TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Luận văn đƣợc thực hiện bởi:
1. Trần Văn Đen
MSSV: 1090922, Lớp: TC0971A1
2. Đỗ Quang Vinh
MSSV: 1090995, Lớp: TC0971A1
Tựa đề Luận văn (Hay tên đề tài):
Hệ thống báo cháy và báo trộm qua SMS
Luận văn đã nộp và báo cáo tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn
tốt nghiệp Đại học ngành Điện tử Truyền thông/ Kỹ thuật Máy tính, Bộ
môn Điện tử Viễn thông vào ngày 17 tháng 05 năm 2013. (Quyết định
thành lập Hội đồng số: 118/QĐ-CN ngày 23 tháng 04 năm 2013 của
Trƣởng Khoa Công Nghệ)

Kết quả đánh giá: ___________

Chữ ký của các thành viên Hội đồng:
Thành viên 1: TS. Lƣơng Vinh Quốc Danh

……………………

Thành viên 2: ThS. Nhan Văn Khoa

……………………

Thành viên 3: ThS. Trần Nhựt Khải Hoàn

……………………

Trang i


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài “Hệ thống báo cháy và báo trộm qua SMS”, là một ứng dụng rất
thiết thực trên phạm vi vừa và nhỏ nhƣ: hộ gia đình, nhà kho, …Giúp ngƣời sử
dụng có thể phát hiện sớm và giảm thiểu tối đa những thiệt hại cho tính mạng và tài
sản của chủ sở hữu. Có thể đƣợc ứng dụng rộng rãi trong đáp ứng nhu cầu xã hội
hiện nay. Vì vậy chúng em chọn đề tài này làm luận văn tốt nghiệp cho mình.
Trong quá trình thực hiện đề tài, có thể còn nhiều thiếu sót do kiến thức
hạn chế nhƣng những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là những
hiểu biết và thành quả của chúng em đạt đƣợc dƣới sự hƣớng dẫn của
thầy Lƣơng Vinh Quốc Danh.
Chúng em xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyển báo cáo
luận văn tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình đã có
trƣớc nào. Nếu không đúng sự thật, em xin chịu mọi trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng.
Cần Thơ, ngày 17 tháng 05 năm 2013
Nhóm sinh viên thực hiện

.................................................

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh


Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

............................................

Trang ii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

LỜI CẢM ƠN
Chúng tôi muốn nói lời cảm ơn tới nhiều ngƣời đã giúp đỡ để hoàn thành
luận văn này. Trƣớc hết, tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Lƣơng Vinh Quốc
Danh là giáo viên hƣớng dẫn đã dành nhiều thời gian quý báu của mình
hƣớng dẫn tận tình, đƣa ra nhiều ý kiến trong suốt thời gian thực hiện đề tài
và thƣờng xuyên động viên để chúng tôi hoàn thành công việc.
Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình, ngƣời thân, bạn bè đã
động viên, chia sẻ và gửi nhiều tài liệu, giúp chúng tôi có thêm niềm tin và
thuận lợi trong quá trình làm bài khóa luận tốt nghiệp này.
Và xin cảm ơn quý thầy cô trong Bộ môn Điện tử Viễn thông, Bộ môn
Tự Động Hóa đã hết lòng dạy dỗ để chúng tôi có đủ kiến thức để hoàn thành
công việc và cũng là hành trang quý báo sau này khi ra làm việc.
Một lần nữa chúng tôi xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy cô,
mọi ngƣời đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến để có đƣợc luận văn này.

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh


Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang iii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv
KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ............................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... ix
TÓM TẮT ...................................................................................................................... x
ABSTRACT .................................................................................................................. xi
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .......................................................................................... 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................................... 1
1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ .......................................................................... 2
1.3 PHẠM VI ĐỀ TÀI ................................................................................................... 3
1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................ 3
1.5 CẤU TRÖC BÀI BÁO CÁO ................................................................................... 4
CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 5
2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẢNH BÁO RÕ KHÍ GAS, CHUYỂN
ĐỘNG, VÀ KHÓI ......................................................................................................... 5
2.1.1 Cảnh báo khí gas ............................................................................................... 5

2.1.2 Cảnh báo chuyển động ...................................................................................... 7
2.1.3 Cảnh báo khói ................................................................................................... 7
2.2 GIỚI THIỆU MODULE SIM900 .......................................................................... 10
2.2.1 Tổng quan về Module SIM900 ....................................................................... 10
2.2.2 Tập lệnh AT (Hayes command set) ................................................................ 13
2.3 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN MSP430F2274 VÀ MSP430G2553 ................... 16
2.3.1 Sơ lƣợc vi điều khiển MSP430 ....................................................................... 16
2.3.2 Vi điều khiển MSP430F2274 ......................................................................... 17
2.3.3 Vi điều khiển MSP430G2553 ......................................................................... 20
2.3.4 Bộ nhớ Flash MSP430F2274 .......................................................................... 21
2.4 GIỚI THIỆU LCD 16x2 ........................................................................................ 23
2.5 GIỚI THIỆU MODULE nRF24l01 ...................................................................... 25
2.6.1 Giới thiệu ........................................................................................................ 25
2.6.2 Sơ lƣợc phần cứng .......................................................................................... 26
2.6.3 Hoạt động của nRF24L01 ............................................................................... 28
2.6.4 Các tính năng chính của ShockBurst. ............................................................. 29
2.6 SƠ LƢỢC MỘT SỐ IC ỔN ÁP DÙNG TRONG ĐỀ TÀI ................................... 30
2.5.1 IC LM2576HV-ADJ ....................................................................................... 30
2.5.2 IC LM1117-33 ................................................................................................ 31
2.5.3 IC LM317 ....................................................................................................... 32
2.5.4 IC TPS709....................................................................................................... 34
2.5.5 IC TPS780....................................................................................................... 34
2.7 TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG ................................................................................ 35
2.8 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2....................................................................................... 35
CHƢƠNG III: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...................................... 37
SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922

Mssv: 1090995

Trang iv


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG.................................................................................... 37
3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ..................................................................................... 38
3.2.1 Khối nguồn ..................................................................................................... 38
3.2.2 Khối Master .................................................................................................... 39
3.2.3 Khối Slave 1 (Cảm biến gas) .......................................................................... 41
3.2.4 Khối Slave 2 (Cảm biến chuyển động) ........................................................... 42
3.2.5 Khối Slave 3 (Cảm biến khói) ........................................................................ 44
3.2.6 Khối Slave 4 (Module điều khiển thiết bị) ..................................................... 46
3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG ...................................................................... 48
3.4 GIẢI THUẬT PHẦN MỀM .................................................................................. 49
3.3.1 Giải thuật chƣơng trình chính Master ............................................................. 49
3.3.2 Giải thuật module Slave 1 (cảm biến gas) ...................................................... 52
3.3.3 Giải thuật module Slave 2 (cảm biến chuyển động) ....................................... 53
3.3.4 Giải thuật module Slave 3 (cảm biến khói) .................................................... 54
3.3.5 Giải thuật phát hiện và đọc tin nhắn mới ........................................................ 54
3.4 CHỨC NĂNG HỆ THỐNG................................................................................... 55
CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................. 56
Kết luận:
............................................................................................................. 56
Hạn chế và đề nghị: ...................................................................................................... 56
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 57

PHỤ LỤC A: MỘT SỐ LỆNH AT LIÊN QUAN ĐẾN SMS ..................................... 57
PHỤ LỤC B: BẢN MÃ ASCII MỞ RỘNG ................................................................ 58
CHỨC NĂNG CÁC CHÂN MODULE SIM900 ........................................................ 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 62

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang v


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

ADC

Analog-to-digital converter

AT

Attention

cdS


cadmium sulphide

CPU

Central Processing Unit

DCS

Digital Cellular Service

EGSM

Enhanced GSM

ĐT

Điện thoại

GFSK

Gaussian Frequency-Shift Keying

GPRS

General packet radio service

GSM

Global System for Mobile Communication


IC

Intergrate circuit

IR

InfraRed

Kt

Kiểm tra

LCD

Liquid crystal display

LNG

Liquefied Natural Gas

LPG

Liquefied Petroleum Gas

M2M

Machine to machine

PCB


printed circuit board

PCS

Personal Communications Service

PDA

Personal digital assistant

PLMN

public land mobile network

ROM

Read-only memory

RX

Received

RXD

Received Data

SDT

Số điện thoại


SIM

Subscriber Identification Module

SMS

Short Message Services

SPI

Serial Peripheral Interface

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang vi


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

TB

Thiết bị


Th

Tín hiệu

TXD

Transmitted Data

TX

Transmitted

V

Voltage

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang vii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh


DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Một số loại cảm biến gas ....................................................................6
Hình 2: Cấu tạo cảm biến MQ-6 ......................................................................6
Hình 3: Cấu trúc cảm biến PIR D203B ...........................................................8
Hình 4: Góc quét của cảm biến ........................................................................8
Hình 5: Cảm biến khói quang điện ..................................................................9
Hình 6: Cảm biến khói ion hóa ......................................................................10
Hình 7: Module SIM900 ................................................................................11
Hình 8: Sơ đồ khối SIM900 ...........................................................................11
Hình 9: Sơ đồ chân SIM900...........................................................................12
Hình 10: Giao thức kết nối .............................................................................13
Hình 11: Cấu trúc chung của MSP430 ..........................................................17
Hình 12: Sơ đồ khối MSP430F2274 ..............................................................19
Hình 13: Sơ đồ chân MSP430F2274 .............................................................19
Hình 14: Chip MSP430F2274........................................................................20
Hình 15: Sơ đồ khối MSP430G2553 .............................................................20
Hình 16: Sơ đồ chân MSP430G2553 .............................................................21
Hình 17: Chip MSP430G2553 .......................................................................21
Hình 18: Sơ đồ chân LCD 16x2 .....................................................................23
Hình 19: LCD 16x2........................................................................................23
Hinh 20: Sơ đồ khối chip nRF24L01 .............................................................27
Hình 21: Sơ đồ chân chip nRF24L01 ............................................................27
Hình 22: Một gói ™ ShockBurst cải tiến với tải trọng (0-32 byte) ...............30
Hình 23: Hình dạng chân linh kiện LM2576 .................................................31
Hình 24: Sơ đồ mạch tham khảo LM2576HV-ADJ ......................................31
Hình 25: Hình dạng chân IC LM1117 ...........................................................32
Hình 26: Sơ đồ mạch tham khảo ....................................................................32
Hình 27: Dạng chân IC LM317 .....................................................................33
Hình 28: Sơ đồ điều chỉnh điện áp dùng LM317 ...........................................33

Hình 29: Dạng chân TPS70950 .....................................................................34
Hình 30: Dạng chân TPS780 .........................................................................35
Hình 31: Sơ đồ khối hệ thống ........................................................................37
Hình 32: Sơ đồ nguyên lí khối nguồn ............................................................39
Hình 33: Sơ đồ nguyên lí khối Master ...........................................................40
Hình 34: Sơ đồ nguyên lí Module gas ...........................................................41
Hình 35: Sơ đồ nguyên lí Slave 1 ..................................................................42
Hình 36: Sơ đồ nguyên lí khối Slave 2 ..........................................................43
Hình 37: Module TM-212 ..............................................................................43
Hình 38: Góc quét kính fresnel trên module TM-212 ...................................44
Hình 39: Cảm biến khói .................................................................................45
Hinh 40: Sơ đồ nguyên lí Slave 3 ..................................................................46
Hình 41: Mạch điều khiển thiết bị AC ...........................................................46
Hình 42: Mạch kiểm tra trạng thái thiết bị .....................................................47
Hình 43: Sơ đồ nguyên lí hệ thống ................................................................48
SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang viii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

Hình 44: Lƣu đồ giải thuật nhận và đọc tin nhắn ..........................................50

Hình 45: Lƣu đồ nhận báo động từ các Slave và thực hiện báo động ...........51
Hình 46: Lƣu đồ giải thuât module Slave 1 ...................................................52
Hình 47: Giải thuật module Slave 2 ...............................................................53
Hình 48: Giải thuật module Slave 3 ...............................................................54
Hình 49: Chức năng của hệ thống ..................................................................55

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Thông tin Flash memory một số MSP430 và MSP430F2274 .........22
Bảng 2: Ý nghĩa các chân LCD 16x2 ............................................................24
Bảng 3: Tập lệnh LCD 16x2 ..........................................................................24
Bảng 4: Chức năng các chân của nRF24L01 .................................................27
Bảng 5: Cách cài đặt chế độ hoạt động cho nRF24L01 .................................28
Bảng 6: Phụ lục tập lệnh AT thực thi SMS....................................................57
Bảng 7: Phụ lục bảng mã ASCII ....................................................................58
Bảng 8: Tên các chân của Module SIM900 ...................................................59

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang ix


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh


TÓM TẮT
Nhằm tạo ra một thiết bị giúp người sử dụng có thể phát hiện sớm các nguy cơ về
cháy nổ ( các thiết bị sử dụng gas và vật liệu dễ cháy), và đảm bảo an ninh ở một số
nơi nhạy cảm thông qua mạng di động GSM nên chúng tôi thiết kế HỆ THỐNG
BÁO CHÁY VÀ BÁO TRỘM QUA SMS. Thiết bị được xây dựng trên Mô-đun
SIM900, vi điều khiển MSP430 (MSP430F2274 và MSP430G2553), cảm biến gas
(MQ6), chuyển động (PIR203B) và cảm biến ánh sáng (cdS). Kết hợp vớ một môđun điều khiển thiết bị, tạo nên một hệ thống tích hợp hữu ích cho người dùng. Kết
quả cho thấy thiết bị có khả năng phát hiện nồng độ gas, khói trong không khí, phát
hiện chuyển động, thực hiện được chức năng báo động và điều khiển thiết bị chính
xác.
Từ khóa: SIM900, tập lệnh AT, MSP430F2274, Báo trộm, Gas, Cháy nổ,
Khói, điều khiển thiết bị.

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang x


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

ABSTRACT
To create a device that can help users early detection of fire risk (use of gas
appliances and combustible materials), and security in some sensitive places

through mobile networks GSM so we designed FIRE AND BURGLAR ALARM
SYSTEM. The device was built on Module SIM900, microcontroller MSP430
(MSP430F2274 and MSP430G2553), gas sensors (MQ6), motion (PIR203B) and
light sensors (cdS). Combined with a modular device control, creating a useful
integrated system for users. Results showed that the device is capable of detecting
gas concentrations and smoke in the air, motion detection, perform the alarm
function and device control correctly.
Keyword: SIM900, AT command set, MSP430F2274, Burglar Alarm, Gas, Fire,
Smoke, Device control.

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang xi


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
Nội dung chính :
 Giới thiệu đề tài.
 Lịch sử giải quyết vấn đề.
 Phạm vi đề tài
 Phƣơng pháp nghiên cứu

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo Cục Cảnh sát Phòng cháy, chữa cháy (PCCC) và Cứu nạn, cứu hộ
(CNCH), chỉ tính 9 tháng đầu năm 2012, cả nƣớc đã xảy ra 1.377 vụ cháy tại cơ sở
sản xuất, nhà dân, làm 51 ngƣời chết, 112 ngƣời bị thƣơng. Những vụ cháy này đã
gây thiệt hại rất lớn về ngƣời và tài sản với trị giá 844,52 tỷ đồng. Đây là hồi
chuông cảnh báo về sự lơ là, chủ quan của các cơ quan, đơn vị, ngƣời dân trong
công tác phòng cháy chữa cháy. Thống kê cho thấy, 10 năm qua, cả nƣớc xảy ra
khoảng 20.000 vụ cháy ở các nhà máy, xí nghiệp, kho tàng, cơ quan và nhà dân
(trung bình mỗi năm 2000 vụ). Trong gần 2000 vụ cháy mỗi năm thì có đến 85% số
vụ cháy xảy ra tại nơi sản xuất, kinh doanh, chợ, khu chung cƣ cao tầng. Và nguyên
nhân xảy ra các vụ cháy nổ chủ yếu do điện, gas, sự cố kỹ thuật, do sử dụng lửa, sử
dụng thiết bị sƣởi sấy, ... 1
Và một vấn đề nóng đang đƣợc bàn luận nhiều hiện nay là tình trạng trộm cƣớp
đang hoành hành ngày càng táo tợn và tinh vi ở các thành phố lớn nhƣ Tp. Hồ Chí
Minh, Hà Nội, Đà Nẵng… Nhƣ trong dịp Tết Nguyên đán Quý Tỵ 2013, trên địa
bàn TP.HCM xảy ra 98 vụ phạm pháp hình sự, trong đó trộm cắp chiếm đến 44 vụ.
Cá biệt, có trƣờng hợp khu dân cƣ ở hẻm 91 Phạm Văn Chiêu, P.14, Q. Gò Vấp liên
tục bị “đạo chích” hoành hành2.
HỆ THỐNG BÁO CHÁY VÀ BÁO TRỘM QUA SMS sẽ là công cụ thuận tiện
và hiệu quả giúp cho ngƣời dân phát hiện sớm và giảm thiểu thiệt hại đến mức thấp
nhất có thể khi có sự cố về cháy nổ và trộm cƣớp xảy ra.
1
2

/> />
SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922

Mssv: 1090995

Trang 1


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Hiện nay, các sản phẩm ứng dụng SMS không những xuất hiện ngoài nƣớc
mà còn xuất hiện nhiều trong nƣớc ta. Sinh viên khối ngành Kỹ thuật tại một số
trƣờng Đại học trong nƣớc cũng đã quan tâm hơn đến vấn đề này và đƣa vào các
đề tài nghiên cứu. Cụ thể, các sinh viên trƣờng Đại học Cần Thơ đã thực hiện đƣợc
một số đề tài hay và có ứng dụng thực tiễn.
Một số đề tài gần đây nhƣ:
- “Hệ thống báo động qua tin nhắn SMS” của Nguyễn Thanh Phƣợng và
Nguyễn Thị Thùy Trinh, năm 2011 trƣờng Đại học Cần Thơ. Nhóm đã thực hiện
thiết kế một hệ thống hoàn chỉnh và thực hiện đúng chức năng.
- “Hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm từ xa” của Huỳnh Quốc Trung và
Lê Duy khánh, trƣờng Đại học Cần Thơ. Nhóm đã thực hiện thiết kế một hệ thống
hoàn chỉnh và thực hiện đúng chức năng.
- “Hệ thống đăng ký môn học qua tin nhắn SMS” của Lƣ Thành An và Huỳnh Ngọc
Nghĩa, năm 2011, Trƣờng Đại học Cần Thơ. Tuy hệ thống chƣa đạt yêu cầu đề ra,
nhƣng đã thực hiện đƣợc một số chức năng nhƣ nhận tin nhắn và phản hồi tin nhắn
tự động.
- “Hệ thống cảnh báo độ PH, nồng độ Oxy, nhiệt độ trong môi trƣờng nƣớc qua
SMS” của Nguyễn Bé Vụ và Nguyễn Quyền Anh, năm 2012, Trƣờng Đại học Cần
Thơ.
Kết quả đạt đƣợc:

Các nghiên cứu trƣớc đã đạt đƣợc kết quả nhƣ yêu cầu đặt ra, tạo nên hệ
thống hoàn chỉnh thực hiện đúng chức năng. Tuy nhiên vẫn còn vài hạn chế, cụ thể
là các hệ thống vẫn chƣa có nguồn dự phòng cho trƣờng hợp mất điện. Các cảm
biến đƣợc nối với hệ thống bằng dây dẫn nên chƣa linh hoạt. Số lƣợng số điện thoại
cài đặt nhận tin cảnh báo còn hạn chế. Và chƣa có một hệ thống hoàn chỉnh về cảnh
báo cháy và báo trộm.
Từ kết quả trên, nhóm chúng tôi đã tham khảo những đề tài trên kết hợp với
những kiến thức đã học đƣợc để nghiên cứu và tìm hiểu thực hiện đề tài HỆ
SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang 2


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

THỐNG BÁO CHÁY VÀ BÁO TRỘM QUA SMS, nhằm tạo ra hệ thống báo cháy
và báo trộm hoàn chỉnh, linh hoạt, thuận tiện cho ngƣời dùng.
1.3 PHẠM VI ĐỀ TÀI
Đề tài đƣợc nghiên cứu và tiến hành thực hiện với mục đích tạo ra một
hệ thống cảnh báo rò khí gas, phát hiện khói, và cảnh báo trộm.
Đề tài này sẽ giúp cho ngƣời dùng an tâm hơn trong công việc và trong sinh hoạt
hàng ngày khi phải luôn đối phó với những rủi ro có thể xảy ra đối với họ. Từ đó
hạn chế đƣợc tối thiểu mức thiệt hại cho ngƣời sử dụng.

Để thực hiện tốt một hệ thống hoàn chỉnh là khá phức tạp, chi phí cao,
đồng thời cũng cần phải có thời gian và kiến thức vững vàng. Với những hiểu biết
của nhóm và trong khoảng thời gian nhất định nên trong đề tài này nhóm chỉ tạo ra
một hệ thống tƣơng đối hoàn chỉnh với các chức năng nhƣ gửi tin nhắn khi phát
hiện nồng độ gas có thể gây cháy nổ trong không khí, phát hiện khói do các vật liệu
cháy gây ra, và gửi cảnh báo cho ngƣời dùng khi có ngƣời đột nhập vào khu nhạy
cảm mà ngƣời sử dụng đặt cảm biến.
1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trong đề tài này chúng tôi đã sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu sau:
 Về mặt lý thuyết, để có cơ sở cho việc cảnh báo chúng tôi tìm hiểu các
yếu tố cháy nổ do gas, vật liệu dễ cháy tạo khói, cảm biến phát hiện chuyển động
trong một không gian nhất định. Tìm hiểu cấu trúc và hoạt động của nRF24L01 để
sử dụng cho truyền, nhận dữ liệu không dây trong hệ thống. Và các vấn đề thiết kế
một hệ thống thực tế để có thể đƣa vào ứng dụng. Từ đó chúng tôi tham khảo tài
liệu từ nhiều nguồn: tài liệu từ giáo viên hƣớng dẫn, các sản phẩm báo cháy trên thị
trƣờng, các bài báo cáo liên quan của các nhóm trƣớc, hỏi ý kiến của các giảng viên
trong bộ môn và nguồn tài liệu trong nƣớc, ngoài nƣớc trên Internet.
 Phƣơng pháp thực nghiệm: với những ý tƣởng và kiến thức vốn có,
chúng tôi tiến hành thiết kế sơ đồ khối tổng quát của hệ thống, sau đó lắp ráp mạch
thực tế theo sơ đồ khối tổng quát. Khảo sát cảm biến gas, cảm biến chuyển động,
thiết kế cảm biến khói dựa theo cdS, Sử dụng module nRF24L01 để truyền tín hiệu
SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang 3



Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

tƣơng tác giữa các Slave và Master. Tiếp theo tiến hành khảo sát cấu trúc tin nhắn
và thực nghiệm trên nền vi điều khiển MSP430 để hoàn thiện hệ thống.
1.5 CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO
Cấu trúc bài báo cáo gồm
 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Lịch sử giải quyết vấn đề
Phạm vi đề tài
Phƣơng pháp nghiên cứu
Cấu trúc bài báo cáo
 CHƢƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Cơ sở lý thuyết cảnh báo rò khí gas, chuyển động, và khói
Giới thiệu Module SIM900
Giới thiệu vi điều khiển MSP430F2274 và MSP430G2553
Giới thiệu LCD 16x2
Giới thiệu module nRF24L01
Tiết kiệm năng lƣợng
Sơ lƣợc một số IC ổn áp dùng trong đề tài
 CHƢƠNG III: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Sơ đồ khối hệ thống
Thiết kế phần cứng
Sơ đồ nguyên lí hệ thống
Giải thuật phần mềm
Chức năng hệ thống
 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Tổng kết những việc đã làm đƣợc và nêu những vấn đề còn tồn tại

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang 4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Nội dung chính
 Lý thuyết cảnh báo khí gas, chuyển động, và khói
 Giới thiệu Module SIM900 và chuẩn giao tiếp RS232, cấu trúc lệnh
AT
 Giới thiệu vi điều khiển MSP430F2274 và MSP430G2553
 Giới thiệu LCD 16x2
 Sơ lƣợc một số IC ổn áp dùng trong đề tài
 Giới thiệu module nRF24L01
 Kết luận
2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẢNH BÁO RÒ KHÍ GAS, CHUYỂN ĐỘNG,
VÀ KHÓI
2.1.1 Cảnh báo khí gas
Cảm biến khí là thiết bị phát hiện sự hiện diện của các loại khí khác nhau

trong một khu vực. Đƣợc dùng để phát hiện rò rỉ khí, phát hiện các loại khí dễ cháy,
dễ cháy và độc hại, và thiếu oxy.
Phân loại cảm biến khí dựa theo loại khí phát hiện: dễ cháy và độc hại
Phân loại theo công nghệ chế tạo:
-

Điện cảm biến hoặc tế bào: dùng phát hiện khí CO, clo và nitrogen
oxides. Hoạt động thông qua tín hiệu ở điện cực khi phát hiện khí.

-

Cảm biến bán dẫn oxit kim loại (MOS-Metal Oxide Semiconductors):
dùng phát hiện các loại khí dễ cháy và CO. Hoạt động qua tấm phim
nhạy cảm gồm thiếc hoặc oxit vonfram trong phạm vi có độ ẩm thấp.

-

Cảm biến xúc tác: dùng phát hiện khí dễ cháy nhƣ hydrocarbon và
hoạt động thông qua quá trình oxy hóa xúc tác. Cấu trúc chủ yếu là
cuộn dây bạch kim, khi khí dễ cháy tiếp xúc với mặt xúc tác nó bị oxy
hóa và làm thay đổi trở kháng bởi nhiệt tạo ra.

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang 5



Luận văn tốt nghiệp
-

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

Cảm biến hồng ngoại: phát hiện các khí dễ cháy, đặc biệt là
hydrocarbon thông qua hệ thống phát thu hồng ngoại. Khi có khí dễ
cháy cƣờng độ hồng ngoại nhận đƣợc thay đổi.

Tính chọn lọc và độ nhạy của cảm biến phụ thuộc cấu trúc vật liệu sử dụng,
tuy vậy rất khó để thiết kế một cảm biến có khả năng phát hiện duy nhất một loại
chất khí.

Hình 1: Một số loại cảm biến gas3

Trong đề tài này, chúng tôi dùng cảm biến MQ-6 là cảm biến khí gas bằng
chất bán dẫn. MQ-6 cấu tạo bởi phần cảm biến gồm ống gốm Al2O3 và lớp cảm
biến SnO2, đo lƣờng điện và cuộn tạo nhiệt đƣợc cố định vào vỏ làm bằng lƣới thép
không gỉ và nhựa. Cuộn dây tạo nhiệt cần thiết cho điều kiện làm việc của cảm biến.
MQ-6 có 6 chân, trong đó 4 chân dùng để lấy tín hiệu và hai chân dùng cung cấp
dòng tạo nhiệt cho cảm biến.

Hình 2: Cấu tạo cảm biến MQ-6

3

Nguồn hình: />
SVTH:

Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang 6


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

(Nguồn hình 2: Trích [10] Fig. 1)
MQ-6 có độ dẫn thấp trong môi trƣờng không khí trong lành. Khi tồn tại khí
dễ cháy (gas) thì độ dẫn tăng lên và tăng theo nồng độ khí dễ cháy. Cảm biến MQ-6
có độ nhạy cao với Propane, Butan và LPG, cũng đáp ứng với khí đốt tự nhiên.
Cảm biến có thể sử dụng để phát hiện các loại khí dễ cháy khác nhau, đặc biệt là khí
Methane. Đƣợc sử dụng trong các thiết bị phát hiện rò rỉ khí đốt trong gia đình và
công nghiệp, phù hợp cho phát hiện LPG, iso-butane, propane, LNG. Dễ bị nhiễu
bởi alcohol và khói do nấu ăn, thuốc lá.
Ƣu điểm:
-

Độ nhạy cao với LPG, iso-butane, propane

-

Độ nhạy thấp với alcohol và khói


-

Đáp ứng nhanh

-

Hoạt động ổn định, thời gian sống lâu và chi phí thấp

-

Mạch điều khiển đơn giản

-

Phạm vi cảm ứng rộng: từ 200ppm đến 10000ppm4

-

Thông số kĩ thuật:
 Nguồn: 5V±0.1 AC hoặc DC
 Trở kháng : 33Ω± 5%
 Công suất: <750mW

2.1.2 Cảnh báo chuyển động
Pyroelectric ("Passive") InfraRed sensors (PIR sensor), là bộ cảm biến thụ
động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia
nhiệt phát ra từ các vật thể nóng. Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân
nhiệt (thông thƣờng là ở 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt,
hay còn gọi là các tia hồng ngoại, ngƣời ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi
tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật

thể nóng đang chuyển động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn

4

ppm(parts per million-một phần triệu) là đơn vị đo mật độ, thƣờng dành cho mật mật độ tƣơng đối

thấp.

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang 7


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn
thân nhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, nhƣ con ngƣời, con vật...5
Trong đề tài này chúng tôi dùng cảm biến PIR D203B cấu trúc gồm hai cửa
sổ cảm biến trong nó đƣợc làm bằng chất liệu đặc biệt nhạy cảm với IR. PIR D203B
có 3 chân ra, một chân mass, chân nguồn và chân lấy tín hiệu. Điện thế hoạt động từ
3V đến 15V. Khi cả hai cửa sổ phát hiện cùng một số lƣợng hồng ngoại thì cảm
biến không hoạt động. Khi một cơ thể ấm áp nhƣ con ngƣời hay động vật chuyển
động, nó tác động đến cửa sổ đầu tiên của PIR, gây ra một sự thay đổi khác biệt tích

cực giữa hai cửa sổ. Khi cơ thể ấm áp rời khỏi khu vực cảm biến, điều ngƣợc lại
xảy ra, theo đó các cảm biến tạo ra một sự thay đổi khác biệt tiêu cực. Những xung
thay đổi giúp ta phát hiện đƣợc chuyển động.

Hình 3: Cấu trúc cảm biến PIR D203B

Hình 4: Góc quét của cảm biến

(Nguồn hình 4: Trích [12])

5

/>
SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang 8


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

2.1.3 Cảnh báo khói
Có hai loại cảm biến khói phổ biến hiện nay: cảm biến quang điện
(photoelectric) và cảm biến ion hóa (ionization).

Cảm biến quang điện thƣờng sử dụng một chùm tia ánh sáng đƣợc phát ra từ
đèn LED, LED hồng ngoại,.. (Hình 5). Chùm tia sáng chiếu thẳng sang phía bên kia
của ống (Light catcher). Cảm biến quang điện đƣợc đặt vuông góc với đƣờng đi của
chùm tia sáng. Khi không có khói, chùm tia sáng đƣợc chiếu thẳng và cảm biến
không nhận đƣợc tia sáng. Khi xảy ra hỏa hoạn, khói bay vào trong ống đóng vai trò
nhƣ một chiếc gƣơng phản chiếu tia sáng vào cảm biến quang và khói đƣợc phát
hiện. Thích hợp để phát hiện các đám cháy âm ỉ và có khói dày đặc.

Hình 5: Cảm biến khói quang điện

(Nguồn hình 5: Trích [13])
Cảm biến ion hóa sử dụng 1/5000 gram đồng vị Americium 241 (Am) để tạo
ra các tia alpha. Cứ mỗi giây thì lƣợng Americium này sẽ tạo ra 37 triệu tia alpha.
Đối diện với nguồn phát tia alpha là một bộ phát điện với hai cực âm và dƣơng
đƣợc sắp xếp nhƣ hình 6. Khi tia alpha đập vào oxy(O) và nytrogen (N) trong không
khí, chúng giải phóng ra các electron và tạo ra dòng điện. Khi có khói thì quá trình
tạo electron bị phá vỡ và khói đƣợc phát hiện. Thích hợp để phát hiện các đám cháy
nhỏ và nhanh.

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang 9


Luận văn tốt nghiệp


GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

Hình 6: Cảm biến khói ion hóa

(Nguồn hình 6: trích [13])
2.2 GIỚI THIỆU MODULE SIM900
2.2.1 Tổng quan về Module SIM9006
Đƣợc thiết kế cho thị trƣờng toàn cầu. Sim900 là một thiết bị hoạt động trên
4 băng tần GSM/GPRS, hoạt động trên các băng tần GSM 850MHZ, EGSM
900MHZ, DCS 1800MHZ và PCS 1900MHZ.
Với một cấu hình nhỏ 24mm x 24mm x 3mm, SIM900 có thể đáp ứng hầu
nhƣ tất cả các yêu cầu không gian trong các ứng dụng của bạn, chẳng hạn nhƣ
M2M, điện thoại thông minh, PDA và các thiết bị di động khác.
Công nghệ và thiết kế thông minh. Module SIM900 ra đời khắc phục và tiện
lợi cho môi trƣờng công nghiệp với các chức năng nổi trội hơn nhƣ: hoạt động ở
nhiệt độ rộng -30 °C đến +80 °C, tiết kiệm công suất và nguồn vào rộng 3.4V –
4.5V. Hoạt động trên 4 băng tần 850/900/18001900MHz, Điều khiển qua tập lệnh
AT (GSM 07.07 ,07.05 và SIMCom enhanced AT Commands), Tƣơng thích với
pha GSM 2/2+: lớp 4 (2 W @ 850/900 MHz); lớp 1 (1 W @ 1800/1900MHz).

6

Tham khảo từ [4]

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922

Mssv: 1090995

Trang 10


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

Module SIM900 hỗ trợ GPRS multi-slot class 10 (mặc định)/ class 8 và
GPRS coding schemes CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4. Tốc độ dữ liệu tối đa uplink
42,8kbps, downlink 85.6kbps.
Giao diện vật lý cho các ứng dụng di động là một SMT pad 68-pin, cung cấp
tất cả các phần cứng giao diện giữa các mô-đun và Board của khách hàng.
 Bàn phím và giao diện SPI sẽ cung cấp cho bạn sự linh hoạt trong các
ứng dụng tùy chỉnh.
 Serial port và Debug port sẽ giúp bạn dễ dàng phát triển các ứng dụng
của bạn.
 Một kênh âm thanh bao gồm micro đầu vào và loa đầu ra.

Hình 7: Module SIM900

(Nguồn hình 7: trích [4] figure 39)
Antenna
Interface

UART
Interface

Memory


Power
Interface

Radio
Frequency

Module
LCD
Interface

GPIO/Keypad
Interface

Baseband
Engine

Audio
Interface

SIM
Interface

Hình 8: Sơ đồ khối SIM900

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922

Mssv: 1090995

Trang 11


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

(Nguồn hình 8: trích [4] figure 1)

Hình 9: Sơ đồ chân SIM900

(Nguồn hình 9: trích [4] figure 40)
Giao diện cổng truyền thông nối tiếp (Serial Port communication) của
Module SIM900 có 7 đƣờng tín hiệu (2 đƣờng dữ liệu là TXD, RXD và 5 đƣờng
trạng thái).

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang 12


Luận văn tốt nghiệp


GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

Hình 10: Giao thức kết nối

(Nguồn hình 10: trích [4] figure 20)
Hỗ trợ tốc độ truyền thông: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600,
115200(default) bps.
Autobauding hỗ trợ tốc độ baud nhƣ sau: 1200, 2400,4800, 9600, 19200,
38400, 57600 và 115200bps . Autobauding cho phép module GSM tự động phát
hiện tốc độ baud đƣợc cấu hình trong các ứng dụng máy chủ. Cổng nối tiếp của các
công cụ hỗ trợ GSM autobauding cho tốc độ truyền sau đây: 1200, 2400, 4800,
9600, 19200, 38400, 57600, 115200bps. Các thiết lặp đƣợc autobauding kích hoạt.
Điều này cung cấp cho bạn sự linh hoạt để đƣa module GSM vào hoạt động mà
không có vấn đề gì về tốc độ baud, để ứng dụng của máy chủ đƣợc cấu hình.

2.2.2 Tập lệnh AT7 (Hayes command set)
Nhóm lệnh AT GSM 07.05 thực thi một số tác vụ SMS, trong SIM900 có 2
chế độ TEXT và PDU. Sự khác nhau cơ bản giữa 2 chế độ TEXT và PDU:
Chế độ TEXT

7

Chế độ PDU

Tham khảo từ [5]

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh


Mssv: 1090922
Mssv: 1090995

Trang 13


Luận văn tốt nghiệp

GVHD:Ts Lương Vinh Quốc Danh

+ Cho phép giá trị dạng
chuỗi ký tự theo mã ASCII.

+ Cho phép giá trị dạng số theo mã
Hex (thập lục phân).

+ AT+CMGF=1 :

+ AT+CMGF=0 : chọn chế độ PDU

chọn chế độ TEXT

+ Lập trình phức tạp.

+ Lập trình đơn giản
Lƣu ý khi gửi tin nhắn ở chế độ TEXT (khác với chế độ PDU), ta cần phải
khai báo trƣớc đó. Ta chỉ cần khai báo một lần duy nhất trong một phiên làm việc
(quy ƣớc, khi tắt nguồn Module SIM và bật nguồn lại, ta có phiên làm việc mới):
AT+CMGF=1<CR>
Trong các phần sau chúng ta luôn sử dụng chế độ TEXT.

Có 2 lệnh thực thi gửi SMS: AT+CMGS (gửi 1 tin nhắn SMS) và
AT+CMSS (gửi 1 tin nhắn SMS đã có trong bộ nhớ).
Thực hiện gửi một tin nhắn bằng lệnh AT+CMGS. Cú pháp nhƣ sau:
AT+CMGS=“số điện thoại nhận tin”<CR>
Nội dung tin nhắn<Ctr+Z>
Ví dụ ta cần gửi tin nhắn với nội dung “Thực hiện gửi một tin nhắn mới” tới
số +841666350300, soạn nhƣ sau 8:
AT+CMGS=”+841666350300”<CR>
Thực hiện gửi một tin nhắn mới<Ctr+Z>
Thực hiện gửi một tin nhắn đã có trong bộ nhớ bằng lệnh AT+CMSS. Cú
pháp nhƣ sau:
AT+CMSS=<index>,”Số điện thoại nhận tin”<Ctr+Z>
Trong đó, <index>: là một số nguyên, là chỉ số vị trí của tin nhắn đƣợc lƣu
trữ. Do đó để thực hiện đƣợc lệnh này ta cần phải sử dụng lệnh AT+CMGW để lƣu
trữ một tin nhắn, từ đó ta biết đƣợc chỉ số vị trí của tin nhắn mà ta muốn gửi đi.
Ví dụ, tiếp theo phần trên, ta thực hiện lƣu tin nhắn “Thực hiện gửi một tin
nhắn mới”, ta soạn nhƣ sau:
AT+CMGW=”+841666350300”<CR>
Thực hiện gửi một tin nhắn mới<Ctr+Z>
Khi lƣu trữ thành công xuất hiện thông báo:
8

Đã khai báo TEXT mode trƣớc đó

SVTH:
Trần Văn Đen
Đỗ Quang Vinh

Mssv: 1090922
Mssv: 1090995


Trang 14