hệ thống báo cháy tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

BÁO CÁO
ĐỒ ÁN PBL3
ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG BÁO CHÁY VÀ CHỮA CHÁY KỊP THỜI

Giảng viên hướng dẫn: TS.ĐỖ THẾ CẦN
Sinh viên thực hiện:
Nhóm

Đà Nẵng, tháng 7/2022

1


Mục lục

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG................................................................................................................2
Lời nói đầu......................................................................................................................................4
PHẦN 1: GIỚI THIỆU.................................................................................................................5
I.

Thực trạng:..........................................................................................................................5

II. Nguyên nhân:......................................................................................................................6
III.

Giới thiệu về hệ thống báo cháy và chữa cháy kịp thời:.............................................6

IV. Tính năng sản phẩm:..........................................................................................................6
V. Yêu cầu sản phẩm:..............................................................................................................6
VI.

Các thành phần được sử dụng trong đồ án:.................................................................7

Phần 2: VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ NGOẠI VI.......................8
1.Mạch nguồn..............................................................................................................................8
2.Giao tiếp UART-RS232.........................................................................................................10
3. Pic16F877A:.........................................................................................................................13
4. Một số thiết bị ngoại vi được sử dụng:..............................................................................24
Phần 3: THIẾT KẾ, THỰC HIỆN PHẦN CỨNG VÀ LẬP

TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN

PIC16F877A.................................................................................................................................31
1. Tính toán chọn linh kiện....................................................................................................31

1


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
––––––––––––––––––––––

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN PBL3
TT
Họ tên sinh viên
Số thẻ SV
1
Nguyễn Gia Bảo
101200213
2
Dương Duy Kỳ
101200229
1. Giáo viên hướng dẫn: TS. Đổ Thế Cần

Lớp
20CDT1
20CDT1

Ngành
Kĩ thuật Cơ điện tử
Kĩ thuật Cơ điện tử

Tên đề tài đồ án: Hệ thống báo cháy
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu
-

Hiệu suất làm việc của hệ thống so với các sản phẩm đã có ở thị trường

-

Tải trọng tối đa

-

Kích thước ban đầu của sản phẩm

4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
a) Phần chung:
TT
1

Họ tên sinh viên
Dương Duy Kỳ

Nội dung
- Tìm hiểu tổng quang về dự án
- Tính tốn và thiết kế phần cứng

2

Nguyễn Gia Bảo

- Chế tạo bản mạch và lắp ráp linh kiện điện tử

- Chuẩn bị thuyết minh, slide và bản vẽ theo yêu cầu
5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):
a) Phần chung:
TT
1

Họ tên sinh viên

Dương Duy Kỳ

Nội dung
- Lập bản vẽ tổng thể của máy(1 - A0)

2
Nguyễn Gia Bảo
b) Phần riêng
TT

Họ tên sinh viên

Nội dung
2


1
2

Nguyễn Gia Bảo
Dương Duy Kỳ

- Lập bản vẽ sơ đồ động học
- Lập bản vẽ chế tạo chi tiết
- Lập bản vẽ lưu đồ thuật toán
- Lập bản vẽ sơ đồ mạch điện

6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 11/2/2023
7. Ngày hoàn thành đồ án: 28/5/2023
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 2 năm 2023

Trưởng bộ môn.........

Người hướng dẫn

Võ Như Thành

Đổ Thế Cần

Lời nói đầu
Hiện nay, tình trạng cháy nổ xảy ra rất nhiều do rất nhiều nguyên nhất như rò rỉ khí
gas, chập điện,…. Trong số đó tình trạng cháy nổ do rị rỉ khí gas rất phổ biến. Thơng qua
3


những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang ngày một
thay đổi, văn minh và hiện đại hơn rất nhiều. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra
hàng loạt thiết bị ngày càng thông minh, tiện dụng, hiệu quả và thân thiện với môi trường
người dùng.
Và thực tế hơn, một trong những ứng dụng đó chính là việc tạo ra được những mạch
điện tử thơng minh, có tính tự động hóa cao, khả năng giao tiếp được với máy tính, đồng
thời kết hợp với việc điều khiển trực tiếp trên board mạch cũng như gián tiếp thông qua giao
diện được lập trình và cài đặt trên máy tính. Điều này khơng chỉ mang lại nhiều lợi ích thiết
thực mà cịn góp phần khơng nhỏ cho việc hiện thực hiện hóa những ý tưởng lớn hơn. Vì
vậy mà nhóm đã quyết định chọn đề tài “Hệ thống báo cháy”. Mạch có các chức năng đọc
giá trị nhiệt độ và khí gas, đồng thời hiển thị giá trị các giá trị trên LCD và trên giao diện
của máy tính.
Tuy đã cố gắng thực hiện đồ án trong sự nghiêm túc và trách nhiệm nhất, nhưng do
điều kiện về kiến thức cũng như khả năng nghiên cứu còn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi
những sai phạm và thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp tích cực từ thầy
cô và các bạn.

PHẦN 1: GIỚI THIỆU
I.

Thực trạng:
4


Trong năm 2020, cả nước xảy ra 5.354 vụ cháy, trong đó: 2.764 vụ cháy nhà dân (chiếm
51,62% tổng số vụ cháy).
Tính riêng 5 tháng đầu năm 2021, tồn quốc đã xảy ra 958 vụ cháy, thiệt hại: Làm 44 người
chết, 64 người bị thương, về tài sản uớc tính khoảng 265 tỷ đồng và 273,5 ha rừng. Trong
đó có 352 vụ cháy nhà dân (chiếm 36,74%), 83 vụ cháy nhà ở kết hợp sản xuất, kinh doanh
(chiếm 8,7%); đặc biệt gần đây, đã liên tiếp xảy ra một số vụ cháy tại các khu dân cư, hộ gia
đình, nhà ở kết hợp sản xuất, kinh doanh gây thiệt hại đặc biệt nghiêm trọng về người, ảnh
hưởng đến an ninh, trật tự,
Qua số liệu trên cho thấy tình hình cháy, nổ xảy ra tại khu dân cư, nhà ở hộ gia đình
chiếm tỷ lệ cao về số vụ, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và có diễn biến ngày càng
phức tạp, nguy hiểm. Các vụ cháy thường xảy ra vào ban đêm, trong các ngày nghỉ, lễ,
người dân thường chủ quan trong việc sử dụng nguồn lửa, nguồn nhiệt như thắp nhang, sử
dụng thiết bị điện, sản xuất, kinh doanh hàng dễ cháy trong gia đình nhưng khơng bảo đảm
các điều kiện an toàn về PCCC làm phát sinh sự cố cháy, nổ và không phát hiện kịp thời dẫn
đến cháy lan, cháy lớn.

Hình 1. Cháy nhà tại quận 10

II.

Nguyên nhân:

5


- Ý thức chấp hành các quy định và trách nhiệm của chủ hộ gia đình, chủ hộ kinh doanh
chưa cao; người dân vẫn còn chủ quan, lơ là với công tác PCCC, chưa thực sự coi công tác
PCCC là một công việc phải được thực hiện hàng ngày, ở mọi lúc, mọi nơi, lúng túng trong
xử lý các tình huống cháy, nổ; khơng duy trì các điều kiện an tồn về PCCC trong q trình
hoạt động; khơng trang bị các phương tiện, thiết bị PCCC tối thiểu (thiết bị báo cháy, bình
chữa cháy, dụng cụ phá rỡ…) hoặc có trang bị nhưng thiếu về số lượng và không bảo đảm
chất lượng do không được kiểm tra bảo dưỡng định kỳ, không biết thao tác, sử dụng phương
tiện chữa cháy nên khơng kịp thời phát hiện khi có cháy xảy ra dẫn đến cháy lớn, cháy lan,
nạn nhân dễ bị ngạt khói gây bất tỉnh và tử vong.

- Vi phạm các quy định an toàn trong sử dụng điện như: sử dụng dây dẫn điện, thiết bị tiêu
thụ điện kém chất lượng; không kiểm tra, tắt thiết bị tiêu thụ điện khi không sử dụng; tùy
tiện câu mắc điện trong nhà để sử dụng, đấu nối không đúng kỹ thuật; lắp đặt thêm các thiết
bị tiêu thụ điện có cơng suất lớn dẫn đến quá tải. Sơ xuất, bất cẩn trong việc quản lý, sử
dụng nguồn lửa, nguồn nhiệt như: thắp nhang thờ cúng, đun nấu, đốt vàng mã không đảm
bảo an toàn về PCCC…

- Vi phạm trong việc tồn chứa, sắp xếp hàng hóa, chất dễ cháy với khối lượng lớn ở khu vực
kinh doanh khơng có giải pháp ngăn cháy lan, trên các lối đi lại gây cản trở lối thốt nạn,
khơng có lối thốt nạn dự phịng, chống tụ khói; tồn chứa, bảo quản, sử dụng chất khí, chất
lỏng dễ cháy, hóa chất tác dụng với chất khác gây cháy, nổ… (ví dụ: tồn chứa bình gas, bếp
gas, tồn chứa can, phuy, bồn chứa xăng dầu, axít, kim loại kiềm).
III. Giới thiệu về hệ thống báo cháy và chữa cháy kịp thời:
-

Hệ thống báo cháy nổ và chữa cháy kịp thời đúng như tên gọi của nó thì khi nhận thấy
nhiệt độ hay lưu lương khí ga tăng q mức bình thường, khi đó các cơ cấu sẽ hoạt động để chữa cháy

và hỗ trợ người thoát hiểm.

-

Các chức năng này có thể được điều khiển qua máy tính, nhiệt độ và khí ga hiển thị trên
màn hình để có thể tiện theo dõi.

6


IV.

V.

Tính năng sản phẩm:
-

Sử dụng cảm biến LM35 và MQ2.

-

Khi nhiệt độ phòng lên một mức nhất định (>40 o C ) (nồng độ khí gas >50)
Yêu cầu sản phẩm:

- Hệ thống vận hành nhanh chóng, đạt độ chính xác.
- Dễ dàng lắp đặt và sửa chữa khi gặp sự cố.
- Hiển thị chính xác nhiệt độ và nồng độ khí gas trên LCD.

VI.

Các thành phần được sử dụng trong đồ án:

- Vi điều khiển PIC16F877A.
- Cảm biến: nhiệt độ và độ ẩm DHT11.
- Khối hiển thị LCD.
- Động cơ bơm nước.
- Cảm biến khí gas: MQ2
- Giao tiếp RS232 sử dụng cổng COM.
- Ngoài ra, hệ thống sử dụng các linh kiện điện tử khác như: điện trở, tụ điện,BJT,…

7


Phần 2: VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ
NGOẠI VI
1.Mạch nguồn

- Cung cấp điện áp 5V ổn định để cấp nguồn cho vi điều khiển và các thành phần điệ
khác.

Hình2.Mạch nguồn

Linh kiện đã sử dụng:
Cơng tắc.
Hai khối.
Tụ điện :104 uF, 2200uF, 1000uF.
Led.
BJT B688.
IC7805.
Điện trở: 220 Ω.

Diode.
Tác dụng của các thành phần
Tụ C8 có tác dụng lọc điện áp cấp vào chân Vi của IC 7805, có tác dụng ngăn nguồn vào
đột ngột làm dạng sóng điện áp vào bị răng cưa.
Tụ C9 có tác dụng cấp điện áp tạm thời cho chân Vi khi nguồn bị sụt áp đột ngột.
Tụ C10 có tác dụng lọc nhiễu điện áp đầu ra lộn xộn.
Tụ C11 dùng để cung cấp điện áp tạm thời cho tải khi điện áp tải giảm đột ngột.
8


Diode để ngăn dòng điện ngược từ tải tiêu thụ.
IC 7805 cung cấp điện áp đầu ra +5V không đổi cho nguồn điện áp đầu vào thay đổi.
Điện trở công suất: giảm cường độ dòng điện để tránh sự cố, cháy dây hoặc thiết bị.
BJT Q1: khuếch đại dòng điện.
Timer0:
Các tính năng của bộ đếm thời gian
Timer 0 là 1 bộ timer/ counter 8 bit
Có bộ chia trước, dùng chung với watchdog timer
Có thể lựa chọn nguồn xung clock nội hay ngoại (nối với chân T0CKI) tùy theo cách cấu
hình
Có phát hiện ngắt khi tràn bộ đếm từ 0xFF về 0x00
Cho phép chọn cạnh của xung đếm
Khơng có bit cho phép chạy hay ngừng ( free run timer)
Sơ đồ khối Timer0

Hình 3. Sơ đồ khối Timer0

9

Áp dụng
Khởi tạo timer0 với bộ chia là 4, giá trị đầu vào của thanh ghi TMR0 là 0, khi đó timer0 sẽ
tràn và cờ ngắt TMR0IF sẽ set lên 1 sau một khoảng thời gian:
250x4x25 = 500000 us.
2.Giao tiếp UART-RS232
UART
UART (Universal Asynchronous Receiver – Transmitter) là mạch tích hợp dùng trong
truyền dữ liệu nối tiếp giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi.
Đặc trưng
Truyền một bit trên một đơn vị thời gian với tốc độ dữ liệu xác định.
Tín hiệu “0” tương đương với điện áp 0VDC.
Tín hiệu “1” tương đương với điện áp từ 3,3 đến 5VDC.
RS232 (Chuẩn khuyến nghị 232)
Kết nối các thiết bị ngoại vi với máy.
Đặc trưng
Kết nối tối đa 2 thiết bị.
Khoảng cách kết nối tối đa cho phép để bảo mật dữ liệu là 15m , tốc độ 20 Kbit/s.
Tốc độ truyền dữ liệu phổ biến: 1200 bps, 4800 bps, 9600 bps và 19200bps.
Mức logic điện áp tiêu chuẩn “0” : +3VDC ÷+15 VDC( SPACE).
Điện áp tiêu chuẩn mức logic “1” : -15 VDC ÷-3 VDC( MARK).
Giao tiếp UART-RS232
Để kết nối boear từ vi điều khiển với cổng COM trên máy tính ta cần sử dụng RS232
để kết nối. Sơ đồ nối dây sử dụng giao tiếp UART- RS232 được mô tả như hình 3.4.
10


MAX232

Hình 4. Các chân của MAX232

Sơ đồ đấu dây của MAX232 với năm tụ điện 1uF được kết nối giữa (C1+ và C1-),
(C2+ và C2-), (V+ và Vcc), (V- và GND), (Vcc và GND).
Theo sơ đồ đấu dây như hình 2.9, chúng ta chỉ sử dụng 1 đường truyền: T1IN (chân
11) và T1OUT (chân 14), R1IN (chân 13) và R1OUT (chân 12).
Sơ đồ chân RS232

Hình 5. Sơ đồ chân RS232

Đây là một cách sử dụng:
11


Chân 2 RXD : nhận dữ liệu – kết nối với chân RC7 của vi điều khiển.
Chân 3 TXD : Truyền dữ liệu – kết nối với chân RC6 của vi điều khiển.

Hình6.Sơ đồ đấu dây

3. Pic16F877A:
- Vi điều khiển PIC16F887A là vi điều khiển thuộc họ PIC16F được sản xuất bởi hãng
Microchip với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit. Đây là chip được sử dụng khá phổ
biến hiện nay tại Việt Nam cũng như trên thế giới với đầy đủ các chức năng của một vi điều
khiển nói chung và phù hợp với các ứng dụng cơ bản.
- PIC16F877A được sản xuất và đóng gói với hai kiểu PDIP và TQFP. Tùy thuộc vào đặc
điểm của các ứng dụng cụ thể mà người dùng lựa chịn kiểu đóng gói thích hợp.

12


Hình 7 Hình ảnh thực tế của một vi điều khiển PIC 16F877A

3.1 Cấu trúc tổng quát của vi điều khiển PIC 16F877A như sau:
o 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Havard có sửa đổi
o Bộ nhớ Flash và ROM có thể tùy chọn từ 256 byte đến 256Kbyte
o Các chuẩn giao tiếp ngoại vi nối tiếp đồng bộ/ không đồng bộ USART, AUSART,
EUSARTs
o Các cổng xuất/nhập với mức logic thường từ 0V đến 5.5V ứng với
o mức logic 0 và logic 1
o Có thể hoạt động với nhiều tần số giao động khác nhau( Xem hình )
o Bộ chuyển đổi ADC với độ phân giải 10/12 bit
o Có bộ so sánh điện áp( Voltage Comparators)
o Có hai module CCP: Capture/ Copare/ PWM
o Thuộc họ PIC 16F87xxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit
o Tất cả các lệnh là 1 chu kì máy, ngoại trừ chương trình con là 2 chương trình máy
o Một chu kì lệnh của vi điều khiển bao gồm 4 xung clock. Nếu sử dụng thạch anh 4 MHz cho
vi điều khiển thì xung lệnh sẽ có tần số 1 MHz, tương ứng chu kì là 1μss
o Bộ nhớ chương trình Flash với dung lượng 8K x 14 bit, với khả năng ghi/xóa lên đến
100.000 lần.
o Bộ nhớ dữ liệu RAM với dung lượng 368 byte

13


o Bộ nhớ EEPROM với dung lượng 256 byte, với khả năng ghi/xóa lên đến 1.000.000 lần và
có thể lưu trữ dữ liệu hơn 40 năm
o Sử dụng nguồn 4.0 ÷ 5.5 VDC( Xem hình )
o Có chế độ Sleep( ngủ) để tiết kiệm năng lượng
o Có 5 cổng xuất nhập( được đặt tên là A, B, C, D, E) với 3 chân
o Hỗ trợ giao tiếp USB, Ethernet, CAN, LIN, IrDA

Hình 8 Cấu trúc tổng quát của PIC16F877A

- Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:
o Timer 0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
o Timer 1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung
clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep.
o Timer 2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler. ai bộ Capture/so sánh/điều chế độ
rông xung.
14


o Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C. Chuẩn giao tiếp nối
tiếp USART với 9 bit địa chỉ.
o Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR, CS ở
bên ngoài
3.2 Sơ đồ khối và chức năng của các chân

Hình 9 Sơ đồ khối của PIC16F877A

15


- Sơ đồ chân

Hình 10 Sơ đồ chân của chip PIC16F877A

- Chức năng trên các chân:
Chân

Tên

1

´ /Vpp
MCLR

Chức năng
´ : Hoạt động Reset ở mức thấp
MCLR

Vpp : ngõ vào áp lập trình
2

RA0/AN0

RA0 : xuất/nhập số
AN0 : ngõ vào tương tự

3

RA1/AN1

RA1 : xuất/nhập số
AN1 : ngõ vào tương tự
16


4

RA2/AN2/VR EF−¿/CVR

EF

¿

RA2 : xuất/nhập số
AN2 : ngõ vào tương tự
VREF -: ngõ vào điện áp chuẩn (thấp) của bộ A/D

5

RA3/AN3/V REF+¿ ¿

RA3 : xuất/nhập số
AN3 : ngõ vào tương tự
VREF+ : ngõ vào điện áp chuẩn (cao) của bộ A/D

6
RA4/TOCKI/C1OUT

RA4 : xuất/nhập số
TOCKI : ngõ vào xung clock bên ngoài cho timer0
C1 OUT : Ngõ ra bộ so sánh 1

7

RA5 : xuất/nhập số
RA5/AN4/SS

AN4 : ngõ vào tương tự 4

/C2OUT

SS : ngõ vào chọn lựa SPI phụ
C2 OUT : ngõ ra bộ so sánh 2
8

RE0 : xuất nhập số
RE0/RD/AN5

RD : điều khiển việc đọc ở port nhánh song song
AN5 : ngõ vào tương tự

9

RE1 : xuất/nhập số
RE1//WR/AN6

WR : điều khiển việc ghi ở port nhánh song song
AN6 : ngõ vào tương tự
17


10

RE2 : xuất/nhập số
CS : Chip lựa chọn sự điều khiển ở port nhánh
RE2/CS/AN7

song song
AN7 : ngõ vào tương tự

11

VDD

VDD: Chân nguồn của PIC

12

VSS

VSS: Chân nối đất

13

Ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock bên
ngoài.
OSC1/CLKI
- OSC1 : ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung
clock bên ngoài. Ngõ vào Schmit trigger khi được
cấu tạo ở chế độ RC; một cách khác của CMOS.
- CLKI : ngõ vào nguồn xung bên ngồi. Ln
được kết hợp với chức năng OSC1.

14

Ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock
OSC2/CLKO

– OSC2 : Ngõ ra dao động thạch anh. Kết nối đến
thạch anh hoặc bộ cộng hưởng.
– CLKO : ở chế độ RC, ngõ ra của OSC2, bằng tần

số của OSC1 và chỉ ra tốc độ của chu kỳ lệnh.

15

RC0 : xuất/nhập số
RC0/T1 OCO/T1CKI

T1OCO : ngõ vào bộ dao động Timer 1
T1CKI : ngõ vào xung clock bên ngoài Timer 1

16

RC1 : xuất/nhập số
RC1/T1OSI/CCP2

T1OSI : ngõ vào bộ dao động Timer 1
CCP2 : ngõ vào Capture 2, ngõ ra compare 2, ngõ
18


ra PWM2
17

RC2 : xuất/nhập số
RC2/CCP1

CCP1 : ngõ vào Capture 1, ngõ ra compare 1, ngõ
ra PWM1

18

RC3 : xuất/nhập số
RC3/SCK/SCL

SCK : ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ngõ ra
của chế độ SPI
SCL : ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ ngõ ra
của chế độ I2C

19

RD0/PSP0

RD0 : xuất/nhập số
PSP0 : dữ liệu port nhánh song song

20

RD1/PSP1

RD1 : xuất/nhập số
PSP1 : dữ liệu port nhánh song song

21

RD2/PSP2

RD2 : xuất/nhập số
PSP2: dữ liệu port nhánh song song

22

RD3/PSP3

RD3 : xuất/nhập số
PSP3: dữ liệu port nhánh song song

23

RC4 : xuất/nhập số
RC4/SDI/SDA

SDI : dữ liệu vào SPI
SDA : xuất/nhập dữ liệu vào I2C

24

RC5 : xuất/nhập số
RC5/SDO

SDO : dữ liệu ra SPI
19