NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Đề tài tập trung nghiên cứu về ứng dụng đếm người vào ra bằng cảm biến hồng ngoại vàđiều chỉnh ánh sáng tự động bằng cảm biến ánh sáng ,thông qua giao tiếp serial củ
TỔNG QUAN
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Khi cuộc sống con người được nâng cao, những nhu cầu cuộc sống hằng ngày ngày càng cao đòi hỏi phải được hỗ trợ tốt hơn Và từ những nhu cầu đề tài này tập trung vào việc phát triển một hệ thống để đếm số người vào ra một phòng và điều khiển độ sáng tự động dựa trên sự hiện diện của người trong phòng Đếm số người vào ra phòng có thể giúp bạn quản lý và kiểm soát lưu lượng người trong một khu vực cụ thể Điều này có thể hữu ích trong việc quản lý tài nguyên, như điều chỉnh đèn chiếu sáng, điều hòa không khí, hoặc chỉ định số lượng người tối đa được phép trong một phòng
Mục đích nghiên cứu khi thưc hị ện đề tài này là để hoàn tất chương trình môn học và đủ điều kiện để hoàn thành yêu cầu của môn học Cụ thể khi nghiên cứu đề tài chúng em muốn phát huy kiến thức của mình học được áp dụng vào thưc ṭ ế Nó còn là kinh nghiệm cho chúng em thưc hị ện các đồ án trong tương lai Ngoài ra quá trình thưc hị ện đề tài là một cơ hội để chúng em tư ̣ kiểm tra lại kiến thức của mình trong suốt thời gian học
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết Raspberry Pi 4, , Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại – FM52, Module Cảm Biến Ánh Sáng Photodiode- LM393
Nghiên cứu, thưc hành các thao tác kĩ thụ ật điện tử cơ bản(mô phỏng, viết phần mềm chương trình …)
Khi nghiên cứu tạo ra được sản phẩm có ích, đưa kĩ thuật và công nghệ có thể có ích cho đời sống, xã hội, có độ chính xác tương đối và cao
NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
Đề tài tập trung nghiên cứu về ứng dụng đếm người vào ra bằng cảm biến hồng ngoại và điều chỉnh ánh sáng tự động bằng cảm biến ánh sáng ,thông qua giao tiếp serial của raspberry pi dữ liệu sẽ được raspberry đưa lên app để hiển thị số người
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứ Raspberry pi4 giao tiếp với các module và các khối, ngôn ngữ lập trình là Python
Lập trình Python cho Raspberry pi4 điều khiển các module cảm biến
Mục đích của nghiên cứu trong việc thực hiện đề tài này là để hoàn thành chương trình môn học và đáp ứng yêu cầu của môn học Chúng em muốn áp dụng kiến thức đã học vào thực tế và tận dụng cơ hội này để tích lũy kinh nghiệm cho các đồ án tương lai. Ngoài ra, việc thực hiện đề tài cũng giúp chúng em tự kiểm tra lại kiến thức đã học suốt thời gian học
Chương 1: Tổng quan: Trong chương này, chúng ta sẽ trình bày về tính cấp thiết của đề tài, cũng như phân tích xu hướng và tình hình khoa học và công nghệ hiện nay Sư ̣phát triển của ngành công nghiệp và nhu cầu phục vụ cuộc sống hàng ngày được xem là những lý do quan trọng khi chọn đề tài và xác định mục tiêu nghiên cứu cho đề tài này
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
KHÁI NIỆM VỀ VIỆC ĐỐI TƯỢNG DÙNG TIA HỒNG NGOẠI 6 1 Khái niệm về đếm đối tượng
2.1.1 Khái niệm về đếm đối tượng Đếm người là một khái niệm được sử dụng để mô tả việc ghi nhận và đếm số lượng người đi vào và ra khỏi một khu vực, một cơ sở, hoặc một sự kiện cụ thể Việc đếm người ra vào thường được thực hiện để kiểm soát lưu lượng dân số trong một khu vực nhất định hoặc để đánh giá hiệu suất của một dự án, một cơ sở thương mại, hoặc một sự kiện
Các phương pháp đếm người ra vào có thể bao gồm sử dụng cổng đếm tự động, hệ thống camera, hệ thống cảm biến chuyển động, hoặc đơn giản là việc sử dụng con người để thực hiện việc đếm bằng cách sử dụng bút và giấy
Việc thu thập dữ liệu về lưu lượng người ra vào có thể hữu ích trong nhiều ngữ cảnh khác nhau, từ việc quản lý giao thông trong các khu vực đông đúc đến việc đánh giá sự phát triển của một doanh nghiệp hoặc một khu thương mại Đối với các sự kiện lớn như hội chợ, triển lãm, hoặc concert, việc đếm người ra vào cũng có thể giúp tổ chức đảm bảo an toàn và tiện lợi cho khán giả
Và ở đây chúng ta sử dụng cảm biến để đếm người ra vào nó mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm tính tự động, chính xác và hiệu quả thời gian Nó cũng giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người trong quá trình thu thập dữ liệu và làm cho quá trình đếm trở nên đơn giản và dễ dàng hơn
2.1.2 Cách đếm Đếm thủ công: Trong phương pháp này, một người hoặc một nhóm người sẽ đếm số lượng người đi qua một điểm nhất định Họ có thể sử dụng bút và giấy để ghi lại số lượng hoặc sử dụng các thiết bị như máy tính hoặc máy tính bảng để ghi lại dữ liệu
Cảm biến chuyển động: Sử dụng các cảm biến chuyển động để phát hiện chuyển động của người khi họ đi qua một điểm nhất định Khi có chuyển động được phát hiện, hệ thống sẽ ghi lại số lượng và cập nhật tự động
Cảm biến ánh sáng: Cảm biến ánh sáng có thể được sử dụng để phát hiện sự chặn của người khi họ đi qua một điểm cụ thể Sự thay đổi trong cường độ ánh sáng có thể được sử dụng để xác định sự hiện diện của người và đếm số lượng
Cảm biến áp suất: Cảm biến áp suất được đặt dưới sàn hoặc trên cửa để phát hiện áp lực khi người đi qua Khi áp lực thay đổi, hệ thống sẽ đếm số lượng và cập nhật tự động
Hệ thống hình ảnh: Sử dụng camera và phần mềm nhận dạng hình ảnh để đếm số lượng người dựa trên hình ảnh của họ Phần mềm sẽ phân tích hình ảnh và đếm số lượng người tự động
Và ở đây chúng ta sử dụng cảm biến để đếm người ra vào nó mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm tính tự động, chính xác và hiệu quả thời gian Nó cũng giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người trong quá trình thu thập dữ liệu và làm cho quá trình đếm trở nên đơn giản và dễ dàng hơn
KHÁI NIỆM VỀ SỰ LAN TRUYỀN SÓNG HỒNG NGOẠI
Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn bước sóng ánh sáng mà mắt thường có thể thấy được Tuy nhiên, chúng ta có thể cảm nhận được vì nhiệt độ của tia hồng ngoại rất cao
Bước sóng hồng ngoại nằm trong khoảng từ 700 nm – 1mm, tần số 300 GHz – 300 MHz, năng lượng photon dao động trong khoảng từ 1.24 meV – 1.7 eV Trong khi đó, mắt thường chúng ta có thể nhìn thấy 7 màu của ánh sáng từ tím đến đỏ và ánh sáng đỏ có bước sóng lớn nhất là 700nm Điều này đồng nghĩa với việc mắt thường sẽ không thể nhìn thấy tia hồng ngoại được vì nó có bước sóng dài hơn 700nm
Hình 1: Vùng hoạt động của sóng hồng ngoại
2.2.2 Nguyên lý vận hành cảm biến hồng ngoại
Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại (IR) dựa trên việc sử dụng ánh sáng hồng ngoại để phát hiện và đo lường các đối tượng hoặc chướng ngại vật trong một khu vực nhất định Dưới đây là nguyên lý vận hành cơ bản của cảm biến hồng ngoại:
Phát tia hồng ngoại: Cảm biến hồng ngoại sử dụng một nguồn ánh sáng hồng ngoại để phát ra tia sáng không thể nhìn thấy bằng mắt người Tia hồng ngoại này có bước sóng nằm trong phạm vi từ khoảng 700 nanomet đến 1 millimet
Phản xạ và hấp thụ: Khi tia hồng ngoại chạm vào một đối tượng, nó có thể bị phản xạ hoặc hấp thụ Đối tượng không trong suốt như vật cản hoặc người sẽ phản xạ một phần hoặc toàn bộ tia hồng ngoại, trong khi đối tượng trong suốt như không khí hoặc kính sẽ hấp thụ ít tia hồng ngoại
Phát hiện sự phản xạ: Cảm biến hồng ngoại sử dụng một bộ thu để nhận và đo lường ánh sáng hồng ngoại được phản xạ trở lại từ đối tượng Bộ thu này có thể là một cặp đèn hồng ngoại và bộ thu hồng ngoại, hoặc một cảm biến hồng ngoại tích hợp
Xử lý tín hiệu: Tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại được chuyển đến một bộ xử lý hoặc vi xử lý để xử lý và phân tích Bộ xử lý này có thể sử dụng các thuật toán và ngưỡng để xác định sự có mặt hoặc vị trí của đối tượng dựa trên mức độ phản xạ hoặc sự thay đổi trong tín hiệu hồng ngoại Đầu ra hoặc kích hoạt: Khi cảm biến hồng ngoại xác định sự có mặt hoặc chướng ngại vật, nó có thể tạo ra một đầu ra hoặc kích hoạt một hành động cụ thể Ví dụ, nó có thể gửi tín hiệu cho một hệ thống điều khiển để kích hoạt đèn, cửa tự động, hoặc hệ thống bảo mật
Tóm lại, nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại dựa trên việc phát và nhận ánh sáng hồng ngoại để phát hiện và đo lường các đối tượng hoặc chướng ngại vật Nó sử dụng sự phản xạ hoặc hấp thụ của ánh sáng hồng ngoại để xác định sự có mặt hoặc vị trí của đối tượng và tạo ra đầu ra tương ứng
Hình 2: Mạch ứng dụng đèn bật tắt khi trời sáng tối trong công nghiệp
Hình 3: Nhận biết đối tượng bằng tia hồng ngoạ
Hình 3: Mạch ứng dụng đèn bật tắt khi trời sáng tối trong công nghiệp
Trong mạch đo ta có thể thấy cảm biến siêu âm nối trực tiếp vô bộ điều khiển là các vi điều khiển công nghiệp với nguồn cấp vô là nguồn xoay chiều hoặc một chiều tùy theo khả năng đáp ứng của địa điểm Đầu ra bao gồm Relay Output kết nối 2 đèn để báo mức
10 chất lỏng trong bồn chứa, và bộ controller xử lý tín hiệu để chuyển dữ liệu đến máy tính hoặc PLC tự động và các máy đo và bộ lưu trữ dữ liệu Ngoài ra đầu ra còn có thể truyền theo phương thức có dây cho các thiết bị qua các chuẩn RS232 và RS485
Trong thực tế, ứng dụng của cảm biến siêu âm kết nối với các mạch ứng dụng rất phong phú.
GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
Raspberry Pi 4 Model B là một trong những bo mạch máy tính đơn bo mạch nhỏ (SBC) phổ biến nhất trên thị trường Nó có giá cả phải chăng, kích thước nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng (chỉ yêu cầu nguồn điện áp 5V) Raspberry Pi được phát triển bởi Raspberry
Pi Foundation với mục tiêu khuyến khích việc giảng dạy khoa học máy tính và lập trình nhúng
Bo mạch bao gồm CPU, GPU, cổng USB và chân GPIO Nó có thể chạy nhiều hệ điều hành khác nhau, bao gồm Raspbian, một hệ điều hành dựa trên Linux được tối ưu hóa cho Raspberry Pi
Raspberry Pi 4 Model B ra mắt tháng 6/2019 với nhiều nâng cấp rất đáng kể giúp tăng hiệu năng của máy tính mini này lên tới 3x lần
Hình 5: Cấu trúc phần cứng của Raspberry Pi 4 Model B
Bảng 1: Bảng thông số kỹ thuật của Raspberry Pi 4 Model B
CPU Quad-core Cortex-A72 (64-bit) @ 1.5GHz
GPU H264 (1080p60 decode, 1080p30 encode) OpenGL ES 3.0 graphics,
Dải điện áp hoạt động 5V với dòng tối thiểu 3A
HDMI 2 Cổng Màn hình 4k (mini-HDMI)
PWR Exp Header Không có
Nguồn cấp Giắc cắm nguồn DC, Cổng USB-C mini
Kết nối mở rộng 40 chân (SPI, I 2 C, LCD, UART, PWM, SDIO)
Hỗ trợ các giao thức hiện đại
Raspberry Pi 4 có nhiều hệ thống liên lạc hiện đại Nó có WiFi bên trong và Bluetooth để giao tiếp dữ liệu không dây Có thể được sử dụng bên trong hệ thống ở bất cứ đâu mà không có bất kỳ sự xung đột nào
Pi chuyển đổi dữ liệu dễ dàng trong cùng một mạng do có WiFi Thiết bị cũng có hỗ trợ mạng LAN trong trường hợp không có WiFi và là mạng truyền thông có dây
• WiFi - 2.4 với tốc độ 5GHz
Tính năng giao diện HDMI Rpi
Trong các thiết bị Pi trước đây, chỉ có một cổng HDMI và có đồ họa thấp, nhưng trong mẫu mới nhất có hai cổng HDMI mini có thể được sử dụng cùng lúc cho nhiều màn hình máy tính để bàn Cả hai cổng đều cung cấp chế độ xem 4K ULTRA HD cho người dùng
• GPU SPECS - H264 (1080p60 decode, 1080p30 encode) OpenGL ES 3.0 graphics, H.265 (4kp60 decode) Ứng dụng:
• Hệ thống giải trí đa phương tiện
• Robot Đầu nối của nguồn điện là một phần cơ bản của board mạch và được sử dụng để cung cấp nguồn 5 V cho bo mạch Người dùng có thể sử dụng nguồn bất kỳ nào để thiết lập nguồn
13 cho board mạch, tuy nhiên nên ưu tiên kết nối cáp nguồn của board qua cổng USB của laptop, máy tính để cung cấp nguồn 5V
Raspberry Pi 4 có thể sử dụng trong hệ thống nhúng bên ngoài để giao tiếp tín hiệu Có tổng cộng 40 chân , trong đó 28 chân là chân GPIO và các chân còn lại là chân nguồn
Các chân GPIO không chỉ thực hiện các chức năng I / O đơn giản mà còn hỗ trợ giao thức UART, SPI và I2C
Hình 6: Cấu hình chân Raspberry Pi 4 Model B
Tham khảo sơ đồ nguyên lý tại: https://datasheets.raspberrypi.com/rpi4/raspberry - pi - 4 - reduced - schematics.pdf
Arduino UNO là một bo mạch vi điều khiển dưa trênATmega328P Nó có 14 châṇ đầu vào/đầu ra kỹ thuật số (trong đó 6 chân có thể được sử dụng làm đầu ra PWM), 6 đầu vào analog, bộ cộng hưởng gốm 16 MHz, kết nối USB, giắc cắm nguồn, đầu ICSP và nút đặt lại Nó chứa mọi thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển; chỉ cần kết nối nó với máy tính bằng cáp USB hoặc cấp nguồn cho nó bằng bộ chuyển đổi ACto-DC hoặc pin để bắt đầu. Nhìn chung nó được thiết kế dễ sử dụng và phát triển, nó cung cấp một nền tảng lý tưởng cho người dùng muốn bắt đầu với các dự án điện tử cơ bản và phát triển các ứng dụng phức tạp hơn
Hình 7: Các chi tiết phần cứng của Adruino Uno R3
1 Cáp USB: Đây là dây cáp thường được bán kèm theo bo, dây cáp dùng để cắm vào máy tính để nạp chương trình cho bo và dây đồng thời cũng lấy nguồn từ nguồn usb của máy tính để cho bo hoạt động Ngoài ra cáp USB còn được dùng để truyền dữ liệu từ bo Arduino lên máy tính Dây cáp có 2 đầu, đầu 1a được dùng để cắm vào cổng USB trên bo Arduino, đầu 1b dùng để cắm vào cổng USB trên máy tính
2 IC Atmega 16U2: IC này được lập trình như một bộ chuyển đổi USB – to-Serial dùng để giao tiếp với máy tính thông qua giao thức Serial (dùng cổng COM) Cổng nguồn ngoài: Cổng nguồn ngoài nhằm sử dụng nguồn điện bên ngoài như pin, bình acquy hay các adapter cho bo Arduino hoạt động
3 Nguồn điện cấp vào cổng này là nguồn DC có hiệu điện thế từ 6V đến 20V, tuy nhiên hiệu điện thế tốt nhất mà nhà sản xuất khuyên dùng là từ 7 đến 12V
4 Cổng USB: Cổng USB trên bo Arduino dùng để kết nối với cáp USB
5 Nút reset: Nút reset được sử dụng để reset lại chương trình đang chạy Đôi khi chương trình chạy gặp lỗi, người dùng có thể reset lại chương trình
6 ICSP của Atmega 16U2: ICSP là chữ viết tắt của In-Circuit Serial Programming. Đây là các chân giao tiếp SPI của chip Atmega 16U2 Các chân này thường ít được sử trong các dự án về Arduino
7 Chân xuất tín hiệu ra: Có tất cả 14 chân xuất tín hiệu ra trong Arduino Uno, những chân có dấu ~ là những chân có thể băm xung (PWM), tức có thể điều khiển tốc độ động cơ hoặc độ sáng của đèn
8 IC Atmega 328: IC Atmega 328 là linh hồn của bo mạch Arduino Uno, IC này được sử dụng trong việc thu thập dữ liệu từ cảm biến, xử lý dữ liệu, xuất tín hiệu ra,
9 Chân ICSP của Atmega 328: Các chân ICSP của Atmega 328 được sử dụng cho các giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface), một số ứng dụng của Arduino có sử dụng chân này, ví dụ như sử dụng module RFID RC522 với Arduino hay Ethernet Shield với Arduino
CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU
2.4.1 Truyền nhận dữ liệu thông qua USB
Hình 11: Giao tiếp thông qua USB giữa Arduino và Raspberry Pi
Giao tiếp USB giữa Arduino và Raspberry Pi có thể được thực hiện thông qua cổng USB của cả hai thiết bị Cả Arduino và Raspberry Pi đều có khả năng giao tiếp USB và hỗ trợ các giao thức như UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) hoặc giao thức serial Để kết nối Arduino và Raspberry Pi thông qua USB, bạn cần làm như sau:
• Kết nối USB: Sử dụng cáp USB để kết nối cổng USB trên Arduino với một cổng
• Lập trình Arduino: Sử dụng IDE Arduino để viết chương trình cho Arduino Có thể sử dụng các thư viện Arduino để giao tiếp với các cảm biến, các thiết bị ngoại vi hoặc để thực hiện các chức năng khác
• Lập trình Raspberry Pi: Sử dụng một ngôn ngữ lập trình như Python trên
Raspberry Pi để viết chương trình để giao tiếp với Arduino thông qua cổng USB.
Có thể sử dụng thư viện PySerial để giao tiếp với cổng serial của Arduino thông qua USB trên Raspberry Pi
• Giao tiếp serial: Trong chương trình của bạn trên Raspberry Pi, cần mở và đọc/ghi dữ liệu từ cổng serial được liên kết với Arduino Có thể sử dụng các lệnh đọc/ghi dữ liệu serial trong Python để giao tiếp với Arduino
2.4.1 Truyền dữ liệu thông qua UART
Raspberry Pi hỗ trợ chuẩn Uart trên chân BCM14 (TX) và BCM15 (RX) Mặc định UART được sử dụng làm serial console; nó sẽ gửi toàn bộ thông tin của kernel trong quá trình Pi khởi động Bạn có thể kết nối trực tiếp uart của pi thông qua mạch USB-TTL để xem thêm Để sử dụng UART với mục đích riêng bạn phải giải phóng chân Uart Lưu ý với Raspberry Pi 4 UART còn được sử dụng để kết nối Bluetooth, Wifi, và chân BCM14 và BCM15 trở thành mini UART port
Hình 12: Giao tiếp UART giữa Raspberry Pi và Arduino Uno Để giao tiếp được UART đầu tiên chúng ta phải nối RX và TX của Arduino chéo với RX,
TX của Raspberry Pi và nối chung GND với nhau Sau đó ta thiết lập cấu hình bằng mã
“sudo nano /boot/config.txt”để mở tệp đó trên Terminal và thêm dòng lệnh vào cuối tệp
“enable_uart=1”, lưu và đóng tệp, reboot lại raspberry Sau đó ta sẽ test code mẫu, lưu ý cần đúng port giao tiếp Ta đã giao tiếp được UART thông qua những bước như trên
TRANG WEB HIỂN THỊ - GOOGLE
2.5.1 Khái niệm và ứng dụng
Google Firebase là một nền tảng phát triển ứng dụng di động và web được cung cấp bởi Google Nó cung cấp một loạt các dịch vụ và công cụ để phát triển, triển khai, và quản lý ứng dụng Các tính năng của Firebase bao gồm cơ sở dữ liệu thời gian thực, hosting, xác thực người dùng, phân tích, thông báo đẩy, và nhiều hơn nữa Với Firebase, người phát triển có thể dễ dàng lưu trữ và đồng bộ dữ liệu giữa người dùng một cách thời gian thực, xác thực người dùng thông qua nhiều phương thức, triển khai ứng dụng web một cách nhanh chóng, viết mã logic và triển khai nó mà không cần một máy chủ riêng biệt, lưu trữ và quản lý các tệp đa phương tiện, cung cấp các công cụ phân tích để hiểu sâu hơn về cách người dùng tương tác với ứng dụng, và gửi thông báo đẩy tới người dùng Với tích hợp chặt chẽ với các dịch vụ của Google khác và các tính năng mạnh mẽ, Firebase đã trở thành một trong những lựa chọn phổ biến cho việc phát triển ứng dụng di động và web
2.5.2 Cách thiết lập giao diện Google Firebase Để thiết lập được giao diện Firebase để thực hiện ứng dụng hiển thị thời gian thực trên nền tảng này ta thực hiện những bước sau:
B1: Ta đăng nhập vào Google Firebase bằng tài khoản Google sau đó ta ấn Go to console bên góc trên phải màn hình
B2: Sau đó ta ấn chọn Add ProjectTa nhập tên và chọn Continue
Ta chọn “Default Account for Firebase” và nhấn Create project và đợi load là xong
B3: Ta chọn chọn Build=> Realtime Database => Create Database
Sau đó ta chọn location ở United States sau đó nhấn Next
Tiếp đến ta chọn Start in test mode, tiếp đến là chọn Enable
Như thế ta đã tạo xong DashBoard của giao diện firebase rồi
Tiếp theo là tạo app bằng công cụ MIT App Inventor
Chọn Create App để tạo 1 project
Sau khi xuất hiện giao diện bên dưới, Chọn User Interface -> Experimental-> FirebaseDB
Vào mục Components -> FirebaseDB sau đó điền đầy đủ thông tin trong mục Behavior
Chọn các biểu tượng ở phần Palette để tạo giao diện App
30 Ở phần block chọn các block phù hợp
THIẾT KẾ XÂY DỰNG VÀ THỰC THI HỆ THỐNG
YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG
Hệ thống có các chức năng sau:
Đếm số người ra/ vào phòng, tự động tắt đèn khi không có người
Điều khiển độ sáng tự động theo môi trường
App : • Giao tiếp qua App
• Hiển thị được số người độ tối của phòng, cho phép lựa chọn giữa tắt mở đèn tự động và tắt mở đèn thủ công
3.1.2 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối
Chức năng từng khối: o Khối xử lý trung tâm:
Có nhiệm vụ tính toán điều khiển xung PWM Là khối xử lý các tín hiệu vào từ cảm biến Đồng thời xuất tín hiệu đó ra các khối khác (khối thiết bị )
Là khối nhận/truyền tín hiệu với App bằng đường truyền mạng để điều khiển đèn o Khối cảm biến : đo độ sáng , nhận diện người ra vào và truyền sang khối xử lý trung tâm o Khối cơ sở dữ liệu : Truyền và nhận dữ liệu từ khối xử lý trung tâm và hiển thị lên app thông qua wifi o Khối thiết bị: Nhận tín hiệu pwm từ khối xử lý trng tâm điều khiển độ sáng của theo nhiệt độ, mức sáng của đèn theo mức độ sáng của cảm biến ánh sáng
Khối nguồn: cung cấp nguồn cho các khối khác hoạt động
Hình 13: Sơ đồ khối của hệ thống 3.1.3 Hoạt động của hệ thống
Khi ta nạp code Arduino thành công, tiếp đến ta sẽ nạp code Python cho Raspberry
Pi 4, khi đó Cảm biến hồng ngoại và cảm biến ánh sáng sẽ nhận được lệnh và thực hiện đo và liên tục trả kết quả về Arduino Uno, với giao tiếp Serial USB, Arduino Uno đồng thời cũng gửi kết quả liên tục lên Raspberry Pi và hiển thị đồng thời trên Serial Moniter, tiếp tục như thế, Raspberry lại gửi dữ liệu liên tục cập nhật theo thời gian thực thông qua wifi gửi lên Google Firebase để hiện thị kết quả Nếu kết quả đạt tới ngưỡng được cài đặt trong chương trình của Rasberry Pi thì led sẽ nhận lệnh kích hoạt điều khiển
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG
Hình 14: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
Như ta thấy ở trên, Chân 2 và Chân 3 của Arduino Uno lần lượt nối với chân OUT của các cảm biến hồng ngoại Cảm biến ánh sáng cũng tương tự như vậy, chân tín hiệu OUT được nối với A0 của Arduino và chân còn lại nối xuống mass Raspberry Pi 4 sẽ nối trực tiếp với Arduino Uno qua cổng USB để giao tiếp nhận chuyển dữ liệu từ Arduino lênRaspberry thông qua Serial USB.Cuối cùng là led được nối với chân GPIO25 củaRasberry Pi
THỰC THI HỆ THỐNG
Đầu tiên, ta vào Firebase, chọn Project Setting và Realtime Database để lấy mã API, project ID, URL project và cuối cùng là project buckets để điền vào phần khai báo phần thông tin của Database của chính mình
(Phần Code chi tiết đã được trình bày ở Phụ lục)
Sau đó, ta kết nối phần cứng như hình dưới đây:
Khi kết nối xong, ta mở VNC và hai chương trình Arduino và Python ta đã lập trình như đây:
Sau đó ta Upload nạp chương trình vào Arduino từ Arduino IDE tiếp đến ta chạy Run ởThony IDE Như vậy là ta đã triển khai xong hệ thống.
KẾT QUẢ HOẠT ĐỘNG
Sau khi ta triển khai xong hệ thống, sẽ thu được kết quả như sau:
Giao tiếp Serial USB từ Arduino sang Raspberry thành công để truyền dữ liệu là số người và độ tối
Khi có không có người vào và độ tối 93 đèn tắt
Khi có 5 người vào và độ tối 44 thì đèn sáng yếu
Dữ liệu được cập nhật liên tục lên Realtime Database và app
Nhìn chung đã đạt được đáp ứng yêu cầu của đề tài.
KẾT QUẢ VẦ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
KẾT LUẬN
Nhìn chung, hệ thống đã đáp ứng được những yêu cầu đặt ra về tính khả thi của đề tài.
Cụ thể, cảm biến hồng ngoại đã nhận biết được đối tượng tương đối chính xác, gửi dữ
39 liệu về cho Arduino Uno, thông qua giao tiếp Serial USB, Arduino Uno đã gửi dữ liệu thành công cập nhật lên Serial Moniter của Raspberry, từ đó nhờ Wifi mà Raspberry đã chuyển thành công dữ liệu lên Web Google Firebase để có thể cập nhật dữ liệu liên tục thời gian thực Chu trình này cứ lặp đi lặp lại, cho tới khi nhận được lệnh mới.
HẠN CHẾ
Hệ thống còn thô sơ, chưa được tối ưu Tuy nhiên hoạt động độ chính xác chưa cao,không có nút điều khiển vật lý Ngoài ra không thể đếm nếu nhiều hơn hai người nếu cùng đi qua cảm biến song song
HƯỚNG PHÁT TRIỂN
- Sử dụng cảm biến khác có độ chính xác cao hơn : Hệ thống có thể được trang bị các cảm biến để theo dõi các đối tượng và cung cấp thông tin về số lượng đối tượng cho người dùng
- Kết nối Internet of Things (IoT): Bằng cách kết nối với IoT, hệ thống có thể tự động phát hiện và báo cáo lỗi kỹ thuật và các vấn đề khác
- Giao diện người dùng: Để quản lý hệ thống và theo dõi dữ liệu, bạn có thể tích hợp một giao diện người dùng, chẳng hạn như ứng dụng di động hoặc giao diện web, để hiển thị số liệu đếm và cho phép người dùng tùy chỉnh cài đặt và điều khiển độ sáng
- Quản lý thông minh: Hệ thống có thể được tích hợp với phần mềm quản lý để theo dõi các đối tượng và phân tích dữ liệu, từ đó đưa ra các dự đoán và khuyến nghị về việc đã có bao nhiêu người/vật ra vào
