TỔNG QUAN
Tình hình nghiên cứu
Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật và tự động hóa thông minh đang dần thay thế các công việc tay chân của con người Trong các nhà máy, việc điều khiển dây chuyền sản xuất không còn cần nhiều nhân công mà có thể được kiểm soát từ xa thông qua hệ thống thu thập dữ liệu Tương tự, ở nhà, các công việc hàng ngày cũng có thể được quản lý từ xa, đặc biệt trong lĩnh vực quản lý vật nuôi và thú cưng thông qua các hệ thống giám sát và quản lý thông tin.
Mô hình quản lý thú cưng tại Việt Nam hiện chưa phổ biến và vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm Gần đây, chính quyền yêu cầu các gia đình nuôi chó phải tiêm phòng đầy đủ và đeo mõm cho chó khi dắt đi dạo; chó thả rông sẽ bị bắt và có thể bị tiêu hủy nếu chủ không nhận Do đó, cần thiết lập một hệ thống giám sát cho từng con chó, bao gồm thông tin như hình ảnh, tên, tuổi, chiều cao, cân nặng, ngày tiêm phòng và thông tin chủ sở hữu Hệ thống này sẽ giúp giảm bức xúc của người dân khi chính quyền thực thi các quy định về chó thả rông và đảm bảo việc phạt tiền đối với chủ chó không tuân thủ quy định.
Mô hình quản lý thú cưng bao gồm hai phần mềm: một dành cho bác sĩ thú y và chính quyền địa phương, và một dành cho chủ chó Phần mềm dành cho bác sĩ thú y quản lý thông tin chó như tên, địa chỉ, số điện thoại chủ, giống, màu lông, cân nặng, giới tính, năm sinh, thông tin tiêm phòng và hình ảnh chó, được truyền tải qua chuẩn UART Phần mềm dành cho chủ chó là ứng dụng Android tích hợp công nghệ RFID, cho phép chủ chó tra cứu thông tin và tìm lại chó khi bị lạc Hệ thống sử dụng RFID với bộ xử lý trung tâm là Arduino ESP MCU, mỗi chó sẽ đeo vòng cổ gắn thẻ RFID để lưu trữ và truy xuất thông tin.
Trong các đề tài như “giám sát vật nuôi qua camera” và “Xây dựng hệ thống nông trại thông minh”, việc giám sát và điều khiển thiết bị qua tin nhắn điện thoại và webserver giúp tiết kiệm chi phí vận hành và nâng cao khả năng giám sát tổng quan Tuy nhiên, nhược điểm lớn là cần có kết nối internet liên tục Đối với đề tài “giám sát vật nuôi qua bluetooth”, mô hình cho phép theo dõi thú cưng qua điện thoại Android mà không cần internet, nhưng chỉ hoạt động trong khoảng cách ngắn, giới hạn bởi vùng phủ sóng Bluetooth Các đề tài này đã thúc đẩy nhóm nghiên cứu phát triển hai phần mềm riêng biệt nhằm giải quyết vấn đề thú cưng thả rông và ngăn chặn tình trạng tiêu hủy chó không có chủ Mỗi con chó sẽ được trang bị vòng cổ chứa thông tin để quản lý một cách hiệu quả và chính xác hơn.
Dựa trên tình hình nghiên cứu hiện tại và mối tương quan từ các đề tài đã tham khảo, nhóm quyết định lựa chọn đề tài "Hệ thống quản lý thú cưng thông minh" để giải quyết những vấn đề cấp bách trong lĩnh vực này.
Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài này phát triển dựa trên lý thuyết RFID, sử dụng Arduino ESP MCU làm trung tâm xử lý Giao diện được thiết kế qua C#, kết hợp với việc gửi tin nhắn đến chủ nuôi thú cưng thông qua module SIM Tất cả các thành phần này được tích hợp vào một hệ thống nhằm quản lý chó cưng hiệu quả.
1.3 Giới hạn của đề tài
Người thực hiện đã áp dụng kiến thức học được để phát triển một đề tài, bao gồm các tính năng như đọc thông tin thú cưng từ thẻ RFID lên máy tính, gửi thông tin thú cưng đến chủ qua tin nhắn, và sử dụng NFC để truy cập thông tin thú cưng trên web server.
Với yêu cầu đề ra và xác định hướng giải quyết, nhóm nghiên cứu xây dựng đồ án gồm các nội dung chính như sau:
Chương 1: Tổng quan Ở chương này sẽ trình bày khái quát tình hình nghiên cứu hiện nay từ đó đặt vấn đề, so sánh sự tương quan giữa các đề tài trước đó đã thực hiện từ đó đưa ra giải pháp, định hướng thực hiện đề tài của nhóm, đặt ra các mục tiêu cũng như giới hạn của đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương này đề cập đến các cơ sở lý thuyết liên quan đến đồ án thực hiện, bao gồm việc tìm hiểu và phân tích mô hình quản lý thú cưng cũng như lý thuyết về công nghệ RFID.
Chương 3: Thiết kế hệ thống
Bài viết này trình bày thiết kế sơ đồ khối và chức năng của từng khối trong hệ thống, cùng với sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động tổng thể Các phương án lựa chọn linh kiện sẽ được phân tích ưu nhược điểm để đưa ra quyết định phù hợp Bên cạnh đó, bài viết cũng mô tả cách thức giao tiếp chuẩn UART giữa máy tính và bộ xử lý trung tâm Arduino, cũng như hướng dẫn cài đặt và thiết lập các gói hỗ trợ cho Arduino ESP MCU Cuối cùng, phương pháp lập trình để thiết kế giao diện quản lý truy xuất thông tin và nhập dữ liệu lên thẻ RFID cho từng con chó sẽ được trình bày chi tiết.
Chương này trình bày chi tiết kết quả đề tài đã thực hiện được
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
Chương này trình bày kết quả đồ án đã thực hiện được, rút ra kết luận và hướng phát triển của đồ án.
Bố cục đồ án
Với yêu cầu đề ra và xác định hướng giải quyết, nhóm nghiên cứu xây dựng đồ án gồm các nội dung chính như sau:
Chương 1: Tổng quan Ở chương này sẽ trình bày khái quát tình hình nghiên cứu hiện nay từ đó đặt vấn đề, so sánh sự tương quan giữa các đề tài trước đó đã thực hiện từ đó đưa ra giải pháp, định hướng thực hiện đề tài của nhóm, đặt ra các mục tiêu cũng như giới hạn của đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương này giới thiệu các cơ sở lý thuyết liên quan đến đồ án thực hiện, bao gồm việc tìm hiểu và phân tích mô hình quản lý thú cưng cũng như lý thuyết về công nghệ RFID.
Chương 3: Thiết kế hệ thống
Trong đồ án này, chúng tôi sẽ trình bày thiết kế sơ đồ khối và chức năng của từng khối trong hệ thống, cùng với sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động tổng thể Các phương án lựa chọn linh kiện sẽ được đưa ra, kèm theo phân tích ưu nhược điểm để quyết định linh kiện phù hợp cho từng khối Chúng tôi cũng sẽ mô tả cách thức giao tiếp chuẩn UART giữa máy tính và bộ xử lý trung tâm Arduino, cũng như cách làm việc với Arduino ESP MCU thông qua máy tính, bao gồm các bước cài đặt và thiết lập gói hỗ trợ Cuối cùng, phương pháp lập trình để thiết kế giao diện quản lý truy xuất thông tin và nhập dữ liệu lên thẻ RFID gắn trên mỗi con chó sẽ được trình bày chi tiết.
Chương này trình bày chi tiết kết quả đề tài đã thực hiện được
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
Chương này trình bày kết quả đồ án đã thực hiện được, rút ra kết luận và hướng phát triển của đồ án.
CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Tổng quan về công nghệ truyền thông WIFI
2.2.1 Giới thiệu về công nghệ truyền thông Wifi
WiFi (Wireless Fidelity) hay mạng 802.11 là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, tương tự như điện thoại di động và truyền hình Hiện nay, các điểm truy cập Wi-Fi xuất hiện rộng rãi, có thể là không có mật khẩu cho truy cập tự do hoặc mã hóa WPA/WPA2 Ngoài các điểm kết nối công cộng (Hotspots), WiFi cũng có thể được thiết lập tại nhà Tên gọi 802.11 được đặt theo viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), nơi phát triển nhiều chuẩn cho các giao thức kỹ thuật khác nhau, trong đó 4 chuẩn WiFi phổ biến hiện nay là 802.11a/b/g/n.
Truyền thông qua mạng không dây là hình thức truyền thông vô tuyến hai chiều, trong đó thiết bị Adapter không dây (hay bộ chuyển tín hiệu không dây) của máy tính thực hiện việc chuyển đổi dữ liệu số thành tín hiệu analog vô tuyến và phát đi những tín hiệu này.
2.2.2 Các chuẩn của công nghệ truyền thông Wifi
Bảng 2.1 chuẩn công nghệ của wifi
Năm 1997, viện IEEE giới thiệu chuẩn mạng nội bộ không dây đầu tiên mang tên 802.11, sử dụng tần số 2,4GHz và công nghệ Trải phổ trực tiếp (DSSS) với băng thông tối đa chỉ 2Mbps, tốc độ này không đáp ứng được nhu cầu của hầu hết các ứng dụng, dẫn đến việc các sản phẩm thương mại của chuẩn này không được phát hành trên thị trường.
Chuẩn 802.11b, được ra mắt vào năm 1999, là phiên bản đầu tiên được thị trường chấp nhận Nó phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz, sử dụng kỹ thuật điều chế Khóa mã bù (CCK) và kỹ thuật Trải phổ trực tiếp tương tự như chuẩn 802.11 nguyên bản Với tốc độ 11Mbps, 802.11b tương đương với tốc độ Ethernet thời bấy giờ.
Cùng với chuẩn 802.11b, IEEE đã phát triển chuẩn mở rộng thứ hai là 802.11a, cũng dựa trên công nghệ 802.11 Mặc dù 802.11b được sử dụng phổ biến hơn 802.11a, nhiều người nhầm tưởng rằng 802.11a ra đời sau 802.11b Tuy nhiên, thực tế là 802.11a và 802.11b được phát triển đồng thời.
Chuẩn 802.11a, với giá thành cao, chủ yếu được sử dụng trong các mạng doanh nghiệp, trong khi 802.11b lại phù hợp hơn cho nhu cầu mạng gia đình 802.11a hoạt động ở tần số 5GHz với tốc độ 54Mbps, giúp giảm thiểu nhiễu từ các thiết bị dân dụng nhờ vào kỹ thuật trải phổ OFDM, vượt trội hơn so với DSSS Tuy nhiên, tín hiệu của 802.11a gặp khó khăn hơn trong việc xuyên qua tường và các vật cản do tần số cao hơn.
Các công nghệ 802.11a và 802.11b không tương thích do sử dụng tần số khác nhau Một số nhà sản xuất đã phát triển sản phẩm "lai" 802.11a/b, nhưng chúng chỉ cho phép sử dụng đồng thời hai chuẩn sóng Wi-Fi, với việc thiết bị kết nối theo chuẩn mà nó hỗ trợ.
Vào tháng 7 năm 2003, IEEE đã chính thức phê duyệt chuẩn 802.11g, kết hợp những ưu điểm nổi bật của chuẩn 802.11a và 802.11b Chuẩn 802.11g sử dụng phương thức điều chế OFDM tương tự như 802.11a, nhưng hoạt động trên tần số 2,4GHz giống với 802.11b Nó đạt tốc độ truyền tải 54Mbps và tương thích ngược với chuẩn 802.11b đang được sử dụng rộng rãi.
Chuẩn Wi-Fi 802.11n, được công nhận và chuẩn hóa vào tháng 9 năm 2009, đã cải thiện đáng kể băng thông và tầm phủ sóng so với chuẩn 802.11g nhờ công nghệ anten MIMO (multiple-input and multiple-output) Với khả năng hoạt động ở cả hai tần số 2,4GHz và 5GHz, 802.11n cung cấp tín hiệu mạnh mẽ hơn và ít bị nhiễu, đồng thời tương thích với các thiết bị 802.11g khi sử dụng tần số 2,4GHz Hiện nay, thị trường Việt Nam đã phổ biến các router không dây chuẩn n hỗ trợ tốc độ lý thuyết cao.
Vào năm 2012, hai chuẩn Wi-Fi mới là 802.11ac và 802.11ad đã được giới thiệu, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu đa kênh lên tới 1Gbps hoặc nhanh hơn, đồng thời cải thiện vùng phủ sóng.
Chuẩn 802.11ac, phát triển từ 802.11n, hứa hẹn cải thiện tốc độ và hiệu suất mạng, đồng thời vẫn tương thích với chuẩn 802.11n Chuẩn này hoạt động trên băng tần 5GHz, mang lại độ phủ sóng rộng hơn và ít bị nhiễu tín hiệu so với băng tần 2,4GHz 802.11ac hỗ trợ độ rộng băng tần lên đến 80MHz, vượt trội hơn so với 20MHz hoặc 40MHz của 802.11n, và sử dụng nhiều anten thu phát tương tự như 802.11n.
Chuẩn 802.11ad khác biệt với 802.11ac khi sử dụng băng tần lên đến 60GHz, mang lại tốc độ cao nhưng khả năng xuyên tường và vật dụng rất kém Do đó, chuẩn này chỉ phù hợp cho việc chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị trong cùng một phòng và khoảng cách ngắn Hơn nữa, 802.11ad không tương thích ngược với chuẩn n và có thể bị nhiễu bởi các thiết bị gia dụng.
Hình 2.4: Chuẩn 802.11ac và 802.11ad
Chuẩn 802.11ac và 802.11ad hiện đang trong quá trình phát triển và chưa hoàn thiện về bảng đặc tả kỹ thuật Số lượng sản phẩm hỗ trợ còn hạn chế và giá thành của thiết bị vẫn chưa ổn định.
Gần đây, chuẩn Wi-Fi mới 802.22 đã xuất hiện trên thị trường, với khả năng phủ sóng lên tới 100 km và tốc độ truyền tải đạt 22 Mb/giây Tuy nhiên, chuẩn này không có khả năng cạnh tranh trực tiếp với các mạng Wi-Fi hiện tại, mà chủ yếu phục vụ cho nhu cầu truy cập Internet, vì tốc độ của nó chỉ tương đương với các mạng băng rộng di động thế hệ mới (3,5-4G).
Chuẩn Wi-Fi 802.22 hoạt động trên dải tần còn trống giữa các băng tần truyền hình VHF và UHF, cho phép truyền dữ liệu với khoảng cách rất xa mà không gây ảnh hưởng đến các trạm phát sóng truyền hình.
Công nghệ RFID
2.3.1 Giới thiệu về công nghệ RFID
Công nghệ Nhận dạng Tần số Radio (RFID) sử dụng sóng vô tuyến để nhận diện đối tượng, với hai thiết bị hoạt động thu phát sóng điện từ cùng tần số Các tần số phổ biến trong hệ thống RFID bao gồm 125 kHz và 900 MHz.
Hệ thống RFID bao gồm hai thành phần chính: thiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID (tag) gắn chip Thiết bị đọc được trang bị anten để thu phát sóng điện từ, trong khi mỗi RFID tag chứa một mã số duy nhất, không trùng lặp, được gắn với vật cần nhận dạng.
Thiết bị RFID reader phát sóng điện từ ở tần số nhất định, giúp thiết bị RFID tag trong vùng hoạt động nhận diện và thu nhận năng lượng Khi đó, RFID tag sẽ gửi lại mã số cho thiết bị RFID reader, cho phép nhận biết tag nào đang có mặt trong vùng hoạt động.
Độ bảo mật và tin cậy:
Thẻ chip RFID có nhiều mã nhận dạng khác nhau, thường là 32bit, cho phép tạo ra hơn 4 tỷ mã số độc đáo Mỗi thẻ chip RFID khi xuất xưởng được gán một mã số riêng biệt, do đó khả năng nhầm lẫn giữa các vật gắn chip RFID là rất thấp, chỉ khoảng 1 trên 4 tỷ.
Công nghệ RFID mang lại độ bảo mật và an toàn cao cho các thiết bị ứng dụng Một trong những ứng dụng tiêu biểu của công nghệ này là ngăn chặn mất trộm hàng hóa trong siêu thị Các chip RFID (tag) được gắn vào hàng hóa, trong khi thiết bị Reader và anten được lắp đặt ở cửa kiểm soát Khi một sản phẩm chưa được tháo chip đi qua cửa kiểm soát, thiết bị Reader sẽ nhanh chóng nhận diện và phát cảnh báo.
Một ứng dụng nổi bật của công nghệ RFID là trong sản xuất khóa chống trộm xe máy, mang lại lợi ích to lớn Việc tích hợp công nghệ này vào khóa chống trộm giúp ngăn chặn hiệu quả các tên trộm tinh vi nhất.
Chuẩn truyền UART
UART là một công nghệ quan trọng giúp chuyển đổi giữa dữ liệu nối tiếp và song song Nó thực hiện việc chuyển đổi dữ liệu song song từ bus hệ thống thành dữ liệu nối tiếp để truyền tải Ngược lại, UART cũng chuyển đổi dữ liệu nhận được từ dạng nối tiếp về dạng song song, cho phép CPU đọc dữ liệu vào bus hệ thống.
UART của PC hỗ trợ hai kiểu giao tiếp: giao tiếp đồng thời và không đồng thời Giao tiếp đồng thời cho phép UART gửi và nhận dữ liệu cùng một lúc, trong khi giao tiếp không đồng thời chỉ cho phép một thiết bị truyền dữ liệu tại một thời điểm, với tín hiệu điều khiển quyết định thiết bị nào được quyền truyền Giao tiếp không đồng thời thường xảy ra khi hai thiết bị chia sẻ một đường dẫn hoặc khi có hai đường dẫn nhưng chỉ một đường được sử dụng cho giao tiếp tại cùng một thời điểm.
UART không chỉ hỗ trợ đường dữ liệu mà còn tích hợp các tín hiệu điều khiển như RTS, CTS, DTR, DCR, RT và CD theo chuẩn RS232 Điều này giúp các chương trình gửi và nhận dữ liệu một cách thuận tiện trong định dạng không.
Trong hệ thống PC, hệ điều hành và ngôn ngữ lập trình hỗ trợ lập trình kết nối mà không cần hiểu chi tiết về cấu trúc UART Để thiết lập liên kết, ứng dụng chọn tần số dữ liệu hoặc cổng truyền thông Khi gửi 1 byte, ứng dụng ghi vào bộ đệm truyền của cổng đã chọn, và UART sẽ truyền dữ liệu này từng bít một, bao gồm bít Start, bít Stop và bít chẵn lẻ nếu cần Byte nhận được sẽ tự động lưu trữ trong bộ đệm, và UART sử dụng ngắt để thông báo cho CPU và ứng dụng về dữ liệu đang nhận và các sự kiện khác.
Tình hình quản lý thú cưng trên thế giới
Kiểm soát thú nuôi ở các nước phương Tây không phải là vấn đề mới, với đạo luật về chó đầu tiên được ban hành vào năm 1992 Các quy định này không chỉ không gây phiền hà cho người chủ, mà còn nâng cao trách nhiệm của họ trong việc chăm sóc thú cưng, biến chúng thành "người bạn nhỏ" trong gia đình.
Phạt tiền lên tới con số trăm triệu đồng chỉ vì không đeo thẻ tên cho chó
Tại Vương quốc Anh, theo lệnh Kiểm soát Chó năm 1992, mọi chú chó, không phân biệt tuổi tác hay giống loài, đều phải được chủ sở hữu trang bị thẻ tên với đầy đủ thông tin cần thiết.
"cá nhân" như: tên, địa chỉ và số điện thoại liên lạc của chủ
Một chú chó lang thang không đeo biển tên sẽ khiến chủ nhân bị phạt lên tới 5.000 bảng Anh, tương đương khoảng 151 triệu VNĐ Đây là một khoản tiền lớn, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đăng ký và gắn thẻ cho thú cưng.
Kể từ ngày 6 tháng 4 năm 2016, chính phủ Anh đã ban hành đạo luật yêu cầu tất cả các chủ nuôi chó phải đưa thú cưng của mình đến cơ sở để gắn microchip Đây là phương pháp hiện đại nhất để lưu giữ thông tin và theo dõi chó, giúp 8,5 triệu con chó ở Anh có khả năng tìm về với chủ nếu bị lạc Quy định này không chỉ nâng cao khả năng tái hợp mà còn đơn giản hóa công tác quản lý chó tại xứ sở xương mù.
Công nghệ microchip không chỉ lưu trữ thông tin cá nhân của chủ chó mà còn bảo quản các yếu tố y tế quan trọng như tiêm phòng bệnh dại và thời hạn hiệu lực của vaccine trong hệ thống dữ liệu của chính phủ.
Hình 2.8 Anh Quốc: quản lý chó bằng công nghệ chip với kích cỡ siêu nhỏ chỉ bằng hạt gạo
Chó cũng phải có thẻ căn cước cá nhân… như người
Các quốc gia như Mỹ, Canada, Đan Mạch và Úc đều áp dụng phương pháp quản lý chó tương tự như cách quản lý công dân, đó là sử dụng thẻ căn cước cá nhân.
Tại Mỹ, hầu hết các tiểu bang và thành phố đều cấp thẻ căn cước cho chó, với thời hạn thẻ không vượt quá thời gian hiệu lực của các vacxin phòng dại và các bệnh nguy hiểm khác Điều này đảm bảo chỉ những chú chó khỏe mạnh mới được phép ra đường Để giảm tình trạng quá tải động vật, một số khu vực có chính sách giảm lệ phí cấp phép cho những chú chó đã được thiến, vĩnh viễn không còn khả năng sinh sản.
Hình 2.9 Đăng kí cá nhân và thẻ tên là hai “giấy tờ tùy thân” không thể thiếu của mọi chú chó phương Tây
“Đẩy lùi bệnh dại” là phương châm tiên quyết!
Tất cả chó đều cần tiêm phòng bệnh dại, điều này là cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng Trước khi vắc xin phòng bệnh dại được phát minh bởi Louis Pasteur vào năm 1885, hàng nghìn người đã phải đối mặt với cái chết đau đớn do bệnh này Những triệu chứng như cơn đau dữ dội và miệng sùi bọt mép là những gì người bệnh phải trải qua, điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tiêm phòng để ngăn ngừa bệnh dại.
9 ngày nếu mắc bệnh dại
Dựa trên công thức vắc xin phòng bệnh dại của bác sĩ Paster, các nhà khoa học đã phát triển nhiều loại vắc xin mới cho cả động vật và con người Tuy nhiên, để điều trị bệnh hiệu quả, cần tiêm phòng dại cho tất cả chó từ khi còn nhỏ Tại Mỹ, có nhiều tổ chức cung cấp tiêm phòng miễn phí cho chó; bạn chỉ cần tìm kiếm từ khóa “Free rabies shots” trên Google để biết địa điểm gần nhất.
Hình 2.10 Tại phương Tây, quy định tiêm phòng dại cho mọi chú chó khiến cho cả khổ chủ lẫn người-bị-cắn yên tâm hơn phần nào
Nếu chó không được tiêm phòng bệnh dại thì người chủ sẽ chịu khoản tiền phạt lên tới
Nếu không đưa chó đi tiêm phòng, chủ nuôi sẽ phải chịu mức phạt lên đến 1000 USD (khoảng 23 triệu đồng) cho lần vi phạm đầu tiên, và nếu tái phạm, mức phạt sẽ tiếp tục tăng thêm 1000 USD Mỗi địa phương có quy định hình phạt khác nhau, nhưng nhìn chung, việc không tiêm phòng cho thú cưng có thể dẫn đến chi phí rất lớn.
Riêng việc đeo rọ mõm là không bắt buộc
Tại các nước phương Tây, việc đeo rọ mõm cho chó không phải là quy định bắt buộc, mà phụ thuộc vào từng trường hợp cụ thể Chủ nuôi sẽ quyết định có nên đeo rọ mõm cho chó của mình hay không, đặc biệt là với những chú chó hung dữ, hay những "cô" chó cáu bẳn trong thời kỳ mang bầu, hoặc khi chúng có dấu hiệu ốm yếu Việc đeo rọ mõm trong những tình huống này là cần thiết để đảm bảo an toàn cho cả chó và những người xung quanh.
Nhiều người tin rằng việc bắt buộc đeo rọ mõm cho chó là cần thiết, nhưng những người yêu động vật thường cho rằng chó của họ rất hiền lành và thân thiện Họ cảm thấy có thể kiểm soát những tình huống "cắn bừa" hiếm hoi chỉ bằng việc sử dụng dây dắt.
Hình 2.11 Một vote Pitbull luôn đeo rọ mõm nhé, dù là trông thân thiện đến mấy…
Dây dắt lại là vật "bất ly thân" của mọi chú chó
Hình 2.12 Hình ảnh chủ với chó chạy với nhau như hai người bạn chắc bạn chỉ gặp ở
Tại các quốc gia phát triển, việc sử dụng dây dắt cho chó khi ra ngoài là rất quan trọng đối với những người yêu chó Tại các bang lớn của Mỹ như L.A và California, có nhiều biển báo nhắc nhở “keep your dog on the leash” (Phải dùng dây dắt cho mọi chú chó) Ở Anh, luật Public Spaces Protection Orders (PSPOs) quy định rằng chủ chó có thể bị phạt lên tới 1.000 bảng Anh (khoảng 30 triệu VNĐ) nếu chó của họ được thả rông và gây hư hại đến cảnh quan đô thị và môi trường công cộng.
Những biển báo quy định cấm thả rông chó nơi công cộng được treo khắp các đường phố phương Tây
Một số trường hợp đặc biệt như chó cảnh sát, chó cứu hộ, chó chăn cừu, chó dẫn đường cho người mù và chó tham gia trình diễn nghệ thuật không bắt buộc phải đeo vòng cổ hay có dây dắt Mặc dù vẫn có người quản lý, nhưng những chú chó này có thể hoạt động mà không cần tuân theo quy định thông thường về việc sử dụng vòng cổ và dây dắt.
Để đảm bảo an toàn cho chó khi đi dạo, chủ nuôi cần trang bị đầy đủ dây dắt và vòng cổ cho thú cưng Tại các công viên lớn trong thành phố, vào buổi chiều, nhiều người thường dẫn chó đi dạo, cho phép chúng thoải mái nô đùa trên bãi cỏ và chạy nhảy mà không lo lắng, nhờ vào việc chuẩn bị các biện pháp bảo hộ cần thiết.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Bài toán thiết kế
Mỗi thú cưng sẽ được gắn thẻ RFID riêng biệt chứa hồ sơ của chúng trong cơ sở dữ liệu Khi thẻ RFID được quét, hệ thống sẽ so sánh mã thẻ với mã đã cài đặt sẵn và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu qua wifi Tại đây, hồ sơ thú cưng sẽ được truy cập, bao gồm thông tin cơ bản như loại, giống, giới tính và ngày nhập, cùng với bảng tiến trình nuôi Người dùng chỉ cần sử dụng điện thoại Android tích hợp công nghệ RFID để quét thẻ, từ đó thông tin thú cưng sẽ được gửi lên Web server, giúp người dùng dễ dàng quản lý thông tin của thú cưng.
Trên thẻ của mỗi thú cưng, thông tin cá nhân sẽ được lưu trữ và gửi qua module sim đến chủ sở hữu Điều này đặc biệt hữu ích khi cơ quan thú y thành phố bắt gặp một con chó đi lạc.
Thiết kế
Từ yếu tố quan trọng của việc thiết kế sơ đồ khối, nên ta phải xây dựng một sơ đồ khối sát với yêu cầu thực tế
Hệ thống RFID cho thú cưng có thể triển khai quy mô lớn, chỉ cần lắp đặt bộ đọc và xử lý Việc thay đổi hồ sơ trở nên đơn giản với thao tác quẹt thẻ và cập nhật trên web server Nhờ vào việc truyền nhận dữ liệu qua internet, người dùng có thể truy cập hồ sơ thú cưng từ bất kỳ đâu, không cần phải ở nhà Hệ thống này giúp quản lý thông tin thú cưng hiệu quả, hỗ trợ quy trình chăm sóc và giải quyết các vấn đề như tiêm phòng và chó thả rông.
Sơ đồ khối
3.3.1 Sơ đồ khối hệ thống
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống
3.3.1.1 Khối xử lý trung tâm
Lựa chọn khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm là thành phần quan trọng trong hệ thống IoT, có nhiệm vụ nhận và xử lý dữ liệu, đồng thời xuất lệnh điều khiển cho các thiết bị Việc lựa chọn khối xử lý phù hợp là cần thiết để đảm bảo tốc độ xử lý và hỗ trợ các giao tiếp ngoại vi như Bluetooth, WiFi và bộ xử lý âm thanh Kit Arduino và Raspberry Pi 3 được ưa chuộng nhờ vào sự nhỏ gọn, linh hoạt và tính chất mã nguồn mở, giúp người thiết kế dễ dàng tiếp cận và phát triển.
Bảng 3.1 So sánh tổng quan hỗ trợ phần cứng của Arduino và Raspberry Pi 3
Hỗ trợ Arduino Raspberry Pi 3
Kết nối wifi, bluetooth Không Có
Hệ điều hành Không Linux
Ngõ vào analog Có Không
Ngõ ra âm thanh analog Không Có
Arduino không hỗ trợ phần cứng kết nối WiFi mà phải sử dụng module ESP8266, trong khi Raspberry Pi 3 có khả năng kết nối WiFi tích hợp Hệ thống yêu cầu tính nhỏ gọn, dễ di chuyển, không cần nhiều chức năng, giá thành thấp và dễ sử dụng.
Arduino chạy trên mọi hệ điều hành Window, linux, IOS Vì thế Arduino tuyệt hơn để phát triển các ứng dụng
Bộ xử lý trung tâm Arduino mang lại sự dễ dàng và thân thiện cho người dùng, không yêu cầu kiến thức chuyên môn sâu về điện tử Trong quá trình sử dụng, nếu gặp lỗi, người dùng có thể dễ dàng sửa chữa.
Arduino nổi bật là lựa chọn hàng đầu cho nhóm, giúp giảm thiểu công việc liên quan đến phần cứng Hơn nữa, cộng đồng nhúng phong phú cung cấp nhiều tài liệu tham khảo, hỗ trợ nhóm thực hiện đồ án một cách hiệu quả.
Khối xử lý trung tâm có chức năng kết nối Internet qua Wifi, đồng thời kết nối với bộ đọc thẻ để lấy giá trị thẻ và gửi dữ liệu lên webserver Dựa trên kiến thức đã được trang bị và các đặc tính phù hợp, tôi đã lựa chọn module nodeMCU v1.0 Lua cho dự án này.
NODEMCU v1.0 Lua là một nền tảng phát triển dựa trên chip Wifi SoC ESP8266, tích hợp nhiều tính năng như GPIO, PWM, I2C, 1-wire và ADC Với khả năng truy cập wifi dễ dàng, NODEMCU v1.0 rất phù hợp cho các ứng dụng thu thập dữ liệu, điều khiển qua wifi và các ứng dụng IoT khác.
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý của khối xử lý trung tâm
Mạch Arduino Nano CH340 có kích thước nhỏ gọn và thiết kế tương đương với Arduino Nano chính hãng, nhưng sử dụng chip CH340 để tiết kiệm chi phí Arduino Nano là phiên bản nhỏ gọn của Arduino Uno R3, sử dụng MCU ATmega328P-AU, cho phép chạy mọi chương trình từ Arduino Uno Một ưu điểm nổi bật của Arduino Nano là có thêm 2 chân Analog A6 và A7 nhờ vào việc sử dụng phiên bản IC dán.
Thiết kế theo đúng chuẩn chân, kích thước của Arduino Nano chính hãng
IC nạp và giao tiếp UART: CH340 Điện áp cấp: 5VDC cổng USB hoặc 6-9VDC chân Raw
Mức điện áp giao tiếp GPIO: TTL 5VDC
Số chân Digital: 14 chân, trong đó có 6 chân PWM
Số chân Analog: 8 chân (hơn Arduino Uno 2 chân)
Flash Memory: 32KB (2KB Bootloader)
3.3.1.1.3 Kết nối arduino với máy tính
Kết nối Arduino vào máy tính
Hình 3.4: Kết nối máy tính với arduino
Chuẩn kết nối của máy tính và Arduino là chuẩn UART
Thẻ RFID có chức năng lưu trữ thông tin của thú cưng như tên, giống loài, cân nặng, ngày giờ tiêm phòng …vv…
RFID tag nhỏ gọn, đeo được lên thú cưng
RFID tag không mang năng lượng
RFID tag đủ dung lượng để chứa đầy đủ thông tin được lưu trữ
Tần số cao (High Frequency) - HF: 13.56 Mhz
3.3.1.2.1 Thẻ RFID chủ động (RFID Active Tag):
Hệ thống thẻ RFID chủ động sử dụng thẻ Tag RFID tự tạo năng lượng để phát sóng tín hiệu liên tục, thường được dùng như "đèn hiệu" theo dõi vị trí tài sản theo thời gian thực, đặc biệt trong môi trường di chuyển nhanh như trạm thu phí tự động So với thẻ RFID bị động, thẻ chủ động cho phép khoảng cách đọc xa hơn nhưng có chi phí cao hơn Tuy nhiên, nó được ứng dụng rộng rãi trong kiểm soát ra vào, theo dõi tài liệu, chấm công, quản lý chuỗi phân phối và nhãn thông minh Với ưu thế chi phí thấp, thẻ RFID chủ động là lựa chọn phổ biến trong nhiều hệ thống quản lý tự động hóa.
Hình 3.16: Thẻ RFID chủ động
Thẻ RFID chủ động có khả năng tự phát tín hiệu nhờ vào nguồn năng lượng tích hợp, giúp khoảng cách đọc và dung lượng bộ nhớ lớn hơn so với thẻ RFID thụ động Để đạt được hiệu suất tối ưu này, thẻ RFID chủ động yêu cầu một nguồn điện mạnh hơn và thường được trang bị pin có tuổi thọ cao, cho phép hoạt động trong vài năm trước khi cần thay thế.
Hiện nay, trên thị trường có hai loại thẻ tag RFID chủ động là Transponder và Beacons Transponder RFID chủ động chỉ phát tín hiệu khi ở trong vùng phát sóng của đầu đọc, giúp tiết kiệm pin khi không nằm trong vùng phủ sóng Loại thẻ này thường được sử dụng trong các ứng dụng kiểm soát ra vào bảo mật cao và hệ thống thanh toán thu phí xe.
Thẻ tag RFID chủ động được sử dụng như đèn báo (beacons) để truyền thông tin nhận dạng theo chu kỳ thời gian đã định nghĩa, cho phép đầu đọc RFID xác định vị trí của thẻ Loại thẻ này thường được áp dụng trong hệ thống kiểm soát vị trí thời gian thực (RTLS), phổ biến trong siêu thị và chuỗi phân phối Với khả năng đọc xa lên đến 100 mét, thẻ tag RFID chủ động còn rất thích hợp cho các ứng dụng ngoài trời.
Hình 3.17: Thẻ RFID chủ động
Thẻ tag RFID chủ động được thiết kế để hoạt động trong các môi trường khắc nghiệt, thường được bảo vệ bởi vỏ cứng bên ngoài Do tích hợp pin năng lượng, mạch điện tử và các thành phần gia cố, thẻ RFID chủ động thường có kích thước lớn hơn so với thẻ RFID thụ động Ngoài ra, một số loại thẻ này còn được trang bị cảm biến để theo dõi và đo đạc các thông số môi trường.
3.3.1.2.1 Thẻ RFID thụ động (RFID Passive Tag):
Thẻ RFID thụ động khác với thẻ RFID chủ động ở chỗ không có nguồn năng lượng riêng Mỗi thẻ RFID thụ động bao gồm một microchip và một ăng ten, thường được gọi chung là RFID Inlay Như tên gọi đã chỉ rõ, thẻ RFID thụ động cần được kích hoạt bởi sóng từ đầu đọc RFID Khi thẻ RFID nằm trong vùng tương tác, ăng ten của thẻ sẽ nhận năng lượng từ sóng phát ra, cho phép nó hoạt động.
Khi con chip của thẻ RFID tag được nạp năng lượng, nó sẽ phát tín hiệu qua ăng ten của đầu đọc RFID, tạo ra mã hóa thông tin Để quá trình này diễn ra, ăng ten của đầu đọc và RFID tag cần ở trong khoảng cách vài mét, nhưng khoảng cách đọc còn phụ thuộc vào tần số truyền sóng, cấu hình thiết bị và các yếu tố môi trường bên ngoài.
Hình 3.18: Thẻ RFID thụ động
Thẻ RFID thụ động nói chung hoạt động theo 3 tần số riêng biệt như sau:
Tần số thấp (Low Frequency) - LF: 125 - 134 Khz
Tần số cao (High Frequency) - HF: 13.56 Mhz
Tần số rất cao (Ultra High Frequency) - UHF: 856 - 960 Mhz
Khi tần số sóng radio tăng, khả năng xuyên qua chất lỏng và kim loại sẽ giảm, nhưng khoảng cách đọc thẻ RFID thường tăng lên Gần đây, công nghệ nhận dạng đã có nhiều cải tiến, với một số thẻ RFID UHF chuyên biệt có khả năng hoạt động hiệu quả xung quanh chất lỏng và trên bề mặt kim loại, giảm thiểu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất đọc.
Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.34: Sơ đồ nguyên lý mạch gửi thông tin lên webserver
THI CÔNG
Thi công
4.1.1.1 Thiết kế hệ thống ghi đọc và gửi dữ liệu RFID tag
4.1.1.1.1 Lưu đồ lưu thông tin và gửi thông tin từ thẻ RFID
Hình 4.1: Lưu đồ lưu thông tin và gửi thông tin từ thẻ RFID
4.1.1.1.2 Kết nối bộ xử lý trung tâm
Bước 1: Kết nối Arduino vào máy tính
Hình 4.2: Kết nối máy tính với arduino
Bước 2: Tìm cổng kết nối của Arduino với máy tính
Khi kết nối Arduino Uno R3 với máy tính, nó sử dụng cổng COM (cổng dữ liệu ảo) để truyền tải dữ liệu giữa máy tính và bo mạch Windows hỗ trợ quản lý lên đến 256 cổng COM Để xác định cổng COM đang được sử dụng cho giao tiếp giữa máy tính và Arduino, bạn cần mở chức năng Device Manager trên Windows.
Hình 4.4: Kết nối cổng com
Cổng kết nối ở đây là COM3
Trong các lần kết nối tiếp theo, Windows sẽ tự động sử dụng cổng COM3, do đó bạn không cần phải thực hiện thêm thao tác tìm kiếm cổng COM này nữa.
Bước 3: Khởi động Arduino IDE
Hình 4.5: Khởi động phần mềm arduino
Bước 4: Cấu hình phiên làm việc cho Arduino IDE Vào menu Tools -> Board -> chọn Arduino nano
Vào menu Tools -> Serial Port -> chọn cổng Arduino đang kết nối với máy tính Ở máy của mình là COM3
Xác nhận cổng COM của Arduino IDE ở góc dưới cùng bên phải cửa sổ làm việc
Hình 4.8: Đã kết nối cổng COM
Vào menu Tools -> Programmer -> chọn AVR ISP
Hình 4.9: Chọn ngôn ngữ lập trình
Bước 5: Mở và nạp mã nguồn chương trình mẫu
Nạp một chương trình mẫu bằng cách vào menu File -> Examples -
Hình 4.10: Ví dụ đã kết nối chương trình
Arduino IDE sẽ hiển thị một cửa sổ mới với mã nguồn Blink, có nhiệm vụ điều khiển đèn LED màu cam trên mạch Arduino Nano nhấp nháy với chu kỳ 1 giây.
Hình 4.11: Ví dụ chương trình kết nối arduino
Hình 4.12: Kết quả sau khi nạp chương trình
4.1.1.1.3 Các bước thiết kế giao diện đọc ghi thông tin
4.1.1.1.3.1 Lưu đồ chi tiết ghi và gửi thông tin lên thẻ RFID
Khởi tạo bộ đọc thẻ RFID
Kiểm tra thẻ, đưa mã thẻ từ nhà sản xuất thành mã thẻ của mình để ghi thông tin lên thẻ
Máy tính nhập thông tin vật nuôi và lưu lên thẻ
Bước 1: Cài đặt ứng dụng visual studio, lên trang chủ https:// visualstudio.microsoft.com, chọn phiên bản visual studio community
Bước 2: Khởi động visual studio
Hình 4.14: Giao diện visual studio
Bước 3: Tạo project mới, Vào File -> New project ->Visual C#-> Window Forms App
Bước 4: Thiết kế giao diện
Hình 4.16: Giao diện sau khi thiết kế
Bước 5: Lập trình thiết kế
Hình 4.17: Giao diện lập trình C
Hướng dẫn chức năng của giao diện:
Hình 4.18: Hướng dẫn chức năng của giao diện
Hình 4.19: Khi đã được kết nối
4.1.1.1.4 Các bước đọc dữ liệu gửi tin nhắn đến điện thoại
4.1.1.1.4.1 Gửi thông tin đến chủ thú cưng
Hình 4.20: Gửi thông tin thẻ đến chủ thú cưng
Bước 1: Áp sát thẻ lên đầu đọc RFID
Hình 4.21: Hệ thống gửi tin nhắn đến chủ thú cưng
Khởi tạo bộ đọc thẻ RFID
Kiểm tra thẻ, đưa mã thẻ từ nhà sản xuất thành mã thẻ của mình để ghi thông tin lên thẻ
Máy tính nhập thông tin vật nuôi và lưu lên thẻ
Module sim nhận nhiệm vụ, lấy thông tin số điện thoại từ thẻ và nhắn tin đến người chủ vật nuôi
Hình 4.22: Vòng cổ cho thú cưng
Nội dung tin nhắn được gửi đến chủ của thú cưng
Hình 4.23: Tin nhắn gửi từ module sim
4.1.1.2 Thiết kế hệ thống ghi đọc và gửi dữ liệu RFID tag lên web server
Hình 4.24: Lưu đồ gửi dữ liệu lên webserver
4.1.1.2.2.2 Lưu đồ chi tiết gửi dữ liệu lên webserver
Khai báo thư viện, khai báo các thư viện css
Khởi tạo heading menu và khai báo đường dẫn cho từng danh sách trong menu
Khởi tạo giao diện: tên trường, hình ảnh, logo
Kết thúc khởi tạo trang chủ
Khởi tạo giao diện: tên trang đăng nhập, khung điền tên đăng nhập, mật khẩu
Tạo nút nhấn xác nhận, kiểm tra so sánh thông tin đăng nhập Nút nhấn làm làm lại để nhập lại
Kiểm tra mật khẩu đúng chuyển đến trang thông tin Sai yêu cầu nhập lại
Kết thúc khởi tạo trang đăng nhập
Hình 4.26: Lưu đồ giải thuật trang đăng nhập
Khai báo thư viện, khai báo các thư viện css
Khởi tạo heading menu và khai báo đường dẫn cho từng danh sách trong menu
Khởi tạo giao diện: tên trường, hình ảnh, logo
So sánh mã thẻ, kết nối đến cơ sở dữ liệu và lấy các dữ liệu để hiển thị
Tạo khung hiển thị dữ liệu
Tạo các tùy chọn thêm mới, sửa, xóa
KHAI BÁO CÁC THƯ VIỆN
Khai báo thư viện, khai báo các thư viện css
Khởi tạo heading menu và khai báo đường dẫn cho từng danh sách trong menu
Khởi tạo giao diện: tên trường, hình ảnh, logo
Tạo form hiển thị các nội dung thông tin về người liên quan đến đồ án
Kết thúc khởi tạo trang về chúng tôi
Hình 4.28: Lưu đồ giải thuật trang giới thiệu
4.1.1.2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống webserver
Bước 1: Sử dụng cáp để kết nối mạch với máy tính
Hình 4.29 Kết nối phần cứng với máy tính
Bước 2: Mở phần mềm lập trình, thay đổi tên và mật khẩu Wifi cần kết nối Tiến hành biên dịch và nạp chương trình vào phần cứng
Sau khi hoàn tất quá trình nạp, hãy mở cửa sổ serial để kiểm tra kết nối của hệ thống Nếu kết nối thành công, bạn sẽ thấy địa chỉ IP của phần cứng hiển thị.
Hình 4.31: Thông báo quá trình kết nối wifi
Bước 4: Truy cập vào trang web qua tên miền https://quanlythucung.000webhostapp.com/index.php và chọn tab xem thông tin Tại đây, người dùng cần đăng nhập vào tài khoản hệ thống để đảm bảo tính bảo mật.
Trang web đã được thiết kế và thi công có tên miền cụ thể là:
Hình 4.32: Giao diện trang chủ
Hình 4.33 Giao diện đăng nhập quản trị
Sau khi đăng nhập thành công ta sẽ thấy được giao diện hồ sơ thú cưng
Hình 4.34: Giao diện hồ sơ thú cưng
Bước 5: Ta tiến hành đưa thẻ RFID vào mạch đọc và theo dõi việc gửi dữ liệu lên webserver qua cửa sổ Serial
Hình 4.35: Hệ thống gửi dữ liệu lên webserver
Bước 6: Tải lại trang web để hiển thị hồ sơ vật nuôi liên kết với thẻ RFID trên giao diện Tại đây, người dùng có thể chỉnh sửa, thêm hoặc xóa hồ sơ thú cưng theo nhu cầu.
Hình 4.36: Giao diện hồ sơ thú cưng
Hình 4.37 Thông tin liên hệ
4.1.1.2.4 Thông tin đọc lên điện thoại NFC
Bước 1: Tải phần mềm NFC tools trên điện thoại android có tích hợp NFC
Hình 4.38: Giao diện app NFC
Bước 2: Vào write để chọn ghi thông tin trang web lên thẻ
Hình 4.39: Giao diện app NFC
Bước 3: Chọn add a record, giao diện hiển thị như hình sau
Bước 4: Nhập trang web chứa thông tin vào
Hình 4.41: Giao diện app NFC Bước 5: Kết quả thực hiện
Hình 4.42: Kết quả đạt được
Hình 4.43: Đóng gói sản phẩm
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Qua quá trình nghiên cứu đề tài “Hệ thống quản lý thú cưng thông minh”, chúng tôi đã tích lũy nhiều kinh nghiệm về thiết kế và thi công mạch, cũng như hiểu rõ hơn về hoạt động của thẻ RFID Chúng tôi đã nắm bắt kiến trúc cơ sở dữ liệu và giao diện website, quan trọng nhất là kết nối tất cả để tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh Đề tài đã đạt được mục tiêu xây dựng hệ thống quản lý thú cưng thông minh, góp phần giúp công việc của con người trở nên dễ dàng và tiện lợi hơn, từ đó nâng cao năng suất làm việc và hỗ trợ đất nước trong sứ mệnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa Đây cũng là nền tảng để phát triển thành một hệ thống lớn, phát huy sức mạnh của Internet Of Things, hướng tới nền công nghiệp 4.0 đang đến gần.
Quá trình lưu trữ và đọc dữ liệu trên thẻ RFID đã đạt kết quả tốt, với việc truyền nhận dữ liệu từ máy tính xuống thẻ diễn ra ổn định Tuy nhiên, do dung lượng bộ nhớ hạn chế, cần phát triển một thẻ RFID chuyên dụng hơn Đề tài "Hệ thống quản lý thú cưng thông minh" đã hoàn thành nhưng còn hạn chế, đặc biệt là việc chưa có cơ cấu để thêm thẻ mới mà cần can thiệp vào chương trình Để cải thiện, cần nghiên cứu cơ cấu thêm thẻ mới và tích hợp vào việc điều khiển các khu chuồng chăn nuôi, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý và năng suất lao động trong chăn nuôi.
