Thiết kế hệ thống báo cháy tự động dùng vi điều khiển

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những vấn đề tôi trình bày trong luận văn là do tôi viết dưới
sự hướng dẫn của PGS.TS. NGUYỄN HỮU TRUNG . Nếu có gì sai tôi xin
chịu trách nhiệm trước hội đồng bảo vệ nhà trường.


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn: Trung tâm sau đại học, Khoa điện tử. Trường đại
học công nghiệp Hà Nội, đẵ tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ cho tôi trong suốt
quá trình học tập và nghiên cứu
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy PGS. TS Nguyễn Hữu Trung, người
hướng dẫn khoa học cho tôi. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô
giáo, các bạn đồng nghiệp đẵ đóng góp nhiều ý kiến quý báu và giúp đỡ tận
tình để luận văn được hoàn thành

Hà nội. Ngày 15 tháng 12 năm 2015
Học viên

Nguyễn Văn Tùng


MỤC LỤC
MỞĐẦU.................................................................................................................1
1.1. KHÁI QUÁT.................................................................................................................................3
1.2. NHIỆM VỤCỦA MẠCH BÁO CHÁY..........................................................................................3
1.3. PHÂN LOẠI HỆTHỐNG BÁO CHÁY TỰĐỘNG..........................................................................3
1.4. CÁC THÀNH PHẦN CƠBẢN CỦA HỆTHỐNG BÁO CHÁY TỰĐỘNG.......................................5
1.4.2. Thiết bị đầu vào...................................................................................................................5
1.4.3. Thiết bị đầu ra......................................................................................................................8
1.5. TỔNG QUAN VỀVI ĐỀ
I U KHIỂN ARM DÙNG TRONG THIẾT KẾHỆTHỐNG BÁO CHÁY

TỰĐỘNG..........................................................................................................................................11
1.5.1. Lịch sử phát triển...............................................................................................................11
1.5.2. Giới thiệu về ARM............................................................................................................13
1.5.3. Giới thiệu về ARM CORTEX...........................................................................................14
1.5.3.1. ARM Cortex-M3.............................................................................................................16
1.5.3.1.1. Sơ đồ khối ARM..........................................................................................................16

Hinh 1.1.Sơ đồ khối ARM................................................................................16
1.5.3.1.2.. Kiến trúc hệ thống ARM............................................................................................16

Hinh 1.2. Các phiên bản kiến trúc của lõi ARM.............................................17
Hinh 1.3. Kiến trúc đường ống của ARM Cortex-M3.....................................18
Hinh 1.4 : Kiến trúc load và store của ARM Cortex-M3................................19
Hinh 1.5 : Mô hinh lập trinh của ARM Cortex-M3.......................................20
Hinh 1.6 : Thanh ghi trạng thái chương trinh của CPU Cortex.....................21
Hinh 1.7 : Mô hinh hoạt động của chế độ Thread và Handler.......................24
Hinh 1.8 : Đồ thị biểu diễn hiệu năng của bộ xử lí Cortex.............................25
Hinh 1.9 : Bản đồ bộ nhớ..................................................................................26
Hinh 1.10 : Kiểu dư liệu truy cập.....................................................................28
Bộ nhớ Cortex..............................................................................................................................28

Hinh 1.11 : Trạng thái hoạt động Systick........................................................30


Các chế độ năng lượng................................................................................................................31

Hinh 1.12 : Chế độ năng lượng CPU................................................................32
Hinh 1.13 : Khôi hô trợ gơ lôi...........................................................................33
Ngoại vi.......................................................................................................................................34

Hinh 1.14 : Khối ADC.......................................................................................35
Hinh 1.15 : Khối SPI.........................................................................................36
1.5.3.2. Tổng quan về LCP1768..................................................................................................36
1.5.3.2.1.Thông số tổng quát.......................................................................................................36

Hinh 1.16 : Sơ đồ khối LPC1768......................................................................37
1.5.3.2.2. Sơ đồ chân....................................................................................................................38

Hinh 1.17 : Sơ đồ chân LPC1768.....................................................................38
Mô tả chưc năng..........................................................................................................................39
1.6. TIÊU CHUẨN THIẾT KẾMẠCH BÁO CHÁY............................................................................48

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾHỆTHỐNG BÁO CHÁY...............................................50
2.1. TÍNH CẤP CỦA ĐỀTÀI...............................................................................................................50
2.2. SƠĐỒHỆTHỐNG.....................................................................................................................51
2.3. SƠĐỒNGUYÊN LÝ...................................................................................................................52
2.3.1. Khối đầu vào cảm biến.....................................................................................................52
2.3.2. LPC 1768...........................................................................................................................53
2.3.3. Module sim 900.................................................................................................................54
2.4. SƠĐỒMẠCH IN........................................................................................................................58
3.1. SƠĐỒPHẦN CỨNG MẠCH BÁO CHÁY SỬDỤNG VI ĐỀ
I U KHIỂN ARM.............................72
3.2. KẾT QUẢCHẠY THỬ...............................................................................................................72
3.3. KẾT QUẢTHỰC TẾĐÁNH GIÁ.................................................................................................73

DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮVIẾT TẮT

Viết tắt
ADC
ADT

Tiếng Anh
Analog Digital Converter
Android Development Tools

Tiếng Việt
Bộ chuyển đổi số sang tương tự
Công cụ phát triển Android


RISC

Reduced Instructions Set Computer

ARM
CPU

Advanced RISC Machine
Central Processing Unit
Program Status Register

XPSR

Máy tính với tập lệnh đơn giản
hóa
bộ xử lí trung tâm

ANSI C American National Standards Institute
LCD

Liquid Crystal Display

Màn hình tinh thể lỏng

MAC

Media Access Control

Địa chỉ của card mạng

MMC
PHP

Multi-Media Card
Hypertext Preprocessor

Card đa phương tiện
Ngôn ngữ lập trình kịch bản

PPC

Pocket Personal Computer

Máy tính cá nhân

PWM

Pulse Width Modulation

Điều chế độ rộng xung

DANH MỤC HÌNH VẼ

MỞĐẦU.................................................................................................................1
1.1. KHÁI QUÁT.................................................................................................................................3
1.2. NHIỆM VỤCỦA MẠCH BÁO CHÁY..........................................................................................3
1.3. PHÂN LOẠI HỆTHỐNG BÁO CHÁY TỰĐỘNG..........................................................................3
1.4. CÁC THÀNH PHẦN CƠBẢN CỦA HỆTHỐNG BÁO CHÁY TỰĐỘNG.......................................5
1.4.2. Thiết bị đầu vào...................................................................................................................5
1.4.3. Thiết bị đầu ra......................................................................................................................8
1.5. TỔNG QUAN VỀVI ĐỀ
I U KHIỂN ARM DÙNG TRONG THIẾT KẾHỆTHỐNG BÁO CHÁY
TỰĐỘNG..........................................................................................................................................11
1.5.1. Lịch sử phát triển...............................................................................................................11
1.5.2. Giới thiệu về ARM............................................................................................................13
1.5.3. Giới thiệu về ARM CORTEX...........................................................................................14
1.5.3.1. ARM Cortex-M3.............................................................................................................16
1.5.3.1.1. Sơ đồ khối ARM..........................................................................................................16

Hinh 1.1.Sơ đồ khối ARM................................................................................16
1.5.3.1.2.. Kiến trúc hệ thống ARM............................................................................................16

Hinh 1.2. Các phiên bản kiến trúc của lõi ARM.............................................17
Hinh 1.3. Kiến trúc đường ống của ARM Cortex-M3.....................................18
Hinh 1.4 : Kiến trúc load và store của ARM Cortex-M3................................19
Hinh 1.5 : Mô hinh lập trinh của ARM Cortex-M3.......................................20
Hinh 1.6 : Thanh ghi trạng thái chương trinh của CPU Cortex.....................21
Hinh 1.7 : Mô hinh hoạt động của chế độ Thread và Handler.......................24
Hinh 1.8 : Đồ thị biểu diễn hiệu năng của bộ xử lí Cortex.............................25

Hinh 1.9 : Bản đồ bộ nhớ..................................................................................26
Hinh 1.10 : Kiểu dư liệu truy cập.....................................................................28
Bộ nhớ Cortex..............................................................................................................................28

Hinh 1.11 : Trạng thái hoạt động Systick........................................................30
Các chế độ năng lượng................................................................................................................31


Hinh 1.12 : Chế độ năng lượng CPU................................................................32
Hinh 1.13 : Khôi hô trợ gơ lôi...........................................................................33
Ngoại vi.......................................................................................................................................34

Hinh 1.14 : Khối ADC.......................................................................................35
Hinh 1.15 : Khối SPI.........................................................................................36
1.5.3.2. Tổng quan về LCP1768..................................................................................................36
1.5.3.2.1.Thông số tổng quát.......................................................................................................36

Hinh 1.16 : Sơ đồ khối LPC1768......................................................................37
1.5.3.2.2. Sơ đồ chân....................................................................................................................38

Hinh 1.17 : Sơ đồ chân LPC1768.....................................................................38
Mô tả chưc năng..........................................................................................................................39
1.6. TIÊU CHUẨN THIẾT KẾMẠCH BÁO CHÁY............................................................................48

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾHỆTHỐNG BÁO CHÁY...............................................50
2.1. TÍNH CẤP CỦA ĐỀTÀI...............................................................................................................50
2.2. SƠĐỒHỆTHỐNG.....................................................................................................................51
2.3. SƠĐỒNGUYÊN LÝ...................................................................................................................52
2.3.1. Khối đầu vào cảm biến.....................................................................................................52
2.3.2. LPC 1768...........................................................................................................................53

2.3.3. Module sim 900.................................................................................................................54
2.4. SƠĐỒMẠCH IN........................................................................................................................58
3.1. SƠĐỒPHẦN CỨNG MẠCH BÁO CHÁY SỬDỤNG VI ĐỀ
I U KHIỂN ARM.............................72
3.2. KẾT QUẢCHẠY THỬ...............................................................................................................72
3.3. KẾT QUẢTHỰC TẾĐÁNH GIÁ.................................................................................................73


1
MỞĐẦU
Phòng chống cháy nổ là công tác có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với sự
phát triển bền vững của mô hình nhà chung cư cũng như sự phát triển bền
vững của đô thị . Hỏa hoạn đãtừnggây nhiềuthảmhọa cho loàingười. Việc
phòngchốngcháy đã đặtra các yêu cầubắtbuộccho các nhàmáyxínghiệpcông
nghiệp, kho tàng , khu dân cư. Đối với những nhà cao tầng chủ yếu phòng
ngừa và tự chữa cháy là chính, khi thiết kế nhà cao tầng phải theo quy chuẩn
tự động chữa cháy. Tuy nhiên, trên thực tế, Việt Nam chưa có tiêu chuẩn
phòng cháy chữa cháy cho nhà siêu cao tầng cho nên, ngoài trang thiết bị tự
ứng cứu ở các chung cư cao tầng hiện nay, khi xảy ra cháy nổ, quan trọng
nhất là sự bình tĩnh của người dân để tự cứu lấy chính mình và việc cảnh báo
chính xác là rất quan trọng. Xuất phát từ thực tế như trên nên em quyết định
lựa chọn đề tài :Thiết kế hệ thống báo cháy tự động dùng vi điều
khiểndưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Hữu Trung. Luận
văn bao gồm 3 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống báo cháy tự động
Chương 2: Thiết kế hệ thống báo cháy
Chương 3: Kết quả thực nghiệm
Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những sai
sót. Em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè đồng
nghiệp để bản luận văn của em được hoàn chỉnh hơn.

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hữu Trung
đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình làm luận văn để em đạt được kết
quả tốt nhất.


2
Lý do chọn đề tài
- Trong cuộc sống của chúng ta luôn tồn tại những khu vực dễ cháy, nên
việc lặp đặt hệ thống báo cháy có tầm quan trọng. Nó giúp chúng ta
phát hiện nhanh chóng, chữa cháy kịp thời kỳ đầu của vụ cháy đem lại
sự bình yên cho mọi người , bảo vệ tài sản cho nhân dân , nhà máy
xưởng sản xuất…Xuất phát từ ý tưởng đó tác giả chọn đề tài “ Thiết kế
hệ thống báo cháy tự động vi điều khiển” với mong muốn sau khi thực
hiện xong đề tài có thể đem ra ứng dụng thực tế.
Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về hệ thống báo cháy
- Giới thiệu vi điều khiển ARM LPC1768
- Xây dựng phần cứng và phần mềm
Phương pháp nghiên cứu
Chia nhỏ đánh giá từng phần.
Thử nghiệm thực tế


3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG

1.1. KHÁI QUÁT
Hệ thống báo cháy tự động là hệ thống thiết bị tự động phát hiện và thông báo
địa điểm cháy (theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5738-2001).
Hệ thống báo cháy tự động bao gồm:

- Trung tâm báo cháy.
- Các đầu báo cháy, (tổ hợp chuông, đèn, nút ấn)
- Các thiết bị ngoại vi khác...
1.2. NHIỆM VỤ CỦA MẠCH BÁO CHÁY
Tự động phát hiện ra cháy một cách nhanh chóng, chính xác và kịp thời trong
vùnghệ thống đang bảo vệ.
Tự động phát ra các tín hiệu báo động, chỉ thị và các tín hiệu điều khiển các
thiết bị ngoại vi của hệ thống báo cháy tự động 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 còn
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.
1.3. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
Phân loại hệ thống báo cháy tự động theo nguyên lý làm việc của đầu báo
cháy có:
- Hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy khói: là hệ thống báo cháy
tự động làm việc dựa vào nguyên lý làm việc của đầu báo cháy khói. Hệ
thống này chủ yếu phát hiện ra sự gia tăng nồng độ khói ở trong khu vực bảo
vệ.
- Hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy nhiệt: là hệ thống báo


4
cháy tự động làm việc dựa theo nguyên lý làm việc của đầu báo cháy nhiệt.
Hệ thống này chủ yếu phát hiện ra sự thay đổi nhiệt độ ở trong khu vực bảo
vệ.
- Hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy ánh sáng (lửa): làm việc
dựa vào nguyên lý làm việc của đầu báo cháy lửa. Hệ thống này chủ yếu phát
hiện ra nồng độ tăng cường ánh sáng của ngọn lửa trong khu vực bảo vệ.
- Hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy hỗn hợp: là hệ thống làm

việc dựa trên nguyên lý làm việc của đầu báo cháy hỗn hợp như: đầu báo cháy
nhiệt và khói; đầu báo cháy nhiệt và lửa. Hệ thống này chủ yếu phát hiện ra sự
thay đổi các yếu tố môi trường trong khu vực bảo vệ.
* Phân loại hệ thống báo cháy tự động theo đặc điểm kỹ thuật của hệ thống
báo cháy.
- Hệ thống báo cháy tự động theo vùng (hệ thống báo cháy tự động
thường) : (hệ thống báo cháy tự động thông thường - Couventional fire alarm
system): là hệ thống báo cháy tự động có chức năng báo cháy tới một khu vực,
một địa điểm (có thể có một hoặc nhiều đầu báo cháy). Diện tích bảo vệ của
một khu vực có thể từ vài chục đến 2000 m2 (tuỳ thuộc đặc điểm khu vực đó).
- Hệ thống báo cháy tự động theo địa chỉ: (Addressable fire alarm system) : là
hệ thống báo cháy tự động có khả năng báo cháy chính xác đến từng vị trí
từng đầu báo riêng biệt (từng địa chỉ cụ thể). Diện tích bảo vệ của một địa chỉ
báo cháy chỉ giới hạn trong khoảng vài chục mét vuông (tuỳ thuộc vào từng
loại đầu báo cháy). Hệ thống báo cháy tự động thông minh: Với sự phát triển
khoa học công nghệ, hệ thống báo cháy tự động theo địa chỉ đã phát triển
thành hệ thống báo cháy thông minh (Intelligent fire alarm system). Đây là hệ
thống báo cháy tự động ngoài chức năng báo cháy thông thường theo địa chỉ,
nó còn có thể đo được một số thông số về môi trường của khu vực nơi lắp đặt


5
đầu báo cháy như nhiệt độ, nồng độ khói,… và có thể thay đổi được ngưỡng
tác động của đầu báo cháy theo yêu cầu của nhà thiết kế và lắp đặt.
1.4. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ
ĐỘNG
1.4.1. Trung tâm báo cháy (Tủ trung tâm , Trung tâm điều khiển, Control
Panel) : Đây là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống và quyết định chất
lượng của hệ thống. Là thiết bị cung cấp năng lượng cho các đầu báo cháy tự
động.Có khả năng nhận và xử lý các tín hiệu báo cháy từ các đầu báo cháy tự

động hoặc các tín hiệu sự cố kỹ thuật, hiển thị các thông tin về hệ thống và
phát lệnh báo động, chỉ thị nơi xảy ra cháy.Trong trường hợp cần thiết có thể
truyền tín hiệu đến nơi nhận tin báo cháy.Có khả năng tự kiểm tra hoạt động
bình thường của hệ thống, chỉ thị sự cố của hệ thống như đứt dây, chập mạch.
1.4.2. Thiết bị đầu vào
Là thiết bị nhạy cảm với các hiện tượng của sự cháy (sự tăng nhiệt, tỏa khói,
phát sáng, phát lửa), và có nhiệm vụ nhận thông tin nơi xảy ra sự cháy và
truyền tín hiệu đến trung tâm báo cháy.
Đầu báo
Đầu báo khói (Smoke Detector):
Là thiết bị giám sát trực tiếp, phát hiện ra dấu hiệu khói để chuyển các tín
hiệu khói về trung tâm xử lý. Thời gian các đầu báo khói nhận và truyền
thông tin đến trung tâm báo cháy không quá 30s.Mật độ môi trường từ 15%
đến 20%.Nếu nồng độ của khói trong môi trường tại khu vực vượt qua
ngưỡng cho phép (10% -20%) thì thiết bị sẽ phát tín hiệu báo động về trung
tâm để xử lý.


6
- Các đầu báo khói thường được bố trí tại các phòng làm việc, hội trường, các
kho quỹ, các khu vực có mật độ không gian kín và các chất gây cháy thường
tạo khói trước.
Đầu báo khói được chia làm 2 loại chính như sau :
Đầu báo khói dạng điểm: Được lắp tại các khu vực mà phạm vi giám sát
nhỏ, trần nhà thấp (văn phòng, chung cư …)
a. Đầu báo khói Ion : Thiết bị tạo ra các dòng ion dương và ion âm chuyển
động, khi có khói, khói sẽ làm cản trở chuyển động của các ion dương và ion
âm, từ đó thiết bị sẽ gởi tín hiệu báo cháy về trung tâm xử lý.
b. Đầu báo khói Quang (photo): Thiết bị bao gồm một cặp đầu báo (một đầu
phát tín hiệu, một đầu thu tín hiệu) bố trí đối nhau, khi có khói xen giữa 2 đầu

báo, khói sẽ làm cản trở đường truyền tín hiệu giữa 2 đầu báo, từ đó đầu báo
sẽ gởi tín hiệu báo cháy về trung tâm xử lý.
Đầu báo khói dạng Beam:
Gồm một cặp thiết bị được lắp ở hai đầu của khu vực cần giám sát. Thiết bị
chiếu phát chiếu một chùm tia hồng ngoại, qua khu vực thuộc phạm vi giám
sát rồi tới một thiết bị nhận có chứa một tế bào cảm quang có nhiệm vụ theo
dõi sự cân bằng tín hiệu của chùm tia sáng. Đầu báo này hoạt động trên
nguyên lý làm mờ ánh sáng đối nghịch với nguyên lý tán xạ ánh sáng (cảm
ứng khói ngay tại đầu báo).
- Đầu báo khói loại Beam có tầm hoạt động rất rộng (15m x 100m), sử dụng
thích hợp tại những khu vực mà các loại đầu báo khói quang điện tỏ ra không
thích hợp, chẳng hạn như tại những nơi mà đám khói tiên liệu là sẽ có khói
màu

đen.

- Hơn nữa đầu báo loại Beam có thể đương đầu với tình trạng khắc nghiệt về
nhiệt độ, bụi bặm, độ ẩm quá mức, nhiều tạp chất,… Do đầu báo dạng Beam


7
có thể đặt đằng sau cửa sổ có kiếng trong, nên rất dễ lau chùi, bảo quản.
- Đầu báo dạng Beam thường được lắp trong khu vực có phạm vi giám sát
lớn, trần nhà quá cao không thể lắp các đầu báo điểm (các nhà xưởng, …)
Đầu báo nhiệt: (Heat Detector)
- Đầu báo nhiệt là loại dùng để dò nhiệt độ của môi trường trong phạm vi bảo
vệ , khi nhiệt độ của môi trường không thỏa mãn những quy định của các đầu
báo nhiệt do nhà sản xuất quy định, thì nó sẽ phát tín hiệu báo động gởi về
trung tâm xử lý.
- Các đầu báo nhiệt được lắp đặt ở những nơi không thể lắp được đầu báo

khói (nơi chứa thiết bị máy móc, Garage, các buồng điện động lực, nhà máy,
nhà bếp,…)
Đầu báo nhiệt cố định
Là loại đầu báo bị kích hoạt và phát tín hiệu báo động khi cảm ứng nhiệt độ
trong bầu không khí chung quanh đầu báo tăng lên ở mức độ nhà sản xuất quy
định (57o, 70o, 100o…).
Đầu báo nhiệt gia tăng
Là loại đầu báo bị kích hoạt và phát tín hiệu báo động khi cảm ứng hiện tượng
bầu không khí chung quanh đầu báo gia tăng nhiệt độ đột ngột khoảng 9oC /
phút.
Đầu báo ga (Gas Detector)
- Là thiết bị trực tiếp giám sát, phát hiện dấu hiệu có gas khi tỉ lệ gas tập trung
vượt quá mức 0.503% (Propane/ Butane) và gởi tín hiệu báo động về trung
tâm

xử

lý.

- Các đầu báo gas thường được bố trí trong khoảng gần nơi có gas như các
phòng vô gas hay các kho chứa gas. Các đầu báo gas được lắp trên tường,


8
cách sàn nhà từ 10-16cm, tuyệt đối không được phép lắp đặt dưới sàn nhà.
Đầu báo lửa (Flame Detector)
- Là thiết bị cảm ứng các tia cực tím phát ra từ ngọn lửa, nhận tín hiệu, rồi gởi
tín hiệu báo động về trung tâm xử lý khi phát hiện lửa.
- Được sử dụng chủ yếu ở các nơi xét thấy có sự nguy hiểm cao độ, những nơi
mà ánh sáng của ngọn lửa là dấu hiệu tiêu biểu cho sự cháy (ví dụ như kho

chứa chất lỏng dễ cháy).
- Đầu báo lửa rất nhạy cảm đối với các tia cực tím và đã được nghiên cứu tỉ
mỉ để tránh tình trạng báo giả. Đầu dò chỉ phát tín hiệu báo động về trung tâm
báo cháy khi có 2 xung cảm ứng tia cực tím sau 2 khoảng thời gian, mỗi thời
kỳ là 5s.
Công tắc khẩn: (Emergency breaker, nút nhấn khẩn): Được lắp đặt tại những
nơi dễ thấy của hành lang các cầu thang để sử dụng khi cần thiết. Thiết bị này
cho phép người sử dụng chủ động truyền thông tin báo cháy bằng cách nhấn
hoặc kéo vào công tắc khẩn, báo động khẩn cấp cho mọi người đang hiện diện
trong khu vực đó được biết để có biện pháp xử lý hỏa hoạn và di chuyển ra
khỏi khu vực nguy hiểm bằng các lối thoát hiểm. Gồm có các loại công tắc
khẩn như sau:
- Khẩn tròn, vuông
- Khẩn kính vỡ (break glass)
- Khẩn giật
1.4.3. Thiết bị đầu ra
Nhận tín hiệu từ trung tâm báo cháy truyền đến và có tính năng phát đi các
thông tin bằng âm thanh (chuông, còi), bằng tín hiệu phát sáng (đèn) giúp mọi
người nhận biết đang có hiện tượng cháy xảy ra.


9
Bảng hiện thị phụ
Hiển thị thông tin các khu vực xảy ra sự cố từ trung tâm báo cháy truyền đến,
giúp nhận biết tình trạng nơi xảy ra sự cố để xử lý kịp thời.
Chuông báo cháy
Được lắp đặt tại phòng bảo vệ, các phòng có nhân viên trực ban, hành lang,
cầu thang hoặc những nơi đông người qua lại nhằm thông báo cho những
người xung quanh có thể biết được sự cố đang xảy ra để có phương án xử lý,
di tản kịp thời.

Khi xảy ra sự cố hỏa hoạn, chuông báo động sẽ phát tín hiệu báo động giúp
cho nhân viên bảo vệ nhận biết và thông qua thiết bị theo dõi sự cố hỏa hoạn
(bảng hiển thị phụ) sẽ biết khu vực nào xảy ra hỏa hoạn, từ đó thông báo kịp
thời đến các nhân viên có trách nhiệm phòng cháy chữa cháy khắc phục sự cố
hoặc có biện pháp xử lý thích hợp.
Còi báo cháy
Có tính năng và vị trí lắp đặt giống như chuông báo cháy, tuy nhiên còi được
sử dụng khi khoảng cách giữa nơi phát thông báo đến nơi cần nhận thông báo
báo động quá xa.
Đèn
Có công dụng phát tín hiệu báo động, mỗi lọai đèn có chức năng khác nhau
và được lắp đặt ở tại các vị trí thích hợp để phát huy tối đa tính năng của thiết
bị này. Gồm có các lọai đèn:
Đèn chỉ lối thoát hiểm (Exit Light)
Được đặt gần các cầu thang của mỗi tầng lầu, để chỉ lối thoát hiểm trong
trường hợp có cháy. Tự động chiếu sáng trong trường hợp mất nguồn AC.
Đèn báo cháy (Corridor Lamp)


10
Được đặt bên trên công tắc khẩn của mỗi tầng. Đèn báo cháy sẽ sáng lên mỗi
khi công tắc khẩn hoạt động, đồng thời đây cũng là đèn báo khẩn cấp cho
những người hiện diện trong tòa nhà được biết. Điều này có ý nghĩa quan
trọng, vì trong lúc bối rối do sự cố cháy, thì người sử dụng cần phân biệt rõ
ràng công tác khẩn nào còn hiệu lực được kích hoạt máy bơm chữa cháy.
Đèn báo phòng (Room Lamp)
Được lắp đặt trước cửa mỗi phòng giúp nhận biết phòng nào có sự cố một
cách dễ dàng và nhanh chóng.
Đèn chiếu sáng trong trường hợp khẩn (Emergency Light):
Khi có báo cháy, thao tác đầu tiên là phải cúp điện. Bây giờ đèn chiếu sáng

này sẽ tự động bật sáng (nhờ có bình điện dự phòng battery), nó giúp cho mọi
người dễ dàng tìm đường thoát hiểm, hoặc giúp cho các nhân viên có trách
nhiệm nhanh chóng thi hành phận sự. Hoặc trong trường hợp mất điện đột
ngột do có sự cố về điện, đèn Emergency cũng tỏ ra hữu hiệu.
Bộ quay số điện thoại tự động
Được lắp trong trung tâm báo cháy, khi nhận được thông tin báo cháy từ trung
tâm thiết bị sẽ tự động quay số điện thoại đã được cài đặt trước để thông báo
đến người chịu trách nhiệm chính.Thông thường quay được từ 3 tới hơn 10
số.
Bàn phím (Keypad, Bàn phím điều khiển):
Là phương tiện để điều khiển mọi hoạt động của hệ thống. Qua bàn phím, bạn
có thể điều khiển hoạt động theo ý muốn một cách dễ dàng, như nhập lệnh
đưa hệ thống vào chế độ giám sát, hoặc có thể ngưng chế độ giám sát một số
khu vực trong toàn bộ hệ thống, hoặc có thể lập trình để hệ thống tự động


11
chuyển sang chế độ giám sát vào một thời gian nhất định trong ngày đối với
một số khu vực nào đó.
Modul địa chỉ
Modul địa chỉ được sử dụng trong hệ thống báo cháy địa chỉ, nó có khả năng
cho biết vị trí chính xác nơi xảy ra sự cố cháy trong một khu vực đang bảo vệ.
1.5. TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ARM DÙNG TRONG THIẾT
KẾ HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
1.5.1. Lịch sử phát triển
Việc thiết kế ARM được bắt đầu từ năm 1983 trong một dự án phát triển của
công ty máy tính Acorn. Nhóm thiết kế, dẫn đầu bởi Roger Wilson và Steve
Furber, bắt đầu phát triển một bộ vi xử lý có nhiều điểm tương đồng với Kỹ
thuật MOS 6502 tiên tiến. Acorn đã từng sản xuất nhiều máy tính dựa trên
6502, vì vậy việc tạo ra một chip như vậy là một bước tiến đáng kể của công

ty này.Nhóm thiết kế hoàn thành việc phát triển mẫu gọi là ARM1 vào năm
1985, và vào năm sau, nhóm hoàn thành sản phẩm ‘’thực’’ gọi là ARM2.
ARM2 có tuyến dữ liệu 32-bit, không gian địa chỉ 26-bit tức cho phép quản lý
đến 64 Mbyte địa chỉ và 16 thanh ghi 32-bit. Một trong những thanh ghi này
đóng vai trò là bộ đếm chương trình với 6 bit cao nhất và 2 bit thấp nhất lưu
giữ các cờ trạng thái của bộ vi xử lý. Có thể nói ARM2 là bộ vi xử lý 32-bit
khả dụng đơn giản nhất trên thế giới, với chỉ gồm 30.000 transistor (so với bộ
vi xử lý lâu hơn bốn năm của Motorola là 68000 với khoảng 68.000
transistor). Sự đơn giản như vậy có được nhờ ARM không có vi chương trình
(mà chiếm khoảng ¼ đến 1/3 trong 68000) và cũng giống như hầu hết các
CPU vào thời đó, không hề chứa cache. Sự đơn giản này đưa đến đặc điểm
tiêu thụ công suất thấp của ARM, mà lại có tính năng tốt hơn cả 286. Thế hệ


12
sau, ARM3, được tạo ra với 4KB cache và có chức năng được cải thiện tốt
hơn nữa.
Vào những năm cuối thập niên 80, hãng máy tính Apple Computer bắt đầu
hợp tác với Acorn để phát triển các thế hệ lõi ARM mới.Công việc này trở
nên quan trọng đến nỗi Acorn nâng nhóm thiết kế trở thành một công ty mới
gọi là Advanced RISC Machines. Vì lý do đó bạn thường được giải thích
ARM là chữ viết tắt của Advanced RISC Machines thay vì Acorn RISC
Machine. Advanced RISC Machines trở thành công ty ARM Limited khi
công ty này được đưa ra sàn chứng khoán London và NASDAQ năm 1998.
Kết quả sự hợp tác này là ARM6. Mẫu đầu tiên được công bố vào năm 1991
và Apple đã sử dụng bộ vi xử lý ARM 610 dựa trên ARM6 làm cơ sở cho
PDA hiệu Apple Newton. Vào năm 1994, Acorn dùng ARM 610 làm CPU
trong các máy vi tính RiscPC của họ.
Trải qua nhiều thế hệ nhưng lõi ARM gần như không thay đổi kích thước.
ARM2 có 30.000 transistors trong khi ARM6 chỉ tăng lên đến 35.000. Ý

tưởng của nhà sản xuất lõi ARM là sao cho người sử dụng có thể ghép lõi
ARM với một số bộ phận tùy chọn nào đó để tạo ra một CPU hoàn chỉnh, một
loại CPU mà có thể tạo ra trên những nhà máy sản xuất bán dẫn cũ và vẫn tiếp
tục tạo ra được sản phẩm với nhiều tính năng mà giá thành vẫn thấp.
Thế hệ thành công nhất có lẽ là ARM7TDMI với hàng trăm triệu lõi được sử
dụng trong các máy điện thoại di động, hệ thống video game cầm tay, và Sega
Dreamcast. Trong khi công ty ARM chỉ tập trung vào việc bán lõi IP, cũng có
một số giấy phép tạo ra bộ vi điều khiển dựa trên lõi này.
Dreamcast đưa ra bộ vi xử lý SH4 mà chỉ mượn một số ý tưởng từ ARM (tiêu
tán công suất thấp, tập lệnh gọn …) nhưng phần còn lại thì khác với ARM.
Dreamcast cũng tạo ra một chip xử lý âm thanh được thiết kế bởi Yamaha với


13
lõi ARM7. Bên cạnh đó, Gameboy Advance của Nintendo, dùng
ARM7TDMI ở tần số 16,78 MHz.
Hãng DEC cũng bán giấy phép về lõi cấu trúc ARM (đôi khi chúng ta có thể
bị nhầm lẫn vì họ cũng sản xuất ra DEC Alpha) và sản xuất ra thế hệ Strong
ARM.Hoạt động ở tần số 233 MHz mà CPU này chỉ tiêu tốn khoảng 1 watt
công suất (những đời sau còn tiêu tốn ít công suất hơn nữa). Sau những kiện
tụng, Intel cũng được chấp nhận sản xuất ARM và Intel đã nắm lấy cơ hội này
để bổ sung vào thế hệ già cỗi i960 của họ bằng Strong ARM. Từ đó, Intel đã
phát triển cho chính họ một sản phẩm chức năng cao gọi tên là Xscale.
1.5.2. Giới thiệu về ARM
Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Advanced RISC Machine) là một loại
cấu trúc vi xử lý 32 bit và 64 bit kiểu RISC được sử dụng rộng rãi trong các
thiết kế nhúng. Do có đặc điểm tiết kiệm năng lượng, các bộ CPU ARM
chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà với các sản phẩm này
việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng đầu.
Ngày nay, hơn 75% CPU nhúng 32-bit là thuộc họ ARM, điều này khiến

ARM trở thành cấu trúc 32-bit được sản xuất nhiều nhất trên thế giới. CPU
ARM được tìm thấy khắp nơi trong các sản phẩm thương mại điện tử, từ thiết
bị cầm tay (PDA, điện thoại di động, máy đa phương tiện, máy trò chơi cầm
tay, và máy tính cầm tay) cho đến các thiết bị ngoại vi máy tính (ổ đĩa cứng,
bộ định tuyến để bàn.) Một nhánh nổi tiếng của họ ARM là các vi xử lý
Xscale của Intel.


Ưu điểm so với chip khác

Tốc độ nhanh (Tốc độ 100 Mhz). Độ ổn định cao.


14
Hiệu suất sử dụng năng lượng tốt hơn nhờ sự khác biệt trong kiến trúc nền
tảng
Kiến trúc RISC của ARM đặc biệt ưu việt trong việc sử dụng năng lượng. Nó
mất ít năng lượng hơn để tính ra được đâu là điểm cuối của một lệnh và điểm
khởi đầu của lệnh tiếp theo. Với RISC, mỗi lệnh chỉ có giá trị 4 byte và chip
xử lý biết chắc rằng cứ mỗi 4 byte, nó sẽ có lệnh mới. Như thế, nó không cần
phải mất thời gian tính toán như đề cập ở trên.
Điều này cũng cho phép các nhà sản xuất tạo ra lõi ARM nhỏ gọn hơn so với
lõi x86. Cùng với việc tiết kiệm năng lượng, không có gì lạ khi dòng chíp này
đã và đang trở thành lựa chọn lý tưởng cho thiết bị di động hiện nay.
Nền tảng ARM vẫn có một lợi thế khi cho phép các nhà sản xuất tối ưu hoá
và thiết kế các sản phẩm chip của riêng mình với những tiêu chí đặc biệt như
sử dụng lõi đồ hoạ điện năng thấp, bổ sung các loại cảm biến, trang bị modem
viễn thông theo ý muốn, bổ sung bộ đồng xử lý… là những điều khó có thể
làm được với chip Intel. Việc tuỳ biến linh hoạt chip xử lý cũng là lý do khiến
nhà sản xuất sẽ vẫn gắn bó với việc tự chế tạo các chip A của riêng mình dựa

trên kiến trúc ARM.
1.5.3. Giới thiệu về ARM CORTEX
Bộ xử lý Cortex là thế hệ lõi nhúng kế tiếp từ ARM. Cortex kế thừa các ưu
điểm từ các bộ xử lí ARM trước đó, nó là một lõi hoàn chỉnh, bao gồm bộ xử
lý trung tâm Cortex và một hệ thống các thiết bị ngoại vi xung quanh, Cortex
cung cấp phần xử lý trung tâm của một hệ thống nhúng. Để đáp ứng yêu cầu
khắt khe và đa dạng của các hệ thống nhúng, bộ xử lý Cortex gồm 3 nhánh,
được biểu hiện bằng các ký tự sau tên Cortex như sau:


15
 Cấu hình A cho các ứng dụng tinh vi, yêu cầu cao chạy trên các hệ điều
hành và các ứng dụng phức tạp như Linux, Android…Hỗ trợ tập lệnh
ARM, Thumb và Thumb-2.
 Cấu hình R : bộ xử lý dành cho các hệ thống đòi hỏi khắc khe về tính
thời gian thực. Hỗ trợ các tập lệnh ARM, Thumb, Thumb-2.
 Cấu hình M : bộ xử lý dành cho dòng vi điều khiển, được tối ưu hóa
cho các ứng dụng nhạy cảm về chi phí. Chỉ hỗ trợ tập lệnh Thumb-2.
Con số nằm cuối tên Cortex cho biết mức độ hiệu suất tương đối, với 1 là
thấp nhất và 8 là cao nhất. Hiện nay dòng Cortex –M có mức hiệu suất cao
nhất là 3.
Bộ vi xử lý Cortex-M3 là bộ vi xử lý ARM đầu tiên dựa trên kiến trúc
ARMv7-M và được thiết kế đặc biệt để đạt được hiệu suất cao trong các
ứng dụng nhúng cần tiết kiệm năng lượng và chi phí. Để đạt được hiệu suất
cao hơn, bộ vi xử lý có thể làm việc nhiều hơn hoặc làm việc thông minh
hơn. Đẩy tần số hoạt động cao hơn có thể làm tăng hiệu suất nhưng cũng đi
kèm với việc tiêu thụ năng lượng nhiều hơn và việc thiết kế cũng phức tạp
hơn. Nói cách khác, cùng thực hiện những tác vụ đó nhưng bằng cách nâng
cao hiệu quả tính toán trong khi vẫn hoạt động ở tần số thấp sẽ dẫn đến sự
đơn giản hóa trong việc thiết kế và ít tốn năng lượng hơn.

16
1.5.3.1. ARM Cortex-M3
1.5.3.1.1. Sơ đồ khối ARM

Hinh 1.1.Sơ đồ khối ARM
1.5.3.1.2.. Kiến trúc hệ thống ARM
Các phiên bản kiến trúc ARM
Bộ xử lý Cortex-M3 dựa trên kiến trúc ARMv7 M và có khả năng thực hiện
tập lệnh Thumb-2.


17

Hinh 1.2. Các phiên bản kiến trúc của lõi ARM
Bộ xử lý Cortex và đơn vị xử lý trung tâm Cortex
Thuật ngữ bộ xử lí Cortex (Cortex processor) và đơn vị xử lí trung tâm Cortex
(Cortex CPU) sẽ được sử dụng để phân biệt giữa nhúng lõi Cortex hoàn chỉnh
và bộ xử lí trung tâm RISC nội (internal RISC CPU).
Đơn vị xử lý trung tâm Cortex (Cortex CPU)
Trung tâm của bộ xử lý Cortex là CPU RISC 32-bit. CPU này có một phiên
bản được đơn giản hóa từ mô hình lập trình (programmer’s model) của
ARM7/9, nhưng có một tập lệnh phong phú hơn với sự hỗ trợ tốt cho phép
toán số nguyên, khả năng thao tác với bit tốt hơn và khả năng đáp ứng thời
gian thực tốt hơn.
Kiến trúc đường ống (Pipline)
CPU Cortex có thể sử thực thi hầu hết các lệnh trong một chu kỳ lớn. Giống
như CPU của ARM7 và ARM9, việc thực thi này đạt được với một đường

18
ống ba tầng. Tuy nhiên Cortex-M3 khả năng dự đoán việc rẽ nhánh để giảm
thiểu số lần làm rỗng(flush) đường ống.

Hinh 1.3. Kiến trúc đường ống của ARM Cortex-M3
Trong khi một lệnh đang được thực thi, thì lệnh tiếp theo sẽ được giải mã và
lệnh tiếp theo nữa sẽ được lấy về từ bộ nhớ. Phương thức hoạt động này sẽ
phát huy hiệu quả tối đa cho mã tuyến tính (linear code), nhưng khi gặp phải
một rẽ nhánh (ví dụ cấu trúc lệnh if…else) thì các đường ống phải được làm
rỗng (flush) và làm đầy (refill) trước khi mã có thể tiếp tục thực thi. Trong
CPU Cortex có đường ống ba tầng được tăng cường khả năng dự đoán rẽ
nhánh, có nghĩa rằng khi một lệnh rẽ nhánh có điều kiện xuất hiện một thao
tác lấy lệnh dựa trên suy đoàn được thực hiện, do đó lệnh rẽ nhánh có điều
kiện sẵn sàng để thực hiện mà không cần chịu thêm một thao tác nào cả.
Trường hợp xấu nhất khi gặp phải một rẽ gián tiếp, khi đó không thể hiện việc
lấy lệnh dựa trên việc suy đoán, do đó phải làm rỗng đường ống dẫn. Kiến
trúc đường ống là chìa khóa dẫn đến hiệu suất tổng thể của CPU Cortex, vì
vậy không cần bất kì cân nhắc, xem xét đặc biệt nào được thực hiện trong mã
ứng dụng.