THIếT kế và xây DựNG hệ THốNG AN NINH CHO mô HìNH NHÀ THÔNG MINH (có code)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG
MINH

i


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.............................................................................................IV
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT......................................................................................V
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH.............................1
1.1 GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH

1

1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1

1.3 MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1

1.3.1 Mục đích nghiên cứu................................................................................................1
1.3.2 Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................1
CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT....................................................................................................3
2.1 TCP/IP

3

2.2 UART

4

2.3 SPI

5

2.4 ONE WIRE

6

2.5 RFID

7

CHƯƠNG 3. PHẦN CỨNG...................................................................................................9
3.1 ESP8266

9

3.2 ARDUINO MEGA 2560

11

3.3 SIM800A

12

3.4 LM2596ADJ

14

3.5 SERVO 9G

15

3.6 MODULE CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ2

16

3.7 DHT11

17

3.8 RC522

18

3.9 CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI

19

CHƯƠNG 4. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG......................................................................20
4.1 GIAO TIẾP TRONG MẠCH

20

ii

4.2 NGUYÊN LÝ CHUNG

20

CHƯƠNG 5. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ & LAYOUT............................................................21
5.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

21

5.2 SƠ ĐỒ LAYOUT

22

5.3 HÌNH ẢNH SẢN PHẨM

23

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN....................................................................................................26
6.1 KẾT LUẬN

26

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN

26

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................27
PHỤ LỤC A............................................................................................................................28

iii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

iv


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
UART

Universal Asynchronous Serial Receiver Transmitter

SPI

Serial Peripheral Interface

RFID

Radio frequency identification

TCP/IP

Transmission control protocol – internet protocol

RAM

Random Access Memory

ADC

Analog to Digital Converter

v


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 1/62

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH
1.1 Giới thiệu về mô hình nhà thông minh
Hệ thống nhà thông minh tích hợp cảm biến nhiệt độ dùng để phát hiện hỏa hoạn.
Cảm biến khí để phát hiện rò rỉ khí gas, cảm biến hồng ngoại chống trộm.
Mạch đọc RFID để đóng mở cửa, điều khiển, giám sát nhà từ xa thông qua tin nhắn
sms hoặc internet.
Với ưu điểm ổn định, nhỏ ngọn và giá thành rẻ được đưa lên làm tiêu chí hàng đầu.
1.2 Lý do chọn đề tài
Với sự phát triển thần tốc của công nghệ ứng dụng và sản xuất, nhu cầu của con
người cũng vì thế ngày một đi lên và thời gian càng ngày trở nên quý giá.
Nắm bắt được nhu cầu lớn của người dân trong việc sử dụng một ngôi nhà thông
minh có thể điều khiển, giám sát từ xa ở mọi vị trí cụ thể ở bất cứ nơi đâu trên toàn
thế giới đã dẫn đến cuộc nghiên cứu và phát triển nhà thông minh này.
1.3 Mục đích và phương pháp nghiên cứu
1.3.1 Mục đích nghiên cứu
Trên thị trường hiện này đang có rất nhiều các hãng làm thiết bị phục vụ cho nhà
thông minh nhưng chưa tiếp cận được số đông người tiêu dùng do giá thành cao
điển hình như BroadLink.

Đề tài hướng tới một sản phẩm thiết bị nhà thông minh với độ ổn định cao, giá
thành hợp lý và dễ sử dụng cho người tiêu dùng.
1.3.2 Phương pháp nghiên cứu
Tiếp cận các dòng vi điều khiển, chip wifi, gsm và các loại cảm biến phổ thông trên
thị trường và thử nghiệm một số loại được dùng nhiều nhất để chọn ra những linh
kiện hợp lý nhất để pháp triển sản phẩm trong thời gian ngắn nhất nhưng vẫn đảm
bảo được độ ổn đinh.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 2/62

Các tiêu chí lựa chọn:
• Dễ sử dụng, tài liệu nhiều.
• Giá thành rẻ.
• Nguồn cung cấp dồi dào.
• Ổn định dài lâu.
• Có watch dog timer để reset tự động sau một thời gian sử dụng.
Viết firmware, thiết kế mạch ứng dụng cho các linh kiện đã chọn, làm vài phiên bản
thử nghiệm chạy thực tế để kiểm tra độ ổn định và cải tiến thiết kế dựa trên kết quả
thu thập được.
Sử dụng các phần mềm mô phỏng và các thiết bị đo tần số để kiểm tra chính xác
nhất có thể.
Do thời gian lẫn tài chính có hạn nên sẽ tiếp cận và kiểm tra những dòng chip được
cộng đồng điện tử trong và ngoài nước sử dụng nhiều nhất để hạn chế rủi ro và tiết
kiệm thời gian đưa dự án đến thành công.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 3/62

CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT
2.1 TCP/IP
Là một bao giao thức truyền nhận giữa các thiết bị có kết nối internet được sử dụng
rộng rãi trên toàn thế giới.
TCP/IP có 4 lớp bao gồm link, internet, transport và application.
Link là lớp thấp nhất và nó là một nhóm cách thức vào giao thức kết nối giữa các
hosts và nodes và chỉ hoạt động tại đường link vật lý mà host kết nối vào.
Internet là lớp kết nối các mạng nội bộ với nhau.
Transport là lớp truyền tải điều khiển giao tiếp tới máy chủ.
Application là lớp ứng dụng tập hợp các giao thức giao tiếp dữ liệu giữa các quá lớp
quá trình.

Trong

đồ

Hình 2-: Sơ đồ cắt lớp TCP/IP [11]

án mạch ESP8266

đóng vai trò truyền nhận dữ liệu với server thông qua giao thức TCP/IP.
Giao thức TCP có ưu điểm là dữ liệu đến đúng thứ tự, hạn chế việc sửa chữa dữ
liệu, loại bỏ dữ liệu trùng lập, các gói tin thất lạc được đảm bảo gửi lại và kiểm soát
tắt nghẽn đường dữ liệu.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4/62

2.2 UART
UART là chuẩn truyền nhận dữ liệu bất đồng bộ với tốc độ thấp ở vi điều khiển
thường hoạt động ở mức 3V hoặc 5V và cùng một thời điểm giao tiếp giữa 2 thiết bị
thì mỗi thiết bị chỉ có thể hoạt động ở chế độ nhận hoặc phát thì mới có thể trao đổi
được dữ liệu (1 Master 1 Slave).
Khung truyền sử dụng trong đồ án này dùng 1 start bit báo hiệu truyền nhận+ 8 bit
dữ liệu + 1 parity bit kiểm tra dữ liệu + 1 stop bit kết thúc một gói dữ liệu.
UART sử dụng 2 chân data, 1 chân nguồn nuôi và 1 chân đất.
Ưu điểm so với truyền song song thông thường là sử dụng ít đường truyền, tiết kiệm
chân cho vi điều khiển giúp việc lựa chọn vi điều khiển giá rẻ trở nên dễ dàng hơn.
Tuy nhiên UART có nhược điểm là truyền tốc độ thấp và chính xác không cao so
với song song.
Truyền bất đồng bộ không cần đường clock để báo trước quá trình truyền như
truyền dữ liệu đồng bộ do giao tiếp đã được chuẩn hóa giữa các thiết bị.
Cần phải cài đặt trước baudrate hay còn gọi là tốc độ truyền thường được tính bằng
baud tương đương với số bit truyền trong một giây.
Khung truyền UART có chuẩn bắt đầu và kết thúc bằng 1 start bit và 1 hoặc 2 stop
bit, trong đó có thêm 1 parity bit để kiểm tra chẳn lẽ tránh sai lệch dữ liệu trong quá
trình hoạt động.

Hình 2-: Khung truyền UART [11]

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/62

2.3 SPI
SPI là giao tiếp truyền nhận dữ liệu nối tiếp đồng bộ hai chiều, tốc độ cao hơn
UART và các thiết bị có thể truyền nhận đồng thời.
SPI dùng line riêng cho đường dữ liệu và clock để đồng bộ để đảm bảo truyền nhận
đúng thời điểm tránh sai lệch dữ liệu.
Giao tiếp SPI rất được phổ biến do nó sử dụng một bộ shift register với giá thành và
cơ cấu đơn giản hơn nhiều so với bộ full-up ở UART.
SPI sử dụng 4 chân dùng cho việc đồng bộ dữ liệu và truyền nhận.
Chân SCK dùng để giữ nhịp cho giao tiếp, mỗi nhịp trên chân này báo 1 bit dữ liệu
đến hoặc đi.
Chân SCK giúp cho dữ liệu truyền ít bị lỗi nên tốc độ truyền có thể lên rất cao và
đặc biệt xung nhịp này chỉ được tạo ra bởi thiết bị cấu hình làm master.
Chân MISO đóng vai trò là input nếu thiết bị là master và ngược lại nếu là slave.
Chân MOSI thì ngược lại hoàn toàn với chân MISO.
Chân SS dùng để cấu hình thiết bị slave, master có thể có nhiều SS nhưng slave thì
chỉ có 1 chân SS.
Mỗi chip master hay slave có một thanh ghi dữ liệu 8 bit cứ mỗi xung do master tạo
ra trên SCK thì một bit trong thanh ghi đó được truyền qua trên MOSI và chân
MISO sẽ có 1 bit từ slave truyền qua. Do quá trình truyền nhận này xảy ra đồng thời
nên đây là quá trình truyền song công.
ATmega2560 có cấu trúc SPI tương đương như trên với các thanh ghi phục vụ cho
chuyện này như SPCR để kiểm soát truyền SPI.
SPSR là thanh ghi trạng thái SPI .
SPDR là thanh ghi dữ liệu của SPI.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/62

Hình 2-: Sơ đồ truyền SPI [11]

2.4 One Wire
Chuẩn giao tiếp được thiết kế bởi Dallas Corp sử dụng chỉ chân data để trao đổi dữ
liệu và nguồn nuôi kèm với một chân GND, có tốc độ thấp và thường thấy trong các
cảm biến digital như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm.
Các thiết bị one wire cần một tụ điện với giá trị thường là 800pF để lưu trữ điện cho
đường data trong quá trình hoạt động.
Quá trình truyền diễn ra bằng cách truyền 1 xung nhịp reset từ master kéo xuống 0V
trong ít nhất 480us. Điều này reset toàn bộ thiết bị phụ thuộc trên đường dây.
Sau đó, bất kì thiết bị phụ thuộc, nếu có, cho biết rằng nó tồn tại với một xung giữ
bus thấp trong ít nhất 60 µs sau khi thiết bị chủ giải phóng bus.
Để gửi "1", thiết bị chủ bus gửi một xung thấp rất ngắn (1–15 µs).
Để gửi "0", thiết bị chủ gửi một xung thấp 60 µs.
Cạnh xuống của xung được sử dụng để bắt đầu một monostable multivibrator trên
slave.
Multivibrator trong đồng hồ của slave dùng để đọc dữ liệu trong khoảng 30 µs sau
khi cạnh xung đi xuống.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/62

Hình 2-: Khung Truyền One Wire [11]

2.5 RFID
Nhận dạng qua tần số vô tuyến là một công nghệ dùng sóng vô tuyến dùng để nhận
dạng các thẻ nhận dạng (RFID tag) để nhận dạng vật thể.
Công nghệ này dùng thẻ điện tử chứa thông tin dữ liệu về vật thể hay con người,
trong mạch của thẻ có khả năng thu sóng RF dùng làm năng lượng và phát sóng dữ
liệu đến máy đọc RFID để nhận diện.
Trong mạch sử dụng chip RFID RC522 của philips.
Ưu điểm của RFID là tiêu thụ rất ít năng lượng, không cần có bất kì tiếp xúc vật lý
nào giữa thiết bị thu phát do nó sử dụng sóng RF.
Có thể đọc xuyên qua bê tông, cốt thép, băng đá.
Tuy nhiên cũng có một số nhược điểm do tầm thu phát ngắn và người dùng cần phải
cách ly thẻ của mình khỏi sóng điện từ bằng các thiết bị cách ly điện từ để phòng
chống kẻ gian đọc trộm dữ liệu của thẻ.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/62

Hình 2-: Mô hình thực tế sử dụng RFID [14]

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/62

CHƯƠNG 3. PHẦN CỨNG
3.1 ESP8266
SoC tích hợp gồm chip wifi và vi điều khiển 32 bit của expressif được sử dụng phổ
biến trên các thiết bị điều khiển thông qua internet với tốc độ lên đến 72MHz. Hỗ
trợ TCP và các chuẩn giao tiếp phổ thông như UART và SPI.

Hình 3-: Thông số kỹ thuật esp8266 [5]

ESP8266 giao tiếp với vi điều khiển AVR trên Arduino Mega2560 thông qua giao
tiếp uart và giao tiếp với database của blynk thông qua TCP/IP.
Ngoài những thông số về kết nối và điều kiện hoạt động trên thì ESP8266 còn tích
hợp FLASH, RAM và ADC.
Chúng ta có thể dùng ESP8266 hoạt động như một thiết bị đa chức năng để điều
khiển và truyền nhận dữ liệu với các cảm biến, server mà không cần dùng tới vi
điều khiển ngoài.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/62

Tuy nhiên với chân đièu khiển ít và nó vốn được thiết kế để truyền nhận data thông
qua wifi nên dùng như một thiết bị đa chức năng sẽ dễ gây lỗi và độ ổn định không
cao do nhiệt lượng tỏa ra nhiều. ESP8266 cũng có một nhược điểm là tiêu thụ điện
năng khá lớn so với các chip wifi khác trên thị trường do tích hợp thêm vi điều
khiển lên trên nó.
Nhưng do giá thành rẻ và hoạt động ổn định ở chế độ wifi thu phát trao đổi dữ liệu
nên nó là lựa chọn hàng đầu của cộng đồng điện tử hiện nay.
Và với yêu cầu không quá khắt khe về tầm nhiệt dộ hoạt động và tầm thu phát xa

nên tôi chọn ESP8266 là thiết bị thu phát truyền nhận dữ liệu với server để truyền
dữ liệu điều khiển qua ATmega2560.

Hình 3-: Sơ đồ ra chân ESP8266 [5]

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/62

3.2 Arduino Mega 2560
Kit vi điều khiển cung cấp bởi hãng Arduino sử dụng vi điều khiển Atmega2560 của
hãng Atmel, hỗ trợ nhiều chuẩn giao tiếp phổ biến với nguồn cấp từ 5V tới 20V.

Hình 3- Sơ đồ ra chân của Arduino mega 2560 [4]

Atmega2560 chứa gần như mọi chuẩn giao tiếp phổ thông trên thị trường hiện nay
và có số lượng chân digital out lên đến 54 đáp ứng được nhu cầu của đồ án.
Thay vì sử dụng chip FTDI chuyển tính hiệu USB vào chân UART như các dòng
Arduino khác thì phiên bản này sử dụng một chip Atmega16U được nạp firmware
để hoạt động như một bộ chuyển đổi tín hiệu USB.
Dòng ra tối đa của chip nguồn trên Mega là 800mA có thể dùng để cấp cho một số
thiết bị khác như cảm biến.
Tuy nhiên không nên dùng để cấp cho motor vì dễ gây nhiễu vi điều khiển và công
suất tiêu thụ của motor cũng lớn làm nóng chip nguồn sau thời gian hoạt động sẽ
không được ổn định.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/62

Hình 3-: Hình ảnh thực tế Arduino mega 2560 [4]

Arduino hiện này là một trong nhưng kit vi điều khiển được sủ dụng nhiều nhất bởi
cộng đồng điện tử cũng như cộng đồng maker với nguồn tài liệu và thư viện khổng
lồ.
Chưa bao giờ có một hãng thiết kế vi điều khiển được hỗ trợ mạnh mẽ và sử dụng
rộng rãi bởi người chuyên lẫn không chuyên nhiều Arduino.
Vì thế Arduino mega xứng đáng được sử dụng trong việc làm đồ án điều khiển, an
ninh cho nhà thông minh này.
3.3 SIM800A
Là bản cải tiến của module sim900a được sử dụng rộng rãi ở thập kỉ vừa qua của
SimCom nay hãng đã cập nhật lên phiên bản mới với giá thành rẻ hơn, ổn định và
gọn gang hơn phiên bản trước rất nhiều.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/62

Hình 3-: Module Sim800a [12]

Module sim800a sử

dụng trong mạch sử dụng

nguồn 5V, dòng tiêu thụ có thể lên tới 1A ở công suất thu phát tối đa.
Sim800a hỗ trợ GSM và GPRS, hỗ trợ băng tần hoạt động ở Việt Nam và phần lớn
các quốc gia trên toàn thế giới.
Sim800a có giá thành rẻ và độ hoạt động ổn định cao được mình chứng và áp dụng
rộng rãi trên rất nhiều các thiết bị sử dụng GSM hay GPRS.
Sim800a hỗ trợ giao tiếp UART để giao tiếp với vi điều khiển, ngoài ra trong
firmware của hãng cung cấp ta còn có thể dùng lệnh AT để điều khiển module sim
một cách đơn giản.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/62

Hình 3-: Sơ đồ ra chân sim800a [12]

Đối với đồ án này ta dùng chân TX và RX để trao đổi dữ liệu giữa vi điều khiển và
module sim 800a thông qua giao thức UART.
Ta dùng vi điều khiển để truyền lệnh AT qua giao thức UART với 8 bit cho từng ký
tự.
Module Sim800A sẽ trả về dữ liệu và phản hồi kết quả sau khi thực hiện lệnh.
3.4 LM2596ADJ
Chip ổn áp lâu đời của hãng Texas Instrument hỗ trợ điền áp đầu ra dải rộng được
sử dụng rộng rãi trên các thiết bị điện tử dân dụng thường thấy.
Dòng tải đầu ra tối đa là 3A và điện áp đầu ra tối đa là 40V.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/62

Hình 3-: Mạch chuyển đổi điện áp sử dụng LM2596 [6]

Với yêu cầu của các linh kiện trong mạch về công suất không lớn nên dùng
LM2596 hợp lý cho đồ án và dễ thiết kế.
Hãng có cung cấp một design tiêu chuẩn cho LM2596 như hình trên.
3.5 SERVO 9G
Loại động cơ servo nhỏ gọn chuyên dụng để làm các mô hình nhỏ hoặc các cơ cấu
kéo không cần lực nặng. Nguồn cấp 5V, dòng tiêu thụ khoảng 80mA. Lực kéo
1.6KG.cm.

Hình 3-: Servo 9G [14]

Ta điều khiển góc quay của servo thông qua điều chế độ rộng xung trên vi điều
khiển.
Tùy loại servo mà ta điều xung với chu kì và độ rộng, tần số khác nhau, thường thì
xung nằm khoảng 30 tới 200Hz và áp ra từ 2.5V tới 10V cho R/C servo như 9G.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16/62

Hình 3-: Phương pháp điều xung điều khiển r/c servo [15]

3.6 Module cảm biến khí gas MQ2
Mạch cảm biến khí gas hỗ trợ xuất analog lẫn digital, nguồn cấp ổn định 5V sử

dụng cảm biến MQ2 hỗ trợ nhận diện khí LPG/CO/CH4.

Hình 3-: Module cảm biến khí gas MQ2 [13]

Điện

áp đầu ra của

MQ2 càng cao khi môi trường có khi gây cháy càng cao.
Dựa vào đặc tính kỹ thuật này ta đưa chân đầu ra của cảm biến và bộ ADC của vi
điều khiển để nhận biến khi có khi gas hay các khí dễ gây cháy khác có mặt trong
nhà.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/62

Cảm biến MQ2 được sử dụng rộng rãi trong dân dụng cũng như công nghiệp do giá
thành rẻ và độ tin cậy cao.
Tuy nhiên cần phải thiết kế mạch hợp lý để cảm biến không bị nhiễu trong quá trình
hoạt động.
Module Mq2 sử dụng trong đồ án có nguồn cấp từ 3V tới 5V và cần làm nóng
khoảng 30s tới 1 phút để ổn định mỗi lần reset mạch.

Hình 3-: Sơ đồ mạch module MQ2 [13]
3.7 DHT11
Cảm biến nhiệt độ của hãng Dallas sử dụng giao thức one wire đo nhiệt độ, độ ẩm
dải rộng, đo tốt nhất ở khoảng 0 tới 50 độ C sai số +-2 .

Tần số lấy mẫu tối đa là 1Hz (1 giây, 1 lần).
Nguồn cấp 3 tới 5V

Hình 3-: DHT11 [14]

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/62

Ta kết nối với một chân digital của vi điều khiển để đọc thông số cảm biến DHT11
ở chân data.
DHT11 được thiết kế sử dụng giao thức one wire nên có nhược điểm là tốc độ lấy
mẫu chậm so với các cảm biến nhiệt dộ analog khác.
Khoảng sai số nằm trong +-2 độ nhưng do yêu cầu của đồ án ứng dụng cho dân
dụng không cần khắt khe về độ chính xác cao và quan sát nhiệt độ liên tục với tần
số cao nên DHT11 thích hợp cho ứng dụng này vì giá thành rẻ.

Hình 3-: Kết nối DHT11 với arduino [14]

3.8 RC522
Chip RFID của Phillips dùng đọc và ghi dữ liệu cho thẻ RFID tần số 13.56MHz có
giá rẻ, ổn định sử dụng giao tiếp SPI với vi điều khiển.
Nguồn cấp: 3V.

Hình 3-: Module RFID dùng RC552 [14]

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 19/62

Ta kết nối RC552 với Arduino thông qua những chân giao tiếp SPI thông thường và
thực hiện đọc, nhận dữ liệu với khung truyền SPI tiêu chuẩn.

Hình 3-: Kết nối Mega với RC552 [14]

3.9 Cảm biến hồng ngoại
Mạch sử dụng cảm biến hồng ngoại ở tần số 36KHz bao gồm mạch thu và phát
hồng ngoại.
Nguồn cấp 3 – 5V .

Hình 3-: Module cảm biến hồng ngoại [14]

Với module hồng ngoại ta sử dụng 2 chân digital cấu hình in/out để điều khiển cảm
biến phát và thu.
Đưa chân nối với đầu phát hồng ngoại lên mức cao để phát.
Khi có người hay vật đi trong phạm vi cảm biến sẽ kéo chân đầu ra xuống mức thấp

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 20/62

CHƯƠNG 4. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
4.1 Giao tiếp trong mạch
Arduino mega2560 giao tiếp với esp8266, Sim800a thông qua UART.

Arduino mega2560 giao tiếp với DHT11 thông qua one wire.
Arduino mega2560 giao tiếp với RC552 thông qua SPI.
Arduino mega2560 điều khiển relay, đọc hồng ngoại thông qua cổng digital tiêu
chuẩn.
Arduino mega2560 đọc dữ liệu cảm biến gas thông qua cổn analog.
Arduino mega2560 điều khiển servo bằng điều chế độ rộng xung.
4.2 Nguyên lý chung
Arduino liên tục thu thập dữ liệu cảm biến nhiệt độ, gas, hồng ngoại và RFID.
Nếu có rò rỉ khí gas hay nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép do hỏa hoạn hoặc có người
lạ phá cửa đột nhập vào nhà chạm phải cảm biến hồng ngoại thì truyền dữ liệu và
điều khiển esp8266 đẩy dữ liệu lên server của Blynk để thông báo qua điện thoại tới
chủ nhà thông qua ứng dụng Blynk và tin nhắn thông qua module sim800a.
Chủ nhà có thể thiết lập mật khẩu nhà thông qua ứng dụng Blynk điều khiển qua
internet hoặc tin nhắn.
Chủ nhà có thể dùng thẻ RFID đưa vào đầu đọc RFID RC522 để đọc dữ liệu trên
thẻ truyền về Arduino mega2560 thông qua SPI để so sánh mật khẩu. Nếu trùng
khớp Arduino sẽ điều khiển servo để mở cửa.
Chủ nhà cũng có thể dùng úng dụng BLynk để đóng mở cửa thông qua internet. Gửi
dữ liệu đến server Blynk và server Blynk sẽ giao tiếp với esp8266 thông qua
TCP/IP rồi truyền dữ liệu xuống Arduino Mega2560 thông qua UART.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH