1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

(Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát

75 22 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Xây Dựng Hệ Thống Camera Giám Sát
Tác giả Trần Hoàng Gia, Nguyễn Vũ Thái Hoàng
Người hướng dẫn ThS. Lê Minh
Trường học Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hcm
Chuyên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính
Thể loại Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản 2015
Thành phố Tp. Hồ Chí Minh
Định dạng
Số trang 75
Dung lượng 3,2 MB

Cấu trúc

  • Chương 1 TỔNG QUAN (15)
    • 1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay (15)
    • 1.2 Tính cấp thiết của đề tài (15)
    • 1.3 Mục tiêu đề tài (16)
    • 1.4 Đối tượng nghiên cứu (16)
    • 1.5 Phạm vi nghiên cứu đề tài (16)
    • 1.6 Phương phh́áp nghiên cứu (17)
    • 1.7 Bố cục của báo cáo (17)
  • Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT (18)
    • 2.1 Kit Raspberry (18)
    • 2.2 Động cơ Servo (22)
    • 2.3 Camera (28)
    • 2.4 Mạng máy tính (30)
  • Chương 3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG (40)
    • 3.1 Mô hình hệ thống (40)
    • 3.2 Chức năng phần cứng (41)
    • 3.3 Sơ đồ khối và chức năng từng khối (42)
    • 3.4 Lựa chọn phần cứng (43)
  • Chương 4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM (47)
    • 4.1 Chương trình trên máy tính (47)
      • 4.1.1 Nhiệm vụ của chương trình (47)
      • 4.1.2 Lưu đồ hoạt động (48)
    • 4.2 Chương trình trên kit (51)
      • 4.2.1 Nhiệm vụ chương trình (51)
      • 4.2.2 Lưu đồ hoạt động (52)
  • Chương 5 KẾT QUẢ (54)
    • 5.1 Sản phẩm (54)
    • 5.2 Hoạt động của hệ thống (55)
    • 5.3 Ưu và nhược điểm của hệ thống (57)
  • Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN (58)
    • 6.1 Kết luận (58)
    • 6.2 Hướng phát triển (58)
  • PHỤ LỤC (59)

Nội dung

TỔNG QUAN

Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay

Camera là thiết bị thiết yếu trong lĩnh vực an ninh và giám sát, với khả năng hoạt động độc lập và linh động cao Sự phát triển của công nghệ đã dẫn đến sự tiến bộ không ngừng của các hệ thống Camera giám sát, trải qua ba thế hệ khác nhau Thế hệ đầu tiên sử dụng Camera tương tự CCTV, nơi tín hiệu hình ảnh được truyền về trung tâm để xuất hình hoặc lưu trữ trên băng từ.

Thế hệ thứ hai của công nghệ đã chứng kiến sự phát triển với sự xuất hiện của các thiết bị số trung tâm, cho phép truyền tải và phân tích dữ liệu hình ảnh tự động theo thời gian thực Hệ thống này có khả năng đưa ra cảnh báo dựa trên phân tích tự động từ dữ liệu thu thập được từ các camera.

Thế hệ thứ ba của mạng giám sát hiện nay đã thay thế hoàn toàn các camera analog bằng camera số, cho phép truyền dữ liệu hình ảnh dưới dạng video đã được nén Điều này không chỉ tối ưu hóa băng thông mà còn tận dụng hiệu quả hạ tầng mạng IP như Ethernet và Wireless LAN.

Hiện nay, camera thông minh không chỉ đơn thuần là thiết bị ghi hình mà còn được tích hợp với các hệ thống an ninh khác như báo cháy, báo gas, báo động chống trộm và báo động chuyển động Sự phát triển của camera thông minh dự báo sẽ tạo ra sự cạnh tranh mạnh mẽ với các sản phẩm an ninh riêng lẻ trên thị trường.

Tính cấp thiết của đề tài

Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, dây chuyền sản xuất tự động hiện đại đang thay thế lao động chân tay, dẫn đến việc giám sát quản lý cũng trở nên tự động hóa nhờ vào hệ thống camera Nhu cầu về hệ thống camera an ninh và giám sát ngày càng tăng cao, thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực này.

Thị trường hiện nay cung cấp nhiều sản phẩm đa dạng về mẫu mã và chức năng Xu hướng phát triển của các dòng sản phẩm Camera chủ yếu tập trung vào sự linh hoạt và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động, nhằm nâng cao khả năng sử dụng của Camera.

Hệ thống camera đa năng cho phép kết nối từ xa qua điện thoại hoặc máy tính, đồng thời tích hợp nhiều loại cảm biến khác nhau để nâng cao hiệu quả giám sát.

Đề tài này nhằm thiết kế một hệ thống Camera kết nối với máy tính qua mạng, cho phép nhiều Camera truyền tín hiệu về một hệ thống máy tính để xử lý đồng thời.

Mục tiêu đề tài

Đề tài này nhằm mục đích thiết kế một hệ thống Camera giám sát với những tính năng:

 Kết nối đồng thời hai Camera

 Dữ liệu có thể được xử lý tập trung trên một máy chủ

 Từ máy chủ có thể chụp ảnh, ghi hình từ các Camera

 Máy chủ có thể điều khiển góc quay cho các Camera

 Giữa các Camera và máy chủ giao tiếp với nhau qua môi trường mạng

Đối tượng nghiên cứu

Đề tài này nghiên cứu chuyên sâu về an ninh và giám sát, tập trung vào cách thức hoạt động của hệ thống camera Nội dung sẽ hướng đến việc phát triển một ứng dụng mô phỏng, đáp ứng các yêu cầu cơ bản trong lĩnh vực an ninh và giám sát.

Phạm vi nghiên cứu đề tài

Với những hạn chế về thời gian và kiến thức, hiện tại, đề tài chỉ tập trung vào việc phục vụ cho mục đích học tập và nghiên cứu, đáp ứng các yêu cầu cụ thể của đề tài.

 Truyền hình ảnh từ Camera lên máy tính

 Chụp ảnh, lưu video trên máy tính

 Kết nối được đồng thời hai Camera

 Góc quay của Camera từ 0 o -180 o

Phương phh́áp nghiên cứu

Để thực hiện đề tài, người thực hiện đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

 Phương pháp tham khảo tài liệu

 Tham khảo các bài viết trong sách và e-book

 Tham khảo các bài viết trên mạng Internet

 Tham khảo các ví dụ trên các Website mã nguồn

 Phương pháp thực nghiệm và kiểm tra

Bố cục của báo cáo

Báo cáo bao gồm nhiều phần khác nhau với những nhiệm vụ riêng được trình bày trong từng phần với bố cục và nội dung như sau:

Chương này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về sự cần thiết và tính ứng dụng thực tiễn của đề tài, đồng thời nêu rõ các phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong quá trình tìm hiểu vấn đề.

 Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Nội dung, lý thuyết các đặc điểm cấu tạo của từng thiết bị được sử dụng trong đề tài sẽ được trình bày ở chương này.

 Chương 3 Thiết kế phần cứng

Chương này sẽ giới thiệu mô hình và các chức năng của hệ thống, từ đó đánh giá và lựa chọn thiết bị phù hợp cho việc thi công đề tài.

 Chương 4 Thiết kế phần mềm

Các đặc điểm hoạt động của hệ thống sẽ là cơ sở để thiết kế phần mềm, nhằm thực hiện các chức năng phù hợp với các mục tiêu đã đề ra.

Chương này chỉ rõ những kết quả đã đạt được, đưa ra những nhận xét về ưu và nhược điểm của hệ thống.

 Chương 6 Kết luận và hướng phát triển

Các kết quả hoạt động của hệ thống được tổng kết lại ở chương này, đồng thời đưa ra những hướng phát triển cho đề tài.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Kit Raspberry

Raspberry Pi là một máy tính đơn khối nhỏ gọn, được phát triển bởi Quỹ Raspberry Pi, một tổ chức phi lợi nhuận nhằm khuyến khích việc học tập khoa học máy tính trong trường học Bắt đầu từ năm 2006, Raspberry Pi đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, với phiên bản đầu tiên sử dụng vi điều khiển AVR Atmel ATmega644 Phiên bản sử dụng chip ARM đầu tiên có thiết kế giống như một chiếc USB, với cổng USB ở một đầu và HDMI ở đầu kia.

Raspberry Pi được sản xuất bởi ba nhà sản xuất OEM: Sony, Qsida và Egoman, và được phân phối chính qua các kênh như Element14, RS Components và Egoman Mục tiêu ban đầu của dự án Raspberry Pi là cung cấp một máy tính giá rẻ có khả năng lập trình dành cho sinh viên, nhưng sản phẩm này đã thu hút sự quan tâm từ nhiều nhóm người dùng khác nhau.

2.1.2 Đặc điểm Đặc tính của Raspberry Pi xây dựng xoay quanh bộ xử lí SoC Broadcom BCM2835 (là chip xử lí mobile mạnh mẽ có kích thước nhỏ hay được dùng trong điện thoại di động ) bao gồm CPU, GPU, bộ xử lí âm thanh /video, và các tính năng khác, tất cả được tích hợp bên trong chip có điện năng thấp này

Raspberry Pi không thể thay thế hoàn toàn hệ thống máy tính để bàn hoặc laptop, vì nó không hỗ trợ chạy Windows do sử dụng cấu trúc ARM BCM2835, không tương thích với mã x86/x64 Tuy nhiên, Raspberry Pi vẫn có thể hoạt động hiệu quả với hệ điều hành Linux, cho phép người dùng thực hiện các tác vụ như lướt web và sử dụng môi trường desktop.

Raspberry Pi là một thiết bị đa năng với phần cứng giá rẻ, lý tưởng cho các hệ thống điện tử và dự án DIY Nó cung cấp giải pháp tiết kiệm chi phí cho việc thiết lập hệ thống tính toán, giúp người dùng trải nghiệm và học lập trình một cách hiệu quả.

Raspberry Pi hiện có nhiều phiên bản khác nhau như model A, model B, model B+, Pi 2 và Computer Module, tất cả đều được phát triển dựa trên nền tảng bộ xử lý SoC Broadcom BCM2835.

Phiên bản Raspberry Pi 2 đã có sự cải tiến đáng kể so với các model trước, nhờ vào bộ xử lý ARMv7, cho phép nó chạy đầy đủ các hệ điều hành.

GNU ARM/Linux, bao gồm Snappy Ubuntu Core, cũng như Microsoft Window 10. Đó là điều mà bộ xử lý Broadcom BCM2835 không thể thực hiện được.

Bảng 2 1 So sánh cấu hình của Raspberry model B+ và Pi

GPU Broadcom VideoCore IV, OpenGL ES 2.0, MPEG-2 và VC-1

Ngõ ra Hỗn hợp RCA, HDMI(rev 1.3 & 1.4), xuất ra LCD thông qua DSI

Video 14 HDMI độ phân giải từ 640x350 đến 1920x1200 điều chỉnh theo

Ngõ ra Xuất ra ngõ 3.5 mm, HDMI

Kết nối 10/100Mbps Ethernet (RJ45) mạng

Ngoại vi 8 x GPIO, UART, I cấp thấp

Nguồn 5V qua cổng MicroUSB hoặc qua chân GPIO cấp

Kit Raspberry 45g là một thiết bị nhỏ gọn, hoạt động như một máy tính mini, lý tưởng cho việc nghiên cứu dự án và hỗ trợ học tập, khám phá.

Bộ xử lý SoC đóng vai trò quan trọng trong Kit Raspberry, với khả năng đáp ứng các yêu cầu của một thiết bị nhỏ gọn mà vẫn mang lại hiệu suất tương đương như một máy tính thực thụ.

Hình 2 1 Kit Raspberry Pi model B+

2.1.4 Hệ điều hành và phần mềm

Raspberry Pi sử dụng hệ điều hành dựa trên nhân Linux, trong đó Raspbian là phiên bản tối ưu hóa từ Debian, được thiết kế đặc biệt cho phần cứng của Raspberry Pi.

Pi Foundation đề nghị sử dụng.

In addition, the Raspberry Pi is capable of running various operating systems, including Linux distributions such as Raspbian, Pidora, and Archlinux, as well as OpenElec, XBMC, RetroPie, RISC OS, Plan 9, Firefox OS, Android, and Pipboy The Raspberry Pi 2 version also supports Ubuntu and Windows 10.

Bộ kit này cho phép cài đặt hệ điều hành Android, đặc biệt là phiên bản 4.0.3 do Broadcom phát triển, giúp thiết bị hoạt động hiệu quả với bộ xử lý Broadcom2835.

Raspberry Pi có khả năng chạy nhiều ứng dụng đa dạng như trình duyệt web, phần mềm nghe nhạc, xem phim, cũng như các công cụ lập trình như Python và QT Ngoài ra, nó cũng hỗ trợ bộ phần mềm văn phòng tương tự như các máy tính chạy hệ điều hành Linux.

Bộ kit Raspberry Pi, nhờ vào sự hỗ trợ từ một cộng đồng lớn, đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Ban đầu, mục tiêu của nó là tạo ra máy tính cho trẻ em, nhưng hiện nay, bộ kit này cũng thu hút sự quan tâm của sinh viên và kỹ sư.

Raspberry Pi có nhiều ứng dụng thực tế như xem phim, nghe nhạc và giải trí, nhưng mục đích chính của nó là phục vụ cho nghiên cứu, học tập và thiết kế các sản phẩm khoa học cũng như thiết bị ứng dụng trong đời sống hàng ngày.

Kit Raspberry có thể được dùng thực hiện các đề tài như:

 Xe tự hành, tránh vật cản

 Các thiết bị đo đạc nhiệt độ, độ ẩm và xử lý thông tin thu được

Động cơ Servo

2.2.1 Giới thiệu động cơ servo Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động cơ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được Việc thiết lập một hệ thống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng.

Động cơ servo được thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vòng kín, với tín hiệu ra kết nối đến mạch điều khiển Khi động cơ hoạt động, vận tốc và vị trí sẽ được gửi lại mạch điều khiển Nếu có bất kỳ trở ngại nào cản trở chuyển động, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận diện rằng tín hiệu ra chưa đạt yêu cầu, và mạch điều khiển sẽ điều chỉnh để động cơ đạt được độ chính xác mong muốn Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được ứng dụng rộng rãi trong các máy móc như máy tiện điều khiển bằng máy tính, cũng như trong mô hình máy bay và xe hơi Gần đây, động cơ servo còn được sử dụng trong các robot, tương tự như động cơ trong mô hình máy bay và xe hơi.

Động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến, hay còn gọi là động cơ servo R/C (radio-controlled), thực chất không được điều khiển trực tiếp bằng sóng vô tuyến Thay vào đó, động cơ servo được kết nối với máy thu vô tuyến trên các phương tiện như máy bay hoặc xe hơi, và nhận tín hiệu từ máy thu này Điều này cho thấy rằng việc điều khiển robot không nhất thiết phải sử dụng tín hiệu vô tuyến thông qua động cơ servo.

2.2.2 Cấu tạo và hoạt động của Servo

Một servo thông thường bao gồm 10 bộ phận

4 Dây tín hiệu (màu vàng hoặc trắng)

5 Dây mass ( màu đen hoặc nâu)

7 Trục đầu ra/ bánh răng

8 Vật đính kèm (bánh xe, cánh tay quay)

Hình 2 4 Cấu tạo bên trong của một động cơ servo

Hoạt động của động cơ servo kết hợp với vôn kế và mạch điều khiển tạo thành một mạch hồi tiếp vòng kín Cả hai bộ phận này đều sử dụng nguồn DC Để khởi động động cơ, tín hiệu số được gửi tới mạch điều khiển, qua đó động cơ sẽ quay thông qua chuỗi bánh răng kết nối với vôn kế Vị trí của trục vôn kế cho biết vị trí trục ra của servo, và khi đạt được vị trí mong muốn, mạch điều khiển sẽ tắt động cơ Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn, thường trong khoảng từ 90 độ đến 180 độ, thay vì quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước.

2.2.3 Servo và điều biến độ rộng xung

Trục của động cơ servo R/C được định vị thông qua kỹ thuật điều biến độ rộng xung (PWM), trong đó servo phản ứng với một chuỗi các xung số ổn định Cụ thể, mạch điều khiển nhận tín hiệu số với các xung thay đổi từ 1 đến 0, giúp điều chỉnh vị trí chính xác của trục động cơ.

Các xung điều khiển servo có chiều dài 2 ms và được gửi đi 50 lần mỗi giây Cần lưu ý rằng không phải số lượng xung trong một giây mà là chiều dài của các xung ảnh hưởng đến hoạt động của servo Servo yêu cầu khoảng 30 đến 60 xung mỗi giây; nếu số lượng xung quá thấp, độ chính xác và khả năng duy trì hoạt động của servo sẽ bị giảm.

Hình 2 5 Điều khiển vị trí trục của động cơ bằng cách điều chế độ rộng xung

2.2.4 Vai trò của Vôn kế trong Servo

Vôn kế trong servo đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí của trục ra Nó được lắp đặt trực tiếp trên trục ra, giúp cho vị trí của vôn kế phản ánh chính xác vị trí của trục ra trong hệ thống servo.

Vôn kế hoạt động bằng cách cung cấp một điện áp biến thiên cho mạch điều khiển, dẫn đến sự thay đổi điện thế khi cần thiết Mạch điều khiển trong servo sẽ so sánh điện thế này với độ dài các xung số đầu vào và phát ra "tín hiệu sai số" nếu điện thế không khớp Tín hiệu sai số này tỷ lệ thuận với độ lệch giữa vị trí của Vôn kế và độ dài tín hiệu đầu vào, từ đó mạch điều khiển sẽ sử dụng tín hiệu sai số để điều khiển quay động cơ.

Khi điện thế của Vôn kế và độ dài các xung số bằng nhau, tín hiệu sai số được loại bỏ và động cơ ngừng

Hình 2 6 Vai trò Vôn kế bên trong Servo

2.2.5 Các giới hạn quay của động cơ servo

Các servo có khả năng quay khác nhau khi nhận tín hiệu từ 1 – 2 ms Servo chuẩn thường được thiết kế để quay từ 90 độ đến 180 độ khi nhận đủ chiều dài xung Hầu hết các servo hiện nay có thể quay tối đa 180 độ hoặc gần 180 độ.

Khi cố gắng điều khiển servo vượt quá giới hạn cơ học, trục ra của động cơ có thể va chạm với vật cản bên trong, gây ra mài mòn hoặc lỏng lẻo cho các bánh răng Nếu tình trạng này kéo dài chỉ trong vài giây, bánh răng của động cơ sẽ bị hư hại nghiêm trọng.

2.2.6 Hệ thống truyền động bánh răng và truyền công suất Động cơ bên trong servo R/C quay khoảng vài ngàn vòng/phút Tốc độ này quá nhanh để có thể dùng trực tiếp lên mô hình máy bay, xe hơi hay robot Tất cả các servo đều có một hệ thống bánh răng để giảm vận tốc ra của động cơ còn khoảng 50 – 100 vòng/phút.

Bánh răng của servo có thể được chế tạo từ plastic, nylon hoặc kim loại như đồng thau và nhôm, trong đó bánh răng kim loại có độ bền cao nhưng giá thành cũng đắt hơn Khi một hoặc nhiều bánh răng bị hư hỏng, việc thay thế là cần thiết để đảm bảo servo hoạt động chính xác Ngoài ra, trong một số trường hợp, người dùng có thể nâng cấp từ bánh răng plastic lên bánh răng kim loại để cải thiện hiệu suất Ngoài các bánh răng dẫn động, trục ra của động cơ cũng thường gặp tình trạng mòn và xước, cần được kiểm tra và bảo trì định kỳ.

Trong các servo giá rẻ, trục thường được hỗ trợ bởi miếng đệm plastic, dễ bị hỏng khi động cơ hoạt động nhiều Thực chất, đây chỉ là ống lót giúp giảm ma sát giữa trục và vỏ servo Ống lót bằng kim loại, như đồng thau có chất bôi trơn, bền hơn nhưng cũng có giá cao hơn Servo sử dụng vòng bi có tuổi thọ cao nhất và giá thành cũng đắt nhất, và người dùng có thể nâng cấp servo bằng cách lắp vòng bi có sẵn.

2.2.7 Các loại và kích thước servo chuẩn

Ngoài servo kích thước chuẩn dùng trong robot và mô hình điều khiển vô tuyến còn có các loại servo khác:

Servo tỉ lệ ẳ / tỉ lệ lớn (quarter-scale / large-scale servo): kớch thước gấp khoảng

2 lần servo chuẩn, công suất lớn hơn rõ, được dùng trong các mô hình máy bay lớn nhưng cũng có thể làm động cơ công suất tốt cho robot.

Servo nhỏ (mini-micro servo) có kích thước nhỏ hơn khoảng 2 lần so với servo chuẩn, thường được sử dụng trong các không gian hạn chế của mô hình máy bay hoặc xe hơi do lực kéo không mạnh bằng servo chuẩn Trong khi đó, servo tời buồm (sail winch servo) là loại servo mạnh nhất, chuyên dụng để điều khiển các dây thừng của buồm nhỏ và buồm chính trong mô hình thuyền buồm.

Servo thu bộ phận hạ cánh (landing-gear retraction servo) được sử dụng để thu gọn bộ phận hạ cánh trong các mô hình máy bay cỡ vừa và lớn Thiết kế của bộ phận hạ cánh yêu cầu servo phải có khả năng quay ít nhất 170 độ Những servo này thường có kích thước nhỏ hơn tiêu chuẩn do không gian hạn chế trong mô hình máy bay.

Camera

Camera được xem là một trong những phương pháp giám sát thuận lợi nhất cho nhà cửa hoặc nơi làm việc, nơi sản xuất của bạn.

Camera hiện đại đáp ứng nhu cầu quan sát cao cho thế giới phát triển nhanh chóng, đặc biệt là camera IP kết nối qua internet Với loại camera này, người dùng có thể giao tiếp hình ảnh và âm thanh với đối tác từ bất kỳ đâu trên thế giới Không chỉ đơn thuần là thiết bị giám sát, camera IP còn đóng vai trò quan trọng trong các hoạt động như trao đổi thương mại, giáo dục và giao tiếp.

Một Camera nói chung bao gồm các thành phần sau đây:

 Khối xử lý tín hiệu số

 Bộ nhớ lập trình được

Mỗi Camera thường có 3 dây:

RS485 là chuẩn truyền thông với tốc độ lên đến 10Mbits/s và khoảng cách tối đa 1200m Chuẩn này sử dụng phương pháp truyền 2 dây vi sai, cho phép kết nối lên đến 32 thiết bị thu phát trên 2 dây, tạo thành một mạng cục bộ hiệu quả.

Camera thường được phân loại theo 2 cách:

 Phân loại theo kỹ thuật hình ảnh

 Phân loại theo đường truyền

Phân loại theo kỹ thuật hình ảnh

 Camera CCD (Charge Couple Device):

Camera CCD sử dụng công nghệ CCD để nhận diện hình ảnh, trong đó CCD bao gồm nhiều ô tích điện cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu số cho các bộ xử lý Nguyên tắc hoạt động của CCD là thu nhận hình ảnh qua hệ thống thấu kính của camera Với hàng ngàn điểm ảnh, CCD chuyển đổi ánh sáng thành hạt điện tích và thực hiện quá trình số hóa tương tự như chuyển đổi số.

Thông số kỹ thuật của Camera CCD bao gồm kích thước đường chéo màn hình cảm biến tính bằng inch Kích thước màn hình cảm biến lớn hơn sẽ mang lại chất lượng hình ảnh tốt hơn; ví dụ, màn hình 1/3 inch của Sony CCD cho chất lượng tốt hơn so với màn hình 1/4 inch, vì 1/3 inch lớn hơn 1/4 inch.

Chất bán dẫn được cải tiến bằng cách bổ sung oxit kim loại Hiện tại, các camera số sử dụng công nghệ CMOS vẫn chưa đạt chất lượng hình ảnh tương đương với camera CCD Giá thành của các camera thương mại ứng dụng công nghệ CMOS dao động từ 500 USD đến 50,000 USD.

Phân loại theo đường truyền

Dây đồng trục 75ohm - 1Vpp, như dây C5, mang lại khả năng an toàn và bảo mật cao khi truyền tín hiệu Đây là giải pháp được khuyến khích sử dụng, trừ những trường hợp đặc biệt Đối với khoảng cách truyền lên tới 300m, cần sử dụng bộ khuếch đại để ngăn chặn suy hao tín hiệu, đảm bảo chất lượng hình ảnh tốt nhất.

Camera không dây yêu cầu nguồn điện để hoạt động, mang lại lợi ích dễ dàng trong việc lắp đặt do không cần đi dây Tuy nhiên, loại camera này có hệ số an toàn thấp vì sử dụng sóng vô tuyến RF với tần số dao động từ 1,2 đến 2,4 MHz.

Camera không dây là giải pháp lý tưởng cho việc lắp đặt ở những khu vực địa hình phức tạp, nơi việc đi dây gặp khó khăn, như các ngôi nhà có nhiều tường chắn Đối với khoảng cách xa hàng ngàn mét, cần sử dụng thiết bị đặc biệt hoạt động ở tần số cao, tuy nhiên, giá thành sẽ khá đắt.

Camera IP kết nối trực tiếp vào mạng qua Switch hoặc Router, cho phép truyền tín hiệu hình ảnh và điều khiển qua mạng Để hiển thị hoặc ghi hình, tất cả camera đều cần sử dụng phần mềm được cài đặt trên máy tính.

Mạng máy tính

Mạng máy tính là sự kết hợp của nhiều máy tính thông qua thiết bị kết nối và phương tiện truyền thông, cho phép trao đổi thông tin giữa chúng Đường truyền là hệ thống thiết bị truyền dẫn, có thể là có dây hoặc không dây, dùng để chuyển các tín hiệu điện tử từ máy tính này sang máy tính khác Các tín hiệu này thể hiện giá trị dữ liệu dưới dạng xung nhị phân (on - off) và tất cả đều thuộc dạng sóng điện từ.

Tùy thuộc vào tần số sóng điện từ, các tín hiệu có thể được truyền qua nhiều loại đường truyền vật lý như cáp đồng trục, cáp xoắn, cáp quang, dây điện thoại và sóng vô tuyến Những đường truyền này tạo thành cấu trúc mạng, với đường truyền và cấu trúc là hai đặc trưng cơ bản của mạng máy tính Đặc trưng quan trọng nhất của đường truyền vật lý là giải thông, tức là phạm vi tần số mà nó có thể đáp ứng Tốc độ truyền dữ liệu, hay còn gọi là thông lượng, được đo bằng số bit truyền đi trong một giây (Bps) và cũng có thể được tính bằng đơn vị Baud, thể hiện số lượng thay đổi tín hiệu trong một giây.

 Mạng hình sao (Star Network)

Trong một mạng lưới, tất cả các trạm được kết nối với một thiết bị trung tâm, có nhiệm vụ nhận tín hiệu và chuyển tiếp đến trạm đích Thiết bị trung tâm có thể là hub, switch, router hoặc máy chủ, tùy thuộc vào yêu cầu truyền thông Vai trò chính của thiết bị này là thiết lập các liên kết Point-to-Point Ưu điểm của cấu trúc này là dễ dàng thiết lập, linh hoạt trong việc cấu hình lại mạng và thuận tiện trong việc kiểm soát cũng như khắc phục sự cố, đồng thời tối ưu hóa tốc độ truyền của đường truyền vật lý Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là độ dài đường truyền từ trạm đến thiết bị trung tâm bị giới hạn, thường chỉ khoảng 100m với công nghệ hiện nay.

Hình 2 7 Sơ đồ mạng hình sao

 Mạng tuyến tính (Bus Network)

Hình 2 8 Sơ đồ mạng tuyến tính

Mạng Bus bao gồm tất cả các trạm phân chia trên một đường truyền chung, với đường truyền chính được giới hạn bởi hai đầu nối đặc biệt gọi là terminator Mỗi trạm kết nối với trục chính thông qua đầu nối chữ T (T-connector) hoặc thiết bị thu phát, hoạt động theo mô hình Point-to-Multipoint hay Broadcast Mạng Bus có ưu điểm là dễ thiết kế và chi phí thấp.

Khuyết điểm: tính ổn định kém, chỉ một nút mạng hỏng là toàn bộ mạng bị ngừng hoạt động.

 Mạng hình vòng (Ring Network)

Hình 2 9 Sơ đồ mạng hình vòng

Tín hiệu trong mạng hình vòng được truyền theo một chiều duy nhất, với mỗi trạm được kết nối qua bộ chuyển tiếp (repeater) để nhận và chuyển tiếp tín hiệu đến trạm tiếp theo Quá trình này tạo ra một chuỗi liên tiếp các liên kết Point-to-Point giữa các repeater Mạng hình vòng có những ưu điểm tương tự như mạng hình sao, mang lại hiệu quả trong việc truyền tải dữ liệu.

Nhược điểm: một trạm hoặc cáp hỏng là toàn bộ mạng bị ngừng hoạt động, thêm hoặc bớt một trạm khó hơn, giao thức truy nhập mạng phức tạp.

2.4.3 Mô hình ứng dụng mạng

 Mô hình mạng ngang hàng (Peer to Peer Network)

Mạng peer-to-peer (P2P) là một mô hình mạng LAN đơn giản, cho phép mỗi nút mạng vừa là client yêu cầu dịch vụ, vừa là server cung cấp dịch vụ Trong môi trường này, người dùng trên từng máy tính tự quản lý và chia sẻ tài nguyên của mình Mô hình P2P phù hợp cho các tổ chức nhỏ không yêu cầu cao về bảo mật Phần mềm mạng P2P được thiết kế để các thực thể ngang hàng thực hiện các chức năng tương tự nhau.

Mạng peer-to-peer, hay còn gọi là mạng workgroup, được thiết kế cho các nhóm làm việc có tối đa 10 người sử dụng Đặc điểm nổi bật của mạng này là không cần người quản trị mạng, mỗi người dùng có thể tự quản lý trạm làm việc của mình Họ có quyền quyết định tài nguyên và dữ liệu nào sẽ được chia sẻ, cũng như kiểm soát ai có thể truy cập vào những tài nguyên và dữ liệu đó.

 Ưu điểm: đơn giản cho việc cài đặt và chi phí tương đối rẻ.

Một nhược điểm đáng chú ý là việc quản trị không được tập trung, đặc biệt khi một người dùng có nhiều tài khoản truy cập vào các trạm làm việc khác nhau Điều này có thể dẫn đến vi phạm bảo mật mạng, nhất là khi nhiều người dùng chia sẻ tên đăng nhập và mật khẩu để truy cập vào cùng một tài nguyên Hơn nữa, việc sao lưu dữ liệu tập trung trở nên khó khăn, vì dữ liệu được lưu trữ rải rác trên từng trạm, gây ra rủi ro cho an toàn thông tin.

 Mô hình mạng khách chủ (Client-Server)

Hình 2 10 Mô hình mạng khách chủ

Mô hình client-server là một cấu trúc phổ biến trong mạng máy tính, được áp dụng rộng rãi cho tất cả các trang web hiện nay Trong mô hình này, máy khách gửi yêu cầu đến máy chủ, và máy chủ, với vai trò cung cấp dịch vụ, sẽ xử lý yêu cầu và gửi lại kết quả cho máy khách.

Mô hình Client/Server là cấu trúc phổ biến nhất trong công nghệ thông tin, cho phép một server kết nối với nhiều server khác để tối ưu hóa hiệu suất Khi nhận yêu cầu từ client, server có thể chuyển tiếp yêu cầu đó đến server khác, chẳng hạn như database server, nếu nó không thể xử lý yêu cầu Máy chủ có khả năng thực hiện các nhiệm vụ từ đơn giản đến phức tạp, nâng cao hiệu quả làm việc.

Có nhiều dịch vụ server trực tuyến hoạt động theo nguyên lý nhận yêu cầu từ client, xử lý và trả kết quả Thông thường, server và client được thực thi trên hai máy khác nhau Mặc dù server luôn sẵn sàng nhận yêu cầu, quá trình tương tác giữa client và server bắt đầu từ phía client khi gửi tín hiệu yêu cầu đến server.

Mô hình Client-Server cho phép nhiều chương trình server cùng cung cấp một dịch vụ, có thể hoạt động trên nhiều máy tính khác nhau hoặc trên cùng một máy tính.

Mô hình client/server chỉ liên quan đến phần mềm, mặc dù yêu cầu phần cứng cho máy server cao hơn nhiều so với máy client do phải quản lý nhiều yêu cầu từ các client khác nhau Ưu điểm của mô hình này là người sử dụng có thể truy cập dữ liệu từ xa, thực hiện các công việc như gửi và nhận file, tìm kiếm thông tin với nhiều dịch vụ đa dạng mà các mô hình cũ không thể cung cấp Hơn nữa, mô hình client/server tạo ra nền tảng lý tưởng cho việc tích hợp các kỹ thuật hiện đại như thiết kế hướng đối tượng và hệ chuyên gia.

Một trong những nhược điểm của mô hình này là vấn đề an toàn và bảo mật thông tin trên mạng Việc trao đổi dữ liệu giữa hai máy ở các khu vực khác nhau dễ dẫn đến nguy cơ thông tin bị lộ trong quá trình truyền tải.

2.4.4 Giao thức truyền dữ liệu

TCP là giao thức cốt lõi trong bộ giao thức TCP/IP, cho phép các ứng dụng trên máy chủ kết nối và trao đổi dữ liệu một cách đáng tin cậy Giao thức này đảm bảo rằng dữ liệu được chuyển giao đúng thứ tự và đến đúng địa chỉ nhận Ngoài ra, TCP còn phân biệt dữ liệu từ nhiều ứng dụng khác nhau, như dịch vụ Web và dịch vụ thư điện tử, khi chúng hoạt động trên cùng một máy chủ.

TCP hỗ trợ nhiều giao thức ứng dụng phổ biến nhất trên Internet và các ứng dụng kết quả, trong đó có WWW, thư điện tử và Secure Shell.

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Mô hình hệ thống

Đề tài này tập trung vào việc thiết kế một hệ thống giám sát bao gồm nhiều camera hoạt động độc lập, được kết nối với máy tính (máy chủ) qua mạng, tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh và hiệu quả.

Hình 3 1 Mô hình hệ thống Camera giám sát

Hệ thống giám sát bao gồm nhiều camera kết nối với một máy tính hoặc máy chủ, cho phép gửi dữ liệu hình ảnh đồng thời Ngoài ra, hệ thống còn có khả năng điều chỉnh góc quay của các camera để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

Các thiết bị kết nối qua mạng mang lại sự thuận tiện trong giám sát và nâng cao tính linh hoạt của hệ thống Kiến trúc phần cứng đóng vai trò quyết định trong việc đồng bộ hóa và tối ưu hóa chức năng của hệ thống Việc xác định rõ chức năng phần cứng là cần thiết để thực hiện đánh giá và kiểm tra kỹ lưỡng, từ đó lựa chọn thiết bị phù hợp giúp hệ thống hoạt động hiệu quả.

Chức năng phần cứng

Hệ thống camera giám sát chủ yếu có chức năng truyền và nhận dữ liệu hình ảnh, nhưng một số hệ thống được thiết kế chuyên biệt để phục vụ các mục đích cụ thể hơn Các thiết bị trong hệ thống này có thể đáp ứng nhiều chức năng đặc thù, nhằm đảm bảo hiệu quả và đáp ứng yêu cầu của người sử dụng.

 Kết nối đồng thời nhiều Camera

 Giữa Camera và máy chủ giao tiếp với nhau thông qua môi trường mạng

 Từ máy chủ có thể điều khiển góc quay của Camera

 Chụp ảnh, lưu video có thể thực hiện tại máy chủ

Dựa trên các chức năng dự kiến, người thực hiện đã xây dựng một sơ đồ tổng thể cho từng khối, thực hiện các chức năng cụ thể nhằm đáp ứng yêu cầu đề tài.

Ngoài ra, việc xác định nhiệm vụ hoạt động của từng khối cũng làm cho việc thiết kế phần cứng trở nên dễ dàng hơn.

Sơ đồ khối và chức năng từng khối

Hệ thống bao gồm nhiều phần khác nhau, hoạt động liên kết chặt chẽ và không thể tách rời Sự liên kết này được thể hiện qua sơ đồ dưới đây.

Hình 3 2 Sơ đồ khối của hệ thống

Hệ thống hoàn chỉnh được mô tả trong Hình 3.2 bao gồm ba khối chính: khối giao tiếp máy tính, khối giao tiếp ngoại vi và khối xử lý trung tâm Mỗi khối đảm nhiệm một nhiệm vụ riêng và hoạt động nhịp nhàng, đồng bộ với nhau để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

 Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ:

 Tiếp nhận dữ liệu từ khối giao tiếp ngoai vi, xử lý thông tin nhận được rồi truyền dữ liệu cho khối giao tiếp máy tính.

 Tiếp nhận dữ liệu từ khối giao tiếp máy tính, xử lý thông tin nhận được rồi truyền dữ liệu cho khối giao tiếp ngoại vi.

 Khối giao tiếp ngoại vi có nhiệm vụ:

 Tiếp nhận dữ liệu từ Webcam rồi truyền cho khối xử lý trung tâm.

 Tiếp nhận thông tin từ khối xử lý trung tâm rồi điều khiển thiết bị ngoại vi.

 Khối giao tiếp máy tính có nhiệm vụ:

 Nhận thông tin đã được xử lý từ khối xử lý trung tâm rồi truyền lên máy tính.

 Nhận lệnh điều khiển từ máy tính rồi gửi cho khối xử lý trung tâm.

Dựa trên việc xác định chức năng của từng khối, người thực hiện đề tài sẽ chọn lựa các linh kiện và module phù hợp để thiết kế phần cứng cho hệ thống xử lý.

28 trung tâm, tiếp theo là phần giao tiếp máy tính và phần giao tiếp ngoại vi và các thiết bị ngoại vi.

Lựa chọn phần cứng

Để có thể đáp ứng được những yêu cầu của đề tài này thì phần cứng của hệ thống phải thực hiện được ba nhiệm vụ chính là:

 Xử lý dữ liệu hình ảnh gửi từ kit lên máy tính và nhận tín hiệu điều khiển góc quay cho Camera từ máy tính

 Giao tiếp qua môi trường mạng

 Kết nối với hai thiết bị ngoại vi là Webcam và động cơ servo

Để thu thập hình ảnh, nhóm nghiên cứu đã chọn Webcam kết nối qua chuẩn USB cho các thiết bị ngoại vi Để điều khiển góc quay của camera, nhóm quyết định sử dụng động cơ servo 9g với công suất nhỏ.

Dưới đây là một số hình ảnh và những thông số cơ bản của hai thiết bị trên:

Hình 3 3 Webcam A4-TECH PK635E Cảm biến ảnh: 1/6” CMOS, 640x480 pixels

Tóc độ khung hình: 30fps@160x120, @320x240, @640x480

Hình 3 4 Động cơ servo SG90 Khối lượng: 9g

Góc quay: 0-180 o , điều khiển bằng xung

Động cơ servo, do được điều khiển bằng xung để xác định vị trí, thường gặp phải hiện tượng nhiễu trong quá trình hoạt động, dẫn đến tình trạng Camera bị rung lắc và không thu hình rõ ràng Để khắc phục vấn đề này, người thực hiện đề tài đã đề xuất hai phương pháp hiệu quả.

 Chỉ cấp xung khi cần điều khiển động cơ

 Chỉ cấp nguồn khi cần điều khiển động cơ

Hệ thống này hoạt động như một mạng lưới máy tính liên kết, với khả năng giao tiếp qua mạng và kết nối thiết bị ngoại vi qua chuẩn USB Điều này yêu cầu khối xử lý trung tâm phải có khả năng xử lý dữ liệu nhanh chóng và mạnh mẽ, tương tự như một chiếc máy tính Vì vậy, bộ xử lý SoC trở thành lựa chọn tối ưu cho nhu cầu này Dưới đây là giới thiệu sơ lược về bộ xử lý SoC.

SoC, hay còn gọi là System on Chip, là một hệ thống mạch tích hợp bao gồm tất cả các thành phần cần thiết được gộp lại trên một chip duy nhất Các thành phần này có thể bao gồm mạch số, mạch analog, và sự kết hợp giữa hai loại mạch này.

 Kiến trúc cơ bản của một SoC

Về cơ bản, kiến trúc của một SoC bao gồm:

- CPU: bộ vi xử lý chính, điều khiển toàn bộ hoạt động hệ thống

- Bộ điều khiển ngắt cho hệ thống hay còn gọi là INTC

- Bộ điều khiển bộ nhớ ngoài cho hệ thống

- Bộ điều khiển xung clock và reset

- Bộ điều khiển IN/OUT: điều khiển trạng thái của từng chân input hoặc output ứng với một chức năng cụ thể nào đó của từng module

- Các module có sự tương tác trực tiếp với một module bên ngoài (VD: USB2.0 controller)

Bộ xử lý SoC ngày càng trở nên hữu ích cho nhiều mục đích công việc khác nhau nhờ vào những đặc điểm nổi bật của nó Với kích thước nhỏ gọn và tiêu thụ ít điện năng, bộ xử lý này đang được ưa chuộng trong các thiết bị điện tử, điện thoại di động và máy tính cỡ nhỏ Hình 3.5 dưới đây minh họa cấu trúc điển hình của một bộ xử lý SoC.

Bộ xử lý SoC có những đặc điểm nổi bật, đáp ứng tốt yêu cầu của một khối xử lý trung tâm với khả năng xử lý hiệu quả Nó hỗ trợ kết nối với module USB và module ethernet, đồng thời còn trang bị các chân GPIO, rất thích hợp cho việc kết nối và điều khiển động cơ servo.

Để kết nối các thiết bị ngoại vi và truyền nhận dữ liệu liên tục, hệ thống cần có bộ xử lý mạnh mẽ và ổn định Yêu cầu này tương đương với cấu hình của một chiếc máy tính có hiệu suất trung bình.

Do đó, người thực hiện đề tài đã lựa chọn kit Raspberry làm phần cứng cho hệ thống.

Kit Raspberry là một máy tính nhỏ gọn, tiết kiệm điện năng nhưng mạnh mẽ, với phần cứng bao gồm bộ xử lý SoC, chân GPIO và cổng USB để kết nối thiết bị ngoại vi Nó cũng được trang bị cổng ethernet chuẩn, cho phép giao tiếp qua mạng Cấu hình của kit Raspberry sẽ được trình bày một cách tóm tắt.

 GPU: Dual Core VideoCore IV Multimedia Co-Processor

Để xử lý nhiễu cho động cơ servo, nhóm nghiên cứu đã quyết định chỉ cấp nguồn cho động cơ khi cần thiết Tuy nhiên, tín hiệu từ chân GPIO của kit Raspberry không đủ dòng để cung cấp cho động cơ servo, do đó không thể sử dụng trực tiếp các chân GPIO Nhóm đã chọn sử dụng một module mạch cầu H để cung cấp nguồn cho động cơ servo, đồng thời điều khiển nó trực tiếp từ kit Raspberry thông qua các chân GPIO.

Hệ thống hoàn chỉnh bao gồm các phần cứng như Kit Raspberry, Webcam, động cơ servo và module mạch cầu H Để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả, cần thiết phải có các phần mềm điều khiển phù hợp Thiết kế các chương trình này sẽ được trình bày trong chương tiếp theo.

THIẾT KẾ PHẦN MỀM

Chương trình trên máy tính

4.1.1 Nhiệm vụ của chương trình

Chức năng dự kiến của chương trình sẽ bao gồm việc nhận dữ liệu hình ảnh, điều khiển góc quay của Camera chụp hình và lưu video.

Giao diện máy tính được cấu trúc từ nhiều phần và chức năng khác nhau, mỗi phần đảm nhận nhiệm vụ riêng nhưng lại có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, như được thể hiện trong hình minh họa bên dưới.

Hình 4 1 Nhiệm vụ của chương trình trên máy tính

Hình 4.1 minh họa mối liên hệ và sự tương tác giữa chương trình trên máy tính và chương trình trên kit Do đó, thiết kế chương trình trên máy tính cần bao gồm hai phần chính.

 Phần giao tiếp với kit Raspberry

Kết nối thành công giữa máy tính và kit là yếu tố quyết định để phần điều khiển hoạt động hiệu quả.

Phần chương trình giao tiếp với kit đóng vai trò quan trọng và sẽ được trình bày trước Cách thức hoạt động của phần này được thể hiện rõ ràng.

Chương trình tạo kết nối với kit trên máy tính bắt đầu bằng việc thiết lập một kết nối tới kit, yêu cầu địa chỉ IP và thông số cổng ứng dụng Nếu kết nối không thành công, chương trình sẽ thực hiện lại quá trình này Khi kết nối thành công, chương trình sẽ nhận dữ liệu hình ảnh từ kit và các chức năng điều khiển khác sẽ được kích hoạt, được mô tả chi tiết trong hình 4.3.

Hình 4 3 Lưu đồ chi tiết họat động của chương trình trên máy tính

Khi việc kết nối đến kit thành công thì các chức năng điều khiển của chương trình có thể thực hiện được là :

 Điều khiển góc quay cho Camera

Tuy nhiên, do có hai thiết bị ngoại vi khác nhau đó là Webcam và động cơ servo.

Mỗi thiết bị đều có chương trình điều khiển riêng với cổng ứng dụng khác nhau, gây khó khăn khi kết nối đồng thời hai chương trình trên Kit Để giải quyết vấn đề này, một giải pháp tương tự như chương trình ngắt được đề xuất: chương trình trên máy tính sẽ liên tục nhận dữ liệu hình ảnh từ Camera khi kết nối thành công Khi người dùng nhấn nút điều khiển góc quay cho Camera, lệnh nhận hình ảnh sẽ tạm ngưng cho đến khi lệnh điều khiển hoàn tất, sau đó chương trình sẽ tự động kết nối lại với Camera để tiếp tục nhận dữ liệu.

Chương trình sẽ được chia thành nhiều hàm riêng biệt, mỗi hàm thực hiện một chức năng cụ thể như chụp hình hoặc quay phim Hàm xử lý dữ liệu hình ảnh có nhiệm vụ nhận chuỗi dữ liệu từ kit (được coi như một server), giải mã chuỗi dữ liệu và chuyển đổi kết quả thành file hình ảnh, sau đó hiển thị kết quả trên giao diện chương trình.

Hàm chụp hình và hàm quay video hoạt động dựa trên kết quả từ hàm xử lý ảnh Khi điều khiển góc quay của Camera, mỗi lần thực thi hàm sẽ tạo kết nối đến kit, gửi chuỗi tín hiệu và sau đó ngắt kết nối Kết nối này sẽ được thực hiện lại khi nhấn nút điều khiển.

Để hệ thống hoạt động hiệu quả, cần thiết phải có một chương trình tương tác trên kit Bài viết này sẽ giới thiệu các nhiệm vụ mà kit thực hiện trong quá trình thiết kế chương trình trên máy tính.

Chương trình trên kit

Chương trình trên kit có hai nhiệm vụ chính: gửi dữ liệu và nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính, như được minh họa trong hình bên dưới.

Hình 4 4 Sơ đồ nhiệm vụ của chương trình trên kit

Sơ đồ minh họa cho thấy hai khối nhiệm vụ hoạt động độc lập trong việc truyền dữ liệu hình ảnh và nhận tín hiệu điều khiển servo Do đó, cần phát triển hai chương trình riêng biệt để điều khiển các thiết bị ngoại vi này.

 Một chương trình điều khiển webcam

 Một chương trình điều khiển servo

Mỗi chương trình trên kit khởi tạo một kết nối gọi là server, luôn lắng nghe và chờ kết nối từ client (chương trình trên máy tính) Khi kết nối thành công, chương trình sẽ thực hiện nhiệm vụ của mình Đối với chương trình giao tiếp với webcam, nó sẽ lấy hình ảnh từ webcam, chuyển đổi thành chuỗi và gửi đến địa chỉ máy tính đã kết nối Trong khi đó, chương trình điều khiển servo luôn lắng nghe tín hiệu điều khiển từ máy tính (client) và khi nhận được chuỗi tín hiệu, nó sẽ giải mã và so sánh để thực hiện các lệnh điều khiển động cơ tương ứng.

Nguyên tắc hoạt động của chương trình được biểu diễn như hình bên dưới

Chương trình bắt đầu bằng việc khởi tạo một server để chờ kết nối từ máy tính (client) Khi kết nối thành công, dữ liệu hình ảnh sẽ được gửi đến client, đồng thời server cũng nhận tín hiệu điều khiển servo từ client.

Thực tế, chương trình trên kit sẽ bao gồm hai chương trình chạy đồng thời (tạm gọi là hai server):

Một server kết nối với Webcam qua cổng USB, nơi hình ảnh từ Webcam sẽ được chụp, mã hóa và gửi đến máy client.

Một server được sử dụng để kết nối với servo thông qua các chân GPIO Khi nhận lệnh điều khiển từ client, server sẽ điều chỉnh góc quay của servo.

Cả hai server này hoạt động riêng biệt và mỗi server sẽ có một cổng ứng dụng khác nhau nhằm tránh gây nên những xung đột xảy ra.

KẾT QUẢ

Sản phẩm

Sau một thời gian dài nghiên cứu, nhóm đã hoàn thành đề tài “Xây dựng hệ thống Camera giám sát” với hai Camera Hệ thống này đã đạt được các mục tiêu ban đầu đã đề ra.

Hình 5 1 Sản phẩm khi hoàn thiện

Hoạt động của hệ thống

Hệ thống hoạt động ổn định, cung cấp hình ảnh rõ ràng và liên tục Chương trình bao gồm hai chế độ chính: chế độ bình thường và chế độ lưu video Khi nhấn nút ghi hình, dòng chữ sẽ xuất hiện.

“LIVE” sẽ chuyển sang “REC” Cả hai chế độ đều hoạt động tốt, ổn định.

Hình 5 2 Giao diện trên máy tính khi Camera hoạt động ở chế độ bình thường

Hình 5 3 Giao diện trên máy tính khi Camera hoạt động ở chế độ ghi hình

Hình 5 4 Giao diện trên máy tính khi cả hai Camera cùng hoạt động

Ưu và nhược điểm của hệ thống

Hệ thống khi hoàn thiện bước đầu đã đáp ứng được những mục tiêu đã đề ra như:

 Nhận được hình ảnh từ Camera truyền lên máy tính thông qua môi trường mạng

 Kết nối đồng thời tới nhiều Camera

Khi đưa vào hoạt động, hệ thống hoạt động ổn định với các chức năng như ghi hình, chụp hình đem lại những ưu điểm như:

 Chất lượng hình ảnh tốt

 Góc quay của Camera có thể thay đổi đem đến sự linh động hơn

 Tín hiệu truyền qua môi trường mạng nên tiện dụng hơn

Nhưng bên cạnh đó vẫn tồn tại một số khuyết điểm cần được cải thiện là:

 Kích thước khung hình chưa được lớn

 Tín hiệu truyền qua môi trường internet còn chậm

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Ngày đăng: 20/12/2021, 06:14

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Bảng 2. 1 So sánh cấu hình của Raspberry model B+ và Pi - (Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát
Bảng 2. 1 So sánh cấu hình của Raspberry model B+ và Pi (Trang 19)
Hình 2. 2 Kit Raspberry Pi 2 - (Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát
Hình 2. 2 Kit Raspberry Pi 2 (Trang 20)
Hình 2. 3 Servo 9g - (Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát
Hình 2. 3 Servo 9g (Trang 23)
Hình 2. 4 Cấu tạo bên trong của một động cơ servo - (Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát
Hình 2. 4 Cấu tạo bên trong của một động cơ servo (Trang 24)
Hình 2. 5 Điều khiển vị trí trục của động cơ bằng cách - (Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát
Hình 2. 5 Điều khiển vị trí trục của động cơ bằng cách (Trang 25)
Hình 2. 6 Vai trò Vôn kế bên trong Servo - (Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát
Hình 2. 6 Vai trò Vôn kế bên trong Servo (Trang 26)
Hình 2. 7 Sơ đồ mạng hình sao - (Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát
Hình 2. 7 Sơ đồ mạng hình sao (Trang 31)
Hình 2. 8 Sơ đồ mạng tuyến tính - (Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát
Hình 2. 8 Sơ đồ mạng tuyến tính (Trang 32)
Hình 2. 9 Sơ đồ mạng hình vòng - (Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát
Hình 2. 9 Sơ đồ mạng hình vòng (Trang 32)
Hình 2. 10 Mô hình mạng khách chủ - (Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát
Hình 2. 10 Mô hình mạng khách chủ (Trang 34)
Bảng 2. 2 Cấu trúc gói tin TCP - (Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát
Bảng 2. 2 Cấu trúc gói tin TCP (Trang 37)
Hình 3. 1 Mô hình hệ thống Camera giám sát - (Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát
Hình 3. 1 Mô hình hệ thống Camera giám sát (Trang 40)
Hình 3. 2 Sơ đồ khối của hệ thống - (Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát
Hình 3. 2 Sơ đồ khối của hệ thống (Trang 42)
Hình 3. 3 Webcam A4-TECH PK635E Cảm biến ảnh: 1/6” CMOS, 640x480 pixels - (Đồ án tốt nghiệp) xây dựng hệ thống camera giám sát
Hình 3. 3 Webcam A4-TECH PK635E Cảm biến ảnh: 1/6” CMOS, 640x480 pixels (Trang 43)

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w