LỜI MỞ ĐẦU. vi DANH MỤC CÁC TỪ VI T TẮT. viii DANH MỤC BẢNG BIỂU. viii DANH MỤC HÌNH ẢNH.
viii Chƣơng 1 TỔNG QUAN. Tình hình nghiên cứu hiện nay. Mục tiêu ề tài. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .2 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUY T.
Module o iện năng. Chuẩn truyền thông UART. Xử lý ảnh và thị giác máy tính. Những vấn ề cơ bản trong xử lí ảnh.
Ngõ vào ra. Môi trƣờng phát triển - Labview .16 Chƣơng 3 THI T K - XÂY DỰNG HỆ THỐNG. Sơ ồ khối hệ thống. Yêu cầu hệ thống .18 vi do an 3.
Thiết kế, tính toán hệ thống. Thu ảnh từ môi trƣờng bằng camera. Khối o iện áp, công suất, dòng iện năng lƣợng. Thiết kế khối xử lý trung tâm.
Khối nguồn cung cấp cho hệ thống .22 Chƣơng 4 PHẦN MỀM. Xử lý o iện năng. Xử lý web service. Xử lý phát hiện chuyển ộng.
Thu ảnh từ camera. Tách ảnh nền .39 Chƣơng 5 K T QUẢ THỰC NGHIỆM. Kết quả o iện năng. Phát hiện chuyển ộng .46 Chƣơng 6 K T LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN.
Hƣớng phát triển .49 TÀI LIỆU THAM KHẢO .50 Phụ lục 1 HƢỚNG DẪN CÀI ĐẶT LABVIEW .51 vii do an DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Tên đầy đủ MXP NI myRIO Expansion Port MSP NI myRIO System Port UART Universal Asynchronous Receiver-Transmitter TTL Transistor-transistor logic DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các lệnh giao tiếp với module Pzem004 .2 Bảng mô tả các tín hiệu dạng MXP .3 Bảng mô tả các tín hiệu dạng MSP.1 Mô tả công cụ tách ảnh nền .30 Bảng phụ lục 1. Cấu hình yêu cầu.51 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.2 Sơ ồ kết nối Pzem004.3 Kết nối chuẩn truyền thông UART .4 Minh họa cách xử lý thứ nhất .5 Minh họa cách xử lý thứ hai.6 Ảnh trƣớc và sau khi phân oạn.8 Ảnh trƣớc khi lọc nhiễu (trái) và sau khi lọc nhiễu (phải).10 Sơ dồ khối phần cứng NI myRIO .11 Các ngõ kết nối dạng MXP .12 Các ngõ kết nối dạng MSP.13 Chƣơng trình mẫu trên Labview .1 Sơ ồ khối chức năng của hệ thống .2 Camera có kết nối cổng USB với thiết bị iều khiển.1 Cấu hình cho UART ở chế ộ ghi dữ liệu .2 Cấu hình cho UART ở chế ộ ọc dữ liệu .24 viii do an Hình 4.3 Chƣơng trình ọc giá trị iện áp .4 Chƣơng trình ọc giá trị dòng iện .5 Chƣơng trình ọc giá trị công suất .6 Chƣơng trình ọc giá trị iện năng .7 Trong chƣơng trình chính gọi các subVI ể ọc các thông số .8 Chƣơng trình hiển thị các thông số trên lên trang web .9 Lƣu ồ thuật toán phát hiện chuyển ộng.10 Chụp với ộ phân giải 640x480 .11 Chụp với ộ phân giải 320x240 .12 Công cụ tách ảnh nền .13 Minh họa sử dụng buffer trong tách nền .14 Giao diện hỗ trợ xử lý ảnh .15 Công cụ chuyển ảnh màu sang ảnh xám .16 Cài ặt chuyển ảnh xám .20 Công cụ phân oạn .21 Cài ặt phân oạn .23 Ảnh sau khi phân oạn với các ngƣỡng khác nhau.24 Công cụ lọc nhiễu.25 Cài ặt cài ặt lọc nhiễu .26 Ảnh trƣớc khi lọc nhiễu (trái) và sau khi lọc nhiễu (phải).27 Cài ặt tìm bao lồi .28 Ảnh trƣớc (trái) và sau khi tìm bao lồi (phải).29 Đối tƣợng cần nhận ạng.30 Công cụ phân tích ối tƣợng.31 Minh họa ối tƣợng sau khi ã nhận dạng chuyển ộng .1 Mô hình thực nghiệm (bên ngoài).2 Mô hình thực nghiệm (bên trong) .3 Giao diện chƣơng trình .4 Biểu ồ o dòng, áp, công suất và năng lƣợng .5 Biểu ồ o dòng, áp, công suất và năng lƣợng .6 Biểu ồ o dòng, áp, công suất và năng lƣợng .7 Giao diện web service .46 ix do an Hình 5.8 Không có chuyển ộng.9 Khi có chuyển ộng 1 .10 Khi có chuyển ộng 2 .48 Hình phụ lục 1. Thƣ mục chứa tệp tin cài ặt.52 Hình phụ lục 1. Giao diện cài ặt labview .53 Hình phụ lục 1.
Giao diện cài ặt labview .53 Hình phụ lục 1. Thông tin sản phẩm .54 Hình phụ lục 1. Thông tin ngƣời dùng .54 Hình phụ lục 1. Đƣờng dẫn nơi cài ặt .55 Hình phụ lục 1.
Thỏa thuận cấp phép .56 Hình phụ lục 1. Quá trình cài ặt .57 x do an Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1. Tình hình nghiên cứu hiện nay Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ, nhiều thiết bị máy móc ngày nay tiêu thụ năng lƣợng ngày càng nhiều ể phục vụ nhu cầu của con ngƣời. Tuy nhiên, cũng có một phần năng lƣợng trong số ó là sự lãng phí do thiếu sự kiểm soát chặt chẽ của con ngƣời làm dẫn ến sự thiết hụt về năng lƣợng.
Do ó cần có một giải pháp ể hỗ trợ giám sát năng lƣợng một cách thuận tiện hơn. Bên cạnh việc giám sát năng lƣợng, thì giám sát an ninh cũng là một ƣu tiên hàng ầu. Nhóm thực hiện ồ án ã ề ra ý tƣởng nghiên cứu một mô hình hai trong một, vừa giám sát ƣợc an ninh thông qua camera, vừa giám sát nguồn năng lƣợng của các thiết bị. Với tên ề tài “Nghiên cứu hệ thống giám sát an nình và năng lƣợng”, nhóm hy vọng sẽ góp một phần nào cho công cuộc cách mạng công nghiệp hiện nay.
Mục tiêu đề tài Nghiên cứu và xây dựng mô hình giám sát an ninh và năng lƣợng cho một hộ gia ình, với các thiết bị cơ bản nhƣ èn, quạt. Thiết kế giao diện ể giám sát thông qua internet. Hệ thống cho phép ngƣời sử dụng giám sát ƣợc an ninh và năng lƣợng tiêu thụ của các thiết bị trong gia ình một cách trực quan và nhanh chóng. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu: - Kit myRIO.
- Lập trình ồ hoạ cho kit myRIO trên Labview. - Xử lý ảnh trên Labview. - Module o iện năng. Phạm vi nghiên cứu của ề tài: - Nghiên cứu các ặc iểm của kit myRIO có khả năng ứng dụng vào nội dung ề tài.
- Nghiên cứu lâp trình ồ hoạ trên Labview. - Giao tiếp kit myRIO với module ể o các ại lƣợng iện nhƣ iện áp, dòng iện, công suất và iện năng. - Giao tiếp kit myRIO với camera ể thu thập hình ảnh. - Xử lý ảnh trên Labview.
1 do an - Xây dựng ứng dụng ể giám sát hệ thống thông qua mạng. Nội dung ồ án ƣợc chia thành những chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan. Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay, mục tiêu ề tài và phạm vi nghiên cứu. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết.
Giới thiệu module o iện năng và chuẩn truyền thông UART, sơ lƣợc xử lý ảnh và thị giác máy tính, giới thiệu kit myRIO 1900 và môi trƣờng phát triển. Chƣơng 3: Tính toán và thiết kế. Sơ ồ khối hệ thống, tính toán và thiết kế phần cứng giữa module o iện năng và khối xử lý trung tâm Chƣơng 4: Phần mềm Chƣơng trình giao tiếp với module o iện năng và web service. Nghiên cứu phƣơng pháp phát hiện chuyển ộng trên labview và kit myRIO.
Chƣơng 5: Kết quả thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu và mô hình thực nghiệm, ánh giá kết quả ạt ƣợc. Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển. Kết luận toàn bộ kết quả nghiên cứu và ƣa ra hƣớng phát triển.
2 do an Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Module đo điện năng 2. Giới thiệu Module o iện năng Pzem004 là mạch o iện năng AC, ƣợc hỗ trợ chuẩn giao tiếp UART với vi iều khiển. Module ƣợc sử dụng ể o gần nhƣ toàn bộ các thông số về nguồn iện xoay chiều của một hay nhiều thiết bị tiêu thụ iện.
Nhƣ là iện áp hoạt ộng của nguồn, dòng iện tiêu thụ, công suất và năng lƣợng tiêu thụ. Module Pzem004 có thể o iện áp từ 80-260VAC, dòng từ 0-100A. Pzem004 ƣợc ứng dụng khá rộng rãi nhƣ giám sát thông số iện xoay chiều ở trạm iện, ộng cơ, công tơ mét iện tử,… Thông số kỹ thuật: - Công suất o hoạt ộng: 0 ~ 22kW. - Năng lƣợng o hoạt ộng: 0 ~ 9999kWh.
- Điện áp o hoạt ộng: 80 ~ 260 VAC. - Dòng iện o hoạt ộng: 0 ~ 100 A. - Giao tiếp UART mức logic TTL 5VDC, với baudrate mặc ịnh 9600. - Có opto cách ly an toàn giữa mạch o và mạch nhận tín hiệu UART.
- Lƣu trữ thông số năng lƣợng tiêu thụ trong bộ nhớ. - Có nút nhấn Reset, nhấn giữ 5 giây ể xóa các thông số về 0. - Kích thƣớc 30x70 mm.1 Module Pzem004 Sơ ồ kết nối Pzem004: 3 do an Hình 2.2 Sơ ồ kết nối Pzem004 Bảng 2.1 Các lệnh giao tiếp với module Pzem004 STT Chức năng Header Data Checksum Mô tả 1 Điện áp B0 C0 A8 01 01 00 1A Gửi lệnh ọc giá trị iện áp từ vi iều khiển tới module A0 00 E6 02 00 00 88 Phản hồi giá trị iện áp của module (giá trị là 230.2V) 2 Dòng iện B1 C0 A8 01 01 00 1B Gửi lệnh ọc giá trị dòng iện ến module A1 00 11 20 00 00 D2 Phản hòi giá trị dòng iện của module(giá trị là 17.32A) 3 Công suất B2 C0 A8 01 01 00 1C Gửi lệnh ọc giá trị công suất A2 08 98 00 00 00 42 Phản hồi giá trị công suất(giá trị là 2200W) 4 Năng lƣợng B3 C0 A8 01 01 00 1D Gửi lệnh ọc giá trị năng lƣợng A3 01 86 9F 00 00 C9 Phản hồi giá trị nang lƣợng (giá trị 4 do an là 99999Wh) 5 Đặt ịa chỉ B4 C0 A8 01 01 00 1E Gửi lệnh cài ặt của module ịa chỉ của module A4 00 00 00 00 00 A4 Phản hồi việc cài ặt thành công 2. Chuẩn truyền thông UART Chuẩn truyền thông UART là kiểu truyền thông tin nối tiếp không ồng bộ.
UART thƣờng ƣợc dùng trong máy tính công nghiệp, truyền thông, vi iều khiển, hay một số các thiết bị truyền tin khác. Mục ích của chuẩn truyền thông UART là ể truyền dữ liệu qua lại với nhau nhƣ truyền tín hiệu từ máy tính ến modem, hoặc là truyền từ vi iều khiển ến vi iều khiển. Để tạo thành một chuẩn giao tiếp cần sử dụng với bộ chuyển ổi mức iện áp ể tạo thành một chuẩn giao tiếp, thông thƣờng UART sẽ sử dụng iện áp 0V cho mức logic 0 và 5V cho mức logic 1.3 Kết nối chuẩn truyền thông UART Các thông số trong chuẩn truyền thông UART: - Baud rate (tốc ộ Baud): Khi truyền nhận không ồng bộ ể hai module hiểu ƣợc nhau thì cần quy ịnh một khoảng thời gian cho 1 bit truyền nhận, nghĩa là trƣớc khi truyền thì tốc ộ phải ƣợc cài ặt ầu tiên.