Thiết kế mô hình giám sát cho nhà thông minh và ứng dụng công nghệ xử lý ảnh kết hợp với open cv trong python

Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH GIÁM SÁT CHO NHÀ THÔNG MINH ỨNGDỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH KẾT HỢP VỚI OPEN CV TRONG PYTHONSinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Hoài Linh Mã SV: 1911505120123 Lớp: 1

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÔ HÌNH GIÁM SÁT CHO NHÀ THÔNG MINH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

ẢNH KẾT HỢP VỚI OPEN CV

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Hoài Linh

Đà Nẵng, 06/2023

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Hoài Linh

Đà Nẵng, 06/2023

Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH GIÁM SÁT CHO NHÀ THÔNG MINH ỨNGDỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH KẾT HỢP VỚI OPEN CV TRONG PYTHON

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Hoài Linh Mã SV: 1911505120123 Lớp: 19D2

Đề tài này tập trung vào việc thiết kế và triển khai một mô hình giám sát và cửa bảomật cho nhà thông minh, sử dụng công nghệ xử lý ảnh và kết hợp với thư viện OpenCVtrong ngôn ngữ lập trình Python Mô hình nhằm mục đích cung cấp một hệ thống giámsát an ninh và bảo mật thông minh cho ngôi nhà

Trong đề tài, em sẽ tìm hiểu về các khái niệm cơ bản của nhà thông minh và giámsát an ninh Em sẽ áp dụng công nghệ xử lý ảnh và sử dụng thư viện OpenCV trongPython để phát hiện và nhận dạng các sự kiện đáng ngờ trong ngôi nhà, như xâm nhậphoặc chuyển động bất thường

Ngoài ra, em sẽ thiết kế và triển khai một hệ thống cửa bảo mật thông minh Bằngviệc sử dụng cảm biến chuyển động và công nghệ xử lý ảnh, em sẽ phát hiện và nhậndạng các sự kiện liên quan đến việc mở hoặc đóng cửa Các cửa bảo mật sẽ được kíchhoạt tự động và có thể được điều khiển từ xa thông qua ứng dụng di động hoặc giao diệnngười dùng

Mục tiêu của đề tài là tạo ra một mô hình giám sát và cửa bảo mật thông minh trongnhà thông minh, sử dụng công nghệ xử lý ảnh và OpenCV trong Python, tăng cường sự

an toàn và bảo mật cho người sử dụng Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong các hệthống giám sát an ninh và bảo mật thông minh cho ngôi nhà, đóng góp vào sự phát triểncủa lĩnh vực nhà thông minh và công nghệ an ninh

i

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS Võ Thị Hương

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Hoài Linh Mã SV: 1911505120123

1 Tên đề tài: “THIẾT KẾ MÔ HÌNH GIÁM SÁT CHO NHÀ THÔNG

MINH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH KẾT HỢP VỚI OPEN CV TRONG PYTHON “.

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Số liệu, tài liệu ban đầu:

Tìm hiểu thông tin đề tài qua các trạng mạng, và tham khảo các tài liệu trước đó

- Phạm Minh Tuấn – Arduino cho người mới bắt đầu

- Cộng đồng arduino Việt Nam

Tìm hiểu thông tin trên web về đề tài

- Khóa cửa bảo mật:

3 Nội dung chính của đồ án:

Đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH GIÁM SÁT CHO NHÀ THÔNG MINH ỨNGDỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH KẾT HỢP VỚI OPEN CV TRONG PYTHON” Là

hệ thống cửa bảo mật cho phép đóng mở cửa bằng nhiều chế độ và hệ thống Cameragiám sát theo dõi chuyển động trong nhà Hệ thống hoạt động dựa trên ứng dụng xử lýảnh trong việc nhận dạng khuôn mặt người và phát hiện chuyển động sử dụng KitRaspberry Pi 4, ngôn ngữ lập trình Python, cùng với thư viện OpenCV

hình, mô hình có thể điều khiển đóng mở cửa, camera theo dõi và thông báo cho ngườidùng khi có người lạ trong nhà

4 Các sản phẩm dự kiến

- Mô hình một cửa bảo mật và camera giám sát chuyển động trong nhà

- Báo cáo tổng kết đề tài, Slide thuyết trình đề tài

Thời gian thực hiện: Từ ngày: 9/1/2023 đến ngày:20/5/2023

5 Mục tiêu

- Sử dụng webcam thu hình ảnh và so sánh với cơ sở dữ liệu mở cửa

-Sử dụng nút nhấn để lựa chọn chế độ (Thêm thẻ mới, xóa thẻ, thêm vân tay, xóa Vântay….)

-Sử dụng LCD để hiển thị các chế độ

- Sử dụng wedcam để giam sát và và thông báo cho người dùng khi có người lạ trongnhà

6 Nội dung chính

- Sử dụng Board Arduino + Raspberry để làm khối điều khiển trung tâm

-lập trinh cho Arduino mega 2560,lập trình raspberry

- Sử dụng Opencv python lập trình trên Raspberry để nhận diện khuôn mặt

7 Kết quả dự kiến đạt được

-hoàn thành mô hình

- Hoàn thành báo cáo tổng kết đề tài

STT Thời gian Nội dung công việc Kết quả đạt được dự kiến

1 Tuần 1 Gặp GVHD để tìm hiểu

và chọn đề tài

- Chọn được đề tài phù hợp với nhóm

2 Tuần 2 Hoàn thành đề cương

đồ án tốt nghiệp và Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp

-Hoàn thành đề cương và nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp

3 Tuần 3 -4-5 - Nghiên cứu về cửa

tự động RFID, cảm biến vân tay, chuẩn truyền thông I2C, UART,SPI

- tìm hiểu về lập trình python ,Arduino, Raspberry

-Hiểu được cách thức hoạt động của từng linh kiện-Hiểu rõ cách kết nối giữa các linh kiệnvới nhau -Hiểu cơ bản về python

4 Tuần 6-7-8 -Viết chương trình

cho Board Arduino -chạy thử code trên test board

- Hiểu rõ phần mềm lập trình cho các module

- Viết Chương trình cho các module để chọn các chế độ

- Mở cửa được bằng RFID,vân tay

5 Tuần 9-10-11 - Viết chương trình

nhận diện khuôn mặt trên Opencv python

- kết nối vs truyền tín hiệu cho board

Arduino

-Chạy thử code nhận diện khuôn mặt

- Mở cửa được bằng nhậndiện khuôn mặt

6 Tuần 12 -Thi công mô hình và

lắp ráp các linh kiện -Chế tạo mô hình

7 Tuần 13 -Chỉnh sữa và khác

phục lỗi trong quá trình thi công-Chạy thử nghiệmsản phẩm

-Khắc phục lỗi khi thi công

v

9 Tuần 15 -Báo cáo đề tài tốt nghiệp- Trình bày đề tài với GVHD

BỘ MÔN DUYỆT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN SINH VIÊN

Võ Thị hương Nguyễn Văn Hoài Linh

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 2 năm 2023.

Trong khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ,đóng góp ý kiến và sự dẫn dắt chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến giáo viên hướng dẫn -Th.S Võ ThịHương là người đã tận tình hướng dẫn , chỉ bảo em trong thời gian hoàn thành đồ án tốtnghiệp này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến với quý thầy cô giáo trongTrường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Đà Nẵng nói chung và các thầy cô giáo trong khoaĐiện - Điện Tử nói riêng đã dạy dỗ cho em về các kiến thức đại cương cũng như các mônchuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững và và tạo điều kiện giúp đỡ emtrong quá trình tham gia học tập

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, những người đã luôn bêncạnh đã luôn tạo điều kiện quan tâm giúp đỡ động viên em trong suốt quá trình học tập vàhoàn thành đồ án tốt nghiệp

Với điều kiện về thời gian và lượng kiến thức về đề tài rất rộng mà kinh nghiệm cònhạn chế, đồ án này không khỏi tránh được những thiếu sót em rất mong nhận được sựchỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô đem em có điều kiện bổ sung, nâng cao kiếnthức phục vụ cho thực tế sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

vii

Tôi tên là Nguyễn Văn Hoài Linh cam đoan rằng đồ án tốt nghiệp mà tôi đã thựchiện được trình bày dưới đây được thực hiện với sự liêm chính và tuân thủ nguyên tắchọc thuật Tôi cam đoan về tính chính xác, sự thật và tính độc lập của công trình này dựatrên những thông tin, dữ liệu và tài liệu mà tôi đã thu thập và nghiên cứu.

Tôi đã tự mình thực hiện công việc nghiên cứu và viết đồ án này một cách trungthực, không sao chép hoặc vi phạm bất kỳ quy tắc về đạo đức học thuật nào Tất cả cácnguồn tài liệu, công trình hay ý tưởng của người khác đã được trích dẫn đầy đủ và đúngquy trình trích dẫn

Tôi cam đoan rằng tôi không có bất kỳ hành vi gian lận, đồng lõa hoặc tham giavào bất kỳ hình thức gian lận nào trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này

Sinh viên thực hiện

(Chữ ký, họ và tên sinh viên)

Nguyễn Văn Hoài Linh

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP II

ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP IV LỜI NÓI ĐẦU VII CAM ĐOAN VIII DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ XII

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH 4

1.1 KHÁI NIỆM VỀ NHÀ THÔNG MINH 4

1.2 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA NHÀ THÔNG MINH 4

1.2.1 Hệ thống quản lý chiếu sáng: 4

1.2.2 Hệ thống kiểm soát ra vào: 5

1.2.3 Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc: 6

1.2.4 Hệ thống giải trí đa phương tiện: 7

1.2.5 Hệ thống quản lý tiêu thụ năng lượng: 7

1.2.6 Hệ thống cảm biến và báo động: 7

1.2.7 Hệ thống kiểm soát môi trường: 8

1.2.8 Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái: 8

1.2.9 Hệ thống xử lý trung tâm, điều khiển, giám sát từ xa: 8

1.3.PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI: 9

1.3.1 Khóa thông minh 9 1.3.2 Giám Sát chuyển động và cảnh báo cho người dùng 14

1.4 TỔNG KẾT CHƯƠNG 1 15 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16

2.1.ARDUINO 16

2.1.1 Khái niệm 16

2.1.2 Lịch sử ra đời 16

2.1.3 Kiến trúc phần cứng Arduino 16

2.1.4 Nguồn Arduino 17

ix

2.2 RASPBERRY 18

2.2.1 Khái niệm raspberry 18

2.2.2 Lịch sử ra đời raspberry 19

2.2.3 Kiến trúc phần cứng raspberry 19

2.2.4 Nguồn raspberry 20

2.2.5 Môi trường phát triển phần mềm raspberry 20

2.3 GIỚI THIỆU THƯ VIỆN XỬ LÝ ẢNH 21 2.3.1 Open Cv 21

2.3.2 Phần mền lập trình open cv 22

2.3.3 Cài đặc môi trường thư viện Open cv 22

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 24

3.1 SƠ ĐỒ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 24 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 24

3.1.2 Mạch in khối xử lý trung tâm 26

3.2 THIẾT KẾ LỰA CHỌN LINH KIỆN PHẦN CỨNG 29

3.2.1 Giới thiệu Raspberry 29

3.2.2 Giới thiệu Arduino mega 2560 31

3.2.3 Giới thiệu về Module RFID-RC522 35

3.2.4 Giới thiệu về MH LCD 16x2 35

3.2.5 Giới thiệu về mạch chuyển đổi I2C 37

3.2.6 Chốt khóa điện tử 38

3.2.7 Giới thiệu về Module cảm biến vân tay AS608 38

3.2.8 Giới thiệu về mudule Sim800L 41

3.2.9 Giới thiệu Webcam Mini HD 1080p 42

3.2.10 Giới thiệu module Relay 43

3.2.11 Giới thiệu mạch giảm áp 44

3.2.1 Sơ đồ Use tổng quát 45

3.3.1 Đặc tả Use Case 46

3.3.2 Đặc tả thay đổi thẻ 46

3.3.3 Đặc tả cảnh báo 48

3.3.4 Đặc tả thay đổi vân tay 49

3.3.5 Đặc tả webcam giám sát 50

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - ĐÁNH GIÁ 55

4.1 KẾT QUẢ YÊU CẦU ĐẠT ĐƯỢC 55 4.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 55 4.3 KẾT QUẢ THU ĐƯỢC THỰC TẾ: 56 4.4.1 Nhận xét 57

4.4.2 Đánh giá 57

KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 36

xi

TABLE 2 ĐẶC TẢ THAY ĐỔI THẺ 47

TABLE 3 ĐẶC TẢ CẢNH BÁO 48

TABLE 4 ĐẶC TẢ THAY ĐỔI VÂN TAY 49

TABLE 5 ĐẶC TẢ WEBCAM GIÁM SÁT 50

Y HÌNH 1 1 HỆ THỐNG QUẢN LÝ CHIẾU SÁNG 5

HÌNH 1 2 HỆ THỐNG KIỂM SOÁT RA VÀO 6

HÌNH 1 3 HỆ THỐNG QUAN SÁT, THÔNG TIN LIÊN LẠC 7

HÌNH 1 4 ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH 9

HÌNH 1 5 KHÓA CỬA THÔNG MINH 10

HÌNH 1 6 MỞ CỬA BẰNG THẺ TỪ 11

HÌNH 1 7 MỞ CỬA BẰNG SMARTPHONE 12

HÌNH 1 8 MỞ CỬA BẰNG NHẬN DIỆN KHUÔN MẶT 13

HÌNH 2 1 THIẾT KẾ NGUỒN 17

HÌNH 2 5 PHẦN MỀM ARDUINO IDE 18

HÌNH 2 6 PHẦN MỀN THONNY PYTHON IDE 21

HÌNH 2 7 PHẦN MỀM PYCHARM 22

HÌNH 3 1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 24

HÌNH 3 2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 25

HÌNH 3 3 MẠCH IN PDF 26

HÌNH 3 4 MẠCH IN 3D 28

HÌNH 3 5 RASPBERRY PI4 MODLE B 29

HÌNH 3 6 SƠ DỒ CHÂN RASPBERRY 30

HÌNH 3 7 ARDUINO MEGA 2560 32

HÌNH 3 8 SƠ ĐỒ CHÂN ARDUINO MEGA 2560 33

HÌNH 3 9 MODULE RFI_RC522 35

HÌNH 3 10 MÀNG HÌNH LCD 16X2 36

HÌNH 3 11 SƠ ĐỒ CHÂN MÀNG HÌNH LCD 36

HÌNH 3 12 MẠCH CHUYỂN ĐỔI I2C 37

HÌNH 3 13 CẢM BIẾN VÂN TAY AS608 39

HÌNH 3 14 MODULE SIME800L 41

HÌNH 3 15 WEBCAM MINI HD 1080P 42

HÌNH 3 19 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT 51

HÌNH 3 20 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ARDUINO 53

HÌNH 3 21 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN RASPBERRY 54

HÌNH 4 1 MÔ HÌNH THỰC TẾ 56

xiii

Identification số vô tuyến

2 LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể

lỏng

3 LED Light Emitting Diode Điốt phát quang

4 I2C Inter-Integrated Circuit

5 IDE Integrater Development

Environment

Môi trường phát triển tích hợp

6 6 USB Universal Serial Bus

7 IC Integrated Circuit

8 I/O Input/output Input/output

9 UART Universal asynchronous

receiver transmitter

bộ truyền nhận nối tiếp bất đồng bộ

10 Open cv OpenSource Computer

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong thời đại số hóa ngày nay, khái niệm về nhà thông minh đã trở thành một

xu hướng không thể phủ nhận Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, chúng ta

đã chứng kiến sự ra đời của nhiều giải pháp tiên tiến và thông minh để nâng cao sự antoàn, tiện nghi và hiệu quả cho ngôi nhà của chúng ta

Trong đồ án tốt nghiệp này, em xin trình bày về hai khái niệm đó là giám sátnhà thông minh và khóa cửa thông minh, hai thành phần không thể thiếu trong việcxây dựng một hệ thống an ninh và quản lý hiện đại cho ngôi nhà của bạn

Giám sát nhà thông minh là một hệ thống sử dụng công nghệ tiên tiến để giámsát và kiểm soát mọi hoạt động diễn ra trong ngôi nhà Nó bao gồm việc sử dụng cáccảm biến chuyển động, camera an ninh và các thiết bị kết nối để theo dõi các vùngquan trọng trong ngôi nhà và phát hiện bất kỳ sự xâm nhập hoặc hành vi đáng ngờ nào.Với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và học máy, hệ thống giám sát nhà thông minhngày càng thông minh và linh hoạt hơn, cho phép chủ nhà nhận được thông báo vàkiểm soát từ xa thông qua ứng dụng di động hoặc máy tính cá nhân

Cùng với giám sát nhà thông minh, khóa cửa thông minh là một yếu tố quantrọng để đảm bảo an ninh và quản lý hiệu quả cho ngôi nhà Thay vì sử dụng khóa cơtruyền thống, khóa cửa thông minh sử dụng công nghệ kết nối để kiểm soát và quản lýtruy cập Chủ nhân nhà có thể dễ dàng mở và khóa cửa từ xa thông qua điện thoại diđộng hoặc thiết bị kết nối khác Ngoài ra, khóa cửa thông minh còn có khả năng phânbiệt và ủy quyền quyền truy cập cho các thành viên khác nhau trong gia đình hoặckhách hàng tạm thời, tạo ra một hệ thống quản lý truy cập linh hoạt và an toàn

Trong đồ án tốt nghiệp này, em sẽ tìm hiểu sâu hơn về cách thức hoạt động, ưuđiểm và ứng dụng của giám sát nhà thông minh và khóa cửa thông minh Em hy vọngrằng đồ án này sẽ giúp đem lại cái nhìn tổng quan và cung cấp kiến thức cần thiết vềhai khái niệm đó, từ đó khám phá thêm tiềm năng và ứng dụng trong lĩnh vực an ninh

và quản lý ngôi nhà Vì những lí do đó em quyết định thực hiện đề tài “THIẾT KẾ

MÔ HÌNH GIÁM SÁT CHO NHÀ THÔNG MINH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ

XỬ LÝ ẢNH KẾT HỢP VỚI OPEN CV TRONG PYTHON.” để làm đồ án tốt

nghiệp

2 Mục tiêu phạm vi đối tượng nghiên cứu

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Hiểu rõ đặc điểm, tính năng và cấu trúc giám sát nhà thông minh Nắm vữngnhững tính năng của hệ thống giám sát và cửa thông minh

- Mở cửa bằng Rfid, vân tay và Face id

- Sử dụng nút nhấn để lựa chọn chế độ (Thêm thẻ mới, xóa thẻ, ….)

- Sử dụng LCD để hiển thị các chế độ

- Sử dụng webcam để giam sát chuyển động và thu thập hình ảnh

- Thông báo cho người dùng khi có người lạ

- Hệ thống kiểm soát ra vào để lưu trữ ngày giờ ra vào cho đảm bảo antoàn

2.2 Phạm vi nghiên cứu

Trong đề tài nghiên cứu của em tập trung vào vi điều khiển Arduino Mega 2560, Rasberry và tập trung nghiên cứu về thư viện OpenCV và khám phá khả năng vàtiềm năng của nó trong lĩnh vực xử lý ảnh OpenCV cung cấp một bộ sưu tập các hàm

và thuật toán tiên tiến để thực hiện nhiều tác vụ khác nhau như phát hiện khuôn mặt,nhận dạng đối tượng,

2.3 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu về hệ thống nhà thông minh, các chức năng của một ngôi nhà thôngminh hiện nay

Tập trung nghiên cứu về Arduino Mega 2560 và Rasberry Nghiên cứu tổngquan về các linh kiện liên quan

các module, linh kiện cần có trong đề tài:

- Board Arduino mega2560

- Raspberrypi pi 4 model B

- Module RFID-RC522

- Màn hình LCD 16x2

- Module chuyển đổi giao tiếp I2C

- Module cảm biến vân tay

- Camera usb

- Nút nhấn

3 Cấu trúc nội dung đồ án

Đề tài này bao gồm 4 chương:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH

Chương này giới thiệu về hệ thống nhà thông minh, các thành phần cơ bảntrong nhà thông minh Bên cạnh đó đưa ra phương án thực hiện cho đề tài

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẦN

Chương này tập trung giới thiệu lý thuyết về các thành phần có chính trong đề tài

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Chương này nói về quá trình chọn lựa linh kiện và thi công thiết kế phần cứng

và phần mền

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ -ĐÁNH GIÁ

Chương này ta nói về đánh giá quá trình thực hiện và kết quả đạt được

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH

1.1 Khái niệm về nhà thông minh

Nhà thông minh là một khái niệm đề cập đến việc sử dụng công nghệ để tựđộng hóa và điều khiển các hệ thống trong ngôi nhà, nhằm tăng cường sự tiện nghi, antoàn và hiệu quả năng lượng Các hệ thống trong nhà thông minh có thể bao gồm ánhsáng, nhiệt độ, an ninh, giải trí, điều khiển thiết bị gia đình, và các thiết bị khác

Công nghệ trong nhà thông minh cho phép các thiết bị và hệ thống trong ngôinhà được kết nối và điều khiển thông qua mạng internet, thường được điều khiểnthông qua một ứng dụng trên điện thoại di động hoặc một giao diện điều khiển trungtâm Việc này cho phép người dùng từ xa có thể kiểm soát và theo dõi các thiết bị và

hệ thống trong nhà thông minh của mình

1.2 Các thành phần cơ bản của nhà thông minh

1.2.1 Hệ thống quản lý chiếu sáng:

Các thiết bị chiếu sáng như bóng đèn sợi đốt, đèn neon, đèn ngủ, trang trí…được sử dụng rất nhiều Vì vậy nếu phối hợp chiếu sáng không hợp lý sẽ dẫn tới bị “ônhiễm” ánh sáng Ngoài ra, việc chiếu sáng như vậy còn gây lãng phí điện, giảm tuổithọ thiết bị Bên cạnh đó số lượng đèn dùng để chiếu sáng là khá lớn, gia chủ sẽ gặpnhững bất tiện nhỏ trong việc bật tắt, điều chỉnh độ sáng cho phù hợp

Hệ thống chiếu sáng sẽ được tích hợp chung với các hệ thống khác hoặc sẽđược tách riêng ra để điều khiển độc lập Các giải pháp đều nhằm tối ưu hóa hệ thống

và giúp gia chủ điều khiển dễ dàng hơn Các giải pháp kết hợp sẽ được tính đến để tựđộng hóa tới mức tối đa

1.2.2 Hệ thống kiểm soát ra vào:

Khi gia chủ đi vắng, việc kiểm soát các hệ thống vào ra trong ngôi nhà là rấtquan trọng, giúp đề phòng trộm v.v… Ngôi nhà thông minh cung cấp hệ thống kiểmsoát vào ra cho phép chủ nhà quản lý và cấp quyền “đăng nhập” cho các thành viêntrong gia đình và người thân

Hệ thống cửa ra vào sẽ được lắp đặt các khóa vân tay hoặc thẻ từ…

nhằm nhận dạng người trong nhà hoặc khách để cấp quyền “đăng nhập” Ngoài

ra, còn có thể dùng hệ thống nhận diện khuôn mặt hay giọng nói

Mỗi khi có sự kiện mới, hệ thống kiểm soát ra vào này cũng sẽ kích hoạtcác hệ thống khác để lưu giữ các thay đổi do người dùng tạo ra

Hình 1 2 hệ thống kiểm soát ra vào

Hình 1 1 Hệ thống quản lý chiếu sáng

1.2.3 Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc:

Một ngôi nhà bình thường sẽ có từ 4 đến 5 phòng kín, và do vậy sẽ có

một vài vấn đề khó khăn khi giao tiếp từ phòng này sang phòng khác Một hệ

thống thông tin liên lạc nội bộ có thể giúp giải quyết vấn đề này

Hệ thống liên lạc nội bộ đơn giản có thể là các điện thoại cố định Ngoài

chức năng liên lạc trong nhà, hệ thống này cần được kết nối với mạng điện

thoại để tiện cho việc giao tiếp và công việc hơn, để làm việc này cần đến một

bộ chuyển kênh

Hệ thống quan sát sẽ giúp việc kiểm soát an ninh, người vào/ra ngôi

nhà…giúp cho gia chủ nhận diện khách nhanh chóng thông qua camera

Hình 1 3 Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc

1.2.4 Hệ thống giải trí đa phương tiện:

Ngôi nhà là nơi sinh hoạt của một gia đình có thể gồm nhiều thế hệ và mỗi thế

hệ lại có nhu cầu giải trí khác nhau Do đó, một hệ thống giải trí đa phương tiện sẽcung cấp cho các thành viên những hoạt động giải trí phù hợp…

1.2.5 Hệ thống quản lý tiêu thụ năng lượng:

Đối với một ngôi nhà bình thường thì việc cung cấp và đo lường các chỉ số điệnnước đều phải thông qua các cơ quan nhà nước

Ngôi nhà thông minh cung cấp giải pháp nhằm đo lường và báo lại các thông sốđiện, nước thường xuyên, kết hợp với bộ xử lý trung tâm và các hệ thống khác để tiếtkiệm năng lượng

1.2.6 Hệ thống cảm biến và báo động:

Hệ thống các cảm biến là thành phần quan trọng trong bất kì hệ thống nào củangôi nhà, các cảm biến có nhiệm vụ gửi các thông số đo được về cho bộ xử lý trungtâm để có giải pháp phù hợp với từng gói dữ liệu và xử lý từng tình huống tương ứng

Các cảm biến cơ bản như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến gas, cảm biến ápsuất, cảm biến hồng ngoại…

1.2.7 Hệ thống kiểm soát môi trường:

Môi trường sống là nhân tố rất quan trong trong cuộc sống Nó ảnh hưởng trựctiếp đến sức khỏe của mỗi thành viên trong gia đình Trong thời đại công nghiệp hóathì độ ô nhiễm môi trường ngày càng cao Vì vậy việc bảo vệ môi trường sống đượccác nhà khoa học rất chú trọng

Hệ thống kiểm soát môi trường sẽ đảm bảo môi trường trong nhà luôn ở tìnhtrạng tốt nhất cho con người Hệ thống kiểm soát môi trường có thể gồm các thiết bịnhư: máy điều hòa, hệ thống quạt thông gió

1.2.8 Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái:

Hệ thống các công tắc và bảng hiển thị sẽ cung cấp thông tin cũng như nhậnlệnh điều khiển từ gia chủ Đảm bảo sự tương tác hai chiều giữa các thành viên và hệthống tự động Hệ thống bao gồm: các điều khiển từ xa, các công tắc gắn tường, cácbảng điều khiển tương tác HMI, điện thoại thông minh…

1.2.9 Hệ thống xử lý trung tâm, điều khiển, giám sát từ xa:

Ngôi nhà thông minh được đánh giá cao và khác hẳn những ngôi nhà bìnhthường là do nó được trang bị một hệ thống điều khiển và toàn bộ các thay đổi và điềukhiển tự động trong ngôi nhà được xử lý đồng nhất thông qua hệ thống xử lý trungtâm Nó có vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ liên kết các hệ thống khác trong ngôi nhà

lại với nhau, điều phối của hệ thống chấp hành một cách nhịp nhàng theo các điều kiệntác động được lập trình từ trước Chúng ta gọi đó là các kịch bản, hay là các điều kiệnmôi trường trong ngôi nhà Gần đây với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo (AI) thì quátrình điều khiển ngôi nhà càng trở nên tinh vi hơn Một vài sự kết hợp tiêu biểu:

Hệ thống chiếu sáng với Hệ thống xử lý trung tâm có thể học và thực hiện theothói quen của người sử dụng Hay các thiết bị chiếu sáng sẽ hoạt động theo chu trìnhthời gian đặt trước

• Hệ thống chiếu sáng kết hợp với Hệ thống cảm biến cung cấp khả năng tự độngđiều khiển ánh sáng như: đèn tự động tắt khi không có người trong phòng

• Hệ thống cảnh báo kết hợp với hệ thống chiếu sáng: khi có vấn đề xảy ra nhưcháy nổ, phát hiện ăn trộm…các bóng đèn sẽ chớp sáng liên tục, đồng thời sẽ cótiếng còi báo hiệu

• Hệ thống cảm biến kết hợp với hệ thống xử lý trung tâm báo cáo tình trạng lưutrữ điện trong các UPS, báo cáo mực nước trong bồn chứa…nhằm đảm bảonguồn cung cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày

• Hệ thống giải trí đa phương tiện kết hợp với hệ thống chiếu sáng nhằm đem lạinhững giây phút thư giãn cho thành viên trong gia đình

1.3 Phân tích, lựa chọn phương án thực hiện đề tài:

Căn cứ vào những hiểu biết về hệ thống nhà thông minh đã tìm hiểu và trìnhbày ở trên, đồ án em sẽ xây dựng nhà thông minh 2 phần chính sau đây:

1.

1.3.1. Khóa thông minh

Khóa cửa thông minh (smart lock) còn gọi là khóa cửa kỹ thuật số (digitallock), là loại khóa điện tử áp dụng công nghệ thông minh, giúp người dùng dễ dàngthực hiện việc mở cửa mà không cần đến chìa khóa

Hình 1 4 Điều khiển, giám sát hệ thống nhà thông minh

Thiết bị này được tích hợp rất nhiều tính năng bảo mật vượt trội như mởkhoá bằng vân tay, thẻ từ, điện thoại, face ID…

Đặc biệt, việc có thể theo dõi qua ứng dụng điện thoại sẽ giúp bạn dễ dàngkiểm soát được hoạt động của ngôi nhà

Cách thức hoạt động của khóa cửa thông minh

Đối với những dòng cửa mật mã hiện đại thường được tích hợp công nghệ tiêntiến như công nghệ mã số ảo, mã số ngẫu nhiên Điều này giúp chống lộ mã số hoặc bịsao chép mã số khi người khác nhìn thấy Bằng thao tác nhập dãy mật mã bất kỳ trướchoặc sau mã số thật, bạn có thể yên tâm hơn về độ bảo mật Ngoài ra, hệ thống MasterCode cũng giúp bạn tránh được trường hợp xâm phạm trái phép vào hệ thống khóacửa.

Hình 1 7 Mở cửa bằng smartphone

Mở cửa bằng xử lý ảnh

xử lý hình ảnh là kỹ thuật cốt lõi của thị giác máy tính, giúp phát triển nhiềuứng dụng thực tế như robot, ô tô tự lái và camera thông minh, nhận diện phát hiện đốitượng, … Xử lý ảnh cho phép chuyển đổi và thao tác chính sát trong việc áp dụng vàoviệc khóa cửa thông minh

khóa cửa nhận dạng khuôn mặt có khả năng đưa ra quyết định dựa trên côngnghệ nhận dạng khuôn mặt Hệ thống sử dụng webcam và Raspberry Pi Nó có khảnăng tự thực hiện tất cả các giai đoạn nhận dạng khuôn mặt như nhận diện khuôn mặt,trích xuất đặc trưng, nhận dạng khuôn mặt bằng thư viện OpenCV

Hình 1 8 Mở cửa bằng nhận diện khuôn mặt

Ưu và nhược điểm của khóa thông minh

• Ưu điểm

- Tính tiện lợi: Bạn sẽ không cần phải mang theo chìa khóa và sợ mất chìa mỗikhi ra ngoài Nhờ có khóa thông minh mà việc đóng/mở cửa dễ dàng hơn, giúp ngườidùng tiết kiệm được nhiều thời gian và công sức

- Tính an toàn, bảo mật cao: Vì được kích hoạt bằng vân tay người dùng nên việclàm giả sẽ rất khó Khóa cửa thông minh được cấu tạo rất chắc chắn gồm 5 chốt Lỗkhóa được thay bằng đầu đọc sinh trắc nên sẽ không có hiện tượng cạy phá Nếu tìnhtrạng này có diễn ra thì khóa sẽ phát ra âm thanh báo động cho chủ nhà

- Tính tiện dụng: Khóa cửa thông minh là một thiết bị điện tử ghi lại ngày, giờ,người ra vào bất cứ lúc nào Nó đặc biệt hữu ích cho bạn khi muốn kiểm soát và theodõi các hoạt động mỗi khi ai ra vào căn nhà

- Thiết kế đa dạng: Có rất nhiều mẫu mã, thiết kế khác nhau phù hợp với nhu cầucủa người dùng, đảm bảo được độ phù hợp với nội thất của các gia đình

• Nhược điểm

- Giá thành cao hơn các loại khóa truyền thống

- Đòi hỏi phải có thợ chuyên môn và thời gian lắp đặt lâu

- Trường hợp ngón tay bị trầy xước sẽ khiến độ nhận diện vân tay kém

1.3.2 Giám Sát chuyển động và cảnh báo cho người dùng

Giám sát chuyển động là một tính năng quan trọng trong hệ thống giám sát nhàthông minh Nó cho phép người dùng theo dõi và nhận thông báo về các hoạt độngchuyển động xảy ra trong và xung quanh ngôi nhà

Cảm biến chuyển động: Hệ thống giám sát nhà thông minh sử dụng các cảmbiến chuyển động để phát hiện sự di chuyển trong khu vực được giám sát Cảm biếnnày có thể sử dụng công nghệ hồng ngoại, siêu âm hoặc quang học để nhận biết sựchuyển động

Thông báo và cảnh báo: Khi cảm biến chuyển động phát hiện một hoạt độngchuyển động, hệ thống có thể gửi thông báo hoặc cảnh báo đến người dùng thông quaứng dụng di động, tin nhắn SMS, hoặc email Điều này cho phép người dùng biết đượckhi có sự di chuyển không mong muốn trong nhà hoặc khi có người lạ xuất hiện

Ghi hình và lưu trữ: Hệ thống giám sát chuyển động có thể được kết hợp vớicác camera an ninh để ghi lại các hoạt động chuyển động Khi cảm biến chuyển độngđược kích hoạt, camera có thể bắt đầu ghi hình và lưu trữ đoạn video hoặc hình ảnhliên quan Điều này có thể cung cấp bằng chứng và thông tin hữu ích trong trường hợpxảy ra sự cố hoặc vi phạm

Tích hợp với hệ thống an ninh: Hệ thống giám sát chuyển động có thể tích hợpvới các hệ thống an ninh khác như hệ thống báo động hoặc hệ thống theo dõi camera.Khi cảm biến chuyển động kích hoạt, nó có thể kích hoạt các biện pháp an ninh nhưbáo động cảnh báo hoặc gửi hình ảnh từ camera tới trung tâm giám sát an ninh

Kiểm soát và tự động hóa: Giám sát chuyển động cũng có thể được sử dụng đểkích hoạt các hành động tự động

Tổng quan, giám sát chuyển động trong hệ thống giám sát nhà thông minhmang lại khả năng nhận biết và phản ứng đối với sự chuyển động trong và xung quanhngôi nhà, đảm bảo an toàn và tiện nghi cho người dùng

1.4 Tổng kết Chương 1

Từ tình hình nghiên cứu hiện nay cùng với tính cấp thiết của đề tài, dự án hệthống khóa thông minh và giám sát được nghiên cứu và thực nghiệm để tìm ra giảipháp lựa chọn phù hợp với mọi người Nên em thực hiện đề tài” THIẾT KẾ MÔHÌNH GIÁM SÁT CHO NHÀ THÔNG MINH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝẢNH KẾT HỢP VỚI OPEN CV TRONG PYTHON “

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 ARDUINO

2.1.1.Khái niệm

Arduino là tảng vi mạch thiết kế mở phần cứng (Open-source hardware) vàphần mềm (Open-source software) Phần cứng Arduino là những bộ vi điều khiển bomạch đơn (Single-board microcontroller) được tạo ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xâydựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phầncứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVRAtmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit Những model hiện tại được trang bị gồm 1 cổnggiao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiềuboard mở rộng khác nhau Arduino bao gồm phần cứng (arduino board) và phần mềm(arduino IDE) Phần mềm để lập trình cho mạch Arduino là Arduino ID

2.1.2 Lịch sử ra đời

Arduino được khởi động vào năm 2005 như là một dự án dành cho sinh viêntrại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) tại Ivrea, Italy.Vào thời điểm đó các sinh viên sử dụng một "BASIC Stamp" (con tem Cơ Bản) có giá

khoảng $100, xem như giá dành cho sinh viên Massimo Banzi, một trongnhững người sáng lập, giảng dạy tại Ivrea Cái tên "Arduino" đến từ một quán bar tạiIvrea, nơi một vài nhà sáng lập của dự án này thường xuyên gặp mặt Bản thân quánbar này có được lấy tên là Arduino, Bá tước của Ivrea, và là vua của Italy từ năm 1002đến 1014 Lý thuyết phần cứng được đóng góp bởi một sinh viên người Colombia tên

là Hernando Barragan Sau khi nền tảng Wiring hoàn thành, các nhà nghiên cứu đãlàm việc với nhau để giúp nó nhẹ hơn, rẻ hơn, và khả dụng đối với cộng đồng mãnguồn mở Trường này cuối cùng bị đóng cửa, vì vậy các nhà nghiên cứu, một trong số

đó là David Cuarlielles, đã phổ biến ý tưởng này

2.1.3 Kiến trúc phần cứng Arduino

Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổsung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác Một khía cạnh quantrọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối vớiCPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi làshield Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân khácnhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C-nhiều shield có

dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328,ATmega1280, và ATmega2560.

2.1.4 Nguồn Arduino

Phần nguồn của Board mạch Arduino được để thực hiện các nhiệm vụ sau:

Hình 2 1 Thiết kế Nguồn

2.1.5 Môi trường phát triển phần mềm Arduino

Các mạch Arduino hay các mạch dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằngngôn riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nóichung và khi ta xem, ta thấy nó rất giống lập trình C đơn giản, do vậy việc tiếp cậnsẽkhông mấy khó khăn

Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, ta sử dụngmột môi trường lập trình Arduino được gọi là Arduino IDE Khi ta tạo một projectmới, ta sẽ có khung code tương ứng

Hình 2 2 Phần mềm Arduino IDE

2.2 RASPBERRY

1

1

2.2.1 Khái niệm raspberry

Raspberry Pi là một loại vi xử lý đơn giản được thiết kế bởi Raspberry PiFoundation, một tổ chức phi lợi nhuận tại Vương quốc Anh Raspberry Pi là một máytính nhỏ gọn, có kích thước chỉ bằng một thẻ tín dụng và giá thành rất thấp

Máy tính Raspberry Pi được thiết kế để sử dụng trong nhiều ứng dụng khácnhau, từ các dự án điện tử đơn giản cho đến các hệ thống thông minh phức tạp Nóđược tích hợp sẵn các cổng kết nối như HDMI, USB và Ethernet, cho phép người dùngkết nối nó với các thiết bị ngoại vi như màn hình, bàn phím, chuột và mạng internet

Raspberry Pi cũng hỗ trợ nhiều hệ điều hành khác nhau như Raspbian, Ubuntu,

và Windows 10 IoT Core, cho phép người dùng tùy chỉnh và triển khai các ứng dụngtùy chỉnh trên nền tảng này Raspberry Pi đã trở thành một công cụ quan trọng trongcộng đồng DIY (làm đồ tự chế) và giáo dục công nghệ, đóng vai trò quan trọng trongviệc khơi nguồn đam mê lập trình và kỹ thuật điện tử cho các thế hệ trẻ

2.2.2 Lịch sử ra đời raspberry

Raspberry Pi được phát triển bởi Raspberry Pi Foundation, một tổ chức phi lợinhuận tại Vương quốc Anh được thành lập vào năm 2009 Ban đầu, mục đích của tổchức là giúp đỡ các học sinh và sinh viên học lập trình và điện tử một cách dễ dànghơn thông qua việc cung cấp cho họ một sản phẩm đơn giản, giá rẻ và dễ sử dụng

Sau nhiều năm nghiên cứu và phát triển, Raspberry Pi đầu tiên được giới thiệuvào tháng 2 năm 2012 Phiên bản đầu tiên của Raspberry Pi được gọi là "Model B", cógiá chỉ khoảng 35 đô la Mỹ và trang bị một bộ xử lý ARM11 tốc độ 700MHz, 512MBRAM, kết nối Ethernet và các cổng USB, video và âm thanh

Sau đó, Raspberry Pi tiếp tục được phát triển và ra mắt các phiên bản mới vớicấu hình mạnh mẽ hơn và nhiều tính năng hơn, như Raspberry Pi 2, Raspberry Pi 3 vàRaspberry Pi 4 Hiện nay, Raspberry Pi đã trở thành một công cụ quan trọng trongcộng đồng DIY và giáo dục công nghệ, và được sử dụng trong nhiều ứng dụng khácnhau trên toàn thế giới

2.2.3 Kiến trúc phần cứng raspberry

Raspberry Pi được thiết kế với một kiến trúc phần cứng đơn giản, giúp giảm giáthành và dễ dàng sử dụng Dưới đây là một số thông số kỹ thuật cơ bản của RaspberryPi:

Bộ xử lý: Raspberry Pi sử dụng bộ xử lý ARM (Advanced RISC Machine),được tích hợp sẵn trên một con chip Broadcom Các phiên bản khác nhau củaRaspberry Pi có bộ xử lý khác nhau, từ ARM11 tốc độ 700MHz đến ARM Cortex-A72tốc độ 1.5GHz

Bộ nhớ: Raspberry Pi có các phiên bản với dung lượng RAM khác nhau, từ256MB đến 8GB Các phiên bản mới nhất của Raspberry Pi thường có dung lượngRAM lớn hơn

Lưu trữ: Raspberry Pi không tích hợp bộ nhớ trong, nhưng nó hỗ trợ các loạithẻ nhớ microSD để lưu trữ dữ liệu và hệ điều hành

Kết nối mạng: Raspberry Pi được tích hợp sẵn các cổng kết nối như Ethernet vàWi-Fi để kết nối với mạng internet

Cổng kết nối: Raspberry Pi có các cổng kết nối như HDMI, USB và âm thanh,cho phép kết nối với các thiết bị ngoại vi như màn hình, bàn phím, chuột và loa

Kích thước: Raspberry Pi có kích thước tương đương với một thẻ tín dụng, làmcho nó trở thành một thiết bị nhỏ gọn và dễ dàng mang đi đây đó

Ngoài ra, Raspberry Pi còn có các tính năng bổ sung như GPIO (GeneralPurpose Input/Output) cho phép kết nối với các thiết bị điện tử và các module mở rộng

để mở rộng khả năng sử dụng của nó

2.2.4 Nguồn raspberry

Raspberry Pi được thiết kế với một nguồn điện đơn giản và dễ sử dụng Cácphiên bản mới của Raspberry Pi thường sử dụng một nguồn điện Micro USB 5V vớidòng điện tối thiểu 2A để cung cấp đủ năng lượng cho hoạt động của nó

Nguồn điện được cung cấp thông qua một cổng Micro USB, nằm ở cạnh củaRaspberry Pi Các phiên bản mới nhất của Raspberry Pi thường có một đầu nối DC cỡlớn hơn để cung cấp năng lượng cho các phần mở rộng và các thiết bị ngoại vi khác

Raspberry Pi cũng có một pin 5V và một pin GND trên một số chân GPIO, chophép người dùng kết nối các thiết bị khác nhau như màn hình LCD, đèn LED, cảmbiến và các phần mở rộng khác trực tiếp với nguồn điện của Raspberry Pi

Để đảm bảo hoạt động ổn định và độ tin cậy, người dùng nên sử dụng mộtnguồn điện chất lượng tốt, đủ mạnh và đúng chuẩn để cung cấp cho Raspberry Pi Nếu

sử dụng nguồn điện kém chất lượng hoặc không đủ mạnh, Raspberry Pi có thể gặpphải các vấn đề về hoạt động và thậm chí là hỏng hóc

2.2.5 Môi trường phát triển phần mềm raspberry

Raspberry Pi hỗ trợ nhiều môi trường phát triển phần mềm khác nhau để lậptrình cho nó Dưới đây là một số môi trường phát triển phần mềm phổ biến choRaspberry Pi:

Python: Python là ngôn ngữ lập trình phổ biến và được sử dụng rộng rãi choRaspberry Pi Nó là ngôn ngữ lập trình được tích hợp sẵn trên các phiên bản Raspbian,

hệ điều hành chính thức của Raspberry Pi

Scratch: Scratch là một môi trường lập trình đồ họa được sử dụng phổ biếntrong giáo dục và giúp trẻ em và người mới bắt đầu học lập trình trên Raspberry Pi

C/C++: C/C++ là ngôn ngữ lập trình phổ biến cho các ứng dụng nhúng và cóthể sử dụng để lập trình cho Raspberry Pi

Node.js: Node.js là một nền tảng phát triển dựa trên JavaScript và được sử dụngrộng rãi trong các ứng dụng web Nó có thể được sử dụng để lập trình cho Raspberry

Pi để phát triển các ứng dụng web và IoT

Java: Java là một ngôn ngữ lập trình khác được sử dụng rộng rãi trong các ứngdụng nhúng và có thể được sử dụng để phát triển các ứng dụng cho Raspberry Pi

Visual Studio Code: Visual Studio Code là một trình biên tập mã nguồn mở và

đa nền tảng được sử dụng phổ biến cho lập trình cho Raspberry Pi Nó cung cấp tíchhợp với các công cụ và phần mở rộng cho phép lập trình cho Raspberry Pi

Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch, ta sử dụng một môitrường lập trình cho raspberry được gọi là thonny python ide

sẽ có khung code tương ứng.

2.3 Giới thiệu thư viện xử lý ảnh

2.3.1 Open Cv

OpenCV (OpenSource Computer Vision) là một thư viện mã nguồn mở pháttriển bởi Intel và hiện được duy trì bởi dự án OpenCV Nó cung cấp một bộ các công

cụ và thuật toán tiện ích để xử lý và phân tích ảnh và video

OpenCV hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình, bao gồm C++, Python, Java vàMATLAB, và có thể chạy trên các hệ điều hành khác nhau, bao gồm Windows, Linux,macOS và Android

Các tính năng chính của OpenCV bao gồm:

Xử lý ảnh và video: OpenCV cung cấp các chức năng để đọc, ghi, xử lý và xemảnh và video Nó cho phép bạn thực hiện các thao tác như làm sáng, làm mờ, cắt, xoay,chỉnh sửa màu sắc và chuyển đổi giữa các định dạng ảnh khác nhau

Nhận diện và nhận dạng đối tượng: OpenCV hỗ trợ các thuật toán phổ biến nhưnhận diện khuôn mặt, phát hiện vật thể, theo dõi đối tượng và phân loại đối tượng

Hình 2 3 Phần mền thonny python ide

Điều này cho phép bạn xác định và theo dõi các vật thể, khuôn mặt, mắt, miệng vànhiều đối tượng khác trong ảnh và video.

Xử lý ảnh y tế: OpenCV cung cấp các công cụ và thuật toán để phân tích hìnhảnh y tế, bao gồm nhận dạng các kết cấu y tế, phân loại và xử lý hình ảnh y tế từ cácmodalities như X-quang, MRI và siêu âm

Thực tế ảo và tăng cường thực tế: OpenCV cung cấp các chức năng để theo dõi

và hiệu chỉnh camera, phục hồi vị trí và định hướng trong không gian 3D Điều nàycho phép bạn tạo ra các ứng dụng thực tế ảo (AR) và tăng cường thực tế (VR)

OpenCV là một công cụ mạnh mẽ và phổ biến trong lĩnh vực xử lý ảnh và córất nhiều tài liệu và ví dụ mẫu có sẵn để hỗ trợ phát triển ứng dụng xử lý ảnh đa dạngtrên nền tảng Python và các ngôn ngữ lập trình khác

2.3.2 Phần mền lập trình open cv

PyCharm là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) dành cho Python, đượcphát triển bởi JetBrains Nó cung cấp nhiều tính năng và công cụ hỗ trợ cho việc lậptrình Python dễ dàng và hiệu quả

2.3.3 Cài đặc môi trường thư viện Open cv

Bước 1: Cài đặt Python

- Truy cập trang web chính thức của Python tại

https://www.python.org/downloads/và tải xuống phiên bản Python phù hợp với hệđiều hành của bạn

- Chạy tệp tin cài đặt và làm theo hướng dẫn trên màn hình để hoàn thànhquá trình cài đặt Python

Bước 2: Cài đặt OpenCV

- Mở command prompt hoặc terminal trên máy tính của bạn

- Chạy lệnh sau để cài đặt OpenCV thông qua pip (trình quản lý góiPython):

pip install opencv-python

- Đợi quá trình cài đặt hoàn thành Pip sẽ tải xuống và cài đặt OpenCVcùng với các gói phụ thuộc cần thiết

Bước 3: Kiểm tra cài đặt

- Sau khi cài đặt hoàn tất, hãy chạy một chương trình Python nhỏ để kiểmtra xem OpenCV đã được cài đặt đúng cách hay chưa

- Mở trình soạn thảo mã nguồn hoặc IDE Python yêu thích của bạn và tạomột tệp tin mới

Sao chép đoạn mã sau vào tệp tin:

Hình 2 4 phần mềm pycharm