Đề tài: Hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas

i
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 CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
CẢNH BÁO, PHÒNG CHỐNG
HỎA HOẠN VÀ RÒ RỈ KHÍ GAS
GVHD : Hà A Thồi
SVTH1: Trần Minh Tâm
MSSV : 15141277
SVTH2: Đỗ Thị Huệ
MSSV : 15141168
Tp. Hồ Chí Minh – 6/2019

ii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày 1 tháng 6 năm 2019
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Trần Minh Tâm MSSV: 15141277
Đỗ Thị Huệ MSSV: 15141168
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 41
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa: 2015 Lớp: 15141DT
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO,
PHÒNG CHỐNG HỎA HOẠN VÀ RÒ RỈ KHÍ GAS
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
Hệ thống cảnh báo hỏa hoạn và rò rỉ khí gas được thực hiện với các số liệu ban đầu
như sau:
- Hệ thống thu thập dữ liệu từ cảm biến lửa, nhiệt độ, khí gas.
- Hiển thị giá trị thu thập được lên LCD và trang web Thingspeak.com để theo
dõi nồng độ khí gas, nhiệt độ trong phòng.
- Nếu phát hiện có gas, lửa hay nhiệt độ quá cao sẽ báo động bằng cách gọi, gửi
tin nhắn cho người sử dụng và mở quạt thông gió nhằm làm giảm nồng độ khí gas
trong không khí, kích hoạt máy bơm hoạt động dập tắt lửa.
2. Nội dung thực hiện:
- Lên ý tưởng đồ án
- Tìm hiểu về linh kiện sử dụng
- Thiết kế, thi công khối cảm biến đo nhiệt độ, cảm biến phát hiện lửa, cảm biến
rò rỉ khí gas.
- Thiết kế khối giao tiếp ngoại vi, lấy cơ sở dữ liệu trực tuyến thông qua Internet,
truyền nhận thông tin giữa trạm phụ và trạm trung tâm.
- Vẽ lưu đồ giải thuật.

iii
- Thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo và rò rỉ khí gas
- Lắp ráp các khối vào mô hình.
- Chạy thử nghiệm hệ thống.
- Cân chỉnh hệ thống.
- Viết luận văn
- Báo cáo đề tài tốt nghiệp
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/02/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/06/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Thầy Hà A Thồi
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

iv
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp.HCM, ngày 28, tháng 02, năm 2019
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Đỗ Thị Huệ
Lớp:15141DT1C MSSV:15141168
Họ tên sinh viên 2: Trần Minh Tâm
Lớp:15141DT2A MSSV:15141277
Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn
và rò rỉ khí gas
Tuần/ngày Nội dung
Xác nhận
GVHD
Tuần 3
(18/2 – 24/2)
Gặp GVHD để nghe phổ biến về yêu cầu làm
đồ án , tiến hành chọn đồ án
GVHD tiến hành xét duyệt đề tài
Tuần 4
(25/2 – 3/3)
Viết đề cương và lịch trình thực hiện đồ án tốt
nghiệp
Tuần 5
(4/3 – 10/3)
Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan tới đề tài:
cảm biến khí gas MQ2, cảm biến phát hiện
lửa flame sensor, cảm biến nhiệt độ DHT-22,
Arduino Uno R3, động cơ bơm P385,
ESP8266 Node MCU, LCD 16X2
Tuần 6
(11/3 – 17/3)
Tìm hiểu về giao tiếp giữa các module, các
cảm biến với Arduino ở bộ điều khiển trung
tâm
Tuần 7
(18/3 – 24/3)
Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức
năng các khối ( khối nguồn, khối xử lí, khối
hiển thị, khối cảm biến, khối truyền dữ liệu)
Tuần 8
(25/3 – 31/3)
Tính toán thiết kế khối nguồn, thiết kế sơ đồ
toàn mạch và giải thích nguyên lý hoạt động
của mạch
Tuần 9
(1/4 – 7/4)
Vẽ PCB
Vẽ lưu đồ giải thuật

v
Tuần 10
(8/4 – 14/4)
Lập trình code cho VDK và tiến hành thi
công mạch
Tuần 11
(15/4 – 21/4)
công mạch
Tuần 12
(22/4 – 28/4)
công mạch
Tuần 13
(29/4 – 5/5)
Kiểm tra , cân chỉnh mạch thi công
Viết báo cáo nội dung đã làm
Tuần 14
(6/5 – 12/5)
Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem
xét góp ý lần cuối trước khi in và báo cáo
Tuần 15
(13/5 – 19/5)
Nộp quyển báo cáo và báo cáo đề tài.
Làm slide (6-10 cái), báo cáo với GVHD
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

vi
LỜI CAM ĐOAN
Nhóm sinh viên – Đỗ Thị Huệ và Trần Minh Tâm xin cam đoan đây là đồ án
do nhóm tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Hà A Thồi. Nhóm chỉ tham khảo
các tài liệu trước đó và các nghiên cứu trên mạng online. Kết quả công bố trong khóa
luận tốt nghiệp là trung thực không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó.
Tp.HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2019
SV thực hiện đồ án
( Ký và ghi rõ họ tên)
Trần Minh Tâm Đỗ Thị Huệ

vii
LỜI CẢM ƠN
Nhóm thực hiện đồ án xin được gửi lời cảm ơn đặc biệt đến giảng viên hướng
dẫn thầy Hà A Thồi vì đã giúp đỡ nhóm trong quá trình thực hiện đồ án, người đã đưa
ra hướng nghiên cứu, giải đáp thắc mắc, cũng như tận tình quan sát nhóm làm việc.
Trong quá trình thực hiện nhóm đã tiếp thu được những kiến thức thực tế và cách làm
việc nghiêm túc, hiệu quả từ thầy.
Nhóm em xin gửi lời tri ân thành nhất đến các quý thầy cô trong khoa Điện -
điện tử đã hỗ trợ chúng em về những kiến thức nền tảng vững vàng, tạo điều kiện tốt
nhất cho sinh viên trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Sự hỗ trợ thầm lặng và vô cùng quan trọng từ gia đình và bạn bè luôn là động
lực để nhóm có thể làm việc hết khả năng và hoàn thành đồ án một cách tốt nhất.
Một lần nữa nhóm vô cùng hân hạnh khi được làm sinh viên tại trường ĐH Sư
Phạm Kỹ Thuật TPHCM, là học trò của những giảng viên đầy tâm huyết, lời cảm ơn
này cũng là sự ghi nhận sâu sắc mà nhóm muốn gửi đến thầy cô, gia đình và bạn bè.

viii
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.......................................................................... ii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................... iv
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... vi
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... vii
MỤC LỤC............................................................................................................... viii
DANH SÁCH HÌNH ẢNH...................................................................................... xii
DANH SÁCH BẢNG VẼ.........................................................................................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 CÁC LOẠI KHÍ GAS TRONG CÔNG NGHIỆP .....................4
2.1.1 Khái niệm...................................................................................................4
2.1.2 Ứng dụng của khí gas trong công nhiệp ....................................................4
2.1.2.1 Ứng dụng trong ngành thực phẩm ......................................................4
2.1.2.2 Ứng dụng trong thiết bị gia dụng........................................................4
2.1.2.3 Ứng dụng làm nhiên liệu khí đốt ........................................................6
2.1.3 Tính chất nguy hiểm cháy, nổ của gas.......................................................7
2.2 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ.......................................................7
2.2.1 Khái niệm...................................................................................................7
2.2.2 Phân loại cảm biến nhiệt độ .......................................................................8
2.3 GIỚI THIỆU TIA LỬA ĐIỆN..........................................................................8
2.3.1 Khái niệm...................................................................................................8
2.3.2 Điều kiện tạo ra tia lửa điện .......................................................................9
2.3.3 Ứng dụng....................................................................................................9
2.4 GIỚI THIỆU MẠNG DI ĐỘNG GSM.............................................................9
2.5 CÁC LOẠI MODULE SIM TRÊN THỊ TRƯỜNG.......................................11
2.5.1 Nguyên lý hoạt động................................................................................12
2.5.1.1 Giao tiếp UART với vi điều khiển....................................................12
2.5.1.2 Tập lệnh AT ......................................................................................12

ix
2.6 BỘ THU PHÁT SÓNG VÔ TUYẾN (RF)...................................................13
2.6.1 Sóng vô tuyến ( RF )................................................................................13
2.6.2 Bộ thu phát sóng vô tuyến (RF)...............................................................15
2.7 CÁC LOẠI MODULE THU PHÁT SÓNG RF .............................................17
2.7.1 Nguyên lý hoạt động................................................................................17
2.7.2 Giao tiếp SPI với vi điều khiển................................................................18
2.8 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG INTERNET .........................................................18
2.8.1 Cấu trúc của mạng Internet ......................................................................18
2.8.2 Các mạng truy nhập không dây................................................................18
2.9 CÁC LOẠI MODULE THU PHÁT WIFI .....................................................19
2.10 NGUỒN CUNG CẤP ...................................................................................20
2.10.1 Bộ chuyển đổi nguồn AC – DC .............................................................20
2.10.1.1 Bộ chuyển đổi Adapter ...................................................................20
2.10.1.2 Nguồn tổ ong...................................................................................21
2.10.2 Bộ chuyển đổi nguồn DC- DC...............................................................22
2.10.2.1 Mạch tăng áp BOOST.....................................................................22
2.10.2.2 Mạch hạ áp BUCK..........................................................................24
2.11 ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ................................................................25
2.11.1 Động cơ điện 1 pha ................................................................................25
2.11.2 Động cơ điện 3 pha ................................................................................26
2.12 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO.................................................26
2.12.1 Phần cứng...............................................................................................26
2.12.2 Phần mềm...............................................................................................27
2.12.3 Các loại Arduino ....................................................................................28
2.12.3.1 Arduino Uno R3..............................................................................28
2.12.3.2 Arduino Nano..................................................................................29
2.12.3.3 Arduino Mega 2560 R3...................................................................30
2.13 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU.............................................................31
2.13.1 Giao tiếp SPI ..........................................................................................31
2.13.2 Giao tiếp UART.....................................................................................32
2.13.3 Giao tiếp I2C..........................................................................................33
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG............................................38
3.1 GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG .....................................................38
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CHI TIẾT HỆ THỐNG ..................................38
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống....................................................................38
3.2.1 Tính toán và thiết kế mạch.......................................................................40

x
3.2.1.1 Cảm biến khí gas...............................................................................40
3.2.1.2 Cảm biến lửa .....................................................................................42
3.2.1.3 Cảm biến nhiệt độ .............................................................................43
3.2.1.4 Cảm biến siêu âm HC-SR04 .............................................................45
3.2.1.5 Chuông báo động ..............................................................................46
3.2.1.6 Khối hiển thị......................................................................................46
3.2.1.7 Module Wifi ESP8266......................................................................48
3.2.1.8 Mạch thu phát RF NRF24L01+ ........................................................50
3.2.1.9 Module SIM 800A MINI ..................................................................51
3.2.1.10 Khối xử lý trung tâm Arduino.........................................................52
3.2.1.11 Khối nguồn......................................................................................54
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống..................................................................55
3.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý của khối thu thập dữ liệu........................................55
3.2.3.2 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm...............................................57
3.2.3.3 Sơ đồ nguyên lý khối máy bơm ........................................................58
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................................60
4.1 GIỚI THIỆU ...................................................................................................60
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................................60
4.2.1 Thi công khối thu thập dữ liệu.................................................................60
4.2.2 Khối xử lý trung tâm................................................................................62
4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH........................................................64
4.3.1 Thi công hộp bảo vệ mạch .......................................................................64
4.3.2 Thi công mô hình .....................................................................................64
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG...............................................................................64
4.4.1 Lưu đồ giải thuật ......................................................................................64
4.4.1.1 Khối thu thập dữ liệu.........................................................................64
4.4.1.2 Khối xử lý trung tâm.........................................................................69
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển......................................................69
4.4.2.1 Giới thiệu phần mềm lập trình ..........................................................69
4.4.2.2 Giới thiệu về Web Thingspeak .........................................................73
4.5 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ THAO TÁC................................75
Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ...................................................76
5.1 GIỚI THIỆU ...................................................................................................76
5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC..................................................................................76
5.2.1 Sử dụng Arduino Nano ............................................................................76
5.2.3 Sử dụng module NRF24L01....................................................................76

xi
5.2.4 Đưa thông tin lên Web Thingspeak .........................................................77
5.2.5 Sử dụng module SIM 800A gọi và nhắn tin ............................................77
5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ..........................................................................77
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..............................................81
6.1 KẾT LUẬN.....................................................................................................81
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI....................................................................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................82
PHỤ LỤC..................................................................................................................83

xii
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Chương 2
Hình 2. 1: Sự nguy hiểm khi gas phát nổ....................................................................7
Hình 2. 2: Tia lửa điện ................................................................................................8
Hình 2. 3: Cấu trúc cơ bản của mạng di động...........................................................10
Hình 2. 4: Module SIM 800A mini...........................................................................11
Hình 2. 5: Module SIM 800l.....................................................................................11
Hình 2. 6: Module SIM 900A ...................................................................................11
Hình 2. 7: Giao tiếp UART giữa Module SIM và vi Arduino.................................12
Hình 2. 8: Sơ đồ mạch tạo sóng RF đơn giản ...........................................................16
Hình 2. 9: Sơ đồ mạch thu sóng đơn giản.................................................................16
Hình 2. 10: Mạch thu phát 6 kênh 2.4 GHZ L24YK-RX4 .......................................17
Hình 2. 11: Mạch thu phát sóng RF NRF24L01+.....................................................17
Hình 2. 12: Mạch thu phát RF UART LC12S 2.4Ghz..............................................17
Hình 2. 13: Giao tiếp SPI giữa thiết bị đầu và thiết bị cuối......................................18
Hình 2. 14: Mạng LAN không dây ...........................................................................19
Hình 2. 15: Mạng không dây diện rộng ....................................................................19
Hình 2. 16: Kit RF thu phát WIFI ESP8266 NodeMCU LUA CP2102...................19
Hình 2. 17: Kit RF thu phát WIFI ESP8266 NodeMCU LUA V3 CH340 ..............20
Hình 2. 18: Mạch thu phát Wifi ESP8266 UART ESP-01.......................................20
Hình 2. 19: Adapter 12V-1.5A..................................................................................21
Hình 2. 20: Nguồn tổ ong 12V-10A .........................................................................22
Hình 2. 21: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch tăng áp........................................23
Hình 2. 22: Mạch tăng áp XL6009 4A......................................................................24
Hình 2. 23: Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch hạ áp .................................................24
Hình 2. 24: Mạch hạ áp DC-DC LM2596 ................................................................25
Hình 2. 25: Động cơ xoay chiều một pha .................................................................25
Hình 2. 26: Hình ảnh Arduino Uno R3.....................................................................28
Hình 2. 27: Arduino Nano.........................................................................................29
Hình 2. 28: Arduino Mega 2560 R3 .........................................................................30
Hình 2. 29: Kết nối 1 thiết bị với Arduino theo chuẩn giao tiếp SPI........................31
Hình 2. 30: Cấu trúc của một Frame dữ liệu.............................................................33
Hình 2. 31: Bus I2C và các thiết bị ngoại vi.............................................................34
Hình 2. 32: Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn và chế độ nhanh...............34
Hình 2. 33: Hướng đi của xung Clock và hướng đi của đường dữ liệu....................35
Hình 2. 34: Trình tự truyền bit..................................................................................36
Hình 2. 35: Start bit và Stop bit.................................................................................37
Chương 3
Hình 3. 1: Sơ đồ khối thu thập dữ liệu......................................................................38
Hình 3. 2: Sơ đồ khối xử lý trung tâm ......................................................................39
Hình 3. 3: Hình ảnh khối máy bơm...........................................................................40
Hình 3. 4: Hình ảnh thực tế của cảm biến MQ-2......................................................40
Hình 3. 6: Hình ảnh thực tế module cảm biến khí Gas MQ-2 ..................................42
Hình 3. 7: Module cảm biến phát hiện lửa................................................................42
Hình 3. 8: Sơ đồ nguyên lý cảm biến phát hiện lửa..................................................43

xiii
Hình 3. 9: Cảm biến DHT22.....................................................................................44
Hình 3. 10: Hình cảm biến siêu âm...........................................................................45
Hình 3. 11: Giản đồ thời gian của cảm biến HC- SR04............................................45
Hình 3. 12: Hình ảnh còi báo động ...........................................................................46
Hình 3. 13: Hình ảnh LCD 16x2...............................................................................47
Hình 3. 14: Module ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 ...........................................48
Hình 3. 15: Sơ đồ chân Module ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 ........................49
Hình 3. 16: Mạch Thu Phát RF NRF24L01+............................................................50
Hình 3. 17: Sơ đồ chân Mạch Thu Phát RF NRF24L01+.........................................51
Hình 3. 18: Module SIM 800A Mini ........................................................................51
Hình 3. 19: Arduino Nano.........................................................................................52
Hình 3. 20: Sơ đồ chân Arduino Nano......................................................................53
Hình 3. 21: Sơ đồ khối của khối nguồn ....................................................................54
Hình 3. 22: Sơ đồ nguyên lý mạch hạ áp ..................................................................54
Hình 3. 23: Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp...............................................................54
Hình 3. 24: Sơ đồ nguyên lý khối thu thập dữ liệu...................................................55
Hình 3. 25: Sơ đồ khối xử lý trung tâm ....................................................................57
Hình 3. 26: Sơ đồ nguyên lý khối máy bơm .............................................................58
Chương 4
Hình 4. 1: PCB mặt sau khối thu thập.......................................................................60
Hình 4. 2: PCB mặt trước khối thu thập ...................................................................60
Hình 4. 3: Hình ảnh khối thu thập dữ liệu sau khi in................................................61
Hình 4. 4: Khối thu thập sau khi đã lắp linh kiện .....................................................62
Hình 4. 5: PCB mặt sau của khối trung tâm..............................................................62
Hình 4. 6: PCB mặt trước của khối trung tâm ..........................................................63
Hình 4. 7: Hình ảnh khối xử lý trung tâm sau khi in ................................................63
Hình 4. 8: Hình ảnh hệ thống sau khi hoàn thiện hộp bảo vệ...................................64
Hình 4. 9: Hình ảnh mô hình đề tài...........................................................................64
Hình 4. 10: Lưu đồ khối thu thập dữ liệu..................................................................65
Hình 4. 11: Lưu đồ đọc giá trị cảm biến ...................................................................66
Hình 4. 12: Lưu đồ truyền dữ liệu qua Module NRF24L01.....................................67
Hình 4. 13: Lưu đồ chương trình truyền dữ liệu UART sang NodeMCU................67
Hình 4. 14: Lưu đồ gửi dữ liệu lên Thingspeak........................................................68
Hình 4. 15: Lưu đồ khối xử lý trung tâm ..................................................................69
Hình 4. 16: Giao diện Arduino IDE..........................................................................70
Hình 4. 17: Chọn Arduino sử dụng...........................................................................71
Hình 4. 18: Chọn cổng COM kết nối với Arduino ...................................................72
Hình 4. 19: Hình ảnh truy cập trang Web Thingspeak .............................................73
Hình 4. 20: Đăng nhập tên tài khoản và mật khẩu....................................................74
Hình 4. 21: Chọn kênh quan sát................................................................................74
Hình 4. 22: Hình ảnh dữ liệu trên Thingspeak..........................................................74
Hình 4. 23: Quy trình thao tác sử dụng hệ thống......................................................75

xiv
Chương 5
Hình 5. 1: Hình ảnh ban đầu của khối thu thập dữ liệu ............................................77
Hình 5. 2: Hình ảnh ban đầu của khối xử lý trung tâm.............................................78
Hình 5. 3: Hệ thống phát hiện có gas........................................................................78
Hình 5. 4: Hệ thống nhắn tin cho người dùng...........................................................79
Hình 5. 5: Hệ thống phát hiện lửa.............................................................................79
Hình 5. 6: Hệ thống gọi điện thông báo phát hiện lửa..............................................80
Hình 5. 7: Thông tin cảm biến được cập nhật trên Thingspeak................................80

xv
DANH SÁCH BẢNG VẼ
Chương 2
Bảng 2. 1: Phân loại tần số sóng vô tuyến ................................................................15
Chương 3
Bảng 3. 1: Thông số kỹ thuật cảm biến khí gas MQ-2 .............................................42
Bảng 3. 2: Thông số kỹ thuật DHT22.......................................................................44
Bảng 3. 3: Chức năng các chân của LCD 16x2 ........................................................48
Bảng 3. 4: Danh sách linh kiện sử dụng nguồn 5V...................................................56
Bảng 3. 5: Danh sách linh kiện sử dụng nguồn 12V.................................................56
Bảng 3. 6: Danh sách linh kiện sử dụng nguồn 3.3V................................................56
Bảng 3. 7: Danh sách linh kiện khối xử lý trung tâm ...............................................58
Bảng 3. 8: Danh sách linh kiện khối máy bơm.........................................................59
Chương 4
Bảng 4. 1: Bảng thống kê linh kiện sử dụng cho khối thu dữ liệu............................62
Bảng 4. 2: Bảng thống kê linh kiện sử dụng cho khối trung tâm..............................63

xvi
TÓM TẮT
Hậu quả của sự cố cháy nổ và hỏa hoạn gây ra rất nặng nề và đáng báo động. Theo
như số liệu của Tổng cục Thống Kê (Bộ Kế hoạch và Đầu tư ) tính đến 4 tháng đầu
năm 2019 cả nước thiệt hại hơn 458 tỷ đồng, làm 10 người chết và mất tích, 19 người
bị thương. Nhằm nắm bắt được những số liệu trên và có thể hạn chế được phần nào
hậu quả mà hỏa hoạn và cháy nổ mang lại, nhóm em đã quyết định thiết kế và thi
công hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas.
Với mục tiêu là hệ thống có thể phát hiện được lửa và khí gas rò rỉ một cách
nhanh chóng và chính xác. Người dùng có thể giám sát nhiệt độ của môi trường tại
nơi đặt thiết bị từ xa thông qua internet. Phương thức cảnh báo đơn giản và thông
dụng như là gọi điện hay nhắn tin sẽ phù hợp đối mọi loại điện thoại di động có mặt
trên thị trường hiện nay. Nhóm sẽ thực hiện hệ thống thông qua việc tích lũy kiến
thức được học tại trường cũng như quan sát và nghiên cứu thực tiễn. Tất cả vì mục
đích hoàn thành được mô hình dễ lắp dặt, dễ sử dụng, tiết kiệm điện, mang lại cho
người dùng cảm giác tin cậy và an toàn.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo như số liệu thống kê về 9 tháng đầu năm 2018 có 2989 vụ cháy nổ, tổng
thiệt hại do hỏa hoạn gây ra là làm chết 73 người và bị thương 163 người, thiệt hại về
tài sản là 1589 tỷ đồng [1]. Số liệu trên là một con số đáng báo động về tình trạng
phòng chống cháy nổ của người dân cũng như chưa có đủ thiết bị an toàn để phòng
chống hỏa hoạn. Để đáp ứng được nhu cầu sử dụng thiệt bị phòng chống cháy nổ và
đảm bảo an toàn cho người dân nhóm em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế và thi
công hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas”. Hệ thống này
sử dụng vi điều khiển trung tâm là module Arduino và module WiFi ESP8266 Node
MCU, các cảm biến nhiệt độ, khí gas và cảm biến phát hiện lửa.
Dựa trên thực tế là chỉ có những thiết bị phòng cháy đơn giản như là đầu báo
cháy, đầu báo khói, đầu báo xì gas, hay các bình chữa cháy di động vẫn chỉ giải quyết
được phần nào hiện tượng cháy nổ và chưa hiệu quả. Vấn đề đặt ra là cần một thiết
bị có tích hợp cả 3 khả năng báo cháy, báo nhiệt độ và rò rỉ khí gas và người dùng có
thể giám sát trực tiếp số liệu trên internet thông qua laptop hoặc là Smart phone.
Nhóm em đã vận dụng các kiến thức được học tại trường cũng như khảo sát thực tế
để có thể hoàn thành được hệ thống như trên.
Hệ thống cảnh báo hỏa hoạn và rò rỉ khí gas dựa trên nền tảng kiến thức về lĩnh
vực điện tử, xã hội và môi trường. Nhóm phát triển hệ thống dựa trên đồ án môn học
trước là hệ thống báo quá nhiệt độ qua SMS [2]. Hệ thống sẽ được cải tiến thêm về
khả năng phát hiện lửa, báo cháy, rò rỉ khí gas, có cơ sở dữ liệu trực tuyến cho người
dùng.
1.2 MỤC TIÊU
Hệ thống cảnh báo hỏa hoạn và rò rỉ khí gas là một hệ thống thu thập các giá trị
của cảm biến, hiển thị dữ liệu lên LCD. Khi hệ thống phát hiện gas sẽ mở quạt để hút
khí gas ra ngoài, nếu phát hiện lửa sẽ mở máy bơm dập tắt lửa. Các thông tin mà cảm
biến thu thập được sẽ được cập nhật lên Thingspeak.com và thông báo qua điện thoại
người dùng bằng cách gọi điện hoặc gửi tin nhắn. Hệ thống cũng có khả năng tự
chuyển đổi nguồn cung cấp sang nguồn dự phòng khi có sự cố cúp điện.

Hệ thống sẽ giúp hạn chế hiện tượng cháy nổ, rò rỉ khí gas, đảm bảo an toàn về
tính mạng cũng như tài sản cho người sử dụng.
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Đối với đồ án: “Thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa
hoạn và rò rỉ khí gas” thì nội dung cần thực hiện bao gồm:
• NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về các nghiên cứu gần với đề tài đã có, những hạn chế
còn tồn tại từ đó đưa ra những giải pháp cho đề tài nhóm cần hướng tới.
• NỘI DUNG 2: Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài: nguyên nhân cháy
nổ, rò rỉ khí gas,…
• NỘI DUNG 3: Tìm hiểu các giao thức truyền nhận giữa các module, truyền
nhận tín hiệu thông qua sóng cao tần.
• NỘI DUNG 4: Lựa chọn các cảm biến cũng như vi điều khiển phù hợp với hệ
thống.
• NỘI DUNG 5: Tìm hiểu IDE – môi trường lập trình cho Arduino
1.4 GIỚI HẠN
- Hệ thống chỉ sử dụng ở những phòng nhỏ phòng bếp: 3x3m, phòng khách:
5x5m, garage 5x5m
- Sử dụng động cơ bơm P385 12VDC, kích thước: 86x46x46 mm để phun nước
xử lí hỏa hoạn.
- Giám sát nhiệt độ, phát hiện lửa, rò rỉ khí gas bằng cảm biến và sử dụng vi
điều khiển Arduino Nano (5VDC) làm khối xử lí trung tâm.
- Các trạm giám sát truyền nhận thông tin bằng sóng RF- khả năng truyền 100m
trong môi trường không có vật cản và hiển thị dữ liệu trên LCD 16X2 và trên cơ sở
dữ liệu trực tuyến.
- Sử dụng cảm biến phát hiện lửa flame sensor (3.3V-5VDC)
- Sử dụng cảm biến nhiệt độ DHT-22(5VDC), nhiệt độ hoạt động -40 o
C ~ 80o
C
- Sử dụng cảm biến phát hiện khí gas MQ-2 (5VDC), phát hiện được các loại
khí như LPG, Metan, Hydrogen.
- Kích thước mô hình 30x60x30 cm.

1.5 BỐ CỤC
• Chương 1: Tổng quan
Chương này trình bày đặt vấn đề lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên
cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Chương này tập trung vào các lý thuyết liên quan đến đề tài bao gồm các kiến
thức về khí gas, các loại module, các thiết bị ngoại vi, vi điều khiển sử dụng trong hệ
thống.
• Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán
Chương này trình bày về sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý của hệ thống, trình
bày chi tiết về các loại linh kiện, giao thức giao tiếp giữa các module với nhau.
• Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Dựa trên sơ dồ nguyên lý tiến hành thi công phần cứng là lập trình phầm mềm
cho hệ thống đáp ứng được các yêu cầu đã định ra.
• Chương 5: Kết Qủa, Nhận Xét và Đánh Giá
Chương này sẽ trình bày kết quả mà nhóm đã thực hiện so với mục tiêu ban
đầu, nhận xét hoạt động của hệ thống
• Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Tóm lược lại những điều nhóm đã thực hiện, đồng thời đưa ra hướng phát triển
để có được một đề tài hoàn thiện.

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU CÁC LOẠI KHÍ GAS TRONG CÔNG NGHIỆP
2.1.1 Khái niệm
Hiện nay, với đặc tính là nguồn nhiên liệu sạch và thân thiện với môi trường
thì khí gas dần khẳng định được vị trí quan trọng trong đời sống của chúng ta
và đã góp phần tạo nên sự văn minh của xã hội. Lợi ích của gas là rất tích cực, được
sử dụng rộng rãi trong dân dụng, thương mại, vận tải và các ứng dụng công nghiệp.
Gas là hỗn hợp của các chất Hydrocacbon, trong đó thành phần chủ yếu là
khí Propane (C3H8), Butane (C4H10) và một số thành phần khác.
2.1.2 Ứng dụng của khí gas trong công nhiệp
Khí công nghiệp là loại nguyên liệu khí được sản xuât để sử dụng trong công
nghiệp. Các khí trong công nhiệp được sửu dụng nhiều nhất như: nitrogen, oxy,
caarbon dioxide, hydro, acetylen,…
Các loại khí công nghiệp được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác
nhau. Bao gồm các ngành công nghiệp nặng như dầu khí, hoá dầu, hóa chất, điện,
khai thác mỏ, luyện kim, kim loại. Và cũng được sử dụng trong các ngành dược phẩm,
công nghệ sinh học, thực phẩm, nước, phân bón, điện hạt nhân, điện tử, hàng không
vũ trụ, phân tích thí nghiệm, kiểm nghiệm môi trường…
2.1.2.1 Ứng dụng trong ngành thực phẩm
Nước ngọt có gas đã trở thành loại nước giải khát quá quen thuộc trong cuộc
sống hàng ngày của chúng ta. Nước có gas chiếm đến 94% thành phần của nước ngọt,
có tên gọi hóa học là: Carbon dioxide (CO2) - có vai trò như một chất bảo quản nhẹ.
Khí CO2 được sử dụng nhiều trong ngành sản xuất nước giải khát và bia rượu.
Trong công nghiệp khí CO2 được điều chế từ các khí sinh ra khi lên men rượu
bia, phân hủy chất béo, từ các khí thu được trong sản xuất hóa chất, như sản xuất
amoniac hoặc tổng hợp methanol, từ khói các nhà máy công nghiệp đốt than.
2.1.2.2 Ứng dụng trong thiết bị gia dụng
a. Máy điều hòa
Gas điều hòa là môi chất được sử dụng trong hệ thống làm hạnh hấp thụ nhiệt,
có nhiệm vụ mang nhiệt từ nơi có nhiệt độ thấp thải ra nơi có nhiệt độ cao hơn. Đây

chính là thành phần không thể thiếu trong quá trình làm lạnh của hệ thống điều hòa
nói chung và các hệ thống làm lạnh nói riêng.
Các loại gas được sử dụng trong máy điều hóa không khí như gas R22, gas
R410A, gas R32 . . . nhưng được sử dụng nhiều nhất vẫn là gas R22 và Gas R410A.
❖ Gas điều hòa R22
Gas R22 là loại gas được sử dụng đầu tiên trên các máy lạnh, chiếm hơn 70%
trên thị trường điều hòa hiện nay, được sủ dụng cho máy điều hòa không khí loại
thường (không sử dụng công nghệ Inverter).
❖ Gas điều hòa R410A
Gas R410A có độ bay hơi cao hơn, và khi môi trường ở tầm thấp sẽ gây thiếu
oxi chính vì vậy mà phòng của bạn phải được thoáng khí nếu không sẽ rất nguy hiểm
khi có hiện tượng rò rỉ khí gas.
❖ Gas điều hòa R410A
Loại Gas R32 là loại gas mới nhất hiện nay, được ứng dụng sử dụng nhiều
nhất tại Nhật Bản. Loại gas này được phát minh ra nhằm thay thế cho loại gas R22
và loại R410A.
b. Tủ lạnh
Gas tủ lạnh được nằm trong các dây đồng có tác dụng chuyển tải nhiệt từ dàn
lạnh tới dàn nóng. Khí gas khi đi qua dàn lạnh sẽ hấp thụ nhiệt xung quanh dàn lạnh
để chuyển tới dàn nóng. Tại đây, khí gas sẽ được làm mát thông qua việc tản nhiệt ra
môi trường.
❖ Gas R12
Gas R12 là loại gas lâu đời nhất, được sử dụng phổ biến trong các tủ lạnh đời
cũ. Gas R12 bình thường có mùi hôi, khi đốt có màu xanh lá và mùi hắc, có thể gây
choáng và nhức đầu khi hít nhiều.
❖ Gas R134A
Do tính chất độc hại và gây nguy hiểm cho tầng Ozon của gas R12 nên gas
R134A được tạo ra để thay thế cho gas R12. Loại gas này được sử dụng phổ biến cho
nhiều loại tủ lạnh dân dụng hiện nay.

❖ Gas R404
Gas R404 là loại gas chuyên dùng cho các tủ cấp đông. Loại gas này được
thiết kế dành riêng cho nhu cầu làm đông ở nhiệt độ sâu hơn đồng thời đảm bảo
tuổi thọ cho máy nén, các chi tiết và dầu bôi trơn cao hơn.
❖ Gas R600
Gas R600 được ứng dụng trong các dòng tủ lạnh cao cấp. Gas R600 là Gas
Hidrocacbon (HC gas) nhằm bảo vệ môi trường và an toàn với tầng ozon, tránh hiện
tượng biến đổi toàn cầu.
2.1.2.3 Ứng dụng làm nhiên liệu khí đốt
a. Khí đốt hóa lỏng (Liquefied Petrolium Gas - LPG)
LPG là khí không màu, không mùi (được thêm mùi để dễ phát hiện khi bị rò
rỉ), nhiệt độ ngọn lửa từ 1890ºC đến 1935ºC, nhẹ hơn nước nhưng nặng hơn không
khí, dễ cháy, không chứa chất độc nhưng có thể gây ngạt thở.
Khí đốt ( Petrolium gas) là sản phẩm phụ thu được trong quá trình chế biến
dầu, Khí đốt được hóa lỏng để tạo thành LPG. Thành phần hóa học chủ yếu gồm
propan, butan và một lượng nhỏ propylen, butylen và các khí khác.
b. Khí thiên nhiên hóa lỏng (Liquefied Natural Gas - LNG )
LNG là khí không màu, không mùi, không vị, không độc hại và không có tính
chất ăn mòn, có nhiệt độ ngọn lửa khoảng 2440o
C và nhẹ hơn không khí.
Khí thiên nhiên (Natural gas) được hóa lỏng ở -120ºC đến -170ºC (tùy vào tỷ
lệ thành phần hỗn hợp trong chất khí), giúp dễ dàng bảo quản và vận chuyển.
c. Khí nén thiên nhiên( Compressed Natural Gas - CNG)
CNG là khí không màu, không mùi, có nhiệt độ ngọn lửa khoảng 1950ºC và
nhẹ hơn không khí. Thành phần chủ yếu của CNG gồm các hydrocarbon, trong đó
metan có thể chiếm đến 95%, etan chiếm 5% đến 10% cùng một lượng nhỏ propan,
butan và các khí khác.
Thông thường, hương lưu huỳnh được thêm vào giúp dễ phát hiện khi bị rò rỉ.
Do nhẹ hơn không khí nên trong trường hợp rò rỉ, khí thiên nhiên (cả CNG và LNG)
không gây thiệt hại nghiêm trọng như xăng hoặc LPG.

2.1.3 Tính chất nguy hiểm cháy, nổ của gas
Khi thoát ra khỏi thiết bị chứa, gas chuyển thành thể khí nên rất khó bảo quản.
Mặt khác, do không có mùi, không có màu nên gas thoát ra thiết bị chứa rất khó phát
hiện, do đó nhà sản xuất phải đưa thêm vào hỗn hợp gas chất tạo ra mùi bắp cải thối
để dễ phát hiện gas bị rò rỉ.
Tỷ trọng của gas nặng hơn không khí (Propan gấp 1,55 lần; Butan gấp 2,07
lần) nên khi thoát khỏi thiết bị chứa, gas tích tụ ở những chỗ trũng trên mặt đất và tạo
thành hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ.
Do nhiệt độ ngọn lửa của gas khi bị cháy rất cao (1900o
C đến 1950o
C) nên dễ
gây bỏng cho người và gia súc đồng thời gây cháy lan, khó khăn cho việc chữa cháy
(vận tốc cháy lan của Butan là 0,38m/s của Propan là 0,46m/s)
Hình 2. 1: Sự nguy hiểm khi gas phát nổ
2.2 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ
2.2.1 Khái niệm
Cảm biến là thiết bị dùng cảm nhận sự biến đổi của các đại lượng vật lý không
có tính chất điện (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng…) cần đo thành các đại lượng (thường
mang tính chất điện) có thể đo và xử lý được. Sau đó các bộ phận xử lí trung tâm sẽ
thu nhận dạng tín hiệu điện trở hay điện áp đó để xử lí.
Nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt của vật chất ảnh
hưởng rất lớn đến nhiều tính chất của vật, việc đo nhiệt độ đóng vai trò quan trọng
trong sản xuất công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác.

Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để cảm nhận sự biến đổi về nhiệt độ của đại
lượng cần đo.
Đối với các loại cảm biến nhiệt thì có 2 yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ
chính xác đó là “Nhiệt độ môi trường cần đo” và “Nhiệt độ cảm nhận của cảm biến”.
Điều đó nghĩa là việc truyền nhiệt từ môi trường vào đầu đo của cảm biến nhiệt tổn
thất càng ít thì cảm biến đo càng chính xác
2.2.2 Phân loại cảm biến nhiệt độ
Hiện nay cảm biến nhiệt độ được chia ra làm các loại sau:
• Cặp nhiệt điện ( Thermocouple ).
• Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector ).
• Thermistor.
• Bán dẫn ( Diode, IC ,….).
• Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ).Dùng hồng
ngoại hay lazer.
2.3 GIỚI THIỆU TIA LỬA ĐIỆN
2.3.1 Khái niệm
Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí đặt giữa hai điện cực
khi điện trường đủ mạnh để biến phân tử khhis trung hòa thành ion dương và electron
tự do
Hình 2. 2: Tia lửa điện

2.3.2 Điều kiện tạo ra tia lửa điện
Tia lửa điện có thể hình thành trong không khí khi điện trường đạt giá trị
ngưỡng vào khoảng 3.106
V/m. Hiệu điện thế đủ để phát phát sinh tia lửa điện trong
không khí giữa hai điện cực dạng khác nhau.
2.3.3 Ứng dụng
Tia lửa điện được dùng phổ biến trong động cơ nổ để đốt hỗn hợp trong xilanh.
Bộ phận phát tia lửa điện là bugi. Giải thích và phòng tránh hiện tượng sét.
2.4 GIỚI THIỆU MẠNG DI ĐỘNG GSM
GSM là viết tắt của từ " The Global System for Mobile Communication" -
Mạng thông tin di động toàn cầu.
GSM là tiêu chuẩn chung cho các thuê bao di động di chuyển giữa các vị trí
địa lý khác nhau mà vẫn giữ được liên lạc .
❖ Các mạng điện thoại GSM ở Việt Nam
Ở Việt Nam và các nước trên Thế giới , mạng điện thoại GSM vẫn chiếm đa
số, Việt Nam có 3 mạng điện thoại GSM đó là :
• Mạng Vinaphone : 091 => 094...
• Mạng Mobiphone : 090 => 093...
• Mạng Vietel 098..
❖ Công nghệ của mạng GSM
Các mạng điện thoại GSM sử dụng công nghệ TDMA - TDMA là viết tắt của
từ Time Division Multiple Access " - Phân chia các truy cập theo thời gian.
Giải thích : Đây là công nghệ cho phép 8 máy di động có thể sử dụng chung 1
kênh để đàm thoại , mỗi máy sẽ sử dụng 1/8 khe thời gian để truyền và nhận thông
tin.
❖ Công nghệ CDMA
Khác với công nghệ TDMA của các mạng GSM là công nghệ CDMA của các
mạng như
• Mạng Sphone 095…
• Mạng EVN.Telecom 096...
• Mạng HTL 092...

• CDMA là viết tắt của " Code Division Multiple Access " - Phân chia các truy
cập theo mã .
Giải thích : Công nghệ CDMA sử dụng mã số cho mỗi cuộc gọi, và nó không
sử dụng một kênh để đàm thoại như công nghệ TDMA mà sử dụng cả một phổ tần
(nhiều kênh một lúc) vì vậy công nghệ này có tốc độ truyền dẫn tín hiệu cao hơn công
nghệ TDMA.
❖ Cấu trúc cơ bản của mạng di động
Mỗi mạng điện thoại di động có nhiều tổng đài chuyển mạch MSC ở các khu
vực khác nhau ( Ví dụ như tổng đài miền Bắc, miền Trung, miền Nam) và mỗi Tổng
đài lại có nhiều trạm thu phát vô tuyến BSS
Hình 2. 3: Cấu trúc cơ bản của mạng di động
❖ Băng tần GSM 900 MHz
Nếu bạn sử dụng thuê bao mạng Vinaphone, Mobiphone hoặc Vietel là bạn
đang sử dụng công nghệ GSM.
Công nghệ GSM được chia làm 3 băng tần:
• Băng tần GSM 900MHz.
Tất cả các mạng điện thoại ở Việt Nam hiện đang phát ở băng tần 900MHz,
các nước trên Thế giới sử dụng băng tần 1800MHz, Mỹ sử dụng băng tần 1900MHz

2.5 CÁC LOẠI MODULE SIM TRÊN THỊ TRƯỜNG
Dựa trên hệ thống mạng di động GSM trên toàn cầu và nhằm mục đích thực
hiện các chức năng gọi điện hay nhắn tin cho người sử dụng điện thoại di động, ta có
thể lựa chọn các module sim có mặt trên thị trường như : sim800L, sim900A,
sim800A mini,…
Hình 2. 4: Module SIM 800A mini
Hình 2. 5: Module SIM 800l
Hình 2. 6: Module SIM 900A

2.5.1 Nguyên lý hoạt động
Module sim hoạt động dựa trên cách thức là : giao tiếp UART với vi điều khiển
trung tâm và sử dụng tập lệnh AT.
2.5.1.1 Giao tiếp UART với vi điều khiển
Các module sim sẽ có 2 chân chức năng là : RX, TX. Ta sẽ nối với vi điều
khiển theo quy tắc chéo : chân RX của module sim nối với chân TX của vi điều khiển
và ngược lại chân RX của vi điều khiển nối với chân TX của module sim.
Riêng đối với dòng module sim 800x mini thì ta mắc theo cách sau : chân TX
của vi điều khiển (Arduino) khi nối với chân RX của module sim cần qua cầu phân
áp trở 1k nối tiếp trở 2k lấy tại điểm giữa. Vì để hạ áp từ 5V xuống 3.3V, không làm
cháy module sim.
Hình 2. 7: Giao tiếp UART giữa Module SIM và vi Arduino.
2.5.1.2 Tập lệnh AT
Tập lệnh AT (Attention command) tập lệnh chuẩn được hỗ trợ bởi hầu hết các
thiết bị di động như điện thoại di động, GSM modem có hỗ trợ gửi và nhận tin nhắn
tin nhắn dưới dạng SMS (Short Message Service) và điều khiển cuộc gọi. Rất nhiều
sinh viên các trường đại học trong và ngoài nước đã được giao các đề tài nghiên cứu
về tập lệnh AT phục vụ cho các mục đích điều khiển khác nhau như: các cuộc gọi,
truyền các file dữ liệu dưới dạng âm thanh, hình ảnh từ máy tính đến điện thoại di
động, từ điện thoại di động đến điện thoại di động để tạo kỹ năng làm việc trong các
hệ thống mạng viễn thông. Nhiều doanh nghiệp trong nước đã xây dựng các dịch vụ
tin nhắn dưới dạng SMS với mục đích quảng cáo và chăm sóc khách hàng trong kinh
doanh.
Các lệnh chung:

• AT : Kiểm tra module có hoạt động hay không
Trả về: OK nếu hoạt động bình thường, báo lỗi hoặc không trả về nếu có lỗi
xảy ra
• AT+CPIN? : Kiểm tra Simcard
Trả về: +CPIN: READY OK (nếu tìm thấy simcard)
Các lệnh gọi điện:
• ATD0123456789: Gọi điện cho số điện thoại 0123456789
• ATA : Chấp nhận cuộc gọi đến
• ATH : Hủy cuộc gọi
• AT+CUSD=1 : Chuyển chế độ USD để tra số dư tài khoản
• ATD*101#; : Kiểm tra tài khoản ( Trả về: +CUSD: 0, “Tai khoan goc cua quy
khach la ….)
Các lệnh nhắn tin:
• AT+CMGF=x : Cấu hình tin nhắn (x=0: DPU, x=1:dạng ký tự)
• AT+CNMI=2,x,0,0 : Chọn x=1 (chỉ báo vị trí lưu tin nhắn) hoặc x=2 (hiển thị
ra ngay nội dung tin nhắn)
Trả về: +CMTI: “SM”,3 (x=1)
Trả về:+CMT: “+84938380171″, ’’’’,”17/07/30,14:48:09 +28”
noidungtinnhan
• AT+CMGR=x : Đọc tin nhắn tại vị trí lưu x
Trả về: nội dung tin nhắn.
• AT+CMGD=x : Xóa tin nhắn được lưu ở vị trí x.
• AT+CMGS=”sodienthoai” : Gửi tin nhắn cho sodienthoai, sau dòng lệnh này
sẽ nhận được ‘>’ (mã HEX là 0x3C), bây giờ có thể nhập vào nội dung tin
nhắn, nhập tiếp 0x1A để gửi tin nhắn đi hoặc 0x1B để hủy gửi tin nhắn.
2.6 BỘ THU PHÁT SÓNG VÔ TUYẾN (RF)
2.6.1 Sóng vô tuyến ( RF )
RF (radio frequency) – tần số vô tuyến là một sóng điện từ có dãi tần nằm
trong khoảng 3khz đến 300Ghz, tương ứng với tần số của các sóng vô tuyến và các
dòng điện xoay chiều mang tín hiệu vô tuyến.

Tần số Bước sóng Tên gọi
Viết
tắt
Công dụng
30 –
300 Hz
10^4 km-
10^3 km
Tần số
cực kỳ
thấp
ELF
Chứa tần số điện mạng xoay chiều,
các tín hiệu đo lường từ xa tần thấp.
300 –
3000 Hz
10^3 km-
100 km
Tần số
thoại
VF
Chứa các tần số kênh thoại tiêu
chuẩn.
3 – 30 kHz
100 km-
10 km
Tần số rất
thấp
VLF
Chứa phần trên của dải nghe được
của tiếng nói. Dùng cho hệ thống an
ninh, quân sự, chuyên dụng, thông
tin dưới nước (tàu ngầm).
30 –
300 kHz
10 km-
1 km
Tần số
thấp
LF
Dùng cho dẫn đường hàng hải và
hàng không.
300 kHz -
3 MHz
1 km-
100m
Tần số
trung bình
MF
Dùng cho phát thanh thương mại
sóng trung (535 – 1605 kHz).
Cũng được dùng cho dẫn đường
hàng hải và hàng không.
3 - 30 MHz 100m-10m
Tần số
cao
HF
Dùng trong thông tin vô tuyến 2
chiều với mục đích thông tin ở
cự ly xa xuyên lục địa, liên lạc hàng
hải, hàng không, nghiệp dư, phát
thanh quảng bá...

30 -
300 MHz
10m-1m
Tần số rất
cao
VHF
Dùng cho vô tuyến di động, thông tin
hàng hải và hàng không,
phát thanh FM thương mại (88 đến
108 MHz), truyền hình thương mại
(kênh 2 đến 12 tần số từ 54 -
216 MHz).
300 MHz -
3 GHz
1m-10 cm
Tần số
cực cao
UHF
Dùng cho các kênh truyền hình
thương mại từ kênh 14 đến kênh 83,
các dịch vụ thông tin di động mặt đất,
di động tế bào, một số hệ thống radar
và dẫn đường, hệ thống vi ba và vệ
tinh.
3 – 30 GHz
10 cm-
1 cm
Tần số
siêu cao
SHF
Chủ yếu dùng cho vi ba và thông tin
vệ tinh.
30 –
300 GHz
1 cm-1mm
Tần số
cực kì cao
EHF Ít sử dụng trong thông tin vô tuyến.
Bảng 2. 1: Phân loại tần số sóng vô tuyến
2.6.2 Bộ thu phát sóng vô tuyến (RF)
Đầu tiên người ta dùng một mạch dao động cộng hưởng LC, nó được kết nối
bởi một cuộn dây và một tụ điện. Khi mạch LC bị tác động trong cuộn dây sẽ xuất
hiện một từ trường và trong tụ điện sẽ xuất hiện một điện trường. Khi vào trạng thái
cộng hưởng, từ trường trong cuộn dây sẽ kết hợp với điện trường trong tụ điện tạo ra
một dạng sóng điện từ. Lúc này chỉ cần một ăng-ten cho sóng trong mạch LC phát
vào không gian, ta có được tia sóng dùng trong diều khiển vô tuyến.

Hình 2. 8: Sơ đồ mạch tạo sóng RF đơn giản
Khi sóng điện từ được phát vào không gian, để thu được tín hiệu từ sóng để sử
dụng ta ần một thiết bị thu sóng. Thiết bị thu sóng này gồm các phần cơ bản sau: -
Ăng-ten: Thu sóng từ không gian - Bộ khuếch đại: Khuếch đại sóng thu được để tiến
hành xử lý - Bộ tách sóng: Tách sóng mang thông tin ra khỏi sóng mang - Bộ điều
chế và giải mã: Khôi phục sóng về trạng thái ban đầu trước khi trước khi truyền đi.
Như vậy là thu được sóng mang thông tin ban đầu để sử dụng.
Hình 2. 9: Sơ đồ mạch thu sóng đơn giản
Bộ thu phát sóng cao tần được sử dụng trong giao tiếp không dây. Ứng dụng
chính của bộ thu phát này là làm cho thông tin ở dạng dữ liệu/ thoại/ video được
truyền qua môi trường không dây. Mục đích chính của thiết bị này là thay đổi tần số
IF (trung tần) thành tần số sóng cao tần và ngược lại. Module thu phát sóng cao tần
được sử dụng trong truyền dẫn vô tuyến, truyền thông vệ tinh, để truyền tín hiệu
truyền hình, tiếp nhận và trong các mạng Wimax hoặc WLAN, Zigbee hoặc ITE.

2.7 CÁC LOẠI MODULE THU PHÁT SÓNG RF
Để có thể truyền nhận dữ liệu từ xa trong phạm vi không quá 1km, chúng ta
có thể sử dụng các loại module thu phát sóng RF trên thị trường như : NRF24L01+,
mạch thu phát RF UART LC12S 2.4Ghz, mạch thu RF 6 kênh 2.4Ghz L24YK-
RX4,…
Hình 2. 10: Mạch thu phát 6 kênh 2.4 GHZ L24YK-RX4
Hình 2. 11: Mạch thu phát sóng RF NRF24L01+
Hình 2. 12: Mạch thu phát RF UART LC12S 2.4Ghz
2.7.1 Nguyên lý hoạt động
Các loại module thu phát RF trên thị trường hoạt động theo cách thức giao tiếp
UART hoặc là giao tiếp SPI với vi điều khiển trung tâm. Giao tiếp UART của module
thu phát RF tương tự như phần giao tiếp UART của module sim đã trình bày ở phần
trên, ta sẽ đi tìm hiểu giao tiếp SPI giữa module thu phát RF với vi điểu khiển.

2.7.2 Giao tiếp SPI với vi điều khiển
SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp
trong chuẩn này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI
(Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select). Ta sẽ kết nối 4 chân SCK, MISO,
MOSI, SS của vi điều khiển trung tâm với 4 chân SCK, MISO, MOSI, SS của module
thu phát RF.
Hình 2. 13: Giao tiếp SPI giữa thiết bị đầu và thiết bị cuối
2.8 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG INTERNET
Internet là một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy nhập công cộng
gồm các mạng máy tính được liên kết với nhau. Hệ thống này truyền thông tin theo
kiểu nối chuyển gói dữ liệu (Packet Switching) dựa trên một giao thức liên mạng đã
được chuẩn hóa (giao thức IP).
2.8.1 Cấu trúc của mạng Internet
• Phần cạnh của mạng:
Hosts: clients (máy khách) và servers (máy chủ)
Servers thường có trong các trung tâm dữ liệu
Các mạng truy nhập, đường truyền vật lý: các kết nối truyền thông có dây (hữu
tuyến), không dây (vô tuyến)
• Phần lõi của mạng:
Các bộ định tuyến được kết nối với nhau.
Mạng của các mạng
2.8.2 Các mạng truy nhập không dây
Mạng truy nhập không dây chia sẻ (dùng chung) kết nối hệ thống đầu cuối tới
bộ định tuyến. Qua trạm cơ cở: điểm truy nhập (access point).
Mạng LAN không dây (wireless LANs): Sử dụng trong toà nhà. 802.11b/g
(WiFi): tốc độ truyền 11 Mbps, 54 Mbps.

Hình 2. 14: Mạng LAN không dây
Mạng truy nhập không dây diện rộng: Được cung cấp bởi các nhà điều hành
viễn thông (di động) (10 km). Tốc độ truyền từ 1 đến 10 Mbps. Điển hình như 3G,
4G LTE.
Hình 2. 15: Mạng không dây diện rộng
2.9 CÁC LOẠI MODULE THU PHÁT WIFI
Để có thể truy cập dữ liệu trên internet và đẩy dữ liệu lên cơ sở dữ liệu trực
tuyến, ta có thể sử dụng các module thu phát wifi như: mạch thu phát Wifi ESP8266
Uart ESP-01, kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102, kit RF thu phát
Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340,…
Hình 2. 16: Kit RF thu phát WIFI ESP8266 NodeMCU LUA CP2102

Hình 2. 17: Kit RF thu phát WIFI ESP8266 NodeMCU LUA V3 CH340
Hình 2. 18: Mạch thu phát Wifi ESP8266 UART ESP-01
❖ Nguyên lý hoạt động
Module thu phát Wifi hoạt động theo cách thức giao tiếp UART với vi điều
khiển trung tâm. Và phần giao tiếp UART tương tự như giao tiếp UART của module
sim và module thu phát sóng RF đã trình bày ở phần trên.
2.10 NGUỒN CUNG CẤP
2.10.1 Bộ chuyển đổi nguồn AC – DC
2.10.1.1 Bộ chuyển đổi Adapter
❖ Khái niệm
Adapter là bộ phận chuyển đổi điện áp giữa các thiết bị điện tử sử dụng nguồn
điện khác 220V xuống một điện áp thấp hơn. Thiết bị chuyển đổi này được gọi chung
là Adapter.
❖ Chức năng chính của Adapter
• Cung cấp nguồn điện thích hợp cho các thiết bị điện tử hoạt động ổn định.
• Ngoài cung cấp nguồn điện Adapter còn có thể sạc pin cho thiết bị điển hình
nhất là pin cho laptop.

Các thiết bị nhỏ hơn như smarphone, camera quan sát thì các adapter có công
suất 1,5A, 3,5A là đủ.
❖ Các thông số kỹ thuật của Adapter
• Điện áp
Đây là điện áp là thiết bị cần để sử dụng ổn định. Từ nguồn điện cao áp chuẩn
(AC) sẽ được biến đổi thành điện áp thấp hơn (DC) để nạp vào pin hoặc cung cấp
trực tiếp cho thiết bị hoạt động.
• Cường độ dòng điện
Thông số này được đo bằng đơn vị Ampe(A) thể hiện sức mạnh của dòng điện
để thiết bị hoạt động. Một thiết bị có ghi 4,5A có nghĩa dòng điện đầu vào phải có
cường độ đủ 4,5A thì mới đáp ứng được. Cường độ dòng điện chuẩn của nguồn 220V
thường là 12A các thiết bị sử dụng adapter phải có cường độ thấp hơn con số này.
Hình 2. 19: Adapter 12V-1.5A
2.10.1.2 Nguồn tổ ong
Nguồn tổ ong là cách gọi khác của nguồn xung. Cái tên nguồn tổ ong bắt nguồn
từ hình dạng các lỗ thông hơi thoát nhiệt của bộ nguồn xung được đục lỗ lục giác
giống với cấu tạo của tổ ong.
Nguồn tổ ong được sử dụng với mục đích biến đổi nguồn điện xoay chiều sang
nguồn điện một chiều. Việc này được thực hiện thông qua chế độ dao động xung
được tạo ra bằng một mạch điện tử với một biến áp xung.
❖ Cấu tạo của nguồn xung
• Biến áp xung
Biến áp xung có cấu tạo gồm các cuộn dây được quấn đều trên một lõi từ. Cấu
tạo này giống như biến áp thông thường. Cấu tạo này giúp biến áp xung cho công
suất lớn hơn biến áp thường rất nhiều lần dù có cùng một cấu tạo và kích thước.

• Các bộ phận khác
Để biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều, nguồn tổ ong còn cần đến
cuộn chống nhiễu, diode chỉnh lưu và đặc biệt là tụ lọc sơ cấp. Tụ lọc sơ cấp có nhiệm
vụ tích trữ điện áp sau khi được biến đổi. Sau đó, lượng điện áp này sẽ được dùng để
cung cấp năng lượng cho cuộn sơ cấp của máy biến áp xung.
Ngoài ra, nguồn tổ ong còn có cầu chì. Đây là bộ phận có tác dụng bảo vệ
mạch nguồn khi mạch nguồn bị ngắn mạch.
Bộ phận cuối cùng của nguồn tổ ong đó là IC quang và IC TL431. Đây là 2 bộ
phận có tác dụng tạo ra một điện áp cố định. Qua đó không chế điện áp để ổn định
theo mong muốn. 2 loại IC này còn có nhiệm vụ khống chế dao động đóng cắt điện
vào cuộn sơ cấp của biến áp. Sau đó cho ra điện áp ở bên thứ cấp đạt yêu cầu.
Hình 2. 20: Nguồn tổ ong 12V-10A
2.10.2 Bộ chuyển đổi nguồn DC- DC
2.10.2.1 Mạch tăng áp BOOST
Mạch tăng áp là bộ biến đổi nguồn DC-DC có điện áp đầu ra lớn hơn điện áp
đầu vào. Nó chứa ít nhất hai chuyển mạch bán dẫn (một diode và một transistor) và
ít nhất một phần tử tích lũy năng lượng, một tụ điện, một cuộn dây hoặc cả hai

Hình 2. 21: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch tăng áp
❖ Nguyên lý hoạt động
Vin là điện áp vào, Vout là điện áp ra trên tải, tụ C để lọc, PWM ( Pulse Width
Modulation) là mạch điều khiển chế độ rộng xung đóng ngắt cho Switch. Các linh
kiện tích lũy năng lượng là L và C, do tính đóng ngắt điện nên Switch phải là linh
kiện tự chuyển mạch chẳng hạn như transistor (BJT, MOSFET, IGBT, GTO ) hoặc ở
dạng kết hợp gồm thysistor(SCR) với bộ chuyển mạch. Diode D không cho dòng từ
C phóng về lại Vin.
Khi "Swich On" được đóng lại thì dòng điện trong cuộn cảm được tăng lên
rất nhanh, dòng điện sẽ qua cuộn cảm qua van và xuống đất. Dòng điện không qua
diode và tụ điện phóng điện cung cấp cho tải. Ở thời điểm này thì tải được cung cấp
bởi tụ điện.
Khi "Switch Off" được mở ra thì lúc này ở cuối cuộn dây xuất hiện với 1 điện
áp bằng điện áp đầu vào. Điện áp đầu vào cùng với điện áp ở cuộn cảm qua diode cấp
cho tải và đồng thời nạp cho tụ điện. Khi đó điện áp đầu ra sẽ lớn hơn điện áp đầu
vào, dòng qua tải được cấp bởi điện áp đầu vào.
Điện áp đầu ra được tính như sau :
Vout = Vin * (1- ton /( ton + toff) ) = Vin *(1- D ) ( D là độ rộng xung ) (2.1)
Với ton và toff lần lượt là thời gian mở và thời gian khóa của Switch.
Năng lượng đầu ra chỉ có thể nhỏ hơn hoặc bằng năng lượng đầu vào, do đó ở
mạch Boost dòng đầu ra phải nhỏ hơn dòng đầu vào (do áp đầu ra lớn hơn áp đầu
vào).

Hình 2. 22: Mạch tăng áp XL6009 4A
2.10.2.2 Mạch hạ áp BUCK
Bộ chuyển đổi Buck là bộ chuyển đổi nguồn DC-DC có điện áp đầu ra nhỏ
hơn điện áp đầu vào.
Hình 2. 23: Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch hạ áp
Khi “Switch On” tức là nối nguồn vào mạch, lúc đó dòng điện đi qua cuộn
cảm nên dòng cuộn cảm tăng lên. Tại thời điểm này thì tụ điện được nạp và cũng
cung cấp dòng điện qua tải.
Khi “Switch Off” tức là ngắt nguồn ra khỏi mạch. Khi đó cuộn cảm tích lũy
năng lượng từ trường và tụ điện được tích lũy trước đó sẽ phóng điện qua tải. Cuộn
cảm có xu hướng giữu cho dòng không đổi và giảm dần.
Điện áp đầu ra được tính như sau :
Vout = Vin * ( ton /( ton + toff) = Vin * D ( D là độ rộng xung ) (2.2)
Với ton và toff lần lượt là thời gian mở và thời gian khóa của Switch
Đối với kiểu nguồn Buck này thì cho công suất đầu ra rất lớn so với công suất
đầu vào vì sử dụng cuộn cảm, tổn hao công suất thấp.

Hình 2. 24: Mạch hạ áp DC-DC LM2596
2.11 ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU
2.11.1 Động cơ điện 1 pha
Động cơ xoay chiều một pha là loại động cơ dây quấn (stato) chỉ có một cuộn
dây pha, nguồn cấp là một dây pha và một dây trung tính.
Hình 2. 25: Động cơ xoay chiều một pha
Muốn cho động cơ làm việc, stato của động cơ phải được cấp dòng điện xoay
chiều. Dòng điện đi qua dây quấn sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ:
n = 60* f/p (vòng / phút) (2.1)
Trong đó:
f là tần số của nguồn điện
p là số căp cực của dây quấn stato
Trong quá trình quay từ trường sẽ quét qua các thanh dẫn của roto, làm xuất
hiện dòng điện cảm ứng. Vì dây quấn roto là kín mạch nên sức điện động này tạo
thành dòng điện trong các thanh dẫn roto. Các thanh dẫn có dòng điện lại nằm trong
từ trường, sẽ tương tác với nhau, tạo ra các lực điện từ đặt vào các thanh dẫn. Tổng

hợp các lực này sẽ tạo ra moment quay đối với trục roto. Làm cho roto quay theo
chiều của từ trường. Khi động cơ làm việc tốc độ quay của roto(n) luôn nhỏ hơn tốc
độ quay của từ trường (n1). Vì thế động cơ này được gọi là động cơ không đồng bộ.
Độ sai lệch giữa tốc độ roto và tốc độ từ trường được gọi là hệ số trượt, kí hiệu là S,
thông thường hệ số trượt vào khoảng 2% - 10%.
2.11.2 Động cơ điện 3 pha
Khi chúng ta cấp điện áp 3 pha vào đầu cuộn dậy của động cơ, trong Stato sẽ
có một từ trường, từ trường này quét qua các thanh đồng của rotor sẽ tạo ra dòng điện
kín bên trong đó làm xuất hiện các xuất điện động và dòng điện cảm ứng. Hai lực
tương tác giữa từ trường quay và dòng điện cảm ứng này tạo ra momen quay tác động
lên rotor, làm rotor quay theo chiều của từ trường với tốc độ gần bằng tốc độ của từ
trường quay
2.12 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO
Arduino là một board mạch vi xử lý nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác
với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board
mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM
Atmel 32-bit. Những model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân
đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác
nhau. Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy
tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino
bằng ngôn ngữ C hoặc C++.
2.12.1 Phần cứng
Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ
sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh
quan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết
nối với CPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi
là shield. Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân
khác nhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C-nhiều shield
có thể được xếp chồng và sử dụng dưới dạng song song. Arduino chính thức thường
sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328,

ATmega1280, và ATmega2560. Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi
các mạch Aquino tương thích. Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính
5V và một thạch anh dao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài
biến thể). Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn với một boot
loader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip, so với các
thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài. Điều này giúp cho việc sử dụng
Arduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một
bộ nạp chương trình.
Theo nguyên tắc, khi sử dụng ngăn xếp phần mềm Arduino, tất cả các board
được lập trình thông qua một kết nối RS-232, nhưng cách thức thực hiện lại tùy thuộc
vào đời phần cứng. Các board Serial Arduino có chứa một mạch chuyển đổi giữa
RS232 sang TTL. Các board Arduino hiện tại được lập trình thông qua cổng USB,
thực hiện thông qua chip chuyển đổi USB-to-serial như là FTDI FT232.
Board Arduino sẽ đưa ra hầu hết các chân I/O của vi điều khiển để sử dụng
cho những mạch ngoài. Diecimila, Duemilanove, và bây giờ là Uno đưa ra 14 chân
I/O kỹ thuật số, 6 trong số đó có thể tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) và 6
chân input analog, có thể được sử dụng như là 6 chân I/O số. Các board Arduino
Nano, và Arduino-compatible Bare Bones Board và Boarduino có thể cung cấp các
chân header đực ở mặt trên của board dùng để cắm vào các breadboard.
2.12.2 Phần mềm
Môi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino là một ứng dụng cross-
platform (đa nền tảng) được viết bằng Java, và từ IDE này sẽ được sử dụng cho Ngôn
ngữ lập trình xử lý (Processing programming language) và project Wiring. Nó được
thiết kế để dành cho những người mới tập làm quen với lĩnh vực phát triển phần mềm.
Nó bao gồm một chương trình code editor với các chức năng như đánh dấu cú pháp,
tự động brace matching, và tự động canh lề, cũng như compile(biên dịch) và upload
chương trình lên board chỉ với 1 cú nhấp chuột. Một chương trình hoặc code viết cho
Arduino được gọi là một sketch.
Các chương trình Arduino được viết bằng C hoặc C++. Arduino IDE đi kèm với
một thư viện phần mềm được gọi là "Wiring", từ project Wiring gốc, có thể giúp các

thao tác input/output được dễ dàng hơn. Người dùng chỉ cần định nghĩa 2 hàm để tạo
ra một chương trình vòng thực thi (cyclic executive) có thể chạy được:
• setup(): hàm này chạy mỗi khi khởi động một chương trình, dùng để thiết
lập các cài đặt.
• loop(): hàm này được gọi lặp lại cho đến khi tắt nguồn board mạch.
2.12.3 Các loại Arduino
2.12.3.1 Arduino Uno R3
Arduino Uno là một bo mạch vi điều khiển dựa trên ATmega328. Arduino
Uno có 14 chân đầu vào / đầu ra kỹ thuật số (trong đó 6 có thể được sử dụng làm đầu
ra PWM), 6 đầu vào tương tự, bộ tạo dao động 16 MHz, kết nối USB, giắc cắm nguồn,
tiêu đề ICSP và nút đặt lại. Nó chứa mọi thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển; chỉ cần
kết nối nó với một máy tính bằng cáp USB hoặc cấp điện cho nó bằng bộ chuyển đổi
AC-to-DC hoặc pin để bắt đầu. Arduino Uno khác với tất cả các bo mạch trước ở chỗ
nó không sử dụng chip điều khiển FTDI USB-to-serial. Thay vào đó, nó có chip vi
điều khiển Atmega8U2 được lập trình như một bộ chuyển đổi từ USB sang nối tiếp.
Hình 2. 26: Hình ảnh Arduino Uno R3
❖ Thông số kỹ thuật :
• Chip điều khiển chính: ATmega328
• Chip nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2
• Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài cắm từ giắc tròn DC
(khuyên dùng 6~9VDC để đảm bảo mạch hoạt động tốt, nếu bạn cắm 12VDC
thì IC ổn áp rất dễ chết và gây hư hỏng mạch).
• Số chân Digital: 14 (hỗ trợ 6 chân PWM)

• Số chân Analog: 6
• Dòng ra tối đa trên GPIO: 40mA
• Dòng ra tối đa trên chân cấp nguồn 3.3VDC: 150 mA
• Dung lượng bộ nhớ Flash: 32 KB, 0.5 KB used by bootloader.
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Tốc độ thạch anh: 16 MHz
2.12.3.2 Arduino Nano
Board Arduino Nano là một trong những phiên bản nhỏ gọn của board
Arduino. Arduino Nano có đầy đủ các chức năng và chương trình có trên Arduino
Uno do cùng sử dụng MCU ATmega328P. Nhờ việc sử dụng IC dán của
ATmega328P thay vì IC chân cắm nên Arduino Nano có thêm 2 chân Analog so với
Arduino Uno.
Hình 2. 27: Arduino Nano
❖ Thông số kỹ thuật :
• Thiết kế theo đúng chuẩn chân, kích thước của Arduino Nano chính hãng.
• IC chính: ATmega328P-AU.
• IC nạp và giao tiếp UART: CH340.
• Điện áp cấp: 5VDC cổng USB hoặc 6-9VDC chân Raw.
• Mức điện áp giao tiếp GPIO: TTL 5VDC.
• Dòng GPIO: 40mA.
• Số chân Digital: 14 chân, trong đó có 6 chân PWM.
• Số chân Analog: 8 chân (hơn Arduino Uno 2 chân).

• Flash Memory: 32KB (2KB Bootloader).
• SRAM: 2KB
• EEPROM: 1KB
• Clock Speed: 16Mhz.
• Tích hợp Led báo nguồn, led chân D13, LED RX, TX.
• Tích hợp IC chuyển điện áp 5V LM1117.
• Kích thước: 18.542 x 43.18mm
2.12.3.3 Arduino Mega 2560 R3
Arduino Mega 2560 là sản phẩm tiêu biểu cho dòng mạch Mega là dòng bo
mạch có nhiều cải tiến so với Arduino Uno (54 chân digital IO và 16 chân analog
IO). 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 interrupt khiến bo mạch Mega hoàn toàn có thể giải quyết được nhiều bài toán
hóc búa, cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số
cũng như tương tự. 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 chúng ta dễ dàng phát triển nghiên
cứu theo kiểu gắp ghép module từ Arduino Uno bê sang Arduino Mega. Để có thêm
được nhiều vùng nhớ và nhiều chân IO hơn, một con chip khác đã thay thế cho
Atmega1280.
Hình 2. 28: Arduino Mega 2560 R3
❖ Thông số kỹ thuật
• Vi điều khiển chính: ATmega2560
• IC nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2
• Nguồn cấp cho mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài cắm từ giắc
tròn DC (khuyên dùng 6~9VDC để đảm bảo mạch hoạt động tốt.

• Số chân Digital: 54 (15 chân PWM)
• Số chân Analog: 16
• Giao tiếp UART : 4 bộ UART
• Giao tiếp SPI : 1 bộ ( chân 50 -> 53 ) dùng với thư viện SPI của Arduino
• Giao tiếp I2C : 1 bộ
• Ngắt ngoài : 6 chân
• Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8KB sử dụng cho Bootloader
• SRAM: 8 KB
• EEPROM: 4 KB
• Xung Clock: 16 MHz
2.13 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU
2.13.1 Giao tiếp SPI
SPI (Serial Peripheral Bus) là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do
hãng Motorola đề xuất. Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có một chip
Master điều phối quá trình tuyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi Master
vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave. SPI là một cách truyền song công
(full duplex) nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xảy ra
đồng thời. SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao
tiếp trong chuẩn này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output),
MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select).
Hình 2. 29: Kết nối 1 thiết bị với Arduino theo chuẩn giao tiếp SPI
• SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần
1 đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi. Đây
là điểm khác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta đã biết trong
chuẩn UART. Sự tồn tại của chân SCK giúp quá trình tuyền ít bị lỗi và vì thế

tốc độ truyền của SPI có thể đạt rất cao. Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip
Master.
• MISO– Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thì đây là đường Input
còn nếu là chip Slave thì MISO lại là Output. MISO của Master và các Slaves
được nối trực tiếp với nhau..
• MOSI – Master Output / Slave Input: nếu là chip Master thì đây là đường
Output còn nếu là chip Slave thì MOSI là Input. MOSI của Master và các
Slaves được nối trực tiếp với nhau.
• SS – Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giao tiếp, trên các chip Slave
đường SS sẽ ở mức cao khi không làm việc. Nếu chip Master kéo đường SS
của một Slave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master
và Slave đó. Chỉ có 1 đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường
điều khiển SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng.
2.13.2 Giao tiếp UART
UART – là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter có
nghĩa là truyền nhận dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ.
❖ Đặc điểm:
Truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ có một đường phát dữ liệu (Tx) và một
đường nhận dữ liệu (Rx), do không có tín hiệu xung clock nên gọi là bất đồng bộ. Để
truyền được dữ liệu thì cả bên phát và bên nhận phải tự tạo xung clock có cùng tần
số và thường được gọi là tốc độ baud, ví dụ như 2400 baud, 4800 baud, 9600 baud...
❖ Ưu điểm: Đơn giản, hiệu quả tương đối cao.
❖ Khuyết điểm: Do tồn tại các bit start và bit stop, khoảng trống dẫn đến thời gian
truyền chậm..
❖ Quá trình truyền dữ liệu UART
Để bắt đầu cho việc truyền dữ liệu bằng UART, một START bit được gửi đi,
sau đó là các bit dữ liệu và kết thúc quá trình truyền là STOP bit.

Hình 2. 30: Cấu trúc của một Frame dữ liệu
Khi ở trạng thái chờ mức điện thế ở mức logic 1 (high). Khi bắt đầu truyền
START bit sẻ chuyển từ 1 xuống 0 để báo hiệu cho bộ nhận là quá trình truyền dữ
liệu sắp xảy ra. Sau START bit là đến các bit dữ liệu D0-D7 (theo hình các bit này
có thể ở mức High or Low tùy theo dữ liệu). Sau khi truyền hết dữ liệu thì đến Bit
Parity để bộ nhận kiểm tra tính đúng đắn của dữ liệu truyền. Cuối cùng là STOP bit
là 1 báo cho thiết bị rằng các bit đã được gửi xong. Thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm
tra khung truyền nhằm đảm báo tính đúng đắn của dữ liệu.
❖ Thông số chuẩn truyền UART
• Baund rate (tốc độ baund ): Khoảng thời gian dành cho 1 bit được truyền. Phải
được cài đặt giống nhau ở gửi và nhận.
• Frame (khung truyền ): Khung truyền quy định về số bit trong mỗi lần truyền.
• Start bit : là bit đầu tiên được truyền trong 1 Frame. Báo hiệu cho thiết bị nhận
có một gói dữ liệu sắp đc truyền đến. Bit bắt buộc.
• Data : dữ liệu cần truyền. Bit có trọng số nhỏ nhất LSB được truyền trước sau đó
đến bit MSB.
• Parity bit : kiểm tra dữ liệu truyền có đúng không.
• Stop bit : là 1 hoặc các bit báo cho thiết bị rằng các bit đã được gửi xong. Thiết
bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền nhằm đảm bảo tính đúng đắn của dữ
liệu. Bit bắt buộc.
2.13.3 Giao tiếp I2C
I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter-Intergrated Circuit. Đây là đường Bus giao
tiếp giữa các IC với nhau.

I2C mặc dù được phát triển bới Philips, nhưng nó đã được rất nhiều nhà sản
xuất IC trên thế giới sử dụng. Bus I2C được sử dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho
rất nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051, PIC, AVR, ARM... chip
nhớ như: RAM tĩnh (Static Ram), EEPROM, bộ chuyển đổi tương tự số (ADC), số
tương tự(DAC), IC điểu khiển LCD, LED...
Hình 2. 31: Bus I2C và các thiết bị ngoại vi
❖ Đặc điểm giao tiếp I2C
Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL).
SDA là đường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ để
đồng bộ và chỉ theo một hướng.
Hình 2. 32: Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn và chế độ nhanh
Mỗi dây SDA hãy SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông
qua một điện trở kéo lên (pullup resistor). Sự cần thiết của các điện trở kéo này là vì
chân giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vi thường là dạng cực máng hở (opendrain
hay opencollector). Giá trị của các điện trở này khác nhau tùy vào từng thiết bị và
chuẩn giao tiếp, thường dao động trong khoảng 1k đến 4.7k.

Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất)
để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị đầu hay thiết bị cuối. Thiết bị đầu nắm
vai trò tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bị đầu – cuối giao tiếp
thì thiết bị đầu có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ của thiết bị cuối trong
suốt quá trình giao tiếp. Thiết bị đầu giữ vai trò chủ động, còn thiết bị cuối giữ vai
trò bị động trong việc giao tiếp.
Hình 2. 33: Hướng đi của xung Clock và hướng đi của đường dữ liệu
❖ Chế độ hoạt động
Các bus I2C có thể hoạt động ở ba chế độ, hay nói cách khác các dữ liệu trên
bus I2C có thể được truyền trong ba chế độ khác nhau:
• Chế độ tiêu chuẩn: tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 100Kpbs, sử dụng 7 bit
địa chỉ và 112 địa chỉ tớ
• Chế độ nhanh: tốc độ truyền lên đến 400Kpbs
• Chế độ tốc độ cao: Chế độ này đã được tạo ra chủ yếu để tăng tốc độ dữ liệu
lên đến 36 lần nhanh hơn so với chế độ tiêu chuẩn. Nó cung cấp 1,7 Mbps
(với Cb = 400 pF), và 3.4Mbps (với C> b = 100pF).
Một bus I2C có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau:
• Một chủ một tớ (one master - one slave)
• Một chủ nhiều tớ (one master - multi slave)
• Nhiều chủ nhiều tớ (Multi master - Multi slave)
Thiết bị chủ xác định đúng địa chỉ của thiết bị tớ, cùng với việc xác định địa
chỉ, thiết bị chủ sẽ quyết định việc đọc hay ghi vào thiết bị tớ -Thiết bị chủ gửi dữ
liệu tới thiết bị tớ. Thiết bị tớ kết thúc quá trình truyền dữ liệu.

Đề tài: Hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas

Đề tài: Hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Đề tài: Hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas

Similar to Đề tài: Hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (18)

Đề tài: Hệ thống cảnh báo, phòng chống hỏa hoạn và rò rỉ khí gas