- THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT CÔNG TÁC TUẦN TRA, BẢO VỆ DỰA TRÊN CẤU TRÚC MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY. - Arduino, giám sát, mạng cảm biến không dây, MSP430, tuần tra. - Bài báo này trình bày việc thiết kế một hệ thống giám sát, quản lý công tác tuần tra, bảo vệ dựa trên ứng dụng công nghệ mạng cảm biến không dây.. - Mục tiêu của nghiên cứu nhằm xây dựng một hệ thống hỗ trợ việc quản lý, chấm công và trợ giúp nhân viên bảo vệ trong công tác tuần tra. - Hệ thống được thiết kế trên nền tảng bộ vi điều khiển MSP430G2553, board Arduino Mega 2560 và mô-đun thu phát vô tuyến tần số 433 MHz. - Bằng việc sử dụng cấu trúc mạng cảm biến không dây, hệ thống có khả năng tự động ghi nhận sự hiện diện của nhân viên bảo vệ trong một khu vực được xác định trước. - Hệ thống còn cho phép nhân viên bảo vệ gửi cảnh báo về trung tâm để nhận được sự trợ giúp nhanh nhất trong tình huống khẩn cấp. - Dữ liệu ghi nhận việc tuần tra của nhân viên bảo vệ được thu thập và lưu trữ trên Google Spreadsheets. - Điều này cho phép người quản lý có thể truy cập để xem dữ liệu ở bất cứ nơi nào có mạng Internet. - Hệ thống có triển vọng được ứng dụng để phục vụ việc chấm công nhân viên bảo vệ tại các công ty, nhà máy.. - Hoạt động tuần tra, bảo vệ là một công tác quan trọng nhằm đảm bảo an ninh trật tự, giữ gìn tài sản, và góp phần duy trì sự ổn định và liên tục của hoạt. - Để việc đánh giá hoạt động tuần tra, bảo vệ được chính xác, cần phải có một hệ thống giám sát và chấm công hiệu quả và phù hợp với đặc thù công. - việc của các nhân viên bảo vệ. - Hiện tại, đã có nhiều sản phẩm thương mại phục vụ việc chấm công hoạt động tuần tra, bảo vệ được giới thiệu trên thị trường như: thiết bị chấm công GS- 8100C của hãng Ronald Jack (GS-8100C, Ronald Jack, 2015), QR-Patrol của hãng Terracom Informatics (QR-Patrol, Terracom Informatics, 2015), TagtronicsPatrol của hãng Tagtronics (TagtronicsPatrol, 2015). - Phần lớn các thiết bị chấm công được bán trên thị trường hoạt động dựa trên nguyên lý quét thẻ cảm ứng RFID/NFC đòi hỏi nhân viên bảo vệ phải đến thật gần nơi đặt thẻ RFID/NFC (khoảng cách vài cm) ở địa điểm kiểm tra để quét thẻ. - Điều này cũng gây ra sự bất tiện cho hoạt động tuần tra và có thể làm cho nhân viên bảo vệ mất sự tập trung vào công việc chính. - Bài báo này trình bày việc thiết kế một hệ thống giám sát, quản lý công tác tuần tra, bảo vệ dựa trên ứng dụng công nghệ mạng cảm biến không dây. - Hệ thống có chi phí đầu tư thấp và có khả năng tự động ghi nhận sự hiện diện của nhân viên bảo vệ trong một khu vực được xác định trước mà không đòi hỏi nhân viên bảo vệ phải thực hiện việc quét thẻ. - Dữ liệu ghi nhận việc tuần tra của nhân viên bảo vệ được thu thập và lưu trữ trên Google Spreadsheets.. - Điều này cho phép người quản lý có thể truy cập để xem dữ liệu ở bất cứ nơi nào có kết nối Internet.. - NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG 2.1 Tổng quan hệ thống. - Hình 1 mô tả sơ đồ tổng quan của hệ thống gồm một bộ xử lý trung tâm, 05 điểm truy cập (phụ thuộc vào số lượng điểm cần giám sát tại nơi hệ thống được lắp đặt), và một thiết bị cầm tay cho nhân viên bảo vệ mang theo khi đi tuần. - Thiết bị cầm tay: phát tín hiệu tuần tra đến điểm truy cập gần nhất để xác định vị trí nhân viên. - bảo vệ đang tuần tra hoặc tín hiệu báo động khi cần thiết.. - Hình 1: Cấu trúc tổng quan của hệ thống chấm công nhân viên bảo vệ. - Điểm truy cập: nhận tín hiệu từ thiết bị cầm tay, sau đó phát tín hiệu thông báo với bộ xử lý trung tâm (trạm gốc) về tình trạng tuần tra của nhân viên bảo vệ. - Việc gửi tín hiệu về trạm gốc được thực hiện tức thời nhằm đảm bảo việc ghi nhận thời gian tuần tra được chính xác.. - Trạm gốc: nhận tín hiệu truyền về từ các điểm truy cập để xác định tình trạng tuần tra của nhân viên bảo vệ bao gồm vị trí và thời gian tuần tra. - Các thông tin tuần tra sau đó được ghi nhận vào thẻ nhớ. - đồng thời, các thông tin này sẽ được cập nhật lên mạng Internet thông qua Google Spreadsheets (Google Spreadsheets, 2015) để tạo thuận tiện cho việc truy xuất dữ liệu tại bất cứ nơi nào có kết nối mạng Internet.. - Bộ xử lý trung tâm của hệ thống được thiết kế dựa trên nền tảng phần cứng nguồn mở Arduino (Arduino, 2015), do đó hệ thống có khả năng kiểm tra lỗi nhanh chóng. - Tuy nhiên, đối với các điểm truy cập và thiết bị cầm tay, yếu tố tiết kiệm năng lượng và tối ưu hóa về phần cứng được cân nhắc cẩn thận trong quá trình thiết kế. - Theo đó, dòng vi điều khiển tiết kiệm năng lượng MSP430 của hãng Texas Instruments được sử dụng để thiết kế bộ xử lý của các điểm truy cập và thiết bị cầm tay.. - Trạm gốc có chức năng thu thập thông tin tuần tra của nhân viên bảo vệ từ các điểm truy cập truyền về, đồng thời, lưu trữ dữ liệu vào thẻ nhớ và truyền tải dữ liệu lên mạng Internet. - Thông tin tuần tra được lưu trữ vào thẻ nhớ một cách tức thời khi nhân viên bảo vệ đi tuần qua các điểm truy cập và đồng thời được cập nhật trên Google Spreadsheets vào một thời điểm được định trước trong ngày.. - Nếu vào thời điểm cập nhật dữ liệu hệ thống không thể kết nối với mạng Internet thì thông tin vẫn có thể được cập nhật vào các thời điểm gửi dữ liệu tiếp sau đó. - Nếu có thông tin cảnh báo từ các điểm truy cập truyền về (do nhân viên bảo vệ phát hiện có điều bất thường), bộ xử lý trung tâm cũng sẽ phát chuông báo động. - Nhiệm vụ chính của khối này là chờ nhận tín hiệu từ các điểm truy cập thông qua mô-đun thu/phát RF, thực hiện việc ghi dữ liệu vào thẻ nhớ cũng như kết nối với mạng Internet qua module Ethernet Shield theo một chu kỳ xác định để lưu trữ thông tin tuần tra của nhân viên bảo vệ.. - Mô-đun thu/phát RF: mô-đun HM-TRP- 433S-TTL (HM-TRP-433S-TTL module, 2015) được sử dụng để tạo mạng cục bộ thực hiện việc truyền nhận dữ liệu không dây từ các điểm truy cập.. - Mô-đun thời gian thực: mô-đun DS1307 được sử dụng để tạo thời gian chuẩn cho hệ thống.. - Hệ thống có khả năng tự động điều chỉnh độ sai lệch của mô-đun thời gian thực (nếu có) bằng cách tham chiếu với thời gian thực qua mạng Internet.. - Mô-đun giao tiếp mạng Internet: bằng việc sử dụng bộ mô-đun Arduino Ethernet Shield (Arduino Ethernet Shield, 2015), hệ thống có khả năng giao tiếp qua mạng Internet và thực hiện việc tự động cập nhật thông tin tuần tra của nhân viên bảo vệ lên Google Spreadsheets theo một thời gian biểu định trước.. - Vị trí có cảnh báo (điểm truy cập phát tín hiệu báo động) được hiển thị thông qua các đèn LED báo hiệu ứng với tên vị trí báo động để lực lượng bảo vệ còn lại thực hiện việc ứng cứu nhằm đảm bảo an toàn cho nhân viên bảo vệ đang thực hiện tuần tra.. - Hình 3: (a) sơ đồ khối và (b) hình ảnh thực tế của các điểm truy cập. - 2.2.2 Điểm truy cập. - Hình 3 mô tả sơ đồ khối của một điểm truy cập trong hệ thống. - Các điểm truy cập này đều được xây dựng giống nhau và có thể thay thế cho nhau. - việc xác định điểm truy cập có thể được lập trình lại một cách dễ dàng. - Cấu tạo của 01 điểm truy cập bao gồm một mô-đun thu/phát RF HM- TRP-433S-TTL để phát hiện tín hiệu khi nhân viên bảo vệ đi đến khu vực đặt điểm truy cập và 01 bộ vi điều khiển MSP430G2553 (Texas Instruments MSP430G được sử dụng để điều khiển mô-đun thu/phát RF. - Điểm truy cập cũng có nhiệm vụ gửi thông tin về tình trạng đi tuần của nhân viên bảo vệ (không có cảnh báo hoặc có cảnh báo). - Số lượng điểm truy cập phụ thuộc vào nhu cầu thực tế của từng cơ quan. - Với ứng dụng hiện tại ở Khoa Công nghệ, Trường Đại học Cần Thơ, hệ thống có tất cả 5 điểm truy cập như sau: khu xưởng thiết bị trường học, khu xưởng cơ khí, trung tâm kiểm định xây dựng, phòng thí nghiệm nhiệt, xưởng ô tô-máy kéo.. - 2.2.3 Thiết bị cầm tay. - Hình 4 mô tả sơ đồ các khối và hình ảnh thực tế của thiết bị cầm tay của hệ thống. - Thiết bị này được nhân viên bảo vệ mang theo trong suốt quá trình đi tuần tra, và thiết bị sẽ tự động kết nối đến hệ thống khi đi tuần ở trong phạm vi cho phép.. - Chức năng của mô-đun này cũng giống như tại điểm truy cập nhưng được lập trình để hạn chế công suất phát sóng trong phạm vi bán kính vài mét để việc ghi nhận sự hiện diện của nhân viên bảo vệ tại điểm truy cập được chính xác.. - Hệ thống báo hiệu: Sử dụng đèn và 01 loa nhỏ để người đi tuần tra biết được họ đã ở trong phạm vi nhận sóng của điểm truy cập để đảm bảo việc đi tuần được ghi nhận chính xác và đầy đủ.. - Các lưu đồ giải thuật điều khiển hoạt động của các khối Trạm gốc, điểm truy cập và thiết bị cầm tay được trình bày cụ thể ở phần bên dưới.. - Trước tiên, hệ thống khởi tạo dữ liệu cho chương trình. - Khi nhận được tín hiệu báo về từ các điểm truy cập, bộ xử lý sẽ giải mã dữ liệu và lưu dữ liệu cần thiết vào thẻ nhớ. - Hệ thống tự động cập nhật dữ liệu từ thẻ nhớ SD card lên Google Spreadsheets vào lúc 12g00 mỗi ngày. - Nếu có sự cố về kết nối mạng Internet, hệ thống sẽ lưu dữ liệu lại và việc đưa dữ liệu lên Google Spreadsheets sẽ được tiến hành vào ngày hôm sau. - Trong trường hợp việc truyền dữ liệu lên Internet bị gián đoạn trong 2 ngày liên tục, hệ thống sẽ báo hiệu bằng đèn để người sử dụng có thể kịp thời khắc phục sự cố.. - Khởi tạo dữ liệu. - Nhận tín hiệu từ điểm truy cập. - Lưu dữ liệu Vào thẻ nhớ. - Tải dữ liệu lên Google Spreadsheet. - Tải dữ liệu hoàn tất. - Nhận tín hiệu từ Thiết bị cầm tay. - Gửi tín hiệu báo lỗi cho thiết bị cầm tay. - Hình 6: Lưu đồ giải thuật của điểm truy cập 2.3.2 Điểm truy cập. - Ở chế độ hoạt động thường trực, điểm truy cập sẽ chờ nhận tín hiệu phát ra từ thiết bị cầm tay. - Khi nhận đúng tín hiệu từ thiết bị cầm tay, điểm truy cập sẽ gửi dữ liệu báo cáo về Trạm gốc. - Trong trường hợp không nhận được tín hiệu trả lời từ Trạm gốc, điểm truy cập sẽ gửi tín hiệu báo lỗi cho thiết bị cầm tay để nhân viên bảo vệ biết và kịp thời khắc phục sự cố.. - Gửi tín hiệu đến điểm truy cập. - Trong quá trình tuần tra, thiết bị cầm tay sẽ phát tín hiệu đến các điểm truy cập. - Trạng thái của việc truyền nhận dữ liệu giữa điểm truy cập và trạm gốc sẽ được chỉ thị bằng đèn và âm thanh.. - Thông qua các âm hiệu khác nhau do còi trên thiết bị phát ra, nhân viên bảo vệ có thể biết được việc tuần tra tại một điểm truy cập nào đó đã được hệ thống ghi nhận hay chưa. - Ngoài ra, trên thiết bị cầm tay cũng được bố trí 01 nút ấn cho phép nhân viên bảo vệ gửi cảnh báo về trung tâm để báo động và gọi hỗ trợ khi có tình huống khẩn cấp.. - Để đánh giá khả năng hoạt động thực tế của hệ thống đề xuất, chúng tôi đã cho triển khai sử dụng hệ thống tại Khoa Công nghệ, Trường Đại học Cần Thơ, từ tháng 11/2014 đến nay. - Xuất phát từ nhu cầu thực tế là Khoa Công Nghệ có 05 khu nhà xưởng và phòng thí nghiệm ngoại vi cần được bảo vệ để tránh mất mát tài sản, 05 điểm truy cập đã được lắp đặt tại các vị trí như mô tả trên bản đồ ở Hình 8.. - Hệ thống đã chứng minh được tính khả thi và độ ổn định khi dữ liệu tuần tra được ghi vào thẻ nhớ một cách đều đặn và phù hợp với thời gian nhân viên bảo vệ tuần tra qua các điểm truy cập.. - Đồng thời việc cập nhật dữ liệu lưu trữ trên đám. - mây (Cloud) giúp cho người quản lý dễ dàng nắm được tình hình tuần tra của đội ngũ bảo vệ trong Khoa. - Hình 9 mô tả 01 trang của Google Spreadsheets lưu trữ dữ liệu tuần tra của nhân viên bảo vệ trong một vài ngày tiêu biểu thuộc tháng 02/2015. - Các cột trong bảng tính có ý nghĩa như sau: Thời gian tuần tra của nhân viên bảo vệ được lưu trữ riêng biệt thành các cột Năm, Tháng, Ngày, Giờ, Phút, Giây, đồng bộ với thời gian đi tuần của nhân viên bảo vệ. - Cột dữ liệu Vị trí để đánh dấu điểm truy cập mà nhân viên bảo vệ đã đi qua trong quá trình tuần tra. - Cột Cảnh báo để ghi lại trạng thái của điểm truy cập trong quá trình tuần tra với 02 trạng thái được thiết lập là có báo động và không có báo động tương ứng với ký tự “C” hoặc. - Ví dụ, biểu đồ ở Hình 10 cho phép đánh giá tần suất tuần tra của nhân viên bảo vệ trong tháng 02/2015. - Biểu đồ ở Hình 11 cung cấp thông tin chi tiết về thời điểm và khu vực tuần tra của nhân viên bảo vệ trong ngày . - Hình 9: Lưu trữ dữ liệu trên Google Spreadsheets. - Hình 10: Biểu đồ quản lý việc tuần tra, bảo vệ trong tháng 02/2015. - Hình 11: Biểu đồ quản lý việc tuần tra, bảo vệ ngày . - 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Bài viết đã trình bày việc thiết kế và thử nghiệm một hệ thống quản lý có khả năng tự động thu thập dữ liệu tần suất tuần tra nhằm phục vụ việc chấm công nhân viên bảo vệ. - Việc chọn giải pháp xây dựng hệ thống dựa trên nền tảng điện tử nguồn mở Arduino mang đến sự thuận lợi và linh hoạt trong quá trình thiết kế cũng như cho phép giảm chi phí đầu tư của hệ thống. - Bên cạnh đó, việc chọn sử dụng kết nối không dây tần số 433 MHz cho phép cải thiện tầm thu/phát tín hiệu giữa các điểm truy cập và trạm gốc. - Hệ thống cơ bản đáp ứng được các yêu cầu đã đặt ra: theo dõi được thời gian nhân viên bảo vệ đi tuần tra, cho phép nhân viên bảo vệ gửi cảnh báo về trung tâm khi cần thiết. - Giải pháp đề xuất có thể được ứng dụng tại các công ty, doanh nghiệp góp phần nâng cao hiệu quả của việc chấm công nhân viên bảo vệ.. - Chúng tôi cũng xin cảm ơn sự hợp tác chặt chẽ của các nhân viên bảo vệ tại Khoa Công nghệ trong quá trình lắp đặt và thử nghiệm hệ thống.. - Truy cập ngày 10/9/2015.