ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHÀ THÔNG MINH

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHÀ THÔNG MINH Giảng viên hướng dẩn : Sinh viên thực TH.S THIỀU QUANG TRÍ : NGUYỄN MINH ĐỒN Lớp : 10040003 Khóa : 14 TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2015 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1:GIỚI THIỆU VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH 1.1 Nhà thơng minh gì? 1.2 Những tiêu chí ngơi nhà thơng minh CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH 2.1 Hệ thống chiếu sáng 10 2.2 Hệ thống rèm cữa 11 2.3 Hệ thống điều hòa 12 2.4 Hệ thống an ninh 13 2.5 Hệ thống âm thanh, hình ảnh 14 3.1 Giới thiệu chung 16 3.1.1 Sơ đồ khối: 17 3.2 Phƣơng pháp thực hiện: 18 3.2.1 Vi điều khiển DSPIC30F4011: 18 3.2.2 Module RF-UART CC1101 433Mhz 22 3.2.3 USB - UART CP2102 24 3.2.4 GSM module sim 900a 25 3.2.5 Cảm biến LM35 26 3.2.6 Module cảm biến khí gas (LPG/CO/CH4) MQ-2 28 3.2.7 Khối mạch công suất: 29 CHƢƠNG 4: GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 31 4.1 Giao diện máy tính 31 4.1.1 Giải thuật chương trình giao diện máy tính: 4.2 Chƣơng trình vi điều khiển 32 34 4.2.1 Chương trình chính: 34 4.2.2 Chương trình điều khiển nút bấm chỗ 36 4.2.3 Chương trình điều khiển động kết hợp cảm biến nhiệt LM35 : 37 4.2.4 Chương trình điều khiển báo động có rị rỉ khí gas 38 CHƢƠNG 5: TỔNG KẾT 39 5.1 Ƣu Nhƣợc Điểm 39 5.1.1 Ƣu điểm: 39 5.1.2 Nhược Điểm: 5.2 Hƣơng phát triển đề tài: 39 40 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình nhà thơng minh Hình 2.1: Chiếu sáng thơng minh 10 Hình 2.2: Rèm cửa tự động 11 Hình 2.3: Hệ thống điều hịa thơng minh 12 Hình 2.4: Rèm cửa tự động 13 Hình 2.5: Hệ thống an ninh, an tồn 14 Hình 3.1: Sơ đồ khối 17 Hình 3.2: Mạch điều khiển dsPIC30f4011 18 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý vi điều khiển dsPIC30f4011 19 Hình 3.4: Module RF- UART CC1101 433Mhz 21 Hình 3.5: USB - UART CP2102 22 Hình 3.6: GSM module sim 900a 25 Hình 3.7: Cảm biến LM35 26 Hình 3.8: Module cảm biến khí gas 28 Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực 29 Hình 3.10: Khối mạch cơng suất đèn led động DC 30 Hình 4.1: Giao diện điều khiển máy tính 31 Hình 4.2: Lưu đồ giải thuật máy tính 33 Hình 4.3: Giải thuật chương trình 35 Hình 4.4: Lưu đồ giải thuật nút bấm chỗ 36 Hinh 4.5: Lưu đồ giải thuật cảm biến nhiệt điều khiển quạt trần 37 Hình 4.6: Lưu đồ giải thuật cảm biến báo khí gas MQ-2 38 LỜI MỞ ĐẦU Nhà thông minh (tiếng Anh "Smart Home") hệ thống nhà thông minh nhà/ hộ trang bị hệ thống tự động tiên tiến dành cho điều khiển đèn chiếu sáng, nhiệt độ, truyền thông đa phương tiện, an ninh, nhiều tính khác nhằm mục đích làm cho sống ngày tiện nghi, an tồn góp phần sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên Một ví dụ nhà thơng minh hệ thống kiểm soát mức độ chiếu sáng hệ thống đèn giúp tiết kiệm điện phù hợp với khung cảnh Hệ thống điều chỉnh, kiểm soát nhiệt độ,hệ thống cảnh báo phát cố… Bài luận nghiên cứu dụng phần mềm Matlab để điều khiển thiết bị nhà kết nối với vi điều khiển dsPIC30F4011 module RF-UART CC1101 433MMhz để truyền nhận liệu điều khiển giám sát thiết bị nhà Do thời gian có hạn, mang tính chất nghiên cứu nên khó tránh khỏi nhiều sơ sót, em kính mong giúp đỡ bảo tận tình thầy cô bạn Em xin chân thành cám ơn! Nguyễn Minh Đoàn Chƣơng 1: GIỚI THIỆU VỀ NGƠI NHÀ THƠNG MINH 1.1 Nhà thơng minh gì? Nhà thơng minh hồn chỉnh, điều khiển kiểm sốt ngơi nhà thơng qua giao diện trực quan 3D smartphone hay tablet, thiết bị mô giống sử dụng thực tế Các hệ thống từ điều khiển ánh sáng, rèm mành, kiểm sốt mơi trường, an ninh, giải trí bình nóng lạnh… phối hợp hoạt động theo kịch ngữ cảnh thông minh, nhằm mang đến tiện nghi cao cho người sử dụng Nhà thông minh sử dụng công nghệ truyền thông không dây ZigBee Wifi nên việc lắp đặt thiết bị thuận tiện, đơn giản Hình 1.1: Mơ hình nhà thơng minh 1.2 Những tiêu chí nhà thông minh Thành phần hệ thống nhà thông minh bao gồm cảm biến (cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng cảm biến cử chỉ), điều khiển máy chủ thiết bị điện gia dụng đầu cuối (thiết bị an ninh, hệ thống cửa, điều hòa, rèm mành, hệ thống đèn, quạt thơng gió, ti vi, bếp gas, bếp từ…) kết nối với Chủ nhà quan sát, nắm bắt đầy đủ tình hình nhà, dễ dàng điều khiển thiết bị nhà dù đâu thông qua điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính cá nhân có kết nối internet Bên cạnh đó, ngơi nhà thơng minh cịn tự động hóa hoạt động nhà theo ngữ cảnh lập trình trước, từ ánh sáng, nhiệt độ, an ninh bảo vệ, hệ thống giải trí… Một điểm nhấn ngơi nhà thông minh hệ thống an ninh Hệ thống bao gồm thiết bị kiểm soát ra/vào, hàng rào điện tử, khóa cửa điện từ Camera chuyển hình ảnh khu vực cần bảo vệ đến thiết bị điều khiển, thông báo cho chủ nhà biết, đồng thời chủ nhà lệnh mở cửa thơng qua hình cảm ứng Khi gặp cố hay có người xâm nhập, hệ thống đưa cảnh báo tự động xử lý tình theo kịch cài đặt từ trước Bên cạnh đó, thơng qua thiết bị cảm biến, hệ thống giám sát môi trường nhà thông minh liên tục cập nhập thông số nhiệt độ, độ ẩm, lượng oxy… khu vực ngơi nhà Máy chủ phân tích thơng số lệnh điều khiển thiết bị điều hịa nhiệt độ, máy hút ẩm, quạt thơng gió… nhằm trì tạo trạng thái mơi trường tốt tồn ngơi nhà Một đặc điểm bật khác tịa nhà thơng minh tiết kiệm lượng Hệ thống điều hoà nhiệt độ áp dụng biện pháp kiểm soát, khống chế bật/tắt tối đa, nhằm tiết kiệm lượng ưu việt; phòng lắp đặt máy cảm ứng điện tử máy xử lí loại nhỏ, tự động điều tiết nhiệt độ, nguồn ánh sáng, độ nóng lạnh thơng gió… Ngồi ra, hệ thống đèn phịng bật sáng có người bước vào tự động tắt khơng có người; bạn rời nhà thiết bị điện máy lạnh, quạt, đèn, tivi tự động tắt So với kiến trúc bình thường, nhà thơng minh tiết kiệm 30% nguồn lượng Với phổ biến điện thoại thơng minh, máy tính bảng; phát triển mạnh mẽ thiết bị điện thông minh, nhà thông minh trở thành xu thịnh hành tương lai Tùy vào điều kiện tài chính, gia đình, doanh nghiệp tự động hóa phần hay tồn ngơi nhà, nhằm quản lý hiệu thiết bị điện, nâng cao chất lượng sống Chƣơng 2: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ HỆ THỐNG NHÀ THƠNG MINH Nhìn chung ngơi nhà thơng minh bao gồm hệ thống như: +Hệ thống chiếu sáng +Hệ thống rèm cửa +Hệ thống điều hòa +Hệ thống an ninh,an tồn +Hệ thống âm hình ảnh 2.1 Hệ thống chiếu sáng Hình 2.1: Chiếu sáng thơng minh Ngồi chức cấp nguồn sáng, hệ thống chiếu sáng yếu tố trang trí quan trọng Với hệ thống chiếu sáng thơng minh, nhóm đèn bố trí cường độ phù hợp với cảnh hoạt động khiến cho nhà trở nên sinh động, phù hợp sang trọng nhiều Ngồi ra, bạn giám sát điều khiển hệ thống chiếu sáng tồn ngơi nhà lúc, nơi 10 % Edit the above text to modify the response to help giao_dien % Last Modified by GUIDE v2.5 19-Apr-2015 12:32:39 % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, 'gui_Singleton', gui_Singleton, 'gui_OpeningFcn', @giao_dien_OpeningFcn, 'gui_OutputFcn', @giao_dien_OutputFcn, 'gui_LayoutFcn', [] , 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end % End initialization code - DO NOT EDIT % - Executes just before giao_dien is made visible function giao_dien_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn 43 % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % varargin command line arguments to giao_dien (see VARARGIN) % Choose default command line output for giao_dien handles.output = hObject; % Update handles structure guidata(hObject, handles); global s hand opened den1st den2st den3st den4st den5st quatst capdo s=serial('com7','BaudRate',9600,'DataBits',8,'Parity','none','StopBits',1); s.ReadAsyncMode = 'continuous'; %read direction s.BytesAvailableFcnCount = 2; s.InputBufferSize=8; s.OutputBufferSize=1; s.Terminator = 'CR'; s.BytesAvailableFcnMode = 'byte'; s.BytesAvailableFcn = @BytesAvailable_Callback; hand=handles; opened=0; axes(handles.axes1); imshow('nha.jpg'); axes(handles.axes2); imshow('tieu de.PNG'); den1st=0; den2st=0; den3st=0; 44 den4st=0; den5st=0; quatst=0; capdo=0; clc % - Outputs from this function are returned to the command line function varargout = giao_dien_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Get default command line output from handles structure varargout{1} = handles.output; % - OnComm Serial port function BytesAvailable_Callback(hObject, eventdata) global s den1st den2st den3st den4st den5st hand capdo tmp=fread(s,2); den1st=bitget(tmp(1),1); den2st=bitget(tmp(1),2); den3st=bitget(tmp(1),3); den4st=bitget(tmp(1),4); den5st=bitget(tmp(1),5); %=================================================== if den1st==1 set(hand.bt1,'BackgroundColor','r'); else 45 set(hand.bt1,'BackgroundColor',[0.94 0.94 0.94]); end %=================================================== if den2st==1 set(hand.bt2,'BackgroundColor','r'); else set(hand.bt2,'BackgroundColor',[0.94 0.94 0.94]); end %=================================================== if den3st==1 set(hand.bt3,'BackgroundColor','r'); else set(hand.bt3,'BackgroundColor',[0.94 0.94 0.94]); end %=================================================== if den4st==1 set(hand.bt4,'BackgroundColor','r'); else set(hand.bt4,'BackgroundColor',[0.94 0.94 0.94]); end %=================================================== if den5st==1 set(hand.bt5,'BackgroundColor','r'); else set(hand.bt5,'BackgroundColor',[0.94 0.94 0.94]); end %=================================================== set(hand.tdo,'string',sprintf('%d °C',tmp(2))); 46 capdo=floor(tmp(1)/32); set(hand.ed1,'string',sprintf('Cap %d',capdo)); if capdo==0 set(hand.dc1,'BackgroundColor',[0.94 0.94 0.94]); elseif capdo==1 set(hand.dc1,'BackgroundColor','y'); elseif capdo==2 set(hand.dc1,'BackgroundColor',[1 0.8 0]); else set(hand.dc1,'BackgroundColor','r'); end % - Executes when user attempts to close figure1 function figure1_CloseRequestFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to figure1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hint: delete(hObject) closes the figure global s opened if opened==1 fclose(s); end delete(s); delete(hObject); close 47 % - Executes on button press in bt1 function bt1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to bt1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global s opened guix den1st den2st den3st den4st den5st capdo if den1st==1 den1st=0; else den1st=1; end guix=den1st+den2st*2+den3st*4+den4st*8+den5st*16+capdo*32; if opened==1 fwrite(s,guix); end % - Executes on button press in bt2 function bt2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to bt2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global s opened guix den1st den2st den3st den4st den5st capdo if den2st==1 den2st=0; else den2st=1; end 48 guix=den1st+den2st*2+den3st*4+den4st*8+den5st*16+capdo*32; if opened==1 fwrite(s,guix); end % - Executes on button press in bt3 function bt3_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to bt3 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global s opened guix den1st den2st den3st den4st den5st capdo if den3st==1 den3st=0; else den3st=1; end guix=den1st+den2st*2+den3st*4+den4st*8+den5st*16+capdo*32; if opened==1 fwrite(s,guix); end % - Executes on button press in bt4 function bt4_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to bt4 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global s opened guix den1st den2st den3st den4st den5st capdo if den4st==1 49 den4st=0; else den4st=1; end guix=den1st+den2st*2+den3st*4+den4st*8+den5st*16+capdo*32; if opened==1 fwrite(s,guix); end % - Executes on button press in bt5 function bt5_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to bt5 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global s opened guix den1st den2st den3st den4st den5st capdo if den5st==1 den5st=0; else den5st=1; end guix=den1st+den2st*2+den3st*4+den4st*8+den5st*16+capdo*32; if opened==1 fwrite(s,guix); end % - Executes on button press in dc1 function dc1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to dc1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global s opened guix den1st den2st den3st den4st den5st capdo 50 if capdo