TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, sự phát triển vượt bậc của kinh tế và khoa học kỹ thuật đã nâng cao chất lượng cuộc sống của con người Chúng ta đang sống trong một môi trường tiện nghi hơn bao giờ hết trong lịch sử.
Trước đây, bảo vệ an ninh thường gắn liền với các biện pháp truyền thống như phòng cháy chữa cháy, thuê bảo vệ hoặc nuôi chó Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ và điện tử, nhiều thiết bị tiên tiến đã ra đời để chống xâm nhập trái phép và cảm ứng nhiệt Những thiết bị này không ngừng được nâng cấp và hoàn thiện, mở ra một lĩnh vực mới mà con người chưa từng nghĩ đến Chúng tôi chọn đề tài này nhằm thay thế các phương pháp bảo vệ truyền thống, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao độ ổn định trong công tác bảo vệ an ninh.
Internet of Things (IoT) là một xu hướng công nghệ mới, cho phép kết nối không dây giữa các thành phần, nhờ vào sự phát triển nhanh chóng của mạng Internet và công nghệ tích hợp IoT giúp chúng ta kết nối và truy cập thông tin từ bất kỳ đâu, vào bất kỳ lúc nào Nhiều triển lãm công nghệ và hội thảo khoa học đã được tổ chức để quảng bá sản phẩm và hệ sinh thái khởi nghiệp IoT Điều này hứa hẹn sẽ tạo ra một cuộc cách mạng mới, mang lại sự thay đổi mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 1
Hình 1.1 Công nghệ Internet of Things
MỤC TIÊU
*Mục tiêu bắt buộc hoàn thành:
Có thể theo dõi hệ thống báo cháy báo trộm trong nhà ở bất cứ đâu thông qua websever và điện thoại, điều khiển bằng App Android.
Chức năng hẹn giờ để tự động đóng ngắt hoạt động cảm biến trong nhà.
Có thể điều khiển đóng mở cửa ra vào thông qua App Android.
Có thể thông báo SMS qua sim cho điện thoại khi có sự cố.
Thông báo địa chỉ có sự cố qua sim.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 2
*Mục tiêu mở rộng nếu có thể:
Tiến hành thương mại hóa sản phẩm.
Cho phép đăng ký và quản lý người dùng trên giao diện chuyên nghiệp.
Các cảm biến trong nhà hoạt động liên tục và gửi dữ liệu về server qua kết nối Wifi, sau đó thông tin được xử lý và hiển thị trên Web server Ứng dụng Android do người dùng quản lý cho phép hẹn giờ hoạt động của cảm biến chuyển động để báo trộm và nhận thông báo khi có sự cố Hệ thống cũng gửi thông báo đến số điện thoại đã đăng ký, giúp người dùng kịp thời xử lý các tình huống liên quan đến phòng cháy chữa cháy và chống trộm Ứng dụng Android còn có chức năng mở cửa ra vào.
Phụ thuộc hoàn toàn vào độ chính xác của các cảm biến.
Chỉ sự dụng được khi có kết nối mang internet.
Nội dung chính của đề tài được trình bày với năm chương như sau:
Chương này trình bày tình hình nghiên cứu hiện tại, lý do và mục tiêu lựa chọn đề tài, đối tượng cùng phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu được áp dụng và các giới hạn của đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Các lý thuyết chính liên quan đến các thành phần phần cứng và phần mềm cả hệ thống.
Chương 3: Phân tích và thiết kế hệ thống.
Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống.
Chương 4: Thi công hệ thống
Bộ môn Điện tử Công nghiệp - Y sinh 3 trình bày lưu đồ, giải thuật và chương trình thi công hệ thống Chương 5 tập trung vào kết quả, nhận xét và đánh giá, đưa ra những kết quả cụ thể của đề tài cùng với các nhận xét và đánh giá chi tiết.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Đưa ra các kết luận về những vấn đề mà trong quá trình nghiên cứu đã đạt được và chưa đạt được Đưa ra hướng phát triển đề tài trong tương lai.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 4
BỐ CỤC
Nội dung chính của đề tài được trình bày với năm chương như sau:
Chương này trình bày tình hình nghiên cứu hiện tại, nêu rõ lý do và mục tiêu lựa chọn đề tài, xác định đối tượng và phạm vi nghiên cứu, cùng với phương pháp nghiên cứu và các giới hạn của đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Các lý thuyết chính liên quan đến các thành phần phần cứng và phần mềm cả hệ thống.
Chương 3: Phân tích và thiết kế hệ thống.
Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống.
Chương 4: Thi công hệ thống
Bộ môn Điện tử Công nghiệp - Y sinh 3 đã trình bày lưu đồ, giải thuật và chương trình thi công hệ thống trong Chương 5 Kết quả của đề tài được đưa ra kèm theo những nhận xét và đánh giá chi tiết, nhằm cung cấp cái nhìn tổng quan về hiệu quả và ứng dụng của hệ thống.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Đưa ra các kết luận về những vấn đề mà trong quá trình nghiên cứu đã đạt được và chưa đạt được Đưa ra hướng phát triển đề tài trong tương lai.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 4
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BOARD ĐIỀU KHIỂN ARDUINO MEGA 2560
Arduino đã trở nên phổ biến tại Việt Nam và trên toàn thế giới, với nhiều ứng dụng mở độc đáo được chia sẻ rộng rãi Bạn có thể sử dụng Arduino cho các mạch đơn giản như cảm biến ánh sáng và điều khiển động cơ, hoặc phát triển các sản phẩm phức tạp như máy in 3D, robot, khinh khí cầu và máy bay không người lái Đây là một board mạch vi xử lý, giúp xây dựng các ứng dụng tương tác hiệu quả hơn với môi trường Phần cứng của Arduino bao gồm một board mạch nguồn mở, được thiết kế dựa trên vi xử lý AVR Atmel 8bit hoặc ARM Atmel 32-bit.
Arduino có thể kết nối với những gì ?
Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với môi trường xung quanh với:
Hệ thống cảm biến đa dạng bao gồm các loại cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động, phát hiện kim loại và khí độc.
Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…).
Các module chức năng (shield) cung cấp khả năng kết nối có dây và không dây với nhiều thiết bị khác nhau, bao gồm các công nghệ phổ biến như 3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, và tần số 315/433Mhz, 2.4Ghz Ngoài ra, các module này còn hỗ trợ định vị GPS và gửi tin nhắn SMS, mang lại tính năng linh hoạt và tiện lợi cho các ứng dụng.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 5 a Arduino MEGA 2560
Hình 2.2 Sơ đồ chân Arduino MEGA2560
Arduino Mega2560 là một vi điều khiển bằng cách sử dụng ATmega2560.
54 chân digital (15 có thể được sử dụng như các chân PWM)
4 UARTs (cổng nối tiếp phần cứng),
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH
Sơ đồ linh kiện của Arduino MEGA
Hình 2.3 Các linh kiện board Arduino MEGA
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 7 b Phần mềm arduino IDE
Hình 2.4 Giao diện phần mềm IDE
Vùng lệnh : vùng chứa các thanh công cụ và phím kiểm tra , nạp chương trình ( lựa chọn loại board arduino , lựa chọn cổng kết nối … )
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 8
Bảng 2.1: Chức năng các quick icon trong phần mềm IDE
Vùng viết chương trình là khu vực chính để lập trình, nơi bạn có thể khai báo thư viện và các biến cần thiết Lưu ý rằng nếu tên chương trình có ký hiệu “§”, điều đó có nghĩa là chương trình chưa được lưu lại.
Hình 2.5 Vùng thông báo trên phần mềm IDE
Thông báo khi nạp thành công chương trình, thông báo các lỗi xảy ra khi biên dịch chương trình
Hướng dẫn nạp chương trình
Lựa chọn loại Board arduino :
Trong cùng lệnh vào “ Tool”
“Board” chọn board arduino bạn đang sử dụng
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 9
Lựa chọn cổng USB kết nối máy tính và board arduino :
Trong cùng lệnh vào “ Tool” “Port” chọn cổng COM kết nối máy tính
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 10
Hình 2.7 Chọn cổng COM kết nối
Nạp chương trình cho arduino :
Chọn vào biểu tượng để biên dịch và kiểm tra lỗi chương trình khi biên dịch thành công trên thanh thông báo sẽ báo “Done compiling”.
Hình 2.8 Thông báo biên dịch thành công chương trình
Chọn vào biểu tượng để đổ chương trình báo trong Arduino khi quá trinh nạp thanh công trên vùng thông báp sẽ thông báo “Done Uploading”.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 11
Hình 2.9 Thông báo nạp thành công chương trình
MODULE WIFI ESP8266
2.2.1 MODULE WIFI ESP8266 a Giới thiệu Module wifi ESP8266 Đây là module truyền nhận WiFi đơn giản dựa trên chip ESP8266 SoC (System on Chip) của hãng Espresif Module ESP8266 thường được sử dụng trong các ứng dụng IOT (Internet of Thing) Module này đã được nập sẵn firmware giúp người dùng giao tiếp với WiFi rất đễ dàng qua tập lệnh AT thông qua giao tiếp UART hoặc có thể lập trình trực tiếp bằng phần mềm IDE (baudrate mặc định 9600, một sô mạch là 11520) quen thuộc.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 12
Hình 2.10 Mạch thu phát wifi ESP8266 b Thông số
IC chính: ESP8266 Wifi SoC phiên bản ESP12
Phiên bản firmware: Node MCU.
Chip nạp và giao tiếp UART: CH340
GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU.
Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc vào các chân 5V, 3V3
GIPO giao tiếp mức 3.3VDC
Thiết kế nhỏ gọn, có thể cắm trực tiếp vào test board.
Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino.
Hình 2.11 Sơ đồ chân của ESP8266
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 13
VCC: 3.3 V, dòng có thể lên 330mA vì thế cần mạch nguồn riêng.
Tx: Chân Tx của giao thức UART, kết nối đến chân Rx của vi điều khiển
Rx: Chân Rx của giao thức UART, kết nối đến chân Tx của vi điều khiển
RST: chân reset, kéo xuống mas để reset.
CH_PD: chân này nếu được kéo lên mức cao module sẽ bắt đầu phát WiFi kéo xuống mức thấp module dừng phát WiFi.
GPIO 0: Kéo xuống thấp cho chế độ upgrade firmware.
Giới thiêụ tổng quan vềChip ESP8266
Chip ESP8266 là một giải pháp tiết kiệm chi phí, được ưa chuộng cho các ứng dụng liên quan đến Internet và Wi-Fi, đồng thời là lựa chọn lý tưởng thay thế cho các module RF khác trong việc truyền nhận dữ liệu.
ESP8266 là một chip tích hợp cao, lý tưởng cho các ứng dụng trong thế giới Internet of Things (IoT) Chip này cung cấp giải pháp kết nối mạng Wi-Fi toàn diện, cho phép lưu trữ ứng dụng và giảm tải chức năng kết nối mạng từ bộ xử lý ứng dụng.
ESP8266 sở hữu tốc độ xử lý và dung lượng lưu trữ ấn tượng, cho phép tích hợp dễ dàng với các bộ cảm biến, vi điều khiển và thiết bị ứng dụng khác qua GPIOs, đồng thời tiết kiệm chi phí và giảm thiểu kích thước PCB.
Ti ́ nh năng của Chip
Tích hợp bộ xử lý RISC 32bit, bô ̣xử lývới tốc đô ̣lên tới 80MHz, 64KB bô ̣ nhớlênḥ RAM, 96KB bô ̣nhớdữliêụ RAM
Hỗtrơ ̣chuẩn 802.11 b/g/n wifi, hỗtrơ ̣bảo mâṭWEP hoăc ̣ WPA/WPA2 và mang ̣ mở.
Cóbô ̣chuyển đổi ADC 10 bit
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 14
16 chân GPIO với mức điêṇ áp ra 0-3.3V
Tương thich́ các chuẩn Wifi : 802.11 b/g/n.
Hỗtrơ: ̣ Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP.
Tich ́ hơp ̣ TCP/IP protocol stack.
Tich́ hơp ̣ bô ̣nhân tần, ổn áp, quản lýnguồn.
Trong chếđô ̣802.11b công suất phát lên tới +25dBm.
Cụng suất tiờu thu ̣trang ̣ thỏi nghỉ< 10àA.
Thời gian đánh thức CPU < 2ms
Công suất tiêu thu ̣ởchếđô ̣standby < 1.0mW
2.2.2 KẾT NỐI GIỮA MODULE ESP8266 VÀ BOARD ARDUINO MEGA 2560
Kết nối giữa ESP8266 và Arduino thông qua 2 chân TX3 và RX3 của arduino theo giao thức serial (UART or USART) tích hợp trên Arduino.
The term UART stands for Universal Asynchronous Receiver and Transmitter, referring to a type of asynchronous serial communication interface To establish a communication standard, UART must be used in conjunction with a voltage level converter.
UART là một giao thức chuyển đổi giữa dữ liệu nối tiếp và dữ liệu song song Nó thực hiện việc chuyển đổi dữ liệu song song từ bus hệ thống thành dữ liệu nối tiếp để truyền đi Ngược lại, UART cũng chuyển đổi dữ liệu nhận được dưới dạng nối tiếp thành dạng song song, giúp CPU có thể đọc dữ liệu qua bus hệ thống.
Tốc độ Baud là yếu tố quan trọng trong việc truyền và nhận dữ liệu không đồng bộ, yêu cầu các thiết bị tham gia phải thống nhất về thời gian truyền một bit Để đảm bảo quá trình truyền thông diễn ra thành công, tốc độ truyền cần được cài đặt giống nhau trên tất cả các thiết bị.
Tốc độ baud, được định nghĩa là số bit được truyền trong một giây, là một khái niệm quan trọng trong lĩnh vực điện tử công nghiệp và y sinh Chẳng hạn, khi tốc độ baud được thiết lập ở mức 19200, thời gian truyền cho mỗi bit sẽ khoảng 52.083 micro giây.
Hình 2.12 Giao tiếp giữa ESP8266 và Arduino
CẢM BIẾN KHÍ GA MQ2
Hình 2.13 Cảm biến khí ga thực tế
Cảm biến MQ2 là thiết bị chuyên dụng để phát hiện các khí dễ cháy, được chế tạo từ chất bán dẫn SnO2 Chất này có độ nhạy thấp với không khí trong lành, nhưng khi tiếp xúc với môi trường có khí cháy, độ dẫn điện của nó sẽ thay đổi ngay lập tức Nhờ vào đặc điểm này, người ta đã tích hợp thêm vào mạch đơn giản để chuyển đổi độ nhạy thành tín hiệu điện áp.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 16
Aout: đầu ra ADC Nó chạy từ 0.3 -> 4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quanh MQ2
Dout: đầu ra digital phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà MQ2 đo được.
Khi môi trường sạch, điện áp đầu ra của cảm biến MQ2 sẽ thấp, nhưng giá trị này sẽ tăng lên khi nồng độ khí gây cháy xung quanh cao hơn.
CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG PIR HC – SR501
Hình 2.14 Cảm biến chuyển động PIR HC – SR501
Cảm biến PIR (Passive Infra-Red) là thiết bị thụ động sử dụng tia hồng ngoại để phát hiện sự chuyển động của các vật thể nóng Tia hồng ngoại, hay còn gọi là tia nhiệt, phát ra từ các vật thể có nhiệt độ, bao gồm cả cơ thể sống với nhiệt độ trung bình khoảng 37 độ C Khi cơ thể con người phát ra tia nhiệt, cảm biến PIR sử dụng tế bào điện để chuyển đổi các tia này thành tín hiệu điện, từ đó giúp phát hiện các vật thể nóng đang di chuyển.
Bộ môn Điện tử Công nghiệp - Y sinh nghiên cứu cảm biến thụ động, loại cảm biến này không sử dụng nguồn nhiệt tự phát mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn nhiệt từ môi trường xung quanh, chẳng hạn như thân nhiệt của con người và động vật.
GND OUT Vcc- Thứ tự chân:
2 chế độ hoạt động: o (L) không lặp lại kích hoạt o (H) lặp lại kích hoạt.
Thời gian trễ: điều chỉnh trong khoảng 5-200S.
Kích thước PCB:32mmx24mm
Sử dụng cảm biến: 500BP
Các nguồn nhiệt, bao gồm thân nhiệt của người và động vật, phát ra tia hồng ngoại Qua kính Fresnel và kích lọc tia hồng ngoại, năng lượng này được tập trung vào hai cảm biến hồng ngoại trong đầu dò Khi một vật nóng di chuyển qua, hai cảm biến sẽ tạo ra tín hiệu, được khuếch đại bằng transistor FET để có biên độ đủ cao Tín hiệu này sau đó được đưa vào mạch so áp để điều khiển thiết bị hoặc kích hoạt hệ thống báo động.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 18
CẢM BIẾN PHÁT HIỆN LỬA
Hình 2.15 Cảm biến phát hiện lửa
Cảm biến phát hiện lửa là thiết bị quan trọng trong các ứng dụng như xe robot chữa cháy và cảm biến lửa Với tầm phát hiện lên đến 80cm và góc quét 60 độ, cảm biến này hoạt động hiệu quả nhất với các loại lửa có bước sóng từ 760nm đến 1100nm.
Điện áp ra : 3.3 - 5V, có cả Analog và Digital.
Góc quét : 60 độ hoặc hơn khi có nhiều led.
Tất cả các vật thể có nhiệt độ lớn hơn 0 độ K đều phát ra tia hồng ngoại với các bước sóng khác nhau Chẳng hạn, tia hồng ngoại từ remote điều khiển có bước sóng từ 0,75-1,4 micromet, trong khi ngọn lửa thường phát ra tia hồng ngoại trong dải 760-1100 nanomet Đối với các vật liệu cháy, như hợp chất hữu cơ thông thường, bước sóng phát ra sẽ khác nhau tùy thuộc vào loại vật liệu.
2 ví dụ trên có cùng dãy bước sóng Hồng ngoại gần Nên mô đun phát hiện
Bộ môn Điện tử Công nghiệp - Y sinh sẽ sử dụng một đèn LED thu tín hiệu hồng ngoại để nhận diện tín hiệu hồng ngoại phát ra từ ngọn lửa, qua đó phát hiện rõ ràng sự cháy.
LẬP TRÌNH PHP VÀ MYSQL
2.6.1 Giới thiệu ngôn ngữ Php
Hiện nay, có nhiều ngôn ngữ lập trình web nổi bật như PHP, Perl, Ruby, Python và ASP.net Trong số đó, PHP được xem là ngôn ngữ mã nguồn mở phổ biến nhất, với cộng đồng hỗ trợ mạnh mẽ toàn cầu Việc học PHP không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn mang lại hiệu quả cao trong thiết kế web.
PHP, viết tắt của "Hypertext Preprocessor", là một ngôn ngữ lập trình kịch bản chạy phía server, giúp tạo ra mã HTML cho client Với nhiều phiên bản phát triển và tối ưu hóa cho ứng dụng web, PHP nổi bật với tốc độ nhanh, kích thước nhỏ gọn, cú pháp tương tự C và Java, dễ học, và thời gian xây dựng sản phẩm ngắn hơn so với các ngôn ngữ khác Nhờ những ưu điểm này, PHP đã trở thành ngôn ngữ lập trình web phổ biến nhất trên thế giới.
PHP hoạt động trên môi trường Webserver và quản lý dữ liệu thông qua hệ quản trị cơ sở dữ liệu, thường được kết hợp với Apache, MySQL và hệ điều hành Linux, tạo thành bộ công nghệ LAMP.
Apache là phần mềm máy chủ web chịu trách nhiệm nhận yêu cầu từ trình duyệt của người dùng, sau đó chuyển giao cho PHP để xử lý và gửi kết quả trở lại trình duyệt.
MySQL là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu tương tự như Postgres, Oracle và SQL Server, đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ và truy vấn dữ liệu.
Linux là hệ điều hành mã nguồn mở phổ biến, thường được sử dụng cho các webserver Các phiên bản được ưa chuộng nhất bao gồm RedHat Enterprise Linux và Ubuntu.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH
PHP chỉ xử lý mã nằm trong các dấu giới hạn của nó, cụ thể là Mọi mã nằm ngoài những dấu này sẽ được xuất ra trực tiếp mà không qua xử lý.
Các dấu giới hạn cho mã PHP bao gồm và , nhưng có thể sử dụng dạng thẻ ngắn như .
Các thẻ PHP thường xuyên được sử dụng, nhưng giống như thẻ ASP (
