Báo cáo đồ án Hệ thống cảnh báo cháy không dây môn Đồ án tốt nghiệp | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒÁN
TỐTNGHIỆPĐẠIHỌC Đề tài: THIẾTKẾHỆTHỐNG
CẢNHBÁOCHÁYKHÔNGDÂY Sinh viên thực hiện: NGUYỄN PHÚ LÂM Lớp ĐTVT 06 - K63 TRẦN HỮU MINH HOÀNG Lớp ĐTVT 03 - K63 Giảng viên hướng dẫn: ThS. VŨ SONG TÙNG Hà Nội, 8/2023
(Dùng cho giảng viên hướng dẫn)
Tên giảng viên đánh giá: Vũ Song Tùng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Phú Lâm. . . . . . . . . . . . . .MSSV: 20182627. . . . . . . . . . . . . .
Tên đồ án: Thiết kế hệ thống cảnh báo cháy không dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém(2); Đạt(3); Giỏi(4); Xuất sắc(5)
Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả 1
thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng 1 2 3 4 5 dụng của đồ án 2
Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5 3
Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5 4
Có kết quả mô phỏng/thực nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt 1 2 3 4 5 được
Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)
Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực hiện 5
dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống 1 2 3 4 5
Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều 6
được phân tích và đánh giá thỏa đáng 1 2 3 4 5
Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết quả 7
đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận để đề 1 2 3 4 5
xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai
Kỹ năng viết quyển đồ án (10)
Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic và
đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số thứ tự 8
và được giải thích hay đề cập đến; căn lề thống nhất, có dấu cách sau 1 2 3 4 5
dấu chấm, dấu phảy v.v.), có mở đầu chương và kết luận chương, có
liệt kê tài liệu tham khảo và có trích dẫn đúng quy định
Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận 9
logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) 1 2 3 4 5
Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/Đạt giải SVNCKH
10a giải 3 cấp Viện trở lên/Có giải thưởng khoa học (quốc tế hoặc trong 5
nước) từ giải 3 trở lên/Có đăng ký bằng phát minh, sáng chế
Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị SVNCKH nhưng
10b không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi 2
Nhận xét khác (về thái độ và tinh thần làm việc của sinh viên)
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ................... Ngày: ... / ... / 20... Người nhận xét (Ký và ghi rõ họ tên)
(Dùng cho giảng viên hướng dẫn)
Tên giảng viên đánh giá: Vũ Song Tùng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Họ và tên sinh viên: Trần Hữu Minh Hoàng . . . . . . . . . . . MSSV: 20182548 . . . . . . . . . . .
Tên đồ án: Thiết kế hệ thống cảnh báo cháy không dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém(2); Đạt(3); Giỏi(4); Xuất sắc(5)
Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả 1
thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng 1 2 3 4 5 dụng của đồ án 2
Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5 3
Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5 4
Có kết quả mô phỏng/thực nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt 1 2 3 4 5 được
Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)
Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực hiện 5
dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống 1 2 3 4 5
Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều 6
được phân tích và đánh giá thỏa đáng 1 2 3 4 5
Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết quả 7
đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận để đề 1 2 3 4 5
xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai
Kỹ năng viết quyển đồ án (10)
Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic và
đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số thứ tự 8
và được giải thích hay đề cập đến; căn lề thống nhất, có dấu cách sau 1 2 3 4 5
dấu chấm, dấu phảy v.v.), có mở đầu chương và kết luận chương, có
liệt kê tài liệu tham khảo và có trích dẫn đúng quy định
Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận 9
logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) 1 2 3 4 5
Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/Đạt giải SVNCKH
10a giải 3 cấp Viện trở lên/Có giải thưởng khoa học (quốc tế hoặc trong 5
nước) từ giải 3 trở lên/Có đăng ký bằng phát minh, sáng chế
Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị SVNCKH nhưng
10b không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi 2
Nhận xét khác (về thái độ và tinh thần làm việc của sinh viên)
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ................... Ngày: ... / ... / 20... Người nhận xét (Ký và ghi rõ họ tên)
(Dùng cho cán bộ phản biện)
Giảng viên đánh giá: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Phú Lâm. . . . . . . . . . . . . .MSSV: 20182627. . . . . . . . . . . . . .
Tên đồ án: Thiết kế hệ thống cảnh báo cháy không dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém(2); Đạt(3); Giỏi(4); Xuất sắc(5)
Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả 1
thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng 1 2 3 4 5 dụng của đồ án 2
Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5 3
Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5 4
Có kết quả mô phỏng/thực nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt 1 2 3 4 5 được
Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)
Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực hiện 5
dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống 1 2 3 4 5
Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều 6
được phân tích và đánh giá thỏa đáng 1 2 3 4 5
Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết quả 7
đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận để đề 1 2 3 4 5
xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai
Kỹ năng viết quyển đồ án (10)
Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic và
đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số thứ tự 8
và được giải thích hay đề cập đến; căn lề thống nhất, có dấu cách sau 1 2 3 4 5
dấu chấm, dấu phảy v.v.), có mở đầu chương và kết luận chương, có
liệt kê tài liệu tham khảo và có trích dẫn đúng quy định
Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận 9
logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) 1 2 3 4 5
Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/Đạt giải SVNCKH
10a giải 3 cấp Viện trở lên/Có giải thưởng khoa học (quốc tế hoặc trong 5
nước) từ giải 3 trở lên/Có đăng ký bằng phát minh, sáng chế
Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị SVNCKH nhưng
10b không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi 2
Nhận xét khác của cán bộ phản biện
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ................... Ngày: ... / ... / 20... Người nhận xét (Ký và ghi rõ họ tên)
(Dùng cho cán bộ phản biện)
Giảng viên đánh giá: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . Họ và tên sinh viên: Trần Hữu Minh Hoàng . . . . . . . . . . . MSSV: 20182548 . . . . . . . . . .
. Tên đồ án: Thiết kế hệ thống cảnh báo cháy không dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém(2); Đạt(3); Giỏi(4); Xuất sắc(5)
Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả 1
thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng 1 2 3 4 5 dụng của đồ án 2
Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5 3
Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5 4
Có kết quả mô phỏng/thực nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt 1 2 3 4 5 được
Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)
Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực hiện 5
dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống 1 2 3 4 5
Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều 6
được phân tích và đánh giá thỏa đáng 1 2 3 4 5
Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết quả 7
đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận để đề 1 2 3 4 5
xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai
Kỹ năng viết quyển đồ án (10)
Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic và
đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số thứ tự 8
và được giải thích hay đề cập đến; căn lề thống nhất, có dấu cách sau 1 2 3 4 5
dấu chấm, dấu phảy v.v.), có mở đầu chương và kết luận chương, có
liệt kê tài liệu tham khảo và có trích dẫn đúng quy định
Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận 9
logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) 1 2 3 4 5
Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/Đạt giải SVNCKH
10a giải 3 cấp Viện trở lên/Có giải thưởng khoa học (quốc tế hoặc trong 5
nước) từ giải 3 trở lên/Có đăng ký bằng phát minh, sáng chế
Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị SVNCKH nhưng
10b không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi 2
Nhận xét khác của cán bộ phản biện
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ...................
............................................................................................................................................. ................... Ngày: ... / ... / 20... Người nhận xét (Ký và ghi rõ họ tên)
BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Đầu việc chính Nội dung công việc Người thực hiện
1. Định hướng xây dựng hệ Trần Hữu Minh Hoàng
Mô hình hóa tổng quan hệ thống thống Nguyễn Phú Lâm Trần Hữu Minh Hoàng
Xác lập chỉ tiêu kỹ thuật cụ thể Nguyễn Phú Lâm
2. Phân tích thiết kế hệ thống Trần Hữu Minh Hoàng
Phân tích chức năng hệ thống Nguyễn Phú Lâm Trần Hữu Minh Hoàng
Thiết kế thuật toán hệ thống Nguyễn Phú Lâm 3. Lập trình hệ thống Lập trình thuật cho Node Nguyễn Phú Lâm
Lập trình thuật toán cho Gateway Trần Hữu Minh Hoàng
Lập trình phần mềm ứng dụng Trần Hữu Minh Hoàng Lập trình ngoại vi Trần Hữu Minh Hoàng Trần Hữu Minh Hoàng
4. Thiết kế mạch điện
Thiết kế mạch và làm mạch Nguyễn Phú Lâm Trần Hữu Minh Hoàng 5. Thực nghiệm
Thực nghiệm hệ thống thực tế Nguyễn Phú Lâm 12 LỜI NÓI ĐẦU
Ngành công nghệ thông tin và hệ thống IoT – Internet of Things là vấn đề đang rất
được quan tâm, chú trọng hiện nay. Không chỉ là vì tính ứng dụng cao mà IoT còn được
coi là công nghệ tiêu biểu của công nghiệp 4.0. Hệ thống IoT mang lại nhiều lợi ích cho
đời sống và công việc của con người: giúp tiết kiệm thời gian và chi phí hơn nhờ khả năng
chuyển dữ liệu cực nhanh qua mạng Internet, tự động hoá các công việc giúp cải thiện
chất lượng dịch vụ của doanh nghiệp...vv. Các ứng dụng của IoT hướng đến việc tạo ra
những sản phẩm, thiết bị, đồ dùng, phương tiện không dây, tiện ích hơn. Qua đó, dần
dần cải thiện điều kiện, môi trường sống và giúp hình thành những thói quen sống hiện đại.
Từ xưa đến nay, cuộc sống và sinh kế của con người luôn bị đe dọa bởi hỏa hoạn.
Các vụ hỏa hoạn gần đây ngày càng trở nguy hiểm hơn, để lại hậu quả là rất nặng. Rất
nhiều bi kịch hỏa hoạn đã xảy ra, kể cả khi không gây thiệt hại về tính mạng con người thì
cũng gây tổn thất nặng về tâm lý, tài sản. Công tác phòng ngừa và giảm thiểu cháy nổ là
rất cần thiết, đặc biệt là ở các khu đô thị, nơi tập trung những cơ sở kinh doanh, nhà ở
chật chội. Sự nguy hiểm của hỏa hoạn là do đặc điểm của lửa là bùng phát rất nhanh và
khó kiểm soát. Do đó, điều quan trọng nhất là phải phát hiện các đám cháy từ khi chúng
còn nhỏ để ngăn ngừa các tai nạn lớn xảy ra. Từ đó, nhóm tác giả xác định rõ ràng tầm
quan trọng của việc có một hệ thống giám sát và báo cháy khẩn cấp.
Nhận thấy nhu cầu của người dùng và tầm quan trọng, nhóm tác giả đã quyết định
chọn đề tài: "THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY KHÔNG DÂY" với mục đích nghiên
cứu, tìm hiểu và xây dựng hệ thống có đủ các chức năng cần thiết. Hệ thống cho phép
người dùng theo dõi các chỉ số của cảm biến (cảm biến nhiệt độ, cảm biến khói) qua ứng
dụng điện thoại, đồng thời cũng so sánh các chỉ số này với ngưỡng được xác định trước,
nếu vượt ngưỡng sẽ tạo thông tin cảnh báo.
Nhóm tác giả vô cùng biết ơn giảng viên hướng dẫn ThS. Vũ Song Tùng đã tận tình
hướng dẫn, chỉ dẫn, góp ý trong suốt quá trình thực hiện đề tài để nhóm tác giả có thể hoàn thành đề tài.
Trong quá trình thực hiện đề tài, do kiến thức vẫn còn hạn chế, bài báo cáo này
không tránh khỏi những sai sót. Nhóm tác giả rất mong nhận được những lời góp ý từ
quý thầy cô để đề tài được tối ưu, hoàn thiện và giúp nhóm tác giả có thêm những kinh nghiệm quý báu. LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là NGUYỄN PHÚ LÂM, mã số sinh viên 20182627, sinh viên lớp ĐIỆN TỬ 06,
khóa K63. Người hướng dẫn là VŨ SONG TÙNG. Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được
trình bày trong đồ án “THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY KHÔNG DÂY” là kết quả quá
trình tìm hiểu và nghiên cứu của tôi. Mọi thông tin trích dẫn đều tuân thủ các quy định
về sở hữu trí tuệ; các tài liệu tham khảo được liệt kê rõ ràng. Tôi xin chịu hoàn toàn trách
nhiệm với những nội dung được viết trong đồ án này. Hà Nội, Tháng 8, 2023 Người cam đoan NGUYỄN PHÚ LÂM LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là TRẦN HỮU MINH HOÀNG, mã số sinh viên 20182548, sinh viên lớp ĐIỆN
TỬ 03, khóa K63. Người hướng dẫn là VŨ SONG TÙNG. Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung
được trình bày trong đồ án “THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY KHÔNG DÂY” là kết
quả quá trình tìm hiểu và nghiên cứu của tôi. Mọi thông tin trích dẫn đều tuân thủ các
quy định về sở hữu trí tuệ; các tài liệu tham khảo được liệt kê rõ ràng. Tôi xin chịu hoàn
toàn trách nhiệm với những nội dung được viết trong đồ án này. Hà Nội, Tháng 8, 2023 Người cam đoan
TRẦN HỮU MINH HOÀNG MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................................ i
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................................................. i
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................................................... iii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN .................................................................................................................................... iv
ABSTRACT ............................................................................................................................................... iv
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG .............................................................................................. 1
1.1 Lý do thiết kế hệ thống báo cháy theo mô hình không dây ................................................ 1
1.1.1 Hệ thống báo cháy có dây ......................................................................................................... 1
1.1.2 Hệ thống báo cháy không dây .................................................................................................. 2
1.1.3 Đề xuất thiết kế hệ thống báo cháy theo mô hình không dây ........................................ 2
1.2 Tổng quan về hệ thống .................................................................................................................. 2
1.2.1 Mô hình tổng quan hệ thống ................................................................................................... 2
1.2.2 Phương thức giao tiếp giữa Gateway và Node ................................................................... 3
1.2.3 Phương thức giao tiếp giữa Gateway và App ...................................................................... 5
1.3 Công nghệ truyền thông không dây LoRa ................................................................................ 5
1.3.1 Các tính năng chính của LoRa ................................................................................................... 5
1.3.2 Điều chế LoRa ............................................................................................................................... 6
1.3.3 Giao tiếp SPI .................................................................................................................................. 7
1.3.4 Quá trình truyền bản tin LoRa.................................................................................................. 8
1.3.5 Quá trình nhận bản tin LoRa .................................................................................................... 9
1.3.6 Kỹ thuật Invert I/Q ..................................................................................................................... 11
1.4 Giao thức truyền tin MQTT ........................................................................................................ 12
1.4.1 Mô hình Publish-Subcribe ....................................................................................................... 13
1.4.2 Cơ chế hoạt đông ...................................................................................................................... 14
1.4.3 Cơ chế giữ lại tin nhắn ............................................................................................................. 15
1.4.4 Cơ chế phiên liên tục ................................................................................................................ 15
1.5 Thiết kế ứng dụng điện thoại Android bằng Xamarin ......................................................... 15
1.5.1 Ứng dụng Android .................................................................................................................... 15
1.5.2 Công cụ Xamarin ....................................................................................................................... 15
1.6 Kết luận ........................................................................................................................................... 16
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................................................ 17
2.1 Yêu cầu hệ thống .......................................................................................................................... 17
2.1.1 Yêu cầu chức năng .................................................................................................................... 17
2.1.2 Các yêu cầu phi chức năng ..................................................................................................... 17
2.1.3 Tiêu chuẩn kỹ thuật để đánh giá nguy cơ gây cháy ......................................................... 17
2.2 Thiết kế node cảm biến............................................................................................................... 18
2.2.1 Phân tích chức năng ................................................................................................................. 18
2.2.2 Định dạng bản tin...................................................................................................................... 18
2.2.3 Xây dựng thuật toán cho nút cảm biến .............................................................................. 19
2.3 Thiết kế Gateway .......................................................................................................................... 21
2.3.1 Phân tích chức năng ................................................................................................................. 21
2.3.2 Định dạng bản tin nhận từ Node .......................................................................................... 21
2.3.3 Định dạng bản tin truyền qua giao thức MQTT ................................................................ 22
2.3.4 Xây dựng thuật toán cho Gateway ....................................................................................... 22
2.4 Thiết kế ứng dụng điện thoại .................................................................................................... 26
2.4.1 Phân tích chức năng ................................................................................................................. 26
2.4.2 Sơ đồ Use Case .......................................................................................................................... 27
2.4.3 Biểu đồ lớp ................................................................................................................................. 28
2.4.4 Thuật toán thiết kế ................................................................................................................... 29
2.4.5 Giao diện thiết kế ...................................................................................................................... 31
2.5 Kết Luận........................................................................................................................................... 33
CHƯƠNG 3. TRIỂN KHAI XÂY DỰNG HỆ THỐNG ....................................................................... 33
3.1 Linh kiện xây dựng hệ thống ..................................................................................................... 33
3.1.1 Board kit phát triển ESP32 DOIT DevKit V1 ....................................................................... 33
3.1.2 Module ESP8266 NodeMCU Lua .......................................................................................... 34
3.1.3 Module truyền thông không dây LoRa SX1278 ................................................................ 36
3.1.4 Cảm biến ..................................................................................................................................... 37
3.1.5 Module giảm áp DC LM2596 3A ............................................................................................ 39
3.1.6 Relay SRA-05VDC-CL ................................................................................................................. 39
3.2 Thực hiện kết nối phần cứng ..................................................................................................... 40
3.2.1 Mạch Gateway ............................................................................................................................ 40
3.2.2 Mạch Node .................................................................................................................................. 44
3.3 Thực hiện kết nối MQTT .............................................................................................................. 48
3.4 Kết quả thực nghiệm .................................................................................................................... 49
3.4.1 Hình ảnh sản phẩm phần cứng thực tế ............................................................................... 49
3.4.2 Khoảng cách truyền thực tế.................................................................................................... 51
3.5 Kịch bản thử nghiệm .................................................................................................................... 52
3.5.1 Không có cháy ............................................................................................................................. 52
3.5.2 Hệ thống cảnh báo Node không nhận tín hiệu ................................................................. 52
3.5.3 Hệ thống cảnh báo cháy .......................................................................................................... 53
3.6 Đánh giá kết quả ............................................................................................................................ 55
KẾT LUẬN ................................................................................................................................................ 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................................... 57 16
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT IoT Internet of Things LoRa Long Range MQTT MQ Telemetry Transport HTTP Hypertext Transfer Protocol PLL Phase Locked Loop RF Radio Frequency DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1
Hệ thống báo cháy có dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Hình 1.2
Hệ thống báo cháy không dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Hình 1.3
Mô hình hệ thống báo cháy không dây . . . . . . . . . . . . . . . 3 Hình 1.4 Kết nối SPI
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Hình 1.5
Quá trình truyền tin LoRa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Hình 1.6 Quá trình nhận tin LoRa
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Hình 1.7
Mô hình hoạt động của MQTT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Hình 1.8
Cơ chế hoạt động của MQTT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Hình 2.1 Bản tin truyền qua LoRa
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Hình 2.2
Thuật toán khối Node . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Hình 2.3 Bản tin truyền qua LoRa
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Hình 2.4 Định dạng bản tin JSON
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Hình 2.5 Thuật toán nhận dữ liệu từ Node
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Hình 2.6
Thuật toán xử lý các dữ liệu từ các Node . . . . . . . . . . . . . . 25 Hình 2.7
Thuật toán xử lý kiểm tra các Node . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Hình 2.8
Sơ đồ Use Case ứng dụng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Hình 2.9 Biểu đồ lớp DisplayModel
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Hình 2.10 Biểu đồ lớp NodeModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Hình 2.11 Thuật toán thiết kế phần mềm
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Hình 2.12 Giao diện chính của app
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Hình 2.13 Giao diện thêm Node vào hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Hình 3.1
ESP32 DOIT DevKit V1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Hình 3.2 Module ESP8266 NodeMCU Lua
. . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Hình 3.3 Module LoRa SX1278
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Hình 3.4 Cảm biến nhiệt độ DHT22
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Hình 3.5 Cảm biến khói MQ2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Hình 3.6
Module giảm áp DC LM2596 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Hình 3.7
Relay SRA-05VDC-CL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Hình 3.8
Sơ đồ nguyên lý mạch Gateway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Hình 3.9
Khối điều khiển trong Gateway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Hình 3.10 Khối LoRa trong Gateway
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Hình 3.11 Khối báo hiệu trong Gateway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Hình 3.12 Khối nút bấm trong Gateway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Hình 3.13 Khối nguồn trong Gateway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý khối Node . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Hình 3.15 Khối điều khiển trong Node
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Hình 3.16 Khối LoRa trong Node . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Hình 3.17 Khối relay trong Node
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Hình 3.18 Khối nút bấm trong Node . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Hình 3.19 Khối nguồn trong Node . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Hình 3.20 Khối cảm biến trong Node
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Hình 3.21 Topic đăng ký trên MQTT Broker
. . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Hình 3.22 Mạch thực tế Gateway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Hình 3.23 Mạch thực tế Node
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Hình 3.24 Giao diện theo dõi bình thường . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Hình 3.25 Giao diện Node lỗi kết nối
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Hình 3.26 Mạch báo cảnh báo cháy
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Hình 3.27 Giao diện cảnh báo cháy
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh LoRa và Zigbee
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Bảng 1.2
So sánh MQTT và HTTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Bảng 3.1
Kết quả thực nghiệm trường hợp 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Bảng 3.2
Kết quả thực nghiệm trường hợp 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của Công nghiệp 4.0, các hệ thống IoT đang
ngày càng phát triển để phục vụ đời sống con người hiện đại, thông minh hơn. Đến từ
nhu cầu về phòng cháy chữa cháy, các hệ thống báo cháy có dây (dùng dây cáp để kết nối
và truyền dữ liệu) đang được thay thế dần sang hệ thống báo cháy không dây (dùng các
công nghệ truyền thông không dây để kết nối và truyền dữ liệu). Hệ thống báo cháy không
dây vừa tiết kiệm chi phí, nhân công cho việc đi dây, vừa có tính thẩm mỹ cao. Hệ thống
báo cháy không dây cho phép theo dõi tự động liên tục 24/7, người dùng có thể nhận tín
hiệu cảnh báo một cách nhanh chóng ở bất cứ đâu bằng ứng dụng điện thoại khi có
internet hoặc mạng di động.
Đề tài "THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY KHÔNG DÂY" có nội dung chính là:
nghiên cứu, xây dựng hệ thống cảnh báo cháy có thể lắp đặt trong các phòng của tòa
nhà. Mục đích nhóm tác giả thực hiện đề tài này là nghiên cứu, tìm hiểu các công nghệ
truyền thông không dây IoT, cách xây dựng hệ thống IoT sử dụng các công nghệ đó. Nhóm
tác giả đã thực hiện xây dựng hệ thống cảnh báo cháy sử dụng công nghệ truyền thông
không dây LoRa kết nối giữa Gateway với Node, sử dụng giao thức truyền tin MQTT
truyền dữ liệu từ Gateway lên ứng dụng điện thoại.
Nội dung chính của báo cáo bao gồm 3 chương sau:
Chương 1: Tổng quan hệ thống. Chương này trình bày về lý do nhóm tác giả lựa
chọn các công nghệ, công cụ phù hợp với hệ thống. Sau đó sẽ trình bày kỹ thuật của các
công nghệ, công cụ này.
Chương 2: Phân tích thiết kế hệ thống. Chương này phân tích các yêu cầu chức năng,
phi chức năng của hệ thống. Mô hình hóa hệ thống bằng các sơ đồ thể hiện sự đáp ứng
các yêu cầu chức năng đã đề ra.
Chương 3: Triển khai xây dựng hệ thống. Chương này trình bày về quá trình nhóm
tác giả xây dựng hệ thống trong thực tế, kết quả, đánh giá hệ thống sau khi hoàn thiện. ABSTRACT
Currently, with the strong development of Industry 4.0, IoT systems are increasingly
developing to serve modern and smarter human life. Coming from the need for fire
rooms, wired fire alarm systems (using cables to connect and transmit data) are gradually
being replaced by wireless fire alarm systems (using wireless communication
technology). to connect and transfer data). Wireless fire alarm system is both cost-
effective, labor-saving for wiring and highly appraised. Wireless fire alarm system allows