Tìm hiểu và thiết kế mô hình ngôi nhà thông minh

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:”TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH NGÔI NHÀ THÔNG
MINH”

Giảng viên hướng dẫn :Ths Đặng Hoàng Anh
Sinh viên thực hiện

:Đỗ Văn Khuyến

Lớp

:K16

Khoá

:2013-2017

Hệ

: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Hà Nội, tháng 5 /2017


VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CN ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

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

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Họ và tên sinh viên: Đỗ Văn Khuyến
Lớp: K16

Khoá:(2013-2017)

Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật điện tử, Truyền thong
Hệ đào tạo: ĐHCQ
1/ Tên đề tài Đồ án tốt nghiệp: TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾMÔ HÌNH
NGÔI NHÀ THÔNG MINH
2/ Nội dung chính:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Giới thiệu đề tài
Chương 3: Thiết kế và thi công mạch trong nhà
Chương 4: Hướng phát triển đề tài
Chương 5: Kết luận
3/Tham khảo các tài liệu
Nguồn tài liệu chính là Internet và sự hướng dẫn của thầy.
4/ Ngày giao :19/02/2016
5/ Ngày nộp:19/05/2017
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ............................................................................................................................. 1

I.

Lý do chọn đề tài ................................................................................................................................. 1

1.

Khách quan ......................................................................................................................................... 1

2. Chủ quan .................................................................................................................................................. 2
II.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu ..................................................................................................... 2

1. Mục tiêu .................................................................................................................................................... 2
2. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................................................................... 2
III.

Đối tượng làm đề tài ....................................................................................................................... 2

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .............................................................................................................. 3
I.

Giới thiệu về ngôi nhà thông minh .................................................................................................... 3

II. Khái niệm ngôi nhà thông minh ............................................................................................................ 3
III. Những chỉ tiêu kỹ thuật của ngôi nhà thông minh ............................................................................. 4
1. Chỉ tiêu về ánh sáng ................................................................................................................................. 4
2. Chỉ tiêu về thông gió ................................................................................................................................ 4
3. Chỉ tiêu về nhiệt độ .................................................................................................................................. 4
4. Chỉ tiêu về an toàn ................................................................................................................................... 4

5. Giới hạn trong việc thiết kế ..................................................................................................................... 5
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH TRONG NHÀ.............................................................. 6
I.

Giới thiệu về vi điều khiển Atmega328 ............................................................................................. 6

1.

Giới thiệu về chíp xử lý trung tâm .................................................................................................... 6

2.

Các thông số kỹ thuật của bộ xử lý trung tâm ................................................................................. 7

3.

Sơ đồ nguyên lý của arduino ............................................................................................................ 11

II.

Hệ thống báo cháy trong nhà ........................................................................................................... 11

1.

Giới thiệu về hệ thống báo cháy hiện nay ....................................................................................... 11

2.

Cách nhận biết báo cháy .................................................................................................................. 13

3.

Khái niệm về hệ thống báo cháy tự động ........................................................................................ 13

4.

Yêu cầu đối với hệ thống báo cháy tự động .................................................................................... 14

5.

Các thành phần của hệ thống báo cháy tự động ............................................................................ 14

5.1

Thiết bị đầu vào ............................................................................................................................ 14

5.2

Thiết bị đầu ra .............................................................................................................................. 18

6.

Phuơng án thiết kế ............................................................................................................................ 19

6.1 Yêu cầu kỹ thuật cụ thể ....................................................................................................................... 19
6.2 Sơ đồ chức năng hệ thống ................................................................................................................... 19
7.

Sơ đồ nguyên lý của mạch cảm biến nhiệt độ .................................................................................. 20

8.

Chương trình vi điều khiển điều khiển cảm biến nhiệt độ ............................................................... 21

III. Hệ thống đóng mở cửa tự động .......................................................................................................... 22
1.

Khảo sát các loại cửa đóng mở tự động hiện nay ........................................................................... 22

2.

Yêu cầu kỹ thuật cụ thể .................................................................................................................... 22

3.

Các thành phần của hệ thống đóng mở cửa tự động ..................................................................... 23

3.1

Cảm biến hồng ngoại .................................................................................................................... 23


3.2

Động cơ tạo lực chuyển động....................................................................................................... 25

4.

Phương án giải quyết kỹ thuật cụ thể ............................................................................................. 29

5.

Nguyên lý hoạt động của mạch đóng mở cửa tự động ................................................................... 30

6.

Chương trình chạy vi điều khiển cho động cơ chuyển động ......................................................... 30

IV. Hệ thống chống chộm cảm biến.......................................................................................................... 33
1. Giới thiệu ................................................................................................................................................ 33
2. Chỉ tiêu đặt ra cho thiết bị chống trộm ................................................................................................ 34
3. Phương án giải quyết chống trộm cụ thể ............................................................................................. 34
4.Cảm biến chuyển động HC-SR501 ........................................................................................................ 35
5. Module relay 5VDC 1 kênh ................................................................................................................... 39
6. Kết nối với cảm biến chuyển động ........................................................................................................ 41
CHƯƠNG 4: HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .......................................................................................... 42
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ............................................................................................................................. 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................................. 44


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên xin gửi đến thầy Ths Đặng Hoàng Anh lời cảm ơn chân thành nhất.
Sau 3 tháng học tập, làm việc với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn,
cùng với sự đóng góp nhiệt tình của bạn bè đã tạo điều kiện để nhóm chúng
em hoàn thành báo cáo này. Bản thân chúng em đã học hỏi, tiếp thu được
những kiến thức bổ ích, những kinh nghiệm quý báu, những bài học quý giá
khi thực hiện báo cáonày .
Qua những kinh nghiệm trên, chúng em sẽ không ngừng trau dồi, nâng cao
kiến thức. Đồng thời góp phần nhỏ bé của mình vào sự nghiệp giáo dục của
nước nhà, từng bước nâng cao vị thế người Việt Nam trên thế giới.

Vì thời gian hạn hẹp và trình độ hiểu biết còn hạn chế, nên báo cáo của
chúng em còn những thiếu sót không tránh khỏi.Chúng em rất mong được sự
thông cảm, đóng góp ý kiến và sửa đổi của quý thầy cô.
Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, gia đình và bạn bè đã hỗ
trợ cho nhóm chúng em trong suốt thời gian vừa qua.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Đỗ Văn Khuyến


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
I.

Lý do chọn đề tài

1.

Khách quan
Khái niệm ngôi nhà số thông minh vốn khá phổ biến ở các nước công nghệ

cao và du nhập sang các quốc gia có cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin đang phát
triển.
Một ngôi nhà thông minh hay còn gọi là ngôi nhà số là một giải pháp điều
khiển tích hợp cho các căn hộ cao cấp, tích hợp các thiết bị điện tử, nghe nhìn,
truyền thông thành một hệ hoàn chỉnh và thống nhất, có thể tự vận hành tất cả các
hệ thống một cách tự động theo chương trình đã cài đặt hoặc theo điều khiển từ
xa của người dùng. Các hệ thống như chiếu sáng, máy lạnh, an ninh bảo vệ, âm
thanh nghe nhìn, chuông hình, cửa tự động hay cả rèm cửa sẽ được phối hợp vận

hành thành một hệ thống đồng nhất.
Mỗi chức năng của ngôi nhà thông minh đều có khả năng tự vận hành hoặc
dưới sự điều khiển của người dùng, thông qua điện thoại di động sử dụng mạng
3G hay Internet, cung cấp nhiều chế độ sử dụng. Người dùng có thể truy cập từ xa
vào hệ thống quản lý tại nhà để xem cửa ngõ qua video, tắt hệ thống đèn nếu lỡ
quên khi ra khỏi nhà, tắt bớt các hệ thống đèn không cần thiết trong các khu vực
trong nhà để tiết kiệm điện năng... Theo ABI Research, chức năng quan trọng
trong ngôi nhà thông minh được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là cảnh báo an
ninh.
Vì thế hiện nay nhà thông minh là một trong những đề tài công nghệ ứng
dụng đang tạo nên một cơn sốt trong thị trường địa ốc. Các hãng đầu tư công
nghệ ở nước ngoài đã và đang phát triển giải pháp nhà thông minh với rất nhiều
tính năng vượt trội.
Tại Việt Nam, hiện nay đã có một số nhà đầu tư cho các công trình nhà
thông minh nhưng chủ yếu là phân phối các sản phẩm nhập của nước ngoài.

1


2. Chủ quan
Theo xu hướng phát triển của thế giới, nhận thấy giải pháp cho ngôi nhà
thông minh thực sự rất thiết yếu và là một hướng đề tài ứng dụng rất hay. Nhóm đồ
án môn học Điều khiển truyền động điện đã kế thừa, tìm hiểu và thi công một mô
hình điều khiển thiết bị điện gia dụng thông qua sóng RF tích hợp vi điều khiển
Atmega328.
II. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
1. Mục tiêu
Trước mắt em sẽ thi công mô hình thực hiện một số chức năng cho ngôi nhà
như cửa tự đóng mở khi có người qua lại, thiết bị chống chộm và thiết bị báo cháy
trong nhà.

Trong tương lai sẽ mở rộng và phát triển được những thiết bị này bằng cách
mở rộng khả năng giao tiếp của thiết bị như qua internet hay các thiết bị điện thoại
di động.
2. Nhiệm vụ nghiên cứu
Chúng ta cần tìm hiểu nguyên lý hoạt động của ngôi nhà thông minh
như thế nào vào ứng dụng vào của nó vào thực tiễn.
Định hướng khả năng phát triển đồ án, tương lai sẽ có thể hoàn thiện
những yêu cầu của ngôi nhà thông minh cần có.
III.

Đối tượng làm đề tài
Các thiết bị cảm biến như cảm biến hồng ngoại, cảm biến cửa và cảm
biến nhiệt dùng cho đề tài vào nghiên cứu.Các thiết bị này có độ chính xác
cao được sử dụng rộng dãi dễ dàng thi công với mô hình.Số lượng trên thị
trường rất nhiều và cũng rất rộng rãi, giá thành có thể chấp nhận và tiện sử
dụng.
Vi điều khiển Atmega328, tính năng ưu việt của dòng AVR là ngôn
ngữ lập trình thân thiện, khả năng xử lý thông tin không thua kém các dòng
khác, ngoài ra chúng ta cũng có thể điều chỉnh hoạt động của thiết bị như
mong muốn.

2


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
I. Giới thiệu về ngôi nhà thông minh
Ngôi nhà số thông minh vốn khá phổ biến ở các nước công nghệ cao và du nhập
sang các quốc gia có cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin đang phát triển.
Một ngôi nhà thông minh hay còn gọi là ngôi nhà số là một giải pháp điều khiển
tích hợp cho các căn hộ cao cấp, tích hợp các thiết bị điện tử, nghe nhìn, truyền

thông thành một hệ hoàn chỉnh và thống nhất, có thể tự vận hành tất cả các hệ
thống một cách tự động theo chương trình đã cài đặt hoặc theo điều khiển từ xa
của người dùng. Các hệ thống như chiếu sáng, máy lạnh, an ninh bảo vệ, âm
thanh nghe nhìn, chuông hình, cửa tự động hay cả rèm cửa sẽ được phối hợp vận
hành thành một hệ thống đồng nhất.
Mỗi chức năng của ngôi nhà thông minh đều có khả năng tự vận hành hoặc
dưới sự điều khiển của người dùng, thông qua điện thoại di động sử dụng mạng
3G hay Internet, cung cấp nhiều chế độ sử dụng. Người dùng có thể truy cập từ xa
vào hệ thống quản lý tại nhà để xem cửa ngõ qua video, tắt hệ thống đèn nếu lỡ
quên khi ra khỏi nhà, tắt bớt các hệ thống đèn không cần thiết trong các khu vực
trong nhà để tiết kiệm điện năng...Theo ABI Research, chức năng quan trọng
trong ngôi nhà thông minh được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là cảnh báo an
ninh.
Vì thế hiện nay nhà thông minh là một trong những đề tài công nghệ ứng dụng
đang tạo nên một cơn sốt trong thị trường địa ốc. Các hãng đầu tư công nghệ ở
nước ngoài đã và đang phát triển giải pháp nhà thông minh với rất nhiều tính
năng vượt trội.
II. Khái niệm ngôi nhà thông minh
Ngôi nhà thông minh là ngôi nhà có các điều kiện kỹ thuật bảo đảm cuộc sống tốt
nhất cho con người, được tự động bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật theo mong muốn
của người sử dụng.
Ngôi nhà thông minh khác với ngôi nhà bình thường ở chỗ , nó là một trình tích
hợp của các hệ thống như hệ thống điều khiển và hệ thống giám sát môi trường: hệ
3


điều khiển đảm bảo nhiệt độ , hệ thống đảm bảo lượng gió trong nhà, hệ thống đảm
bảo ánh sáng…, mạch đóng ngắt, điều khiển cổng ra vào , giám sát cảnh báo
cháy….thành một hệ thống mạng thống nhất.
III. Những chỉ tiêu kỹ thuật của ngôi nhà thông minh

1. Chỉ tiêu về ánh sáng
Đảm bảo ánh sáng theo yêu cầu sử dụng như chất lượng ánh sáng và tiết kiệm
điện , ánh sáng tại mỗi nơi đều như nhau , không được để chỗ quá sáng , chỗ quá
tối.
Ánh sáng có thể được tắt mở thông qua hệ thống tự động điều khiển hoặc điều
khiển từ xa. Ngoài ra thiết bị ánh sáng cần được kết nối với một số thiết bị trong
nhà : như thiết bị báo chộm, báo cháy.
2. Chỉ tiêu về thông gió
Đảm bảo lượng gió vừa đủ, tốc độ gió phù hợp với yêu cầu chung.
Ngoài ra lượng gió và tốc độ gió có thể thay đổi tùy theo yêu cầu người sử dụng.
Hệ thống có thể tự động nhận biết được khi nào thì sử dụng gió tự nhiên và khi
nào thì dụng gió nhân tạo.Bằng cách sử dụng quạt máy thông gió.
3. Chỉ tiêu về nhiệt độ
Đảm bảo nhiệt độ trong nhà luôn phù hợp với khí hậu từng môi trường, tránh tình
trạng khi ra vào nhà với 2 nhiệt độ khác nhau, gây bệnh cho người ở.
Nhiệt độ trong nhà có thể tự thay đổi được tùy theo sở thích của mỗi người thông
qua hệ thống điều khiển từ xa.
Phải có thiết bị cảnh báo và phòng chống khi nhiệt độ quá cao, như thiết bị báo
cháy, hiển thị nhiệt độ
4. Chỉ tiêu về an toàn
Cần đảm bảo việc phát hiện và cảnh báo khi có người lạ xâm nhập, như phát loa
báo , bật đèn , tự động liên hệ với người trong nhà , tự đóng kín các cửa ra vào.
Cần đảm bảo an toàn về độ bền , tùy theo từng vùng mà cảnh báo về độ bền của
ngôi nhà khi có bão , gặp hỏa hoạn.

4


5. Giới hạn trong việc thiết kế
Những yêu cầu và phạm vi có thể giải quyết

Trong thiết kế ngôi nhà thông minh e chỉ thiết kế mô hình ngôi nhà thu nhỏ trong
đó gồm những hệ thống sau:
- Thiết kế hệ thống báo cháy trong nhà
- Thiết kế hệ thống đóng mở cửa
- Thiết kế hệ thống chống trộm
Yêu cầu kỹ thuật của ngôi nhà thông minh thu nhỏ
Đảm bảo đựoc một số kỹ thuật như khi có cháy thì sẽ có báo động, khi có nguời đột nhập qua
hệ thống trống chộm thì sẽ có báo động, chế độ của ra vào khi có nguời ra vào thì
sẽ tự đóng mở cửa trong khoảng thời gian nhất định.

5


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH TRONG NHÀ
I. Giới thiệu về vi điều khiển Atmega328
1. Giới thiệu về chíp xử lý trung tâm
Bộ xử lý trung tâm ở đây là con chip vi điều khiển của Arduino.Mạch Arduino
Uno là dòng mạch Arduino phổ biến, khi mới bắt đầu làm quen, lập trình với
Arduino thì mạch Arduino thường nói tới chính là dòng Arduino UNO.Arduino
Uno R3 là một trong những phiên bản được sử dụng rộng rãi nhất bởi chi phí và
tính linh động của nó.
Mạch Arduino Uno là dòng mạch Arduino phổ biến, khi mới bắt đầu làm quen,
lập trình với Arduino thì mạch Arduino thường nói tới chính là dòng Arduino
UNO.Hiện dòng này đã và đang phát triển tới thế hệ thứ 3.
Arduino Uno R3 là dòng cơ bản, linh hoạt, thường được sử dụng cho người bắt
đầu. Bạn có thể sử dụng các dòng Arduino khác như: Arduino Mega, Arduino
Nano, Arduino Micro…Nhưng với những mạch cơ bản thì Arduino Uno là lựa
chọn phù hợp nhất.

6

2.Các thông số kỹ thuật của bộ xử lý trung tâm
ATmega328 có tên đầy đủ là ATmega328P-PU. ATemega là linh hồn của board
mạch Arduino , sức mạnh phần cứng arduino có được là nhờ ATmega328.

Các thông số chính của vi điều khiển ATmega328 như sau:
Kiến trúc: AVR 8bit
Xung nhịp lớn nhất: 20Mhz
Bộ nhớ chương trình( Flash): 32KB
Bộ nhớ EEPROM: 1KB
Bộ nhớ RAM: 2KB
Điện áp hoạt động rộng: 1,8V – 5,5V
Số timer: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit.
Số kênh xung PWM: 6 kênh.
Clock speed : 16Mhz
LED_BUILTIN : 13
Chiều dài: 68,6mm
Chiều rộng : 53,4mm
Trọng lượng : 25g
7


Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,
ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều
8


khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo
nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,… hay những ứng dụng khác.

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn
ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V. Thường thì cấp
nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB.
Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO.

•

GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn
dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này
phải được nối với nhau.

•

5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.

•

3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.

•

Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực
dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.

•

IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được
đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V. Mặc dù vậy bạn không được lấy
nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp
nguồn.

•

RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương
với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.

•

32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ
nhớ Flash của vi điều khiển. Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này
sẽ được dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá
20KB bộ nhớ này đâu.

•

2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai
báo khi lập trình sẽ lưu ở đây. Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần
nhiều bộ nhớ RAM. Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại
trở thành thứ mà bạn phải bận tâm. Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị
mất.

9


•

1KB cho
EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): đây
giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của
mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên

SRAM.
Mạch Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín
hiệu.Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi
chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay
trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được
kết nối).
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt sau:

• 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận
(receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị
khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính
là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên
sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết.
•

Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với
độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm
analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra
ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như
những chân khác.

•

Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các
chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng
giao thức SPI với các thiết bị khác.

•

LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm

nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân
số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín

hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với
chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng
10


các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể
dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân
giải vẫn là 10bit.
3. Sơ đồ nguyên lý của arduino

II. Hệ thống báo cháy trong nhà
1. Giới thiệu về hệ thống báo cháy hiện nay
Qua báo chí, internet chúng ta đều biết mỗi năm nuớc ta xảy ra hàng trăm vụ
cháy lớn nhỏ gây nhiều thiệt hại lớn về nguời và của cho nhân dân. Một cuộc khảo
sát gần đây cho thấy gần nửa số nhà ở các thành phố lớn hay sảy ra cháy. Nhà xây
cất tạm bợ đuờng xá chật hẹp làm cho đám cháy lan truyền nhanh.

11


Bảo vệ tính mạng con người và tài sản có giá trị là mục đích hàng đầu của
doanh nghiệp và lực lượng chữa cháy. Để đạt được điều đó thì yếu tố thời gian kể
từ khi xuất hiện đám cháy đến khi dập tắt đám cháy đóng một vai trò quyết định.
Do vậy vấn đề đề phòng và chữa cháy là hết sức quan trọng trong toàn xã
hội nói chung và các ngôi nhà nói riêng. Nó trở thành quyền và nghĩa vụ của mỗi
chúng ta. Vì vậy có một hệ thống báo cháy trong nhà là hết sức cần thiết để đảm

bảo an toàn và tính mạng , của cải cho mình và những nguời xung quanh.
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cảnh báo cháy nhưng bộ thiết bị
cảnh báo cháy tự động EWS VN13 là một thiết bị tích hợp với phần mền thông
minh được cài đặt cụ thể, riêng biệt cho từng cơ sở.Hệ thống báo cháy tự động khi
có cháy xảy ra hệ thống báo cháy tự động sẽ cảnh báo cháy ngay lập tức trên thiết
bị.

12


Đây là thiết bị báo cháy hiện nay mà đang được rất nhiều người sử dụng
trong các hệ thống tòa nhà lớn hiện này đề sử dụng hệ thống báo cháy này.
2. Cách nhận biết báo cháy
Khi có đám cháy xảy ra , ở những vùng cháy thuờng có những dấu hiệu sau:
Lửa , khói , vật liệu dễ cháy bị phá huỷ
Nhiệt độ trong phòng sẽ tăng lên
Không khí bị oxy hoá
Có mùi cháy và khét : Cháy cao su, chất sừng, sợi lông…
Mùi thơm : mật, đường…
Khói trắng : các vật liệu ẩm
Khói đen : Xăng, dầu, nhựa đường.
Khói xám : Rơm rạ, giấy vụn, cỏ khô.
Để đề phòng cháy ta có thể dựa vào những dấu hiệu trên để đặt các cảm biến làm
các thiết bị báo cháy. Kịp thời khống chế đám cháy ở dai đoạn đầu. tăng cuờng độ
an toàn và bình yên cho con nguời.
3.

Khái niệm về hệ thống báo cháy tự động
Hệ thống báo cháy tự động cung cấp một số chức năng chính:
Cung cấp một phương tiện để phát hiện đám cháy đang bùng theo phương

pháp thủ công hoặc tự động.
13


Cảnh báo cho mọi người xung quanh biết để có thể sơ tán
Có thể truyền tín hiệu cho cơ quan chức năng PCCC biết để có thể kịp thời
dập tắt đám cháy.
Chúng có thể ngắt nguồn điện, điều khiển thiết bị xử lý không khí, hoặc các
hoạt động đặc biệt khác và nó có thể cung cấp khởi động hệ thống chữa cháy
trong các tòa nhà lớn. Hệ thống báo cháy tự động là hệ thống gồm tập hợp
các thiết bị có nhiệm vụ phát hiện và báo động khi có cháy xảy ra. Việc phát
hiện ra các tín hiệu cháy có thể đuợc thực hiện tự động bởi các thiết bị và
nhất thiết phải hoạt động 24/24 giờ.
4. Yêu cầu đối với hệ thống báo cháy tự động
Phát tín hiệu nhanh chóng theo chức năng đề ra.
Chuyển tín hiệu cháy bằng tín hiệu báo động rõ ràng để nguời xung quanh có
thể thực hiện các biện pháp thích hợp.
Hệ thống đảm bảo sự tin cậy cao.
Không bị tê liệt một phần hay toàn bộ do cháy gây ra truớc khi phát hiện.
5.Các thành phần của hệ thống báo cháy tự động
Một hệ thống báo cháy tự động tiêu biểu sẽ có 3 thành phần như sau:

• Trung tâm báo cháy được thiết kế dạng tủ, bao gồm các thiết bị chính : bo
mạch xử lý thông tin, bộ nguồn , ác quy dự phòng.

• Thiết bị đầu vào
Đầu báo: Báo nhiệt, báo khói, báo gas, báo lửa…
Thiết bị đầu ra

o Chuông , còi báo động.

o Đèn báo động, đèn exit.
o Bộ quay số điện thoại tự động.
o Bảng hiển thị phụ
5.1 Thiết bị đầu vào
- Cảm biến nhiệt độ LM35 là một loại cảm biến tuơng tự rất hay đuợc sử dụng
trong các ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực. Vì nó hoạt động khá chính xác
14


với sai số nhỏ, đồng thời kích thuớc nhỏ và giá thành rẻ là một trong những ưu
điểm của nó. Vì đây là cảm biến tuơng tự ( analog sensor) nên ta có thể dễ
dàng đọc đuợc giá trị của nó a bằng hàm analogRead ().
-

Giới thiệu về cảm biến LM35 là một loại cảm biến nhiệt độ analog nhiệt độ

đuợc xác định bằng cách đo hiệu điến thế ngõ ra của LM35. Đơn vị nhiệt độ: oC
Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/oC

-

LM35 không cần phải canh chỉnh nhiệt độ khi sử dụng

-

Độ chính xác thực tế: 1/4 oC ở nhiệt độ phòng và 3/4 ngoài khoảng 2oC tới

150oC.
-

LM35 có hiệu năng cao , công suất tiêu thụ là 60uA.

-

Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị hiệu điện thế nhất

định tại chân Vout (chân giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ. Như vậy, bằng cách
15


đưa vào chân bên trái của cảm biến LM35 hiệu điện thế 5V, chân phải nối đất, đo
hiệu điện thế ở chân giữa bằng các pin A0 trên arduino (giống y hệt cách đọc giá
trị biến trở), bạn sẽ có được nhiệt độ (0-100ºC) bằng công thức:
float temperature =(5.0*analogRead(A0)*100.0/1024.0);
-

Với LM35, bạn có thể tự tạo cho mình mạch cảm biến nhiệt độ sử dụng

LM35 và tự động ngắt điện khi nhiệt độ vượt ngưỡng tối đa, đóng điện khi nhiệt
độ thấp hơn ngưỡng tối thiểu thông qua module rơ le.
-

Nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của LM35.Sơ đồ

chân của LM35 như sau:

Chân 1: Chân nguồn VCC
Chân 2: Đầu ra Vout
Chân 3: GND
Một số thông số chính của LM35

o Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt hạch tích hợp chính xác cao mà điện
áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ thang độ Celsius.Chúng
cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vi vốn chúng đã được cân chỉnh.
o Đặc điểm chính của cảm biến LM35
Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V
Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC
Độ chính xác cao ở 25oC là 0,5 C
Trở kháng đầu ra thấp 0,1 cho mA tải

16


o Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55oC đến 150oC với các mức điện
áp ra khác nhau.Xét một số điện áp sau:
Nhiệt độ -55oC điện áp đầu ra là -550mV
Nhiệt độ 25oC điện áp đầu ra là 250mV
Nhiệt độ 150oC điện áp đầu ra là 1500mV
Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp. Đối với hệ
thống này thì đo từ 0 đến 150.
Tính toán đầu ra của LM35
Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thông thường chúng ta sử dụng bằng cách
LM35-> ADC ->Vi điều khiển.
Như vậy ta có:
U=t.k
U là điện áp đầu
T là nhiệt độ môi trường đo k là hệ số theo nhiệt độ của LM35 10mV/1 độ C
Giả sử điện áp Vcc cấp cho LM35 là 5V ADC 10bit.
Vậy bước thay đổi của LM35 sẽ là 5/(2^10)=5/1024
Giá trị ADC đo được thì điện áp đầu vào của LM35 là:
(t*k)/(5/1024)=((10^-2)*1024*t)/5=2048*t

Vậy nhiệt độ ta đo được t = giá trị ADC/2048
Cảm biến LM35 kết nối với Arduino Uno

17


5.2 Thiết bị đầu ra
Thiết bị đầu ra ở đây chúng ta sử dụng còi báo động.Đây là còi báo động
được sử dụng để báo động khi có cháy sảy ra.

18


Điện áp hoạt động: 3,5V – 5,5V
Dòng hoạt động:< 25mA
Tần số âm thanh: 2500Hz
6. Phuơng án thiết kế
6.1 Yêu cầu kỹ thuật cụ thể
-

Hệ thống đựoc thiết kế gọn nhẹ giá cả phù hợp.

-

Mạch đựoc thiết kế tối ưu , có độ cảm biến chính xác , mạch có thể điều

chỉnh được nhiệt độ với tuỳ từng môi truờng.
6.2 Sơ đồ chức năng hệ thống

Khối cảm

biến

Khối Xử lý
trung tâm

Khối hiển
thị và thông
báo

Khối cảm biến
Khối cảm biến nhiệt độ có chức năng nhận biết được nhiệt độ trong phòng thay
đổi.LM35 là loại cảm biến cho đựoc giá trị chính xác cao.Giúp ta cho bộ xử lý
trung tâm có thể dễ dàng đọc đựoc giá trị và xử lý kết quả và đưa ra thông báo
cho hệ thống báo cháy.
19


Đây là hệ thống ta lập trình sẵn cho vi điều khiểu để có thể so sánh với nhiệt độ
môi truờng hay môi truờng cháy để có thể đưa ra kết quả chính xác.
Khối xử lý trung tâm
Khối chuyển đổi nhận tín hiệu từ khối cảm biến đưa qua bộ xử lý trung tâm để xử
lý kết quả từ bộ cảm biến đưa vào và đưa ra thông báo cho bộ điều khiển.
Khối hiển thị và thông báo
Khi tín hiệu được xử lý qua bộ xử lý tín hiệu trung tâm. Qua phân tích và làm
việc của các ic so sánh với nhiệt độ mà chúng ta đã đặt sẵn cho bộ xử lý và đưa
kết quả ra hệ thống thông báo. Khi hệ thống thông báo thông báo thì lúc đó là có
hiện tuởng cháy xảy ra.
7.

Sơ đồ nguyên lý của mạch cảm biến nhiệt độ

Nguyên tác hoạt động của mạch cảm biến nhiệt độ:Quy trình hoạt động của
hệ thống báo cháy là một chu trình kép kín. Khi có hiện tuợng về cháy như
nhiệt độ tăng đột ngột khi đó các thiết bị đầu vào ( khối cảm biến ) sẽ nhận biết
tín hiệu và truyền thông tin của sự cố về trung tâm báo cháy.Tại đây trung tâm
sẽ xử lý thông tin nhận đuợc , truyền thông tin đến đầu ra các thiết bị sẽ phát âm
thanh cảnh báo để cho mọi nguời biết, để có thể xử lý kịp thời.

20