THIẾT kế hệ THỐNG NHÀ THÔNG MINH sử DỤNG CÔNG NGHỆ iot

P TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN H KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ A N Q U Ố C K H Á N PHAN QUỐC KHÁNH H  T THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH SỬ HI DỤNG CÔNG NGHỆ IoT Ế T K ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ế H Ệ T H Ố N ĐÀ NẴNG: NĂM 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IoT Chuyên ngành: Điện tự động GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG SVTH : PHAN QUỐC KHÁNH LỚP : K23-EDT1 MSSV : 2321172759 ĐÀ NẴNG: NĂM 2021 Đồ Án Tốt Nghiệp LỜI CAM ĐOAN Kính gửi: Hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại Học Duy Tân Em tên là: Phan Quốc Khánh Lớp: K23-EDT1, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại Học Duy Tân Em thực đề tài ‘‘Thiết kế hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ IoT’’ xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án cơng trình có từ trước Đây đồ án em thực hướng dẫn Th.S Nguyễn Thanh Hùng Nếu có phát nội dung chép hay gian lận em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước hội đồng kỉ luật nhà trường Đà Nẵng, ngày….tháng 12 năm 2021 Sinh viên thực Phan Quốc Khánh GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp LỜI CÀM ƠN Đầu tiên chúng tơi xin gửi lời chúc sức khỏe đến tồn Thầy, Cơ đồn thể trường Đại Học Duy Tân Tôi gửi lời cám ơn đến khoa Điện - Điện Tử tạo điều kiện cho nhận đề tài Luận Văn Tốt Nghiệp Trên thực tế khơng có thành cơng mà khơng gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp Thầy Cô, bạn bè Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đường đại học đến nay, nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ q Thầy Cơ, gia đình bạn bè Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, tơi xin gửi đến quý Thầy Cô Khoa Điện-Điện Tử - trường Đại Học Duy Tân đặc biệt Thầy Nguyễn Thanh Hùng với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho suốt thời gian học tập trường Đồ Án Tốt Nghiệp Nếu lời hướng dẫn, dạy bảo thầy thu hoạch chúng tơi tơi khó hồn thiện Chúng tơi mong nhận góp ý, bổ sung Thầy, Cơ bạn bè để đồ án chúng tơi hồn thiện Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn Đà Nẵng, ngày … tháng 12 năm 2021 Sinh viên thực Phan Quốc Khánh GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp MỤC LỤC GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp DANH SÁCH MỤC CÁC HÌNH ẢNH GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp Tính cấp thiết đề tài − Công nghệ phát triển, nhà thông minh theo xuất nhiều Tuy nhiên, khơng phải có khả biết tới Nếu tìm hiểu nhà thơng minh, hẳn bạn thấy nhà thông minh sản phẩm cách mạng công nghiệp 4.0.Cuộc sống ngày đại, nhu cầu người ngày cao Nhà thông minh Việt Nam đời để đáp ứng nhu cầu Hệ thống nhà thông minh kết phát triển khoa học công nghệ Lắp đặt nhà thông minh mang đến nhiều lợi ích với nhiều chức vượt trội Giúp bạn tận hưởng sống tiện nghi đại − Nhà thông minh giúp sống gia đình trở nên đại Hệ thống giúp bạn kiểm soát dễ dàng thiết bị điện tử nhà có sử dụng điện thoại, laptop, Ví dụ quạt, tivi, điều hịa, hệ thống giải trí Bạn lúc điều khiển thiết bị khơng có mặt nhà Hệ thống nhà thông minh Việt Nam dần trở nên phổ biến tiện ích vượt trội Chỉ vài thao tác đơn giản điện thoại máy tính, bạn nhanh chóng điều khiển hệ thống thiết bị nhà Bên cạnh cịn điều khiển hệ thống chiếu sáng Bạn tự thiết lập tình như: cửa mở đèn sáng, đèn sáng có người, đèn tắt người rời đi, tới đâu đèn sáng tới − Một lợi ích bật tự động hóa ngơi nhà cung cấp an tâm cho chủ nhà, cho phép họ quan sát nhà từ xa − Tôi định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ IoT” nhằm nghiên cứu kỹ nguyên lý hoạt động, cách vận hành ứng dụng điều khiển hệ thống nhà thông minh Mục tiêu nghiên cứu − Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cách vận hành, ứng dụng điền khiển hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ IoT thiết kế mô hình nhà thơng minh Ngồi mơ hình nhà thơng minh áp dụng vào đời sống Đối tượng nghiên cứu − Đối tượng nghiên cứu hệ thống nhà thơng minh sử dụng cơng nghệ IoT • Cơng nghệ IoT • Ngun lý hoạt động cách vận hành hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ IoT Phạm vi nghiên cứu − Lý thuyết thiết kế hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ IoT GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp Tóm tắt đề tài − Hệ thống nhà thơng minh bao gồm cảm biến có chức khác điều khiển thiết bị khác nhau, hệ thống cửa tự động thông minh hệ thống báo gas báo cháy cho người dùng Điều khiển điện thoại tới thiết bị nhà − Các hệ thống liên lạc với thơng qua sóng wifi − Nội dung đề tài bao gồm chương: • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ IoT • CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IoT • CHƯƠNG 3: VẬN HÀNH HỆ THỐNG NHÀ THƠNG MINH SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ IoT • CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IoT 1.1 Hệ thống nhà thông minh − Nhà thông minh kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tử điều khiển tự động hoá bán tự động, thay người thực thao tác quản lý, điều khiển Hệ thống điện tử giao tiếp với người dùng thông qua bảng điện tử đặt nhà, ứng dụng điện thoại di động, máy tính bảng giao diện web Trong nhà thông minh, đồ dùng nhà từ phòng ngủ, phòng khách gắn điều khiển điện tử kết nối với Internet điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa lập trình cho thiết bị nhà hoạt động theo lịch Các thiết bị tự đưa cách xử lý tình lập trình trước, điều khiển giám sát từ xa − Một lợi ích bật tự động hóa nhà cung cấp an tâm cho chủ nhà, cho phép họ quan sát nhà từ xa Hình 1.1: Hệ thông nhà thông minh GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp 1.2 Công nghệ IoT − Cuộc sống xung quanh ta ln có nhiều điều mẻ, đặc biệt công nghệ ngày tiên tiến Cuộc sống bạn gắn liền với máy móc, đặc biệt phải kể đến ứng dụng IOT, chắn giúp ích, bổ trợ để tạo cho bạn sống đại, tiện nghi − Mạng lưới vạn vật kết nối Internet mạng lưới thiết bị kết nối internet viết tắt IoT kịch giới, mà đồ vật, người cung cấp định danh riêng mình, tất có khả truyền tải, trao đổi thông tin, liệu qua mạng mà không cần tương tác trực tiếp người với người, hay người với máy tính IoT phát triển từ hội tụ công nghệ không dây, công nghệ vi điện tử internet Nó đơn giản tập hợp thiết bị có khả kết nối với nhau, với internet với giới bên ngồi đề thực cơng việc Hiểu cách đơn giản IoT tất thiết bị kết nối với Việc kết nối thực qua wifi, kết nối băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại Các thiết bị đện thoại thơng minh, máy máy tính bảng, điều hịa, bóng đèn, máy giặt nhiều thiết bị khác − Công tắc thông minh, ổ cắm thông minh, đèn chiếu sáng, chuông cửa, rèm thơng minh điều khiển smartphone từ xa, thiết bị gọi thiết bị IOT Hình 1.2: Cơng nghệ IoT 10 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp ESP8266 Tầng Đèn phòng ngủ Cửa sổ Cảm biến âm Cảm biến chuyển động Đèn nhà vệ sinh Cảm biến mưa Hình 2.27: Sơ đồ tầng 33 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp START Đúng Đúng Đợi tín hiệu từ điện thoại Kiểm tra Tín hiệu ĐúngTín hiệu gas, nhiệt độ Sai Sai Đúng Gửi tín hiệu điều khiển Cho ESP Đợi tín hiệu cảnh báo từ ESP Tín hiệu trộm xe Sai Sai Sai Tín hiệu mưa Đúng Chng báo Động Đóng cửa Sổ phịng ngủ Gửi cảnh báo điện thoại END Hình 2.28: Lưu đồ tổng quát 34 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp START Nút nhấn = Sai Đúng Đợi 2s Đợi 1s Cảm biến = Đúng Bật còi báo động Gửi báo động điện thoại Cảm biến = Sai Sai Đúng Tắt còi báo động xe END 35 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 2.29: Lưu đồ chống trộm xe START Cảm biến gas = Sai Đúng Gửi báo động điện thoại Bật còi báo động Cảm biến gas = Sai Đúng Tắt cịi báo động END Hình 2.30: Lưu đồ cảm biến gas 36 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp START Đợi tín hiệu từ điện thoại Đúng Kiểm tra Tín hiệu Sai Quét cảm biến nhiệt độ(t) Gửi “ t ” điện thoại Gửi tín hiệu điều khiển Cho ESP t ≥ 32 Đúng Bật quạt Còi báo động Sai 30 ≤ t < 32 Đúng Bật quạt Sai Sai Gửi báo động điện thoại t < 30 Tắt quạt END Hình 2.31: Lưu đồ cảm biến nhiệt độ 37 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp START Đợi tín hiệu từ điện thoại Đúng Kiểm tra Tín hiệu Sai Quét cảm biến âm Gửi tín hiệu điều khiển cho ESP Đúng Cảm biến âm = Sai START Cảm biến mưa = Đúng Saicho đèn phòng Gửi mã đảo trạng thái Đúng END Mở cửa sổ phịng ngủ Hìnhmưa 2.32: Cảm biến = Lưu Sai đồ cảm biến âm Đúng Đóng cửa phịng ngủ 38 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG END Đồ Án Tốt Nghiệp START Cảm biến chuyển động = Sai Hình 2.33: Lưu mưa đồ cảm biến Đúng Bật đèn Cảm biến chuyển động = Sai Đúng Tắt đèn 39 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG END Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 2.34: Lưu đồ cảm biến chuyển động 40 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp 2.3.2 Lập trình Arduino uno START Hiển thị LCD “Nhập mật khẩu” Quét phím ma trận 4x4 LCD hiển thị “Nhập sai mật khẩu” END Nhớ số vừa nhập Nhomk ++; LCD hiển thị “Đổi mật thành công” Sai Nhomk < Nút # Đúng Đúng Sai Sai Kiểm tra mật Nhomk < Đúng LCD hiển thị “Mời vào” Lưu vào mật Nho ++; Quét phím ma trận 4x4 Quét phím ma trận 4x4 Đúng Nút “B” LCD hiển thị “Đổi mật khẩu” Sai Hình 2.35: Lưu đồ mật cửa 41 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp STARTT Kiểm tra mã mở cửa Đúng Mở cửa Sai Cảm biến hồng ngoại = Sai Đúng Cảm biến hồng ngoại = Đợi 2s Đúng Đóng cửa END Hình 2.36: Lưu đồ cảm biến hồng ngoại 42 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp CHƯƠNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IoT 3.1 Các điều kiện vận hành hệ thống − Cách xếp thiết bị điều khiển nhà thông minh tính tốn cho tối ưu hóa việc truyền tải, phân phối tiêu thụ điện Người dùng giao tiếp, thực thao tác hệ thống điều khiển nhà thông minh thông qua thiết bị di động, laptop, máy tính − Các thiết bị điện tử nhà kết nối với sóng Wifi,… Người dùng cịn điều khiển chúng điện thoại, máy tính, laptop,… − Tồn thiết bị hệ thống liên kết với Server Blynk để nhận truyền tín hiệu từ người điều khiển − Nguồn điện phải cấp 24/24, hạn chế mơ hình khơng có hệ thống lượng dự phịng − Hệ thông mạng Wifi nhà phải ổn định, máy tính có nhiệm vụ kết nối thiết bị với điều khiển toàn hệ thống nhà Các thiết bị điện tử nhà thiết bị an ninh, hệ thống cửa, nhiệt độ, hệ thống báo động, hệ thống đèn, quạt thơng gió,…các thiết bị kết nối với hệ thống mạng thiết bị công nghệ truyền liệu qua wifi Cuối hệ thống phần mềm điều khiển nhà cài đặt trên thiết bị điều khiển Chủ nhân Hệ thống nhà thơng minh kiểm sốt, điều khiển ngơi nhà thiết bị nhà nhiều phương tiện như: điện thoại di động, laptop… đâu lúc Hình 3.1: Mơ hình hệ thống 43 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp 3.2 Kết vận hành hệ thống − Hệ thống vận hành ổn định, đường truyền tín hiệu phụ thuộc vào mạng wifi mà hệ thống kết nối Mạng wifi yếu sẻ ảnh hưởng tới tính hiệu truyền bị chậm − Toàn hệ thống vận hành ổn định có cảm biến âm điều khiển bật tắt đèn phịng ngủ hoạt động khơng ổn định, cảm biên thu dọng nói tiếng động khác tiếng vỗ tay tự bật tắt đèn Cần mua cảm biến có tính ổn định tốt Còn lại tất thiết bị cảm biến hoạt động bình thường − Đường truyền tín hiệu xuống thiết bị đôi lúc bị chậm Ly bị chẩm hệ thống mạng Wifi nhà khơng tốt dẫn đến việc truyền tính bị châm so với thời điểm điều khiển người dùng Hình 3.2: Giao diện điều khiển ứng dụng thông minh 44 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận −Sau trình nghiên cứu, thực hướng dẫn tần tình thầy Ths Nguyễn Thanh Hùng thầy cô giáo khoa Điện - Điện Tử, em hoàn thành đề tài “ Thiết kế tính tốn hệ thống trạm sạc xe điện sử dụng lượng mặt trời trường đại học Duy Tân”đúng thời hạn Em thực u cầu đề tài sau: • Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ thống nhà thông minh sử dụng cơng nghệ IoT • Tính chọn thông số thiết kế sở lý thuyết • Xây dựng mơ hình hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ IoT 4.2 Hướng phát triển − Hiện mơ hình chúng tơi mang tính chất thử nghiệm nên thiết kế phần mạch mơ hình cịn sơ sài, cần cải thiện mặt linh kiện cảm biến, mạch sửa chữa dễ dàng − Phần mạch board cần làm lớp để diện tích phần mạch nhỏ gọn − Lựa chọn cảm biến, linh kiện có tính ổn định cao bền − Phát triển thêm phần điều khiển thiết bị giọng nói thơng qua phần mềm IFTTT 45 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] https://nshopvn.com/product/arduino-nodemcu-lua-wifi-v3/ https://hshop.vn/products/arduino-uno-r3-smd-chip-don https://hshop.vn/products/dong-co-rc-servo-9g https://nshopvn.com/product/ban-phim-ma-tran-mem-4x4/ https://hshop.vn/products/lcd-text-lcd1602-xanh-duong https://shopee.vn/Ngu%E1%BB%93n-t%E1%BB%95-ong-5V-2Ai.185189131.3700332410 https://nshopvn.com/product/cam-bien-vat-can-hong-ngoai/ https://dientu360.com/cam-bien-khi-gas-mq6 https://hshop.vn/products/cam-bien-do-am-nhiet-do-dht21 https://hshop.vn/products/cam-bien-am-thanh-2 https://nshopvn.com/product/cam-bien-mua/ https://hshop.vn/products/cam-bien-chuyen-dong-pir-5v-2 https://nshopvn.com/product/cam-bien-tiem-can-roko-sn04-n-npn/ https://hshop.vn/products/module-1-relay-5vdc-ky-019 https://hshop.vn/products/mach-buzzer-5v https://dienmayhoangngan.com/bong-den-led-usb-5v-3w-12wnsh10905586515.html https://nshopvn.com/product/dong-co-toys-fa130-chinh-hang-along/ 46 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ IoT Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài: Phan Quốc Khánh MSSV: 2321172759 Lớp: K23EDT1 Mục tiêu đề tài Xây dựng mơ hình hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ IoT Nội dung nhiệm vụ - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động hệ thống - Tính tốn thiết kế lựa chọn mạch điện linh kiện, vật tư liên quan - Lập trình cho tồn hệ thống - Triển khai lắp ráp lắp đặt thử nghiệm - Đo đạc thông số điện đầu kiểm chứng kết mô thông qua khảo sát hệ thống thực tế Kết tối thiểu phải có 1) Sản phẩm mơ hình hệ thống nhà thơng minh sử dụng công nghệ IoT 2) Sản phẩm hoạt động 3) Có phần mềm điều khiển 4) Báo cáo đồ án trình bày hồn chỉnh theo quy định Ngày giao đề tài: 20/8/2021 Ngày nộp báo cáo: 07/12/2021 Đà Nẵng, ngày 20 tháng năm 2021 Sinh viên thực Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Phan Quốc Khánh 47 GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG ... nhà thông minh sử dụng công nghệ IoT Phạm vi nghiên cứu − Lý thuyết thiết kế hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ IoT GVHD: Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp Tóm tắt đề tài − Hệ thống. .. hình nhà thơng minh áp dụng vào đời sống Đối tượng nghiên cứu − Đối tượng nghiên cứu hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ IoT • Công nghệ IoT • Nguyên lý hoạt động cách vận hành hệ thống nhà. .. HÙNG Đồ Án Tốt Nghiệp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IoT 1.1 Hệ thống nhà thông minh − Nhà thông minh kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tử điều khiển tự động