Khối xử lý trung tâm
Hiện nay, để đáp ứng yêu cầu của hệ thống, có nhiều giải pháp như board Raspberry Pi, board Arduino và board Intel Galileo Mỗi loại board đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng Board Arduino sử dụng ngôn ngữ lập trình riêng, dựa trên ngôn ngữ Wiring, một biến thể của C/C++, giúp việc lập trình trở nên dễ dàng cho những ai quen thuộc với ngôn ngữ C/C++.
Chân số 6 và 7 kết nối với cảm biến vật cản hồng ngoại và cảm biến khí gas để đọc giá trị từ cảm biến, trong khi chân điều khiển dùng để đóng ngắt còi báo động Các chân A4 và A5 được sử dụng để giao tiếp với LCD thông qua I2C, còn chân A0 và A1 kết nối với hai chân TX và RX của module SIM để kết nối mạng di động Ngoài ra, các chân số 4, 10, 11, 12, và 13 phục vụ cho việc giao tiếp với module Ethernet Các kết nối này được minh họa trong hình.
Hình 3.7 Sơ đồ mạch nguyên lý của hệ thống
Khối nguồn
Có nhiều lựa chọn cho khối nguồn, bao gồm thiết kế mạch nguồn sử dụng IC ổn áp, sử dụng adapter nguồn, hoặc nguồn từ khối lưu trữ năng lượng như pin lithium-ion.
Việc thiết kế mạch nguồn cho hệ thống có nhiều module hoạt động đồng thời rất quan trọng, vì nếu không đảm bảo yêu cầu, có thể dẫn đến hỏng board Pin lithium-ion không phải là lựa chọn tối ưu do điện áp thấp và thay đổi theo dung lượng, đồng thời không cung cấp năng lượng liên tục và ổn định cho hệ thống Do đó, sử dụng adapter nguồn là giải pháp phù hợp nhất để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Board Arduino và module Ethernet Shield yêu cầu nguồn từ 6V đến 12V với dòng 1A, trong khi module SIM900A cần 5V với dòng lớn hơn 1A Do đó, nhóm đã chọn nguồn adapter 12V-2A để đảm bảo hiệu suất hoạt động Tuy nhiên, khi cấp nguồn 12V, IC ổn áp trên board Arduino dễ bị nóng và hỏng, vì vậy nhóm đã tích hợp module giảm áp DC LM2596, giúp giảm điện áp xuống 7V-3A cho hệ thống Các module khác được cấp nguồn 5V-1A để đảm bảo hoạt động ổn định.
THIẾT KẾ PHẦN MỀM
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 nhƣ hình 3.8.
Hình 3.8 Lưu đồ giải thuật của hệ thống
- Đầu tiên là khởi tạo các giá trị ban đầu nhƣ: các biến, thƣ viện LCD, các chân I/O, thƣ viện Ethernet.
- Tiếp theo tới vòng lặp gồm:
Thiết lập kết nối: phần cứng sẽ đƣợc kết nối với giao diện máy tính thông qua mạng Ethernet.
Đọc giá trị cảm biến hồng ngoại: thực hiện lấy các giá trị cảm biến hồng ngoại từ chân digital.
Đọc giá trị cảm khí gas: thực hiện lấy các giá trị cảm khí gas từ chân digital.
Kiểm tra giá trị của cảm biến hồng ngoại là bước quan trọng để xác định trạng thái hiện tại của nó Nếu giá trị cảm biến hồng ngoại đúng, quá trình sẽ tiếp tục; ngược lại, nếu giá trị sai, cần chuyển sang đọc trạng thái của cảm biến khí gas.
Kiểm tra giá trị của cảm biến hồng ngoại là bước quan trọng để xác định trạng thái hiện tại của nó Nếu giá trị cảm biến đúng, quá trình sẽ tiếp tục; ngược lại, nếu sai, hệ thống sẽ quay lại để kết nối lại.
Hiển thị LCD: hiển thị các thông báo ra màn hình LCD.
Báo động: module sẽ báo động khi điều kiện đúng.
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 chương trình trên board Arduino, việc nhấn nút Reset sẽ ngay lập tức thoát khỏi vòng lặp hiện tại và khởi động lại chương trình từ đầu Lưu đồ giải thuật cũng cần được thiết lập để đảm bảo kết nối hiệu quả.
Hình 3.9 Lưu đồ giải thuật của phần thiết lập kết nối
Lưu đồ giải thích quy trình kiểm tra IP và Port, bắt đầu bằng việc xác minh tính chính xác của chúng Nếu IP và Port đúng, hệ thống sẽ gửi một chuỗi ký tự đến phần cứng và khởi tạo UDP để nhận dữ liệu đa luồng Sau đó, dữ liệu nhận từ hệ thống sẽ được kiểm tra; nếu IP và Port chính xác, chương trình sẽ thông báo kết nối thành công và kết thúc Ngược lại, nếu IP và Port sai, hệ thống sẽ tiếp tục kiểm tra dữ liệu nhận.
Hình 3.10 Lưu đồ giải thuật của phần trung tâm cảnh báo
Lưu đồ hệ thống bắt đầu bằng việc nhận dữ liệu kết nối từ hệ thống Nếu kết nối thành công, hệ thống sẽ kiểm tra cảm biến vật cản Nếu có trộm, còi và đèn sẽ được kích hoạt, thông báo hiển thị trên LCD, và mã chuỗi sẽ được gửi qua mạng Ethernet cũng như dữ liệu gọi và nhắn tin đến module SIM Nếu dữ liệu nhận được không chính xác, còi và đèn sẽ tắt, thông báo sẽ được hiển thị trên LCD, và mã chuỗi sẽ được gửi qua mạng Ethernet Tiếp theo, hệ thống kiểm tra cảm biến khí gas; nếu phát hiện gas, còi và đèn sẽ bật, thông báo sẽ được hiển thị trên LCD, và dữ liệu sẽ được gửi tương tự như trước Nếu không có gas, hệ thống sẽ tắt còi và đèn, hiển thị thông báo trên LCD và gửi mã chuỗi qua mạng Ethernet trước khi kết thúc.
Thiết kế giao diện trên máy tính
Hình 3.11 Thiết kế Giao diện trang đăng nhập
Trang đăng nhập yêu cầu người dùng nhập tên và mật khẩu để xác nhận quyền truy cập hệ thống, với tên đăng nhập mặc định là “Admin” và mật khẩu là “spkt123” Nếu thông tin đăng nhập không chính xác, hệ thống sẽ hiển thị thông báo “Vui lòng kiểm tra lại user hoặc password” Ngoài ra, có nút “Exit” cho phép người dùng thoát khỏi chương trình, kèm theo cảnh báo “Bạn chắc chắn muốn thoát?”.
Trang giám sát vào điều khiển
Bố cục trang này gồm 4 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 để kết nối và nút để ngắt kết nối.
Phần cảnh báo bao gồm nút hiển thị báo trộm và cảnh báo có gas, với hai nút chức năng để tắt báo trộm và tắt báo gas Trong giao diện, khi có khí gas, trạng thái mặc định sẽ hiển thị là cháy Khi xảy ra sự cố trộm hoặc có gas, nút cảnh báo sẽ thay đổi màu sắc để thông báo cho người dùng.
Phần bên phải là phần hiển thị của camera.
Phần Snapshot là phần chụp ảnh nhanh lại của camera, có thể chọn đường dẫn để lưu ảnh.
Hình 3.12 Giao diện trang giám sát
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
KẾT QUẢ PHẦN CỨNG
Hình 4.1 Sản phẩm hoàn chỉnh
Hình 4.2 Hệ thống cảnh báo khi có trộm
Hình 4.3 Hệ thống cảnh báo khi có khí gas
Hình 4.4 Hệ thống lúc bình thường
Hình 4.5 Gọi điện đến người quản lý Hình 4.6 Nhắn tín đến người quản lý
Hệ thống đã phát hiện đƣợc nồng độ khí gas trong không khí và phát hiện đƣợc đối tƣợng xâm nhập vào vùng giám sát.
Còi buzzer hoạt động tốt đúng theo yêu cầu.
Việc giám sát trên máy tính hoạt động bình thường tuy nhiên vẫn còn độ trễ nhất định.
Việc gọi và nhắn tin hoạt động đúng yêu cầu tuy nhiên vẫn có độ trễ.
LCD hiển thị đúng theo yêu cầu.
KẾT QUẢ PHẦN MỀM
Hình 4.7 Giao diện trang đăng nhập
Hình 4.8 Giao diện khi bạn nhất nút Exit
Hình 4.9 Trang giao diện khi có báo động và camera
Phần mềm giao diện hiển thị trên máy tính đúng theo yêu cầu.
Camera hoạt động tốt, độ phân giải cao.
