Phát triển ứng dụng IoT Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, ưu điểm và hạn chế của cảm biến chuyển động hồng ngoại PIR - Phát triển hệ thống báo trộm: Thiết kế và triển khai hệ thống báo trộm đơn giản bằng phần cứng: sử dụng cảm biến PIR, relay và module Wifi ESP8266, lập trình bằng phần mềm Arduino IDE.
Trang 1MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
LỜI MỞ ĐẦU 3
NỘI DUNG 4
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 4
1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ 4
1.2.MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 4
1.3.GIỚI HẠN VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 4
1.4.Ý NGHĨA CỦA ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 5
CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6
2.1.CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG 6
2.2.MODULE WIFI ESP8266 8
CHƯƠNG II : THIẾT KẾ HỆ THỐNG 10
3.1.GIỚI THIỆU THIẾT BỊ 10
3.2.SƠ ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 13
3.3.LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 13
CHƯƠNG IV : THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 16
KẾT LUẬN 17
TÀI LIỆU THAM KHẢO 18
Trang 2LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời đại công nghệ thông tin hiện nay, Internet of Things (IOT) đã trở thành một xu hướng phát triển đáng chú ý IOT không chỉ đơn thuần là một khái niệm mà nó đã và đang thay đổi cách chúng ta tương tác với thế giới xung quanh Với sự kết nối mạng của các thiết bị thông minh, IOT cho phép chúng ta thu thập, truyền tải và xử lý dữ liệu một cách thông minh và tự động
Dưới bối cảnh đó, đề tài này tập trung vào việc nghiên cứu và triển khai một dự án IOT về hệ thống báo trộm sử dụng cảm biến chuyển động hồng ngoại PIR (Passive Infrared) Hệ thống báo trộm này nhằm giám sát và cảnh báo sự xâm nhập không mong muốn vào một khu vực cụ thể, như nhà ở, văn phòng hay cửa hàng
Trên cơ sở những kiến thức và kỹ thuật đã được áp dụng trong lĩnh vực IOT và hệ thống an ninh, nhóm đã phát triển một hệ thống báo trộm IOT hoàn chỉnh, kết hợp giữa cảm biến chuyển động hồng ngoại PIR và các thiết bị thông minh như vi điều khiển và ứng dụng trên điện thoại di động Qua đó, người dùng có thể theo dõi và kiểm soát hệ thống báo trộm từ xa, cũng như nhận thông báo cảnh báo một cách nhanh chóng và chính xác
Trong bản báo cáo này, chúng em xin trình bày các khía cạnh quan trọng của dự án, bao gồm cơ sở lý thuyết về IOT, cảm biến chuyển động hồng ngoại PIR, cách thức triển khai hệ thống và kiểm tra hiệu suất của nó Đồng thời, em cũng sẽ trình bày về các ứng dụng tiềm năng và những thách thức có thể xảy ra trong quá trình triển khai
dự án
Nhóm 8
Trang 3NỘI DUNG
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong xã hội ngày càng phát triển, việc đảm bảo an toàn và bảo vệ tài sản trở thành một ưu tiên hàng đầu Hệ thống báo trộm truyền thống đã được sử dụng từ lâu để giám sát và phát hiện các hoạt động không mong muốn hoặc đột nhập trái phép
Tuy nhiên, các hệ thống báo trộm thường gặp phải một số hạn chế trong việc cung cấp tính bảo vệ hiệu quả Các hệ thống này thường dựa trên cảm biến chuyển động đơn giản như cảm biến hồng ngoại hoặc cảm biến siêu âm Điều này có thể dẫn đến các vấn đề như các thông báo sai, hạn chế trong việc xác định đối tượng và khiến cho người sử dụng mất đi khả năng cập nhật thông tin
từ xa
Để khắc phục những hạn chế này, công nghệ IoT đã trở thành một giải pháp tiềm năng cho vấn đề bảo mật, vì công nghệ IOT cho phép các thiết bị và đối tượng kết nối với nhau và truyền thông qua mạng lưới internet Sử dụng sản phẩm IoT, chúng ta có thể xây dựng hệ thống báo trộm thông minh, kết hợp cảm biến chuyển động hồng ngoại PIR (Passive Infrared) thông thường với các thiết bị điện tử khác để tạo ra một hệ thống an ninh linh hoạt, thông minh và hiệu quả
1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, ưu điểm và hạn chế của cảm biến chuyển động hồng ngoại PIR
- Phát triển hệ thống báo trộm: Thiết kế và triển khai hệ thống báo trộm đơn giản bằng phần cứng: sử dụng cảm biến PIR, relay và module Wifi ESP8266, lập trình bằng phần mềm Arduino IDE
- Kết hợp với ứng dụng IOT: Sử dụng phần mềm trên điện thoại (Blynk) để kết nối hệ thống báo trộm với các thiết bị thông minh khác, nhằm tạo ra một mạng lưới liên kết cho phép quản lý, giám sát và điều khiển từ xa
- Đánh giá hiệu năng và tính ứng dụng: Thực hiện thử nghiệm và đánh giá hiệu năng của hệ thống, đảm bảo tính ứng dụng thực tế và hiệu quả trong việc bảo vệ tài sản và đảm bảo an ninh
1.3 GIỚI HẠN VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1.3.1 Giới hạn nghiên cứu:
- Tập trung vào việc phát triển và triển khai một hệ thống báo trộm đơn giản
sử dụng cảm biến chuyển động PIR
- Nghiên cứu các khái niệm cơ bản về cảm biến PIR và module Wi-Fi
ESP8266, bao gồm khái niệm, phân loại, tính năng và ứng dụng
Trang 4- Mô phỏng và triển khai hệ thống báo trộm trong một môi trường thực tế 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu:
- Xây dựng một hệ thống báo trộm đơn giản sử dụng cảm biến chuyển động PIR và NodeMCU để phát hiện chuyển động bất thường và gửi thông báo qua mạng WiFi
- Thu thập và xử lý dữ liệu từ cảm biến chuyển động
- Thiết kế và lắp đặt mạch điện với các linh kiện phụ trợ để kết nối cảm biến với module Wi-Fi
- Tích hợp hệ thống với ứng dụng trên di động để nhận thông báo cảnh báo trộm và quản lý hệ thống từ xa
1.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Ý nghĩa của việc nghiên cứu và áp dụng hệ thống báo trộm thông minh
là để đảm bảo an ninh, bảo vệ tài sản và tạo ra một môi trường sống và làm việc an toàn hơn cho cộng đồng :
- Giúp người dùng bảo vệ tài sản của mình khỏi các hoạt động đột nhập trái phép hoặc không mong muốn
- Người dùng có thể yên tâm hơn về an ninh cá nhân của mình, khi mà hệ thống có thể phát hiện sự chuyển động bất thường và cảnh báo người dùng để
có thể đưa ra biện pháp kịp thời
- Giúp giảm thiểu rủi ro và thiệt hại gây ra bởi các sự cố bất ngờ Việc phát hiện và cảnh báo sớm sẽ cho phép người dùng có thời gian để đưa ra biện pháp hoặc yêu cầu sự can thiệp từ các cơ quan chức năng
- Khả năng kết nối với các thiết bị từ xa mang lại sự linh hoạt và tiện ích trong việc giám sát và điều khiển hệ thống từ xa, giúp người dùng có thể quản
lý và kiểm soát an ninh một cách dễ dàng và thuận tiện
- Mở ra những tiềm năng trong việc ứng dụng IOT cho các mục đích an ninh
và quản lý tài sản trong tương lai
Trang 5CHƯƠNG II : THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ
2.1.1 Danh sách phần cứng và thông số kỹ thuật
- Cảm biến hồng ngoại chuyển động PIR HC-SR501
Điện áp: 5V DC
Dòng điện tiêu thụ: 50μA
Góc nhìn: 120 độ
Khoảng cách phát hiện: Khoảng 3-7 mét
Thời gian trễ: có thể điều chỉnh từ 5 giây đến 200 giây
Đầu ra tín hiệu: Tín hiệu kỹ thuật số
Nhiệt độ hoạt động: -15 độ C - 70 độ C
Kích thước: 3.2cm x 2.4cm
Chế độ làm việc: Single mode
- Relay 1 kênh (5V)
Trang 6 Dòng điện tiêu thụ: Khoảng 70mA.
Số kênh: 1 kênh
Điện áp: 250V AC/30V DC
Dòng tải tối đa: 10A(AC)/10A(DC)
Loại Relay: relay điện cơ
Đầu ra: Normally Open (NO) và Normally Closed (NC)
- Module Wifi NodeMCU ESP8266 V1
Chip chính: ESP8266EX
Điện áp: 3.3V DC
MCU: ESP8266, dựa trên kiến trúc SoC (System-on-a-Chip)
Tần số: 2.4GHz
Giao tiếp: Wi-Fi 802.11 b/g/n
Số chân GPIO : 9 chân
Bộ nhớ: 4MB Flash
RAM: 80KB
Hỗ trợ giao tiếp: UART, I2C, SPI
Hỗ trợ lập trình: C/C++ với IDE Arduino, Lua script
Hỗ trợ chế độ Access Point (AP Mode) và Station Mode (kết nối đến mạng WiFi)
Hỗ trợ việc nạp chương trình thông qua cổng USB
- Dây nối
- Breadboard
- Loa (12V)
- Đèn led
3.1.2 Danh sách phần mềm và các thiết bị khác
- Phần mềm lập trình:
Arduino IDE
- Giao diện người dùng : Sử
dụng nền tảng hệ điều hành trên
điện thoại (Android/IOS)
Trang 7- Phần mềm quản lý hệ thống : dùng ứng dụng Blynk trên điện thoại để kiểm tra, quản lý cũng như thiết lập cho hệ thống
- Giao thức truyền thông Blynk Protocol - truyền tải dữ liệu và điều khiển các thiết bị từ xa thông qua kết nối Internet
2.2 SƠ ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Dưới đây là đoạn mã nguồn được sử dụng để lập trình cho hệ thống :
#define BLYNK_TEMPLATE_ID "TMPL6qQZjsp_y"
#define BLYNK_TEMPLATE_NAME "CanhBaoTrom"
#define BLYNK_AUTH_TOKEN "gU4iKYfwpgCmqaij9rEsl3naVl3esZYJ"
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <BlynkSimpleEsp8266.h>
char auth[] = "gU4iKYfwpgCmqaij9rEsl3naVl3esZYJ";
char ssid[] = "Nhom8iot";
char pass[] = "44444444";
#define pirPin D7
#define ledPin D0
#define relayPin D8
int pirValue = 0;
int soundEnabled = 1;
int alarmState = 0;
Trang 8BlynkTimer timer;
void setup()
{
pinMode(pirPin, INPUT);
pinMode(ledPin, OUTPUT);
pinMode(relayPin, OUTPUT);
digitalWrite(ledPin, LOW);
digitalWrite(relayPin, LOW);
Serial.begin(9600);
Blynk.begin(auth, ssid, pass);
timer.setInterval(1000L, checkPIR);
}
void checkPIR()
{
pirValue = digitalRead(pirPin);
if (pirValue == HIGH)
{
digitalWrite(ledPin, HIGH);
digitalWrite(relayPin, HIGH); // Bật relay kích hoạt cảnh báo âm thanh hoặc
hệ thống báo động
alarmState = 1; // Đánh dấu trạng thái cảnh báo
Blynk.virtualWrite(V1, " CÓ TRỘM!"); // Gửi thông báo lên ứng dụng Blynk
Blynk.logEvent("co_trom", "CÓ TRỘM!!"); // Ghi sự kiện vào bảng điều khiển Blynk
}
else
{
digitalWrite(ledPin, LOW);
digitalWrite(relayPin, LOW); // Tắt relay
alarmState = 0; // Đánh dấu trạng thái bình thường
Blynk.virtualWrite(V1, " KHÔNG PHÁT HIỆN GÌ"); // Gửi thông báo lên ứng dụng Blynk
}
}
void loop()
{
Trang 9Blynk.run();
timer.run();
}
CHƯƠNG IV : THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
Quá trình thử nghiệm diễn ra như sau:
- Cảm biến PIR phát hiện chuyển động bằng cách nhận biết sự thay đổi nhiệt
độ trong môi trường, tạo ra một tín hiệu điện tương ứng, sau đó NodeMCU
để đọc giá trị tín hiệu này, Relay cũng được kích hoạt và nối với một chân - GPIO của NodeMCU để điều khiển trạng thái bật/tắt của hệ thống và loa báo động
- Sử dụng thư viện Blynk để kết nối và giao tiếp với Blynk
- Thiết lập các data stream trên Blynk App để truyền và nhận dữ liệu giữa NodeMCU và Blynk
- Lập trình trên Arduino IDE để đọc giá trị từ cảm biến PIR và gửi dữ liệu lên Blynk cloud bằng Internet thông qua các data stream đã thiết lập
- Xác định trạng thái của cảm biến PIR và điều khiển trạng thái bật/tắt của Relay dựa trên giá trị đọc được từ PIR
- Xử lý các sự kiện như việc nhận lệnh điều khiển từ Blynk để tắt/bật âm thanh của loa và thay đổi trạng thái của hệ thống
Kết quả cho thấy sản phẩm đáp ứng điều kiện của một ứng dụng IoT cơ bản
KẾT LUẬN
Trang 10Với sự phát triển vượt bậc của công nghệ hiện đại, việc ứng dụng IoT vào cuộc sống đã trở thành một trong những tiềm năng lớn và đáng chú ý trong việc góp phần nâng cao đời sống của con người trên nhiều phương diện Thông qua đề tài hệ thống cảm biến báo trộm đơn giản sử dụng cảm biến chuyển động hồng ngoại PIR có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực bảo mật và IoT
Mặc dù đề tài này chỉ giới hạn trong phạm vi hệ thống báo trộm đơn giản và chưa thể đề cập đến các yếu tố thực tế chi tiết hơn hoặc các tính năng mở rộng của hệ thống do hạn chế của việc nghiên cứu, ta vẫn có thể tập trung vào nâng cao tính bảo mật bằng cách tích hợp với các công nghệ khác như camera, cảm biến khí với các hệ thống quản lý thông minh để tăng cường hiệu quả của hệ thống an ninh trong tương lai
Nhóm 8
Trang 11TÀI LIỆU THAM KHẢO
1) PIR, Blynk https://arduinokit.vn/cam-bien-pir-hc-sr501-app-blynk-esp8266/ 2) PIR
https://arduinokit.vn/bao-dong-chong-trom-bang-cam-bien-pir-hc-sr501/
3) HC-SR501 Datasheet - https://datasheetspdf.com/datasheet/search.php? sWord=hc-sr501
4) ESP8266 – Wikipedia
5) IoT based Motion Detection Alarm -
https://iotstarters.com/iot-based-motion-detection-alarm-using-esp8266-and-blynk/
6) Internet of Things với ESP8266 -
https://esp8266.vn/introduction/esp-module/
PHÂN CHIA CÔNG VIỆC TRONG NHÓM:
Nguyễn Duy Huy : Làm phần tổng quan – giới thiệu đề tài, tìm tài liệu, kiểm tra sản phẩm
Lê Huy Mạnh : Làm cơ sở lý thuyết, lắp ráp phần cứng, Lập trình phần mềm, kiểm tra sản phẩm
Lê Vũ Huy Mạnh : Lắp ráp phần cứng, tìm tài liệu
Chu Quang Bảo Minh : Thiết kế sơ đồ hệ thống, tìm tài liệu
Nguyễn Thúy Nga : Lên ý tưởng, phân chia công việc, làm báo cáo, lắp ráp, kiểm tra sản phẩm