Xây dựng hệ thống giám sát cảnh báo qua mạng

Năng lượng hoạt động của Arduino Mega 2560 Arduino Mega có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V.. Khi d

TỔNG QUAN

GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY

Ngày nay, khi khi đời sống con người ngày càng được cải thiện thì việc sử dụng bếp gas và các sản phẩm của gas để làm nhiên liệu đun nấu không phải là một việc xa lạ với hầu hết mọi người dân Bên cạnh việc tiện lợi của gas, một vấn đề khác cũng được đặt ra là vấn đề về an toàn khi sử dụng gas Khi con người tiếp xúc trực tiếp với khí gas (vượt quá nồng độ cho phép nhất định) trong thời gian thì rất dễ bị ngộ độc gas và có thể gây tử vong Không những vậy khí gas rò rỉ vào trong không khí có thể dễ dàng bắt lửa và gây cháy nổ, ảnh hưởng nghiêm trọng tới an toàn của người sử dụng cũng như những người xung quanh

Ngày nay, việc phát hiện kẻ trộm đột nhập vào nhà, vào các kho chứa hàng, vào các ngân hàng, những nơi cất giữ tài sản quý hiếm, những tài liệu mật,…là rất cần thiết thiết đối với mọi người dân, các cơ quan chức năng, các ngân hàng,…Không chỉ các công ty lớn hoặc ngân hàng mới cho lắp đặt mà ngay cả người dân với thu nhập khá cũng bắt đầu để ý đến các loại thiết bị này Đời sống dân cư ngày một nâng cao, ngoài việc chăm lo đến ăn mặc, phương tiện đi lại, người ta còn đặc biệt quan tâm đến an ninh cho gia đình Các thiết bị chống trộm vì thế được sử dụng ngày càng rộng rãi

Thông thường khi chúng ta gặp sự cố thì mới quan tâm đến việc bảo vệ an toàn cho gia đình điều đó là quá trễ vì vậy việc bảo vệ tài sản và tính mạng của bản thân và gia đình cảu mình phải là ưu tiên hàng đầu và thường xuyên của mỗi chúng ta Nên vấn đề phát hiện rò rỉ khí gas và phát hiện kẻ trộm là một việc rất cần thiết trong cuộc sống hiện nay

Do đó, với tư cách là sinh viên trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh, đã thôi thúc nhóm thực hiện đề tài này với mong muốn có thể góp phần bảo vệ tài sản cũng như tính mạng của con người

1.1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước

An ninh và phòng cháy nổ luôn là vấn đề được quan tâm hàng đầu của mỗi người và mỗi gia đình Thực tế ghi nhận tình hình cháy nổ và tội phạm trộm cướp tại TP.HCM nói riêng và cả nước nói chung đang ngày càng có những biểu hiện tinh vi, phức tạp

Bên cạnh Chỉ đạo của Bộ Công An về việc ứng dụng công nghệ cao vào việc phòng và chống cháy nổ năm 2015, ngay từ đầu năm 2016 Bí thư Thành ủy TP.HCM Đinh La Thăng trong buổi làm việc với Ban Giám đốc Công an TP.HCM về tình hình an ninh trật tự trên địa bàn đã nhấn mạnh: “Đảm bảo cuộc sống an toàn cho người dân, môi trường kinh doanh lành mạnh là nhiệm vụ quan trọng TP.HCM hướng đến văn minh, hiện đại, nghĩa tình thì phải dẹp sạch tệ nạn ma túy, cướp giật, trộm cắp”

Bí thư Đinh La Thăng cũng đã chỉ đạo Công an Thành phố phải nỗ lực hơn nữa để tình hình tội phạm phải được kéo giảm một cách rõ rệt

Trước tình hình đó, nhiều tổ chức, doanh nghiệp phải vô cùng nỗ lực để nghiên cứu cho ra các giải pháp hiệu quả nhằm góp phần vào việc đảm bảo trật tự an toàn cho xã hội Bằng sự nghiên cứu, sáng tạo không ngừng, Công ty FNC và Gtel ICT đã cho ra mắt dòng sản phẩm vô cùng hữu hiệu và vượt trội dành cho người tiêu dùng Việt Nam - thiết bị an ninh hộp đen 3S và Gsafe để đem lại giải pháp tự bảo vệ cho toàn dân được sống bình an và an toàn hơn

Thiết bị an ninh dân sự hộp đen 3S là một sản phẩm mang tính đột phá về giải pháp chống trộm, cướp và chống xâm nhập hoàn toàn mới dành cho xe máy, xe hơi, nhà riêng, văn phòng, cửa hàng, công xưởng của mọi người, mọi nhà.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Xuất phát từ thực tế cuộc sống: Trong đời sống chúng ta ngày nay, các sự cố rò rỉ khí gas gây cháy nổ làm thiệt hại đến tính mạng và tài sản con người đang diễn ra rất thường xuyên, thêm nữa tội phạm trộm cắp tài sản đang diễn ra hết sức tinh vi và táo bạo Đây là những vấn nạn đang diễn ra xung quanh cuộc sống chúng ta Đề tài này sẽ ứng dụng công nghệ vi điều khiển, hệ thống sẽ gửi cho ta những cảnh báo khi có sự cố rò rỉ khí gas hoặc khi có trộm đột nhập Giúp ta kịp thời có phương án xử lý.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu về phần mềm đó các phương pháp để giám sát hệ thống qua mạng Internet và mạng di động, cách thức lập trình arduino và thiết kế giao diện bằng C# Còn về phần cứng là các linh kiện điện tử, các module,… và board Arduino

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

Trình bày sơ đồ hệ thống và giải thích hoạt động của hệ thống Đưa ra các phương pháp lựa chọn phần cứng và xác định lựa chọn phù hợp với yêu cầu của đề tài

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 Vi điều khiển này có thể xử lí những tác vụ như điều khiển đèn led nhấp nháy, điều khiển động cơ, điều khiển LCD, nhận các tín hiệu từ cảm biến, Được lập trình bằng ngôn ngữ C, ASM,

Bảng 2 1: Thông số chi tiết của Arduino Mega 2560

Vi điều khiển ATmega2560 Điện áp hoạt động 5V

Số chân Digital 54 (15 chân PWM)

Giao tiếp UART 4 bộ UART

Giao tiếp SPI 1 bộ dùng với thư viện của Arduino

Bộ nhớ Flash 256 KB, 8 KB sử dụng cho Bootloader

5 b Năng lượng hoạt động của Arduino Mega 2560

Arduino Mega có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, sẽ làm hỏng Arduino Mega

 Chân GND: Cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino Mega Khi dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

 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: Điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino Mega có thể được đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

 Chân RESET: Việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ c bộ nhớ của Arduino Mega 2560

 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

 8 KB cho SRAM: giá trị các biến khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM bị đầy Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

 4 KB cho EEPROM: đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM d Cổng vào/ra Arduino Mega 2560

Arduino Mega có 54 chân Digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi

6 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 có 4 bộ UART : dùng để gửi (Transmit – TX) và nhận (Receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Mega có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này

 Arduino Mega có 15 chân PWM: Cho phép xuất ra xung PWM với độ phân giải 8 bit (giá trị từ 0 → 2 8 -1 tương ứng với 0V → 5V) Có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng 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

 Led 13: Trên Arduino Mega có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, led sẽ sáng

 Arduino Mega có 16 chân Analog (A0 → A15) cung cấp độ phân giải tín hiệu

10 bit (0 → 2 10 -1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân Analog Tức là nếu ta cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân Analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10 bit

2.1.2 Phương thức lập trình trên Arduino

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring (một biến thể của C/C++) được viết cho phần cứng Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++ Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do nó rất dễ học, dễ hiểu Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này đã cung cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình cho Arduino được gọi là Arduino IDE như hình dưới đây

Hình 2 2: Chương trình Arduino IDE

LCD HIỂN THỊ

LCD có rất nhiều dạng phân biệt theo kích thước từ vài ký tự đến hàng chục ký tự, từ 1 hàng đến vài chục hàng LCD 16 x 2 có nghĩa là có 2 hàng, mỗi hàng có

LCD có nhiều loại và số chân của chúng cũng khác nhau nhưng có 2 loại phổ biến là loại

14 chân 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 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

 Các chân điều khiển: chân số 4 là chân RS dùng để điều khiển lựa chọn thanh ghi Chân R/W dùng để điều khiển quá trình đọc và ghi Chân E là chân cho phép dạng xung chốt

 Các chân dữ liệu D7  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

Thứ tự Tên tín hiệu I/O Mô tả

3 VO Điện áp Điều khiển ánh sáng nền

Các lệnh điều khiển Để điều khiển LCD thì có các IC chuyên dùng được tích hợp bên dưới LCD Trong IC này có bộ nhớ RAM dùng để lưu trữ dữ liệu cần hiển thị và thực hiện điều khiển LCD hiển thị Các lệnh điều khiển được thể hiện 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 di chuyển con trỏ về đầu màn hình "Cursor Home": khi thực hiện lệnh này thì bộ đếm địa chỉ được xóa về 0, phần hiển thị trở về vị trí gốc đã bị dịch trước đó Nội dung bộ nhớ RAM hiển thị DDRAM không bị thay đổi

 Lệnh thiết lập lối vào "Entry mode set": lệnh này dùng để thiết lập lối vào cho các ký tự hiển thị, bit ID = 1 thì con trỏ tự động tăng lên 1 mỗi khi có 1 byte dữ liệu ghi vào bộ hiển thị, khi ID = 0 thì con trỏ sẽ không tăng, dữ liệu

10 mới sẽ ghi đè lên dữ liệu cũ Bit S = 1 thì cho phép dịch chuyển dữ liệu mỗi khi nhận 1 byte hiển thị

 Lệnh điều khiển con trỏ hiển thị "Display Control": lệnh này dùng để điều khiển con trỏ (cho hiển thị thì bit D = 1, tắt hiển thị thì bit D = 0), tắt mở con trỏ (mở con trỏ thì bit C = 1, tắt con trỏ thì bit C = 0), và nhấp nháy con trỏ (cho nhấp nháy thì bit B = 1, tắt thì bit B = 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 thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM phát ký tự "Set CGRAM Addr": lệnh này dùng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM phát ký tự

 Lệnh thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM hiển thị "Set DDRAM Addr": lệnh này dùng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM lưu trữ các dữ liệu hiển thị.

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 cấu tạo từ chất bán dẫn SnO 2 Chất này có độ nhạy cảm thấp với không khí sạch Nhưng khi trong môi trường có chất gây cháy, độ dẫn của nó thay đổi ngay Chính nhờ đặc điểm này người ta thêm vào mạch đơn gian để biến đổi từ độ nhạy này sang điện áp

Khi môi trường sạch điện áp đầu ra của cảm biến thấp, giá trị điện áp đầu ra càng tăng khi nồng độ khí gây cháy xung quang cảm biến MQ-2 càng 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: Tín hiệu đi ra từ cảm biến khí gas có dạng analog nhưng chưa thực sự ổn định và chưa thực sự chống được nhiễu, vì thế chúng ta sử dụng với mục đích thứ nhất là để khắc phục tình trạng nhiễu và làm tăng tính ổn định của ngõ ra cảm biến, mục đích thứ hai là chuyển điện áp từ analog sang digital và so sánh điện áp ra từ cảm biến khí gas với Hình 2 5: Module MQ-2 mức báo động, mỗi khi có sự thay đổi điện áp tại chân 3 tín hiệu đầu vào của LM358 thì nó thực hiện so sánh với điện áp chuẩn chân 8 để 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’

Hình 2 6: Sơ Đồ mạch nguyên lý của module MQ-2

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: Điện áp ra dạng Digital, giá trị ‘0’, ’1’ phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà MQ-2 đo được Khi ta điều chỉnh giá trị biến trở tới giá trị nồng độ ta muốn cảnh báo Nếu nồng độ MQ-2 đo được thấp hơn mức cho phép thì Dout = ‘1’ Đèn led tắt, ngược lại nếu nồng độ khí đo được lớn hơn nồng khí cho phép, Dout = ’0’, đèn led sáng Việc có chân ra dạng Digital Dout rất thuận tiện cho ta xây dựng các ứng dụng đơn giản.

CẢM BIẾN THÂN NHIỆT CHUYỂN ĐỘNG PIR

2.4.1 Giới thiệu về cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR

PIR là chữ viết tắt của Passive Infra-Red sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ra từ các vật thể nóng Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân nhiệt (thông thường là ở 37 độ C) và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động Cảm biến

13 này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người con vật…

2.4.2 Cấu trúc của cảm biến PIR

Hình 2 8: Cấu trúc của cảm biến PIR Đầu dò PIR, loại bên trong gắn 2 cảm biến tia nhiệt, nó có 3 chân ra, một chân nối GND, một chân nối với nguồn DC, mức áp làm việc có thể từ 3 đến 15V Để có góc dò lớn và tăng độ nhạy cho đầu dò, ta dùng kính Fresnel Nó được thiết kế cho loại đầu có 2 cảm biến, góc dò lớn, có tác dụng ngăn tia tử ngoại

2.4.3 Nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR

Các cảm biến PIR luôn có sensor (mắt cảm biến) với hai đơn vị (element) Chắn trước mắt sensor là một lăng kính (thường làm bằng Plastic), chế tạo theo kiểu lăng kính Fresnel

Hai đơn vị của mắt sensor có tác dụng phân thành hai điện cực Một điện cực dương (+) và một điện cực âm (-) Khi 2 đơn vị này được tuần tự kích hoạt (cái này xong rồi mới đến cái kia) thì sẽ sinh ra một xung điện, xung điện này kích hoạt sensor (alarm-báo động) Chính vì nguyên lý này, khi có người đi theo hướng vuông góc với

14 khu vực kiểm soát của sensor (hướng mũi tên), thân nhiệt từ người này (bức xạ hồng ngoại) sẽ lần lượt kích hoạt từng đơn vị cảm biến và làm sensor báo động

Hình 2 9: Nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR

Vậy thì cũng chính do nguyên lý này, nếu người chuyển động theo hướng song song, phát ra cùng lúc hai luồng bức xạ qua lăng kính Fresnel đập vào đồng thời hai đơn vị cảm biến, xung điện không tạo ra, và lúc này sensor không hề báo động

Cảm biến HC-SR501 PIR là một cảm biến thân nhiệt chuyển động Khi sử dụng có khả năng điều chỉnh được độ nhạy, giúp cho cảm biến hoạt động chính xác hơn với yêu cầu của bạn PIR HC-

SR502 điều chỉnh độ nhạy nhờ 2 biến trở

Sx biến trở điều chỉnh độ nhạy của cảm biến, Tx biến trở điều chỉnh thời gian đóng của cảm biến; vặn biến trở về bên phải sẽ làm tăng giá trị của biến trở, vặn về bên trái sẽ làm giảm giá trị

Hình 2 10: Cảm biến HC-SR501 PIR

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 giám sát và điều khiển hệ thống từ xa Hình 2 11: Module SIM800A

Các chân kết nối trong module SIM800A gồm: VCC, GND, EN, 232R, 232T, RXD, TXD, BRXD, BTXD, EPN, EPP, MICP, MICN Trong đó, nhóm sử dụng 3 chân là TX, RX, GND để giao tiếp module với board xử lý trung tâm Để có thể lập trình điều khiển module SIM800A cần nắm rõ một số lệnh AT cơ bản như trong bảng 2.4

Bảng 2 4: Một số lệnh AT cơ bản

Lệnh Giải thích Ví dụ

AT Kiểm tra đường truyền, nếu đường truyền tốt thì sẽ nhận được thông báo “OK”, ngược lại thì thông báo

AT+CMGF = 1 Cấu hình tin nhắn với định dạng là kiểu text

AT+CMGS= “”

Sau khi nhập nội dung tin nhắn thì nhấn tổ hợp phím Ctrl+z để gửi tin nhắn

ATD; Gọi đến số điện thoại được nhập vào Nếu muốn kết thúc cuộc gọi thì dùng lệnh ATH

 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 lệnh AT phổ biến

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, Shield này đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng IoT, điều khiển và kiểm soát hệ thống vì Internet luôn liên tục, dữ liệu truyền đi nhanh, khoảng cách là vô tận, rẻ hơn với cách truyền từ xa bằng tin nhắn

Tính năng của module Ethernet Shield W5100:

 Ethernet Shield Wiznet W5100 sử dụng chip Ethernet W5100 của Wiznet

 IC điều khiển W5100 có thể thực hiện truyền dữ liệu thông qua 2 giao thức là TCP và UDP Số đường truyền dữ liệu song song tối đa là 4 Đây chính là điểm mạnh của W5100 so với Microchip ENC28J60 Khả năng truyền song song cùng lúc 4 luồng dữ liệu giúp board có khả năng nhận dữ liệu từ Internet với tỉ lệ lỗi thấp hơn (nguyên nhân thường là do mất dữ liệu trên đường truyền hoặc do thời gian truyền vượt quá giới hạn - time out)

 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

Có 2 loại Module Relay: Hình 2 13: Module relay

 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)

Nếu so sánh giữa 2 module relay có cùng thông số kỹ thuật thì hầu hết mọi kinh kiện của nó đều giống nhau, chỉ khác transistor của mỗi module (có 2 loại transistor là NPN - kích ở mức cao, và PNP - kích ở mức thấp)

Module relay có 3 chân dùng để kích: chân DC+ (cấp hiệu điện thế kích tối ưu), chân DC- (nối với cực âm), IN (chân tín hiệu) Nếu Module Relay kích ở mức cao và chân IN cấp điện thế dương vào thì module relay sẽ được kích Và tương tự đối với module relay kích ở mức thấp

Tiếp điểm đóng ngắt gồm 3 tiếp điểm NC (thường đóng), NO (thường mở) và COM (chân chung) được cách ly hoàn toàn với board mạch chính, ở trạng thái bình thường chưa kích NC sẽ nối với COM, khi có trạng thái kích COM sẽ chuyển sang nối với NO và mất 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 cung cấp giải pháp chống lại các đối tượng đột nhập tước khi chúng vào nhà Còi có thể cảnh báo khi có đột nhập vào các cơ sở, nhà ở hay khu vực có tài sản

Thông số kỹ thuật: Hình 2 14: Còi-Buzzer

 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 mạch giảm áp DC nhỏ gọn có khả năng giảm áp từ 35V xuống 1.5V mà vẫn đạt hiệu xuất cao (92%) Thích hợp cho các ứng dụng chia nguồn, hạ áp, cấp cho các thiết bị như camera, motor, 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 loại camera quan sát có hình ảnh được số hóa, xử lý và mã hóa từ bên trong, sau đó truyền tải tín hiệu ảnh số qua một kết nối Ethernet về máy vi tính, cũng có thể là một thiết bị lưu trữ tín hiệu số như: Hệ thống NAS, hệ thống 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:

 Ghi hình: sử dụng ống kính và cảm biến ảnh CCD hoặc CMOS Hiện các dòng camera IP có độ phân giải hình ảnh được đo bằng Megapixel (lên tới 5 Megapixel) cho hình ảnh cực nét, tiết kiệm số lượng camera cần thiết bởi mức độ mở của camera này là khá rộng

 Lưu trữ dữ liệu: Không cần nhờ đến ổ cứng ngoài hỗ trợ, camera này ghi lại hình ảnh vào bộ nhớ trong thẻ nhớ mở rộng cho Camera, hoặc sử dụng phần mềm hỗ trợ để ghi ảnh vào máy tính Tuy nhiên bạn nên lưu ý về việc thẻ nhớ có thể bị đầy không lưu trữ được thêm hoặc nếu ghi nhận bằng phần mềm ta cần máy tính phải hoạt động liên tục mới có thể ghi hình ảnh trực tiếp vào ổ cứng trong máy tính

 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

 Kết nối: Camera IP quan sát được sử dụng một Web Server cài đặt trong để chuyển đổi hình ảnh Chính web server này giúp cho camera IP có thể hoạt động độc lập, nó còn có thể giúp cho việc truyền hình ảnh qua mạng LAN, Internet an toàn và có thể phân quyền truy cập cho nhiều người sử dụng khác nhau bằng nhiều tài khoản

 Phát lại: Chức năng này giúp bạn có thể xem lại hình ảnh đã được ghi lại trên máy tính hoặc điện thoại, máy tính bảng Bạn cũng có thể xem hình ảnh từ nhiều camera một lúc nhờ chức năng hiển thị đa hình hoặc hiển thị ngay trên tivi

Hình 2 16: Camera IP Questek QTC-906W

Camera IP Questek QTC-906W, là sản phẩm chuyên dụng có thể lắp đặt được cả trong nhà lẫn ngoài trời, sản phẩm thích hợp lắp đặt cho các nhà xưởng, ngoài trời, văn phòng, hành lang, biệt thự,…trong điều kiện ánh sáng thích hợp sản phẩm cho chất lượng hình ảnh sắc nét Questek QTC-906W là camera IP không dây, sử dụng kết nối WiFi, giúp việc lắp đặt dễ dàng hơn, trong trường hợp đi dây khó Đây là dòng camera IP giá rẻ phù hợp với túi tiền 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

Serial Port: đây là nơi lựa chọn cổng Com của Arduino Khi chúng ta cài đặt driver thì máy tính sẽ hiện thông báo tên cổng Com của Arduino là bao nhiêu, ta chỉ việc vào Serial Port chọn đúng cổng Com để nạp code, nếu chọn sai thì không thể nạp code cho Arduino được

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 gồm: phần kết nối với hệ thống, phần hiển thị trạng thái của hệ thống, hiển thị video trực tiếp thu từ Camera, các video được lưu lại từ Camera đặt tại vùng 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: xử lý các tín hiệu từ các khối cảm biến, nhận và xuất các thông tin điều khiển để điều khiển hoạt động của hệ thống

 Khối nguồn: cung cấp nguồn điện cho khối xử lý trung tâm và các khối cơ cấu chấp hành

 Mobile Phone: nhận cuộc gọi và tin nhắn thông báo cảnh báo về sự rò rỉ khí gas và cảnh báo về đối tượng xâm nhập vào vùng 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 sẽ thu thập các thông tin từ khối cảm biến khí gas và khối phát hiện chuyển động và gửi về khối xử lý trung tâm Tại đây khối xử lý trung tâm sẽ xử lý các tín hiệu thu về và sau đó điều khiển cho khối báo động phát ra âm thanh và đèn cảnh báo Đồng thời điều khiển khối giao tiếp GSM thực hiện cuộc gọi và tin nhắn thông báo tới người giám sát quản lý hệ thống, cũng như cập nhật trạng thái của hệ thống trên giao diện máy tính thông qua khối giao tiếp Ethernet Camera liên tục ghi hình trực tiếp tại vùng giám sát và đưa lên giao diện máy tính cũng như lưu trữ các đoạn video khi cần xem lại

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

Hình 3 2: Sơ đồ mạch của cảm biến khí gas

Nhóm không sử dụng chân Aout vì theo yêu cầu của hệ thống chỉ cần phát hiện nồng độ khí gas trong không khí là cảnh báo cho người quản lý hệ thống biết và xử lý

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

Do Module có hai chế độ kích hoạt là không lặp đi lặp lại và được lặp đi lặp lại Nhóm quyết định lấy chế độ được lập đi lập lại để chân Out của Module luôn giữ ở mức cao cho đến khi không còn đối tượng chuyển động Nên hệ thống sẽ cảnh báo cho đến khi không còn đối tượng trong vùng 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

Relay Sau đó chân COM sẽ chuyển từ kết nối với chân NC sang kết nối với chân NO Khi đó nguồn pin 9V sẽ được thông mạch với còi- buzzer và phát ra âm thanh Khi không có tín hiệu thì chân COM sẽ kết nối lại 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 đề tài này chỉ sử dụng loại LCD ký tự có kích thước 16x2 để hiển thị thông báo khi có rò rỉ gas và có đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát Để giao tiếp với LCD thông thường phải sử dụng rất nhiều chân Nhưng Arduino Mega 2560 được thiết kế với rất nhiều chân thuận tiện cho nhiều thiết bị kết nối cùng lúc

Kết nối chân của LCD với

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

3.2.5 Khối giao tiếp mạng Ethernet

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

 Chân số 4 của board Arduino dùng để giao tiếp với SD Card thông qua chân SD_SC của Ethernet Shield

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

 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 được khi chân EN được nối lên mức cao Khi đó module này sẽ hoạt động và kết nối được với mạng di động bên ngoài Để gọi điện và nhắn tin ra mạng di động thì ta cần các câu lệnh để gửi qua module sim

Các lệnh này sẽ được gửi từ board

Arduino sử dụng chuẩn giao tiếp UART thông qua hai chân TX và RX Sau đó module sim sẽ xử lý chuỗi 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 thực hiện được yêu cầu đặt ra cho hệ thống thì có các giải pháp như board Rasperry pi, board Arduino, board Itntel Galileo… Mỗi board điều có điểm mạnh và điểm yếu riêng Board Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng, dựa trên ngôn ngữ Wiring, là một biến thể của ngôn ngữ C/C++ Do đó việc lập trình cho Arduino rất dễ với ngôn ngữ C/C++ phổ biến như 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

I/O, GSM, ) ĐỌC GIÁ TRỊ CẢM BIẾN

HIỂN THỊ LCD PHÁT ÂM THANH VÀ ĐÈN GIAO TIẾP ETHERNET GIAO TIẾP GSM

KIỂM TRA DỮ LIỆU TỪ CẢM BIẾN KHÍ GAS

KIỂM TRA DỮ LIỆU TỪ CẢM

PHÁT ÂM THANH VÀ ĐÈN

1 2 ĐỌC GIÁ TRỊ CẢM BIẾN KHÍ GAS

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 dữ liệu của cảm biến hồng ngoại: dựa vào giá trị của cảm biến hồng ngoại để xác định trạng thái của cảm biến hiện tại Nếu nó đúng thì đi tiếp, sai thì sang đọc giá trị cảm biến khí gas

 Kiểm tra giá trị dữ liệu của cảm biến khí gas: dựa vào giá trị của cảm biến khí gas để xác định trạng thái của cảm biến hiện tại Nếu nó đúng thì đi tiếp, sai thì 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

36 b Lưu đồ giải thuật thiết lập kết nối

KIỂM TRA IP VÀ PORT BẮT ĐẦU

GỬI CHUỖI VÀ KHỞI TẠO UDP

KIỂM TRA DỮU LIỆU NHẬN TỪ PHẦN CỨNG

Hình 3 10: Lưu đồ giải thuật của phần thiết lập kết nối

Giải thích lưu đồ: Đầu tiên kiểm tra IP, Port Nếu IP và Port đúng sẽ gửi 1 chuỗi ký tự xuống phần cứng và khởi tạo UDP nhận dữ liệu đa luồng Tiếp theo kiểm tra dữ liệu nhận lên từ hệ thống Nếu đúng IP và Port báo kết nối thành công và kết thúc chương trình Nếu sai IP và Port thì tiếp tục kiểm tra dữ liệu nhận

37 b Lưu đồ giải thuật phần trung tâm cảnh báo

MỞ CẢM BIẾN KHÍ GAS

GỌI VÀ NHẮN TIN QUA GSM

GỌI VÀ NHẮN TIN QUA GSM

Hình 3 11: Lưu đồ giải thuật của phần trung tâm cảnh báo

Giải thích lưu đồ: Đầu tiên, ta khởi tạo hàm UDP nhận dữ liệu đa luồng Sau đó nhận dữ liệu kết nối từ hệ thống Nếu hệ thống được kết nối thì sau đó kiểm tra xem đã bật cảm biến hồng ngoại chưa, ngược lại không được kết nối thì kết thúc Lúc này hệ thống sẽ kiểm tra cảm biến hồng ngoại, nếu có trộm sẽ báo về Nếu dữ liệu nhận được là đúng thì bật còi và đèn, hiển thị thông báo lên LCD, đồng thời gửi một mã chuỗi lên giao diện qua mạng Ethenet cũng như đưa dữ liệu gọi và nhắn tin sang module sim Ngược lại nếu dữ liệu nhận được là sai thì tắt còi và đèn, đồng thời hiển thị thông báo lên LCD cũng như gửi mã chuỗi lên giao diện qua mạng Ethernet Sau đó kiểm tra đã bật cảm biến khí gas chưa, nếu có gas thì bật còi và đèn, hiển thị thông báo lên LCD, gửi một mã chuỗi lên giao diện qua mạng Ethenet cũng như đưa dữ liệu

38 gọi và nhắn tin sang module sim, sau đó kết thúc Ngược lại nếu dữ liệu nhận được là sai thì tắt còi và đèn, đồng thời hiển thị thông báo lên LCD cũng như gửi mã chuỗi lên giao diện qua mạng Ethernet, sau đó kết thúc

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

Hình 3 13: Giao diện truy cập Router

39 Đăng nhập vào Router WiFi: Tới bước này ta gõ thông tin đăng nhập (Username : admin ; Password : admin ) vào cửa sổ đăng nhập, login ta sẽ truy cập vào được giao diện cấu hình của Router Kết quả sau khi đăng nhập thành công 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

Sau đó chọn mục DHCP để tắt chế độ DHCP (Router tự động cấp IP cho các thiết bị truy cập vào mạng WiFi) Chọn vào nút Disable và chọn nút Save lưu lại

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:// 192.168.1.200, sau đó nhấn enter

 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 hiển thị thông tin đề tài và có ô để nhập tên và password nhằm xác nhận quyền truy cập hệ thống Nhóm thiết lập tên đăng nhập là “hethong”, mật khẩu là “123456” Nếu người dùng nhập sai mật khẩu thì hệ thống sẽ cảnh báo “Tên hoặc mật khẩu sai Vui lòng nhập lại!” Ngoài ra trang này còn có nút thoát chương trình Khi muốn thoát thì sẽ 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: gồm có ô nhập IP và Port của hệ thống, ô hiển thị trạng thái kết nối, nút kết nối và nút ngắt kết nối

 Phần trung tâm cảnh báo: gồm có hai nút bật và tắt báo trộm, hai nút bật và tắt báo gas, phần hiển thị báo trộm, phần hiển thị báo gas Khi có trộm và gas thì hai phần hiển thị này sẽ đổi màu để thông báo

 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

KẾT QUẢ PHẦN CỨNG

Hình 4 1: Sản phẩm hoàn chỉnh

Hình 4 2: Khi không có báo động

Hình 4 3: Khi có báo động về rò rỉ khí gas

Hình 4 4: Khi có báo động về đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát

 Hệ thống đã phát hiện được nồng độ khí gas trong không khí và phát hiện được đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát

 Relay đóng ngắt còi hoạt động tốt, đèn led sáng đúng theo yêu cầu

 Việc giám sát từ máy tính cũng như mạng di động hoạt động bình thường tuy nhiên vẫn còn độ trễ nhất định

 LCD hiển thị đúng như yêu cầu

KẾT QUẢ PHẦN MỀM

 Khi có rò rỉ khí gas:

Hình 4 5: Gọi điện đến người quản lý Hình 4 6: Nhắn tín đến người quản lý

Hình 4 7: Trang giao diện khi có báo động và camera

 Khi có đối tượng xâm nhập:

Hình 4 8: Gọi điện đến người quản lý Hình 4 9: Nhắn tín đến người quản lý

Hình 4 10: Trang giao diện khi có báo động và camera

 Phần giao diện hiển thị đúng như yêu cầu

 Camera hoạt động tốt, độ phân giải cao

 Việc gọi điện và nhắn tin thông báo tới người quản lý đúng theo yêu cầu nhưng vẫn có độ trễ nhất định.

ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM SO VỚI ĐỀ TÀI TRƯỚC

Sau khi hoàn thành đề tài, nhóm nhận thấy những ưu điểm so với đề tài trước đó [1] Về giao diện máy tính nhóm thiết kế có những điểm nổi bật hơn như: có thêm trang đăng nhập hệ thống để cải thiện tính bảo mật; phần giám sát có thêm nút nhấn bật và tắt báo trộm cũng như báo gas; phần camera xem được Live Video Bên cạnh đó, nhóm có sử dụng thêm còi và đèn led để báo động tại chỗ kèm theo có LCD hiển thị các thông báo

Tuy nhiên, nhóm nhận thấy mô hình còn một số hạn chế như: không có nút nhấn để điều khiển tại chỗ; phần khung chưa được gia công chắc chắn