Đó chính là lý do nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài: “Hệ thống chống trộm xe oto” 1.1.2 Tầm quan trọng: - Lượng người bị mất xe đặc biệt tăng nhanh nhất là những ngày cận lễ, đi
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Vấn đề
1.1.1 Lý do chọn đề tài:
Ngày nay, mặc dù đời sống vật chất và tinh thần của người dân đã được cải thiện, vấn nạn trộm cắp vẫn gây ra nỗi lo lắng lớn, đặc biệt là trộm cắp ô tô và tài sản trên xe Tình trạng này luôn là mối bận tâm hàng đầu của các chủ xe, khiến họ phải cảnh giác hơn Nhu cầu về các sản phẩm chống trộm ô tô ngày càng tăng, nhưng việc lựa chọn thiết bị nào vừa đơn giản vừa hiệu quả vẫn là một thách thức Chính vì vậy, nhóm chúng tôi đã quyết định thực hiện đề tài: “Hệ thống chống trộm xe ô tô”.
Lượng người bị mất xe tăng nhanh chóng, đặc biệt trong những ngày cận lễ, cho thấy hệ thống bảo hộ xe vẫn chưa được cải thiện và chúng ta còn chủ quan trong việc bảo vệ xe Để đối phó với nạn trộm cắp ngày càng tinh vi và có tổ chức, việc trang bị một thiết bị chống trộm là điều cần thiết.
Ngăn chặn kẻ gian có ý định trộm cắp tài sản bằng cách thu hút sự chú ý của những người xung quanh, khiến chúng từ bỏ ý định Thiết bị chống trộm giúp chủ nhân nhận được cảnh báo sớm nhất, bảo vệ tài sản quý giá của họ.
Mục tiêu đề tài
1.2.1 Đề tài nhằm giải quyết vấn đề gì:
Xe ô tô là mục tiêu phổ biến của bọn trộm cắp do giá trị cao, chúng thường ăn cắp và bán lại cho người khác Thậm chí, một hệ thống tiêu thụ xe ăn cắp đã được hình thành ở nhiều nơi Nghiên cứu cho thấy, một chiếc xe có thể bị phá khóa chỉ trong vòng 20 giây.
- Vì thế mà hệ thống chống trộm cho xe oto là một thứ thực sự cần thiết
1.2.2 Hướng tới kết quả gì:
- Hướng tới một hệ thống chống trộm đơn giản và hiệu quả cho xe oto.
Nội dung đề tài
- Có tín hiệu báo về chủ xe thông qua radio
- Cảnh báo chống sốc ( có lọc nhiễu ) bằng cảm biến rung
- Cảnh báo phá kính bằng cảm biến áp suất.
Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng nguồn tài liệu trên internet, sử dụng protues để mô phỏng, arduino để viết code.
Kết cấu của đồ án môn học
- Đồ án “Hệ thống chống trộm xe ô tô” có 5 chương:
Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Chương 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM
Chương 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hệ thống chống trộm CA-02W
Báo trộm ô tô 2 chiều khác với báo trộm 1 chiều ở chỗ, ngoài việc hú còi tại chỗ khi có kẻ gian xâm phạm, nó còn phát tín hiệu đến màn hình LCD của điều khiển từ xa, thông báo cho chủ xe về tình trạng báo động đang diễn ra.
Lắp đặt hệ thống báo trộm ô tô giúp ngăn chặn kẻ gian cạy cửa, bẻ gương, tháo lốp và phá hoại xe Hệ thống này có chức năng gửi tín hiệu về điều khiển từ xa, cho phép bạn ngay lập tức nhận biết khi xe bị xâm phạm Khoảng cách truyền tải tín hiệu có thể lên tới 1km trong điều kiện không vật cản và 300m khi có tường cản.
Bộ xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ cảm biến, phát hiện sự bất thường và xuất tín hiệu cảnh báo, đồng thời gửi thông tin đến remote.
- Cảm biến rung: phát hiện rung/sóc/va chạm với thân xe
- Đèn led: cảnh báo cho mọi người xung quanh khio có dấu hiệu bất thường
- Còi hú: cảnh báo mọi người xung quan khi có dấu hiệu bất thường
- Cảm biến áp suất: phát hiện phá kính xe
- Bộ điều khiển: xuất tín hiệu điều khiển và nhận tín hiệu cảnh báo
- Thiết bị vô tuyến và antena: để bộ điều khiển và trung tâm xử lý có thể giao tiếp
- Hệ thống chống trộm trên ô tô có 4 trạng thái:
• Trạng thái không làm việc: Khi này hệ thống không làm việc, thế nên sẽ không phát hiện nếu có trộm đột nhập
• Trạng thái làm việc: Khi này hệ thống chống trộm hoạt động, có thể phát hiện nếu có trộm đột nhập
Khi có bất kỳ cửa nào hoặc nắp capo bị mở khóa mạnh bất thường, cực ắc quy bị tháo, cửa kính bị phá, hoặc cabin có chuyển động bất thường, hệ thống công tắc và cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến ECU chống trộm Sau khi tiếp nhận tín hiệu, ECU sẽ kích hoạt hệ thống báo động, khiến còi báo động kêu vang và đèn xe nhấp nháy liên tục.
Còi báo chống trộm ô tô phát tín hiệu cảnh báo khi có dấu hiệu đột nhập, nhưng đôi khi cũng có thể phát ra âm thanh sai, gây phiền toái cho mọi người xung quanh Dưới đây là một số cách để tắt còi chống trộm ô tô trong những tình huống này.
Khi còi chống trộm kêu ầm ĩ và điều khiển từ xa không hoạt động, bạn nên mở cửa phía ghế lái bằng chìa khóa Thông thường, sau khi mở cửa, còi sẽ tự động tắt Nếu cửa đã mở, hãy thử khóa và mở lại bằng chìa Mở cửa phía ghế lái là cách nhanh nhất để tắt còi chống trộm ô tô.
Khởi động xe là một phương pháp hiệu quả để tắt còi chống trộm ô tô nhanh chóng Hầu hết các hệ thống cảnh báo chống trộm sẽ tự động tắt và khởi động lại khi xe được khởi động.
Khi tháo cọc bình ắc quy ô tô, còi báo động chống trộm sẽ tắt do hoạt động dựa vào hệ thống điện trên xe Để thực hiện, hãy sử dụng cờ lê để tháo cọc âm của bình ắc quy Sau khi còi tắt, bạn có thể lắp lại cọc bình ắc quy.
• Tháo cầu chì của hệ thống: Tìm trong bảng cầu chì ô tô và tháo cầu chì của còi báo thì còi báo sẽ tắt
Nếu bạn đã thử mọi biện pháp mà vẫn không khắc phục được sự cố, hãy đưa xe đến gara để được kiểm tra và sửa chữa.
2.1.4 Các tính năng hệ thống:
- Chống bẻ gương, tháo đèn, mở cửa xe, tháo lốp xe
- Gửi tín hiệu báo động và điều khiển cho chủ xe
- Báo động cho mọi người xung quanh và cảnh báo trộm bằng còi và đèn led.
Hệ thống chống trộm của đồ án
- Sử dụng board Arduino UNO R3 làm bộ điều khiển trung tâm
- Sử dụng board Arduino NANO CH340 làm bộ điều khiển
- Sử dụng cảm biến rung SW-S1801P làm cảm biến phát hiện va chạm/rung
- Sử dụng cảm biến áp suất BMP108 làm cảm biến phát hiện phá kính
- Sử dụng module RF 315 mHz là module giao tiếp giữa bộ điều khiển và trung tâm xử lý
- Sử dụng đèn/ còi để làm thiết bị cảnh báo
- Sử dụng nút bấm để gửi yêu cầu của bộ điều khiển tới trung tâm xử lý
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Giao tiếp qua lại giữa remote và hệ thống chính
Sử dụng tín hiệu radio 315mHz để giao tiếp giữa remote (Arduino Nano) và hệ thống chống trộm (Arduino Uno) thông qua module RF 315mHz, với mỗi thiết bị được trang bị một bộ thu phát RF 315mHz.
Khoảng cách tối thiểu không có anten là 3m Để tăng khoảng cách truyền, cần thêm anten với chiều dài bằng 1/4 bước sóng, cụ thể là 23cm Điện trở nội của dây là 50Ω, cho phép nâng tầm truyền lên tới tối đa 100m.
Phát hiện va chạm/ rung/ sốc/ nghiêng
Module SW-s1801p được sử dụng làm cảm biến phát hiện va chạm, rung, sốc và nghiêng trên thân xe Khi có hiện tượng va chạm hoặc rung, giá trị cảm biến sẽ thay đổi, từ đó phát tín hiệu cảnh báo Cảm biến này được lắp đặt tại các vị trí như cửa xe, nắp cabo và cốp xe.
Cảm biến này rất nhạy, do đó cần điều chỉnh độ nhạy để tránh báo động giả do rung động bình thường, chẳng hạn như khi xe chạy qua làm mặt đường rung Có hai phương pháp để điều chỉnh độ nhạy của cảm biến.
• Một là can thiệt vào code sử dụng các cấu trúc lọc nhiễu
• Hai là điều chỉnh biến trở trên module ( cách hệ thống chống trộm này áp dụng ):
Phát hiện phá kính
Sử dụng module BMP180 để phát hiện phá kính xe khi có tác động mạnh lên bề mặt kính Khi lực tác động làm thay đổi áp suất trong cabin, giá trị cảm biến sẽ biến đổi Thiết bị này được lắp đặt tại khu vực ghế lái.
Áp suất môi trường bên ngoài và trong xe là như nhau, nhưng cabin xe không phải là không gian kín, do đó áp suất bên ngoài thay đổi theo vị trí và nhiệt độ Vì vậy, áp suất mốc không thể gán một giá trị cố định và cần được điều chỉnh liên tục Trong hệ thống chống trộm, áp suất mốc được đo lại mỗi 5 giây và sẽ được so sánh với áp suất đo liên tục Khi có sự thay đổi đột ngột về áp suất, hệ thống sẽ phát tín hiệu cảnh báo.
Hình 3.3: vị trí cảm biến áp suất
Bộ điều khiển trung tâm
Thiết bị chống trộm cần nhỏ gọn và có khả năng giao tiếp hai chiều, yêu cầu mã hóa và giải mã tín hiệu Sau khi thảo luận và lựa chọn, Arduino Nano được xác định là vi điều khiển phù hợp cho hệ thống này.
Arduino Uno là vi điều khiển phù hợp cho thiết bị trung tâm lắp trên xe, vì nó không có nhiều hạn chế và chỉ cần đủ số lượng cổng I/O.
Nguồn cấp
− Các yêu cầu cơ bản là nhỏ, gọn; đủ nhiều dung lượng pin; có thể hoặc không sạc lại được
− Yêu cầu thông số kĩ thuật:
• Điện áp: dựa trên các thiết bị ngoại vi sẽ kết nối với arduino nano ta có:
➢ Nút bấm / đèn led: áp thấp dưới 3V và không dùng thường xuyên
➢ Module RF thu / phát 315mHz: dùng thường xuyên và mức hoạt động 3-12V
➢ Arduino nano: dùng liên tục và mức hoạt động 5V
Điện áp yêu cầu của pin là 5VDC
Dòng điện cần thiết cho Arduino Nano không cao, chỉ cần 1A, và các thiết bị ngoại vi sẽ được kết nối với nó.
Sử dụng pin Lithium 3.7V 1200mAh PL503450
− Vì pin chỉ có 3.7V nên ta cần kích lên 5V Sử dụng Mạch Tăng Áp DC-DC Boost Converter T64 5VDC
Hình 3.5: module mạch tăng áp lên 5V
Pin này có khả năng sạc lại, giúp sử dụng lâu dài Để đảm bảo hiệu suất, cần kết hợp với mạch sạc và cấp nguồn DC 5V 2.1A MH-CD42.
Hình 3.6: module mạch sạc / cấp cho remote
( Tăng năng lượng của remote hơn bằng cách đưa arduino nano về sleep mode )
Hệ thống chống trộm được lắp trên xe ô tô sử dụng chung bình ắc quy với xe, có thông số kỹ thuật 12V / 45Ah Với điện áp vào của board Arduino Uno khuyên dùng là 7 – 12VDC, việc hạ áp là không cần thiết.
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM
Giới thiệu
Hệ thống chống trộm cho ô tô hoạt động bằng cách cảnh báo chủ xe và những người xung quanh khi có sự thay đổi đột ngột trong giá trị của các cảm biến.
Phần cứng
− Hệ thống chống trộm này được chia làm hai phần Một phần là remote và phần còn lại là hệ thống chính
Số thứ tự Mô tả Thiết bị Số lượng
4 Nguồn cấp remote Pim lithium 3.7V 1
5 Sạc / cấp cho pin Mạch MH-CD42 1
6 Thu / phát tín hiệu cho hệ thống chính
Bộ thu / phát RF 315mHz
Bảng 4.1: thành phần của remote
4.2.2 Hệ thống chống trộm chính:
Số thứ tự Mô tả Thiết bị Số lượng
3 Phát hiện sốc Cảm biến rung 6
4 Phát hiện phá kính Cảm biến áp suất 1
5 Thu / phát tín hiệu cho hệ thống chính
Bộ thu / phát RF 315mHz
Bảng 4.2: thành phần của hệ thống chống trộm chính
4.2.3 Thiết kế sơ đồ khối và hệ thống mạch:
Hình 4.1: Sơ đồ khối của remote
+ Khối xử lý trung tâm Arduino: dùng để xử lý các tín hiệu vào và xuất tín hiệu ra mọi hoạt động của remote
+ Khối thu / phát RF 315mHz: dùng để xuất tín hiệu điều khiển cho hệ thống chính và thu tín hiệu cảnh báo từ hệ thống chính
Khối điều khiển (nút nhấn) có chức năng bật/tắt hệ thống chính, trong khi khối cảnh báo xử lý đèn LED cảnh báo khi nhận tín hiệu từ hệ thống chính Khối nguồn đảm bảo cung cấp nguồn ổn định cho toàn bộ hệ thống điều khiển từ xa.
❖ Tính toán và thiết kế mạch:
+ Khối điều khiển trung tâm:
Trong quá trình kết nối thiết bị ngoại vi và lập trình hệ thống, tổng số chân I/O sử dụng là 5 Dòng điện tiêu thụ I được tính theo công thức cụ thể.
I = P * II/O = 5 * 40mA = 200 mA Trong đó:
P – là số chân sử dụng
II/O – là mức dòng điện ở mỗi chân digital I/O
+ Khối thu / phát RF 315mHz:
Bộ phát tín hiệu radio bao gồm 3 chân: VCC, DATA và GND, trong khi bộ thu có 4 chân: VCC, GND và 2 chân DATA (chỉ cần sử dụng 1 trong 2 chân DATA).
− Nguồn của bộ thu / phát yêu cầu là 4mA
− Chân data của bộ thu sẽ được kết nối với chân D11 để thu tín hiệu RF
− Chân data của bộ phát sẽ được kết nối với chân D12 để phát tín hiệu RF
− Khi tín hiệu báo có trộm được truyền từ hệ thống chính về remote thì đèn led sáng
Rled – là điện trở cần mắc để hạn dòng cho led
Vn – là mức điện áp cấp cho led
Vl – là mức điện áp cấp led hoạt động
Il – là mức dòng điện điện áp hoạt động + Khối điều khiển ( nút nhấn ):
− Chỉ bao gồm các nút được nối với chân digital I/O của arduino nano
- Nguồn cấp vào mạch là nguồn 5V, ở đây mạch này dùng pin lithium 3.7V rồi kích lên 5V bằng mạch kích
− Sau khi cấp nguồn 5V cho board mạch Board Arduino nano, module thu / phát
Khi các nút chức năng được nhấn, board Arduino Nano sẽ mã hóa tín hiệu và gửi đến hệ thống chính qua module phát RF 315mHz Khi hệ thống chính gửi tín hiệu mã hóa có trộm đến module thu RF, Arduino Nano sẽ giải mã tín hiệu và hiển thị thông tin qua đèn LED cảnh báo.
Hình 4.2: sơ đồ mạch nguyên lý remote
Hình 4.3: sơ đồ mạch thi công remote
Hình 4.4: sơ đồ mạch vật lý
4.2.3.1 hệ thống chống trộm chính
Hình 4.5: sơ đồ khối của hệ thống chính
Khối nguồn ắc quy xe oto 12V
Khối điều khiển trung tâm Arduino
( nano + uno ) Khối cảnh báo
Khối cảm biến Khối thu / phát
+ Khối xử lý trung tâm Arduino: dùng để xử lý các tín hiệu vào và xuất tín hiệu ra mọi hoạt động của hệ thống
+ Khối thu / phát RF 315mHz: dùng để nhận tín hiệu từ remote và phát tín hiệu cảnh báo cho remote
Khối cảm biến giám sát và phát hiện tín hiệu từ môi trường, so sánh với giá trị đặt sẵn và gửi tín hiệu về khối trung tâm Khối cảnh báo xử lý đèn LED và còi cảnh báo khi nhận tín hiệu từ hệ thống chính Khối nguồn cung cấp nguồn ổn định cho toàn bộ hệ thống chính.
❖ Tính toán và thiết kế mạch:
+ Khối điều khiển trung tâm:
Trong quá trình kết nối thiết bị ngoại vi và lập trình hệ thống, tổng số chân I/O sử dụng là 5 Dòng điện tiêu thụ I được tính theo công thức cụ thể.
I = P * II/O = 5 * 30mA = 150 mA Trong đó: P – là số chân sử dụng
II/O – là mức dòng điện ở mỗi chân digital I/O
+ Khối thu / phát RF 315mHz:
Bộ phát tín hiệu radio qua anten có 3 chân: VCC, DATA và GND, trong khi bộ thu có 4 chân: VCC, GND và 2 chân DATA (chỉ cần sử dụng 1 trong 2 chân DATA).
− Nguồn của bộ thu / phát yêu cầu là 4mA
− Chân data của bộ thu sẽ được kết nối với chân D11 để thu tín hiệu RF
− Chân data của bộ phát sẽ được kết nối với chân D12 để phát tín hiệu RF
− Khi nhận được tín hiệu có trộm thì hệ thống sẽ kích hoạt relay nối nguồn với đèn và còi Với nguồn kích relay là 5V từ arduino uno
− Gồm 2 loại cảm biến là cảm biến rung và cảm biến áp suất được cấp nguồn từ arduino
Trong đó: P – là số lượng cảm biến
Is – là mức dòng điện cảm biến hoạt động
− Cảm biến áp suất: dùng nguồn 3.3V từ arduino uno
- Nguồn cấp vào mạch là nguồn 5V, ở đây mạch này dùng nguồn từ ắc quy xe oto có thông số là 12V nên cần một mạch hạ áp xuống còn 5V
− Sau khi cấp nguồn 5V cho board mạch Board Arduino uno, module thu / phát
RF 315mHz là tần số hoạt động của các cảm biến Khi giá trị cảm biến thay đổi đột ngột, board Arduino Uno sẽ so sánh với các giá trị mốc, xuất tín hiệu và gửi đến remote chính qua module phát RF để kích hoạt relay cảnh báo Khi remote gửi tín hiệu mã hóa đến module thu RF, Arduino Uno sẽ giải mã tín hiệu và thực hiện các lệnh nhận được.
Hình 4.6: sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống chính
Hình 4.7: sơ đồ mạch thi công hệ thống chính
Hình 4.8: sơ đồ mạch vật lý
Phần mềm
− Hệ thống được viết và phát triển bới phần mềm Arduino IDE
Hình 4.9: lưu đồ giải thuật của remote
❖ Giải thích lưu đồ giải thuật:
Khi nút "on" được nhấn, hệ thống sẽ mã hóa và truyền lệnh "on" qua tín hiệu radio bằng bộ phát RF, nhằm kích hoạt hệ thống chống trộm.
Khi nút tắt được nhấn, hệ thống sẽ mã hóa và truyền lệnh "tắt" qua tín hiệu radio bằng bộ phát RF, nhằm vô hiệu hóa hệ thống chống trộm.
− Trường hợp remote nhận được tín hiệu có trộm từ hệ thống chính qua bộ thu RF thì sẽ sáng led báo hiệu có trộm
Hình 4.10: lưu đồ giải thuật của cảm biến áp suất
Áp suất môi trường thay đổi theo hoàn cảnh, do đó giá trị mốc A không thể cố định mà cần được đo liên tục Giá trị B sẽ được so sánh với A để Arduino đánh giá dấu hiệu bất thường Khi giá trị B đột ngột vượt ngưỡng cho trước, Arduino sẽ phát hiện dấu hiệu bất thường và xuất tín hiệu có trộm.
Hình 4.11: lưu đồ giải thuật của cảm biến rung
Cảm biến rung hoạt động dựa trên nguyên lý đơn giản: khi có rung lắc, nó phát tín hiệu digital high, và khi không có rung lắc, tín hiệu sẽ là digital low Độ nhạy của cảm biến được điều chỉnh thông qua biến trở trên module, giúp tránh các tín hiệu rung lắc không mong muốn do các yếu tố bên ngoài.
Hình 4.12: lưu đồ giải thuật của hệ thống chính
Board Arduino kết nối với nguồn ắc quy xe ô tô sẽ luôn hoạt động Khi nhận tín hiệu mã hóa "on", nó sẽ kích hoạt các relay để kết nối với các cảm biến, bắt đầu quy trình.
Hệ thống chống trộm bao gồm 26 trình chống trộm, trong đó cảm biến gửi tín hiệu đến Arduino để xử lý Khi phát hiện dấu hiệu bất thường, Arduino sẽ kích hoạt các relay để làm cho đèn LED và còi hoạt động Để tắt báo động và hệ thống chống trộm, cần gửi tín hiệu “off” đến Arduino.
Hình 4.13: mô hình mô phỏng toàn hệ thống
Hình 4.13: mô hình vật lý toàn hệ thống