ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHỐNG TRỘM TRONG KHU DÂN CƯ

Áp dụng nguyên lý phát hiện các bức xạ hồng ngoại phát ra hay phản xạ từ cơthể sống Nhóm 6 thiết kế, chế tạo thiết bị mô phỏng chống trộm ứng dụng tronggia đình.. Cảm biến PIR nhạy bén k

Người hướng dẫn: Ts Nguyễn Lê Cường

Ths Đinh Văn Tuấn Ths Trần Vũ Kiên

Người thực hiện: Nhóm 6 – Lớp D9DTVTCác thành viên : 1, Lê Thị Hoài

2, Trần Thị Thúy Hồng

3, Nguyễn Thị Minh Huệ

4, Vũ Thị Quỳnh

Hà Nội, tháng 12 năm 2017

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, tại các khu dân cư thường xuyên xảy ra các vụ trộm cắp vớimức độ ngày càng tinh vi và nguy hiểm Các vụ việc trên đều diễn ra khi trời tối,lúc không có người ở nhà, đối tượng nhanh chóng lẻn vào nhà và lấy trộm tiền

và những vật dụng có giá trị Thực tế đòi hỏi phải có thiết bị phát hiện, cảnh báotrộm để không chỉ bảo vệ tài sản mà còn sự an toàn cho chính những ngườitrong gia đình, các thiết bị camera thường chi phí khá cao, đòi hỏi người dùngphải liên tục theo dõi, camera dễ bị kẻ trộm phát hiện Khắc phục được nhữngyếu điểm đó, thiết bị chống trộm ra đời và ngày càng được ứng dụng rộng rãi

Áp dụng nguyên lý phát hiện các bức xạ hồng ngoại phát ra hay phản xạ từ cơthể sống Nhóm 6 thiết kế, chế tạo thiết bị mô phỏng chống trộm ứng dụng tronggia đình Cảm biến PIR nhạy bén khi có sự xuất hiện của các thực thể nhưngười động vật chuyển động trong khoảng quét của cảm biến, dựa vào ứngdụng này của cảm biến hồng ngoại thụ động PIR mà nó được sử dụng rộng rãitrong các thiết bị cảnh báo và chống trộm Dưới đây nhóm em xin trình bày đềtài thiết kế, chế tạo thiết bị chống trộm trong gia đình sử dụng cảm biến chuyểnđộng

Đồ án nhóm 6 được xây dựng với bố cục như sau :

Chương 1 : Tổng quan về đề tài

Chương 2: Tổng quan về cả biến chuyển động PIR và thiết bị chống trộm trong gia đình sử dụng cảm biến hồng ngoại

Chương 3: Thiết kế, chế tạo thiết bị chống trộm

Do một vài yếu tố khách quan và chủ quan nên đồ án còn có những hạn

chế Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như các bạn để

đồ án của em được hoàn thiện hơn nữa

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Đinh Văn Tuấn đã tận tìnhhướng dẫn giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án này

LỜI CẢM ƠN

Qua thời gian thực hiện Đồ án điện tử, chúng em đã tìm hiểu, bổ sung vàhọc hỏi được thêm nhiều kiến thức và kinh nghiệm về việc thiết kế, thực hiện vàthi công một thiết bị chống trộm sử dụng cảm biến chuyển động

Do điều kiện về thời gian và kiến thức còn hạn chế nên đề tài của chúng

em chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng bằng mô hình Trongthời gian thực hiện đồ án, chúng em đã tham khảo ý kiến của giảng viên hướngdẫn, tìm hiểu tài liệu và sự hỗ trợ góp ý từ giảng viên cũng như bạn bè và cácanh chị đi trước Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏisai sót, chúng em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để đồ

án của chúng em được hoàn thiện hơn, và tạo lập cho chúng em có một cơ sởnhìn nhận về khả năng, kiến thức, từ đó có hướng phấn tốt hơn cho các đồ ántiếp theo

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện Tử ViễnThông Trường Đại Học Điện Lực đã dạy bảo, truyền đạt kiến thức cho chúng

em trong suốt quá trình học tập, các thầy cô đã giúp đỡ và tạo điều kiện chochúng em trong quá trình thực hiện Đồ án điện tử

Đặc biệt , chúng em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến thầy giáoTS.Nguyễn Lê Cường – trương khoa Điện tử viễn thông, thầy giáo THs ĐinhVăn Tuấn và thầy giáo THs, Trần Vũ Kiên – Giảng viên trường Đại học ĐiệnLực đã trực tiếp hỗ trợ, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và bổ sung kiến thức chochúng em trong quá trình thực hiện và hoàn thiện đồ án này

Trong quá trình thực hiện đồ án không tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn

Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn!

NHẬN XÉT

(Của giảng viên hướng dẫn)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Giảng viên hướng dẫn

(ký, ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

MỤC LỤC 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH

MỤC LỤC 4

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AVR Automatic Voltage Regulator Tự động điều chỉnh điện áp

LCD Liquid Crystal Display

LED Light Emitting Diode Diode phát quang

PIC Programmable Intelligent Computer

PIR Passive InfraRed sensor Cảm biến hồng ngoại thụ động

RF Radio Frequency Tần số vô tuyến

VĐK Vi điều khiển

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1 Lựa chọn đề tài

Xã hội ngày càng phát triển, giá trị đời sống, của cải vật chất con người ngàycàng được nâng cao nhưng kéo theo đó tình hình tội phạm an ninh trật tự cũngngày càng gia tăng, đặc biệt tại các thành phố lớn số lượng các vụ trộm cắp tàisản gia đình tăng cao với mức độ tinh vi và nguy hiểm Do đó các thiết bị chốngtrộm ra đời đáp ứng nhu cầu bảo vệ tài sản cũng như sự an toàn cho nhữngngười thân trong gia đình được sử dụng rộng rãi và dần trở thành thiết bị khôngthể thiếu trong mỗi gia đình

Từ những yêu cầu cấp thiết đó, nhằm tạo ra thiết bị có tính ứng dụng caotrong thực tiễn, thiết bị tạo ra nhỏ gọn, an toàn, dễ sử dụng, hoạt động tốt, vậndụng những kiến thức đã học Nhóm 6 đã bắt tay vào nghiên cứu, thiết kế thiết bịchống trộm trong gia đình sử dụng cảm biến chuyển động Chúng em mongmuốn thiết bị tạo ra có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn và ngày càng đượcnâng cấp, hoàn thiện chức năng hơn đồng thời qua đề tài này chúng em tích lũythêm kiến thức, kỹ năng bổ ích cho bản thân

1.2 Giới thiệu đề tài

Hiện nay, tại các khu dân cư thường xuyên xảy ra các vụ trộm cắp với mức

độ ngày càng tinh vi và nguy hiểm Các vụ việc trên đều diễn ra khi trời tối, lúckhông có người ở nhà, đối tượng nhanh chóng lẻn vào nhà và lấy trộm tiền vànhững vật dụng có giá trị Thực tế đòi hỏi phải có thiết bị phát hiện, cảnh báotrộm để không chỉ bảo vệ tài sản mà còn sự an toàn cho chính những ngườitrong gia đình, các thiết bị camera thường chi phí khá cao, đòi hỏi người dùngphải liên tục theo dõi, camera dễ bị kẻ trộm phát hiện Khắc phục được nhữngyếu điểm đó, thiết bị chống trộm ra đời và ngày càng được ứng dụng rộng rãi

Áp dụng nguyên lý phát hiện các bức xạ hồng ngoại phát ra hay phản xạ từ cơthể sống Nhóm 6 thiết kế, chế tạo thiết bị mô phỏng chống trộm ứng dụng tronggia đình Cảm biến PIR nhạy bén khi có sự xuất hiện của các thực thể như ngườiđồng vật chuyển động trong khoảng quét của cảm biến, dựa vào ứng dụng nàycủa cảm biến PIRmà nó được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị cảnh báo vàchống trộm

Với xu hướng phát triển hiện nay, các sản phẩm công nghệ ngày càng đượcphát triển và ứng dụng vào thực tiễn, là lựa chọn tin cậy của người dùng với ưuđiểm an toàn, gọn nhẹ, dễ sử dụng và tối ưu về chi phí Thiết bị chống trộmtrong gia đình sử dụng cảm biến PIR sẽ là giải pháp tối ưu đồng hành với mọigia đình, ngăn chặn tình trạng trộm cắp cũng như bảo đảm an toàn cho các hộgia đình, các khu dân cư Bên cạnh đó, cảm biến hồng ngoại còn được ứng dụngrộng rãi: bật đèn tự động, mở cửa tự động,

1.3 Mục tiêu chọn đề tài

 Chức năng

- Tạo ra thiết bị thông minh, phát hiện và cảnh báo trộm đảm bảo an

toàn cho các hộ gia đình

- Khai thác tối đa hiệu năng của thiết bị, đảm bảo tuổi thọ và sự an toàn

cho thiết bị cũng như người sử dụng

 Kiến thức:

- Hiểu được nguyên lý hoạt động của cả hệ thống

- Hiểu được nguyên lý hoat động của các cảm biến, module truyền dẫn

viễn thông

- Hiểu được nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại

- Hiểu được nguyên lý hoạt động của LCD, Loa.

- Hiểu được nguyên lý hoạt động của bộ thu phát RF

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHỐNG TRỘM TRONG GIA ĐÌNH SỬ DỤNG CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG

2.1 Cơ sở lý thuyết

2.1.1 Cảm biến chuyển động

Cảm biến chuyển động PIR ( passive infrared sensor), tức là bộ cảm biến

thụ động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại ( IR) chính là các tia phát ra từcác vật thể nóng Trong cơ thể sống, như chúng ta luôn có thân nhiệt (37 độ) và

cơ thể chúng ta luôn phát ra các tia nhiệt này hay là các tia hồng ngoại Cảmbiến phát hiện vật nóng đang chuyển động bằng cách dùng tế bào điện đểchuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện Cảm biến không dùng nguồn nhiệt tựphát ( nguồn chủ động, nguồn tích cực) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn thanhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể như con người, vật

Nhóm 6 đã lựa chọn sử dụng cảm biến HC-SR501, đây là module cảmbiến Pyroelectric được phát triển để phát hiện cơ thể người

HC-SR501 sensor là cảm biến chuyển động dò chuyển động, module sửdụng một detecter IC và PCB mounted ống kính Fresnel

- Chân Vcc: nguồn hoạt động của cảm biến cấp vào 4.5V-20V.

- Chan Out: Out put kết nối cới chân I/O của viều khiển hoặc relay

 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của HC- SR501

- Chân VCC: nguồn hoạt động của cảm biến cấp vào 4,5V-20V

- Chân OUT: out put kết nối với chân I/o của vi điều khiển hoặc relay

- Khi chân cho ra tín hiệu:

 3,3V có vật thể chuyển động

 0V không có vật thể đi qua

- Chân GND: chân nối đất nối GND

- Chế độ H: điện áp ra tự động giữ nguyên 3,3V cho đến khi không cònchuyển động

- Chế độ L: điện áp ra tự động chuyển về không khi hết thời gian trễ

- Thiết lập thời gian: module hoạt động ổn định khi cài đặt >5s.

- Điện áp sử dụng: 5V-12V

- Để tăng độ nhạy cho đầu dò, người ta dùng kính Fresnel, nó được thiết kếcho loại đầu có 2 cảm biến, góc dò lớn có tác dụng ngăn tia tử ngoại

2.1.2 Cơ chế phát hiện vật cản của cảm biến

Hình 2.2 Cơ chế làm việc của cảm biếnKhi phát ra tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kính lọc lấy tia hồngngoại, nó được đưa đến 2 cảm biến hồng ngoại gắn trong đầu dò, và tạo ra điện

áp được khuếch đại với transitor FET Khi có một vật nóng đi ngang qua, từ haicảm biến này sẽ cho xuất hiện hai tín hiệu và tín hiệu này sẽ được khuếch đại để

có biên độ đủ cao và đưa vào mạch so áp để tác động vào một thiết bị điều khiểnhay thiết bị báo động (như loa, còi…)

 Vật liệu Pyroelectic

Hình 2.3 Mô phỏng cấu tạo PyroelectricKẹp vật liệu Pyroelectric giữa 2 bản cực, khi có các kích thích của các tianhiệt, trên 2 bản cực sẽ xuất hiện tín hiệu điện, do tín hiệu yếu nên cần mạchkhuếch đại.

Trong bộ đầu dò PIR, người ta gắn 2 cảm ứng PIR nằm ngang và cho nốivào cực GATE (chân cổng) của một transitor FET có tính khuếch đại

Khi cảm biến Pyroelectric nhạn được tia nhiệt, nó sẽ phát ra tín hiệu vàkhi có người di chuyển ngang, sẽ đến cảm biến Pyroelectric Đồng thời nhậnđược tia nhiệt nó lại phát ra tín hiệu điện

=>Sự xuất hiện của hai tín hiệu này cho biết đã có một nguồn nhiệt di độngngang và mạch điện tử sẽ phát ra tín hiệu điều khiển

Tín hiệu này có thể dùng báo động loa hay còi hoặc bật tắt đèn khi cótrộm vào nhà

2.2 Thiết bị chống trộm sử dụng cảm biến

2.2.1 Module cảm biến

Hình 2.4a: Mặt trên Hình 2.4b: Mặt dưới

SR501 là mô-đun cảm biến Pyroelectric được phát triển để phát hiện cơ thể con người

SR501 sensor là cảm biến chuyển động có PIR dò chuyển động Mô-đun sử dụngmột motion detecter IC và PCB mounted ống kính Fresnel

- Cảnh báo bằng âm thanh qua loa

- Cảnh báo qua LCD

- Bật tắt hoạt động bằng thiết bị RF

 Phạm vi ứng dụng

- Nơi sinh sống: Hộ gia đình, chung cư

- Nơi làm việc: văn phòng, công ty, bệnh viện,

 Ứng dụng khác của cảm biến chuyển động

- Làm mạch thi công của tự động đóng mở ( Vd trung tâm thương mai, tòanhà, công ty, )

- Thi công hệ thống bật tắt đèn tự động

 Giới thiệu một số thiết bị chống trộm trên thị trường

- Bộ chuông báo cảm biến chuyển động kết hợp báo khách và báo trộm Futech

- Báo động cảm biến chuyển động hồng ngoại SECIR01

- Thiết bị cảm biến chuyển động ngoài trời

Hình 2.5 Một số thiết bị chống trộm trên thị trường

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHỐNG TRỘM

3.1 Yêu cầu thiết kế

- Dễ sử dụng, an toàn cho người sử dụng

- Tối ưu chi phí làm sản phẩm

Các linh kiện điện tử hoạt động với điện áp một chiều ổn định trong khi

đó điện áp cung cấp là điện áp xoay chiều không ổn định Ở Việt Nam điện áplưới danh định là 220V nhưng điện áp đó không ổn định và dao động từ 150Vđến 240V tùy từng thời điểm Mạch nguồn có nhiệm vụ tạo ra một nguồn nuôi

Trung tâm

Khối báo động Khối hiển thị

Khối nguồn

có giá trị điện áp ổn định cho dù điện áp đầu vào có biến đổi rất nhiều Sơ đồmạch nguyên lý:

Hình 3.2 Khối nguồn

Khối nguồn biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều rồi cungcấp điện áp vào cho tất cả các khối

Khối nguồn sử dụng điốt cầu để chuyển từ nguồn AC thành nguồn

DC Sau khi chỉnh lưu ta thu được điện áp một chiều nhấp nhô, nếu không có tụlọc thì điện áp nhấp nhô này chưa thể dùng được vào mạch điện tử , do đó trongmạch nguồn, ta phải lắp thêm tụ lọc

Khối thu phát RF

Bộ thu phát RF dùng để điều khiển ( bật,tắt) hệ thống từ xa

 Ưu điểm

• Truyền sóng với khoảng cách xa

• Không phụ thuộc vào vật cản

• Nhỏ, gọn, dễ sử dụng

 Nhược điểm:

• Khó hiệu chỉnh tần số giữa bên phát và bên thu, dễ có nhiễu

 Bộ phát

Sử dụng 3 chân của module thu tín hiệu RF: chân VCC nối nguồn 5V,chân GND nối đất và chân VT để xuất tín hiệu điều khiển bật tắt hệ thống

Khối điều khiển trung tâm

Qua tìm hiểu đề tài nhóm em đưa ra sơ đồ chức năng và lựa chọn sử dùngVĐK AT89S52

Hình 3.5 Khối điều khiển trung tâmKhi có tín hiệu từ cảm biến qua các chân P3.0 và P3.1của cổng P3 thì VĐK

sẽ kích hoạt cổng P3, qua thuật toán đã nạp VĐK thực hiện chương trình điềukhiển để điều khiển khối báo động () và khối hiển thị ( từ P0.0 đến P0.7)

Bộ tạo dao động dùng thạch anh 12MHz cung cấp nguồn dao động cho VĐKkết nối với chân của VĐK

Bộ reset cung cấp nguồn 5V và xác lập trạng thái ban đầu cho VĐK

• Trạng thái chân RESET (chân 9) là mức 0, trạng thái chip hoạtđộng

• Trạng thái chân RESET là mức 1, VĐK rơi vào trạng thái reset

Khối cảm biến

Nhóm 6 sử dụng cảm biến chuyển động HC- SR501, để thuận tiện choviệc mô phỏng, 2 cảm biến được lắp đặt rời mạch in và thay bằng 2 header.Chân OUT của cảm biến khi kích hoạt ở mức 3,3 V (high) nên cần nối quatransistor đến VĐK Sơ đồ nguyên lý của khối cảm biến như sau:

Hình 3.6 Sơ đồ khối cảm biến

Khối hiển thị

Yêu cầu đặt ra đối với khối hiển thị là thân thiện với người sử dụng giúpngười dùng dễ dàng thao tác với nút nhấn nên nhóm quyết định sử dụng LCD16x02 ở chế độ 4 bit, các chân từ D0 – D4 sẽ không được sử dụng Sơ đồnguyên lý khối hiển thị:

Hình 3.7 Khối hiển thịKhối hiển thị : Khối này có nhiệm vụ hiển thị ra màn hình thông báo hệthống hoạt động, hiển thị cảnh báo khi có trộm để chủ nhà biết được phòng nàođang có trộm đột nhập Với LCD 16x2 , các ký tự đều đã được định nghĩa sẵn,LCD 16x2 đã được chia sẵn thành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thịmột ký tự ASCII ).

Khối báo động gồm có loa 1 và loa2 được thay bằng 1 chân chờ.

Hình 3.10a PCB dạng 2D của mạch

Hình 3.10b PCB dạng 3D của mạc

3.3.1 Lưu đồ thuật toán

Start

Hình 3.11 Lưu đồ thuật toán mạch chống trộm

Khởi tạo LCD

Kiểm tra phòng 1

1

Hình 3.12 Lưu đồ thuật toán phòng 1

Kiểm tra báo động 1

timeout

reset

Khởi tạo LCD

Hệ thống nghỉ

Hình 3.13 Lưu đồ thuật toán phòng 2

3.3.2 Thiết kế vỏ

Được vẽ bằng phần mềm autocad 2007

unsigned int i;

for(i=0;i<t;i++);

}

void delay_ms(unsigned int t){

unsigned int i,j;

for(i=0;i<t;i++)

for(j=0;j<125;j++);

}

//**************Ctr giao tiep LCD 16x2 4bit**********************//void LCD_Enable(void){

//Ham Gui 4 Bit Du Lieu Ra LCD

void LCD_Send4Bit(unsigned char Data){

// Ham Gui 1 Lenh Cho LCD

void LCD_SendCommand(unsigned char command){

LCD_Send4Bit(command >>4);/* Gui 4 bit cao */