(Đồ án hcmute) thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển các thiết bị điện trong nhà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ GVHD: ThS NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH: VŨ HOÀNG HẢI MSSV: 16141024 SVTH: VŨ XUÂN THẮNG MSSV: 16141079 S K L0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2021 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ SVTH : MSSV : SVTH : MSSV : Khóa : Ngành : GVHD: VŨ HỒNG HẢI 16141024 VŨ XUÂN THẮNG 16141079 2016 CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ThS NGUYỄN NGÔ LÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ SVTH : MSSV : SVTH : MSSV : Khóa : Ngành : GVHD: VŨ HỒNG HẢI 16141024 VŨ XUÂN THẮNG 16141079 2016 CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ThS NGUYỄN NGÔ LÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng năm 2021 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Vũ Hoàng Hải MSSV: 16141024 Vũ Xuân Thắng MSSV: 16141079 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử - viễn thông Lớp: 16141CLVTB Giảng viên hƣớng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: 20/1/2021 Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển thiết bị điện nhà Các số liệu, tài liệu ban đầu: Arduino; Giáo trình lập trình Android ứng dụng Nội dung thực đề tài: Thiết kế xây dựng mơ hình hệ thống nhà thông minh Giám sát nhà thông qua cảm biến điều khiển thiết bị điện thơng qua Internet Sản phẩm: Mơ hình hệ thống ứng dụng điện thoại Android GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Vũ Hoàng Hải MSSV: 16141024 Vũ Xuân Thắng MSSV: 16141079 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử - viễn thông Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển thiết bị điện nhà Họ tên Giáo viên hƣớng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: Ƣu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Giáo viên hƣớng dẫn an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Vũ Hoàng Hải MSSV: 16141024 Vũ Xuân Thắng MSSV: 16141079 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử - viễn th ng Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển thiết bị điện nhà Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: Ƣu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Giáo viên phản biện an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Vũ Hoàng Hải MSSV: 16141024 Vũ Xuân Thắng MSSV: 16141079 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử - viễn th ng Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển thiết bị điện nhà Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: Ƣu điểm: Khuyết điểm: 10 Đề nghị cho bảo vệ hay không? 11 Đánh giá loại: 12 Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Giáo viên phản biện an LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc Đề tài tốt nghiệp này, nhóm chúng em chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Ngô Lâm Trong suốt trình thực đề tài, thầy lu n ngƣời hƣớng dẫn chúng em tận tình, lời góp ý nhận xét kinh nghiệm đƣợc Thầy truyện đạt tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành đề tài Chúng em xin cảm ơn đến thầy, cô khoa Đào tạo chất lƣợng cao giảng dạy cho chúng em kiến thức tảng để chúng em có tiền đề thực thiện đề tài Cuối chúng em xin cảm ơn đến gia đình, chỗ dựa nhƣ nguồn động viên tinh thần chúng em gặp khó khắn học tập nhƣ trình nghiên cứu để hoàn thành đề tài tốt nghiệp Chúng em xin chân thành cảm ơn! Ngƣời thực đề tài Vũ Hoàng Hải Vũ Xn Thắng i an TĨM TẮT Cơng nghệ trở thành phần thiếu đời sống ngƣời Internet of Things năm gần phát triển cách vơ mạnh mẽ Từ đó, việc đời ứng dụng nhƣ thiết bị thông minh, có kết nối internet nhằm thuận tiện cho việc theo dõi nhƣ điều khiển thiết bị nhà phát triển theo Với mục đích tiếp cận nhu cầu nhóm định thực đề tài: “Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển thiết bị điện nhà” Đề tài mơ hình hệ thống hồn thiện gồm phần cứng phần mềm       Nội dung đề tài: Sử dụng qua Arduino Mega2560 làm vi điều khiển trung tâm Lƣu trữ trạng thái hoạt động thiết bị lên sở liệu Firebase Sử dụng NodeMCU ESP8266 để gửi nhận liệu từ sở liệu Xây dựng ứng dụng hệ điều hành Android Giám sát thông số nhà nhƣ nhiệt độ, độ ẩm, khí gas Sử dụng điện thoại th ng minh để điều khiển thiết bị ii an MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC HÌNH vi MỤC LỤC BẢNG viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF THING 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Một vài ứng dụng đời sống 2.2 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP TRUYỀN DỮ LIỆU 2.2.1 Giao tiếp UART 2.2.2 Giao tiếp SPI 2.3 Vi điều khiển 10 2.3.1 Khái niệm 10 2.3.2 Bo mạch Arduino Mega 2560 R3 11 2.4 CÔNG NGHỆ WIFI 15 2.4.1 Giới thiệu 15 2.4.2 Các chuẩn kết nốt WiFi phổ biến 15 2.4.3 Cách thức hoạt động WiFi 16 2.4.4 Module Node MCU ESP8266 17 iii an Để truy cập vào ba phòng ta bấm vào biểu tƣợng tƣơng ứng với phòng Giao diện điều khiển phòng Ở phòng hiển thị thông số nhiệt độ, độ ẩm giúp ngƣời điều khiển dễ dàng nhận biết đƣợc thơng tin ngồi giao diện phịng bếp cịn có thêm thơng tin số khí gas Các thơng tin đƣợc hiển thị theo màu gồm: màu xanh thể cho mức độ an toàn, màu vàng thể mức độ cảnh báo màu đỏ thể nguy hiểm Khi thành phần chuyển sang mức độ nguy hiểm ứng dụng phát thông báo qua trạng thái thiết bị giúp ngƣời dùng nhận biết Ví dụ : Khi phịng bếp có rị rỉ khí gas ứng dụng phát th ng báo nhƣ hình bên dƣới 66 an Thơng báo khí gas bắt đầu chuyển sang ngưỡng nguy hiểm Các thiết bị phòng đƣợc biểu thị biểu tƣợng, muốn bật tắt thiết bị ta bấm vào biểu tƣợng Các hình ảnh thay đổi tƣợng trƣng cho thay đổi trạng thái thiết bị Ví dụ: Khi đèn từ trạng thái tắt sang bật biểu tƣợng thay đổi hình từ hình bóng đèn kh ng sáng sang bóng đèn sáng, tƣơng tự với quạt Trạng thái đèn tắt sáng Mỗi giao diện phịng có nút nhấn TẮT THIẾT BỊ TRONG PHÒNG giúp ta tắt nhanh toàn thiết bị sử dụng phịng nút nhấn TRANG CHÍNH để quay trở trang giao diện 67 an Các bƣớc để tạo Project Firebase Bước : Truy cập vào địa trang web https://firebase.google.com Tiến hành đăng nhập tài khoản Google sau bấm vào Get started để bắt đầu Bước : Chọn add project để tạo Project Sau thiết lập yêu cầu cho Project 68 an Bước 3: Tại công cụ bên trái mục Develop chọn Database -> Create Realtime Database để tạo sở liệu thời gian thực Bước 4: Chọn Security time for Realtime Database -> Start in test mode -> Enable để thiết lập thuộc tính cho phép đọc ghi (read/write) liệu 69 an Nhƣ thiết lập xong sở liệu thời gian thực, sẵn sàng đọc ghi liệu từ ứng dụng Android  Tải, cài đặt ph n mềm Android Studio Bước 1: Truy cập vào trang web có địa chỉ: https://developer.android.com/studio chọn phiên phù hợp với hệ điều hành máy tính tiến hành tải Bước 2: Sau cài đặt thành công, tiến hành khởi động phần mềm 70 an Bước 3: Tạo dự án thiết lập cấu hình dự án 71 an Bước : Liên kết với sơ liệu thời gian thực (Realtime Database) Firebase Tại hình ứng dụng truy cập vào File/ settings > vào mục Android SDK để cập nhật Platform > Truy cập tới SDK Tools để cài đặt công cụ hỗ trợ Google Service 72 an Tiến hành liên kết ứng dụng với Firebase cách tự động Có thể làm thủ cơng, nhiên công việc phức tạp rắc rối Các phiên Android Studio sau này, việc liên kết với Firebase đơn giản, Google tích hợp hỗ trợ sẵn Đầu tiên vào mục Tools/ Firebase từ ứng dụng mở sau hình xuất tính Firebase cung cấp, vào phần Realtime Database bấm liên kết cách chọn save and retrieve Data 73 an Liên kết dự án với Firebase Liên kết thành công với sở liệu thời gian thực Firebase 74 an Bước 5: Tiến hành viết code cho Project  Tải, cài đặt sử dụng Ardruino IDE 75 an 76 an Chú thích: 1: Biên dịch kiểm tra lỗi lập trình 2: Gửi mã bên Board 3: Tạo cửa sổ 4: Mở chƣơng trình đƣợc lƣu trƣớc 5: Lƣu chƣơng tình soạn thảo 6: Mở cửa sổ Serial Monitor để gửi nhận giữu liệu máy tính Board Arduino 7: Tên chƣơng trình soạn thảo 8: Vùng viết chƣơng trình 9: Gửi báo lỗi chƣơng trình Upload thành c ng 10: Vùng gửi thông báo 11: Hiển thị thông tin Arduino kết nối Để sử dụng đƣợc chƣơng trình, bƣớc truy cập vào link https://www.arduino.cc/en/Main/Software để tải phần mềm Đây nơi chứa cập nhật từ Arduino IDE 77 an Cài đặt thƣ viện lập trình ESP8266 Để lập trình cho ESP8266 Arduino IDE, cần cài đặt thƣ viện chức nạp code ESP8266 cho IDE Bước 1: Vào chƣơng trình Arduino IDE, vào File →Preferences, vào textbox Additional Board Manager URLs thêm vào đƣờng link sau: http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json Click OK để chấp nhận Bước 2: Tiếp theo vào Tool → Board → Boards Manager, chờ chút để chƣơng trình tìm kiếm Ta kéo xuống click vào ESP8266 by ESP8266 Community, click vào Install Chờ phần mềm tự động tải xuống cài đặt 78 an Bước 3: Kết nối module USB-to-UART vào máy tính Vào Tool → Board → Generic ESP8266 Module, chọn cổng COM tƣơng ứng với module USB-to-UART tƣơng ứng Lƣu ý biên dịch nạp code cần chọn board port (cổng kết nối với board Arduino sử dụng) 79 an an ... theo dõi nhƣ điều khiển thiết bị nhà phát triển theo Với mục đích tiếp cận nhu cầu nhóm định thực đề tài: ? ?Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển thiết bị điện nhà? ?? Đề tài mơ hình hệ thống hồn thiện... tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển thiết bị điện nhà Các số liệu, tài liệu ban đầu: Arduino; Giáo trình lập trình Android ứng dụng Nội dung thực đề tài: Thiết kế xây dựng mơ hình hệ thống. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG