Xây dựng hệ thống giám sát cảnh báo qua mạng

TÓM TẮT Vấn đề cháy nổ gas nạn trộm cắp vấn đề đặc biệt nghiêm trọng an ninh đời sống xã hội Sự cần thiết đảm bảo an ninh an tồn cho xã hội Có nhiều giải pháp đưa nhằm giải tình trạng Với mạng lưới cơng nghệ số lan rộng khắp tồn cầu Hệ thống mạng di động mạng Internet hỗ trợ nhiều cho việc giám sát Các cảnh báo nhanh chóng thơng báo mạng di động mạng Internet để giảm thiểu thiệt hại mát người Để thực đề tài “Xây dựng hệ thống giám sát cảnh báo qua mạng”, nhóm thực kết hợp board Arduino Mega 2560 với linh kiện điện tử khác Kết đạt khóa luận xây dựng mơ hình giám sát cảnh báo trộm, cảnh báo rị rỉ khí gas qua mạng di động mạng Internet v MỤC LỤC Trang phụ bìa TRANG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix DANH MỤC CÁC BẢNG xi DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Các nghiên cứu nước 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN .3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 BOARD ARDUINO MEGA 2560 2.1.1 Giới thiệu board Arduino Mega 2560 2.1.2 Phương thức lập trình Arduino 2.2 LCD HIỂN THỊ 2.3 CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ-2 10 vi 2.3.1 Giới thiệu .10 2.3.2 Thông số kỹ thuật 11 2.3.3 Module MQ-2 11 2.4 CẢM BIẾN THÂN NHIỆT CHUYỂN ĐỘNG PIR 12 2.4.1 Giới thiệu cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR 12 2.4.2 Cấu trúc cảm biến PIR 13 2.4.3 Nguyên lý hoạt động cảm biến PIR 13 2.4.4 Module HC-SR501 PIR 14 2.5 MODULE GSM GPRS SIM800A 15 2.5.1 Giới thiệu module GSM GPRS SIM800A 15 2.5.3 Đặc điểm kỹ thuật module GSM GPRS SIM800A 17 2.6 MODULE ETHERNET SHIELD W5100 .18 2.7 MODULE RELAY 19 2.8 CÒI BÁO ĐỘNG 20 2.9 MODULE GIẢM ÁP DC LM2596 .20 2.10 CAMERA IP QTC-906W 20 2.10.1 Giới thiệu camera IP .20 2.10.2 Các chức camera IP .21 2.10.3 Camera IP QTC-906W 22 2.11 Chương trình Arduino IDE 23 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 27 3.1 Yêu cầu sơ đồ khối hệ thống .27 3.1.1 Yêu cầu hệ thống 27 3.1.2 Sơ đồ khối chức khối 27 vii 3.1.3 Hoạt động hệ thống 28 3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG 29 3.2.1 Khối cảm biến khí gas .29 3.2.2 Khối phát chuyển động 29 3.2.3 Khối báo động 30 3.2.4 Khối hiển thị 30 3.2.5 Khối giao tiếp mạng Ethernet 31 3.2.6 Khối giao tiếp GSM 32 3.2.7 Khối xử lý trung tâm .32 3.2.8 Khối nguồn 33 3.3 LẬP TRÌNH PHẦN MỀM 34 3.3.1 Lưu đồ giải thuật .34 3.3.2 Thiết kế giao diện máy tính giải thích hoạt động .38 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 45 4.1 KẾT QUẢ PHẦN CỨNG 45 4.2 KẾT QUẢ PHẦN MỀM 47 4.3 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM SO VỚI ĐỀ TÀI TRƯỚC .49 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG 50 5.1 KẾT LUẬN 50 5.2 CÁC PHẠM VI ỨNG DỤNG .50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MCU Microprocessor Control Unit I/O Input/Output PWM Pulse Width Modulation UART Universal Asynchronous Receiver – Transmitter LCD Liquid Crystal Display I2C Inter-Integrated Circuit RAM Random Access Memory SRAM Static Random Access Memory EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory TTL Transistor-Transistor Logic SPI Serial Peripheral Interface SDA Serial Data Line SCL Serial Clock Line IC Integrated Circuit IDE Intergrated Development Environment LPG Liquefied Petroleum Gas PIR Passive Infra-Red UDP User Datagram Protocol Iot Internet of Things LAN Local Area Network IP Internet Protocol CCD Charge Coupled Device CMOS Complementary Metal-Oxide-Semiconductor ix IE Internet Explorer LED Light Emitting Diode PC Personal Computer x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Thông số chi tiết Arduino Mega 2560 .4 Bảng 2: Các chân LCD Bảng 3: Các lệnh LCD Bảng 4: Một số lệnh AT 16 xi DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH Hình 1: Board Arduino Mega 2560 .4 Hình 2: Chương trình Arduino IDE .7 Hình 3: LCD 16 x Hình 4: Thơng số kỹ thuật cảm biến khí gas MQ-2 11 Hình 5: Module MQ-2 11 Hình 6: Sơ Đồ mạch nguyên lý module MQ-2 12 Hình 7: Cảm biến PIR 12 Hình 8: Cấu trúc cảm biến PIR 13 Hình 9: Nguyên lý hoạt động cảm biến PIR 14 Hình 10: Cảm biến HC-SR501 PIR .14 Hình 11: Module SIM800A 15 Hình 12: Module Ethernet Shield W5100 18 Hình 13: Module Relay 19 Hình 14: Còi-Buzzer 20 Hình 15: Module giảm áp DC LM2596 .20 Hình 16: Camera IP Questek QTC-906W 22 Hình 17: Arduino IDE 23 Hình 18: Arduino Toolbar 23 Hình 19: IDE menu 23 Hình 20: File menu .24 Hình 21: Click Examples .24 Hình 22: Edit menu 25 Hình 23: Sketch menu 25 Hình 24: Tool menu .25 Hình 25: Chọn board 26 Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống 27 Hình 2: Sơ đồ mạch cảm biến khí gas 29 Hình 3: Sơ đồ mạch cảm biến hồng ngoại thụ động .29 xii Hình 4: Sơ đồ kết nối mạch báo động với board Arduino 30 Hình 5: Sơ đồ kết nối LCD với board Arduino .31 Hình 6: Sơ đồ kết nối module Ethernet Shield với board Arduino .31 Hình 7: Sơ đồ kết nối module SIM800A với board Arduino 32 Hình 8: Sơ đồ kết nối board Arduino với module 33 Hình 9: Lưu đồ giải thuật hệ thống 34 Hình 10: Lưu đồ giải thuật phần thiết lập kết nối 36 Hình 11: Lưu đồ giải thuật phần trung tâm cảnh báo 37 Hình 12: Cấu hình IP local cho máy tính .38 Hình 13: Giao diện truy cập Router .38 Hình 14: Giao diện cấu hình Router WiFi .39 Hình 15: Đặt tên cho mạng WiFi 40 Hình 16: Chọn loại bảo mật đặt mật WiFi 40 Hình 17: Tắt chế độ DHCP Router .41 Hình 18: Giao diện camera QTC-906W sau đăng nhập thành cơng 41 Hình 19: Thiết lập múi thời gian camera 42 Hình 20: Thiết lập IP cho camera 42 Hình 21: Thiết lập kết nối mạng WiFi cho camera 43 Hình 22: Giao diện trang đăng nhập 43 Hình 23: Giao diện trang giám sát .44 Hình 1: Sản phẩm hồn chỉnh 45 Hình 2: Khi khơng có báo động 45 Hình 3: Khi có báo động rị rỉ khí gas .46 Hình 4: Khi có báo động đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát 46 Hình 5: Gọi điện đến người quản lý .47 Hình 6: Nhắn tín đến người quản lý .47 Hình 7: Trang giao diện có báo động camera 47 Hình 8: Gọi điện đến người quản lý .48 Hình 9: Nhắn tín đến người quản lý .48 xiii Hình 10: Trang giao diện có báo động camera 48 xiv b Lưu đồ giải thuật phần trung tâm cảnh báo BẮT ĐẦU KẾT NỐI S Đ MỞ CẢM HỒNG NGOẠI MỞ CẢM BIẾN KHÍ GAS Đ Đ CĨ TRỘM CĨ GAS Đ Đ TẮT CÒI VÀ ĐÈN BẬT CÒI VÀ ĐÈN BẬT CÒI VÀ ĐÈN TẮT CÒI VÀ ĐÈN HIỂN THỊ LCD HIỂN THỊ LCD HIỂN THỊ LCD HIỂN THỊ LCD GỬI CHUỖI LÊN ETHERNET GỬI CHUỖI LÊN ETHERNET GỬI CHUỖI LÊN ETHERNET GỬI CHUỖI LÊN ETHERNET GỌI VÀ NHẮN TIN QUA GSM GỌI VÀ NHẮN TIN QUA GSM KẾT THÚC S S S S Hình 11: Lưu đồ giải thuật phần trung tâm cảnh báo Giải thích lưu đồ: Đầu tiên, ta khởi tạo hàm UDP nhận liệu đa luồng Sau nhận liệu kết nối từ hệ thống Nếu hệ thống kết nối sau kiểm tra xem bật cảm biến hồng ngoại chưa, ngược lại khơng kết nối kết thúc Lúc hệ thống kiểm tra cảm biến hồng ngoại, có trộm báo Nếu liệu nhận bật cịi đèn, hiển thị thông báo lên LCD, đồng thời gửi mã chuỗi lên giao diện qua mạng Ethenet đưa liệu gọi nhắn tin sang module sim Ngược lại liệu nhận sai tắt cịi đèn, đồng thời hiển thị thơng báo lên LCD gửi mã chuỗi lên giao diện qua mạng Ethernet Sau kiểm tra bật cảm biến khí gas chưa, có gas bật cịi đèn, hiển thị thông báo lên LCD, gửi mã chuỗi lên giao diện qua mạng Ethenet đưa liệu 37 gọi nhắn tin sang module sim, sau kết thúc Ngược lại liệu nhận sai tắt cịi đèn, đồng thời hiển thị thông báo lên LCD gửi mã chuỗi lên giao diện qua mạng Ethernet, sau kết thúc 3.3.2 Thiết kế giao diện máy tính a Cấu hình router Bước 1: Kết nối Router WiFi với máy tính cable RJ45 Bước 2: Cấu hình địa IP local máy tính lớp mạng với IP mặc định Router WiFi hình 3.12 Hình 12: Cấu hình IP local cho máy tính Bước 3: Truy cập vào Router quyền admin Hình 13: Giao diện truy cập Router 38 Đăng nhập vào Router WiFi: Tới bước ta gõ thông tin đăng nhập (Username : admin ; Password : admin ) vào cửa sổ đăng nhập, login ta truy cập vào giao diện cấu hình Router Kết sau đăng nhập thành cơng hình 3.14 Hình 14: Giao diện cấu hình Router WiFi Bước 4: Trên giao diện Router WiFi ta chọn mục Wireless Sau S SID ta đặt tên cho mạng WiFi để dễ thao tác Và nhấn nút Save lưu lại hình 3.15 39 Hình 15: Đặt tên cho mạng WiFi Sau chọn mục Wireless Security Và chọn loại bảo mật tùy ý Sau đặt password cho mạng WiFi nhấn nút Save lưu lại Hình 16: Chọn loại bảo mật đặt mật WiFi 40 Sau chọn mục DHCP để tắt chế độ DHCP (Router tự động cấp IP cho thiết bị truy cập vào mạng WiFi) Chọn vào nút Disable chọn nút Save lưu lại Hình 17: Tắt chế độ DHCP Router b Cấu hình camera Bước 1: Kết nối Router Wifi với máy tính cable RJ45 Bước 2: Đăng nhập vào trình giao diện camera  Camera QTC-906W có địa IP mặc định xuất xưởng sau: IP :192.168.1.200; username : admin ; password : 123456  Mở trình duyệt Internet máy tính nhập vào địa chỉ: http:// 192.168.1.200, sau nhấn enter  Ta giao diện camera QTC-906W 3.18 Hình 18: Giao diện camera QTC-906W sau đăng nhập thành công 41 Bước 3: Đăng nhập vào trình giao diện camera Sau nhấn vào nút Set Up, chọn mục Time Tại ô Timezone chọn múi Và nhấn nút ô Sync With PC để đồng thời gian với máy tính hình 3.19, sau nhấn nút Save để lưu lại Hình 19: Thiết lập múi thời gian camera Sau nhấn vào mục Network, mục IP, tiến hành thiết lập địa IP camera hình 3.20 Sau nhấn nút Save để lưu lại Hình 20: Thiết lập IP cho camera 42 Cũng mục Network, chọn mục WiFi để thiết lập kết nối WiFi cho camera hình 3.21 Sau nhấn nút Save để lưu lại Hình 21: Thiết lập kết nối mạng WiFi cho camera c Giao diện máy tính Trang đăng nhập Hình 22: Giao diện trang đăng nhập 43 Trang hiển thị thông tin đề tài có để nhập tên password nhằm xác nhận quyền truy cập hệ thống Nhóm thiết lập tên đăng nhập “hethong”, mật “123456” Nếu người dùng nhập sai mật hệ thống cảnh báo “Tên mật sai Vui lòng nhập lại!” Ngồi trang cịn có nút chương trình Khi muốn cảnh báo “Bạn có chắn muốn thốt?” Trang giám sát điều khiển Hình 23: Giao diện trang giám sát Bố cục trang gồm phần:  Phần thiết lập IP Port kết nối: gồm có nhập IP Port hệ thống, ô hiển thị trạng thái kết nối, nút kết nối nút ngắt kết nối  Phần trung tâm cảnh báo: gồm có hai nút bật tắt báo trộm, hai nút bật tắt báo gas, phần hiển thị báo trộm, phần hiển thị báo gas Khi có trộm gas hai phần hiển thị đổi màu để thông báo  Phần bên phải phần hiển thị camera Có thể xem Live Video, Playback Video, phần Setup cần thay đổi cài đặt 44 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 KẾT QUẢ PHẦN CỨNG Hình 1: Sản phẩm hồn chỉnh Hình 2: Khi khơng có báo động 45 Hình 3: Khi có báo động rị rỉ khí gas Hình 4: Khi có báo động đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát Nhận xét:  Hệ thống phát nồng độ khí gas khơng khí phát đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát  Relay đóng ngắt cịi hoạt động tốt, đèn led sáng theo yêu cầu  Việc giám sát từ máy tính mạng di động hoạt động bình thường nhiên độ trễ định  LCD hiển thị yêu cầu 46 4.2 KẾT QUẢ PHẦN MỀM  Khi có rị rỉ khí gas: Hình 5: Gọi điện đến người quản lý Hình 6: Nhắn tín đến người quản lý Hình 7: Trang giao diện có báo động camera 47  Khi có đối tượng xâm nhập: Hình 8: Gọi điện đến người quản lý Hình 9: Nhắn tín đến người quản lý Hình 10: Trang giao diện có báo động camera 48 Nhận xét:    Phần giao diện hiển thị yêu cầu Camera hoạt động tốt, độ phân giải cao Việc gọi điện nhắn tin thông báo tới người quản lý theo yêu cầu có độ trễ định 4.3 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM SO VỚI ĐỀ TÀI TRƯỚC Sau hồn thành đề tài, nhóm nhận thấy ưu điểm so với đề tài trước [1] Về giao diện máy tính nhóm thiết kế có điểm bật như: có thêm trang đăng nhập hệ thống để cải thiện tính bảo mật; phần giám sát có thêm nút nhấn bật tắt báo trộm báo gas; phần camera xem Live Video Bên cạnh đó, nhóm có sử dụng thêm còi đèn led để báo động chỗ kèm theo có LCD hiển thị thơng báo Tuy nhiên, nhóm nhận thấy mơ hình cịn số hạn chế như: khơng có nút nhấn để điều khiển chỗ; phần khung chưa gia công chắn 49 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG 5.1 KẾT LUẬN Sau hoàn thành đề tài giúp cho nhóm nắm thêm nhiều kiến thức bổ ích như:        Chức cách hoạt động board Arduino Mega 2560 Cách lập trình cho arduino board Arduino Cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến khí gas Cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến hồng ngoại chuyển động Cách hoạt động module Ethernet Shield Ngôn ngữ lập trình giao diện: C# Cách lập trình điều khiển module sim Bên cạnh kiến thức cịn hạn hẹp nên không tránh khỏi số hạn chế như:  Kiến thức lập trình giao diện hạn chế, vấn đề bảo mật hệ thống chưa cao  Chưa tích hợp phần đăng nhập camera vào phần đăng nhập hệ thống 5.2 MỘT SỐ PHẠM VI ỨNG DỤNG Với mơ hình đáp ứng yêu cầu giám sát hộ gia đình nơi có tài sản cần bảo vệ Bên cạnh đó, đề tài phát triển theo hướng rộng hoàn thiện như:  Cải thiện khả đáp ứng giao diện máy tính để giám sát cách nhanh chóng, đồng thời tăng cường tính bảo mật để hệ thống hoạt động an toàn  Mở rộng thêm mạng lưới để giám sát nhiều khu vực  Thêm nguồn dự phịng có cố điện giúp hệ thống hoạt động liên tục  Có thêm phần giám sát qua điện thoại thơng minh giúp người quản lý có thêm cơng cụ giám sát 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Ngô Xuân Hữu (2011), “Thiết kế xây dựng hệ thống giám sát cảnh báo cháy báo trộm”, Đồ án tốt nghiệp khóa 2008 – 2011 [2] Nguyễn Đình Phú (2014), “Vi điều khiển PIC”, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh, Việt Nam [3] Trần Thu Hà (2003), “Giáo trình Điện tử bản”, Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh, Việt Nam Website [4] http://www.arduino.vn/ [5] http://vi.wikipedia.org/wiki 51 ... Yêu cầu sơ đồ khối hệ thống 3.1.1 Yêu cầu hệ thống Hệ thống có chức sau:  Phát nồng độ khí gas đối tượng xâm nhập vào vùng giám sát  Người quản lý giám sát hệ thống cảnh báo cách: - Gọi điện... truy cập hệ thống - Trang giám sát hệ thống gồm: phần kết nối với hệ thống, phần hiển thị trạng thái hệ thống, hiển thị video trực tiếp thu từ Camera, video lưu lại từ Camera đặt vùng giám sát 3.1.2... vùng giám sát  Router Wifi: kết nối liệu hệ thống với máy tính camera với máy tính  Camera: ghi hình vùng giám sát hệ thống 24/24 gửi liệu máy tính thơng qua mạng Ethernet  PC: nhận liệu từ hệ