Thiết kế mạch cảnh báo anh ninh trong phòng khách gia đình

(Tài liệu Có kèm slide) Mục đích chính của đề tài là nhằm phát hiện sớm các đột nhập trong phạm vi giám sát và báo động cho chủ nhà hoặc bảo vệ thông qua việc truyền thông RF về mạch điều khiển trung tâm. Từ những mục đích trên, đề tài phải thỏa mãn được các yêu cầu sau: Hệ thống dễ dàng lắp đặt. Báo động kịp thời, nhanh chóng, chính xác khi xảy ra sự cố ở nơi lắp đặt hệ thống. Đề tài có thể ứng dụng trong các cơ quan, nhà máy, phân xưởng hoặc nhà riêng...

LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập làm đồ án trường ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG, em nhận hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình q thầy cơ, anh chị bạn Quý thầy cô không truyền đạt cho chúng em kiến thức chuyên môn cần thiết sau trường mà chúng em học hỏi nhiều kiến thức thực tế từ thầy cô khoa cô hướng dẫn Do em hồn thành đồ án tốt nghiệp thời gian quy định Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Quý thầy cô trường ĐH CNTT &TT giảng dạy cho chúng em nhiều kiến thức quý báu Bộ môn Công nghệ viễn thông tất quý thầy cô khoa Công nghệ điện tử truyền thông giảng dạy kiến thức chuyên môn làm sở để em thực tốt đồ án tốt nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hồn tất khóa học Đặc biệt, em xin cảm ơn thầy giáo Vũ Văn Diện- giáo viên hướng dẫn nhiệt tình giúp đỡ dạy, giúp em định hướng tốt trong suốt thời gian hồn thành đồ án Bên cạnh đó, em xin cảm ơn bạn sinh viên viễn thông bạn bên môn điện tử đóng góp ý kiến giúp đỡ em hồn thành sản phẩm thực tế Thái nguyên, ngày…tháng….năm 2014 SINH VIÊN THỰC HIỆN Hoàng Thanh Tùng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Những nội dung đồ án thực hướng dấn trực tiếp thầy Vũ Văn Diện- giáo viên hướng dẫn, nghiên cứu Internet, sách báo, tài liệu ngồi nước có liên quan Khơng chép hay sử dụng làm khác Mọi tham khảo dùng đồ án trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm lời cam đoan trước Q thầy nhà trường Thái Nguyên, ngày…tháng…năm 2014 SINH VIÊN THỰC HIỆN Hoàng Thanh Tùng MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU Truyền liệu không dây mảng lớn điện tử thơng tin, liệu truyền tương tự số Trong truyền liệu không dây, hiệu truyền sóng điện từ hay sóng Radio, ưu điểm truyền khoảng cách xa, đa hướng, tần số hoạt động cao, không bị ảnh hưởng vật cản hay tường Vì ưu điểm trên, ứng dụng sóng RF áp dụng rộng rãi điều khiển dân dụng Như lĩnh vực y tế, phịng xạ trị phóng xạ, chụp xạ Xquang, điều khiển từ xa thiết bị qua sóng RF ứng dụng rộng rãi để tránh cho nhân viên y tế tiếp xúc trực tiếp với phóng xạ tia Xquang Ngồi lĩnh vực y tế, sóng RF áp dụng rộng rãi mơ hình điều khiển mơ hình robot máy bay Trong xã hội đời sống tinh thần, vật chất người khơng ngừng nâng cao Chính mà tích lũy cải, vật chất nói chung ngày nhiều với hình thức đa dạng, xong việc bảo vệ cải vật chất cịn gặp nhiều khó khăn Nhìn chung vụ trộm cắp tài sản riêng hay chung thường gây thiệt hại lớn vật chất tinh thần Vì hai lý với kiến thức học, tìm hiểu từ tài liệu liên quan, em nghiên cứu hoàn thành đề tài “Thiết kế mạch cảnh báo anh ninh phịng khách gia đình” có sử dụng truyền liệu không dây RF hướng dẫn tận tình thầy Vũ Văn Diện, khoa CNĐT & TT, trường ĐH Công nghệ thông tin truyền thông Thái Nguyên Hi vọng với đề tài làm sở nghiên cứu cho nhóm khác sau mở rộng phát triển Mặc dù cố gắng nhiều thời gian thực đề tài tránh khỏi sai sót kiến thức kinh nghiệm cịn hạn chế Rất mong góp ý từ thầy cô bạn để đề tài đạt kết tốt Xin chân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Văn Diện tận tình hướng dẫn em hoàn thành đề tài ! Thái Nguyên, tháng….năm 2014 CHƯƠNG : KHẢO SÁT HỆ THỐNG 1.1 Tổng quan đề tài 1.1.1 Khái quát chung đề tài Cùng với tiến khoa học kỹ thuật, thiết bị điện tử đời ngày nhiều Và nhu cầu sử dụng thiết bị cách tự động chức tự động cảnh báo gia đình quan cần thiết Có thể Việt Nam chưa phát triển mạnh lĩnh vực giới mơ hình ngơi nhà thông minh phát triển mạnh mẽ Với xu hướng phát triển theo mơ hình ngơi nhà thơng minh chức điều khiển cảnh báo tự động thiếu Một chức làm nên thơng minh cho ngơi nhà chức cảnh báo chống trộm Đó lý em chọn đề tài với mong muốn đề tài đem ứng dụng thực tế Mơ hình cảnh báo chống trộm sử dụng cảm biến hồng ngoại PIR có truyền thơng RF mạch điều khiển trung tâm Mục đích đề tài nhằm phát sớm đột nhập phạm vi giám sát báo động cho chủ nhà bảo vệ thông qua việc truyền thông RF mạch điều khiển trung tâm Từ mục đích trên, đề tài phải thỏa mãn yêu cầu sau: - Hệ thống dễ dàng lắp đặt - Báo động kịp thời, nhanh chóng, xác xảy cố nơi lắp đặt hệ thống Đề tài ứng dụng quan, nhà máy, phân xưởng nhà riêng 1.1.2 Lý thực đề tài Ngày với phát triển sở vật chất, kinh tế nước ta giới việc xuất loại tội phạm tinh vi, thủ đoạn ngày cao đặc biệt tội phạm trộm cắp nên cần phải có biện pháp cảnh báo, phát sớm để bắt tội phạm trộm cắp Thiết bị báo động cho phép biết lúc có người đột nhập vào nhà Giải pháp thơng minh phát kẻ trộm cảm biến mở cửa, cảm biến chuyển động kẻ trộm đột nhập Sẽ phát cảm biến mở cửa hay cửa sổ mở, chuyển động có người xâm nhập qua cảm biến hồng ngoại Hệ thống kết hợp phần cứng phần mềm, có người xâm nhập sẻ phát tín hiệu báo động cịi hú để gây ý cho người xung quanh đồng thời gửi tín hiệu báo trộm mạch điểu khiển trung tâm 1.1.3 Mục đích nghiên cứu Đề tài nghiên cứu, khảo sát thực với mục đích trước mắt nhắm hoàn thành đồ án tốt nghiệp để trường Bên cạnh em cịn mong muốn đề tài phát triển thực phạm vi rộng rãi để phục vụ nhu cầu sống đại ngày Với việc áp dụng kiến thức học nhà trường tìm hiểu thực tế, em nghiên cứu tổng quan về sử dụng cảm biến kết hợp VĐK 8051 Dựa vào sở lý thuyết nghiên cứu được, em thiết kế ứng dụng demo “Mạch cảnh báo an ninh phòng khách gia đình” Hệ thống bao gồm module cảm biến phát thu , phần mạch điều khiển trung tâm 1.1.4 Đối tượng nghiên cứu Để thực ứng dụng demo mạch cảng báo an ninh phòng khách gia đình, em tập trung nghiên cứu đối tượng sau:  Nghiên cứu cách tổng quan cảm biến hồng ngoại  Nghiên cứu tổng quan truyền thơng RF  Chương trình phần mềm điều khiển 89C51  Nguyên lý hoạt động hệ thống ứng dụng thực tế 1.2 Tổng quan RF (Radio frequency) Trong phiên truyền thông chất liệu bao gồm bit 1, bên phát liệu cần có cách thức để gửi bit để gửi cho bên nhận Một tín hiệu xoay chiều hay chiều tự khơng thực tác vụ Tuy nhiên, tín hiệu có thay đổi dao động, dù ít, thay đổi giúp phân biệt bit bit Lúc đó, liệu cần truyền gửi nhận thành cơng dựa vào thay đổi tín hiệu Dạng tín hiệu điều chế cịn gọi sóng mang (carrier signal) Có ba thành phần dạng sóng thay đổi để tạo sóng mang, biên độ, tần số pha Tất dạng truyền thơng dùng sóng vơ tuyến dùng vài dạng điều chế để truyền liệu Để mã hóa liệu vào tín hiệu gửi qua sóng AM/FM, điện thoại di động, truyền hình vệ tinh, ta phải thực vài kiểu điều chế sóng vơ tuyến truyền Để truyền liệu mạch cảnh báo em sử dụng vi mạch hỗ trợ không dây vi mạch PT2262 PT2272, hai vi mạch ứng dụng rộng rãi việc truyền liệu số lĩnh vực điều khiển thơng tin số Ngồi cịn có vi mạch PT2248, PT2249, PT9148 PT9149… hỗ trợ xử lí tín hiệu khơng dây 1.2.1 Mã hóa tín hiệu Trong thực tế nay, có nhiều loại mã hóa sử dụng phổ biến mã NRZ, mã AMI, mã Pseudoternary…để mã hóa tín hiệu Để thiết kế đề tài, chúng em sử dụng mã hóa Manchester liệu mã hóa IC chun dụng PT2262 Hình 1.1: Mã hóa Manchester 1.2.2 Biểu diễn Bit code mã hóa Cơ PT2262 sử dụng Bit gồm trạng thái 0,1 f Mỗi trạng thái có kiểu mã hóa Bit code khác Mỗi Bit code mã hóa chứa 32 chu kì tần số mã hóa OSC (32 α) Hình 1.2 : Bit code mã hóa 1.2.2.1 Bit đồng bộ: Là Bit thêm vào khung truyền để giúp đồng hóa q trình mã hóa/giải mã Độ dài Sync Bit lần độ dài bit địa chỉ/dữ liệu tức 128 α: Hình 1.3 Bit đồng 1.2.2.2 Code word Cấu trúc việc truyền Bit địa chỉ/ liệu Bit đồng PT2262 xác định sau: Hình 1.4 Một frame truyền bit data Với dòng PT2262 sử dụng bits địa bits liệu từ mã biểu diễn: 10 liệu có địa trùng với địa cố định đặt trước Sau giải mã bit liệu đưa khối xử lý trung tâm Hình3.8: Khối giải mã (IC PT2272) 3.2.9.Khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm VĐK AT89C52 VĐK nhận liệu từ khối giải mã Dữ liệu so sánh với giá trị đặt trước VĐK VĐK thực chương trình điều khiển hiển thị LCD khu vực báo có trộm tương ứng với giá trị nhận đồng thời phát cịi báo động Hình 3.9: Khối xử lý trung tâm 51 3.2.10 Khối hiển thị phát còi báo động Khối bao gồm hình LCD để hiển thị trạng thái khu vực đặt cảm biến, điều khiển phát loa có khu vực bị cháy Hình 3.10: Khối hiển thị LCD 3.3 Mạch ngun lí hệ thống Hình 3.11: Mạch ngun lí modul phát 52 Hình 3.12: Mạch ngun lí modul thu Thiết kế bên phát truyền liệu từ xa sử dụng sóng RF Bên phát thực cảnh báo trộm với cảm biến hồng ngoại có tượng trộm vi điều khiển gửi bít liệu tương ứng Bốn bit liệu mã hóa Manchester IC PT2262 đưa qua điều chế ASK/OOK để truyền vào khơng khí Thiết kế bên thu gồm giải điều chế có chức giải điều chế tồn sóng RF có tần số 315MHz để đưa vào IC giải mã Khi nhận tín hiệu bên điều khiển mã hóa, IC PT2272 bên thu thực giải mã, khôi phục lại bit liệu truyền, sau gửi phần xử lý trung tâm Phần xử lý trung tâm vi điều khiển AT89C52 có chức dựa vào bit liệu vừa nhận để điều khiển hình hiển thị LCD loa báo động tương ứng 53 3.4 Lưu đồ thuật tốn 3.4.1 Lưu đồ phần phát Hình 3.41: Lưu đồ phát Đầu tiên, chương trình thiết lập giá trị ban đầu cho vi điều khiển, xác lập cổng vào ra,nếu có trộm xảy cảm biến phát RF truyền tín hiệu ngắt mạch điều khiển trung tâm.Khi xảy ngắt chương trình gửi tín hiệu báo có trộm vị trí tương ứng 54 3.4.2 Lưu đồ phần thu Hình 3.15: Lưu đồ phần thu Đầu tiên, chương trình thiết lập giá trị ban đầu chi vi điều khiển, xác lập cổng vào ra, Chương trình thường xuyên kiểm tra liệu đầu vào kiểm tra địa xảy trộm mà RF truyền điều khiển hiển thị LCD loa 55 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, THI CÔNG MẠCH VÀ CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH 4.1 Thiết kế mạch in Phần mềm vẽ mạch in: Orcad Orcad phần mềm thiết kế mạch điện cơng ty Cadence, nói xác Orcad phần mềm bao gồm nhiều phần mềm trợ giúp cho trình thiết kế mạch.Orcad Capture để vẽ sơ đồ nguyên lý, Layout để vẽ mạch in, Pspice để giả lập … Ngồi Orcad cịn nhiều phần mềm khác giúp thiết kế mạch điện Proteus, Eagle, Winboard… Hình 4.1: Mạch in phần phát 56 Hình 4.2: Mạch in phần thu Trên hai mạch in phần phát thu thiết kế , sở ta thi cơng mạch thực tế kết đạt 57 4.2 Kết đạt Trong thời gian thực đề tài với tận tình bảo thầy Vũ Văn Diện em xây dựng thành công mạch cảnh báo an ninh phịng khách gia đình Sau q trình tìm hiểu, phân tích thiết kế thi cơng phần cứng, sản phẩm hồn thành với số hình ảnh thực tế sau: Phần cứng thực tế: Hình 4.3: Mạch điều khiển trung tâm thu thực 58 Hình 4.4: Khi phát trộm vị trí Hình 4.5: Mạch phát thực 59 Mạch cảnh báo an ninh phịng khách có tính đạt sau: - Là hệ thống cảnh báo trộm không dây, với khoảng cách truyền tín hiệu khoảng 100m -Mạch chạy ổn định, bị ảnh hưởng tín hiệu bên 60 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN: Với nội dung trình bày trên, đồ án tìm hiểu nghiên cứu tổng quan cảm biến hồng ngoại có truyền thơng RF,các vần đề liên quan xây dựng ứng dụng demo áp dụng thiết thực hiệu thực tế Ứng dụng cảnh báo chống trộm từ xa cảm biến hồng ngoại PIR thông qua truyền thông RF mạch điều khiển trung tâm Qua thấy ưu điểm hạn chế mà đồ án - tồn sau: Ưu điểm: Phần cứng thiết kế đơn giản, sử dụng số linh kiện tối thiểu Có thể giám sát nhiều vị trí ngơi nhà, công xưởng, nhà máy… Mạch cảnh báo phù hợp với nhân viên bảo vệ Nhược điểm: Do thời gian xây dựng đề tài kiến thức thân hạn chế nên việc xây dựng hệ thống tồn số hạn chế sau: - Khoảng cách truyền tín hiệu vơ tuyến chưa xa - Các vi mạch truyền liệu không phù hợp với yêu cầu truyền liệu hàng loạt liên tục HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Trong thời gian tới hướng phát triển em đề tài việc khắc phục hạn chế tồn hệ thống - Nâng cao khoảng cách quản lý cảm biến hệ thống - Nâng cao số lượng đầu dò cảm biến thêm cảm biến LM35 để cảnh báo cháy… - Kết nối với máy tính - Dùng mạch cảm biến PIR có truyền thơng RF gắn với modul sim mạch trung tâm báo SMS điện thoại mà kết nối máy tính 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1 ] Peter Vizmuller - RF Design Guide - Systems, Circuits, and Equations [2] Kỹ thuật mạch điện tử , Phạm Minh Hà, NXB KHKT [3] Trường CNTT TT TN – Kỹ thuật vi xử lý [4] Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng, “Cấu trúc lập trình họ vi điều khiên”, NXB KH & KT [5].http://www.picvietnam.com – CCS C cho 8051 [6] http://www.dientuvietnam.net [7] http://www.microchip.com [8] http://www.google.com.vn [9].http://doc.edu.vn/tai-lieu/do-an-nghien-cuu-module-thu-phat-song-rfva-ung-dung-vao-thuc-te-48600/ [10].http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-mach-thu-phat-song-dung-rf-phathien-xe-may-trong-o-to-4253/ [11].http://luanvan.net.vn/luan-van/do-an-dieu-khien-tu-xa-bang-song-rf46837/ 62 ... thức học, tìm hiểu từ tài liệu liên quan, em nghiên cứu hoàn thành đề tài ? ?Thiết kế mạch cảnh báo anh ninh phòng khách gia đình? ?? có sử dụng truyền liệu khơng dây RF hướng dẫn tận tình thầy Vũ Văn... cảm biến kết hợp VĐK 8051 Dựa vào sở lý thuyết nghiên cứu được, em thiết kế ứng dụng demo ? ?Mạch cảnh báo an ninh phịng khách gia đình? ?? Hệ thống bao gồm module cảm biến phát thu , phần mạch điều... bọn tội phạm gây cảnh báo an ninh tự động mạch cảnh báo cần thiết Trong nước Ngày nay, trộm cắp vấn nạn xã hội Tài sản gia đình, cơng ty ln có nguy bị trộm cắp, phá hoại Trong nhiều trương hợp