TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY
Ngày nay, với sự cải thiện của đời sống, việc sử dụng bếp gas và sản phẩm gas trong nấu nướng đã trở nên phổ biến Tuy nhiên, vấn đề an toàn khi sử dụng gas cũng cần được chú trọng Việc tiếp xúc với khí gas vượt quá nồng độ cho phép có thể dẫn đến ngộ độc, thậm chí tử vong Hơn nữa, khí gas rò rỉ vào không khí dễ bắt lửa, gây ra cháy nổ và đe dọa an toàn cho người sử dụng cũng như những người xung quanh.
Ngày nay, việc phát hiện kẻ trộm xâm nhập vào nhà, kho hàng, ngân hàng và nơi cất giữ tài sản quý giá là rất cần thiết cho mọi người và các cơ quan chức năng Không chỉ các công ty lớn mà ngay cả người dân có thu nhập khá cũng bắt đầu chú ý đến các thiết bị an ninh Với đời sống ngày càng nâng cao, bên cạnh việc chăm sóc đến ăn mặc và phương tiện đi lại, người dân đặc biệt quan tâm đến an ninh gia đình, dẫn đến việc sử dụng thiết bị chống trộm ngày càng phổ biến.
Việc bảo vệ an toàn cho gia đình và tài sản nên được đặt lên hàng đầu và thực hiện thường xuyên, không chỉ khi xảy ra sự cố Do đó, việc phát hiện rò rỉ khí gas và nhận diện kẻ trộm là rất cần thiết trong cuộc sống hiện đại ngày nay.
Là sinh viên trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh, nhóm chúng tôi đã quyết định thực hiện đề tài này với hy vọng đóng góp vào việc bảo vệ tài sản và đảm bảo an toàn cho tính mạng con người.
1.1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước
An ninh và phòng cháy chữa cháy là mối quan tâm hàng đầu của mỗi gia đình Tình hình cháy nổ và tội phạm trộm cướp tại TP.HCM và toàn quốc đang ngày càng trở nên tinh vi và phức tạp.
Năm 2015, Bộ Công An đã chỉ đạo việc ứng dụng công nghệ cao trong phòng chống cháy nổ Đến đầu năm 2016, Bí thư Thành ủy TP.HCM Đinh La Thăng đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đảm bảo an toàn cho người dân và môi trường kinh doanh lành mạnh trong buổi làm việc với Ban Giám đốc Công an TP.HCM Ông khẳng định rằng để TP.HCM phát triển văn minh, hiện đại và nghĩa tình, cần phải dẹp bỏ các tệ nạn như ma túy, cướp giật và trộm cắp Bí thư Đinh La Thăng cũng yêu cầu Công an Thành phố nỗ lực hơn nữa để giảm thiểu tội phạm một cách rõ rệt.
Trước tình hình an ninh xã hội ngày càng phức tạp, nhiều tổ chức và doanh nghiệp đã nỗ lực nghiên cứu các giải pháp hiệu quả Công ty FNC và Gtel ICT đã cho ra mắt thiết bị an ninh hộp đen 3S và Gsafe, mang đến giải pháp tự bảo vệ cho người tiêu dùng Việt Nam, giúp họ sống bình an và an toàn hơn.
Thiết bị an ninh dân sự hộp đen 3S là giải pháp đột phá trong việc chống trộm, cướp và xâm nhập, phù hợp cho xe máy, ô tô, nhà ở, văn phòng, cửa hàng và công xưởng Sản phẩm này mang lại sự an tâm cho mọi người và mọi gia đình.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Trong cuộc sống hiện nay, sự cố rò rỉ khí gas và tội phạm trộm cắp tài sản đang ngày càng gia tăng, gây thiệt hại nghiêm trọng đến tính mạng và tài sản của con người Để đối phó với những vấn nạn này, việc ứng dụng công nghệ vi điều khiển là cần thiết Hệ thống này sẽ gửi cảnh báo kịp thời khi phát hiện rò rỉ khí gas hoặc có trộm đột nhập, giúp người dùng nhanh chóng có biện pháp xử lý hiệu quả.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu này tập trung vào việc giám sát hệ thống qua Internet và mạng di động, cùng với các phương pháp lập trình Arduino và thiết kế giao diện bằng C# Bên cạnh đó, bài viết cũng đề cập đến các linh kiện điện tử, module và board Arduino cần thiết cho việc triển khai hệ thống.
Phạm vi nghiên cứu trong khuôn khổ mô hình nhỏ cho hệ thống giám sát cảnh báo cháy và báo trộm.
BỐ CỤC ĐỒ ÁN
Giới thiệu sơ lược về tình hình nghiên cứu hiện nay cũng như tính cấp thiết của đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Nêu các lý thuyết cần thiết để sử dụng trong đề tài.
Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống
Bài viết trình bày sơ đồ hệ thống và giải thích hoạt động của nó, đồng thời đưa ra các phương pháp lựa chọn phần cứng phù hợp với yêu cầu của đề tài Việc xác định lựa chọn phần cứng đúng đắn là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và đáp ứng tốt nhất các nhu cầu đề ra.
Tính toán đưa ra giải thuật, thuật toán phần mềm.
Chương 4: Kết quả thực hiện
Trình bày kết quả đã thực hiện về phần cứng và phần mềm, đưa ra nhận xét.
Chương 5: Kết luận và phạm vi ứng dụng
Nêu các ưu điểm và nhược điểm của đề tài, hướng khắc phục và phạm vi sử dụng trong thực tế.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BOARD ARDUINO MEGA 2560
2.1.1 Giới thiệu về board Arduino Mega 2560 a Giới thiệu board Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 sử dụng vi điều khiển ATmega2560, cho phép thực hiện nhiều tác vụ như điều khiển đèn LED nhấp nháy, động cơ, LCD và nhận tín hiệu từ cảm biến Thiết bị này được lập trình bằng ngôn ngữ C và ASM, mang đến khả năng linh hoạt cho các dự án điện tử.
Bảng 2 1: Thông số chi tiết của Arduino Mega 2560
Vi điều khiển Điện áp hoạt động
4 b Năng lượng hoạt động của Arduino Mega 2560
Arduino Mega có thể được cấp nguồn 5V qua cổng USB hoặc nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng từ 7-12V DC, giới hạn từ 6-20V Sử dụng pin vuông 9V là lựa chọn hợp lý khi không có nguồn từ cổng USB Lưu ý, cấp nguồn vượt quá giới hạn có thể gây hỏng cho Arduino Mega.
Chân GND trên Arduino Mega là cực âm của nguồn điện Khi sử dụng các thiết bị với nguồn điện riêng biệt, cần phải nối các chân GND này lại với nhau để đảm bảo hoạt động ổn định.
Chân 5V: Cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
Chân 3.3V: Cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.
Chân Vin (Voltage Input): Để cấp nguồn ngoài cho Arduino Mega, nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
Chân IOREF trên Arduino Mega cho phép đo điện áp hoạt động của vi điều khiển, thường là 5V Tuy nhiên, không nên sử dụng chân này để cấp nguồn 5V, vì chức năng chính của nó không phải là cung cấp nguồn điện.
Chân RESET trên board Arduino Mega 2560 cho phép người dùng khởi động lại vi điều khiển bằng cách nhấn nút Reset, tương đương với việc kết nối chân RESET với GND thông qua một điện trở 10KΩ.
256 KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của vi điều khiển, có 8 KB sử dụng cho bootloader.
SRAM có dung lượng 8 KB, nơi lưu trữ giá trị của các biến được khai báo trong lập trình Số lượng biến càng nhiều thì yêu cầu về bộ nhớ RAM càng lớn Tuy nhiên, tình trạng đầy bộ nhớ RAM là hiếm khi xảy ra Lưu ý rằng khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
EEPROM 4 KB hoạt động như một ổ cứng mini, cho phép bạn lưu trữ và truy xuất dữ liệu mà không lo mất mát khi mất điện, khác với dữ liệu trên SRAM Cổng vào/ra của Arduino Mega 2560 cung cấp khả năng kết nối linh hoạt cho các ứng dụng.
Arduino Mega có 54 chân Digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ
5 chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển
Atmega2560 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
Arduino Mega được trang bị 4 bộ UART, cho phép gửi (Transmit – TX) và nhận (Receive – RX) dữ liệu TTL Serial Nhờ vào 2 chân này, Arduino Mega có khả năng giao tiếp với các thiết bị khác một cách hiệu quả.
Arduino Mega sở hữu 15 chân PWM, cho phép xuất xung PWM với độ phân giải 8 bit, tương ứng với giá trị từ 0 đến 255 (0V đến 5V) Điều đặc biệt là điện áp đầu ra ở các chân này có thể điều chỉnh linh hoạt từ 0V đến 5V, khác với các chân khác chỉ có mức cố định 0V và 5V.
Chân giao tiếp SPI bao gồm 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) và 13 (SCK) Bên cạnh các chức năng cơ bản, bốn chân này còn hỗ trợ truyền dữ liệu qua giao thức SPI với các thiết bị khác.
Chân giao tiếp I2C: 20 (SDA) và 21 (SCL) Hai chân này hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
Trên Arduino Mega, có một đèn LED màu cam ký hiệu L, được kết nối với chân số 13 Khi nhấn nút Reset, đèn LED sẽ nhấp nháy để báo hiệu trạng thái Khi người dùng sử dụng chân này, đèn LED sẽ phát sáng.
Arduino Mega có 16 chân Analog (A0 → A15) cung cấp độ phân giải tín hiệu
Chân AREF trên board cho phép cung cấp điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân Analog, giúp đo giá trị điện áp trong khoảng 0V đến 5V với độ phân giải 10 bit (0 → 2^10 - 1) Nếu cấp điện áp 2.5V vào chân AREF, các chân Analog có thể đo điện áp từ 0V đến 2.5V mà vẫn giữ nguyên độ phân giải 10 bit.
2.1.2 Phương thức lập trình trên Arduino
Các thiết bị Arduino sử dụng một ngôn ngữ lập trình riêng, dựa trên Wiring, một biến thể của C/C++ Ngôn ngữ này phổ biến vì dễ học và dễ hiểu, giúp người dùng dễ dàng lập trình và giao tiếp với mạch Arduino Để hỗ trợ việc lập trình, nhóm phát triển đã cung cấp môi trường lập trình Arduino IDE, tạo điều kiện thuận lợi cho người dùng trong việc gửi lệnh và nhận tín hiệu từ thiết bị.
LCD HIỂN THỊ
Màn hình LCD có nhiều loại khác nhau, được phân loại theo kích thước và số lượng ký tự hiển thị, từ vài ký tự đến hàng chục ký tự, và từ 1 hàng đến vài chục hàng Ví dụ, LCD 16 x 2 có nghĩa là màn hình có 2 hàng, mỗi hàng có khả năng hiển thị 16 ký tự.
LCD có nhiều loại và số chân của chúng cũng khác nhau nhưng có 2 loại phổ biến là loại
14chân và loại 16 chân, sự khác nhau là các chân nguồn cung cấp, còn các chân điều khiển thì không thay đổi.
Trong 16 chân của LCD được trình bày trong bảng 2.2 được chia ra làm 3 dạng tín hiệu Hình 2 3: LCD 16 x 2 như sau:
Các chân cấp nguồn: chân số 1 là chân nối GND (0V), chân thứ hai là
Vdd nối với nguồn +5V Chân thứ ba dùng để chỉnh độ tương phản thường nối với biến trở.
Chân điều khiển trong mạch điện gồm chân số 4 (RS) dùng để lựa chọn thanh ghi, chân R/W để điều khiển quá trình đọc và ghi dữ liệu, và chân E là chân cho phép tín hiệu dạng xung chốt.
D0: chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi dữ liệu giữa thiết bị điều khiển và LCD.
Bảng 2 2: Các chân trong LCD
Để điều khiển LCD, các IC chuyên dụng được tích hợp bên dưới màn hình, trong đó có bộ nhớ RAM để lưu trữ dữ liệu hiển thị Các lệnh điều khiển LCD được liệt kê trong bảng 2.3.
Bảng 2 3: Các lệnh trong LCD
Lệnh xóa màn hình "Clear Display": khi thực hiện lệnh này thì LCD sẽ bị xóa và bộ đếm địa chỉ được xóa về 0.
Lệnh "Cursor Home" di chuyển con trỏ về đầu màn hình, làm cho bộ đếm địa chỉ được đặt lại về 0 và hiển thị trở về vị trí gốc đã bị dịch trước đó Tuy nhiên, nội dung trong bộ nhớ RAM hiển thị DDRAM vẫn không bị thay đổi.
Lệnh "Entry mode set" được sử dụng để thiết lập lối vào cho các ký tự hiển thị Khi bit ID = 1, con trỏ sẽ tự động tăng lên 1 mỗi khi có một byte dữ liệu được ghi vào bộ hiển thị Ngược lại, khi ID = 0, con trỏ sẽ không tăng, giữ nguyên vị trí hiện tại.
CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ-2
Lệnh điều khiển con trỏ hiển thị "Display Control" cho phép người dùng điều chỉnh hiển thị của con trỏ Cụ thể, để bật hiển thị, bit D phải được đặt là 1, trong khi để tắt hiển thị, bit D sẽ là 0 Ngoài ra, để mở con trỏ, bit C cần được đặt là 1, và để tắt con trỏ, bit C sẽ là 0 Cuối cùng, để làm cho con trỏ nhấp nháy, bit B phải là 1, còn để tắt tính năng nhấp nháy, bit B sẽ là 0.
Lệnh di chuyển con trỏ "Cursor/Display Shift": lệnh này dùng để điều khiển di chuyển con trỏ hiển thị dịch chuyển (SC = 1 cho phép dịch chuyển,
SC = 0 thì không cho phép), hướng dịch chuyển (RL = 1 thì dịch phải, RL 0 thì dịch trái) Nội dung bộ nhớ DDRAM vẫn không đổi.
Lệnh "Set CGRAM Addr" được sử dụng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM phát ký tự, giúp điều chỉnh vị trí lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ.
Lệnh "Set DDRAM Addr" được sử dụng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM, nơi lưu trữ các dữ liệu hiển thị.
2.3 CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ-2
Cảm biến MQ-2 là loại cảm biến khí, dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy Ví dụ như phát hiện các loại khí:
Cảm biến MQ-2 được làm từ chất bán dẫn SnO2, có độ nhạy thấp với không khí sạch Tuy nhiên, khi tiếp xúc với môi trường có chất gây cháy, độ dẫn của nó sẽ thay đổi nhanh chóng Nhờ vào đặc điểm này, người ta đã thiết kế một mạch đơn giản để chuyển đổi độ nhạy thành điện áp.
Khi môi trường sạch, điện áp đầu ra của cảm biến MQ-2 sẽ ở mức thấp Tuy nhiên, giá trị điện áp này sẽ tăng lên khi nồng độ khí gây cháy xung quanh cảm biến tăng cao.
Hình 2 4: Thông số kỹ thuật của cảm biến khí gas MQ-2
Cảm biến MQ-2 : Phát hiện và phát tín hiệu cảnh báo khi nồng độ khí vượt mức cho phép.
IC 358 được sử dụng để cải thiện tính ổn định và giảm nhiễu cho tín hiệu analog từ cảm biến khí gas Mục đích đầu tiên là khắc phục tình trạng nhiễu, giúp ngõ ra cảm biến ổn định hơn Mục đích thứ hai là chuyển đổi điện áp từ analog sang digital, cho phép so sánh điện áp từ cảm biến với mức báo động Khi có sự thay đổi điện áp tại chân 3 của LM358, nó sẽ so sánh với điện áp chuẩn ở chân 8, từ đó tạo ra sự biến đổi tín hiệu đầu ra tại chân 1.
Khi điện áp dưới ngưỡng báo động, điện áp ra sẽ ở mức ‘1’.
Khi điện áp vượt ngưỡng báo động điện áp ra ở mức ‘0’.
CẢM BIẾN THÂN NHIỆT CHUYỂN ĐỘNG PIR
Trong đó có các chân:
Vcc : Chân cấp nguồn, điện áp 5V DC.
Dout : Ngõ ra tín hiệu dạng Digital.
Aout : Ngõ ra tín hiệu dạng Analog.
Module có 2 chân đầu ra là Aout và Dout:
Aout: Điện áp ra dạng Analog Nó chạy từ 0.3 - 4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quang MQ-2.
Dout của cảm biến MQ-2 cung cấp tín hiệu điện áp ra dạng Digital, với giá trị ‘0’ hoặc ‘1’ phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí đo được Khi điều chỉnh biến trở đến mức nồng độ mong muốn, nếu nồng độ khí thấp hơn mức cho phép, Dout sẽ là ‘1’ và đèn LED sẽ tắt Ngược lại, nếu nồng độ khí vượt quá giới hạn cho phép, Dout sẽ là ‘0’ và đèn LED sẽ sáng Tín hiệu Digital Dout giúp đơn giản hóa việc xây dựng các ứng dụng liên quan đến giám sát nồng độ khí.
2.4 CẢM BIẾN THÂN NHIỆT CHUYỂN ĐỘNG PIR
2.4.1 Giới thiệu về cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR
Cảm biến PIR (Passive Infra-Red sensor) là một thiết bị thụ động sử dụng tia hồng ngoại để phát hiện sự chuyển động của các vật thể nóng Tia hồng ngoại, hay tia nhiệt, phát ra từ các vật thể có nhiệt độ cao, bao gồm cả cơ thể con người với nhiệt độ khoảng 37 độ C Cảm biến này hoạt động bằng cách sử dụng tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt thành tín hiệu điện, từ đó nhận diện được sự hiện diện và chuyển động của các vật thể nóng.
Cảm biến PIR, hay cảm biến hồng ngoại thụ động, hoạt động dựa vào việc phát hiện nhiệt độ từ các nguồn bên ngoài, như thân nhiệt của con người và động vật, thay vì sử dụng nguồn nhiệt tự phát Điều này khiến nó trở thành một thiết bị tiết kiệm năng lượng và hiệu quả trong việc phát hiện chuyển động.
2.4.2 Cấu trúc của cảm biến PIR
Cảm biến PIR là một thiết bị nội bộ được trang bị hai cảm biến tia nhiệt, có ba chân kết nối: một chân nối GND, một chân nối nguồn DC với mức áp từ 3 đến 15V Để tăng cường góc phát hiện và độ nhạy của cảm biến, kính Fresnel được sử dụng, thiết kế đặc biệt cho loại cảm biến có hai đầu, giúp mở rộng góc dò và ngăn chặn tia hồng ngoại.
2.4.3 Nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR
PIR sensors are equipped with a sensing unit that consists of two elements Positioned in front of the sensor is a lens, typically made of plastic, designed in the style of a Fresnel lens.
Hai đơn vị của mắt sensor tạo ra hai điện cực, một dương (+) và một âm (-) Khi hai điện cực này được kích hoạt tuần tự, chúng sinh ra một xung điện kích hoạt hệ thống báo động Nguyên lý này cho phép sensor phát hiện chuyển động của người đi qua theo hướng vuông góc.
Cảm biến sẽ kích hoạt từng đơn vị cảm biến theo thứ tự khi nhận được bức xạ hồng ngoại từ thân nhiệt của người, dẫn đến việc báo động trong 13 khu vực kiểm soát.
Hình 2 9: Nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR
Theo nguyên lý này, khi một người di chuyển theo hướng song song và phát ra hai luồng bức xạ cùng lúc qua lăng kính Fresnel, cả hai luồng sẽ đập vào hai đơn vị cảm biến một cách đồng thời Kết quả là xung điện không được tạo ra, dẫn đến việc cảm biến không kích hoạt báo động.
Cảm biến HC-SR501 PIR là một thiết bị cảm biến chuyển động dựa trên thân nhiệt, cho phép điều chỉnh độ nhạy để hoạt động chính xác hơn theo nhu cầu của người dùng.
SR502 điều chỉnh độ nhạy nhờ 2 biến trở.
Biến trở Sx điều chỉnh độ nhạy của cảm biến, trong khi biến trở Tx điều chỉnh thời gian đóng của cảm biến Khi vặn biến trở về bên phải, giá trị của nó sẽ tăng lên, còn khi vặn về bên trái, giá trị sẽ giảm xuống.
PIR HC-SR501 sử dụng IC cảm biến mới nhất tên mã: BISS0001 A1326311 tăng khả năng nhận biết huyển động.
Phạm vi phát hiện: góc 360 độ hình nón, độ xa tối đa là 6m.
Điện áp hoạt động: 3.8V – 5V DC.
Mức tiờu thụ dũng: ≤ 50 àA.
Thời gian báo: 30 giây có thể tùy chỉnh bằng biến trở.
Độ nhạy có thể điều chỉnh bằng biến trở.
Tự động cảm ứng: Khi có đối tượng vào phạm vi cảm ứng, Vout: 1.5-3.3V Không phát hiện ở 0V.
Thiết lập hai chế độ kích hoạt: L - không lặp đi lặp lại, H - được lặp đi lặp lại.
- Không thể lặp lại kích hoạt: Module tự động đưa về mức thấp khi hết thời gian trễ.
- Lặp lại kích hoạt: Module luôn giữ ở mức cao cho đến khi không còn người chuyển động.
Thiết lập thời gian: Module hoạt động ổn định khi cài đặt >5s.
MODULE GSM GPRS SIM800A
2.5.1 Giới thiệu về module GSM GPRS SIM800A
Trong quá trình sử dụng thực tế, người dùng có thể gặp những trường hợp không thể truy cập hệ thống qua
Internet Giải pháp được đưa ra là sử dụng mạng di động có mức độ phủ sóng rộng khắp và tính linh động cao.
Do đó nhóm lựa chọn sử dụng Module
SIM800A là giải pháp dự phòng để
Hình 2 11: Module SIM800A giám sát và điều khiển hệ thống từ xa.
Module SIM800A có các chân kết nối quan trọng bao gồm VCC, GND, EN, 232R, 232T, RXD, TXD, BRXD, BTXD, EPN, EPP, MICP, và MICN Trong đó, ba chân TX, RX và GND được sử dụng để giao tiếp giữa module và board xử lý trung tâm Để lập trình và điều khiển module SIM800A, người dùng cần nắm vững một số lệnh AT cơ bản.
Bảng 2 4: Một số lệnh AT cơ bản
AT+CMGS= “”
Module SIM900A sử dụng mạng điên thoại di động GSM để nhận dữ liệu từ một địa điểm từ xa Module này đáp ứng được các dịch vụ như:
- Và nhiều dịch vụ khác.
Module Sim800A tương thích và phù hợp với hầu hết các board Arduino như (Uno R3, Mega 2560, …) dễ dàng khai thác nhiều tính năng với tập
2.5.3 Đặc điểm kỹ thuật của module GSM GPRS SIM800A
Sử dụng Module GSM GPRS SIM800A.
Nguồn cấp đầu vào 5 – 18VDC, dòng lớn hơn 1A.
Mức tín hiệu giao tiếp: TTL (3.3-5VDC) hoặc RS232.
Tích hợp chuyển mức tín hiệu TTL Mosfet tốc độ cao.
Tích hợp nguồn xung với dòng cao cung cấp cho SIM800A.
Sử dụng khe Micro Sim.
Thiết kế mạch nhỏ gọn, bền bỉ, chống nhiễu.
Sau đây là một số đặc điểm kỹ thuật của module SIM908.
Hỗ trợ 4 băng tần 850/900/1800/1900MHz.
Hỗ trợ GPRS multi-slot class 12/10.
Hỗ trợ GPRS mobile station class B.
Điều khiển qua tập lệnh AT.
Tiêu thụ ít năng lượng.
Hỗ trợ GPRS class 12: tốc độ tối đa 85.6 kbps (downlink/uplink).
Hỗ trợ PBCCH (Packet Broadcast Control Channel).
Hỗ trợ USSD (Unstructured Supplementary Service Data).
CSD (Circuit Switched Data) có tốc độ lên tới 14.4 kbps.
Tích hợp kết nối anten ngoài cho GSM.
Tích hợp đế SIM Card trên mạch.
Led NET: led hiển thị trạng thái kết nối của SIM900A.
Cổng kết nối ngoài 3 chân giao tiếp RS232: 232R, 232T, GND.
Cổng kết nối ngoài 3 chân giao tiếp UART: RX-GPS, TX-GPS, GND.
Chân nạp Firmware cho SIM800A: BRXD, BTXD.
Ngõ ra loa và Micro: EPP, EPN, MICP, MICN.
MODULE ETHERNET SHIELD W5100
Ethernet Shield là một mạch mở rộng cho Arduino, giúp Arduino có thể kết nối với thế giới Internet rộng lớn Ứng dụng của
Shield này là truyền nhận thông tin giữa
Arduino với thiết bị bên ngoài sử dụng
Internet là yếu tố quan trọng cho các ứng dụng IoT, giúp điều khiển và kiểm soát hệ thống một cách hiệu quả Với khả năng kết nối liên tục, dữ liệu được truyền đi nhanh chóng và không bị giới hạn về khoảng cách, Internet trở thành giải pháp tiết kiệm hơn so với việc truyền thông qua tin nhắn từ xa.
Tính năng của module Ethernet Shield W5100:
Ethernet Shield Wiznet W5100 sử dụng chip Ethernet W5100 của Wiznet.
IC điều khiển W5100 hỗ trợ truyền dữ liệu qua hai giao thức TCP và UDP, với khả năng truyền song song tối đa lên đến 4 đường Điểm mạnh này giúp W5100 vượt trội hơn so với Microchip ENC28J60, cho phép nhận dữ liệu từ Internet với tỷ lệ lỗi thấp hơn, nhờ vào khả năng xử lý đồng thời 4 luồng dữ liệu, giảm thiểu tình trạng mất dữ liệu và thời gian truyền vượt quá giới hạn.
Ethernet Shield Wiznet W5100 hỗ trợ giao tiếp SPI cho phép dễ dàng kết nối với vi điều khiển để truyền nhận dữ liệu.
Chuẩn kết nối module Ehternet Shield w5100 là chuẩn RJ45 Đây là chuẩn thông dụng và phổ biến hiện nay.
Thông số chính của Ethernet shield w5100:
Board Ethernet sử dụng nguồn 5V.
IC W5100 với 16KB bộ nhớ đệm.
Tốc độ truy xuất qua cổng LAN: 10/100Mbps.
Kết nối với mạch Arduino qua cổng SPI. Ý nghĩa các trạng thái đèn led trên module Ethernet Shield w5100:
PWR: đèn chỉ thị trạng thái nguồn.
LINK: Chỉ thị trạng thái kết nối, sáng lên khi module này truyền hoặc nhận dữ liệu.
FULLD: chỉ thị trạng thái kết nối là full duplex(song công).
100M: Chỉ thị trạng thái tốc độ kết nối mạng là 100Mb/s.
RX: sáng lên khi nhận dữ liệu.
TX: sáng lên khi truyền dữ liệu.
MODULE RELAY
Module 1 relay với opto cách ly nhỏ gọn, có opto và transistor cách ly giúp cho việc sử dụng trở nên an toàn với board mạch chính, mạch được sử dụng để đóng ngắt nguồn điện công suất cao
AC hoặc DC, có thể chọn đóng khi kích mức cao hoặc mức thấp bằng Jumper.
Module Relay đóng ở mức thấp (nối cực âm vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng)
Module Relay đóng ở mức cao (nối cực dương vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng).
Khi so sánh hai module relay có cùng thông số kỹ thuật, hầu hết các linh kiện bên trong đều giống nhau, điểm khác biệt chính nằm ở loại transistor sử dụng Có hai loại transistor phổ biến: NPN, hoạt động ở mức cao, và PNP, hoạt động ở mức thấp.
Module relay có 3 chân: DC+ (cấp điện thế kích tối ưu), DC- (nối với cực âm) và IN (chân tín hiệu) Khi chân IN nhận điện thế dương ở mức cao, module relay sẽ được kích hoạt, và tương tự, nó cũng hoạt động khi ở mức thấp.
Tiếp điểm đóng ngắt bao gồm ba loại: NC (thường đóng), NO (thường mở) và COM (chân chung), hoàn toàn cách ly với board mạch chính Trong trạng thái bình thường, tiếp điểm NC sẽ kết nối với COM Khi có tín hiệu kích hoạt, COM sẽ chuyển sang kết nối với NO và ngắt kết nối với NC.
Sử dụng điện áp nuôi DC 5V.
Mỗi relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA.
Điện thế đóng cắt tối đa: AC 250V ~ 10A hoặc DC 30V ~ 10A.
Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi relay.
Có thể chọn mức tí hiệu kích ‘0’ hoặc ‘1’ qua jumper.
CÒI BÁO ĐỘNG
Còi báo động được thiết kế phù hợp với các hệ thống báo động nhanh chóng và tức thời.
Chúng tôi cung cấp giải pháp bảo vệ hiệu quả chống lại những kẻ đột nhập trước khi chúng có thể vào nhà Còi báo động sẽ kịp thời cảnh báo khi có sự xâm nhập vào các cơ sở, nhà ở hoặc khu vực có tài sản quý giá.
Dòng điện tiêu thụ: 30mA 12V, 40mA 24V.
Biên độ âm thanh: lên đến 100dB.
MODULE GIẢM ÁP DC LM2596
Module giảm áp LM2596 là một mạch DC nhỏ gọn, có khả năng hạ áp từ 35V xuống 1.5V với hiệu suất cao đạt 92% Sản phẩm này rất phù hợp cho các ứng dụng chia nguồn, giảm áp và cấp điện cho các thiết bị như camera, motor và robot.
Hình 2 15: Module giảm áp DC
Điện áp đầu vào: từ 3V đến 40V.
Điện áp đầu ra: điều chỉnh được trong khoảng từ 1.5V đến 35V.
Dòng đáp ứng tối đa là 3A.
CAMERA IP QTC-906W
2.10.1 Giới thiệu về camera IP
Camera IP là thiết bị quan sát sử dụng công nghệ số để xử lý và mã hóa hình ảnh Nó truyền tải tín hiệu ảnh số qua kết nối Ethernet đến máy tính hoặc các thiết bị lưu trữ như hệ thống NAS, server, hoặc đầu ghi hình IP.
Camera IP có thể được kết nối vào mạng LAN hay Internet để quan sát từ xa.
Nó cho phép người dùng có thể quan sát từ xa ở bất kể nơi đâu hay bất cứ lúc nào.
2.10.2 Các chức năng của camera IP
Dưới đây là danh sách liệt kê những chức năng chính của Camera IP:
Camera IP hiện nay sử dụng ống kính và cảm biến ảnh CCD hoặc CMOS, với độ phân giải hình ảnh lên tới 5 Megapixel, mang lại hình ảnh cực nét Điều này giúp tiết kiệm số lượng camera cần thiết nhờ vào mức độ mở rộng của camera.
Camera này cho phép lưu trữ dữ liệu mà không cần ổ cứng ngoài, ghi hình ảnh vào thẻ nhớ mở rộng hoặc sử dụng phần mềm để lưu vào máy tính Tuy nhiên, cần lưu ý rằng thẻ nhớ có thể bị đầy, gây cản trở việc lưu trữ thêm, và nếu sử dụng phần mềm, máy tính phải hoạt động liên tục để ghi hình ảnh trực tiếp vào ổ cứng.
Điều khiển từ xa: người dùng có thể trực tiếp điều khiển chức năng của camera IP bằng điện thoại, máy tính bảng hay máy tính của mình.
Camera IP quan sát sử dụng một Web Server cài đặt nội bộ để chuyển đổi hình ảnh, cho phép hoạt động độc lập Web Server này không chỉ hỗ trợ việc truyền tải hình ảnh qua mạng LAN và Internet một cách an toàn, mà còn có khả năng phân quyền truy cập cho nhiều người dùng khác nhau thông qua nhiều tài khoản.
Chức năng phát lại cho phép người dùng xem lại hình ảnh đã ghi trên máy tính, điện thoại hoặc máy tính bảng Ngoài ra, bạn có thể theo dõi nhiều camera cùng lúc thông qua chế độ hiển thị đa hình, hoặc xem hình ảnh trực tiếp trên tivi.
Hình 2 16: Camera IP Questek QTC-906W
Camera IP Questek QTC-906W là lựa chọn lý tưởng cho cả không gian trong nhà và ngoài trời, phù hợp lắp đặt tại nhà xưởng, văn phòng, hành lang và biệt thự Sản phẩm cung cấp chất lượng hình ảnh sắc nét trong điều kiện ánh sáng thích hợp Với thiết kế không dây và kết nối WiFi, Questek QTC-906W giúp việc lắp đặt trở nên dễ dàng, đặc biệt trong những trường hợp khó khăn khi đi dây Đây là dòng camera IP giá rẻ, phù hợp với ngân sách của người tiêu dùng.
- Cảm biến hình ảnh: 1/4” SONY CCD.
- Chuẩn nén hình ảnh: MJPEG.
- Chức năng quan sát Ngày và Đêm.
- Độ phân giải hình ảnh: 640 x 480 pixel (VGA).
- Tốc độ tối đa khung hình: 25 hình/ giây.
- Hỗ trợ giao thức: HTTP, TCP/ IP, DHCP, DDNS, NTP.
- Không dây, lắp ngoài trời.
Chương trình Arduino IDE
Arduino IDE là nơi để soạn thảo code, kiểm tra lỗi và upload code cho arduino.
Hình 2 17: Arduino IDE Arduino Toolbar: có một số button và chức năng của chúng như sau :
Verify: kiểm tra code có lỗi hay không
Upload: nạp code đang soạn thảo vào Arduino
New, Open, Save: Tạo mới, mở và Save Sketch
Serial Monitor: Đây là màn hình hiển thị dữ liệu từ Arduino gửi lên máy tính
Trong file menu chúng ta quan tâm tới mục Examples đây là nơi chứa code mẫu ví dụ như: cách sử dụng các chân digital, analog, sensor…
Verify/Compile : chức năng kiểm tra lỗi code.
Show Sketch Folder : hiển thị nơi code được lưu.
Add File : thêm vào một Tap code mới.
Import Library : thêm thư viện cho IDE.
Trong Tool menu ta quan tâm các mục Board và Serial Port
Mục Board : các bạn cần phải lựa chọn board cho phù hợp với loại board mà bạn sử dụng nếu là Arduino Mega 2560 thì phải chọn như hình:
Nếu sử dụng loại bo khác thì phải chọn đúng loại bo mà mình đang có nếu sai thì code Upload vào chip sẽ bị lỗi.
Cổng Serial là nơi người dùng chọn cổng Com cho Arduino Sau khi cài đặt driver, máy tính sẽ hiển thị tên cổng Com của Arduino, và người dùng chỉ cần vào Serial Port để chọn đúng cổng Com nhằm nạp code Nếu chọn sai cổng, việc nạp code cho Arduino sẽ không thành công.
THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
Yêu cầu và sơ đồ khối hệ thống
3.1.1 Yêu cầu của hệ thống
Hệ thống có các chức năng sau:
Phát hiện nồng độ khí gas và đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát.
Người quản lý giám sát được hệ thống cảnh báo bằng cách:
- Gọi điện và nhắn tin đến người quản lý hệ thống.
- Phát còi và đèn cảnh báo.
- Hiển thị trạng thái của hệ thống trên giao diện phần mềm máy tính.
Xây dựng giao diện phần mềm máy tính bao gồm:
- Trang đăng nhập: hiển thị thông tin về đề tài và xác nhận quyền truy cập hệ thống.
Trang giám sát hệ thống bao gồm các phần chính như kết nối với hệ thống, hiển thị trạng thái hoạt động, phát video trực tiếp từ Camera, và lưu trữ các video ghi lại từ Camera tại khu vực giám sát.
3.1.2 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối
Hình 3 1: Sơ đồ khối của hệ thống
Khối cảm biến khí gas: thu thập, phát hiện nồng độ khí gas bị rò.
Khối phát hiện chuyển động: phát hiện có đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát.
Khối báo động: phát ra âm thanh và đèn cảnh báo.
Khối hiển thị: hiển thị các thông báo bằng chữ lên LCD.
Khối giao tiếp mạng Ethernet: tạo môi trường giao tiếp mạng LAN
Ethernet giữa Arduino với Router.
Khối giao tiếp GSM: thực hiện các cuộc gọi và nhắn tin thông báo tới người giám sát quản lý hệ thống.
Khối xử lý trung tâm có chức năng quan trọng trong việc tiếp nhận và xử lý các tín hiệu từ các khối cảm biến Nó đảm nhiệm việc nhận và xuất các thông tin điều khiển, từ đó điều chỉnh hoạt động của hệ thống một cách hiệu quả.
Khối nguồn: cung cấp nguồn điện cho khối xử lý trung tâm và các khối cơ cấu chấp hành.
Điện thoại di động: nhận cuộc gọi và tin nhắn thông báo về tình trạng rò rỉ khí gas cũng như cảnh báo về sự xâm nhập của đối tượng vào khu vực giám sát.
Router Wifi: kết nối dữ liệu giữa hệ thống với máy tính và giữa camera với máy tính.
Camera: ghi hình vùng giám sát của hệ thống 24/24 và gửi dữ liệu về máy tính thông qua mạng Ethernet.
PC: nhận dữ liệu từ hệ thống cũng như camera thông qua Router WiFi và hiển thị chúng lên trên giao diện máy tính.
3.1.3 Hoạt động của hệ thống
Hệ thống thu thập thông tin từ cảm biến khí gas và phát hiện chuyển động, gửi về khối xử lý trung tâm Tại đây, các tín hiệu được xử lý để điều khiển báo động phát ra âm thanh và đèn cảnh báo Đồng thời, hệ thống sẽ sử dụng giao tiếp GSM để gọi và nhắn tin thông báo đến người giám sát, cũng như cập nhật trạng thái trên giao diện máy tính qua giao tiếp Ethernet Camera ghi hình liên tục tại khu vực giám sát, hiển thị trên giao diện máy tính và lưu trữ video để xem lại khi cần.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG
3.2.1 Khối cảm biến khí gas Để phát hiện nồng độ khí gas trong không khí, nhóm sử dụng cảm biến khí gas MQ-2 Module này có khả năng đáp ứng tốt, giá thành phù hợp, dễ dàng sử dụng. Ở trạng thái bình thường khi (nồng độ khí gas không có hoặc ở mức an toàn) thì chân Dout ở mức cao (mức ‘1’), điện áp lấy ra ở chân Aout thấp Khi nồng độ khí gas vượt mức cho phép thì chân Dout xuống mức thấp (mức ‘0’) và điện áp ra tịa chân Aout sẽ lớn dựa trên nguyên tắc phân chia điện áp.
Dữ liệu chân Dout của cảm biến MQ-2 liên tục gửi về board Arduino Mega 2560 qua chân số 3 như hình 3.2.
Nhóm không sử dụng chân Aout do yêu cầu của hệ thống chỉ cần phát hiện nồng độ khí gas trong không khí để cảnh báo cho người quản lý Việc này giúp họ nhanh chóng nhận biết và xử lý tình huống kịp thời.
3.2.2 Khối phát hiện chuyển động Để phát hiện đối tượng xâm nhập và vùng giám sát, nhóm sẽ sử dụng cảm biến hồng ngoại thụ động PIR HC-SR501 Module này đáp ứng tốt với yêu cầu của hệ thống. Ở trạng thái bình thường khi không có đối tượng chuyển động vào vùng giám sát của cảm biến PIR HC-SR501 thì chân Out của cảm biến luôn bằng 0V, trạng thái mức thấp
‘0’ Khi có đối tượng di chuyển qua vùng giám sát của cảm biến thì chân Out của cảm biến có điện áp 3.3 V, trạng thái mức cao ‘1’.
Dữ liệu từ chân Out của cảm biến PIR
HC-SR501 sẽ được gửi liên tục về chân số 2 của Board Arduino Mega 2560 như hình 3.3 Hình 3 3: Sơ đồ mạch của cảm biến hồng ngoại thụ động
Module có hai chế độ kích hoạt: không lặp đi lặp lại và lặp đi lặp lại Nhóm quyết định chọn chế độ lặp đi lặp lại để chân Out của Module luôn duy trì ở mức cao cho đến khi không còn đối tượng chuyển động Do đó, hệ thống sẽ phát cảnh báo cho đến khi không còn đối tượng nào trong khu vực giám sát.
3.2.3 Khối báo động Để báo động cho những người xung quanh biết có rò rỉ khí gas hoặc có đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát không được sự cho phép thì có thể sử dụng âm thanh và đèn báo động Âm thanh thì sử dụng loa, còi- buzzer để báo động còn đèn báo động thì có thể sử dụng đèn báo động chuyên dụng, đèn led Trong đề tài này sử dụng còi-buzzer kết hợp với đèn led để báo động.
Kết nối mạch báo động với vi xử lý trung tâm như hình 3.4.
Khi có tín hiệu ngõ ra từ chân số 5 của
Board Arduino Mega 2560, mức tín hiệu chuyển từ 0V lên 5V, thì sẽ kích Module
Khi relay hoạt động, chân COM sẽ chuyển từ kết nối với chân NC sang chân NO, cho phép nguồn pin 9V kết nối với còi-buzzer và phát ra âm thanh Khi không còn tín hiệu, chân COM sẽ trở lại kết nối với chân NC.
Còn khi có tín hiệu ngõ ra từ chân số
6 của Board Arduino thì đèn led sẽ sáng lên.
Ngược lại khi không có tín hiệu thì đèn led sẽ tắt.
Hình 3 4: Sơ đồ kết nối của mạch báo động với Board Arduino
3.2.4 Khối hiển thị Để hiển thị các thông báo của hệ thống thì có rất nhiều giải pháp như: led ma trận, LCD,… trong đó LCD là một lựa chọn thích hợp nhất Hiện nay, có khá nhiều loại LCD như: Character LCD (LCD ký tự), Graphic LCD (LCD đồ họa),…; với nhiều kích thước cũng như màu sắc khác nhau.
Trong bài viết này, chúng tôi sử dụng màn hình LCD ký tự 16x2 để hiển thị thông báo về rò rỉ gas và xâm nhập trái phép Việc giao tiếp với LCD thường yêu cầu nhiều chân kết nối, nhưng với Arduino Mega 2560, người dùng có thể dễ dàng kết nối nhiều thiết bị cùng lúc nhờ vào số lượng chân phong phú của nó.
Kết nối chân của LCD với
Hệ thống chỉ hiển thị thông báo bằng chữ, vì vậy LCD hoạt động ở chế độ 4 bit và sử dụng 7 chân điều khiển thay vì 11 chân Biến trở được sử dụng để điều chỉnh độ tương phản của LCD, giúp hiển thị thông báo rõ ràng hơn.
3.2.5 Khối giao tiếp mạng Ethernet
Trên thị trường hiện nay, có nhiều mạch chuyển giao tiếp Ethernet tiện lợi, nhưng module Arduino Ethernet Shield nổi bật với tốc độ và khả năng kết nối ổn định Nó đi kèm với bộ thư viện hỗ trợ và phần cứng dễ dàng kết nối với board Arduino Vì lý do này, nhóm đã quyết định sử dụng module Arduino Ethernet Shield cho dự án của mình Kết nối chân giữa board Arduino và module Ethernet Shield được thực hiện như hình 3.6.
Chân số 4 của board Arduino dùng để giao tiếp với SD Card thông qua chân SD_SC của Ethernet Shield.
Chân số 10 của board Arduino được thiết lập làm chân xuất (output), cho phép Arduino hoạt động như Master trong việc truyền dữ liệu Trong khi đó, chân SS của Ethernet Shield được cấu hình là chân nhận (input), đảm nhiệm vai trò Slave trong quá trình giao tiếp.
Chân 11 của Board Arduino được sử dụng để truyền dữ và chân MOSI của Ethernet Shield được dùng để nhận dữ liệu.
Chân 12 Board Arduino được sử dụng để nhận dữ liệu từ Slave vào chân MISO của Ethernet Shield được dùng để truyền dữ liệu.
Chân 13 của Board Arduino được dùng để cấp xung đồng bộ để truyền nhận dữ liệu với một Slave nào đó được chọn, chân SCLK của
Ethernet Shield nhận xung đồng bộ truyền dữ liệu từ board Arduino.
Hình 3 6: Sơ đồ kết nối của Module
Ethernet Shield với Board Arduino
3.2.6 Khối giao tiếp GSM Đối với mạng di động, có thể sử dụng nhiều biện pháp để kết nối như: sử dụng các Shield GSM hoặc có thể sử dụng các module sim để giao tiếp với mạng Module SIM800A, ngoài ra các Module này còn hỗ trợ kết nối GPRS Nhóm quyết định chọn Module SIM800A để giao tiếp với mạng di động do việc kết nối đơn giản, dễ sử dụng và khả năng mở rộng cao.
Module SIM800A hoạt động khi chân EN được kết nối với mức cao, cho phép module này kết nối với mạng di động Để thực hiện cuộc gọi và gửi tin nhắn qua mạng di động, cần sử dụng các câu lệnh thích hợp để gửi qua module SIM.
Các lệnh này sẽ được gửi từ board
Arduino sử dụng giao tiếp UART qua hai chân TX và RX để truyền dữ liệu Sau đó, module SIM sẽ xử lý chuỗi dữ liệu và gửi qua mạng di động đến số điện thoại nhận.
Hình 3 7: Sơ đồ kết nối của Module
3.2.7 Khối xử lý trung tâm
Hiện nay, để đáp ứng yêu cầu cho hệ thống, có nhiều giải pháp như board Raspberry Pi, board Arduino và board Intel Galileo, mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng Board Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng, dựa trên ngôn ngữ Wiring, một biến thể của C/C++ Điều này khiến việc lập trình cho Arduino trở nên dễ dàng hơn với những người đã quen thuộc với ngôn ngữ C/C++ phổ biến hiện nay.
LẬP TRÌNH PHẦN MỀM
3.3.1 Lưu đồ giải thuật a Lưu đồ giải thuật của hệ thống
Với những yêu cầu đặt ra, nhóm đã xây dựng lưu đồ giải thuật cho hệ thống như hình 3.9.
KHỞI TẠO CÁC GIÁ TRỊ
BAN ĐẦU (LCD, CÁC CHÂN
THIẾT LẬP KẾT NỐI ĐỌC GIÁ TRỊ CẢM BIẾN
KIỂM TRA DỮ LIỆU TỪ CẢM
PHÁT ÂM THANH VÀ ĐÈN
1 ĐỌC GIÁ TRỊ CẢM BIẾN KHÍ GAS
S KIỂM TRA DỮ LIỆU TỪ CẢM
HIỂN THỊ LCD PHÁT ÂM THANH VÀ ĐÈN GIAO TIẾP ETHERNET GIAO TIẾP GSM
Hình 3 9: Lưu đồ giải thuật của hệ thống
Đầu tiên là khởi tạo các giá trị ban đầu như: các biến, thư viện LCD, các chân
I/O, thư viện GSM, thư viện Ethernet.
Tiếp theo sẽ tới vòng lặp gồm:
Thiết lập kết nối: phần cứng sẽ được kết nối với giao diện máy tính thông qua mạng Ethernet.
Đọc giá trị cảm biến hồng ngoại: thực hiện lấy các giá trị của cảm biến hồng ngoại từ các chân digital.
Đọc giá trị cảm biến khí gas: thực hiện lấy các giá trị của cảm biến khí gas từ các chân digital.
Kiểm tra giá trị 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 sai, cần chuyển sang đọc giá trị từ cảm biến khí gas.
Kiểm tra giá trị dữ liệu của cảm biến khí gas là bước quan trọng để xác định trạng thái hiện tại của cảm biến Nếu giá trị cảm biến đúng, quá trình sẽ tiếp tục, ngược lại, nếu sai, cần trở về thiết lập kết nối.
Hiển thị LCD: hiển thị các thông báo cảnh báo ra màn hình LCD.
Bật còi và đèn: gửi tín hiệu tới còi và đèn led để phát ra âm thanh và đèn báo động.
Giao tiếp Ethernet: gửi các thông báo cảnh báo của hệ thống qua mạng Ethernet.
Giao tiếp GSM: gọi và gửi các tin nhắn cảnh báo.
Trong quá trình chạy, nếu nhấn nút Reset trên board Arduino thì sẽ lập tức thoát ra khỏi vòng lặp và bắt đầu lại chương trình từ đầu.
35 b Lưu đồ giải thuật thiết lập kết nối
KIỂM TRA IP VÀ PORT
GỬI CHUỖI VÀ KHỞI TẠO UDP
KIỂM TRA DỮU LIỆU NHẬN TỪ PHẦN CỨNG Đ
Hình 3 10: Lưu đồ giải thuật của phần thiết lập kết nối
Lưu đồ giải thích quá 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 Tiếp theo, dữ liệu nhận được sẽ được kiểm tra; nếu IP và Port hợp lệ, 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.
CÓ TRỘM Đ BẬT CÒI VÀ ĐÈN
GỌI VÀ NHẮN TIN QUA GSM
MỞ CẢM BIẾN KHÍ GAS Đ
CÓ GAS Đ BẬT CÒI VÀ ĐÈN
GỌI VÀ NHẮN TIN QUA GSM
Hình 3 11: Lưu đồ giải thuật của phần trung tâm cảnh báo
Bài viết mô tả quy trình hoạt động của hệ thống an ninh sử dụng hàm UDP để nhận dữ liệu đa luồng Đầu tiên, hệ thống khởi tạo kết nối và kiểm tra trạng thái của cảm biến hồng ngoại Nếu cảm biến phát hiện có trộm, hệ thống sẽ kích hoạt còi và đèn, hiển thị thông báo trên LCD và gửi mã chuỗi qua mạng Ethernet, đồng thời truyền dữ liệu gọi và nhắn tin đến module SIM Ngược lại, nếu không có trộm, còi và đèn sẽ được tắt, và thông báo cũng sẽ được gửi qua mạng Tiếp theo, hệ thống kiểm tra cảm biến khí gas; nếu phát hiện có gas, nó sẽ thực hiện các hành động tương tự như khi phát hiện trộm Nếu không có gas, hệ thống sẽ tắt còi và đèn, hiển thị thông báo và gửi mã chuỗi qua Ethernet trước khi kết thúc quy trình.
3.3.2 Thiết kế giao diện máy tính a Cấu hình router
Bước 1: Kết nối Router WiFi với máy tính bằng cable RJ45.
Bước 2: Cấu hình địa chỉ IP local của máy tính về cùng lớp mạng với IP mặc định của Router WiFi như hình 3.12.
Hình 3 12: Cấu hình IP local cho máy tính Bước 3: Truy cập vào Router bằng quyền admin.
Để truy cập vào giao diện cấu hình của Router WiFi, bạn cần nhập thông tin đăng nhập với Username là "admin" và Password cũng là "admin" Sau khi hoàn tất, bạn sẽ thấy giao diện cấu hình của Router như hình 3.14.
Hình 3 14: Giao diện cấu hình của Router WiFi
Bước 4: Trên giao diện của Router WiFi ta chọn mục Wireless.
Sau đó tại ô S SID ta đặt tên cho mạng WiFi để dễ thao tác Và nhấn nút Save lưu lại như hình 3.15.
Hình 3 15: Đặt tên cho mạng WiFi
Sau đó chọn mục Wireless Security Và chọn loại bảo mật tùy ý Sau đó đặt password cho mạng WiFi và nhấn nút Save lưu lại.
Hình 3 16: Chọn loại bảo mật và đặt mật khẩu WiFi
To disable the DHCP mode on your router, which automatically assigns IP addresses to devices accessing the WiFi network, navigate to the DHCP settings, select the Disable option, and then click the Save button to apply the changes.
Hình 3 17: Tắt chế độ DHCP trên Router b Cấu hình camera
Bước 1: Kết nối Router Wifi với máy tính bằng cable RJ45.
Bước 2: Đăng nhập vào trình giao diện camera
Camera QTC-906W có địa chỉ IP mặc định khi xuất xưởng như sau: IP :192.168.1.200; username : admin ; password : 123456
Mở trình duyệt Internet trên máy tính nhập vào địa chỉ: http://
Ta được giao diện camera QTC-906W như 3.18.
Hình 3 18: Giao diện camera QTC-906W sau đăng nhập thành công
Bước 3: Đăng nhập vào trình giao diện camera
Sau đó nhấn vào nút Set Up, chọn mục Time Tại ô Timezone chọn múi giờ.
Và nhấn nút tại ô Sync With PC để đồng bộ thời gian với máy tính như hình 3.19, sau đó nhấn nút Save để lưu lại.
Hình 3 19: Thiết lập múi giờ và thời gian của camera
Sau đó nhấn vào mục Network, tại mục IP, tiến hành thiết lập các địa chỉ IP của camera như hình 3.20 Sau đó nhấn nút Save để lưu lại.
Hình 3 20: Thiết lập IP cho camera
Cũng tại mục Network, chọn mục WiFi để thiết lập kết nối WiFi cho camera như hình 3.21 Sau đó nhấn nút Save để lưu lại.
Hình 3 21: Thiết lập kết nối mạng WiFi cho camera c Giao diện máy tính
Hình 3 22: Giao diện trang đăng nhập
Trang này cung cấp thông tin đề tài và có ô nhập tên cùng mật khẩu để xác nhận quyền truy cập Tên đăng nhập được thiết lập là “hethong” với mật khẩu “123456” Nếu người dùng nhập sai mật khẩu, hệ thống sẽ hiển thị cảnh báo “Tên hoặc mật khẩu sai Vui lòng nhập lại!” Bên cạnh đó, trang còn có nút thoát chương trình, và khi người dùng muốn thoát, sẽ có cảnh báo “Bạn có chắc chắn muốn thoát?”.
Trang giám sát và điều khiển
Hình 3 23: Giao diện trang giám sát
Bố cục của trang này gồm 3 phần:
Phần thiết lập IP Port và kết nối bao gồm ô nhập địa chỉ IP và cổng (Port) của hệ thống, ô hiển thị trạng thái kết nối, cùng với nút kết nối và nút ngắt kết nối để quản lý kết nối một cách hiệu quả.
Phần trung tâm cảnh báo bao gồm hai nút để bật và tắt hệ thống báo trộm, cùng với hai nút tương tự cho báo gas Hệ thống này có phần hiển thị thông tin về tình trạng báo trộm và báo gas Khi có sự cố xảy ra, hai phần hiển thị sẽ đổi màu để thông báo cho người dùng.
Phần bên phải là phần hiển thị của camera Có thể xem được Live Video, Playback Video, và phần Setup khi cần thay đổi cài đặt.
KẾT QUẢ THỰC HIỆN
ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM SO VỚI ĐỀ TÀI TRƯỚC
Sau khi hoàn thành đề tài, nhóm đã nhận thấy nhiều ưu điểm so với phiên bản trước Giao diện máy tính được cải tiến với trang đăng nhập hệ thống, nâng cao tính bảo mật Phần giám sát giờ đây có nút nhấn để bật và tắt báo trộm cũng như báo gas, trong khi đó, camera cho phép xem video trực tiếp Ngoài ra, nhóm còn tích hợp còi và đèn LED để cảnh báo tại chỗ, cùng với màn hình LCD hiển thị thông báo.
Mặc dù mô hình đã được phát triển, nhóm nhận thấy vẫn còn một số hạn chế, bao gồm việc thiếu nút nhấn để điều khiển tại chỗ và phần khung chưa được gia công chắc chắn.
KẾT LUẬN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG
CÁC PHẠM VI ỨNG DỤNG
[1] Ngô Xuân Hữu (2011), “Thiết kế và xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo cháy và báo trộm”, Đồ án tốt nghiệp khóa 2008 – 2011.
[2] Nguyễn Đình Phú (2014), “Vi điều khiển PIC”, Đại học Sư phạm
Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh, Việt Nam.
[3] Trần Thu Hà (2003), “Giáo trình Điện tử cơ bản”, Đại học Quốc gia
Tp Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh, Việt Nam.
[5] http://vi.wikipedia.org/wiki
