Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

Hình 1.1. Sơ đồ tổng quan của một hệ thống cảnh báo. 3

Hình 1.2. Vùng bảo vệ của cảm biến thân nhiệt 4

Hình 1.3. Một số loại cảm biến thường dùng hiện nay 6

Hình 1.4. Phân vùng cấu trúc địa lý mạng GSM 11

Hình 1.5. Mô hình hệ thống GSM. 12

Hình 1.6. Cấu trúc của trạm gốc BSS. 14

Hình 1.7. Vị trí và chức năng của TRAU. 15

Hình 1.8. Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC 17

Hình 1.9. Một số loại Arduino thông dụng hiện nay 21

Hình 1.10. Board Arduino UNO thực tế 21

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 81 trang tài liệu này.

Hình 1.11. Phần cứng của board Arduino UNO. 22

Hình 1.12. Tham khảo thêm chức năng các chân của Arduino UNO R3. 25

Hình 1.13. Phần mềm lập trình Arduino IDE. 26

Hình 1.14. Giao diện phần mềm Arduino IDE. 26

Hình 1.15. Vùng lệnh của phần mềm. 27

Hình 1.16. Cấu trúc cơ bản của 1 frame dữ liệu. 28

Hình 1.17. Sơ đồ chân module SIM800L 28

Hình 1.18. Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK. 30

Hình 1.19. Sơ đồ nguyên lý cảm biến hồng ngoại E18-D80NK. 31

Hình 1.20. Module relay 1 kênh 5V. 32

Hình 1.21. Màn hình LCD 16x2. 33

Hình 1.22. Cấu trúc trong mỗi giao dịch (transcaction). 34

Hình 1.23. Điều kiện bắt đầu. 34

Hình 1.24. Điều kiện kết thúc. 35

Hình 1.25. Thiết bị Mater gửi điều kiện bắt đầu đến tất cả Slave. 36

Hình 1.26. Các Slave so sánh địa chỉ Master gửi đến. 36

Hình 1.27. Thiết bị Master gửi hoặc nhận khung dữ liệu. 37

Hình 1.28. Thiết bị Slave nhận thành công khung dữ liệu. 37

Hình 1.29. Thiết bị Master gửi điều kiện dừng, kết thúc truyền dữ liệu. 38

Hình 1.30. Còi báo buzzer. 38

Hình 1.31. Bóng đèn led buld. 39

Hình 2.1. Sơ đồ làm việc của hệ thống báo trộm. 40

Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống 41

Hình 3.2. Nguồn sạc adapter 5VDC. 42

Hình 3.3. Khối xử lý trung tâm 42

Hình 3.4. Khối cảm biến 43

Hình 3.5. Khối báo động từ xa 43

Hình 3.6. Khối báo động tại chỗ 44

Hình 3.7. Khối hiển thị 44

Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 45

Hình 4.1. Mạch in của hệ thống. 47

Hình 4.2. Mạch PCB 3D lớp dưới. 47

Hình 4.3. Mạch PCB 3D lớp trên. 47

Hình 4.4. Board mạch lớp dưới. 49

Hình 4.5. Board mạch lớp trên. 49

Hình 4.6. Mô hình hệ thống khi chưa hoạt động. 50

Hình 4.7. Mô hình hệ thống gọi điện cảnh báo khi có đột nhập. 50

1. Lí do chọn đề tài

MỞ ĐẦU

Như chúng ta đã biết, trong thời gian gần đây tình trạng trộm cắp đã trở nên phổ biến và ngày một tinh vi hơn tại Việt Nam. Các vụ việc trộm cắp không những gây thiệt hại lớn về tài sản của các gia đình, cơ quan, mà còn tạo sự lo lắng cho nhiều người, ảnh hưởng đến trật tự an toàn xã hội. Sau hàng loạt vụ việc và sự khuyến cáo của cơ quan chức năng, nhiều gia đình đã có biện pháp tăng cường lắp đặt các thiết bị báo trộm cho gia đình. Tuy nhiên những biện pháp đó đôi khi không phát huy được nhiều tác dụng.

Từ những yêu cầu thực tế đó, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống, cộng với sự phát triễn mạnh mẽ của mạng di động em đã chọn đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại” nhằm đáp ứng nhu cầu giám sát điều khiển từ xa bằng điện thoại di động, góp phần vào giữ vững trật tự an ninh của gia đình và xã hội.

2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu

“Hệ thống chống trộm qua điện thoại” sẽ phát hiện được các đột nhập từ bên ngoài sau đó cảnh báo cho chúng ta kịp thời đưa ra các phương án xử lý hiệu quả nhất. Đề tài sử dụng vi điều khiển làm bộ xử lý trung tâm, các cảm biến hồng ngoại phát hiện ra dấu hiệu đột nhập. Cùng một số thiết bị đầu ra như âm thanh (chuông, còi), bằng tín hiệu phát sáng (đèn), Module SIM nhận tín hiệu từ trung tâm sẽ gửi tin nhắn thông báo đến

người quản lý để kịp thời xử lý khi có sự cố đột nhập xảy ra.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

- Nghiên cứu hệ thống báo trộm trên thị trường.

- Nghiên cứu các thành phần của hệ thống báo trộm.

- Tìm hiểu về các loại cảm biến, module.

- Phân biệt được các loại cảm biến, nắm được các thông số của cảm biến như: phạm vi, khoảng cách hoạt động, điện áp cung cấp, … Từ đó đưa ra lựa chọn phù hợp để đưa vào sử dụng trong mô hình.

- Tìm hiểu về mạng thông tin di động.

- Thiết kế mạch báo trộm qua điện thoại.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng

- Nghiên cứu về hệ thống báo trộm.

- Nghiên cứu về thiết bị cảm biến hồng ngoại và module sim.

- Nghiên cứu về các linh kiện có trong mạch.

Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về các thành phần có trong hệ thống báo trộm.

- Nghiên cứu lý thuyết về các loại cảm biến.

- Nghiên cứu lý thuyết về mạng thông tin di đông GSM.

4. Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp luận làm rò nội dung đề tài:

- Thu thập, phân tích các tài liệu có liên quan đến đề tài.

- Nghiên cứu các thành phần có trong hệ thống báo trộm.

- Tìm hiểu về mạng thông tin di động GSM.

- Tìm hiểu và phân tích hệ thống báo trộm qua điện thoại.

5. Dự đoán kết quả

Hệ thống sẽ báo động khi phát hiện có đột nhập và lập tức gọi điện, nhắn tin đến số điện thoại được cài đặt sẵn để báo động cho người chủ biết để có phương pháp xử lý, đồng thời sẽ báo động tại chỗ bằng âm thanh (còi buzzer) và ánh sáng (bóng đèn led).

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài giúp em nắm rò được kiến thức về hệ thống báo trộm kết hợp với mạng thông tin di động GSM. Đề tài mang tính thực tế cao và được áp dụng nhiều vào cuộc sống. Không chỉ các cơ quan, doanh nghiệp mà ngay cả các hộ gia đình cũng sử dụng phổ biến.

7. Nội dung bố cục

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯƠNG IV: THI CÔNG HỆ THỐNG

CHƯƠNG V: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẢNH BÁO

1.1.1. Giới thiệu về hệ thống cảnh báo

Trước đây, khi nói đến công tác bảo vệ an ninh cũng như chống trộm đột nhập chúng ta thường nghĩ đến là: thuê người làm bảo vệ hoặc là nuôi chó để bảo vệ nhà … Ngày nay với sự phát triễn của công nghệ cũng như điện tử số, con người đã cho ra đời những phát minh mới về lĩnh vực báo động có đột nhập, chúng đa dạng và được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống.

Về nguyên tắc một bộ cảnh báo gồm 3 phần chính: các sensor, bộ xử lý trung tâm và các thiết bị cảnh báo.

Các sensor chính là các cảm biến thu thập tín hiệu sau đó đưa về bộ xử lý trung tâm. Có rất nhiều loại sensor như: cảm biến khói, cảm biến từ, cảm biến nhiệt, cảm biến hồng ngoại, cảm biến quang, cảm biến âm thanh, …

Bộ xử lý trung tâm là bộ phận nhận các thông tin từ sensor gửi về sau đó xử lý, tùy theo người lập trình mà nó đưa ra các xử lý khác nhau khi nhận tín hiệu. Hầu hết các xử lý của bộ xử lý trung tâm được đưa ra các thiết bị cảnh báo để thông báo tình huống cho người sử dụng.

Thiết bị cảnh báo thường là: loa, còi, điện thoại, đèn báo, …

Hình 1.1. Sơ đồ tổng quan của một hệ thống cảnh báo.

1.1.2. Vùng bảo vệ

Khái niệm “vùng bảo vệ” của hệ thống cảnh báo được hiểu một cách đơn giản là thể tích mà trong giới hạn đó các bộ phận cảnh báo tạo ra một sự bảo vệ phát hiện đột nhập bằng việc phát ra các chùm tia hồng ngoại, sóng siêu âm, … tạo nên một không gian bảo vệ.

Kích thước và hình dáng của vùng bảo vệ thay đổi theo sự bố trí, sắp xếp và phụ thuộc vào đặc tính, độ rộng quét của cảm biến.

Vùng bảo vệ của cảm biến hồng ngoại thân nhiệt

Hình 1.2. Vùng bảo vệ của cảm biến thân nhiệt

Tùy vào mỗi loại cảm biến thì có các thông số như góc quét, khoảng cách quét tối đa, nhiệt độ phát hiện và kích thước khác nhau.

Một số lưu ý để có được vùng quan sát bảo vệ tốt nhất:

 Tránh các vị trí điều hòa, lò sưởi, các nơi thay đổi nhiệt độ.

 Nên lắp ở các phòng có ít vật cản để có được phạm vi quét tốt nhất.

 Cần phải điều chỉnh vị trí, góc, độ cao phù hợp để có vùng quét rộng nhất.

 Tránh để thiết bị đối diện thẳng và song song với hướng chuyển động, vì như thế cảm biến sẽ kém nhạy với các chuyển động song song với tia quét.

1.2. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN

1.2.1. Khái niệm cảm biến

Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng vật lý có tính chất điện như: điện trở, điện tích, điện áp.

Thông tin được xử lý để rút ra tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ các nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh và gọi ngắn gọn là đo đạt, phục vụ trong truyền và xử lý thông tin, hay trong điều khiển các quá trình khác.

Cảm biến thường được đặt trong các vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu dò, có thể kèm các mạch điện hỗ trợ, tuy nhiên trong nhiều văn liệu thì thuật ngữ cảm biến ít dùng cho vật có kích thước lớn.

Các đại lượng đo (M) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất, trọng lương, …) tác động lên cảm biến cho ta đại lượng đặc trưng (S) mang tính chất điện (như điện áp, điện tích, dòng điện hay trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đó.

Phương trình chuyển đổi của cảm biến:

S = F(M)

Trong đó (S): đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến. (M): đại lượng đầu vào hay kích thích

(F): phụ thuộc vào cấu tạo, vật liệu làm cảm biến

Cảm biến tích cực là không có sử dụng điện năng bổ xung để chuyển sang tín hiệu điện, loại cảm biến này hoạt động như một máy phát, đáp ứng điện tích, điện áp hay dòng. Cảm biến tích cực được chế tạo dựa trên ứng dụng của các hiện tượng vật lý biến đổi một dạng năng lượng nào đó (nhiệt, quang, cơ, bức xạ, …) thành đại lượng điện.

Cảm biến thụ động là sử dụng điện năng bổ xung để chuyển sang tín hiệu điện, loại cảm biến này hoạt động như một trở kháng trong đó đáp ứng là điện trở, độ tự cảm hoặc điện dung. Cảm biến thụ động thường được chế tạo từ một trở kháng có các thông số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo. Giá trị của trở kháng phụ thuộc vào kích thước, tính chất điện của vật liệu chế tạo (như điện trở suất p, độ tự thẩm μ, hằng số điện môi ε) vì vậy các đại lượng đo có thể ảnh hưởng riêng biệt đến kích thước, tính chất điện hoặc đồng thời cả hai.

Một số loại cảm biến thường dùng hiện nay.

Hình 1.3. Một số loại cảm biến thường dùng hiện nay.

Một cảm biến được sử dụng khi đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật xác định:

 Độ nhạy: gia số nhỏ nhất có thể phát hiện.

 Mức tuyến tính: khoảng giá trị được biến đổi có hệ số biến đổi cố định.

 Dải biến đổi: khoảng giá trị biến đổi sử dụng được.

 Ảnh hưởng ngược: khả năng gây thay đổi môi trường.

 Mức nhiễu ồn: tiếng ồn riêng và ảnh hưởng của tác nhân lên kết quả.

 Sai số xác định: phụ thuộc độ nhạy và mức nhiễu.

 Độ trôi; sự thay đổi tham số theo thời gian phục vụ hoặc thời gian tồn tại.

 Độ trễ: mức độ đáp ứng với thay đổi của quá trình.

 Độ tin cậy: khả năng làm việc ổn định, chịu những biến động lớn của môi trường.

 Điều kiện môi trường: dải nhiệt độ, độ ẩm áp suất, … làm việc được.

 Có sự tương đối trong tiêu chí tùy thuộc lĩnh vực áp dụng. Các cảm biến ở các thiết bị số (digital), tức cảm biến logic, thì độ tuyến tính không có nhiều ý nghĩa.