(Đồ án hcmute) hệ thống giám sát và cảnh báo qua mạng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH KỸ THUẬT MÁY TÍNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO QUA MẠNG GVHD SVTH MSSV SVTH MSSV Khoá : TH.S ĐẬU TRỌNG HIỂN : TRẦN ANH TUẤN : 13119202 : NGUYỄN KHÁNH TIÊN : 13119174 : 2013-2017 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 06/2017 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀ O TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO QUA MẠNG SVTH: MSSV: TRẦN ANH TUẤN 13119202 NGUYỄN KHÁNH TIÊN 13119147 NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY TÍNH GVHD: TH.S ĐẬU TRỌNG HIỂN Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2017 an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Anh Tuấn MSSV: 13119202 Họ tên sinh viên: Nguyễn Khánh Tiên MSSV: 13119147 Ngành: Kỹ Thuật Máy Tính Lớp: 13119CL2 Giảng viên hƣớng dẫn:Th.s Đậu Trọng Hiển Ngày nhâ ̣n đề tài:03/03/2017 Ngày nộp đề tài: 11/07/2017 Tên đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO QUA MẠNG Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thƣ̣c hiê ̣n đề tài: Mục tiêu đề tài xử lý liệu thu từ cảm biến gas, cảm biến hồng ngoại, hình ảnh từ camera IP Dữ liệu đƣợc truyền qua mạng LAN thơng qua router Tồn liệu đƣợc theo dõi quản lý giao diện phần mềm máy tính Sản phẩm: Mơ hình giám sát cảnh báo qua mạng GV HƢỚNG DẪN i an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Trần Anh Tuấn MSSV: 13119202 Họ tên sinh viên: Nguyễn Khánh Tiên MSSV: 13119147 Ngành: Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO QUA MẠNG Họ tên Giáo viên hƣớng dẫn: Th.s Đậu Trọng Hiển NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: Ƣu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Trần Anh Tuấn MSSV: 13119202 Họ tên sinh viên: Nguyễn Khánh Tiên MSSV: 13119147 Ngành: Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT CẢNH BÁO QUA MẠNG Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: Ƣu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii an LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đề tài đồ án mơn học, nhóm em nhận đƣợc nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Nhóm em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Ban giám hiệu trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh tạo mơi trƣờng làm việc, học tập nghiên cứu nhƣ điều kiện tốt cho nhóm em hồn thành đề tài đồ án môn học Khoa Điện-Điện tử, Khoa đào tạo Chất Lƣợng Cao cung cấp cho nhóm em giáo trình, tài liệu tham khảo, sở vật chất nhƣ thiết bị hỗ trợ liên quan Thầy hƣớng dẫn Th.S Đậu Trọng Hiển thầy mơn tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ nhóm em suốt q trình qua Mặc dù cố gắng trình tìm hiểu nhƣng kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đƣợc góp ý, nhận xét thầy cô bạn để đồ án hồn thiện phát triển Một lần nhóm em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 07 năm 2017 Sinh viên thực Trần Anh Tuấn Nguyễn Khánh Tiên iv an 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 đƣợc đƣa nhằm giải tình trạng Với mạng lƣới công nghệ số lan rộng khắp toàn cầu Hệ thống mạng di động mạng Internet hỗ trợ nhiều cho việc giám sát Các cảnh báo nhanh chóng đƣợc thơng báo mạng di động mạng Internet để giảm thiểu thiệt hại nhƣ mát ngƣời Để thực đề tài “Xây dựng hệ thống giám sát cảnh báo qua mạng”, nhóm thực kết hợp board Arduino Uno R3 với linh kiện điện tử khác Kết đạt đƣợc khóa luận xây dựng mơ hình giám sát cảnh báo trộm, cảnh báo rị rỉ khí gas quản lý đƣợc máy tính thơng qua mạng Internet v an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN II PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN III LỜI CẢM ƠN IV TÓM TẮT V MỤC LỤC…… VI DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT IX DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU XI DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ XII CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Các nghiên cứu nước 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.4 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GSM 2.1.1 Giới thiệu công nghệ GSM 2.1.2 Sự phát triển cộng nghệ GSM Việt Nam 2.1.3 Giới thiệu SMS 2.2 MODULE SIM900 2.2.1 Giới thiệu module sim900 2.2.2 Đặc điểm module sim900 10 2.2.3 Khảo sát sơ đồ chân chức chân Breakout SIM900 12 vi an 2.2.4 Khảo sát tập lệnh AT command Module SIM900 14 2.3 ARDUINO UNO R3 21 2.3.1 Giới thiệu 21 2.3.2 Phần cứng Arduino Uno R3 21 2.3.3 Ngôn ngữ phần mềm lập trình cho Arduino 24 2.4 ETHERNET SHIELD 26 2.4.1 Giới thiệu 26 2.4.2 Kết nối Shield thiết lập 28 2.5 CẢM BIẾN 30 2.5.1 Cảm biến khí gas MQ-2 30 2.5.2 Cảm biến phát vật cản 32 2.6 THIẾT BỊ PHẦN CỨNG 33 2.6.1 Module Buzzer 33 2.6.2 Module giảm áp DC ML2596 34 2.6.3 LCD 34 2.6.4 Camera IP Yoosee 36 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 39 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ THIẾT KẾ 39 3.2 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 39 3.2.1 Yêu cầu hệ thống 39 3.2.2 Sơ đồ khối chức khối 40 3.2.3 Nguyên lý hoạt động 41 3.3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 41 3.3.1 Khối cảm biến khí gas 41 3.3.2 Khối phát vật cản 42 3.3.3 Khối báo động 43 3.3.4 Khối hiển thị 43 3.3.5 Khối giao tiếp GSM 44 3.3.6 Khối giao tiếp mạng Ethernet 45 vii an 3.3.7 Khối xử lý trung tâm 46 3.3.8 Khối nguồn 48 3.4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 48 3.4.1 Lưu đồ giải thuật 48 3.4.2 Thiết kế giao diện máy tính 53 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 55 4.1 KẾT QUẢ PHẦN CỨNG 55 4.2 KẾT QUẢ PHẦN MỀM 58 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 60 5.1 KẾT LUẬN 60 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 viii an Hình 3.8 Lƣu đồ giải thuật hệ thống Giải thích lƣu đồ: - Đầu tiên khởi tạo giá trị ban đầu nhƣ: biến, thƣ viện LCD, chân I/O, thƣ viện Ethernet 49 an - Tiếp theo tới vòng lặp gồm:  Thiết lập kết nối: phần cứng đƣợc kết nối với giao diện máy tính thơng qua mạng Ethernet  Đọc giá trị cảm biến hồng ngoại: thực lấy giá trị cảm biến hồng ngoại từ chân digital  Đọc giá trị cảm khí gas: thực lấy giá trị cảm khí gas từ chân digital  Kiểm tra giá trị liệu cảm biến hồng ngoại: dựa vào giá trị cảm biến hồng ngoại để xác định trạng thái cảm biến Nếu tiếp, sai sang đọc trạng thái cảm biến khí gas  Kiểm tra giá trị liệu cảm biến hồng ngoại: dựa vào giá trị cảm biến hồng ngoại để xác định trạng thái cảm biến Nếu tiếp, sai trở kết nối  Hiển thị LCD: hiển thị thơng báo hình LCD  Báo động: module báo động điều kiện  Giao tiếp Ethernet: gửi thông báo cảnh báo hệ thống qua mạng Ethernet  Giao tiếp GSM: gọi gửi tin nhắn cảnh báo  Trong trình chạy, nhấn nút Reset board Arduino khỏi vịng lặp bắt đầu lại chƣơng trình từ đầu 50 an b Lưu đồ giải thuật thiết lập kết nối Hình 3.9 Lƣu đồ giải thuật phần thiết lập kết nối Giải thích lƣu đồ: Đầu tiên kiểm tra IP, Port Nếu IP, Port gửi chuỗi ký tự xuống phần cứng khởi tạo UDP nhận liệu đa luồng Tiếp theo kiểm tra liệu nhận lên từ hệ thống Nếu IP Port báo kết nối thành công kết thúc chƣơng trình Nếu sai IP Port tiếp tục kiểm tra liệu nhận 51 an c Lưu đồ giải thuật trung tâm cảnh báo Hình 3.10 Lƣu đồ giải thuật phần trung tâm cảnh báo Giải thích lƣu đồ: Đầu tiên nhận liệu kết nối từ hệ thống Nếu hệ thống đƣợc kết nối sau kiểm tra xem bật cảm biến vật cản chƣa, ngƣợc lại không đƣợc kết nối kết thúc Lúc hệ thống kiểm tra cảm biến vật cản, có trộm 52 an bật cịi đèn, hiển thị thơng báo lên LCD, đồng thời gửi mã chuỗi lên giao diện qua mạng Ethenet nhƣ đƣa liệu gọi nhắn tin sang module sim Ngƣợc lại liệu nhận đƣợc sai tắt cịi đèn, đồng thời hiển thị thông báo lên LCD nhƣ gửi mã chuỗi lên giao diện qua mạng Ethernet Sau kiểm tra bật cảm biến khí gas chƣa, có gas bật cịi đèn, hiển thị thông báo lên LCD, gửi mã chuỗi lên giao diện qua mạng Ethenet nhƣ đƣa liệu gọi nhắn tin sang module sim, sau kết thúc Ngƣợc lại liệu nhận đƣợc sai tắt cịi đèn, đồng thời hiển thị thơng báo lên LCD nhƣ gửi mã chuỗi lên giao diện qua mạng Ethernet, sau kết thúc 3.4.2 Thiết kế giao diện máy tính Trang đăng nhập Hình 3.11 Thiết kế Giao diện trang đăng nhập Trang hiển thị thơng tin đề tài có để nhập tên password nhằm xác nhận quyền truy cập hệ thống Nhóm thiết lập tên đăng nhập “Admin”, mật “spkt123” Nếu ngƣời dùng đăng nhập sai thơng báo “ Vui lịng kiểm tra lại user password” Ngồi cịn có nút “Exit” giúp bạn khỏi chƣơng 53 an trình khơng muốn tiếp tục Khi nhấn vào xuất cảnh báo “Bạn chắn muốn thoát?” Trang giám sát vào điều khiển Bố cục trang gồm phần:  Phần thiết lập IP Port kết nối: gồm có ô nhập IP Port hệ thống, ô hiển thị trạng thái kết nối, nút kết nối nút ngắt kết nối  Phần cảnh báo: gồm nút hiển thị báo trộm hiển thị cảnh báo có gas Hai nút tắt báo trộm tắt báo gas (Ở giao diện nhóm xem nhƣ có khí gas mặc định cháy) Khi có trộm gas nút cảnh báo đổi màu để thơng báo  Phần bên phải phần hiển thị camera  Phần Snapshot phần chụp ảnh nhanh lại camera, chọn đƣờng dẫn để lƣu ảnh Hình 3.12 Giao diện trang giám sát 54 an CHƢƠNG : KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1 KẾT QUẢ PHẦN CỨNG Hình 4.1 Sản phẩm hồn chỉnh 55 an Hình 4.2 Hệ thống cảnh báo có trộm Hình 4.3 Hệ thống cảnh báo có khí gas 56 an Hình 4.4 Hệ thống lúc bình thƣờng Hình 4.5 Gọi điện đến ngƣời quản lý Hình 4.6 Nhắn tín đến ngƣời quản lý 57 an Nhận xét:  Hệ thống phát đƣợc nồng độ khí gas khơng khí phát đƣợc đối tƣợng xâm nhập vào vùng giám sát  Còi buzzer hoạt động tốt theo yêu cầu  Việc giám sát máy tính hoạt động bình thƣờng nhiên độ trễ định  Việc gọi nhắn tin hoạt động yêu cầu nhiên có độ trễ  LCD hiển thị theo yêu cầu 4.2 KẾT QUẢ PHẦN MỀM Hình 4.7 Giao diện trang đăng nhập 58 an Hình 4.8 Giao diện bạn nút Exit Hình 4.9 Trang giao diện có báo động camera Nhận xét:  Phần mềm giao diện hiển thị máy tính theo yêu cầu  Camera hoạt động tốt, độ phân giải cao 59 an CHƢƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN Qua đề tài nhóm nắm thêm đƣợc nhiều kiến thức bổ ích nhƣ:  Chức cách hoạt động board Arduino  Cách lập trình cho board Arduino  Cấu tạo hoạt động cảm biến nhƣ : cảm biến vật cản, cảm biến khí gas  Cách hoạt động module Ethernet Shield  Cách hoạt động module sim900A  Ngơn ngữ lập trình giao diện : C# Bên cạnh kiến thức cịn hạn hẹp nên không tránh khỏi số hạn chế nhƣ:  Kiến thức lập trình giao diện C# cịn hạn chế, vấn đề bảo mật chƣa cao  Pham vi dừng lại mạng LAN, camera chƣa thể lƣu đƣợc hình ảnh Arduino 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN Do hạn chế thời gian, kiến thức vấn đề kinh tế nên ngoại vi, cảm biến mơ hình cịn đơn giản Do áp dụng vào thực tế, mơ hình cần phải đƣợc nâng cấp cảm biến nhƣ ngoại vi để thích ứng cho ứng dụng cụ thể nhƣ:  Mở rộng nghiên cứu sâu lập trình web để tăng tính bảo mật cho web, thiết kế web thực chức phức tạp hơn, đăng kí tên miền cho web Góp phần quản lý không dừng lại mạng LAN 60 an  Phát triển giao diện chạy tảng android, IOS để tƣơng tác với ngƣời dùng smartphone  Thêm nguồn dự phòng có cố điện giúp hệ thống hoạt động liên tục  Hy vọng với hƣớng phát triền với ý tƣởng, góp ý thầy cô bạn Đề tài đƣợc phát triển sớm đƣợc ứng dụng cho tƣơng lai 61 an TÀI LIỆU THAM KHẢO Website [1] https://khoere.com/81/lap-trinh-ethernet-shield-voi-arduino [2] http://arduino.vn/ [3] https://www.youtube.com/watch?v=iFEts-FugRo [4] http://arduino360.com/ [5] http://info24h.vn/lap-trinh-xu-ly-giao-dien-trong-winform-voi-c-183.html 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 2012 – 2011 [2] Huỳnh Thái Anh Tuấn (2012), “Thiết kế xây dựng hệ thống giám sát cảnh báo cháy báo trộm”, Đồ án tốt nghiệp khóa 2012 [3] Nguyễn Đình Phú (2014), “Vi điều khiển PIC”, Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh, Việt Nam [4] Trần Thu Hà (2003), “Giáo trình Điện tử bản”, Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh, Việt Nam 62 an S an K L 0 ... “Xây dựng hệ thống giám sát cảnh báo qua mạng? ??, nhóm thực kết hợp board Arduino Uno R3 với linh kiện điện tử khác Kết đạt đƣợc khóa luận xây dựng mơ hình giám sát cảnh báo trộm, cảnh báo rị rỉ... tình trạng Với mạng lƣới công nghệ số lan rộng khắp toàn cầu Hệ thống mạng di động mạng Internet hỗ trợ nhiều cho việc giám sát Các cảnh báo nhanh chóng đƣợc thơng báo mạng di động mạng Internet... ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO QUA MẠNG SVTH: MSSV: TRẦN ANH TUẤN 13119202 NGUYỄN KHÁNH TIÊN 13119147 NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY TÍNH GVHD: TH.S ĐẬU TRỌNG HIỂN Tp Hồ Chí Minh, tháng