Luận văn Báo cháy và chống cháy qua mạng Internet

Xin chân thành cảm ơn Các Thầy Cô Giáo trong nhà trường, Nhất là quý thầy cô trong Khoa Công Nghệ Thông Tin Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Đại Học Thuỷ Sản đã tận tình dạy dỗ em trong suốt 5 năm qua. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Thầy Đỗ Văn Uy, Người đã nhiệt tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành quyển luận văn này. Xin cảm ơn tất cả các bạn cùng công ty TQC đã có ý kiến đóng góp, giúp đỡ em trong lúc thực hiện luận văn này. MỤC LỤC Phần 1 : Giới thiệu về đề tài Chương I:Giới thiệu sơ lược về hệ thống báo cháy thông qua mạng internet dựa vào giao thức TCP/IP I.Mục đích yêu cầu của đề tài. II.Giới hạn của đề tài. III.Các phương án thực hiện đề tài. Chương II:Quy trình hoạt động của một hệ thống báo cháy I.Nguyên tắc báo cháy. II.Cấu trúc thuần tuý của một hệ thống báo cháy. 1.Cảm biến a.Cảm biến nhiệt. b.Cảmbiến lửa. c.Cảm biến khói. Phần 2:Kiến trúc hệ thống báo cháy điều khiển từ máy tính Chương I.Lý thuyết về giao tiếp máy tính với thiết bị ngoại vi. I.Các phương pháp điều khiển vào ra. 1.Vào ra điều khiển bằng chương trình. 2.Vào ra điều khiển bằng ngắt. II.Các phương pháp giao tiếp với thiết bị ngoại vi. 1.Giao tiếp với máy tính thông qua slot card. 2. Giao tiếp với máy tính thông qua slot serial port. 3.Giao tiếp với máy tính thông qua printer port. Chương II.Tìm hiểu về RS232C. I.Đặc điểm kĩ thuật về điện của RS232C. II.Các đường dữ liệu và điều khiển của RS232C. III. Modem rổng của RS232C. IV.Các IC kích phát thu của RS232C. V.Minh hoạ thông tin nối tiếp bất đồng. 1.Lựa chọn cổng COM. 2.Hoạt động của cổng nối tiếp. Chương 3.Lập trình điều khiển qua cổng COM viết bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0 I.Tại sao chọn ngôn ngữ Visual Basic 6.0. II.Thư viện liên kết động Port.dll III.Gọi hàm trong thư viện Port.dll từ Visual basic 6.0 Phần 3.Cơ sở lý thuyết về mạng và giao thức TCP/IP Chương I.Các khái niệm cơ bản về mạng. I.Mô hình mạng OSI, mô hình mạng TCP/IP. 1.Khái niệm mô hình mạng. 2.Mô hình mạng OSI. 3.Mô hình mạng TCP. 4.Giao thức TCP. 5.Địa chỉ IP. a.Giới thiệu địa chỉ IP. Chương II.Mạng Internet. I. Internet bắt nguồn từ đâu. II.Giao thức mà internet sử dụng. III.Các dịch vụ kết nối đến internet. Chương III.Một số hàm socket. I.Khái niệm về socket. II.Lập trình winsock. Phần 4.Giớiù thiệu về chương trình minh hoạ báo cháy. LỜI NÓI ĐẦU Trong cuộc sống của chúng ta luôn tồn tại những khu vực dễ cháy, nên việc lắp đặt hệ thống báo cháy có tầm quan trọng hết sức lớn lao. 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… Ngày nay, việc phòng cháy chữa cháy trở thành mối quan tâm hàng đầu của nước ta cũng như nhiều nước trên thế giới. Nó trở thành nghiã vụ của mỗi người dân. Trên các phương tiện thông tin đại chúng luôn tuyên truyền giáo dục cho mỗi người dân ý thức phòng cháy chữa cháy, nhằm mục đích hạn chế những vụ cháy đáng tiếc xảy ra. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của hệ thống thông tin internet thì việc báo cháy qua mạng internet ngày càng có khả năng áp dụng vào thực tiễn, nó giúp ta báo kịp thời những thông tin về vụ cháy đến các cơ quan chức năng. Xuất phát từ những ý tưởng trên, em chọn đề tài “Thiết bị báo cháy tự động và điều khiển chống cháy thông qua mạng internet với giá thành thấp phù hợp với hầu hết các kiến trúc mạng máy tính chạy theo giao thức TCP /IP trên nền hệ điều hành Windows” cho luận án tốt nghiệp. Do thời gian và sự hiểu biết có hạn, chắùc chắn trong quá trình làm em cũng có nhiều thiếu sót, mong các thầy cô và các bạn chân thành góp ý. Phần 1 :Giới Thiệu về đề tài Chương 1: Giới thiệu sơ lược về hệ thống báo cháy thông qua mang internet dựa vào giao thức TCP/IP. Ngành công nghệ thông tin liên lạc đã phát triển nhanh chóng cùng với các ngành công nghệ khác, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Công nghệ thông tin đóng vai trò cốt lõi trong việc cập nhật thông tin cho mọi người. Với những nhu cầu về mạng internet cũng như LAN hay WAN ngày càng thâm nhập sâu vào đời sống hàng ngày của chúng ta với rất nhiều ứng dụng thực tiễn như email , chat , điện thoại IP , web, ... vì vậy với suy nghĩ là ứng dụng kiến thức đã học ở trường và tìm hiểu thêm ở sách vở, em quyết định chọn đề tài “Thiết bị báo cháy tự động qua mạng internet ” với mong muốn sau khi thực hiện xong đề tài có thể đem ra ứng dụng trong thực tế. I. Mục Đích Yêu Cầu Cuả Đề Tài: Nhằm phục vụ cho việc báo cháy tự động qua mạng máy tính hiện có tại các cơ quan xí nghiệp, đặt tại các nhà cao tầng, những nơi cần thiết khác vv… Từ mục đích trên nên thiết bị báo cháy phải đảm bảo các yêu cầu: Sử dụng tiện lợi và sử dụng trên khắp cả nước mà không cần thay đổi phần cứng. Báo động kịp thời các vụ cháy nhằm giảm nhẹ thiệt hại do cháy gây ra. Có thể điều khiển từ xa qua mạng tắt điện hoăïc phun nước khi có cháy. II. Giới Hạn Đề Tài: Báo Cháy và Chống Cháy có rất nhiều vấn đề cần bàn tới ví dụ như : Khi kho xăng dầu cháy thì đặc tính chữa cháy khác so với hoá chất cháy. Hiện tại vấn đề phát hiện khói báo cháy còn phụ thuộc nhiều vào đầu dò khói ...Vì vậy có rất nhiều khó khăn trong lúc thực hiện đề tài. Với thời gian ngắn nhưng lại có nhiều vấn đề cần giải quyết, hơn nữa kiến thức người tìm hiểu đề tài có hạn, sinh viên thực hiện đề tài chỉ tập trung giải quyết vấn đề sau: -Báo động có cháy thông qua mạng khi có sự cố. -Thực hiện đươc 2 chức năng là: Tắt nguồn điện từ xa thông qua mạng . Khởi động nguồn cho thiết bị chống cháy. III. Chọn Phương Aùn Thực Hiện Đề Tài: Với những yêu cầu đặt ra ở trên, em đã xem xét và đưa ra 3 phương án như sau: Sử dụng kỹ thuật số. Sử dụng kỹ thuật vi xử lý. Sử dụng kỹ thuật vi điều khiển. Với những đòi hỏi của máy ta có thể đơn giản những hoạt động bằng kỹ thuật số. Nhưng tốn kém linh kiện và kích thước cồng kềnh, hơn nữa khó thay đổi phần mềm và không có khả năng mở rộng cho các hoạt động khác. Với kỹ thuật vi xử lý, có thể khắc phục những yếu điểm của mạch số nhưng lại phức tạp trong việc thiết kế phần cứng. . Nếu sử dụng kỹ thuật vi điều khiển,giao tiếp theo xung với mạch thiết kế thuần chất điện tử thì giá thành hạ và chất lượng của thiết bị phụ thuộc nhiều vào phần mềm. Vì vậy em quyết định đi theo hướng này. CHƯƠNG 2: Quy trình hoạt động từ một hệ thống báo cháy I. Nguyên tắc báo cháy : Khi một đám cháy xảy ra, ở những vùng cháy thường có những dấu hiệu sau: Lửa, khói, vật liệu chỗ cháy bị phá hủy. Nhiệt độ vùng cháy tăng lên cao. Không khí bị Oxy hóa mạnh. Có mùi cháy, mùi khét. Để đề phòng cháy chúng ta có thể dựa vào những dấu hiệu trên để đặt các hệ thống cảm biến làm các thiết bị báo cháy. Kịp thời khống chế đám cháy ở giai đoạn đầu. Thiết bị báo cháy điện tử giúp chúng ta liên tục theo dõi để hạn chế các vụ cháy tai hại, tăng cường độ an toàn, bình yên cho mọi người. II. Cấu trúc thuần tuý của một hệ thống báo cháy: 1. Cảm biến: Cảm biến là bộ phận hết sức quan trọng, nó quyết định độ nhạy và sự chính xác của hệ thống. Cảm biến hoạt động dựa vào các đặt tính vật lý của vật liệu cấu tạo nên chúng. Cảm biến được dùng để chuyển đổi các tín hiệu vật lý sang tín hiệu điện. Các đặc tính của cảm biến: độ nhạy, độ ổn định, độ tuyến tính. a. Cảm biến nhiệt: Là loại cảm biến dùng để chuyển tín hiệu vật lý (nhiệt độ) thành tín hiệu điện, đây là loại cảm biến có độ nhạy tương đối cao và tuyến tính. Nguyên tắc làm việc của nó là dòng điện hay điện áp thay đổi khi nhiệt độ tại nơi đặt nó thay đổi. Tuy nhiên nó cũng dễ báo động nhầm khi nguồn điện bên ngoài tác động không theo ý muốn. Các loại cảm biến nhiệt: IC cảm biến: Là loại cảm biến bán dẫn được chế tạo thành các IC chuyên dụng với độ nhạy cao, điện áp ra thay đổi tỉ lệ thuận với nhiệt độ, một số loại IC được bán bên ngoài thị trường là: LM355, LM334, … Thermistor: Thermistor là loại điện trở có độ nhạy nhiệt rất cao nhưng không tuyến tính và với hệ số nhiệt âm. Điện trở giảm phi tuyến với sự tăng của nhiệt độ. Vì bản thân là điện trở nên trong quá trình hoạt động Thermistor tạo ra nhiệt độ vì vậy gây sai số lớn. Thermo Couples: Thermo Couple biến đổi đại lượng nhiệt độ thành dòng điện hay điện áp DC nhỏ. Nó gồm hai dây kim loại khác nhau nối với nhau tại hai mối nối. Khi các dây nối đặc ở các vị trí khác nhau, trong dây xuất hiện suất điện động. Suất điện động tỉ lệ thuận với sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối nối. Thermo couple có hệ số nhiệt dương. b. Cảm biến lửa: Khi lửa cháy thì phát ra ánh sáng hồng ngoại, do đó ta sử dụng các linh kiện phát hiện tia hồng ngoại để phát hiện lửa. Nguyên lý hoạt động là điện trở của các linh kiện thu sóng hồng ngoại tăng, nó chuyển tín hiệu ánh sáng thu được thành tín hiệu điện để báo động. Loại này rất nhạy đối với lửa. Tuy nhiên cũng dễ báo động nhầm nếu ta để cảm biến ngoài trời hoặc gần ánh sáng bóng đèn tròn. c. Cảm biến khói: Thường cảm biến khói là bộ phân riêng biệt chạy bằng PIN được thiết kế để lắp đặt trên trần nhà, trên tường. Ngoài yêu cầu kỹ thuật (chính xác, an toàn) còn đòi hỏi phải đảm bảo về mặt thẩm mỹ. Có hai cách cơ bản để thiết kế bộ cảm biến khói. Cách thứ nhất sử dụng nguyên tắc Ion hóa. Người ta sử dụng một lượng nhỏ chất phóng xạ để Ion hóa trong bộ cảm biến. Không khí bị Ion hóa sẽ dẫn điện và tạo thành một dòng điện chạy giữa chạy giữa hai cực đã đợc nạp điệän. Khi các phần tử khói lọt vào khu vực cảm nhận được Ion hóa sẽ làm tăng điện trở trong buồng cảm nhận và làm giảm luồng điện giữa hai cực. Khi luồng điện giảm xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến sẽ phát hiện và phát tín hiệu báo động. Cách thứ hai sử dụng các linh kiện thu phát quang. Người ta dùng linh kiện phát quang (Led, Led hồng ngoại…) chiếu một tia ánh sáng qua vùng bảo vệ vào một linh kiện thu quang (photo diode, photo transistor, quang trở…). Khi có cháy, khói đi ngang qua vùng bảo vệ sẽ che chắn hoặc làm giảm cường độ ánh sáng chiếu vào linh kiện thu. Khi cường độ giảm xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến sẽ phát hiện và phát tín hiệu báo động. Trong hai cách này thì phương pháp thứ nhất nhạy hơn và hiệu quả hơn phương pháp thứ hai, nhưng khó thực thi, khó lắp đặt. Còn cách thứ hai tuy ít nhạy hơn nhưng linh kiện dễ kiếm và dễ thực thi cũng như dễ lắp đặt. Một nhược điểm của các loại cảm biến này là: mạch báo động có thể sai nếu vùng bảo vệ bị xâm nhập bởi các lớp bụi… PhầN 2: Kiến trúc phần cứng về hệ thống báo cháy thông qua máy tính Chương 1. Lý thuyết về giao tiếp máy tính với thiết bị ngoại vi I. Các phương pháp điều khiển vào ra: 1.Vào ra điều khiển bằng chương trình: Thiết bị ngoai vi điều ghép với Bus hệ thống vi xử lý thông qua các phần thích ứng về công nghệ chế tạo và logic. Thích ứng về công nghệ chế tạo là điều chỉnh mức công nghệ sản xuất thiết bị ngoại vi và công nghệ sản xuất của mạch trong hệ vi xử lý. Thích ứng về Logic là nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển ngoại vi tín hiệu trên bus hệ thống. Trong hệ vi xử lý một vùng nhớ dùng làm nơi chứa địa chỉ cổng vào ra và CPU xuất hoặc nhập dữ liệu từ các cổng vào ra này các lệnh xuất nhập In/Out Lúc này cổng vào ra được xem như thanh ghi ngoài, chúng được viết vào hoặc đọc ra như ô nhớ Ram qua hai lệnh trên. Để phân biệt hướng xuất hoặc nhập dữ liệu từ cổng vào ra CPU phát ra tín hiệu điều khiển đọc hoặc viết. Để phân biệt vùng nhớ với thiết bị vào ra CPU phát ra tín hiệu điều khiển IO/M. Khi có các lệnh này thì các lệnh In/Out mới có tác dụng. Ngoài các lệnh qui chiếu bộ nhớ, cũng như khả năng trao đổi dữ liệu giữa thiết bị ngoại vi và hệ vi xử lý. Lúc đó vào ra được gán như một địa chỉ ô nhớ của bộ nhớ. Các thanh ghi liên quan tới cổng vào ra được xem như ngăn nhớ. Khi bộ vi xử lý gọi địa chỉ và xung điều khiển đọc hay viết bộ nhớ không cần xác định nơi gởi là bộ nhớ hay thiết bị vào ra. Nó chỉ hỏi nơi gởi dữ liệu vào trong khoảng thời gian cho phép. Bộ logic bên ngoài sẽ giải mã địa chỉ kết hợp với xung MR, MW, để chọn thiết bị mà không phân biệt ngăn nhớ hay thiết bị vào ra. 2.Vào ra điều khiển bằng ngắt: Với phương pháp điều khiển vào ra bằng chương trình, CPU phải liên tục kiểm tra trạng thái của thiết bị ngoại vi đến khi sẵn sàng, đó là sự lãng phí thời gian của CPU và chương trình dài và phức tạp. Khi bộ vi xử lý có nhiều thiết bị ngoại vi CPU không đáp ứng yêu cầu của chúng. Có thể đáp ứng yêu cầu ngoại vi nhanh chóng và không theo trình tự như định trước nhờ cơ cấu ngắt CPU. Nhờ tính chất đáp ứng tức thời của vi xử lý khi có yêu cầu ngắt từ thiết bị ngoại vi do đó các ngắt thường được dùng ở những trường hợp yêu cầu đap ứng nhanh, thời gian trả lời ngắn, thực hiện ở bất kỳ thời điểm nào. Khi đó CPU phải chuyển đến chương trình con, yêu cầu ngắt ở cuối bất kỳ lệnh nào trong chương trình chính. Các chương trình con phục vụ ngắt có thể lưu trữ nội dung các thanh ghi và khôi phục lại khi thực hiện xong chương trình phục vụ ngắt và trước khi trở lại chương trình chính. Giao tiếp với maý tính là trao đổi dữ kiện giữa một máy tính với một hay nhiều thiết bị ngoại vi. Theo tiêu chuẩn sản xuất, máy tính giao tiếp với người sử dụng bằng hai thiết bị: Bàn phím để nhập dữ liệu Màn hình để hiển thị Ngoài ra nhà sản xuất cho ta nhiều cách giao tiếp khác thông qua các port như là các ngõ giao tiếp: Giao tiếp qua port com (nối tiếp) Giao tiếp qua port Parallel(song song) Tùy theo trường hợp ứng dụng cụ thể mà chọn cách giao tiếp thích hợp. II.Các phương pháp giao tiếp với thiết bị ngoại vi: 1.Giao tiếp với máy tính thông qua slot card: Bên trong máy tính, ngoài những khe cắm dùng cho card vào - ra, card màn hình, vẫn còn những rãnh cắm để trống. Để giao tiếp với máy tính, ta có thể thiết kế card mở rộng để gắn vào khe cắm mở rộng này. Ở máy tính PC/XT rãnh cắm chỉ có 1 loại với độ rộng 8 bit và tuân theo tiêu chuẩn ISA (Industry Standard Architecture). Rãnh cắm theo tiêu chuẩn IS có 62 đường tín hiệu, qua các đường tín hiệu này máy tính có thể giao tiếp dễ dàng với thiết bị bên ngoài thông qua card mở rộng. Trên rãnh cắm mở rộng, ngoài 20 đường địa chỉ, 8 đường dữ liệu, còn có một số đường điều khiển như: , , IOW, AEN, CLK, ... Do đó card giao tiếp với máy tính qua slot card đơn giản, số bit có thể tăng dễ dàng, giảm được nhiều linh kiện, tốc độ truyền dữ liệu nhanh (truyền song song). Tuy nhiên, do khe cắm nằm bên trong máy tính nên khi muốn gắn card giao tiếp vào thì phải mở nắp ra, điều này gây bất tiện cho người sử dụng. 2.Giao tiếp qua Serial Port (Port COM) : IBM PC cung cấp 2 cổng nối tiếp: COM1 và COM2. Các cổng này giao tiếp theo tiêu chuẩn RS232. Chúng có thể được nối với một Modem để dùng cho mạng điện thoại, hay nối trực tiếp với một máy tính khác. Dữ liệu được truyền qua cổng này theo cách nối tiếp, nghĩa là dữ liệu được gởi đi nối tiếp nhau trên 1 đường dây. Do các dữ liệu được truyền đi từng bit một nên tốc độ truyền chậm, các tốc độ truyền có thể là 300, 600, 1200, 2400, 4800bps, 9600bps, chiều dài dữ liệu có thể là 5, 6, 7 hoặc 8 bit và kết hợp với các bit Start, Stop, Parity tạo thành một khung (frame). Ngoài ra cổng này còn có các điều khiển thu (Receive), phát (Trans), kiểm tra. Cách giao tiếp này cho phép khoảng cách truyền dữ liệu xa, tuy nhiên tốc độ truyền rất chậm tốc độ tối đa là 20kbps. 3.Giao tiếp qua cổng PRINT (Cổng máy in): IBM PC cho phép sử dụng đến 3 cổng song song có tên là LP1, LP2 và LP3. Kiểu giao tiếp song song được dùng để truyền dữ liệu giữa máy tính và máy in. Khác với cách giao tiếp qua Port Com, ở cách giao tiếp này dữ liệu được truyền song song cùng một lúc 8 bit. Vì thế nó có thể đạt tốc độ cao. Connector của Port này có 25 chân bao gồm 8 chân dữ liệu và các đường tín hiệu bắt tay (Handshaking ). Tất cả các đường Data và tín hiệu điều khiển đều ở mức logic hoàn toàn tương thích với mức TTL. Hơn nữa, người lập trình có thể điều khiển cho phép hoặc không cho phép các tín hiệu tạo Interrupt từ ngõ vào nên việc giao tiếp đơn giản và dễ dàng. Tuy nhiên, giao tiếp với mức logic TTL nên khoảng cách truyền bị hạn chế so với cách truyền qua Port Com, đồng thời cáp truyền cũng phức tạp hơn. Đó là nhược điểm của cách giao tiếp này. Chương 2. Tìm hiểu về RS232. Vào năm 1960, cùng với sự phát triển mạnh của các thiết bị đầu cuối máy tính chia sẻ thời gian, các Modem đã được tung ra ngày càng nhiều nhằm đảm bảo cho các thiết bị đầu cuối có thể dùng các đường điện thoại để thông tin giữa các máy tính với nhau ở những khoảng cách xa. Modem và các thiêt bị được dùng để gửi số liệu nối tiếp thường được gọi là thiết bị thông tin số liệu DCE (Datommunication Equipment). Các thiết bị đầu cuối hoặc máy tính đang gửi hay nhận số liệu được gọi là các thiết bị đầu số liệu DTE (Data Terminal Equipment). Nhằm đáp ứng với nhu cầu về tín hiệu và các chuẩn bắt tay (handshake standards) giữa DTE và DCE, hiệp hội kỹ thuật điện tử EIA đã đưa ra chuẩn RS-232C. Chuẩn này mô tả chức năng 25 chân tín hiệu và bắt tay cho việc chuyển dữ liệu nối tiếp. Nó cũng mô tả các mức điện áp, trở kháng, tốc độ truyền cực đại và điện dung cực đại cho các đường tín hiệu này. RS-232 ấn định 25 chân tín hiệu, và quy định các đầu nối DTE phải là male (đực) và các đầu nối DCE phải là female (cái). Một loại đầu nối đặc biệt không được cho, nhưng thường dùng nhiều nhất là đầu nối mele DB-25P (hình 2-2). Ngoài ra, đối với