HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẢNH BÁO, BÁO ĐỘNG NGUY CƠ KHÍ ĐỘC CHÁY NỔ TỪ XA CHO CHỦ NHÀ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẢNH BÁO, BÁO ĐỘNG NGUY CƠ KHÍ
ĐỘC CHÁY NỔ TỪ XA CHO CHỦ NHÀ.

Họ và tên sinh viên: LÊ TỰ QUỐC THÔNG.
TRƯƠNG NGỌC HƯNG
Ngành:CƠ ĐIỆN TỬ.
Niên khóa:2013-2017

Tháng 06/2017


CẢM TẠ
Em xin trân trọng cảm ơn tất cả quý thầy cô ở trường Đại Học Nông
Lâm TP.Hồ Chí Minh và quý thầy cô khoa Cơ Khí-Công Nghệ đã trang bị
cho em những kiến thức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt
quá trình học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã
giúp đỡ chúng em nhiệt tình trong quá trình thực hiện đề tài.
Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với thầy Nguyễn Tấn
Phúc đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình làm luận
văn tốt nghiệp.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân cũng như
bạn bè đã động viên, ủng hộ và luôn tạo điều kiện thuận lợi cho em
trong suốt quá trình hoàn thành luận văn.
Đặc biệt,em xin cảm ơn quý thầy cô trong hội đồng đã dành thời
gian nhận xét và góp ý để luận văn của em hoàn thiện hơn.

TPHCM,ngày 10 tháng 6 năm 2017.
Sinh viên thực hiện.
LÊ TỰ QUỐC THÔNG
TRƯƠNG NGỌC HƯNG

i


TÓM TẮT
Hiện nay khoa học kỹ thuật phát triển mạnh nhu cầu nâng cao chất
lượng cuộc sống của con người ngày càng tăng, Bên cạnh đó việc đảm
bảo an toàn tính mạng và tài sản con người được đặt lên hàng đầu.
Đề tài “Hệ thống tự động cảnh báo, báo động ngụy cơ khí độc, cháy nổ từ xa
cho chủ nhà”đã được xây dựng và chạy thử nghiệm thành công trên mô hình , Có khả
năng cảnh báo cho chủ nhà từ xa việc rò rỉ khí độc trong nhà thông qua sms tự động,
Ngoài ra hệ thống còn tích hợp thêm cơ cấu quạt thổi giúp duy trì nồng độ khí độc ở một
mức an toàn ,Kết quả đạt được là một sản phẩm hoàn chỉnh với đầy đủ tính năng đã đặt ra
để phục vụ thực tế cho con người.
Đề tài nghiển cứu này được xây dựng một báo cáo hoàn chỉnh về thiết kế phần cứng
lẫn phần mềm của một hệ thống giám sát,cảnh báo.
Nội dung báo cáo được trình bày theo bố cục sau:
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Tổng quan
Chương 3: Nội dung(vật liệu)và phương pháp nghiên cứu.
Chương 4: Kết quả-thảo luận
Chương 5: Kết luận-đề nghị.
Do thời gian thực hiện còn hạn chế, trình độ và kinh nghiệm có giới hạn nên đề tài
còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn
bè để đề tài của em được hoàn thiện hơn.

3


MỤC LỤC
Trang

4


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
IDE

Intergrated Development Enviroment.

I/O

Input/Output.

IC

Intergrated Circuit.

PWM

Pulse Width Modulation.

SPI

Serial Peripheral Interface.

USB

Universal Serial Bus.

I2C

Inter-Intergrated Circuit.

5


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1:Các cổng serial của arduino mega 2560.
Bảng 2.2: Nối dây giữa module Bluetooth với Arduino Uno.
Bảng 2.3: Nối dây giữa Module Sim 900A với Arduino MEGA 2560.
Bảng 2.4: Nối dây giữa Cảm biến MQ 135 với Arduino NANO.
Bảng 2.5 mã nhị phân led 7 đoạn a not chung.
Bảng 2.6 mã nhị phân led 7 đoạn cathode chung.
Bảng 4.1 Số liệu khi chưa có tác động khí (đơn vị %).
Bảng 4.2:Số liệu khi có tác động khí (đơn vị %).
Bảng 4.3:Số liệu sau khi giảm khí độc(đơn vị %).

6


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Board Arduino mega 2560.
Hình 2.2 Mạch nguyên lý IC Atmega2560.
Hình 2.3 Arduino nano.

Hình 2.4 Arduino UNO.
Hình 2.5 Module Bluetooth HC-05.
Hình 2.6 Sơ đồ chân module Bluetooth HC-05.
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý Sim 900A.
Hình 2.8 Sơ đồ chân module Sim 900A..
Hình 2.9 Sơ đồ chân Cảm biến MQ 135.
Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý Cảm biến MQ 135.
Hình 2.11 Đặc tính logaric của cảm biến.
Hình 2.12 Sơ đồ chân Mạch nguồn LM 2596.
Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý Mạch nguồn LM 2596.
Hình 2.14 Quạt thổi 220v.
Hình 2.15 Còi báo 3~24v..
Hình 2.16 Cấu tạo led 7 đoạn.
Hình 4.1 Mô hình nhà 3D.
Hình 4.2 Bản vẽ thiết kế 2D.
Hình 4.3 Khung mô hình hoàn chỉnh.
Hình 4.4 Sơ đồ khối mô hình thực tế.
7


Hình 4.5 Sơ đồ khối nguồn
Hình 4.6 Sơ đồ khối MASTER.
Hình 4.7 Sơ đồ khối SLAVE.
Hình 4.8 Sơ đồ khối đáp ứng.
Hình 4.9 Thuật toán cảnh báo khí độc.
Hình 4.10 Hình ảnh thực tế mô hình.
Hình 4.11 Màn hình điện thoại khi nhận tin nhắn báo động.
Hình 4.12 Mô hình khi chưa có khí độc lần 1.
Hình 4.13 SMS khi chưa có khí độc lần 1
Hình 4.14 Mô hình khi có khí độc lần 1.

Hình 4.15 SMS khi có khí độc lần 1
Hình 4.16 Mô hình sau khi giảm khí độc lần 1.
Hình 4.17 SMS sau khi giảm khí độc lần 1
Hình 4.18 Mô hình khi chưa có khí độc lần 2.
Hình 4.19 SMS khi chưa có khí độc lần 2
Hình 4.20 Mô hình khi có khí độc lần 2.
Hình 4.21 SMS khi có khí độc lần 2.
Hình 4.22 Mô hình sau khi giảm khí độc lần 2.
Hình 4.23 SMS sau khi giảm khí độc lần 2.
Hình 4.24 Mô hình khi chưa có khí độc lần 3.
Hình 4.25 SMS khi chưa có khí độc lần 3.
8


Hình 4.26 Mô hình khi có khí độc lần 3.
Hình 4.27 SMS khi có khí độc lần 3.
Hình 4.28 Mô hình sau khi giảm khí độc lần 3..
Hình 4.29 SMS sau khi giảm khí độc lần 3.
Hình 4.30 Biểu đồ tương quan lý thuyết và thực tế khi chưa có xuất hiện của khí độc
Hình 4.31 Tương quan cảm biến nhận được giữa thực tế và lý thuyết khi
có khí độc
Hình 4.32 Tương quan cảm biến nhận được giữa thực tế và lý thuyết
sau khi giảm khí độc
Hình 4.33 Thiết bị LPG (SPD202)

9


Chương 1
MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài:

Dưới dự phát triển không ngừng về khoa học – công nghệ. Đặc biệt là trong các
thiết bị tự động hoá phát triển mạnh mẽ. Trước nhu cầu đó đòi hỏi ở kỹ sư cơ điện tử
phải liên tục nghiên cứu phát triển các thiết bị trong các lĩnh vực: đời sống hằng ngày,
công nghiệp,y tế, quân sự,…Nhờ đó mà các kỹ sư đã sáng tạo ra các thiết bị, robot
giúp đỡ hoặc thay thế con người trong công việc nặng nhọc, nguy hiểm, khó khăn đòi
hỏi độ chính xác cao.
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, điện tử đã được ứng
dụng ở rất nhiều lĩnh vực trong thực tế để phục vụ nhu cầu chăm sóc sức khỏe, bảo vệ
tính mạng và tài sản của con người.
Qua tìm hiểu thực tế chúng tôi đã thấy được có rất nhiều vụ tai nạn thương tâm
xảy ra trong hầm mỏ, những nơi thiếu không khí và tồn đọng rất nhiều loại khí
độc.Điển hình là những vụ tai nạn :
-Sập hầm ở Quecreek, Mỹ ngày 24/7/2002.
-Tai nạn hầm mỏ ở tỉnh Sơn Tây Trung Quốc ngày 23/3/2016 làm 19 người thiệt
mạng 129 người bị mắc kẹt trong lòng đất.
-Tai nạn hầm mỏ ở Quảng Ninh ngày 17/3/2012 khiến 2 công nhân thiệt mạng.
Nhưng nếu sự cố được cảnh báo kịp thời thì sẽ giảm được rất nhiều thiệt hại về
người và tài sản.Trong cuộc sống công nghiệp hiện nay, hằng ngày con người chúng ta
phải tiếp xúc với nhiều loại máy móc thiết bị hoạt động, chúng sinh ra nhiều loại khí
độc thải ra môi trường làm việc với nông độ quá ngưỡng cho phép là điều khó thể
tránh khỏi. Việc sử dụng nhiên liệu là một điều thứ yếu trong cuộc sống này thì nguy
10


cơ cháy nổ cũng được đặt lên hàng đầu, đe dọa đến tính mạng và đời sống con
người.Vấn đề đặt ra: “Cần phải giám sát nồng độ khí độc có trong không khí đồng thời
cảnh báo kịp thời khi có nguy cơ gây hại hoặc xảy ra cháy nổ.” Để giải quyết vấn đề,
các kỹ sư đã nghiên cứu và chế tạo nên cảm biến khí độc MQ135 dùng để đo chất

lượng không khí có thể đo được nồng độ các khí độc như: NH3, NOx,Ancol, BenZen,
Khói, CO2,… có trong không khí. Cảm biến khí độc được sử dụng để kiểm tra chất
lượng không khí trong môi trường ở các tòa nhà, khu chung cư, khu công nghiệp,…
Nguyên lý hoạt động của hệ thống là khi nồng độ khí độc cũng như các khí gây
cháy nổ trong không khí vượt quá định mức an toàn cho phép thì cảm biến sẽ phát hiện
và gửi thông số điện áp tương ứng tới vi điều khiển. Vi điều khiển sẽ phân tính tín hiệu
gửi về,kích hoạt hệ thống phòng ngừa tương ứng và gởi tin nhắn báo động cho người
sử dụng.
Do nhu cầu sử dụng các hệ thống, thiết bị tự động của con người ngày càng tăng.
Đồng thời, mạng điện thoại di động phát triển rộng khắp và các thiết bị điện thoại di
động ngày càng có mức giá phù hợp với từng đối tượng. Đó là những mặt thuận lợi
của việc hình thành ý tưởng giám sát, cảnh báo và điều khiển các thiết bị bằng cách sử
dụng tin nhắn SMS và cuộc gọi điện thoại. Đây là một hình thức điều khiển thiết bị
thuận lợi, tiết kiệm được nhiều thời gian, công sức,cũng như chi phí lắp đặt khi sử
dụng.
Hiện nay, ở các nước phát triển việc áp dụng mô hình cảnh báo khí độc, cháy nổ
rất phổ biến, được trang bị ở hầu hết các chung cư, những nơi đông người, và trong
những điều kiện làm việc khắc nghiệt nguy hiểm như công nhân hầm mỏ cũng như
những trạm cấp,chứa nhiên liệu với số lượng lớn, cực kì nghiêm chặt trong vấn đề
cháy nổ.
Ở Việt Nam có đã có sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống này. Cụ thể như hệ
thống giám sát môi trường VESDA. Hệ thống đo chất lượng không khí và cảnh báo
công nghệ cao VNComtech.
Mặt khác, nhằm nghiên cứu đóng góp một phần nhỏ trong sự phát triển của khoa
học - kỹ thuật, nâng cao trình độ kỹ thuật ở Việt Nam sánh đôi cùng với các nước phát
11


triển khác trên thế giới. Đây là những lý do để chúng tôi chọn thực hiện đề tài: “Hệ
thống tự động cảnh báo, báo động nguy cơ khí độc, cháy nổ từ xa cho chủ nhà.” với

các tính năng kiểm tra chất lượng không khí trong môi trường, phát hiện cảnh báo kịp
thời nguy cơ cháy nổ, điều khiển từ xa hệ thống phòng ngừa nguy cơ cháy nổ và khí
độc hại bằng tin nhắn SMS và cuộc gọi điện thoại.
1.2 Lịch sử giải quyết vấn đề:

Việc nhận thức được tầm quan trọng của hệ thống cảnh báo khí độc báo động
cháy nổ từ xa cho chủ nhà. Việc tìm hiểu lịch sử phát triển của hệ thống cũng là một
trong những vấn đề cần thiết để tránh mắc phải những sai lầm. Sau đây là lịch sử phát
triển của mô hình.
Trước khi có các cảm biến điện tử hiện đại, các phương pháp phát hiện sớm sự rò
rỉ dựa trên các cảm biến có độ chính xác không cao.
Cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX, những người thợ mỏ thường mang theo
những con chim hoàng yến xuống đường hầm với họ giống như hệ thống phát hiện
sớm các khí độc hại đe dọa sự sống như CO2, CO, CH4...
Bình thường hoàng yến là loài chim rất hay hót, tuy nhiên chúng sẽ ngừng hót và
sẽ chết nếu không loại bỏ các loại khí độc này khỏi khu vực chúng đang sinh sống.
Đây là tín hiệu cảnh báo cho những người thợ mỏ nhanh chóng thoát khỏi khu vực
nguy hiểm.Trước khi phát triển các máy dò khí Carbon monoxide điện tử vào những
năm 1980 và 1990, Carbon monoxide được phát hiện bằng một loại giấy hóa học,
loại giấy này sẽ chuyển sang màu xám khi có sự tiếp xúc với Carbon monoxide. Kể
từ đó nhiều công nghệ, thiết bị điện tử đã được phát triển để phát hiện, theo dõi và
cảnh báo sự rò rỉ của một loạt các loại khí độc.
Vì chi phí và hiệu năng của các cảm biến điện tử đã được cải thiện, cho nên
chúng đã được kết hợp thành một hệ thống lớn hơn. Ban đầu chúng được sử dụng
trong các xe ô tô để kiểm soát các loại khí thải động cơ, hiện nay các cảm biến đo
khí cũng được sử dụng để đảm bảo an toàn và sự hài lòng của hành khách.
Các cảm biến đo khí Carbon dioxide đang được lắp đặt trong các tòa nhà như là
một phần của hệ thống kiểm soát thông gió. Hệ thống cảm biến đo khí độc phức tạp
tinh vi đang được nghiên cứu để sử dụng trong nhiều ngành khác nhau như chuẩn
đoán y tế, hệ thống giám sát và các hệ thống xử lý, vượt ra ngoài mục đích sử dụng

ban đầu của chúng là trong các phòng điều hành. Theo dõi cảnh báo khí CO và các
12


khí nguy hại khác đang ngày càng phổ biến và có thể được dùng như một yêu cầu
pháp lý.
Ban đầu, các máy đo dò phát hiện khí được chế tạo để phát hiện một khí duy
nhất, hay còn gọi là máy đo đơn khí. Tuy nhiên những máy đo dò khí hiện đại có thể
đo dò đồng thời 2 loại khí, máy đo 3 khí đồng thời, hay thậm chí có những model
máy đo 4 khí độc tiêu chuẩn, máy đo 5 khí hay máy đo dò phát hiện 6 khí cùng một
thời điểm.
Hiện nay với công nghệ tiên tiến hơn. Các thiết bị ngày càng được thu nhỏ về
kích thước nhưng vẫn đảm bảo được khả năng của nó.
1.3 Mục tiêu và phạm vi đề tài:
1.3.1 Mục tiêu của đề tài:
Nghiên cứu và chế tạo ra một sản phẩm công nghệ cao có thể làm học cụ trong
ngành Cơ điện tử - một thiết bị điều khiển không dây thông qua tin nhắn SMS, có ứng
dụng rộng rãi trong cuộc sống.
Tìm hiểu cách sử dụng module Sim 900A để truyền và nhận tin nhắn SMS.
Tìm hiểu cách sử dụng cảm biến MQ135 phát hiện khí độc, khí gas có khả năng
gây cháy nổ.
Tìm hiểu, nghiên cứu lập trình vi điều khiển trên board Arduino Uno R3, một
board mạch vi xử lý khá mới ở Việt Nam, qua đó kết hợp với module Sim 900A và
cảm biến khí độc MQ135 để xây dựng hệ thống tự động cảnh báo báo động nguy cơ
khí độc, cháy nổ từ xa. Từ đó khảo nghiệm tính chính xác cảm biến khí độc MQ135 và
module Sim 900A. Cho thấy được thế mạnh của nó trong việc cảnh báo, phát hiện
ngăn chặn kịp thời nguy cơ cháy nổ và khí độc hại.
Áp dụng lý thuyết đã học vào thực tế phát huy những khả năng của vi điều khiển
và các thiết bị công nghệ cao nhằm tạo ra các sản phẩm có tính đáp ứng cao trong
cuộc sống hằng ngày.

Nâng cao khả năng lập trình chương trình nền tảng trên board Arduino. Và khả
năng vẽ thiết kế trên các phần mềm thiết kế, mô phỏng.
Cuối cùng thiết kế, chế tạo và hoàn thiện một hệ thống tự động cảnh báo báo
động nguy cơ khí độc, cháy nổ bằng tin nhắn SMS và cuộc gọi điện thoại từ xa cho
chủ nhà nhằm lên phương án ngăn chặn kịp thời.
1.3.2 Phạm vi của đề tài:
Tên đề tài thực hiện: “Hệ thống tự động cảnh báo, báo động ngụy cơ khí độc,
cháy nổ từ xa cho chủ nhà.”

13


Để thiết kế, chế tạo nên một hệ thống tự động cảnh báo báo động nguy cơ khí
độc, cháy nổ điều khiển khiển từ xa thông qua tin nhắn SMS và cuộc gọi điện thoại là
rất phức tạp và tốn kém. Để đáp ứng được yêu cầu đó cần phải có một lượng thời gian
và kiến thức nhất định, bên cạnh đó vấn đề tài chính cũng là một yếu tố không kém
phần quan trọng khi thực hiện.
Với kiến thức nắm được trong những năm học tại trường, thời gian thực hiện còn
hạn hẹp, tài chính hạn chế nên em chỉ hoàn thành mô hình với một số tính năng cơ
bản. Cụ thể công việc như sau:
Thiết kế, chế tạo hệ thống tự động cảnh báo, báo động ngụy cơ khí độc, cháy nổ
từ xa.
Hệ thống sẽ đo nồng độ các chất khí có trong môi trường. Khi nồng độ khí độc
vượt ngưỡng an toàn hoặc có nguy cơ gây cháy nổ thì hệ thống sẽ tự động cảnh báo
bằng tin nhắn SMS hoặc cuộc gọi điện thoại cho chủ nhà đồng thời có báo động bằng
đèn và còi báo.
Có thể điều khiển trực tiếp hệ thống phòng ngừa tương đương, tắt mở quạt hút
thổi khí độc ra ngoài làm giảm nồng độ khí độc trong môi trường
Ngoài ra còn có thể giám sát, kiểm tra nồng độ khí độc trong môi trường, cũng
như nạp tiền và kiểm tra tài khoản cho sim gắn trên module sim bằng cú pháp tin nhắn

SMS.
Quy mô được áp dụng trên diện tích khoảng 50m2 bao gồm máy móc với sự tham
gia hoạt động của con người.
1.4 Hướng giải quyết vấn đề:

Đề tài dựa vào cơ sở thiết bị là board mạch Arduino, cảm biến khí độc, khí gas,
quạt thổi, thông báo qua module sim để trực tiếp điều chỉnh qua quá trình khảo
nghiệm.
Để thực hiện các công việc nêu trên đề tài sử dụng các thiết bị thí nghiệm và
phần mềm như sau:
•

Phần cứng bao gồm:
Vi điều khiển board Arduino Uno R3 sử dụng làm bộ xử lý trung tâm để nhận, thu xử
lý tin hiệu điều khiển hệ thống.
14


•

Module Sim 900A để làm mục đích truyền nhận tin nhắn sms cảnh báo cho người

•
•
•
•
•
•
•
•

dùng biết.
Cảm biến khí độc MQ135 dùng để đo chất lương không khí với sai số khoảng 5%
Mạch nguồn LM2596 mạch nguồn cấp cho module Sim.
Quạt hút, thổi khí độc (12V).
Relay 5V để bật tắt các thiết bị.
Đèn và chuông báo.
Linh kiện điện tử khác như: Dây điện kết nối, Nút nhấn, pin cell 3.7V, Đèn led.
Khung (vỏ): Mica 3mm cắt ghép theo bản vẽ.
Dụng cụ hỗ trợ: mỏ hàn điện, chì hàn, nhựa thông, đồng hồ VOM, tua vít, kiềm cắt
dây điện,…
Phần mềm bao gồm:

•
•
•

Phần mêm Arduino IDE để lập trình cho vi điều khiển Arduino.
Phần mềm AutoCad để thiết kế phần cứng cho thiết bị (vỏ thiết bị).
Phần mềm Proteus để mô phỏng mạch điện.
1.5 Phương pháp nghiên cứu:
-Thiết kế một mô hình nhà tượng trưng.
-Bố trí vị trí cảm biến sao cho khả năng phát hiện khí cao nhất.
-Sử dụng phương thức truyền thông tin trong môi trường một cách hiệu quả nhất.
-Thiết kế hệ thống điện an toàn, gọn đẹp phù hợp mới nhu cầu thực tế
1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Ý nghĩa khoa học:
Mô hình hệ thống tự động cảnh báo, báo động ngụy cơ khí độc, cháy nổ từ xa
giúp cho người dân Việt Nam nói riêng và trên toàn thế giới nói chung ứng dụng được
khoa học kỹ thuật – công nghệ vào thực tiễn, hạn chế tối đa thiệt hại, công sức của con

người, tạo một môi trường làm việc an toàn và hiệu quả. Nâng cao chất lượng đời sống
và công việc.
Từ kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần làm cho cơ sở lý luận để phát triển mô
hình hoàn chỉnh và thương mại hóa sản phầm làm ra.
Tạo ra bước đột phá mới trong việc áp dụng công nghệ cảnh báo khí độc cháy nổ
trong cuộc sống hằng ngày.
Nhằm đánh giá cao sự phát triển khoa học – kỹ thuật của Việt Nam so với các
nước phát triển trên thế giới. Riêng tại trường Đại học Nông Lâm TPHCM mặc dù hệ
15


thống tự động cảnh báo, báo động ngụy cơ khí độc, cháy nổ từ xa không còn xa lạ đối
với các thầy cô trong khoa cơ khí – công nghệ nhưng nó còn mới mẻ đối với các bạn
sinh viện đang học tại trường. Chính vì thế đây là cơ hội mà nhà trường đã tạo điều
kiện cho chúng em nghiên cứu đề tài này để tạo nền tảng cho những bạn khoá sau
thuộc chuyên ngành cơ điện tử, và các ngành khác có cơ sở nghiên cứu sâu và phát
triển hơn nhằm tạo ra sản phẩm có ứng dụng vào thực tiễn cao, nâng cao trình độ khoa
học kỹ thuật của Việt Nam nói chung và của trường Đại học Nông Lâm nói riêng.
Ý nghĩa thực tiễn:
Đề tài thiết kế, chế tạo hệ thống tự động cảnh báo, báo động ngụy cơ khí độc,
cháy nổ từ xa thích hợp với công việc giám sát chất lượng không khí các khu công
nghiệp, khu chung cư, tòa nhà, hầm mỏ, trên máy bay,… đồng thời cảnh báo báo động
khi có nguy cơ gây hại.
Góp phần đưa ra ý tưởng mới áp dụng trong công nghệ smart home.
Khẳng định khả năng thích ứng của nên công nghiệp - tự động hóa nước nhà.
1.7 Kết quả dự kiến đạt được:

Hoàn thành một thiết bị có khả năng cảnh báo khí độc cháy nổ từ xa.
Có đầy đủ các cơ cấu chấp hành để xử lý những tình huống nguy hiểm.
Thông báo cho người quản lý thông qua tin nhắn và có thể xử lý tình huống từ xa

Độ ổn định của hệ thống sai số không vượt quá sai số chung .
Thời gian đáp ứng của modul sim không quá lâu.

16


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Vi điều khiển – Arduino:
2.1.1 Arduino MEGA 2560:

17


Hình 2.1: Board Arduino MEGA 2560

Hình 2.2: Mạch nguyên lý IC Atmega2560
 Các thông số kỹ thuật của Aruino MEGA 2560:

Chip xử lý
ATmega2560
Điện áp hoạt động
5V
Điện áp vào (đề nghị)
7V-15V
Điện áp vào (giới hạn)
6V-20V
Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin 50 mA
Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin
40 mA

Flash Memory
256 KB với 8 KB dùng bởi
SRAM
8 KB
EEPROM
4 KB
Clock Speed
16 MHz
Kích thước
101.52 mm × 53.3mm
Khối lượng
36 gram
 Các chân Digital và chân Analog:
- Có 54 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Có 2 mức điện áp là 0V
và 5V với dòng vào và ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ngoài ra, Arduino
18


MEGA 2560 có 2 chân 20 (SDA) và 21 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với
-

-

các thiết bị khác.
Có 6 ngắt ngoài: chân 2 (interrupt 0), chân 3 (interrupt 1), chân 18 (interrupt
5), chân 19 (interrupt 4), chân 20 (interrupt 3), và chân 21 (interrupt 2).
Có 4 cổng Serial giao tiếp với phần cứng:
Bảng 2.1:Các cổng serial của arduino mega 2560.
CỔNG SERIAL
Cổng 1

Cổng 2
Cổng 3
Cổng 4
Có 15 chân có thể được

CHÂN TX
1
14
16
18
sử dụng như những chân

CHÂN RX
0
15
17
19
PWM là từ chân số 2 →

13 và chân 44, 45, 46. Cho phép xuất ra xung PWM (giá trị 0 – 255 tương
-

-

ứng với 0V đến 5V) bằng hàm analogWrite().
Có 16 chân vào Analog từ chân A0 đến chân A15, để đọc giá trị điện áp
trong khoảng 0V đến 5V.
Ngoài ra còn có:
1 cổng kết nối USB.
1 thạch anh với tần số dao động 16 MHz

1 jack cắm điện.
1 đầu ICSP.
1 nút reset.
LED 13: trên Arduino MEGA 2650 có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L).
Khi bấm nút (Reset) sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối
với chân số 13. Khi chân này được sử dụng, LED sẽ sáng.
2.1.2 Arduino NANO:

19


Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý IC Atmega328P

Hình 2.4: Boar Arduino NANO
 Các thông số kỹ thuật của Arduino NANO:

Chip xử lý
Điện áp hoạt động
Điện áp vào (đề nghị)

Atmega328P
5V
7V-12V
20


Điện áp vào (giới hạn)
Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin
Flash Memory
SRAM

EEPROM
Clock Speed
Kích thước
Khối lượng

6V-20V
40 mA
32 KB với 2 KB dùng bởi Bootloader
2 KB
1 KB
16 MHz
45 mm × 18 mm
5 gram

 Các chân Digital và chân Analog:
-

Có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Có 2 mức điện áp là 0V và 5V với

-

dòng vào và ra tối đa trên mỗi chân là 40mA.
Có 1 cổng Serial giao tiếp với phần cứng: 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để

-

gửi (transmit – TX) và nhận (receive– RX) dữ liệu TTL Serial.
Có 8 chân vào Analog từ chân A0 đến chân A7, để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V
→ 5V. Ngoài ra Arduino NANO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp

-

I2C/TWI với các thiết bị khác.
Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) ngoài các
chức năng thông thường ra còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng

-

giao thức SPI với các thiết bị khác.
Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM (giá trị 0 – 255

-

tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite().
LED 13: trên Arduino NANO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút
(Reset) sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi chân

-

này được sử dụng, LED sẽ sáng
Ngoài ra còn có:
+ 1 cổng kết nối Mini-B USB Jack.
+ 1 thạch anh với tần số dao động 16 MHz
+ 1 đầu ICSP.
+ 1 nút reset.
2.1.3 Arduino UNO:

21

a) Sơ đồ nguyên lý IC Atmega328

b) Boar Arduino UNO

Hình 2.4: Arduino UNO
 Các thông số kỹ thuật của Aruino Uno R3:

Chip xử lý
Điện áp hoạt động
Điện áp vào (đề nghị)
Điện áp vào (giới hạn)
Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin
Flash Memory
SRAM
EEPROM
Clock Speed
Kích thước
Khối lượng

-

ATmega328 họ 8 bit
5V DC
7V-12V
6V-20V
30 mA
32 KB với 0.5 KB dùng bởi
Bootloader
2 KB
1 KB

16 MHz
68.6 mm × 53.4 mm
25 gram

 Các chân Digital và chân Analog:
Có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Có 2 mức điện áp là 0V và 5V với

dòng vào và 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.
Có 1 cổng Serial giao tiếp với phần cứng: 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để

-

gửi (transmit – TX) và nhận (receive– RX) dữ liệu TTL Serial.
Có 6 chân vào Analog từ chân A0 đến chân A5, để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V
→ 5V. Ngoài ra Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp

-

I2C/TWI với các thiết bị khác.
Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) ngoài các
chức năng thông thường ra còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng

-

giao thức SPI với các thiết bị khác.
Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM (giá trị 0 – 255

-

tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite().
LED 13: trên Arduino NANO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút
(Reset) sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi chân
này được sử dụng, LED sẽ sáng.
Ngoài ra còn có:
- 1 cổng kết nối với máy tính qua cổng USB.
- 1 thạch anh với tần số dao động 16 MHz.
- 1 cổng cấp nguồn sử dụng jack 2.1 mm.
- 1 đầu ICSP.
- 1 nút reset.
22


2.2 Module bluetooth HC-05:

Bluetooth là chuẩn truyền thông không dây để trao đổi dữ liệu ở khoảng cách
ngắn chuẩn truyền thông này sử dụng sóng radio ngắn(UHF radio) trong dải tần số
ISM (2.4tới 2.485 GHz). Khoảng cách truyền của module này vào khoảng 12m trở lại.

Hình 2.5: Module Bluetooth HC-05.

23


 Thông số kỹ thuật:

- Điện áp hoạt động của UART 3.3V đến 5V.
- Quá điện áp trên sẽ gây hỏng module.

- Dòng điện khi hoạt động: khi đang thực hiện kết nối với thiết bị khác là 30mA,
sau khi đã kết nối với thiết bị khác và hoạt động truyền nhận bình thường là 8mA.
- Nguồn cấp phải có dòng ổn định.
- Chuẩn kết nối UART có thể chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400,
57600, 115200.
- Thông thường tốc độ mặc định là 9600,38400.
- Kích thước của module chính: 28 mm × 13 mm × 2.25 mm.
- Dải tần sóng hoạt động: 2.4 GHz.
- Chuẩn truyền Bluetooth: Bluetooth specification v2.0+EDRo.
- Thiết lập mặc định: Baud rate: 9600. 8.1.
- Mật khẩu kết nối mặc định: 1234.

(a) Mạch nguyên lý module HC-05

(b) Chân của Module HC-05

Hình 2.6: Sơ đồ chân module Bluetooth HC-05.
Module Bluetooth HC-05 có tất cả là 6 chân và được kết nối với vi điều khiển
(Board Arduino) theo bảng 2.1.

24


Để modul hoạt động chúng ta cần phải kết nối chúng với board vi điều khiển. Sau
đây là sơ đồ nối chân của modul bluetooth HC05 với Arduino.
Bảng 2.2: Nối dây giữa module Bluetooth với Arduino Uno:
Module Bluetooth HC-05

BoardArduino MEGA2560

VCC

5V

GND

GND

TXD

1

RXD

0

 Ứng dụng:

Module HC-05 nhỏ gọn, có nhiều chuẩn UART nên được sử dụng nhiều trong các
thiết kế mà cần phải kết nối tín hiệu bluetooth với thiết bị khác. Cũng vì thế mà module
HC-05 có ứng dụng rất lớn trong đời sống và các nghiên cứu khoa học.
2.3 Module Sim 900A:
Module Sim 900A là một module GSM/GPRS cực kỳ nhỏ gọn, hoạt động được ở 2
băng tần GSM EGSM 900MHz, DCS 1800MHz như là một loại thiết bị đầu cuối với một
Chip xử lý đơn nhân đầy sức mạnh, tăng cường các tính năng quan trọng dựa trên nền vi
xử lý ARM926EJ-S.
Nhiều lợi ích từ kích thước nhỏ gọn (24x24 mm), đáp ứng những yêu cầu về không

-

gian trong các ứng dụng.
Có những chức năng:
Gọi điện.
Nhắn tin sms

25