Thiết bị phát hiện người lạ đột nhập vào nhà, báo động cho chủ nhà môn đo lường

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

---------------

BÀI TẬP LỚN
Môn: Đo lường và Cảm biến.
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện, Điện tử.

Đề tài:
Thiết bị phát hiện người lạ đột nhập vào nhà, thông báo
cho chủ nhà.

Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Lớp:
MSV:

1


I.ĐẶT VẤN ĐỀ
Tình hình an ninh trật tự đang là vấn đề nhức nhối của toàn xã hội, đặt biệt là
vấn đề, xâm nhập, trộm cắp tài sản tại tư gia khiến cho gia chủ phải tốn rất nhiều
thời gian và cơng sức trong việc bảo vệ tính mạng, tài sản.
Dù ở mức độ nào đi chăng nữa cũng để lại là những hậu quả ảnh hưởng trực
tiếp cho gia chủ. Và một trong những nguyên nhân chủ yếu của vấn nạn này chính
là an ninh lỏng lẻo giúp kẻ trộm có cơ hội ra tay. Hiện nay khóa đang là hình thức
được sử dụng thơng dụng nhất. Tuy nhiên những tên có ý đồ hồn tồn có thể bė,
phá được khóa, thậm chí là khóa số điện tử. Do đó cần phải có những thiết bị báo
xâm nhập, báo trộm, vừa để chủ nhà nhận biết được có kẻ đột nhập, vừa để kẻ xấu

khi biết đã bị phát hiện sẽ hoảng loạn sẽ phải quay đầu bỏ chạy ngay. Với những
ngôi nhà thông minh hay căn hộ chung cư, thiết bị báo xâm nhập, báo trộm lại
càng cần thiết. Chính vì cần có biện pháp hiệu quả hơn trong vấn đề an ninh,
phịng chống những rủi ro có thể xảy ra nên em chọn đề tài: “Thiết bị phát hiện
người lạ (trộm) đột nhập vào nhà, thông báo cho chủ nhà." để làm trong phần
bài tập lớn này.
Hệ thống cần có các chức năng sau:
+ Nhận diện được chuyển động của người trong khu vực giám sát và đưa ra
cảnh báo qua cho chủ nhà.
+
● MỤC TIÊU:
- Thiết kế và thi công được hệ thống chống xâm nhập thơng minh, thơng qua
xử lý, cịi báo động sẽ kêu đồng thời gửi cảnh báo bằng tin nhắn SMS.

2


Hình 1. Sơ đồ khối của hệ thống.
II.GIỚI THIỆU 1 VÀI SẢN PHẨM.
2.1: Mạch Chống Trộm Dùng Hồng Ngoại.
► Ưu điểm:
- Khá hiệu quả
- Chi phí thấp
- Thiết kế và thi công đơn giản, sử dụng các linh kiện quen thuộc.
► Khuyết điểm:
- Dễ bị nhiễu
- Độ ổn định không cao
- Tín hiệu điều khiển yếu trong mơi trường xuất hiện nhiều sóng gần với hồng
ngoại.

Hình 2. Cảm biến hồng ngoại phát hiện người.

Hình 3. (Tham khảo) Mạch phát hiện người dung hồng ngoại.
3


2.2. Mạch Chống Trộm Dùng Laser:
Mạch chống trộm dùng laser có một số ưu và nhược điểm nhất định, được ứng
dụng trong môi trường cần độ bảo mật cao và chính xác.
►
Ưu điểm:
-Tín hiệu mạnh
-Độ chính xác cao
-Ít bị nhiễu
► Khuyết điểm:
-Chi phí cao
-Có thể bị phát hiện trong mơi trường quá tối.

Hình 4. Cảm biến quang laser.

Hình 5. Sơ đồ lắp đặt (tham khảo)
4


III. LỰA CHỌN LINH KIỆN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG.
3.1. Cảm biến chuyển động PIR
3.1.1 Khái niệm PIR (Passive InfraRed sensor: PIR sensor).
Đó là bộ cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại. Tia
hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ra từ các vật thể nóng. Trong các cơ thể
sống, trong chúng ta ln có thân nhiệt (thơng thường ở, và từ cơ thể chúng ta sẽ

ln phát các tia nhiệt, hay cịn gọi là tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào
điện đểchuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm
biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động. Cảm biến này gọi là thụ động vì
nó khơng dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực hay chủ động) mà chỉ phụ
thuộc vào các nguồn thân nhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con
người, con vật...
3.1.2 Cấu trúc của một cảm biến chuyển động PIR

Bộ cảm biến chuyển động – PIR
Infrared Radial Sensor (cảm biến xuyên tâm hồng ngoại)
Bên trong có gắn 2 cảm biến tia nhiệt.
Có 3 chân ra: một chân GND, một chân VCC (mức điện áp 3V – 15V), một chân
tín hiệu.
Góc dị lớn
Fresnel Lens: để tăng độ nhạy cho đầu dị thì dùng thêm kính Fresel Nó được thiết
kế cho loại đầu có 2 cảm biến. Có tác dụng ngăn tia tử ngoại.
3.1.3 Nguyên lý làm việc của cảm biến chuyển động – PIR
5


Nguyên lý phát hiện chuyển động ngang của nguồn thân nhiệt
Nguồn thân nhiệt của con người phát ra tia hồng ngoại, qua kính Fresnel,
qua kính lọc lấy tia hồng ngoại, nó được hội tụ trên đầu dị của cảm biến và tạo ra
điện áp được khuếch đại với transistor FET. Khi có nguồn thân nhiệt đi ngang qua,
từ 2 cảm biến sẽ xuất hiện 2 tín hiệu và tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có biên
độ đủ cao để đưa vào mạch so áp sau đó tác động vào một thiết bị điều khiển hay
báo động.
3.2 Giới thiệu về vi điều khiển PIC 16F877A.

6

Cấu trúc tổng quát PIC 16F877A:
- 8K Flash ROM;
- 368 bytes RAM;
- 256 bytes EEPROM;
- 5 Port I/O (A, B, C, D, E), ngõ vào/ra với tín hiệu điều khiển độc lập; - 2
bộ định thời 8 bit Timer 0 và Timer 2; - 1 bộ định thời 16 bit Timer 1, có thể hoạt
động trong cả chế tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode) với nguồn xung clock ngoài;
- 2 bộ CCP, Capture/Compare/PWM – tạm gọi là: Bắt giữ / So sánh / Điều biến
xung; - Chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode); - Nạp chương trình bằng cổng
nối tiếp ICSP (In-Circuit Serial Programing); - Nguồn dao động lập trình được tạo
bằng cơng nghệ CMOS; - 1 bộ biến đổi tương tự - số (ADC) 10 bit, 8 ngõ vào; - 2
bộ so sánh tương tự (Comparator); - 1 bộ định thời giám sát (WDT – Watch Dog
Timer); - 35 tập lệnh có độ dài 14 bit; - Tần số hoạt động tối đa là 29 MHz; - 1
cổng nối tiếp (Serial Port); - 15 nguồn ngắt (Interrupt).
3.3 Giới thiệu Module sim 300s.
Module SIM300S là một trong những loại module GSM. Module SIM300S
được nâng cao hơn, có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn. Nó sử dụng cơng nghệ
GSM/GPRS hoạt động ở băng tần EGSM 900MHz, DCS 1800MHz và PCS
1900MHz, tính năng GPRS của Sim 300cz có nhiều lớp.
8 lớp điện dung,10 lớp điện dung.
Và hỗ trợ GPRS theo dạng đồ thị mã hóa CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4.

3.4 Đặc điểm của Module sim300S
Modem Sim 300S
Nguồn cung cấp khoảng 3.4V – 4.5V
Có nguồn lưu trữ bên trong cung cấp cho sim card.
Băng tần hoạt động là EGSM 900MHz, DCS 1800MHz và PCS 1900MHz.
Đặc biệt Sim300cz có thể tự động tìm kiếm các băng tần.

Phù hợp với GSM Pha 2/2+
Loại GSM là loại MS nhỏ
Kết nối GPRS
7


GPRS có nhiều rãnh loại 8 (lựa chọn).
GPRS có nhiều rãnh loại 10 (tự động)

3.5 Một số linh kiện khác
Transistor A1015

3.6 IC đệm ULN2803

8


- Được cấu thành từ mảng transistor ghép
Darlington 8 bit, đầu ra có dịng và áp cao
và mức logic được đảo lại mức logic input.
+ Chân 1 đến chân 8 (IN1-IN8): 8 chân đầu
vào.
+ Chân 11 đến chân 18: 8 đầu ra.
+ Chân 9: GND chung của các cực E của
các Darlington.
+ Chân 10: cực C chung.

3.7 Còi báo động.

IV. TỪ VIỆC CHỌN LINH KIỆN XÂY DỰNG LẠI SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT.

9


Chức năng của từng khối
Khối gửi và nhận tin nhắn
Module SIM300S: nhận tin nhắn từ điện thoại người dùng gửi tới khối xử lý trung
tâm
Có chức năng gửi nhận tin nhắn SMS cho việc điều khiển các khối thiết bị.
GSM Module Sim300S: module này phải được gắn Sim của nhà cung cấp dịch vụ
và cũng cần phải có chức năng như một điện thoại di động để kết nối với vi điều khiển.
Cái này được đặt cố định và thường xuyên kết nối với vi điều khiển. Khi người sử dụng
nhắn một tin nhắn SMS có nội dung là một lệnh yêu cầu điều khiển thiết bị. Ví dụ như
Sim 300S sẽ nhận tin nhắn và được xử lý bởi câu lệnh điều khiển được lập trình và được
nạp vào vi điều khiển
Khối nguồn: Cung cấp cho khối IN/OUT hoạt động gồm 2 loại nguồn 5V và 9V
Khối xử lý trung tâm: có nhiệm vụ gửi nhận dữ liệu với Module Sim300S một cách liên
tục. Khối này chỉ có PIC 16F877A, điều khiển mọi hoạt động của hệ thống.
Khối IN/OUT: Dùng để xử lý ngõ vào và ngõ ra của vi điều khiển, bao gồm:
IC4027, IC ULN2803, A1015, loa, rơ le, cảm biến chuyển động PIR.
Khối điều khiển trung tâm: Xử lý tín hiệu, đưa ra tín hiệu, điều khiển hoạt động
của thiết bị …..
V. KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1 Kết quả thực hiện.
Đề tài thực hiện đạt như kết quả mong muốn tuy nhiên còn một số khuyết điểm.
Đề tài đáp ứng được nhu cầu của xã hội:
Có thể nhận tin nhắn điều khiển với số lượng và thời lượng khơng giới hạn. Có thể điều
khiển, kiểm tra trạng thái thiết bị từ xa thông qua điện thoại di động chỉ với một tin nhắn
SMS.
5.2 Ưu điểm và khuyết điểm của hệ thống

Ưu điểm
Sử dụng mạng viễn thông GSM trong truyền thơng mang tính cơng nghiệp. Hệ
thống hoạt động ở những vị trí khó khăn mà đường dây điện thoại khơng có, chỉ cần được
10


phủ sóng mạng di động. Hệ thống có thể sử dụng các loại sim của các nhà cung cấp dịch
vụ khác nhau như Mobiphone, Vinaphone, Viettel Mobile... Phần cứng được thiết kế đơn
giản, sử dụng số linh kiện tối thiểu, kết nối chân ra đáp ứng được nhu cầu phát triển của
đề tài sau này.
Khuyết điểm
Hệ thống chỉ hoạt động được ở vùng có phủ sóng điện thoại di động
Phải tốn chi phí gửi tin nhắn SMS
Hệ thống hoạt động chưa ổn định nếu tin nhắn tổng đài đến cùng một lúc với tin
nhắn điều khiển tuy nhiên hướng khắc phục là dung tin nhắn xác nhận từ hệ thống.
5.3. Các hạn chế
-Do chưa hiểu rõ về lập trình PLC nên khơng thể nói rõ lập trình PLC để điều khiển hệ
thống
-Chưa có điều kiện được đi quan sát thực tiễn các thiết bị bên ngồi , chưa tính được giá
thành.

5.4 Hướng phát triển.
Mở rộng số thiết bị cần điều khiển.
Lập trình có thể thêm password để tính bảo mật được cao hơn.
Mở rộng chức năng cảnh báo sự cố và chống trộm cho hệ thống.( ví dụ: dùng thêm
camera, điều khiển từ xa, tự động đóng, mở cửa, tự động thông báo cho lực lượng cảnh
sát…..)

11