Thiết kế chế tạo mô hình nhà thông minh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CƠ KHÍ CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ *   * ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực Đinh Xuân Hải Mai Văn Doãn Thân Trọng Tuân Lớp sinh hoạt : TH.S Nguyễn Thị Thanh Vi : Msv: 1811504410215 Msv: 1811504410209 Msv: 1811504410161 : 18CDT2 Đà nẵng, tháng 06 năm 2022 LỜI NÓI ĐẦU Xã hội kỷ 21 chứng kiến phát triển vượt bậc công nghệ đánh dấu mở đầu thiết bị thông minh Smart phone, Smart Tivi thiết bị ngày phổ biến, thông dụng đời sống ngày người Đúng tên gọi, thiết bị có khả đáp ứng yêu cầu người, mà thế, thiết bị smart đời thay người việc kiểm soát điều khiển chức khác cách chuyên nghiệp, dễ dàng hiệu Tiếp nối thành công thiết bị thông minh ấy, Smart home đời khởi đầu táo bạo tư làm chủ công nghệ sống người Một nhà thông minh với khả thấu hiểu tư điều khiển người nhanh chóng trở thành đề tài cơng nghệ có sức hấp dẫn Nhà thông minh hay smart home, home automation kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hóa hồn toàn bán tự động, thay người thực thao tác quản lý, điều khiển Hệ thống điện tử giáo tiếp với chủ nhân nhà thông qua bẳng điện tử đặt sẵn nhà, phần mềm điện thoại di động, máy tính bảng giao diện web Lúc đầu, ý tưởng thực nhờ vào tia hồng ngoại để điều khiển từ xa, khoảng cách hạn chế Về sau, nhiều nghiên cứu nhằm cải thiện khoảng cách điều khiển mang lại nhiều thành cơng có ý nghĩa thực tiễn điều khiển thông qua đường dây điện thoại, nhiên chưa phải biện pháp tối ưu Khi công nghệ wireless phát triển, người ta lại nghĩ đến điều khiển qua mạng không dây, điều khiển từ xa dùng máy tính đời Đồ án trình bày giải pháp điều khiển giám sát nhà cách thông minh thông qua Internet Giải pháp đưa khả với chế hoạt động xác mang tính ổn định để tạo bước phát triển hệ thống thông minh ứng dụng vào thực tế Dữ liệu thông số thiết bị nhà thông minh truyền lên website phần mềm giao diện giúp đảm bảo chế an ninh, an toàn tự động Đề tài sản phẩm có tính thực tế cao dựa nhu cầu công nghệ nay, nghiên cứu, chế tạo dựa kiến thức chúng em học, kế thừa phát huy kết cơng trình nghiên cứu trước Đề tài nhóm em giao “Thiết kế hệ thống nhà thơng minh” Sau q trình tìm hiểu, nghiên cứu thiết kế, đặc biệt nhờ có giúp đỡ bảo tận tình giáo Nguyễn Thị Thanh Vi, thầy cô môn Cơ điện tử, đến nhóm I chúng em hồn thành đề tài đồ án với thuyết minh mơ hình hệ thống Em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Cơ Điện Tử tận tình bảo để nhóm em hồn thành đề tài nghiên cứu Bên cạnh hướng dẫn, góp ý giáo viên hướng dẫn TH.S Nguyễn Thị Thanh Vi nhiệt tình hỗ trợ em qua trình làm đồ án Do thời gian kiến thức nhiều hạn chế, đề tài chúng em khơng tránh khỏi sai sót,chúng em mong thầy góp ý chỉnh sửa để hồn thiện Đà nẵng , ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực Mai Văn Doãn Đinh Xuân Hải Thân Trọng Tuân II CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ thống nhà thông minh quản lý, điều khiển qua app Blynk” cơng trình nghiên cứu không chép ai, tự nghiên cứu, đọc, dịch, tham khảo tài liệu, tổng hợp thực Những phần sử dụng tài liệu tham khảo đồ án đuợc nêu rõ phần tài liệu tham khảo Các số liệu, kết trình bày đồ án hoàn toàn trung thực, sai chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm chịu kỷ luật Bộ môn, Khoa Nhà trường đề Sinh viên thực (Chữ ký, họ tên sinh viên) III MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU I CAM ĐOAN III MỤC LỤC IV MỤC LỤC HÌNH VẼ VI DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VIII CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH 1.1 Tổng quan nhà thông minh 1.1.1 Bối cảnh nhu cầu sử dụng nhà thông minh 1.1.2 Các mơ hình nhà thông minh áp dụng 1.2 Lựa chọn hướng thiết kế CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH 2.1 Sơ đồ kết cấu nhà chức 2.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 10 2.2.1 Sơ đồ khối mơ hình nhà thơng minh 10 2.3 Sơ đồ mạch nguyên lý 11 2.4 Giới thiệu modul Arduino 11 2.4.1 Giới thiệu chung 11 2.4.2 Arduino Uno 13 2.4.3 Arduino Mega 2560 15 2.4.4 Esp8266 18 2.4.5 Một số ứng dụng Arduino 20 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ CẤU VÀ LINH KIỆN CHO NGÔI NHÀ THÔNG MINH 22 3.1 Sơ đồ mạch điều khiển cấu chấp hành 22 3.2Tổng quan thiết bị sử dụng hệ thống 22 3.2.1 Động servo SG90 22 3.2.3 RFID RC522 24 3.2.4 LCD 16x2 27 3.2.5 Cảm Biến Khí Gas MQ-2 28 3.2.6 Cảm Biến Chuyển Động HC-SR510 31 3.2.7 Cảm biến phát lửa 33 3.2.8 Cảm biến mưa 34 3.2.9 LM298N 36 3.2.10 Bàn phím ma trận 4x4 38 3.3 Các modul thiết bị sử dụng mô hình chức 39 3.3.1 Cửa cổng 39 3.3.2 Cửa nhà 40 3.3.3 Phòng khách 41 3.3.4 Gara 42 3.3.5 Phòng ngủ 43 IV 3.3.6 Phòng bếp 44 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN,GIÁM SÁT CHO NGÔI NHÀ THÔNG MINH QUA APP BLYNK 46 4.1 BLYNK 46 4.2 Cách hoạt động Blynk 47 4.3 Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển qua app blynk 48 4.4 Cách thức tạo giao diện app blynk 48 4.4.1 Các bước tạo nút nhấn điều khiển đèn quạt app blynk 49 4.4.2 Các bước tạo giao diện hiển thị thông tin app Blynk 51 4.4.3 Các bước tạo nút nhấn điều khiển cửa sổ báo động app blynk 53 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 57 5.1 Mơ hình thực tế 57 5.2 Kết đạt 58 KẾT LUẬN 59 Kết đạt đồ án 59 Hướng phát triển cho hệ thống 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC V MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1 Mơ hình tổng quát nhà thông minh Hình Biểu đồ tăng trưởng thị trường Smarthome giới Hình Biểu đồ tăng trưởng thị trường Smarthome Việt Nam Hình Mơ hình Smart home công ty Compro Technology Hình Mơ hình Smart home cơng ty IEI Integration Hình Mơ hình Smart home Eco-Future-World Hình Mơ hình Smart home BKAV Hình Mơ hình Smart home Lumi Hình Xu hướng phát triển smarthome Hình Sơ đồ kết cấu nhà thông minh Hình 2 Các chức sử dụng Hình Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống điện tử 10 Hình Sơ đồ mạch điện hệ thống 11 Hình Hình ảnh Arduino Uno 12 Hình Cấu trúc phần cứng Arduino Uno 13 Hình Arduino Mega 2560 15 Hình esp 8266 19 Hình Sơ đồ chân esp 8266 20 Hình Sơ đồ ngun lí tổng thể 22 Hình Sơ đồ chân động servo SG90 22 Hình 3 Động giảm tốc 24 Hình Sơ đồ chân RC522 25 Hình LCD 16x2 27 Hình Module cảm biến khí gas MQ2 28 Hình Cấu tạo module cảm biến khí gas MQ2 29 Hình Module cảm biến chuyển động HC-SR510 31 Hình Sơ đồ chân cảm biến chuyển động HC-SR510 31 Hình 10 Nguyên tắc hoạt động cảm biến chuyển động 32 Hình 11 Sơ đồ chân cảm biến lửa 33 Hình 12 Ngun lí hoạt động module 34 Hình 13 Sơ đồ chân cảm biến mưa 34 Hình 14 Ngun lí hoạt động module 35 Hình 15 Sơ đồ chân LM298N 36 Hình 16 Sơ đồ ngun lí hoạt động LM298N 38 Hình 17 Sơ đồ chân bàn phím 4x4 38 Hình 18 Sơ đồ nguyên lý cửa cổng 40 Hình 19 Sơ đồ nguyên lý cửa nhà 41 Hình 20 Sơ đồ ngun lý phịng khách 42 Hình 21 Sơ đồ nguyên lý gara để xe 43 Hình 22 Sơ đồ nguyên lý phòng ngủ 44 Hình 23 Sơ đồ nguyên lý khu bếp 45 Hình 24 Sơ đồ nguyên lý cảm biến mưa Error! Bookmark not defined Hình Giao diện app blynk 46 Hình Sơ đồ khối hệ thống giám sát điều khiển 48 Hình Đặt tên giao diện chọn linh kiện kết nối điều khiển thiết bị 49 VI Hình 4 giao diện sau tạo nút nhấn 49 Hình Chọn chân cách hoạt động nút nhấn vừa tạo 50 Hình Giao diện điều khiển đèn,quạt app Blynk 50 Hình Đặt tên giao diện chọn linh kiện kết nối hiển thị thơng tin 51 Hình Giao diện sau tạo bảng hiển thị 51 Hình Chọn chân thông số hiển thị nhiệt độ 52 Hình 10 Giao diện hiển thị nhiệt độ,độ ẩm, khí gas app Blynk 52 Hình 15 Giao diện Blynk sau tạo báo động 53 Hình 11 Đặt tên giao diện chọn linh kiện kết nối báo động, điều khiển cửa sổ 54 Hình 12 giao diện sau tạo nút nhấn báo động 54 Hình 13 Chọn chân cách hoạt động nút nhấn báo động 55 Hình 14 Giao diện điều khiển cửa sổ chế độ báo động 55 Hình 15 Giao diện sau tạo báo động app Blynk 56 Hình Mơ hình nhà thơng minh dạng 3D 57 Hình Mơ hình nhà thơng minh thực tế 58 VII DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Ý nghĩa IOT Internet of things RFID Radio Frequency Identification USB Universal Serial Bus I2C Inter – Integrated Circuit TCP/IP Transmission Control Protocol/ Internet Protocol UART Universal Asynchronous Receiver / Transmitter VIII Đề Tài :Thiết kế chế tạo mô hình nhà thơng minh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THƠNG MINH 1.1 Tổng quan nhà thơng minh 1.1.1 Bối cảnh nhu cầu sử dụng nhà thông minh Ngày nay, đời sống ngày nâng cao, nhu cầu người đòi hỏi tiện nghi hỗ trợ tốt Cùng với mở rộng không ngừng mạng lưới internet khắp vùng quốc gia lãnh thổ làm cho việc giám sát điều khiển hệ thống qua mạng internet trở thành tất yếu Từ yêu cầu điều kiện thực tế , ý tưởng ngơi nhà thơng minh hình thành, nơi mà hoạt động người hỗ trợ giúp đỡ cách linh hoạt, ngồi ngơi nhà cịn tự động quản lí cách thơng minh Vậy, nhà thông minh ? Sự thông minh nhà thể phương diện sau:  Thứ nhất, khả tự động hóa Căn nhà trang bị hệ thống cảm biến như: cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến khí gas, cảm biến báo cháy, cảm biến vật cản, cảm biến ánh sáng… với khả tự động hoạt động theo điều kiện môi trường Nhà thông minh giúp giám sát mức tiêu thụ điện, nước tốt so với thông thường  Thứ hai, khả thỏa mãn nhu cầu người sử dụng Chủ nhân nhà điều khiển theo ý muốn theo kịch lập trình sẵn  Thứ ba, khả bảo mật, giám sát an ninh Hệ thống giám sát an ninh, báo cháy, báo rò rỉ khí gas tự động báo trạng thái ngơi nhà qua mạng internet  Thứ tư, khả điều khiển, cảnh báo từ xa thông qua kết nối internet thơng qua wifi,3g… Các thiết bị như: bóng đèn, điều hòa, ti vi, tủ lạnh,… kết nối tới mạng internet Người sử dụng cần có thiết bị kết nối internet theo dõi liệu từ cảm biến điều khiển thiết bị nhà theo ý muốn thân SVTH:Đinh Xuân Hải Mai Văn Doãn Thân trọng Tuân GVHD:Nguyễn Thị Thanh Vi if(demco == && demchua == && demmas == 0) //Nếu thẻ có { // Serial.print(" THE DA CO TRONG EEPROM "); // Serial.print(" Zero: "); Serial.print(diachi_zero); // Serial.print(" Demco: "); Serial.println(demco); o = 0; m=5; moi=0; demco=0; demchua=0; demmas=0; lcd.setCursor(0,1); lcd.print(" THE DA CO! "); delay(1000); lcd.clear(); chon_menu(); //in(); } else if(demchua > && demco == && demmas == 0) //Nếu thẻ chưa có THÌ LƯU THẺ ĐĨ VÀO EEPROM { tim_zero(); //Tìm vị trí // Serial.print(" THE CHUA CO "); // Serial.print(" Zero: "); Serial.print(diachi_zero); // Serial.print(" Demchua: "); Serial.print(demchua); // Serial.print(" ID mới: ");Serial.print(id_moi[0]);Serial.print(":");Serial.print(id_moi[1]);Serial.print(":"); // Serial.print(id_moi[2]);Serial.print(":");Serial.println(id_moi[3]); if(diachi_zero == a) //Nếu đoạn từ đến số ô sử dụng khơng có có GT // a ô cuối lưu thẻ { SVTH:Đinh Xuân Hải Mai Văn Doãn Thân trọng Tuân GVHD:Nguyễn Thị Thanh Vi 27 for(int i=0; i