Ứng dụng board mạch raspberry PI 3B + điều khiển thiết bị gia dụng ( Smart home)

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN ỨNG DỤNG BOARD MẠCH RASPBERRY PI 3B+ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN GIA DỤNG (SMART HOME) SINH VIÊN THỰC HIỆN LÊ HUY CHUNG 17113211 TRẦN MINH CƯỜNG 17113201 NGUYỄN ĐƯỜNG CÔNG DANH 17113341 PHAN TẤN ĐỨC 17113271 LỚP: DHDI13BVL GVHD: THS DƯƠNG HỮU PHƯỚC TP HCM, NĂM 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (1): Lê Huy Chung 17113211 (2): Trần Minh Cường 17113201 (3): Nguyễn Đường Công Danh 17113341 (4): Phan Tấn Đức 17113271 Tên đề tài NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BOARD MẠCH RASPBERRY PI 3B+ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN GIA DỤNG (SMART HOME) Nhiệm vụ (Nội dung số liệu ban đầu) a Nội dung thực hiện: Nghiên cứu board mạch Raspberry pi model B+ ngôn ngữ lập trình phục vụ Nghiên cứu dùng phần mềm điều khiển điện thoại Nghiên cứu điều khiển từ xa qua internet (wifi 3G/4G) Nghiên cứu board mạch liên quan phục vụ mơ hình báo cáo Điều khiển thiết bị điện theo ngữ cảnh Thi công tủ điều khiển b Các số liệu ban đầu: Nhà sân vườn diện tích nhà 13.5m x 33m  Số phịng: phịng Diện tích vườn phải 13mx10m Diện tích vườn trái 20mx8m ii Kết dự kiến Kiểm sốt thiết bị điện ngồi nhà Kết nối wifi 3G/4G điều khiển từ xa cho thiết bị Thiết lập thời gian hoạt động cho thiết bị Điều khiển nhà theo ngữ cảnh Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng Sinh viên Trưởng mơn iii năm 2019 LỜI CÁM ƠN Nhóm sinh viên thực đề tài, chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy cô giáo khoa điện trường Đại Học Cơng Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy, truyền đạt trang bị cho chúng em kiến thức thực tế, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt chúng em xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến thầy Dương Hữu Phước định hướng, hướng dẫn tận tình tạo điều kiện tốt cho chúng em suốt trình chúng em thực đề tài Trong q trình thực đề tài khơng tránh khỏi thiếu xót Rất mong nhận góp ý quý thầy cô người dùng để đề tài hồn thiện Nhóm thực đề tài xin chân thần cảm ơn! iv NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN v NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN vi MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP II LỜI CÁM ƠN IV NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN V NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN VI MỤC LỤC VII DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ X CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Bản vẽ số liệu khảo sát ban đầu CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU NHÀ THÔNG MINH 2.1 Nhà thông minh 2.2 Tiện nghi 2.3 Tiết kiệm 2.4 An toàn 2.5 Kiểm soát tốt 2.6 Đẳng cấp 10 CHƯƠNG 3: BO MẠCH RASPBERRY, MODULE VÀ CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI 11 3.1 Raspberry Pi 11 3.2 Cấu tạo Raspberry Pi model B+ 12 3.2.1 Phụ kiện 15 3.3 Cài đặt hệ điều hành cho Raspberry Pi 16 3.3.1 Kết nối với Raspberry Pi từ PC 17 vii 3.3.2 Cài đặt VNC viewer 20 3.4 Arduino Uno R3 23 3.4.1 Cấu tạo Arduino UNO R3 24 3.4.2 Arduino Uno sử dụng vi điều khiển: 24 3.4.3 Các chân nguồn 25 3.4.4 Các cổng vào/ra Arduino Board 25 3.4.5 Lập trình cho Arduino 26 3.5 Module RS 485: 27 3.6 Bộ nguồn: 28 3.7 Module điều khiển AC TAC-500 29 3.8 Module relay 5V 29 3.8.1 Thông số kỹ thuật Module Relay 30 3.8.2 Nguyên lý hoạt động Module Relay 30 3.9 Bóng đèn 31 3.10 Nút nhấn nhả 31 CHƯƠNG 4: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH 32 4.1 Phần mềm, giao thức giao tiếp: 32 4.1.1 So sánh SPI I2C UART 32 4.1.2 UART gì? 36 4.1.3 Chuẩn giao tiếp: 38 4.2 Frame truyền 39 4.3 Phân biệt thiết bị 44 4.4 Giới thiệu app Blink 46 4.5 Sơ đồ khối cho tồn chương trình 48 4.6 Code cho Host 50 4.7 Code cho Slave 54 4.8 Giới thiệu nút chức 58 viii 4.8.1 Cài đặt chức blynk 59 4.9 Tiến Hành lắp đặt đấu nối Module: 64 4.10 Sơ đồ đấu dây: 66 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69 5.1 Kết thực 69 5.2 Hướng phát triển đề tài 70 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.4.1 Mặt Bằng Tổng Thể Hình 1.4.2 Mặt Bằng Tủ Điện Và Máy Lạnh Hình 1.4.3 Mặt Bằng Ổ Cắm Hình 1.4.4 Mặt Bằng Chiếu Sáng Hình 2.1 Smart Home Hình 2.2 Điều Khiển Nhà Thơng Minh Bằng Điện Thoại Hình 2.3 Tiết Kiệm Chi Phí Năng Lượng Hình 2.4 Nhà Thơng Minh An Toàn Hình 2.5 Nhà Thơng Minh Kiểm Sốt Ngơi Nhà Tốt Hơn Hình 2.6 Nhà Thông Minh Làm Cho Ngôi Nhà Đẳng Cấp Hơn 10 Hình 3.1 Hình Ảnh Thực Tế Của Raspberry Pi B+ 11 Hình 3.2 Mơ Hình Board Raspberry Pi Model B+ 12 Hình 3.3 Sơ Đồ Chân Raspberry Pi 13 Hình 3.4 Cấu Trúc Raspberry Pi Model B+ 15 Hình 3.5 Phụ Kiện Kèm Theo Với Raspberry Pi 16 Hình 3.6 Cài Đặt Hệ Điều Hành Raspbian 16 Hình 3.7 Phần Mềm Win32diskmage 17 Hình 3.8 Tìm Địa Chỉ Ip Raspberry Trên Command Prompt 18 Hình 3.9 Phần Mềm Putty 18 Hình 3.10 Đăng Nhập Raspberry Trên Putty 19 Hình 3.11 Màn Hình Thiết Lập Cho Raspberry Pi 19 Hình 3.12 Tải Và Cài Đặt Vnc Sever 20 x Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Công Danh Trần Minh Cường Phan Tấn Đức pinMode(4, OUTPUT); //D5 Using as digital OUTPUT only pinMode(3, OUTPUT); //D4 Using as digital OUTPUT only pinMode(2, OUTPUT); //D3 Using as digital OUTPUT only pinMode(11, OUTPUT); // (A2) Using as PWM or digital OUTPUT pinMode(10, OUTPUT); // (A1) Using as PWM or digital OUTPUT } void pinmode_in(void) { // //alternative // for (int temp = 0; temp < 8; temp++) { // pinMode(inpin[temp], INPUT_PULLUP); // } pinMode(13, INPUT_PULLUP); // button pinMode(12, INPUT_PULLUP); // button pinMode(A0, INPUT_PULLUP); // button pinMode(A1, INPUT_PULLUP); // button pinMode(A2, INPUT_PULLUP); // button pinMode(A3, INPUT_PULLUP); // button pinMode(A4, INPUT_PULLUP); // button pinMode(A5, INPUT_PULLUP); // button //Set ID for Module (set by switch): Calculated in binary code A1A0 // if module have the same ID, its will work the same pinMode(8, INPUT_PULLUP); //Using for set ID: Address0 pinMode(9, INPUT_PULLUP); //Using for set ID: Address1 } int readID(void) { return readpinin(9) * + readpinin(8); } void setup() { // put your setup code here, to run once: 56 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Công Danh Serial.begin(115200); Serial.setTimeout(30); pinmode_out(); pinmode_in(); read_statepin(); readID(); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: getSerial(); putSerial(); } Chương trinh board ardunio Read statepin :đọc trạng thái pin Get serial: nhận mã hóa rs485 Put serial: mã hóa rs485 gửi Pinmode out : pin đầu Pinmode in :pin đầu vào Read ID :đọc địa ID Void setup: đặt thiết lập Void lood : đặt thiết lập đây, chạy liên tục 57 Trần Minh Cường Phan Tấn Đức Khóa luận tốt nghiệp 4.8 SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Công Danh Trần Minh Cường Phan Tấn Đức Giới thiệu nút chức Button Hoạt động chế độ nhấn chuyển đổi Cho phép gửi giá trị BẬT TẮT (THẤP / CAO) Nút gửi (CAO) nhấn gửi (THẤP) gửi tín hiệu Slider Tương tự chiết áp Cho phép gửi giá trị phạm vi MIN / MAX định Timer Hẹn kích hoạt hành động thời điểm định Ngay điện thoại thông minh ứng dụng ngoại tuyến Thời gian bắt đầu gửi (CAO) Thời gian dừng gửi (THẤP) Phiên Android gần cải thiện Timer tiện ích Eventor Với Sự kiện Thời gian Sự kiện, người dùng định nhiều định thời mã pin, gửi chuỗi / giá trị nào, chọn ngày múi Người dùng nên sử dụng tiện ích Eventor over Timer Tuy nhiên, widget Timer thích hợp cho kiện hẹn đơn giản zeRGBa ZERGBA công cụ chọn màu + chọn độ sáng RGB thông thường Labeled Value Hiển thị liệu đến cách trực quan Trong người dùng thêm hậu tố tiền tố phía ứng dụng, khơng có mã hóa phần cứng 58 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Công Danh 4.8.1 Cài đặt chức blynk Hình 4.7.1 Cài đặt controlles blynk 59 Trần Minh Cường Phan Tấn Đức Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Cơng Danh Button Hình 4.7.2 Cài đặt Button 60 Trần Minh Cường Phan Tấn Đức Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Cơng Danh Slider Hình 4.7.3 Cài đặt slider 61 Trần Minh Cường Phan Tấn Đức Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Cơng Danh Timer Hình 4.7.4 Cài đặt Timer 62 Trần Minh Cường Phan Tấn Đức Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Cơng Danh Hồn thành kiểm tra kết nối điều khiển Hình 4.7.5 Màn hình điều khiển 63 Trần Minh Cường Phan Tấn Đức Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Công Danh Trần Minh Cường Phan Tấn Đức 4.9 Tiến Hành lắp đặt đấu nối Module: Gia công Board: Do module Arduino board ngun mẫu khơng có sẵn chân ra, nên ghép nối trực tiếp với module khác Vì thế, để ghép nối tốt module với nhau, ta dùng cách ghép qua board đục lỗ Hàn dây kích thước nối dây: Vì board nguyên mẫu nên phải sử dụng dây điện để kết nối Lựa chọn dây đồng để dể hàn dây, việc xếp dây quan trọng khoảng cách chân nhỏ, nên phải cẩn thận kiểm tra chân sau hàn tránh tình trạng mối hàn chạm vào khoảng cách điểm hàn gần board nguyên mẫu nên phải kiểm tra để đảm bảo tốt an tồn Hình 4.6.1 Boar prototype Pinout: Lựa chọn chân output PWM chân điều khiển digital bình thường Việc lựa chọn phải đảm bảo chân nằm gần nhau, phân theo cụm đễ dễ hàn dây, kết nối dây ( Vị trí chân tại: 10 11 chân output, A0 A1 A2 A3 A4 A5 12 13 chân in, nằm gần nhau) Connector: Là board nguyên mẫu nên cần phải tháo lắp nhiều, để mô phỏng, chạy thử Nên sử dụng loại connector dễ thay thế, dễ tháo lắp 64 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Công Danh Trần Minh Cường Phan Tấn Đức Outline: Tiến hành xếp thành phần cho dễ nhìn, hợp lý dễ nhận biết định cụm đầu phải thay thế, chỉnh sửa nhiều nên nằm cùng, xếp hàng ngang.-Đầu vào kết nối tới nút nhấn điều khiển nên xếp thành hàng dọc, đánh số thứ tự nút nhấn từ tới Hình 4.6.2 Ngõ Arduino Đầu vào RS485 đầu vào tín hiệu, đầu vào chức năng, nên nằm hướng với cổng nguồn, cổng USB (cổng upload firmware) RS485, USB, nguồn…quay theo hướng ngược lại với đầu cổng đầu để tránh nhầm lẫn Hai switch cài đặt ID đặt góc có vị trí trống để dễ điều khiển Lựa chọn slider switch kích thước nhỏ, ID switch không cần thay đổi sau lắp đặt, nên dùng kích thước nhỏ để tránh bị tác động nhầm đụng chạm ý muốn làm thay đổi ID Box 65 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Công Danh 4.10 Sơ đồ đấu dây: Sơ đồ nguyên lý tủ điện Hình 4.10.1 Sơ đồ ngun lý tủ điện 66 Trần Minh Cường Phan Tấn Đức Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Công Danh Sơ đồ ngun lý tủ điện phịng Hình 4.10.1 Sơ đồ nguyên lý tủ điện phòng 67 Trần Minh Cường Phan Tấn Đức Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Công Danh Sơ đồ điện đấu nối board điện điều khiểu Hình 4.6.3 Sơ đồ điện đấu nối board điện điều khiểu 68 Trần Minh Cường Phan Tấn Đức Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Công Danh Trần Minh Cường Phan Tấn Đức CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết thực Hình 5.1 Mơ hình báo cáo hồn thiện Nhóm hồn thành mục tiêu đề ban đầu phần cho thấy ưu điểm mơ hình “Ứng dụng board mạch Raspberry pi 3B+ điều khiển thiết bị điện nhà vườn (Smart home)” sau: Có tính kinh tế so với mơ hình smart home Dễ dàng điều khiển hẹn mở tắt cho thiết bị Giúp chủ nhà quản lý cá thiết bị điện nhà từ theo dõi kW điện tiêu thụ thiết bị Tuy nhiên mô hình cịn số mặt hạn chế cần khắc phục: 69 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Lê Huy Chung Nguyễn Đường Công Danh Trần Minh Cường Phan Tấn Đức Chưa đưa giải vấn đề nhiễu sóng hài Việc lắp dặt cần phải có chun mơn Còn phụ thuộc vào Blynk Chưa điều khiển giọng nói Chưa có biện pháp an ninh (Camera quan sát, báo động có xâm nhập,…) 5.2 Hướng phát triển đề tài Để việc kiểm sốt nhanh chóng thuận tiện khơng có mặt nhà camera quan sát một thiết bị thiết yếu quan trọng việc giám sát nhanh chóng hỗ trợ từ xa qua mạng Dù đâu cần máy tính điện thoại có kết nối mạng thấy hoạt động diễn nơi có camera từ xa nhanh Giúp việc giám sát tối ưu nhất, diễn hay cố lúc để có hướng xử lý tốt Tự động điều chỉnh theo ngữ cảnh TÀI LIỆU THAM KHẢO https://raspberrypi.vn http://arduino.vn/ https://hocarm.org/node-red-co-ban/ http://biospring.com.vn/kien-thuc-chuyen-nganh/ky-thuat-nuoi-ca-basa-trong-aodat-chat-luong-cao.html http://www.aquatec.vn/blog/ky-thuat-nuoi-ca-tra-va-ca-basa-496/?hl=vi https://www.youtube.com/watch?v=1BwpqbHnVHM https://www.youtube.com/watch?v=wCa3_RfPlqo https://baomoi.com/ky-thuat-nuoi-ca-basa-trong-be-lon-nhanh-nhu-thoi-lai-tietkiem-chi-phi/c/23594121.epi https://blynk.io/ https://github.com/blynkkk 70 ... CỨU ỨNG DỤNG BOARD MẠCH RASPBERRY PI 3B+ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN GIA DỤNG (SMART HOME) Nhiệm vụ (Nội dung số liệu ban đầu) a Nội dung thực hiện: Nghiên cứu board mạch Raspberry pi model B+ ngơn... tác với 1.2 Mục tiêu Thiết lập mơ hình mạng điều khiển thiết bị từ board điều khiển trung tâm Raspberry Pi Xây dựng chương trình điều khiển thơng qua internet cho phép điều khiển thơng qua trình... mềm điều khiển điện thoại Nghiên cứu điều khiển từ xa qua internet (wifi 3G/4G) Nghiên cứu board mạch liên quan phục vụ mơ hình báo cáo Điều khiển thiết bị điện theo ngữ cảnh Thi công tủ điều khiển