CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài Thế giới đã trải qua nhiều cuộc cách mạng công nghiệp làm thay đổi cả thế giới. Cuộc cách mạng đầu tiên là cách mạng với động cơ đốt trong trong khoảng thế kỷ 18 đên đầu thế kỷ 19, xuất phát từ nước Anh, sau đó lan rộng ra toàn thế giới.
Các động cơ hơi nước là dạng nguyên thủy đầu tiên của cuộc cách mạng 1.0 thời bấy giờ. Cuộc cách mạng thứ 2: Cuộc cách mạng động cơ điện: Khoảng những năm (1871- 1914) với sự xuất hiện các ngành; Hóa chất, dầu mỏ, thép, điện lực. Các động cơ đốt trong, động cơ điện là đại diện tiêu biểu của giai đoạn này. Cuộc cách mạng thứ 3: Bắt đầu khoảng những năm 1960 với sự xuất hiện của Internet; máy tính; tự động hóa.
Cách mạng công nghiệp 3.0 đã thay đổi hầu hết cách con người làm việc, giao tiếp và kinh doanh. Cuộc cách mạng thứ 4: Cách mạng 4.0 sẽ diễn ra trên 3 lĩnh vực chính gồm Công nghệ sinh học, Kỹ thuật số và Vật lý. Trong đó, những yếu tố cốt lõi của Kỹ thuật số sẽ là: Trí tuệ nhân tạo (AI), Vạn vật kết nối – Internet of Things (IoT) và dữ liệu lớn (Big Data). Lịch sử 4 cuộc cách mạng công nghiệp Trong xã hội ngày nay, cùng với sự tiến bộ của Khoa Học – Kỹ Thuật, cuộc sống con người trở nên đầy đủ và tiền nghi hơn, lương của cải vật chất củng được tạo ra nhiều hơn.
Do đó, việc bảo về và giữ gìn tài sản được đặt ra rất cần thiết. Để giải quyết vấn đề đó, con người đã thiết kế ra các hệ thống chống trộm tự động phát hiện, cảnh báo và chống lại sự xâm nhập của các thành phần xấu, giữ gìn tài sản được an toàn. Và giám sát hệ chống chống trên điện thoai hoặc máy tính. Với vốn kiến thức của mình, em sẽ giới thiệu và trình bày đề tài hệ thống chống trộm sử dụng Arduino điều kiển bằng Raspberry Pi.
SVTH: Dương Hoàng Quốc Nhu Trang 9 Đồ án học phần 2 GVHD: Văn Tấn Lượng 1. Mục tiêu - Mục tiêu của đề tài là thiết kế và thi công một mô hình hệ thống chống trộm. - Mô hình hệ thống chống trộm thích hợp sử dụng cho các căn hộ nhỏ và vừa. - Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển bằng giao diện Node-Red được điều khiển bằng Raspberry Pi.
Phạm vi đề tài Nghiên cứu phần cứng mô hình hệ thống chống trộm. Hệ thống được điều khiển bằng Arduino và giám sát hệ thống thông qua giao diện Node-Red bằng Raspberry Pi. Hệ thống là một mô hình đơn giản và mang tính chất thí nghiệm, chưa có những tính năng phức tạp. Hệ thống chỉ giám sát thông qua sóng Wifi cho nên còn hạn chế về khoảng cách.
Phương pháp Đề tài thiết kế và thi công hệ thống chống trộm sử dụng phương pháp: - Phương pháp nguyên cứu tài liệu. Tìm tài liệu trên mạng, báo, đài điện tử, giáo trình để đề tài nghiên cứu được hoàn thiện hơn. - Thiết kế và thi công mô hình chống trộm. SVTH: Dương Hoàng Quốc Nhu Trang 10 Đồ án học phần 2 GVHD: Văn Tấn Lượng CHƯƠNG 2.
GIỚI THIỆU LINH KIỆN 2. Raspberry Pi 3 model B+ 2. Giới thiệu chung Raspberry Pi là từ để chỉ các máy tính chỉ có một board mạch (hay còn gọi là máy tính nhúng) kích thước chỉ bẳng một thẻ tín dụng, được phát triển tại Anh bởi Raspberry Pi Foundation với mục đích ban đầu là thúc đẩy việc giảng dạy về khoa học máy tính cơ bản trong các trường học và các nước đang phát triển. Raspberry Pi sản xuất bởi 3 OEM: Sony, Qsida, Egoman.
Và được phân phối chính bởi Element14, RS Components và Egoman. Raspberry PI 3 model B+ Máy tính Raspberry Pi 3 Model B+ là board mạch máy tính nhúng được sử dụng nhiều nhất hiện nay, ngoài việc sử dụng để hệ điều hành Linux hoặc Windows 10 IoT, máy còn có khả năng xuất tín hiệu ra 40 chân GPIO có thể giao tiếp và điểu khiển vô số các board mạch phần cứng khác để thực hiện vô số các ứng dụng khác nhau. Máy tính Raspberry Pi 3 Model B+ với quy trình gia công và linh kiện chất lượng cao đảm bảo cho việc chạy bền bỉ và lâu dài, máy có kích thước nhỏ gọn, giá thành phải chăng, cách sử dụng dễ dàng, chỉ cần cài hệ điều hành vào thẻ nhớ và cấp nguồn là có thể sử dụng. Máy tính Raspberry Pi 3 Model B+ có cộng đồng sử dụng rất lớn trên thế giới, đây chính là ưu điểm lớn nhất của Raspberry Pi, có thể tìm nguồn tài liệu cũng như hỗ trợ rất dễ dàng trên Google hoặc trang chủ Raspberry Pi.
SVTH: Dương Hoàng Quốc Nhu Trang 11 Đồ án học phần 2 GVHD: Văn Tấn Lượng Raspberry Pi 3 Model B+ là sản phẩm mới nhất trong gia đình Raspberry Pi, nổi bật với chip 4 nhân 64-bit có tốc độ 1.4GHz – nhanh nhất từ trước đến nay. Phiên bản mới còn hỗ trợ Wifi Dual-band 2.4GHz và 5GHz, Bluetooth 4.2/Bluetooth Low Energy, cổng Ethernet tốc độ cao (300Mbps) và Power over Ethernet (PoE) thông qua PoE HAT. Raspberry PI 3 Model B+ còn có Power over Ethernet (PoE) giúp cung cấp nguồn điện cho thiết bị thông qua dây cắm Ethernet nhưng phải thông qua một HAT mở rộng. Ngoài những nâng cấp trên thì ngoại hình và kích thước Model B+ vẫn y hệt Model B nên hoàn toàn tương thích với mọi case và phụ kiện trước đây dành cho Model B.
Có nhiều hệ điều hành cho Raspberry Pi: - Raspbian: OS chính thức, giao diện giống như Windows/Mac/Linux. - OSMC: tích hợp KODI, dùng làm máy xem phim, nghe nhạc. - RetroPie: dùng làm máy chơi game, hỗ trợ nhiều hệ máy khác nhau. - Ubuntu, Windows 10 IoT, RiscOS.
Cấu hình phần cứng Hình 2. Cầu hình phần cứng Raspberry Pi 3 B+ - Vi xử lý: Broadcom BCM2837B0, quad-core A53 (ARMv8) 64-bit SoC @1.4GHz - RAM: 1GB LPDDR2 SDRAM.4GHz and 5GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac wireless LAN, Bluetooth 4.2, BLE, Gigabit Ethernet over USB 2.0 (Tối đa 300Mbps) SVTH: Dương Hoàng Quốc Nhu Trang 12 Đồ án học phần 2 GVHD: Văn Tấn Lượng - Cổng USB: 4 x 2. - Mở rộng: 40-pin GPIO. - Video và âm thanh: 1 cổng full-size HDMI, Cổng MIPI DSI Display, cổng MIPI CSI Camera, cổng stereo output và composite video 4 chân.264 encode (1080p30); OpenGL ES 1.
- Nguồn điện sử dụng: 5V/2.5A DC cổng microUSB, 5V DC trên chân GPIO, Power over Ethernet (PoE). - Cải thiện PXE network và USB mass-storage booting. - Tản nhiệt tốt hơn Model B.3 Kết nối của Raspberry Pi Hình 2. Raspberry Pi và các thiết bị kết nối SVTH: Dương Hoàng Quốc Nhu Trang 13 Đồ án học phần 2 GVHD: Văn Tấn Lượng Khe cắm thẻ nhớ: sử dụng loại thẻ SD Card, đây là nơi lưu trữ hệ điều hành và tất cả các dữ liệu hoạt động của Raspberry Pi.
Dung lượng của thẻ nhớ phải từ 4GB trở lên để đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt. Micro USB Power: RPi có thể sử dụng đến 700mA tại mức áp 5V khi bạn sử dụng nhiều thiết bị USB và cổng LAN. TFT Touch Screen: Kết nối Raspberry Pi với màn hình cảm ứng để hiển thị và sử dụng Raspberry một cách trực quan nhất. Chúng ta có thể thực hiện các tác vụ tương đương như khi sử dụng chuột và bàn phím.
Camera expansion: Khe cắm modem camera vào Raspberry Pi. Khi sản xuất Raspberry Pi thì nhà sản xuất còn sản xuất thêm một modem camera 5MP nhưng người mua không được hỗ trợ mà phải mua thêm. Chúng ta có thể chụp hình, quay phim,. làm việc tất cả các tác vụ như trên một camera bình thường.
Cổng HDMI: cổng này dùng để kết nối với các thiết bị có hổ trợ chuẩn kết nối HDMI, nếu thiết bị của chúng ta không hổ trợ HDMI mà chỉ hổ trợ VGA thì chúng ta phải sử dụng một dây cáp chuyển đổi từ HDMI sang VGA. Thường thì cổng này dùng để kết nối ra màn hình, tivi, máy chiếu, để hiển thị giao diện của hệ điều hành. Cổng kết nối Ethenet: dùng để kết nối internet, mạng Lan, truy cập SSH,. Cổng USB: dùng để kết nối với chuột, bàn phím, USB, và các thiết bị có hổ trợ cổng USB.
STEREO AUDIO: dùng để kết nối với tai nghe, loa, và các thiết bị ân thanh có cổng Jack 3. TV: dùng để kết nôi và phát tín hiệu hình ảnh lên Tivi. GPIO: Raspberry Pi cung cấp nhiều cổng GPIO, giao tiếp SPI, I2C, Serial. Các cổng GPIO được sử dụng để xuất/nhận giá trị 0/1 ra/vào từ bên ngoài.
Giao tiếp SPI,I2C, Serial có thể được dùng để kết nối trực tiếp với các vi điều khiển khác. Đặc biệt phù hợp cho những ai cần điều khiển các thiết bị điện tử ngoại vi. Lưu ý khi sử dụng Raspberry Pi 3 B+: - Raspberry Pi 3 Model B+ cần nguồn điện ổn định 5VDC từ 2.5A trở lên, nếu nguồn không ổn định, sụt áp hoặc không đủ công suất sẽ dẫn đến cháy CPU hoặc chip điều khiển Ethernet – USB. Máy tính Raspberry Pi 3 Model B+ ngoài việc sử dụng như một máy tính bình thường còn có thể giao tiếp qua các chân GPIO, xin lưu ý là các chân này nối trực tiếp vào CPU chính và không có bất cứ tầng đệm hay cách ly nào.
SVTH: Dương Hoàng Quốc Nhu Trang 14 Đồ án học phần 2 GVHD: Văn Tấn Lượng 2. Giới thiệu chung Arduino Uno R3 là loại phổ biến và dễ sử dụng nhất trong các dòng Arduino hiện nay, cũng như tương thích với nhiều loại Arduino Shield nhất, Arduino Uno R3 hiện nay đã được biết đến một cách quen thuộc tại Việt Nam, và trên thế giới thì nó đã quá phổ biến. Sức mạnh của chúng ngày càng được chứng tỏ theo thời gian với vô vàn các ứng dụng mở (open source) độc đáo được chia sẻ rộng rãi. Arduino Uno R3 có thể ứng dụng vào những mạch đơn giản như mạch cảm biến ánh sáng bật tắt đèn, mạch điều khiển động cơ,… hoặc cao hơn nữa có thể làm những sản phẩm như: máy in 3D, Robot, khinh khí cầu, máy bay không người lái, và các ứng dụng lớn khác.
Arduino Uno R3 thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những người tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong thời gian gần đây. Số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học thậm chí là những trường đại học nổi tiếng trên thế giới và đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến. Board Arduino Uno R3 Board mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit mega AVR của Atmel với hai chip phổ biến nhất là ATmega328 và ATmega2560.