Đặt vấn đề Tự động hóa là tổng hòa của nhiều lĩnh vực cơ khí, điều khiển, công nghệ thông tin và cơ điện tử. Các lĩnh vực này kết hợp với nhau tạo thành các hệ thống tự động hóa và cao hơn nữa là tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất. Ngành tự động hóa ngày càng có vai trò quan trọng và hết sức cần thiết để đáp ứng các mục tiêu phát triển kinh tế, nhất là trong tiến trình công nghiệp hiện đại hóa nhanh như hiện nay. Như chúng ta đã biết, đi kèm với phát triển xã hội thì yêu cầu đảm bảo an toàn cho nhà ở càng ngày càng được nâng cao, đặc biệt là tại các thành phố lớn.
Trộm cắp, cháy nổ, chập điện v.v đều là những vấn đề cần được giải quyết để có một môi trường nhà ở an toàn. Do đó cần phải tạo ra một hệ thống có thể cảnh báo được cho người sử dụng khi một trong các yếu tố trên xuất hiện, có thể giúp cho chủ nhà biết được ngay lập tức những sự cố và từ đó có cách xử lý phù hợp. Sử dụng tính năng cảnh báo qua điện thoại ngay lập tức khi có sự cố sẽ giúp chủ nhà thuận tiện hơn trong việc khắc phục hậu quả. Trong trường hợp nếu có sự cố về nguồn điện cung cấp cho hệ thống thì hệ thống vẫn sẽ làm việc được thông qua nguồn phụ.
Từ những yêu cầu thực tế và ý tưởng trên là một sinh viên điện tử em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu và phát triển hệ thống phát hiện đột nhập cho nhà ở ” để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người và góp phần vào sự tiến bộ của nước nhà.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài Ngày nay với sự phát triển của kinh tế, đời sống của người dân càng được nâng cao, bằng chứng là đã có nhiều khu chung cư, căn hộ cao cấp đã và đang được xây dựng. Cùng với đó là sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị điện tử ra đời ngày càng nhiều về chủng loại cũng như tính năng sử dụng. Tính năng cảnh báo trộm đột nhập hiện nay vẫn còn khá mới mẻ đối với đại đa số người dân. Có thể ở Việt Nam chưa phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực này nhưng hiện nay ở trên thế giới, nhất là các quốc gia thuộc Châu Âu hay châu Mĩ thì các thiết bị chống cho nhà ở đã phát triển rất mạnh mẽ.
Từ những nhu cầu thực tế đó, em muốn đưa một phần những kỹ thuật hiện đại của thế giới áp dụng vào điều kiện thực tế trong nước 11 để có thể tạo ra một thiết bị chống trộm thông qua tin nhắn SMS nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càng cao trong nước. Đề tài lấy cơ sở là tín hiệu cảm để điều khiển vi xử lý gửi tin nhắn cho người dùng và có các tín hiệu cảnh báo phù hợp. Chi phí sử dụng những thiết bị này không cao nhưng vẫn đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng : cảnh báo đưa ra đúng, kịp thời. Ngòai ra, sản phẩm của đề tài này có tính mở, có thể áp dụng cho nhiều đối tượng khác nhau trong dân dụng khác như khóa cửa nhà, bất cứ loại mô hình chống trộm, chống đột nhập nào.3 Hướng nghiên cứu và thực hiện Với đề tài trên người viết đã thực hiện việc đề tài này theo ba hướng hướng chính: - Phát hiện kẻ đột nhập thì đèn và còi sẽ hoạt động, đồng thời gửi tin nhắn cho người dùng.
- Xây dựng chương trình giao tiếp người dùng. - Có hệ thống khóa cửa bằng mật khẩu. Tất cả các yêu cầu trên sẽ được thực hiện bằng vi điều khiển. Vi điều khiển sử dụng trong đề tài này là Arduino Mega 2560, về các đặc tính của vi điều khiển này sẽ được trình bày ở phần sau.4 Phương pháp nghiên cứu Trong đề tài này, người viết đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về điện tử, viễn thông, truy cập từ mạng internet, các đồ án của khóa trước.
- Phương pháp quan sát: khảo sát một số mạch điện tử qua mạng internet, khảo sát các điện thoại di động để chọn lựa phương án thiết kế sau này. 12 - Phương pháp thực nghiệm: từ những ý tưởng và kiến thức của bản thân, kết hợp sự hướng dẫn của giáo viên, người viết đã lắp ráp thử nghiệm nhiều dạng mạch khác nhau để từ đó chọn lọc những mạch điện tối ưu.5 Giới hạn - Sử dụng board Arduino và các module có sẵn. - Sử dụng mã nguồn mở và một số thư viện để viết chương trình cho Arduino. - Khi hoạt động phải trong vùng phủ sóng điện thoại.
- Chương trình giao tiếp người dùng đơn giản, dễ sử dụng.6 Nội dung đồ án - Trong Chương 2 sẽ giới thiệu về các thành phần cấu thành nên hệ thống - Trong Chương 3 chúng ta sẽ đi vào 1 cách chi tiết các linh kiện của hệ thống,thông số, cấu tạo, chức năng và cách hoạt động của chúng. - Trong Chương 4 chúng ta sẽ xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống dựa trên tính năng của các thiết bị và chương trình giao tiếp người dùng. - Trong Chương 5 chúng ta sẽ nói về các bước làm nên mô hình và những lỗi xảy ra trong quá trình thi công, từ đó rút ra phương pháp cải thiện. 13 14 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu về mạch điều khiển Công nghệ chất bán dẫn phát triển rất mạnh và nhanh chóng kèm theo đó là sự phát triển của các vi điều khiển.
Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều dòng vi điều khiển, từ những dòng vi điều khiển 8bit như PIC, AT89, SG8V1 đến những vi điều khiển 32, 64bit chuyên sử dụng cho những ứng dụng phức tạp như ARM. tùy thuộc vào các yêu cầu đặt ra mà ta chọn vi điều khiển sao cho phù hợp về dung lượng bộ nhớ, số chân I/O, số nguồn ngắt, số ngoại vi hỗ trợ, .v Arduino là một bo mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh viên Ý thiết kế và đưa ra vào năm 2005. Mạch arduino được sử dụng để cảm nhận và điều khiển nhiều đối tượng khác nhau. Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ từ lấy tín hiệu từ cảm biến để điều khiển đèn, động cơ, và nhiều đối tượng khác.
Ngoài ra mạch còn có khả năng liên kết với nhiều module khác như module đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A,… để tăng ứng dụng của mạch. Phần cứng bao gồm một bo mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tản vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM, Atmel 32-bit,…. hiện phần cứng của arduino có tất cả 6 phiên bản, tuy nhiên phiên bản được sử dụng nhiều nhất là arduino UNO và arduino MEGA. Arduino 2560 là sản phẩm tiêu biểu cho dòng mạch Mega là dòng bo mạch có nhiều cải tiến so với Arduino Uno.
Đặc biệt bộ nhớ Flash của Mega được tăng lên một cách đáng kể, gấp 4 lần so với những phiên bản cũ của arduino Uno R3, cùng với việc trang bị 3 timer và 6 cổng interrupt khiến bo mạch Mega hoàn toàn có thể giải quyết được nhiều bài toán hóc búa, cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số cũng như tương tự. Arduino 2560 là board mạch vi điều khiển, xây dựng dựa trên Atmega 2560. Nó có 54 chân I/O ( trong đó có 15 chân có thể sử dụng làm chân output với chức năng PWM) 16 chân đầu vào analog, 4UART, 1 thạch anh 16Mhz, 1 cổng USB, 1 jack nguồn, 1 header, 1 nút nhấn reset. Nó chứa mọi thứ hỗ trợ cho người lập trình vi điều khiển, đơn giản chỉ cần kết nối nó với máy tính bằng cable USB có thể bắt đầu học 15 tập.
Mạch arduino 2560 sử dụng tương thích với phần lớn các Shield của arduino Uno.1 Arduino mega 2560 Ngoài ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ khác số lượng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên các bạn vẫn có thể lập trình cho con vi điều khiển này bằng chương trình lập trình cho Arduino Uno R3.2 Sơ đồ chân của Arduino mega 2560 Cấu tạo chính của Arduino Mega 2560 bao gồm các phần sau: - Cổng USB: đây là loại cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều khiển. Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính. - Jack nguồn: để chạy Arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên, nhưng không phải lúc nào cũng cắm với máy tính được. Lúc đó ta cần nguồn từ 9v đến 12v cấm vào jack nguồn.
- Có 54 chân ra/vào số đánh số thứ tự từ 0 đến 13, ngoài ra có một chân nối đất (GND) và một chân điện áp tham chiếu (AREF). - Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lý trung tâm của bo mạch. Với mỗi mẫu Arduino khác nhau thì chip khác nhau. Ở con Arduino Mega 2560 này thì sử dụng ATMega2560.
- Có một nút nhấn reset và một đầu ICSP 17 - Mega 2560 có 16 chân vào tương tự, mỗi ngõ vào tương tự điều có độ phân giải 10 bit (tức là 1024 giá trị khác nhau). Theo mạc định đo từ 0 đến 5 volts, mặc dù là nó có thể thay đổi phần trên của phạm vi bằng cách sử dụng chân Aref và analogReference. - Atmega 2560 có 256 KB bộ nhớ flash để lưu trữ mã (trong đó có 8 KB được sử dụng cho bộ nạp khởi động), 8 KB SRAM và 4 KB EEPROM. Thông số kĩ thuật: Vi điều khiển ATmega2560 Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào (được 7-12V đề nghị) Điện áp đầu vào (giới 6-20V hạn) 54 (trong đó có 15 cung cấp sản lượng Số lượng chân I / O PWM) Số lượng chân Input 16 Analog Dòng điện DC mỗi I / 20 mA O Dòng điện DC với chân 50 mA 3.3V 256 KB trong đó có 8 KB sử dụng bởi Bộ nhớ flash bộ nạp khởi động SRAM 8 KB EEPROM 4 KB Tốc độ đồng hồ 16 MHz Chiều dài 101,52 mm Bề rộng 53,3 mm Hình 2.3 Thông số kỹ thuật của Mega 2560 18 Trong đó các chân pin có các chức như sau: - GND (Ground): Cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino Mega.
Khi ta dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.