Đồ án tốt nghiệp đại học, nhà thông minh

Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Và khái niệm về ngôi nhà thông minh đã ra đời. Một ngôi nhà thông minh là một giải pháp điều khiển tích hợp cho các căn hộ cao cấp, tích hợp các thiết bị điện tử, nghe nhìn, truyền thông thành một hệ thống hoàn chỉnh và thống nhất. Nhà thông minh (tiếng Anh: Smart Home hoặc Intellihome) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hóa hoàn toàn hoặc bán tự động, thay thế con người trong thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển. Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo lịch. Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau.

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng tận tình dạy dỗ suốt năm qua Trong phải kể đến q thầy Khoa Điện Kỹ Thuật – Bộ Mơn Tự Động Hóa t ạo ều ki ện cho chúng em thực đồ án tốt nghiệp Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn Th.S Nguy ễn Th ị Kim Trúc tận tình giúp đỡ chúng em trình l ựa ch ọn đ ề tài h ỗ tr ợ chúng em trình thực đề tài Cung cấp cho chúng em nh ững ki ến thức quý báu lời khuyên hữu ích Tạo động l ực cho chúng em hoàn thành tốt nhiệm vụ Bên cạnh đó, nhóm thực xin cảm ơn bạn sinh viên Khoa Đi ện Tự Động Hóa đóng góp ý kiến cho nhóm thực đề tài đạt hiệu Với thời gian thực đề tài ngắn, kiến thức hạn h ẹp, ều ki ện kinh t ế không cho phép, dù nhóm cố gắng khơng tránh kh ỏi nh ững sai sót, nhóm mong nhận lời dẫn thêm quý thầy cô bạn bè Đà Nẵng, ngày…tháng…năm 2015 Sinh viên th ực hi ện : Tr ần Ng ọc Thanh Tr ương Ng ọc Vũ SVTH: Trần Ngọc Thanh Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc MỤC LỤ LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC .2 LIỆT KÊ HÌNH ẢNH LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN NHÀ THÔNG MINH 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.1.1 Nhà thông minh 1.1.2 Tình hình ứng dụng nhà thông minh giới 1.1.3 Tình hình nhà thơng minh nước: 12 1.1.4: Lý chọn đề tài 14 1.2 Mơ hình chung nhà thông minh 15 Chương 2: TỔNG QUAN CÁC THIẾT BỊ DÙNG TRONG ĐỀ TÀI .19 2.1 Vi điều khiển PIC16F877A 19 2.2 Tổng quan module Sim900 22 2.3 Công nghệ RFID 26 2.3.1 Giới thiệu chung .26 2.3.2 Phương thưc làm việc hệ thống .28 2.3.3 Các ứng dụng RFID 29 2.3.4 Cấu tạo đặc điểm Tag 29 2.3.5 Bộ đọc ( Reader RFID) 32 SVTH: Trần Ngọc Thanh Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc 2.4 Màn hình LCD 16x02 .35 2.5 Một số linh kiện khác 37 2.5.1 IC LM35 .37 2.5.2 IC LM339 39 2.5.3 Cảm biến quang hồng ngoại .42 2.5.4: Động Servo SG90 44 2.5.5 Module thu phát sóng RF .45 Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 48 3.1 Sơ đồ khối đề tài 48 3.2 Thiết kế mạch phần cứng 49 3.2.1 Mạch nguyên lý mạch layout .49 3.2.1.1 Khối PIC điều khiển 50 3.2.1.2 Khối nguồn 50 3.2.1.3 Khối Module Sim900A 51 3.2.1.4 Khối LCD thị 52 3.2.1.5 Khối Output 53 3.2.2 Mạch báo cháy 54 3.2.3 Mạch đóng mở cửa dùng RFID 55 3.2.4 Mạch cảm biến hồng ngoại 56 3.2.5 Mạch đóng mở gara sóng RF 57 Chương 4: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .59 4.1 Khối điều khiển thiết bị qua SMS 59 4.1.1 Lưu đồ chương trình 59 4.1.2 Lưu đồ chương trình xử lý tin nhắn 60 4.2 Lưu đồ chương trình điều khiển nhiệt độ 61 SVTH: Trần Ngọc Thanh Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc 4.3 Lưu đồ chương trình RFID 62 4.4 Lưu đồ chương trình cảm biến hồng ngoại 63 4.5 Chương trình điều khiển cửa Gara sóng RF .64 Chương 5: KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 66 5.1 Kết thực 66 5.2.Mô tả hệ thống: 67 5.3 Ưu điểm khuyết điểm hệ thống: 68 5.4 Khả ứng dụng thực tế đề tài 69 5.5 Hướng phát triển 69 PHỤ LỤC I: MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH PIC 16F877A GIAO TIẾP VỚI SIM900A 70 PHỤ LỤC II: CHƯƠNG TRÌNH QUÉT THẺ RFID 82 PHỤ LỤC III: MÃ CHƯƠNG TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 SVTH: Trần Ngọc Thanh Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc LIỆT KÊ HÌNH ẢNH Hình 1.1: Biệt thự Thái Bình Dương Bill Gates Hình 1.2: Biệt thự Cape Cod Cotuit, Massachusetts 10 Hình 1.3: Biệt thự tháp Clock Brooklyn, New York 11 Hình 1.4: Biệt thự Tuxedo Park Atlanta, Georgia 12 Hình 1.5: Trung tâm hành Đà Nẵng 13 Hình 1.6: Nhà thơng minh Bkav SmartHome khu đô th ị Phú Mỹ H ưng TP H Chí Minh 14 Hình 1.7: Sơ đồ tổng quan hệ thống 15 Hình 1.8: Sơ đồ khối điều khiển 16 Hình 2.1: Sơ đồ chân PIC 16F877A .20 Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý PIC 16F877A 21 Hình 2.3: Module Sim900 22 Hình 2.4: Sơ đồ chân Sim900 23 Hình 2.5: Sơ đồ khối hệ thống RFID 27 Hình 2.6: Hoạt động tag reader RFID 29 Hình 2.7 : Một số Tag tiêu biểu 30 Hình 2.8 : Các thành phần reader .33 Hình 2.9: Màn hình LCD 16x02 35 Hình 2.10: Cảm biến nhiệt độ LM 35 37 Hình 2.11: IC khuếch đại thuật tốn LM339N 40 Hình 2.12: Sơ đồ chân IC LM339 41 Hình 2.13: Cặp led thu – phát hồng ngoại 42 Hình 2.14: Sơ đồ kết nối led thu – phát hồng ngoại 42 Hình 2.15: Cơ chế hoạt động led thu – phát hồng ngoại 43 Hình 2.16: Động Servo SG 90 44 Hình 2.17: Cách kết nối động SG90 .45 Hình 2.18: Module thu sóng RF 45 Hình 2.19: Mạch phát sóng RF 46 SVTH: Trần Ngọc Thanh Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc Hình 3.1: Sơ đồ khổi đề tài 48 Hình 3.2: Mạch ngun lý 49 Hình 3.3:Mạch thực tế 49 Hình 3.4: Mạch nguyên lý khối PIC 16F877A 50 Hình 3.5: Mạch nguyên lý khối nguồn 50 Hình 3.6: Mạch nguyên lý khối Sim900A 51 Hình 3.7: Mạch nguyên lý khối LCD .52 Hình 3.8: Mạch nguyên lý khối relay output 53 Hình 3.9: Mạch thực tế khối relay output 53 Hình 3.10: Mạch nguyên lý khổi đo nhiệt độ 54 Hình 3.11: Mạch thực khối đo nhiệt độ .55 Hình 3.12: Mạch nguyên lý khối RFID 55 Hình 3.13: Mạch thực tế khối RFID .56 Hình 3.14: Mạch nguyên lý khối cảm biến hồng ngoại 56 Hình 3.15: Mạch thực tế khối cảm biến hồng ngoại 57 Hình 3.16: Mạch nguyên lý khối RF .58 Hình 3.17: Mạch thực tế khối RF 58 Hình 4.1: Lưu đồ chương trình 59 Hình 4.2: Lưu đồ xử lý tin nhắn 60 Hình 4.3: Lưu đồ giám sát nhiệt độ 61 Hình 4.4: Lưu đồ chương trình quét thẻ RFID .62 Hình 4.5: Lưu đồ chương trình cảm biến chống trộm 63 Hình 4.6: Lưu đồ chương trình điều khiển cửa gara sóng RF 64 SVTH: Trần Ngọc Thanh Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc LỜI NĨI ĐẦU Tình hình cháy nổ nước ta mức cao, vụ cháy nhà chập điện, nổ bình ga, thắp nến xảy nhi ều Bên c ạnh tình hình đột nhập trộm tài sản gây nhiều xúc cho người dân Nắm bắt vấn đề đó, từ kiển thức học Khoa Đi ện trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, nhóm chúng em đề ý tưởng thi ết k ế m ột hệ thống nhà thông minh Đề tài mang tên “ Ứng dụng vi ều ển PIC 16F877A để điều khiển nhà thông minh” Đề tài giải quy ết vấn đề an ninh xã hội cấp bách cảnh báo cháy n ổ h ộ gia đình, cảnh báo trộm đột nhập trái phép, thi ết bị ện ều ển t xa thông qua mạng điện thoại di động Đề tài sử dụng linh ki ện đơn gi ản, chi phí lắp đặt thấp nên nhà lắp đặt sử dụng Tuy nhiên đề tài điều khiển thiết bị khơng nhiều, kết cấu cịn đơn giản nhóm hi vọng tài liệu bổ ích dành cho nh ững quan tâm mong muốn phát triển theo cơng nghệ điều khiển Nhóm mong nhận đóng góp q thầy cơ, bạn sinh viên để có kiến thức sâu sắc có kinh nghiệm tơt h ơn vi ệc thi cơng phần cứng cho mơ hình hồn chỉnh Nhóm sinh viên thực Tr ần Ng ọc Thanh Tr ương Ng ọc Vũ SVTH: Trần Ngọc Thanh Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc Chương TỔNG QUAN NHÀ THƠNG MINH 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.1.1 Nhà thông minh gì? Ngày nay, với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên ti ến, th ế gi ới c ngày thay đổi, văn minh hi ện đ ại h ơn Và khái ni ệm nhà thông minh đời Một nhà thông minh giải pháp ều khiển tích hợp cho hộ cao cấp, tích hợp thi ết bị điện tử, nghe nhìn, truyền thơng thành hệ thống hồn chỉnh thống Nhà thông minh (tiếng Anh: Smart Home Intellihome) kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hóa hồn toàn bán tự động, thay người thực thao tác qu ản lý, ều khiển Trong nhà thông minh, đồ dùng nhà từ phòng ng ủ, phòng khách đ ến toilet gắn điều ển điện tử kết n ối v ới Internet điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa l ập trình cho thiết bị nhà hoạt động theo lịch Thêm vào đó, đ gia d ụng có th ể hi ểu ngơn ngữ có khả tương tác với 1.1.2 Tình hình ứng dụng nhà thông minh giới Ở nhiều nước phát triển, hạ tầng đại, nhà thông minh th ịnh hành từ lâu người ta khơng coi thứ xa xỉ, mà cần thi ết, r ất đời thường khiến sống tiện nghi Hiện giới có nhiều hãng cung cấp nhà thơng minh n ổi bật hãng Home Automation Inc (HAI- Nay Leviton security & Automation), ELK, Vantage, Control4 SVTH: Trần Ngọc Thanh Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc Dưới số nhà thông minh tiếng giới: Hình 1.1: Biệt thự Thái Bình Dương Bill Gates Biệt thự Thái Bình Dương Bill Gates, mệnh danh "ngôi nhà thông minh" lịch sử loài người nghĩ đen nghĩa bóng, có hệ thống trang, thiết bị điện tử tinh vi, hi ện đại ph ức t ạp đ ược b ố trí nội thất bên SVTH: Trần Ngọc Thanh Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc Hình 1.2: Biệt thự Cape Cod Cotuit, Massachusetts Cơng nghệ nhà thông minh rộng 7,6 mẫu (gần 31.000 mét vuông) không hệ thống nhà gồm phịng ngủ, mà cịn c ả ánh sáng, nhiệt tiện nghi khác ngơi nhà để hàng phịng ngủ H ệ th ống công nghệ điều khiển audio/video, 14 TV hình ph ẳng c ả nhi ệt độ hầm rượu vang Ngơi biệt thự có năm tuổi có tới phịng t ắm, lò s ưởi m ột b ể bơi cực đẹp SVTH: Trần Ngọc Thanh 10 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7) // d?nh nghia COM /* SPI SS RFID-RC522(SDA) - SlaveSelect (SS) SPI SDI RFID-RC522(MOSI) SPI SDO RFID-RC522(MISO) SPI SCK RFID-RC522(SCK) */ #define MFRC522_CS PIN_E2 #define MFRC522_SCK PIN_C3 #define MFRC522_SI PIN_C4 #define MFRC522_SO PIN_C5 #define MFRC522_RST PIN_E0 #include int8 i=0; typedef SIGNED char int8_t; typedef SIGNED int int16_t; typedef SIGNED long int32_t; typedef UNSIGNED char uint8_t; typedef UNSIGNED int uint16_t; typedef UNSIGNED long uint32_t; typedef float FLOAT32_t; SVTH: Trần Ngọc Thanh 88 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc //char x; char key[6] = { 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF }; char writeData[] = "freesky"; //char RedData[6] ={0xe4,0xa8,0x72,0x5a,0x64}; //char RedData1[6] ={0x34,0x66,0x4a,0x2b,0x33}; char RedData[6] ={0x21,0x04,0x5b,0x45,0x3b}; //char BlueData1[6] ={0x27,0x66,0x4b,0x2b,0x21}; char BlueData[6] ={0x81,0x73,0x92,0xbd,0xdd}; //char BlueData[6] ={0x81,0x73,0x92,0xbd,0xdd}; //char BlueData1[6] ={0x21,0x04,0x5b,0x45,0x3b}; //char GreenData1[6]={0x5c,0x0f,0x4b,0x2b,0x33}; char GreenData[6]={0xe4,0xa8,0x72,0x5a,0x64}; int1 red=false,blue=false,green=false; int1 get_red(char Data[],char UID[] ) { FOR ( i = 0; i < 5; i++) { if(UID[i]== Data[i] ) { red=true; } else { red=false; break; } } SVTH: Trần Ngọc Thanh 89 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc return red; } int1 get_blue(char Data[],char UID[] ) { FOR ( i = 0; i < 5; i++) { if(UID[i]== Data[i] ) { blue=true; } else { blue=false; break; } } return blue; } int1 get_green(char Data[],char UID[]) { FOR ( i = 0; i < 5; i++) { if(UID[i]== Data[i] ) { green=true; } else { green=false; break; } } return green; } void main() SVTH: Trần Ngọc Thanh 90 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc { CHAR UID[6]; UNSIGNED int TagType; CHAR size; CHAR i; lcd_init (); printf (LCD_PUTC, "\fDO AN TOT NGHIEP\ndesign by freeSK"); delay_ms (2000) ; // enable_interrupts (INT_EXT); // enable_interrupts (INT_EXT_H2L); //enable_interrupts (GLOBAL); printf (LCD_PUTC, "\fWAITING "); MFRC522_Init (); printf (LCD_PUTC, "\nDone!"); WHILE (1) { IF (MFRC522_isCard (&TagType)) //Check any card { printf (LCD_PUTC, "\fTAG TYPE:"); printf (LCD_PUTC, "%X",TagType); //Read ID SVTH: Trần Ngọc Thanh 91 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc IF (MFRC522_ReadCardSerial (&UID)) { printf (LCD_PUTC, "\nUID: "); FOR (i = 0; i < 5; i++) { printf (LCD_PUTC, "%X",UID[i]); putc(UID[i]); // putc(UID[5]);// TIEN // printf(LCD_PUTC, "UID[I]=%u",UID[i]); // printf("UID[i]%2x\n\r",get_rtcc()); // putchar (UID[i]); // putchar (UID[4]); // putchar (UID[5]); } size = MFRC522_SelectTag (&UID); if(get_red(RedData,UID)) { output_high(LED_R); delay_ms (2) ; output_low(LED_R); delay_ms (2) ; SVTH: Trần Ngọc Thanh 92 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc output_high(LED_R); delay_ms (2) ; output_low(LED_R); delay_ms (2) ; output_high(LED_R); delay_ms (2) ; output_low(LED_R); delay_ms (2) ; output_high(LED_R); delay_ms (2) ; output_low(LED_R); delay_ms (2) ; output_high(LED_R); delay_ms (2) ; output_low(LED_R); } else { output_low(LED_R); } // if(get_blue(BlueData,UID)) { SVTH: Trần Ngọc Thanh 93 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc output_high(LED_R); delay_ms (2) ; output_low(LED_R); delay_ms (2) ; output_high(LED_R); delay_ms (2) ; output_low(LED_R); delay_ms (2) ; output_high(LED_R); delay_ms (2) ; output_low(LED_R); delay_ms (2) ; output_high(LED_R); delay_ms (2) ; output_low(LED_R); delay_ms (2) ; output_high(LED_R); delay_ms (2) ; output_low(LED_R); } else SVTH: Trần Ngọc Thanh 94 Đồ Án Tốt Nghiệp { GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc output_low(LED_R); } // if(get_red(GreenData,UID) ) { output_high(LED_R); delay_ms (2) ; output_low(LED_R); delay_ms (2) ; output_high(LED_R); delay_ms (2) ; output_low(LED_R); delay_ms (2) ; output_high(LED_R); delay_ms (2) ; output_low(LED_R); delay_ms (2) ; output_high(LED_R); delay_ms (2) ; output_low(LED_R); delay_ms (2) ; output_high(LED_R); SVTH: Trần Ngọc Thanh 95 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc delay_ms (2) ; output_low(LED_R); } else { output_low(LED_R); } } IF (MFRC522_Auth (PICC_AUTHENT1A, 7, &key, &UID) == 0) //authentication key A { //Write data to block lcd_gotoxy(13,1); MFRC522_Write (1,&writeData); printf (LCD_PUTC, "W-A!"); } else IF (MFRC522_Auth (PICC_AUTHENT1B, 7, &key, &UID) == 0) //authentication key B { //Write data to block lcd_gotoxy(13,1); MFRC522_Write (1,&writeData); printf (LCD_PUTC, "W-B!"); } SVTH: Trần Ngọc Thanh 96 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc ELSE { lcd_gotoxy(13,1); printf (LCD_PUTC, "W-Err!"); CONTINUE; } IF (MFRC522_Read (4,&writeData) == 0) { printf (LCD_PUTC, "\n%c", &writeData); } //Ngu dong MFRC522_Halt () ; } }} SVTH: Trần Ngọc Thanh 97 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc PHỤ LỤC III MÃ CHƯƠNG TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ #include #include "lcd.c" #include int8 str[20]; int8 x; void main() { output_drive(PIN_B0); output_drive(PIN_B1); // output_drive(PIN_B4); // input_drive(PIN_B1); LCD_Init(); delay_ms(10); //adc_config(); sprintf(str,"DO AN TN"); LCD_Gotoxy(4,0); LCD_Puts(str); delay_ms(200); while(TRUE) SVTH: Trần Ngọc Thanh 98 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Kim Trúc { setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); setup_adc_ports(AN0); set_adc_channel(0);//Truoc doc ADC can chi ro kenh can doc delay_ms(10); x=read_adc(); x=x/2.046; LCD_Gotoxy(0,0); sprintf(str,"FAN COI To"); LCD_Puts(str); delay_ms(10); LCD_Gotoxy(10,1); sprintf(str,"%2d",x); LCD_Puts(str); delay_ms(10); if(x>=0&&x=25&&x