Nghiên cứu giải pháp xây dựng mô hình phòng học thông minh trong trường đại học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu giải pháp xây dựng mơ hình phịng học thông minh trường đại học NGUYỄN HUY ĐẠT dat.nh150843@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Việt Sơn Bộ môn: Viện: Kỹ thuật đo tin học công nghiệp Điện HÀ NỘI, 2021 Chữ ký GVHD ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu giải pháp xây dựng mơ hình phịng học thông minh trường đại học Giảng viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Trong thời gian làm luận văn thạc sĩ, nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Việt Sơn trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ mặt chuyên môn phương pháp nghiên cứu, kĩ viết luận, tạo điều kiện tốt suốt trình nghiên cứu để tơi hồn thành luận văn Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên suốt trình nghiên cứu hồn thành luận văn thạc sĩ Tóm tắt nội dung luận văn Mục tiêu luận văn tốt nghiệp xây dựng hệ thống lớp học thông minh ứng dụng công nghệ IoT Hệ thống thiết kế lớp học thông thường, nhiên xây dựng theo xu hướng thơng minh hóa nhằm giảm thiểu tối đa can thiệp người Hệ thống có tính bảo mật cao việc xây dựng chế độ đăng nhập vân tay Người dùng điều khiển thiết bị lớp học thông qua điện thoại thông minh kết nối Bluetooth Giao diện ứng dụng điều khiển thân thiện với đầy đủ chức quan trọng cho phép đăng nhập vân tay, điều khiển thiết bị, chỉnh sửa thông tin người dùng Đặc biệt, hệ thống thiết kế với chế độ thơng minh hóa cho phép điều khiển giọng nói, tự động đóng mở cửa có tín hiệu bật tắt điều hịa, tự động tắt đèn đóng rèm khu vực giáo viên có tín hiệu bật máy chiếu, tự động đóng cửa sổ trời mưa… Sau q trình tìm hiểu phương pháp nghiên cứu triển khai thực hiện, nhiệm vụ nghiên cứu luận văn hồn thành: tính tốn, thiết kế, lựa chọn linh kiện phù hợp để hoàn thiện board mạch phần cứng đáp ứng chức yêu cầu; thiết kế ứng dụng điều khiển điện thoại thông minh có giao diện đơn giản, trực quan, bao gồm nhiều hình khác đáp ứng đủ chức hệ thống cho phép người dùng kết nối Bluetooth, đăng nhập vân tay, điều khiển thiết bị điện nút nhấn giọng nói, chỉnh sửa thơng tin người dùng Hệ thống thiết kế luận văn có mục đích chủ yếu để mô phỏng, thử nghiệm nhiên tiền đề quan trọng việc nâng cấp sản phẩm thành mơ hình có ứng dụng cao thực tiễn Một số hướng phát triển tiếp cận việc nâng cấp hệ thống từ mơ hình thí nghiệm thành sản phẩm thực tiễn có tính ứng dụng tính thương mại cao sau: Về phần cứng, sử dụng động công suất cao dùng nguồn xoay chiều để đáp ứng tính tin cậy, tuổi thọ cao, nâng cấp hình LCD 16x02 thành hình cao cấp hơn, thêm phần hiển thị thời gian thực, thông tin độ ẩm, trạng thái thiết bị…nâng cấp số lượng thiết bị, thêm đèn, cửa, quạt…Về phần mềm: Thiết kế ứng dụng tảng khác IOS, Windows Phone…cải thiện tính tương tác với người dùng cách thêm hiệu ứng, âm thanh… Học viên Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Nội dung thực CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan Bluetooth 2.2 Chuẩn truyền tin UART 2.3 Chuẩn giao tiếp I2C 2.4 Giới thiệu Android 11 2.5 Tổng quan phần cứng 13 2.5.1 Vi điều khiển Stm32F103 13 2.5.2 Cảm biến vân tay R305 18 2.5.3 Cảm biến nhiệt độ LM35 21 2.5.4 Cảm biến đo dòng ACS712 23 2.5.5 Cảm biến mưa 23 2.5.6 Cơng tắc hành trình 5V 24 2.5.7 Màn hình LCD 16x02 25 2.5.8 Module rơ le 5V 26 2.5.9 Động chiều giảm tốc 3-9V 27 2.5.10 Module điều khiển động L298 27 2.5.11 Động servo SG90 29 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 31 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 31 3.2 Tính tốn thiết kế khối 32 3.2.1 Khối điều khiển 32 3.2.2 Khối cảm biến 33 3.2.3 Khối xác thực người dùng 36 3.2.4 Khối hiển thị 38 3.2.5 Khối điều khiển đèn 39 3.2.6 Khối điều khiển rèm 39 3.2.7 Khối điều khiển cửa sổ 40 3.2.8 Khối Bluetooth 41 3.2.9 3.3 Khối nguồn 43 Thiết kế mạch in cho hệ thống 44 3.3.1 Mạch in 44 3.3.2 Sơ đồ bố trí linh kiện 44 3.4 Thiết kế mơ hình phần cứng hồn chỉnh 45 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN MỀM 48 4.1 Lập trình hệ thống 48 4.1.1 Lập trình cho vi điều khiển 48 4.1.2 Lập trình cho ứng dụng điều khiển 57 4.2 Xây dựng kịch kiểm thử 73 4.2.1 Kịch 1: Người dùng đăng nhập thành công 74 4.2.2 Kịch 2: Người dùng đăng nhập thành công 74 4.2.3 Kịch 3: Người dùng điều khiển thiết bị nút nhấn 74 4.2.4 Kịch 4: Người dùng điều khiển thiết bị giọng nói 74 4.2.5 Kịch 5: Trời mưa 75 4.2.6 Kịch 6: Điều hòa bật 75 4.2.7 Kịch 7: Máy chiếu bật 75 4.3 Hướng dẫn sử dụng hệ thống 75 4.3.1 Sử dụng mơ hình phần cứng 75 4.3.2 Sử dụng phần mềm điều khiển 77 CHƯƠNG KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KẾT LUẬN 80 5.1 Kết 80 5.1.1 Tìm hiểu lý thuyết 80 5.1.2 Triển khai thực 80 5.2 Ý nghĩa thực tiễn 82 5.3 Kết luận hướng phát triển 83 5.3.1 Kết luận 83 5.3.2 Hướng phát triển 84 PHỤ LỤC 86 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ đầy đủ IoT Internet of things UART Universal Asynchronous Receive/Transmit LCD Liquid Crystal Display GND Ground MCU Microcontroller unit DC Direct current I2C Inter-Integrated Circuit ARM Acorn RISC Machine CPU Central Processing Unit DSP Digital Signal Processor DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình ảnh thành phố thông minh giới [5] Hình 1.2 Các thiết bị đeo tay thơng minh Samsung [6] Hình 1.3 Hình ảnh hệ thống nhà thơng minh BKAV [7] Hình 1.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển phịng học thơng minh Hình 2.1 Module bluetooth HC-06 Hình 2.2 Các thông số chuân truyền tin UART [9] Hình 2.3 Sơ đồ truyền tín hiệu theo chuẩn I2C [10] Hình 2.4 Cấu trúc gói liệu giao dịch [10] 10 Hình 2.5 Điều kiện bắt đầu gói liệu I2C [10] 10 Hình 2.6 Điều kiện kết thúc gói liệu I2C [10] 11 Hình 2.7 Module chuyển đổi I2C 11 Hình 2.8 Sơ đồ lớp hệ điều hành Android [12] 12 Hình 2.9 Cấu trúc vi xử lí ARM Cortex M3 14 Hình 2.10 Hệ thống Bus nội ARM 15 Hình 2.11 Cấu trúc nhớ ARM 16 Hình 2.12 Sơ đồ chân ARM M3 17 Hình 2.13 Sơ đồ chân kit STM32F103C8T6 17 Hình 2.14 Cảm biến vân tay R305 18 Hình 2.15 Khung truyền giao thức truyền tin R305 [14] 20 Hình 2.16 Sơ đồ chân LM35 [15] 22 Hình 2.17 Cảm biến đo dòng điện ACS712 23 Hình 2.18 Cảm biến mưa 24 Hình 2.19 Cơng tắc hành trình 25 Hình 2.20 Sơ đồ chân LCD16x2 25 Hình 2.21 Module rơ le kênh 5VDC 26 Hình 2.22 Động chiều giảm tốc 3-9VDC 27 Hình 2.23 Module L298 28 Hình 2.24 Sơ đồ ngun lí L298 [20] 28 Hình 2.25 Động servo SG90 29 Hình 2.26 Độ rộng xung tương ứng với góc lệch servo 30 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí hệ thống 31 Hình 3.2 Sơ đồ kết nối khối điều khiển 32 Hình 3.3 Sơ đồ kết nối cảm biến LM35 33 Hình 3.4 Sơ đồ kết nối cảm biến ACS712 34 Hình 3.5 Sơ đồ kết nối cơng tắc hành trình 35 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối cảm biến mưa 36 Hình 3.7 Sơ đồ kết nối cảm biến R305 36 Hình 3.8 Sơ đồ kết nối khối hiển thị 38 Hình 3.9 Sơ đồ kết nối khối điều khiển đèn 39 Hình 3.10 Sơ đồ kết nối khối điều khiển rèm 40 Hình 3.11 Độ rộng xung tương ứng với góc lệch SG90 41 Hình 3.12 Độ rộng xung tương ứng cửa sổ đóng mở 41 Hình 3.13 Sơ đồ kết nối khối điều khiển cửa sổ 41 Hình 3.14 Sơ đồ kết nối khối bluetooth 42 Hình 3.15 Sơ đồ mạch in board điều khiển phòng học 44 Hình 3.16 Sơ đồ bố trí linh kiện hệ thống 44 Hình 3.17 Mơ hình thiết kế hồn chỉnh 46 Hình 3.18 Board mạch điều khiển 46 Hình 4.1 Màn hình làm việc KeilC 49 Hình 4.2 Hộp thoại Select device 49 Hình 4.3 Chọn hộp thoại Target option 50 Hình 4.4 Tab Output hộp thoại Target option 50 Hình 4.5 Lưu đồ giải thuật cho chương trình cho khối mạch 51 Hình 4.6 Lưu đồ giải thuật chương trình xử lý ngắt ngồi 52 Hình 4.7 Lưu đồ giải thuật chương trình giao tiếp R305 55 Hình 4.8 Lưu đồ giải thuật chương trình giao tiếp với ACS712 57 Hình 4.9 Chế độ xem dự án Android 58 Hình 4.10 Chế độ xem nhớ CPU Android Studio 60 Hình 4.11 Giao diện đăng nhập ứng dụng 64 Hình 4.12 Giao diện kết nối bluetooth 65 Hình 4.13 Hộp thoại xác nhận cho phép đăng nhập vân tay 65 Hình 4.14 Giao diện điều khiển 65 Hình 4.15 Giao diện lựa chọn tính nâng cao 66 Hình 4.16 Hộp thoại chỉnh sửa thông tin người dùng 66 Hình 4.17 Hộp thoại xem thơng tin app 66 Hình 4.18 Lưu đồ giải thuật chương trình cho ứng dụng điều khiển 67 Hình 4.19 Lưu đồ giải thuật chương trình kết nối bluetooth 68 Hình 4.20 Lưu đồ giải thuật chương trình đăng nhập vân tay 69 Hình 4.21 Lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển thiết bị 70 Hình 4.22 Lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển thiết bị giọng nói 70 Hình 4.23 Lưu đồ giải thuật chương trình xem thơng tin ứng dụng 72 Hình 4.24 Lưu đồ giải thuật chương trình đăng xuất 72 Hình 4.25 Board mạch điều khiển hệ thống 76 Hình 4.26 Giao diện đăng nhập ứng dụng 77 Hình 4.27 Giao diện kết nối bluetooth 77 Hình 4.28 Hộp thoại xác nhận đăng nhập vân tay 78 Hình 4.29 Giao diện điều khiển 78 Hình 4.30 Hộp thoại chỉnh sửa thông tin người dùng 79 Hình 4.31 Hộp thoại xem thơng tin app 79 Hình 5.1 Mơ hình luận văn tốt nghiệp 81 Hình 5.2 Board mạch điều khiển 82 Hình 4.23 Lưu đồ giải thuật chương trình xem thơng tin ứng dụng k) Lưu đồ giải thuật chương trình đăng xuất Lưu đồ giải thuật chương trình đăng xuất sau: Hình 4.24 Lưu đồ giải thuật chương trình đăng xuất Chương trình hoạt động sau: - Người dùng chọn tính “Đăng xuất” giao diện Chương trình khỏi giao diện điều khiển quay lại giao diện đăng nhập ban đầu 72 l) Lưu đồ giải thuật chương trình chỉnh sửa thơng tin người dùng Lưu đồ giải thuật chương trình chỉnh sửa thơng tin người dùng sau: Hình 4.26 Lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển thiết bị Chương trình hoạt động sau: - Người dùng chọn tính “Chỉnh sửa thơng tin người dùng” giao diện Lưu ý người dùng đăng nhập thành cơng hệ thống phép chỉnh sửa thông tin người dùng phép chỉnh sửa thơng tin - Chương trình hiển thị hộp thoại nhập thông tin chỉnh sửa - Nếu thơng tin nhập vào khơng hợp lệ, chương trình đưa cảnh báo yêu cầu người dùng nhập lại - Nếu thơng tin hợp lệ, chương trình lưu liệu ghi đè vào liệu cũ người dùng thơng báo hồn thành việc chỉnh sửa 4.2 Xây dựng kịch kiểm thử 73 Để phục vụ cho việc kiểm thử hệ thống, đề xuất vài kịch mô Đây kịch thường xuyên xảy trình vận hành lớp học Việc nhằm mục đích xác nhận hệ thống có hoạt động chức ổn định hay không 4.2.1 Kịch 1: Người dùng đăng nhập thành công Hệ thống cần phải hiển thị thông tin người dùng (tên giảng viên, mơn) lên giao diện chính, đồng thời thiết lập trạng thái mặc định thiết bị lớp học Các trạng thái mặc định thu thập từ trước tùy theo sở thích giảng viên Thông tin với tên giảng viên, môn lưu trữ sở liệu Thông tin người dùng cài đặt sau: - Tên: Nguyễn Văn A Bộ môn: Tin học công nghiệp Trạng thái mặc định: đèn sáng, rèm đóng, cửa sổ đóng 4.2.2 Kịch 2: Người dùng đăng nhập thành công Hệ thống cần phải hiển thị thông tin người dùng (tên giảng viên, mơn) lên giao diện chính, đồng thời thiết lập trạng thái mặc định thiết bị lớp học Các trạng thái mặc định thu thập từ trước tùy theo sở thích giảng viên Thông tin với tên giảng viên, môn lưu trữ sở liệu Thông tin người dùng cài đặt sau: - Tên: Nguyễn Thị B Bộ môn: Khoa học máy tính Trạng thái mặc định: đèn tắt, rèm đóng, cửa sổ đóng 4.2.3 Kịch 3: Người dùng điều khiển thiết bị nút nhấn Sau đăng nhập thành công, hệ thống cần sẵn sàng cho yêu cầu điều khiển thiết bị từ người dùng, bao gồm tín hiệu: - Bật tắt đèn 1, Đóng mở cửa sổ 1, Đóng mở rèm 1, Đặc biệt, hệ thống có khả cho phép người dùng điều khiển mức độ mở rèm khác nhau, cụ thể mở 50% hay 100% 4.2.4 Kịch 4: Người dùng điều khiển thiết bị giọng nói Ngồi việc điều khiển nút nhấn giao diện, hệ thống cho phép người dùng điều khiển thiết bị giọng nói, bao gồm tín hiệu: - Bật tắt đèn 1, Đóng mở cửa sổ 1, Đóng mở rèm 1, Đặc biệt, hệ thống có khả cho phép người dùng điều khiển mức độ mở rèm khác nhau, cụ thể mở 50% hay 100% Bật tắt đèn Đóng mở rèm Đóng mở cửa sổ 74 4.2.5 Kịch 5: Trời mưa Hệ thống trang bị cảm biến mưa phải có khả phát tín hiệu trời mưa gửi vi điều khiển để thực lệnh đóng cửa sổ 4.2.6 Kịch 6: Điều hịa bật Hệ thống thiết kế có khả phát tín hiệu bật điều hịa việc sử dụng cảm biến đo dòng ACS712 Về mặt lý thuyết, điều hòa tắt, giá trị dòng xoay chiều Khi điều hòa bật, giá trị dịng xoay chiều tăng nhanh Tín hiệu analog đưa qua ADC vi điều khiển để xử lý Sau q trình tính tốn giá trị dịng, giá trị lớn 0, vi điều khiển thực lệnh đóng cửa sổ Trên thực tế tích hợp cửa vào hệ thống Việc đóng cửa tự động có mục đích tiết kiệm điện việc điều khiển hoàn toàn tự động, người dùng không cần phải thực thêm lệnh điều khiển khác Để mô kịch này, sử dụng bóng đèn 220V cơng tắc thay cho điều hịa Khi cơng tắc bật, tương đương với việc bật điều hòa, giá trị dòng lớn 0, vi điều khiển thực lệnh đóng cửa sổ 4.2.7 Kịch 7: Máy chiếu bật Hệ thống thiết kế có khả phát tín hiệu bật máy chiếu việc sử dụng cảm biến đo dòng ACS712 Về mặt lý thuyết, máy chiếu tắt, giá trị dòng xoay chiều Khi máy chiếu bật, giá trị dòng xoay chiều tăng nhanh Tín hiệu analog đưa qua ADC vi điều khiển để xử lý Sau trình tính tốn giá trị dịng, giá trị lớn 0, vi điều khiển thực lệnh đóng rèm tắt đèn (rèm đèn gần khu vực chiếu) để giảm ánh sáng khu vực chiếu Việc có mục đích thuận tiện cho người dạy người học trình sử dụng máy chiếu việc điều khiển hoàn toàn tự động, người dùng không cần phải thực thêm lệnh điều khiển khác Để mô kịch này, tơi sử dụng bóng đèn 220V công tắc thay cho máy chiếu Khi công tắc bật, tương đương với việc bật máy chiếu, giá trị dòng lớn 0, vi điều khiển thực lệnh đóng rèm tắt đèn khu vực gần chiếu 4.3 Hướng dẫn sử dụng hệ thống 4.3.1 Sử dụng mơ hình phần cứng Phần cứng hệ thống thiết kế đơn giản, đảm bảo đáp ứng đủ chức cần có giám sát nhiệt độ lớp học, cho phép đăng nhập vân tay, board mạch điều khiển cho thiết bị lớp học… Các bước sử dụng hệ thống phần cứng: Bước 1: Cấp nguồn cho hệ thống Hệ thống sử dụng nguồn từ adapter 5VDC/2A Khi cấp nguồn, hệ thống khởi tạo cấu hình mặc định cho lớp học đèn tắt, rèm đóng, cửa sổ đóng, thơng số nhiệt độ hiển thị hình LCD 75 Bước 2: Người dùng thực thao tác kết nối đăng nhập phần mềm để vào giao diện điều khiển Tại đây, người dùng thực chức đa dạng như: điều khiển thiết bị lớp học, chỉnh sửa thông tin người dùng, xem thông tin ứng dụng, đăng xuất… Hình 4.25 Board mạch điều khiển hệ thống Phần cứng hệ thống gồm phần chính: Cảm biến đo dịng ACS712 kết nối với đèn 220v với mục đích mơ việc bật tắt điều hòa (hoặc máy chiếu) Cảm biến vân tay R305 cho ứng dụng thu thập vân tay người dùng giao tiếp với vi điều khiến Cảm biến nhiệt độ LM35 với mục đích giám sát nhiệt độ lớp học Màn hình hiển thị LCD module chuyển đổi I2C để hiển thị thông tin tên nhiệt độ lớp học Vi điều khiển Stm32f103c8t6 Module bluetooth HC-06 làm nhiệm vụ truyền thông vi điều khiển phần mềm điều khiển qua chuẩn bluetooth Vị trí kết nối cảm biến mưa cho mục đích phát trời mưa để đóng cửa sổ Vị trí kết nối cơng tắc hành trình cho ứng dụng đóng rèm đến điểm giới hạn Module rơ le kênh kết nối với đèn 220V lớp học 10 Module L298 kết nối với động chiều cho ứng dụng điều khiển rèm lớp học 11 Vị trí kết nối động servo cho ứng dụng điều khiển cửa sổ lớp học 12 Vị trí cắm adapter cấp nguồn cho toàn hệ thống phần cứng 76 4.3.2 Sử dụng phần mềm điều khiển Phần mềm điều khiển đóng gói thành file *.apk cài đặt thiết bị di động thông minh tảng Android Sau cài đặt, người dùng thực việc kết nối sau: Bước 1: Khi mở ứng dụng, giao diện đăng nhập hiển thị Người dùng ấn chọn tính cho phép kết nối bluetooth Hình 4.26 Giao diện đăng nhập ứng dụng Bước 2: Ứng dụng hiển thị thiết bị bluetooth khả dụng Người dùng chọn thiết bị phù hợp để kết nối (trong đề tài module bluetooth HC-06) Hình 4.27 Giao diện kết nối bluetooth Bước 3: Nếu việc kết nối với thiết bị bluetooth thành công, ứng dụng hiển thị hộp thoại xác nhận người dùng có muốn đăng nhập vân tay hay khơng 77 Hình 4.28 Hộp thoại xác nhận đăng nhập vân tay Bước 4: Sau xác nhận cho phép đăng nhập vân tay, ứng dụng gửi tín hiệu đến board mạch phần cứng Khi đó, đèn báo cảm biến vân tay sáng liên tục, người dùng đưa ngón tay đặt vào - Nếu vân tay hợp lệ lưu trữ sở liệu, ứng dụng chuyển sang giao diện điều khiển Giao diện có đầy đủ thơng tin người dùng (tên, môn) nút nhấn chức để điều khiển thiết bị Ngoài ra, ứng dụng có thêm số tính cho phép điều khiển giọng nói, chỉnh sửa thơng tin người dùng, xem thông tin ứng dụng, đăng xuất - Nếu vân tay chưa lưu trữ sở liệu, người dùng cần phải liên hệ với quản trị viên để xác nhận thêm vào hệ sở liệu Hình 4.29 Giao diện điều khiển Bước 5: Người dùng thực điều khiển thiết bị lớp học thông qua nút nhấn có hình ảnh trực quan điều khiển giọng nói Ngồi ra, ứng dụng có thêm số tính bổ sung chỉnh sửa thơng tin người dùng, xem thông tin ứng dụng, đăng xuất - Nếu người dùng chọn tính “Chỉnh sửa thơng tin người dùng”, ứng dụng hiển thị hộp thoại yêu cầu nhập thông tin Người dùng tiến hành nhập thông tin cần chỉnh sửa, thông tin nhập vào hợp lệ, hệ thống đưa thông báo chỉnh sửa thành công Nếu thông tin nhập vào không hợp lệ (sai cú pháp, trùng với thông tin cũ…), ứng dụng đưa cảnh báo yêu cầu người dùng nhập lại 78 Hình 4.30 Hộp thoại chỉnh sửa thơng tin người dùng - Nếu người dùng chọn tính “Xem thơng tin ứng dụng”, ứng dụng hiển thị hộp thoại thông tin ứng dụng, bao gồm người phát triển, đơn vị, thời gian… Hình 4.31 Hộp thoại xem thơng tin app - Nếu người dùng chọn tính “Đăng xuất” giao diện chính, chương trình khỏi giao diện điều khiển quay lại giao diện đăng nhập ban đầu Khi người dùng cần phải kết nối lại bluetooth đăng nhập lại để truy cập vào hệ thống điều khiển lớp học 79 CHƯƠNG KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KẾT LUẬN Chương đưa kết đạt sau thời gian nghiên cứu, thiết kế, thi cơng mơ hình hệ thống hồn chỉnh, đưa nhận xét, đánh giá toàn hệ thống, ý nghĩa thực tiễn đề tài với việc trình bày kết luận hệ thống, phần làm chưa làm được, đồng thời đưa hướng phát triển cho hệ thống 5.1 Kết 5.1.1 Tìm hiểu lý thuyết Trong trình thực luận văn tốt nghiệp này, thân đạt thành cơng định việc tìm hiểu, nghiên cứu đối tượng liên quan đến đề tài, bao gồm linh kiện điện - điện tử, chuẩn giao tiếp, truyền tin, lý thuyết hệ điều hành Android phần mềm lập trình Cụ thể sau:  Nghiên cứu sử dụng tốt vi điều khiển Stm32f103c8t6, ứng dụng hiệu dự án  Nghiên cứu hiểu nguyên lí hoạt động cách thức giao tiếp với vi điều khiển cảm biến vân tay R305, cảm biến nhiệt độ LM35, cảm biến mưa, cảm biến đo dòng ACS712, cơng tắc hành trình  Nghiên cứu, tìm hiểu chuẩn truyền thơng: Bluetooth, UART, I2C  Tìm hiểu việc thiết kế mạch ứng dụng từ relay điều khiển thiết bị cơng suất nhỏ  Tìm hiểu cách sử dụng giao tiếp với vi điều khiển số loại động cơ: động chiều, động servo  Tìm hiểu lập trình Android cách thiết kế ứng dụng điều khiển đa chức tảng Android  Tiếp cận, củng cố việc sử dụng nhiều phần mềm có chức chuyên biệt như: KeilC, Altium, Android Studio, Proteus 5.1.2 Triển khai thực Trên tảng việc tìm hiểu, nghiên cứu đối tượng liên quan đến đề tài, kết hợp với q trình mơ phỏng, thiết kế, thử nghiệm, với giúp đỡ tận tình thầy hướng dẫn thầy giáo ngành, tơi hồn thành việc xây dựng mơ hình thực tế đáp ứng yêu cầu đề tài Cụ thể sau:  Thi cơng mơ hình thực nghiệm đơn giản, trực quan có tính kiểm tra, đánh giá cao  Tính tốn, thiết kế, lựa chọn linh kiện phù hợp để hoàn thiện board mạch phần cứng để đáp ứng chức yêu cầu đầy đủ thiết bị cho lớp học thông thường đèn, rèm, cửa sổ, hình hiển thị, với vi điều khiển trung tâm có khả giao tiếp với phần mềm điều khiển thực lệnh điều khiển Ngoài hệ thống trang bị cảm biến để xử lý tín hiệu giao tiếp với vi điều khiển 80  Thiết kế ứng dụng điều khiển điện thoại thông minh Ứng dụng có giao diện thiết kế đơn giản, trực quan, bao gồm nhiều hình khác đáp ứng đủ chức hệ thống cho phép người dùng kết nối Bluetooth, đăng nhập vân tay, điều khiển thiết bị điện nút nhấn giọng nói, chỉnh sửa thơng tin người dùng…  Xây dựng kịch mô cho phòng học để phục vụ cho việc kiểm thử hệ thống Đây kịch thường xuyên xảy trình vận hành lớp học Việc nhằm mục đích xác nhận hệ thống có hoạt động chức ổn định hay không  Tham gia hoàn thiện báo khoa học vấn đề nghiên cứu luận văn tốt nghiệp Bài báo thẩm định kỹ lưỡng từ nhà chuyên mơn trình bày Hội nghị Khoa học kỹ thuật Đo lường toàn quốc lần thứ VII/2020 Một số hình ảnh hệ thống sau: Hình 5.1 Mơ hình luận văn tốt nghiệp Mơ hình hệ thống luận văn tốt nghiệp xây dựng giống với lớp học thông thường, với thiết bị đèn, rèm, cửa sổ, bảng điều khiển… Tuy nhiên, mơ hình thí nghiệm với thiết bị cơng suất thấp với mục đích chủ yếu để mơ phỏng, tiền đề quan trọng việc nâng cấp sản phẩm thành mơ hình có ứng dụng cao thực tiễn Sự khác biệt hệ thống so với hệ thống lớp học Việt Nam thơng minh hóa việc điều khiển lớp học việc ứng dụng cơng nghệ cao: tính bảo mật cao nhờ tính cho phép đăng nhập vân tay, điều khiển giọng nói, giám sát nhiệt độ, tự động đóng cửa sổ có mưa, tự động giảm độ sáng lớp học, kéo rèm cửa giáo viên sử dụng máy chiếu… 81 Hình 5.2 Board mạch điều khiển Các vị trí board mạch điều khiển hệ thống Cảm biến đo dòng ACS712 kết nối với đèn 220v với mục đích mơ việc bật tắt điều hòa (hoặc máy chiếu) Cảm biến vân tay R305 cho ứng dụng thu thập vân tay người dùng giao tiếp với vi điều khiến Cảm biến nhiệt độ LM35 với mục đích giám sát nhiệt độ lớp học Màn hình hiển thị LCD module chuyển đổi I2C để hiển thị thông tin tên nhiệt độ lớp học Vi điều khiển Stm32f103c8t6 Module bluetooth HC-06 làm nhiệm vụ truyền thông vi điều khiển phần mềm điều khiển qua chuẩn bluetooth Vị trí kết nối cảm biến mưa cho mục đích phát trời mưa để đóng cửa sổ Vị trí kết nối cơng tắc hành trình cho ứng dụng đóng rèm đến điểm giới hạn Module rơ le kênh kết nối với đèn 220V lớp học 10 Module L298 kết nối với động chiều cho ứng dụng điều khiển rèm lớp học 11 Vị trí kết nối động servo cho ứng dụng điều khiển cửa sổ lớp học 12 Vị trí cắm adapter cấp nguồn cho tồn hệ thống phần cứng 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Ở Việt Nam, công nghệ Internet of Things phát triển mạnh mẽ có nhiều ứng dụng lĩnh vực khác thành phố thông minh, giao thông thông minh, nhà thông minh… Tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ vào việc thiết kế, xây dựng hệ thống phòng học chưa phát triển cách thích 82 đáng Đề tài hướng đến việc nghiên cứu, thiết kế mơ hình phịng học thơng minh nhằm đơn giản hóa cho phép thơng minh hóa việc điều khiển số trang thiết bị lớp học thơng qua điện thoại thơng minh: tính bảo mật cao nhờ tính cho phép đăng nhập vân tay, điều khiển giọng nói, giám sát nhiệt độ, tự động đóng cửa sổ có mưa, tự động giảm độ sáng lớp học, kéo rèm cửa giáo viên sử dụng máy chiếu… Để xây dựng mơ hình phịng học với thiết bị công suất cao thực tiễn không khả thi, giá thành cao địi hỏi nhiều cơng sức Vì khn khổ đề tài luận văn tốt nghiệp này, thực thiết kế chế tạo mơ hình thí nghiệm với thiết bị cơng suất thấp với mục đích chủ yếu để mơ phỏng, nhiên tiền đề quan trọng việc nâng cấp sản phẩm thành mơ hình có ứng dụng cao thực tiễn Một số hướng phát triển tiếp cận việc nâng cấp hệ thống từ mơ hình thí nghiệm thành sản phẩm thực tiễn có tính ứng dụng tính thương mại cao sau: - Về phần cứng:  Sử dụng động servo, động chiều công suất cao dùng nguồn xoay chiều để đáp ứng tính tin cậy, tuổi thọ cao  Nâng cấp hình LCD 16x02 thành hình cao cấp hơn, kích thước lớn hơn, thêm phần hiển thị thời gian thực, thông tin độ ẩm, trạng thái thiết bị…  Nâng cấp số lượng thiết bị, thêm đèn, cửa, quạt… - Về phần mềm:  Thiết kế ứng dụng tảng khác IOS,…  Cải thiện tính tương tác với người dùng cách thêm hiệu ứng, âm thanh…  Thêm tính đăng kí người dùng mà không cần thông qua quản trị viên Hiện tại, người dùng muốn đăng kí cần phải gửi thơng tin tới quản trị viên để xác nhận quản trị viên can thiệp vào hệ thống để thêm liệu người dùng 5.3 Kết luận hướng phát triển 5.3.1 Kết luận Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu thực mơ hình, nhiệm vụ đề tài hoàn thành Bằng cố gắng thân, học hỏi từ thầy cô, đồng nghiệp, tham khảo nhiều nguồn tài liệu đa dạng, tơi hồn thành đề tài luận văn tốt nghiệp này, đạt yêu cầu đặt nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện phòng học thông qua ứng dụng điện thoại thông minh Đề tài hoàn thành cụ thể mục sau đây:  Kết thi cơng hồn thiện  Hệ thống chạy tương đối ổn định  Độ phản hồi hệ thống cảm biến tương đối nhanh  Board mạch điều khiển thiết kế gọn hợp lý, dễ sửa chữa 83  Giao diện ứng dụng Android trực quan, thân thiện, đa chức dễ sử dụng Người dùng thực thao tác khác đăng nhập, điều khiển thiết bị điện nút nhấn giọng nói, chỉnh sửa thơng tin người dùng, xem thông tin ứng dụng, đăng xuất… Ứng dụng điều khiển thiết bị với tốc độ truyền tương đối nhanh  Hệ thống có tính bảo mật cao nhờ tính yêu cầu người dùng đăng nhập vân tay  Hệ thống có khả tự động đóng cửa sổ có mưa  Hệ thống có khả tự động đóng cửa sổ có tín hiệu bật điều hịa, tự động đóng rèm tắt đèn khu vực chiếu có tín hiệu bật máy chiếu  Thiết kế sẵn số kịch để phục vụ cho việc mô kiểm thử độ tin cậy tính ổn định hệ thống  Tham gia hoàn thiện báo khoa học vấn đề nghiên cứu luận văn tốt nghiệp Bài báo thẩm định kỹ lưỡng từ nhà chun mơn trình bày Hội nghị Khoa học kỹ thuật Đo lường toàn quốc lần thứ VII/2020 Bên cạnh đó, đề tài cịn tồn số điểm hạn chế:  Chưa tính tốn đến khả hệ thống bị điện, hỏng nguồn  Chưa xây dựng hệ thống điều khiển có phản hồi trạng thái thiết bị  Phạm vi điều khiển khơng q lớn (phù hợp với lớp học có diện tích vừa nhỏ) 5.3.2 Hướng phát triển Để đảm bảo ổn định, độ bền tính thực tế cho sản phẩm, hướng phát triển hệ thống kiến nghị sau:  Nâng cấp hệ thống việc sử dụng thiết bị điện công suất cao  Xây dựng hệ thống điều khiển có phảmáy hồi trạng thái thiết bị 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D O Vermesan, Internet of Things: Converging Technologies for Smart Environments and Integrated Ecosystems, Norway, FriessEU, Belgium: river publishers’ series in communications, 2013 [2] D O Vermesan, Internet of Things and Innovation to Market Deployment, Norway, FriessEU, Belgium: river publishers’ series in communications, 2014 [3] Keyur K Patel Sunil M Patel, "Internet of Things-IOT: Definition, Characteristics,Architecture, Enabling Technologies, Application & Future Challenges," International Journal of Engineering Science, 2016 [4] BKAII, "10 ứng dụng giới thực Internet of things" [5] HC-06 Datasheet [6] T T Quang, "Giao tiếp UART" [7] P Semiconductors, I2C Manual, 2003 [8] B Eligin, "Google buys Android for its mobile Arsenal," Bloomberg Bussinessweek, 2005 [9] source.android.com, "Android Tutorial" [10] Stm32f103c8t6 datasheet [11] SFG, R30X Series Fingerprint Indentification Module [12] LM35 datasheet [13] A M Inc, ACS712 [14] Rain drop sensor datasheet [15] 16x02 LCD datasheet [16] 5V Relay Module Datasheet [17] L298 datasheet [18] SG90 datasheet [19] Overview of Speech Recognition APIs for Android Platform 85 PHỤ LỤC Phần mã nguồn lập trình cho vi điều khiển Stmf103c8t6 ứng dụng Android trình bày PHỤ LỤC đính luận văn 86 ... Với hạn chế hệ thống trường học truyền thống, nghiên cứu trường học, lớp học thông minh Việt Nam dần xuất có phát triển mạnh mẽ Trường học thơng minh định nghĩa mơ hình trường học tiên tiến tạo... lớp học Trong khn khổ luận văn này, tơi trình bày việc nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống trường học thơng minh phạm vi phịng học Mục tiêu luận văn tốt nghiệp xây dựng hệ thống phịng học. ..ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu giải pháp xây dựng mơ hình phịng học thơng minh trường đại học Giảng viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Trong thời gian làm luận văn thạc