TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY
Ngày nay, bếp gas và các sản phẩm gas đã trở thành lựa chọn phổ biến cho việc nấu nướng nhờ vào sự tiện lợi mà chúng mang lại Tuy nhiên, vấn đề an toàn khi sử dụng gas cũng rất quan trọng Việc tiếp xúc với khí gas ở nồng độ cao trong thời gian dài có thể dẫn đến ngộ độc, thậm chí tử vong Hơn nữa, khí gas rò rỉ có nguy cơ gây cháy nổ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn của người sử dụng và những người xung quanh.
Ngày nay, việc phát hiện kẻ trộm xâm nhập vào nhà, kho hàng, ngân hàng và các nơi lưu trữ tài sản quý hiếm là rất cần thiết cho mọi người và các cơ quan chức năng Không chỉ các công ty lớn hay ngân hàng mà ngay cả những người có thu nhập khá cũng chú trọng đến việc lắp đặt thiết bị an ninh Khi đời sống dân cư ngày càng nâng cao, ngoài việc chăm lo đến ăn mặc và phương tiện đi lại, an ninh gia đình trở thành mối quan tâm hàng đầu Do đó, thiết bị chống trộm ngày càng được sử dụng rộng rãi.
Bảo vệ an toàn cho gia đình và tài sản cần được ưu tiên hàng đầu và thực hiện thường xuyên, không chỉ khi xảy ra sự cố Việc phát hiện rò rỉ khí gas và nhận diện kẻ trộm là rất cần thiết trong cuộc sống hiện đại ngày nay.
Là sinh viên của Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh, nhóm chúng tôi đã quyết định thực hiện đề tài này với hy vọng góp phần bảo vệ tài sản và đảm bảo an toàn cho tính mạng con người.
1.1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước
An ninh và phòng cháy nổ là mối quan tâm hàng đầu của mọi người và gia đình Tình hình cháy nổ và tội phạm trộm cướp tại TP.HCM và trên toàn quốc đang diễn biến ngày càng tinh vi và phức tạp.
Năm 2015, Bộ Công An đã chỉ đạo ứng dụng công nghệ cao trong công tác phòng chống cháy nổ Đầu năm 2016, Bí thư Thành ủy TP.HCM Đinh La Thăng nhấn mạnh trong buổi làm việc với Ban Giám đốc Công an TP.HCM rằng việc đảm bảo an toàn cho người dân và môi trường kinh doanh lành mạnh là nhiệm vụ quan trọng Để TP.HCM phát triển theo hướng văn minh, hiện đại và nghĩa tình, cần phải dẹp bỏ tệ nạn ma túy, cướp giật và trộm cắp.
Bí thư Đinh La Thăng đã yêu cầu Công an Thành phố nỗ lực hơn nữa để giảm rõ rệt tình hình tội phạm.
Trước tình hình an ninh xã hội ngày càng phức tạp, nhiều tổ chức và doanh nghiệp đã nỗ lực nghiên cứu các giải pháp hiệu quả Công ty FNC và Gtel ICT đã cho ra mắt thiết bị an ninh hộp đen 3S và Gsafe, mang lại giải pháp tự bảo vệ cho người tiêu dùng Việt Nam, giúp họ sống an toàn và bình an hơn.
Thiết bị an ninh dân sự hộp đen 3S là giải pháp đột phá chống trộm, cướp và xâm nhập, phù hợp cho xe máy, ô tô, nhà riêng, văn phòng, cửa hàng và công xưởng, đáp ứng nhu cầu bảo vệ an toàn cho mọi người và mọi gia đình.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Trong cuộc sống hiện đại, sự cố rò rỉ khí gas và tội phạm trộm cắp đang gia tăng, gây thiệt hại nghiêm trọng đến tính mạng và tài sản Để đối phó với những vấn nạn này, việc ứng dụng công nghệ vi điều khiển là cần thiết, giúp hệ thống gửi cảnh báo kịp thời khi có sự cố rò rỉ khí gas hoặc khi có trộm đột nhập, từ đó cho phép người dùng có phương án xử lý hiệu quả.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu này tập trung vào các phương pháp giám sát hệ thống qua Internet và mạng di động, đồng thời khám phá cách lập trình Arduino và thiết kế giao diện bằng C# Ngoài ra, nghiên cứu cũng đề cập đến các linh kiện điện tử, module và board Arduino cần thiết cho việc phát triển phần cứng.
Phạm vi nghiên cứu trong khuôn khổ mô hình nhỏ cho hệ thống giám sát cảnh báo cháy và báo trộm
BỐ CỤC ĐỒ ÁN
Giới thiệu sơ lược về tình hình nghiên cứu hiện nay cũng như tính cấp thiết của đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Nêu các lý thuyết cần thiết để sử dụng trong đề tài
Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống
Sơ đồ hệ thống được trình bày rõ ràng, kèm theo giải thích chi tiết về hoạt động của từng thành phần trong hệ thống Bên cạnh đó, các phương pháp lựa chọn phần cứng được đưa ra nhằm đảm bảo tính hiệu quả và phù hợp với yêu cầu của đề tài, giúp xác định các lựa chọn tối ưu nhất cho dự án.
Tính toán đưa ra giải thuật, thuật toán phần mềm
Chương 4: Kết quả thực hiện
Trình bày kết quả đã thực hiện về phần cứng và phần mềm, đưa ra nhận xét
Chương 5: Kết luận và phạm vi ứng dụng
Nêu các ưu điểm và nhược điểm của đề tài, hướng khắc phục và phạm vi sử dụng trong thực tế
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BOARD ARDUINO MEGA 2560
2.1.1 Giới thiệu về board Arduino Mega 2560 a Giới thiệu board Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 sử dụng vi điều khiển ATmega2560, cho phép thực hiện nhiều tác vụ như điều khiển đèn LED nhấp nháy, động cơ, LCD và nhận tín hiệu từ cảm biến Thiết bị này được lập trình bằng các ngôn ngữ như C và ASM.
Bảng 2 1: Thông số chi tiết của Arduino Mega 2560
Vi điều khiển ATmega2560 Điện áp hoạt động 5V
Số chân Digital 54 (15 chân PWM)
Giao tiếp UART 4 bộ UART
Giao tiếp SPI 1 bộ dùng với thư viện của Arduino
Bộ nhớ Flash 256 KB, 8 KB sử dụng cho Bootloader
5 b Năng lượng hoạt động của Arduino Mega 2560
Arduino Mega có thể nhận nguồn 5V qua cổng USB hoặc nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng từ 7-12V DC, tối đa là 20V Sử dụng pin vuông 9V là lựa chọn hợp lý khi không có nguồn USB Lưu ý rằng việc cấp nguồn vượt quá giới hạn có thể gây hỏng Arduino Mega.
Chân GND trên Arduino Mega là cực âm của nguồn điện cung cấp cho board Khi sử dụng các thiết bị với nguồn điện riêng biệt, cần phải nối các chân GND này lại với nhau để đảm bảo hoạt động ổn định.
Chân 5V: Cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA
Chân 3.3V: Cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA
Chân Vin (Voltage Input): Để cấp nguồn ngoài cho Arduino Mega, nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND
Chân IOREF trên Arduino Mega cho phép đo điện áp hoạt động của vi điều khiển, thường là 5V Tuy nhiên, không nên sử dụng chân này để cấp nguồn 5V, vì chức năng chính của nó không phải là cung cấp điện.
Khi nhấn nút Reset trên board Arduino Mega 2560, chân RESET được kết nối với GND thông qua một điện trở 10KΩ, giúp khởi động lại vi điều khiển.
256 KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của vi điều khiển, có 8 KB sử dụng cho bootloader
SRAM có dung lượng 8 KB, nơi lưu trữ giá trị các biến được khai báo trong lập trình Số lượng biến khai báo càng nhiều thì yêu cầu về bộ nhớ RAM càng lớn Tuy nhiên, tình trạng đầy bộ nhớ RAM rất hiếm khi xảy ra Cần lưu ý rằng dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất khi có sự cố mất điện.
EEPROM 4 KB hoạt động như một ổ cứng mini, cho phép bạn đọc và ghi dữ liệu mà không lo mất mát khi mất điện, điều này khác với dữ liệu trên SRAM Cổng vào/ra của Arduino Mega 2560 hỗ trợ việc sử dụng EEPROM hiệu quả.
Arduino Mega có 54 chân Digital để đọc và xuất tín hiệu, hoạt động với 2 mức điện áp là 0V và 5V Mỗi chân có dòng vào/ra tối đa lên đến 40mA.
6 chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển Atmega2560 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
Arduino Mega sở hữu 4 bộ UART, cho phép gửi (TX) và nhận (RX) dữ liệu TTL Serial Nhờ vào 2 chân này, Arduino Mega có khả năng giao tiếp với các thiết bị khác một cách hiệu quả.
Arduino Mega có 15 chân PWM, cho phép xuất xung PWM với độ phân giải 8 bit (giá trị từ 0 đến 255 tương ứng với điện áp từ 0V đến 5V) Điều đặc biệt là điện áp ra ở các chân này có thể điều chỉnh từ 0V đến 5V, khác với các chân khác chỉ có mức điện áp cố định 0V và 5V.
Chân giao tiếp SPI trên vi điều khiển bao gồm 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) và 13 (SCK) Ngoài các chức năng cơ bản, các chân này còn hỗ trợ truyền dữ liệu qua giao thức SPI với các thiết bị khác.
Chân giao tiếp I2C: 20 (SDA) và 21 (SCL) Hai chân này hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác
Trên Arduino Mega, có một đèn LED màu cam ký hiệu chữ L, được kết nối với chân số 13 Khi nhấn nút Reset, đèn LED này sẽ nhấp nháy để báo hiệu Khi người dùng sử dụng chân số 13, đèn LED sẽ phát sáng.
Arduino Mega có 16 chân Analog (A0 → A15) cung cấp độ phân giải tín hiệu
Giá trị điện áp được đọc bằng 10 bit trong khoảng từ 0V đến 5V, với chân AREF trên board cho phép cung cấp điện áp tham chiếu cho các chân Analog Khi cấp điện áp 2.5V vào chân AREF, các chân Analog có thể đo điện áp trong khoảng từ 0V đến 2.5V, vẫn giữ độ phân giải 10 bit.
2.1.2 Phương thức lập trình trên Arduino
Các thiết bị Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng, dựa trên Wiring, một biến thể của C/C++ Ngôn ngữ này dễ học và dễ hiểu, giúp người dùng tiếp cận nhanh chóng Để lập trình và giao tiếp với mạch Arduino, người dùng sử dụng môi trường lập trình Arduino IDE, được phát triển bởi nhóm dự án.
Hình 2 2: Chương trình Arduino IDE
LCD HIỂN THỊ
Màn hình LCD có nhiều kích thước khác nhau, từ vài ký tự đến hàng chục ký tự, với khả năng hiển thị từ 1 hàng đến vài chục hàng Ví dụ, LCD 16 x 2 có nghĩa là màn hình có 2 hàng, mỗi hàng chứa 16 ký tự.
LCD có nhiều loại và số chân của chúng cũng khác nhau nhưng có 2 loại phổ biến là loại
14 chân và loại 16 chân, sự khác nhau là các chân nguồn cung cấp, còn các chân điều khiển thì không thay đổi
Trong 16 chân của LCD được trình bày trong bảng 2.2 được chia ra làm 3 dạng tín hiệu như sau:
Các chân cấp nguồn bao gồm chân số 1 nối với GND (0V), chân số 2 kết nối với nguồn +5V (Vdd), và chân thứ 3 được sử dụng để điều chỉnh độ tương phản, thường được kết nối với biến trở.
Chân điều khiển trong mạch gồm chân số 4 (RS) để lựa chọn thanh ghi, chân R/W để điều khiển quá trình đọc và ghi, và chân E cho phép tạo xung chốt.
Các chân dữ liệu D7 D0: chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi dữ liệu giữa thiết bị điều khiển và LCD
Bảng 2 2: Các chân trong LCD
Thứ tự Tên tín hiệu I/O Mô tả
3 VO Điện áp Điều khiển ánh sáng nền
Để điều khiển màn hình LCD, các IC chuyên dụng được tích hợp bên dưới màn hình Trong các IC này, có bộ nhớ RAM giúp lưu trữ dữ liệu cần hiển thị và thực hiện các lệnh điều khiển để màn hình hiển thị chính xác Các lệnh điều khiển này được trình bày trong bảng 2.3.
Bảng 2 3: Các lệnh trong LCD
Lệnh xóa màn hình "Clear Display": khi thực hiện lệnh này thì LCD sẽ bị xóa và bộ đếm địa chỉ được xóa về 0
Lệnh "Cursor Home" di chuyển con trỏ về đầu màn hình, xóa bộ đếm địa chỉ về 0 và đưa hiển thị trở về vị trí gốc đã bị dịch trước đó, trong khi nội dung bộ nhớ RAM tại DDRAM vẫn không bị thay đổi.
Lệnh "Entry mode set" được sử dụng để thiết lập lối vào cho các ký tự hiển thị Khi bit ID = 1, con trỏ sẽ tự động tăng lên 1 mỗi khi có một byte dữ liệu được ghi vào bộ hiển thị Ngược lại, khi ID = 0, con trỏ sẽ không tăng, giữ nguyên vị trí hiện tại của dữ liệu.
10 mới sẽ ghi đè lên dữ liệu cũ Bit S = 1 thì cho phép dịch chuyển dữ liệu mỗi khi nhận 1 byte hiển thị
Lệnh điều khiển con trỏ hiển thị "Display Control" cho phép điều chỉnh hiển thị của con trỏ với các tùy chọn như bật hiển thị (bit D = 1) hoặc tắt hiển thị (bit D = 0) Ngoài ra, người dùng có thể mở (bit C = 1) hoặc tắt (bit C = 0) con trỏ, cũng như điều chỉnh chế độ nhấp nháy của con trỏ với bit B, nơi bit B = 1 cho nhấp nháy và bit B = 0 để tắt nhấp nháy.
Lệnh di chuyển con trỏ "Cursor/Display Shift": lệnh này dùng để điều khiển di chuyển con trỏ hiển thị dịch chuyển (SC = 1 cho phép dịch chuyển,
SC = 0 thì không cho phép), hướng dịch chuyển (RL = 1 thì dịch phải, RL = 0 thì dịch trái) Nội dung bộ nhớ DDRAM vẫn không đổi
Lệnh "Set CGRAM Addr" được sử dụng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM phát ký tự, giúp quản lý và điều khiển hiển thị ký tự một cách hiệu quả.
Lệnh "Set DDRAM Addr" được sử dụng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM, nhằm lưu trữ các dữ liệu hiển thị.
CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ-2
Cảm biến MQ-2 là loại cảm biến khí, dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy Ví dụ như phát hiện các loại khí:
Cảm biến MQ-2 được làm từ chất bán dẫn SnO2, có độ nhạy thấp với không khí sạch Tuy nhiên, khi tiếp xúc với môi trường chứa chất gây cháy, độ dẫn điện của nó sẽ thay đổi đáng kể Nhờ vào đặc điểm này, người ta đã thiết kế một mạch đơn giản để chuyển đổi sự thay đổi độ nhạy thành tín hiệu điện áp.
Trong môi trường sạch, điện áp đầu ra của cảm biến MQ-2 sẽ thấp Khi nồng độ khí gây cháy xung quanh cảm biến tăng lên, giá trị điện áp đầu ra sẽ tăng theo.
Hình 2 4: Thông số kỹ thuật của cảm biến khí gas MQ-2
Cảm biến MQ-2 : Phát hiện và phát tín hiệu cảnh báo khi nồng độ khí vượt mức cho phép
IC 358 được sử dụng để cải thiện tính ổn định và khắc phục nhiễu cho tín hiệu analog từ cảm biến khí gas Mục tiêu đầu tiên là nâng cao độ ổn định của ngõ ra cảm biến, trong khi mục tiêu thứ hai là chuyển đổi điện áp từ analog sang digital Tín hiệu điện áp từ cảm biến khí gas sẽ được so sánh với mức báo động của module MQ-2 Khi có sự thay đổi điện áp tại chân 3 của LM358, nó sẽ so sánh với điện áp chuẩn tại chân 8, từ đó tạo ra sự biến đổi tín hiệu đầu ra tại chân 1.
Khi điện áp dưới ngưỡng báo động, điện áp ra sẽ ở mức ‘1’
Khi điện áp vượt ngưỡng báo động điện áp ra ở mức ‘0’
Hình 2 6: Sơ Đồ mạch nguyên lý của module MQ-2
Trong đó có các chân:
Vcc : Chân cấp nguồn, điện áp 5V DC
Dout : Ngõ ra tín hiệu dạng Digital
Aout : Ngõ ra tín hiệu dạng Analog
Module có 2 chân đầu ra là Aout và Dout:
Aout: Điện áp ra dạng Analog Nó chạy từ 0.3 - 4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quang MQ-2
Dout là tín hiệu điện áp ra dạng Digital, với giá trị '0' hoặc '1' phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà cảm biến MQ-2 đo được Khi điều chỉnh biến trở đến nồng độ mong muốn, nếu nồng độ đo được thấp hơn mức cho phép, Dout sẽ là '1' và đèn LED sẽ tắt Ngược lại, nếu nồng độ khí vượt quá mức cho phép, Dout sẽ là '0' và đèn LED sẽ sáng Chân ra dạng Digital Dout giúp thuận tiện cho việc phát triển các ứng dụng đơn giản.
CẢM BIẾN THÂN NHIỆT CHUYỂN ĐỘNG PIR
2.4.1 Giới thiệu về cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR
Cảm biến PIR, viết tắt của Passive Infra-Red sensor, là thiết bị cảm biến thụ động sử dụng tia hồng ngoại (IR) để phát hiện sự chuyển động của các vật thể nóng Tia hồng ngoại là các tia nhiệt phát ra từ các vật thể có nhiệt độ, bao gồm cả cơ thể con người với nhiệt độ khoảng 37 độ C Cảm biến này hoạt động bằng cách sử dụng tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt thành tín hiệu điện, từ đó phát hiện được các vật thể nóng đang di chuyển.
Thụ động được gọi như vậy vì không sử dụng nguồn nhiệt tự phát mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt như thân nhiệt của con người và động vật.
2.4.2 Cấu trúc của cảm biến PIR
Cảm biến PIR có cấu trúc với hai cảm biến tia nhiệt bên trong và ba chân kết nối, bao gồm một chân GND và một chân nguồn DC hoạt động trong khoảng 3 đến 15V Để tăng độ nhạy và mở rộng góc dò, kính Fresnel được sử dụng, giúp ngăn chặn tia tử ngoại và tối ưu hóa hiệu suất cho cảm biến với hai cảm biến.
2.4.3 Nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR
PIR sensors are equipped with a sensor (detection eye) that consists of two units (elements) In front of the sensor, there is a lens, typically made of plastic, designed in the style of a Fresnel lens.
Hai đơn vị của mắt sensor tạo ra hai điện cực, một dương (+) và một âm (-) Khi hai điện cực này được kích hoạt tuần tự, chúng sẽ tạo ra một xung điện kích hoạt sensor báo động Nguyên lý này cho phép sensor phát hiện chuyển động của người đi theo hướng vuông góc.
Sensor hoạt động dựa trên 14 khu vực kiểm soát, với thân nhiệt từ người (bức xạ hồng ngoại) kích hoạt từng đơn vị cảm biến, dẫn đến việc sensor phát ra tín hiệu báo động.
Hình 2 9: Nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR
Nguyên lý này cho thấy, khi một người di chuyển theo hướng song song và phát ra hai luồng bức xạ đồng thời qua lăng kính Fresnel, hai đơn vị cảm biến sẽ nhận tín hiệu cùng lúc, dẫn đến việc không tạo ra xung điện và sensor không báo động.
Cảm biến HC-SR501 PIR là một cảm biến chuyển động nhạy cảm với thân nhiệt, cho phép điều chỉnh độ nhạy để hoạt động chính xác theo yêu cầu của người dùng.
SR502 điều chỉnh độ nhạy nhờ 2 biến trở
Sx là biến trở điều chỉnh độ nhạy của cảm biến, trong khi Tx là biến trở điều chỉnh thời gian đóng của cảm biến Khi vặn biến trở Sx sang bên phải, giá trị của nó sẽ tăng, và khi vặn sang bên trái, giá trị sẽ giảm.
Hình 2 10: Cảm biến HC-SR501 PIR
PIR HC-SR501 sử dụng IC cảm biến mới nhất tên mã: BISS0001 A1326311 tăng khả năng nhận biết huyển động
Phạm vi phát hiện: góc 360 độ hình nón, độ xa tối đa là 6m
Điện áp hoạt động: 3.8V – 5V DC
Mức tiờu thụ dũng: ≤ 50 àA
Thời gian báo: 30 giây có thể tùy chỉnh bằng biến trở
Độ nhạy có thể điều chỉnh bằng biến trở
Tự động cảm ứng: Khi có đối tượng vào phạm vi cảm ứng, Vout: 1.5-3.3V Không phát hiện ở 0V
Thiết lập hai chế độ kích hoạt: L - không lặp đi lặp lại, H - được lặp đi lặp lại
- Không thể lặp lại kích hoạt: Module tự động đưa về mức thấp khi hết thời gian trễ
- Lặp lại kích hoạt: Module luôn giữ ở mức cao cho đến khi không còn người chuyển động
Thiết lập thời gian: Module hoạt động ổn định khi cài đặt >5s.
MODULE GSM GPRS SIM800A
2.5.1 Giới thiệu về module GSM GPRS SIM800A
Trong quá trình sử dụng thực tế, người dùng có thể gặp những trường hợp không thể truy cập hệ thống qua
Internet Giải pháp được đưa ra là sử dụng mạng di động có mức độ phủ sóng rộng khắp và tính linh động cao
Do đó nhóm lựa chọn sử dụng Module
SIM800A là giải pháp dự phòng để giám sát và điều khiển hệ thống từ xa Hình 2 11: Module SIM800A
Module SIM800A có các chân kết nối bao gồm: VCC, GND, EN, 232R, 232T, RXD, TXD, BRXD, BTXD, EPN, EPP, MICP, MICN Trong số đó, ba chân quan trọng là TX, RX và GND được sử dụng để giao tiếp giữa module và board xử lý trung tâm Để lập trình và điều khiển module SIM800A, người dùng cần nắm vững một số lệnh AT cơ bản.
Bảng 2 4: Một số lệnh AT cơ bản
Lệnh Giải thích Ví dụ
AT Kiểm tra đường truyền, nếu đường truyền tốt thì sẽ nhận được thông báo “OK”, ngược lại thì thông báo
AT+CMGF = 1 Cấu hình tin nhắn với định dạng là kiểu text
AT+CMGS= “”
Sau khi nhập nội dung tin nhắn thì nhấn tổ hợp phím Ctrl+z để gửi tin nhắn
ATD; Gọi đến số điện thoại được nhập vào Nếu muốn kết thúc cuộc gọi thì dùng lệnh ATH
Module SIM900A sử dụng mạng điên thoại di động GSM để nhận dữ liệu từ một địa điểm từ xa Module này đáp ứng được các dịch vụ như:
- Và nhiều dịch vụ khác
Module Sim800A tương thích và phù hợp với hầu hết các board Arduino như (Uno R3, Mega 2560, …) dễ dàng khai thác nhiều tính năng với tập lệnh AT phổ biến
2.5.3 Đặc điểm kỹ thuật của module GSM GPRS SIM800A
Sử dụng Module GSM GPRS SIM800A
Nguồn cấp đầu vào 5 – 18VDC, dòng lớn hơn 1A
Mức tín hiệu giao tiếp: TTL (3.3-5VDC) hoặc RS232
Tích hợp chuyển mức tín hiệu TTL Mosfet tốc độ cao
Tích hợp nguồn xung với dòng cao cung cấp cho SIM800A
Sử dụng khe Micro Sim
Thiết kế mạch nhỏ gọn, bền bỉ, chống nhiễu
Sau đây là một số đặc điểm kỹ thuật của module SIM908
Hỗ trợ 4 băng tần 850/900/1800/1900MHz
Hỗ trợ GPRS multi-slot class 12/10
Hỗ trợ GPRS mobile station class B
Điều khiển qua tập lệnh AT
Tiêu thụ ít năng lượng
Hỗ trợ GPRS class 12: tốc độ tối đa 85.6 kbps (downlink/uplink)
Hỗ trợ PBCCH (Packet Broadcast Control Channel)
Hỗ trợ USSD (Unstructured Supplementary Service Data)
CSD(Circuit Switched Data) có tốc độ lên tới 14.4 kbps
Tích hợp kết nối anten ngoài cho GSM
Tích hợp đế SIM Card trên mạch
Led NET: led hiển thị trạng thái kết nối của SIM900A
Cổng kết nối ngoài 3 chân giao tiếp RS232: 232R, 232T, GND
Cổng kết nối ngoài 3 chân giao tiếp UART: RX-GPS, TX-GPS, GND
Chân nạp Firmware cho SIM800A: BRXD, BTXD
Ngõ ra loa và Micro: EPP, EPN, MICP, MICN
MODULE ETHERNET SHIELD W5100
Ethernet Shield là một mạch mở rộng cho Arduino, giúp Arduino có thể kết nối với thế giới Internet rộng lớn Ứng dụng của
Shield này là truyền nhận thông tin giữa
Arduino với thiết bị bên ngoài sử dụng
Internet đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ các ứng dụng IoT, giúp điều khiển và kiểm soát hệ thống hiệu quả Với khả năng kết nối liên tục, tốc độ truyền dữ liệu nhanh chóng và khoảng cách không giới hạn, Internet mang đến giải pháp tiết kiệm hơn so với việc truyền thông tin từ xa qua tin nhắn.
Tính năng của module Ethernet Shield W5100:
Ethernet Shield Wiznet W5100 sử dụng chip Ethernet W5100 của Wiznet
IC điều khiển W5100 hỗ trợ truyền dữ liệu qua hai giao thức TCP và UDP, với khả năng xử lý tối đa 4 luồng dữ liệu song song Điểm mạnh này của W5100 so với Microchip ENC28J60 giúp giảm thiểu tỷ lệ lỗi trong quá trình nhận dữ liệu từ Internet, nhờ vào việc giảm thiểu mất dữ liệu và thời gian truyền vượt quá giới hạn.
Ethernet Shield Wiznet W5100 hỗ trợ giao tiếp SPI cho phép dễ dàng kết nối với vi điều khiển để truyền nhận dữ liệu
Chuẩn kết nối module Ehternet Shield w5100 là chuẩn RJ45 Đây là chuẩn thông dụng và phổ biến hiện nay
Thông số chính của Ethernet shield w5100:
Board Ethernet sử dụng nguồn 5V
IC W5100 với 16KB bộ nhớ đệm
Tốc độ truy xuất qua cổng LAN: 10/100Mbps
Kết nối với mạch Arduino qua cổng SPI Ý nghĩa các trạng thái đèn led trên module Ethernet Shield w5100:
PWR: đèn chỉ thị trạng thái nguồn
LINK: Chỉ thị trạng thái kết nối, sáng lên khi module này truyền hoặc nhận dữ liệu
FULLD: chỉ thị trạng thái kết nối là full duplex(song công)
100M: Chỉ thị trạng thái tốc độ kết nối mạng là 100Mb/s
RX: sáng lên khi nhận dữ liệu
TX: sáng lên khi truyền dữ liệu.
MODULE RELAY
Module 1 relay với opto cách ly nhỏ gọn, có opto và transistor cách ly giúp cho việc sử dụng trở nên an toàn với board mạch chính, mạch được sử dụng để đóng ngắt nguồn điện công suất cao
AC hoặc DC, có thể chọn đóng khi kích mức cao hoặc mức thấp bằng Jumper
Có 2 loại Module Relay: Hình 2 13: Module relay
Module Relay đóng ở mức thấp (nối cực âm vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng)
Module Relay đóng ở mức cao (nối cực dương vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng)
Khi so sánh hai module relay có cùng thông số kỹ thuật, hầu hết các linh kiện của chúng đều tương đồng, điểm khác biệt chính nằm ở loại transistor Có hai loại transistor phổ biến: NPN, hoạt động ở mức cao, và PNP, hoạt động ở mức thấp.
Module relay có 3 chân: DC+ (cấp điện áp tối ưu), DC- (nối với cực âm) và IN (chân tín hiệu) Khi chân IN nhận điện áp dương, module relay sẽ được kích hoạt ở mức cao, và tương tự, nó cũng có thể hoạt động ở mức thấp.
Tiếp điểm đóng ngắt bao gồm ba thành phần: tiếp điểm NC (thường đóng), NO (thường mở) và COM (chân chung), hoàn toàn cách ly với board mạch chính Ở trạng thái bình thường, tiếp điểm NC nối với COM Khi được kích hoạt, COM sẽ chuyển sang nối với NO và ngắt kết nối với NC.
Sử dụng điện áp nuôi DC 5V
Mỗi relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA
Điện thế đóng cắt tối đa: AC 250V ~ 10A hoặc DC 30V ~ 10A
Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi relay
Có thể chọn mức tí hiệu kích ‘0’ hoặc ‘1’ qua jumper
CÒI BÁO ĐỘNG
Còi báo động được thiết kế phù hợp với các hệ thống báo động nhanh chóng và tức thời
Chúng tôi cung cấp giải pháp hiệu quả để ngăn chặn các đối tượng đột nhập trước khi chúng có thể vào nhà Còi báo động sẽ cảnh báo ngay lập tức khi có sự xâm nhập vào các cơ sở, nhà ở hoặc khu vực có tài sản quý giá.
Thông số kỹ thuật: Hình 2 14: Còi-Buzzer
Dòng điện tiêu thụ: 30mA 12V, 40mA 24V
Biên độ âm thanh: lên đến 100dB.
MODULE GIẢM ÁP DC LM2596
Module giảm áp LM2596 là một mạch DC nhỏ gọn, có khả năng giảm điện áp từ 35V xuống 1.5V với hiệu suất cao đạt 92% Mạch này rất phù hợp cho các ứng dụng chia nguồn, hạ áp và cung cấp năng lượng cho các thiết bị như camera, motor và robot.
Hình 2 15: Module giảm áp DC
Điện áp đầu vào: từ 3V đến 40V
Điện áp đầu ra: điều chỉnh được trong khoảng từ 1.5V đến 35V
Dòng đáp ứng tối đa là 3A
CAMERA IP QTC-906W
2.10.1 Giới thiệu về camera IP
Camera IP là loại camera quan sát có khả năng số hóa, xử lý và mã hóa hình ảnh bên trong, sau đó truyền tải tín hiệu ảnh số qua kết nối Ethernet đến máy tính hoặc thiết bị lưu trữ như hệ thống NAS, server hay đầu ghi hình IP.
Camera IP có thể được kết nối vào mạng LAN hay Internet để quan sát từ xa
Nó cho phép người dùng có thể quan sát từ xa ở bất kể nơi đâu hay bất cứ lúc nào
2.10.2 Các chức năng của camera IP
Dưới đây là danh sách liệt kê những chức năng chính của Camera IP:
Ghi hình sử dụng ống kính và cảm biến ảnh CCD hoặc CMOS, với các dòng camera IP có độ phân giải lên đến 5 Megapixel, mang lại hình ảnh cực nét Điều này giúp tiết kiệm số lượng camera cần thiết nhờ vào độ mở rộng của camera.
Camera này cho phép lưu trữ dữ liệu mà không cần ổ cứng ngoài, ghi hình ảnh vào bộ nhớ trong hoặc thẻ nhớ mở rộng Bạn cũng có thể sử dụng phần mềm hỗ trợ để ghi ảnh trực tiếp vào máy tính Tuy nhiên, cần lưu ý rằng thẻ nhớ có thể đầy, gây cản trở việc lưu trữ thêm, và nếu sử dụng phần mềm, máy tính phải hoạt động liên tục để ghi hình ảnh vào ổ cứng.
Điều khiển từ xa: người dùng có thể trực tiếp điều khiển chức năng của camera
IP bằng điện thoại, máy tính bảng hay máy tính của mình
Camera IP quan sát sử dụng một Web Server nội bộ để chuyển đổi hình ảnh, cho phép hoạt động độc lập Web Server này không chỉ hỗ trợ truyền hình ảnh qua mạng LAN và Internet một cách an toàn, mà còn cung cấp tính năng phân quyền truy cập cho nhiều người dùng khác nhau thông qua nhiều tài khoản.
Chức năng phát lại cho phép người dùng xem lại hình ảnh đã ghi trên máy tính, điện thoại hoặc máy tính bảng Ngoài ra, bạn có thể theo dõi hình ảnh từ nhiều camera cùng lúc thông qua tính năng hiển thị đa hình hoặc trình chiếu trực tiếp trên tivi.
Hình 2 16: Camera IP Questek QTC-906W
Camera IP Questek QTC-906W là sản phẩm chuyên dụng, phù hợp cho lắp đặt trong nhà và ngoài trời, lý tưởng cho nhà xưởng, văn phòng, hành lang và biệt thự Với khả năng cung cấp hình ảnh sắc nét trong điều kiện ánh sáng thích hợp, camera này sử dụng kết nối WiFi không dây, giúp việc lắp đặt trở nên dễ dàng hơn, đặc biệt trong trường hợp đi dây khó khăn Đây là lựa chọn camera IP giá rẻ, phù hợp với túi tiền của người tiêu dùng.
- Cảm biến hình ảnh: 1/4” SONY CCD
- Chuẩn nén hình ảnh: MJPEG
- Chức năng quan sát Ngày và Đêm
- Độ phân giải hình ảnh: 640 x 480 pixel (VGA)
- Tốc độ tối đa khung hình: 25 hình/ giây
- Hỗ trợ giao thức: HTTP, TCP/ IP, DHCP, DDNS, NTP
- Không dây, lắp ngoài trời
Chương trình Arduino IDE
Arduino IDE là nơi để soạn thảo code, kiểm tra lỗi và upload code cho arduino
Hình 2 17: Arduino IDE Arduino Toolbar: có một số button và chức năng của chúng như sau :
Verify: kiểm tra code có lỗi hay không
Upload: nạp code đang soạn thảo vào Arduino
New, Open, Save: Tạo mới, mở và Save Sketch
Serial Monitor: Đây là màn hình hiển thị dữ liệu từ Arduino gửi lên máy tính
Trong file menu chúng ta quan tâm tới mục Examples đây là nơi chứa code mẫu ví dụ như: cách sử dụng các chân digital, analog, sensor…
Verify/Compile : chức năng kiểm tra lỗi code
Show Sketch Folder : hiển thị nơi code được lưu
Add File : thêm vào một Tap code mới
Import Library : thêm thư viện cho IDE
Trong Tool menu ta quan tâm các mục Board và Serial Port
Mục Board : các bạn cần phải lựa chọn board cho phù hợp với loại board mà bạn sử dụng nếu là Arduino Mega 2560 thì phải chọn như hình:
Nếu sử dụng loại bo khác thì phải chọn đúng loại bo mà mình đang có nếu sai thì code Upload vào chip sẽ bị lỗi
Cổng Serial là nơi để chọn cổng Com cho Arduino Sau khi cài đặt driver, máy tính sẽ hiển thị tên cổng Com của Arduino Chúng ta cần vào Serial Port và chọn đúng cổng Com để nạp code; nếu chọn sai, việc nạp code cho Arduino sẽ không thành công.
THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
Yêu cầu và sơ đồ khối hệ thống
3.1.1 Yêu cầu của hệ thống
Hệ thống có các chức năng sau:
Phát hiện nồng độ khí gas và đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát
Người quản lý giám sát được hệ thống cảnh báo bằng cách:
- Gọi điện và nhắn tin đến người quản lý hệ thống
- Phát còi và đèn cảnh báo
- Hiển thị trạng thái của hệ thống trên giao diện phần mềm máy tính
Xây dựng giao diện phần mềm máy tính bao gồm:
- Trang đăng nhập: hiển thị thông tin về đề tài và xác nhận quyền truy cập hệ thống
Trang giám sát hệ thống bao gồm phần kết nối với hệ thống, hiển thị trạng thái hoạt động, phát video trực tiếp từ camera, và lưu trữ các video ghi lại từ camera tại khu vực giám sát.
3.1.2 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối
Hình 3 1: Sơ đồ khối của hệ thống
Khối cảm biến khí gas: thu thập, phát hiện nồng độ khí gas bị rò
Khối phát hiện chuyển động: phát hiện có đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát
Khối báo động: phát ra âm thanh và đèn cảnh báo
Khối hiển thị: hiển thị các thông báo bằng chữ lên LCD
Khối giao tiếp mạng Ethernet: tạo môi trường giao tiếp mạng LAN Ethernet giữa Arduino với Router
Khối giao tiếp GSM: thực hiện các cuộc gọi và nhắn tin thông báo tới người giám sát quản lý hệ thống
Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ xử lý tín hiệu từ các cảm biến, đồng thời nhận và xuất thông tin điều khiển để quản lý hoạt động của hệ thống.
Khối nguồn: cung cấp nguồn điện cho khối xử lý trung tâm và các khối cơ cấu chấp hành
Điện thoại di động sẽ nhận cuộc gọi và tin nhắn thông báo khi có sự rò rỉ khí gas, đồng thời cảnh báo về các đối tượng xâm nhập vào khu vực giám sát.
Router Wifi: kết nối dữ liệu giữa hệ thống với máy tính và giữa camera với máy tính
Camera: ghi hình vùng giám sát của hệ thống 24/24 và gửi dữ liệu về máy tính thông qua mạng Ethernet
PC: nhận dữ liệu từ hệ thống cũng như camera thông qua Router WiFi và hiển thị chúng lên trên giao diện máy tính
3.1.3 Hoạt động của hệ thống
Hệ thống thu thập thông tin từ cảm biến khí gas và phát hiện chuyển động, gửi về khối xử lý trung tâm để xử lý tín hiệu Sau đó, hệ thống điều khiển báo động phát ra âm thanh và đèn cảnh báo, đồng thời sử dụng giao tiếp GSM để gọi và gửi tin nhắn thông báo cho người giám sát Ngoài ra, trạng thái hệ thống được cập nhật trên giao diện máy tính qua giao tiếp Ethernet Camera ghi hình trực tiếp tại khu vực giám sát, hiển thị trên giao diện máy tính và lưu trữ video khi cần thiết.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG
3.2.1 Khối cảm biến khí gas Để phát hiện nồng độ khí gas trong không khí, nhóm sử dụng cảm biến khí gas MQ-2 Module này có khả năng đáp ứng tốt, giá thành phù hợp, dễ dàng sử dụng Ở trạng thái bình thường khi (nồng độ khí gas không có hoặc ở mức an toàn) thì chân Dout ở mức cao (mức ‘1’), điện áp lấy ra ở chân Aout thấp Khi nồng độ khí gas vượt mức cho phép thì chân Dout xuống mức thấp (mức ‘0’) và điện áp ra tịa chân Aout sẽ lớn dựa trên nguyên tắc phân chia điện áp
Dữ liệu chân Dout của cảm biến MQ-2 liên tục gửi về board Arduino Mega 2560 qua chân số 3 như hình 3.2
Hình 3 2: Sơ đồ mạch của cảm biến khí gas
Nhóm quyết định không sử dụng chân Aout vì hệ thống chỉ yêu cầu phát hiện nồng độ khí gas trong không khí để cảnh báo cho người quản lý, giúp họ kịp thời xử lý tình huống.
3.2.2 Khối phát hiện chuyển động Để phát hiện đối tượng xâm nhập và vùng giám sát, nhóm sẽ sử dụng cảm biến hồng ngoại thụ động PIR HC-SR501 Module này đáp ứng tốt với yêu cầu của hệ thống Ở trạng thái bình thường khi không có đối tượng chuyển động vào vùng giám sát của cảm biến PIR HC-SR501 thì chân Out của cảm biến luôn bằng 0V, trạng thái mức thấp
‘0’ Khi có đối tượng di chuyển qua vùng giám sát của cảm biến thì chân Out của cảm biến có điện áp 3.3 V, trạng thái mức cao ‘1’
Dữ liệu từ chân Out của cảm biến PIR
HC-SR501 sẽ được gửi liên tục về chân số 2 của Board Arduino Mega 2560 như hình 3.3 Hình 3 3: Sơ đồ mạch của cảm biến hồng ngoại thụ động
Module có hai chế độ kích hoạt: không lặp lại và lặp lại Nhóm quyết định chọn chế độ lặp lại để chân Out của Module luôn duy trì ở mức cao cho đến khi không còn đối tượng chuyển động Hệ thống sẽ phát cảnh báo liên tục cho đến khi không còn đối tượng trong khu vực giám sát.
3.2.3 Khối báo động Để báo động cho những người xung quanh biết có rò rỉ khí gas hoặc có đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát không được sự cho phép thì có thể sử dụng âm thanh và đèn báo động Âm thanh thì sử dụng loa, còi- buzzer để báo động còn đèn báo động thì có thể sử dụng đèn báo động chuyên dụng, đèn led Trong đề tài này sử dụng còi-buzzer kết hợp với đèn led để báo động
Kết nối mạch báo động với vi xử lý trung tâm như hình 3.4
Khi có tín hiệu ngõ ra từ chân số 5 của Board Arduino Mega 2560, mức tín hiệu chuyển từ 0V lên 5V, thì sẽ kích Module
Khi relay hoạt động, chân COM sẽ chuyển từ kết nối với chân NC sang chân NO, cho phép nguồn pin 9V thông mạch với còi-buzzer, phát ra âm thanh Khi không có tín hiệu, chân COM sẽ trở lại kết nối với chân NC.
Còn khi có tín hiệu ngõ ra từ chân số
6 của Board Arduino thì đèn led sẽ sáng lên
Ngược lại khi không có tín hiệu thì đèn led sẽ tắt
Hình 3 4: Sơ đồ kết nối của mạch báo động với Board Arduino
3.2.4 Khối hiển thị Để hiển thị các thông báo của hệ thống thì có rất nhiều giải pháp như: led ma trận, LCD,… trong đó LCD là một lựa chọn thích hợp nhất Hiện nay, có khá nhiều loại LCD như: Character LCD (LCD ký tự), Graphic LCD (LCD đồ họa),…; với nhiều kích thước cũng như màu sắc khác nhau
Trong bài viết này, chúng tôi sử dụng màn hình LCD ký tự 16x2 để hiển thị thông báo khi phát hiện rò rỉ gas hoặc có đối tượng xâm nhập vào khu vực giám sát Việc giao tiếp với LCD thường yêu cầu nhiều chân kết nối, nhưng với Arduino Mega 2560, số lượng chân phong phú giúp dễ dàng kết nối nhiều thiết bị cùng lúc.
Kết nối chân của LCD với
Hệ thống chỉ hiển thị thông báo bằng chữ, vì vậy LCD hoạt động ở chế độ 4 bit và sử dụng 7 chân điều khiển thay vì 11 chân Biến trở được sử dụng để điều chỉnh độ tương phản của LCD, giúp cải thiện khả năng nhìn thấy thông báo rõ ràng hơn.
3.2.5 Khối giao tiếp mạng Ethernet
Trên thị trường hiện nay có nhiều mạch chuyển giao tiếp Ethernet tiện lợi, nhưng module Arduino Ethernet Shield nổi bật với tốc độ và khả năng kết nối ổn định Nó đi kèm với bộ thư viện hỗ trợ và phần cứng dễ dàng kết nối với board Arduino Vì lý do này, nhóm đã quyết định chọn module Arduino Ethernet Shield cho dự án của mình Kết nối chân giữa board Arduino và module Ethernet Shield được thể hiện trong hình 3.6.
Chân số 4 của board Arduino dùng để giao tiếp với SD Card thông qua chân SD_SC của Ethernet Shield
Chân số 10 của board Arduino được thiết lập làm chân xuất (output), cho phép Arduino hoạt động như Master trong việc truyền dữ liệu Đồng thời, chân SS của Ethernet Shield được cấu hình là chân nhận (input), đảm nhiệm vai trò Slave trong quá trình giao tiếp.
Chân 11 của Board Arduino được sử dụng để truyền dữ và chân MOSI của Ethernet Shield được dùng để nhận dữ liệu
Chân 12 Board Arduino được sử dụng để nhận dữ liệu từ Slave vào chân MISO của Ethernet Shield được dùng để truyền dữ liệu
Chân 13 của Board Arduino được dùng để cấp xung đồng bộ để truyền nhận dữ liệu với một Slave nào đó được chọn, chân SCLK của
Ethernet Shield nhận xung đồng bộ truyền dữ liệu từ board Arduino
Hình 3 6: Sơ đồ kết nối của Module
Ethernet Shield với Board Arduino
3.2.6 Khối giao tiếp GSM Đối với mạng di động, có thể sử dụng nhiều biện pháp để kết nối như: sử dụng các Shield GSM hoặc có thể sử dụng các module sim để giao tiếp với mạng Module SIM800A, ngoài ra các Module này còn hỗ trợ kết nối GPRS Nhóm quyết định chọn Module SIM800A để giao tiếp với mạng di động do việc kết nối đơn giản, dễ sử dụng và khả năng mở rộng cao
Module SIM800A hoạt động khi chân EN được kích hoạt ở mức cao, cho phép kết nối với mạng di động Để thực hiện cuộc gọi và gửi tin nhắn qua mạng di động, cần sử dụng các câu lệnh gửi đến module SIM.
Các lệnh này sẽ được gửi từ board
Arduino giao tiếp qua chuẩn UART thông qua hai chân TX và RX Module SIM sẽ xử lý chuỗi dữ liệu và gửi qua mạng di động đến số điện thoại nhận.
Hình 3 7: Sơ đồ kết nối của Module
3.2.7 Khối xử lý trung tâm
Hiện nay, để đáp ứng yêu cầu cho hệ thống, có nhiều giải pháp như board Raspberry Pi, board Arduino và board Intel Galileo, mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng Board Arduino, được lập trình bằng ngôn ngữ Wiring - một biến thể của C/C++, mang lại lợi thế cho người dùng nhờ vào sự dễ dàng khi lập trình với ngôn ngữ C/C++ phổ biến hiện nay.
LẬP TRÌNH PHẦN MỀM
3.3.1 Lưu đồ giải thuật a Lưu đồ giải thuật của hệ thống
Với những yêu cầu đặt ra, nhóm đã xây dựng lưu đồ giải thuật cho hệ thống như hình 3.9
KHỞI TẠO CÁC GIÁ TRỊ
BAN ĐẦU (LCD, CÁC CHÂN
I/O, GSM, ) ĐỌC GIÁ TRỊ CẢM BIẾN
HIỂN THỊ LCD PHÁT ÂM THANH VÀ ĐÈN GIAO TIẾP ETHERNET GIAO TIẾP GSM
KIỂM TRA DỮ LIỆU TỪ CẢM BIẾN KHÍ GAS
KIỂM TRA DỮ LIỆU TỪ CẢM
PHÁT ÂM THANH VÀ ĐÈN
1 2 ĐỌC GIÁ TRỊ CẢM BIẾN KHÍ GAS
Hình 3 9: Lưu đồ giải thuật của hệ thống
Đầu tiên là khởi tạo các giá trị ban đầu như: các biến, thư viện LCD, các chân I/O, thư viện GSM, thư viện Ethernet
Tiếp theo sẽ tới vòng lặp gồm:
Thiết lập kết nối: phần cứng sẽ được kết nối với giao diện máy tính thông qua mạng Ethernet
Đọc giá trị cảm biến hồng ngoại: thực hiện lấy các giá trị của cảm biến hồng ngoại từ các chân digital
Đọc giá trị cảm biến khí gas: thực hiện lấy các giá trị của cảm biến khí gas từ các chân digital
Kiểm tra giá trị dữ liệu từ cảm biến hồng ngoại để xác định trạng thái hiện tại Nếu giá trị đúng, tiếp tục xử lý; nếu sai, chuyển sang đọc giá trị từ cảm biến khí gas.
Kiểm tra giá trị dữ liệu của cảm biến khí gas là bước quan trọng để xác định trạng thái hiện tại của cảm biến Nếu giá trị đúng, quá trình có thể tiếp tục; nếu không, cần quay lại để thiết lập lại kết nối.
Hiển thị LCD: hiển thị các thông báo cảnh báo ra màn hình LCD
Bật còi và đèn: gửi tín hiệu tới còi và đèn led để phát ra âm thanh và đèn báo động
Giao tiếp Ethernet: gửi các thông báo cảnh báo của hệ thống qua mạng Ethernet
Giao tiếp GSM: gọi và gửi các tin nhắn cảnh báo
Trong quá trình chạy, nếu nhấn nút Reset trên board Arduino thì sẽ lập tức thoát ra khỏi vòng lặp và bắt đầu lại chương trình từ đầu
36 b Lưu đồ giải thuật thiết lập kết nối
KIỂM TRA IP VÀ PORT BẮT ĐẦU
GỬI CHUỖI VÀ KHỞI TẠO UDP
KIỂM TRA DỮU LIỆU NHẬN TỪ PHẦN CỨNG
Hình 3 10: Lưu đồ giải thuật của phần thiết lập kết nối
Trong lưu đồ, đầu tiên kiểm tra IP và Port Nếu chúng đúng, một chuỗi ký tự sẽ được gửi xuống phần cứng để khởi tạo UDP nhận dữ liệu đa luồng Tiếp theo, hệ thống sẽ kiểm tra dữ liệu nhận Nếu IP và Port đúng, kết nối sẽ thành công và chương trình sẽ kết thúc Ngược lại, nếu sai, quá trình sẽ tiếp tục kiểm tra dữ liệu nhận.
37 b Lưu đồ giải thuật phần trung tâm cảnh báo
MỞ CẢM BIẾN KHÍ GAS
GỌI VÀ NHẮN TIN QUA GSM
GỌI VÀ NHẮN TIN QUA GSM
Hình 3 11: Lưu đồ giải thuật của phần trung tâm cảnh báo
Đầu tiên, hệ thống khởi tạo hàm UDP để nhận dữ liệu đa luồng và kết nối với hệ thống Nếu kết nối thành công, hệ thống kiểm tra trạng thái của cảm biến hồng ngoại Nếu có trộm, hệ thống sẽ phát tín hiệu báo động bằng cách bật còi, đèn, hiển thị thông báo trên LCD và gửi mã chuỗi qua mạng Ethernet cũng như truyền dữ liệu gọi và nhắn tin đến module SIM Ngược lại, nếu dữ liệu nhận không chính xác, còi và đèn sẽ tắt, thông báo vẫn được hiển thị trên LCD và mã chuỗi sẽ được gửi qua mạng Ethernet Cuối cùng, hệ thống kiểm tra cảm biến khí gas; nếu phát hiện có gas, còi và đèn sẽ được kích hoạt, cùng với việc hiển thị thông báo trên LCD và gửi mã chuỗi qua mạng Ethernet.
Khi thực hiện cuộc gọi và nhắn tin đến module SIM, quá trình sẽ kết thúc nếu dữ liệu nhận được là đúng Ngược lại, nếu dữ liệu không chính xác, hệ thống sẽ tắt còi và đèn, hiển thị thông báo trên màn hình LCD, đồng thời gửi mã chuỗi qua giao diện Ethernet trước khi kết thúc.
3.3.2 Thiết kế giao diện máy tính a Cấu hình router
Bước 1: Kết nối Router WiFi với máy tính bằng cable RJ45
Bước 2: Cấu hình địa chỉ IP local của máy tính về cùng lớp mạng với IP mặc định của Router WiFi như hình 3.12
Hình 3 12: Cấu hình IP local cho máy tính Bước 3: Truy cập vào Router bằng quyền admin
Hình 3 13: Giao diện truy cập Router
Để đăng nhập vào Router WiFi, bạn cần nhập thông tin đăng nhập (Username: admin; Password: admin) vào cửa sổ đăng nhập Sau khi đăng nhập thành công, bạn sẽ truy cập vào giao diện cấu hình của Router, như được hiển thị trong hình 3.14.
Hình 3 14: Giao diện cấu hình của Router WiFi
Bước 4: Trên giao diện của Router WiFi ta chọn mục Wireless
Sau đó tại ô S SID ta đặt tên cho mạng WiFi để dễ thao tác Và nhấn nút Save lưu lại như hình 3.15
Hình 3 15: Đặt tên cho mạng WiFi
Sau đó chọn mục Wireless Security Và chọn loại bảo mật tùy ý Sau đó đặt password cho mạng WiFi và nhấn nút Save lưu lại
Hình 3 16: Chọn loại bảo mật và đặt mật khẩu WiFi
To disable the DHCP mode on your router, which automatically assigns IP addresses to devices accessing the WiFi network, navigate to the DHCP settings, click on the "Disable" button, and then select "Save" to apply the changes.
Hình 3 17: Tắt chế độ DHCP trên Router b Cấu hình camera
Bước 1: Kết nối Router Wifi với máy tính bằng cable RJ45
Bước 2: Đăng nhập vào trình giao diện camera
Camera QTC-906W có địa chỉ IP mặc định khi xuất xưởng như sau: IP :192.168.1.200; username : admin ; password : 123456
Mở trình duyệt Internet trên máy tính nhập vào địa chỉ: http:// 192.168.1.200, sau đó nhấn enter
Ta được giao diện camera QTC-906W như 3.18
Hình 3 18: Giao diện camera QTC-906W sau đăng nhập thành công
Bước 3: Đăng nhập vào trình giao diện camera
Sau đó nhấn vào nút Set Up, chọn mục Time Tại ô Timezone chọn múi giờ
Và nhấn nút tại ô Sync With PC để đồng bộ thời gian với máy tính như hình 3.19, sau đó nhấn nút Save để lưu lại
Hình 3 19: Thiết lập múi giờ và thời gian của camera
Sau đó nhấn vào mục Network, tại mục IP, tiến hành thiết lập các địa chỉ IP của camera như hình 3.20 Sau đó nhấn nút Save để lưu lại
Hình 3 20: Thiết lập IP cho camera
Cũng tại mục Network, chọn mục WiFi để thiết lập kết nối WiFi cho camera như hình 3.21 Sau đó nhấn nút Save để lưu lại
Hình 3 21: Thiết lập kết nối mạng WiFi cho camera c Giao diện máy tính
Hình 3 22: Giao diện trang đăng nhập
Trang này cung cấp thông tin về đề tài và yêu cầu người dùng nhập tên và mật khẩu để xác nhận quyền truy cập hệ thống Tên đăng nhập được thiết lập là “hethong” và mật khẩu là “123456” Nếu người dùng nhập sai mật khẩu, hệ thống sẽ hiển thị cảnh báo “Tên hoặc mật khẩu sai Vui lòng nhập lại!” Bên cạnh đó, trang còn có nút thoát chương trình, khi nhấn vào sẽ xuất hiện cảnh báo “Bạn có chắc chắn muốn thoát?”.
Trang giám sát và điều khiển
Hình 3 23: Giao diện trang giám sát
Bố cục của trang này gồm 3 phần:
Phần thiết lập IP Port và kết nối bao gồm ô nhập địa chỉ IP và cổng (Port) của hệ thống, ô hiển thị trạng thái kết nối, cùng với nút kết nối và nút ngắt kết nối.
Phần trung tâm cảnh báo bao gồm hai nút để bật và tắt chức năng báo trộm, cùng với hai nút cho chức năng báo gas Hệ thống có màn hình hiển thị thông tin về tình trạng báo trộm và báo gas Khi có sự cố về trộm hoặc rò rỉ gas, hai màn hình này sẽ đổi màu để thông báo cho người dùng.
Phần bên phải là phần hiển thị của camera Có thể xem được Live Video, Playback Video, và phần Setup khi cần thay đổi cài đặt
KẾT QUẢ THỰC HIỆN
KẾT QUẢ PHẦN CỨNG
Hình 4 1: Sản phẩm hoàn chỉnh
Hình 4 2: Khi không có báo động
Hình 4 3: Khi có báo động về rò rỉ khí gas
Hình 4 4: Khi có báo động về đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát
Hệ thống đã phát hiện được nồng độ khí gas trong không khí và phát hiện được đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát
Relay đóng ngắt còi hoạt động tốt, đèn led sáng đúng theo yêu cầu
Việc giám sát từ máy tính cũng như mạng di động hoạt động bình thường tuy nhiên vẫn còn độ trễ nhất định
LCD hiển thị đúng như yêu cầu
KẾT QUẢ PHẦN MỀM
Khi có rò rỉ khí gas:
Hình 4 5: Gọi điện đến người quản lý Hình 4 6: Nhắn tín đến người quản lý
Hình 4 7: Trang giao diện khi có báo động và camera
Khi có đối tượng xâm nhập:
Hình 4 8: Gọi điện đến người quản lý Hình 4 9: Nhắn tín đến người quản lý
Hình 4 10: Trang giao diện khi có báo động và camera
Phần giao diện hiển thị đúng như yêu cầu
Camera hoạt động tốt, độ phân giải cao
Việc gọi điện và nhắn tin thông báo tới người quản lý đúng theo yêu cầu nhưng vẫn có độ trễ nhất định.
ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM SO VỚI ĐỀ TÀI TRƯỚC
Sau khi hoàn thành đề tài, nhóm nhận thấy nhiều ưu điểm so với đề tài trước đó Giao diện máy tính được cải tiến với trang đăng nhập hệ thống nhằm nâng cao tính bảo mật Phần giám sát giờ đây có nút nhấn bật và tắt báo trộm cũng như báo gas, và camera cho phép xem video trực tiếp Thêm vào đó, nhóm đã sử dụng còi và đèn LED để cảnh báo tại chỗ, kèm theo màn hình LCD hiển thị các thông báo quan trọng.
Nhóm nhận thấy mô hình hiện tại còn tồn tại một số hạn chế, bao gồm việc thiếu nút nhấn để điều khiển tại chỗ và phần khung chưa được gia công chắc chắn.
