Đồ án kỹ thuật điện tử hệ thống báo trộm qua điện thoại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ “HỆ THỐNG BÁO TRỘM QUA ĐIỆN THOẠI” Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Ngọc Anh Nhóm sinh viên thực : DREAM Nguyễn Hữu Đức ( Mã sv: 2022604837 ) Đào Ngọc Hà Lộ Thị Hà Hoàng Phi Long Nguyễn Hiền Long Nguyễn Hải Nam Lớp 20221FE6029006 MỤC LỤC I, LỜI MỞ ĐẦU 1, Linh kiện điện tử Trong hệ thống báo trộm qua điện thoại gồm:  Module Wifi ESP8266  Kit Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340  Module Relay 5V Kích Mức Cao/Thấp V1  Cảm biến tiệm cận E18-D80NK  App BAOTROMFIREBASE 1.1 Module Wifi ESP8266 1.1.1 Khái niệm chung ESP8266 ESP8266 dịng chip tích hợp Wi-Fi 2.4Ghz lập trình được, rẻ tiền sản xuất công ty bán dẫn Trung Quốc: Espressif Systems Được phát hành vào tháng năm 2014, đóng gói đưa thị trường dạng Module ESP-01, sản xuất bên thứ 3: AI-Thinker Có khả kết nối Internet qua mạng Wi-Fi cách nhanh chóng sử dụng linh kiện kèm Với giá nói rẻ so với tính khả ESP8266 làm ESP8266 có cộng đồng nhà phát triển giới lớn, cung cấp nhiều Module lập trình mã nguồn mở giúp nhiều người tiếp cận xây dựng ứng dụng nhanh 1.1.2 Phần cứng ESP8266 Cấu trúc phần cứng dòng chip sử dụng ESP8266 tóm tắt  Sử dụng 32-bit MCU core có tên Tensilica  Tốc độ xung hệ thống thiết lập 80MHz 160MHz Khơng tích hợp nhớ Flash để lưu chương trình  Tích hợp 50KB RAM để lưu liệu ứng dụng chạy  Có đầy đủ ngoại vi chuẩn để giao tiếp 17 GPIO, Slave SDIO, SPI, I2C, I2S, UART, PWM  Tích hợp mạch RF để truyền nhận liệu tần số 2.4GHz  Do không hỗ trợ nhớ Flash nên board sử dụng ESP8266 phải gắn thêm chip Flash bên thường Flash SPI để ESP8266 đọc chương trình ứng dụng với chuẩn SDIO SPI Hình 1.1.Module ESP8266-12E 1.1.3 Phân loại ESP8266 Hiện có nhiều Board ESP8266 thị trường.Dưới dây số Board thông dụng thời điểm a, Adafruit HUZZAH ESP8266 (ESP-12) Hình 1.2.Adafruit HUZZAH ESP8266 (ESP-12) Một số đặc điểm Board:  1x Reset button  x User button khởi động module, nhấn phím đưa chip bootloading mode để upload firmware  1xRed LED lập trình ( nhấp nháy có tín hiệu chẳng hạn…)  Tích hợp chuyển đổi điện áp tín hiệu từ 5V sang 3.3V cho UART chân Reset, lý esp8266 chạy điện áp 3.3V  Tích hợp IC ổn áp 3.3V, 500mA  điot bảo vệ chống cấp ngược nguồn  x Analog input (1.8V max)  x GPIO (3.3V logic), sử dụng giao tiếp I2C hặc SPI  x UART pins  x 3-6V power inputs, reset, enable, LDO-disable, 3.3V output b, NodeMCU 1.0 Hình 1.3.NodeMCU Một số thơng số Board:  Sử dụng chip USB-Serial CP2102  Lõi chip ESP-12E: xung nhịp 80MHz, Flash 8MB  Blue LED cho GPIO16  IC ổn áp 3.3V NCP1117 1.0  button FLASH RESET 1.2 Kit Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340 Hình 1.4.Node MCU V3 CH340 – kit RF thu phát wifi ESP8266 Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340 phiên NodeMCU sử dụng IC nạp giá rẻ CH340 từ Lolin với xử lý trung tâm module Wifi SoC ESP8266, kit có thiết kế dễ sử dụng đặc biệt sử dụng trực tiếp trình biên dịch Arduino để lập trình nạp code Điều khiến việc sử dụng lập trình ứng dụng ESP8266 trở nên đơn giản Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340 dùng cho ứng dụng cần kết nối, thu thập liệu điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt ứng dụng IoT Thơng số kỹ thuật:  IC chính: ESP8266 Wifi SoC  Phiên firmware: NodeMCU Lua  Chip nạp giao tiếp UART: CH340  GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU  Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB Vin  GIPO giao tiếp mức 3.3VDC  Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash  Tương thích hồn tồn với trình biên dịch Arduino 1.3 Cảm biến tiệm cận E18-D80NK Cảm biến vật cản hồng ngoại OMDHON E18- D80NK Adjustable IR Infrared Proximity Sensor Hshop.vn nhập từ hãng OMDHON với chất lượng tốt, độ bền độ ổn định cao, đặc biệt cảm biến có khoảng cách điều chỉnh xác từ 3~80cm với thấu kính hồng ngoại chất lượng tốt, so sánh ngược lại loại cảm biến giá rẻ thị trường với thấu kính chất lượng khả điều chỉnh không thông số (không thể điều chỉnh gần được), Quý Khách mua để so sánh kiểm chứng Cảm biến vật cản hồng ngoại OMDHON E18- D80NK Adjustable IR Infrared Proximity Sensor sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định vật cản phía trước cảm biến, cảm biến phát tia hồng ngoại với dải tần số chuyên biệt cho khả chống nhiễu tốt kể điều khiện ánh sáng trời Cảm biến vật cản hồng ngoại OMDHON E18- D80NK Adjustable IR Infrared Proximity Sensor chỉnh khoảng cách phát vật cản mong muốn thông qua biến trở cảm biến, cảm biến có ngõ tín hiệu cấu trúc cực thu hở Transistor NPN Open Collector nên cần phải có trở kéo (khoảng 1~10K) lên chân nguồn dương VCC để tạo thành tín hiệu mức cao (High) Thông số kỹ thuật:  Model: OMDHON E18-D80NK Số dây tín hiệu: dây (2 dây cấp nguồn dây tín hiệu)  Chân tín hiệu ngõ ra: cấu trúc cực thu hở Transistor NPN - Open Collector nên cần phải có trở kéo (khoảng 1~10K) lên chân nguồn dương VCC để tạo thành tín hiệu mức cao (High)  Nguồn điện cung cấp: 5VDC Khoảng điều chỉnh phát vật cản cảm biến: 3~80cm (điều chỉnh biến trở cảm biến)  Góc khuếch tán (góc chiếu): 3~5 độ  Dịng kích ngõ ra: < 300mA Có led hiển thị ngõ màu đỏ  Chất liệu sản phẩm: vỏ nhựa ABS, phía đổ keo chống nước, chống va đập Kích thước: 18 x 70mm  Sơ đồ dây:  Màu Nâu (Brown): chân nguồn dương VCC cấp nguồn từ 5VDC  Màu Đen (Black): chân tín hiệu SIGNAL đầu cấu trúc cực thu hở Transistor NPN - Open Collector  Xanh Dương (Blue): chân nguồn âm GND OVDC Hình 1.6 OMDHON E18- D80NK 1.4 Module Relay 5V Kích Mức Cao/Thấp V1 Module Relay gồm rơ le hoạt động điện áp 5VDC, chịu hiệu điện lên đến 250VAC 10A. Module relay kích mức thấp được thiết kế chắn, khả cách điện tốt Trên module có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor IC cách ly quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi điều khiển) với rơ le bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định Hình 1.7 Module Relay 5V Kích Mức Cao/Thấp V1 Có sẵn header tiện dụng kết nối với vi điều khiển Mơ-đun tn thủ tiêu chuẩn an tồn quốc tế, khu vực đầu vào khu vực tải có khe cách ly Thơng số kỹ thuật  Mức logic : 0V (GND)  Điều khiển đóng ngắt điện DC AC, bạn điều khiển tải AC 220 V 10A  Có tiếp điểm thường mở thường đóng: o NO : thường mở (khi kích tiếp điểm đóng lại) o COM : chung o NC : Thường đóng (khi kích tiếp điểm mở ra)  Đầu vào: o Điện áp ni : 5VDC o Tín hiệu vào điều khiển: 0V - Tín hiệu 0: Relay đóng - Tín hiệu : Relay mở  Đầu ra: o + Tiếp điểm relay 220V 10A ( Lưu ý tiếp điểm , điện áp ra) o + NC : Thường đóng o + NO: Thường mở o + COM: Chân chung  Ký hiệu nguồn: o VCC, GND nguồn nuôi Relay o In chân tín hiệu điều khiển II QUY TRÌNH VÀ KẾT QUẢ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ * Yêu cầu thiết kế : Hệ thống báo trộm qua điện thoại  Cơ cấu : Hệ thống báo trộm qua điện thoại sử dụng linh kiện phần cứng để lắp ráp kết hợp với sử dụng ứng dụng MIT App Inventor Firebase để thiết kế hệ thống cảnh báo người chủ có trộm đột nhập  Mơ hình thiết kế cần đảm bảo : o Thiết kế nhỏ gọn, để nhiều nơi, điều khiển từ xa bảo vệ nơi bạn lắp đặt thiết bị o Thiết bị chống trộm độc lập dành cho gia đình, văn phịng, … o An tồn cho tính mạng tài sản người dùng, giá thành hợp lý o Hệ thống nhận lệnh điều khiển xác  Một số thơng số kỹ thuật : o Kích thước : o Giá thành : 160000 VND o Thời gian hoàn thành : o Nguồn điện : o Bảo quản : *Sơ đồ khối MIT App KHỐI CẢM BIẾN KHỐI XỬ LÝ KHỐI NGUỒN THIẾT BỊ ĐẦU RA Chức khối : Khối cảm biến : Cảm biến vật cản hồng ngoại E18 – D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh nhiễu sử dụng mắt nhận, phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến E18 – D80NK chỉnh khoảng cách thơng qua biến trở Khối nguồn : Cung cấp lượng cho khối cảm biến, khối xử lý, thiết bị đầu Khối xử lý : Sau nhận tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại module replay kích hoạt loa thiết bị đầu Hoạt động đồng thời với module replay, ESP8266 sau nhận tín hiệu từ cảm biến truyền đến điện thoại thông qua kết nối wifi Sử dụng trực tiếp trình biên dịch Arduino để lập trình nạp code Sau liên kết với điện thoại gửi thơng báo có trộm Khối thiết bị đầu ( loa, điện thoại ): loa nhận tín hiệu từ module replay để phát cảnh báo, điện thoại nhận cảnh báo từ ESP8266 phát thông báo cho người dùng có trộm MIT App : Là web thiết kế ứng dụng BAOTROMFIREBASE 2.1 Thiết kế phần cứng 2.1.1 Khối cảm biến - Là cảm biến tiệm cận quang điện tích hợp truyền nhận Khoảng cách phát vật thể từ 3cm đến 80CM Cảm biến có ưu điểm khoảng cách phát xa, nhiễu, giá rẻ, lắp ráp dễ dàng, sử dụng thuận tiện - Cảm Biến Khoảng Cách Tiệm Cận E18-D80NK sử dụng rộng rãi nhiều sản phẩm tự động hóa robot tránh chướng ngại vật, đếm số lượng dây chuyền lắp ráp - Có thể điều chỉnh khoảng cách phát vật thể 3-80cm Cảm biến có tốc độ phản hồi thấp, tương thích tốt với dịng vi điều khiển Arduino 2.1.2 Khối xử lý - Gồm rơ le hoạt động điện áp 5VDC, chịu hiệu điện lên đến 250VAC 10A, thiết kế chắn, khả cách điện tốt Trên module có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor IC cách ly quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi điều khiển) với rơ le bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định - NodeMCU V3 phát triển dựa CHIP WIFI ESP8266EX Board cịn tích hợp IC CH340, giúp dễ dàng giao tiếp với máy tính thơng qua Micro USB - Board có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng liên kết với thiết bị ngại vi cách nhanh chóng 2.2 XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN 2.2.1 Phần mền lập trình Arduino Sử dụng phần mềm Arduino IDE để lập trình cho ESP8266 Arduino IDE mơi trường để lập trình nạp code cho dòng Arduino Arduino IDE xây dựng miền tảng Java nên hỗ trợ hầu hết hệ điều hành Phần mềm Arduino IDE Giao diện Arduino IDE chia thành vùng chính: Giao diện Arduino IDE \ + Vùng 1: Các phím chức Các phím chức Arduino IDE +Vùng 2: Cửa sổ để viết chương trình  Chương trình Code viết đây.Ở có hai hàm quan trọng setup() loop()  Hàm setup() khởi chạy lần Chức hàm dùng để khởi tạo biến, khai báo chức chân, khởi tạo thông số bán đầu  Hàm loop() nơi chương trình chạy lặp lặp lại đến ngắtvi điều khiển  Các dấu “//” dùng để tạo thích, giúp cho việc đọc code dễ dàng  Trong lập trình có phân biệt ký tự hoa, thường, tuyệt đối phải đánh chích xác, đồng thời cuối câu lệnh cần phải có dấu chấm phẩy (;), trừ lệnh khai báo thư viện + Vùng 3: Hiển thị thơng tin liên quan đến chương trình  Là cửa sổ để thị việc build chương trình, nạp chương trình thành cơng xuống vi điều khiển cảnh báo khác liên quan đến chương trình điều khiển Lưu ý, thông báo trạng thái trình viết chương trình (write code), xây dựng chương trình ( build code) nạp chương trình ( program code) hiển thị Cửa sổ gọi cửa sổ debug 2.2.2 Tạo ứng dụng BAOTROMFIREBASE MIT App Inventor +Bước : Đầu tiên truy cập vào website MIT Application Inventor: http://ai2.appinventor.mit.edu/ Sau nhấp vào “Create Apps!“ góc bên trái, bạn tiến hành đăng nhập với tài khoản gmail Giao diện web MIT App Inventor +Bước : Sau đăng nhập, bạn nhấp vào “Projects” hình sau chọn “Start new project” Tiếp theo, đặt tên cho dự án, dự án nhóm Dream là: “BAOTROMFIREBASE” +Bước : Bây tiến hành thiết kế giao diện cho ứng dụng cách chọn nhấp chọn nút “Designer” góc bên phải Trong hình thiết hình bên dưới, nhấp chọn kéo đối tượng (component) cột Palette vào hình thiết kế Viewer hình bên Lưu ý, cột Components cho thấy đối tượng sử dụng để thiết kế giao diện cho ứng dụng Có thể thay đổi thuộc tính đối tượng cột Properties +Bước : Sau thiết kế giao diện cho ứng dụng xong, bạn nhấp vào “Blocks” góc bên phải để lập trình cho ứng dụng +Bước : Trong hình lập trình hình bên dưới, nhấp vào đối tượng tương ứng hình thiết kế chọn xếp khối hình +Bước : Sau thiết kế giao diện lập trình cho ứng dụng xong, đóng gói ứng dụng file apk cài vào điện thoại Để xuất file apk bạn chọn “Build” menu chọn “App“ Có cách để biên dịch cài đặt ứng dụng vào điện thoại  Cách 1: Sử dụng phần mềm MIT AI2 Companion Với cách này, người cần cài đặt phần mềm MIT AI2 Companion điện thoại  Cách 2: Biên dịch file apk cài đặt Đầu tiên, download file apk máy tính (chọn save apk to my computer), sau chép file sang điện thoại để cài đặt Trong dự án nhóm em chọn Cách Để thực hiện, giao diện thiết kế AI2, chọn Build >> App (provide QR code for apk) Sau biên dịch xong xuất mã QR code, sử dụng phần mềm MIT AI2 Companion để quét mã vạch QR, sau file apk tự động tải điện thoại Cuối cùng, cài đặt ứng dụng vào điện thoại +Bước : Bây ứng dụng sẵn sàng Nhưng để điều khiển thiết bị điện qua wifi điện thoại cần thực bước cuối phải nạp chương trình cho NodeMCU Arudino để tạo máy chủ web HTTP đơn giản để điều khiển thiết bị điện nhà Chúng ta sử dụng phương thức HTTP GET để giao tiếp ứng dụng Android ESP8266 Android Giao diện hoành thành ứng dụng “BAOTROMEFIREBASE” 2.3 Thực lắp ráp linh kiện phần cứng chạy chương trình