BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
--------------------------------------ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Cơng nghệ kỹ thuật máy tính
THIẾT KẾ MƠ HÌNH BÁO CHÁY VÀ PHUN NƯỚC TỰ
ĐỘNG SỬ DỤNG ARDUINO

CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY
TÍNH

CBHD: TS.
Sinh viên:
Mã số sinh viên:

Hà Nội - 2022


2

MỤC LỤC


3

DANH MỤC BẢNG BIỂU


4

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ADC

AVR
CPU

Analog Digital Converter
Automatic Voltage Regulator
Central Processing Unit

DCP

Data Collection Platform

GPIO

General Purpose Input Output

LAN
MAC
MCU
PCB
PWM
SRAM
ROM
TTL
USB

Local Area Network
Media Access Control
Microcontroller Unit
Printed Circuit Board
Pulse Width Modulation

Static Random-Access Memory
Read Only Memory
Transistor-Transistor Logic
Universal Serial Bus


5

LỜI MỞ ĐẦU
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn tới quý thầy cô giáo trong Khoa
Điện tử đã nhiệt tình giúp đỡ, giảng dạy cho em về các kiến thức liên quan tới
lĩnh vực nghiên cứu khoa học, cũng như những kiến thức chuyên ngành mà
thầy cô đã truyền đạt cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Đề tài “Thiết kế mơ hình báo cháy và phun nước tự động sử dụng
Arduino”, em đã chọn đề tài này là vì xã hội ngày càng phát triển, tốc độ cơng
nghiệp hóa ngày càng nhanh. Song bên cạnh đó lại có nhiều vụ hỏa hoạn gây
tổn thất về cả người và tài sản gây trở ngại cho sự phát triển của đất nước. Vì
vậy cơng tác phịng cháy chữa cháy ngày càng phải được nâng cấp và quan
tâm hơn.
Trong quá trình thực hiện đề tài này, em đã cố gắng để hồn thành nó
một cách hồn hảo nhất. Song với lượng kiến thức và trải nghiệm còn hạn chế
của bản thân nên khó tránh khỏi những sai sót mong thầy cơ đóng góp ý kiến
để đề tài của em được hồn thiện hơn.
Trong đồ án em đã trình bày được những nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống báo cháy.
Chương 2: Các thiết bị trong hệ thống báo cháy.
Chương 3: Thiết kế xây dựng hệ thống.
Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Nhà trường, tới Khoa
Điện tử, các trung tâm, các thầy cô trực tiếp cũng như gián tiếp đã dạy dỗ và
truyền lửa chúng em trong suốt 4 năm học vừa qua để có được những kiến

thức chun mơn, cơ sở, các kỹ năng để em có thể làm việc trong cuộc sống
tương lai sau này, và đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc và chân thành tới
thầy TS. Phạm Xuân Thành, người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, giúp đỡ,


6
định hướng, lên ý tưởng, chỉ dẫn các tài liệu và các tiến trình thực hiện đồ án
giúp em hồn thành được đồ án này đúng hạn và hoàn hảo nhất.
1. Lý do chọn đề tài
- Việc nghiên cứu, thiết kế vẫn chưa triển khai trên thực tế trong nước.
- Các hệ thống hiện nay trên thị trường đều nhập khẩu từ nước ngoài.
- Bảo vệ sự an toàn cho người thân cũng như ngôi nhà. Cũng như hạn chế
sự mất mát về tài sản.
2. Phạm vi nghiên cứu
- Tìm hiểu về các loại cảm biến nhiệt, khói trong thực tế.
- Tìm hiểu về Arduino ESP32 giao tiếp qua wifi, những phần mềm thiết kế
điện tử.
- Tìm hiểu về các thiết bị chữa cháy, báo cháy và các nguyên nhân gây
cháy.
- Xây dựng thuật tốn điều khiển, viết chương trình, thiết kế mạch.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu qua giáo trình, thu thập thơng tin liên quan trên các trang web và
các diễn đàn hướng dẫn về hệ thống báo cháy.
- Xây dựng sơ đồ khối, lưu đồ thuật tốn phân tích cách thức hoạt động.
- Sau đó đưa ra thiết kế cho bản thân để xây dựng một mơ hình hệ thống.
Từ đó nhờ những kiến thức đã học tập để thiết kế mơ hình và xây dựng
chương trình điều kiển.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài



Ý nghĩa khoa học:

- Giải quyết được vấn đề an tồn trong phịng chống cháy nổ, nhanh chóng
dập tắt sự phát tán của sự cố khi xảy ra. Góp phần nhỏ giảm được các sự cố
cháy nổ có thể xảy ra.


Ý nghĩa thực tiễn:


7
- Giảm bớt được chi phí về lắp đặt hệ thống phòng chống cháy nổ nhưng
vẫn giữ được hiệu quả của hệ thống. Bảo vệ được tính mạng, hạn chế sự mất
mát về tài sản của người sử dụng.

1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY
1.1 Giới thiệu chung
Hệ thống báo cháy tự động là một hệ thống bao gồm các thiết bị có khả
năng phát tín hiệu và tự chữa cháy khi có sự cố xảy ra. Hệ thống tự động phát
hiện và thông báo địa điểm cháy cho người dùng. Một hệ thống báo cháy tự
động sẽ được chia làm 3 phần lớn là thiết bị báo cháy trung tâm, cảm biến đầu
vào và bộ phận chữa cháy đầu ra.

Hình 1.1 Một số thiết bị của hệ thống chữa cháy.
Tuy nhiên chi phí cho những hệ thống này là khá cao, đối với mức độ
hộ gia đình là khó lắp đặt, chưa được phổ biến.


8
1.2 Tổng quan về hệ thống báo cháy tự động

Trong đó 3 phần có kết cấu sau, thiết bị báo cháy trung tâm thường là
có dạng hình hộp bao gồm một bảng điều khiển lớn, các module, một biến thể
và pin. Cảm biến đầu vào sẽ bao gồm báo gas, đầu báo khói, đầu báo nhiệt,
báo lửa và cơng tắc khẩn. Thiết bị đầu ra sẽ bao gồm bảng hiển thị phụ,
chng báo động, đèn báo động, đèn thốt hiểm, bộ quay số điện thoại tự
động.
Tất cả những bộ phận của hệ thống sẽ hoạt động một cách hiệu quả với
độ chính xác cao và tự động hồn tồn.
1.2.1 Nhiệm vụ của mạch
Tự động phát hiện khi có dấu hiệu cháy một cách nhanh chóng, chính
xác và kịp thời trong phạm vi của thiết bị.
Phát ra các tín hiệu báo động, các tín hiệu và thơng báo để điều khiển
các thiết bị ngoại vi của hệ thống báo cháy tự động nhằm thực hiện một
nhiệm vụ của hệ thống được cài đặt từ trước.
Đặc biệt, với hệ thống báo cháy sử dụng đầu báo cháy khói thì nhiệm
vụ “cảnh báo” quan trọng hơn là chữa cháy khi có ngọn lửa xảy ra, có nghĩa
là phát hiện và thơng báo khi chưa có ngọn lửa tức là sắp cháy hay sự cháy
âm ỉ.
1.2.2 Phân loại hệ thống báo cháy tự động
* Phân loại hệ thống báo cháy dựa trên nguyên lý làm việc của đầu báo
cháy.
Hệ thống báo cháy sử dụng đầu báo cháy khói: là hệ thống làm việc
dựa vào nguyên lý làm việc của đầu báo cháy khói. Phát hiện ra sự gia tăng
nồng độ khói ở trong phạm vi bảo vệ là phương thức hoạt động của hệ thống.
Hệ thống báo cháy sử dụng đầu báo cháy nhiệt: là hệ thống báo cháy tự
động làm việc dựa theo nguyên lý làm việc của đầu báo cháy nhiệt. Phát hiện


9
sự thay đổi nhiệt độ ở trong phạm vi bảo vệ là phương thức hoạt động của hệ

thống.
Hệ thống báo cháy sử dụng đầu báo cháy ánh sáng (lửa): làm việc dựa
vào nguyên lý làm việc của đầu báo cháy lửa. Phát hiện ra nồng độ tăng
cường ánh sáng của ngọn lửa trong phạm vi bảo vệ là phương thức hoạt động
của hệ thống.
Hệ thống báo cháy sử dụng đầu báo cháy hỗn hợp: là hệ thống làm việc
dựa trên nguyên lý làm việc của đầu báo cháy nhiệt và khói hoặc là đầu báo
cháy nhiệt và lửa. Phát hiện ra sự thay đổi các yếu tố môi trường trong phạm
vi bảo vệ là cách hoạt động.
* Phân loại hệ thống báo cháy dựa trên đặc điểm kỹ thuật của hệ thống
báo cháy.
Hệ thống báo cháy theo vùng (hệ thống báo cháy thơng thường): là hệ
thống có khả năng báo cháy trong một khu vực, một địa điể có thể có một
hoặc nhiều đầu báo cháy. Diện tích bảo vệ của hệ thống có thể từ vài chục đến
hàng ngàn mét vuông (tùy thuộc đặc điểm của khu vực lắp đặt).
Hệ thống báo cháy theo địa chỉ: là hệ thống báo cháy làm việc với khả
năng báo cháy chính xác đến từng vị trí từng đầu báo riêng biệt (từng địa chỉ
cụ thể). Diện tích bảo vệ của một địa chỉ báo cháy có giới hạn chỉ trong
khoảng vài chục mét vuông (tùy thuộc vào từng loại đầu báo cháy).
Hệ thống báo cháy thông minh: với sự phát triển của khoa học công
nghệ, hệ thống báo cháy theo địa chỉ đã phát triển thành hệ thống báo cháy
thông minh. Đây là hệ thống báo cháy tự động với nhiều tính năng ưu việt
hơn các hệ thống cũ, ngoài chức năng báo cháy thơng thường theo địa chỉ, nó
cịn có thể đo được một số thông số về môi trường của khu vực lắp đặt đầu
báo cháy như nhiệt độ, nồng độ khói. Nó cịn có thể thay đổi được ngưỡng tác
động của đầu báo cháy theo yêu cầu của người sử dụng [1].


10
1.2.3 Các thành phần cơ bản của hệ thống báo cháy tự động

a. Báo cháy trung tâm
Tủ trung tâm, trung tâm điều khiển (control panel): thường thiết kế
dạng tủ, gồm các bo mạch chính đây là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống
và quyết định tính chính xác của hệ thống. Là bộ phận cung cấp nguồn điện
và phát tín hiệu đi khi có xảy ra sự cố. Xử lý hết các thông tin từ cám biến đầu
vào nơi cảm nhận, phát hiện sự cháy và phát tín hiệu báo động cho khối đầu
ra. Kiểm tra các hoạt động cơ bản của hệ thống, phát hiện và xử lý được một
số thông số lỗi nhỏ.
b. Thiết bị đầu vào
Thiết bị đầu vào là những thiết bị tối quan trọng đối với một hệ thống
báo cháy, nó là nơi phát tín hiệu đi đầu tiên khi mà phát hiện được thơng tin
của tiền đám cháy. Nó bao gồm tất cả các cảm biến hiện nay có trên thị
trường tùy thuộc vào nơi lắp đặt mà nó sẽ được sử dụng các đầu cảm biến
khác nhau như cảm biến phát hiện sự tăng nhiệt, tỏa khói, phát sáng, phát lửa.
Sau đó nó sẽ truyền tín hiệu này về tủ trung tâm của hệ thống để thực hiện các
bước tiếp theo.
Đầu báo khói là thiết bị giám sát trực tiếp, phát hiện ra dấu hiệu khói để
truyền các tín hiệu khói về trung tâm xử lý. Thời gian của đầu báo khói nhận
và truyền thông tin đến báo cháy trung tâm không quá 30s. Mật độ của môi
trường từ 15% đến 20%. Nếu nồng độ của khói trong mơi trường tại khu vực
vượt quá ngưỡng cho phép (10% đến 20%) thì thiết bị sẽ phát tín hiệu báo
động về trung tâm để xử lý.
Các đầu báo khói thường được bố trí tại các phòng làm việc, hội
trường, các kho chứa, các khu vực có mật độ khơng gian kín và các chất dễ
gây cháy nổ tạo khói trước khi cháy. Đầu báo khói thường chia làm 2 loại
chính sau:


11
Đầu báo khói dạng điểm: Được lắp tại các khu vực mà phạm vi giám

sát nhỏ (văn phòng, chung cư)
a. Đầu báo khói Ion: Thiết bị này sẽ tạo ra các dịng ion dương và ion
âm chuyển động, khi có khói, khói sẽ làm cản trở chuyển động của các ion
dương và ion âm, từ đó thiết bị sẽ gửi tín hiệu báo cháy về trung tâm xử lý.
b. Đầu báo khói loại Beam có tầm hoạt động rất xa, sử dụng thích hợp
tại những khu vực mà các loại đầu báo khói quang điện tỏ ra khơng thích hợp,
ví dụ như những nơi mà đám khói tiên liệu là sẽ có khói màu đen.
Đầu báo dạng Beam thường được lắp đặt trong các khu vực có phạm vi
giám sát lớn, nơi trần nhà quá cao hoặc không thể lắp đặt các đầu báo điểm
(các nhà xưởng)
Đầu báo nhiệt: Đầu báo nhiệt là loại dùng để dò nhiệt độ của môi
trường trong phạm vi bảo vệ, khi nhiệt độ của môi trường không thỏa mãn
những quy định của các đầu báo nhiệt do nhà sản xuất quy định (quá cao hoặc
q thấp), thì nó sẽ phát tín hiệu báo động gửi về trung tâm xử lý.
Các đầu báo nhiệt được lắp đặt ở những nơi không thể lắp đặt được đầu
báo khói (nơi chứa thiết bị máy móc, garage, các buồng điện, nhà máy, nhà
bếp)
Đầu báo nhiệt cố định: Là loại đầu báo bị kích thích và phát tín hiệu
báo động khi cảm ứng nhiệt độ trong bầu khơng khí chung quanh đầu báo
tăng lên ở mức độ mà nhà sản xuất đã quy định như (55o, 75o,100o)
Đầu báo nhiệt gia tăng: Là loại đầu báo bị kích hoạt và phát tín hiệu
báo động khi cảm ứng được hiện tượng của bầu khơng khí xung quanh đầu
báo nhiệt gia tăng tăng nhiệt độ một cách đột ngột khoảng 9oC/ phút.
Đầu báo gas (Gas Detector): Là thiết bị trực tiếp giám sát, phát hiện
dấu hiệu có khí gas rị rỉ khi mà tỉ lệ gas tập trung vượt quá mức 0.503%
(Propane/Butane) và gửi tín hiệu báo động này về trung tâm xử lý.


12
Các đầu báo khí gas thường được bố trí trong khoảng gần nơi có gas

như các phịng vơ gas hay các kho chứa gas. Các đầu báo gas thường được lắp
đặt trên tường, cách sàn nhà từ 10 - 16cm, tuyệt đối không được phép lắp đặt
dưới sàn nhà.
Đầu báo lửa (Flame Detector): Là thiết bị cảm ứng các tia cực tím
phát ra từ ngọn lửa, nhận tín hiệu, rồi gửi tín hiệu báo động đó về trung tâm
xử lý khi phát hiện lửa. Được sử dụng chủ yếu ở nơi xét thấy có sự nguy hiểm
cao, những nơi mà ánh sáng của ngọn lửa là sự hiện diện của cháy (ví dụ như
kho chứa chất lỏng dễ gây cháy).
Nó rất nhạy cảm đối với các tia cực tím và đã được nghiên cứu tỉ mỉ để
tránh tình trạng hàng giả hàng nhái. Đầu dị chỉ phát sáng tín hiệu báo động về
hệ thống báo cháy trung tâm khi có hai xung cảm ứng tia cực tím sau hai
khoảng thời gian.
c. Thiết bị đầu ra
Công tắc khẩn (Emergency breaker)
Được lắp đặt tại những nơi dễ thấy của hành lang của cầu thang để sử
dụng khi có hỏa hoạn xảy ra. Là thiết bị cho phép người sử dụng chủ động
truyền thông tin báo cháy bằng cách nhấn hoặc kéo vào công tắc khẩn, báo
động khẩn cấp cho mọi người kịp thời thời sơ tán ra khỏi khu vực nguy hiểm
và để cho mọi người biết được để cịn tìm biện pháp xử lý đám cháy khi cịn
trong tầm kiểm sốt. Thường có các loại cơng tắc khẩn như sau: Khẩn trịn,
vng; khẩn kính vỡ; khẩn giật.
Khi những thiết bị này nhận tín hiệu từ báo cháy trung tâm truyền đến
và phát đi các tín hiệu bằng âm thanh (chng, cịi), bằng tín hiệu phát sáng
(đèn) giúp mọi người nhận biết đang có hiện tượng cháy xảy ra.
Chng báo cháy: Được lắp đặt tại phịng bảo vệ, các phịng có nhân
viên trực ban, hành lang, cầu thang hoặc những nơi có đông người qua lại


13
nhằm thông báo cho những người xung quanh biết được sự cố đang xảy ra để

có thể di chuyển kịp thời.
Khi xảy ra sự cháy, chuông báo động sẽ phát tín hiệu báo động đê nhân
viên bảo vệ nhận biết và thơng qua thiết bị theo dõi được sự cố.
Cịi báo cháy: Có tính năng và vị trí lắp đặt tương tự như chng báo
cháy, mỗi loại đèn thì lại được lắp đặt ở những vị trí thích hợp để phát huy tối
đa tính năng của nó.
- Đèn chỉ lối thoát hiểm: Được đặt gần các cầu thang của mỗi tầng, chỉ
lối thoát hiển trong trường hợp khẩn cấp.
- Đèn báo cháy: được lắp đặt bên trên công tắc khẩn của mỗi tầng, có
nhiệm vụ là sáng lên mỗi khi cơng tắng khẩn hoạt động.
- Đèn báo phịng: được lắp đặt trước mỗi phòng giúp nhận biết được sự
cố xuất phát từ đâu, để khắc phục sự cố một cách nhanh nhất.
1.2.4 Một số sản phẩm báo cháy
Hiện nay trên thị trường cũng đá có một số sản phẩm báo cháy khá là
phổ biến. Dưới đây là một số sản phẩm về hệ thống báo cháy có trên thị
trường.
a. Cảnh báo khói Xiaomi Honeywell
Là một thiết bị khơng dây đáng sở hữu, vì sự hữu ích của nó mang lại là
vơ cùng lớn. Thiết bị này có cảm biến để nhận biết được sự bất thường trong
ngôi nhà, công ty khi có khói, nó sẽ phát ra báo động để người dùng nhận
biết.


14

Hình 1.2 Cảnh báo khói Xiaomi Honeywell.
Thơng qua cơng nghệ điện toán đám mây, thiết bị này cũng sẽ gửi thông
báo đến smartphone của người dùng thông qua hệ thống wifi.
b. Bóng chữa cháy Elide Fire


Hình 1.3 Bóng chữa cháy Elide Fire.
Nó có cơng dụng thực tế rất hiệu quả khi có cơng dụng thực tế rất hiệu
quả khi có đám cháy nóa có thể dập lửa trong phạm vi 4 mét. Khi có sự cố vỏ
quả bóng sẽ phát nổ khi nó tiếp xúc với đám cháy làm cho bột bên trong sẽ
văng ra để dập tắt đám cháy với các loại cháy từ gỗ, giấy, nhựa, xăng, gas,
điện. Được đánh giá là an toàn với người dùng.


15

CHƯƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG BÁO CHÁY
2.1 Mục đích thiết kế
Sử dụng một cảm biến khí gas kết nối với một Arduino và một Arduino
khác kết nối với động cơ để tạo ra xe chữa cháy. Tạo thành một hệ thống báo
cháy và chữa cháy tự động.
Hệ thống này sẽ phù hợp với những ngơi nhà có diện tích sân vườn lớn,
xung quang thơng thống để xe chữa cháy có thể di chuyển thuận lợi.
2.2 Sơ đồ khối hệ thống
KHỐI NGUỒN

KHỐI CẢM
BIẾN

KHỐI XỬ LÝ

KHỐI CHẤP HÀNH

Hình 2.4 Sơ đồ khối của hệ thống.
Chức năng của từng khối
Khối nguồn: sử dụng một Adapter đầu ra 8,4V DC - 2A làm nguồn cung

cấp điện. Khi dòng đi qua LM2596 tạo ra dòng hạ áp 3,3V DC cung cấp cho
vi điều khiển ESP32. Cung cấp cho cả cảm biến MQ2 và những linh kiện
khác.
Khối cảm biến: cảm ứng, tiếp nhận tín hiệu khí gas từ mơi trường xung
quanh và truyền tín hiệu về khối điều khiển khi nồng độ khí gas vượt ngưỡng.
Khối xử lý: là khối xử lý, tiếp nhận tất cả những thơng tin, tín hiệu từ
khối cảm biến, sau đó xuất tín hiệu cho khối đầu ra khi có sự cố xảy ra.
Khối chấp hành: khi tiếp nhận tín hiệu sẽ tiến hành bơm nước từ nguồn
pin có sẵn và cảnh báo cho người dùng khi có sự cố.


16
2.3 Phân tích và lựa chọn
2.3.1 Khối xử lý
a. Giới thiệu về Arduino
Khái niệm
Arduino một nền tảng vi mạch thiết kế mở dùng để xây dựng các dự án
điện tử. Nó là một nền tảng nguồn mở được đóng góp và xây dựng bằng chính
những người dùng tương tác gồm bảng mạch vật lý (vi điều khiển) và phần
mềm lập trình là IDE (mơi trường phát triển thích hợp) chạy trên máy tính.
Cấu tạo
Phần cứng Arduino là những bộ vi điều khiển bo mạch đơn (Singleboard microcontroller). Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được
thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8-bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Tất
cả các bo mạch của Arduino đều có điểm chung là tất cả chúng đều có vi điều
khiển. Vì vậy, khi bạn học cách dùng Arduino thì chính là bạn đang học cách
sử dụng một vi điều khiển. Mỗi bộ vi điều khiển cho phép chúng ta đọc và
kiểm soát các đàu vào ra khác nhau [2].
Để viết được chương trình trên Arduino thì một phầm mềm đã được
phát triển cùng (IDE) có khả năng tương tác với mơi trường thông qua các
cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Mã bạn viết trong chương trình Arduino

IDE cuối cùng là những gì sẽ được up vào vi điều khiển trên các bo mạch
Arduino. Trên những các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người
dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngơn ngữ C hoặc C++.
Ưu điểm
Nhờ những trải nghiệm mà ta thấy Arduino khá là dễ tiếp cận và dễ
dàng sử dụng đối với những người mới bắt đầu lập trình. Được sử dụng trên
nhiều dự án và ứng dụng khác nhau, chạy trên nhiều nền tảng. Mơi trường lập
trình hiệu quả, đơn giản, rõ ràng. Mã nguồn mở và có nhiều phần mềm mở
rộng.


17
b. Arduino ESP32
Giới thiệu
ESP32 là một hệ thống vi điều khiển trên chip (SoC) giá rẻ của
Espressif Systems, nhà phát triển của ESP8266 SoC. Nó là sự kế thừa và phát
triển của SoC ESP8266 và nó có cả hai biến thể lõi đơn và lõi kép của một bộ
vi xử lý 32-bit Xtensa LX6 của Tensilica với Wi-Fi và Bluetooth tích hợp.

Hình 2.5 Module ESP32 trong thực tế.
Ưu điểm của ESP32, giống với ESP8266 là các thành phần RF tích hợp
của nó như bộ khuếch đại cơng suất, bộ khuếch đại nhận tiếng ồn thấp, công
tắc ăng-ten, bộ lọc và Balun RF. Điều này làm cho việc thiết kế phần cứng
xung quanh ESP32 rất dễ dàng vì bạn cần rất ít thành phần bên ngoài [3].
Một điều cần biết về ESP32 là nó được sản xuất bằng cơng nghệ 40 nm
cơng suất cực thấp của TSMC. Vì vậy, việc thiết kế các ứng dụng hoạt động
bằng pin như thiết bị đeo, thiết bị âm thanh, đồng hồ thông minh, vậy nên sử
dụng ESP32 sẽ rất dễ dàng [3].



18
Thơng số kỹ thuật của ESP32.


ESP32 có nhiều tính năng hơn ESP8266 và rất khó để đưa tất cả các
thơng số kỹ thuật vào bài này. Dưới đây là một số thông tin về thông số



kỹ thuật quan trọng của ESP32.
Bộ vi xử lý LX6 32-bit lõi đơn hoặc lõi kép với xung nhịp lên đến 240




MHz.
520 KB SRAM, 448 KB ROM và 16 KB SRAM RTC.
Hỗ trợ kết nối Wi-Fi 802.11 b/g/n với tốc độ lên đến 150 Mbps.
Hỗ trợ cho cả thông số kỹ thuật Bluetooth v4.2 và BLE cổ điển.
34 GPIO có thể lập trình.
18 kênh SAR ADC 12 bit và 2 kênh DAC 8 bit
Kết nối nối tiếp bao gồm 4 x SPI, 2 x I2C, 2 x I2S, 3 x UART.
Ethernet MAC cho giao tiếp mạng LAN vật lý (yêu cầu PHY bên



ngoài).
1 bộ điều khiển host cho SD/ SDIO/ MMC và 1 bộ điều khiển slave cho












SDIO/ SPI.
Động cơ PWM và 16 kênh LED PWM.
Khởi động an tồn và mã hóa Flash.
Tăng tốc phần cứng mật mã cho AES, Hash (SHA-2), RSA, ECC và
RNG.

ESP32 DevKit - Bo phát triển ESP32 [4].


Espressif Systems đã phát hành một số module dựa trên ESP32 và một
trong những lựa chọn phổ biến là module ESP-WROOM-32. Nó bao
gồm SoC ESP32, bộ dao động tinh thể 40 MHz, IC Flash 4 MB và một
số linh kiện thụ động.


19

Hình 2.6 Prinout của ESP- WROOM-32.


Ưu điểm của module ESP-WROOM-32 là PCB có các cạnh đúc. Nhờ

đó các nhà sản xuất bên thứ ba có thể lấy module ESP-WROOM-32 và



thiết kế một bo break-out cho module này.
Một trong những bo như vậy là ESP32 DevKit Board. Nó chứa ESPWROOM-32 làm module chính và một số phần cứng bổ sung để dễ
dàng lập trình ESP32 và tạo kết nối với các chân GPIO.

Một số thông số khác của module ESP 32.
Mức tiêu thụ điện năng cực thấp: Được thiết kế cho các thiết bị di
động, thiết bị điện tử đeo được và các ứng dụng IoT, ESP32 đạt được mức
tiêu thụ điện năng cực thấp với sự kết hợp của một số loại phần mềm độc
quyền. ESP32 cũng bao gồm các tính năng hiện đại, chẳng hạn như kiểm tra
đồng hồ chi tiết, các chế độ năng lượng khác nhau và điều chỉnh cơng suất
động.
Khả năng cấu hình và tùy chỉnh: Mơ-đun ESP32 có thể được đặt hàng
với các cấu hình ăng-ten khác nhau (ví dụ: ăng-ten PCB, đầu nối ăng-ten) và
kích thước đèn flash, để chúng tương ứng với nhu cầu của các ứng dụng khác
nhau. Các mô-đun ESP32 cũng cung cấp các tùy chỉnh sản xuất với việc lập


20
trình trước phần sụn ứng dụng, dữ liệu tùy chỉnh và cung cấp trước với các
chứng chỉ đám mây.
2.3.2 Khối chấp hành
a. Module L298
Để lái động cơ DC ta sử dụng L298. IC L298 là mạch tích hợp đơn
chip có kiểu vỏ công suất 15 chân (multiwatt 15) hoặc PowerSO20 (linh kiện
dán công suất). Là IC mạch cầu đôi dual full-bridge) có khả năng hoạt động ở
điện thế cao, dịng cao. Nó được thiết kế tương thích chuẩn TTL và lái tải cảm

kháng như relay, cuộn solenoid, động cơ DC và động cơ bước. Nó có chân
enable để cho phép hoặc không cho phép IC hoạt động, độc lập với các chân
tín hiệu vào. Cực phát (emitter) của transistor dưới của mỗi mạch cầu được
nối với nhau và nối ra chân ngồi để nối với điện trở cảm ứng dịng khi cần.
Là IC dễ sử dụng, chi phí khơng q cao, dễ thao tác, là lựa chọn hàng đầu
cho những sản phầm cùng mức giá [5].

Hình 2.7 Sơ đồ chân của động cơ L298.


21
Tần cơng suất ngõ ra: IC L298 tích hợp 2 tầng cơng suất (A, B). Tần
cơng suất chính là mạch cầu và ngõ ra của nó có thể lái các loại tải cảm thông
dụng ở nhiều chế độ hoạt động khác nhau (tùy thuộc vào sự điều khiển ở ngõ
vào) Dòng điện từ chân ngõ ra chảy qua tải đến chân cảm ứng dịng: điện trở
ngồi RSA, RSB cho phép việc cảm ứng cường độ dòng điện này [5].
Tần ngõ vào: Mỗi cầu được điều khiển bởi 3 cổng ngõ vào In1, In2,
EnA (và In3, In4, EnB cho cầu còn lại). Các chân In có tác dụng khi chân En
ở mức cao, khi chân En ở mức thấp, các chân ngõ vào In ở trạng thái cấm. Tất
cả các chân đều tương thích với chuẩn TTL [5].
Thơng số kỹ thuật:
•
•
•
•
•
•
•

Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H

Điện áp điều khiển: +5V ~ +12 V
Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A
Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
Dịng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36Ma
Cơng suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 °C)
Nhiệt độ bảo quản: -25°C ~ +130

b. Còi báo
Còi buzzer là loại còi thường được ưu tiên sử dụng trong các hệ thống
hay các mạch điện tử để làm cịi cảnh báo, chng báo. Bản thân cịi buzzer
này đã được tích hợp sẵn bộ dao động âm thanh điều nó chỉ cần để hoạt động
là nguồn điện được cấp vào liên tục, ngắt nguồn là cịi sẽ khơng hoạt động
nữa.


22

Hình 2.8 Cịi chíp cảnh báo cháy.
Tính Năng
•
•
•

Là loại cịi giá thành rẻ, phù hợp nhiều dự án.
Dùng trong các loại mạch với chức năng chính cảnh báo, tạo sự chú ý.
Âm thanh lớn, dễ dàng tạo sự chú ý và thực hiện chức năng báo thức.
Thơng số của cịi xung

•
•

•
•
•
•

Điện áp định mức: 1.5V
Dịng điện định mức: <= 30mA
Mức cường độ âm đầu ra: 85dB
Tần số âm: 2048 Hz = 2KHz
Nhiệt độ làm việc: -20 đến 45 độc C
Trọng lượng: 1.5g

c. Relay máy bơm nước
Relay máy bơm hay còn được gọi là rơle, là bộ phận quan trọng trong
mỗi máy bơm, nó dùng để tăng áp cho máy bơm. Có chức năng là tự động
đóng ngắt khi có tín hiệu truyền vào, cho dịng nước chảy qua và khơng cho
qua.
Thiết bị này thường được thiết kế có dạng hình trụ trịn có chức năng là
phát hiện sự tăng hay giảm áp lực nước trong hệ thống để, từ đó điều khiển
được dòng nước hay sự hoạt động.


23

Hình 2.9 Máy bơm nước mini.
Rơle bơm tăng áp này thường gồm 6 phần cơ bản dưới, và được kết nối
với nhau:
•
•
•

•
•
•

Lõi đồng.
Cuộn sắt.
Lị xo.
Tiếp điểm đóng ngắt.
Miếng cách điện.
2 cực âm dương.

Nguyên lý hoạt động
Dựa vào cấu tạo của rơ le thì nó có một lõi sắt được bao phủ bởi cuộn
dây đồng ở ngoài. Khi nguồn điện được cáp cho nam châm điện thông qua
công tắc điều khiển và các tiếp điểm đến tải.
Khi được mở van xả nước thì chất lỏng sẻ khiến cho áp lực trong thân
máy bơm giảm xuống thì hai tiếp điểm dịng điện sẽ được kết nối với nhau
qua đó làm áp lực máy bơm tăng lên.
Khi ta đóng van xả, do nước khơng thốt ra được thì chúng sẻ tạo một
lực nén lớn trong buồng bơm. Dưới tác động lực nén này sẻ làm cho tiếp điểm
rơ le tách ra làm cho dòng điện ngắt, bơm ngừng hoạt động.


24
Bơm tăng áp có hoạt động một cách ổn định hay khơng thì tất cả là do
bình tích áp. Bình tích áp mà càng lớn thì máy bơm hoạt động càng ổn định.
2.3.3 Khối cảm biến
Cảm biến khí gas MQ2
Module cảm biến khí Ga MQ2 được ứng dụng để phát hiện các loại
khí như khí Propan, CH4, Hydro, khói và một số khí thiên nhiên dễ gây

cháy.
Cảm biến khí Ga MQ2 được cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2. Khi mơi
trường xuất hiện khí dễ cháy, Cảm biến độ dẫn với nồng độ khí cháy trong
khơng khí tăng lên, tín hiệu được chuyển đổi từ sự thay đổi của nồng độ
khí tương ứng với tín hiệu đầu ra. Được kết nối đến mạch điều khiển [6].
Cảm biến xuất ra cả hai dạng tín hiệu là Analog và Digital, tín hiệu
Digital có thể điều chỉnh mức báo bằng biến trở.

Hình 2.10 Sơ đồ chân của cảm biến khí gas MQ2.


25
Một số thông số kỹ thuật của MQ2 [6].
Đặc điểm của khí
1000ppmm isobutan
Cảm kháng
1KΩ to 20KΩ / 50ppm
Thời gian đáp ứng
≤ 10s
Thời gian phục hồi
≤ 30s
Trở kháng khi nóng
31Ω ± 3Ω
Dịng tiêu thụ khi nóng
≤ 180mA
Điện áp khi nóng
5.0V ± 0.2V
Năng lượng khi nóng
≤ 900mW
Điện áp đo

≤ 24V
Nhiệt độ
-20 ℃ ~ 55 ℃
Độ ẩm
≤ 95% RH
Hàm lượng oxy môi trường
21%
Nhiệt độ
-20 ℃ ~ 70 ℃
Độ ẩm
≤ 70% RH
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của cảm biến MQ2.
Các loại khí phát hiện của cảm biến: LPG (khí hóa lỏng), i-butane,
propane, methane, alcohol, smoke, khí gas, khói.
2.3.4 Khối nguồn
Module hạ áp DC LM 2596
LM2596 được biết đến với định mức dòng điện cao là 3A. Nó có nhiều
phiên bản với điện áp đầu ra cố định và thắt chặt như 3.3V, 5V và 12V.
Nhưng, nổi tiếng nhất là LM2596-ADJ có điện áp đầu ra đổi khác. Về cơ bản,
IC là một bộ chuyển đổi buck hoạt động giải trí trên tần số chuyển mạch
150KHz, nó nhận điện áp nguồn vào và sử dụng mạch chuyển mạch bên trong
để kiểm soát và điều chỉnh điện áp đầu ra mong ước. Nó có hiệu suất cao và
tích hợp cơng dụng ngắt nhiệt và số lượng giới hạn dịng điện. Vì vậy, nếu bạn
đang tìm kiếm một IC quy đổi dòng điện cao nhỏ gọn, dễ sử dụng thì
LM2596 là sự lựa chọn tương thích [7].