Thiết kế hệ thống nhà thông minh

BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ   ĐỒ ÁN MÔN HỌC CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH (SMARTHOME) Giáo.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ   ĐỒ ÁN MÔN HỌC CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH (SMARTHOME) Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Đức Minh Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Việt Nguyễn Minh Văn Hà Nội - Năm 2022 - 2019602391 2019603475 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: ME6052.1 Khóa: 14 Tên nhóm : Nhóm Họ tên thành viên: Nguyễn Đức Việt MSV:2019602391 Lớp: CĐT – K14 Nguyễn Minh Văn MSV: 2019603475 Lớp: CĐT – K14 II Nội dung học tập Tên chủ đề: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhà thông minh (Smarthome) Hoạt động sinh viên - Nội dung 1: Tổng quan hệ thống (L4.2) - Nội dung 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống (L4.2) - Nội dung 3: Tính tốn, thiết kế mơ hình hệ thống (L4.1, L4.3 - Nội dung 4: Viết báo cáo Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch mơ hình sản phẩm III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành đồ án theo thời gian quy định (từ ngày 13/03/2022 đến ngày 20/06/2022) Báo cáo nội dung nghiên cứu theo chủ đề giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: [1]Tài liệu hướng dẫn đồ án môn học Cơ Điện tử, Bộ môn Cơ điện tử [2]Nguyễn Văn Khang, Nguyễn Phong Điền, Cơ điện tử, NXB KH&KT.2 Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính, linh kiện dụng cụ điện tử theo nhu cầu sử dụng KHOA CƠ KHÍ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Anh Tú ThS Nguyễn Đức Minh MƠ TẢ KỸ THUẬT Mơ tả nhiệm vụ cơng nghệ Hệ thống có khả năng: Điều khiển chức nhà thông minh cách tự động qua app blynk Cấu trúc thiết bị Thiết bị Loại sử dụng Cảm biến khí gas MQ2 Cảm biến nhiệt độ , độ ẩm DHT11 Cảm biến thẻ từ RFID RC522 Mạch chuyển đổi xử lí tín Wifi NodeMCU ESP32s hiệu Bộ chuyển đổi nguồn DC XL4005 5A Power Nguổn tổ ong 5V5A Quạt tản nhiệt 4010-5V Hiển thị Trên app blynk Đèn LED Động servo SG90 Relay kênh Đặc tính kỹ thuật Thơng số Giá trị Điện áp hoạt động 5VDC Nhiệt độ hoạt động -4085ºC Tốc độ xử lý 160MHz240MHz Chuẩn kết nối Wifi IEEE 802.11ax Nội dung báo cáo - Bản vẽ T T Tên vẽ Khổ Bản vẽ sơ đồ hệ thống Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống giấy A3 A4 - Báo cáo Chương Tổng quan hệ thống 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các yêu cầu 1.3 Phương pháp, phạm vi giới hạn nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa thực tiễn Chương Xây dựng mơ hình hệ thống 2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 2.2 Phân tích lựa chọn cảm biến 2.3 Phân tích lựa chọn điều khiển 2.4 Thiết kế mạch đo xử lý tín hiệu 2.5.Mơ hình hóa mơ hệ thống (Nếu có) Chương 3: Chế tạo thử nghiệm hệ thống 3.1 Chế tạo phận khí 3.2 Chế tạo phận điện - điện tử Số lượng 1 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển 3.4 Thử nghiệm đánh giá hệ thống Kết Luận LỜI MỞ ĐẦU Xã hội kỷ 21 chứng kiến phát triển vượt bậc công nghệ đánh dấu mở đầu thiết bị thông minh Đúng tên gọi, thiết bị khơng có khả đáp ứng yêu cầu người, mà thế, thiết bị “smart” đời thay người việc kiểm soát điều khiển chức khác cách chuyên nghiệp, dễ dàng hiệu Theo xu hướng phát triển đó, nhóm em định lựa chọn thực nghiên cứu đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ NHÀ THÔNG MINH” Smart home đời khởi đầu táo bạo tư làm chủ công nghệ sống người Một nhà thông minh với khả thấu hiểu tư điều khiển người nhanh chóng trở thành đề tài cơng nghệ có sức hấp dẫn Nhà thông minh hay smart home, home automation kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hóa hồn tồn bán tự động, thay người thực thao tác quản lý, điều khiển Hệ thống điện tử giáo tiếp với chủ nhân nhà thông qua điều khiển qua mạng không dây, điều khiển từ xa dùng máy tính đời Đồ án trình bày giải pháp điều khiển giám sát nhà cách thông minh thông qua Internet Giải pháp đưa khả với chế hoạt động xác mang tính ổn định để tạo bước phát triển hệ thống thông minh ứng dụng vào thực tế Dữ liệu thông số thiết bị nhà thông minh truyền lên website phần mềm giao diện giúp đảm bảo chế an ninh, an toàn tự động Đề tài sản phẩm có tính thực tế cao dựa nhu cầu công nghệ nay, nghiên cứu, chế tạo dựa kiến thức chúng em học, kế thừa phát huy kết cơng trình nghiên cứu trước Em xin chân thành cảm ơn thầy cô mơn Cơ Điện Tử tận tình bảo để nhóm em hồn thành đề tài nghiên cứu Bên cạnh hướng dẫn, góp ý giáo viên hướng dẫn ThS Trần Anh Sơn Tuy nhiên hạn chế kinh nghiệm thực tế thời gian thực nên việc giải đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót Do mong bảo thêm quý thầy cô đóng góp bạn sinh viên Mục lục Danh mục hình ảnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung Ngày nay, đời sống ngày nâng cao, nhu cầu người đòi hỏi tiện nghi hỗ trợ tốt Cùng với mở rộng không ngừng mạng lưới internet khắp vùng quốc gia lãnh thổ làm cho việc giám sát điều khiển hệ thống qua mạng internet trở thành tất yếu Từ yêu cầu điều kiện thực tế , ý tưởng ngơi nhà thơng minh hình thành, nơi mà hoạt động người hỗ trợ giúp đỡ cách linh hoạt, ngồi ngơi nhà cịn tự động quản lí cách thơng minh Vậy, nhà thông minh ? Sự thông minh nhà thể phương diện sau: Thứ nhất, khả tự động hóa Căn nhà trang bị hệ thống cảm biến như: cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến khí gas, cảm biến báo cháy, cảm biến vật cản, cảm biến ánh sáng… với khả tự động hoạt động theo điều kiện môi trường Nhà thông minh giúp giám sát mức tiêu thụ điện, nước tốt so với thông thường Thứ hai, khả thỏa mãn nhu cầu người sử dụng Chủ nhân ngơi nhà điều khiển theo ý muốn theo kịch lập trình sẵn Thứ ba, khả bảo mật, giám sát an ninh Hệ thống giám sát an ninh, báo cháy, báo rị rỉ khí gas tự động báo trạng thái nhà qua mạng internet Thứ tư, khả điều khiển, cảnh báo từ xa thông qua kết nối internet thông qua wifi,3g… Các thiết bị như: bóng đèn, điều hịa, ti vi, tủ lạnh,… kết nối tới mạng internet Người sử dụng cần có thiết bị kết nối internet theo dõi liệu từ cảm biến điều khiển thiết bị nhà theo ý muốn thân Hình :Mơ hình tổng qt nhà thơng minh Hiện nay, nhà thơng minh thị trường tiềm với thị trường toàn cầu lên đến số tỉ đô Không vậy, riêng thị trường Bắc Mỹ, theo số thống kê, hồn tồn có sở để nhận định tương lai nhà mà cần phải có Hình :Biểu đồ tăng trưởng thị trường Smarthome giới 1.2 Các mơ hình nhà thơng minh áp dụng a) Các giải pháp nhà thông minh giới Hiện thị trường Smarthome lớn giới Bắc Mỹ Với quy mơ tính tiện nghi dành cho ngơi nhà với người, có thiết kế với khả như: Cảnh báo đột nhập, cảnh báo khí gas, hệ thống cửa tự động, hệ thống camera an ninh, hệ thống giải trí… Dưới ví dụ nhà thông minh số nhà sản xuất Mỹ châu Âu, với tiêu chuẩn từ đến cao cấp dành cho gia đình: Hình :Mơ hình Smart home công ty Compro Technology b) Các giải pháp nhà thông minh Việt Nam Tại Việt Nam, khơng đứng ngồi dịng chảy cơng nghệ nhà thơng minh, có nhiều nhà sản xuất cũ tham gia thị trường đầy tiềm này, điển hình BKAV Lumi Smarthome Với đầy đủ chức nhà sản xuất nước ngoài, lại thêm yếu tố phù hợp với riêng thị trường Việt Nam, họ có lợi khơng nhỏ so với nhà sản xuất nước Việt Nam Với phát triển không ngừng khoa học đại, người ngày nâng cao đời sống ln mơ ước tới sống đại tiện nghi Chính từ nhu cầu đó, người có nhiều sáng tạo phục vụ cho sống thân họ cho tồn xã hội.Và ý tưởng cho "ngơi nhà thơng minh" xuất phát từ nhu cầu thực tiễn nhƣ Nhưng công nghệ phục vụ cho nhà mơ ước có từ lâu gần đưa cơng bố rộng rãi Có nhiều công ty đưa giải pháp cho hệ thơng ngội nhà thơng minh nói chung , tất hướng đến tiêu chuẩn sau đây: Tự động hóa hoạt động ngơi nhà: điều khiển tự động hệ thống ánh sáng trời tối bật đèn , có ngừoi vào phịng bật đèn ( tất nhiên 10 phòng tối ) , Điều khiển nhiệt độ phòng, thu dây phơi quần áo có trời mưa, tự động bơm nước nước đến mức thấp … Đảm bảo an ninh, an tồn cho ngơi nhà: khóa bảo vệ cổng cửa, cửa vào Nếu có bấm mã khóa bị sai q lần báo cho số điện thoại danh sách định sẵn qua nhắn tin SMS báo hỏa hoạn Đem lại thoải mái cho người sử dụng Cung cấp dịch vụ giải trí chất lƣợng cao: thiết bị giải trí đa phương tiện nhưTivi , Radio, Film, Music, Camera 10 Lưu đồ tiến trình cảm biến MQ2 hệ thống báo động Lưu đồ tiến trình cảm biến nhiệt độ , độ ẩm DHT11 38 Lưu đồ tiến trình hệ thống thẻ từ RFID động Servo SG90 39 3.3 Đánh giá hệ thống Mơi trường thử nghiệm: Mơ hình nhà thơng minh thí nghiệm đặt phịng trọ, điều kiện nhiệt độ , độ ẩm khơng khí mức bình thường  Thử nghiệm , lỗi khắc phục • Sai chân nối cảm biển RFID RC522  Đã nối lại chân cho • Khơng sử dụng hình LCD để hiển thị , thay vào sử dụng trực tiếp app • Cấp nhầm nguồn 5V cho esp32 Đã cấp lại nguồn 3.3V • Code ghép lại gặp số vấn đề  Đang cố gắng khắc phục để hệ thống hoàn thiện • Lưu đồ thuật tốn gặp số vấn đề tính logic  Đã sửa lỗi hồn thiện 3.4 Kết Luận: "Nhà thơng minh" đề tài đòi hỏi nhiều thời gian nghiên cứu ngơi nhà có nhiều phương pháp điều khiển để nhà ngày "thông minh" Nhưng, em trình bày trên, ngơi nhà thơng minh đơn giản phức tạp tùy theo tính mà chủ nhà mong muốn Trong thời gian làm đồ án vừa qua, em nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển tự động nhà thơng minh Theo đó, em đã: • Tìm hiểu thiết bị sử dụng hệ thống nhà thơng minh • Tìm hiểu cách sử dụng cách kết nối thiết bị với smartphone Tuy nhiên, giới hạn thời gian trình độ nên làm đồ án tốt nghiệp lần em không tránh khỏi hạn chế Em mong góp ý thầy bạn để xây dựng ngơi nhà thơng minh hồn chỉnh tương lại Ngơi nhà có nhiều tính thơng minh với điều khiển tối ưu để áp dụng vào thực tiễn sống hàng ngày Em xin chân thành cảm ơn! 3.5 Hướng phát triển: Hệ thống điều khiển giám sát qua mạng internet có ý nghĩa lớn nhiều mặt sống như: an ninh, quốc phịng, chăn ni, y tế, gia đình, trồng trọt… Việc làm chủ vấn đề nhiều hạn chế định, 40 đất nước phát triển khoa học công nghệ Qua đề tài em mong muốn sử dụng kiến thức học thời gian sinh viên để thực việc tiếp cận với công nghệ xu hướng giới Qua đồ án em xin đề xuất số hướng phát triển cho hệ thống: • Lắp đặt hệ thống camera giám sát cho hệ thống • Ứng dụng hệ thống giám sát điều khiển y tế, giáo dục • Xây dựng phần mềm quản lí thiết bị di động, phần mềm có khả tự động thông báo điều kiện bất lợi cho người dùng mà không cần truy cập vào trang web • Cảm biến thẻ từ RFID sử dụng thêm thẻ cách dễ dàng thuận tiện cho người sử dụng • Chức tự động bật , tắt quạt thêm mà nhiệt độ đạt đến ngưỡng định Tài liệu tham khảo Lê Ngọc Duy, Bùi Thanh Lâm & Nhữ Quý Thơ Giáo trình cảm biến hệ thống đo Hà Nội: Trường DHCN Hà Nội, 2019 https://www.youtube.com/watch?v=yy8jMmBhxpw https://www.youtube.com/watch?v=63yd0FvnWis Datasheet Esp32 Datasheet RFID RC522 Datasheet DHT11 Datasheet MQ2 41 Phụ lục #define BLYNK_TEMPLATE_ID "TMPL2lbdqN5C" #define BLYNK_DEVICE_NAME "DHT11" #define BLYNK_AUTH_TOKEN "2y2coUHwD5a9lQSJJGa5l6_I1cjta_z2" #define BLYNK_PRINT Serial #include #include #include #include #define APP_DEBUG char auth[] = BLYNK_AUTH_TOKEN; char ssid[] = "3 soi"; char pass[] = "12345689"; #define DHTPIN // What digital pin we're connected to #define DHTTYPE DHT11 // DHT 11 DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); BlynkTimer timer1; BlynkTimer timer2; ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////thư viện, thiết dặt, etc #include #include #include static const int servoPin = 14; //printed G14 on the board Servo_ESP32 servo1; #define RST_PIN #define SS_PIN 22 int UID[4], i; 42 int ID1[4] = {156, 50, 204, 224}; //Thẻ bật tắt đèn int led = 2; int dem = 0; MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN); /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////////// #define MQ2 34 #define GREEN 32 //88888888888888888888888888888888888888888888888 #define COI 33 #define Quat 27 int sensorValue = 0; boolean state = false; int Quat1 = 25; int Quat2 = 26; int Quat3 = 13; int button1; int button2; int button3; const int btn1 = 16; //RX2 const int btn2 = 17; //TX2 const int btn3 = 3; //RTC const int btn4 = 1; //TXD 43 const int btnSetup = 15; const int led1 = 12; const int led2 = 14; const int led3 = 4; const int led4 = 21; const int ledSignal = 35; boolean btn1State = HIGH; boolean btn2State = HIGH; boolean btn3State = HIGH; boolean btn4State = HIGH; WidgetLED ledConnect(V15); unsigned long timesBlynkLed=millis(); void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(btn1,INPUT_PULLUP); pinMode(btn2,INPUT_PULLUP); pinMode(btn3,INPUT_PULLUP); pinMode(btn4,INPUT_PULLUP); pinMode(led1,OUTPUT); pinMode(led2,OUTPUT); pinMode(led3,OUTPUT); pinMode(led4,OUTPUT); pinMode(Quat1,OUTPUT); 44 pinMode(Quat2,OUTPUT); pinMode(Quat3,OUTPUT); pinMode(MQ2, INPUT); pinMode(GREEN, OUTPUT); pinMode(COI, OUTPUT); pinMode(Quat, OUTPUT); timer1.setInterval(1000L, sendUptime); Blynk.begin(auth, ssid, pass); dht.begin(); timer2.setInterval(100L, sendSensor); pinMode(led, OUTPUT); digitalWrite(led, LOW); //Serial.print("hihi"); servo1.attach(servoPin); SPI.begin(); mfrc522.PCD_Init(); } void loop() { Serial.print("hihi"); mocua(); Blynk.run(); timer1.run(); timer2.run(); 45 if(millis()-timesBlynkLed>1000){ if(ledConnect.getValue()){ ledConnect.off(); }else{ ledConnect.on(); } unsigned long value = millis() / 1000; Blynk.virtualWrite(V16, String(value)); timesBlynkLed=millis(); } checkButton(); } void mocua() { if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) { return; } if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) { return; } Serial.print("UID thẻ: "); for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) 46 { Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " "); UID[i] = mfrc522.uid.uidByte[i]; Serial.print(UID[i]); } Serial.println(" "); if (UID[i] == ID1[i]) { dem ++; Serial.print("Biến Đếm: "); Serial.println(dem); if ( (dem % 2) == 1) //Số lẻ đèn ON { digitalWrite(led, HIGH); Serial.println("ĐÈN ON"); servo1.write(120); } else { digitalWrite(led, LOW); Serial.println("ĐÈN OFF"); servo1.write(0); } } else { Serial.println("SAI THẺ "); 47 } mfrc522.PICC_HaltA(); mfrc522.PCD_StopCrypto1(); } void sendSensor() { float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature(); if (isnan(h) || isnan(t)) { Serial.println("Failed to read from DHT sensor!"); return; } Blynk.virtualWrite(V1, t); Blynk.virtualWrite(V2, h); } void sendUptime() { sensorValue = analogRead(MQ2); Blynk.virtualWrite(V3, sensorValue); Serial.println(sensorValue); if (sensorValue > 600) { Blynk.notify("Gas Detected!"); digitalWrite(GREEN, LOW); digitalWrite(COI, LOW); digitalWrite(Quat, LOW); 48 } else { digitalWrite(GREEN, HIGH); digitalWrite(COI, HIGH); digitalWrite(Quat, HIGH); } } BLYNK_WRITE(V4) { button1 = param.asInt(); if(button1 ==1) { Serial.println("cha0 a nhan"); digitalWrite(Quat1, HIGH); } else{ digitalWrite(Quat1, LOW); } } BLYNK_WRITE(V5) { button2 = param.asInt(); if(button2 ==1) { digitalWrite(Quat2, HIGH); } 49 else{ digitalWrite(Quat2, LOW); } } BLYNK_WRITE(V6) { button3 = param.asInt(); if(button3 ==1) { digitalWrite(Quat3, HIGH); } else{ digitalWrite(Quat3, LOW); } } void checkButton(){ /////////////////////////////////////// if(digitalRead(btn1)==LOW){ if(btn1State==HIGH){ digitalWrite(led1,!digitalRead(led1)); Blynk.virtualWrite(V8,digitalRead(led1)); delay(200); btn1State=LOW; } }else{ btn1State=HIGH; } if(digitalRead(btn2)==LOW){ 50 if(btn2State==HIGH){ digitalWrite(led2,!digitalRead(led2)); Blynk.virtualWrite(V9,digitalRead(led2)); delay(200); btn2State=LOW; } }else{ btn2State=HIGH; } if(digitalRead(btn3)==LOW){ if(btn3State==HIGH){ digitalWrite(led3,!digitalRead(led3)); Blynk.virtualWrite(V10,digitalRead(led3)); delay(200); btn3State=LOW; } }else{ btn3State=HIGH; } if(digitalRead(btn4)==LOW){ if(btn4State==HIGH){ digitalWrite(led4,!digitalRead(led4)); Blynk.virtualWrite(V11,digitalRead(led4)); delay(200); btn4State=LOW; } }else{ btn4State=HIGH; } } 51 BLYNK_CONNECTED() { ///////////////////////////////////////////// // Request Blynk server to re-send latest values for all pins Blynk.syncAll(); //Blynk.syncVirtual(V15, V9); } BLYNK_WRITE(V8){ int p = param.asInt(); digitalWrite(led1,p); } BLYNK_WRITE(V9){ int p = param.asInt(); digitalWrite(led2,p); } BLYNK_WRITE(V10){ int p = param.asInt(); digitalWrite(led3,p); } BLYNK_WRITE(V11){ int p = param.asInt(); digitalWrite(led4,p); } BLYNK_WRITE(V12){ int p = param.asInt(); digitalWrite(ledSignal,p); Serial.println("a nhan vjp pro"); } 52 ... nhà thơng minh phịng 2.2 Sơ đồ kết cấu nhà chức a) Sơ đồ kết cấu Từ nhà thông thường, chúng em lựa chọn thiết kế mơ hình dành cho gia đình với người Hình 4: Sơ đồ xây dựng mơ hình nhà thơng minh. .. cho ngơi nhà với người, có thiết kế với khả như: Cảnh báo đột nhập, cảnh báo khí gas, hệ thống cửa tự động, hệ thống camera an ninh, hệ thống giải trí… Dưới ví dụ nhà thông minh số nhà sản xuất... mạch mô hệ thống Fritzing - Sơ đồ mạch tổng quan hệ thống quạt Relay 29 Hình 17 :Sơ đồ mạch tổng quan hệ thống quạt Relay - Sơ đồ mạch hệ thống LED nút nhấn Hình 18 :Sơ đồ mạch hệ thống LED nút