MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI NÓI ĐẦU iii CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2. MỤC TIÊU, NHIÊM VỤ 2 1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 2.1. NHÀ THÔNG MINH 3 2.1.1. Khái niệm 3 2.1.2. Tiêu chuẩn của Smart Home 5 2.1.3. Các hệ thống cơ bản trong Smart Home 6 2.1.3.1. Hệ thống chiếu sáng thông minh 7 2.1.3.2. Hệ thống giải trí đa phương tiện 8 2.1.3.3. Hệ thống an ninh cảnh báo 9 2.1.3.4. Hệ thống báo cháy, chửa cháy 9 2.1.3.5. Hệ thống kiểm soát môi trường 9 2.1.4. Hệ sinh thái Smart Home hiện nay 10 2.2. GIỚI THIỆU TRỢ LÝ ẢO SỬ DỤNG CHO SMART HOME 13 2.2.1. Tìm hiểu về trợ lý ảo 13 2.2.2. Trợ lý ảo Google Assistant 15 2.3. TỔNG QUAN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU SMART HOME 18 2.3.1. Nhận xét chung về đề tài 18 2.3.2. Giới thiệu sơ lược về đề tài 19 2.3.3. Các bước thực hiện 19 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG SMART HOME 21 3.1. MÔ HÌNH KẾT CẤU HỆ THỐNG SMART HOME 21 3.2. PHẦN THIẾT KẾ 21 3.3. SƠ ĐỒ KHỐI 23 3.4. LỰA CHON THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG SMART HOME 24 3.4.1. Lựa chọn thiết bị cho bộ điều khiển trung tâm 24 3.4.1.1. Kit nodemcu ESP8266 24 3.4.2. Khối nhận diện hình ảnh 27 3.4.2.1. Camera module ESP32CAM 27 3.4.3. Khối cảm biến 28 3.4.3.1. Module cảm biến độ ẩm, nhiệt độ dht11 28 3.4.3.2. Module cảm biến khí GAS MQ6 30 3.4.3.3. Cảm biến chuyển động PIR AM312 31 3.4.4. Phần mềm IDE lập trình điều khiển 33 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG SMART HOME 35 4.1. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 35 4.2. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỆN 36 4.2.1. Khối vi điều khiển 36 4.2.2. Khối nguồn 37 4.2.3. Khối thiết bị 37 4.2.4. Khối nút nhấn 38 4.2.5. Khối cảm biến 39 4.3. LẬP TRÌNH 39 4.3.1. Lập trình cho hệ thống điều khiển 39 4.3.1.1. Điều khiển bằng Google Asisstant 39 4.3.1.2. Điều khiển bằng Blynk. 41 4.3.2. Lập trình cho hệ thống nhận diện hình ảnh 46 4.4. Kết quả thi công 48 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 50 5.1. KẾT LUẬN 50 5.1.1. Những mặt đã làm được 50 5.1.2. Những hạn chế, tồn tại trong đề tài 50 5.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ *** PHAN TRUNG LINH Đề tài XÂY DỰNG HỆ THỐNG SMART HOME KHÓA LUẬN CỬ NHÂN TỰ ĐỘNG HÓA ĐÀ NẴNG: 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ *** KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài XÂY DỰNG HỆ THỐNG SMART HOME GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : T.S LÊ KẾ ĐỨC SINH VIÊN THỰC HIỆN : PHAN TRUNG LINH MÃ SỐ SINH VIÊN : 2321170854 LỚP : ĐIỆN TỰ ĐỘNG_ K23_EDT1 ĐÀ NẴNG: 2021 ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG SMART-HOME Họ tên sinh viên / nhóm sinh viên giao đề tài : Phan Trung Linh MSSV: 2321170854 Lớp: K23EDT Mục tiêu đề tài : Xây dựng mơ hình hệ thống nhà thơng minh Nội dung nhiệm vụ : -Tìm hiểu hệ thống nhà thơng minh -Xây dựng mơ hình nhà thơng minh với tính điều khiển giọng nói kết hợp cảm biến giúp nhà thông minh -Kiểm tra hoạt động mơ hình, kiểm tra ổn định, ước tính chi phí cụ thể cho ngơi nhà Kết tối thiểu phải có: 1) Sản phẩm mơ hình nhà thơng minh 2) Sản phẩm hoạt động 3) Có chương trình phần mềm điều khiển 4) Báo cáo đồ án trình bày hoàn chỉnh theo quy định Ngày giao đề tài: 20/08/2021 Ngày nộp báo cáo:30/11/2021 Đà Nẵng, ngày 20 tháng 08 năm 2021 Sinh viên thực Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: Xây dựng hệ thống Smart Home Họ tên SV: PHAN TRUNG LINH MSSV: 2321170854 Lớp: K23EDT1 Tuần Nội dung hướng dẫn Tình hình Ghi sinh viên thực Từ: 23/8 - 29/8 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động hệ Tốt thống Smart Home Căn u cầu đề tài, tính tốn Từ: 30/8 - 5/9 thiết kế lựa chọn mạch điện Tốt linh kiện, vật tư liên quan Căn u cầu đề tài, tính tốn Từ: 6/9 - 12/9 thiết kế lựa chọn mạch điện Tốt Từ: 13/9 - 19/9 linh kiện, vật tư liên quan Chuẩn bị vật tư, linh kiện, phụ kiện Tốt Từ: 20/9 - 26/9 Chuẩn bị vật tư, linh kiện, phụ kiện Tốt Từ: 27/9 - 3/10 Lập trình xây dựng phần mềm( code hệ thống) Tốt Từ: 11/10 - 17/10 Triển khai lắp ráp lắp đặt thử nghiệm Tốt Từ: 18/10 - 24/10 Triển khai lắp ráp lắp đặt thử nghiệm (tiếp tục) Từ: 25/10 - 31/10 kiểm chứng kết từ mơ hình thực tế Tốt Tốt Từ: 1/11 - 7/11 kiểm chứng kết từ mơ hình thực tế Tốt Từ: 8/11 - 14/11 (tiếp tục) Viết báo cáo kết thực đồ án Tốt LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn biết ơn sâu sắc đến Thầy Lê Kế Đức Giảng viên hướng dẫn em thực đề tài Thầy tận tình bảo, giúp đỡ em suốt thời gian thực đồ án người giúp em đưa ý tưởng, kiểm tra phù hợp đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến tồn thể thầy trường Đại học Duy Tân giảng dạy tạo điều kiện cho em trình học tập nghiên cứu trường Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân bên để động viên nguồn cổ vũ lớn lao, động lực giúp em hoàn thành đề tài Mặc dù cố gắng hoàn thành đề tài phạm vi khả Tuy nhiên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận cảm thơng tận tình bảo qúy thầy toàn thể bạn Em xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Trong thời gian từ 23/8/2021 sinh viên Phan Trung Linh thưc đề tài tốt, hoàn thành mục tiêu đề tài đề mơ hình hoạt động ổn định Hoàn thành đề tài xây dựng hệ thống Smart Home tiến độ nhà trường đề Tham gia buổi bảo vệ đồ án ngày 26/12/2021 thành công hội đồng nhà trường đánh giá cao Đà nẵng, ngày tháng năm LỜI NÓI ĐẦU Ngày giới với bùng nổ ngành công nghệ thông tin , điện tử ứng dụng v.v làm cho đời sống người ngày hoàn thiện.Các thiết bị tự động ngày trở nên phổ biến chí đời sống sinh hoạt ngày người Do ngơi nhà thơng minh trở thành điều thực hóa để nâng cao phụ vụ tiện ích người Qua thơng tin đại chúng, phương tiện truyền thơng, internet thấy mơ hình nhà thơng minh đời, với đất nước Việt Nam trình cơng nghiệp hóa – đại hóa Là sinh viên ngành điện tự động trường đại học Duy Tân khoa điện – điện tử, với kiến thức học với mong muốn thiết kế nhà thông minh điều khiển giám sát nhà mơt cách dễ dành để đáp ứng nhu cầu ngày chúng ta, với khoa học phát triển với trợ lý ảo thông minh hỗ trợ AI như: Google Assistant (Google), Alexa (Amazon), Siri (Apple), Cortana (Microsoft),… Các thiết bị ngơi nhà thơng minh ngồi điều khiển qua app điện thoại, web,… điều khiển qua trợ lý ảo dần phát triển Vì vậy, em chon đề tài “ smart home – nhà thơng minh điều khiển thiết bị giọng nói thông qua google assistan “ làm đề tài tốt nghiệp cho Em xin gủi lời cảm ơn tới ths Lê Kế Đức giúp đỡ bảo em trình thực đề tài Trong trình thực báo cáo đề tài, em cố gắng để hoàn thiện cách tốt Nhưng với kiến thức hiểu biết có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót chưa thực hồn thiện, mong thầy xem xét đóng góp ý kiến để đề tài em tốt Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô ! MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ , BẢNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC Hình 4.4: Sơ đồ mạch điện khối thiết bị hệ thống Smart Home Kí hiệu sơ đồ mạch điện : JP Là đầu đấu nối thiết bị mạch điện 2N222 BJT transitor R Điện Trở Bảng 4.2: Kí hiệu mạch điện khối thiết bị 4.2.4 Khối nút nhấn Hình 4.5: Sơ đồ mạch điện khối nút nhấn Kí hiệu sơ đồ mạch điện: SVTH: PHAN TRUNG LINH 50 LỚP K23EDT1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC C Tụ điện B Button nút nhấn GND Nối đất Bảng 4.3: Kí hiệu sơ đồ mạch điện khối nút nhấn 4.2.5 Khối cảm biến Hình 4.6: Sơ đồ mạch điện khối cảm biến Kí hiệu sơ đồ mạch điện : SR Cảm biến chuyển động T (DHT11) Cảm biến nhiệt độ + độ ẩm( T1,T2,T3) MQ2 Cảm biến khí Gas Bảng 4.4: Kí hiệu tron sơ đồ mạch điện khối cảm biến 4.3 LẬP TRÌNH 4.3.1 Lập trình cho hệ thống điều khiển 4.3.1.1 Điều khiển Google Asisstant Bước 1: Thiết lập đầu vào Đầu vào tín hiệu giọng nói từ người muốn điều khiển thiệt lập mặc định cho nhiệm vụ em sử dụng trợ lý ảo Google Assistant làm nhiệm vụ nhận câu lệnh thiết lập sẵn để điều khiển cho thiết bị SVTH: PHAN TRUNG LINH 51 LỚP K23EDT1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC Trang web IFTTT bước trung gian để liên kết google assistant vs server Blink Thiết lập câu lệnh server IFTTT hình 4.1 Hình 4.7: Câu lệnh thiết lập Bước 2: kết nối IFTTT với server Blynk Bước sử dụng trang web IFTTT để liên kết với ứng dụng blynk Liên kết nhằm mục đích ta điều khiển giọng nói thơng qua Google Assistant truyền tín hiệu sang Blynk sau truyền xuống thiết bị SVTH: PHAN TRUNG LINH 52 LỚP K23EDT1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC hình 4.8: Liên kết IFTTT với server Blynk Ngun lý hoạt đơng: tín hiệu từ Google Asisstant => truyền lên server IFTTT => sau truyền qua server Blynk, Blynk xét chân ảo (là chân tín hiệu thiết lập ảo ứng dụng Blynk) => truyền xuống esp 8266 => điều khiển thiết bị phù hợp 4.3.1.2 Điều khiển Blynk Bước 1: tạo giao diện điều khiển giám sát phần mềm Blynk Hình 4.9: Tạo nút nhấn V5 ( phòng khách ) SVTH: PHAN TRUNG LINH 53 LỚP K23EDT1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC Hình 4.10: Tạo nút nhấn V6 ( phịng ngủ ) Hình 4.11: Tạo nút nhấn V4 ( phòng bếp ) SVTH: PHAN TRUNG LINH 54 LỚP K23EDT1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC Hình 4.12: Giao diện nút nhấn điều khiển led Hình 4.13: Giao diện nút nhấn điểu khiển cửa quạt SVTH: PHAN TRUNG LINH 55 LỚP K23EDT1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC Hình 4.14:Sóng biểu thị khí GAS Hình 4.15: Giao diện hiển thị nhiệt độ, độ ẩm SVTH: PHAN TRUNG LINH 56 LỚP K23EDT1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC Bước 2: tạo chân ảo esp 8266 phần mềm blynk Hình 4.16: Chân ảo tạo Blynk Bước 3: lập trình code cho ESP 8266 điều khiển thiết bị Dữa vào chân ảo tạo phần mềm Blynk viết code cho chân hoạt động Hình 4.17: Code minh họa cho hoạt động chân v5( led phòng khách ) SVTH: PHAN TRUNG LINH 57 LỚP K23EDT1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC Ngun lý hoạt động : có tín hiệu gửi tín hiệu lên sover Blynk Blynk xét tín hiệu => truyền liệu xuống ESP 8266 => điều khiển thiết bị phù hợp 4.3.2 Lập trình cho hệ thống nhận diện hình ảnh Bước 1: thiết lập liệu hình ảnh Lập trình code chương trình phần mềm aduino cho esp 32 cam học liệu hình ảnh Hình 4.18: Ảnh chủ nhà Hình 4.19: Ảnh người lạ SVTH: PHAN TRUNG LINH 58 LỚP K23EDT1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC Hình 4.20: Cho ESP 32 học hình ảnh Sau học xong hình ảnh lưu thiết bị ESP 32 CAM Bước 2: thiết lập code nhận diện Lập trình code phần mềm aduino để thiết bị ESP32 CAM nhận diện chủ nhà để mở cửa Nguyên lý hoạt động bước là: Lấy liệu mà ESP32 CAM học đối chiếu với liệu đưa vào camera ( người muốn mở cửa) Bước 3: thức cơng việc có tín hiệu từ camera Nếu người quen => chân Campin => lên mức => truyền xuống ESP 8266 cửa mở Nếu người lạ => dẫn đến chân Camloa có tín hiệu => kích lên mức =>sau truyền xuống ESP 8266 => cảnh báo chuông kêu SVTH: PHAN TRUNG LINH 59 LỚP K23EDT1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC Hình 4.21: Code minh họa cho q trình nhận diện 4.4 Kết thi cơng Hình 4.22: Mặt sau mơ hình thực tế Sơ đồ mạch điện phần sau thiết kế bỏ phía mơ hình SVTH: PHAN TRUNG LINH 60 LỚP K23EDT1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC Hình 4.23: Mặt trước mơ hình thực tế Đây mơ hình Smart Home tổng quan thực tế mà em thiết kế thi cơng hồn thiện SVTH: PHAN TRUNG LINH 61 LỚP K23EDT1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 KẾT LUẬN 5.1.1 Những mặt làm Sau tháng nghiên cứu, thiết kế thi công “hệ thống nhà thông minh sử dụng trợ lý ảo Google Assistant” Em thực thành công đề tài thực mục tiêu đề tài: • tìm hiểu hiểu nguyên lý hoạt động phương pháp để triển khai hệ thống nhà thông minh smart home • Cung cấp giải pháp thông minh cho nhà, điều khiển thiết bị điện gia đình trợ lý ảo Google Assistant • Mạch điện với module nhỏ mạch thiết kế, thi cơng hồn chỉnh thử nghiệm nhiều lần hoạt động ổn định thực tế • Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị giọng nói trực tiếp thơng qua Smartphone • Hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua wifi phần mềm Blynk • Đã đồng điều khiển thiết bị điện nhà công tắc cảm ứng với app Blynk giúp giám sát thiết bị nhà thông qua giao diện Blynk 5.1.2 Những hạn chế, tồn đề tài Trong trình thực đồ án có sai phạm chưa thể khắc phục : • Điều khiển thiết bị giọng nói cịn chậm cỡ khoảng 3s • Điều khiển thiết bị qua công tắc cảm ứng cịn chậm • Mạch điều khiển chưa sử dụng nguồn 220 V trực tiếp mà phài sử dụng nguồn riêng để cung cấp cho mạch • Đồng trạng thái cơng tắc cảm ứng phần mềm Blynk cịn chậm • chưa tích hợp điều khiển giọng nói tiếng việt 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI SVTH: PHAN TRUNG LINH 62 LỚP K23EDT1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC Sau q trình thực đề tài hạn chế tồn nên em mong tương lai em cố gắng phát triển đề tài theo hướng sau đây: Khắc phục hạn chế, tồn đề tài hệ thống nhà thơng minh khắc phục tình trạng nhận tín hiệu điều khiển nhanh Tự phát triển app Android, IOS để điều khiển thiết bị qua wifi thêm hệ thống camera an ninh quan sát 24/24, nhận biết cháy nổ Tích hợp mạch công tắc cảm ứng với ESP 8266 để tạo thành mạch cơng tắc thơng minh đồng vơ hệ sinh thái Smart Home có thị trường thêm hệ thống cảm biến cho nhà thông minh Phát triển thêm hệ thống anh ninh cảnh báo, camera di chuyển nhận thấy tín hiệu khã nghi thơng báo tin nhắn tới chủ nhà phát tín hiệu cảnh báo nâng cấp thêm hệ thống điều khiển giọng nói với nhiều tính lệnh điều khiển điều hòa mức độ, bật tivi chuyển kênh mong muốn, bật nhạc yêu thích,… SVTH: PHAN TRUNG LINH 63 LỚP K23EDT1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: THS LÊ KẾ ĐỨC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Arduino cho người bắt đầu, Cộng đồng Arduino Việt Nam [2] Giáo trình Internet Of Thing with ESP 8266 [3] Trang web: Arduino.vn [4] Sách Internet Of Things [ IoT], Tg Phạm Minh Tuấn [5] Trang web IFTTT SVTH: PHAN TRUNG LINH 64 LỚP K23EDT1 ... phần hệ thống Smart Home • Chương 3: Thiết kế hệ thống Smart Home: Chương trình bày chi tiết thiết bị giải pháp công nghệ dùng cho hệ thống Smart Home • Chương 4: Thi cơng hệ thống Smart Home: ... thống sau: • • • • • • Hệ thống chiếu sáng thông minh Hệ thống giải trí Hệ thống an ninh / cảnh báo Hệ thống camera giám sát Hệ thống âm Hệ thống báo cháy chửa cháy Hệ thống thông minh không dừng... 2.4: Hệ thống chiếu sáng Smart Home 2.1.3.2 Hệ thống giải trí đa phương tiện Hệ thống giải trí hệ thống bao gồm thiết bị giải trí : truyền hình, tivi, máy phát nhạc, loa bluthoot, đầu dvd,… Hệ thống