Trong các hệ thống hiện đại, từ nhà thông minh đến an toàn công nghiệp, một cảnh báo xuất hiện sớm hơn vài giây đôi khi có thể ngăn chặn cả một sự cố lớn. Đó cũng chính là xuất phát điểm cho đồ án Verilog – Hệ thống Cảnh báo sớm, project học kỳ 2 của sinh viên FPT Jetking, nơi công nghệ FPGA và IoT được kết hợp để xây dựng một mô hình giám sát và cảnh báo thời gian thực hoàn chỉnh.
Đây là đồ án tiêu biểu của hai sinh viên Dương Minh An và Nguyễn Thanh Hào, lớp C1.2502.E0, thuộc khóa học Thiết kế Vi mạch tại FPT Jetking.
Bài toán thực tế phía sau đề tài cảnh báo sớm
Trong các ứng dụng nhà thông minh, phòng cháy chữa cháy hay giám sát môi trường, hệ thống cảnh báo sớm không chỉ dừng lại ở việc đo đạc, mà phải xử lý nhanh, cảnh báo chính xác và hoạt động ổn định liên tục.
Nhóm sinh viên lựa chọn đề tài này với mong muốn tiếp cận mô hình giám sát thời gian thực, nơi FPGA xử lý logic trung tâm và IoT đảm nhiệm vai trò giám sát từ xa, tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh gần với sản phẩm công nghiệp.
Mục tiêu xây dựng một hệ thống cảnh báo đa cảm biến
Ngay từ khi bắt đầu, nhóm xác định rõ mục tiêu xây dựng một hệ thống cảnh báo sớm tích hợp nhiều loại cảm biến như nhiệt độ, độ ẩm, khói, khí gas và chất lượng không khí.
Hệ thống phải vừa có khả năng cảnh báo trực tiếp tại chỗ thông qua LCD, LED và buzzer, vừa có thể đẩy dữ liệu liên tục lên cloud để theo dõi từ xa trên nền tảng ThingsBoard. Thông qua dự án, sinh viên hướng tới việc làm chủ toàn bộ chuỗi kỹ thuật từ thiết kế Verilog trên FPGA đến xây dựng dashboard IoT.
Từ những kịch bản cảnh báo như nhiệt độ tăng cao, phát hiện khói hoặc khí gas, nhóm xây dựng sơ đồ khối tổng thể kết nối giữa FPGA, ESP32 và các cảm biến.
Các module Verilog được phát triển để xử lý giao tiếp cảm biến, logic cảnh báo và điều khiển hiển thị. Song song đó, nhóm xây dựng dashboard giám sát trên ThingsBoard để theo dõi dữ liệu theo thời gian thực.
Toàn bộ hệ thống được tích hợp trên mô hình ngôi nhà thông minh, giúp minh họa trực quan các tình huống cảnh báo sớm trong thực tế.
Khi hệ thống “báo động nhầm” trở thành bài học quý giá
Trong quá trình thử nghiệm, nhóm gặp không ít tình huống ngoài dự kiến. Có thời điểm, hệ thống liên tục kích hoạt còi do cảm biến khói quá nhạy, buộc cả nhóm phải test lại trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau.
Việc đồng bộ dữ liệu giữa FPGA và ESP32 trong thời gian thực cũng là một thử thách lớn. Nhóm phải nghiên cứu kỹ giao thức truyền dữ liệu, tinh chỉnh thuật toán lọc nhiễu và hiệu chỉnh lại ngưỡng cảnh báo để giảm tối đa tình trạng báo giả.
Một trong những kỷ niệm đáng nhớ nhất là khi dashboard ThingsBoard lần đầu hiển thị dữ liệu realtime ổn định. Với nhóm sinh viên, đó là thời điểm mô hình không còn là bài tập trên lớp, mà đã tiệm cận một sản phẩm IoT thực tế.
Như một thành viên chia sẻ:“Lần đầu nhóm triển khai một hệ thống vừa chạy trên FPGA vừa kết nối cloud, tụi em hiểu rõ hơn cách các hệ thống IoT thực tế được xây dựng và vận hành.”
Giá trị kỹ thuật thể hiện trong sản phẩm hoàn thiện
Sản phẩm nổi bật ở khả năng kết hợp FPGA xử lý logic cảnh báo và IoT cloud giám sát từ xa. Dashboard hiển thị trực quan các thông số nhiệt độ, độ ẩm, AQI và trạng thái cảnh báo theo thời gian thực. Mô hình ngôi nhà thông minh giúp hệ thống không chỉ mang tính kỹ thuật, mà còn có giá trị trình diễn và đào tạo rõ ràng.
Sau khi hoàn thành project, sinh viên nắm vững quy trình tích hợp FPGA với hệ thống IoT, hiểu sâu hơn về xử lý tín hiệu cảm biến, cảnh báo thời gian thực và xây dựng dashboard cloud.
Quan trọng hơn, dự án giúp sinh viên rèn luyện kỹ năng debug hệ thống đa khối, kết hợp đồng thời phần cứng, phần mềm và nền tảng cloud trong một bài toán hoàn chỉnh.
Nhận xét từ giảng viên hướng dẫn
Theo đánh giá của giảng viên, dự án có thiết kế hệ thống rõ ràng, tích hợp đa cảm biến và dashboard giám sát hiệu quả. Bài toán thể hiện tốt tư duy kết hợp FPGA và IoT trong một tình huống thực tế.
Bên cạnh đó, giảng viên đề xuất có thể mở rộng thêm thuật toán xử lý dữ liệu, bổ sung chức năng gửi cảnh báo qua email hoặc ứng dụng để nâng cao tính ứng dụng trong tương lai.
Đồ án Verilog – Hệ thống Cảnh báo sớm không chỉ là một bài tập học kỳ, mà là minh chứng cho định hướng đào tạo thực hành chuyên sâu tại FPT Jetking. Thông qua những project tích hợp từ FPGA đến IoT cloud, sinh viên từng bước hình thành tư duy thiết kế hệ thống nhúng hiện đại, sẵn sàng tham gia vào các lĩnh vực an toàn, nhà thông minh và công nghiệp 4.0.
Cùng xem demo của nhóm qua video bên dưới nhé!
Giảng viên Trương Huy Hoàng