Đồ Án Hệ Thống Báo Trộm và Cháy Thông Minh Tại HCMUTE

Đồ án nghiên cứu hcmute hệ thống báo trộm báo cháy thông minh, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Trần Quốc Huy
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thanh Tâm
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông
• Đề tài: Hệ Thống Báo Trộm và Cháy Thông Minh
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG ĐỀ TÀI
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. BOARD ĐIỀU KHIỂN ARDUINO MEGA 2560
• 2.1.1. GIỚI THIỆU ARDUINO
• 2.1.2. Thành phần Arduino MEGA
• 2.1.3. Sơ đồ linh kiện của Arduino MEGA
• 2.2. Phần mềm arduino IDE
• 2.2.1. Giao diện
• 2.2.2. Hướng dẫn nạp chương trình
• 2.3. MODULE WIFI ESP8266
• 2.3.1. Giới thiệu Module wifi ESP8266
• 2.3.2. Thông số

Tóm tắt

I. Giới thiệu về hệ thống

Hệ thống báo trộm và cháy thông minh tại HCMUTE được thiết kế nhằm nâng cao an ninh cho các khu vực sống và làm việc. Hệ thống này sử dụng công nghệ IoT để kết nối các thiết bị cảm biến với nhau, cho phép người dùng giám sát và điều khiển từ xa thông qua ứng dụng di động. Mục tiêu chính của hệ thống là cung cấp một giải pháp bảo mật hiệu quả, giúp người dùng nhận biết kịp thời các sự cố như cháy nổ hay xâm nhập trái phép. Theo nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ an toàn trong các hệ thống báo động không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong việc phát hiện sự cố.

1.1. Công nghệ sử dụng

Hệ thống sử dụng công nghệ thông tin và các cảm biến hiện đại như cảm biến chuyển động PIR, cảm biến khí ga MQ2 và cảm biến phát hiện lửa. Các cảm biến này được kết nối với board điều khiển Arduino Mega 2560, cho phép thu thập dữ liệu và xử lý thông tin một cách nhanh chóng. Hệ thống cũng tích hợp module WiFi ESP8266 để truyền tải dữ liệu đến server, từ đó người dùng có thể theo dõi tình trạng hệ thống qua ứng dụng Android. Việc sử dụng công nghệ IoT giúp hệ thống có khả năng hoạt động linh hoạt và hiệu quả hơn trong việc giám sát an ninh.

II. Thiết kế hệ thống

Thiết kế hệ thống bao gồm nhiều thành phần chính, mỗi thành phần đều có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động của toàn bộ hệ thống. Các cảm biến được lắp đặt tại các vị trí chiến lược trong nhà, giúp phát hiện sớm các dấu hiệu của cháy hoặc xâm nhập. Hệ thống giám sát được thiết kế với giao diện thân thiện, cho phép người dùng dễ dàng tương tác và điều khiển. Một trong những tính năng nổi bật là khả năng gửi thông báo qua SMS đến số điện thoại đã đăng ký khi có sự cố xảy ra. Điều này giúp người dùng có thể phản ứng kịp thời, giảm thiểu thiệt hại có thể xảy ra.

2.1. Các thành phần của hệ thống

Hệ thống bao gồm các thành phần như cảm biến chuyển động, cảm biến khí ga, cảm biến lửa và board điều khiển Arduino. Mỗi cảm biến có chức năng riêng biệt, giúp phát hiện các tình huống nguy hiểm khác nhau. Cảm biến chuyển động PIR giúp phát hiện sự di chuyển trong khu vực được giám sát, trong khi cảm biến khí ga MQ2 có khả năng phát hiện rò rỉ khí ga. Cảm biến phát hiện lửa giúp cảnh báo khi có dấu hiệu cháy. Tất cả các cảm biến này được kết nối với hệ thống cảnh báo thông minh, cho phép người dùng nhận thông báo ngay lập tức khi có sự cố xảy ra.

III. Ứng dụng thực tiễn

Hệ thống báo trộm và cháy thông minh không chỉ mang lại lợi ích cho người dùng cá nhân mà còn có thể được áp dụng trong các doanh nghiệp, nhà máy và các khu vực công cộng. Việc sử dụng công nghệ an ninh hiện đại giúp giảm thiểu rủi ro và tăng cường sự an toàn cho mọi người. Hệ thống có thể được mở rộng để tích hợp với các thiết bị thông minh khác trong nhà, tạo thành một hệ sinh thái thông minh. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng cuộc sống mà còn tiết kiệm chi phí cho người dùng trong việc bảo trì và vận hành hệ thống.

3.1. Lợi ích của hệ thống

Hệ thống mang lại nhiều lợi ích như giảm thiểu thiệt hại do cháy nổ, tăng cường an ninh cho ngôi nhà và tạo cảm giác an toàn cho người sử dụng. Ngoài ra, việc giám sát từ xa thông qua ứng dụng di động giúp người dùng có thể kiểm soát tình hình an ninh ngay cả khi không có mặt tại nhà. Hệ thống cũng có khả năng mở rộng, cho phép người dùng thêm các cảm biến hoặc thiết bị mới khi cần thiết. Điều này giúp hệ thống luôn được cập nhật và phù hợp với nhu cầu thực tế của người dùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Đưa ra lưu đồ, giải thuật và chương trình và thi công hệ thống Chương 5: Kết quả, nhận xét, đánh giá Đưa ra kết quả đề tài, nhận xét, đánh giá Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Đưa ra các kết luận về những vấn đề mà trong quá trình nghiên cứu đã đạt được và chưa đạt được. Đưa ra hướng phát triển đề tài trong tương lai. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG  CƠ SỞ DỮ LIỆU THIẾT KẾ 2. BOARD ĐIỀU KHIỂN ARDUINO MEGA 2560 2.1 GIỚI THIỆU ARDUINO Arduino hiện nay đã được biết đến một cách rộng rãi 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. Với Arduino bạn 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 bạn có thể làm những sản phẩm như: máy in 3D, Robot, khinh khí cầu, máy bay không người lái… Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn.

Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit.  Arduino có thể kết nối với những gì ? Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với môi trường xung quanh với: Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động, phát hiện kim loại, khí độc,…),… Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…). Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác hoặc các kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz, 2.4Ghz,…), … Định vị GPS, nhắn tin SMS…… BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. Arduino MEGA 2560 Hình 2.

Board Arduino Mega 2560  Thành phần Arduino MEGA Hình 2. Sơ đồ chân Arduino MEGA2560 Arduino Mega2560 là một vi điều khiển bằng cách sử dụng ATmega2560. Bao gồm:  54 chân digital (15 có thể được sử dụng như các chân PWM)  16 đầu vào analog.  4 UARTs (cổng nối tiếp phần cứng), BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT  1 thạch anh 16 MHz,  1 cổng kết nối USB,  1 jack cắm điện,  1 đầu ICSP,  1 nút reset.[1]  Sơ đồ linh kiện của Arduino MEGA Hình 2. Các linh kiện board Arduino MEGA BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. Phần mềm arduino IDE  Giao diện Gồm 3 vùng : Hình 2. Giao diện phần mềm IDE Vùng lệnh : vùng chứa các thanh công cụ và phím kiểm tra , nạp chương trình ( lựa chọn loại board arduino , lựa chọn cổng kết nối ….) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2.1: Chức năng các quick icon trong phần mềm IDE Vùng viết chương trình : nơi viết chương trình chính , khai báo thư viện ,khai báo chân ( chú ý nếu tên chương trình có kí hiệu “ § “ tức là chương trình chưa được lưu Vùng Thông báo : Hình 2. Vùng thông báo trên phần mềm IDE Thông báo khi nạp thành công chương trình, thông báo các lỗi xảy ra khi biên dịch chương trình  Hướng dẫn nạp chương trình Lựa chọn loại Board arduino : Trong cùng lệnh vào “ Tool”  “Board” chọn board arduino bạn đang sử dụng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Chọn board Arduino Lựa chọn cổng USB kết nối máy tính và board arduino : Trong cùng lệnh vào “ Tool”  “Port” chọn cổng COM kết nối máy tính BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 10 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Chọn cổng COM kết nối Nạp chương trình cho arduino : Chọn vào biểu tượng để biên dịch và kiểm tra lỗi chương trình khi biên dịch thành công trên thanh thông báo sẽ báo “Done compiling”. Thông báo biên dịch thành công chương trình Chọn vào biểu tượng để đổ chương trình báo trong Arduino khi quá trinh nạp thanh công trên vùng thông báp sẽ thông báo “Done Uploading”. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 11 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Thông báo nạp thành công chương trình 2.2 MODULE WIFI ESP8266 2.1 MODULE WIFI ESP8266 a. Giới thiệu Module wifi ESP8266 Đây là module truyền nhận WiFi đơn giản dựa trên chip ESP8266 SoC (System on Chip) của hãng Espresif. Module ESP8266 thường được sử dụng trong các ứng dụng IOT (Internet of Thing).

Module này đã được nập sẵn firmware giúp người dùng giao tiếp với WiFi rất đễ dàng qua tập lệnh AT thông qua giao tiếp UART hoặc có thể lập trình trực tiếp bằng phần mềm IDE (baudrate mặc định 9600, một sô mạch là 11520) quen thuộc. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 12 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Mạch thu phát wifi ESP8266 b.

Thông số  Model: NodeMCU Lua D1 Mini  IC chính: ESP8266 Wifi SoC phiên bản ESP12  Phiên bản firmware: Node MCU.  Chip nạp và giao tiếp UART: CH340  GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU.  Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc vào các chân 5V, 3V3  GIPO giao tiếp mức 3.3VDC  Thiết kế nhỏ gọn, có thể cắm trực tiếp vào test board.  Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino.

 Kích thước: 34.11 Sơ đồ chân của ESP8266 Chức năng các chân: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 13 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT  VCC: 3.3 V, dòng có thể lên 330mA vì thế cần mạch nguồn riêng.  GND: 0V  Tx: Chân Tx của giao thức UART, kết nối đến chân Rx của vi điều khiển  Rx: Chân Rx của giao thức UART, kết nối đến chân Tx của vi điều khiển  RST: chân reset, kéo xuống mas để reset.  CH_PD: chân này nếu được kéo lên mức cao module sẽ bắt đầu phát WiFi kéo xuống mức thấp module dừng phát WiFi.

 GPIO 0: Kéo xuống thấp cho chế độ upgrade firmware.  GPIO 2: không sử dụng.  Giới thiêụ tổ ng quan về Chip ESP8266  Chip ESP8266 có giá thành rẻ và được đánh giá rất cao cho các ứng dụng liên quan đến Internet và Wifi cũng như các ứng dụng truyền nhận sử dụng thay thế cho các module RF khác.  ESP8266 là một chip tích hợp cao, được thiết kế cho nhu cầu của một thế giới kết nối mới, thế giới Internet of thing (IoT).

Nó cung cấp một giải pháp kết nối mạng Wi-Fi đầy đủ và khép kín, cho phép nó có thể lưu trữ các ứng dụng hoặc để giảm tải tất cả các chức năng kết nối mạng Wi-Fi từ một bộ xử lý ứng dụng.  ESP8266 có tố c đô ̣ xử lý và khả năng lưu trữ mạnh mẽ cho phép nó được tích hợp với các bộ cảm biến, vi điều khiển và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua GPIOs với một chi phí tối thiểu và một PCB tối thiểu.  Tính năng của Chip  Tích hợp bộ xử lý RISC 32bit, bô ̣ xử lý với tố c đô ̣ lên tới 80MHz, 64KB bô ̣ nhớ lê ̣nh RAM, 96KB bô ̣ nhớ dữ liê ̣u RAM  Hỗ trơ ̣ chuẩ n 802.11 b/g/n wifi, hỗ trơ ̣ bảo mâ ̣t WEP hoă ̣c WPA/WPA2 và ma ̣ng mở.  Có bô ̣ chuyể n đổ i ADC 10 bit BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 14 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT  16 chân GPIO với mức điê ̣n áp ra 0-3.3V  Thông số kỹ thuâ ̣t  Tương thić h các chuẩ n Wifi : 802.  Hỗ trơ ̣: Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP.  Tić h hơ ̣p TCP/IP protocol stack.  Tić h hơ ̣p bô ̣ nhân tầ n, ổ n áp, quản lý nguồ n.11b công suấ t phát lên tới +25dBm.

 Công suấ t tiêu thu ̣ tra ̣ng thái nghỉ < 10µA.  Thời gian đánh thức CPU < 2ms  Công suấ t tiêu thu ̣ ở chế đô ̣ standby < 1.2 KẾT NỐI GIỮA MODULE ESP8266 VÀ BOARD ARDUINO MEGA 2560 Kết nối giữa ESP8266 và Arduino thông qua 2 chân TX3 và RX3 của arduino theo giao thức serial (UART or USART) tích hợp trên Arduino. Thuật ngữ UART trong tiếng anh là viết tắt của cụm từ: Universal Asynchronous serial Reveiver and Transmitter, nghĩa là bộ truyền nhận nối tiếp không đồng bộ. UART cần phải kết hợp với một thiết bị chuyển đổi mức điện áp để tạo ra một chuẩn giao tiếp nào đó.

UART chuyển đổi giữa dữ liệu nối tiếp và song song. Một chiều, UART chuyển đổi dữ liệu song song bus hệ thống ra dữ liệu nối tiếp để truyền đi. Một chiều khác, UART chuyển đổi dữ liệu nhận được dạng dữ liệu nối tiếp thành dạng dữ liệu song song cho CPU có thể đọc vào bus hệ thống. Baud rate (tốc độ Baud): Bạn thấy rằng để việc truyền và nhận không đồng bộ xảy ra thành công thì các thiết bị tham gia phải “thống nhất” nhau về khoảng thời dành cho 1 bit truyền, hay nói cách khác tốc độ truyền phải được cài đặt như nhau BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 15 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT trước, tốc độ này gọi là tốc độ Baud. Theo định nghĩa, tốc độ baud là số bit truyền trong 1 giây. Ví dụ nếu tốc độ baud được đặt là 19200 thì thời gian dành cho 1 bit truyền là 1/19200 ~ 52. Giao tiếp giữa ESP8266 và Arduino 2.

CẢM BIẾN KHÍ GA MQ2 2.1 Giới thiệu Hình 2. Cảm biến khí ga thực tế MQ2 là cảm biến khí, dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy. Nó được cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2. Chất này có độ nhạy cảm thấp với không khí sạch.

Nhưng khi trong môi trường có chất ngây cháy, độ dẫn của nó thay đổi ngay. Chính nhờ đặc điểm này người ta thêm vào mạch đơn giản để biến đổi từ độ nhạy này sang điện áp. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 16 do an CHƯƠNG 2.2 Thông số  Điện áp sử dụng: +5V  Aout: đầu ra ADC Nó chạy từ 0.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quanh MQ2  Dout: đầu ra digital phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà MQ2 đo được.