ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Đề tài ỨNG DỤNG CỦA IoT TRONG XÂY DỰNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH Sinh viên thực hiện Giảng viên hướng dẫn Hà Nội LỜI NÓI ĐẦU Từ xưa đến nay, nhân loại đã không ngừng học hỏi, tìm tòi và nghiên cứu để tạo ra những sản phẩm nhằm phục vụ cho sinh hoạt hằng ngày, những sản phẩm ấy luôn phát triển theo hướng tự động hóa và ngày càng thông minh để có thể phục vụ những nhu c.
Mục đích nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu nhằm áp dụng kiến thức học thuật để phát triển mô hình nhà thông minh, với các chức năng được xác định rõ ràng.
Tìm hiểu, xây dựng một hệ thống toàn diện có tính ứng dụng thực tiễn,
Xây dựng được một cơ sở dữ liệu đáp ứng đủ các tiêu chí đặt ra với một hệ thống, đa nền tảng, có tính kế thừa cao.
Phần cứng có thể dễ dàng triển khai, giảm thiểu chi phí phát sinh.
Phương pháp nghiên cứu
Trong đề tài này, nhóm đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về điện tử, viễn thông, truy cập từ mạng internet
Phương pháp quan sát: khảo sát một số ứng dụng có sử dụng công nghệ IoT, các hệ thống nhà thông minh trên thế giới và ở Việt Nam.
Phương pháp thực nghiệm giúp phân tích các công nghệ đã được áp dụng trước đây, từ đó rút ra những bài học kinh nghiệm quý giá và xác định các yêu cầu cần thiết cho hệ thống mô hình nhà thông minh.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hệ sinh thái Internet of Things- IoT ?
1.1.1 Khái niệm Internet of Things
Internet Vạn Vật, hay cụ thể hơn là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là
Mạng lưới thiết bị kết nối Internet (IoT) là một hệ thống liên mạng, trong đó các thiết bị, phương tiện vận tải, phòng ốc và trang thiết bị khác được trang bị điện tử, phần mềm, cảm biến và cơ cấu chấp hành Những thiết bị này có khả năng kết nối mạng máy tính, cho phép thu thập và truyền tải dữ liệu hiệu quả.
1.1.2 Kiến trúc Internet of Things
The architecture of the Internet of Things (IoT) fundamentally consists of four key components: Things, which refer to the physical objects; Gateways, which serve as connection points; Network and Cloud infrastructure that facilitate data transmission and storage; and the Services-creation and Solutions Layers that enable the development and delivery of applications and services.
Ngày nay, hàng tỷ vật dụng như xe hơi, thiết bị cảm biến, thiết bị đeo và điện thoại di động đang hiện hữu trên thị trường và được kết nối qua mạng không dây, truy cập Internet Giải pháp IoT cho phép các thiết bị thông minh được sàng lọc, kết nối và quản lý dữ liệu cục bộ, trong khi các thiết bị chưa thông minh có thể kết nối thông qua các trạm kết nối.
Trạm kết nối (Gateways) là giải pháp quan trọng để khắc phục rào cản trong triển khai IoT, khi mà khoảng 85% thiết bị hiện tại chưa được thiết kế để kết nối Internet và chia sẻ dữ liệu với điện toán đám mây Các trạm này hoạt động như một trung gian, giúp các thiết bị kết nối an toàn và quản lý dễ dàng với điện toán đám mây.
Hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud):
Cơ sở hạ tầng kết nối Internet là một hệ thống toàn cầu bao gồm nhiều mạng IP liên kết với nhau và các máy tính Hệ thống này được xây dựng từ các thiết bị như router, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, và thiết bị lặp, giúp kiểm soát lưu lượng dữ liệu Ngoài ra, nó còn kết nối với mạng viễn thông và cáp, được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ.
Các trung tâm dữ liệu và hạ tầng điện toán đám mây là những hệ thống phức tạp bao gồm nhiều máy chủ, hệ thống lưu trữ và mạng ảo hóa được kết nối chặt chẽ.
Các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-Creation and Solutions Layers):
Intel has integrated leading API management software, Mashery and Aepona, to accelerate the market launch of IoT products and solutions, maximizing the value derived from data analytics of existing systems and assets.
Mô hình nhà thông minh?
1.2.1 Nhà thông minh là gì?
Nhà thông minh, hay còn gọi là "Smart Home", là một ngôi nhà được trang bị hệ thống tự động tiên tiến giúp điều khiển các thiết bị như đèn chiếu sáng, nhiệt độ, an ninh, và rèm cửa Hệ thống này không chỉ mang lại sự tiện nghi và an toàn cho cuộc sống hàng ngày mà còn giúp tối ưu hóa việc sử dụng các nguồn tài nguyên.
Theo wiseGeek, một ngôi nhà thông minh là nơi có hệ thống máy tính tích hợp, cho phép theo dõi và quản lý nhiều khía cạnh trong cuộc sống hàng ngày.
Một ví dụ điển hình của nhà thông minh là hệ thống kiểm soát ánh sáng, giúp tiết kiệm điện và tạo không gian phù hợp, như điều chỉnh ánh sáng cho bữa tiệc tối Ngoài ra, hệ thống còn có khả năng điều chỉnh rèm cửa, kiểm soát nhiệt độ, giám sát qua camera, tự động khóa cửa và phòng ngừa trộm.
Nhà thông minh không chỉ đơn thuần là một không gian sống tiện nghi mà còn tích hợp nhiều ứng dụng sáng tạo như hệ thống điều khiển giải trí tại gia, loa công suất khác nhau, hệ thống điện thoại và liên lạc nội bộ, cùng với hệ thống tưới nước thông minh Tất cả các chức năng này được thực hiện thông qua các thiết bị kết nối, cho phép hệ thống máy tính trung tâm theo dõi trạng thái và đưa ra quyết định điều khiển hợp lý, nâng cao trải nghiệm sống hiện đại.
Nhà thông minh, từng là một khái niệm trong các tác phẩm khoa học viễn tưởng, đã trở thành hiện thực từ thế kỷ 20 nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của điện và những tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ thông tin.
1.2.2 Các thành phần của nhà thông minh.
Hệ thống nhà thông minh bao gồm các thành phần chính như cảm biến (cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng, cảm biến chuyển động), bộ điều khiển và thiết bị chấp hành Các cảm biến giúp theo dõi các trạng thái trong nhà, từ đó cho phép bộ điều khiển và máy chủ đưa ra quyết định hợp lý để điều chỉnh thiết bị chấp hành, nhằm tạo ra môi trường sống tối ưu cho con người.
Hình 1 2 Các thành phần cơ bản của hệ thống nhà thông minh
Một số mô hình nhà thông minh tại Việt Nam
Bkav SmartHome là hệ thống nhà thông minh tiên tiến nhất toàn cầu, được đánh giá cao theo tiêu chí của Gartner Sản phẩm của Bkav tập trung vào phân khúc cao cấp, cạnh tranh trực tiếp với các giải pháp nhà thông minh quốc tế.
Nhà thông minh Bkav kết nối tất cả các thiết bị trong ngôi nhà thành một hệ thống mạng thông minh, cho phép điều khiển các thiết bị như đèn chiếu sáng, rèm cửa, điều hòa, tivi, âm thanh, khóa cửa, bình nóng lạnh, quạt thông gió, camera an ninh, chuông cửa có hình, hệ thống bơm tưới nước tiểu cảnh và bể cá Người dùng có thể điều khiển dễ dàng qua thiết bị gắn trên tường hoặc thông qua smartphone, máy tính bảng.
Hình 1 3 Sơ đồ kết nối hệ thống của Bkav SmartHome Luxury Nhà thông minh Bkav SmartHome Luxury bao gồm 1 số tính năng sau:
Hệ thống ánh sáng thông minh
Hệ thống điều khiển rèm mành
Hệ thống an ninh thông minh
Hệ thống kiểm soát môi trường
Hệ thống giải trí âm thanh đa vùng
Kịch bản ngữ cảnh thông minh
Kết nối không giới hạn
Khác với BKAV, nhà thông minh Lumi tập trung mạnh vào phân khúc nhà thông minh trung và cao cấp trên thị trường Việt Nam.
Ra mắt công tắc cảm ứng và giải pháp nhà thông minh ra thị trường đầu năm
Năm 2012, sau 4 năm xây dựng và phát triển, Lumi đã trở thành nhà cung cấp hàng đầu về công tắc điện cảm ứng, thiết bị điện thông minh và giải pháp nhà thông minh, chiếm lĩnh thị phần lớn nhất trong phân khúc trung và cao cấp tại Việt Nam.
Hình 1 4 Một số thiết bị điện nhà thông minh cho gia đình
Một số đặc điểm của nhà thông minh Lumi
Bật/tắt thiết bị điện dễ dàng bằng Smartphone
An toàn tuyệt đối về điện
Nâng cao giá trị ngôi nhà, khẳng định đẳng cấp
Giải pháp chống trộm hoàn hảo
1.3.3 Nhà thông minh Scheider- Wiser Home
Schneider, một tập đoàn hàng đầu thế giới về thiết bị điện có nguồn gốc từ Pháp, đã chính thức khánh thành nhà máy sản xuất thiết bị điện cho giải pháp nhà thông minh vào ngày 18/4/2017 Nhà máy này tọa lạc tại khu công nghệ cao Sài Gòn, Quận 9, TPHCM.
Các thiết bị điện thông minh của Scheneider đều có những ưu điểm vượt trội về chất lượng cũng như độ bền của sản phẩm.
Một số đặc điểm của nhà thông minh Scheider- Wiser Home
Điều khiển theo kịch bản
Điều khiển theo thời gian
Điều khiển chiếu sáng tự động
Điều khiển rèm và cửa tự động
Điều khiển điều hòa nhiệt độ thông minh
Điều khiển bằng Iphone, Ipad
Hệ thống an ninh, cảnh báo chống đột nhập
Hệ thống cảnh báo cháy, báo rò gas
Hệ thống camera giám sát
Hệ thống chuông cửa có hình
Hệ thống âm thanh đa vùng
Các thành phần trong xây dựng mô hình nhà thông minh
Esp8266 là một SOC wifi được phát triển bởi công ty Espressif Systems của Trung Quốc, nổi bật với kích thước nhỏ gọn và giá thành rẻ Thiết bị này tích hợp đầy đủ các tính năng internet và có sẵn một lõi vi xử lý, cho phép lập trình trực tiếp mà không cần sử dụng thêm vi xử lý khác.
32-bit RISC CPU: Tensilica LX106 hoạt động với 80MHz
64 Kb instruction RAM, 96 Kb data RAM
WiFi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2
Hỗ trợ SPI, I2C, I2S, UART, ADC
Chuẩn điện áp hoạt động: 3.3V DC
Dải nhiệt độ hoạt động: -40 o C - 125 o C
Hình 1 6 Sơ đồ chân của nodeMCU ESP8266 v12E
Wi-Fi, viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11, là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, tương tự như điện thoại di động, truyền hình và radio Hệ thống này đã được triển khai tại nhiều địa điểm công cộng như sân bay, quán café, thư viện và khách sạn, cho phép người dùng truy cập Internet mà không cần cáp nối Ngoài các điểm kết nối công cộng, Wi-Fi cũng có thể được thiết lập tại nhà riêng, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.
Sự tiện lợi của việc truy xuất tài nguyên mạng từ bất kỳ đâu trong khu vực triển khai, như nhà hay văn phòng, ngày càng trở nên quan trọng Với sự gia tăng người dùng laptop và smartphone, khả năng kết nối linh hoạt này mang lại trải nghiệm sử dụng thuận tiện và hiệu quả cho người dùng.
Khả năng di động: người dùng có thể duy trì kết nối mạng trong một phạm vi nhất định khi họ di chuyển từ nơi này sang nơi khác.
Việc triển khai mạng không dây rất đơn giản, chỉ cần một access point để thiết lập ban đầu So với mạng có dây, mạng không dây giúp tiết kiệm chi phí và giảm bớt những khó khăn trong quá trình lắp đặt.
Khả năng mở rộng: có thể đáp ứng tức thì khi gia tăng số lượng người dùng Với hệ thống mạng cáp phải gắn thêm cáp.
Phạm vi của một mạng không dây thông thường chỉ phù hợp cho các không gian nhỏ như căn nhà, trong khi đó, với các tòa nhà lớn, mạng này không đủ khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng.
Độ tin cậy của hệ thống truyền thông sử dụng sóng vô tuyến có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu và giảm tín hiệu do tác động từ các thiết bị khác.
Tốc độ: tốc độ của mạng không dây (1-125Mbs) là nhỏ hơn rất nhiều so với mạng sử dụng cáp (100Mpbs đến hàng Gpbs).
Các chuẩn wifi thông dụng
Wifi được phát triển bởi tổ chức IEEE, nơi đã tạo ra các chuẩn kỹ thuật cho mạng không dây, được gọi là IEEE 802.11 Chuẩn này bao gồm nhiều phiên bản nhỏ như a, b, g, n, và ac, thường được mô tả chi tiết trong cấu hình của các thiết bị di động.
Chuẩn 802.11ac Ứng dụng của wifi
Khả năng truy cập mạng internet không dây không chỉ là tiện ích duy nhất của wifi mà nó còn có các ứng dụng khác như:
Điều khiển các thiết bị từ xa
Chia sẻ dữ liệu trên các máy tính
Đồng bộ hóa dữ liệu
Ứng dụng phát triển cho các ngành kỹ thuật…
1.4.3 Giao thức truyền thông HTTP
Giao thức HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) là một giao thức chuẩn quan trọng trên Internet, thuộc tầng ứng dụng, được sử dụng để truyền tải tài liệu đa phương tiện như HTML HTTP được thiết kế chủ yếu để tạo ra sự giao tiếp giữa trình duyệt web và máy chủ web, nhưng cũng có nhiều ứng dụng khác trong việc truyền tải thông tin.
HTTP hoạt động theo mô hình client-server truyền thống, trong đó client thiết lập kết nối để gửi yêu cầu và chờ nhận phản hồi Là một giao thức không lưu trạng thái, HTTP không lưu giữ thông tin giữa các yêu cầu, điều này có nghĩa là máy chủ không ghi nhớ dữ liệu từ các phiên làm việc trước Thông thường, HTTP dựa trên lớp TCP/IP và có thể hoạt động trên bất kỳ giao thức vận chuyển đáng tin cậy nào, bao gồm cả giao thức không bị mất dữ liệu như UDP.
Hình 1 9 Mô hình Client – Server của giao thức HTTP
Trong giao thức HTTP có hai loại kết nối:
Kết nối TCP không bền vững cho phép chỉ một yêu cầu từ client được gửi đi và nhận một phản hồi từ server trước khi kết nối bị đóng.
Kết nối bền vững cho phép server duy trì kết nối TCP để gửi nhiều đối tượng, giúp nhiều yêu cầu từ client được gửi đến server qua cùng một kết nối Thông thường, kết nối TCP này sẽ được đóng lại sau một khoảng thời gian nhất định.
Biểu đồ thời gian kết nối HTTP không bền vững minh họa các bước tương tác giữa HTTP client như FireFox, Chrome và HTTP server, ví dụ như www.google.com.
Trong kết nối HTTP không bền vững, cần một RTT để khởi tạo kết nối TCP, cùng với một RTT khác cho yêu cầu HTTP và byte đầu tiên của phản hồi HTTP.
Tổng thời gian truyền tập tin = 2 * RTT + thời gian truyền
Thời gian đáp ứng RTT (Round Trip Time) là khoảng thời gian cần thiết để một gói tin được gửi từ client đến server và quay trở lại RTT bao gồm các yếu tố như độ trễ truyền gói, thời gian chờ trong hàng đợi, cũng như độ trễ phát sinh từ các bộ định tuyến và chuyển mạch trong quá trình xử lý gói tin.
Firebase là dịch vụ cơ sở dữ liệu thời gian thực trên nền tảng đám mây của Google, giúp lập trình viên phát triển ứng dụng nhanh chóng bằng cách đơn giản hóa thao tác với cơ sở dữ liệu Với Firebase, bạn có thể dễ dàng tạo ứng dụng chat tương tự như Yahoo Messenger hay Facebook Messenger chỉ trong một ngày hoặc thậm chí vài giờ, vì Firebase đã xử lý phần server và database Nền tảng này kết hợp sức mạnh của cloud và hệ thống máy chủ của Google, cung cấp API đơn giản, mạnh mẽ và đa nền tảng cho việc quản lý và sử dụng cơ sở dữ liệu.
- Realtime Database – Cơ sở dữ liệu thời gian thực
- Firebase Authentication – Hệ thống xác thực của Firebase
1.4.4.3 Ưu điểm của việc sử dụng Google Firebase
- Triển khai ứng dụng cực nhanh
- Tính linh hoạt và khả năng mở rộng
Kết luận chương
Trong chương này, chúng tôi đã giới thiệu khái niệm và các vấn đề cơ bản liên quan đến hệ thống Internet of Things (IoT) và mô hình nhà thông minh Bên cạnh đó, chúng tôi cũng đề xuất một số giải pháp và cơ sở lý thuyết cần thiết để xây dựng hệ thống IoT cho SmartHome.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Tổng quan hệ thống
Hình 2 1 Sơ đồ tổng quan hệ thống Cách thức hoạt động của hệ thống:
Cấu hình Module (Trong trường hợp thêm module mới hoặc thay đổi tên hay mật khẩu kết nối wifi):
- Bước 1: Module tự động chuyển sang chế độ phát sóng wifi.
- Bước 2: Thiết bị Android kết nối vào sóng wifi của module cần cấu hình.
- Bước 3: Khi đã kết nối thành công, thiết bị Android gửi thông tin về tên và tài khoản mạng wifi đang kết nối internet đến module.
- Bước 4: Sau khi module nhận được thông tin về tài khoản và mật khẩu của mạng wifi thì module lưu thông tin lại.
- Bước 5: Module chuyển sang chế độ client truy cập vào mạng wifi đã lưu thông tin.
Nếu kết nối thành công thì chuyển sang bước 6.
Nếu kết nối không thành công thì quay lại bước 1.
- Bước 6: Module gửi dữ liệu cảm biến và trạng thái các thiết bị mà module đang điều khiển đến server NodeJS.
- Bước 7: Server NodeJS xử lý thông tin và lưu thông tin về module lên Firebase Điều khiển thiết bị:
- Bước 1: Thiết bị Android gửi lệnh điều khiển module đến server NodeJS.
- Bước 2: Server nhận lệnh điều khiển xử lý các thông tin rồi gửi đến module tương ứng.
- Bước 3: Các module nhận lệnh điều khiển và thực thi, sau đó module trả kết quả về cho server NodeJS.
- Bước 4: Server NodeJS trả kết quả về thiết bị Android thông báo cho người dùng.
Khi người dùng điều khiển thiết bị thành công, thiết bị Android sẽ gửi trạng thái của nó lên Firebase, từ đó cập nhật thông tin trạng thái cho tất cả người dùng khác.
Nếu điều khiển không thành công Hiển thị lỗi gặp phải để khắc phục.
Nhận dữ liệu cảm biến (Khi có sự thay đổi về giá trị cảm biến)
- Bước 1: Module gửi dữ liệu giá trị cảm biến lên server NodeJS.
- Bước 2: Server nhận được dữ liệu sau đó gửi lên Firebase.
- Bước 3: Firebase cập nhật dữ liệu gửi thông tin đến tất cả thiết bị có quyền điều khiển module này.
Sơ đồ khối và chức năng
Hình 2 2 Sơ đồ khối hệ thống
Mạch nguyên lý toàn hệ thống:
Hình 2 3 Sơ đồ mạch nguyên lý toàn hệ thống
Sử dụng nguồn điện dân dụng 220V AC, 50-60Hz vừa làm đầu vào vừa điện áp đầu ra để điều khiển thiết bị.
Sử dụng Module nguồn Hi-Link có Input: 220V AC, 50-60Hz, Output 5V DC/3W.
IC nguồn AMS1117 để tạo ra điện áp 3.3V.
- Chức năng: Cấp nguồn cho toàn bộ module, linh kiện trên mạch.
Khối xử lý trung tâm:
Hình 2 6 Khối xử lý trung tâm
- Thiết kế: Sử dụng vi điều khiển ESP8266 V12E trên kit Node MCU.
- Vi điều khiển được hàn cố định trên đế PCB có tích hợp IC nguồn AMS1117 tạo ra điện áp 3.3V(Xem trong hình).
- Chức năng: Xử lý toàn bộ tính năng của hệ thống.
Hình 2 8 Mạch bắt điểm không
Sử dụng nguồn điện 220V AC làm đầu vào, qua khối diode cầu để chuyển đổi thành điện áp 1 chiều Để bảo vệ mạch, thêm một khối Opto PC817, giúp tín hiệu qua khối Opto được đưa vào ESP8266 để tính toán và xác định điểm 0.
Chức năng của thiết bị là xác định điểm 0 trong tín hiệu xoay chiều 220V, từ đó điều chỉnh góc mở của Triac, giúp thay đổi công suất và điện áp ra trung bình của thiết bị.
- Thiết kế: Sử dụng cảm biển nhiệt độ và độ ẩm DHT11
Điện áp hoạt động: 3-5.5V DC
Dòng điện sử dụng: max 2.5mA
Hình 2 11 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11
- Chức năng: Đo nhiệt độ, độ ẩm và truyền tín hiệu về khối xử lý trung tâm.
Bài viết trình bày về thiết kế sử dụng hai con Triac MOC3021 và BTA16, tạo thành bộ ghép quang-triac cho phép dẫn dòng điện dân dụng mà không gây tiếng ồn khi đóng-cắt Thiết kế này có khả năng cho dòng điện công suất cao đi qua mà không lo ngại về hiện tượng hồ quang điện như ở các module Rơ-le.
Hình 2 13 Triac MOC3021(Trái) và BTA16(Phải)
- Chức năng: Bật tắt các thiết bị xoay chiều
- Khối thu phát hồng ngoại:
Hình 2 14 Khối thu phát hồng ngoại
Sử dụng LED thu hồng ngoại IR 1838 giúp thu nhận sóng hồng ngoại từ remote hoặc điện thoại tích hợp sóng hồng ngoại, trong khi LED phát hồng ngoại cho phép phát tín hiệu để điều khiển thiết bị.
Hình 2 15 LED thu hồng ngoại IR 1838(trái) và LED phát hồng ngoại(phải)
Chức năng của thiết bị này là nhận lệnh qua sóng hồng ngoại để điều khiển trực tiếp trên mạch, hoặc phát ra sóng hồng ngoại nhằm điều khiển các thiết bị như điều hòa và ti vi.
- Thiết kế: Sử dụng 3 LED để hiển thị, 1 Button để thiết lập.
Chức năng của thiết bị bao gồm hiển thị trạng thái qua đèn LED, cho phép người dùng bật tắt thiết bị một cách thủ công, và cung cấp cảnh báo về nhiệt độ và độ ẩm khi vượt quá ngưỡng cho phép.
- Thiết kế: Sử dụng 2 chân TX và RX của ESP8266
- Chức năng: Nạp code cho ESP8266 qua chuẩn giao tiếp UART
Mạch in và sản phẩm thực tế
Hình 2 18 Mạch in lớp Top và Bottom
2.2.2 Hình ảnh sản phầm hoàn thiện
Hình 2 21 Hình ảnh sản phẩm
Thiết kế App điều khiển
Android Studio là phần mềm phát triển ứng dụng cho hệ điều hành Android, bao gồm các công cụ như code editor, debugger, và performance tools Nó hỗ trợ lập trình viên trong việc xây dựng ứng dụng từ đơn giản đến phức tạp, với tính năng giả lập môi trường thiết bị Để cài đặt Android Studio, người dùng cần cài đặt Java SDK từ trang web của Oracle.
Để tạo một dự án trong Android Studio, bạn cần thao tác với các tệp như AndroidManifest.xml, các tệp trong thư mục java và thư mục res Tệp AndroidManifest.xml là tệp khai báo thông tin thiết yếu về ứng dụng với hệ thống Android, cung cấp thông tin cần thiết để hệ thống có thể chạy mã của ứng dụng Nói cách khác, đây là tệp cấu hình các thuộc tính cho ứng dụng của bạn, giúp hệ điều hành hiểu và xử lý khi ứng dụng khởi chạy.
Trong thư mục "java" của dự án, bạn sẽ tìm thấy các package, nơi có thể tạo ra các package mới và chứa các lớp (class) Các lớp này được viết bằng ngôn ngữ Java Core, đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển ứng dụng Android.
Hình 2 24 Các Class trong Android Studio Các file trong thư mục “res”: Là các file thiết kế phần giao diện trong Android Studio.
Hình 2 25 Thiết kế giao diện trong Android Studio
2.3.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu Để xây dựng hệ thống, chúng ta cần nắm rõ những thông tin mà hệ thống cần để quản lý Dưới đây là những thông tin cần có:
Username (Tài khoản): Mỗi người dùng truy cập vào hệ thống cần đăng ký một tên tài khoản để sử dụng hệ thống.
Password (Mật khẩu): Mật khẩu đăng nhập của người dùng.
Gender (Giới tính): Thông tin giới tính của người dùng.
Name(Tên người dùng): Tên thật của người dùng.
UrlImage(Ảnh đại diện): Đường link ảnh đại diện của người dùng.
Mobile(Số điện thoại): Số điện thoại của người dùng.
DateOfBirth(Ngày sinh): Ngày, tháng, năm sinh của người dùng.
Mỗi tòa nhà khi lắp đặt hệ thống sẽ được cấp một mã IDHome duy nhất Tất cả các thành viên trong gia đình muốn sử dụng hệ thống cần phải biết mã này để đảm bảo quyền truy cập.
Mỗi tòa nhà có nhiều phòng khác nhau, và các phòng này được phân biệt bằng mã phòng Mã phòng được thiết lập bởi người xây dựng hệ thống để dễ dàng quản lý và nhận diện các không gian trong tòa nhà.
NameRoom(Tên của phòng): Mỗi phòng người dùng sẽ đặt bằng một tên khác nhau để phân biệt.
UrlImage(Ảnh đại diện): Đường link ảnh đại diện của phòng.
Humidity(Độ ẩm): Thông tin về độ ẩm của phòng.
Temperature(Nhiệt độ): Thông tin về nhiệt độ của phòng.
espIpAdress(Địa chỉ ip): Địa chỉ IP của esp đang điều khiển trong phòng.
IdDevice(Mã thiết bị): Mỗi thiết bị có một mã riêng để phân biệt Mã này do người xây dựng hệ thống đặt.
NameDevice(Tên thiết bị): Tên của mỗi thiết bị do người sử dụng đặt để thuận tiện điều khiển.
TypeDevice(Loại thiết bị): Loại của thiết bị điều khiển, điều khiển công suất hay điều khiển hồng ngoại.
UrlImage(Ảnh đại diện): Đường link ảnh đại diện của thiết bị.
StatusDevice(Trạng thái thiết bị): Trạng thái hiện tại của thiết bị là bật hoặc tắt.
LevelDevice(Cấp độ thiết bị): Cấp độ hiện tại của thiết bị Ví dụ trạng thái hiện tại của quạt đang ở số ba.
2.3.3 Phân tích thiết kế hệ thống
Yêu cầu của hệ thống
- Việc đăng nhập và điều khiển thiết bị phải dễ dàng, nhanh chóng.
- Đưa ra các thông tin của thiết bị phải chính xác và đầy đủ.
- Việc thao tác trên thiết bị phải đơn giản và dễ sử dụng cho người dùng.
- Đảm bảo chỉ những người được quyền điều khiển thiết bị mới có thể điều khiển được các thiết bị qua hệ thống.
Hệ thống Đăng ký là bước đầu tiên khi người dùng cài đặt ứng dụng Để đăng ký, người dùng cần có mã ID của ngôi nhà, tạo tài khoản với mật khẩu tối thiểu sáu ký tự và tên tài khoản chưa được sử dụng.
Sau khi hoàn tất việc đăng ký, người dùng có thể dễ dàng đăng nhập vào hệ thống bằng cách nhập tài khoản và mật khẩu đã tạo Nếu sử dụng thiết bị cá nhân, họ có tùy chọn lưu thông tin đăng nhập để không cần nhập lại trong lần truy cập sau.
Nếu người dùng quên mật khẩu, họ có thể khôi phục mật khẩu bằng cách cung cấp thông tin tài khoản và ID của tòa nhà mà tài khoản đã được đăng ký.
Hiển thị và thay đổi thông tin
Người dùng có thể xem thông tin của mình, và thay đổi thông tin cho phù hợp.
Cấu hình cho phần cứng
Khi thay đổi mạng Wi-Fi, người dùng cần cung cấp thông tin tài khoản và mật khẩu (nếu có) của mạng mới để cấu hình lại thiết bị phần cứng đang kết nối.
Khi người dùng cần thay đổi mật khẩu đăng nhập.
Để đảm bảo chỉ những người có quyền truy cập mới có thể điều khiển thiết bị trong từng phòng, các tài khoản cần thêm phòng bằng cách quét mã QR đi kèm với phần cứng khi lắp đặt thiết bị.
Hiển thị thông tin thiết bị
Hiển thị thông tin về nhiệt độ, độ ẩm hiện tại và trạng thái của tất cả các thiết bị trong từng phòng mà người dùng có quyền điều khiển Người dùng có thể dễ dàng quản lý và điều khiển tất cả các thiết bị trong các phòng mà họ được phép truy cập.
2.3.4 Hình ảnh của App trên hệ điều hành Android Để sử dụng được App trong việc bật tắt, người dùng cần tiến hành đăng ký tài khoản, sau khi đăng ký tài khoản, có thể tiến hành đăng nhập sử dụng App.
Để bắt đầu, người dùng cần tạo tài khoản và đăng nhập vào hệ thống Nếu quên mật khẩu, người dùng có thể dễ dàng lấy lại Sau khi đăng nhập thành công, người dùng có khả năng thiết lập các tùy chọn để điều khiển bật tắt thiết bị trong các phòng.
Hình 2 27 Lựa chọn phòng để bật tắt thiết bị tại phòng C9 306Sau khi lựa chọn phòng, tiến hành kết nối với thiết bị qua Wifi trong phòng.
Hình 2 28 Thiết lập kết nối giữa hệ thống phần cứng và App trên Android
Có thể theo dõi trạng thái của phòng và các thiết bị qua giao diện của App
Trong giao diện điều khiển thiết bị, các sản phẩm tích hợp hồng ngoại như ti vi và điều hòa có nút bật tắt riêng biệt Đối với các thiết bị khác như đèn và quạt, người dùng có thể dễ dàng bật tắt và điều chỉnh công suất với 5 mức: 0%, 25%, 50%, 75% và 100%.
Hình 2 30 Giao diện điều khiển thiết bị
Kiểm thử phần mạch và đánh giá
Sản phẩm được cung cấp nguồn liên tục trong 3 ngày, trong đó kết quả được kiểm tra tại 2 thời điểm khác nhau Mỗi thiết bị được bật tắt 2 lần với các mức công suất khác nhau: 0 tương ứng với việc tắt thiết bị, 1 là bật 25% công suất, 2 là bật 50% công suất, 3 là bật 75% công suất và 4 là bật 100% công suất.
Thời gian kiểm nghiệm từ 17h00 ngày 31/ 05/ 2018 đến 18h00 ngày 03/ 06/ 2018.
Bảng kết quả khi test sản phẩm.
Bảng 2 1 Test lần 1 lúc 18h00 ngày 31/ 05/ 2018
Bảng 2 2 Test lần 2 lúc 8h00 ngày 01/ 06/ 2018
Bảng 2 3 Test lần 3 lúc 18h00 ngày 01/ 06/ 2018
Bảng 2 4 Test lần 4 lúc 8h00 ngày 02/ 06/ 2018
Bảng 2 5 Test lần 5 lúc 18h00 ngày 02/ 06/ 2018
Bảng 2 6 Test lần 6 lúc 8h00 ngày 02/ 06/ 2018
Sản phẩm chạy ổn định, chính xác
Kết luận chương
Trong chương này, chúng tôi đã chọn giải pháp và thiết kế hệ thống điều khiển giám sát thiết bị cùng các tham số môi trường trong nhà Sau quá trình nghiên cứu và kiểm thử, chúng tôi đã phát triển sản phẩm và ứng dụng điều khiển cuối cùng, với kết quả kiểm tra thực nghiệm đạt hiệu quả cao.
Sản phẩm chạy ổn định, chính xác Đáp ứng được yêu cầu đã đặt ra ban đầu.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệp, nhóm chúng em đã thu nhận được nhiều kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn quý giá Chúng em đã hoàn thành đề tài nghiên cứu với chức năng điều khiển thiết bị từ xa thông qua điện thoại kết hợp với phần mềm.
Sản phẩm chạy ổn định, linh kiện không bị nóng nếu chạy lâu
Có thể điều khiển công suất được 2 thiết bị, có thể điều khiển thiết bị qua việc thu phát hồng ngoại.
Thiết kế phần App có giao diện thân thiện với người dùng, dễ sử dụng dễ mở rộng khi kết nối với thiết bị khác
Trong thời gian tới, các thành phần của hệ thống được hoàn thiện về chức năng và được tối ưu để đáp ứng với nhu cầu thực tế.
Cải thiện chức năng của phần cứng, cho phép mở rộng thêm với các loại cảm biến khác như cảm biến ánh sáng, cảm biến chuyển động
Cho phép ghép nối mạch hiện tại với các module mạch khác.
Cải thiện thêm phần App, thêm một số tính năng mới như vẽ biểu đồ tham số môi trường, lịch sử bật tắt điều khiển thiết bị