LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những vấn đề tôi trình bày trong luận văn là do tôi viết dưới
sự hướng dẫn của PGS.TS. NGUYỄN HỮU TRUNG . Nếu có gì sai tôi xin
chịu trách nhiệm trước hội đồng bảo vệ nhà trường.


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn: Trung tâm sau đại học, Khoa điện tử. Trường đại
học công nghiệp Hà Nội, đẵ tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ cho tôi trong suốt
quá trình học tập và nghiên cứu
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy PGS. TS Nguyễn Hữu Trung, người
hướng dẫn khoa học cho tôi. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô
giáo, các bạn đồng nghiệp đẵ đóng góp nhiều ý kiến quý báu và giúp đỡ tận
tình để luận văn được hoàn thành

Hà nội. Ngày 15 tháng 12 năm 2015
Học viên

Nguyễn Văn Tùng


MỤC LỤC
MỞĐẦU.................................................................................................................1
1.1. KHÁI QUÁT.................................................................................................................................3
1.2. NHIỆM VỤCỦA MẠCH BÁO CHÁY..........................................................................................3
1.3. PHÂN LOẠI HỆTHỐNG BÁO CHÁY TỰĐỘNG..........................................................................3
1.4. CÁC THÀNH PHẦN CƠBẢN CỦA HỆTHỐNG BÁO CHÁY TỰĐỘNG.......................................5
1.4.2. Thiết bị đầu vào...................................................................................................................5
1.4.3. Thiết bị đầu ra......................................................................................................................8
1.5. TỔNG QUAN VỀVI ĐỀ
I U KHIỂN ARM DÙNG TRONG THIẾT KẾHỆTHỐNG BÁO CHÁY

Hinh 1.14 : Khối ADC.......................................................................................35
Hinh 1.15 : Khối SPI.........................................................................................36
1.5.3.2. Tổng quan về LCP1768..................................................................................................36
1.5.3.2.1.Thông số tổng quát.......................................................................................................36

Hinh 1.16 : Sơ đồ khối LPC1768......................................................................37
1.5.3.2.2. Sơ đồ chân....................................................................................................................38

Hinh 1.17 : Sơ đồ chân LPC1768.....................................................................38
Mô tả chưc năng..........................................................................................................................39
1.6. TIÊU CHUẨN THIẾT KẾMẠCH BÁO CHÁY............................................................................48

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾHỆTHỐNG BÁO CHÁY...............................................50
2.1. TÍNH CẤP CỦA ĐỀTÀI...............................................................................................................50
2.2. SƠĐỒHỆTHỐNG.....................................................................................................................51
2.3. SƠĐỒNGUYÊN LÝ...................................................................................................................52
2.3.1. Khối đầu vào cảm biến.....................................................................................................52
2.3.2. LPC 1768...........................................................................................................................53
2.3.3. Module sim 900.................................................................................................................54
2.4. SƠĐỒMẠCH IN........................................................................................................................58
3.1. SƠĐỒPHẦN CỨNG MẠCH BÁO CHÁY SỬDỤNG VI ĐỀ
I U KHIỂN ARM.............................72
3.2. KẾT QUẢCHẠY THỬ...............................................................................................................72
3.3. KẾT QUẢTHỰC TẾĐÁNH GIÁ.................................................................................................73

DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮVIẾT TẮT

Viết tắt
ADC
ADT

Liquid Crystal Display

Màn hình tinh thể lỏng

MAC

Media Access Control

Địa chỉ của card mạng

MMC
PHP

Multi-Media Card
Hypertext Preprocessor

Card đa phương tiện
Ngôn ngữ lập trình kịch bản

PPC

Pocket Personal Computer

Máy tính cá nhân

PWM

Pulse Width Modulation

Điều chế độ rộng xung

Hinh 1.9 : Bản đồ bộ nhớ..................................................................................26
Hinh 1.10 : Kiểu dư liệu truy cập.....................................................................28
Bộ nhớ Cortex..............................................................................................................................28

Hinh 1.11 : Trạng thái hoạt động Systick........................................................30
Các chế độ năng lượng................................................................................................................31


Hinh 1.12 : Chế độ năng lượng CPU................................................................32
Hinh 1.13 : Khôi hô trợ gơ lôi...........................................................................33
Ngoại vi.......................................................................................................................................34

Hinh 1.14 : Khối ADC.......................................................................................35
Hinh 1.15 : Khối SPI.........................................................................................36
1.5.3.2. Tổng quan về LCP1768..................................................................................................36
1.5.3.2.1.Thông số tổng quát.......................................................................................................36

Hinh 1.16 : Sơ đồ khối LPC1768......................................................................37
1.5.3.2.2. Sơ đồ chân....................................................................................................................38

Hinh 1.17 : Sơ đồ chân LPC1768.....................................................................38
Mô tả chưc năng..........................................................................................................................39
1.6. TIÊU CHUẨN THIẾT KẾMẠCH BÁO CHÁY............................................................................48

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾHỆTHỐNG BÁO CHÁY...............................................50
2.1. TÍNH CẤP CỦA ĐỀTÀI...............................................................................................................50
2.2. SƠĐỒHỆTHỐNG.....................................................................................................................51
2.3. SƠĐỒNGUYÊN LÝ...................................................................................................................52
2.3.1. Khối đầu vào cảm biến.....................................................................................................52
2.3.2. LPC 1768...........................................................................................................................53

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hữu Trung
đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình làm luận văn để em đạt được kết
quả tốt nhất.


2
Lý do chọn đề tài
- Trong cuộc sống của chúng ta luôn tồn tại những khu vực dễ cháy, nên
việc lặp đặt hệ thống báo cháy có tầm quan trọng. Nó giúp chúng ta
phát hiện nhanh chóng, chữa cháy kịp thời kỳ đầu của vụ cháy đem lại
sự bình yên cho mọi người , bảo vệ tài sản cho nhân dân , nhà máy
xưởng sản xuất…Xuất phát từ ý tưởng đó tác giả chọn đề tài “ Thiết kế
hệ thống báo cháy tự động vi điều khiển” với mong muốn sau khi thực
hiện xong đề tài có thể đem ra ứng dụng thực tế.
Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về hệ thống báo cháy
- Giới thiệu vi điều khiển ARM LPC1768
- Xây dựng phần cứng và phần mềm
Phương pháp nghiên cứu
Chia nhỏ đánh giá từng phần.
Thử nghiệm thực tế


3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG

1.1. KHÁI QUÁT
Hệ thống báo cháy tự động là hệ thống thiết bị tự động phát hiện và thông báo
địa điểm cháy (theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5738-2001).
Hệ thống báo cháy tự động bao gồm:

việc dựa trên nguyên lý làm việc của đầu báo cháy hỗn hợp như: đầu báo cháy
nhiệt và khói; đầu báo cháy nhiệt và lửa. Hệ thống này chủ yếu phát hiện ra sự
thay đổi các yếu tố môi trường trong khu vực bảo vệ.
* Phân loại hệ thống báo cháy tự động theo đặc điểm kỹ thuật của hệ thống
báo cháy.
- Hệ thống báo cháy tự động theo vùng (hệ thống báo cháy tự động
thường) : (hệ thống báo cháy tự động thông thường - Couventional fire alarm
system): là hệ thống báo cháy tự động có chức năng báo cháy tới một khu vực,
một địa điểm (có thể có một hoặc nhiều đầu báo cháy). Diện tích bảo vệ của
một khu vực có thể từ vài chục đến 2000 m2 (tuỳ thuộc đặc điểm khu vực đó).
- Hệ thống báo cháy tự động theo địa chỉ: (Addressable fire alarm system) : là
hệ thống báo cháy tự động có 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 chỉ giới hạn trong khoảng vài chục mét vuông (tuỳ thuộc vào từng
loại đầu báo cháy). Hệ thống báo cháy tự động thông minh: Với sự phát triển
khoa học công nghệ, hệ thống báo cháy tự động theo địa chỉ đã phát triển
thành hệ thống báo cháy thông minh (Intelligent fire alarm system). Đây là hệ
thống báo cháy tự động ngoài chức năng báo cháy thông thường theo địa chỉ,
nó còn có thể đo được một số thông số về môi trường của khu vực nơi lắp đặt


5
đầu báo cháy như nhiệt độ, nồng độ khói,… và có thể thay đổi được ngưỡng
tác động của đầu báo cháy theo yêu cầu của nhà thiết kế và lắp đặt.
1.4. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ
ĐỘNG
1.4.1. Trung tâm báo cháy (Tủ trung tâm , Trung tâm điều khiển, Control
Panel) : Đây là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống và quyết định chất
lượng của hệ thống. Là thiết bị cung cấp năng lượng cho các đầu báo cháy tự
động.Có khả năng nhận và xử lý các tín hiệu báo cháy từ các đầu báo cháy tự

báo, khói sẽ làm cản trở đường truyền tín hiệu giữa 2 đầu báo, từ đó đầu báo
sẽ gởi tín hiệu báo cháy về trung tâm xử lý.
Đầu báo khói dạng Beam:
Gồm một cặp thiết bị được lắp ở hai đầu của khu vực cần giám sát. Thiết bị
chiếu phát chiếu một chùm tia hồng ngoại, qua khu vực thuộc phạm vi giám
sát rồi tới một thiết bị nhận có chứa một tế bào cảm quang có nhiệm vụ theo
dõi sự cân bằng tín hiệu của chùm tia sáng. Đầu báo này hoạt động trên
nguyên lý làm mờ ánh sáng đối nghịch với nguyên lý tán xạ ánh sáng (cảm
ứng khói ngay tại đầu báo).
- Đầu báo khói loại Beam có tầm hoạt động rất rộng (15m x 100m), sử dụng
thích hợp tại những khu vực mà các loại đầu báo khói quang điện tỏ ra không
thích hợp, chẳng hạn như tại những nơi mà đám khói tiên liệu là sẽ có khói
màu

đen.

- Hơn nữa đầu báo loại Beam có thể đương đầu với tình trạng khắc nghiệt về
nhiệt độ, bụi bặm, độ ẩm quá mức, nhiều tạp chất,… Do đầu báo dạng Beam


7
có thể đặt đằng sau cửa sổ có kiếng trong, nên rất dễ lau chùi, bảo quản.
- Đầu báo dạng Beam thường được lắp trong khu vực có phạm vi giám sát
lớn, trần nhà quá cao không thể lắp các đầu báo điểm (các nhà xưởng, …)
Đầu báo nhiệt: (Heat Detector)
- 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, thì nó sẽ phát tín hiệu báo động gởi về
trung tâm xử lý.
- Các đầu báo nhiệt được lắp đặt ở những nơi không thể lắp được đầu báo

chứa chất lỏng dễ cháy).
- Đầu báo lửa rất nhạy cảm đối với các tia cực tím và đã được nghiên cứu tỉ
mỉ để tránh tình trạng báo giả. Đầu dò chỉ phát tín hiệu báo động về trung tâm
báo cháy khi có 2 xung cảm ứng tia cực tím sau 2 khoảng thời gian, mỗi thời
kỳ là 5s.
Công tắc khẩn: (Emergency breaker, nút nhấn khẩn): Được lắp đặt tại những
nơi dễ thấy của hành lang các cầu thang để sử dụng khi cần thiết. Thiết bị này
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 đang hiện diện
trong khu vực đó được biết để có biện pháp xử lý hỏa hoạn và di chuyển ra
khỏi khu vực nguy hiểm bằng các lối thoát hiểm. Gồm có các loại công tắc
khẩn như sau:
- Khẩn tròn, vuông
- Khẩn kính vỡ (break glass)
- Khẩn giật
1.4.3. Thiết bị đầu ra
Nhận tín hiệu từ trung tâm báo cháy truyền đến và có tính năng phát đi các
thông tin bằng âm thanh (chuông, còi), bằng tín hiệu phát sáng (đèn) giúp mọi
người nhận biết đang có hiện tượng cháy xảy ra.


9
Bảng hiện thị phụ
Hiển thị thông tin các khu vực xảy ra sự cố từ trung tâm báo cháy truyền đến,
giúp nhận biết tình trạng nơi xảy ra sự cố để xử lý kịp thời.
Chuông báo cháy
Được lắp đặt tại phòng bảo vệ, các phòng có nhân viên trực ban, hành lang,
cầu thang hoặc những nơi đông người qua lại nhằm thông báo cho những
người xung quanh có thể biết được sự cố đang xảy ra để có phương án xử lý,
di tản kịp thời.

này sẽ tự động bật sáng (nhờ có bình điện dự phòng battery), nó giúp cho mọi
người dễ dàng tìm đường thoát hiểm, hoặc giúp cho các nhân viên có trách
nhiệm nhanh chóng thi hành phận sự. Hoặc trong trường hợp mất điện đột
ngột do có sự cố về điện, đèn Emergency cũng tỏ ra hữu hiệu.
Bộ quay số điện thoại tự động
Được lắp trong trung tâm báo cháy, khi nhận được thông tin báo cháy từ trung
tâm thiết bị sẽ tự động quay số điện thoại đã được cài đặt trước để thông báo
đến người chịu trách nhiệm chính.Thông thường quay được từ 3 tới hơn 10
số.
Bàn phím (Keypad, Bàn phím điều khiển):
Là phương tiện để điều khiển mọi hoạt động của hệ thống. Qua bàn phím, bạn
có thể điều khiển hoạt động theo ý muốn một cách dễ dàng, như nhập lệnh
đưa hệ thống vào chế độ giám sát, hoặc có thể ngưng chế độ giám sát một số
khu vực trong toàn bộ hệ thống, hoặc có thể lập trình để hệ thống tự động


11
chuyển sang chế độ giám sát vào một thời gian nhất định trong ngày đối với
một số khu vực nào đó.
Modul địa chỉ
Modul địa chỉ được sử dụng trong hệ thống báo cháy địa chỉ, nó có khả năng
cho biết vị trí chính xác nơi xảy ra sự cố cháy trong một khu vực đang bảo vệ.
1.5. TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ARM DÙNG TRONG THIẾT
KẾ HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
1.5.1. Lịch sử phát triển
Việc thiết kế ARM được bắt đầu từ năm 1983 trong một dự án phát triển của
công ty máy tính Acorn. Nhóm thiết kế, dẫn đầu bởi Roger Wilson và Steve
Furber, bắt đầu phát triển một bộ vi xử lý có nhiều điểm tương đồng với Kỹ
thuật MOS 6502 tiên tiến. Acorn đã từng sản xuất nhiều máy tính dựa trên
6502, vì vậy việc tạo ra một chip như vậy là một bước tiến đáng kể của công

tưởng của nhà sản xuất lõi ARM là sao cho người sử dụng có thể ghép lõi
ARM với một số bộ phận tùy chọn nào đó để tạo ra một CPU hoàn chỉnh, một
loại CPU mà có thể tạo ra trên những nhà máy sản xuất bán dẫn cũ và vẫn tiếp
tục tạo ra được sản phẩm với nhiều tính năng mà giá thành vẫn thấp.
Thế hệ thành công nhất có lẽ là ARM7TDMI với hàng trăm triệu lõi được sử
dụng trong các máy điện thoại di động, hệ thống video game cầm tay, và Sega
Dreamcast. Trong khi công ty ARM chỉ tập trung vào việc bán lõi IP, cũng có
một số giấy phép tạo ra bộ vi điều khiển dựa trên lõi này.
Dreamcast đưa ra bộ vi xử lý SH4 mà chỉ mượn một số ý tưởng từ ARM (tiêu
tán công suất thấp, tập lệnh gọn …) nhưng phần còn lại thì khác với ARM.
Dreamcast cũng tạo ra một chip xử lý âm thanh được thiết kế bởi Yamaha với


13
lõi ARM7. Bên cạnh đó, Gameboy Advance của Nintendo, dùng
ARM7TDMI ở tần số 16,78 MHz.
Hãng DEC cũng bán giấy phép về lõi cấu trúc ARM (đôi khi chúng ta có thể
bị nhầm lẫn vì họ cũng sản xuất ra DEC Alpha) và sản xuất ra thế hệ Strong
ARM.Hoạt động ở tần số 233 MHz mà CPU này chỉ tiêu tốn khoảng 1 watt
công suất (những đời sau còn tiêu tốn ít công suất hơn nữa). Sau những kiện
tụng, Intel cũng được chấp nhận sản xuất ARM và Intel đã nắm lấy cơ hội này
để bổ sung vào thế hệ già cỗi i960 của họ bằng Strong ARM. Từ đó, Intel đã
phát triển cho chính họ một sản phẩm chức năng cao gọi tên là Xscale.
1.5.2. Giới thiệu về ARM
Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Advanced RISC Machine) là một loại
cấu trúc vi xử lý 32 bit và 64 bit kiểu RISC được sử dụng rộng rãi trong các
thiết kế nhúng. Do có đặc điểm tiết kiệm năng lượng, các bộ CPU ARM
chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà với các sản phẩm này
việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng đầu.
Ngày nay, hơn 75% CPU nhúng 32-bit là thuộc họ ARM, điều này khiến

trên kiến trúc ARM.
1.5.3. Giới thiệu về ARM CORTEX
Bộ xử lý Cortex là thế hệ lõi nhúng kế tiếp từ ARM. Cortex kế thừa các ưu
điểm từ các bộ xử lí ARM trước đó, nó là một lõi hoàn chỉnh, bao gồm bộ xử
lý trung tâm Cortex và một hệ thống các thiết bị ngoại vi xung quanh, Cortex
cung cấp phần xử lý trung tâm của một hệ thống nhúng. Để đáp ứng yêu cầu
khắt khe và đa dạng của các hệ thống nhúng, bộ xử lý Cortex gồm 3 nhánh,
được biểu hiện bằng các ký tự sau tên Cortex như sau:


15
 Cấu hình A cho các ứng dụng tinh vi, yêu cầu cao chạy trên các hệ điều
hành và các ứng dụng phức tạp như Linux, Android…Hỗ trợ tập lệnh
ARM, Thumb và Thumb-2.
 Cấu hình R : bộ xử lý dành cho các hệ thống đòi hỏi khắc khe về tính
thời gian thực. Hỗ trợ các tập lệnh ARM, Thumb, Thumb-2.
 Cấu hình M : bộ xử lý dành cho dòng vi điều khiển, được tối ưu hóa
cho các ứng dụng nhạy cảm về chi phí. Chỉ hỗ trợ tập lệnh Thumb-2.
Con số nằm cuối tên Cortex cho biết mức độ hiệu suất tương đối, với 1 là
thấp nhất và 8 là cao nhất. Hiện nay dòng Cortex –M có mức hiệu suất cao
nhất là 3.
Bộ vi xử lý Cortex-M3 là bộ vi xử lý ARM đầu tiên dựa trên kiến trúc
ARMv7-M và được thiết kế đặc biệt để đạt được hiệu suất cao trong các
ứng dụng nhúng cần tiết kiệm năng lượng và chi phí. Để đạt được hiệu suất
cao hơn, bộ vi xử lý có thể làm việc nhiều hơn hoặc làm việc thông minh
hơn. Đẩy tần số hoạt động cao hơn có thể làm tăng hiệu suất nhưng cũng đi
kèm với việc tiêu thụ năng lượng nhiều hơn và việc thiết kế cũng phức tạp
hơn. Nói cách khác, cùng thực hiện những tác vụ đó nhưng bằng cách nâng
cao hiệu quả tính toán trong khi vẫn hoạt động ở tần số thấp sẽ dẫn đến sự
đơn giản hóa trong việc thiết kế và ít tốn năng lượng hơn.


18
ống ba tầng. Tuy nhiên Cortex-M3 khả năng dự đoán việc rẽ nhánh để giảm
thiểu số lần làm rỗng(flush) đường ống.

Hinh 1.3. Kiến trúc đường ống của ARM Cortex-M3
Trong khi một lệnh đang được thực thi, thì lệnh tiếp theo sẽ được giải mã và
lệnh tiếp theo nữa sẽ được lấy về từ bộ nhớ. Phương thức hoạt động này sẽ
phát huy hiệu quả tối đa cho mã tuyến tính (linear code), nhưng khi gặp phải
một rẽ nhánh (ví dụ cấu trúc lệnh if…else) thì các đường ống phải được làm
rỗng (flush) và làm đầy (refill) trước khi mã có thể tiếp tục thực thi. Trong
CPU Cortex có đường ống ba tầng được tăng cường khả năng dự đoán rẽ
nhánh, có nghĩa rằng khi một lệnh rẽ nhánh có điều kiện xuất hiện một thao
tác lấy lệnh dựa trên suy đoàn được thực hiện, do đó lệnh rẽ nhánh có điều
kiện sẵn sàng để thực hiện mà không cần chịu thêm một thao tác nào cả.
Trường hợp xấu nhất khi gặp phải một rẽ gián tiếp, khi đó không thể hiện việc
lấy lệnh dựa trên việc suy đoán, do đó phải làm rỗng đường ống dẫn. Kiến
trúc đường ống là chìa khóa dẫn đến hiệu suất tổng thể của CPU Cortex, vì
vậy không cần bất kì cân nhắc, xem xét đặc biệt nào được thực hiện trong mã
ứng dụng.