THIẾT kế và THI CÔNG THIẾT bị GIÁM sát NHIỆT độ, độ ẩm, điều KHIỂN THIẾT bị tự ĐỘNG THÔNG MINH từ XA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ  THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG THÔNG MINH TỪ XA T[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ  THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG THƠNG MINH TỪ XA TĨM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG Sinh viên thực : Hồ Văn Giáp Mã sinh viên : K12C08504 Khóa đào tạo : 2018 - 2021 Đà Nẵng - 12/2020 PHẦN MỞ ĐẦU Đặt vấn đề và lý chọn đề tài Ngày nay, xã hội ngày đại, khoa học kỹ thuật phát triển sống người có nhu cầu sử dụng đầy đủ thiết bị thông minh để phục vụ cho sinh hoạt cơng việc Một thực tế gần với người nhà mình, mong muốn ứng cơng nghệ tự động hóa rộng rãi, tất đồ dùng nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet gắn giám sát điều khiển điện tử kết nối với Internet điện thoại di động, cho phép chủ nhân giám sát điều khiển vật dụng từ xa lập trình cho thiết bị nhà hoạt động theo lịch thời gian mong muốn Nhu cầu giám sát hay kiểm soát hệ thống thiết bị điện điều khiển thiết bị thông minh ngày phổ biến kiểm tra nhiệt độ độ ẩm phòng, kiểm tra trạng thái đèn, quạt, máy lạnh, thiết bị khác, mở hay tắt tự động thiết bị điện nhà chịu tác nhân môi trường bật tắt thiết bị nhà từ xa thiết bị di động, thiết bị máy tính thông qua mạng Internet Hiện với khoa học phát triển ngồi việc để điều khiển thiết bị nhà cách dùng tay, remote hồng ngoại, giám sát tình trạng thiết bị qua đèn tín hiệu…chỉ khoảng cách gần (chỉ nơi cố định) ngày thiết bị ngơi nhà giám sát điều khiển qua app điện thoại, web, … bật tắt thiết bị nhiệt độ cao (thấp), trời sáng (tối), cịn điều khiển thiết bị qua trợ lý ảo thông minh hỗ trợ AI như: Google Assistant (Google), Alexa (Amazon), Siri (Apple), Cortana dù ta nơi đâu Vì em tìm hiểu , nghiên cứu, chọn đề tài “Thiết kế thi công thiết bị giám sát nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển thiết bị tự động thông minh từ xa” Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu ⁃ Tìm hiểu hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm điều khiển thông minh thiết bị nhà ⁃ Tìm hiểu Google Assistant, IOT, Wifi, Arduino ⁃ Thi công thiết bị giám sát nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển thiết bị tự động thông minh từ xa ⁃ Kiểm tra, đánh giá tính ứng dụng đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu ⁃ Nghiên cứu kích thước thiết bị ⁃ Sử dụng KIT NodeMCU ESP8266 ⁃ Tập trung nghiên cứu vào thiết bị điều khiển trung tâm ⁃ Sử dụng tảng có sẵn thư viện mở để phát triển sản phẩm Phƣơng pháp nghiên cứu Trong đề tài em sử dụng phương pháp nghiên cứu: ⁃ Phương pháp tham khảo tài liệu: cách thu thập thơng tin từ sách, tạp chí điện tử truy cập từ mạng Internet ⁃ Phương pháp quan sát: Khảo sát số mạch điện thực tế có thị trường tham khảo thêm số dạng mạch từ mạng Internet ⁃ Phương pháp thực nghiệm: từ ý tưởng kiến thức vốn có kết hợp với hướng dẫn từ trang điện tử Youtube, Internet, em lắp ráp thử nghiệm nhiều dạng mạch khác để từ chọn lọc mạch điện tối ưu Dự kiến kết Dự kiến kết thiết bị giám sát nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển thiết bị tự động thơng minh từ xa có chức sau:  Qua xử lý, nhiệt độ độ ẩm cập nhật liên tục, hiển thị hình oled gửi báo kết đến điện thoại người dùng thông qua app  ⁃ Tùy chọn chế độ: Thủ công:  Người dùng gửi lệnh app điện thoại để điều khiển tắt/mở thiết bị  Người dùng dùng nút nhấn để điều khiển thiết bị  Có thể điều khiển thiết bị giọng nói qua trợ lý ảo Google Assistant ⁃ Tự động:  Khi nhiệt độ vượt giới hạn thiết bị tự động bật tắt  Khi trời sáng tối thiết bị tự động bật tắt Ý nghĩa khoa học thực tiễn Kết nghiên cứu từ đề tài giúp có nhiều kinh nghiệm để sau tốt nghiệp em có đủ khả nghiên cứu chế tạo hoàn chỉnh thiết bị điều khiển hệ thống điện cho nhà thông minh đáp ứng sử dụng yêu cầu thị trường với giá thành hợp lý, chất lượng đảm bảo, phù hợp với điều kiện sống Việt Nam 3 CHƢƠNG I TÌM HIỂU CHUNG VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 TỔNG U N VỀ INTERNET OF THINGS 1.1.1 Giới thiệu Internet of Things IoT 1.1.2 Lịch sử hình thành 1.1.3 Ứng dụng IoT 1.2 CÔNG NGHỆ WIFI 1.2.1 Giới thiệu Wifi mạng thay cho mạng có dây thông thường, thường sử dụng để kết nối thiết bị chế độ không dây việc sử dụng cơng nghệ sóng vơ tuyến Dữ liệu truyền qua sóng vơ tuyến cho phép thiết bị truyền nhận liệu tốc độ cao phạm vi mạng Wifi Kết nối máy tính với nhau, với Internet với mạng có dây 1.2.2 Cơng nghệ tru ền nhận liệu 1.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MODULE WIFI ESP8266 1.3.1 Giới thiệu ESP8266 1.3.2 Cấu tạo NODEMCU ESP8266 1.3.3 Tính NODEMCU ESP8266 1.3.4 Quản lý lƣợng NODE MCU ESP8266 1.3.5 Cấu tr c phần mềm lập tr nh rduino 1.4 ĐẶC ĐIỂM CẢM BIẾN DHT22 1.5 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP ĐƢỢC SỬ DỤNG 1.5.1 Chuẩn One-Wire 1.5.2 Chuẩn giao tiếp UART 1.6 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ APP BLYNK 1.7 GOOGLE ASSISTANT 1.7.1 Khái niệm 1.7.2 Lịch sử phát triển 1.7.3 Ƣu nhƣợc điểm 1.8 CÔNG CỤ IFTTT (IF THIS THEN THAT) CHƢƠNG II PHÂN TÍCH THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 2.1 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ Trong đề tài này, em thiết kế thiết bị có hai chế độ:  Thủ cơng: Các relay điều khiển giọng nói thơng qua Google assistant thao tác app Android nút ấn cảm ứng Ngồi cịn thiết kế mạch giám sát nhiệt độ, độ ẩm để người dùng biết nhiệt độ, độ ẩm vị trí đặt hình oled thơng qua app điện thoại,  Tự động: Khi người dùng chọn chế độ tự động relay tự động bật tắt thiết bị nhiệt độ cao nhiệt độ thấp bật tắt trời tối sáng Hệ thống hoạt động dựa kết hợp Module Nodemcu Esp8266 app Blynk smartphone Blynk lưu liệu App Blynk chức lưu trữ liệu từ mạch đo gửi lên cịn có chức hiển thị giao diện điều khiển thiết bị, liệu nhiệt độ, độ ẩm giao diện người dùng - Khi nhận tín hiệu nhiệt độ báo từ cảm biến vi xử lý hệ thống module Nodemcu Wifi ESP8266 xử lý tín hiệu sau truyền lên phần mềm blynk thơng qua môi trường ko dây wifi - Khi module wifi ESP8266 gửi tín hiệu lên App blynk người dùng truy cập vào hệ thống để điều khiển thiết bị gia đình giám sát nhiệt độ, độ ẩm từ xa có mạng internet - Tại Blynk , thơng qua mạng LAN (nội bộ) thông qua internet, nhà quản lý có thể: + Giám sát nhiệt độ liên tục thời điểm ngày Có thể xem nhiệt độ điểm đo thời điểm + Hiển thị nhiệt độ cao thời điểm nhiệt độ thấp nhất, thuận tiện cho việc theo dõi nhiệt độ vượt ngưỡng 2.2 YÊU CẦU CỦA THIẾT BỊ 2.2.1 Module đo nhiệt độ 2.2.2 App blynk 2.2.3 Trợ lý ảo Google Assistant CHƢƠNG III THIẾT KẾ THIẾT BỊ 3.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.1.1 Thiết kế sơ đồ khối Hình 3.1 Sơ đồ mơ hình hệ thống giám sát điều khiển từ xa Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 3.1.2 Các linh kiện tính tốn, thiết kế theo khối 3.1.2.1 Khối xử lý trung tâm 3.1.2.2 Khối ngõ công suất 3.1.2.3 Khối cảm biến 3.1.2.4 Khối nguồn 3.1.2.5 Khối điều khiển 3.1.2.6 Khối hiển thị 3.1.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý tồn mạch Hình 3.18 Mơ ph ng phần mềm fritzing 3.1.4 Thiết kế mạch in Hình 3.19 Mạch in phần mạch điện thiết bị 3.2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3.2.1 Thiết lập kết nối Blynk google assistant với Esp8266 3.2.2 Thiết kế chƣơng tr nh cho thiết bị  Lưu đồ giải thuật chương trình 3.2.3 Thiết kế mơ hình sản phẩm CHƢƠNG IV: THI CÔNG THIẾT BỊ 4.1 DANH SÁCH VẬT DỤNG VÀ CÁC LINH KIỆN 4.2 THI CƠNG MẠCH ĐIỆN \ Hình 4.1 Phần mạch điện sau hồn thành 4.3 THI CƠNG KHUNG THIẾT BỊ Hình 4.2 Khung thiết bị sau hoàn thành 10 CHƢƠNG V ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC Board ESP8266 mạch điều khiển hệ thống Em biết cách ứng dụng chức tích hợp Wifi board để phát triển hệ thống điều khiển thiết bị từ xa Từ nắm chất điều khiển, để mở rộng cho ứng dụng IoT sau này, điều khiển hệ thống lớn Thông qua đề tài em biết cách điều khiển giám sát thiết bị qua Internet (Wifi) Đồng thời thiết kế mơ hình, ứng dụng Android cho hệ thống điều khiển Đề tài có sử dụng cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến LDR qua em biết cấu tạo, nguyên lý hoạt động cách sử dụng cảm biến Cảm biến phổ biến, thích hợp cho việc giám sát nhiệt độ, độ ẩm hệ thống nh 5.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Hình 5.1 Sản phẩm sau hoàn thành chạy thực nghiệm 11 Hình 5.2 Chạy thực nghiệm máy tính Hình 5.3 Chạy thực nghiệm điện thoại qua App Blynk 12 Hình 5.4 Điều khiển qua trợ lý ảo google assistant 5.3 ĐÁNH GIÁ Trong trình vận hành thiết bị, em ghi nhận lại kết tổng hợp Bảng 5.1 Số liệu thực nghiệm Thời Số lần Số lần gian Đánh Công việc thao thành đáp giá tác công ứng Điều khiển thiết bị qua ứng dụng Điều khiển thiết bị qua google assistant Điều khiển nút nhấn Giám sát cảm biến 1–2 30 28 30 27 30 30 giây Đạt Ổn định Ổn định giây Đạt Đánh giá chung giây 3–4 giây Đạt Đạt Đạt Qua số liệu thống kê bảng trên, em đánh giá thiết bị đáp ứng mục tiêu đặt Thiết bị hoạt động ổn định sau nhiều lần chạy, kiểm tra thử nhiều trường hợp Mơ hình nh gọn, thẩm mỹ, đảm bảo tính an tồn cao, dễ dàng lắp đặt sử dụng Nhưng để đưa hệ thống áp dụng vào thực tế em cần phải hoàn thiện số phần sau: tăng tốc 13 độ điều khiển phản hồi, tối ưu hóa mơ hình, thêm số chức như: giám sát nơi điều khiển, cảnh báo chống trộm, báo cháy, 14 ... ? ?Thi? ??t kế thi công thi? ??t bị giám sát nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển thi? ??t bị tự động thông minh từ xa? ?? Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu ⁃ Tìm hiểu hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm điều khiển thông minh. .. điều khiển thông minh thi? ??t bị nhà ⁃ Tìm hiểu Google Assistant, IOT, Wifi, Arduino ⁃ Thi công thi? ??t bị giám sát nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển thi? ??t bị tự động thơng minh từ xa ⁃ Kiểm tra, đánh giá... kiến kết thi? ??t bị giám sát nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển thi? ??t bị tự động thơng minh từ xa có chức sau:  Qua xử lý, nhiệt độ độ ẩm cập nhật liên tục, hiển thị hình oled gửi báo kết đến điện thoại