IoT trong hệ thống giám sát cửa ra vào

Đồồ án kỹỹ thuật điện tử GVHD: Trầồn Lê Trung Chánh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Tên đề tài: IoT hệ thống giám sát cửa vào Họ tên cán chấm điểm:………………………………………………………… Nội dung chấm Tóm tắt: Nêu lên Mục tiêu đề tài Ý nghĩa/lợi ích đề tài Phương pháp thực Kết Giới thiệu: Có trình bày Ý nghĩa/lý thực đề tài Các nghiên cứu liên quan Có tham chiếu tài liệu tham khảo Kết mong muốn/các bước thực Phương pháp thực Trình bày tổng quan hệ thống Có tham chiếu hình vẽ, biểu bảng Thiết kế chi tiết: Trình bày đầy đủ, rõ ràng tất khối hệ thống i Kết Nêu tóm tắt kết đề tài (làm gì?) Trình bày chi tiết kết thực nghiệm (định lượng/định tính) Có thảo luận kết TỔNG: Điểm tối đa 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Điểm thực chấm 0.5 0.5 1 10 Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2018 Cán chấm i Nếu sản phẩm thực tế không chạy, cho điểm phần Đồồ án kỹỹ thuật điện tử GVHD: Trầồn Lê Trung Chánh TÓM TẮT Mục tiêu đề tài nhằm tạo mạch kết nối wifi app andriod để kiểm soát mạch qua internet ứng dụng việc quản lí sản xuất Hệ thống giúp việc quản lý trở nên tự động, phát hoạt động cảnh báo có biến đổi nhiệt độ,độ ẩm Kết hợp với ứng dụng IoT giúp mạch kết nối internet lúc nơi, đem lại tiện lợi qua việc giám sát từ xa Hệ thống sử dụng cảm biến nhiệt độ độ ẩm để phát thay đổi đột ngột nhiệt độ,độ ẩm Với phần mềm internet (io.adafruit.com), việc xử lý tín hiệu kết nối internet thực thơng qua mạch ESP8266 Kết thử nghiệm cho thấy, mạch hoạt động ổn định xác Hệ thống vận hành tự động, dễ dàng điều khiển giám sát thông qua internet Đồồ án kỹỹ thuật điện tử GVHD: Trầồn Lê Trung Chánh MỤC LỤC I GIỚI THIỆU Lý thực đề tài Các nghiên cứu liên quan Các bước thực .1 II PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN Tổng quan hệ thống 2 Thiết kế chi tiết 2.1 Khối xử lý truyền nhận liệu (ESP8266 NodeMCU) 2.2 Khối cảm biến (nhiệt độ,độ ẩm DHT11) .4 2.3 Khối xử lý truyền dũ liêu (ardruino nano) 2.4 Khối giám sát (io.adafruit.com) 2.5 Phần mềm lập trình cho ESP8266 III KẾT QUẢ Tóm tắt kết đề tài .7 Kết thực nghiệm .8 Thảo luận kết Đồồ án kỹỹ thuật điện tử GVHD: Trầồn Lê Trung Chánh DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống Hình 2: Sơ đồ chân mạch ESP8266 NodeMCU .3 Hình 3: Sơ đồ chân cảm biến nhiệt độ,độ ẩm DHT11 Hình 4: Sơ đồ chân ardruino Nano Hình 5: Tạo project cho io.adafruit.com Hình 6: Tạo thư mục để quan sát kết .6 Hình 7: Phần mềm Arduino IDE Hình 8: Mạch thực tế DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1: Thông số kỹ thuật mạch ESP8266 NodeMCU .3 Bảng 2: Thông số kỹ thuật ardruino nano Bảng 3: Chi tiết kết thực nghiệm Đồồ án kỹỹ thuật điện tử GVHD: Trầồn Lê Trung Chánh I GIỚI THIỆU Lý thực đề tài: Cùng với phát triển xã hội, internet hoá thứ xu hướng cơng ngiệp đại Trong giám sát hoạt động sản xuất nông nghiệp công nghiệp công việc phù hợp để áp dụng cơng nghệ Vì vậy, thiết kế mạch giám sát nhiệt độ ,độ ẩm thơng qua internet đề tài cần thiết Mang lại nhiều lợi ích tiềm phát triển tương lai Các nghiên cứu liên quan: IoT có ứng dụng vô rộng rãi quản lý môi trường, giao thông, thiết bị cá nhân, phản hồi tình khẩn cấp,… (Dương Bích Ngọc, 2017) Trong nhà thông minh giải pháp phổ biến biết đến nhiều đèn chiếu sáng, đồ gia dụng thông minh,… (Nguyễn Quang Huy, 2016) Cùng với phát triển cơng nghệ, ngày có nhiều vi mạch cho phép kết nối thiết bị với internet Esp8266, Arduino, Raspberry Pi,… (Letdiy.net, 2017) Song song đó, ứng dụng kèm theo Blynk, MQTT, Node.JS,… giúp việc thiết kế giao diện kiểm soát mạch trở nên dễ dàng Chính đa dạng khơng địi hỏi giá thành cao nên có nhiều nghiên cứu thực như: Cảnh báo chống trộm với ESP8266 (Sc, 2017), IoT điều khiển thiết bị gia dụng (Trịnh Đình Việt, 2018), Iot giúp cảnh báo cháy (Hoàng Hải, 2018),… 3.Các bước thực hiện: + Phân tích tốn thực tế + Cài đặt phần mềm + Thiết kế giao diện lập trình + Chạy mơ sửa lỗi có + Lắp mạch thực tế chạy thử + Đưa vào ứng dụng hiệu chỉnh cho phù hợp - Phần cứng: Thiết kế mạch hoàn chỉnh gồm khối cảm biến, nhận ,truyền kết nối wifi - Phần mềm: Viết chương trình có thểđọc cảm biến, truyền nhận liệu với internet lưu lai Đồồ án kỹỹ thuật điện tử GVHD: Trầồn Lê Trung Chánh II PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN Tổng quan hệ thống: - Sơ đồ khối hệ thống: Khối giám sát(io.adafruit com) Khối cản biến (nhiệt độ,độ ẩm) Khối xử lý truyền liệu(ardruino nano) Khối nhận truyền(ESP8266 NodeMCU) Khối nguồn Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống - Nguyên lý hoạt động: + Khối cảm biến: cảm biến nhiệt độ,độ ẩm gửi tín hiệu cho khối xử lý + Khối xử lý truyền nhận liệu: nhận tín hiệu từ khối cảm biến, xử lý thơng tin, trao đổi liệu với internet xuất tín hiệu khối nhận truyền liệu + Khối nhận truyền: nhận tín hiệu từ khối xử lý truyền qua khối giám sát + Khối giám sát: giao tiếp với người dùng trao đổi thông tin với khối truyền nhận liệu + Khối nguồn: cấp nguồn cho hệ thống Đồồ án kỹỹ thuật điện tử GVHD: Trầồn Lê Trung Chánh Thiết kế chi tiết 2.1 Khối nhận truyền liệu (ESP8266 NodeMCU) NodeMCU V1.0 phát triển dựa Chip WiFi ESP8266EX bên Module ESP-12E dễ dàng kết nối WiFi với vài thao tác.Board cịn tích hợp IC CP2102, giúp dễ dàng giao tiếp với máy tính thơng qua Micro USB để thao tác với board Có sẳn nút nhấn, led tiện lợicho q trình học tập, nghiên cứu.Với kích thước nhỏ gọn, linh hoạt board dễ dàng liên kết với thiết bị ngoại vi để tạo thành project, sản phẩm mẫu cách nhanh chóng Bảng 1: Thơng số kỹ thuật mạch ESP8266 NodeMCU Nội dung Thông số Chip ESP8266EX WiFi 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n Điện áp hoạt động 3.3V Điện áp vào 5V thông qua cổng USB Số chân I/O 11 (tất chân I/O có Interrupt/PWM/I2C/Onewire, trừ chân D0) Số chân Analog Input (điện áp vào tối đa 3.3V) Bộ nhớ Flash 4MB Giao tiếp Cable Micro USB Hỗ trợ bảo mật WPA/WPA2 Tích hợp giao thức TCP/IP Lập trình ngơn ngữ C/C++, Micropython, NodeMCU – Lua Đồồ án kỹỹ thuật điện tử GVHD: Trầồn Lê Trung Chánh Hình 2: Sơ đồ chân mạch ESP8266 NodeMCU 2.2 Khối cảm biến (cảm biến nhiệt độ,độ ẩm DHT11) Điện áp hoạt động: > 5V Dải nhiệt độ đo: -> 50°C với độ xác ±2°C Dải độ ẩm đo: 20 -> 80% với độ xác 5% Kích thước: 15.5mm x 12mm x 5.5mm Tầần sốố lầốy mầẫu: 1Hz , nghĩa giầy DHT11 lầốy mầẫu m ộ t lầần chần: VCC( c cự(+) nguốần ), DATA(chần tín hi ệ u), NC, GND(c ự c (-) nguốần) Hình 3: Sơ đồ chân mạch DHT11 2.3 Khối xử lí truyền liệu (Ardruino Nano) Arduino Nano có chức tương tự Arduino Duemilanove khác dạng mạch Nano tích hợp vi điều khiển ATmega328P, giống Arduino UNO Sự khác biệt chúng bảng UNO có dạng PDIP (Plastic Dual-In-line Package) với 30 chân cịn Nano có sẵn TQFP (plastic quad flat pack) với 32 chân Trong UNO có cổng ADC Nano có cổng ADC Bảng Đồồ án kỹỹ thuật điện tử GVHD: Trầồn Lê Trung Chánh Nano khơng có giắc nguồn DC bo mạch Arduino khác, mà thay vào có cổng mini-USB Cổng sử dụng cho việc lập trình giám sát nối tiếp Tính hấp dẫn arduino Nano chọn cơng xuất lớn với hiệu điện Hình 4: Sơ đồ chân mạch Ardruino Nano Bảng 2:thông số kỹ thuật arduino nano Arduino Nano Thông số kỹ thuật Số chân analog I/O Cấu trúc Tốc • xung AVR 16 MHz Đồồ án kỹỹ thuật điện tử Dòng tiêu thụ I/O Số chân Digital I/O Bơ • nhớ EEPROM Bơ • nhớ Flash Điê •n áp ngõ vào Vi điều khiển Điê •n áp hoạt •ng Kích thước bo mạch Nguồn tiêu thụ Ngõ PWM GVHD: Trầồn Lê Trung Chánh 40mA 22 KB 32 KB of which KB used by Bootloader (7-12) Volts ATmega328P 5V 18 x 45 mm 19mA SRAM 2KB Cân • gms 2.4 Khối giám sát (io.adafruit.com) Io.adafruit.com phần mềm để kiểm soát thiết bị Esp8266, Raspberry Pi thiết bị khác Internet Io.adafruit.com giới hạn phần cứng.Thay vào đó, cung cấp phần mềm để lựa chọn Esp8266 Raspberry Pi kết nối với Internet qua Wi-Fi, Ethernet chip ESP8266, io.adafruit.com kết nối kiểm sốt dễ dàng Internet Đồồ án kỹỹ thuật điện tử GVHD: Trầồn Lê Trung Chánh Hình 5: Tạo projec cho io.adafruit.com Tạo thư mục để hiển thị kết nhiệt độ độ ẩm cách nhấn vào chử cảm biến sau tạo tên cho esp nhận truyền kết để ta quan sat Hình 6: Tạo thư mục để quan sát kết 2.5 Phần mềm lập trình cho ESP8266 - Sử dụng phầm mềm Arduino IDE để lập trình cho mạch ESP8266 Đồồ án kỹỹ thuật điện tử GVHD: Trầồn Lê Trung Chánh Hình 7: Phần mềm Arduino IDE - Các thư viện hỗ trợ: + ESP8266 + PubSubClient +DHT III KẾT QUẢ Tóm tắt kết đề tài: + Giám sát nhiệt độ,độ ẩm thông qua Internet + Hiển thị kết nhận giữ liệu từ esp8266 + Thống kê hiển thị biểu đồ cảm biến + Lưu lại kết lẫn kết cuối esp không nhận dược wifi + Lựa chọn cảm biến để xem xem tất cảm biến Kết thực nghiệm: Bảng 3: Chi tiết kết thực nghiệm Đồồ án kỹỹ thuật điện tử Kết Phạm vi nhận kết Thời gian ngắn để dọc cảm biến Số lần truyến kết cảm biến Thời gian Reset lại thông tin GVHD: Trầồn Lê Trung Chánh Định lượng 0){ char c[1]={0};i++;delay(5); char ch=(char(Serial.read())); if(i==1) {c[0]=ch; t[1]=atoi(c);} if(i==2) {c[0]=ch; t[1]=t[1]*10+atoi(c);} if(i==3) {c[0]=ch; h[1]=atoi(c);} if(i==4) {c[0]=ch; h[1]=h[1]*10+atoi(c);} if(i==5) {c[0]=ch; t[2]=atoi(c);} if(i==6) {c[0]=ch; t[2]=t[2]*10+atoi(c);} if(i==7) {c[0]=ch; h[2]=atoi(c);} if(i==8) {c[0]=ch; h[2]=h[2]*10+atoi(c);} if(i==9) {c[0]=ch; t[3]=atoi(c);} if(i==10) {c[0]=ch; t[3]=t[3]*10+atoi(c);} if(i==11) {c[0]=ch; h[3]=atoi(c);} if(i==12) {c[0]=ch; h[3]=h[3]*10+atoi(c);} if(i==13) {c[0]=ch; t[4]=atoi(c);} if(i==14) {c[0]=ch; t[4]=t[4]*10+atoi(c);} if(i==15) {c[0]=ch; h[4]=atoi(c);} if(i==16) {c[0]=ch; h[4]=h[4]*10+atoi(c);} if(i==17) {c[0]=ch; t[5]=atoi(c);} if(i==18) {c[0]=ch; t[5]=t[5]*10+atoi(c);} if(i==19) {c[0]=ch; h[5]=atoi(c);} if(i==20) {c[0]=ch; h[5]=h[5]*10+atoi(c);} } } void setup_wifi() { delay(10); Serial.print("Connecting to "); Serial.println(ssid); WiFi.begin(ssid,password); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print("."); } Serial.println("WiFi connected"); Serial.println("IP address: "); Serial.println(WiFi.localIP()); } void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) { Serial.print("Message arrived ["); Serial.print(topic); Serial.print("] "); for (int i = 0; i < length; i++) { Serial.print((char)payload[i]); } Serial.println(); } void reconnect() { while (!client.connected()) { Serial.print("Attempting MQTT connection "); if (client.connect("ESP8266Client",mqtt_user, mqtt_pwd)) { Serial.println("connected"); } else { Serial.print("failed, rc="); Serial.print(client.state()); Serial.println(" try again in seconds"); delay(5000); } } } boolean runEvery1(unsigned long timerun){ static unsigned long timebegin=0; unsigned long timenow=millis(); if(timenow-timebegin>=timerun){ timebegin=timenow; return true;}return false; } boolean runEvery2(unsigned long timerun){ static unsigned long timebegin=0; unsigned long timenow=millis(); if(timenow-timebegin>=timerun){ timebegin=timenow; return true;}return false; } void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); digitalWrite(LED_BUILTIN,0); setup_wifi(); client.setServer(mqtt_server, mqtt_port); client.setCallback(callback); digitalWrite(LED_BUILTIN,1); } char itoa(int so){ if(so==0) return '0'; if(so==1) return '1'; if(so==2) return '2'; if(so==3) return '3'; if(so==4) return '4'; if(so==5) return '5'; if(so==6) return '6'; if(so==7) return '7'; if(so==8) return '8'; if(so==9) return '9'; } void loop() { if(!client.connected()) reconnect(); client.loop(); if(runEvery1(500)) doc(); if(runEvery2(5000)){ dem++;String msg=""; char ab[2]={0}; ab[0]=itoa(dem%10); digitalWrite(LED_BUILTIN,0); client.publish("cambien/feeds/CB", ab);delay(1000); if(dem==1){ msg+="Nhiet do: "; msg+=itoa(t[1]/10); msg+=itoa(t[1]%10); msg+=", Do am: "; msg+=itoa(h[1]/10); msg+=itoa(h[1]%10); msg.toCharArray(cha,24); Serial.println(cha); client.publish("cambien/feeds/CB1", cha); } if(dem==2){ msg+="Nhiet do: "; msg+=itoa(t[2]/10); msg+=itoa(t[2]%10); msg+=", Do am: "; msg+=itoa(h[2]/10); msg+=itoa(h[2]%10); msg.toCharArray(cha,24); Serial.println(cha); client.publish("cambien/feeds/CB2", cha); } if(dem==3){ msg+="Nhiet do: "; msg+=itoa(t[3]/10); msg+=itoa(t[3]%10); msg+=", Do am: "; msg+=itoa(h[3]/10); msg+=itoa(h[3]%10); msg.toCharArray(cha,24); Serial.println(cha); client.publish("cambien/feeds/CB3", cha); } if(dem==4){ msg+="Nhiet do: "; msg+=itoa(t[4]/10); msg+=itoa(t[4]%10); msg+=", Do am: "; msg+=itoa(h[4]/10); msg+=itoa(h[4]%10); msg.toCharArray(cha,24); Serial.println(cha); client.publish("cambien/feeds/CB4", cha); } if(dem==5){ msg+="Nhiet do: "; msg+=itoa(t[5]/10); msg+=itoa(t[5]%10); msg+=", Do am: "; msg+=itoa(h[5]/10); msg+=itoa(h[5]%10); msg.toCharArray(cha,24); Serial.println(cha); client.publish("cambien/feeds/CB5", cha); } digitalWrite(LED_BUILTIN,1); if(dem>=5) dem=0; } } ... hiệu từ khối xử lý truyền qua khối giám sát + Khối giám sát: giao tiếp với người dùng trao đổi thông tin với khối truyền nhận liệu + Khối nguồn: cấp nguồn cho hệ thống Đồồ án kỹỹ thuật điện tử GVHD:... thuật điện tử GVHD: Trầồn Lê Trung Chánh II PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN Tổng quan hệ thống: - Sơ đồ khối hệ thống: Khối giám sát( io.adafruit com) Khối cản biến (nhiệt độ,độ ẩm) Khối xử lý truyền liệu(ardruino... internet hoá thứ xu hướng công ngiệp đại Trong giám sát hoạt động sản xuất nông nghiệp công nghiệp công việc phù hợp để áp dụng công nghệ Vì vậy, thiết kế mạch giám sát nhiệt độ ,độ ẩm thông qua internet