Thiết kế và thi công hệ thống báo cháy sử dụng công nghệ iot

TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Tp. HCM, ngày

tháng

năm 2020

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Bùi Nguyễn Nhật Tân

MSSV: 16141270

Mai Trọng Khánh

MSSV: 16141180

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử - Truyền thơng

Mã ngành: 41

Hệ đào tạo: Đại học chính quy

Mã hệ: 1

Khóa: 2016

Lớp: 1614DT2

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BÁO CHÁY SỬ

DỤNG CÔNG NGHỆ IOT
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
Hệ thống giám sát và báo động khi phát hiện lửa ,khí gas hoặc nhấn nút cảnh báo
được thực hiện với các số liệu ban đầu như sau:
- Hệ thống thu thập dữ liệu về nồng độ khí gas theo giá trị % để giám sát nồng độ khí
gas có ở trong khơng khí, phát hiện có lửa hay khơng, đồng thời đo nhiệt độ và độ ẩm khơng
khí.
- Hiển thị giá trị thu thập được trên LCD và trên trang web để theo dõi tình trạng
nồng độ khí gas, nhiệt độ, độ ẩm, lửa trong khơng khí.
- Nếu phát hiện nồng độ khí gas trong khơng khí tăng lên, có lửa hoặc nút cảnh báo
được nhấn sẽ báo động thơng qua cịi báo động, tin nhắn sms.

i


2. Nội dung thực hiện
- Xác định mục tiêu và giới hạn đề tài.
- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết.
- Thiết kế và thi công mạch nguồn.
- Thiết kế khối cảm biến, khối hiển thị, khối báo động tại chỗ, khối up dữ liệu lên
web, khối báo động qua tin nhắn.
- Thiết kế và thi cơng bộ xử lí thứ cấp, bộ xử lí trung tâm.
- Viết code cho Arduino Mega 2560, nodeMCU ESP8266.

- Tạo tài khoản trên web 000webhost để liên kết và đưa dữ liệu lên.
- Thiết kế hộp bảo vệ cho board mạch.
- Chỉnh sửa các lỗi điều khiển, lỗi lập trình và lỗi của các thiết bị.
- Chạy thử nghiệm hệ thống.
- Cân chỉnh hệ thống.
- Viết luận văn.
- Báo cáo đề tài tốt nghiệp.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 9/3/2020
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 11/8/2020
V. HỌ VÀ TÊN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Minh Tâm
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ii


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM
Khoa Điện - Điện Tử

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

Bộ Mơn Điện Tử Cơng Nghiệp

Tp. Hồ Chí Minh, ngàythángnăm 2020

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Bùi Nguyễn Nhật Tân

MSSV: 16141270

Họ tên sinh viên: Mai Trọng Khánh

MSSV:16141180

Lớp: 16141DT2
Tên đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Hệ Thống Báo Cháy Sử Dụng Công Nghệ IOT

Tuần/ngày

Nội dung

Tuần 1

- Gặp GVHD để phổ biến quy định: thực hiệ
chọn đề tài, tên đề tài, thời gian làm việc.

(9/3 – 18/3)

- Duyệt đề tài.

Xác nhận GVHD

- Viết đề cương cho đề tài.
- Tìm kiếm các kiến thức, thơng tin về đặc
tính nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng khơng kh
Tuần 2

của căn phịng mong muốn.

(23/3 – 29/3)

- Tìm hiểu các cảm biến sử dụng trong đề tài
- Tìm hiểu về cách thức lập trình ứng dụn
thiết kế Web Server.

Tuần 3

- Thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng.

(30/3 – 5/4)

- Tính tốn lựa chọn linh kiện cho từng khối.

Tuần 4

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý và giải thích hoạt

(6/4 – 12/4)

động của mạch.

iii


Tuần 5
(13/4 – 19/4)
Tuần 6

(20/4 – 26/4)

- Thi công mạch, xây dựng mơ hình.
- Lập trình hệ thống.
- Thiết kế Web Server.
- Thi cơng mạch, xây dựng mơ hình.
- Lập trình hệ thống.
- Thiết kế Web Server.

Tuần 7

- Thi cơng mạch, xây dựng mơ hình.

(27/4 – 3/5)

- Lập trình hệ thống.
- Thiết kế Web Server.

Tuần 8
(4/5 – 10/5)
Tuần 8
(11/5 – 17/5)
Tuần 12
(8/6 – 14/6)

- Thi công mạch, xây dựng mô hình.
- Lập trình hệ thống.
- Thiết kế Web Server.
- Thi cơng mạch, xây dựng mơ hình.
- Lập trình hệ thống.

- Thiết kế Web Server.
- Kiểm tra, hồn thiện mơ hình, chạy thử và
sửa lỗi.
- Viết báo cáo.

Tuần 13

- Hoàn thiện mơ hình, chạy thử và sửa lỗi.

(15/6 – 21/6)

- Viết báo cáo.

Tuần 15
(22/6 – 28/6)

-Hoàn thiện, chỉnh sửa báo cáo gửi ch
GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước kh
in báo cáo.

Tuần 16

-Làm slide, báo cáo với GVHD

(29/7 – 5/7)
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iiv

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và khơng sao
chép từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó.

Người thực hiện đề tài
Mai Trọng Khánh
Bùi Nguyễn Nhật Tân

v


LỜI CẢM ƠN
Nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Minh Tâm đã trực tiếp hướng dẫn,
góp ý, chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu, tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện để chúng em
hoàn thành tốt đề tài.
Nhóm em xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy, cô trong Khoa Điện - Điện Tử
đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.
Nhóm cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 1614DT2 đã chia sẻ trao đổi
kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Cảm ơn đến cha mẹ đã tạo điều kiện tốt nhất về kinh tế và tinh thần để con hoàn
thành tốt đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
Mai Trọng Khánh
Bùi Nguyễn Nhật Tân

vi

MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Nhiệm vụ đồ án………………………………………………..………..….i
Lịch trình …………………………………………………………………iii
Cam đoan …………………………………………………….……………v
Lời cảm ơn…………………………………………………………...……vi
Mục lục……………………………………………………………………vii
Liệt kê hình vẽ………………………………………………………………x
Liệt kê bảng vẽ ……………………………………………………………xiii
Tóm tắt …………………………………………………………………….xiv

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN………………………………………...1
1.1 Đặt vấn đề………………………………………………………….…...1
1.2 Mục tiêu……………………………………………………………..….1
1.3 Nội dung nghiên cứu………………………………..………………..…2
1.4 Giới hạn……………………………………………………………..…..2
1.5 Bố cục đề tài…………………………………………………..……..….3

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT…………………………….…...4
2.1 Tổng quan về hệ thống IOT…………………………………………..…4
2.2 Giới thiệu các thiết bị vào ra sử dụng trong đề tài ………………………7
2.3 Giới thiệu phần cứng…………………………………………………..…7
2.3.1 Board Adruino Mega 2560…………………………………………..…7
2.3.2 Giới thiệu LCD 16x2…………………………………………….……..11
2.3.3 Module cảm biến khí gas MQ2……………………………….…...……13
2.3.4 Module giao tiếp Wifi ESP8266 node MCU………………………..….15
2.3.5 Module cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11………………….……..…16
2.3.6 Cảm biến lửa……………………………………………………...……..19
vii

2.3.7 Modue Sim900A……………………………………………………....21
2.3.8 Khối ngõ ra công suất………………………………………………....23
2.4 Chuẩn truyền dữ liệu nối tiếp Uart………………………………...……..24

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ………………...….……28
3.1 Giới thiệu……………………………………………………….…..28
3.2 Tính tốn và thiết kế hệ thống…………………………………...…28
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ……………………………..…..…..28
3.2.2 Tính tốn và thiết kế ………………………………………….…..29
3.2.3 Sơ đồ ngun lí tồn hệ thống………………………….………….35
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG …………………….……...…38
4.1 Giới thiệu…………………………………….…………….……..…...38
4.2 Thi công hệ thống……………………………………………….....…..38
4.2.1 Thi công bo mạch…………………………………………….……..……38
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra……………………………………………………….41

4.3 Đóng gói và thi cơng mơ hình………………….…..………………..……..43
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển…………………….……………………..….…..43
4.3.2 Thi cơng mơ hình……………………………………….…………..……43
4.4 Lập trình hệ thống…………………………………………………..….…..45
4.4.1 Lưu đồ giải thuật…………………………………………………..……..45
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển…………………….……..………52
4.4.3 Phần mềm lập trình cho Web…………………………..…………..….…55
4.4.4 Cơng cụ lập trình Web Server……………………………………..….….56
4.5 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác………...…………………...……57

viii

4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng…………………………………..……57
4.5.2 Quy trình thao tác ………………………………………………...……58

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ …………….….60
5.1 Giới thiệu…………………………………………………………….…....60
5.2 Kết quả đạt được……………………………………………………..……60
5.2.1 Biết cách sử dụng các cảm biến……………………………………..…..60
5.2.2 Biết cách lập trình Arduino Mega………………………………….……60
5.2.3 Biết cách sử dụng modul wifi ESP8266…………………………..….…61
5.2.4 Biết cách sử dụng modul sim 900A………………….……………....….61
5.3 Kết quả thực nghiệm……………………………………………….….…..61

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN………...…...68
6.1 Kết luận………………………………………………………..……..…....68
6.2 Hướng phát triển đề tài……………………………………………...…..…68

TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………..…....69
PHU LỤC…………………….. ………………………………..…….……70

ix


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1: Các thành phần cơ bản trong IOT…………………………………...4
Hình 2.2: Hình ảnh Arduino Mega 2560….……………………………………8

Hình 2.3: Sơ đồ chân của ATmega2560……………………………….………10
Hình 2.4: Hình và chân LCD 16x2…………………………………...………..11
Hình 2.5: Sơ đồ chân LCD 16x2………………………………………….……12
Hình 2.6: Mơ đun cảm biến khí gas MQ2………………………….…………..14
Hình 2.7: Hình ảnh ESP8266 ngồi thực tế………………………….…………15
Hình 2.8: Sơ đồ chân của ESP8266…………………………….…………...….16
Hình 2.9: Hình ảnh DHT11 ngồi thực tế……………..………………………..17
Hình 2.10: Thiết lập tín hiệu giữa MCU và DHT………………………...…….18
Hình 2.11: Đọc dữ liệu DHT………………………………………………..…..19
Hình 2.12: Hình ảnh cảm biến lửa ngồi thực tế……………….……………….20
Hình 2.13: Sim 900A………………………………………………………..…..20
Hình 2.14: Thứ tự chân Sim 900A………………………………………………21
Hình 2.15: Sơ đồ chân Relay………………………………………………….…23
Hình 2.16: Sơ đồ chân của 2SC1815……………………………………..……..24
Hình 2.17: Cấu trúc cơ bản của 1 frame dữ liệu…………………………………25
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống…………………………………………………...28
Hình 3.2: Sơ đồ kết nối Arduino Mega với cảm biến lửa………………..……...30
Hình 3.3: Sơ đồ kết nối Arduino Mega với cảm biến gas MQ2…………..…….30
Hình 3.4: Sơ đồ kết nối Arduino Mega với cảm biến DHT11…………….…….31
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối Arduino Mega với LCD 16x2………………………….32
Hình 3.6: Sơ đồ kết nối Arduino Mega với NodeMCU Esp8266……………….32
Hình 3.7: Sơ đồ kết nối Arduino Mega với relay………………………………..33
Hình 3.8: Sơ đồ kết nối Arduino Mega với module Sim 900A…………….……34
Hình 3.9: Khối báo nguồn……………………………………………………….35

x


Hình 3.10: Sơ đồ ngun lí tồn hệ thống………………………………………36
Hình 4.1: Mạch PCB…………………………………………………..………..39

Hình 4.2: Sơ đồ bố trí linh kiện…………………………………………..…….40
Hình 4.3: Hình ảnh thực tế mặt trướt của mạch khi hồn thành……………….42
Hình 4.4: Hình ảnh thực tế mặt sau của mạch khi hồn thành……………...….42
Hình 4.5: Đóng gói bộ điều khiển…………………………………………..….43
Hình 4.6: Mơ hình sản phẩm…………………………………………….….….44
Hình 4.7: Vị trí đặt các cảm biến trong mơ hình………………………….……44

Hình 4.8: Hình ảnh tồn mơ hình………………………………………………45
Hình 4.9: Lưu đồ điều khiển chế độ hoạt động………………………...……….46
Hình 4.10: Lưu đồ điều khiển chế độ Auto………………………………..……47
Hình 4.11:Lưu đồ điều khiển chế độ Manu………………………………...…..48
Hình 4.12: Lưu đồ truyền nhận dữ liệu chế độ Auto……………………...……49
Hình 4.13: Lưu đồ truyền nhận dữ liệu chế độ Manu…………………………..50
Hình 4.14: Lưu đồ điều khiển Web……………………………………………..51
Hình 4.15: Biểu tượng IDE……………………………………………………..52
Hình 4.16: Quy trình làm việc của Arduino…………………………………….53
Hình 4.17: Giao diện IDE…………………………………………………….…53
Hình 4.18: Giao diện menu IDE……………………………………..………….54
Hình 4.19: Giao diện Arduino Toolbar…………………………...…….………54
Hình 4.20: Biểu tượng của phần mềm Dreamweaver………………...….……..55
Hình 4.21: Biểu tượng của 000Webhost………………………………….….…56
Hình 4.22: Sơ đồ vận hành hệ thống……………………………………...…….59
Hình 5.1: Hình ảnh ban đầu của LCD………………………………….……….61
Hình 5.2 : Chọn chế độ điều khiển hoặc chế độ tự động…………….….………62
Hình 5.3 : Hệ thống phát hiện có ga trên web………………………….………..63
Hình 5.4 : Hệ thống phát hiện có ga và thơng báo trên LCD…………..………..63
Hình 5.5: Hệ thống phát hiện có lửa trên web………………………….……….64
Hình 5.6: Hệ thống phát hiện có lửa và thơn67g báo trên lcd……………….…….64

xi

Hình 5.7: Hệ thống phát hiện nhiệt độ tăng trên web………………………..….65
Hình 5.8: Hệ thống phát hiện nhiệt độ tăng cao và thơng báo trên lcd………….65
Hình 5.9: Web ở trạng thái lựa chọn chế độ manual……………………...…..…66
Hình 5.10: Cảnh báo được gửi về tin nhắn điện thoại……………………...……66

xii


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1: Thơng số chính của board Arduino Mega 2560……….….….8
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của ESP8266……………………………..16
Bảng 2.3: Mô tả các chân giao tiếp của module Sim 900A……….…….21
Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật của Relay…………………………………23
Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của 2SC1815………………………...……24
Bảng 3.1: Tính tốn điện áp và dòng điện của khối nguồn……….……..35
Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện…………………………………….…40

xiii


TĨM TẮT
Ngày nay với sự phát triển khơng ngừng của khoa học, công nghệ và kĩ thuật với
những ứng dụng tiên tiến, hiện đại làm thế giới đang thay đổi một cách nhanh chóng.
Sự phát triển của nghành điện tử đã tạo ra hàng loạt sản phẩm với đặc điểm nổi bật như

xử lí nhanh, gọn nhẹ, an tồn, chính xác… Một trong những ứng dụng quan trọng của
nghành kỹ thuật là điều khiển và giám sát thiết bị từ xa. Điều này giúp cho việc vận
hành các thiết bị trở nên dễ dàng, an toàn hơn khi các mối nguy hiểm được cảnh báo
trước.
Với mục tiêu thiết kế một hệ thống phát hiện được lửa và khí gas rị rỉ một cách
nhanh chóng và chính xác. Người sử dụng có thể giám sát các chỉ số mối trường tại nơi
đặt thiết bị thông qua internet. Hệ thống sẽ phát ra các cảnh báo đơn giản như nhắn tin,
bật chuông khi phát hiện sự cố. Nhóm sẽ thiết kế một hệ thống dựa vào những kiến
thức đã học và quan sát thự tế. Tất cả để có một hệ thống báo cháy dễ dàng lắp đặt và
sử dụng, mang lại cảm giác an toàn cho người sử dụng.

xiv


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, cùng với những hiểm họa từ thiên nhiên có thể xảy ra với con người
thì hỏa hoạn cũng là một mối nguy hiểm mà con người phải đề phòng nhất. Hậu quả mà
nó gây ra cho chúng ta là rất lớn và khó có thể lường trước.
Ở Việt Nam hiện nay, tốc độ xây dựng cơ sở hạ tầng đang diễn ra một cách mạnh
mẽ. Các tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại, trụ sở văn phòng… xuất hiện ngày một
dày đặc, đặc biệt ở các thành phố lớn. Các tịa nhà với tính chất kiến trúc rộng và đa
dạng, lại là nơi thường xuyên tập trung lượng lớn con người học tập, làm việc và được
trang bị nhiều tài sản quý giá luôn tiềm ẩn những nguy cơ khác nhau dẫn tới hỏa hoạn.
Mặc dù đã có nhiều biện pháp thông tin, tuyên truyền và sự nỗ lực của các cấp, các
ngành để chỉ đạo thực hiện cơng tác phịng chống cháy nổ, cứu nạn cứu hộ nhưng các vụ
cháy nổ vẫn xảy ra[3].
Do đó, vấn đề đặt ra ở đây là chúng ta cần cảnh giác cao về phòng cháy chữa cháy.

Chúng ta cần trang bị đầy đủ những phương tiện phòng cháy chữa cháy để kịp thời xử lý
khi có xự cố xảy ra. Bên cạnh đó là một hệ thống phát hiện và báo động kịp thời cũng rất
quan trọng. Chỉ có những hệ thống báo cháy, chữa cháy được thiết kế đúng đắn, đầy đủ
chức năng, ổn định và đạt tiêu chuẩn mới có thể đảm bảo cho cao ốc, nhà xưởng, căn hộ
của mình một cách chắc chắn khỏi những rủi ro do hoả hoạn gây ra. Từ những lý do trên
em chọn đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống báo cháy sử dụng công nghệ IOT” làm đề
tài cho đồ án tốt nghiệp của mình.

1.2 MỤC TIÊU
“Hệ thống báo cháy sử dụng công nghệ IOT” sẽ phát hiện được các dấu hiệu của
sự cháy nổ, khí nguy hiểm sau đó cảnh báo cho chúng ta kịp thời phịng tránh và đưa ra
các phương án xử lý hiệu quả nhất. Đề tài sử dụng adruino làm bộ xử lý trung tâm, các
cảm biến nhiệt độ, cảm biến lửa, cảm biến khi gas. Cùng thiết bị đầu ra như âm thanh
(chuông, cịi), quạt, máy bơm. Sau đó sẽ hiển thị các thông số trên web và điều khiển
các thiết bị đầu ra như quạt và máy bơm.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp với đề tài Thiết kế và thi cơng hệ thống báo
cháy, nhóm chúng em đã tập trung giải quyết và hoàn thành được những nội dung sau:
-

Nội dung 1: Kết nối Arduino Mega 2560 với các Module: cảm biến khí gas, cảm

biến nhiệt độ, cảm biến lửa.

-

Nội dung 2: Kết nối NodeMCU ESP8266 với Internet để cập nhật dữ liệu dùng cho

việc hiển thị.
-

Nội dung 3: Nghiên cứu xây dựng Webserver điều khiển hệ thống

-

Nội dung 4: Thiết kế mơ hình hệ thống.

-

Nội dung 5: Nguyên cứu lập trình để hiển thị dữ liệu lên LCD.

-

Nội dung 6: Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống.

-

Nội dung 7: Viết báo cáo thực hiện.

-

Nội dung 8: Bảo vệ luận văn.

1.4 GIỚI HẠN

- Sử dụng adruino mega làm trung tâm điều khiển.
- Thiết bị đầu vào: nhận thông tin nơi xảy ra sự cháy và truyền tín hiệu đến trung tâm
báo cháy.
+ Cảm biến khí gas giám sát trực tiếp phát hiện ra dấu hiệu khí gas.
+ Cảm biến nhiệt kiểm tra nhiệt độ của môi trường trong phạm vi được bảo vệ, khi nhiệt
độ của môi trường không thoả mãn những quy định thiết lập ban đầu, thì nó sẽ phát tín
hiệu báo động gửi về trung tâm xử lý.
+ Cảm biến lửa phát hiện tia cực tím phát ra từ ngọn lửa.
- Thiết bị đầu ra: Nhận tín hiệu từ trung tâm báo cháy truyền đến.
+ Chuông báo cháy: Được lắp đặt tại trung tâm xử lý, có chức năng phát tín hiệu báo
động bằng âm thanh trong trường hợp có sự cố xảy ra, nhằm thơng báo cho những người
xung quanh biết để có phương án xử lý, di tản kịp thời.
+Quạt: Có chức năng đẩy khỏi và khí độc ra ngoài nhằm giãm thiếu nguy hiểm cho
người ở trong.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
+Máy bơm: Có chứa năng chữa cháy trực tiếp khi có tín hiệu từ cảm biến.

1.5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI
Với đề tài: “Hệ thống báo cháy sử dụng cơng nghệ IOT” thì bố cục đồ án như sau:
• Chương 1: Tổng Quan. Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài,
mục tiêu của đề tài, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thơng số và bố cục đề tài.
• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này trình bày giới thiệu phần cứng của hệ thống
điều khiển, các chuẩn giao tiếp trong q trình truyền – nhận dữ liệu.
• Chương 3: Tính Tồn Thiết Kế. Chương này trình bày về cách tính toán, sơ đồ khối,
sơ đồ nguyên lý của các board mạnh của hệ thống: mạch điều khiển trung tâm, mạch

điều điều khiển thứ cấp, mạch nguồn cung cấp điện áp – dịng điện cho từng bộ xử lí
trong hệ thống.
• Chương 4: Thi Cơng Hệ Thống. Chương này trình bày về sơ đồ mạch in PCB, cách
lập trình, cách kiểm tra các mạch của toàn bộ hệ thống. Bên cạnh đó là hình ảnh thực tế,
cũng như kết quả mà hệ thống có tính đến thời điểm hiện tại.
• Chương 5: Kiểm tra và đánh giá kết quả thực hiện được. Chương này sẽ trình bày kết
quả thực hiện được đồng thời đưa ra những nhật xét và đánh giá với lý thuyết đã trình
bày ở Chương 2.
• Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển. Chương này trình bày những kết quả mà
đề tài đạt được, đồng thời đưa ra hướng phát triển để có được một đề tài hoàn thiện và
đáp ứng được nhu cầu cho cuộc sống hiện đại như ngày na

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG IOT

Hình 2.1: Các thành phần cơ bản trong IOT
IOT là mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối
Internet viết tắt là IoT là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được
cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thơng
tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người
với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không
dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả
năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một cơng việc

nào đó.
Internet of Things – IoT được đưa ra bởi các nhà sáng lập của MIT Auto-ID Center
đầu tiên, năm 1999 Kevin Ashton đã đưa ra cụm từ Internet of Things nhằm để chỉ các
đối tượng có thể được nhận biết cũng như sự tồn tại của chúng. Thuật ngữ Auto-ID chỉ
tới bất kỳ một lớp rộng của các kỹ thuật xác minh sử dụng trong công nghiệp để tự động
hóa, giảm các lỗi và tăng hiệu năng. Các kỹ thuật đó bao gồm các mã vạch, thẻ thơng

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
minh, cảm biến, nhận dạng tiếng nói, và sinh trắc học. Từ năm 2003 Kỹ thuật Auto-ID
trong các hoạt động chính là Radio Frequency Identification – RFID.
Ngày nay với khoảng 1,5 tỷ máy tính và trên 1 tỷ điện thoại có kết nối Internet.
Sự hiện diện “Internet of PCs” sẽ được chuyển sang IoT trong đó 50-100 tỷ thiết bị kết
nối Internet trong năm 2020. Một vài nghiên cứu còn chỉ ra trong cùng năm đó, số lượng
máy móc di động sẽ tăng gấp 30 lần so với hiện nay. Nếu không chỉ xem xét các kết nối
máy với máy mà là các kết nối giữa tất cả các vật thể thì số lượng kết nối có thể tăng lên
tới 100.000 tỷ. Trong một lý thuyết mới, các vật thể được kết nối là quá nhiều đến mức
có thể xóa nhịa ranh giới giữa mảnh và nguyên tử. Một vài tác giả tạo ra các khái niệm
mới để hiểu rõ hơn lý thuyết IoT. VD: “blogjects” để mô tả vật thể blog, “sprimes” để
chỉ nhận thức vị trí, nhận thức mơi trường, tự ghi log, tự tạo tài liệu, các vật thể duy nhất
mà cung cấp nhiều dữ liệu về bản thân chúng và môi trường của chúng, “informational
shadows” để chỉ các vật thể được kết nối.
Một số ví dụ về các thiết bị IoT
Khá nhiều đối tượng vật lý có thể được chuyển đổi thành thiết bị IoT nếu nó có
thể được kết nối với internet và điều khiển theo cách đó.
Một bóng đèn có thể được bật bằng ứng dụng điện thoại thơng minh là một thiết

bị IoT, như một cảm biến chuyển động hoặc một bộ điều chỉnh nhiệt thông minh trong
văn phòng của bạn hoặc đèn đường được kết nối. Một thiết bị IoT có thể đơn giản như
đồ chơi của trẻ em hoặc nghiêm trọng như một chiếc xe tải không người lái, hoặc phức
tạp như một động cơ phản lực hiện chứa hàng ngàn cảm biến thu thập và truyền dữ liệu
trở lại để đảm bảo nó hoạt động hiệu quả. Ở quy mô lớn hơn, các dự án thành phố thông
minh đang được lấp đầy bằng các cảm biến để giúp chúng ta hiểu và kiểm sốt mơi
trường.
Lợi ích của Internet of Things cho doanh nghiệp
Đôi khi được gọi là ngành cơng nghiệp IoT, lợi ích của IoT cho doanh nghiệp phụ
thuộc vào việc triển khai cụ thể, nhưng điều quan trọng là doanh nghiệp nên có

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
quyền truy cập vào nhiều dữ liệu hơn về các sản phẩm của chính họ và hệ thống nội bộ
của riêng họ và khả năng thay đổi lớn hơn.
Các nhà sản xuất đang thêm các cảm biến vào các thành phần của sản phẩm để họ
có thể truyền lại dữ liệu về cách chúng hoạt động. Điều này có thể giúp các cơng ty phát
hiện ra khi một thành phần có khả năng lỗi và trao đổi nó trước khi nó gây ra thiệt hại.
Các cơng ty cũng có thể sử dụng dữ liệu do các cảm biến này tạo ra để làm cho hệ thống
và chuỗi cung ứng của họ hiệu quả hơn, bởi vì họ sẽ có dữ liệu chính xác hơn nhiều về
những gì đang thực sự xảy ra.
IoT và big data
IoT tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ: từ các cảm biến được gắn vào các bộ phận của
máy hoặc cảm biến môi trường hoặc các từ chúng ta hét vào loa thơng minh của mình.
Điều đó có nghĩa là IoT là một trình điều khiển quan trọng của các dự án phân tích dữ
liệu lớn vì nó cho phép các công ty tạo ra các tập dữ liệu lớn và phân tích chúng. Cung

cấp cho nhà sản xuất một lượng lớn dữ liệu về cách các thành phần của nó hoạt động
trong các tình huống trong thế giới thực có thể giúp họ cải thiện nhanh hơn nhiều, trong
khi dữ liệu được loại bỏ từ các cảm biến xung quanh thành phố có thể giúp các nhà quy
hoạch thực hiện lưu lượng giao thông hiệu quả hơn.
IoT và đám mây
Lượng dữ liệu khổng lồ mà các ứng dụng IoT tạo ra có nghĩa là nhiều cơng ty sẽ
chọn xử lý dữ liệu của họ trên đám mây thay vì xây dựng một lượng lớn công suất nội
bộ. Gã khổng lồ điện tốn đám mây đã tính đến điều này: Microsoft có bộ Azure IoT của
mình, trong khi Amazon Web Services cung cấp một loạt các dịch vụ IoT, cũng như
Google Cloud.
IoT và thành phố thông minh
Bằng cách truyền bá một số lượng lớn các cảm biến trên một thị trấn hoặc thành
phố, các nhà hoạch định có thể hiểu rõ hơn về những gì đang thực sự xảy ra, trong thời
gian thực. Do đó, các dự án thành phố thơng minh là một tính năng chính của IoT. Các
thành phố đã tạo ra một lượng lớn dữ liệu (từ camera an ninh và cảm biến mơi trường)
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
và đã chứa các mạng cơ sở hạ tầng lớn (như các mạng điều khiển đèn giao thơng). Các
dự án IoT nhằm mục đích kết nối những thứ này, và sau đó bổ sung thêm trí thơng minh
vào hệ thống.
Sự phát triển của IoT
Khi giá của các cảm biến tiếp tục giảm, việc thêm nhiều thiết bị vào IoT sẽ trở
nên hiệu quả về mặt chi phí – ngay cả trong một số trường hợp có rất ít lợi ích rõ ràng
cho người tiêu dùng. Khi số lượng thiết bị được kết nối tiếp tục tăng lên, môi trường
sống và làm việc của chúng ta sẽ trở nên đầy ắp các sản phẩm thông minh – giả sử
chúng ta sẵn sàng chấp nhận sự đánh đổi bảo mật và quyền riêng tư. Một số sẽ chào đón

kỷ ngun mới của những điều thơng minh. Những người khác sẽ khơng thích điều này,
họ muốn một chiếc ghế chỉ đơn giản là một chiếc ghế.

2.2 GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ VÀO RA SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
- Thiết bị đầu vào: Cảm biến nhiệt độ DHT11, cảm biến khí gas, cảm biến lửa.
- Thiết bị đầu ra: Bơm nước, quạt.
- Thiết bị hiển thị: LCD 16x2.
- Thiết bị điều khiển trung tâm: Arduino Mega.
- Module wifi: Esp8266
- Module Sim 900A
- Thiết bị giao diện điều khiển: Laptop

2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.3.1 Board Adruino Mega 2560
a. Sơ lược
Arduino Mega 2560 là sản phẩm tiêu biểu cho dòng mạch Mega là dịng board
mạch có nhiều cải tiến so với Arduino Uno (54 chân digital I/O và 16 chân analog I/O).
Đặc biệt bộ nhớ flash của Mega được tăng lên một cách đáng kể, gấp 4 lần so với những
phiên bản cũ của Uno R3. Điều này cùng với việc trang bị 3 timer và 6 cổng ngắt
interrupt khiến board mạch Mega hồn tồn có thể giải quyết được nhiều bài tốn khó,
cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số cũng như
tương tự.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Ngoài việc phát triển được ưu tiên, việc kế thừa cũng được đặc biệt lưu ý. Trên
mạch Mega các chân digital vẫn từ 0-13, analog từ 0-5 và các chân nguồn tương tự thiết

kế của Uno. Do vậy việc phát triển, nghiên cứu Arduino Mega tương tự như Arduino
Uno. Ngoài ra, ở phiên bản này, các nhà thiết kế đã mạnh dạn thay đổi thiết kế. Để có
thêm được nhiều vùng nhớ và nhiều chân I/O hơn, một vi điều khiển khác đã thay thế
cho Atmega1280. Theo dòng phát triển của vi điều khiển nhúng, những dự án lớn cần
nhiều dung lượng flash hơn. Do vậy, Arduino Mega 2560 ra đời với sứ mệnh giải những
bài toán như thế[5].
b. Board Adruino Mega 2560
Arduino Mega 2560 là board mạch vi điều khiển, xây dựng dựa trên vi điều khiển
Atmega 2560. Cấu tạo gồm các thành phần sau:
-1 cổng USB: đây là cổng giao tiếp giữa arduino với máy tính dùng để nạp code, truyền
dữ liệu hoặc cấp nguồn cho arduino hoạt động.
-54 chân I/O được đánh số từ 0 – 53 có chức năng xuất nhập dữ liệu số (trong đó có 15
chân có thể sử dụng làm chân ouput với chức năng PWM).
-16 chân đầu vào Analog được đánh số từ A0 – A15 có chức năng nhận tín hiệu tương tự
từ bên ngồi vào.
-Ngồi ra Arduino Mega 2560 cịn có 5 chân GND, 3 chân 5V, 1 chân 3.3V, 1 nút reset,
4 chân lập trình SPI (chân 50-53), 4 UART, 1 thạch anh 16MHz, 1 jack nguồn, 1
header[5].

Hình 2.2: Hình ảnh Arduino Mega 2560
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bảng 2.1: Thơng số chính của board Arduino Mega 2560
Vi điều khiển

Atmega2560

Điện áp hoạt động

5V

Điện áp đầu vào (được đề nghị)

7-12V

Điện áp đầu vào (giới hạn)

6-20V

Số lượng chân I/O

54 (trong đó có 15 chân PWM)

Số lượng chân input Analog

16

Dòng điện DC mỗi I/O

40 mA

Dòng điện DC với chân 3.3V

50 mA
256 kB trong đó có 8 kB sử dụng bởi

Bộ nhớ flash
bộ nạp khởi động

SRAM

8 kB

EEPROM

4 kB

Tốc độ xung clock

16 MHz

Kích thước

101,52 x 3,3 mm

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Khối lượng

37g

c. Vi điều khiển ATmega 2560
Được chế tạo theo kiến trúc RISC tiên tiến nên hiệu suất làm việc cao, điện năng
tiêu thụ thấp.

Hình 2.3: Sơ đồ chân của ATmega2560
Thông số kỹ thuật:
-100 chân.
-256 kB FlashROM
-Tốc độ tối đa: 16MHz
-Dung lượng bộ nhớ chương trình: 256kB
-Bộ nhớ EEPROM: 4kB
-Dung lượng bộ nhớ RAM: 8kB
-Số lượng Timer: 6
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
-ADC 16 kênh 10 bit
-Giao tiếp: TWI (I2C), SPI, USART
-12 chân PWM
-Điện áp hoạt động: 4.5 - 5.5 V. [7]
2.3.2 Giới thiệu LCD 16x2

LCD (Liquid Crystal Display) hay màn hình tinh thể lỏng được khá nhiều
thiết bị điện tử sử dụng. Màn hình cơng nghệ này dùng đèn nền để tạo ánh sáng
chứ không tự phát sáng được.

Hình 2.4: Hình và chân LCD 16x2

LCD hiển thị được 2 hàng mỗi hàng hiển thị được 16 kí tự. Hình 2.8 mơ tả sơ đồ
các chân của LCD 16x2.
Thơng số :
-Kích thước hiển thị : 16x2 dịng
-Màu hiển hiển thị : đen trắng
-Chế độ giao tiếp : 8 hoặc 4 bit
-Cỡ chữ hiển thị : 5x7 hoặc 5x10
-Số chân : 16

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

11