Đồ án: thiết kế thiết bị chống trộm gửi tin nhắn qua sim

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: CƠ KHÍ BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN Tên chủ đề nghiên cứu Xây dựng hệ thống cảnh báo chống trộm sử dụng cảm biến báo chuyển động PIR Giáo viên hướng dẫn: T.S Phan Đình Hiếu Nhóm: Lớp: CĐT Khóa: 13 Hà Nội – Năm 2020 Mục lục Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung .2 1.2 Các yêu cầu 1.3 Phương pháp, phạm vi, giới hạn nghiên cứu 1.3.1 Phương pháp 1.3.2 Phạm vi, giới hạn nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa thực tiễn Chương 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG .5 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 2.2 Phân tích lựa chọn cảm biến .6 2.3 Phân tích lựa chọn điều khiển 11 2.4 Thiết kế mạch đo xử lý tín hiệu .14 2.5 Mơ hình hóa mô hệ thống .22 Chương 3: Chế tạo thử nghiệm hệ thống 23 3.1 Chế tạo phận khí 23 3.2 Chế tạo phận điện- điện tử .24 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển 25 3.4 Thử nghiệm đánh giá hệ thống .34 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung Trong xã hội ngày nay, với tiến khoa học kỹ thuật, sống người ngày trở nên đầy đủ tiện nghi hơn, lượng cải vật chất tạo nhiều hơn.Nhưng bên cạnh việc tăng tệ nạn xã hội có nạn trộm cắp tài sản.Cứ trung bình năm nước ta có khoảng 15.000 vụ trộm cắp tài sản(chiếm từ 40-45% số vụ phạm pháp hình xảy ra).Yêu cầu đặt phải có hệ thống giúp người bảo vệ phát hành vi trộm cắp nhà họ Xuất phát từ nhu cầu thực tế điều kiện thuận lợi việc khoa học kĩ thuật ngày phát triển, sau q trình tìm hiểu nhóm chúng em định tìm hiểu nghiên cứu sâu hệ thống cảnh báo chống trộm sử dụng cảm biến báo chuyển động PIR Hiện cảm biến hồng ngoại sử dụng rộng rãi ứng dụng như: tránh chướng ngại vật xe, số dòng, sử dụng thiết bị chống trộm, đo nhiệt độ, bật tắt đèn, sản xuất… Cảm biến hồng ngoại việc chống trộm Có thể nói ứng dụng vơ hiệu cảm biến hồng ngoại Chúng góp phần tích cực vào việc ngăn kẻ gian đột nhập vào nhà Những cảm biến nên gắn vị trí quan trọng như: cửa sổ, cửa vào, … Với tầm hoạt động 3-5m vùng quét 360o có kẻ trộm xâm nhập, thiết bị nhận tín hiệu nhiệt chuyển động người phát cảnh báo để chủ nhà biết Thậm chí cần thiết ta kích hoạt tính khác, tiếp cận nhà bị phát nhanh chóng Cảm biến hồng ngoại đo nhiệt độ Ngoài khả nhận biết chuyên biệt, cảm biến hồng ngoại có khả đo nhận tín hiệu nhiệt độ mơi trường xung quanh Cảm biến hồng ngoại việc bật tắt đèn Với cảm biến việc bật tắt đèn không tốn chút sức lực hay di chuyển Chúng thiết kế cơng tắc cảm ứng Khi có xuất người di chuyển vào vùng nhận dạng thiết bị hệ thống đèn tự động kích hoạt hoạt động Thông minh thế, thiết bi cịn tự động hẹn cảm biến ánh sáng môi trường để điều khiển hệ thống đèn cho hợp lí Cảm biến hồng ngồi sản xuất Với hệ thống sản xuất hay bán hàng cảm biến chứng tỏ vai trị quan trọng mình, chúng giúp cho việc bán hàng, quản lí hàng hóa kho, hạn chế sai sót nhân viên trở nên dễ dàng Bộ phận giao nhận hàng tiết kiệm nhiều thời gian hạn chế thất hàng hóa 1.2 Các yêu cầu - Hệ thống nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí phù hợp với nhu cầu hộ gia đình - Hệ thống đảm bảo độ xác - Hoạt động ổn định điều kiện mơi trường - Đáp ứng mục đích nhạy bén việc phát chuyển động 1.3 Phương pháp, phạm vi, giới hạn nghiên cứu 1.3.1 Phương pháp Đề tài nghiên cứu phương pháp lý thuyết với thực nghiêm với mục đích tạo sản phẩm ứng dụng vào đời sống thực tế giúp phát chuyển động để từ cảnh báo nhằm mục đích bảo vệ tài sản cho người sử dụng 1.3.2 Phạm vi, giới hạn nghiên cứu - Được dùng để phục vụ an tồn cho tịa nhà, khách sạn, hộ gia đình phát chuyển động qua hệ thống - Giới hạn nghiên cứu 15 tuần 1.4 Ý nghĩa thực tiễn Đưa giải pháp an tồn để bảo vệ tài sản tịa nhà, khách sạn, hộ gia đình phát chuyển động xung quanh khu vực làm việc hệ thống Sử dụng thiết bị cảnh báo chống trộm với cấu tạo đơn giản dễ dàng sử dụng phân tích nguyên lý hoạt động hệ thống chống trộm sử dụng cảm biến PIR Đồng thời mục tiêu việc nghiên cứu đề tài nhằm tạo sản phẩm có giá trị sử dụng với giá thấp hơn, thiết bị nhỏ gọn phù hợp với đa số hộ gia đình Gíup hạn chế việc mát tài sản, làm giảm thiểu tệ nạn trộm cắp mang lại an tồn cho gia đình Chương 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ khối hệ thống ồKhối nguồn Khối đầu vào Khối xử lý Khối báo tín hiệu Loa Led Module sim800l Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Chức năng: - Khối nguồn: Khối tạo điện áp chiều từ nguồn adapto 12V-DC với đầu 5V-DC 12V-DC để cung cấp cho linh kiện hệ thống - Khối đầu vào: bao gồm mạch cảm biến hệ thống giúp nhận diện tia nhiệt phát từ vật thể chuyển động Khi có vật chuyển động qua khối nhận tín hiệu phát tín hiệu khối xử lý - Khối xử lý: xử lý dùng để nhận tín hiệu từ khối đầu vào phân tích xử lý chúng sau đưa tín hiệu điều khiển khối báo động -Khối báo tín hiệu: sử dụng tín hiệu từ khối xử lý tiến hành cảnh báo có vật thể chuyển động vùng phát + Còi: Báo phát âm có vật chuyển động vào vùng cảm biến + Led hiển thị: phát sáng có vật chuyển động vào vùng cảm biến + Module sim800l: gọi gửi tin nhắn cho người dùng 2.2 Phân tích lựa chọn cảm biến Mọi vật thể cấu tạo từ phân tử nhỏ li ti, nhiệt dạng lượng tạo từ dao động phân tử chuyển động hỗn loạn, không trật tự Từ dao động này, phát tia nhiệt Ở người nguồn thân nhiệt thường điều ổn mức 37 độ C, nguồn nhiệt mà có dùng linh kiện cảm ứng thân nhiệt, có thiết bị phát người PIR chữ viết tắt Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích tia hồng ngoại Tia hồng ngoại (IR) tia nhiệt phát từ vật thể nóng Trong thể sống, ln có thân nhiệt (thơng thường 37 độ C), từ thể phát tia nhiệt, hay gọi tia hồng ngoại, người ta dùng tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt dạng tín hiệu điện nhờ mà làm cảm biến phát vật thể nóng chuyển động cảnh báo có người Cảm biến gọi thụ động khơng dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà phụ thuộc vào nguồn tỏa nhiệt, thân nhiệt thực thể khác, người vật… Người ta tạo cảm biến PIR cách gắn cảm ứng pyroelectric tia nhiệt nằm ngang nối vào cực Gate transistor FET để khuếch đại tín hiệu điện Hình 2.2 Cơ chế cảm ứng cảm biến Trong đầu dò PIR, người ta gắn cảm ứng PIR nằm ngang, cho nối vào cực Gate (chân Cổng) transistor FET có tính khuếch đại Khi cảm biến pyroelectric thứ nhận tia nhiệt, phát tín hiệu nguồn nóng di chuyển ngang, đến cảm biến pyroelectric thứ hai nhận tia nhiệt lại phát tín hiệu điện Sự xuất tín hiệu cho nhận biết có nguồn nhiệt di động ngang mạch điện tử phát tín hiệu điều khiển Tín hiệu dùng tắt mở đèn hay dùng để báo động có kẻ lạ vào nhà Cảm biến PIR (HC - SR501) gồm có chân VCC (3.8V - 5V) GND (0V) dùng để làm chân cấp nguồn cho mô-đun, chân OUT cho mức logic cao dùng để phát đối tượng Ngồi cịn có chiết áp (biến trở) dùng để điều chỉnh độ nhạy cảm biến (Sensitivity) thời gian (delay time 0.3s - 5mins) phát đối tượng, thời gian điều chỉnh từ 0.3s đến phút Hình 2.3 Cảm biến PIR Cấu tạo: kèm với PIR kính hình bán cầu, gọi kính Fresnel Fresnel có chức chống tia tử ngoại đồng thời mở rộng góc dị cho PIR Hình ảnh kính Fresnel hội tụ tia nhiệt vào vị trí cảm biến PIR Hình 2.4 Thấu kính Fresnel hấp thụ tia nhiệt Nguyên lý hoạt động: Các nguồn nhiệt (với người vật nguồn thân nhiệt) phát tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kích lọc lấy tia hồng ngoại, cho tiêu tụ cảm biến hồng ngoại gắn đầu dò, tạo điện áp khuếch đại với transistor FET Khi có vật nóng ngang qua, từ cảm biến cho xuất tín hiệu tín hiệu khuếch có biên độ đủ cao đưa vào mạch so áp để tác động vào thiết bị điều khiển hay báo động Ưu, nhược điểm cảm biến: - Ưu điểm: + Nó tiêu thụ lượng (từ 0.8W đến 1W) + Cảm biến PIR phát chuyển động nhà cách đáng tin cậy bất chấp thời gian Nó hoạt động tốt vào ban ngày bóng tối + Có giá thành thấp + Đầu dò ánh sáng cảm biến chuyển động PIR không phát loại xạ khơng có vấn đề xạ - Nhược điểm: + Dễ bị can thiệp nguồn nhiệt khác + Khi nhiệt độ môi trường gần với nhiệt độ người, khả phát độ nhạy giảm xuống đáng kể, chí có xảy hỏng hóc thời gian ngắn + Hiệu ứng cảm biến bị nhiễm xạ RF + Khả xuyên qua tia hồng ngoại thụ động tương đối kém.Khi xạ hồng ngoại thể người bị chặn vật thể khác khơng dễ dàng đầu dị chấp nhận cảm ứng Thiết bị chống trộm hồng ngoại hoạt động dựa nguyên lý mạch cảm biến hồng ngoại, phát có chuyển động vùng quét hồng ngoại thiết bị gửi tín hiệu đến thiết bị chống trộm trung tâm, lúc hệ thống chạy theo chương trình thiết lập sẵn, hú còi nháy đèn chỗ báo hiệu có người di chuyển qua Đối với cảm biến hồng ngoại có nhiều loại cảm biến với chế độ hoạt động nhiệt độ hoạt động khác nhận thấy cảm biến PIR HC-SR501 phù hợp giá thành rẻ phù hợp với sinh viên dễ dàng nghiên cứu nên nhóm em lựa chọn cảm biến PIR HCSR501 2.5 Mơ hình hóa mơ hệ thống Khi chưa có vật chuyển động qua tương ứng với mức logic biến PIR sau gửi xử lý trung tâm làm đèn không phát sáng, loa không kêu, LCD hiển thị chữ ‘Cam bien An toan’ Hình 2.10 Khi chưa có vật thể qua Khi có vật chuyển động qua mức logic cảm biến đảo từ sang sau gửi tín sang xử lý thông tin, điều khiển led, loa phát tín hiệu cảnh bảo LCD hiển thị chữ ‘ Cam bien Canh bao’ Hình 2.11 Khi có vật thể qua 22 Chương 3: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 3.1 Chế tạo phận khí Phần vỏ ngồi hệ thống cần phải bền, chắn bị va đập ý muốn khơng bị vỡ hay hỏng, phải nhỏ, gọn, tiện lợi dễ dàng cho việc lắp đặt điều quan trọng chống nước để không bị nước ngấm vào phần mạch bên gây cháy chậm mạch.Vì nhóm chúng em chọn hộp nhựa có nắp tai suốt để làm phần vỏ cho hệ thống.Phần nắp vỏ làm nhựa cứng suốt để dễ dàng quan sát phần mạch bên trong.Bao bọc bên phần nhựa cách điện để tránh xảy cố dây điện bị hở cấp nguồn cho hệ thống Hình 3.1 Phần vỏ hệ thống 23 - Hộp hệ thống chia làm hai phần: + phần đế: gắn với Arduino Uno R3 board test mini + phần nắp suốt: gắn với cảm biến PIR hình LCD 3.2 Chế tạo phận điện- điện tử - Gắn Arduino Uno R3 test board mini với phần đế hộp.Sử dụng dây đực-đực để nối nguồn đất nguồn 5V vào test board.Sau sử dụng dây cắm đực-cái để cắm chân nguồn chân đất cảm biến PIR, led, loa, module sim 800l, i2c nối tiếp vào chân cắm nguồn 5v đất test board + Cắm chân Out cảm biến vào test board sau cắm nối tiếp vào chân cảm biến + Cắm chân dương loa led vào test board sau cắm nối tiếp vào chân chân 13 Arduino + Cắm hai chân 4, Module sim800l vào chân 11, 10 Arduino Uno + Cắm chân SDA chân SCL i2c vào hai chân A4 A5 Arduino.Gắn chân giao tiếp I2c với chân LCD 24