Báo cáo môn Đồ án thiết kế thiết bị điện, thiết kế nút ấn thông minh điều khiển đóng mở cửa cuốn, trường đại học công nghiệp Hà Nội, tài liệu tham khảo để các bạn hoàn thành bài báo cáo môn học thiết kế thiết bị điện của trường đại học công nghiệp Hà Nội. đề tài này mình làm cuối năm 2021
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN ====o0o==== ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: Thiết kế nút ấn thơng minh điều khiển đóng mở cửa Giáo viên hướng dẫn : Đã ẩn Sinh viên thực : Đã ẩn Lớp : Đã ẩn MSSV : Đã ẩn Hà nội, 2021 PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN (Với đề tài tham gia đánh giá PI) Số : 06 Họ tên SV: …………… Mã sinh viên: …… Lớp: ………………………………… Khoá: … Khoa: …… Giáo viên hướng dẫn: ………………………………… NỘI DUNG Đề tài: Thiết kế nút ấn thơng minh điều khiển đóng mở cửa cuốn, đảm bảo yêu cầu sau: - Có khả bật/tắt độc lập thiết bị phạm vi 30m - Có khả điều khiển vị trí nhà - Nút ấn sử dụng nguồn xoay chiều 220v PHẦN THUYẾT MINH Chương I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tìm hiểu Về IoT 1.2 Tìm hiểu Internet 1.3 Giao thức mạng 1.4 Kiến thức phân lớp mạng 1.5 Xử lí kiệu kết nối thiết bị tới web 1.6 Các vấn đề độ tin cậy bảo mật Chương II THIẾT KẾ NÚT ẤN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THƠNG QUA MẠNG WIFI 2.1 Tìm hiều cửa 2.2 Sơ đồ mạch điện cửa phân tích nguyên lý làm việc mạch điện 2.3 Giới thiệu nút ấn thơng minh 2.4 Tìm hiểu App Blynk 2.5 Sơ đồ khối mơ hình nút ấn thơng minh đóng mở cửa 2.6 Tìm hiểu thiết bị dùng đề tài 2.7 Thiết kế mơ hình thực tế phần cứng nút ấn thơng minh đóng mở cửa 2.8 Cài đặt thiết lập phần mềm cần thiết máy tính để nạp chương trình 2.9 Sơ đồ thuật tốn chương trình điều khiển 2.10 Cài đặt thiết lập App Blynk SmartPhone tạo giao diện nút ấn thông minh đóng mở cửa 2.11 Điều khiển cửa app Blynk thông qua Internet 2.12 Điều khiển Offline WebSever KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngày giao đề tài: 19/9 BỘ MƠN THIẾT BỊ ĐIỆN Ngày hồn thành: 18/12 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………… MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI i MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH VẼ .i DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU ii LỜI NÓI ĐẦU CƠ SỞ LÝ THUYẾT I.1 Tìm hiểu Về IoT I.1.1 IoT I.1.2 Lịch sử phát triển IoT I.1.3 Cấu trúc IoT I.1.4 Các tảng phổ biến IoT I.1.5 Ứng dụng IoT .8 I.2 Tìm hiểu Internet 12 I.2.1 Internet gì? 12 I.2.2 Một số mạng truyền thông phổ biến IoT 13 I.3 Giao thức mạng .25 I.3.1 Giao thức mạng 25 I.3.2 Giao thức mạng hoạt động nào? 25 I.3.3 Các loại giao thức mạng 26 I.3.4 Triển khai giao thức mạng 26 I.3.5 Điểm yếu giao thức mạng 26 I.3.6 Tính ứng dụng giao thức mạng 27 I.3.7 Những giao thức mạng phổ biến 27 I.4 Xử lí kiệu kết nối thiết bị tới web 29 I.4.1 Thu thập liệu từ cảm biến 29 I.4.2 Kết nối vật tới web 32 I.5 Các vấn đề độ tin cậy bảo mật 33 I.5.1 Tổng quan internet of things (iot) 33 I.5.2 Kiến trúc hệ thống Internet Of Things 33 I.5.3 Kiến trúc an ninh Internet Of Things .34 I.5.4 Cơ chế bảo mật thách thức an ninh iot .35 I.5.5 An ninh liệu cảm biến 39 I.5.6 An ninh lớp hỗ trợ, điện toán đám mây .40 I.5.7 An ninh lớp ứng dụng .40 I.5.8 An ninh hệ thống IoT tảng IP 41 Chương THIẾT KẾ NÚT ẤN THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN SMARTPHONE THƠNG QUA MẠNG WIFI 44 THIẾT KẾ NÚT ẤN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THÔNG QUA MẠNG WIFI 44 II.1 Tìm hiều cửa .44 II.1.1 Cấu tạo 44 II.1.2 Nguyên lý hoạt động .47 II.2 Sơ đồ mạch điện cửa phân tích nguyên lý làm việc mạch điện 48 II.2.1 Phân tích nguyên lý làm việc 48 II.3 Giới thiệu nút ấn thông minh 53 II.4 Tìm hiểu App Blynk 53 II.5 Sơ đồ khối mơ hình nút ấn thơng minh đóng mở cửa 55 II.5.1 Nguyên lý sơ đồ khối mơ hình nút ấn thơng minh đóng mở cửa 55 II.6 Tìm hiểu thiết bị dùng đề tài 56 II.6.1 Module ESP 8266 56 II.6.2 Module Relay 58 II.6.3 Khối LED mô 59 II.7 Thiết kế mơ hình thực tế phần cứng nút ấn thơng minh đóng mở cửa 60 II.7.1 Khối Relay .60 II.7.2 Đấu dây khối LED mô với tiếp điểm khối Relay 61 II.7.3 Đấu dây Relay với Module ESP 8266 61 II.7.4 Đấu dây cấp nguồn cho Relay khối LED mô 62 II.8 Cài đặt thiết lập phần mềm cần thiết máy tính để nạp chương trình 63 II.8.1 Cài đặt phần mềm Arduino IDE máy tính 63 II.8.2 Cài đặt drive CH340 67 II.8.3 Cài đặt NodeMCU ESP8266 Wifi Arduino IDE 70 II.9 Sơ đồ thuật toán chương trình điều khiển 72 II.9.1 Sơ đồ thuật toán .72 II.9.2 Chương trình điều khiển 73 II.10 Cài đặt thiết lập App Blynk SmartPhone tạo giao diện nút ấn thơng minh đóng mở cửa 73 II.10.1 Cài đặt App Blynk 73 II.10.2 Thiết lập giao diện nút ấn cửa thông minh 75 II.11 Điều khiển cửa app Blynk thông qua Internet .81 II.12 Điều khiển Offline WebSever .85 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Mạng lưới vạn vật kết nối Internet .2 Hình 2: Báo cáo Gartner xu hướng IoT 10 năm tới Hình 3: cấu trúc IoT Hình 4: AWS IoT Hình 5: Microsoft Azure IoT .7 Hình 6: Google Cloud Platform Hình 7: Ứng dụng IoT Hình 8: Ngành bán lẻ thông minh 10 Hình 9: Chăm sóc sức khỏe thông minh 11 Hình 10: : Nhà thơng minh .11 Hình 11: : Thành phố thông minh 12 Hình 12: Internet .12 Hình 13: Z - Wave 15 Hình 14: 6LoWPAN 16 Hình 15: Wifi 17 Hình 16: Một số chuẩn kết nối Wifi 18 Hình 17: Cellular .18 Hình 18: Sigfox 20 Hình 19: Neul 21 Hình 20: Mạng Li-fi 22 Hình 21: Module LoRa BKAII chụp thực tế 23 Hình 22: giao thức mạng hoạt động 26 Hình 23: Mạch khuếch đại đảo .30 Hình 24: Mạch khuếch đại không đảo 30 Hình 25: Mạch lọc thơng thấp dùng RC 31 Hình 26: Mạch lọc thông cao dùng RC 31 Hình 27: Mơ hình kiến trúc an ninh Internet Of Things 34 Hình 28: Mơ hình kiến trúc an ninh Internet Of Things 35 Hình 29: Mơ hình bảo mật IPsec TSL/SSL .38 Hình 30: Mơ hình cấu trúc TLS/SSL 38 Hình 31: Mơ hình ứng dụng IPSec TCP/IP 39 Hình 32: Cấu tạo cửa .44 i Danh mục hình vẽ Hình 33: Trạng thái chờ 47 Hình 34: Vận hành cửa 47 Hình 35: Cuộn làm việc động 48 Hình 36: Khi nâng cửa lên .49 Hình 37: Khi hạ cửa xuống 49 Hình 38: Cơng tắc hành trình 50 Hình 39: Hình ảnh thực tế cơng tắc hành trình khống chế chuyển động lên xuống cửa 50 Hình 40: Nút ấn điều khiển cửa .51 Hình 41: Hình ảnh thực tế nút ấn điều khiển cửa 51 Hình 42: Bộ nhận tín hiệu điều khiển từ xa cửa 52 Hình 43: Hình ảnh thực tế Remote điều khiển cửa .52 Hình 44: Các tảng Blynk 54 Hình 45: Hình ảnh thực tế Module ESP 8266 56 Hình 46: Hình ảnh thực tế Module Relay 58 Hình 47: Khối LED mơ .59 Hình 48: Hàn nối dây Relay 60 Hình 49: Hàn đấu dây qua tiếp điểm thường đóng-mở Relay 61 Hình 50: Hình ảnh thực tế sau hoàn thành đấu nối dây 63 Hình 51: Tải Arduino IDE .64 Hình 52: Tiến hành tải Arduino IDE 64 Hình 53: Giải nén file cài đặt Arduino IDE .65 Hình 54: Giao diện Arduino IDE .65 Hình 55: Tìm hiểu qua giao diện Arduino IDE 66 Hình 56: Các chức Icon vùng lệnh 66 Hình 57: Hình ảnh chưa cài đặt driver CH340 .68 Hình 58: cài đặt driver CH340 68 Hình 59: Thơng báo cài đặt thành công 69 Hình 60: Kiểm tra cài đặt driver Device Manager 69 Hình 61: Kiểm tra cài đặt driver Arduino IDE 70 Hình 62: Thao tác B1 cài đặt NodeMCU ESP8266 Wifi Arduino IDE 70 Hình 63: Thao tác B2 cài đặt NodeMCU ESP8266 Wifi Arduino ID 71 Hình 64: Thao tác B3 cài đặt NodeMCU ESP8266 Wifi Arduino IDE 71 Hình 65: Tiến hành cài đặt NodeMCU ESP8266 72 Hình 66: Tải App Blynk cho điện thoại thông minh 74 ii Danh mục hình vẽ Hình 67: Đăng nhập App Blynk 75 Hình 68: giao diện tạo dự án App Blynk 75 Hình 69: Thiết lập thơng tin dự án 76 Hình 70: Thơng báo gửi mã xác thực vào gmail .77 Hình 71: Giao diện thiết lập nút ấn 77 Hình 72: Chọn điều khiển 78 Hình 73: Nút ấn giao diện Blynk 78 Hình 74: Cài đặt nút ấn 79 Hình 75: Thiết lập pin cho nút ấn 79 Hình 76: nút ấn giao diện App Blynk sau thiết lập xong 80 Hình 77: Giao diện hồn thiện nút ấn thông minh App Blynk 80 Hình 78: Kết nối Smart Phone với internet 81 Hình 79: Giao diện điều khiển nút ấn thông minh 82 Hình 80: Thao tác ấn nút xuống cửa .83 Hình 81: Thao tác ấn nút dừng cửa .83 Hình 82: Thao tác ấn nút lên cửa 84 Hình 83: Kết nối với mạng Wifi module ESP 8266 phát 85 Hình 84: Kết nối vào Wifi module 85 Hình 85: Tìm kiếm địa thiết lập mã lập trình 86 Hình 86: Giao diện điều khiển WebSever .87 iii Danh mục bảng số liệu DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU ii Chương THIẾT KẾ NÚT ẤN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THƠNG QUA MẠNG WIFI Hình 67: Đăng nhập App Blynk II.10.2 Thiết lập giao diện nút ấn cửa thông minh Sau đăng nhập giao diện lên ấn vào New project để tạo dự án Hình 68: giao diện tạo dự án App Blynk 75 Chương THIẾT KẾ NÚT ẤN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THƠNG QUA MẠNG WIFI Sau giao diện ta tiến hành đặt tên dự án ô Project Name chọn thiết bị ô Choose Device dùng ESP 8266 sau nhấn Create Hình 69: Thiết lập thơng tin dự án Khi ấn vào Create thông báo lên mã xác thực gửi đến Gmail đăng nhập Facebook nên app gửi mã xác thực qua Gmail tài khoản Facebook mình, tạo tài khoản Gmail App gửi mã xác thực vào Gmail bạn 76 Chương THIẾT KẾ NÚT ẤN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THƠNG QUA MẠNG WIFI Hình 70: Thông báo gửi mã xác thực vào gmail Nhất OK giao diện ta tiến hành thêm nút ấn thiết lập chúng Hình 71: Giao diện thiết lập nút ấn Tiến hành thiết lập nút ấn giao diện App Blynk, ta chọn Button để tạo nút ấn giao diện 77 Chương THIẾT KẾ NÚT ẤN THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THƠNG QUA MẠNG WIFI Hình 72: Chọn điều khiển Sau chọn Button nút ấn giao diện ta ấn vào để thiết lập Hình 73: Nút ấn giao diện Blynk Tiếp theo tiến hành cài đặt nút ấn cần ý ô PIN phải đồng với chương trình nạp viết code, ta đặt Out Put – nút ấn trạng thái chưa tác động thường mở, cịn ta đặt – nút ấn trạng thái chưa tác động thường đóng 78 Chương THIẾT KẾ NÚT ẤN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THƠNG QUA MẠNG WIFI Hình 74: Cài đặt nút ấn Tiến hành bước để thiết lập nút ấn Hình 75: Thiết lập pin cho nút ấn 79 Chương THIẾT KẾ NÚT ẤN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THÔNG QUA MẠNG WIFI Trong đề tài chọn Virtual Pin V1 Lưu ý chương trình nạp phải thiết lập sác thơng số nút ấn nút ấn nên Mode Push Cuối ta nút ấn hình bên Hình 76: nút ấn giao diện App Blynk sau thiết lập xong Tiếp tục bước tương tự cho nút ấn cịn lại sau nhấn vào nút hình tam giác góc phải giao diện ta giao diện nút ấn hình bên Hình 77: Giao diện hồn thiện nút ấn thơng minh App Blynk 80 Chương THIẾT KẾ NÚT ẤN THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THƠNG QUA MẠNG WIFI II.11 Điều khiển cửa app Blynk thông qua Internet Đầu tiên kết nối điện thoại thơng minh với Internet Hình 78: Kết nối Smart Phone với internet Sau vào App Blynk, giao diện thiết lập từ trước 81 Chương THIẾT KẾ NÚT ẤN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THƠNG QUA MẠNG WIFI Hình 79: Giao diện điều khiển nút ấn thông minh Để kết nối nhấn vào biểu tượng hình tam giác góc phải hình ta có giao diện kết nối hình bên điểu khiển đóng mở cửa 82 Chương THIẾT KẾ NÚT ẤN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THÔNG QUA MẠNG WIFI Kết điều kiển cửa nút ấn thơng minh Hình 80: Thao tác ấn nút xuống cửa Khi ấn giữ nút xuống Relay V1 tác động đèn xanh khối mơ sáng lên hình 93 Hình 81: Thao tác ấn nút dừng cửa 83 Chương THIẾT KẾ NÚT ẤN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THÔNG QUA MẠNG WIFI Như phân tích phần trước, nút dừng cửa nút ấn thường đóng ta ấn nút dừng Relay V2 tác động đèn trắng khối mơ tắt hình 94 Hình 82: Thao tác ấn nút lên cửa Khi ấn giữ nút lên Relay V3 tác động đèn đỏ khối mô sáng lên hình 95 84 Chương THIẾT KẾ NÚT ẤN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THÔNG QUA MẠNG WIFI II.12 Điều khiển Offline WebSever Hình 83: Kết nối với mạng Wifi module ESP 8266 phát Khi kết nối mạng module ESP 8266 tự động phát wifi sau khoảng thời gian lập trình Chúng ta tiến hành kết nối với Wifi mật lập trình Hình 84: Kết nối vào Wifi module Sau mở trình duyệt web lên nhập địa thiết lập mã lập trình 85 Chương THIẾT KẾ NÚT ẤN THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THƠNG QUA MẠNG WIFI Hình 85: Tìm kiếm địa thiết lập mã lập trình Sau nhấn tìm kiếm giao diện điều khiển lên ta tiến hành nhấn nút để điều khiển cửa 86 Chương THIẾT KẾ NÚT ẤN THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THƠNG QUA MẠNG WIFI Hình 86: Giao diện điều khiển WebSever Link Drive vận hành mơ đóng mở cửa : Đóng mở cửa App Blynk https://drive.google.com/file/d/1Q44Tv9ltVHCMkYaq9ZEUrD06oakxxeXF/vie w?usp=sharing Đóng mở cửa WebServer Wifi https://drive.google.com/file/d/1S3o0Sblp922YSdvfKCmrwcDYtvqH8rim/vie w?usp=sharing 87 Kết luận KẾT LUẬN Kết đạt được: Mơ hình cơng tắc thơng minh nhóm dùng để đóng mở thiết bị từ xa, hay đóng mở WebSever Nhược điểm cần khắc phục : Tính ổn định bảo mật chưa cao Mơ hình thiết kế mô chưa kiểm nghiệm thực tế sản phẩm thật cửa Kiến thức tiếp thu Kĩ làm việc nhóm Kĩ tự học tìm kiếm thơng tin Kĩ thiết kế thiết bị điện Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2021 Sinh viên thực …… 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Simple Led Control With Blynk and NodeMCU Esp8266 12E Link: https://www.instructables.com/Simple-Led-Control-With-Blynk-andNodeMCU-Esp8266-/ [2] IoT Controlled LED using Blynk and ESP8266 (Node MCU) Link: https://iotdesignpro.com/projects/iot-controlled-led-using-blynk-and-esp8266node-mcu [3] IoT project of controlling home light using WiFi Node MCU, and Relay module Link: https://www.javatpoint.com/iot-project-controlling-light-using-nodemcu-relaywifi 89 ... vật kết nối Internet Mạng lưới thiết bị kết nối Internet (tiếng Anh: Internet of Things, viết tắt IoT) liên mạng, thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi "thiết bị kết nối" "thiết bị thông minh" ),... xe hơi, thiết bị cảm biến, thiết bị đeo điện thoại di động kết nối trực tiếp thông qua băng tầng mạng không dây truy cập vào Internet Giải pháp IoT giúp thiết bị thông minh sàng lọc, kết nối... (đƣợc gọi "thiết bị kết nối" "thiết bị thơng minh" ), phịng ốc trang thiết bị khác nhúng với phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cấu chấp hành với khả kết nối mạng máy tính giúp cho thiết bị thu thập