ĐỒ án tốt NGHIỆP ỨNG DỤNG CỦA IoT TRONG XÂY DỰNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH

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.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ~~~~~  ~~~~~ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: ỨNG DỤNG CỦA IoT TRONG XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH Sinh viên thực hiện: Giảng viên hướng dẫn: Hà Nội LỜI NÓI ĐẦU Từ xưa đến nay, nhân loại không ngừng học hỏi, tìm tịi nghiên cứu để tạo sản phẩm nhằm phục vụ cho sinh hoạt ngày, sản phẩm phát triển theo hướng tự động hóa ngày thơng minh để phục vụ nhu cầu ngày cao người Với xu hướng này, nhiều nước ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 giới ứng dụng khoa học kĩ thuật thiết bị nhà điều khiển cách tự động Với đời hệ thống IoT mà thiết bị kết nối với giúp cho người xây dựng nhà thông minh điều khiển cách dễ dàng thơng qua sản phẩm thông minh Hiện Việt Nam, có nhiều tập đồn, cơng ty nghiên cứu lĩnh vực này, hướng chủ đạo năm tới Với mong muốn học tập, nghiên cứu vận dụng kiến thức học giảng đường Nhóm em lựa chọn đề tài:“Ứng dụng IoT xây dựng mô hình nhà thơng minh ” Trong q trình thực đề tài thực tập này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Vương Hoàng Nam, Viện Điện tử - Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, hướng dẫn tận tình dẫn bước, cung cấp tài liệu nghiên cứu quý báu, hướng nghiên cứu để chúng em thực yêu cầu thực tập Trong trình thực đề tài, dựa theo kết đạt bước đầu, dù cố gắng nhiên khơng tránh khỏi thiếu sót hạn chế định Vì vậy, bọn em mong nhận góp ý, bổ sung thầy để đề tài tối ưu hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 TĨM TẮT ĐỒ ÁN Nội dung đề tài trình bày vấn đề liên quan đến IoT, mơ hình nhà thơng minh SmartHome, ứng dụng IoT việc xây dựng mơ hình nhà thông minh thực tế Cụ thể: Chương 1: Giới thiệu phần lý thuyết, vấn đề liên quan đến IoT, khái niệm nhà thông minh, số mô hình nhà thơng minh, thành phần để xây dựng mơ hình nhà thơng minh Chương 2: Trình bày bước trình thiết kế, xây dựng mơ hình nhà thơng minh Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 ABSTRACT The main content of diploma project is to present IoT related issues It's SmartHome model, IoT's application in building a real Smart Home The issues are presented in two chapters Chapter 1: Introduction IOT theory, IoT related issues,the concept of smart homes, some smart home models, components to be able to build a smart home model Chapter 2: Describe the steps in the design process, building a smart home model Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC Thời gian 29/1- 5/2 6/2- 6/3 6/3- 31/3 1/4- 30/4 1/5- 31/5 Sinh viên thực Công việc Nhận đề tài: Ứng dụng IoT xây dựng mơ hình nhà thơng minh Tìm hiểu đề tài đưa số giải pháp để thực đề tài Triển khai phần cứng, test tính ESP8266, nghiên cứu mạch bắt điểm để điều khiển cơng suất Tìm kiếm giải pháp triển khai Server, để lưu trữ, xử lý liệu Hồn thiện mạch điều khiển cơng suất, tiến hành nghiên cứu phần hồng ngoại Xây dựng Server Nodejs, xây dựng App hệ điều hành Android Hoàn thiện thiết kế mạch, đặt mạch in, kiểm thử tính Hồn thiện Server, hồn thiện App Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 MỤC LỤC Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 DANH SÁCH HÌNH VẼ Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Kí hiệu IP IoT API I/O USB IDE API MCU PC IEEE TCP/IP UART SPI ADC WPA Wi-Fi IoT SOC HTTP UDP Thuật ngữ đầy đủ Internet Protocol Internet of Things Application Progmraming Interface Input/Output Universal Serial Bus Intergrated Development Environment Application Progmraming Interface Micro Controller Unit Personal Computer Institute of Electrical and Electronics Engineers Transport Control Protocol/Internet Protocol Universal Asynchronous Receiver/Transmitter Serial Peripheral Bus Analog-to-digital converter WiFi Protected Access Wireless Fidelity Internet of Things System On Chip Hyper Text Transfer Protocol User Datagram Protocol Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Hiện không giới mà Việt Nam bùng nổ công nghệ thông tin làm cho đời sống người ngày nâng cao Các thiết bị tự động hóa ngày chiếm vai trị quan trọng sản xuất chí vào sống sinh hoạt ngày người Do ngơi nhà thơng minh khơng cịn mơ ước người mà trở thành thực hóa Qua báo chí, phương tiện truyền thơng, Internet dễ dàng tìm thấy mơ hình nhà thơng minh Nhà thơng minh xây dựng tảng công nghệ IoT, với giá thành đầu tư cho hệ thống không đắt, phù hợp với tình hình thực tế Việt Nam, chưa phát triển mạnh mẽ song hứa hẹn nhiều kết tốt tương lai Đồng thời, việc tập trung vào nghiên cứu kĩ thuật đo đạc truyền liệu công nghệ không dây WiFi Là sinh viên viện Điện tử viễn thông, với kiến thức học với mong muốn thiết kế ngơi nhà tự động hóa đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ngày, giúp tiết kiệm lượng, với hướng dẫn TS Vương Hoàng Nam em chọn đề tài: “Ứng dụng IoT xây dựng mơ hình nhà thơng minh " làm đồ án tốt nghiệp 1.2 Mục đích nghiên cứu Đề tài nghiên cứu, khảo sát thực với mục đích áp dụng kiến thức học ghế nhà trường để xây dựng, phát triển mơ hình nhà thơng minh Sau thực hiện, đề tài đặt chức sau: • Tìm hiểu, xây dựng hệ thống tồn diện có tính ứng dụng thực tiễn, • Xây dựng sở liệu đáp ứng đủ tiêu chí đặt với hệ thống, đa tảng, có tính kế thừa cao • Phần cứng dễ dàng triển khai, giảm thiểu chi phí phát sinh 1.3 Phương pháp nghiên cứu Trong đề tài này, nhóm sử dụng phương pháp nghiên cứu: • Phương pháp tham khảo tài liệu: cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí điện tử, viễn thơng, truy cập từ mạng internet Page 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 Hình 23 File AndroidMandifest.xml Các file thư mục “java”: Đây nơi chứa package dự án, tạo package bên class Các Class viết ngôn ngữ Java Cores Hình 24 Các Class Android Studio Các file thư mục “res”: Là file thiết kế phần giao diện Android Studio Hình 25 Thiết kế giao diện Android Studio Page 49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 2.3.2 Xây dựng sở liệu Để xây dựng hệ thống, cần nắm rõ thông tin mà hệ thống cần để quản lý Dưới thơng tin cần có: Thơng tin người dùng • Username (Tài khoản): Mỗi người dùng truy cập vào hệ thống cần đăng • • • • • • • ký tên tài khoản để sử dụng hệ thống Password (Mật khẩu): Mật đăng nhập người dùng Gender (Giới tính): Thơng tin giới tính người dùng Name(Tên người dùng): Tên thật người dùng UrlImage(Ảnh đại diện): Đường link ảnh đại diện người dùng Mobile(Số điện thoại): Số điện thoại người dùng DateOfBirth(Ngày sinh): Ngày, tháng, năm sinh người dùng IdHome(Mã nhà): Mỗi tòa nhà lắp đặt hệ thống cung cấp mật mã Tất thành viên nhà muốn sử dụng hệ thống cần biết mã Thơng tin tịa nhà • NameESP(Mã phịng): Trong tịa nhà có nhiều phịng Các phịng phần biệt với mã phòng Mã người xây dựng hệ thống đặt • NameRoom(Tên phịng): Mỗi phịng người dùng đặt tên khác để phân biệt • UrlImage(Ảnh đại diện): Đường link ảnh đại diện phịng Thơng tin phịng • Humidity(Độ ẩm): Thơng tin độ ẩm phịng • Temperature(Nhiệt độ): Thơng tin nhiệt độ phịng • espIpAdress(Địa ip): Địa IP esp điều khiển phịng Thơng tin thiết bị • IdDevice(Mã thiết bị): Mỗi thiết bị có mã riêng để phân biệt Mã người xây dựng hệ thống đặt • NameDevice(Tên thiết bị): Tên thiết bị người sử dụng đặt để thuận tiện điều khiển • TypeDevice(Loại thiết bị): Loại thiết bị điều khiển, điều khiển công suất hay điều khiển hồng ngoại • UrlImage(Ảnh đại diện): Đường link ảnh đại diện thiết bị Page 50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 • StatusDevice(Trạng thái thiết bị): Trạng thái thiết bị bật tắt • LevelDevice(Cấp độ thiết bị): Cấp độ thiết bị Ví dụ trạng thái quạt số ba 2.3.3 Phân tích thiết kế hệ thống Yêu cầu hệ thống - Việc đăng nhập điều khiển thiết bị phải dễ dàng, nhanh chóng Đưa thơng tin thiết bị phải xác đầy đủ Việc thao tác thiết bị phải đơn giản dễ sử dụng cho người dùng Đảm bảo người quyền điều khiển thiết bị điều khiển thiết bị qua hệ thống Các chức hệ thống Đăng ký Đây bước người dùng phải làm cài đặt ứng dụng Để đăng ký người dùng phải cấp mã ID nhà, tạo tài khoản, mật sáu ký tự, tên tài khoản chưa sử dụng Đăng nhập Sau người dùng đăng ký thành cơng, họ đăng nhập vào hệ thống để điều khiển Để đăng nhập, người sử dụng phải nhập tài khoản, mật mà họ tạo trước Nếu đăng nhập thiết bị cá nhân họ lưu thơng tin đăng nhập lại cho lần sau nhập lại Lấy lại mật Trong trường hợp người dùng quên mật khẩu, họ lấy lại mật nhập thơng tin tài khoản ID tịa nhà mà tài khoản họ đăng ký Hiển thị thay đổi thơng tin Người dùng xem thơng tin mình, thay đổi thơng tin cho phù hợp Cấu hình cho phần cứng Khi thay đổi mạng wifi mà phần cứng kết nối, người dùng phải gửi thông tin tài khoản wifi password(nếu có) mạng wifi đến phần cứng để cấu hình lại thiết bị Thay đổi mật Khi người dùng cần thay đổi mật đăng nhập Page 51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 Thêm phòng để điểu khiển Để đảm bảo có người có quyền điều khiển thiết bị phòng Các tài khoản muốn điều khiển thiết bị phịng phải thêm phịng cách qt mã QR(Quick Response) Mã kèm theo phần cứng lắp đặt thiết bị Hiển thị thông tin thiết bị Hiển thị thông tin nhiệt độ độ ẩm tại, trạng thái tất thiết bị phòng mà người dùng quyền điều khiển Điều khiển thiết bị Điều khiển tất thiết bị phòng mà người dùng quyền điều khiển 2.3.4 Hình ảnh App hệ điều hành Android Để sử dụng App việc bật tắt, người dùng cần tiến hành đăng ký tài khoản, sau đăng ký tài khoản, tiến hành đăng nhập sử dụng App Hình 26 Tạo tài khoản(trái) đăng nhập(phải) Ngồi cịn lấy lại mật người dùng quên tài khoản Page 52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 Sau đăng nhập, người dùng thiết lập lựa chọn tiến hành điều khiển bật tắt thiết bị phòng Hình 27 Lựa chọn phịng để bật tắt thiết bị phòng C9 306 Sau lựa chọn phòng, tiến hành kết nối với thiết bị qua Wifi phịng Page 53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 Hình 28 Thiết lập kết nối hệ thống phần cứng App Android Có thể theo dõi trạng thái phòng thiết bị qua giao diện App Page 54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 Hình 29 Tình trạng thiết bị tham số phòng Giao diện điều khiển thiết bị, với sản phẩm có tích hợp hồng ngoại ti vi, điều hịa có giao diện bật tắt riêng, thiết bị đèn, quạt tiến hành bật tắt, điều khiển công suất(5 mức: 0%, 25%, 50%, 75%, 100%) Page 55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 Hình 30 Giao diện điều khiển thiết bị 2.4 Kiểm thử phần mạch đánh giá 2.4.1 Kiểm thử Cho sản phẩm cấp nguồn liên tục ngày, kiểm tra kết thời điểm khác với thiết bị lần bật tắt, có mức bật tắt, ứng với việc tắt thiết bị, bật 25% công suất, bật 50% công suất, bật 75% công suất, bật 100% công suất Thời gian kiểm nghiệm từ 17h00 ngày 31/ 05/ 2018 đến 18h00 ngày 03/ 06/ 2018 Bảng kết test sản phẩm Bảng Test lần lúc 18h00 ngày 31/ 05/ 2018 Lần 1(LT) Trạng thái thiết bị Lần 2(LT) Trạng thái thiết bị Nhiệt độ (oC) Thiết bị 0,1,2,3,4 Thiết bị 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 28 Page 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 Độ ẩm (%) 55 Bảng 2 Test lần lúc 8h00 ngày 01/ 06/ 2018 Lần 1(LT) Trạng thái thiết bị Lần 2(LT) Trạng thái thiết bị Nhiệt độ (oC) Độ ẩm (%) Thiết bị 0,1,2,3,4 Thiết bị 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 28 54 Bảng Test lần lúc 18h00 ngày 01/ 06/ 2018 Lần 1(LT) Trạng thái thiết bị Lần 2(LT) Trạng thái thiết bị Nhiệt độ (oC) Độ ẩm (%) Thiết bị 0,1,2,3,4 Thiết bị 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 28 56 Bảng Test lần lúc 8h00 ngày 02/ 06/ 2018 Lần 1(LT) Trạng thái thiết bị Lần 2(LT) Trạng thái thiết bị Nhiệt độ (oC) Độ ẩm (%) Thiết bị 0,1,2,3,4 Thiết bị 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 28 54 Bảng Test lần lúc 18h00 ngày 02/ 06/ 2018 Lần 1(LT) Trạng thái thiết bị Lần 2(LT) Trạng thái thiết bị Nhiệt độ (oC) Độ ẩm (%) Thiết bị 0,1,2,3,4 Thiết bị 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 28 55 Bảng Test lần lúc 8h00 ngày 02/ 06/ 2018 Lần 1(LT) Thiết bị 0,1,2,3,4 Thiết bị 0,1,2,3,4 Trạng thái thiết bị Lần 2(LT) 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 Page 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 Trạng thái thiết bị Nhiệt độ (oC) Độ ẩm (%) 2.4.2 Đánh giá 0,1,2,3,4 0,1,2,3,4 28 57 Sản phẩm chạy ổn định, xác 2.5 Kết luận chương Trong chương này, bọn em tiến hành lựa chọn giải pháp, đưa thiết kế, tiến hành xây dựng hệ thống điều khiển giám sát thiết bị, tham số môi trường nhà Trải qua thời gian nghiên cứu, kiểm thử bọn em đưa sản phẩm app điều khiển cuối Kết kiểm tra thực nghiệm đạt kết cao Sản phẩm chạy ổn định, xác Đáp ứng yêu cầu đặt ban đầu Page 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Qua qua trình tìm hiểu lý thuyết, nghiên cứu, tiến hành thực đề tài đồ án tốt nghiệp, nhóm chúng em tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích, kinh nghiệ thực hành thực tế Nhóm em hồn thành đề tài nghiên cứu với cá chức điều khiển bật tắt thiết bị từ xa điệ thoại kết hợp phần mềm Về mặt phần cứng: Sản phẩm chạy ổn định, linh kiện khơng bị nóng chạy lâu Có thể điều khiển cơng suất thiết bị, điều khiển thiết bị qua việc thu phát hồng ngoại Về mặt phần mềm: Thiết kế phần App có giao diện thân thiện với người dùng, dễ sử dụng dễ mở rộng kết nối với thiết bị khác App chạy ổn định Trong thời gian tới, thành phần hệ thống hoàn thiện chức tối ưu để đáp ứng với nhu cầu thực tế Hướng mở rộng Cải thiện chức phần cứng, cho phép mở rộng thêm với loại cảm biến khác cảm biến ánh sáng, cảm biến chuyển động Cho phép ghép nối mạch với module mạch khác Cải thiện thêm phần App, thêm số tính vẽ biểu đồ tham số môi trường, lịch sử bật tắt điều khiển thiết bị Page 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://vi.wikipedia.org/wiki/Internet_V%E1%BA%A1n_V%E1%BA%ADt truy cập lần cuối ngày 01/06/2018 [2] http://www.monokon.vn/cau-phan-cua-internet-of-things/ truy cập lần cuối ngày 30/05/2018 [3]http://vnreview.vn/tin-tuc-khoa-hoc-congnghe/-/view_content/content/883326/nha-thong-minh-smart-home-la-gi truy cập lần cuối ngày 02/06/2018 [4] http://www.smarthome.com.vn/luxury truy cập lần cuối 30/05/2018 [5]https://tissmarthome.com.vn/6-hang-nha-thong-minh-tot-nhat-tren-thi-truongviet-nam-hien-nay/ truy cập lần cuối ngày 30/05/2018 [6] https://iotmakervn.github.io/iot-starter-book/ truy cập lần cuối 30/05/2018 [7] https://vi.wikipedia.org/wiki/Hypertext_Transfer_Protocol truy cập lần cuối ngày 01/06/2018 [8]https://viblo.asia/p/gioi-thieu-google-firebase-realtime-database-systemphan-1-1Je5EMVm5nL truy cập lần cuối 30/05/2018 [9] https://www.codehub.vn/Express-js-Co-Ban/Deploy-Su-Dung-Heroku truy cập lần cuối 03/06/2018 [10]https://viblo.asia/p/xay-dung-ung-dung-web-voi-nodejs-express-frameworkangularjs-phan-1-naQZRwDqlvx truy cập lần cuối 03/06/2018 [11] https://vi.wikipedia.org/wiki/Android_(h%E1%BB%87_%C4%91i %E1%BB%81u_h%C3%A0nh) truy cập lần cuối 02/06/2018 [12] http://arduino.vn/ truy cập lần cuối 04/06/2018 [13] http://arduino.cc/ truy cập lần cuối 04/06/2018 [14] https://www.tutorialspoint.com/nodejs/index.htm truy cập lần cuối https://www.youtube.com/channel/UCX1g7Ciyjv6pFeX7EhvX4sQ truy 04/06/2018 [15] cập lần cuối 04/06/2018 Page 60 ... IoT, khái niệm nhà thông minh, số mơ hình nhà thơng minh, thành phần để xây dựng mơ hình nhà thơng minh Chương 2: Trình bày bước q trình thiết kế, xây dựng mơ hình nhà thông minh Page ĐỒ ÁN TỐT... cảm ơn! Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Nội dung đề tài trình bày vấn đề liên quan đến IoT, mơ hình nhà thơng minh SmartHome, ứng dụng IoT việc xây dựng mơ hình nhà thơng minh thực tế... Mạch layout Hình 18 Mạch in lớp Top Bottom Page 44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 Hình 19 Mạch in lớp Page 45 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 Hình 20 Mơ hình mạch 3D Page 46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20172 2.2.2 Hình ảnh