LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS. Nguyễn Thanh
Tùng, thầy đã tần tình giúp đỡ, định hướng cho em trong suốt quá tình tìm hiểu
nghiên cứu và thiết kế mô hình cho báo cáo thực tập này.
Em cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn tới ban giám hiệu và các thầy cô trong
khoa Công nghệ điện tử viễn thông – Trường Đại học Công nghệ thông tin và
Truyền thông. Thầy cô đã tận tình dạy dỗ và tạo điều kiện học tập và nghiên cứu
trong những năm tháng học tại nhà trường.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, những người bạn luôn ở bên
động viên và giúp tôi hoàn thiện tốt khóa luận này.
Xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyên, tháng 3/2016
Sinh viên

Bùi Quang Vũ


LỚI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Những nội dung trong đồ án này là do tôi tổng hợp và thực hiện. Mọi
tham khảo trong đồ án này đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình,
thời gian địa điểm và công bố.
Mọi sao chép không hợp lệ vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin
chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Sinh viên

Bùi Quang Vũ

2




3


2.2.3. Cấu tạo của PTC08. ...........................................................................38
2.2.4. Sơ đồ nguyên lý camera RS232 PTC08. ............................................41
2.2.5. Giao thức truyền thông. .....................................................................41
2.2.6. Quá trình chụp. ..................................................................................42
2.2.7. Các lĩnh vực sử dụng. ........................................................................43
2.3. Giới thiệu module cảm biến chuyển động (PIR) HC-SR501 ....................44
2.3.1.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR..............................44
2.3.2. Tìm hiểu module cảm biến PIR..........................................................46
2.3.3. Thiết bị hội tụ tia nhiệt cho module cam biến PIR..............................50
2.3.4. Nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR .............................................51
2.4. Giới thiệu về module sim900A ................................................................54
2.4.1. Tổng quan..........................................................................................54
2.4.2. Sơ đồ chân Module Sim 900a. ...........................................................57
2.5. Module MicroSD.....................................................................................61
2.5.1. Giới thiệu...........................................................................................61
2.5.2. Đặc tính kỹ thuật................................................................................61
2.6. Module cảm biến khí Gas MQ7 ...............................................................61
2.6.1. Khái niệm ..........................................................................................61
2.6.2. Đặc điểm kỹ thuật..............................................................................62
2.6.3. Thông số kỹ thuật ..............................................................................62
2.7. Module cảm biến lửa ...............................................................................62
2.7.1. Các tính năng chính ...........................................................................62
2.7.2. Ứng dụng...........................................................................................63
2.7.3. Mô tả .................................................................................................63
CHƯƠNG 3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH VÀ CÁC PHẦN MỀM PHỤ TRỢ .......64
3.1 .Ngôn ngữ lập trình ....................................................................................................................64

Hình 1.8. Camera loại analog. ...........................................................................20
Hình 1.9. Camera CMOS...................................................................................21
Hình 1.10. Camera có dây. ................................................................................22
Hình 1.11. Camera có dây. ................................................................................23
Hình 1.12. Camera IP ........................................................................................23
Hình 1.13 Camera áp trần. .................................................................................24
Hình 1.14. Camera ẩn dạng bút..........................................................................24
Hình 1.15 IR camera..........................................................................................25
Hình 2.1 Arduino Mega2560. ............................................................................29
Hình 2.2. Sơ đồ linh kiện của Arduino Mega2560. ............................................30
Hình 2.3 Sơ đồ chân Arduino Mega2560...........................................................31
Hình 2.4. Sơ đồ các cổng vào ra của Atmega2560. ............................................33
Hình 2.5. Shield hỗ trợ điều khiển motor. ..........................................................34
Hình 2.6. Shield hỗ trợ kết nối wifi....................................................................35
Hình 2.7. Mẫu lá chắn cho Arduino Mega. ........................................................35
Hình 2.8. Ma trận LED 8traanjhieenr thị ảnh. ....................................................36
Hình 2.10. Sơ đồ nguyên lý Arduino Mega2560................................................36
Hình 2.11. Module camera RS232 PTC08. ........................................................37
Hình 2.12 Cổng kết nối với PTC08....................................................................39
Hình 2.13. Mặt trước của PTC08.......................................................................39
Hình 2.14. Mặt sau của PTC08. .........................................................................40
Hình 2.15. Kích thước ống lens. ........................................................................40

6


Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lý PTC08. ..................................................................41
Hình 2.17. Cảm biến PIR...................................................................................44
Hình 2.18 Cấu tạo phân tử trong PIR.................................................................45
Hình 2.19. Nguyên tắc tạo cảm biến chuyển động. ............................................45

Hình 3.1. Phần mềm Proteus..............................................................................65
Hình 3.2. Phần mềm Arduino IDE.....................................................................65
Hình 3.2. Arduino IDE. .....................................................................................66
Hình 3.3. File menu. ..........................................................................................67
Hình 3. 4. Edit menu..........................................................................................67
Hình 3.5. Sketch menu. .....................................................................................68
Hình 3.6. Tool menu..........................................................................................68
Hình 3.7. Chọn Board........................................................................................69
Hình 3.8. Lưu đồ thuật toán một chương trình Arduino. ....................................70
Hình 3.9. Dịch và chạy chương trình điều khiển 3 led đơn.................................72
Hình 3.10. Mạch led giao thông sử dụng Arduino..............................................74
Hình 4.1. Sơ đồ khối hệ thống. ..........................................................................75
Hình 4.2. Khối điều khiển..................................................................................75
Hình 4.4. Còi báo. .............................................................................................76
Hình 4.5. Module MicroSD ...............................................................................77
Hình 4.6. Mạch ổn áp 5V cung cấp nguồn cho board mạch Arduino..................77
Hình 4.7. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................78
Hình 4.8. Lưu đồ thuật toán ...............................................................................88
Hình 4.9. Đi dây cho mạch thành phẩm .............................................................89
Hình 4.10. Sảm phẩm hoàn thiện .......................................................................89

8


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vi điều khiển AVR và
vi điều khiển PIC ngày càng thông dụng và hoàn thiện hơn , nhưng có thể nói sự
xuất hiện của Arduino vào năm 2005 bởi giáo sư Massimo Banzi tại trường
Interraction Design Instistute Ivrea (IDII) tại Italia đã mở ra một hướng đi mới
cho vi điều khiển. Được vinh dự đặt theo tên của một vị vua là King Arduin. Sự

Do kiến thức còn hạn hẹp về kít Arduino, việc nghiên cứu về Camera
cũng như PIR cũng là mới mẻ nên trong quá trình làm mạch và lập trình em còn
nhiều vướng mắc. Thêm vào đó đây là lần đầu thực hiện đề tài thực tập nên chắc
chắn không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế vì thế em rất mong có được sự
góp ý và nhắc nhở từ các thầy, cô giáo và các bạn để có thể hoàn thiện đề tài của
mình.
Thái Nguyên, tháng 4 năm 2016
Sinh viên

Bùi Quang Vũ

10


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan tình hình trong nước và quốc tế
Hệ thống an ninh ngày nay càng trở nên phổ biến hơn trong thị trường
hiện nay cũng như có một số lượng gia tăng đáng kể của tội phạm đang diễn ra
trên toàn thế giới. Với sự giúp đỡ của hệ thống an ninh, bạn có thể ghi lại được
những đoạn video hay hình ảnh có thể được sử dụng để phát hiện tội phạm. Các
bằng chúng hình ảnh không thể phủ nhận giúp giảm tình hình phạm tội và phát
hiện ra những tên hạm tội mới. Đây là lý do tại sao mà hầu hết mọi người hiện
nay đang lựa chợn lắp đặt camera quan sát tại ngôi nhà của họ.
1.1.1. Tình hình trên thế giới
Trên thế giới đã và đang nghiển cứu và hoàn thành những hệ thống
camera hiện đại như :
- Chiếc máy ảnh sử dụng Camera nhanh nhất thế giới mới đây đã được
Đại học Tokyo và Đại học Keio phối hợp phát triển. Nó có khả năng chụp được
4,4 nghìn tỉ khung hình mỗi giây nhờ sử dụng một công nghệ gọi là "nhiếp ảnh
ánh xạ quang học theo chuỗi thời gian" (Sequentially Times All-optical Mapping

[4] Michael Margollis and Nicholas Weldin, Arduino Cookbook, O’Reilly
Media, Inc, 2011.
1.1.2. Tình hình trong nước
Camera quan sát đã xuất hiện trên thị trường Việt Nam khoảng vài năm
trở lại đây. Giờ đây, nhu cầu lắp đặt camera quan sát không chỉ ở các công ty lớn,
các nhà xưởng, tiệm vàng, cửa hàng… mà còn lan rộng và trở lên phổ biến ở
những hộ kinh doanh nhỏ lẻ, gia đình. Chỉ cần bỏ ra một khoản chi phí chưa đến
mười triệu đồng là bạn có thể lắp đặt một hệ thống camera quan sát, đem lại cảm
giác an toàn hơn cho ngôi nhà của mình.
+ Nghiên cứu về nhà thông minh - SmartHome của BKAV
[1] />[2] />[3] Lê Cảnh Trung - Phạm Quang Huy, Lập trình điều khiển với Arduino,
2014.
[4] Ks. Dương Trung Hiếu, Giáo trình Camera Raw 9.1.1, 2015
1.2. Tổng quan về đề tài
1.2.1. Yêu cầu đề tài
Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển và giám sát tự động cho ngôi nhà.
Hệ thống camera an ninh giám sát ngôi nhà được lắp đặt ở vị trí khéo léo
để tránh tình trạng bị nắng mưa làm ảnh hưởng tới chất lượng hình ảnh và tuổi
thọ của sản phẩm. Có hai cảm biến chuyển động được đặt ở vị trí ra vào ngôi
nhà, khi có người đi qua cảm biến sẽ thu được tín hiệu và truyền cho camera lệnh
tới chụp lại người đó. Hình ảnh sau đó sẽ được lưu vào thẻ nhớ qua một module
riêng biệt. Đồng thời còi báo động cũng sẽ được bật lên để báo cho chủ nhà biết.
Ngoài ra hệ thống còn được trang bị 2 module cảm biến khí gas và cảm biến lử
giúp chủ nhà nhận được thông báo qua tin nhắn điện thoại khi ngôi nhà đang có
rò rỉ khí gas hay có hỏa hoạn.
1.2.2. Tính cấp thiết của đề tài
Nếu bạn là người sáng tạo, thích làm những đồ handmade (Đồ tự tay làm)
thì chắc hẳn bạn biết đến cộng đồng DIY? DIY là từ viết tắt của từ Do It

13

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là
những người tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần

14


đây, gần giống với những gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động.
Số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông
lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về
mức độ phổ biến.

Hình 1.3. Những thành viên khởi xướng Arduino.
Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinh viên và nhà nghiên cứu
tại các trường đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử
dụng; hoặc ngay cả Google cũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino
Mega ADK dùng để phát triển các ứng dụng Android tương tác với cảm biến và
các thiết bị khác?.
Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác
với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác.
Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử
dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với
người ít am hiểu về điện tử và lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduino
chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm. Chỉ
với khoảng $30, người dùng đã có thể sở hữu một board Arduino có 20 ngõ I/O
có thể tương tác và điều khiển chừng ấy thiết bị. Sau đây là những thế mạnh của
Arduino so với những nền tảng vi điều khiển khác:
Chạy trên đa nền tảng: Việc lập trình Arduino có thể lập trình trên các hệ
điều hành khác nhau như window, thiết bị di động...
- Ngôn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu.



độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu
tiên. Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để
tham quan nơi đã sản sinh ra Arduino.

Hình 1.5. Một số loại kit Arduino.
1.4. Tổng quan về camera giám sát
1.4.1. Định nghĩa
Camera quan sát hay camera giám sát (Closed-circuit television - CCTV),
là việc sử dụng các máy quay video để truyền tín hiệu đến một nơi cụ thể, trên
một số màn hình giới hạn. Nó khác với truyền hình phát sóng trong đó các tín
hiệu được truyền không công khai, mặc dù nó có thể sử dụng công nghệ P2P hay
P2many, hoặc lưới kết nối không dây. Mặc dù gần như tất cả các máy quay video
phù hợp với định nghĩa này, thuật ngữ này thường được áp dụng cho việc sử
dụng để giám sát trong khu vực có thể cần theo dõi như ngân hàng, sòng bạc, sân
bay, căn cứ quân sự, và các cửa hàng tiện lợi. Videotelephony hiếm khi được gọi
là "CCTV" nhưng việc sử dụng video trong giáo dục từ xa, mà nó là một công cụ
quan trọng, thường được gọi như vậy.

17


Hình 1.6. Camera quan sát thực tế.
1.4.2. Lịch sử phát triển của Camera quan sát
Trong khoảng hơn 60 năm phát triển của Camera quan sát chúng ta có thể
điểm qua các cột mốc đáng chú ý sau:
- Năm 1949 khái niệm về camera giám sát được giới thiệu bởi George
Orwell.
- Năm 1951 ra đời đoạn băng ghi hình đầu tiên.
- Năm 1966 NASA dùng camera quan sát ghi hình lại bề mặt của mặt trăng.

cho camera analog vẫn đang thích nghi từng ngày khi tích hợp thêm các công
nghệ kết nối qua internet tuy nhiên tương lại vẫn là sự độc chiếm của camera ip.
1.4.3. Phân loại camera giám sát
Có 3 cách phân loại Camera:
- Phân loại theo kĩ thuật hình ảnh.
- Phân loại theo đường truyền.
- Phân loại theo tính năng sử dụng.
1.4.3.1.Phân loại theo kĩ thuật hình ảnh
Camera Analog.
Ghi hình băng từ xử lý tín hiệu analog, xử lý tín hiệu màu vector màu, loại
Camera này hiện nay ít dùng. Camera CCD (Charge Couple Device) (100% số):
Camera CCD sử dụng kĩ thuật CCD để nhận biết hình ảnh. CCD là tập hợp
những ô tích điện có thể cảm nhận ánh sáng sau đó chuyển tín hiệu ánh sáng sang
tín hiệu số để đưa vào các bộ xử lý. Nguyên tắc hoạt động của CCD có thể mô tả
dưới đây:
CCD thu nhận những hình ảnh thông qua các hệ thống thấu kính của
Camera. CCD có hàng ngàn những điểm ảnh sẽ chuyển đổi ánh sáng thành
những hạt điện tích và được số hoá. Đây là một qúa trình chuyển đổi tương tự số.
Các thông số kĩ thuật của Camera CCD là đường chéo màn hình cảm biến
(tính bằng inch ). Kích thước màn hình cảm biến càng lớn thì chất lượng càng
tốt. (màn hình 1/3 inch Sony CCD sẽ có chất lượng tốt hơn 1/4 inch CCD, vì 1/3
> 1/4). Hiện nay chỉ có 2 hãng sản xuất màn hình cảm biến là Sony và Sharp.
Chất lượng của Sharp kém hơn chất lượng của Sony.

Hình 1.8. Camera loại analog.

20


Camera CMOS (complementary metal oxide semiconductor).

sóng vô tuyến RF để truyền tín hiệu, thông thường tần số dao động từ 1,2 đến
2,4MHZ. Camera không dây được sử dụng khi lắp đặt tại các khu vực địa hình
phức tạp khó đi dây từ Camera đến các thiết bị quan sát, ví dụ như các ngôi nhà
có nhiều tường chắn.
Đối với khoảng cách xa hàng ngàn mét chúng ta cần phải sử dụng những
thiết bị đặc biệt, hoạt động ở tần số cao và giá thành khá đắt. Việc sử dụng
Camera không dây được đánh giá là không an toàn dễ bị bắt sóng hoặc bị ảnh
hưởng nhiễu trước các nguồn sóng khác như điện thoại di động,...

22


Hình 1.11. Camera có dây.
IP Camera (Camera mạng).
Như đã đề cập ở trên, IP Camera được kết nối trực tiếp vào mạng, tín hiệu
hình ảnh và điều khiển được truyền qua mạng.Với Camera IP người dùng có thể
điều khiển và giám sát ở bất cứ đâu thông qua mạng internet.

Hình 1.12. Camera IP
1.4.3.3. Phân loại theo tính năng sử dụng.
Dome Camera (Camera áp trần).
Camera có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau. Đây là loại Camera
thường được đặt trong nhà, kiểu dáng rất trang nhã. Camera này có tính năng bảo
mật cao do được bọc trong hộp kín.

23


Hình 1.13 Camera áp trần.
Camera ẩn.

Khoảng cách quan sát ban đêm của Camera phụ thuộc vào tổng công suất
của đèn hồng ngoại. Khoảng cách quan sát của Camera dao động khoảng 10m
đến 300m. Camera IR có thể quan sát được trong điều kiện tối 100%. Camera
Exview: Màn hình tự động khuếch đại ánh sáng làm rõ hình ảnh khi ánh sáng
kém, tuy nhiên tối 100% sẽ không quay được.

Hình 1.15 IR camera.
1.4.3.4. Các loại camera khác.
Camera Indoor, Outdoor.
- Indoor: Camera đặt trong nhà.
- Outdoor: Camera đặt ngoài trời.
Chú ý rằng, nếu Camera của bạn dự định đặt ngoài trời thì nên chọn
Camera Outdoor để đảm bảo chịu đựng được các tác động bên ngoài như độ ẩm,
thời tiết, nước, bụi, hay các tác nhân phá hoại khác.
IR Camera: Camera hồng ngoại. Tia hồng ngoại - Infrared rays.
Với Camera hồng ngoại, người ta có thể ghi hình vào ban đêm, điều mà
các Camera thông thường không thực hiện được. Với những ứng dụng quan sát
24/24, ta cần chọn Camera có chức năng hồng ngoại. Trong điều kiện đủ ánh
sáng Camera này hoạt động bình thường, chỉ khi đêm tối, đèn hồng ngoại được
25