HỆ THỐNG AN NÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TỪ XA Hệ thống được xây dựng với khối xử lý trung tâm là Raspberry Pi kết hợp với module Sim 900A. Kết nối giữa người dùng và thiết bị thông qua mạng Wifi và GSM. Đây là Mạng phổ biến và thông dụng nhất hiện nay, nên người dùng sẽ nhận được những cảnh báo nhanh nhất. Hệ thống giúp cho người dùng nắm bắt được những thông tin cảnh báo được rõ ràng hơn thông qua camera được gắn tại đó. Hình ảnh của camera sẽ được hiển thị trên App Android. Các cảm biến đề tài đã sử dụng: cảm biến nhiệt độ ds1802, cảm biến khói và khí ga MQ2, cảm biến chuyển động PIR.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MƠN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG AN NÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TỪ XA NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH Sinh viên: LẠI VĂN LONG MSSV: 11119024 CHÂU THÀNH LUÂNG MSSV: 11119027 Hướng dẫn: ThS.HUỲNH HỒNG HÀ TP HỒ CHÍ MINH – 6/2016 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên - Họ tên sinh viên (1): Lại Văn Long Email: MSSV: Điện thoại: 11119024 - Họ tên sinh viên (2): Châu Thành Luâng MSSV: 11119027 Email: Điện thoại: Thông tin đề tài - Tên đề tài: HỆ THỐNG AN NINH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TỪ XA - Mục đích đề tài: - Thời gian thực hiện: Từ ngày /3/2016 đến /6 /2016 - Đồ án tốt nghiệp thực tại: Bộ môn Điện Tử Viễn Thông, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Các nhiệm vụ cụ thể đề tài Lời cam đoan sinh viên Chúng Lại Văn Long Châu Thành Luâng cam đoan ĐATN cơng trình nghiên cứu chúng tơi hướng dẫn thạc sỹ Phạm Văn Khoa Kết công bố ĐATN trung thực không chép từ cơng trình khác Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 SV thực đồ án (Ký ghi rõ họ tên) Lại Văn Long Châu Thành Luâng Giáo viên hướng dẫn xác nhận báo cáo hoàn thành việc chỉnh sửa theo đề nghị Hội đồng đánh giá đồ án tốt nghiệp: ……………………………………………………………………………………………… Xác nhận Bộ Môn Tp.HCM, ngày tháng năm 2015 Giáo viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên học hàm - học vị) BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập nghiên cứu Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, chúng em nhận dạy dỗ tận tình quý báu quý Thầy Cô kiến thức chuyên môn, kiến thức sống Do đó, chúng em hồn thành Đồ Án Tốt Nghiệp thời gian cho phép Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến ThS Huỳnh Hoàng Hà, người hướng dẫn giúp đỡ chúng em tận tình, tạo điều kiện tốt để chúng em hồn thành Đồ Án Tốt Nghiệp Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! TĨM TẮT Ngày nay, hỏa hoạn xảy thường xuyên hậu để lại vơ lớn Thầy mối nguy hiểm nên nhóm thực đề tài này, nhằm cảnh báo kịp thời cho người dùng Hệ thống xây dựng với khối xử lý trung tâm Raspberry Pi kết hợp với module Sim 900A Kết nối người dùng thiết bị thông qua mạng Wifi GSM Đây Mạng phổ biến thông dụng nay, nên người dùng nhận cảnh báo nhanh Hệ thống giúp cho người dùng nắm bắt thông tin cảnh báo rõ ràng thông qua camera gắn Hình ảnh camera hiển thị App Android Các cảm biến đề tài sử dụng: cảm biến nhiệt độ ds1802, cảm biến khói khí ga MQ2, cảm biến chuyển động PIR MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VI DANH MỤC BẢNG VIII CÁC TỪ VIẾT TẮT IX CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1.3 PHẠM VI ĐỀ TÀI 1.4 BỐ CỤC ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 TỔNG QUAN VỀ RASPERRY PI 2.1.1 Lịch sử phát triển 2.1.2 Khái niện hệ thống nhúng MÁY TÍNH NHÚNG RASPBERRY PI 2.2.1 Giới thiệu sơ lược .7 2.2.2 Vi xử lý ARM11 2.2.3 Thống số kỹ thuật .9 2.2.4 Các thành phần board Raspberry Pi .10 TỔNG QUAN VỀ MẠNG WLAN 14 2.3.1 Chuẩn giao tiếp IEEE 802.11 .14 2.3.2 Giao thức TCP/IP .18 GIỚI THIỆU CÁC LOẠI CẢM BIẾN 22 2.4.1 Modules cảm biến khí gas 22 2.4.2 Modules cảm biến chuyển động .23 2.4.3 Modules cảm biến nhiệt độ ds18B20 .25 GIỚI THIỆU MODULE SIM 900A 26 CHƯƠNG 3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ HỆ THỐNG 28 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG 28 3.1.1 Yêu cầu hệ thống 28 3.1.2 Sơ đồ khối hệ thống 29 3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 30 3.4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 34 3.4.1 Xây dựng chương trình python Kit(Server) .34 3.4.2 Xây dựng App Android(Client) 37 CHƯƠNG VẬN HÀNH VÀ ĐÁNH GIÁ 39 4.1 VẬN HÀNH 39 4.2 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 43 4.2.1 Ưu điểm 43 4.2.2 Nhược điểm 43 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 44 5.1 KẾT QUẢ 44 5.2 HẠN CHẾ 44 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 44 PHỤ LỤC A 45 PHỤ LỤC B 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 DANH MỤC HÌ Hình Hệ thống nhúng .5 Hình 2 Nhân Kernel Hình Kit Raspberry Pi Hình Sơ đồ chân IO Kit Hình Sơ đồ nguyên lý khe cắm Mini USB 11 Hình Sơ đồ chân DSI 11 Hình Sơ đồ nguyên lý chân RCA 12 Hình MIPI CSI-2 Camera Serial Interface 12 Hình Truyền, nhận liệu CSI-2 CCI .13 Hình 10 Sơ đồ nguyên lý Jack 3.5 13 Hình 11 Sơ đồ nguyên lý khe SD 14 Hình 12 Mơ hình mạng LAN IEEE 802.11 .15 Hình 13 Mơ hình TCP/IP 18 Hình 14 Mơ hình Client – Server 20 Hình 15 Cảm biến MQ2 22 Hình 16: Sơ đồ cấu tạo module MQ-2 .22 Hình 17: Thể độ nhạy MQ-2 [9] 23 Hình 18 Cảm biến PIR 25 Hình 19 Sơ đồ nguyên lý cảm biến PIR 25 Hình 20 Cảm biến DS18B20 26 Hình 21 Module Sim 900A .27 Y Hình Sơ đồ khối hệ thống 29 Hình Sơ đồ chân kết nối Module Sim với Kit .30 Hình 3 Sơ đồ nối chân MQ2 với Kit 31 Hình Sơ đồ nối chân Loa, Led động với kit 31 Hình Sơ đồ nối cảm biến PIR với Kit 33 Hình Sơ đồ nối cảm biến ds1802 với Kit .33 Hình Camera sử dụng đề tài .34 Hình Mơ hình đề tài nhìn từ xuống 35 Hình Mơ hình đề tài nhìn theo phương ngang 35 Hình 10 Mơ hình TCP Socket 36 Hình 11 Giao diện chương trình python 36 Hình 12 Lưu đồ chương trình server .37 Hình 13 Giao diện lập trình Android .38 Hình 14 Lưu đồ chương trình Client .38 Hình Server Client khởi động 40 Hình Client kết nối với Server 40 Hình Hệ thống cảnh báo có người lạ 41 Hình 4 Tin nhắn cảnh báo có khí ga 41 Hình Tin nhắn cảnh báo có hỏa hoạn 42 Hình Nút nhấn mở Camera 42 Hình Hình ảnh từ Camera .42 Hình Nút nhấn điều khiển thiết bị 43 Hình Thiết bị nhấn ON 43 Hình 10 Thiết bị nhấn OFF 43 DANH MỤC BẢ Bảng Thông số kỹ thuật Kit 10 Y Bảng Các loại cảm biến khí ga 46 Bảng Thông số kỹ thuật MQ-2 46 Bảng Chức chân Module Sim 900A 47 3.4.1 Xây dựng chương trình python Kit(Server) Giao diện chương trình python Hình 11 Giao diện chương trình python 36 Lưu đồ chương trình Hình 12 Lưu đồ chương trình server Chương trình xây dựng gồm Thread chạy song song: Thread thứ nhất: Server lắng nghe kết nối, chờ Client kết nối Khi client kết nối thành cơng server truyền liều thu thập từ cảm biến xuống cho client Thread thứ hai: Server thu thập liệu từ cảm biến, có báo động gửi tín hiệu cho Module Sim để Module sim gọi điện nhắn tin cảnh báo cho người dùng 37 3.4.2 Xây dựng App Android(Client) Giao diện lập trình Hình 13 Giao diện lập trình Android Lưu đồ giải thuật chương trình Hình 14 Lưu đồ chương trình Client 38 Trên App Android ta sử dụng TCP Socket để kết nối với server Chức App cập nhật hiển thị thông số cảm biến, có báo động xem hình ảnh camera để biết báo động hay sai Ngồi ra, xảy cố ta điểu khiển thiết bị như: hệ thống chữa cháy… 39 CHƯƠNG VẬN HÀNH VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 VẬN HÀNH Tiến hành chạy khối điều khiển trung tâm App Android Hình Server Client khởi động Trên App Android ta nhấn Login để kết nối với Server Hình Client kết nối với Server 40 41 Hình Hệ thống cảnh báo có người lạ Khi phát có chuyển động người, Module Sim báo cho người dùng biết cách gọi điện tới Chạy module cảm biến khí ga, khói MQ2 Hình 4 Tin nhắn cảnh báo có khí ga Khi có cố rị rỉ khí ga, hệ thống gửi tin nhắn báo động tới cho người dùng 42 Tiếp theo ta chạy cảm biến nhiệt độ DS18b20 Hình Tin nhắn cảnh báo có hỏa hoạn Trong đề tài nhóm sử dụng cảm biến ds18b20 để đo nhiệt độ, nhiệt độ vượt 40oC hệ thống gửi tin nhắn cảnh báo cho người dùng nguy hỏa hoạn Khi có báo động người dùng kiểm tra lại hình ảnh camera gắn nơi hình ảnh lưu lại Hình Nút nhấn mở Camera Hình Hình ảnh từ Camera 43 Trên App Android ta điều khiển hay nhiều thiết bị khác Hình Nút nhấn điều khiển thiết bị Hình Thiết bị nhấn ON Hình 10 Thiết bị nhấn OFF 44 4.2 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 4.2.1 Ưu điểm Hệ thống chạy ổn định môi trường thực nghiệm Hệ thống có khả nâng cấp phần cứng lẫn phần mềm Server hoạt động cho nhiều Client kết nối vào lúc Hệ thống thiết kế đơn giản, gọn gàng, dễ sử dụng Người dùng nhận cảnh báo đâu, nơi có báo động Hệ thống xây dựng App Android nên tiện cho người dùng 4.2.2 Nhược điểm Cảm biến phát chuyển động PIR hoạt động chưa ổn định Trong số trường hợp Module sim bị nhiễu nên không đưa cảnh báo tới cho người dùng Mơ hình đáp ứng cho mơi trường thí nghiệm, khác nhiều so với thực tế Nên áp dụng vào thực tế cần cải thiện nâng cấp nhiều 45 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT QUẢ Trong trình nghiên cứu thực đồ án nhóm đạt số kết sau: Nghiên cứu máy tính nhúng Raspberry Pi Tìm hiểu xây dựng hệ thống an ninh cảnh báo nguy cháy Nghiên cứu ngôn ngữ Java 5.2 HẠN CHẾ Chưa thể kết nối vào mạng internet Hệ thống mang tính chất mơ hình, chưa thể đưa vào thực tế được, 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh vào hệ thống để hệ thống thông minh Phát người đám cháy xác Kết hợp với số hệ thống khác để hoàn chình ngơi nhà thơng minh Nâng cao khả báo cháy, phát người lạ loại cảm biến tốt Xây dựng hệ thống chữa cháy chỗ xảy cố, điều khiển từ xa App Android có nút điều khiển chỗ Tăng số lượng mạng lưới cảm biến 46 PHỤ LỤC A Mã nguồn chương trình (xem CD) 47 PHỤ LỤC B Bảng Các loại cảm biến khí ga Mã hiệu MQ-2 MQ-3 MQ-5 MQ-6 MQ-7 MQ-9 Loại khí báo động Các loại khí dễ cháy Alcohol Khí gas tự nhiên, khí gas hóa lỏng Khí gas hóa lỏng, Propane Carbon Monoxide CO, khí dễ cháy Bảng Thơng số kỹ thuật MQ-2 Thông số VC VH RH Rs Khả phát MQ - 5V 5V 33Ω 3kΩ - 30kΩ 200ppm-5000ppmLPG and propane 300ppm-5000ppm butane 5000ppm-20000ppmm Ethane 300ppm-5000ppm H2 100ppm-2000ppmAlcohol 48 Bảng Chức chân Module Sim 900A Thứ tự chân Tên gọi VCC Loại Power Mô tả Điện áp so sánh 3.3V/5V Chỉ dùng để so sánh cho module chuyển áp tín hiệu, Status Output khơng có tác dụng cấp nguồn Theo giỏi trạng thái hoạt động Power Key Input module SIM900A Chân bật/tắt module SIM900A, tích cực TXD Output mức cao Chân truyền điều khiển UART, RXD Input tương thích 3.3V/5V tùy thuộc vào VCC Chân nhận điều khiển UART, Power tương thích 3.3V/5V tùy thuộc vào VCC Ngõ cấp nguồn vào cho module Có 6, VIN tác dụng với ngõ Jack 5mm 3, 9, 10 GND Power module Từ 5~ 12 VDC, 2~3 A Điện áp đất 0V 49 Tài liệu tham khảo 50 ... 11119027 Email: Điện thoại: Thông tin đề tài - Tên đề tài: HỆ THỐNG AN NINH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TỪ XA - Mục đích đề tài: - Thời gian thực hiện: Từ ngày /3/2016 đến /6 /2016 - Đồ án tốt nghiệp thực... xác cao Thấy tầm quan trọng việc phòng cháy chữa cháy việc phát kịp thời có người lạ đột nhập Nhóm thực đề tài xin giới thiệu mơ hình hệ thống an ninh điều khiển giám sát từ xa, sử dụng Kit Raspberry... Hệ chuyển mạch Hệ thống dẫn đường không lưu Các thiết bị y tế Máy chơi games Máy móc cơng nghiệp sử dụng điều khiển lơgic lập trình (PLC) để điều khiển giám sát hoạt động dây chuyền hệ