Điều khiển và giám sát mô hình nhà thông minh dùng kit intel galileo

TĨM TẮT ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH DÙNG KIT INTEL GALILEO Vài năm trở lại đây, giới dần tiến vào kỷ nguyên Internet of Things (IoT), kết nối vật qua Internet, nhà thông minh trở thành xu hƣớng công nghệ tất yếu, tiêu chuẩn nhà đại, Việt Nam khơng nằm ngồi xu hƣớng Trong đó, Intel Galileo board mạch nhúng đƣợc phát triển tập đồn Intel có nhiều ứng dụng sống, đặc biệt cơng nghệ IOT ứng dụng cho nhà thơng minh.Vì vậy, luận văn này, kit Intel Galileo đƣợc áp dụng cho việc nhúng IOT vào nhà thông minh Với nghiên cứu này, kit Intel Galileo hoạt động nhƣ điều khiển trung tâm để kết nối thiết bị hệ thống điện tử nhà thông minh ngƣời sử dụng thông qua thiết bị điện tử thông minh nhƣ điện thoại thông minh, máy tính bảng máy tính cho phép ngƣời dùng truy cập vào máy chủ web để giám sát điều khiển thiết bị nhà thông minh Kết thực nghiệm cho thấy hoạt động hệ thống đƣợc thiết kế ổn định xác Tóm tắt chƣơng đề tài: Chƣơng 1: Giới thiệu Chƣơng 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết Chƣơng 4: Phƣơng hƣớng giải pháp thực thi đề tài điều khiển giám sát nhà thơng minh sử dụng kít Intel Galileo Chƣơng 5: Đề xuất cơng nghệ, tính tốn thiết kế Chƣơng 6: Thực nghiệm đánh giá iv ABSTRACT A few years ago, when the world is gradually moving into the Internet of Things era (IoT), connected everything over the Internet, “Smart home” become an inevitable trend of technology, as one of the standard of modern housing, and Vietnam is no exception to this trend Meanwhile, Intel Galileo is anembedded system board developing by Intel corporationfor many applications of lives, especially in applied IoT technology to Smart home Therefore, in this thesis, the Intel Galileo kitwill be applied for embedding the IoT into Smart home.With this research, the Intel Galileo kit acts as a central controller to connect between the electronicdevices or systems in Smart homes and users through smart electronic devices such as smart phones, tabletor computersthat allow users to access web serversto control and supervise devices in Smart home The experiment results indicated that the operation of the designed system is stable and accurate v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CÁM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH BẢNG BIỂU ix DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu: 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận 1.5.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể 1.6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Tổng quan boar mạch Intel Galileo 2.1.1 Định nghĩa: 2.1.2 Phần cứng mạch: 2.1.3 Cấu tạo board mạch: 2.1.4 Nguồn điện Galileo: 11 2.1.5 Các ứng dụng board mạch Intel Galileo 12 vi 2.2 Tổng quan nhà thông minh 13 2.2.1 Định nghĩa nhà thông minh 13 2.2.2 Chức nhà thông minh: 14 2.2.3 Các ƣu điểm nhà thông minh 14 2.1.6 Các cơng trình tiêu biểu: 16 2.3 Tổng quan Internet of thing 17 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20 3.1 Cơ sở lý thuyết board mạch Intel Galileo 20 3.1.1 Các cổng nhập xuất 20 3.1.2 Các kết nối đƣợc hỗ trợ 20 3.1.3 Các thông số khuyến cáo mạch 23 3.1.4 Giao tiếp 23 3.1.5 Lập trình 24 3.1.6 So sánh Intel Galileo Raspberry Pi 25 3.2 Cơ sở lý thuyết nhà thông minh 27 3.3 Các hệ thống nhà thông minh 27 3.3.1 Hệ thống cổng tự động: 27 3.3.2 Hệ thống chiếu sáng: 29 3.3.3 Hệ thống chống trộm cảm biến 30 3.3.4 Hệ thống rèm mành: 31 3.3.5 Hệ thống môi trƣờng 31 3.3.6 Kịch ngữ cảnh thông minh: 33 3.3.7 Transistor C1815 33 3.4 Cơ sở lập trình 35 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG HƢỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ THỰC THI ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG KIT INTEL GALILEO 37 4.1 Yêu cầu đề tài: 37 4.2 Phƣơng hƣớng giải pháp thực 37 4.2.1 Phƣơng án 1: 37 vii 4.2.2 Phƣơng án 2: 37 4.2.3 Lựa chọn phƣơng án: 38 4.2.4 Trình tự công việc tiến hành 39 CHƢƠNG 5: ĐỀ XUẤT CƠNG NGHỆ, TÍNH TỐN THIẾT KẾ 40 5.1 Đề xuất công nghệ: 40 5.2 Tính tốn thiết kế: 40 5.2.1 Tính tốn thiết kế mơ hình nhà thơng minh: 40 5.2.2 Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát mơ hình nhà thơng minh 40 5.2.3 Sơ đồ kết nối board mạch Intel Galileo thiết bị 46 5.2.5 Mơ hình kết nối thực tế 50 5.2.6 Lƣu đồ thuật toán 51 CHƢƠNG 6: THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ 56 6.1 Các bƣớc chuẩn bị 56 6.2 Điều khiển hệ thống 56 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 67 viii DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Phần cứng mạch Bảng 3.1 Các cổng nhập xuất 20 Bảng 3.2 Các kết nối đƣợc hỗ trợ 22 Bảng 3.3 Các thông số khuyến cáo mạch 23 Bảng 5.1 Điều khiển hệ thống đèn 43 Bảng 5.2 Điều khiển hệ thống động 43 Bảng 5.3 Điều khiển thông qua ngữ cảnh thông minh 44 Bảng 5.4 Giám sát trạng thái hệ thống đèn 44 Bảng 5.5 Giám sát trạng thái thệ thống động 44 Bảng 5.6 Giám sát trạng thái hệ thống cảm biến 45 Bảng 5.7 Bảng kết nối board mạch Intel Galileo thiết bị 46 ix DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Sơ đồ 2.1 Cấu trúc Galileo Sơ đồ 3.1 Sơ đồ chân LM35 33 Sơ đồ 3.2 Cấu tạo Transistor 34 Sơ đồ 3.3 Mạch khảo sát hoạt động Transistor NPN 34 Sơ đồ 5.1 Hệ thống điều khiển giám sát mơ hình nhà thơng minh 45 Sơ đồ 5.2 Sơ đồ kết nối hệ thống đèn với board mạch Galileo 47 Sơ đồ 5.3 Sơ đồ khối giao tiếp thiết bị mơ hình 48 Sơ đồ 5.4 Sơ đồ mạch điện 49 Hình 2.1 Boar mạch Intel Galileo Hình 2.2 Cấu tạo board mạch Intel Galileo Hình 2.3 Xe lăn thông minh dùng Kit Intel Galileo 12 Hình 2.4 Kit Intel Galileo dùng điều khiển quạt 12 Hình 2.5 Kit Intel Galileo dùng điều khiển Robot 13 Hình 2.6 Nhà thơng minh 14 Hình 2.7 Biệt thự Hoa Phƣợng Vincome Village 16 Hình 2.8 Trung tâm thƣơng mại Chợ Mơ 16 Hình 2.9 Internet of thing 18 Hình 3.1 : Loại micro servo Tower Pro 9g phổ biến 28 Hình 3.2 : Bên micro servo 28 Hình 3.3 Cảm biến ánh sáng quang trở 30 Hình 3.4 Cảm biến chuyển động PIR 31 Hình 3.5 Giao diện phần mềm Aduino 36 Hình 3.6 Web Server 36 Hình 5.1 Mơ hình hộ chung cƣ phịng Autocad 41 Hình 5.2 Mơ hình hộ chung cƣ 42 Hình 5.3 Mơ hình kết nối thực tế 50 Hình 5.4 Mơ hình kết nối thực tế 50 x Hình 5.5 Lƣu đồ thuật toán điều khiển bật tắt đèn 51 Hình 5.6 Lƣu đồ thuật toán điều khiển động 52 Hình 5.7 Lƣu đồ thuật toán điều khiển cảm biến ánh sáng 53 Hình 5.8 Lƣu đồ thuật tốn điều khiển cảm biến nhiệt độ LM35 54 Hình 5.9 Lƣu đồ thuật tốn điều khiển cảm biến chuyển động PIR 55 Hình 6.1 Giao diện hệ thống điều khiển giám sát 56 Hình 6.2 Giám sát trạng thái thiết bị 57 Hình 6.3 Chế độ ngồi 58 Hình 6.4 Chế độ nhà 59 Hình 6.5 Chế độ nhà trời tối 60 Hình 6.6 Chế độ ngủ nhiệt độ lớn 35 độ 61 Hình 6.7 Chế độ ngủ nhiệt độ nhỏ 35 độ 62 Hình 6.8 Hệ thống có ngƣời đột nhập 63 xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT IoT Internet of Things HTML HyperText Markup Language USB Universal Serial Bus LAN Local Area Network WIFI Wireless Fidelity IP Internet Protocol PC Personal Computer SPI Serial Peripheral Interface PCI Peripheral Component Interconnect I2C Inter-Integrated Circuit GPIO General Purpose Input Output PWM Pulse Width Modulation HDMI High-Definition Multimedia Interface VGA Video Graphics Array ADC Analog-to-Digital Converter UART Universal Asynchronous Receiver – Transmitter IDE Integrated Development Environment xii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài Intel Galileo board mạch vi điều khiển chuyên dùng cho việc phát triển phần mềm phần cứng; đóng vai trị điều khiển trung tâm, kết nối với thiết bị điện tử, kết nối với điện thoại máy tính bảng có chạy ứng dụng đặc biệt Có thể nói, board mạch Intel Galileo nỗ lực Intel việc đưa tảng chip x86 xuống thiết bị IoT béo bở vốn bị chip ARM thống trị Tuy nhiên, board mạch Intel Galileo chưa bày bán phổ biến Việt Nam, chưa khai thác hết cơng dụng mà tạo ra, việc sử dụng kit Intel Galileo cho giải pháp nhà thơng minh ứng dụng hồn tồn lạ, đề tài thành cơng góp phần phát triển sản phẩm khai thác ứng dụng thông minh, gầy dựng thương hiệu board mạch thị trường Mặc khác nhà thông minh áp dụng Việt Nam bắt đầu chưa có nhiều, cơng ty đại diện nước ngồi, nên việc hiểu biết nhà thơng minh áp dụng Việt Nam cho hiệu quả, hướng nghiên cứu để phát triển nội địa hóa, tận dụng lợi Việt Nam cần thiết thời điểm Hơn nữa, nguồn lượng vật liệu ngày cạn kiệt dần, nhu cầu nhà thông minh cần thiết nhằm giảm thiểu tiêu hao lượng, tận dụng nguồn nguyên vật liệu lợi địa phương 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Nhà thông minh mang ý nghĩa lớn cho khoa học, đưa giải pháp cho ngành điện tử, giải pháp truyền dẫn quản lý tài nguyên thiết kế xây dựng Một giải pháp hoàn toàn khác biệt so với giải pháp truyền thống sử dụng mạng lưới điện 220V hay 110V hệ thống toàn hệ thống đường dây điện, làm cho người dùng gặp nguy hiểm, đặc biệt trẻ nhỏ Giờ mạng lưới điện giao tiếp với với người dùng cịn 24V khơng thể gây nguy hiểm tính mạng cho người Các sản phẩm cơng trình xây dựng khơng cịn sản phẩm hoạt động riêng lẻ nữa, mà chúng phối hợp với tạo thành hệ thống thống nhất, để đạt hiệu sử dụng cao nhất, với chi phí thấp int quangtro = A1; int giatriQuangtro = analogRead(quangtro); Serial.println(giatriQuangtro); //giatriQuangtro=map(giatriQuangtro,0,1023,0,255); // send a standard http response header client.println("HTTP/1.1 200 OK"); //send new page client.println("Content-Type: text/html"); client.println(); client.println(""); client.println(""); client.println(""); client.println("CONTROLL SMART HOME"); client.println(""); client.println(""); client.println(""); client.println(" HE THONG DIEU KHIEN VA GIAM SAT THIET BI"); //client.println(""); client.println(" THIET KE BOI TRONG CHI & VAN THANH"); //client.println(""); // client.println(giatriQuangtro);  Tạo bảng điều khiển đèn client.println(""); client.println(""); client.println(" MO DEN"); client.println(" TAT DEN "); client.println(" TRANG THAI "); client.println(""); 70  Phòng khách client.println(""); client.println("P.KHACH"); client.println(""); client.println(DPKHACH); client.println(""); client.println("");  Phòng ngủ client.println(""); client.println("P.NGU"); client.println(""); client.println(DPNGU); client.println(""); client.println("");  Nhà bếp client.println(""); client.println("NHA BEP"); client.println(""); client.println(DNHABEP); client.println(""); client.println("");  Toilet client.println(""); client.println("TOILET"); 71 client.println(""); client.println(DTOILET); client.println(""); client.println("");  CONTROL ALL client.println(""); client.println("OFF/ALL"); client.println(""); client.println(DALL); client.println(""); client.println(""); client.println(""); ///////////////KET THUC TAO BANG DIEU KHIEN DEN  Bảng điều khiển động client.println(""); client.println(""); client.println(" MO"); client.println(" DONG "); client.println(" TRANG THAI "); client.println("");  Cửa client.println(""); client.println("CUA CHINH"); client.println(""); client.println(TT1); 72 client.println(""); client.println("");  Cửa sổ client.println(""); client.println("CUA SO"); client.println(""); client.println(TT2); client.println(""); client.println("");  Quạt client.println(""); client.println("QUAT"); client.println(""); client.println(TT3); client.println(""); client.println("");  Tạo bảng chọn chế độ client.println(""); client.println(""); client.println(" CHE DO"); client.println("VE NHA0)//kiem tra mo cua { 74 TT1=" MO "; myservo.write(180); } if(readString.indexOf("?CUA_OFF") >0)//kiem tra dong cua { myservo.write(0); TT1=" DONG"; digitalWrite(6,LOW); Serial.println("Led Off"); } if(readString.indexOf("?CUA_SO_ON")>0 )//kiem tra mo cua { TT2=" MO "; myservocuaso.write(180); } if(readString.indexOf("?CUA_SO_OFF")>0 )//kiem tra mo cua { TT2=" DONG"; myservocuaso.write(0); } if(readString.indexOf("?QUAT_ON")>0 )//kiem tra mo cua { TT3=" MO "; digitalWrite(10,HIGH); } 75 if(readString.indexOf("?QUAT_OFF")>0 )//kiem tra mo cua { TT3=" DONG "; digitalWrite(10,LOW); } if(readString.indexOf("?DEN_NGU_ON") >0)//checks for on { digitalWrite(5, HIGH); giatriQuangtro =255; DPNGU="ON"; Serial.println("Led On"); } if(readString.indexOf("?DEN_NGU_OFF") >0)//checks for on { digitalWrite(5, LOW); DPNGU="OFF"; Serial.println("Led OFF"); } /*if(giatriQuangtro >20)//checks for on { analogWrite(5, giatriQuangtro); DPNGU="ON"; Serial.println("Led On"); }*/ if(readString.indexOf("?DEN_KHACH_ON") >0)//checks for on { digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(12, HIGH); 76 DPKHACH="ON"; Serial.println("Led On"); } if(readString.indexOf("?DEN_KHACH_OFF") >0)//checks for on { digitalWrite(8, LOW); digitalWrite(12, LOW); DPKHACH="OFF"; Serial.println("Led OFF"); } if(readString.indexOf("?DEN_BEP_ON") >0)//checks for on { digitalWrite(4, HIGH); DNHABEP="ON"; Serial.println("Led On"); } if(readString.indexOf("?DEN_BEP_OFF") >0)//checks for on { digitalWrite(4, LOW); DNHABEP="OFF"; Serial.println("Led OFF"); } if(readString.indexOf("?DEN_TOILET_ON") >0)//checks for on { digitalWrite(7, HIGH); DTOILET="ON"; 77 Serial.println("Led On"); } if(readString.indexOf("?DEN_TOILET_OFF") >0)//checks for on { digitalWrite(7, LOW); DTOILET="OFF"; Serial.println("Led OFF"); } if(readString.indexOf("?ALL_ON") >0)//checks for on { digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(5,HIGH); digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,HIGH); digitalWrite(8,HIGH); digitalWrite(12,HIGH); DALL="ON"; DPKHACH="ON"; DPNGU="ON"; DNHABEP="ON"; DTOILET="ON"; Serial.println("Led ON"); } if(readString.indexOf("?ALL_OFF") >0)//checks for on { digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(6,LOW); 78 digitalWrite(7,LOW); digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(12,LOW); DALL="OFF"; DPKHACH="OFF"; DPNGU="OFF"; DNHABEP="OFF"; DTOILET="OFF"; Serial.println("Led OFF"); } if(readString.indexOf("?RA_NGOAI_ON") >0)//checks for on { digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(7,LOW); digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(10,LOW); digitalWrite(12,LOW); myservo.write(0); waring=""; if (digitalRead(11)>0) { waring="WARING : CO NGUOI DOT NHAP NHA BAN"; digitalWrite(8,HIGH); digitalWrite(12,HIGH); digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(5,HIGH); 79 digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,HIGH); delay(1000); digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(12,LOW); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(7,LOW); delay(1000); } myservocuaso.write(0); TT1="DONG"; TT2="DONG"; TT3="DONG"; DALL="OFF"; DPKHACH="OFF"; DPNGU="OFF"; DNHABEP="OFF"; DTOILET="OFF"; Serial.println("Led OFF"); } if(readString.indexOf("?VE_NHA_ON") >0)//checks for on { if(giatriQuangtro>=200) { digitalWrite(8,HIGH); digitalWrite(12,HIGH); 80 //digitalWrite(4,HIGH); //digitalWrite(5,HIGH); //digitalWrite(6,HIGH); //digitalWrite(7,HIGH); myservocuaso.write(180); } digitalWrite(10,HIGH); if(val>0) { digitalWrite(6,HIGH); myservo.write(180); } else { digitalWrite(6,LOW); myservo.write(0); } TT1="DONG"; TT2="MO"; TT3="MO"; DALL="OFF"; DPKHACH="OFF"; DPNGU="OFF"; DNHABEP="OFF"; DTOILET="OFF"; Serial.println("Led OFF"); } if(readString.indexOf("?DI_NGU_ON") >0)//checks for on 81 { digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(12,LOW); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(7,LOW); if(temp>=35) { analogWrite(10,temp+50); TT3="MO"; } else{digitalWrite(10,LOW); } myservo.write(0); myservocuaso.write(0); //HE THONG AN NHINH waring=""; if (digitalRead(11)>0) { waring="WARING : CO NGUOI DOT NHAP NHA BAN"; digitalWrite(8,HIGH); digitalWrite(12,HIGH); digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(5,HIGH); digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,HIGH); delay(1000); digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(12,LOW); 82 digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(7,LOW); delay(1000); } TT1="DONG"; TT2="DONG"; TT3="DONG"; DALL="OFF"; DPKHACH="OFF"; DPNGU="OFF"; DNHABEP="OFF"; DTOILET="OFF"; Serial.println("Led OFF"); } //clearing string for next read readString=""; } if (c == '\n') { // you're starting a new line currentLineIsBlank = true; } else if (c != '\r') { // you've gotten a character on the current line currentLineIsBlank = false; } } } 83 // give the web browser time to receive the data delay(1); // close the connection: client.stop(); Serial.println("client disonnected"); } } 84 ... lăn thông minh dùng Kit Intel Galileo  Điều khiển thiết bị điện tử như: quạt, cảm biến,… Hình 2.4 Kit Intel Galileo dùng điều khiển quạt 12  Robot Hình 2.5 Kit Intel Galileo dùng điều khiển. .. Intel Galileo, nhà thông minh 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: Ứng dụng board mạch Intel Galileo vào việc điều khiển giám sát mơ hình nhà thơng minh Để thực thi hệ thống điều khiển giám sát nhà thông minh. .. Kit Intel Galileo 12 Hình 2.4 Kit Intel Galileo dùng điều khiển quạt 12 Hình 2.5 Kit Intel Galileo dùng điều khiển Robot 13 Hình 2.6 Nhà thơng minh 14 Hình 2.7