Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong bối cảnh trật tự an toàn xã hội tại Việt Nam, các vụ việc đột nhập trộm cắp tài sản tại các cơ quan, doanh nghiệp và hộ gia đình ngày càng diễn biến phức tạp và tinh vi. Mặc dù nhiều gia đình đã chủ động trang bị các biện pháp phòng vệ truyền thống (thuê bảo vệ, nuôi chó giữ nhà) hoặc lắp đặt chuông báo động tại chỗ, hiệu quả mang lại đôi khi còn hạn chế do không thông báo được sự cố kịp thời khi chủ nhà đi vắng. Sự phát triển của mạng thông tin di động toàn cầu (GSM) tạo tiền đề kỹ thuật thuận lợi để xây dựng các giải pháp giám sát an ninh và điều khiển cảnh báo từ xa.
Đồ án môn học "Kỹ thuật vi điều khiển và ghép nối thiết bị ngoại vi" với đề tài "Thiết kế mạch báo động chống trộm, cảnh báo qua điện thoại" do sinh viên Đào Như Ý (lớp DCDL21, ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Khoa Kỹ thuật - Công nghệ, Trường Đại học Phạm Văn Đồng) thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Đào Minh Đức. Thời gian thực hiện từ ngày 09/09/2022 đến ngày 02/12/2022.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là thiết kế và chế tạo một mô hình mạch báo động có khả năng phát hiện đột nhập từ bên ngoài thông qua cảm biến hồng ngoại, sử dụng vi điều khiển làm trung tâm xử lý dữ liệu để kích hoạt hệ thống cảnh báo tại chỗ (còi hú, bật sáng đèn LED 220V), đồng thời gửi tín hiệu qua module SIM để quay số gọi điện và gửi tin nhắn SMS cảnh báo đến số điện thoại của người quản lý, hỗ trợ tính năng nhận lệnh tin nhắn để tắt thiết bị cảnh báo từ xa.
Nhiệm vụ nghiên cứu
Đề tài xác định 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:
- Nghiên cứu hệ thống báo trộm trên thị trường.
- Nghiên cứu các thành phần của hệ thống báo trộm.
- Tìm hiểu về các loại cảm biến và module phần cứng.
- Phân biệt các loại cảm biến, nắm được các thông số kỹ thuật (phạm vi, khoảng cách hoạt động, điện áp cung cấp...) để đưa ra lựa chọn phù hợp cho mô hình.
- Tìm hiểu mạng thông tin di động GSM và module SIM800L.
- Thiết kế, thi công và thử nghiệm mạch báo trộm qua điện thoại.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống báo trộm; thiết bị cảm biến hồng ngoại và module truyền thông SIM; các linh kiện điện tử, khối vi điều khiển và mạch công suất trong hệ thống.
- Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế và thi công mô hình phần cứng quy mô nhỏ sử dụng board vi điều khiển Arduino UNO R3 kết hợp cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK và module SIM800L trên nền mạng GSM tại khu vực thử nghiệm.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Cơ sở lý thuyết và chuẩn công nghệ
Tác giả xây dựng giải pháp kỹ thuật dựa trên các nền tảng lý thuyết và chuẩn giao tiếp công nghiệp sau:
- Lý thuyết về cảm biến: Khái niệm chuyển đổi đại lượng không mang tính chất điện sang đại lượng mang tính chất điện theo phương trình chuyển đổi $S = F(M)$. Phân biệt cảm biến tích cực (tạo nguồn áp, dòng hoặc điện tích mà không cần nguồn phụ) và cảm biến thụ động (hoạt động như một trở kháng thay đổi). Xác định 3 vùng giới hạn làm việc: Vùng làm việc danh định, Vùng không gây nên hư hỏng (biến đổi thuận nghịch), và Vùng không phá hủy (biến đổi không thuận nghịch, cần chuẩn hóa lại).
- Mạng thông tin di động toàn cầu GSM: Chuẩn mạng không dây thế hệ 2G quy định bởi Viễn thông Châu Âu (ETSI), sử dụng kết hợp đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo tần số (FDMA). Cấu trúc phân vùng địa lý gồm Vùng phục vụ mạng di động mặt đất công cộng (PLMN), Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (MSC/VLR), Vùng định vị (Location Area - LA) và Ô (Cell - quản lý bởi trạm BTS định danh qua CGI). Hệ thống khai thác dịch vụ bản tin nhắn ngắn SMS điểm - điểm và dịch vụ thoại.
- Chuẩn truyền thông nối tiếp bất đồng bộ UART: Sử dụng hai đường truyền TX (phát) và RX (nhận) không kèm xung nhịp chung, cấu trúc khung truyền bao gồm 1 Start bit (chuyển mức 1 xuống 0), các bit dữ liệu D0 - D7, bit kiểm tra chẵn lẻ (Parity) và Stop bit (mức 1).
- Chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ I2C: Phát triển bởi Philips Semiconductors, sử dụng 2 đường truyền (SDA - dữ liệu, SCL - xung nhịp). Quá trình truyền dữ liệu bao gồm Điều kiện bắt đầu (Start Condition), Khung địa chỉ 7-bit, Bit Read/Write, Bit xác nhận ACK/NACK, Khối dữ liệu 8-bit và Điều kiện kết thúc (Stop Condition).
- Tập lệnh AT chuẩn (Hayes Command Set): Sử dụng điều khiển module SIM800L cho các thao tác cuộc gọi và tin nhắn SMS.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp, phân tích tài liệu chuyên ngành về vi điều khiển, cảm biến quang điện, giao thức truyền thông mạng GSM và tập lệnh AT.
- Phương pháp thiết kế và mô hình hóa: Phân tích sơ đồ khối chức năng, thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện tử, tính toán phối ghép mức điện áp và công suất giữa các module ngoại vi với vi điều khiển trung tâm.
- Phương pháp thực nghiệm - thi công: Lắp ráp phần cứng thực tế, đấu nối dây tín hiệu, nạp chương trình điều khiển qua Arduino IDE và tiến hành kiểm tra đo đạc thông số hoạt động của mạch trong các điều kiện kích hoạt cảm biến.
Nguồn dữ liệu
Dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu bao gồm các thông số kỹ thuật (datasheet) của vi điều khiển ATmega328P, cảm biến E18-D80NK, module SIM800L, mạch giảm áp LM2596, module relay và các chỉ số đo đạc thực tế bằng đồng hồ đo VOM trong quá trình hiệu chỉnh nguồn và mạch điện.
Thiết kế và triển khai
Hệ thống cảnh báo chống trộm được thiết kế theo cấu trúc module hóa phần cứng, phân định rõ ràng chức năng của từng khối thành phần.
+-------------------------------------------------------------------+
| KHỐI NGUỒN |
| (Adapter 5VDC -> Arduino UNO & Mạch LM2596) |
+---------------------------------+---------------------------------+
|
v
+-------------------------------------------------------------------+
| KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM |
| (Board Arduino UNO R3) |
+--------+------------------------+------------------------+--------+
| | |
v v v
+-----------------+ +-----------------+ +-----------------+
| KHỐI CẢM BIẾN | | KHỐI BÁO ĐỘNG | | KHỐI BÁO ĐỘNG |
| (Cảm biến quang | | TẠI CHỖ | | TỪ XA |
| E18-D80NK) | | (Relay + Đèn | | (Module GSM |
| | | 220V + Buzzer) | | SIM800L) |
+-----------------+ +-----------------+ +-----------------+
|
v
+-----------------+
| KHỐI HIỂN THỊ |
| (LCD 16x2 + |
| Module I2C) |
+-----------------+
Kiến trúc phần cứng và thông số kỹ thuật các khối
| STT |
Tên linh kiện / Khối chức năng |
Thông số kỹ thuật chính ghi nhận trong văn bản |
| 1 |
Khối nguồn (Adapter 5VDC & LM2596) |
Nguồn cấp adapter 5VDC. Mạch giảm áp DC LM2596: Đầu vào 3V - 30V (hoặc 4V - 35V), đầu ra điều chỉnh 1,25V - 30V (1,5V), dòng cực đại 3A, hiệu suất 92%, công suất 15W. Cung cấp dòng tức thời cho SIM800L. |
| 2 |
Khối xử lý trung tâm (Arduino UNO R3) |
Vi điều khiển chính ATmega328P, chip nạp ATmega16U2 (giao tiếp UART qua cổng USB), tần số 16 MHz, điện áp hoạt động 5VDC, bộ nhớ Flash 32 KB (0.5 KB cho Bootloader), SRAM 2 KB, EEPROM 1 KB, 14 chân Digital I/O (6 chân PWM), 6 chân Analog (10-bit). |
| 3 |
Khối cảm biến (E18-D80NK) |
Cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản, nguồn cấp 5VDC, khoảng cách phát hiện 3 - 80 cm (hiệu quả 20 - 150 cm), đầu ra NPN cực thu hở (mức 0 và mức 1), dòng kích ngõ ra 300 mA, tích hợp biến trở chỉnh độ nhạy và đèn LED báo trạng thái màu đỏ/xanh. |
| 4 |
Khối báo động từ xa (SIM800L) |
Kích thước 25 mm x 22 mm, khe MicroSIM, nguồn cấp danh định 3.2V - 4.2V (dòng chờ 10 mA, dòng hoạt động 100 mA đến 1 A), hỗ trợ 4 băng tần: GSM850, EGSM900, DSC1800, PCS1900 MHz. Giao tiếp UART với vi điều khiển. |
| 5 |
Khối báo động tại chỗ (Relay, Buzzer, LED) |
Module Relay 1 kênh 5VDC (cách ly quang và transistor, kích mức cao 5V/5mA, đóng cắt AC 250V-10A / DC 30V-10A); Còi Buzzer 5VDC (dòng <25mA, biên độ âm thanh >80 dB, kích thước D12mm x H9.7mm); Bóng đèn LED Bulb 220V - 240V (140 x 60 mm). |
| 6 |
Khối hiển thị (LCD 16x2 + I2C) |
Màn hình LCD 16x2 ký tự kết hợp Module chuyển đổi I2C (driver HD44780, địa chỉ mặc định 0x27), giảm số chân kết nối vi điều khiển từ 6 chân xuống 2 chân (SDA, SCL). |
Tập lệnh AT cấu hình truyền thông GSM
| Tập lệnh AT |
Chức năng thực hiện trong hệ thống |
AT+CLIP=1<CR><LF> |
Bật chế độ hiển thị thông tin cuộc gọi đến |
ATD[số_điện_thoại];<CR><LF> |
Lệnh thực hiện cuộc gọi khẩn cấp đến số điện thoại cài sẵn |
ATH<CR><LF> |
Kết thúc hoặc cúp máy cuộc gọi |
ATA<CR><LF> |
Chấp nhận khi có cuộc gọi đến |
AT+CMGF=1<CR><LF> |
Cấu hình định dạng tin nhắn SMS sang chế độ Text |
AT+CMGS="Số_điện_thoại"<CR><LF> |
Gửi tin nhắn cảnh báo đột nhập đến thuê bao quản lý |
AT+CMGR=x<CR><LF> |
Đọc nội dung tin nhắn tại vị trí x (kiểm tra ký tự điều khiển "OFF") |
AT+CMGDA="DEL ALL"<CR><LF> |
Xóa toàn bộ tin nhắn trong các hộp thư để giải phóng bộ nhớ SIM |
AT+CNMI=2,2<CR><LF> |
Cấu hình hiển thị nội dung tin nhắn trực tiếp ngay khi nhận |
Quy trình điều khiển và kiểm thử vận hành
- Trạng thái giám sát: Hệ thống khởi tạo, LCD hiển thị trạng thái hoạt động bình thường, cảm biến phát chùm tia hồng ngoại tạo vùng quét bảo vệ, module SIM800L và relay ở trạng thái chờ.
- Trạng thái kích hoạt cảnh báo: Khi có vật thể cắt ngang chùm tia hồng ngoại, chân ngõ ra của cảm biến E18-D80NK chuyển xuống mức thấp (mức 0). Vi điều khiển Arduino nhận tín hiệu, kích hoạt ngõ ra điều khiển Relay đóng mạch thắp sáng đèn LED 220V và cấp nguồn còi Buzzer phát âm thanh (>80 dB). Đồng thời, Arduino gửi tập lệnh AT qua cổng nối tiếp tới SIM800L để thực hiện quay số cuộc gọi và gửi tin nhắn cảnh báo tới số điện thoại chủ nhà. Màn hình LCD cập nhật trạng thái cảnh báo.
- Trạng thái xử lý và giải trừ: Sau khi nhận cảnh báo, chủ nhà gửi tin nhắn SMS có nội dung
OFF về số thuê bao lắp trong module SIM800L. Arduino đọc dữ liệu tin nhắn, ngắt tín hiệu kích relay để tắt còi buzzer và đèn chiếu sáng, xuất thông báo turn of buzzer lên màn hình LCD 16x2 trước khi đưa hệ thống quay lại trạng thái quét ban đầu.
Nội dung chính theo từng chương
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Chương 1 trình bày tổng quan về hệ thống chống trộm, nêu rõ 3 thành phần cơ bản gồm khối cảm biến (sensor), bộ xử lý trung tâm và các thiết bị cảnh báo. Khái niệm "vùng bảo vệ" được làm rõ cùng các lưu ý kỹ thuật khi lắp đặt cảm biến hồng ngoại (tránh vị trí điều hòa, lò sưởi, hạn chế vật cản, tránh lắp song song trực diện hướng chuyển động).
Chương này phân tích chi tiết cơ sở lý thuyết về cảm biến (phương trình chuyển đổi, phân loại cảm biến tích cực/thụ động, các vùng làm việc danh định, không hư hỏng và không phá hủy) và lý thuyết mạng thông tin di động GSM (thế hệ 2G, tần số 400/900/1800/1900 MHz, đa truy nhập TDMA/FDMA, phân cấp vùng địa lý PLMN, MSC/VLR, LA, Cell).
Đồng thời, chương giới thiệu chi tiết cấu tạo phần cứng của board Arduino UNO R3 (vi điều khiển ATmega328P, chip nạp ATmega16U2, sơ đồ 14 chân Digital, 6 chân Analog, chuẩn truyền UART, giao tiếp SPI và I2C), module SIM800L kèm bảng tập lệnh AT điều khiển cuộc gọi/SMS, cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK, module relay 1 kênh 5VDC cách ly quang, màn hình LCD 16x2 tích hợp mạch chuyển đổi giao tiếp I2C (địa chỉ 0x27), còi báo Buzzer 5VDC (>80 dB), bóng đèn LED bulb 220V và module giảm áp DC LM2596 3A hiệu suất 92%.
CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH CHỐNG TRỘM CẢNH BÁO QUA ĐIỆN THOẠI
Chương 2 tập trung phân tích sơ đồ làm việc và xây dựng sơ đồ khối chi tiết của hệ thống với 6 khối chức năng: Khối nguồn, Khối xử lý trung tâm, Khối cảm biến, Khối báo động từ xa, Khối báo động tại chỗ và Khối hiển thị. Tác giả trình bày sơ đồ nguyên lý toàn mạch, phân tích chi tiết nhiệm vụ và phương thức ghép nối giữa vi điều khiển Arduino UNO R3 với từng linh kiện:
- Nhận tín hiệu logic từ cảm biến E18-D80NK.
- Giao tiếp dữ liệu nối tiếp với module SIM800L qua các chân UART (TX/RX) và chia sẻ đường nguồn từ mạch LM2596.
- Xuất dữ liệu hiển thị trạng thái lên LCD 16x2 thông qua chuẩn I2C (2 dây SDA, SCL nối chân A4, A5 của Arduino).
- Kích hoạt đóng ngắt tải điện lưới 220VAC qua module relay 5VDC và còi buzzer.
- Xây dựng nguyên lý giải trừ cảnh báo bằng cách phân tích chuỗi ký tự nhận được từ tin nhắn SMS phản hồi ("OFF") để đưa hệ thống về trạng thái quét ban đầu.
CHƯƠNG III: THI CÔNG MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Chương 3 trình bày danh mục 9 loại linh kiện được sử dụng để lắp ráp mô hình thực tế:
| STT |
Tên linh kiện |
Số lượng |
| 1 |
Nguồn adapter 5VDC |
1 |
| 2 |
Board Arduino UNO R3 |
1 |
| 3 |
Module SIM800L |
1 |
| 4 |
Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK |
1 |
| 5 |
Mạch Giảm Áp DC LM2596 3A |
1 |
| 6 |
Bóng đèn LED |
1 |
| 7 |
Màn hình LCD 16x2 |
1 |
| 8 |
Chuẩn giao tiếp I2C |
1 |
| 9 |
Còi báo buzzer |
1 |
Chương này ghi nhận kết quả lắp ráp hoàn chỉnh mô hình phần cứng, đánh giá quá trình thử nghiệm cho thấy mạch hoạt động tương đối ổn định, có khả năng làm việc liên tục 24/24 giờ, đáp ứng mục tiêu cảnh báo tại chỗ và gửi thông báo từ xa qua mạng viễn thông khi có vật cản đột nhập. Tác giả cũng chỉ ra các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy của hệ thống, bao gồm chất lượng sóng di động tại khu vực lắp đặt và việc bố trí khoảng cách quét của cảm biến.
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Chương 4 tổng kết quá trình thực hiện đồ án, khẳng định việc hoàn thành thiết kế và thi công hệ thống theo đúng tiến độ giao nhiệm vụ (09/09/2022 - 02/12/2022). Tác giả đánh giá kết quả đạt được về mặt kỹ thuật phần cứng, khả năng làm chủ việc điều khiển vi điều khiển và ghép nối ngoại vi.
Chương này cũng phân tích các hạn chế tồn tại của mô hình thử nghiệm (chưa tối ưu hóa tính thẩm mỹ, độ chính xác chưa tuyệt đối, còn phụ thuộc sóng viễn thông và nguy cơ báo động giả ngoài thực tế) và đề xuất 3 hướng phát triển mở rộng: sử dụng cảm biến chuyên dụng có độ chính xác cao hơn, tích hợp kết nối Wi-Fi/Camera giám sát theo xu hướng IoT, và trang bị thêm bộ nguồn dự phòng.
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật đạt được
- Chế tạo thành công mô hình phần cứng tích hợp 9 cụm linh kiện hoạt động đồng bộ trên nguồn cấp 5VDC thông qua adapter và mạch giảm áp LM2596.
- Thiết lập thành công giao tiếp I2C giữa vi điều khiển ATmega328P và màn hình LCD 16x2 ở địa chỉ
0x27, tiết kiệm tài nguyên chân vi điều khiển (chỉ sử dụng 2 chân SCL/SDA thay vì 6 chân Digital).
- Khối cảm biến E18-D80NK phát hiện chính xác vật cản trong phạm vi hiệu chỉnh (3 - 80 cm), kích hoạt tín hiệu mức thấp đưa về Arduino.
- Khối cảnh báo tại chỗ đáp ứng tức thời: kích relay đóng điện 220VAC cho đèn LED và phát âm thanh còi buzzer cường độ >80 dB.
- Khối viễn thông SIM800L thực hiện gửi tin nhắn cảnh báo SMS, quay số gọi điện khẩn cấp đến số điện thoại đích và tiếp nhận chính xác lệnh SMS cú pháp
OFF để ngắt cảnh báo, hiển thị dòng trạng thái turn of buzzer trên LCD.
- Hệ thống qua thực nghiệm đạt khả năng vận hành liên tục 24/24 giờ ở mức ổn định.
Giải pháp và kiến nghị đề xuất từ tác giả
- Lựa chọn vị trí lắp đặt cảm biến ở không gian thông thoáng, ít vật cản, tránh các khu vực có nguồn nhiệt biến đổi đột ngột (điều hòa, lò sưởi) và tránh đặt song song trực diện hướng chuyển động để tối ưu góc quét.
- Nâng cấp sử dụng các loại cảm biến chuyên dụng chất lượng cao nhằm hạn chế tối đa tình trạng báo động giả.
- Mở rộng kết nối hệ thống với các loại đầu dò cảnh báo khác như cảm biến báo gas, báo khói, báo nhiệt.
Đóng góp của đề tài
Đồ án đã cụ thể hóa việc ứng dụng vi điều khiển nhúng giá thành thấp (Arduino UNO R3) kết hợp module viễn thông GSM (SIM800L) và các thiết bị ngoại vi để giải quyết bài toán an ninh thực tiễn. Đề tài cung cấp giải pháp sơ đồ nguyên lý, lưu đồ giải thuật và mô hình phần cứng thực nghiệm có khả năng ứng dụng trong các hộ gia đình hoặc văn phòng cơ quan quy mô vừa và nhỏ.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế được văn bản ghi nhận
- Hệ thống vận hành phụ thuộc vào chất lượng sóng của mạng di động; tại các khu vực sóng yếu, tốc độ gửi tin nhắn và quay số cuộc gọi bị ảnh hưởng hoặc hoạt động chưa tốt.
- Do mô hình thiết kế ở quy mô thử nghiệm nhỏ, độ chính xác phát hiện chưa cao và chưa xử lý triệt để các trường hợp báo động giả ngoài môi trường thực tế.
- Tính thẩm mỹ và mức độ hoàn thiện cơ khí của mô hình phần cứng còn hạn chế.
Hướng nghiên cứu mở rộng
- Nâng cấp cảm biến: Thay thế và tích hợp các dòng cảm biến chuyên dụng có độ chính xác cao hơn nhằm giảm thiểu sai số đo và chống báo động giả.
- Tích hợp truyền thông IoT và Camera: Mở rộng giao tiếp không dây qua Wi-Fi để gửi cảnh báo trực tiếp về ứng dụng di động của chủ nhà, đồng thời tích hợp camera ghi hình để truyền dữ liệu hình ảnh/video về trung tâm giám sát an ninh theo xu thế Internet of Things (IoT).
- Trang bị nguồn dự phòng: Bổ sung mạch nguồn dự phòng (pin sạc/ắc quy) để đảm bảo hệ thống duy trì hoạt động liên tục khi xảy ra sự cố mất điện lưới.
Giá trị tham khảo
Báo cáo đồ án là tài liệu tham khảo thực tế đối với sinh viên các ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện - Điện tử, Tự động hóa và Công nghệ Kỹ thuật Máy tính khi thực hiện các đồ án môn học liên quan đến vi điều khiển và thiết bị ngoại vi:
- Phần mạch nguyên lý và sơ đồ khối (Chương 2): Cung cấp hướng dẫn trực quan về cách thiết kế khối nguồn ổn áp sử dụng LM2596 để cấp dòng cho SIM800L, kỹ thuật cách ly quang bảo vệ vi điều khiển qua module relay khi đóng cắt tải AC 220V.
- Phần ghép nối truyền thông (Chương 1 và Chương 2): Đáng tham khảo về cách sử dụng tập lệnh AT chuẩn để cấu hình module SIM800L thực hiện cuộc gọi/SMS và phương pháp tối ưu hóa chân giao tiếp vi điều khiển bằng chuẩn giao tiếp I2C cho màn hình LCD 16x2.
Câu hỏi thường gặp
1. Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK sử dụng trong đề tài có thông số và ngõ ra như thế nào?
Cảm biến E18-D80NK hoạt động ở điện áp nguồn 5VDC, có khoảng cách phát hiện điều chỉnh từ 3 cm đến 80 cm (khoảng cách làm việc hiệu quả từ 20 đến 150 cm), dòng kích ngõ ra 300 mA. Ngõ ra của cảm biến có dạng NPN cực thu hở (Open Collector), xuất tín hiệu số mức 0 (mức thấp) khi phát hiện có vật cản và mức 1 khi không có vật cản. Độ nhạy của cảm biến được hiệu chỉnh trực tiếp thông qua một biến trở tích hợp trên thân.
2. Module GSM SIM800L yêu cầu nguồn cấp và dòng điện hoạt động ra sao?
Module SIM800L có kích thước 25 mm x 22 mm, sử dụng khe cắm MicroSIM, hoạt động ở dải điện áp từ 3.2V đến 4.2V. Module tiêu thụ dòng khoảng 10 mA ở chế độ chờ, nhưng khi thực hiện truyền phát dữ liệu, gọi điện hoặc gửi tin nhắn, dòng hoạt động tức thời có thể đạt từ 100 mA đến 1 A. Do đó, hệ thống phải sử dụng thêm mạch giảm áp DC LM2596 (chịu tải tối đa 3A) để đảm bảo cung cấp đủ dòng cho module hoạt động ổn định, tránh bị sụt áp khởi động lại.
3. Người sử dụng điều khiển tắt còi báo động từ xa bằng phương thức nào?
Khi hệ thống đang trong trạng thái kích hoạt báo động (còi hú và đèn bật sáng), người quản lý có thể gửi một tin nhắn SMS chứa cú pháp OFF đến số điện thoại lắp trên module SIM800L. Arduino UNO R3 sẽ đọc nội dung tin nhắn thông qua tập lệnh AT của module SIM, nhận diện lệnh và ngắt tín hiệu điều khiển relay để tắt còi buzzer cùng đèn chiếu sáng. Màn hình LCD 16x2 sẽ xuất thông báo turn of buzzer trước khi đưa toàn bộ hệ thống trở lại trạng thái giám sát ban đầu.
4. Việc sử dụng Module chuyển đổi I2C cho LCD 16x2 đem lại ưu điểm gì cho mạch điều khiển?
Màn hình LCD 16x2 thông thường (sử dụng driver HD44780) cần tới 6 chân Digital của vi điều khiển để truyền dữ liệu và điều khiển (RS, EN, D4, D5, D6, D7). Khi tích hợp thêm Module I2C LCD (địa chỉ mặc định 0x27), hệ thống chỉ cần sử dụng 2 đường truyền tín hiệu nối tiếp là SCL và SDA (kết nối trực tiếp vào chân A5 và A4 trên board Arduino UNO R3), giúp tiết kiệm chân I/O của vi điều khiển để ghép nối với các module ngoại vi khác.
Kết luận
Đồ án môn học "Thiết kế mạch báo động chống trộm, cảnh báo qua điện thoại" của sinh viên Đào Như Ý đã hoàn thành việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công mô hình cảnh báo an ninh kết hợp giữa vi điều khiển Arduino UNO R3, cảm biến hồng ngoại E18-D80NK và module truyền thông GSM SIM800L. Hệ thống đã hiện thực hóa đầy đủ chức năng phát hiện xâm nhập, kích hoạt chuông đèn cảnh báo tại chỗ và truyền tin khẩn cấp qua cuộc gọi/SMS đến người dùng, đồng thời hỗ trợ giải trừ báo động từ xa qua tin nhắn. Đề tài đạt được các yêu cầu kỹ thuật đề ra, cung cấp tài liệu tham khảo thực tế về kỹ thuật ghép nối ngoại vi và mở ra tiềm năng tích hợp công nghệ IoT cho các hệ thống an ninh dân dụng.
