Camera quan sát là việc sử dụng các mắt điện tử để ghi lại những hình ảnh, video lại vị trí lắp các mắt điện tử, những hình ảnh đó sẽ được lưu lại và phát trực tiếp lên màn hình cho chúng ta giám sát, quản lý hay xử lý những sự cố không đáng có xảy ra.
Tùy vào môi trường khác nhau mà chúng ta sẽ chọn lắp đặt những con mắt điện tử khác nhau, camera trên thì trường thế giới an ninh đang có rất nhiều hãng mà chúnAg ta có thể chọn lắp đặt mắt camera.
Hiện nay rất nhiều người chọn camera quan sát để lắp đặt quan sát an ninh cho hộ gia đình, bệnh viện, trường học, cửa hàng, shop, kho xưởng, ... nhằm bảo vệ an ninh, nâng cao an ninh quan sát tại khu vực lắp đặt camera quan sát.
Hình 2.17 Camera giám sát công viên
2.3.9 Tổng quan về module RFID.
RFID - Radio Frequency Identification Detection là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến. Là một phương pháp nhận dạng tự động dựa trên việc lưu trữ dữ liệu từ xa sử dụng thiết bị thẻ RFID và một đầu đọc RFID.
Các thành phần của hệ thống RFID gồm 2 thành phần quan trọng nhất là: - Tag (thẻ RFID).
- Reader (đầu đọc RFID).
(Trên Tag và Reader đều có Anten)
Tag và Reader giao tiếp với nhau ở cùng một Tần Số. RFID sử dụng sóng Radio nên tốc độ truyền dữ liệu, khoảng cách truyền giữa Tag và Reader phụ thuộc rất nhiều vào Tần Số. Do đó tùy thuộc vào ứng dụng trực tiếp mà các hệ thống RFID sử dụng rất nhiều dải tần số khác nhau, ở đây mình nêu ra 3 dải tần số thông dụng:
- Tần số thấp ( LF ) (khoảng 100kHz – 150 kHz). - Tần số cao ( HF ) (10 – 15 MHz).
Hình 2.18 Hình ảnh Module RFID Đặc điểm của module MF RC522:
MF RC522 ứng dụng cho việc tích hợp cao việc đọc và viết dữ liệu.
Giao tiếp với thẻ tại tần số 13.56Mhz.
Là sự lựa chọn tốt cho sự phát triển của các thiết bị thông minh và thiết bị di động cầm tay.
MF RC552 sử dụng cho việc nâng cao điều chế và giải mã điều chế thông tin giao tiếp thụ động bằng các phương pháp hoàn toàn thích hợp trong tần số 13.56 Mhz.
Tương thích với bộ phát tín hiệu 14443A.
ISO 14443A xử lý kỹ thuật để phát hiện lỗi và các khung hình.
CRYPTO1 nhanh chóng hỗ trợ mã hóa thuật toán để xác nhận sản phẩm là mafire.
MF RC552 hỗ trợ mafire giao tiếp với các chuỗi bằng tốc độ cao, tốc độ truyền dữ liệu 2 chiều lên tới 424kbit/s.
MF RC552 cũng tương tự như MF RC500, MF RC530 nhưng cũng có những đặc điểm và sự khác biệt, giao tiếp giữa nó và máy chủ ở chế độ SPI giúp giảm thiểu các kết nối hạn hẹp của PCB, giảm chi phí đáng kể.
Các MF 552 là các module được thiết kế để dể dàng sử dụng với các đầu đọc thẻ mạch.
Giá thành rẻ và được áp dụng cho sự phát triển các thiết bị cho người sử dụng
Nâng cao sự phát triển của các ứng dụng, đáp ứng nhu cầu về sử dụng các thiết bị đầu/cuối sử dụng thẻ nhớ RF.
Module này có thể được nạp trược tiếp vào các khuôn reader khác nhau, rất thuận tiện.
Sơ đồ chân kết nối:
Chân 1: SDA(SS) chân lựa chọn chip khi giao tiếp SPI (kích hoạt mức thấp) Chân 2: SCK: chân xung trong chế độ SPI.
Chân 3: MOSI(SDI): Master Data Out – Slave In trong chế độ giao tiếp SPI. Chân 4: MISO(SDO): Master Data In – Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI. Chân 5: IRQ: chân ngắt.
Chân 6 GND: chân nối mass.
Chân 7: RST: chân reset lại module. Chân 8: VCC: nguồn 3.3V
2.3.10 Giới thiệu LCD 16x2
LCD 16x2 là loại LCD có thể hiển thị được tất cả các ký tự trong bảng mã ASCII và các ký tự đặc biệt do người dùng tự tạo, nó có thể hiển thị 2 dòng với mỗi dòng là 16 ký tự, mỗi ký tự có độ phân giải 8x5 pixel trên nền sáng phát ra từ LED xanh dương hoặc xanh lục. Bên trong LCD 16x2 có tích hợp sẵn chíp vi điều khiển HD44780 và nhà sản xuất chỉ đưa ra các chân cần thiết cho việc giao tiếp của LCD.
Hình 2.19 Sơ đồ chân LCD 16x2. Chức năng các chân như sau:
- Chân số 1 - VSS: Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển
- Chân số 2 - VDD: Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển
- Chân số 3 - VE: Điều chỉnh độ tương phản của LCD. Có thể kết hợp với biến trở để điều chỉnh
- Chân số 4 - RS: Chân chọn thanh ghi.
- Chân sô 5 - R/W: Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với mức logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với mức logic “1” để LCD ở chế độ đọc.
- Chân số 6 - E: Chân cho phép (Enable) dạng xung chốt.
- Chân số 7 đến chân số 14 - D0 đến D7: Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với vi điều khiển. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này:
Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường.
Chế độ 4 bit: Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7
- Chân số 15 - A: Nguồn dương cho đèn nền.
Chương 3
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.1 GIỚI THIỆU.
Tạo ra một công viên mà ở đó có được sự thoải mái, mát mẻ cho mọi người. Sử dụng những thiết bị cần thiết như: quạt làm mát những khu nhà lúc trời nắng nóng, đèn chiếu sáng, ngoài ra có thể kiếm soát được chỉ có sinh viên của trường ra vào công viên bằng thẻ RFID tránh các trường hợp sảy ra như trộm cắp, các khu tham quan như hồ cá, cây cảnh, hệ thống tưới cây tự động, hồ phun nước.
Yêu cầu:
- Thiết kế mạch kết nối ngõ ra của vi điều khiển với relay để điều khiển 2 động cơ DC. Một động cơ bơm nước tưới cây tự động, một động cơ dùng để phun nước.
- Thiết kế mạch kết nối ngõ vào của vi điều khiển với cảm biến DHT-11 và thẻ RFID.
- Thiết kế mạch kết nối ngõ vào của Module Wifi ESP8266 với các 6 thiết bị điều khiển là đèn và quạt.
- Thiết kế mạch kết nối ngõ ra của vi điều khiển IC 74HC595 để điều khiển 4 LED MATRIX hiển thị nội dung cần thiết.
Hình 3.1 Sơ đồ tổng quan mô hình công viên 4.0 Mô hình có 4 hệ thống chính:
- Hệ thống chạy chữ LED MATRIX.
- Hệ thống điều khiển đèn và quạt bằng Wifi.
- Hệ thống đo nhiệt độ độ ẩm tưới cây, bật đèn sưởi tự động. Chức năng của từng hệ thống:
Hệ thống chạy chữ LED MATRIX: dùng để hiển thị và chạy nội dung cần quảng cáo lên trên 4 Led Matrix.
Hệ thống quẹt thẻ RFID: hệ thống dùng để kiểm soát ra vào cổng công viên. Hệ thống điều khiển đèn và quạt bằng Wifi. Hệ thống sử dụng Module Wifi ESP8266 để điều khiển đèn quạt theo ý của mình. Điều này rất tiện lợi cho người dùng, chỉ cần có điện thoại thông mình là mọi người trong công viên cũng có thể điều khiển được đèn và quạt. Tránh được tình trạng hao phí điện.
Hệ thống đo nhiệt độ độ ẩm tưới cây, bật đèn sưởi tự động: Hệ thống có thể đo nhiệt độ, độ ẩm trong công viên. Nếu nhiệt độ lên cao và độ ẩm thấp thì hệ thống sẽ tự động bật Motor bơm nước tưới cây cho công viên và làm mát hồ cá. Ngược lại, khi về đêm nhiệt độ xuống thấp hệ thống sẽ tự động bật đèn sưởi ấm cho cá.
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG. 3.2.1 Thiết kế hệ thống chạy chữ trên LED MATRIX.
a. Sơ đồ khối.
Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống chạy chữ quảng cáo bằng LED MATRIX.
- Khối truyền tín hiệu từ Smartphone: Nhận tín hiệu trực tiếp từ người dùng thông qua App trên Smartphone và truyền tín hiệu nhận cho Module Bluetooth.
- Khối truyền và nhận dữ liệu bằng Module Bluetooth HC-05: Thu tín hiệu điều khiển, sau đó giải mã rồi truyền tới khối điều khiển.
- Khối vi điều khiển: PIC 16F887 nhận dữ liệu từ Module HC-05 sau đó xử lý và xuất dữ liệu ra các port để hiện thị ở khối hiển thị.
- Khối hiển thị: Nhận dữ liệu từ port ra của vi điều khiển và hiển thị ra nội dung của người dùng cần quảng cáo ra màn hình LED MATRIX.
b. Thiết kế giao diện điều khiển.
Hình 3.3 Giao diện điều khiển trên Smartphone.
c. Tính toán và thiết kế mạch.
Phần dao động cho PIC16F887 sử dụng thạch anh 20MHz để đạt tốc độ xử lý nhanh. Có 1 nút nhấn, dùng để reset lại hệ thống. Có 1 điện trở kéo lên 1 KΩ nối với VCC vừa hạn dòng để bảo vệ chân 𝑀𝐶𝐿𝑅 vừa đảm bảo ở trạng thái bình thường. Chân reset luôn ở mức logic là 1. Khi ta nhấn vào nút nhấn thì chân 𝑀𝐶𝐿𝑅 xuống mức 0. Hệ thống được reset lại ban đầu.
Hai tụ không phân cực C6 và C7 để tạo ổn định tần số và lọc nhiễu cho thạch anh. Theo datasheet bộ dao động thạch anh này thuộc bộ dao động HS, tần số cao nằm trong giới hạn từ 4MHz đến 20MHz.và thông số của hai tụ này là 15 – 33pF. Vì vậy em chọn giá trị tụ điện 33pF là phù hợp để thạch anh hoạt động tốt.
Chân RX là ngõ vào nhận dữ liệu trong chế độ truyền bất đồng bộ UART. Chân này kết nối với chân TX của Module Bluetooth để truyền nhận dữ liệu. Chân TX là ngõ ra phát dữ liệu trong chế độ truyền bất đồng bộ USUART. Chân này được nối với chân RX của Module Bluetooth để truyền tín hiệu cho module đó.
Hình 3.4 Sơ đồ kết nối Khối vi điều khiển với HC-05.
Chọn Led màu vàng có điện áp hoạt động 1.9 - 2.1V và dòng là 10-20 mA. R = 5−2
10∗10−3 = 0.3 𝑘Ω Vậy chọn R10= 330 Ω.
d. Sơ đồ nguyên lý.
Hình 3.6. Sơ đồ mạchchạychữ trên LED MATRIX.
e. Nguyên lý hoạt động.
Khi Module Bluetooth nhận được tín hiệu điều khiển từ người dùng (thông qua App trên Smartphone), Module này truyền dữ liệu từ chân TX sang chân RX nhận dữ liệu của VĐK PIC 16F887. Với chương trình code được nạp, vi điều khiển nhận thông tin, tiến hành xử lý và sau đó xuất tín hiệu ngõ ra 3 chân RA0, RA1, RA2 để điều khiển IC 74HC595. IC này dùng để điều khiển LED MATRIX và xuất nội dung cần quảng cáo ra 4 màn hình LED MATRIX. Trên mỗi IC đã được tích hợp bộ giải mã BCD, mạch quét dồn kênh, thanh ghi dịch, ... IC 74HC595 hoạt động giống như một thanh ghi dịch khi bạn cần nhập dữ liệu vào nối tiếp theo từng bit. Tổng cộng có 16 bit được nhập vào tại một thời điểm. Bốn IC điều khiển 4 LED MATRIX, được mắc nối tiếp với nhau và truyền dữ liệu theo chuẩn giao tiếp SPI. IC 74HC595 chỉ cần 3 chân điều khiển từ vi điều khiển và 2 chân cấp nguồn. Điều này có thể tiết kiệm đáng kể số port ra của vi điều khiển.
Bảng 3.1 Thông số từng linh kiện của mạch chạy chữ trên LED MATRIX.
Tổng dòng điện tiêu thụ của mạch chạy chữ Led Matrix là 853.5 mA.
3.2.2 Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ độ ẩm tưới cây và bật đèn sưởi ấm tự động. a. Sơ đồ khối.
Hình 3.7 Sơ đồ khối hệ thống đo nhiệt độ độ ẩm tưới cây và bặt đèn sưởi tự động.
b. Chức năng của từng khối
Chức năng của từng khối:
- Khối cảm biến DHT11: có chức năng chuyển đổi nhiệt độ, độ ẩm sang tín hiệu điện.
- Khối điều khiển: xử lý tín hiệu từ khối cảm biến và truyền sang khối hiển thị.
- Khối hiển thị: hiển thị kết quả đếm dạng số thập phân. STT Tên linh kiện Số lượng Điện áp hoạt
động
Dòng điện tiêu thụ 1 VĐK PIC16F887 1 5V 50mA 2 Led Matrix 4 3.5-5V 640mA 3 Module Bluetooth HC-05 1 3.3-5V 30mA 4 Điện trở 330 Ω 1 5V 1.5mA 5 Điện trở 4.7 Ω 7 5V 1.5mA 6 Điện trở 1 kΩ 1 5v 1.5mA 7 Led đơn 1 1.8-3V 15mA 8 74HC595 4 0.5-7 V 80mA
- Khối động cơ DC - đèn sưởi: tưới nước và bật đèn sưởi khi nhiệt độ thấp và độ ẩm thấp.
c. Tính toán và thiết kế. Khối cảm biến DHT11.
Sơ đồ kết nối:
Hình 3.8 Sơ đồ kết nối giữa Vi Điều khiển với DHT11.
Chọn Điện trở 5 KΩ là điện áp treo, là để ổn định mức logic (điện áp). Một chân nối mức cao, một chân nối vào output của chân cảm biến DHT11. Không có điện trở treo khi DHT 11 chưa xuất hiện dữ liệu thì vi điều khiển không biết mức logic hiện tại là 0 hay 1, (do có hiện tượng trôi áp trong mạch điện tử) do đó dữ liệu thu vào sẽ chập chờn. Khi có điện trở kéo lên, điện áp xấp xỉ là 5V. Mức logic luôn là 1, khi DHT11 xuất dữ liệu mức 0 thì thì VĐK hiểu là 0, xuất mức 1 VĐK hiểu là 1. Ở đây có mức điện áp rõ ràng nên dữ liệu thu vào ổn định chính xác.
Khối động cơ ĐC và đèn sưởi:
Chọn động cơ mini 5V DC dùng để bơm nước tưới cây và dùng làm vòi phun nước trang trí.
Pđc = U.I 5 ∗ 100 ∗ 10−3 < Pđc< 5 ∗ 200 ∗ 10−3
Chọn Relay 5V DC để điều khiển đóng ngắt động cơ và đèn 220V AC. Bởi vì Relay 5V DC có công suất max là 250VAC-10A hoặc 30VDC – 10A.
Chọn C1815 để điều khiển đóng cắt.
Idc = I cuộn dây relay = Ic sat = 200 mA Ib sat = Ic sat
𝛽 = 200
100 = 2 mA (chọn β = 100) Chọn Ib = (2 ÷5).Ib sat = 10 mA.
Rb =Vvdk−0.7
Ib = 5−0.7
10∗10−3= 430 Ω chọn Rb = 470 Ω
R2 = 3.3
Khi VĐK xuất mức 1 ra chân DS2, dòng điện vào chân B của transistor C1815. Khi Ib tăng tới 1 giá trị nào đó và Ic không đổi thì sẽ làm cho transistor dẫn bão hòa (là trạng thái ON). Khi VĐK xuất mức 0 thì transistor ở trạng thái OFF. Ở đây chọn 1 con Diode mắc ngược để bảo vệ cho transistor.
Hình 3.9 Sơ đồ kết nối đèn sưởi ấm với VĐK.
Chọn loại đèn 220V AC để sưởi ấm cho cá trong công viên vào lúc nhiệt độ trong công viên xuống thấp. Opto PC817 có công dụng là để cách ly giữa cách khối chênh lệch về điện áp và công suất. Khi có dòng điện nhỏ đi qua, Opto cho Led phát sáng. Khi Led phát sáng làm thông 2 cực photo diode. Sau đó mở dòng điện chạy qua. Mục đích là nếu có sự cố tầng ứng dụng bị cháy nổ, chập hay gì đó thì không ảnh hưởng đến tầng điều khiển.
Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý mạch đo nhiệt độ độ ẩm dùng để tưới cây và bật đèn sưởi ấm tự động.
d. Nguyên lí hoạt động.
Cảm biến DHT11 đọc nhiệt độ và độ ẩm từ môi trường và truyền tín hiệu về Vi điều khiển 16F887. Tín hiệu truyền về được chuyển từ tương tự thành tín hiệu điện để đưa vào MCU. MCU xử lý dữ liệu thông qua code đã nạp. Sau đó xuất dữ liệu cần hiển thị ra cho LCD 16x2 và điều khiển các ngõ ra sao cho phù hợp với yêu cầu người dùng.
Đèn sưởi ấm và động cơ sẽ hoạt động khi nhiệt độ và độ ẩm tới ngưỡng. Khi nhiệt độ xuống thấp và độ ẩm cao thì sẽ bật đèn sưởi ấm. Ngược lại, nhiệt độ lên cao và độ ẩm thấp thì động cơ sẽ bơm và tưới nước cho toàn công viên.
Bảng 3.2 Thông số từng linh kiện của mạch đo nhiệt độ độ ẩm dùng để tưới cây và