Báo cáo giữa kỳ IoT - Hệ thống cảnh báo rò rỉ khí Gas và cháy môn IoT và ứng dụng | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

lOMoAR cPSD| 58647650
Hà Nội, tháng 10 năm 2024 lOMoAR cPSD| 58647650
Mục lục I. Giới thiệu ề tài .................................................. Error! Bookmark not defined.
1. Mô tả dự án ............................................................................................................... 3
2. Mục ích, ý nghĩa của dự án ........................................................................................ 3
3. Tổng quan phương hướng ......................................................................................... 3
4. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống .......................................................................... 4
II. Cơ sở lý thuyết ............................................................................................................... 5
1. Khái niệm về IoT(Internet of Things) ......................................................................... 5
2. Tầm quan trọng của IoT trong an toàn khí Gas, cháy nổ ........................................... 5
3. Cấu trúc của hệ thống cảnh báo rò rỉ khí Gas, báo cháy trong thực tế ..................... 5
4. Giao thức HTTP .......................................................................................................... 6
5. WebSocket ................................................................................................................. 6
6. Firebase ..................................................................................................................... 7
7. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống .......................................................................... 7
III. Phân tích yêu cầu ........................................................................................................ 11
1. Yêu cầu chức năng ................................................................................................... 11
2. Yêu cầu phi chức năng ............................................................................................. 12
3. Yêu cầu về giao tiếp ................................................................................................. 13
4. Yêu cầu về môi trường hoạt ộng ............................................................................. 13
5. Yêu cầu về thử nghiệm ............................................................................................ 13
IV. Phân tích thiết kế hệ thống ........................................................................................ 14
V. Đánh giá kết quả dự án ................................................................................................ 14
VI. Kết luận ....................................................................................................................... 14
Tài liệu tham khảo ............................................................................................................ 14 I. Giới thiệu ề tài lOMoAR cPSD| 58647650 1. Mô tả dự án
Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, iện tử ã ược ứng dụng ở
rất nhiều lĩnh vực trong thực tế ể phục vụ nhu cầu: chăm sóc sức khỏe, bảo vệ tính mạng và tài sản cho con người.
Khi ời sống con người ược cải thiện thì việc sử dụng bếp gas hay các sản phẩm của gas
làm nhiên liệu un nấu ang phổ biến. Bên cạnh việc tiện lợi của gas, một vấn ề khác của gas
cũng ược quan tâm ó là: an toàn khi sử dụng gas. Khi con người tiếp xúc trực tiếp với khí
gas (vượt quá một nồng ộ cho phép nhất ịnh) trong thời gian dài thì rất dễ bị ngộ ộc gas và
có thể gây tử vong. Không những vậy khí gas rò rỉ vào trong không khí có thể dễ dàng bắt
lửa và gây cháy nổ, ảnh hưởng nghiêm trọng tới an toàn của người sử dụng cũng như
những người xung quanh. Vì vậy, vấn ề phát hiện và xử lý sự cố rò gas là một việc rất cần
thiết với người thường xuyên sử dụng gas. Đặc biệt là các bạn sinh viên thường sử dụng các
bình gas mini không ảm bảo chất lượng, có thể rò rỉ gas bất cứ khi nào. Xuất phát từ ý
tưởng và tình hình thực tế em thấy ây là một ề tài hay, có tính ứng dụng cao và có thể phát
triển nên em ã chọn ề tài này làm ề tài chính trong ồ án môn học.
Để khắc phục sự cố của khí gas khi sử dụng chúng em ã làm ra thiết bị cảnh báo rò rỉ
khí gas, thiết bị này giúp chúng ta dễ dàng nhận biết khí gas khi bị rò rỉ, ược sử dụng trong
các tòa nhà và hộ gia ình.
2. Mục ích, ý nghĩa của dự án
• Nắm bắt ược cấu trúc phần cứng, sơ ồ khối, nguyên lý làm việc của mạch iều khiển.
• Tìm hiểu về lập trình Arduino
• Biết cách làm một ồ án hoàn chỉnh phục vụ cho việc làm ồ án tốt nghiệp về sau.
• Sản phẩm hoạt ộng ổn ịnh với ầy ủ các chức năng cần thiết cho việc “ cảnh báo khí gas
và phòng chống cháy nổ “
• Sản phẩm nhỏ, gọn, mang tính thẩm mỹ cao.
• Giá thành sản phẩm phù hợp với người tiêu dùng hiện nay.
3. Tổng quan phương hướng
Hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas ang ngày càng trở nên quan trọng trong việc bảo vệ an
toàn cho con người và tài sản. Trong bối cảnh công nghệ IoT ngày càng phát triển, một số xu
hướng chính có thể hình thành trong tương lai cho hệ thống này bao gồm:
• Tích hợp trí tuệ nhân tạo sẽ giúp hệ thống phân tích dữ liệu từ các cảm biến một cách
hiệu quả hơn, nhận diện các mẫu rò rỉ khí và ưa ra cảnh báo chính xác hơn. Machine
Learning cũng có thể cải thiện khả năng phát hiện bất thường và giảm thiểu số lượng báo ộng giả. lOMoAR cPSD| 58647650
• Cải thiện cảm biến thông minh: Các cảm biến thông minh sẽ trở nên nhỏ gọn và nhạy
bén hơn, cho phép tích hợp nhiều loại cảm biến vào một thiết bị duy nhất. Chúng có
thể o lường nhiều loại khí khác nhau và tự ộng iều chỉnh ngưỡng cảnh báo tùy theo môi trường.
• Tích hợp với hệ sinh thái nhà thông minh: Hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas sẽ ngày càng
ược tích hợp vào các hệ thống nhà thông minh, cho phép tự ộng iều khiển các thiết bị
khác (như quạt thông gió, cửa sổ tự ộng, v.v.) nhằm giảm thiểu nguy cơ.
Những xu hướng này sẽ không chỉ nâng cao khả năng phát hiện rò rỉ khí gas mà còn tăng
cường an toàn cho người dùng và giảm thiểu rủi ro liên quan ến sự cố khí gas trong tương lai.
4. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống a. Phần cứng • ESP32 WROOM 32 • Cảm biến khí Gas MQ2
• Màn hình LCD 1602 ể hiển thị thông số • Còi báo cháy
• Module 2 relay ể iều khiển bật tắt quạt, máy bơm • Servo ể óng mở cửa
• Kit ể kết nối các linh kiện • Các dây dẫn b. Phần mềm
• Arduino IDE : Arduino IDE ể viết mã cho ESP32. Chương trình viết xong sẽ ược nạp
vào ESP32 thông qua giao tiếp USB. Arduino IDE có công cụ kiểm tra lỗi và nạp
chương trình ể giúp ảm bảo rằng chương trình hoạt ộng ổn ịnh.
• Firebase Realtime Database là cơ sở dữ liệu ược lưu trữ trên ám mây ể lưu trữ giá trị
khí gas o ược, giá trị khí gas tiêu chuẩn, các trạng thái của relay, servo cũng như trạng
thái khi phát hiện lửa. Các giá trị sẽ ược ồng bộ hóa theo thời gian thực mỗi khi người
dùng hoặc ESP32 kết nối
• Frontend(ReactJS): Xây dựng giao diện người dùng ể tương tác với hệ thống cũng
như theo dõi nồng ộ khí gas cũng nhưng trạng thái của các thiết bị
• Backend(NodeJS): xây dựng một API ể giao tiếp với Firebase Realtime Database và
phục vụ các yêu cầu từ frontend ReactJS lOMoAR cPSD| 58647650 II. Cơ sở lý thuyết
1. Khái niệm về IoT(Internet of Things)
Internet of Things (IoT) là một mạng lưới các thiết bị vật lý ược kết nối với nhau qua
internet, cho phép thu thập, trao ổi và phân tích dữ liệu mà không cần sự can thiệp của con
người. Các thiết bị này có thể bao gồm cảm biến, máy móc, thiết bị iện tử, và hơn thế nữa,
ược trang bị các cảm biến và phần mềm ể thu thập thông tin và tương tác với môi trường. [1]
2. Tầm quan trọng của IoT trong an toàn khí Gas, cháy nổ
Rò rỉ khí gas có thể dẫn ến các tai nạn nghiêm trọng, bao gồm cháy nổ và ô nhiễm không
khí. Hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas sử dụng IoT giúp phát hiện và thông báo kịp thời về các
rủi ro này, từ ó giảm thiểu thiệt hại cho con người và tài sản. IoT cung cấp khả năng giám
sát liên tục và phản ứng nhanh chóng với các tình huống nguy hiểm.
3. Cấu trúc của hệ thống cảnh báo rò rỉ khí Gas, báo cháy trong thực tế
Hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas thường bao gồm các thành phần chính sau:
• Cảm biến khí gas: Thiết bị phát hiện các loại khí như metan, propan, hay khí tự nhiên.
Cảm biến này thường sử dụng công nghệ iện hóa, hồng ngoại, hoặc bán dẫn ể xác ịnh
nồng ộ khí. Một số loại cảm biến phổ biến bao gồm cảm biến iện hóa ( ược sử dụng
cho khí ộc như CO, H₂S), cảm biến hồng ngoại (Thích hợp cho khí dễ cháy như CH₄,
C₃H₈), cảm biến bán dẫn (rẻ và có kích thước nhỏ, thường dùng cho các ứng dụng
không yêu cầu ộ chính xác cao)
• Cổng kết nối: Thiết bị trung gian kết nối các cảm biến với internet, thu thập dữ liệu từ
các cảm biến và gửi ến máy chủ ám mây ể phân tích thường hỗ trợ nhiều giao thức
truyền thông (MQTT, HTTP, CoAP).
• Nền tảng lưu trữ dữ liệu: Dữ liệu từ các cảm biến ược gửi ến máy chủ ám mây, nơi
chúng ược lưu trữ, xử lý và phân tích. Nền tảng này thường sử dụng các công nghệ
như Big Data và AI ể cung cấp thông tin hữu ích.
• Giao diện người dùng: Ứng dụng di ộng hoặc web cho phép người dùng theo dõi tình
trạng an toàn của môi trường xung quanh, nhận thông báo khi có rò rỉ khí, và quản lý
các thiết bị cảm biến. lOMoAR cPSD| 58647650
Hình 1: Sơ ồ của hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas trên thực tế 4. Giao thức HTTP
Khái niệm: Giao thức truyền thông Hypertext Transfer Protocol (HTTP) là một giao thức cơ
bản ược sử dụng ể truy cập và truyền tải dữ liệu trên Internet. Trong lĩnh vực loT, HTTP óng
vai trò quan trọng trong việc kết nối và truyền thông dữ liệu giữa các thiết bị loT và các hệ thống backend. [2]
Cách hoạt ộng: Khi một thiết bị loT muốn gửi dữ liệu ến một hệ thống backend thông qua
giao thức HTTP, nó sẽ thiết lập một kết nối TCP với máy chủ và gửi một yêu cầu HTTP chứa
dữ liệu cần truyền. Hệ thống backend sau ó xử lý yêu cầu này và có thể trả về phản hồi theo
yêu cầu của thiết bị loT. 5. WebSocket
Khái niệm: WebSocket là một giao thức truyền thông cung cấp các kênh liên lạc song công
hoàn toàn qua một kết nối TCP duy nhất giữa máy khách và máy chủ. Không giống như HTTP
truyền thống tuân theo mô hình phản hồi yêu cầu, giao thức này cho phép giao tiếp hai
chiều. Điều này có nghĩa là máy khách và máy chủ có thể gửi dữ liệu cho nhau bất cứ lúc nào,
giúp dữ liệu ược truyền i nhanh chóng mà không cần phải tải lại trang web. [2] Cách hoạt ộng:
• Client (thiết bị IoT) gửi yêu cầu mở kết nối WebSocket tới server qua HTTP.
• Server chấp nhận kết nối và thiết lập một kênh giao tiếp hai chiều. lOMoAR cPSD| 58647650
• Sau khi kết nối ược thiết lập, cả hai bên có thể truyền dữ liệu lẫn nhau mà không cần
gửi thêm yêu cầu HTTP mới.
• Khi không còn dữ liệu, kết nối sẽ vẫn mở cho ến khi một trong hai bên ngắt kết nối. 6. Firebase
Khái niệm: Firebase trong IoT là một nền tảng ược sử dụng ể hỗ trợ lưu trữ và quản lý dữ
liệu của các thiết bị IoT trên ám mây. Firebase cung cấp một loạt các dịch vụ, chẳng hạn
như cơ sở dữ liệu thời gian thực, lưu trữ tệp, phân tích, và khả năng xác thực người dùng,
giúp các hệ thống IoT có thể lưu trữ, xử lý và ồng bộ dữ liệu dễ dàng giữa các thiết bị và ứng dụng. [3]
Các khía cạnh chính về việc sử dụng Firbase trong dự án IoT:
• Firebase Realtime Database: là một giao thức ược xây dựng dựa trên WebSocket và
HTTP ể cung cấp kết nối dữ liệu liên tục theo thời gian thực, là một cơ sở dữ liệu
NoSQL, nơi mà dữ liệu ược lưu trữ dưới dạng JSON và ồng bộ hóa theo thời gian thực.
Điều này rất phù hợp với các ứng dụng IoT, vì các thiết bị IoT thường cần gửi và nhận
dữ liệu trong thời gian thực.
• Firebase Cloud Messaging (FCM): cho phép các thiết bị IoT gửi và nhận thông báo
thông qua dịch vụ ám mây của Firebase. Ví dụ, một thiết bị IoT có thể phát hiện sự cố
(như phát hiện khói hoặc khí gas vượt ngưỡng) và gửi thông báo tới người dùng ngay lập tức
• Firebase Hosting: có thể ược sử dụng ể lưu trữ ứng dụng web, trang iều khiển các
thiết bị IoT, giúp quản lý và iều khiển thiết bị từ xa qua giao diện người dùng (UI).
7. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống
a. ESP32 WROOM 32: Đây là bộ vi iều khiển mạnh mẽ với khả năng kết nối Wi-Fi và
Bluetooth, rất phù hợp cho các ứng dụng IoT. lOMoAR cPSD| 58647650
Phần cứng của ESP-WROOM-32: [4]
• GPIO (General Purpose Input/Output): ESP32 có 34 chân GPIO có thể lập trình ược, với
mỗi chân có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau như ầu vào/ ầu ra kỹ thuật số,
ADC, UART, SPI, I2C, và PWM. Một số chân ược chỉ ịnh sẵn cho các chức năng ặc biệt như
ADC hoặc DAC, nhưng các chân khác có thể ược cấu hình tùy chỉnh qua chương trình.
• ADC (Analog to Digital Converter): ESP32 có 18 kênh ADC 12-bit chia thành hai khối
(ADC1 và ADC2), cho phép chuyển ổi tín hiệu analog thành giá trị số từ 0 ến 4093. Độ
phân giải cao của ADC giúp o chính xác các tín hiệu từ cảm biến.
• DAC (Digital to Analog Converter): ESP32 tích hợp 2 kênh DAC 8-bit trên các chân GPIO25
và GPIO26, cho phép chuyển ổi tín hiệu số sang tín hiệu iện áp analog.
• PWM (Pulse Width Modulation): Có 16 kênh PWM ộc lập, giúp iều khiển ộng cơ và èn
LED. Người dùng có thể iều chỉnh tần số, chu kỳ nhiệm vụ và gán kênh PWM cho bất kỳ chân GPIO nào.
• RTC GPIO (Real-Time Clock GPIO): ESP32 có 16 GPIO RTC, giúp ánh thức thiết bị khỏi chế
ộ ngủ sâu (Deep Sleep) nhờ các nguồn ánh thức bên ngoài.
• Cảm biến iện dung: Có 10 GPIO cảm ứng iện dung, sử dụng ể phát hiện sự thay ổi iện
dung khi có vật chạm vào chân cảm ứng, không cần phần cứng bổ sung.
• Giao diện UART: ESP32 có 3 giao diện UART cho truyền thông nối tiếp, thường sử dụng
cho giao tiếp với máy tính hoặc các module khác.
• Giao diện SPI: ESP32 có 3 khối SPI (SPI, HSPI, VSPI), dùng cho truyền thông tốc ộ cao với
các thiết bị ngoại vi như bộ nhớ Flash.
• Giao diện I2C: 2 giao diện I2C cho phép giao tiếp với các cảm biến và thiết bị ngoại vi. Các
chân I2C mặc ịnh trong Arduino IDE là GPIO21 (SDA) và GPIO22 (SCL), nhưng có thể cấu hình lại. lOMoAR cPSD| 58647650
• Chỉ ầu vào GPIO: Một số chân như GPIO34, GPIO35, GPIO36, và GPIO39 chỉ hỗ trợ ầu vào kỹ thuật số.
Triển khai ESP32 với Firebase: [5] Yêu cầu phần cứng: • ESP32 WROOM 32
• Cảm biến(ví dụ: Cảm biến khí gas MQ2)
• Nguồn iện(USB hoặc pin) Yêu cầu phần mềm: • Arduino IDE
• Thư viện Firebase ESP32 Client ể hỗ trợ kết nối Firebase
• ESP32 trong phần Board Manager Các bước thực hiện:
Bước 1: Cài ặt Arduino IDE và thêm ESP32 và Board Manager
Bước 2: Cài thư ặt thư viện Firebase ESP32 Client: Vào Tools -> Manage
Libraries, tìm kiếm “Firebase ESP32 Client” và cài ặt
Bước 3: Kết nối WiFi: Khai báo thư viện “WiFi.h” ể kết nối ESP32 với WiFi Code: https://ideone.com/j5bgyd
Bước 4: Tạo dự án trên Firebase: bạn vào ường dẫn sau:
https://console.firebase.google.com/u/0/ rồi tạo một dự án có tên là “BLT-IOT”
Bước 5: Kết nối với Firebase: Sau khi ESP32 kết nối thành công với WiFi, bạn cần kết nối với
Firebase. Dưới ây là cách thiết lập thông qua thư viện “Firebase ESP32 Client”:
Code: https://ideone.com/j5bgyd
Bước 6: Gửi và nhận dữ liệu bằng Firebase Realtime Database: Sau khi kết nối thành công
với Firebase, ta có thể gửi và nhận giữ liệu thông qua Firebase Realtime Database. Ví dụ,
nếu muốn gửi giá trị khí gas o ược từ cảm biến ta có thể thực hiện bằng câu lệnh:
Firebase.setInt(firebaseData, “/data/gasValue”, value);
Hoặc nếu muốn ặt lại giá trị ngưỡng khí gas từ Firebase ta có thể dùng câu lệnh:
Firebase.getInt(firebaseData, "/data/gasThreshold"); gasThreshold = firebaseData.intData();
Bước 7: Firebase Console: tại ây bạn có thể xem những giá trị o ược từ cảm biến hoặc
cũng có thể gửi giá trị cho ESP32 thông qua Firebase Realtime Database Code:
https://ideone.com/j5bgyd [5] b. Cảm biến khí gas MQ2 lOMoAR cPSD| 58647650
Cảm biến MQ-2 là một trong những cảm biến khí phổ biến, ược sử dụng ể phát hiện nhiều
loại khí khác nhau, bao gồm khí gas tự nhiên (methane), khí LPG (propane), khói và một số
khí ộc khác. Đây là một cảm biến iện hóa, hoạt ộng dựa trên nguyên tắc thay ổi iện trở khi
tiếp xúc với các loại khí.
Chức năng của cảm biến MQ-2:
• Phát hiện khí : Cảm biến có khả năng phát hiện nồng ộ của nhiều loại khí khác nhau,
bao gồm: khí gas tự nhiên (methane, CH₄), khí LPG (propane, C₃H₈), khói và hơi từ các
chất dễ cháy, một số khí ộc như CO (carbon monoxide).
• Đo lường nhiệt ộ: Cảm biến cung cấp tín hiệu iện ể o lường nồng ộ khí, giúp người
dùng biết ược tình trạng an toàn của môi trường.
• Cảnh báo Rò rỉ: Khi nồng ộ khí vượt quá ngưỡng an toàn, cảm biến có thể kích hoạt hệ
thống cảnh báo ể thông báo cho người dùng về rủi ro tiềm ẩn.
Cảm biến MQ-2 hoạt ộng theo nguyên lý iện trở thay ổi. Dưới ây là các bước cụ thể:
• Cấu trúc cảm biến: MQ-2 gồm một mạch iện và một bộ cảm biến, thường là một dây
kim loại với lớp oxit kim loại nhạy cảm với khí (thường là SnO₂).Cảm biến có hai chân:
chân cấp iện (VCC) và chân tín hiệu (AO/DO).
• Cấp iện: Khi cảm biến ược cấp iện (thường là 5V), iện trở của lớp SnO₂ sẽ bị ảnh
hưởng bởi các khí mà nó tiếp xúc.
• Đo lường tín hiệu: Cảm biến cung cấp hai loại tín hiệu: Analog Output (AO) có thể ược
sử dụng ể o nồng ộ khí liên tục. Digital Output (DO) là một tín hiệu bật/tắt, cho phép
cảm biến phát hiện khi nồng ộ khí vượt qua ngưỡng ã ịnh trước.
• Xử lý Dữ liệu: Tín hiệu từ cảm biến ược gửi ến vi iều khiển hoặc hệ thống xử lý dữ liệu
ể phân tích. Hệ thống có thể so sánh tín hiệu với các giá trị ngưỡng ã xác ịnh ể quyết
ịnh xem có nên kích hoạt cảnh báo hay không Thông số kỹ thuật: • Nguồn hoạt ộng: 5V lOMoAR cPSD| 58647650
• Loại dữ liệu: Analog
• Phạm vi phát hiện rộng
• Tốc ộ phản hồi nhanh và ộ nhạy cao • Mạch ơn giản
• Ổn ịnh trong việc sử dụng lâu dài
c. Cảm biến phát hiện lửa
Cảm biến chuyên dùng ể phát hiện lửa, thường dùng trong các hệ thống báo cháy. Tầm
hoạt ộng trong khoảng 80cm với góc quét 60°. Cảm biến nhận biết ược lửa tốt nhất với
bước sóng 760nm - 1100nm. Mạch còn ược tích hợp IC LM393 ể so sánh tạo mức tín hiệu
và có thể chỉnh ược ộ nhạy bằng biến trở, có hai ngõ ra tín hiệu là Digital và Analog. Thông số kỹ thuật:
• Nguồn cấp: 3.3V - 5VDC • Dòng tiêu thụ: 15mA
• Tín hiệu ra: Digital 3.35VDC tùy nguồn cấp hoặc Analog. • Khoảng cách : 80 cm • Góc quét: 60 ộ
• Kích thước : 3.2 x 1.4 cm Sơ ồ chân: • VCC -> 3.3V~5.3V
• GND -> power supply ground
• AOUT (AO) -> analog output
• DOUT (DO) -> digital output III. Phân tích yêu cầu 1. Yêu cầu chức năng
• Phát hiện nồng ộ khí gas trong không khí: lOMoAR cPSD| 58647650
- Hệ thống cần tích hợp cảm biến MQ-2 ể o nồng ộ khí gas trong môi trường.
- Khi nồng ộ khí gas vượt qua một ngưỡng an toàn (giá trị ngưỡng gas), hệ thống phải kích hoạt cảnh báo.
• Cảnh báo rò rỉ khí gas:
- Hệ thống sẽ kích hoạt còi báo cháy và gửi thông báo ến người dùng khi phát hiện nồng
ộ khí vượt quá ngưỡng cho phép.
- Tùy vào thiết kế của hệ thống, có thể có thêm chức năng iều khiển tự ộng các thiết bị
khác (ví dụ như quạt thông gió, máy bơm, cửa tự ộng) ể giảm thiểu nguy cơ.
• Ghi và lưu trữ dữ liệu khí gas:
- Dữ liệu về nồng ộ khí gas o ược từ cảm biến sẽ ược lưu trữ trên Firebase Realtime
Database theo thời gian thực ể người dùng có thể theo dõi và phân tích.
- Hệ thống cần có khả năng ồng bộ hóa dữ liệu khi có sự thay ổi trạng thái (ví dụ như
khi ngưỡng khí gas ược cập nhật hoặc khi phát hiện rò rỉ).
• Điều khiển từ xa thông qua giao diện người dùng:
- Xây dựng một giao diện web (Frontend sử dụng ReactJS) cho phép người dùng theo
dõi nồng ộ khí gas và trạng thái của các thiết bị (quạt, cửa, máy bơm).
- Người dùng có thể thực hiện các thao tác iều khiển từ xa, chẳng hạn như bật/tắt quạt
hoặc óng/mở cửa thông qua giao diện này.
• Tự ộng cập nhật giá trị ngưỡng khí gas:
- Người dùng có thể thay ổi giá trị ngưỡng khí gas tiêu chuẩn (threshold) thông qua giao
diện web. Giá trị này sẽ ược ồng bộ với cơ sở dữ liệu trên Firebase và thiết bị ESP32.
• Hỗ trợ chế ộ cảnh báo bằng âm thanh:
- Khi phát hiện khí gas vượt ngưỡng, hệ thống cần kích hoạt còi báo ể cảnh báo trực tiếp tại vị trí có rò rỉ.
Kiểm soát hệ thống thông qua ESP32:
- ESP32 cần ược lập trình ể xử lý các tín hiệu từ cảm biến MQ-2 và thực hiện các hành
ộng cần thiết (bật cảnh báo, ghi dữ liệu lên Firebase, iều khiển các thiết bị liên quan).
2. Yêu cầu phi chức năng
• Hiệu suất hệ thống:
- Hệ thống cần phải phản hồi nhanh chóng khi phát hiện khí gas vượt ngưỡng. Thời gian
phản hồi giữa cảm biến và còi báo cháy cần nhỏ hơn 1 giây. • Khả năng mở rộng:
- Hệ thống cần có khả năng mở rộng dễ dàng, cho phép thêm nhiều cảm biến khác
nhau vào hệ thống nếu cần (ví dụ như cảm biến o nhiệt ộ, ộ ẩm, phát hiện lửa). • Tính khả dụng: lOMoAR cPSD| 58647650
- Hệ thống phải hoạt ộng ổn ịnh, ảm bảo liên tục giám sát khí gas trong môi trường mà không bị gián oạn.
- Cơ sở dữ liệu Firebase Realtime Database cần ồng bộ hóa dữ liệu một cách mượt mà
giữa thiết bị ESP32 và giao diện người dùng. • Bảo mật:
- Dữ liệu o ược từ cảm biến phải ược bảo vệ ể tránh việc bị truy cập trái phép. Firebase
cần hỗ trợ cơ chế xác thực và cấp quyền truy cập cho người dùng một cách hợp lý. • Khả năng bảo trì:
- Hệ thống cần có thiết kế dễ bảo trì, cho phép nâng cấp phần cứng và phần mềm mà
không ảnh hưởng ến hoạt ộng của hệ thống hiện tại.
• Tính thẩm mỹ và gọn nhẹ:
- Thiết bị cần có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp ặt trong không gian gia ình hoặc tòa
nhà mà không làm mất tính thẩm mỹ.
3. Yêu cầu về giao tiếp
Giao tiếp giữa ESP32 và Firebase:
- Thiết bị ESP32 cần sử dụng thư viện Firebase ESP32 Client ể kết nối với Firebase thông qua Wi-Fi.
- Dữ liệu cần ược gửi và nhận theo thời gian thực, ặc biệt khi có thay ổi về nồng ộ khí gas
hoặc trạng thái của các thiết bị.
Giao tiếp giữa người dùng và hệ thống:
- Người dùng tương tác với hệ thống qua giao diện web (ReactJS), và giao diện này phải dễ
sử dụng, thân thiện, hiển thị rõ ràng các thông số cần thiết.
- Hệ thống phải ảm bảo phản hồi ngay lập tức khi người dùng thay ổi giá trị ngưỡng hoặc
iều khiển thiết bị từ xa.
4. Yêu cầu về môi trường hoạt ộng
• Điều kiện hoạt ộng của cảm biến:
- Cảm biến khí gas MQ-2 cần hoạt ộng ổn ịnh trong các iều kiện môi trường khắc nghiệt
như nhiệt ộ cao hoặc ộ ẩm lớn.
• Khả năng tích hợp với các thiết bị khác:
- Hệ thống cần có khả năng tích hợp với các thiết bị thông minh khác trong nhà thông
minh, như hệ thống quạt thông gió tự ộng, cửa tự ộng và các thiết bị bảo vệ khác.
5. Yêu cầu về thử nghiệm
• Thử nghiệm phát hiện rò rỉ: lOMoAR cPSD| 58647650
- Hệ thống cần ược thử nghiệm kỹ lưỡng ể ảm bảo phát hiện chính xác nồng ộ khí gas
và kích hoạt cảnh báo kịp thời.
• Thử nghiệm hiệu suất:
- Đánh giá hiệu suất của hệ thống trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm cả môi
trường có ộ ẩm cao hoặc iều kiện nhiệt ộ bất thường.
• Thử nghiệm khả năng ồng bộ: -
Đảm bảo dữ liệu ược gửi lên Firebase theo thời gian thực mà không xảy
ra tình trạng mất ồng bộ giữa các thiết bị. -
Bảng phân công công việc Họ và tên Mã sinh viên Công việc Phạm Văn Đức B21DCCN255
Lập trình Arduino, kết nối ESP32 với
Firebase, gửi và nhận dữ liệu với Firebase
Realtime Database và viết báo cáo Đoàn Minh Hiển B21DCCN339
Xử lý dữ liệu nhận ược từ Firebase, từ phía Client Lương Thái Hà B21DCCN310
Tìm hiểu về lập trình Arduino, các cảm
biến, thiết bị sử dụng, lập trình Front-end Đỗ Mạnh Hùng B21DCCN408
Mua thiết bị, lắp ặt các thiết bị, tìm hiểu về Firebase, viết báo cáo
IV. Phân tích thiết kế hệ thống
V. Đánh giá kết quả dự án VI. Kết luận Tài liệu tham khảo
[1] P. Gokhale, O. Bhat and S. Bhat, "Introduction to IOT," IT Dept., Smt. Kashibai Navale
College of Engineering, Maharashtra, 2018.
[2] "1," 12 November 2023. [Online]. Available: https://comlink.vn/giao-thuc-truyenthong-
thiet-bi-iot/. [Accessed 2 October 2024]. lOMoAR cPSD| 58647650
[3] P. Chougale, V. Yadav and D. A. Gaikwad, "FIREBASE - OVERVIEW AND USAGE,"
International Research Journal of Modernization in Engineering Technology and Science, Kolhapur, 2021.
[4] "1," CÔNG TY TNHH TM VÀ DV ĐIỆN TỬ TƯƠNG LAI VIỆT NAM,
[Online]. Available: https://dientutuonglai.com/so-do-chan-esp32.html. [Accessed 3 October 2024].
[5] "1," [Online]. Available: https://randomnerdtutorials.com/esp32-firebase-
realtimedatabase/. [Accessed 3 October 2024].