Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Đồ Án : Mạch cảnh bảo chống trộm sử dụng PIR
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên
tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hi ện đ ại
hơn. Trong đó, Smarthome đang là một xu hướng phát tri ển rât m ạnh trong th ời
gian gần đây. Một ngôi nhà thông minh mang tới sự thoải mái tối đa cho ng ười
chủ. Từ những bóng đèn tự động bật tắt, những cánh cửa tự động mở, …
Từ xưa đến nay, vấn đề an ninh luôn là vấn đề bức thiết được con người
lưu tâm hàng đầu. Từ khi xuất hiện tư hữu, việc bảo vệ tài sản của mình luôn là
điều mà ai cũng thực hiện như là bản năng vậy. Hiện nay khóa đang là hình th ức
được sử dụng thông dụng nhất. Tuy nhiên những tên trộm hoàn toàn có th ể b ẻ,
phá được khóa, thậm chí là khóa số điện tử. Do đó cần có những thi ết bị
báo trộm, vừa để chủ nhà nhận biết được có kẻ tr ộm đột nhâp, v ừa đ ể tên tr ộm
khi biết đã bị phát hiện sẽ hoảng loạn sẽ ph ải quay đ ầu b ỏ ch ạy ngay. V ới
những ngôi nhà thông minh hay căn hộ chung cư, thi ết bị báo tr ộm l ại càng c ần
thiết.
Với đề tài Thực tập chuyên ngành lần này, em lựa ch ọn đề tài “Thi ết k ế
mạch thông báo trộm sử dụng cảm biến hồng ngoại PIR”. Đề tài gồm 5 chương
CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐÈ TÀI
CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VỀ MODULE CẢM BIẾN PIR.
CHƯƠNG 3 TÌM HIỂU VỀ BOARD MẠCH ARDUINO UNO.
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ THỰC THI
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN.
Do điều kiện, kiến thức và thời gian còn hạn chế nên trong đề tài này,
chúng em chỉ có thể trình bày một mô hình đ ơn giản, g ọn nh ẹ nh ưng mang đ ầy
đủ nguyên lý hoạt động của một mạch chống trộm hoàn chỉnh đ ể từ đó về sau
có thể phát triển đầy đủ, hoàn thiện hơn để có thể phục vụ trong thực tế.
Em xin chân thành cảm ơn!
2
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI
1.1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống chống trộm
Trước đây, nói đến công tác bảo vệ an ninh cũng như chống trộm thì chúng
ta chỉ liên tưởng đến một điều là thuê người làm bảo vệ hay là nhờ đến những
vật nuôi để bảo vệ, ... Ngày nay với sự phát triển về công nghiệp cũng như kỹ
thuật điện tử, tự động hóa, nhấ là kỹ thuật điện tử số, con người đã tạo ra
3
đượng những phát minh mới về lĩnh vực chống trộm mà trước đây con người
chúng ta chưa nghĩ đến và hiểu nó như thế
Về nguyên tắc của một bộ chống trộm gồm ba phần chính : Các sensor, bộ
sử lý trung tâm và các thiết bị cảnh báo.
Các sensor chính là các con cảm biến thu thập tín hiệu sau đó đưa về bộ x ử
lý trung tâm (có rất nhiều loại sensor như: sensor khói, sensor từ, sensor nhi ệt,
sensor hồng ngoại, sensor quang, sensor cơ học, sensor áp suất, sensor âm
thanh, sensor điện...).
Bộ xử lý trung tâm là bộ phận các thông tin từ sensor gửi về sau đó sẽ x ử lý,
tùy theo người lập[ trình mà nó có thể đưa ra các phản ứng khác nhau khi nhận
tín hiệu. Hầu hết các phản ứng của bộ điều khiển trung tâm được đưa ra các
thiết bị thông báo để thông báo tình huống cho người sử dụng.
Thiết bị thông báo là loa, còi, điện thoại, đèn báo...
Hiện này các bộ chống trộm hiện đại tích hợp rất nhiều chức năng phụ như
nguồn dự phòng, mật khẩu điều khiển, tắt bật từ xa qua điện thoại, tắt bật hệ
thống điện và kết nối tới các hệ thống thông minh khác,...
a) Trung tâm báo động chống trộm
Đây là bộ phận dùng như bộ não của hệ thống để lập trình, lưu trữ, biến
những mong muốn nhu cầu của người sử dụng thành hiện thực. Người sử dụng
có thể bật chế độ báo động khi đi khỏi nhà hay trước khi đi ngủ, hay tắt chế độ
báo động khi về nhà hay chỉ đặt chế độ báo động từng khu vực trong nhà. Bật
tắt bằng tay hay dùng điều khiển từ xa. Khi xảy ra báo động có th ể tự quay ra
số điện thoại của cá nhân, các đơn vị PCCC, bảo về, cảnh sát...
b) Chức năng
- Có bàn phím điều khiển bật tắt báo động, lập trình hệ thống.
- Hoạt động được 24/24 giờ.
- Chống được trường hợp báo động giả.
- Báo động được ra nhiều vùng.
- Chức năng đặt trễ vào, trễ ra để thuận tiện cho việc bật tắt báo
động.
4
- Giám sát báo động độc lập cho từng kênh riêng biệt hay cùng lúc
cho tất cả.
- Có nguồn dự phòng khi cúp điện (như ác quy, pin...).
- Nhật biết báo động cho từng khu vực riêng rẽ.
- Gắn được các thiết bị ngoại vi báo động như : đầu hồng ngoại,
BEAM, báo GAS, báo khói, báo nhiệt, còi, ...
- DÙng nguồn 220v AC – 5hz.
- Ngày nay trên thị trường có rất nhiều loại mạch chống trộm khác
nhau như :
Mạch chống trộm dùng hồng ngoại.
Mạch chống trộm dùng laser.
Mạch chống trộm dùng các loại cảm biến khác nhau.
Với đề tài Thực tập chuyên ngành lần này, em lựa chọn đề tài “ Thiết kế mạch
thông báo trộm sử dụng cảm biến hồng ngoại PIR”.
1.1.2 Yêu cầu đề tài
Do những nhu cầu thiết yếu của cuộc sống hiện đại, tất cả các thiết bị tiên tiến
được ra đời để phục vụ nhu cầu của con người. Em chọn đề Thiết kế mạch cảnh báo
trộm sử dụng cảm biến hồng ngoại PIR.
Sơ đồ khối cửa hệ thống :
Hình 1.1 Sơ đồ khối
5
a) Khối nguồn
Cung cấp điện áp 5V cho toàn mạch.
b) Khối cảm biến
Module cảm biến PIR có nhiệm vụ cảm nhận được sự xuất hiện của các
thân nhiệt và xuất ra mức 0 hay mức 1 cho đầu vào IC Atmega328p của
Arduino để xử lí và đưa tới khối báo động.
c) Khối xử lý
Khối xử lý là 1 Arduino mà IC Atmega328P làm trung tâm, có nhi ệm vụ x ử
lý tín hiệu từ cảm biến và đưa ra tín hiệu đến khối báo động.
Hình 1.2 Sơ đồ chân IC Atmega328P
ATmega328 có tên đầy đủ là ATmega328P-PU, là linh hồn của board mạch
Arduino, sức mạnh phần cứng mà Arduino Uno có được là từ đây.
ATmega328 là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel thuộc
họ MegaAVR có sức mạnh hơn hẳn Atmega8. Atmega 328 là một bộ vi điều
khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 32KB ISP flash có th ể
ghi xóa hàng nghìn lần, 1KB EEPROM, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thế
giới vi xử lý 8 bít (2KB SRAM).
6
Hình 1.3 IC ATmega328P
Với 32 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hay ra i/O, 32 thanh ghi, 3
bộ timer/counter có thể lập trình, có các gắt nội và ngoại (2 lệnh trên m ột
vector ngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART, SPI, I2C. Ngoài ra có th ể s ử
dụng bộ biến đổi số tương tự 10 bít (ADC/DAC) mở rộng tới 8 kênh, khả năng
lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử dụng
tới 6 kênh điều chế độ rộng xung (PWM), hỗ trợ bootloader.
Atemega328 có khả năng hoạt động trong một dải điện áp rộng (1.8V –
5.5V), tốc độ thực thi (thông lượng) 1MIPS trên 1MHz
Ngày nay vi điều khiển Atmega328 thực sử được sử dụng phổ biến từ các dự án
nhỏ của sinh viên, học sinh với giá thành rẻ, xử lý mạnh mẽ, tiêu tốn ít năng
lượng (chế độ hoạt động : 0.2 mA, chế độ ngủ: 0.1 μA, chế độ tích kiệm: 0.75
μA) và sự hỗ trợ nhiệt tình của cộng đồng người dùng AVR. Và không th ể không
nhắc tới sự thành công của Vi điều khiển Atmega328 trong dự án mã nguồn
mở Arduino với các modul Adruino Uno (R3), Arduino Nano, Arduino Pro
mini những sản phẩm dẫn dắt chúng ta vào thế giới mã nguồn mở để hoàn
thành một chương trình trong “nháy mắt”.
Các thông số chính của vi điều khiển Atmega328P-PU như sau:
+ Kiến trúc: AVR 8bit
7
+ Xung nhịp lớn nhất: 20Mhz
+ Bộ nhớ chương trình (FLASH): 32KB
+ Bộ nhớ EEPROM: 1KB
+ Bộ nhớ RAM: 2KB
+ Điện áp hoạt động rộng: 1.8V - 5.5V
+ Số timer: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit
+ Số kênh xung PWM: 6 kênh (1timer 2 kênh)
d) Khối bao động
Khi có xung từ khối thu phát hồng ngoại sẽ phát ra báo động.
1.1.3 Lựa chọn linh kiện
Arduino Uno R3
Hình 1.4 : Arduino UNO R3
Khối thu phát hồng ngoại
8
Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR (Passive infrared sensor) HCSR501 được sử dụng để phát hiện chuyển động của các vật thể phát ra bức x ạ
hồng ngoại (con người, con vật, các vật phát nhiệt,...), cảm bi ến có th ể ch ỉnh
được độ nhạy để giới hạn khoảng cách bắt xa gần cũng như cường độ bức xạ
của vật thể mong muốn, ngoài ra cảm biến còn có th ể đi ều ch ỉnh th ời gian kích
trễ (giữ tín hiệu bao lâu sau khi kích hoạt) qua biến trở tích h ợp s ẵn.
Hình 1.5 Cảm biến PIR
Khối báo động:
Khối được thiết kế để khi có trộm sẽ có còi báo với thời gian khoảng
10 giây và đèn led sáng.
+ Còi báo động:
Hình 1.6 Còi báo động
Điện áp hoạt động: 3.5V – 5.5V
9
Dòng hoạt động: <25mA
Tần số âm thanh: 2500Hz
+ Đèn Led đơn
HÌnh 1.7 Đèn Led đơn
Thông số:
•
Đường kính LED: Phi 5
•
Điện áp hoạt động: 2-3V
•
Có 2 chân Âm/Dương
CHƯƠNG 2 – TÌM HIỂU VỀ MODULE CẢM BIẾN PIR
2.1 Tìm hiểu cầu tạo của Module cảm biến PIR.
2.1.1 Tìm hiểu về cảm biến PIR
PIR là viết tắt của chữ Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức 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 có nhiệt độ. Trong các cơ thể sống
như con người chúng ta luôn có thân nhiệt (thông thường là ở 37 độ C), và từ cơ
thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại,
người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu đi ện
và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển
10
động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm
nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn nhiệt phát ra từ
bên ngoài, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người, con vật...
Hình 2.1 Cảm biến thu phát hồng ngoại PIR
Module cảm biến PIR này là một mạch điện được tích hợp bao gồm cảm
biến PIR các mạch chức năng như mạch khuếch đại, mạch so sánh và mạch đình
thời tất cả các khối được thiết kế thành một mạch hoàn chỉnh. Mạch có 3 chân
để kết nối gồm một chân nối nguồn, một chân nối mass và một chân output tín
hiệu ngõ.
2.1.2 Cấu tạo chung và mạch nguyên lý của Module cảm biến PIR
11
Hình 2.2 Cấu tạo chung của Cảm biến PIR
Cấu tạo của module cảm biến PIR gồm các khối: cảm biến PIR, khối
khuếch đại tín hiệu, khối so sánh, khối định thời delay và tín hiệu được đưa ra
công tắt tự động để điều khiển các thiết bị khác
Cảm biến
(sensor)
Khuếch đại
(amplifier)
So sánh
(Comparisons)
Mạch đinh
thời có điều
chỉnh
(delay)
Điều khiển
tự động
(Auto
control)
Hình 2.3 Các khối của cảm biến PIR
Người ta đã thiết kế ra một loại IC được tích hợp tất cả các khối trên
vào đó, IC có tên là BISS0001. IC BISS0001 có 16 chân và có hình d ạng nh ư
12
hình 2.3.
Hình 2.4 IC BIS0001
Cấu tạo bên trong IC BISS0001
Hình 2.5 Cấu tạo trong của IC BIS0001
Cấu tạo bên trong IC BISS0001:
13
Hình 2.6 mạch điện của cảm biến PIR
Đây là mạch điện của module cảm biến PIR (Hình 12) bao gồm có ngõ vào
là cảm biến PIR, qua khối xử lí BISS0001 và được tín hiệu ngõ ra Output, tín hiệu
ngõ ra này được biến thành tín hiệu số có thể giao tiếp với các thiết bị số khác.
Mạch trên ngõ ra được mắc thêm cảm khối công tắc transistor và relay
12V.
2.1.3 Thiết bị hội tụ tia nhiệt cho Module cảm biến PIR
Các tia nhiệt phát ra từ các vật thể sống rất yếu và rất phân tán, để tăng độ
rộng cho đầu dò cũng như hội tụ các tia nhiệt lại đúng vào vị trí của cảm bi ến
PIR, người ta dùng kính Fresnel (Hình 13 ) để chụp lên đầu cảm bi ến PIR. Đồng
thời cũng giúp cho cảm biến tránh được các tia tử ngoài từ m*ôi trường bên
ngoài chiểu vào đầu cảm biến.
14
Hình 2.7 Kính Fresnel
Hình 2.8 Hình ảnh kính Fresnel hội tụ các tia nhiệt vào v ị trí c ủa cảm bi ến PIR
15
2.2 Nguyên lý hoạt động của Module cảm biến PIR
2.2.1 Môi trường hoạt động của cảm biến PIR
Cảm biến PIR chỉ hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ -30 độ C đến 70 độ
C. Có nghĩa là cảm biến chỉ làm việc được trong khoảng nhiệt độ trên, các tia
nhiệt phát ra từ các vật thể phải nằm trong khoảng nhiệt độ trên.
2.2.2 Nguyên tắc hoạt động của module cảm biến PIR
Nguyên lý chung: module cảm biến PIR hoạt động dựa trên nguyên lí cảm
ứng các tia nhiệt của các vật thể sống phát ra, khi cảm bi ến pyroelectric thứ
nhất nhận được tia nhiệt, nó sẽ phát ra tín hiệu và khi nguồn nóng di chuy ển
ngang, sẽ đến cảm biến pyroelectric thứ hai và cảm bi ến pyroelectric 2 nh ận
được tia nhiệt và nó lại phát ra tín hiệu điện. Sự xuất hiện của 2 tín hiệu này
nhận biết rằng đã có một nguồn nhiệt di động ngang và mạch điện tử sẽ phát ra
tín hiệu điều khiển.
Nguyên tắc hoạt động: Ở trạng thái thường trực khi chưa có tia nhiệt di
chuyển vào đầu dò của cảm biến thì tín hiệu đang ở mức 0, và mạch không hoạt
động. Khi có một vật chuyển động vào đầu dò nhiệt PIR thì các tia nhiệt từ vật
thể đó phát ra sẽ đi qua thấu kính Fresnel các tia nhiệt này sẽ hội tụ vào đầu dò
PIR, khi mới vào vùng dò của cảm biến thì các tia nhiệt này chỉ hội tụ vào cảm
biến pyroelectric thứ 1, thì mức 0 của cảm biến thứ nhất sẽ lên 1, kế đến trong
khoảng thời gian rất nhỏ vật sẽ di chuyển ngang qua tới cảm biến pyroelectric
thứ 2 cũng tương tự như cảm biến thứ nhất nó sẽ chuyển từ mức 0 lên mức 1 cả
2 tín hiệu này sẽ qua 1 một bộ khuếch đại thứ nhất là FET, kế đến tín hiệu ngõ
ra của cảm biến PIR ở chân 2 (Source) sẽ vào một mạch khuếch đại nữa, mạch
khuếch đại này sẽ khuếch đại tín hiệu lên mức cần thiết theo theo thiết kế sẵn
của nhà sản xuất, kế đến tín hiệu này sẽ đến một mạch so sánh để xuất ra tín
hiệu chuẩn kỹ thuật số mức 1 tức là mạch đang hoạt động, ngược lại ở mức 0
mạch không hoạt động. Trong thực tế vật phát ra tia hồng ngoại có thể di
chuyển nhanh, chậm hay có thể đứng yên trong vùng quét của cảm ứng, vì thế
ta cần mạch làm trễ tín hiệu lâu hơn so với tín hiệu nhận được trong thực tế để
16
ta có thể điều chỉnh thiết bị hoạt động trong khoản thời gian mà chúng ta mong
muốn. từ đây tín hiệu của module cảm biến được đưa ra ngoài để kết nối với
các thiết bị khác.
Chúng ta sẽ xem hoạt động của mạch qua các hình mô tả dưới đây: Với hình
bóng đèn là tín hiệu output của module PIR, đèn tắt là mức 0, đèn sáng là mức 1,
hình cảm biến PIR với 2 bảng pyroelectric lúc đầu sẽ là màu lợt khi chưa có
vật di chuyển vào vùng phát hiện tín hiệu là 1 đường thẳng (H2.10).
Hình 2.9 Khi chưa có vật di chuyển vào vùng phát tín hi ệu
Tiếp đến vật thể di chuyển vào vùng ảnh hưởng 1 tín hiệu bắt đầu xuất
hiện, hình cảm biến PIR bảng pyroelectric 1 đậm lên nhưng ngõ ra của PIR là
hình bóng đèn vẫn tắt (Hình 2.11).
17
Hình 2.10 Khi có vật vào vùng ảnh hưởng 1
Khi vật thể đi vào vùng ảnh hưởng thứ 2 thì tín hiệu hình cảm biến PIR của
bảng pyroelectric 1 sẽ lợt đi, bảng 2 đậm lên tín hiệu xuất hiện ở bảng 2, hình
bóng đèn sáng lên, tín hiệu output của module PIR lúc này là 1 (Hình 2.12).
Hình 2.11 Khi có vật vào vùng ảnh hưởng 2
Khi vật thể đi qua khỏi vùng ảnh hưởng 2 thì tín hiệu đã trở về 0 nhưng
đèn vẫn còn sáng vì lúc này mạch delay vẫn duy trùy tín hiệu ngõ ra của module
PIR ở mức 1 (Hình 2.13).
18
Hình 2.12 Khi vật ra khỏi vùng ảnh hưởng
Đến một thời gian cài đặt trước nhất định nào đó thì đèn sẽ tắt, tín hiệu sẽ
trở về 0, mạch ở trạng thái thường trực (Hình 2.14).
Hình 2.13 Khi không xuất hiện tín hiệu
2.2.3 Mạch điện ứng với cảm biến PIR
Module cảm biến PIR nó hoạt động giống như một cảm biến PIR và ch ỉ có
1 ngõ ra output thôi vì thế chúng ta cần ghép nối v ới các thi ết b ị khác m ới có th ể
19
điều khiển các thiết bị hoạt động. Dưới đây sẽ giới thi ệu m ột s ố linh ki ện và
cách ghép nối.
a) Ghép nối cảm biến PIR với relay
Dưới đây là mạch nguyên lý về cách ghép nối với relay. Mạch này
hoạt động dựa trên sự bật tắt của relay, khi tín hiệu của module PIR là
mức1 thì lúc đó relay hoạt động, khi tín hiệu là mức 0 thì relay ngừng hoạt
động. Từ relay chúng ta sẽ mắc với các thiết bị khác đ ể đi ều khi ển hoạt
động. Phương pháp này dùng để điều khiển các thiết bị như đèn và
chuông báo động.
Hình 2.14 Sơ đồ mạch nguyên lý về các ghép nối relay
b) Ghép nối cảm biến PIR với Transisto
Mạch này hoạt động dựa trên sự phân cực bảo hòa của transistor, lúc
này
transistor đóng vai trò như 1 công tắc đóng mở.
20
Hình 2.15 Ghép nối cảm biến PIR với Transistor
c) Ghép nối cảm biến PIR với các họ vi điều khiển, Arduino
Dưới đây là các hình ảnh module PIR giao tiếp với vi điều khiển,
mạch hoạt động dựa trên sự điều khiển của các họ vi điều khi ển được
lập trình bởi người sử dụng.
Hình 2.16 Cảm biến PIR ghép nối với Vi điều khiển.
21
Hình 2.17 Cảm biến PIR ghép nối với Arduino.
2.3 Ứng dụng của cảm biến PIR
2.3.1 Các ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày của Module c ảm bi ến
PIR
Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta có rất nhiều thiết bị hoạt động
với các phương pháp bật tắt thủ công. Qua tìm hiểu và khảo sát ứng dụng
module cảm biến PIR nhận thấy rằng khi kết hợp với các thiết bị ghép nối như
relay, transistor, vi điều khiển thì có rất nhiều ứng dụng có ích cho cu ộc s ống
hằng ngày như:
- Hệ thống chiếu sáng tự động trong các tòa nhà văn phòng.
- Hệ thống điều khiển quạt tự động trong các tòa tòa nhà văn phòng.
- Hệ thống camera quan sát tự động.
- Hệ thống chống trộm đơn giản.
- Các hệ thống kết hợp ứng dụng khác.
2.3.2 Các hệ thống ứng dụng của cảm biến PIR
a)
Hệ thống chiếu sáng tự động
22
Cảm biến PIR
Mạch Relay
Thiết bị đèn chiếu sáng
Hình 2.18. Hệ thống chiếu sáng tự động
Hệ thống bao gồm 3 phần: module cảm biến PIR, mạch relay, và đèn
chiếu sáng. Ta sẽ lắp ráp hệ thống này vào trần của các toà nhà. Hệ thống
sẽ tự động đóng tắt các thiết bị chiếu sáng tự động, khi có người đèn sẽ tự
động bật sáng, ngược lại đèn sẽ tự động tắt. Hệ thống này sẽ giúp con
người có thể tiết kiệm được điện năng tránh lãng phí khi không sử dụng
mà thiết bị chiếu sáng vẫn bật. Giúp chúng ta tiết kiệm được nguồn nhân
lực điều khiển các thiết bị.
Mở rộng thêm chúng ta sẽ kiết hợp cảm biến với vi xử lý để tạo ra hệ
thống hoàn chỉnh và tiện ích hơn.
b)Hệ thống điều khiển quạt tự động
Cảm biến PIR
Mạch BJT
Hệ thống quạt dân
dụng
Hình 2.19. Hệ thống điều khiển quạt tự đ ộng
Hệ thống bao gồm 3 phần: module cảm biến PIR, mạch công tắt BJT,
hệ thống quạt dân dụng. Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý phân cực
cho BJT, BJT sẽ hoạt động trong trạng thái bão hòa giống như 1 công tắc, ta
sẽ sử dụng nguyên tắc hoạt động này để điều khiển quạt tự động đóng
mở, để tránh sự lãng phí khi trong một căn phòng có ít người nhưng tất cả
các quạt đều mở. Quạt chỉ được mở khi có người đang hoạt động trong
phòng tại vị trí quạt được lắp mà thôi. Tránh được việc phải điều khiển
23
bằng tay khi một hệ thống công tắc dày đặt khó mà xác định được vị trí.
Mở rộng thêm chúng ta sẽ kiết hợp cảm biến với vi xử lý để tạo ra hệ
thống hoàn chỉnh và tiện ích hơn.
c)
Hệ thống camera quan sát tự động
Cảm biến PIR
Hệ thống điều khiển
Camera kỹ thuật số
Hình 2.20. Hệ thống camera quan sát tự động
Hệ thống này ứng dụng để điều khiển các camera quan sát những khu
vực có chuyển động của con người vì lúc đó camera chỉ hướng đến những
nơi phát ra tia nhiệt vì hoạt động của cảm biến PIR. Hệ th ống g ồm 3 phần:
Module cảm biến PIR, Hệ thống điều khiển là các vi xử lí, Camera kỹ thuật
số sẽ ghi lại các hình ảnh dùng cho các hệ thống quan sát an ninh.
d) Hệ thống chống trộm đơn giản
Cảm biến PIR
Mạch relay
Chuông báo động
Hình 2.21. Hệ thống chống trộm đơn giản
Hệ thống gồm có 3 phần: module cảm biến PIR, mạch relay, và chuông báo
động. Mạch hoạt động khi phát hiện người lạ đi vào vùng quét của c ảm bi ến
của PIR khi đó relay hoạt động làm cho chuông báo đ ộng sẽ reo lên. H ệ th ống
này rất đơn giản, hoạt động tốt, tuy nhiên đây chưa phải là hệ th ống ch ống
trộm tối ưu.
Mở rộng thêm nếu chúng ta kết hợp cả module cảm biến PIR với camera
được điều khiển qua vi xử lí thì hệ hống sẽ trở nên hiệu quả và chính xác hơn.
24
Và với đề tài Thực tập này em lựa chọn Thiết kế hệ thống chống trộm
đơn giản.
e) Các hệ thống ứng dụng khác
Ngoài các hệ thống ở trên module cảm biến PIR còn nhiều ứng dụng
khác rất hữu ích như:
• Hệ thống đóng mở vòi nước tự động dùng module cảm
biến PIR để phát hiện người, hệ thống này giúp ích trong
việc tiết kiệm nước, tránh lãng phí khi sử dụng.
• Hệ thống đóng mở của tự động trong các tòa nhà, siêu thị,....
Hệ thống hoạt động dựa trên cảm biến tia nhiệt của
module cảm biến PIR, khi phát hiện người đến gần cửa thì
cửa sẽ tự động mở, khi người đi khỏi cửa sẽ tự động đóng
lại.
• Ngoài ra khi kết hợp module cảm biến PIR với các cảm
biến khác chúng ta có thể thiết kế các hệ thống ứng dụng
thông minh với rất nhiều chức năng hữu ích, nó sẽ giúp ích
rất nhiều cho con người trong hoạt động hằng ngày......
2.3.3
Yêu cầu sử dụng
Khi sử dụng module cảm biến PIR, cần lưu ý một số đặc điểm sau:
Phải xem môi trường hoạt động của cảm biến có nằm trong giới
hạn nhiệt độ cho phép không. Vì ngoài khoảng giới hạn đó có thể làm hư
cảm biến.
Phải xem nguồn sử dụng có đúng như giới hạn của nhà sản xuất
không, nếu vượt quá cũng có thể làm hỏng cảm biến.
Ngoài ra xem các thiết bị ghép nối chung với module cảm biến PIR
có thể đáp ứng kịp không.
Tóm lại khi dùng module PIR thì nên xem các thông s ố kỹ thuật của
25
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Đồ Án : Mạch cảnh bảo chống trộm sử dụng PIR
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên
tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hi ện đ ại
hơn. Trong đó, Smarthome đang là một xu hướng phát tri ển rât m ạnh trong th ời
gian gần đây. Một ngôi nhà thông minh mang tới sự thoải mái tối đa cho ng ười
chủ. Từ những bóng đèn tự động bật tắt, những cánh cửa tự động mở, …
Từ xưa đến nay, vấn đề an ninh luôn là vấn đề bức thiết được con người
lưu tâm hàng đầu. Từ khi xuất hiện tư hữu, việc bảo vệ tài sản của mình luôn là
điều mà ai cũng thực hiện như là bản năng vậy. Hiện nay khóa đang là hình th ức
được sử dụng thông dụng nhất. Tuy nhiên những tên trộm hoàn toàn có th ể b ẻ,
phá được khóa, thậm chí là khóa số điện tử. Do đó cần có những thi ết bị
báo trộm, vừa để chủ nhà nhận biết được có kẻ tr ộm đột nhâp, v ừa đ ể tên tr ộm
khi biết đã bị phát hiện sẽ hoảng loạn sẽ ph ải quay đ ầu b ỏ ch ạy ngay. V ới
những ngôi nhà thông minh hay căn hộ chung cư, thi ết bị báo tr ộm l ại càng c ần
thiết.
Với đề tài Thực tập chuyên ngành lần này, em lựa ch ọn đề tài “Thi ết k ế
mạch thông báo trộm sử dụng cảm biến hồng ngoại PIR”. Đề tài gồm 5 chương
CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐÈ TÀI
CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VỀ MODULE CẢM BIẾN PIR.
CHƯƠNG 3 TÌM HIỂU VỀ BOARD MẠCH ARDUINO UNO.
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ THỰC THI
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN.
Do điều kiện, kiến thức và thời gian còn hạn chế nên trong đề tài này,
chúng em chỉ có thể trình bày một mô hình đ ơn giản, g ọn nh ẹ nh ưng mang đ ầy
đủ nguyên lý hoạt động của một mạch chống trộm hoàn chỉnh đ ể từ đó về sau
có thể phát triển đầy đủ, hoàn thiện hơn để có thể phục vụ trong thực tế.
Em xin chân thành cảm ơn!
2
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI
1.1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống chống trộm
Trước đây, nói đến công tác bảo vệ an ninh cũng như chống trộm thì chúng
ta chỉ liên tưởng đến một điều là thuê người làm bảo vệ hay là nhờ đến những
vật nuôi để bảo vệ, ... Ngày nay với sự phát triển về công nghiệp cũng như kỹ
thuật điện tử, tự động hóa, nhấ là kỹ thuật điện tử số, con người đã tạo ra
3
đượng những phát minh mới về lĩnh vực chống trộm mà trước đây con người
chúng ta chưa nghĩ đến và hiểu nó như thế
Về nguyên tắc của một bộ chống trộm gồm ba phần chính : Các sensor, bộ
sử lý trung tâm và các thiết bị cảnh báo.
Các sensor chính là các con cảm biến thu thập tín hiệu sau đó đưa về bộ x ử
lý trung tâm (có rất nhiều loại sensor như: sensor khói, sensor từ, sensor nhi ệt,
sensor hồng ngoại, sensor quang, sensor cơ học, sensor áp suất, sensor âm
thanh, sensor điện...).
Bộ xử lý trung tâm là bộ phận các thông tin từ sensor gửi về sau đó sẽ x ử lý,
tùy theo người lập[ trình mà nó có thể đưa ra các phản ứng khác nhau khi nhận
tín hiệu. Hầu hết các phản ứng của bộ điều khiển trung tâm được đưa ra các
thiết bị thông báo để thông báo tình huống cho người sử dụng.
Thiết bị thông báo là loa, còi, điện thoại, đèn báo...
Hiện này các bộ chống trộm hiện đại tích hợp rất nhiều chức năng phụ như
nguồn dự phòng, mật khẩu điều khiển, tắt bật từ xa qua điện thoại, tắt bật hệ
thống điện và kết nối tới các hệ thống thông minh khác,...
a) Trung tâm báo động chống trộm
Đây là bộ phận dùng như bộ não của hệ thống để lập trình, lưu trữ, biến
những mong muốn nhu cầu của người sử dụng thành hiện thực. Người sử dụng
có thể bật chế độ báo động khi đi khỏi nhà hay trước khi đi ngủ, hay tắt chế độ
báo động khi về nhà hay chỉ đặt chế độ báo động từng khu vực trong nhà. Bật
tắt bằng tay hay dùng điều khiển từ xa. Khi xảy ra báo động có th ể tự quay ra
số điện thoại của cá nhân, các đơn vị PCCC, bảo về, cảnh sát...
b) Chức năng
- Có bàn phím điều khiển bật tắt báo động, lập trình hệ thống.
- Hoạt động được 24/24 giờ.
- Chống được trường hợp báo động giả.
- Báo động được ra nhiều vùng.
- Chức năng đặt trễ vào, trễ ra để thuận tiện cho việc bật tắt báo
động.
4
- Giám sát báo động độc lập cho từng kênh riêng biệt hay cùng lúc
cho tất cả.
- Có nguồn dự phòng khi cúp điện (như ác quy, pin...).
- Nhật biết báo động cho từng khu vực riêng rẽ.
- Gắn được các thiết bị ngoại vi báo động như : đầu hồng ngoại,
BEAM, báo GAS, báo khói, báo nhiệt, còi, ...
- DÙng nguồn 220v AC – 5hz.
- Ngày nay trên thị trường có rất nhiều loại mạch chống trộm khác
nhau như :
Mạch chống trộm dùng hồng ngoại.
Mạch chống trộm dùng laser.
Mạch chống trộm dùng các loại cảm biến khác nhau.
Với đề tài Thực tập chuyên ngành lần này, em lựa chọn đề tài “ Thiết kế mạch
thông báo trộm sử dụng cảm biến hồng ngoại PIR”.
1.1.2 Yêu cầu đề tài
Do những nhu cầu thiết yếu của cuộc sống hiện đại, tất cả các thiết bị tiên tiến
được ra đời để phục vụ nhu cầu của con người. Em chọn đề Thiết kế mạch cảnh báo
trộm sử dụng cảm biến hồng ngoại PIR.
Sơ đồ khối cửa hệ thống :
Hình 1.1 Sơ đồ khối
5
a) Khối nguồn
Cung cấp điện áp 5V cho toàn mạch.
b) Khối cảm biến
Module cảm biến PIR có nhiệm vụ cảm nhận được sự xuất hiện của các
thân nhiệt và xuất ra mức 0 hay mức 1 cho đầu vào IC Atmega328p của
Arduino để xử lí và đưa tới khối báo động.
c) Khối xử lý
Khối xử lý là 1 Arduino mà IC Atmega328P làm trung tâm, có nhi ệm vụ x ử
lý tín hiệu từ cảm biến và đưa ra tín hiệu đến khối báo động.
Hình 1.2 Sơ đồ chân IC Atmega328P
ATmega328 có tên đầy đủ là ATmega328P-PU, là linh hồn của board mạch
Arduino, sức mạnh phần cứng mà Arduino Uno có được là từ đây.
ATmega328 là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel thuộc
họ MegaAVR có sức mạnh hơn hẳn Atmega8. Atmega 328 là một bộ vi điều
khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 32KB ISP flash có th ể
ghi xóa hàng nghìn lần, 1KB EEPROM, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thế
giới vi xử lý 8 bít (2KB SRAM).
6
Hình 1.3 IC ATmega328P
Với 32 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hay ra i/O, 32 thanh ghi, 3
bộ timer/counter có thể lập trình, có các gắt nội và ngoại (2 lệnh trên m ột
vector ngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART, SPI, I2C. Ngoài ra có th ể s ử
dụng bộ biến đổi số tương tự 10 bít (ADC/DAC) mở rộng tới 8 kênh, khả năng
lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử dụng
tới 6 kênh điều chế độ rộng xung (PWM), hỗ trợ bootloader.
Atemega328 có khả năng hoạt động trong một dải điện áp rộng (1.8V –
5.5V), tốc độ thực thi (thông lượng) 1MIPS trên 1MHz
Ngày nay vi điều khiển Atmega328 thực sử được sử dụng phổ biến từ các dự án
nhỏ của sinh viên, học sinh với giá thành rẻ, xử lý mạnh mẽ, tiêu tốn ít năng
lượng (chế độ hoạt động : 0.2 mA, chế độ ngủ: 0.1 μA, chế độ tích kiệm: 0.75
μA) và sự hỗ trợ nhiệt tình của cộng đồng người dùng AVR. Và không th ể không
nhắc tới sự thành công của Vi điều khiển Atmega328 trong dự án mã nguồn
mở Arduino với các modul Adruino Uno (R3), Arduino Nano, Arduino Pro
mini những sản phẩm dẫn dắt chúng ta vào thế giới mã nguồn mở để hoàn
thành một chương trình trong “nháy mắt”.
Các thông số chính của vi điều khiển Atmega328P-PU như sau:
+ Kiến trúc: AVR 8bit
7
+ Xung nhịp lớn nhất: 20Mhz
+ Bộ nhớ chương trình (FLASH): 32KB
+ Bộ nhớ EEPROM: 1KB
+ Bộ nhớ RAM: 2KB
+ Điện áp hoạt động rộng: 1.8V - 5.5V
+ Số timer: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit
+ Số kênh xung PWM: 6 kênh (1timer 2 kênh)
d) Khối bao động
Khi có xung từ khối thu phát hồng ngoại sẽ phát ra báo động.
1.1.3 Lựa chọn linh kiện
Arduino Uno R3
Hình 1.4 : Arduino UNO R3
Khối thu phát hồng ngoại
8
Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR (Passive infrared sensor) HCSR501 được sử dụng để phát hiện chuyển động của các vật thể phát ra bức x ạ
hồng ngoại (con người, con vật, các vật phát nhiệt,...), cảm bi ến có th ể ch ỉnh
được độ nhạy để giới hạn khoảng cách bắt xa gần cũng như cường độ bức xạ
của vật thể mong muốn, ngoài ra cảm biến còn có th ể đi ều ch ỉnh th ời gian kích
trễ (giữ tín hiệu bao lâu sau khi kích hoạt) qua biến trở tích h ợp s ẵn.
Hình 1.5 Cảm biến PIR
Khối báo động:
Khối được thiết kế để khi có trộm sẽ có còi báo với thời gian khoảng
10 giây và đèn led sáng.
+ Còi báo động:
Hình 1.6 Còi báo động
Điện áp hoạt động: 3.5V – 5.5V
9
Dòng hoạt động: <25mA
Tần số âm thanh: 2500Hz
+ Đèn Led đơn
HÌnh 1.7 Đèn Led đơn
Thông số:
•
Đường kính LED: Phi 5
•
Điện áp hoạt động: 2-3V
•
Có 2 chân Âm/Dương
CHƯƠNG 2 – TÌM HIỂU VỀ MODULE CẢM BIẾN PIR
2.1 Tìm hiểu cầu tạo của Module cảm biến PIR.
2.1.1 Tìm hiểu về cảm biến PIR
PIR là viết tắt của chữ Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức 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 có nhiệt độ. Trong các cơ thể sống
như con người chúng ta luôn có thân nhiệt (thông thường là ở 37 độ C), và từ cơ
thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại,
người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu đi ện
và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển
10
động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm
nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn nhiệt phát ra từ
bên ngoài, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người, con vật...
Hình 2.1 Cảm biến thu phát hồng ngoại PIR
Module cảm biến PIR này là một mạch điện được tích hợp bao gồm cảm
biến PIR các mạch chức năng như mạch khuếch đại, mạch so sánh và mạch đình
thời tất cả các khối được thiết kế thành một mạch hoàn chỉnh. Mạch có 3 chân
để kết nối gồm một chân nối nguồn, một chân nối mass và một chân output tín
hiệu ngõ.
2.1.2 Cấu tạo chung và mạch nguyên lý của Module cảm biến PIR
11
Hình 2.2 Cấu tạo chung của Cảm biến PIR
Cấu tạo của module cảm biến PIR gồm các khối: cảm biến PIR, khối
khuếch đại tín hiệu, khối so sánh, khối định thời delay và tín hiệu được đưa ra
công tắt tự động để điều khiển các thiết bị khác
Cảm biến
(sensor)
Khuếch đại
(amplifier)
So sánh
(Comparisons)
Mạch đinh
thời có điều
chỉnh
(delay)
Điều khiển
tự động
(Auto
control)
Hình 2.3 Các khối của cảm biến PIR
Người ta đã thiết kế ra một loại IC được tích hợp tất cả các khối trên
vào đó, IC có tên là BISS0001. IC BISS0001 có 16 chân và có hình d ạng nh ư
12
hình 2.3.
Hình 2.4 IC BIS0001
Cấu tạo bên trong IC BISS0001
Hình 2.5 Cấu tạo trong của IC BIS0001
Cấu tạo bên trong IC BISS0001:
13
Hình 2.6 mạch điện của cảm biến PIR
Đây là mạch điện của module cảm biến PIR (Hình 12) bao gồm có ngõ vào
là cảm biến PIR, qua khối xử lí BISS0001 và được tín hiệu ngõ ra Output, tín hiệu
ngõ ra này được biến thành tín hiệu số có thể giao tiếp với các thiết bị số khác.
Mạch trên ngõ ra được mắc thêm cảm khối công tắc transistor và relay
12V.
2.1.3 Thiết bị hội tụ tia nhiệt cho Module cảm biến PIR
Các tia nhiệt phát ra từ các vật thể sống rất yếu và rất phân tán, để tăng độ
rộng cho đầu dò cũng như hội tụ các tia nhiệt lại đúng vào vị trí của cảm bi ến
PIR, người ta dùng kính Fresnel (Hình 13 ) để chụp lên đầu cảm bi ến PIR. Đồng
thời cũng giúp cho cảm biến tránh được các tia tử ngoài từ m*ôi trường bên
ngoài chiểu vào đầu cảm biến.
14
Hình 2.7 Kính Fresnel
Hình 2.8 Hình ảnh kính Fresnel hội tụ các tia nhiệt vào v ị trí c ủa cảm bi ến PIR
15
2.2 Nguyên lý hoạt động của Module cảm biến PIR
2.2.1 Môi trường hoạt động của cảm biến PIR
Cảm biến PIR chỉ hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ -30 độ C đến 70 độ
C. Có nghĩa là cảm biến chỉ làm việc được trong khoảng nhiệt độ trên, các tia
nhiệt phát ra từ các vật thể phải nằm trong khoảng nhiệt độ trên.
2.2.2 Nguyên tắc hoạt động của module cảm biến PIR
Nguyên lý chung: module cảm biến PIR hoạt động dựa trên nguyên lí cảm
ứng các tia nhiệt của các vật thể sống phát ra, khi cảm bi ến pyroelectric thứ
nhất nhận được tia nhiệt, nó sẽ phát ra tín hiệu và khi nguồn nóng di chuy ển
ngang, sẽ đến cảm biến pyroelectric thứ hai và cảm bi ến pyroelectric 2 nh ận
được tia nhiệt và nó lại phát ra tín hiệu điện. Sự xuất hiện của 2 tín hiệu này
nhận biết rằng đã có một nguồn nhiệt di động ngang và mạch điện tử sẽ phát ra
tín hiệu điều khiển.
Nguyên tắc hoạt động: Ở trạng thái thường trực khi chưa có tia nhiệt di
chuyển vào đầu dò của cảm biến thì tín hiệu đang ở mức 0, và mạch không hoạt
động. Khi có một vật chuyển động vào đầu dò nhiệt PIR thì các tia nhiệt từ vật
thể đó phát ra sẽ đi qua thấu kính Fresnel các tia nhiệt này sẽ hội tụ vào đầu dò
PIR, khi mới vào vùng dò của cảm biến thì các tia nhiệt này chỉ hội tụ vào cảm
biến pyroelectric thứ 1, thì mức 0 của cảm biến thứ nhất sẽ lên 1, kế đến trong
khoảng thời gian rất nhỏ vật sẽ di chuyển ngang qua tới cảm biến pyroelectric
thứ 2 cũng tương tự như cảm biến thứ nhất nó sẽ chuyển từ mức 0 lên mức 1 cả
2 tín hiệu này sẽ qua 1 một bộ khuếch đại thứ nhất là FET, kế đến tín hiệu ngõ
ra của cảm biến PIR ở chân 2 (Source) sẽ vào một mạch khuếch đại nữa, mạch
khuếch đại này sẽ khuếch đại tín hiệu lên mức cần thiết theo theo thiết kế sẵn
của nhà sản xuất, kế đến tín hiệu này sẽ đến một mạch so sánh để xuất ra tín
hiệu chuẩn kỹ thuật số mức 1 tức là mạch đang hoạt động, ngược lại ở mức 0
mạch không hoạt động. Trong thực tế vật phát ra tia hồng ngoại có thể di
chuyển nhanh, chậm hay có thể đứng yên trong vùng quét của cảm ứng, vì thế
ta cần mạch làm trễ tín hiệu lâu hơn so với tín hiệu nhận được trong thực tế để
16
ta có thể điều chỉnh thiết bị hoạt động trong khoản thời gian mà chúng ta mong
muốn. từ đây tín hiệu của module cảm biến được đưa ra ngoài để kết nối với
các thiết bị khác.
Chúng ta sẽ xem hoạt động của mạch qua các hình mô tả dưới đây: Với hình
bóng đèn là tín hiệu output của module PIR, đèn tắt là mức 0, đèn sáng là mức 1,
hình cảm biến PIR với 2 bảng pyroelectric lúc đầu sẽ là màu lợt khi chưa có
vật di chuyển vào vùng phát hiện tín hiệu là 1 đường thẳng (H2.10).
Hình 2.9 Khi chưa có vật di chuyển vào vùng phát tín hi ệu
Tiếp đến vật thể di chuyển vào vùng ảnh hưởng 1 tín hiệu bắt đầu xuất
hiện, hình cảm biến PIR bảng pyroelectric 1 đậm lên nhưng ngõ ra của PIR là
hình bóng đèn vẫn tắt (Hình 2.11).
17
Hình 2.10 Khi có vật vào vùng ảnh hưởng 1
Khi vật thể đi vào vùng ảnh hưởng thứ 2 thì tín hiệu hình cảm biến PIR của
bảng pyroelectric 1 sẽ lợt đi, bảng 2 đậm lên tín hiệu xuất hiện ở bảng 2, hình
bóng đèn sáng lên, tín hiệu output của module PIR lúc này là 1 (Hình 2.12).
Hình 2.11 Khi có vật vào vùng ảnh hưởng 2
Khi vật thể đi qua khỏi vùng ảnh hưởng 2 thì tín hiệu đã trở về 0 nhưng
đèn vẫn còn sáng vì lúc này mạch delay vẫn duy trùy tín hiệu ngõ ra của module
PIR ở mức 1 (Hình 2.13).
18
Hình 2.12 Khi vật ra khỏi vùng ảnh hưởng
Đến một thời gian cài đặt trước nhất định nào đó thì đèn sẽ tắt, tín hiệu sẽ
trở về 0, mạch ở trạng thái thường trực (Hình 2.14).
Hình 2.13 Khi không xuất hiện tín hiệu
2.2.3 Mạch điện ứng với cảm biến PIR
Module cảm biến PIR nó hoạt động giống như một cảm biến PIR và ch ỉ có
1 ngõ ra output thôi vì thế chúng ta cần ghép nối v ới các thi ết b ị khác m ới có th ể
19
điều khiển các thiết bị hoạt động. Dưới đây sẽ giới thi ệu m ột s ố linh ki ện và
cách ghép nối.
a) Ghép nối cảm biến PIR với relay
Dưới đây là mạch nguyên lý về cách ghép nối với relay. Mạch này
hoạt động dựa trên sự bật tắt của relay, khi tín hiệu của module PIR là
mức1 thì lúc đó relay hoạt động, khi tín hiệu là mức 0 thì relay ngừng hoạt
động. Từ relay chúng ta sẽ mắc với các thiết bị khác đ ể đi ều khi ển hoạt
động. Phương pháp này dùng để điều khiển các thiết bị như đèn và
chuông báo động.
Hình 2.14 Sơ đồ mạch nguyên lý về các ghép nối relay
b) Ghép nối cảm biến PIR với Transisto
Mạch này hoạt động dựa trên sự phân cực bảo hòa của transistor, lúc
này
transistor đóng vai trò như 1 công tắc đóng mở.
20
Hình 2.15 Ghép nối cảm biến PIR với Transistor
c) Ghép nối cảm biến PIR với các họ vi điều khiển, Arduino
Dưới đây là các hình ảnh module PIR giao tiếp với vi điều khiển,
mạch hoạt động dựa trên sự điều khiển của các họ vi điều khi ển được
lập trình bởi người sử dụng.
Hình 2.16 Cảm biến PIR ghép nối với Vi điều khiển.
21
Hình 2.17 Cảm biến PIR ghép nối với Arduino.
2.3 Ứng dụng của cảm biến PIR
2.3.1 Các ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày của Module c ảm bi ến
PIR
Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta có rất nhiều thiết bị hoạt động
với các phương pháp bật tắt thủ công. Qua tìm hiểu và khảo sát ứng dụng
module cảm biến PIR nhận thấy rằng khi kết hợp với các thiết bị ghép nối như
relay, transistor, vi điều khiển thì có rất nhiều ứng dụng có ích cho cu ộc s ống
hằng ngày như:
- Hệ thống chiếu sáng tự động trong các tòa nhà văn phòng.
- Hệ thống điều khiển quạt tự động trong các tòa tòa nhà văn phòng.
- Hệ thống camera quan sát tự động.
- Hệ thống chống trộm đơn giản.
- Các hệ thống kết hợp ứng dụng khác.
2.3.2 Các hệ thống ứng dụng của cảm biến PIR
a)
Hệ thống chiếu sáng tự động
22
Cảm biến PIR
Mạch Relay
Thiết bị đèn chiếu sáng
Hình 2.18. Hệ thống chiếu sáng tự động
Hệ thống bao gồm 3 phần: module cảm biến PIR, mạch relay, và đèn
chiếu sáng. Ta sẽ lắp ráp hệ thống này vào trần của các toà nhà. Hệ thống
sẽ tự động đóng tắt các thiết bị chiếu sáng tự động, khi có người đèn sẽ tự
động bật sáng, ngược lại đèn sẽ tự động tắt. Hệ thống này sẽ giúp con
người có thể tiết kiệm được điện năng tránh lãng phí khi không sử dụng
mà thiết bị chiếu sáng vẫn bật. Giúp chúng ta tiết kiệm được nguồn nhân
lực điều khiển các thiết bị.
Mở rộng thêm chúng ta sẽ kiết hợp cảm biến với vi xử lý để tạo ra hệ
thống hoàn chỉnh và tiện ích hơn.
b)Hệ thống điều khiển quạt tự động
Cảm biến PIR
Mạch BJT
Hệ thống quạt dân
dụng
Hình 2.19. Hệ thống điều khiển quạt tự đ ộng
Hệ thống bao gồm 3 phần: module cảm biến PIR, mạch công tắt BJT,
hệ thống quạt dân dụng. Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý phân cực
cho BJT, BJT sẽ hoạt động trong trạng thái bão hòa giống như 1 công tắc, ta
sẽ sử dụng nguyên tắc hoạt động này để điều khiển quạt tự động đóng
mở, để tránh sự lãng phí khi trong một căn phòng có ít người nhưng tất cả
các quạt đều mở. Quạt chỉ được mở khi có người đang hoạt động trong
phòng tại vị trí quạt được lắp mà thôi. Tránh được việc phải điều khiển
23
bằng tay khi một hệ thống công tắc dày đặt khó mà xác định được vị trí.
Mở rộng thêm chúng ta sẽ kiết hợp cảm biến với vi xử lý để tạo ra hệ
thống hoàn chỉnh và tiện ích hơn.
c)
Hệ thống camera quan sát tự động
Cảm biến PIR
Hệ thống điều khiển
Camera kỹ thuật số
Hình 2.20. Hệ thống camera quan sát tự động
Hệ thống này ứng dụng để điều khiển các camera quan sát những khu
vực có chuyển động của con người vì lúc đó camera chỉ hướng đến những
nơi phát ra tia nhiệt vì hoạt động của cảm biến PIR. Hệ th ống g ồm 3 phần:
Module cảm biến PIR, Hệ thống điều khiển là các vi xử lí, Camera kỹ thuật
số sẽ ghi lại các hình ảnh dùng cho các hệ thống quan sát an ninh.
d) Hệ thống chống trộm đơn giản
Cảm biến PIR
Mạch relay
Chuông báo động
Hình 2.21. Hệ thống chống trộm đơn giản
Hệ thống gồm có 3 phần: module cảm biến PIR, mạch relay, và chuông báo
động. Mạch hoạt động khi phát hiện người lạ đi vào vùng quét của c ảm bi ến
của PIR khi đó relay hoạt động làm cho chuông báo đ ộng sẽ reo lên. H ệ th ống
này rất đơn giản, hoạt động tốt, tuy nhiên đây chưa phải là hệ th ống ch ống
trộm tối ưu.
Mở rộng thêm nếu chúng ta kết hợp cả module cảm biến PIR với camera
được điều khiển qua vi xử lí thì hệ hống sẽ trở nên hiệu quả và chính xác hơn.
24
Và với đề tài Thực tập này em lựa chọn Thiết kế hệ thống chống trộm
đơn giản.
e) Các hệ thống ứng dụng khác
Ngoài các hệ thống ở trên module cảm biến PIR còn nhiều ứng dụng
khác rất hữu ích như:
• Hệ thống đóng mở vòi nước tự động dùng module cảm
biến PIR để phát hiện người, hệ thống này giúp ích trong
việc tiết kiệm nước, tránh lãng phí khi sử dụng.
• Hệ thống đóng mở của tự động trong các tòa nhà, siêu thị,....
Hệ thống hoạt động dựa trên cảm biến tia nhiệt của
module cảm biến PIR, khi phát hiện người đến gần cửa thì
cửa sẽ tự động mở, khi người đi khỏi cửa sẽ tự động đóng
lại.
• Ngoài ra khi kết hợp module cảm biến PIR với các cảm
biến khác chúng ta có thể thiết kế các hệ thống ứng dụng
thông minh với rất nhiều chức năng hữu ích, nó sẽ giúp ích
rất nhiều cho con người trong hoạt động hằng ngày......
2.3.3
Yêu cầu sử dụng
Khi sử dụng module cảm biến PIR, cần lưu ý một số đặc điểm sau:
Phải xem môi trường hoạt động của cảm biến có nằm trong giới
hạn nhiệt độ cho phép không. Vì ngoài khoảng giới hạn đó có thể làm hư
cảm biến.
Phải xem nguồn sử dụng có đúng như giới hạn của nhà sản xuất
không, nếu vượt quá cũng có thể làm hỏng cảm biến.
Ngoài ra xem các thiết bị ghép nối chung với module cảm biến PIR
có thể đáp ứng kịp không.
Tóm lại khi dùng module PIR thì nên xem các thông s ố kỹ thuật của
25
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: