Xây dựng hệ thống cảnh báo chống trộm sử dụng cảm biến chuyển động PIR

LỜI NÓI ĐẦU Trong xu hướng phát triển không ngừng công nghệ thập kỉ qua, công nghệ điện tử ngày càng phát triển vượt bậc Các vi mạch với khả tích hợp ngày càng lớn, tốc đợ xử lý tăng cao, xác và giá thành rẻ Ban đầu, IC chế tạo với chức chuyên dụng, dần dần, yêu cầu một linh kiện đa đời Vi xử lý là một linh kiện cho phép hoạt đợng theo mợt chương trình mà người sử dụng đặt ra, ứng dụng nhiều lĩnh vực Đời sống xã hội ngày một thay đổi, bên cạnh tiến bợ vấn đề nảy sinh càng nhiều, đặc biệt là quy mô hoạt động tổ chức mở rộng Trong nhiều trường hợp, việc quản lý trở nên vơ khó khăn số lượng đối tượng quản lý lớn, làm cho hoạt động bị đình trệ, nhiều thời gian mà lại khơng hiệu Do đó, mợt hệ thống tự đợng điều tiết giúp cho người dễ dàng việc giám sát, đảm bảo tính cơng bằng, và đặc biệt là tiến bộ hoạt động xã hợi Bằng mợt ý tưởng có tính ứng dụng cao ngoài thực tế, chúng em lựa chọn đề tài “ HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHỐNG TRỘM SỬ DỤNG CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG PIR ” Hệ thống có khả tự đợng cảnh báo chng có trợm Đây là hệ thống ứng dụng nhà kho, hợ gia đình, cịn cảnh báo cho cư dân tòa nhà nơi mà cần hệ thống bảo mật tốt ngày Ngoài ra, hệ thống này là giải pháp tốt cho thiết bị cần bảo mật cơng ty, bệnh viện, quan hành chính, quan Thuế & Hải quan, công ty Bảo hiểm, Ngân hàng và chứng khoán, Trung tâm dịch vụ, nhà ga-bến xe Dưới kiểm sốt hệ thống này, q trình bảo mật trở nên tốt và hiệu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung Như biết, thời gian gần tình trạng trợm cắp trở nên tinh vi và phổ biến Việt Nam Các vụ việc gây thiệt hại lớn tiền, tài sản gia đình, tạo lo lắng cho nhiều người, mà ảnh hưởng đến trật tự an toàn xã hội Sau hàng loạt vụ việc nhiều gia đình có biện pháp tăng cường lắp đặt hệ thống báo trộm cho gia đình Tuy nhiên biện pháp đơi không phát huy nhiều tác dụng Từ yêu cầu thực tế đó, địi hỏi ngày càng cao cuộc sống, cộng với hợp tác, phát triển mạnh mẽ mạng di động nên chúng em chọn đề tài “Hệ thống cảnh báo chống trộm sử dụng cảm biến chuyển động PIR ” nhằm đáp ứng nhu cầu phát và cảnh báo sớm đến thoại người dùng và góp phần vào tiến bợ, văn minh, đại gia đình và toàn xã hợi 1.2 Các u cầu Từ ý tưởng ban đầu, dựa vào kiến thức học, nhóm bắt đầu tiến hành tìm hiểu lý thuyết liên quan và sau bắt tay vào thiết kế và thi công mạch thực tế với yêu cầu cho hệ thống sau: - Phát chuyển động vật thể phát xạ hồng ngoại (con người, vật, vật phát nhiệt, ) phạm vi định - Báo đợng cịi chip - Chỉnh độ nhạy để giới hạn khoảng cách bắt xa gần cường độ xạ vật thể mong muốn - Chỉnh thời gian kích trễ (giữ tín hiệu sau kích hoạt) qua biến trở tích hợp sẵn - Gửi cảnh báo đến điện thoại người dùng 1.3 Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu *Phương pháp Q trình thực đồ án nhóm trải qua nhiều giai đoạn khác nhau, ứng với giai đoạn cần đưa một phương pháp nghiên cứu phù hợp để công việc giải nhanh và hiệu + Trong giai đoạn đầu đồ án, nhóm tìm hiểu vấn đề nay, đưa ý tưởng ban đầu, đánh giá mức đợ khả quan đề tài, từ lựa chọn đề tài phù hợp cho nhóm + Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm tiến hành tìm hiểu nợi dung lý thuyết liên quan Việc tìm hiểu đề tài liên quan đến nợi dung đồ án là quan trọng giúp nhóm bước đầu xây dựng mơ hình tổng quát và lựa chọn giải pháp thiết kế phù hợp với đề tài, qua tìm hiểu, chúng em nhận những mặt hạn chế đề tài trước đó, từ có hướng phát triển mẻ + Sau xây dựng thành công sơ đồ khối tổng quát, vào thiết kế khối sơ đồ + Để đánh giá hoạt đợng hệ thống, chúng em đưa tình mà hệ thống gặp phải trình vận hành và tiến hành kiểm tra Từ kết thực nghiệm nhận được, nhóm tiến hành hiệu chỉnh lại hệ thống, sau tiến hành lại bước thử nghiệm ban đầu Quá trình tiếp tục hệ thống vận hành theo yêu cầu đặt *Phạm vi “Hệ thống cảnh báo chống trộm sử dụng cảm biến chuyển đợng PIR” hoàn thành góp phần vào việc ổn định an ninh xã hợi, giảm thiểu thời gian và chi phí cho việc bảo vệ tài sản cá nhân, tập thể, quan xí nghiệp… Đồng thời là mợt giải pháp phù hợp với phát triển khoa học công nghệ đại ngày nay, mà mợt người từ mợt vị trí nơi đâu gián tiếp bảo vệ tài sản thơng qua mạng điện thoại *Giới hạn nghiên cứu Đi sâu nghiên cứu: - Dùng Arduino Uno R3 làm bợ điều khiển xử lí tín hiệu - Dùng cảm biến PIR HC-SR501 để cảm biến có trợm đưa vào vi xử lí điều khiển 6 - Dùng Module SIM800L gọi điện cảnh báo cho người dùng - Dùng đèn LED và Buzzer để báo động 1.4 Ý nghĩa thực tiễn Ngày với phát triển đại, việc bảo mật trở nên quen thuộc và thông dụng người dân Việt Nam Tuy nhiên thời gian gần tình trạng cắt trợm, đục phá gia đình, quan diễn thường xun khơng ảnh hưởng tới tài sản, uy tín cơng ty mà cịn ảnh hưởng đến an ninh trật tự xã hợi Từ nhu cầu thực tế đó, nhóm em muốn đưa giải pháp thiết kế một hệ thống giám sát cho gia đình, quan thơng qua c ̣c gọi, đề tài lấy cớ sở là cuộc gọi để cảnh báo người dùng Việc sử dụng c̣c gọi để cảnh có thuận lợi là nhanh chóng, hiệu cao, mang tính cạnh tranh và đợng cao (nghĩa là chỗ nào có phủ sóng mạng điện thoại di đợng ta nhận dược thơng báo) Ngoài ra, sản phẩm đề tài này có tính mở, áp dụng cho nhiều đối tượng khác dân dụng công nghiệp CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG 2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống Nguồn Cảm biến PIR Bợ xử lí trung tâm (Arduino) Nguồn Cịi báo đợng Module Sim800L Gọi điện thoại đến số chủ 2.2 Phân tích và lựa chọn cảm biến a) Khái niệm cảm biến chuyển động : Cảm biến chuyển động là một thiết bị phát chuyển động vật lý thiết bị mơi trường Nó có khả phát và nắm bắt chuyển động vật lý động học thời gian thực Một cảm biến chuyển đợng cịn gọi là mợt máy phát chuyển động Tùy thuộc vào khả cảm biến chuyển đợng, phát chuyển đợng thiết bị tích hợp mơi trường xung quanh Nó thường kết nối với mợt hệ thống phần mềm xử lý chuyển động thành một hành động thông tin b) Phân loại cảm biến chuyển động: Cảm biến chuyển đợng chia thành loại sau: -Cảm biến chuyển đợng rada (vi sóng) -Cảm biến chuyển đợng siêu âm -Cảm biến chuyển động công nghệ kép -Cảm biến chuyển động hồng ngoại c) Phân tich loại cảm biến và lựa chọn loại thich hợp cho nghiên cứu - Cảm biến chuyển đợng rada (vi sóng)[1]: hoạt đợng dựa hiệu ứng doppler, tần số 5.8 Ghz 10m nhận tín hiệu người,vật chuyển đợng qua và phản hồi lại đóng tiếp điểm mạch điện lại cấp nguồn cho đèn sáng Cảm biến rada có khả cảm biến xuyên vật cản tường mỏng, gỗ, kính (Hiệu ứng Doppler là mợt hiệu ứng vật lý, đặt tên theo Christian Andreas Doppler, tần số và bước sóng sóng âm, sóng điện từ hay sóng nói chung bị thay đổi mà nguồn phát sóng chuyển đợng tương người quan sát.) Hình 1: Ngun lí hoạt đợng cảm biến chuyển động Rada + Ưu điểm: ► Đợ nhạy cao ►Có khả phát chuyển đợng nhỏ xun tường mỏng, gỗ, nhựa, … ►Cảm biến có góc qt rợng: 360 đợ, khơng điểm chết ►Cảm ứng với khoảng cách – 8m ►Không phụ thuộc cảm biến vào nhiệt độ môi trường, hoạt động môi trường khắc nghiệt + Nhược điểm: Với ưu điểm độ nhạy cao là mợt nhược điểm lớn dễ bị nhầm lẫn phát vật chuyển động - Với đề tài làm cảm biến chuyển đợng chống trợm sử hợ gia đình, văn phịng, … nhược điểm này ảnh hưởng lớn đến hiệu sử dụng cảm biến Cảm biến rada dễ bị nhầm lẫn với thú cưng nuôi nhà, thiết bị điện tử tự động robot qt dọn, Vì nhóm em khơng sử dụng cảm biến rada (Vi sóng) nghiên cứu xây dựng hệ thống chống trộm - Cảm biến chuyển động siêu âm [2]: là loại cảm biến hoạt đợng dựa sóng siêu âm, hoạt đợng dựa ngun tắc cho và nhận, tức là thân cảm biến phát sóng liên tục với tốc đợ sóng siêu âm Khi bước sóng này gặp vật cản phản hồi lại bước sóng này, cảm biến siêu âm nhận lại bước sóng phản hồi này đồng thời phân tích để biết khoảng cách từ vật cản tới cảm biến Hình 2: Ngun lí hoạt đợng cảm biến chuyển đợng siêu âm + Ưu điểm: ►Đợ xác cao, đo khoảng cách xa ►Khơng cần tiếp xúc mà cảm biến nên dùng nhiều nhà máy 10 + Nhược điểm: ►Các loại cảm biến này thường có khả chịu nhiệt đợ và áp suất khơng cao ►Có khoảng cách mà thơng thường cảm biến siêu âm không đo được: gọi là vùng mù cảm biến siêu âm Khoảng cách này thường nằm phía bợ phận phát sóng Khoảng cách xa hay gần là tùy tḥc vào nhà sản xuất ►Giá thành cao - Hoạt động dựa nguyên tắc thu nhận, nên cảm biến chuyển động siêu âm dễ bị ảnh hưởng, nhầm lẫn người với vật thể Hơn nữa, cảm biến này cịn có vùng mù Đó là mợt nhược điểm lớn khiến cho cảm biến hoạt động không hiệu việc chống trộm -Cảm biến chuyển đợng cơng nghệ kép: Loại cảm biến này tích hợp lúc nhiều cơng nghệ cảm biến khác nhau, đem đến kết hoạt đợng và khả cảm biến nhạy, xác Cảm biến chuyển đợng cơng nghệ kép nhạy và có đợ xác cao nên thường sử dụng công nghiệp, hay thiết bị cơng nghệ cao Vì giá thành tương đối cao Đề tài mà nhóm nghiên cứu là xây dựng hệ thống chống trộm sử dụng cảm biến chuyển động, hướng tới đối tượng: hộ gia đình, văn phịng, … có qui mơ nhỏ Việc sử dụng cảm biến chuyển động công nghệ kép là không cần thiết mà giá thành lại cao -Cảm biến chuyển động hồng ngoại [3]: Cảm biến chuyển động hồng ngoại chia làm loại nhỏ: + Cảm biến chuyển đợng hồng ngoại chủ đợng (tích cực): có ngun lí giống với cảm biến siêu âm, bao gồm bợ phát và bợ thu Bợ phát có phát mợt chùm tia sáng hồng ngoại đến bộ thu đặt xa Bộ thu liên tục nhận chùm tia lượng hồng ngoại từ bộ phát Năng lượng này chuyển đổi thành dòng điện nhờ tế bào quang điện Nếu bộ thu không nhận lượng hồng ngoại từ bộ phát chùm tia hồng ngoại bị che chắn, thiết bị báo động chuyển sang chế độ cảnh báo Cảm biến chuyển đợng hồng ngoại tích cực gồm loại: 11 ►Loại đơn tia: thường sử dụng chống đột nhập, cự li gần cửa sổ cửa vào Với phạm vi sử dụng hẹp, dễ nhầm lẫn cần một vật thể chặn tia đơn gây báo động giả ►Loại đa tia: sử dụng chống đột nhập cho khoảng cách lớn, ngoài trời, hàng rào (khi tác nhân gây báo động giả nhiều hơn) Khơng thích hợp để sử dụng chống trợm nhà, văn phịng + Cảm biến chuyển đợng hồng ngoại thụ đợng (PIR): Cảm biến hồng ngoại không tự phát tia hồng ngoại mà nhận tia hồng ngoại phát từ thân thể người và vật Khi có mợt đối tượng qua, PIR phát thay đổi nhiệt độ mà đưa cảnh báo PIR có khả phân biệt chuyển đợng người và đồ vật Góc qt rợng 360 đợ, hoàn toàn điều chỉnh góc cảm ứng theo ý muốn và sử dụng vách ngăn để tránh vùng không muốn cảm ứng Tuy nhiên khơng thể cảm biến xun vật cản Chính cơng nghệ này phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ để cảm biến nên mơi trường có nhiệt đợ cao cảm biến càng nhạy Chính khả cảm biến tia hồng ngoại một cách thụ động, giá thành rẻ, phân biệt chuyển động người và vật, giảm khả báo động giả PIR đáp ứng yêu cầu đề tài Cảm biến nhạy nhiệt độ môi trường xung quanh cao, nhiên mục đích xây dựng hệ thống chống trợm hướng tới gia đình, văn phịng nơi có nhiệt đợng phịng khoảng 25 đợ C nên khơng ảnh hưởng đến đợ nhạy cảm biến Qua việc phân tích kĩ đặc điểm, ưu nhược điểm loại cảm biến chuyển đợng, nhóm nhận thấy cảm biến PIR là giải pháp tối ưu cho nghiên cứu xây dựng hệ thống chống trợm sử dụng cảm biến chuyển đợng Vì vậy, nhóm định sử dụng cảm biến PIR cho đề tài này d) Chọn cảm biến PIR thich hợp với đề tài Ngày thị trường có nhiều loại cảm biến PIR, phổ biến là loại module HC-SR501 và HC-SR505 Bảng 1: So sánh module PIR HC-SR501 và HC-SR505 Thông số kĩ thuật Module HC-SR501 12 Module HC-SR505 Phạm vi phát góc 360 đợ hình nón, đợ xa tối đa 6m