Trong đó, việc nghiên cứu và thực hành với các vi điều khiển như 8051, AVR, PIC haySTM32 giúp trang bị kiến thức cơ bản và nâng cao về vi xử lý cho sinh viên.Qua đề tài này, việc ứng dụn
Tổng quan, lịch sử hình thành hệ thống báo cháy
Hỏa hoạn là thảm họa nghiêm trọng, gây tổn thất nặng nề về tài sản và đe dọa tính mạng con người cũng như môi trường Nhận thức được tầm quan trọng của việc phát hiện sớm nguy cơ cháy nổ từ xa xưa, con người đã nỗ lực để giảm thiểu hậu quả của các vụ hỏa hoạn.
Chính vì vậy, các giải pháp báo cháy đã không ngừng được nghiên cứu, cải tiến và hoàn thiện qua từng giai đoạn lịch sử.
Trong giai đoạn đầu của lịch sử, việc phát hiện cháy chủ yếu dựa vào giác quan con người, đặc biệt là khứu giác để ngửi mùi khói và thị giác để quan sát ngọn lửa Tuy nhiên, phương pháp này có hiệu quả hạn chế, chỉ phát hiện được khi đám cháy đã phát triển đến một mức độ nhất định.
Vào năm 1851, William Channing và Moses Farmer đã phát minh ra một trong những hệ thống báo cháy thủ công đầu tiên tại Mỹ, sử dụng tín hiệu điện để truyền đến trạm báo cháy trung tâm Hệ thống này cho phép nhân viên nhận thông tin và phản hồi kịp thời, đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của các hệ thống báo cháy hiện đại.
Trong thế kỷ 20, sự phát triển của công nghệ điện tử đã dẫn đến sự ra đời của các hệ thống báo cháy tự động Các thiết bị như cảm biến nhiệt, cảm biến khói và cảm biến tia lửa được tích hợp để phát hiện nhanh chóng các dấu hiệu cháy Hệ thống này không chỉ kích hoạt còi báo động mà còn gửi thông tin trực tiếp đến các đội cứu hỏa, nâng cao hiệu quả trong việc ứng phó với tình huống khẩn cấp.
Trong thế kỷ 21, hệ thống báo cháy thông minh đã có những bước tiến vượt bậc nhờ vào sự tích hợp của trí tuệ nhân tạo (AI), Internet vạn vật (IoT) và công nghệ không dây Những hệ thống này không chỉ phát hiện cháy mà còn phân tích dữ liệu để đánh giá mức độ nguy hiểm và đề xuất phương án ứng phó hiệu quả Thêm vào đó, người dùng có khả năng giám sát và điều khiển hệ thống từ xa thông qua các thiết bị di động.
Các loại báo cháy và ý nghĩa
Hệ thống báo cháy tự động
Hệ thống phát hiện và cảnh báo cháy tự động hoạt động mà không cần sự can thiệp của con người, bao gồm các thiết bị đầu vào như cảm biến khói, nhiệt hoặc hồng ngoại, một trung tâm điều khiển và các thiết bị cảnh báo như còi và đèn.
Hệ thống phát hiện hỏa hoạn giúp nhận diện sớm nguy cơ cháy nổ trước khi con người kịp phát hiện, đặc biệt quan trọng trong các khu vực ít người giám sát như nhà xưởng, kho bãi và tòa nhà vào ban đêm.
Tăng tốc độ ứng phó, giảm thiểu nguy cơ cháy lan và thiệt hại lớn.
Hệ thống báo cháy thủ công
Hoạt động dựa trên sự can thiệp trực tiếp của con người thông qua các thiết bị như nút ấn khẩn cấp hoặc công tắc báo động.
Các thiết bị thường được lắp đặt ở những vị trí dễ tiếp cận trong các tòa nhà và khu công cộng, mang lại sự đơn giản và dễ sử dụng mà không hoàn toàn phụ thuộc vào thiết bị điện tử Chúng rất hữu ích trong những tình huống mà cảm biến không phát hiện được nguy cơ cháy, nhưng con người đã nhận thấy dấu hiệu bất thường.
Hệ thống báo cháy địa chỉ (Addressable Fire Alarm System)
Mỗi thiết bị đầu vào (cảm biến, công tắc) được gán một địa chỉ riêng, giúp xác định chính xác vị trí xảy ra hỏa hoạn.
Thường được sử dụng trong các tòa nhà lớn, có nhiều khu vực cần giám sát. Ý nghĩa:
Cho phép nhận diện chính xác vị trí cháy, giúp lực lượng cứu hỏa nhanh chóng khoanh vùng và xử lý.
Giảm thiểu thời gian phản ứng, tăng hiệu quả công tác chữa cháy.
Hệ thống báo cháy không địa chỉ (Conventional Fire Alarm System)
Các cảm biến được chia thành từng khu vực (zone) nhưng không xác định được vị trí cụ thể của thiết bị phát tín hiệu.
Trung tâm điều khiển chỉ báo động khu vực có nguy cơ cháy mà không cho biết chính xác điểm cháy. Ý nghĩa:
Thích hợp cho các công trình nhỏ hoặc vừa, chi phí thấp hơn hệ thống báo cháy địa chỉ.
Tuy không định vị chính xác nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu phát hiện cháy ở mức cơ bản.
Hệ thống báo cháy thông minh
Sử dụng công nghệ tiên tiến như trí tuệ nhân tạo (AI) hoặc Internet vạn vật (IoT) để giám sát, phân tích dữ liệu và gửi cảnh báo.
Có khả năng kết nối và điều khiển từ xa qua ứng dụng di động hoặc mạng không dây. Ý nghĩa:
Mang lại hiệu quả cao trong việc phát hiện cháy và giảm báo động giả nhờ phân tích chính xác các tín hiệu đầu vào.
Tăng cường khả năng giám sát và quản lý, đặc biệt ở các khu vực lớn hoặc các hệ thống công trình phức tạp.
Hệ thống báo cháy chuyên dụng
Thiết kế đặc biệt để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của từng môi trường, như nhà máy hóa chất, khu vực dễ cháy nổ hoặc tàu biển.
Sử dụng các loại cảm biến đặc thù như cảm biến khí gas, cảm biến tia cực tím và cảm biến nhiệt độ cao là rất quan trọng để đảm bảo an toàn trong những môi trường làm việc nguy hiểm hoặc có nguy cơ cháy nổ cao.
Hỗ trợ các giải pháp cảnh báo và xử lý phù hợp với từng tình huống đặc thù. Ý nghĩa chung của hệ thống báo cháy
Hệ thống báo cháy đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo an toàn cho tính mạng và tài sản, giúp phát hiện sớm và cảnh báo nguy cơ cháy nổ, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc thoát hiểm và bảo vệ tài sản.
Hỗ trợ công tác chữa cháy: Cung cấp thông tin nhanh chóng và chính xác để lực lượng cứu hỏa kịp thời xử lý.
Giảm thiểu thiệt hại: Ngăn chặn đám cháy lan rộng, giảm chi phí và thời gian phục hồi sau sự cố.
Tuân thủ quy định pháp luật: Đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn về phòng cháy chữa cháy tại nơi làm việc và các công trình xây dựng.
Quy định điều khiển của hệ thống báo cháy
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống báo cháy
Hệ thống báo cháy phải tuân thủ các nguyên tắc sau:
1 Phát hiện sớm: o Hệ thống phải phát hiện nhanh các dấu hiệu cháy, như sự gia tăng nhiệt độ, sự hiện diện của khói, hoặc tia hồng ngoại/tia cực tím từ ngọn lửa. o Đảm bảo phát hiện sớm để có đủ thời gian cho việc sơ tán và xử lý tình huống.
2 Tín hiệu rõ ràng và tức thời: o Tín hiệu báo động (âm thanh, ánh sáng) phải được kích hoạt ngay lập tức khi phát hiện nguy cơ cháy. o Âm lượng và tần số của tín hiệu phải đủ lớn và rõ ràng để tất cả mọi người trong khu vực nghe thấy.
3 Hoạt động liên tục: o Hệ thống phải hoạt động 24/7, bao gồm cả khi mất điện nhờ tích hợp nguồn dự phòng (pin, ắc quy). o Kiểm tra định kỳ để đảm bảo hệ thống luôn trong tình trạng sẵn sàng.
4 Giám sát và phân vùng: o Trong các tòa nhà hoặc khu vực lớn, hệ thống cần chia nhỏ thành từng vùng (zone) để dễ dàng giám sát và xác định vị trí cháy. o Đối với hệ thống địa chỉ, phải định danh chính xác từng thiết bị để xác định nhanh chóng điểm cháy.
Quy định điều khiển thiết bị đầu vào
Thiết bị đầu vào bao gồm các cảm biến phát hiện nguy cơ cháy, như:
1 Cảm biến nhiệt: o Phải kích hoạt khi nhiệt độ vượt ngưỡng an toàn được thiết lập (thường từ 54–70°C, tùy thuộc môi trường). o Được lắp đặt ở các khu vực dễ phát sinh nhiệt độ cao, như nhà bếp, nhà xưởng.
2 Cảm biến khói: o Nhận diện nồng độ khói trong không khí vượt quá mức an toàn. o Không được lắp đặt ở nơi thường xuyên có bụi hoặc hơi nước để tránh báo động giả.
3 Cảm biến hồng ngoại/UV: o Phát hiện tia sáng đặc trưng từ ngọn lửa trong thời gian ngắn. o Thích hợp ở các khu vực có nguy cơ cháy cao như kho xăng dầu, nhà máy hóa chất.
4 Nút nhấn khẩn cấp: o Cho phép con người kích hoạt hệ thống báo cháy thủ công khi phát hiện nguy cơ cháy mà cảm biến chưa phát hiện được. o Nút nhấn phải được đặt ở vị trí dễ tiếp cận, có biển chỉ dẫn rõ ràng.
Quy định điều khiển thiết bị đầu ra
Thiết bị đầu ra bao gồm các thiết bị cảnh báo và xử lý sau khi phát hiện cháy:
1 Còi và đèn báo động: o Phải phát tín hiệu rõ ràng, dễ nhận biết (âm thanh ≥ 65 dB ở khoảng cách
3m, ánh sáng chớp đỏ). o Lắp đặt ở các vị trí trọng yếu để mọi người trong khu vực dễ dàng nhận thấy.
2 Hệ thống truyền tín hiệu: o Tín hiệu báo cháy phải được gửi đến trung tâm điều khiển hoặc đội PCCC địa phương trong thời gian nhanh nhất. o Trong các hệ thống hiện đại, tín hiệu cũng có thể được gửi qua mạng Internet đến ứng dụng di động của người dùng.
3 Hệ thống hỗ trợ sơ tán: o Hệ thống tự động kích hoạt các chỉ dẫn thoát hiểm (bật đèn exit, mở khóa cửa thoát hiểm). o Đảm bảo hành lang thoát hiểm không bị tắc nghẽn bởi cửa hoặc hệ thống an ninh khác.
4 Hệ thống chữa cháy tích hợp: o Với các hệ thống báo cháy chuyên dụng, tín hiệu báo động có thể tự động kích hoạt hệ thống chữa cháy (phun nước, CO2, bọt foam).
Quy định về nguồn điện và bảo trì
1 Nguồn điện: o Hệ thống báo cháy phải được kết nối với nguồn điện chính, đồng thời có nguồn dự phòng để đảm bảo hoạt động liên tục trong trường hợp mất điện. o Nguồn dự phòng phải đủ duy trì hệ thống trong tối thiểu 24 giờ ở chế độ chờ và 5 phút ở chế độ báo động.
2 Bảo trì và kiểm tra: o Hệ thống phải được kiểm tra định kỳ theo quy định (thường là 1 tháng/lần). o Các thiết bị lỗi, hỏng phải được thay thế ngay lập tức.
Tuân thủ tiêu chuẩn và quy định pháp luật
Hệ thống báo cháy phải tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định PCCC, ví dụ:
Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN): TCVN 5738:2021 - Hệ thống báo cháy tự động; TCVN 3890:2009 - Phòng cháy chữa cháy trong công trình xây dựng.
Tiêu chuẩn quốc tế: NFPA (Mỹ), EN 54 (Châu Âu).
Đảm bảo tuân thủ các quy định là yếu tố quan trọng giúp hệ thống hoạt động hiệu quả, đồng thời đáp ứng yêu cầu pháp lý và giảm thiểu rủi ro cháy nổ.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁO CHÁY
Giới thiệu đề tài, yêu cầu bài toán
Ngày nay, sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ và quá trình hiện đại hóa đô thị đã làm tăng nhu cầu đảm bảo an toàn về tính mạng và tài sản Các sự cố hỏa hoạn không chỉ gây thiệt hại kinh tế nghiêm trọng mà còn đe dọa tính mạng con người Trong bối cảnh mật độ dân cư gia tăng và quy mô công trình mở rộng, việc phát hiện cháy sớm và ứng phó kịp thời trở nên vô cùng quan trọng trong công tác phòng cháy chữa cháy.
Nhiều khu vực hiện nay vẫn thiếu hệ thống báo cháy hiệu quả hoặc sử dụng thiết bị lạc hậu, dẫn đến khả năng phát hiện và cảnh báo không chính xác Do đó, việc thiết kế hệ thống báo cháy đơn giản, nhạy bén với công nghệ hiện đại và chi phí hợp lý là rất cần thiết Đề tài “Thiết kế hệ thống báo cháy sử dụng STM32F103C8T6” nhằm nghiên cứu và triển khai hệ thống có khả năng phát hiện ngọn lửa nhanh chóng, kích hoạt đèn LED nhấp nháy và còi báo động khi có cháy Khi nguy cơ cháy được dập tắt, hệ thống tự động trở về trạng thái ban đầu, không chỉ nâng cao nhận thức về an toàn cháy nổ mà còn giảm thiểu thiệt hại do hỏa hoạn gây ra.
Hệ thống sử dụng module cảm biến hồng ngoại để phát hiện ngọn lửa, đảm bảo nhận diện nhanh và chính xác nguy cơ cháy.
2) Cảnh báo khi có cháy
Kích hoạt đèn LED nhấp nháy liên tục để cảnh báo trực quan.
Bật còi báo động để cảnh báo âm thanh, giúp thu hút sự chú ý kịp thời.
3) Hoạt động ổn định và tự động hóa
Khi không còn ngọn lửa, hệ thống phải tự động tắt đèn và còi, quay về trạng thái chờ ban đầu.
Hệ thống đảm bảo hoạt động liên tục 24/7 và có khả năng chống nhiễu từ môi trường xung quanh.
Thiết kế phần cứng
Để thực hiện yêu cầu trên, nhóm chúng em quyết định sử dụng đến Vi điều khiển STM32.
Hệ thống báo cháy gồm 4 phần chủ yếu sau:
Đóng vai trò là bộ xử lý trung tâm của hệ thống.
Nhận tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại và điều khiển các thiết bị đầu ra như đèn LED và còi báo động.
Cảm biến hồng ngoại (IR Flame Sensor)
Phát hiện tia hồng ngoại từ ngọn lửa.
Tín hiệu ngõ ra dạng số (digital) hoặc tương tự (analog), tùy loại cảm biến.
Dùng làm tín hiệu cảnh báo trực quan khi phát hiện cháy.
Phát âm thanh cảnh báo khi có cháy, giúp thu hút sự chú ý nhanh chóng.
Nguyên lý hoạt động
Hệ thống báo cháy sử dụng vi điều khiển STM32F103C8T6 và cảm biến hồng ngoại hoạt động dựa trên các bước sau:
Khi hệ thống được cấp nguồn, vi điều khiển STM32F103C8T6 sẽ khởi động và đưa cảm biến hồng ngoại vào trạng thái giám sát liên tục.
Cảm biến hồng ngoại phát hiện tia hồng ngoại đặc trưng của ngọn lửa trong môi trường Khi không có ngọn lửa, cảm biến sẽ phát tín hiệu thấp (LOW), cho thấy hệ thống đang ở trạng thái bình thường Ngược lại, khi có ngọn lửa, cảm biến sẽ phát tín hiệu cao (HIGH), đánh dấu sự chuyển sang giai đoạn cảnh báo.
Khi phát hiện ngọn lửa:
1 Vi điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến thông qua chân GPIO.
Đèn LED nhấp nháy: Đèn cảnh báo sẽ bật và tắt liên tục để báo hiệu trực quan.
Còi báo động: Còi phát âm thanh liên tục để thu hút sự chú ý.
3 Các thiết bị cảnh báo sẽ tiếp tục hoạt động cho đến khi không còn tín hiệu nguy hiểm từ cảm biến.
Khi cảm biến không phát hiện tia hồng ngoại từ ngọn lửa nữa, tín hiệu xuất từ cảm biến trở lại trạng thái thấp (LOW).
Vi điều khiển nhận tín hiệu và thực hiện các bước:
1 Tắt đèn LED và còi báo động.
2 Hệ thống trở về trạng thái giám sát ban đầu, sẵn sàng phát hiện lần tiếp theo. Đặc điểm nguyên lý hoạt động
Tự động hóa hoàn toàn: Hệ thống tự phát hiện cháy, tự kích hoạt cảnh báo, và tự quay lại trạng thái giám sát khi không còn nguy cơ.
Độ tin cậy cao: Sử dụng cảm biến hồng ngoại giúp phát hiện ngọn lửa nhanh chóng và chính xác, tránh báo động giả từ ánh sáng thông thường.
Đèn LED và còi báo động hiệu quả giúp người sử dụng phát hiện nguy cơ cháy kịp thời, ngay cả trong môi trường ồn ào hoặc khi cách xa vị trí cảm biến.
Ngôn ngữ sử dụng và phần mềm mô phỏng
Tổng quát về vi điều khiển STM32F103C8T6
STM32F103C8T6 là vi điều khiển 32-bit mạnh mẽ từ STMicroelectronics, sử dụng nhân ARM Cortex-M3 với tốc độ lên đến 72 MHz Vi điều khiển này rất phổ biến trong các ứng dụng nhúng nhờ khả năng xử lý nhanh và tiêu thụ năng lượng thấp Với nhiều tính năng vượt trội, STM32F103C8T6 cung cấp khả năng giao tiếp đa dạng và mức độ linh hoạt cao, phù hợp cho các ứng dụng điều khiển khác nhau.
72 MHz tốc độ xử lý với nhân ARM Cortex-M3.
64KB Flash và 20KB SRAM.
37 chân I/O có thể cấu hình, hỗ trợ nhiều chức năng ngoại vi.
3 bộ định thời 16-bit, bộ đếm, bộ chuyển đổi ADC 12-bit.
Hỗ trợ các giao tiếp ngoại vi như USART, SPI, I2C, CAN, và USB.
Tích hợp DMA (Direct Memory Access) giúp giảm tải cho vi điều khiển khi xử lý dữ liệu.
Bộ chuyển đổi Analog-to-Digital (ADC) 12-bit với 16 kênh đầu vào, hỗ trợ chuyển đổi tín hiệu analog thành tín hiệu số.
Chế độ tiết kiệm năng lượng với các chế độ như Sleep, Stop, và Standby.
Watchdog Timer và Bộ đếm thời gian real-time (RTC).
STM32F103C8T6 là vi điều khiển tiết kiệm năng lượng với chế độ linh hoạt, giúp giảm thiểu tiêu thụ điện trong các ứng dụng cần tiết kiệm điện Tích hợp USB 2.0 Full-Speed và CAN 2.0, nó cho phép giao tiếp hiệu quả trong môi trường nhúng phức tạp Với bộ nhớ Flash 64KB và RAM 20KB, STM32F103C8T6 có khả năng xử lý các tác vụ yêu cầu tài nguyên vừa phải mà vẫn duy trì hiệu suất cao.
Vi điều khiển là thành phần quan trọng trong tự động hóa, điều khiển công nghiệp, thiết bị tiêu dùng và các dự án IoT, nhờ vào tính linh hoạt và hiệu suất cao của nó.
Cấu hình chân của STM32F103C8T6 như sau:
Hình 2.2 Sơ đồ Chân Của STM32F103C8T6
STM32F103C8T6 sở hữu 48 chân và cung cấp nhiều chân I/O với chức năng đa dạng Các chân này có khả năng hoạt động độc lập, đáp ứng linh hoạt các yêu cầu của ứng dụng, từ đó hỗ trợ hiệu quả trong thiết kế và phát triển hệ thống nhúng.
Dưới đây là mô tả về các chân của STM32F103C8T6, với các chức năng chính:
VDD (Chân nguồn): Chân cung cấp nguồn điện cho vi điều khiển, thường ở mức 3.3V.
VSS (Chân nối đất): Chân nối đất (GND), là điểm tham chiếu cho toàn bộ hệ thống.
Chân I/O (Input/Output): STM32F103C8T6 có 37 chân I/O có thể cấu hình linh hoạt Các chân này có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau, bao gồm:
GPIO (General Purpose I/O) là các chân I/O có khả năng hoạt động như giao tiếp cơ bản, cho phép truyền dữ liệu đầu vào và đầu ra giữa vi điều khiển và các thiết bị ngoại vi như nút nhấn, cảm biến, LED, và động cơ.
Chức năng giao tiếp ngoại vi của các chân có thể được cấu hình lại để hỗ trợ nhiều giao thức như UART, SPI, I2C, CAN và PWM (Điều chế độ rộng xung).
USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter):
Dùng để truyền và nhận dữ liệu nối tiếp.
SPI (Serial Peripheral Interface): Dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi, như bộ nhớ Flash, cảm biến, màn hình LCD.
I2C (Inter-Integrated Circuit): Giao tiếp nối tiếp với tốc độ thấp, thường dùng để kết nối nhiều thiết bị trong hệ thống.
CAN (Controller Area Network): Giao tiếp dùng trong các ứng dụng công nghiệp hoặc ô tô.
Chân đồng hồ và reset:
HSE (High-Speed External): Chân này dùng để kết nối với nguồn dao động ngoài (Crystal Oscillator) nhằm cung cấp tín hiệu đồng hồ cho vi điều khiển.
HSI (High-Speed Internal): Chân đồng hồ tốc độ cao bên trong vi điều khiển, có thể sử dụng nếu không cần một tín hiệu đồng hồ bên ngoài.
RESET: Chân này dùng để reset lại vi điều khiển STM32F103C8T6.
Chân chuyển đổi Analog-to-Digital (ADC) trên STM32F103C8T6 bao gồm một bộ chuyển đổi 12-bit với 16 kênh đầu vào analog Các chân ADC này cho phép người dùng đọc tín hiệu analog từ cảm biến hoặc các nguồn khác một cách hiệu quả.
STM32F103C8T6 tích hợp nhiều chế độ tiết kiệm năng lượng như Sleep Mode, Stop Mode và Standby Mode, giúp giảm thiểu tiêu thụ năng lượng khi hệ thống không hoạt động hết công suất.
Chân DMA (Direct Memory Access) của vi điều khiển cho phép truyền dữ liệu giữa bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi mà không cần sự can thiệp của CPU, từ đó giảm tải cho CPU và nâng cao hiệu suất xử lý.
* Chức năng của các chân I/O STM32F103C8T6:
Các chân I/O của STM32F103C8T6 có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm:
Điều khiển thiết bị ngoại vi: Để giao tiếp với cảm biến, động cơ, LED, hoặc các thiết bị ngoại vi khác.
Giao tiếp nối tiếp: Thực hiện các giao thức UART, SPI, I2C, CAN, và USB.
Xử lý tín hiệu analog: Đọc tín hiệu từ cảm biến hoặc thiết bị đầu vào analog thông qua ADC.
Điều khiển tín hiệu số và PWM: Điều khiển các thiết bị như động cơ, servo, hoặc điều chỉnh ánh sáng với PWM.
*Các chân chuyên biệt khác:
USART, SPI, I2C, CAN: Các giao thức ngoại vi được hỗ trợ bởi nhiều chân I/O chuyên dụng, cho phép giao tiếp với các thiết bị khác.
Timer và PWM: Các chân có thể được sử dụng để tạo tín hiệu PWM điều khiển các thiết bị như động cơ hoặc đèn LED.
Watchdog Timer: Một chân watchdog giúp đảm bảo hệ thống hoạt động đúng.
Kết luận, STM32F103C8T6 với 48 chân và khả năng lập trình linh hoạt là một giải pháp mạnh mẽ cho các ứng dụng nhúng, bao gồm hệ thống điều khiển công nghiệp, dự án IoT và tự động hóa.
Tổ chức bộ nhớ của STM32F103C8T6
STM32F103C8T6 có bộ nhớ được phân chia thành các vùng chính để lưu trữ chương trình và dữ liệu:
Bộ nhớ Flash tích hợp dùng để lưu trữ chương trình.
Hỗ trợ lập trình lại nhiều lần, phù hợp cho các ứng dụng cần cập nhật phần mềm.
Hệ thống bảo vệ bộ nhớ Flash giúp ngăn chặn việc ghi hoặc đọc trái phép.
Dùng để lưu trữ dữ liệu tạm thời trong quá trình xử lý.
Được chia thành hai vùng: SRAM1 (16KB) và SRAM2 (4KB).
Vùng bộ nhớ ngoại vi:
Cho phép giao tiếp với các thiết bị ngoại vi thông qua bus dữ liệu và địa chỉ.
Bao gồm các vùng dành cho ADC, GPIO, UART, SPI, I2C, và các thiết bị ngoại vi khác.
Bộ nhớ dữ liệu ngoại vi:
STM32F103 hỗ trợ mở rộng bộ nhớ ngoài thông qua các giao thức SPI hoặc I2C.
Có thể sử dụng EEPROM hoặc các loại Flash ngoài để lưu trữ dữ liệu.
Bootloader (System Memory): Một vùng bộ nhớ được bảo vệ dành riêng để khởi động hệ thống và hỗ trợ nạp chương trình qua giao tiếp UART hoặc USB.
Tính năng nổi bật của STM32F103C8T6
Bộ xử lý ARM Cortex-M3:
Xử lý 32-bit với hiệu suất cao, tốc độ tối đa lên đến 72MHz.
Có kiến trúc Harvard với pipeline 3 giai đoạn, hỗ trợ xử lý nhanh hơn so với các vi điều khiển 8-bit và 16-bit.
GPIO: 37 chân I/O có thể cấu hình linh hoạt với nhiều chức năng, hỗ trợ các tín hiệu ngắt.
ADC: Bộ chuyển đổi Analog-to-Digital (12-bit) với 16 kênh đầu vào, tốc độ chuyển đổi nhanh.
PWM và Timer: Nhiều bộ Timer 16-bit và 32-bit, hỗ trợ tạo xung PWM, đo tần số hoặc thời gian.
USART, SPI, I2C: Các giao thức giao tiếp nối tiếp, cho phép kết nối với nhiều thiết bị ngoại vi như cảm biến, màn hình, EEPROM.
USB: Hỗ trợ giao tiếp USB với chuẩn Full-Speed.
Chế độ tiết kiệm năng lượng:
Sleep Mode: CPU dừng hoạt động, nhưng các ngoại vi vẫn hoạt động.
Stop Mode: Tất cả các hoạt động dừng lại ngoại trừ một số bộ phận tiêu thụ cực ít năng lượng.
Standby Mode: Dừng toàn bộ hoạt động, chỉ giữ lại bộ nhớ để giảm mức tiêu thụ năng lượng tối đa.
Có 16 mức ưu tiên ngắt, cho phép quản lý linh hoạt các sự kiện quan trọng.
Hỗ trợ ngắt từ các thiết bị ngoại vi và các chân GPIO.
Có hai loại Watchdog (IWDG và WWDG) để phát hiện và phục hồi từ các lỗi hệ thống hoặc tình trạng treo.
Sử dụng bộ dao động nội hoặc ngoại (HSE hoặc HSI) để tạo xung nhịp.
Tích hợp PLL (Phase-Locked Loop) để nâng tần số xung nhịp lên tối đa 72MHz.
Cảm biến hồng ngoại
Trong những năm gần đây, vi điều khiển đã trở thành một hướng phát triển quan trọng trong công nghệ vi xử lý nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp chế tạo linh kiện bán dẫn và vi mạch tổng hợp Với ưu điểm như tích hợp cao, kích thước nhỏ gọn và khả năng xử lý linh hoạt, vi điều khiển được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, y tế và thiết bị gia dụng thông minh Việc áp dụng vi điều khiển trong sản xuất và xử lý đã chứng minh tính ưu việt so với thiết bị điều khiển thông thường, dẫn đến việc vi xử lý và vi điều khiển trở thành môn học quan trọng trong chương trình đào tạo của nhiều trường Đại học và Cao đẳng Nghiên cứu và thực hành với các vi điều khiển như 8051, AVR, PIC và STM32 giúp sinh viên trang bị kiến thức cơ bản và nâng cao về vi xử lý Đề tài ứng dụng vi điều khiển STM32F103C8T6 vào thiết kế hệ thống báo cháy đã giúp chúng em hiểu rõ hơn về hoạt động của các hệ thống nhúng, đồng thời nhận thấy tầm quan trọng của công nghệ vi điều khiển trong đời sống hiện đại Đồ án gồm 4 chương.
- CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BÁO CHÁY
- CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁO CHÁY
ỨNG DỤNG HỆ THỐNG BÁO CHÁY
Mạch Reset
Mạch Reset đóng vai trò quan trọng trong thiết kế vi điều khiển, giúp khởi động lại vi điều khiển khi cần thiết Điều này đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và ngăn chặn tình trạng treo máy do lỗi.
Chức năng của mạch Reset Đặt lại vi điều khiển về trạng thái ban đầu khi xảy ra lỗi hoặc khi cần khởi động lại.
Giữ vi điều khiển ở trạng thái Reset cho đến khi nguồn cấp ổn định.
Mạch Reset cơ bản cho STM32F103C8T6
Vi điều khiển STM32F103C8T6 có chân NRST (pin Reset) dùng để thực hiện chức năng Reset Dưới đây là thiết kế mạch Reset cơ bản:
Điện trở (Pull-up Resistor): 10kΩ Kết nối chân NRST với nguồn VCC
Nút nhấn (Push Button): Một đầu nối với chân NRST, đầu kia nối với
VIẾT CHƯƠNG TRÌNH
Chúng em xin Chân thành Cảm ơn!
Hà Nội, Tháng năm 2024Sinh viên thực hiện
CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ BÁO CHÁY
1.1 Tổng quan, lịch sử hình thành hệ thống báo cháy
Hỏa hoạn là một thảm họa nghiêm trọng, gây tổn thất lớn về tài sản và đe dọa tính mạng con người cũng như môi trường Từ xưa, việc phát hiện sớm các nguy cơ cháy nổ đã được coi là cần thiết để giảm thiểu hậu quả.
Chính vì vậy, các giải pháp báo cháy đã không ngừng được nghiên cứu, cải tiến và hoàn thiện qua từng giai đoạn lịch sử.
Trong giai đoạn đầu, việc phát hiện cháy chủ yếu dựa vào giác quan con người, đặc biệt là khứu giác để ngửi mùi khói và thị giác để quan sát ngọn lửa Tuy nhiên, phương pháp này có hiệu quả hạn chế, chỉ phát hiện được khi đám cháy đã phát triển đến một mức độ nhất định.
Vào năm 1851, William Channing và Moses Farmer đã phát minh ra một trong những hệ thống báo cháy đầu tiên tại Mỹ, sử dụng tín hiệu điện để truyền thông tin đến một trạm báo cháy trung tâm Hệ thống này cho phép các nhân viên nhận thông tin và phản hồi kịp thời, đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của các hệ thống báo cháy hiện đại.
Trong thế kỷ 20, công nghệ điện tử phát triển mạnh mẽ đã dẫn đến sự ra đời của các hệ thống báo cháy tự động Các thiết bị như cảm biến nhiệt, cảm biến khói và cảm biến tia lửa được tích hợp, giúp phát hiện nhanh chóng các dấu hiệu cháy Hệ thống này không chỉ kích hoạt còi báo động mà còn gửi thông tin trực tiếp đến các đội cứu hỏa, nâng cao hiệu quả ứng phó với tình huống khẩn cấp.
Trong thế kỷ 21, hệ thống báo cháy thông minh đã có những bước tiến vượt bậc nhờ vào sự tích hợp của trí tuệ nhân tạo (AI), Internet vạn vật (IoT) và công nghệ không dây Những hệ thống này không chỉ có khả năng phát hiện cháy mà còn phân tích dữ liệu để đánh giá mức độ nguy hiểm và đưa ra các phương án ứng phó hiệu quả Đặc biệt, người dùng có thể giám sát và điều khiển hệ thống từ xa thông qua các thiết bị di động, mang lại sự tiện lợi và an toàn tối đa.
1.2 Các loại báo cháy và ý nghĩa
Hệ thống báo cháy đóng vai trò quan trọng trong công tác phòng cháy chữa cháy, với chức năng phát hiện và cảnh báo kịp thời về nguy cơ hỏa hoạn Tùy thuộc vào cách hoạt động và chức năng, hệ thống báo cháy có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau.
1.2.1 Hệ thống báo cháy tự động Đặc điểm:
Hệ thống phát hiện và cảnh báo cháy tự động hoạt động mà không cần sự can thiệp của con người, bao gồm các thiết bị đầu vào như cảm biến khói, nhiệt và hồng ngoại Hệ thống này kết hợp với trung tâm điều khiển và các thiết bị cảnh báo như còi và đèn, đảm bảo an toàn tối đa cho người sử dụng.
Hệ thống phát hiện hỏa hoạn đóng vai trò quan trọng trong việc nhận diện sớm các nguy cơ cháy nổ, đặc biệt tại những khu vực ít có sự giám sát như nhà xưởng, kho bãi hay tòa nhà vào ban đêm.
Tăng tốc độ ứng phó, giảm thiểu nguy cơ cháy lan và thiệt hại lớn.
1.2.2 Hệ thống báo cháy thủ công Đặc điểm:
Hoạt động dựa trên sự can thiệp trực tiếp của con người thông qua các thiết bị như nút ấn khẩn cấp hoặc công tắc báo động.
Các thiết bị này thường được lắp đặt ở những vị trí dễ tiếp cận trong các tòa nhà và khu công cộng, mang lại sự đơn giản và dễ sử dụng mà không hoàn toàn phụ thuộc vào thiết bị điện tử Chúng rất hữu ích trong trường hợp cảm biến không phát hiện được nguy cơ cháy, nhưng con người đã nhận thấy những dấu hiệu bất thường.
1.2.3 Hệ thống báo cháy địa chỉ (Addressable Fire Alarm System) Đặc điểm:
Mỗi thiết bị đầu vào (cảm biến, công tắc) được gán một địa chỉ riêng, giúp xác định chính xác vị trí xảy ra hỏa hoạn.
Thường được sử dụng trong các tòa nhà lớn, có nhiều khu vực cần giám sát. Ý nghĩa:
Cho phép nhận diện chính xác vị trí cháy, giúp lực lượng cứu hỏa nhanh chóng khoanh vùng và xử lý.
Giảm thiểu thời gian phản ứng, tăng hiệu quả công tác chữa cháy.
1.2.4 Hệ thống báo cháy không địa chỉ (Conventional Fire Alarm System) Đặc điểm:
Các cảm biến được chia thành từng khu vực (zone) nhưng không xác định được vị trí cụ thể của thiết bị phát tín hiệu.
Trung tâm điều khiển chỉ báo động khu vực có nguy cơ cháy mà không cho biết chính xác điểm cháy. Ý nghĩa:
Thích hợp cho các công trình nhỏ hoặc vừa, chi phí thấp hơn hệ thống báo cháy địa chỉ.
Tuy không định vị chính xác nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu phát hiện cháy ở mức cơ bản.
1.2.5 Hệ thống báo cháy thông minh Đặc điểm:
Sử dụng công nghệ tiên tiến như trí tuệ nhân tạo (AI) hoặc Internet vạn vật (IoT) để giám sát, phân tích dữ liệu và gửi cảnh báo.
Có khả năng kết nối và điều khiển từ xa qua ứng dụng di động hoặc mạng không dây. Ý nghĩa:
Mang lại hiệu quả cao trong việc phát hiện cháy và giảm báo động giả nhờ phân tích chính xác các tín hiệu đầu vào.
Tăng cường khả năng giám sát và quản lý, đặc biệt ở các khu vực lớn hoặc các hệ thống công trình phức tạp.
1.2.6 Hệ thống báo cháy chuyên dụng Đặc điểm:
Thiết kế đặc biệt để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của từng môi trường, như nhà máy hóa chất, khu vực dễ cháy nổ hoặc tàu biển.
Sử dụng các cảm biến chuyên dụng như cảm biến khí gas, cảm biến tia cực tím và cảm biến nhiệt độ cao là rất quan trọng Những thiết bị này giúp đảm bảo an toàn trong các môi trường làm việc có nguy cơ cháy nổ cao, bảo vệ sức khỏe và tính mạng của người lao động.
Hỗ trợ các giải pháp cảnh báo và xử lý phù hợp với từng tình huống đặc thù. Ý nghĩa chung của hệ thống báo cháy
Hệ thống báo cháy, bất kể loại nào, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tính mạng và tài sản Nó giúp phát hiện sớm và cảnh báo nguy cơ cháy nổ, từ đó tạo điều kiện cho con người thoát hiểm kịp thời và bảo vệ tài sản quý giá.
Hỗ trợ công tác chữa cháy: Cung cấp thông tin nhanh chóng và chính xác để lực lượng cứu hỏa kịp thời xử lý.
Giảm thiểu thiệt hại: Ngăn chặn đám cháy lan rộng, giảm chi phí và thời gian phục hồi sau sự cố.
Tuân thủ quy định pháp luật: Đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn về phòng cháy chữa cháy tại nơi làm việc và các công trình xây dựng.
1.3 Quy định điều khiển của hệ thống báo cháy
Hệ thống báo cháy không chỉ đơn thuần là một tập hợp thiết bị, mà còn được xây dựng theo các quy định và nguyên tắc điều khiển nghiêm ngặt để đảm bảo hiệu quả, tính ổn định và an toàn trong việc phát hiện và cảnh báo cháy nổ Những quy định này thường dựa trên các tiêu chuẩn quốc gia hoặc quốc tế về phòng cháy chữa cháy (PCCC).
1.3.1 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống báo cháy
Hệ thống báo cháy phải tuân thủ các nguyên tắc sau:
Hệ thống phát hiện sớm là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo an toàn, cần nhanh chóng nhận diện các dấu hiệu cháy như sự gia tăng nhiệt độ, khói, hoặc tia hồng ngoại/tia cực tím từ ngọn lửa Việc phát hiện kịp thời giúp có đủ thời gian cho công tác sơ tán và xử lý tình huống hiệu quả.
Tín hiệu báo động về nguy cơ cháy cần được kích hoạt ngay lập tức bằng âm thanh và ánh sáng Để đảm bảo hiệu quả, âm lượng và tần số của tín hiệu phải đủ lớn và rõ ràng, giúp mọi người trong khu vực dễ dàng nhận biết.
Hệ thống cần hoạt động liên tục 24/7, ngay cả trong trường hợp mất điện, nhờ vào việc tích hợp nguồn dự phòng như pin và ắc quy Để đảm bảo hệ thống luôn trong trạng thái sẵn sàng, việc kiểm tra định kỳ là rất quan trọng.