Fuzzy logic in controlling the forest fire - Level forecast warning signage

ấn bật/tắt, 
reset hệ thống, 
- Khối đầu ra điều khiển hệ thống đèn báo lỗi, 
LCD, báo các lỗi sự cố khi hệ thống gặp phải như: 
lỗi sim, nguồn điện dự phòng có vấn đề, lỗi cảm 
biến, lỗi động cơ, đèn báo nguồn, Đồng thời hiện 
thị các thông số trên màn hình LCD. Màn hình này 
được ở mặt ngoài của tủ điều khiển. 
- Khối xử lý trung tâm được xây dựng trên vi 
xử lý STM32F405RGT6 của STMicroelectronics. 
Đây là vi xử lý 32 bit thuộc dòng vi xử lý hiệu năng 
Hình 3. Sơ đồ khối mạch điều khiển. 
130 Vũ Thị Quyên và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61(4), 126 - 136 
cao của STM, hỗ trợ xung nhịp lên tới 168 MHz, bộ 
nhớ Flash 1 Mbyte mạnh mẽ, đảm bảo hoạt động 
ổn định trong thời gian dài. Bộ nhớ ROM được tích 
hợp thêm để đảm bảo dữ liệu lưu lại trong trường 
hợp mất điện hoặc nguồn điện dừng đôt ngột, đảm 
bảo độ tin cậy và chính xác của bộ điều khiển. 
STM32F405RGT6 có tích hợp bộ điều xung PWM 
trên chân I/O. Mỗi PWM được cung cấp bởi một 
kênh được kết nối với timer. Và có độ phân giải 16 
bit. Đồng thời, trong nghiên cứu này, vi xử lý cần 
đảm bảo hiệu năng tính toán đủ mạnh để tính toán 
logic mờ (Mục 2.3). 
- Khối xử lý tin nhắn (SMS): Đây là một khối 
quan trọng của hệ thống điều khiển. Các tính năng 
của khối này đã được trình bày ở phần chế độ tin 
nhắn trong mục 2.1. 
Cấu tạo là module Sim900 A giao tiếp với mạch 
điều khiển chính qua cổng UART như Hình 4. Bằng 
tập lệnh “AT command” dữ liệu được truyền nhận 
từ mạch điều khiển tới module và ngược lại. 
+ Mạch điều khiển truyền thông tin nhiệt độ, độ 
ẩm và cấp cảnh báo tới module sim. Module sim sẽ 
gửi thông tin đó tới các số điện thoại đã được cài 
đặt trên module. 
+ Trong trường hợp khẩn cấp cần điều chỉnh 
cấp cảnh báo: Người quản lý sẽ nhắn tin tới số điện 
thoại được lắp đặt trong module. Nội dung tin 
nhắn này sẽ được module sim truyền tới mạch 
điều khiển, để xử lý dữ liệu đó thành giá trị đặt mới 
cho vòng điều khiển động cơ (Hình 5) - chính là 
điều khiển vị trí kim quay chỉ cấp cảnh báo. 
- Khối xử lý điều khiển động cơ: quay kim chỉ 
thị đúng vị trí trên biển báo. 
Hệ thống quay kim chỉ thị trên biển báo gồm: 
- Trục quay kim chỉ thị (trục này được thiết kế 
1 đầu gắn với bánh răng, tiếp xúc với trục truyền 
động của động cơ). 
- Động cơ servo (24 V, công suất 30 W). Động 
cơ servo có trục truyền động có dạng xilanh điện. 
Khi trục của động cơ quay thì trục truyền động 
sẽ chuyển động tiến hoặc lùi tùy theo chiều quay 
thuận hay nghịch của động cơ. Trục truyền động 
này chuyển động (tiến/ lùi) sẽ tác động vào trục 
quay kim chỉ thị làm quay kim chỉ thị. Bởi vậy, để 
điều khiển kim quay sẽ chỉ cần điều khiển trục 
truyền động tiến hoặc lùi. Tín hiệu cảm biến 
truyền về dạng analog, cho biết quãng đường dịch 
chuyển của trục này. 
Sơ đồ điều khiển động cơ như Hình 5. 
Các giá trị đặt của sơ đồ điều khiển được tính 
toán như Hình 6. Hình 6 đã minh họa vị trí góc 
quay và vị trí dừng của kim chỉ thị khi hệ thống 
hoạt động. Trong đó: 1, 2, 3, 4, 5 là các vị trí kim chỉ 
thị của biến báo sẽ chỉ các cấp cảnh báo I, II, III, IV, 
V. 
Từ vị trí 0÷1, kim quay 1 góc 180. Và kim quay 
1 góc là 360 khi dịch chuyển từ vị trí 1÷2 ; 2÷3 ; 
3÷4 và 4÷5. Sự dịch chuyển này sẽ tương ứng với 
quãng đường dịch chuyển của trục truyền động từ 
0÷40 cm. 
Giá trị quãng đường dịch chuyển ở Bảng 1 là 
các ngưỡng giá trị đặt ứng với các mức cảnh bảo: 
I, II, III, IV, V. 
Mạch điều khiển động cơ có sơ đồ khối như 
Hình 7. Hình 4. Khối xử lý tin nhắn. 
Hình 5. Sơ đồ điều khiển động cơ (Nguyễn Doãn Phước, 2004). 
 Vũ Thị Quyên và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61(4), 126 - 136 131 
Góc quay 
(độ) 
Quãng đường dịch 
chuyển (cm) 
Cấp cảnh 
báo 
18 8 I 
54 16 II 
90 24 II 
126 32 IV 
162 40 V 
Trong đó: PWM, GIPO1, GIPO2: là các chân xuất 
tín hiệu điều khiển; R_EN: là chân điều khiển nửa 
cầu H phải; L_EN: là chân điều khiển nửa cầu H 
trái; R_PWM và L_PWM: là chân điều khiển đảo 
chiều (chiều thuận/ nghịch tương ứng với sự hoạt 
động của nửa cầu H phải/trái); A0, A1: là các chân 
analog của mạch điều khiển. Chân này sẽ nhận các 
tín hiệu từ cảm biến sẽ truyền về. 
+ Module BTS7960 là mạch băm xung áp 1 
chiều có đảo chiều, dạng mạch cầu H. Đây là bộ 
biến đổi điện áp một chiều thành xung điện áp. 
Điều chỉnh độ rộng xung điện áp là điều chỉnh 
được trị số trung bình điện áp cấp cho động cơ. Từ 
Bảng 1. Các giá trị đặt của vòng điều khiển động cơ. 
Hình 7. Sơ đồ khối của mạch điều khiển. 
Hình 6. Góc quay và vị trí dừng của kim chỉ thị. 
132 Vũ Thị Quyên và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61(4), 126 - 136 
đó điều chỉnh được tốc độ của của động cơ (Trần 
Xuân Minh, Đỗ Trung Hải, 2016; Vũ Tiên Sinh và 
nnk., 2020). 
+ Mạch điều khiển chính: Tại đây bộ điều khiển 
sẽ được lập trình xử lý tín hiệu và xuất ra tín hiệu 
điều khiển là độ rộng xung. Từ đó chip vi điều 
khiển trên mạch sẽ xử lý và xuất xung điều khiển 
tới mạch công suất. 
Để giải quyết bài toán điều khiển tốc độ động 
cơ DC và dừng kim quay đúng vị trí xác định, nhóm 
nghiên cứu sẽ thực hiện xây dựng bộ điều khiển 
logic mờ. 
Hoạt động: Dữ liệu nhận từ cảm biến nhiệt - ẩm 
xác định được giá trị đặt cho vòng điều khiển động 
cơ. Cảm biến vị trí đo quãng đường dịch chuyển 
của trục quay kim chỉ thị trên biển báo. Từ sai số 
quãng đường dịch chuyển với giá trị đặt, bộ điều 
khiển logic mờ sẽ đưa ra giá trị tỷ lệ phần trăm 
mức cao của xung điều khiển. Vi điều khiển sẽ tính 
toán và xuất ra xung điều khiển PWM (có dạng 
như Hình 8) tới Module BTS7960. Từ đó điều 
khiển được vận tốc chạy phù hợp cho động cơ. 
 =


× 100% (2) 
Trong đó: D- tỷ lệ phần trăm mức cao của xung 
điều khiển; Period- chu kỳ xung; Ton - giá trị mức 
cao so với Period. 
Chi tiết về bộ điều khiển logic mờ, nhóm tác giả 
sẽ trình bày ở mục 2.3. 
2.3. Ứng dụng logic mờ cho bộ điều khiển. 
Để xây dựng bộ điều khiển này, phần mềm 
Matlab sẽ được sử dụng để minh họa các giá trị 
vào ra, luật hợp thành (Sivanandam, và nnk., 
2007), sau đó sẽ được nhóm thực hiện lập trình 
trên Chip STM32 qua phần mềm Keil C. 
Bộ điều khiển có sơ đồ cấu trúc như Hình 9 bao 
gồm: 
- 1 biến vào “E vị trí”: là sai số quãng đường 
dịch chuyển của trục quay kim chỉ thị của biển báo 
với giá trị đặt. 
- 1 biến ra “Độ rộng xung”: là tỷ lệ phần trăm 
mức cao của xung điều khiển. 
2.3.1. Thiết kế tập mờ cho biến đầu vào “E vị trí” 
Dải giá trị đầu vào của “E vị trí” (sai số quãng 
đường dịch chuyển) là -40÷40 cm. Giá trị 40 cm là 
quãng đường dịch chuyển của trục điều khiển kim 
quay. Và giá trị -40÷40 cm sẽ tương đương với giá 
trị của phép tính: S_đặt - S_phản hồi = Sai số vị trí. 
- Khi kim chỉ thị quay theo chiều thuận từ cấp 
1 cấp 2 cấp 3 cấp 4 cấp 5, thì động cơ 
sẽ quay theo chiều thuận. Trục truyền động sẽ tịnh 
tiến từ 0÷40 cm, sai số vị trí sẽ nằm trong khoảng 
(0 cm; 40 cm). 
- Khi kim chỉ thị quay theo chiều ngược từ cấp 
5 cấp 4 cấp 3 cấp 2 cấp 1, thì động cơ 
sẽ quay theo chiều nghịch. Trục truyền động sẽ lùi 
từ 40 cm về gần 0 cm, sai số vị trí sẽ nằm trong 
khoảng (40 cm; 0 cm). Mỗi tín hiệu sẽ được 
chuyển đổi thành tập giá trị mờ với 11 giá trị hàm 
liên thuộc (S0, S1,... S10) (Himanshu và Yunis, 
2019) và được phân chia theo các khoảng giá trị 
như Hình 10. 
Với tập mờ các dữ liệu đầu vào là sai số quãng 
đường dịch chuyển, sẽ tập trung chia khoảng nhỏ 
ở gần vị trí sai số bằng 0. Vì khoảng giá trị sai số 
quãng đường gần 0, bộ điều khiển sẽ cần điều 
khiển chính xác giảm tốc động cơ dần về 0 để dừng 
đúng vị trí. 
2.3.2. Thiết kế tập mờ cho biến đầu ra “độ rộng 
xung” 
Biến ra “Độ rộng xung”: là tỷ lệ phần trăm mức 
cao của xung điều khiển. Dải giá trị là từ 0÷100% 
(theo công thức (2)). 
Trong lập trình vi điều khiển xuất xung PWM 
để điều khiển tốc độ động cơ: 
Chu kỳ xung và tần số PWM được tính toán và 
đặt giá trị không đổi. Khi đó độ rộng xung PWM 
xuất ra càng lớn thì điện áp đặt lên tải (động cơ) sẽ 
càng lớn, làm cho tốc độ động cơ tăng (Bùi Quốc 
Khánh, Nguyễn Văn Liễn, 2007). 
Hình 8. Xung điều khiển động cơ. 
 Vũ Thị Quyên và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61(4), 126 - 136 133 
Do vậy, để giảm tốc độ động cơ và dừng đúng 
vị trí thì tập mờ các tín hiệu đầu ra “Độ rộng xung” 
sẽ cần chia khoảng như Hình 11. 
2.3.3. Thiết kế luật mờ: 
Động cơ quay kim chỉ thị trong bài báo này 
được điều khiển theo nguyên tắc: 
- Khi kim chỉ thị quay theo chiều tăng cấp từ 
cấp I đến cấp V. Sai số vị trí sẽ nằm trong khoảng 
(0 cm; 40 cm). Nếu sai số càng lớn thì cần tăng 
tốcđộ động cơ - độ rộng xung điều khiển PWM lớn 
dần. Khi sai số càng gần về 0 thì cần giảm tốc độ 
động cơ - độ rộng xung điều khiển PWM nhỏ dần. 
- Khi kim chỉ thị quay theo chiều giảm cấp từ 
cấp V về cấp I. Sai số vị trí nằm trong khoảng (-40 
cm; 0 cm). Nếu sai số càng nhỏ thì cần tăng tốc độ 
động cơ - độ rộng xung điều khiển PWM lớn dần. 
Khi sai số càng lớn dần về 0 thì cần giảm tốc độ 
động cơ - độ rộng xung điều khiển PWM nhỏ dần. 
Dựa trên nguyên tắc đó, luật mờ được thiết kế: 
Khi giá trị “E vị trí” càng xa giá trị 0 thì “độ rộng 
xung” càng lớn. Khi giá trị “E vị trí” càng gần về 0 
thì “độ rộng xung” càng giảm. Khi giá trị “E vị trí” 
bằng 0 thì “độ rộng xung” = 0. Và xây dựng được 
19 luật mờ như Hình 12. 
Hình 9. Sơ đồ hệ thống tính toán mờ (Phan Xuân Minh và Nguyễn Doãn Phước, 1997). 
Hình 10. Tập mờ các dữ liệu đầu vào “vị trí”. 
Hình 11. Tập mờ tín hiệu đầu ra. 
134 Vũ Thị Quyên và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61(4), 126 - 136 
2.4. Mô hình thực nghiệm 
Để kiểm nghiệm bộ điều khiển logic mờ, nhóm 
tác giả đã tiến hành thiết kế và lắp đặt mô hình hệ 
thống chạy thử nghiệm tại một số khu vực hạt 
kiểm lâm như Hình 13. 
Hình 14 là hình ảnh tủ điều khiển đã lắp đặt 
hoàn thiện trước khi đưa vào vận hành thực tế. 
Sau khi hoàn thiện, tủ điều khiển được đưa đi lắp 
đặt chạy thử nghiệm tại hạt kiểm lâm - nằm trên 
địa phận của các huyện Phú Lương, Đồng Hỷ, Đại 
Từ, Võ Nhai - tỉnh Thái Nguyên. 
3. Kết quả 
Dưới đây là kết quả thu được từ tính toán mờ 
được mô hình hóa trong phần mềm Matlab nhằm 
trực quan hơn cho việc bộ điều khiển logic mờ. Bộ 
điều khiển logic mờ được xây dựng trên nguyên lý 
luật hợp thành mờ max - min, giải mờ bằng 
phương pháp điểm trọng tâm. 
Hình 15 là hình ảnh minh họa kết quả mô 
phỏng bộ điều khiển logic mờ trên phần mềm 
Matlab. Từ kết quả trên phần mềm Matlab ta có 
kết quả Bảng 2 là giá trị tỷ lệ phần trăm mức cao 
của xung điều khiển. 
Nhận xét: Tại các giá trị “E vị trí” gần bằng 0 là 
khoảng (-5; 5), các giá trị “Độ rộng xung” đã được 
giảm nhanh chóng về 0 để đảm bảo được kim chỉ 
thị trên biển báo dừng đúng vị trí. Đặc biệt khoảng 
giá trị “E vị trí” (-1; 1): theo bộ điều khiển fuzzy thì 
tại các giá trị - 1 và 1 độ rộng xung phải bằng 0 để 
tốc độ động cơ phải bằng 0. Do trên thực tế động 
cơ phải giảm tốc từ từ và còn mất 1 khoảng 
Hình 12. Luật hợp thành mờ. 
Hình 13. Mô hình hệ thống điều khiển. 
Hình 14. Hình ảnh tủ điều khiển. Hình 15. Kết quả mô phỏng bộ điều khiển logic mờ trên phần mềm Matlab. 
 Vũ Thị Quyên và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61(4), 126 - 136 135 
thời gian quay trục quay theo quán tính. Vì vậy, 
chúng tôi thử nghiệm và tính toán giá trị “độ rộng 
xung” bằng 0 trong khoảng (- 1; 1) để để đảm bảo 
được kim chỉ thị trên biển báo dừng đúng vị trí. 
Khi áp dụng bộ điều khiển logic mờ vào điều 
khiển kim quay chỉ thị, nhóm nghiên cứu đã thực 
hiện đo đạc được kết quả như Bảng 3. 
Nhận xét: Từ các số liệu trên Bảng 3, bộ điều 
khiển logic mờ đã đạt được yêu cầu đề ra, với sai 
số quãng đường dịch chuyển ±0,7 cm, sai số góc 
quay của kim chỉ thị ±10. Đây là sai số cho phép khi 
quay kim chỉ thị biển báo. 
Như vậy: Bộ điều khiển logic mờ đã đạt yêu cầu 
đề ra. Việc điều khiển thay đổi vị trí cấp cảnh báo 
qua sim điện thoại chạy ổn định. 
4. Kết luận. 
Trong bài báo này, nhóm tác giả tập trung xây 
dựng giải pháp tự động hóa bộ điều khiển chỉ thị 
cấp dự báo cháy rừng. Bộ điều khiển tự động đã 
thay thế hệ thống điều khiển biển báo trước đây. 
TT Giá trị biến “E vị trí” (cm) Giá trị biến “Độ rộng xung” (%) 
1 - 40 92 
2 - 30 63, 5 
3 - 20 49, 4 
4 - 10 7, 3 
5 - 5 0, 5 
6 - 4 0, 5 
7 - 3 0, 5 
8 - 2 0, 294 
9 - 1 0 
10 0 0 
11 1 0 
12 2 0, 294 
13 3 0, 5 
14 4 0, 5 
15 5 0, 5 
16 10 7, 3 
17 20 49, 8 
18 30 63, 1 
19 40 92 
TT 
Chiều quay 
động cơ 
Cấp 
cảnh 
báo 
Vị trí góc quay kim 
chỉ thị cần đạt 
được (độ) 
Vị trí trục truyền 
động cần dừng 
(cm) 
Vị trí trục truyền 
động dừng trên thực 
tế (cm) 
Vị trí góc quay kim 
chỉ thị trên thực tế 
(độ) 
1 Thuận I 18 8 8, 6 19 
2 Thuận II 54 16 16 54 
3 Thuận III 90 24 23, 9 90 
4 Thuận IV 126 32 31, 3 125 
5 Thuận V 162 40 40, 5 163 
6 Nghịch V 162 40 40, 5 163 
7 Nghịch IV 126 32 31, 8 126 
8 Nghịch III 90 24 24 90 
9 Nghịch II 54 16 16, 08 54 
10 Nghịch I 18 8 7, 9 18 
Bảng 3. Kết thử nghiệm bộ điều khiển logic mờ. 
Bảng 2. Bảng số liệu lấy từ bộ điều khiển logic mờ. 
136 Vũ Thị Quyên và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61(4), 126 - 136 
Đặc biệt là chức năng cảnh báo bằng tin nhắn 
đã góp phần nâng cao công tác dự báo cháy rừng. 
Việc nghiên cứu ứng dụng logic vào bộ điều 
khiển nhúng bước đầu đang chạy rất ổn định và 
đảm bảo yêu cầu đặt ra. 
Lời cảm ơn 
Bài báo được hoàn thành với sự tài trợ của đề 
tài “Thiết kế bộ điều khiển tự động chỉ thị cấp dự 
báo cháy rừng”, Viện Công nghệ thông tin - Viện 
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, mã số: 
CS20.16. 
Chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn Công ty 
cổ phần Hệ thống thông tin lâm nghiệp (FIS) đã 
hợp tác và tạo điều kiện nghiên cứu, lắp đặt thử 
nghiệm hệ thống này. 
Tài liệu tham khảo 
Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, (2007). Cơ sở 
truyền động điện. Nhà xuất bản Khoa học Kỹ 
thuật. Hà Nội. 
Himanshu Singh, Yunis Ahmad Lone, (2019). 
Deep Neuro - Fuzzy Systems with Python: With 
Case Studies and Applications from the Industry. 
Apress. 
Nguyễn Doãn Phước, (2004). Lý thuyết điều khiển 
tuyến tính. Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật. Hà 
Nội. 
Phan Xuân Minh và Nguyễn Doãn Phước, (1997). 
Lý thuyết điều khiển mờ. Nhà xuất bản Khoa 
học Kỹ thuật. Hà Nội. 
Sivanandam, S. N., Sumathi, S., & Deepa, S. N. 
(2007). Introduction to fuzzy logic using 
MATLAB (Vol. 1). Berlin: Springer. 
Số liệu thống kê lâm nghiệp, (2002). Tổng cục 
thống kê. 
Trần Xuân Minh và Đỗ Trung Hải, (2016). Điện tử 
công suất. Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật. Hà 
Nội. 
Vnexpress, (2020). Https://vnexpress.net/vi-sao-
chay-rung-australia-toi-te-nhat-nhieu-thap-
ky-4038674.html 
Vũ Tiên Sinh , Vũ Thị Quyên , Đặng Văn Đức , Lê 
Ngọc Huân , Phạm Ngọc Minh , Trương Thị 
Hương, (2020). Thiết kế hệ thống IoT hỗ trợ 
định hướng thông tin cho người dùng . Tạp chí 
Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61(1), 37 - 46.