Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống giám sát và báo động khí gas

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:131

Thêm vào BST

Báo xấu

588
lượt xem 74
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hệ thống sẽ gồm nhiều bộ sử dụng cảm biến khí gas và đặt ở các vị trí có nguy cơ rò rỉ để thu thập tình trạng rò rỉ khí gas ở nơi đó. Khi có nguy hiểm sẽ gửi tín hiệu bằng sóng vô tuyến về bộ xử lí trung tâm để bộ xử lí trung tâm điều khiển gửi tín nhắn, gọi điện đến chủ nhà hay phòng bảo vệ để báo động có rò rỉ khí gas và cụ thể là nơi nào. Nhờ đó họ sẽ có biện pháp xử lí kịp thời. Bên cạnh đó, hệ thống còi báo động trong toàn hệ thống cũng sẽ báo động và hiển thị thông tin nơi rò rỉ lên màn hình LCD để mọi đang có ý định đi đến hoặc đi ngang khu vực nguy hiểm đó tránh xa.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống giám sát và báo động khí gas

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ BÁO ĐỘNG KHÍ GAS GVHD: Hà A Thồi SVTH: Đoàn Thanh Đủ MSSV: 14141068 Tp. Hồ Chí Minh – 07/2018 i
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 20 tháng 7 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đoàn Thanh Đủ MSSV: 14141068 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 1414DT2 I. TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ BÁO ĐỘNG KHÍ GAS. II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Hệ thống giám sát và báo động khí gas 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 không khí. - Hiển thị giá trị thu thập được trên LCD và trên trang web Thingspeak.com để theo dõi tình trạng nồng độ khí gas trong không khí. - Nếu phát hiện nồng độ khí gas trong không khí tăng lên, có rò rỉ khí gas nguy hiểm sẽ báo động thông qua còi báo động, tin nhắn sms và gọi điện. 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, khối truyền nhận dữ liệu bằng sóng RF. - Thiết kế và thi công bộ xử lí thứ cấp, bộ xử lí trung tâm. - Viết code cho Arduino Mega 2560, Arduino Uno R3. - Viết code cho ESP8266 NodeMCU. - Tạo tài khoản trên web thingspeak.com để liên kết và đưa dữ liệu lên. ii
- Thiết kế hộp bảo vệ cho board mạch. - Lắp ráp các board mạch, cảm biến vào hộp bảo vệ. - 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: 19/3/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/6/2018 V. HỌ VÀ TÊN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Hà A Thồi GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP iii
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 20 tháng 7 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đoàn Thanh Đủ Lớp: 1414DT2C MSSV:14141068 Tên đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ BÁO ĐỘNG KHÍ GAS Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD - Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, Tuần 1 tiến hành chọn đồ án. (19/3 –25/3) - GVHD tiến hành xét duyệt đề tài. Tuần 2 - Viết đề cương (26/3 – 1/4) - Viết lịch trình làm đề tài. -Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan với đề tài: Tuần 3 Cảm biến khí gas MQ2, Arduino Uno R3, Arduino Mega 2560, ESP8266 NodeMCU, LCD 16x2, (2/4 – 8/4) Module NRF24L01 thu phát sóng vô tuyến, Module Sim 900a mini. Tuần 4 - Tìm hiểu về giao tiếp giữa cảm biến, các module và thiết bị cảnh báo với Arduino ở bộ điều khiển (9/4 – 15/4) thứ cấp. - Tìm hiểu về giao tiếp giữa các module và thiết bị cảnh báo với Arduino ở bộ điều khiển trung tâm. Tuần 5 - Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng (16/4 – 22/4) các khối. - Tính toán thiết kế khối nguồn. - Kết nối tất cả các khối lại và thiết kế sơ đồ toàn Tuần 6 mạch, giải thích nguyên lý hoạt động của mạch. (23/4 – 29/4) - Vẽ PCB. Tuần 7 - Lập trình code cho VDK và tiến hành thi công (30/4 – 6/5) mạch iv
Tuần 8 - Lập trình code cho VDK và tiến hành thi công (7/5 – 13/5) mạch Tuần 9 - Lập trình code cho VDK và tiến hành thi công (14/5 –20/5) mạch Tuần 10 - Kiểm tra mạch thi công. (21/5 – 27/5) - Viết báo cáo những nội dung đã làm. - Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem xét Tuần 11 góp ý lần cuối trước khi in và báo cáo. (28/5 – 3/6) - Nộp quyển báo cáo và báo cáo đề tài. Tuần 12 - Làm slide (6-10 slide), báo cáo với GVHD. (4/6 – 10/6) GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) v
LỜI CAM ĐOAN Đề tài này nhóm chúng tôi thực hiện dựa trên sách vở và nghiên cứu từ tài liệu online để hoàn thiện đề tài, không sao chép từ bất cứ công trình nào đã có trước đó. Người thực hiện đề tài Đoàn Thanh Đủ vi
LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Hà A Thồi 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. 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. Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 1414DT2 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 Đoàn Thanh Đủ vii
MỤC LỤC Nội dung Trang Trang phụ bìa ...............................................................................................................i Nhiệm vụ đồ án ...........................................................................................................ii Lịch trình ....................................................................................................................iv Lời cam đoan ..............................................................................................................vi Lời cảm ơn ................................................................................................................vii Mục lục .................................................................................................................... viii Liệt kê hình ảnh ..........................................................................................................xi Liệt kê bảng ............................................................................................................... xv Tóm tắt .....................................................................................................................xvi 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 ............................................................................................................ 3 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 4 2.1 GIỚI THIỆU ...................................................................................................... 4 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ............................................................................. 4 2.2.1 Bộ điều khiển trung tâm ............................................................................. 4 2.2.2 LCD 16x2 ................................................................................................. 11 2.2.3 Module cảm biến khí MQ-2 ..................................................................... 15 2.2.4 Kit Wi-fi ESP8266 NodeMCU ................................................................. 17 2.2.5 Module thu phát sóng RF ......................................................................... 21 2.2.6 Module Sim900A mini ............................................................................. 25 2.2.7 Module Relay 1 kênh 5V .......................................................................... 29 2.2.8 Còi báo động 12V ..................................................................................... 31 2.3 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU................................................................ 32 2.3.1 Giao tiếp Serial – UART .......................................................................... 32 viii
2.3.2 Chuẩn truyền thông SPI............................................................................ 33 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .............................................................. 34 3.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................... 34 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG..................................................... 34 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống .................................................................... 34 3.2.2 Tính toán và thiết kế ................................................................................. 35 3.2.3 Sơ đồ nguyên lí toàn hệ thống .................................................................. 43 3.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ............................................................................... 46 3.3.1 Lưu đồ giải thuật....................................................................................... 46 3.3.2 Phần mềm lập trình ................................................................................... 55 3.3.3 Trang Web ThingSpeak.com .................................................................... 64 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ..................................................................... 67 4.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................... 67 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................................. 67 4.2.1 Thi công board mạch ................................................................................ 67 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra ................................................................................... 70 4.2.3 Thi công hộp bảo vệ ................................................................................. 71 4.2.4 Tài liệu hướng dẫn sử dụng thao tác ........................................................ 74 Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................................ 75 5.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................... 75 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .................................................................................. 75 5.2.1 Sử dụng cảm biến ..................................................................................... 75 5.2.2 Sử dụng Arduino Mega 2560, Arduino Uno R3 ...................................... 75 5.2.3 Đưa dữ liệu lên web Thingspeak.com dùng ESP8266 NodeMCU .......... 76 5.2.4 Truyền nhận thông tin qua lại dùng sóng vô tuyến (RF).......................... 76 5.2.5 Sử dụng module Sim thực hiện cuộc gọi và gửi tin nhắn ........................ 76 5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ........................................................................... 77 5.3.1 Hình ảnh hệ thống khi hoàn thành và đang hoạt động ............................. 77 5.3.2 Tình trạng hệ thống khi không có khí gas rò rỉ ........................................ 78 5.3.3 Tình trạng hệ thống khi rò rỉ khí gas khu vực 1 ....................................... 80 5.3.4 Tình trạng hệ thống khi rò rỉ khí gas khu vực 2 ....................................... 83 5.3.5 Tình trạng hệ thống khi rò rỉ khí gas khu vực 1 và 2 ............................... 86 5.4 NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ............................................................................... 88 ix
5.4.1 Nhận xét .................................................................................................... 88 5.4.2 Đánh giá .................................................................................................... 89 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIẾN .......................................... 90 6.1 KẾT LUẬN...................................................................................................... 90 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................................. 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 91 PHỤ LỤC .................................................................................................................. 92 x
LIỆT KÊ HÌNH ẢNH Hình Trang Chương 2 Hình 2.1 Hình ảnh thực tế Arduino Uno R3 ............................................................... 5 Hình 2.2 Hình ảnh thực tế Arduino Mega 2560 R3 .................................................... 6 Hình 2.3 Các thành phần chức năng của Arduino Uno R3 ......................................... 7 Hình 2.4 Các thành phần chức năng của Arduino Mega 2560 R3.............................. 7 Hình 2.5 Hệ thống đếm hàng tự động sử dụng Arduino ............................................. 9 Hình 2.6 Máy in 3D sử dụng công nghệ Arduino ....................................................... 9 Hình 2.7 Hệ thống nhà thông minh sử dụng Arduino ............................................... 10 Hình 2.8 Mô hình xe robot dò đường sử dụng Arduino ........................................... 10 Hình 2.9 Hình dáng của loại LCD 16x2 ................................................................... 11 Hình 2.10 Sơ đồ chân của LCD 16x2 ....................................................................... 11 Hình 2.11 Hình ảnh thực tế cảm biến khí MQ-2....................................................... 15 Hình 2.12 Hình ảnh thực tế module cảm biến khí Gas MQ-2 .................................. 17 Hình 2.13 Mạch nguyên lý đầy đủ cho ESP8266 ..................................................... 18 Hình 2.14 Sơ đồ chân kit Wifi ESP8266 NodeMCU................................................ 21 Hình 2.15 Module thu phát sóng RF nRF24L01 ...................................................... 22 Hình 2.16 Kích thước và vị trí các chân của module nRF24L01 ............................. 22 Hình 2.17 Sơ đồ chân nRF24L01 cho 1 khối QDN20 4x4 ....................................... 23 Hình 2.18 Sim900A .................................................................................................. 25 Hình 2.19 Phần giao tiếp simcard ............................................................................. 26 Hình 2.20 Mạch kiểm tra trạng thái kết nối của sim900A ........................................ 27 Hình 2.21 Module GSM GPRS Sim 900A Mini ...................................................... 29 Hình 2.22 Module relay 1 kênh 5V ........................................................................... 30 Hình 2.23 Còi báo động 12V .................................................................................... 31 Hình 2.24 Truyền dữ liệu qua lại giữa 2 VDK và VDK với PC ............................... 32 Chương 3 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................... 34 Hình 3.2 Sơ đồ kết nối cảm biến MQ-2 với Arduino UNO ...................................... 36 Hình 3.3 Sơ đồ kết nối Arduino UNO với LCD ....................................................... 36 xi
Hình 3.4 Sơ đồ kết nối Arduino MEGA với LCD .................................................... 37 Hình 3.5 Sơ đồ kết nối Arduino UNO với Relay và loa ........................................... 37 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối Arduino MEGA với Relay và loa ........................................ 38 Hình 3.7 Sơ đồ kết nối Arduino Mega 2560 với ESP8266 MCU ............................. 38 Hình 3.8 Sơ đồ kết nối Arduino UNO với module thu phát sóng nRF24L01 .......... 39 Hình 3.9 Sơ đồ kết nối Arduino MEGA với module thu phát sóng nRF24L01 ....... 39 Hình 3.10 Sơ đồ kết nối Arduino MEGA với module Sim900A mini. .................... 40 Hình 3.11 Mạch nguồn 5V 1A cho khối xử lí thứ cấp ......................................... 42 Hình 3.12 Mạch nguồn 5V 3A cho khối xử lí trung tâm...................................... 42 Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý khố xử lý thứ cấp .......................................................... 43 Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm...................................................... 44 Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ...................................................................... 44 Hình 3.16 Lưu đồ chương trình chính trung tâm ...................................................... 46 Hình 3.17 Lưu đồ chương trình khu vực 1................................................................ 48 Hình 3.18 Lưu đồ chương trình khu vực 2................................................................ 49 Hình 3.19 Lưu đồ chương trình con nhận cảnh báo từ khu vực 1 ............................ 50 Hình 3.20 Lưu đồ chương trình con nhận cảnh báo từ khu vực 2 ............................ 51 Hình 3.21 Lưu đồ chương trình con hiển thị LCD.................................................... 51 Hình 3.22 Lưu đồ chương trình con kiểm tra nguy hiểm ......................................... 52 Hình 3.23 Lưu đồ chương trình con Truyền nRF 1 .................................................. 53 Hình 3.24 Lưu đồ chương trình con Truyền nRF 2 .................................................. 54 Hình 3.25 Lưu đồ chương trình con gửi tin nhắn báo nguy hiểm............................. 54 Hình 3.26 Lưu đồ chương trình con gọi điện thoại báo nguy hiểm .......................... 55 Hình 3.27 Nhấp vào Windows Zip file for non admin install. ................................. 56 Hình 3.28 Nhấp vào JUST OWNLO để tải phần mềm. ............................................ 57 Hình 3.29 Chọn nơi lưu file và bấm Start Download. .............................................. 57 Hình 3.30 Giải nén file vừa tải. ................................................................................. 57 Hình 3.31 Giao diện của Arduino IDE. .................................................................... 58 Hình 3.32 Chạy file exe, sau đó nhấn Next. ............................................................. 59 Hình 3.33 Nhấn Install khi có yêu cầu xác nhận. ..................................................... 59 Hình 3.34 Quá trình cài đặt diễn ra. .......................................................................... 60 Hình 3.35 Nhấn Finish để kết thúc quá trình cài đặt................................................. 60 Hình 3.36 Vị trí các chức năng cơ bản ...................................................................... 61 xii
Hình 3.37 Mở ví dụ trong Arduino IDE ................................................................... 62 Hình 3.38 Chọn Board để kết nối board thực tế với phần mềm ............................... 63 Hình 3.39 Chọn cỗng COM board thực tế liên kết với máy tính .............................. 64 Hình 3.40 Đăng ký một tài khoản miễn phí .............................................................. 65 Hình 3.41 Tạo Data Channel ..................................................................................... 65 Hình 3.42 Lấy URL cần thiết để upload dữ liệu ....................................................... 66 Hình 3.43 Xem các dữ liệu này trong channel .......................................................... 66 Chương 4 Hình 4.1 Mạch PCB bộ xử lí trung tâm .................................................................... 68 Hình 4.2 Mạch PCB trạm thu khu vực 1 và 2 ........................................................... 68 Hình 4.3 Hình ảnh thực tế mạch trung tâm mặt trên khi hoàn thành ........................ 70 Hình 4.4 Hình ảnh thực tế mạch trung tâm mặt dưới khi hoàn thành....................... 70 Hình 4.5 Hình ảnh thực tế mạch khu vực 1 và 2 mặt trên khi hoàn thành ............... 71 Hình 4.6 Hình ảnh thực tế mạch khu vực 1 và 2 mặt trên khi hoàn thành ............... 71 Hình 4.7 Tấm PVC Foam.......................................................................................... 72 Hình 4.8 Bên ngoài hộp bảo vệ ................................................................................. 73 Hình 4.9 Bên trong hộp bảo vệ ................................................................................. 73 Chương 5 Hình 5.1 Trạm thu Khu Vực 1 đang hoạt động......................................................... 77 Hình 5.2 Trạm thu Khu Vực 2 đang hoạt động......................................................... 77 Hình 5.3 Bộ xứ lí trung tâm đang hoạt động ............................................................ 78 Hình 5.4 LCD và loa cảnh báo của trạm thu 1 khi chưa có rò rỉ khí gas .................. 78 Hình 5.5 LCD và loa cảnh báo của trạm thu 2 khi chưa có rò rỉ khí gas .................. 79 Hình 5.6 Bộ xử lí trung tâm khi chưa có rò rỉ khí gas .............................................. 79 Hình 5.7 Biểu đổ nồng độ khí gas khu vực 1 khi không rò rỉ ................................... 80 Hình 5.8 Biểu đổ nồng độ khí gas khu vực 2 khi không rò rỉ ................................... 80 Hình 5.9 LCD của trạm thu 1 khi khu vực 1 rò rỉ ..................................................... 81 Hình 5.10 LCD của trạm thu 2 khi khu vực 1 rò rỉ ................................................... 81 Hình 5.11 LCD của bộ xử lí trung tâm khi khu vực 1 rò rỉ ...................................... 81 Hình 5.12 Biểu đổ nồng độ khí gas khu vực 1 khi khu vực 1 rò rỉ ........................... 82 Hình 5.13 Cuộc gọi đến khi khu vực 1 rò rỉ.............................................................. 82 Hình 5.14 Tin nhắn cảnh báo khi khu vực 1 rò rỉ ..................................................... 83 Hình 5.15 LCD trạm thu 1 khi khu vực 2 rò rỉ ......................................................... 83 xiii
Hình 5.16 LCD trạm thu 2 khi khu vực 2 rò rỉ ......................................................... 84 Hình 5.17 LCD bộ xử lí trung tâm khi khu vực 2 rò rỉ ............................................. 84 Hình 5.18 Biểu đổ nồng độ khí gas khu vực 2 khi khu vực 2 rò rỉ ........................... 84 Hình 5.19 Cuộc gọi đến khi khu vực 2 rò rỉ.............................................................. 85 Hình 5.20 Tin nhắn cảnh báo khi khu vực 2 rò rỉ ..................................................... 85 Hình 5.21 LCD và loa cảnh báo của trạm thu 1 khi khu vực 1 và 2 rò rỉ ................. 86 Hình 5.22 LCD trạm thu 2 khi khu vực 1 và 2 rò rỉ.................................................. 86 Hình 5.23 LCD bộ xử lí trung tâm khi khu vực 1 và 2 rò rỉ ..................................... 86 Hình 5.24 Biểu đổ nồng độ khí gas khu vực 1 khi khu vực 1 và 2 rò rỉ ................... 87 Hình 5.25 Cuộc gọi đến khi khu vực 1 và 2 rò rỉ ...................................................... 87 Hình 5.26 Tin nhắn cảnh báo khi khu vực 1 và 2 rò rỉ ............................................. 88 xiv
LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Chương 2 Bảng 2.1 Chức năng các chân của LCD ................................................................... 12 Bảng 2.2 Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng ................................. 14 Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật cảm biến MQ-2 ............................................................ 16 Bảng 2.4 Chế độ boot up của ESP và cấu hình chân GPIO tương ứng .................... 19 Bảng 2.5 Các chế độ chính của nRF24L01 ............................................................... 24 Bảng 2.6 Trạng thái của đèn ..................................................................................... 27 Chương 3 Bảng 3.1 Các linh kiện sử dụng nguồn 3.3V trong khối xử lí thứ cấp .................... 40 Bảng 3.2 Các linh kiện sử dụng nguồn 3.3V trong khối xử lí trung tâm. ................ 41 Bảng 3.3 Các linh kiện sử dụng nguồn 5V trong khối xử lí thứ cấp. ....................... 41 Bảng 3.4 Các linh kiện sử dụng nguồn 5V trong khối xử lí trung tâm. ................... 41 Chương 4 Bảng 4.1 Bảng thống kê linh kiện sử dụng ............................................................... 69 xv
TÓM TẮT Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao. Một trong những ứng dụng quan trọng trong công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển thiết bị, giám sát môi trường từ xa. Chính những điều đó đã góp phần rất lớn giúp con người có những thiết bị ngày một thông minh và cảnh báo con người tránh được các nguy hiểm không phát hiện xử lí kịp thời. Nhìn chung, đề tài giám sát và báo động khí gas được các sinh viên thực hiện ở các đồ án môn học xoay quanh các nội dung như: Thu thập giá trị cảm biến và báo động bằng chuông và sms. Và nó chỉ có duy nhất 1 board mạch được sử dụng để đảm nhận xử lí mọi việc. Do đó, việc thiết kế và thi công một mô hình “Hệ thống giám sát và báo động khí gas” là một nhu cầu hết sức cần thiết và đây chính là lý do mà nhóm nghiên cứu quyết định chọn đề tài này. Đề tài này không những là một thực tại khách quan mà nó còn đóng vai trò đặc biệt quan trọng thực sự hiện tại cũng như trong tương lai sau này. Nội dung chính đề tài • Sử dụng Arduino Mega 2560 làm vi điều khiển cho bộ xử lí trung tâm. • Sử dụng Arduino Uno R3 làm vi điều khiển cho bộ xử lí thứ cấp. • Dùng kit Wi-fi ESP8266 NodeMCU đưa dữ liệu lên web. • Giám sát giá trị cảm biến ở các khu vực qua biểu đồ trên web thingspeak.com • Cảnh báo từ xa thông qua cuộc gọi và tin nhắn sms. xvi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay có lẽ khí gas chắc không còn xa lạ với mọi nhà bởi nó rất hữu ích giúp ta ở hầu hết mọi hoạt động từ nấu nướng ở gia đình đến áp dụng nhiều trong các dây chuyền sản xuất trong công nghiệp…Nhưng khi sử dụng nó cũng tồn tại các mối nguy hiểm như: có rò rỉ ta không phát hiện kịp thời mà tiếp xúc và vô tình ngửi phải sẽ ảnh hưởng lớn đến sức khỏe, tín mạng. Thậm chí, khi có tia lửa trong vùng không gian tồn tại khí gas sẽ gây ra cháy nổ. Chính vì tồn tại những rủi ro hết sức nguy hiểm đó nên nhóm chúng em đã chọn và nghiên cứu một giải pháp đề phòng tránh đó là “Hệ thống giám sát và báo động khí gas” thông minh. Hệ thống sẽ gồm nhiều bộ sử dụng cảm biến khí gas và đặt ở các vị trí có nguy cơ rò rỉ để thu thập tình trạng rò rỉ khí gas ở nơi đó. Khi có nguy hiểm sẽ gửi tín hiệu bằng sóng vô tuyến về bộ xử lí trung tâm để bộ xử lí trung tâm điều khiển gửi tín nhắn, gọi điện đến chủ nhà hay phòng bảo vệ để báo động có rò rỉ khí gas và cụ thể là nơi nào. Nhờ đó họ sẽ có biện pháp xử lí kịp thời. Bên cạnh đó, hệ thống còi báo động trong toàn hệ thống cũng sẽ báo động và hiển thị thông tin nơi rò rỉ lên màn hình LCD để mọi đang có ý định đi đến hoặc đi ngang khu vực nguy hiểm đó tránh xa. Không dừng lại ở đó hệ thống còn được kết nối với internet và đưa dữ liệu liệu lên web giúp ta có thể giám sát từ xa. 1.2 MỤC TIÊU - Thu thập dữ liệu nồng độ khí gas hiển thị lên LCD. - Khi một khu vực trong hệ thống gặp nguy hiểm, cả hệ thống đều báo động và nhận biết được đó là khu vực nào để hiển thị lên LCD. - Kết nối wi-fi cho hệ thống và đưa dữ liệu lên web thingspeak.com. - Điều khiển mở loa báo động khi phát hiện rò rỉ khí gas nguy hiểm. - Báo nguy hiểm thông qua gọi điện và tin nhắn điện thoại. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Xác định mục tiêu và giới hạn đề tài. - Tìm hiểu cơ sở lý thuyết. - 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, khối truyền nhận dữ liệu bằng sóng RF. - Thiết kế và thi công bộ xử lí thứ cấp, bộ xử lí trung tâm. - Thiết kế và thi công mạch nguồn. - Viết code cho Arduino Mega 2560, Arduino Uno R3. - Viết code cho ESP8266 NodeMCU. - Tạo tài khoản trên web thingspeak.com để liên kết và đưa dữ liệu lên. - Thiết kế hộp bảo vệ cho board mạch. - Lắp ráp các board mạch, cảm biến vào hộp bảo vệ. - 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 sách luận văn. - Báo cáo đề tài tốt nghiệp. 1.4 GIỚI HẠN - Số lượng trạm thu cảm biến: 2. - Hệ thống chỉ ở mức độ giám sát và cảnh báo từ xa. - Chưa kiểm tra giá trị cảm biến offline bằng điện thoại được. - Sử dụng module sim900A mini gọi điện và gửi tin nhắn cho 1 thuê bao lập trình trước. - Giám sát dữ liệu từ xa qua biểu đồ được thingspeak.com vẽ sẵn ở những nơi có kết nối internet hoặc 3G, 4G. - Đề tài được thiết kế hộp bảo vệ với chất liệu: bìa cứng. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.5 BỐ CỤC Với đề tài: “Hệ thống giám sát và báo động khí gas” 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 thông 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 quá trình truyền – nhận dữ liệu. • Chương 3: Tính Toàn 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 – dòng điện cho từng bộ xử lí trong hệ thống. • Chương 4: Thi Công 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: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Chương này trình bày kiến thức, cũng như kỹ năng mà nhóm được sau khi thực hiện đề tài như: sử dụng các cảm biến, truyền – nhận thông tin qua wifi hay sóng RF, điều khiển các thiết bị bằng board Arduino Mega 2560, board Arduino Uno R3 và đưa dữ liệu lên web dùng ESP8266 NodeMCU. • 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 nay. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU Trong chương này là các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài. 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG - Thiết bị đầu vào: Module cảm biến khí MQ-2. - Thiết bị đầu ra: LCD 16x2, Kit Wi-fi ESP8266 NodeMCU, Còi báo động 12V, Relay 5V. - Thiết bị vừa là thiết bị đầu vào vừa là thiết bị đầu ra: Module Sim900a mini, Module thu phát sóng RF nRF24L01. - Thiết bị điều khiển trung tâm: Arduino Uno R3, Arduino Mega 2560. - Chuẩn truyền thông: SPI, UART. - Thiết bị giám sát: Laptop, điện thoại có kết nối internet. 2.2.1 Bộ điều khiển trung tâm Trên thị trường có rất nhiều vi điều khiển để xử lý hệ thống như: vi điều khiển hãng Microchip (tiêu biểu PIC 16F887, 18F4550, vi điều khiển hãng ATMEL (AT89C52), RASPBERRY PI, ARDUINO. Với đề tài này nhóm đang thực hiện chúng em lựa chọn bộ điều khiển trung tâm là Arduino Uno R3, Arduino Mega 2560 R3. ❖ Giới thiệu về Arduino Uno R3 Arduino Uno R3 là một board điều khiển phù hợp nhất cho những người mới bắt đầu sử dụng vi xử lí ATmega328. Nó có 14 đầu vào / đầu ra số (trong đó 6 chân có thể được sử dụng làm đầu ra PWM), 6 đầu vào analog, một thạch anh thạch anh 16 MHz, một kết nối USB, một jack cắm điện, một đầu ICSP và một nút reset. Nó chứa mọi thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển; chỉ đơn giản kết nối nó với một máy tính bằng cáp USB hoặc sử dụng nó với một bộ chuyển đổi AC sang DC hoặc pin để bắt đầu. Bạn có thể làm việc với UNO mà không phải lo lắng quá nhiều về việc làm sai, kịch bản xấu nhất bạn có thể gặp là thay thế chip với một vài đô la và bắt đầu lại. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 4