Hệ thống cảnh báo tích hợp trong gia đình

Hệ Thống Cảnh Báo Tích Hợp Trong Gia Đình Nguyễn Văn Thắng Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Thủy lợi Email nguyenbathang@tlu edu vn Abstract— Trong bài báo này, tác giả đề xuất mô hình một hệ thống[.]

Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Hệ Thống Cảnh Báo Tích Hợp Trong Gia Đình Nguyễn Văn Thắng Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Thủy lợi Email: nguyenbathang@tlu.edu.vn Abstract— Trong báo này, tác giả đề xuất mơ hình hệ thống nhúng tích hợp thực bốn cảnh báo tự động cảnh báo tay ứng dụng gia đình Việc giao tiếp cảm biến khối xử lý trung tâm thông qua thu phát RF Bộ vi điều khiển khối xử lý trung tâm nhận, xử lý liệu đưa cảnh báo Loa đặt nhà tự động gọi điện cảnh báo tới số điện thoại thiết lập trước Trên tảng sẵn có thiết bị, cảm biến, vi điều khiển nên dễ ràng triển khai, lắp mạch, lập trình để điều khiển cho hệ thống hoạt động ổn định, chất lượng cao Hình Mơ hình tổng thể hệ thống đề xuất Với mục đích: Báo trộm, báo cháy, báo rị khí gas báo có tình khẩn cấp (người già bị ngã, đột quỵ, thông báo khẩn cấp cho người thân) hệ thống sử dụng số thiết bị đưa Hình 2-8 đây: Keywords- Hệ thống nhúng, tích hợp cảm biến, gậy chống thơng minh I GIỚI THIỆU Tình trạng trộm đột nhập vào nhà dân lấy cắp tài sản, cố rị khí gas, chập cháy hộ gia đình xảy phổ biến nước ta Điều dẫn tới thiệt hại người Chính vậy, gia đình cần nâng cao cảnh giác có biện pháp đề phịng Bên cạnh đó, sức khỏe người già người ốm đau bệnh tật khơng có khả tự lại mà phải nhờ tới gậy chống gia đình, bác sĩ đặc biệt quan tâm, chăm sóc Tình đột quỵ té ngã dẫn đến hậu khơn lường khơng có người nhà người bệnh Với phát triển công nghệ nay, tác giả đề xuất hệ thống tích hợp thiết bị giải phần tình nêu cách đưa cảnh báo tự động tay để kịp thời ngăn chặn, hạn chế tối đa thiệt hại người của, mang lại an tồn, bình n cho gia đình xã hội Hình Cảm biến chuyển động HC SR501 [1] Hình Cảm biến khí gas [2] Phần cịn lại báo tổ chức sau: phần II, tác giả mô tả số thiết bị cần dùng mơ hình đề xuất Phần III trình bày hoạt động hệ thống kết đạt Kết luận báo trình bày phần IV II THIẾT BỊ VÀ MƠ HÌNH ĐỀ XUẤT Mơ hình hệ thống đề xuất mơ tả Hình Hình Cảm biến báo cháy [3] ISBN 978-604-80-7468-5 336 Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) lắp ráp mạch Khối xử lý liệu (gọi Mạch thực tế khối thu xử lý trung tâm Hình 19) III NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Sơ đồ khối hệ thống cảnh báo đề xuất mô tả Hình Hình 10 lưu đồ thuật tốn hệ thống Hình Gậy chống Hình Sơ đồ khối hệ thống cảnh báo đề xuất Hình Bo mạch Arduino nano Hình Rơle chuyển mạch Để truyền thông tin từ cảm biến tới khối xử lý liệu mơ tả Hình 1, cảm biến gắn thêm mạch phát RF Ngược lại, khối xử lý liệu cần có thu RF (Hình 8) Hình 10 Lưu đồ thuật tốn hệ thống Nguyên lý hoạt động kết hệ thống: + Đối với thiết bị báo tình trạng khẩn cấp: Áp dụng cho người già, người ốm yếu (gọi chung người già) phải sử dụng gậy chống di chuyển Trường hợp có tình điển hình: 1) Người già chủ động báo cho người nhà, bác sĩ… tình trạng bệnh thân trở nặng, gặp nguy hiểm, cố khác xảy nhà mà tự gọi điện thoại cần bấm vào nút thiết kế sẵn đầu gậy (Hình 11b) Hình Mạch thu phát RF Ngồi thiết bị trình bày trên, hệ thống sử dụng nhiều thiết bị, linh kiện khác để thiết kế ISBN 978-604-80-7468-5 337 Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thơng Cơng nghệ Thơng tin (REV-ECIT2022) Lập tức, tín hiệu cảnh báo gửi đến điện thoại Khối thu xử lý trung tâm; 2) Người già không chủ động báo bị ngã, đột quỵ Khi tín hiệu cảnh báo tự động gửi đến điện thoại Tình báo tin gậy chống hoạt động sau: Khi ngã, gậy chống đổ ra, phía chân gậy ln cao phía đầu gậy nên bi sắt bố trí sẵn Hình 11a lăn ngược lên phía đầu gậy làm thơng mạch, tương tự trường hợp bấm khóa K tình thứ Khi kích hoạt thiết bị báo khẩn cấp gắn chân gậy (sử dụng đồng hồ định vị trẻ em) Thiết bị truyền thông tin cảnh báo đến điện thoại Khối thu xử lý trung tâm (Hình 9) đảm bảo tín hiệu vào vi điều khiển đủ lớn, dễ xử lý) Khi đó, Khối “Vi xử lý” điều khiển đóng mở Rơle để gọi đến số điện thoại cần báo tin theo thứ tự ưu tiên thiết lập trước + Các cảm biến: Báo trộm, báo rị khí gas, báo cháy Mỗi cảm biến thực chức tương ứng Các cảm biến sau phát có trộm, bị rị rỉ khí gas, có hỏa hoạn → tín hiệu phát tới thu RF-315 Mhz (gọi tắt thu RF) nhờ phát RF gắn cảm biến Từ thu RF đưa điện áp chân tương ứng với cảm biến đưa tới khối “Vi xử lý” Khối vi xử lý sử dụng vi điều khiển Arduino nano (Hình 6) Tiếp đến, khối “Vi xử lý” tạo xung điện áp V điều khiển cho Rơle đóng mở tiếp điểm Trong hệ thống sử dụng 02 Rơle dành cho “Khối điều khiển nguồn”, 08 Rơle dành cho điện thoại khẩn cấp – Cài đặt để gọi cho số điện thoại theo thứ tự ưu tiên Sau đó, đưa tín hiệu đến “Khối xử lý âm thanh” dạng MP3 Trong khối này, ghi âm cài đặt sẵn cảnh báo như: Ứng với cảm biến báo trộm “Nhà có trộm” “Trộm đột nhập”…, ứng với cảm biến báo khẩn cấp “Bố bị ngã”, “Mẹ bị đột quỵ”…ứng với cảm biến báo rị khí gas “Hở bình gas”, “Nguy hiểm, nguy hiểm, ý bình gas bị hở”…ứng với cảm biến báo cháy “Cháy nhà, cháy nhà, cần dập lửa ngay”… Thời gian xung điện áp đưa Rơle giây (sau giây tắt), khoảng thời gian từ xung thứ đến xung lần 2, xung phút (bao gồm thời gian on off xung điện áp) Ta thay đổi khoảng thời gian theo ý muốn Trong Rơle kết nối đến điện thoại Rơle kết nối tương ứng với phím điện thoại từ đến (Có thể thiết lập số ứng với phím, ứng dụng để tối đa số điện thoại) Khi Rơle đóng số điện thoại tương ứng gọi từ điện thoại Khối thu xử lý trung tâm Các số điện thoại cần liên lạc nhận tín hiệu cảnh báo lưu ứng dụng gọi nhanh điện thoại Đồng thời, vi xử lý đưa tín hiệu đến khối xử lý âm để thơng báo tình trạng báo động (đã đặt sẵn cảm biến cảnh báo đó) Khối xử lý âm dùng Module DFPlayer Mini [4] Hình 12 (a) (b) Hình 11 Gậy chống thơng minh: a) Thiết kế bên trong, b) Sản phẩm hoàn thiện Ở tình nêu trên, sau tín hiệu cảnh báo gửi đến điện thoại, tín hiệu tiếp tục đưa tới khối “Vi xử lý” (giữa đầu điện thoại với đầu vào vi điều khiển thiết kế mạch khuếch đại tín hiệu nhằm ISBN 978-604-80-7468-5 Hình 12 Sơ đồ khối Module DFPlayer Mini 338 Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Trong hệ thống đề xuất, cảm biến khí gas đặt khu vực bếp đun, cảm biến báo cháy đặt nơi có nguy cháy nổ cao nơi có luồng khí bay lên nhà (lý cháy, nổ sinh lửa, khói), cảm biến báo trộm (cảm biến chuyển động) thường đặt khu vực bên cửa vào nơi xung yếu, dễ bị kẻ trộm đột nhập nhà Còn cảnh báo khẩn cấp người già ln nằm gậy chống, nên phụ thuộc vào di chuyển người già Khối thu xử lý trung tâm, loa cảnh báo đặt vị trí thuận tiện cho việc thu tín hiệu từ gậy chống bảm biến Đồng thời, để người nhà dễ ràng nghe báo động Phạm vi kết nối thu phát RF từ 30 đến 50 m có vật cản, khơng có vật cản 100 m Trong thiết kế có chức cảnh báo qua điện thoại cho phép người nhận cảnh báo vị trí xa Hình 13-15 hình ảnh cảm biến chuyển động, cảm biến khí gas, cảm biến nhiệt độ sau gắn thêm phát RF để truyền liệu sang thu RF Hình 15 Module báo cháy hoàn thiện Khối thu xử lý trung tâm mơ tả Hình thiết kế thành mạch tích hợp riêng Trước lắp ráp mạch thực tế cần qua công đoạn thiết kế Thiết kế mạch in 2D, 3D lớp 3D lớp Khối thu xử lý trung tâm l Hình 16-18 Hình 16 Mạch in 2D Hình 13 Module chuyển động hồn thiện Hình 17 Mạch in 3D lớp Hình 14 Module phát rị khí gas hồn thiện Hình 18 Mạch in 3D lớp ISBN 978-604-80-7468-5 339 Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thơng tin (REV-ECIT2022) thơng qua mạng gia đình để nâng cao chất lượng sống [5]; Sử dụng kết nối Bluetooth, GSM để tương tác thiết bị điện nhà với người dùng để điều khiển thiết bị cách thuận tiện hoạt động theo lịch trình cài đặt sẵn [6]; Xây dựng hệ thống mơ mơ hình nhà thơng minh tích hợp phần cứng phần mềm sử dụng công nghệ IoT để điều khiển thiết bị [7] etc Mỗi nghiên cứu ứng dụng đưa giải pháp khác Trong nghiên cứu này, tác giả kết hợp thiết bị phần cứng với mạng điện thoại, thiết bị điều khiển RF để thực việc kết nối truyền thông tin cảnh báo Hệ thống thiết kế đơn giản hoạt động tốt, có độ tin cậy cao, chi phí thấp, có tính ứng dụng cao cho gia đình Hình 19 Mạch thực tế khối thu xử lý trung tâm IV KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Trong báo này, tác giả đề xuất xây dựng hệ thống thiết bị nhúng tích hợp 03 cảm biến 01 thiết bị cảnh báo có tình khẩn cấp Hệ thống đưa cảnh báo có trộm đột nhập nhờ cảm biến chuyển động, cảnh báo rò rỉ khí gas, cảnh báo cháy Chiếc gậy chống thiết kế đặc biệt để người già chủ động gửi thông báo khẩn cho người thân, bác sĩ gửi cảnh báo khẩn tự động người già bị ngã, đột quỵ Khi cảnh báo thông qua Loa đặt nhà gọi trực tiếp tới điện thoại thiết lập trước Khoảng cách kết nối thu RF phát RF lên đến 50 m có vật cản lên tới 100 m khơng có vật cản Do cảnh báo hình thức gọi điện thoại nên cho phép người nhận cảnh báo nơi đâu, phụ thuộc vào sóng điện thoại liên lạc hai máy Trên thực tế, có nhiều nghiên cứu mơ hình nhà thơng minh như: Tích hợp cơng nghệ dịch vụ ISBN 978-604-80-7468-5 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] 340 http://mualinhkien.vn/san-pham/636/module-cam-bienchuyen-dong-hc-sr501.html Hướng dẫn sử dụng cảm biến khí GAS (MQ2) với Arduino | Cộng đồng Arduino Việt Nam Mạch Cảm Biến Nhiệt Độ W1209 12v | Shopee Việt Nam DFPlayer_Mini_SKU_DFR0299-DFRobot Rosslin John Robles and Tai-hoon Kim "Applications, systems and methods in smart home technology: a review." International Journal of Advanced Science and Technology, Vol 15, February, 2010, Pg 37-47 Võ Minh Phụng, Dương Thị Thanh Hiên, Võ Tiến Phúc, “Nghiên cứu xây dựng mơ hình điều khiển nhà thông minh sử dụng kết nối Bluetooth, GSM”, Tạp chí khoa học Đại học Đà Lạt, Tập 8, Số 3, 2018 49-60 Nguyễn Văn Thắng, Phạm Trung Minh, Nguyễn Cảnh Toàn, Nguyễn Trọng Đức, “Ứng dụng Internet of Things xây dựng ngơi nhà thơng minh”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải số 47, 2016 54-58  ... HOẠT ĐỘNG VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Sơ đồ khối hệ thống cảnh báo đề xuất mơ tả Hình Hình 10 lưu đồ thuật tốn hệ thống Hình Gậy chống Hình Sơ đồ khối hệ thống cảnh báo đề xuất Hình Bo mạch Arduino nano... cho gia đình Hình 19 Mạch thực tế khối thu xử lý trung tâm IV KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Trong báo này, tác giả đề xuất xây dựng hệ thống thiết bị nhúng tích hợp 03 cảm biến 01 thiết bị cảnh báo. .. tình khẩn cấp Hệ thống đưa cảnh báo có trộm đột nhập nhờ cảm biến chuyển động, cảnh báo rị rỉ khí gas, cảnh báo cháy Chiếc gậy chống thiết kế đặc biệt để người già chủ động gửi thơng báo khẩn cho