3.2. Lập trình giao diện PC .............................................................................64
4.3.2.1. Yêu cầu .............................................................................................64

4.3.2.2. Lựa chọn cơng cụ lập trình ...............................................................64
4.3.2.3. Giải thuật ...........................................................................................64
CHƢƠNG 5: THI CƠNG .......................................................................................67
5.1. THI CƠNG PHầN CứNG ......................................................................................67
5.1.1. Thi cơng mạch .........................................................................................67
5.1.2. Thi cơng mơ hình .....................................................................................70
5.1.3. Thi cơng phần mềm .................................................................................71
5.2. KếT QUả THI CÔNG ...........................................................................................71
5.3. THựC NGHIệM ..................................................................................................74
5.4. NHậN XÉT ........................................................................................................80
CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN ......................................................81
viii

do an


6.1. KếT LUậN .........................................................................................................81
6.2. HƢớNG PHÁT TRIểN .........................................................................................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................82
PHỤ LỤC CODE ARDUINO ................................................................................86
PHỤ LỤC CODE C# ............................................................................................103

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
PC:
LCD:
I2C:
UART:
GSM:

Personal Computer.

Liquid Crystal Display.
Inter-Intergrated Circuit.
Universal Asynchronous Receiver – Transmitter.
Global System for Mobile Communications.
ix

do an


SMS:
GPRS:
DLCI:
USB:
SRAM:
EEPROM:
Memory.
TTL:
LED:
Arduino IDE:

Simple Message System.
General Packet Radio Service.
Data Link Connection Identifier.
Universal Serial Bus.
Static Random Access Memory.
Electrically Erasable Programmable

Read

Only

Transistor-Transistor Logic.
Light Emitting Diode.
Arduino Integrated Development Environment.

DANH MỤC HÌNH ẢNH
HÌNH 2.1: SƠ Đồ Hệ THốNG PHÕNG CHÁY CHữA CHÁY CĂN BảN. ..............3
HÌNH 2.2: SƠ Đồ KếT NốI UART. ...........................................................................4
HÌNH 2.3: SƠ Đồ KếT NốI I2C. ................................................................................5
HÌNH 2.4: ARDUINO MEGA 2560. .........................................................................7
x

do an


HÌNH 2.5: CHIP MEGA 2560 TƢƠNG ứNG VớI CHÂN ARDUINO MEGA 2560.
...................................................................................................................................10
HÌNH 2.6: CÁC CHÂN ARDUINO MEGA 2560. ..................................................11
HÌNH 2.7: MODULE GIảM ÁP DC LM2596 3A. ..................................................11
HÌNH 2.8: CảM BIếN MQ-2. ...................................................................................11
HÌNH 2.9: SƠ Đồ CHÂN MQ-2...............................................................................11
HÌNH 2.10: HC-SR04. ..............................................................................................13
HÌNH 2.11: CảM BIếN LM35. .................................................................................14
HÌNH 2.12: MODULE SIM900A MINI V4. ...........................................................14
HÌNH 2.13: MODULE RELAY ...............................................................................15
HÌNH 2.14: CấU TạO BÊN TRONG MODULE RELAY. ......................................16
HÌNH 2.15: MODULE LCD I2C..............................................................................16
HÌNH 2.16: VAN ĐIệN Từ 1 IN 4 OUT ..................................................................17
HÌNH 2.17: BƠM DC 5V. ........................................................................................17
HÌNH 2.18: HÌNH DạNG VÀ TÊN CÁC CHÂN CủA LCD 16X2. .......................18

HÌNH 2.19: IC74HC595. ..........................................................................................19
HÌNH 2.20: SƠ Đồ CHÂN IC74HC595. ..................................................................19
HÌNH 2.21: SƠ Đồ THờI GIAN 74HC595. .............................................................20
HÌNH 2.22: BUZZER. ..............................................................................................21
HÌNH 2.23: CHọN BOARD CHO ARDUINO. .......................................................22
HÌNH 2.24: CHọN CổNG ARDUINO .....................................................................22
HÌNH 2.25: CHọN PROGRAMMER .......................................................................22
HÌNH 2.26: GIAO DIệN WINDOW FORM APPLICATION. ...............................23
HÌNH 3.1: SƠ Đồ CHUNG CƢ TầNG 1. .................................................................25
HÌNH 3.2: SƠ Đồ CHUNG CƢ TầNG 2. .................................................................26
HÌNH 4.1: SƠ Đồ KHốI TổNG QT TỒN Hệ THốNG. ...................................29
HÌNH 4.2: SƠ Đồ NGUYÊN LÝ KHốI PHÁT HIệN CHÁY. ................................31
HÌNH 4.3: SƠ Đồ NGUYÊN LÝ KHốI HIểN THị. .................................................33
HÌNH 4.4: SƠ Đồ KHốI HƢớNG DẫN THỐT HIểM ...........................................36
HÌNH 4.5: SƠ Đồ NGUN LÝ KHốI NƯT NHấN ĐIềU KHIểN. .......................38
HÌNH 4.6: SƠ Đồ NGUYÊN LÝ KHốI ĐIềU KHIểN NƢớC. ................................40
HÌNH 4.7: SƠ Đồ NGUYÊN LÝ KHốI GIAO TIếP MạNG DI ĐộNG ..................41
HÌNH 4.8: SƠ Đồ NGUYÊN LÝ KHốI NGUồN .....................................................45
HÌNH 4.9 : DạNG SĨNG NGUồN 15V QUA CầU DIODE ...................................46
HÌNH 4.10: CHUYểN MạCH ...................................................................................46
HÌNH 4.11: LƢU Đồ GIảI THUậT CHƢƠNG TRÌNH CHÍNH .............................47
xi

do an


HÌNH 4.12: CHƢƠNG TRÌNH CON ĐọC CảM BIếN. ..........................................48
HÌNH 4.13: CHƢƠNG TRÌNH ĐọC GIAO DIệN C# ............................................49
HÌNH 4.14: CHƢƠNG TRÌNH NƯT NHấN CHUYểN MÀN HÌNH LCD. .........50
HÌNH 4.15: CHƢƠNG TRÌNH NƯT NHấN AUTO/MANUAL. ..........................51

HÌNH 4.16: CHƢƠNG TRÌNH CON NƯT NHấN KHẩN .....................................52
HÌNH 4.18: CHƢƠNG TRÌNH CON NƯT NHấN TEST. .....................................53
HÌNH 4.19: CHƢƠNG TRÌNH CHECK LIGHT, BUZZER, MOTOR ..................54
HÌNH 4.20: CHƢƠNG TRÌNH BƠM NƢớC. ........................................................55
HÌNH 4.21: CHƢƠNG TRÌNH KIểM TRA CảM BIếN .........................................56
HÌNH 4.22: CHƢƠNG TRÌNH Xử LÝ BÁO ĐộNG. ............................................57
HÌNH 4.24: CHƢƠNG TRÌNH Mở VAN NƢớC ...................................................58
HÌNH 4.25: CHƢƠNG TRÌNH CALL VÀ GửI SMS ............................................59
HÌNH 4.26: CHƢƠNG TRÌNH BậT ĐÈN EXIT. ...................................................60
HÌNH 4.27: CHƢƠNG TRÌNH DịCH Dữ LIệU DATA LED RA 74HC595. .......61
HÌNH 4.29: CHƢƠNG TRÌNH XUấT Dữ LIệU HIểN THị GIAO DIệN PC .......63
HÌNH 4.31: CHƢƠNG TRÌNH HIểN THị Dữ LIệU SERIALPORT1. ...................65
HÌNH 4.32: CHƢƠNG TRÌNH XUấT LệNH ĐIềU KHIểN RA SERIALPORT ..66
HÌNH 5.1: MạCH IN PCB MạCH 1 .........................................................................67
HÌNH 5.2: MạCH IN PCB MạCH 2 .........................................................................68
HÌNH 5.3: MạCH IN PCB MạCH 3 .........................................................................68
HÌNH 5.4: MạCH IN PCB MạCH 4 .........................................................................69
HÌNH 5.5: MạCH IN PCB MạCH 5 .........................................................................69
HÌNH 5.6: MƠ HÌNH CHUNG CƢ .........................................................................70
HÌNH 5.7: BồN NƢớC CHữA NƢớC CứU HỏA ....................................................70
HÌNH 5.8: GIAO DIệN ĐIềU KHIểN TRÊN PC. ....................................................71
HÌNH 5.9: MạCH IN KHốI NƯT NHấN ĐIềU KHIểN VÀ KHốI HIểN THị. .......71
HÌNH 5.10: MạCH KếT NốI TầNG 1 CHUNG CƢ. ...............................................72
HÌNH 5.11: MạCH KếT NốI TầNG 2 CHUNG CƢ. ...............................................72
HÌNH 5.12: MạCH GIAO TIếP MạNG DI ĐộNG, KHốI HƢớNG DẫN THỐT
HIểM. ........................................................................................................................73
HÌNH 5.13: MạCH KHốI NGUồN, RELAY VÀ KHốI Xử LÝ TRUNG TÂM......74
HÌNH 5.14: MÀN HÌNH KHởI ĐộNG ....................................................................75
HÌNH 5.15: KHởI ĐộNG RELAY NGUồN .............................................................75
HÌNH 5.16: MÀN HÌNH LCD HIểN THị Hệ THốNG CHạY CHế Độ AUTO. .....76

HÌNH 5.17: TRANG MÀN HÌNH HIểN THị MựC NƢớC BồN CHữA CHÁY. ...76

xii

do an


HÌNH 5.18: TRANG MÀN HÌNH HIểN THị NHIệT Độ VÀ MứC KHĨI CÁC
PHỊNG. ....................................................................................................................77
HÌNH 5.19: TEST ĐÈN EXIT ở CHế Độ MANUAL. .............................................77
HÌNH 5.20: BÁO CHÁY PHÕNG B KHI ĐANG ở CHế Độ AUTO. ....................78
HÌNH 5.21: LED HƢớNG DẫN ĐƢờNG THỐT HIểM TRÁNH PHỊNG B ......78
HÌNH 5.22: GửI TIN NHắN BÁO HIệU PHÕNG CHÁY.......................................79
HÌNH 5.23: GIAO DIệN ĐIềU KHIểN TRÊN MÁY TÍNH KHI CHạY Hệ THốNG.
...................................................................................................................................79

DANH MỤC BẢNG BIỂU
BảNG 2.1: MÔ Tả CÁC THIếT Bị TRONG Hệ THốNG PHÕNG CHÁY CHữA
CHÁY..........................................................................................................................3
BảNG 2.2: CấU TRUNG KHUNG TRUYềN Dữ LIệU .............................................6
BảNG 2.3: CấU TRÖC ADDRESS FIELD ................................................................6
BảNG 2.4: CấU TRÖC CONTROL FIELD ...............................................................6
xiii

do an


BảNG 2.5: CấU TRƯC LENGTH FIELD ..................................................................7
BảNG 2.6: THƠNG Số KĨ THUậT ARDUINO MEGA 2560. ..................................8
BảNG 2.7: THÔNG Số KĨ THUậT LM2596 ...........................................................11

BảNG 2.8: THÔNG Số KĨ THUậT CủA MQ-2. ......................................................12
BảNG 2.9: Độ NHạY ĐIểN HÌNH CủA MQ-2 TRONG ĐIềU KIệN TIÊU CHUẩN
...................................................................................................................................12
BảNG 2.10: THÔNG TIN CÁC CHÂN HC-SR04 ..................................................13
BảNG 2.11: THÔNG Số KĨ THUậT HC-SR04 ........................................................13
BảNG 2.12: THÔNG Số KĨ THUậT LM35 .............................................................14
BảNG 2.13: THÔNG Số KĨ THUậT MODULE SIM900A MINI V4 .....................15
BảNG 2.14: CHứC NĂNG CÁC CHÂN MODULE SIM900A MINI V4...............15
BảNG 2.15: CHI TIếT CÁC CHÂN MộT MODULE RELAY ...............................16
BảNG 2.16: CHÂN KếT NốI MODULE LCD I2C VớI VI ĐIềU KHIểN ..............17
BảNG 2.17: THÔNG Số KĨ THUậT BƠM DC 5V. .................................................18
BảNG 2.18: THÔNG TIN CÁC CHÂN LCD 16X02 ..............................................19
BảNG 2.19: THÔNG Số KĨ THUậT LCD 16X02....................................................19
BảNG 2.20: CHứC NĂNG CÁC CHÂN IC74HC595 .............................................20
BảNG 2.21: THÔNG Số KĨ THUậT IC 74HC595 ...................................................20
BảNG 2.22 : THONG Số KI THUậT KBP310G. .....................................................21
BảNG 2.23: CHứC NĂNG CÁC PHÍM TRONG ARDUINO IDE .........................21
BảNG 3.1: CÁC LINH KIệN TRONG MƠ HÌNH TƢƠNG ứNG VớI Hệ THốNG
CứU HỏA ..................................................................................................................27
BảNG 3.2: CÁC LINH KIệN KHÁC TRONG MƠ HÌNH ......................................27
BảNG 4.1: CÁC LệNH ĐIềU KHIểN LCD_I2C .....................................................34
BảNG 4.2: CÁC LệNH AT Sử DụNG TRONG KHốI GIAO TIếP DI ĐộNG. .......42
BảNG 4.3: DÕNG VÀ ÁP QUY ĐịNH CÁC THIếT Bị TRONG Đồ ÁN ..............43
BảNG 4.4: BảNG PHÂN CHIA THIếT Bị CHO CÁC MạCH NGUồN..................44

xiv

do an

Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay
Việc phòng cháy chữa cháy trở thành mối quan tâm hàng đầu của nƣớc ta
cũng nhƣ nhiều nƣớc trên thế giới. Nó trở thành nghĩa vụ của mỗi ngƣời dân. Trên
các phƣơng tiện thông tin đại chúng luôn tuyên truyền giáo dục cho mỗi ngƣời dân
ý thức phòng cháy chữa cháy, nhằm mục đích hạn chế những vụ cháy đáng tiếc xảy
ra.
Hệ thống phòng cháy chữa cháy là một trong những hệ thống quan trọng và
không thể thiếu đối với bất kỳ chung cƣ, tòa nhà cao tầng hiện nay. Nó đóng một
vai trị hết sức quan trọng trong việc bảo vệ tài sản và tính mạng con ngƣời. Vì thế
mà việc đầu tƣ thi cơng lắp đặt hệ thống phịng cháy chữa cháy cũng nhƣ bảo trì bảo
dƣỡng hệ thống luôn luôn đƣợc đề lên hàng đầu.
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại, hệ thống phòng
cháy chữa cháy ngày càng đƣợc 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
nhƣ: hệ thống chữa cháy tự động tại chỗ, hệ thống thông tin truyền thông (điện
thoại, mạng Internet…) để thông báo đến cho các trung tâm phòng cháy chữa cháy
một cách kịp thời, bảo đảm an tồn cho tính mạng con ngƣời 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 đƣợc một
số trƣờng hợp báo động giả nhƣ bụi hay khói thuốc lá vào cảm biến, những nút
nhấn bị hƣ khiến thiết bị báo động ngay làm hoảng loạn cho ngƣời dân, hƣớng dẫn
một lối thốt an tồn để thốt hiểm, cũng nhƣ việc đƣa nƣớc đến phòng bị cháy một
cách thơng minh, nhanh chóng. Việc xây dựng một hệ thống phịng cháy, chữa cháy
thơng minh là vơ cùng cần thiết.
1.3. Mục tiêu thiết kế
Đề tài thiết kế hệ thống phịng cháy, chữa cháy thơng minh có giao tiếp và
điều khiển qua giao diện trên máy tính, đồng thời thơng báo qua điện thoại với
ngƣời có trách nhiệm khi có sự cố xảy ra.
1.4. Giới hạn đề tài

Đề tài chỉ thực hiện một mơ hình chung cƣ nhỏ với hai tầng và bốn phòng.
Các cảm biến đƣợc sử dụng trong chung cƣ có phạm vi đo nhỏ. Hệ thống chữa cháy
thiết kế với bồn chứa nƣớc chữa cháy nhỏ, áp lực nƣớc chữa cháy nhỏ.
1

do an


Với việc tăng số lƣợng tầng hay phòng 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 tƣợng phạm vi nghiên cứu
Đề tài “Thiết kế hệ thống PCCCcho chung cƣ” đƣợc thực hiện với các đối
tƣợng nghiên cứu sau:
 Board Arduino Mega 2560.
 Hoạt động của cảm biến LM35, LCD, IC74HC595.
 Các module: MQ-2, HC-SR04, SIM900A mini V4, chuyển giao tiếp
LCD sang I2C, relay.
 Lập trình ngơn ngữ C#, giao tiếp Arduino và C#.
1.6. Phƣơng 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 cƣ nhƣ LOTTERY TOWER, chung cƣ
The Eastern, qua đó hình thành ý tƣởng 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 đƣợc trình bày trong 6 chƣơng:

 Chƣơng 1: Tổng quan.
 Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết liên quan.
 Chƣơng 3: Thiết kế mơ hình.
 Chƣơng 4: Xây dựng và thiết kế hệ thống.
 Chƣơng 5: Thi công.
 Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển.

2

do an


Chƣơng 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
Hê ̣ thớ ng phịng cháy chữa cháy là hệ thống có số lƣợng hữu hạn các thiết bị
cùng làm việc v ới nhau để phát hiê ̣n đƣa ra cảnh báo và x ử lý về các sƣ̣ cố cháy , nổ
thông qua các thiế t bi ̣cảnh báo th ể hiện bằ ng âm thanh , hình ảnh khi xuất hiện lƣ̉a,
khói, khí CO hoă ̣c trƣờng hơ ̣p khẩ n cấ p khác đang tồn tại. Khi có sƣ̣ cớ cháy , nở
xảy ra thì hệ thống sẽ đƣợc phát hi ện tƣ̣ đô ̣ng bằ ng mô ̣t số các đầ u dò khói , đầ u dò
nhiê ̣t, đầ u dò ánh sáng , đầ u dò hỗn hơ ̣p g ửi về trung tâm báo cháy và thực hiện các
hoạt động nhằm báo động và dập cháy.

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống phịng 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

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.
3

do an


4

Đầu báo lửa

5
6
7

Nút nhấn khẩn
Chuông báo cháy
Máy bơm

8

Van điều khiển

9
10
11
12

Đầu phun tự động
Sprinkler
Đầu phun khí
Đèn
Điện thoại

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
Kêu cảnh báo
Cung cấp nƣớc cho vòi phun hoạt động dập lửa
Điều khiển cấp lƣơng nƣớc cho hệ thống báo cháy
không bị thiếu nƣớc
Khi có nhiệt độ tăng lên, tăng khi vƣợt quá 68oC, đầu
thủy ngân sẽ vỡ ra phun nƣớc dập tắt đám cháy
Phun khí CO2 để dập tắt đám cháy
Đèn báo hiệu sẽ sáng báo động

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.
Thƣờng là một mạch tích hợp đƣợc 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 đƣợc tích
hợp UART. UART thƣờng đƣợc dùng trong máy tính cơng nghiệp, truyền thông, vi
điều khiển, hay một số các thiết bị truyền tin khác. Mục đích của UART là để
truyền tín hiệu qua lại lẫn nhau (ví dụ truyền tín hiệu từ Laptop vào Modem hay
ngƣợc lại) hay truyền từ vi điều khiển tới vi điều khiển, từ laptop tới vi điều khiển.
Ở kiểu truyền này thì có 1 đƣờng phát dữ liệu và 1 đƣờng nhận dữ liệu cịn tín hiệu
xung clock có cùng tần số và thƣờng đƣợc gọi là tốc độ truyền dữ liệu (baund).
Sơ đồ kết nối hình 2.2:

Hình 2.2: Sơ đồ kết nối UART.

4

do an


2.2.2. Chuẩn giao tiếp I2C
I2C, viết tắt của từ tiếng Anh “Inter-Integrated Circuit”, là một loại bus nối
tiếp đƣợc phát triển bởi hãng sản xuất linh kiện điện tử Philips. Ban đầu, loại bus
này chỉ đƣợc dùng trong các linh kiện điện tử của Philips. Sau đó, do tínhƣu việt
và đơn giản của nó, I2C đã đƣợc chuẩn hóa và đƣợc dùng rộng rãi trong các
module truyền thông nối tiếp của vi mạch tích hợp ngày nay.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
I2C sử dụng hai đƣờng truyền tín hiệu:

 Một đƣờng xung nhịp đồng hồ (SCL) chỉ do Master phát đi (thông
thƣờng ở 100kHz và 400kHz. Mức cao nhất là 1MHz và 3.4MHz).
 Một đƣờng dữ liệu (SDA) theo hai hƣớng.
Sơ đồ kết nối nhƣ hình 2.3:

Hình 2.3: Sơ đồ kết nối I2C.
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 đƣợc 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 đƣợc với chỉ
một loại tín hiệu ở một kênh trong một khoảng thời gian vì thế SIMCOM đã đƣợc
5

do an


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 trƣờng địa chỉ (EA).
Bảng 2.3: Cấu trúc Address Field

 Control Field: đƣợc xác định trong bảng sau
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 ngƣời dùng.
UI: khơng hỗ trợ.

 Length Field: trƣờng này chỉ xuất hiện khi đã kích hoạt các lựa chọn cơ bản.
6

do an


Bảng 2.5: Cấu trúc Length Field

 Information Field: trƣờng mang thông tin dữ liệu ngƣời dùng.

2.2.3.2. Module SIM:
Module SIMđƣợc thiết kế giúp ngƣời dùng dễ dàng nghiên cứu và triển khai
các ứng dụng liên quan đến GSM, GPRS nhƣđiều khiển, giám sát, truyền nhận dữ
liệu,…Một số loại module sim còn có tích hợp thêm hệ thống định vị GPS .
Có rất nhiều loại module SIM có trên thị trƣờng nhƣ module SIM300,
module SIM900, module SIM900a, module SIM908 ...
2.3.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 tƣơng tác
với nhau hoặc với môi trƣờng đƣợc thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board
mạch nguồn mở đƣợc 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 đƣợc 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.

Hình 2.4: Arduino Mega 2560.

7

do an


2.3.1.2. Đặc điểm
 Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh
kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch
khác.
 Sử dụng ngôn ngữ C với môi trƣờng Arduino IDE tích hợp sẵn.
 Cộng đồng phát triển rộng lớn.
 Mã nguồn mở cho phép nhóm thực hiện báo cáo mở rộng cũng nhƣ

học hỏi dễ dàng hơn.
 Hệ thống module tiêu chuẩn với mỗi module là một chức năng (việc
thiết kế chính là kết hợp các chức năng đã chuẩn hố).
2.3.1.3. Các thơng số kĩ thuật Arduino Mega 2560
Bảng 2.6: Thông số kĩ thuật Arduino Mega 2560.
STT
Thông số
1
Vi điều khiển

Giá trị
ATmega2560

Điện áp hoạt động

5VDC

Điện áp vào (đề nghị)

7V-15VDC

Điện áp vào (giới hạn)

6V-20V

3

Tần số hoạt động

4

Số chân Digital I/O

5
6

Số chân Analog
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O
Cƣờng độ dòng điện trên mỗi
3.3V pin
Cƣờng độ dòng điện trên mỗi
I/O pin

16 MHz
54 chân (15 cung cấp đầu ra PWM là từ
chân số 2 → 13 và 44 45 46)
16 chân vào analog (từ A0 đến A15)
30mA

2

7
8
9

Bộ nhớ flash

10
11

SRAM
EEPROM

50mA
20mA
256KB trong đó 8KB sử dụng bởi bộ nạp
khởi động
8KB
4KB

8

do an


2.3.1.4. Các chân vào ra Arduino Mega 2560

9

do an