(Đồ án hcmute) xây dựng mô hình smarthome sử dụng năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH SMARTHOME SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: ThS NGUYỄN NGƠ LÂM SVTH: HUỲNH TRÍ MẪN MSSV: 12141133 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2016 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHO ĐÀO TẠO CH T Ư NG C O ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH SM RTHOME SỬ DỤNG NĂNG Ư NG MẶT TRỜI SVTH: HUỲNH TRÍ MẪN MSSV: 12141133 Khố: 2012 N : CN- KT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG GVHD: ThS NGUYỄN NGÔ ÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 02 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Huỳnh Trí Mẫn Ngành: CNKT-Điện tử truyền thơng Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm Ngày nhâ ̣n đề tài: 12/09/2016 MSSV: 12141133 Lớp: 12141CLVT ĐT: 01669668407 Ngày nộp đề tài: 13/02/2017 Tên đề tài : Mô hình Smarthome sử dụng lượng mặt trời Các số liệu, tài liệu ban đầu:  TS Nguyễn Bá Hải, “Giáo trình Lập trình Labview”  Ed Doering, “NI myRio Project Essentials Guide”  NI, “User Guide And Specifications NI myRIO 1900”  Kit Ni MyRIO1900 module liên quan Nội dung thực hiê ̣n đề tài:Thiết kế xây dựng mơ hình smarthome điều khiển qua mạng internet sử dụng lượng mặt trời  Tìm hiểu Kit Ni MyRIO1900  Tìm hiểu thơng số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động thiết bị sử dụng hệ thống  Làm mơ hình thực tế từ mica  Thiết kế Web Server giám sát thông số hệ thống điều khiển hoạt động hệ thống qua mạng Internet, điều khiển thiết bị qua máy tính bảng  Nhận xét, kết luận Sản phẩm: Mơ hình Smarthome sử dụng lượng mặt trời TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Huỳnh Trí Mẫn MSSV: 12141133 Ngành: CNKT-Điện tử truyền thơng Tên đề tài: Mơ hình Smarthome sử dụng lượng mặt trời Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn ii 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: Huỳnh Trí Mẫn MSSV: 12141133 Ngành: CNKT-Điện tử truyền thơng Tên đề tài: Mơ hình Smarthome sử dụng lượng mặt trời Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên phản biện iii an LỜI CẢM ƠN Được phân công khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh đồng ý thầy giảng viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Ngô Lâm, em thực đề tài mang tên “Mơ hình SMARTHOME sử dụng lượng mặt trời” Để hồn thành đề tài này, em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Đào tạo chất lượng cao, khoa Điện - Điện tử Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh tận tình truyền đạt kiến thức năm em học tập trường Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Ngô Lâm đã tâ ̣n tình hướng dẫn và ta ̣o điề u kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i cho em suốt thời gian thực đồ án tốt nghiệp Bên cạnh đó, em cũng xin cảm ơn các anh, chị khóa trước cũng các ba ̣n sinh viên lớp 12141CLVT đã nhiê ̣t tình đóng góp ý kiế n và chia sẻ kinh nghiê ̣m để giúp em hoàn thành đề tài này Cuối cùng, kiến thức cịn hạn hẹp nên khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận đóng góp ý kiến q thầy bạn để hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 02 năm 2017 Sinh viên thực Huỳnh Trí Mẫn iv an TĨM TẮT Trong thời kì cơng nghệ phát triển không ngừng, khoa học kĩ thuật nước ta cần phải bắt kịp xu hướng chung giới không muốn bị ụt hậu Các mạch điện, thiết bị điện tử đổi mới, phát triển, hệ thống điều kiển kit điều kiển có nhiều đổi mới, có tính ứng dụng đa dụng cao Một số đáng quan tâm nghiên cứu kit Ni myRIO Đi đôi với vấn đề phát triển khoa học kỹ thuật vấn đề lượng cung cấp vấn đề cấp bách Và sau trao đổi với giáo viên hướng dẫn, người thực đề tài định thực nghiên cứu kit myRio việc sử dùng lượng mặt trời đời sống thực tế Đề tài người thực chọn là: “Mơ hình SMARTHOME sử dụng lượng mặt trời” Một điểm đề tài lập trình phần mềm Labview, khơng phải lập trình ngơn ngữ truyền thống mà lập trình ngơn ngữ “hình ảnh”, có tính tư duy, trừu tượng Cũng áp dụng việc sử dụng lượng mặt trời thực tế Đề tài người thực đề tài dựa hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Ngơ Lâm, hỗ trợ thiết bị nhà trường, công ty Nation Instruments, qua tìm hiểu mạng, thơng tin datasheet số linh kiện điện tử đề tài đồ án nghiên cứu khoá trước Song kiến thức có hạn, kinh nghiệm cịn hạn chế nên q trình thực đề tài cịn nhiều thiếu sót Người thực đề tài mong nhận góp ý hội đồng bảo vệ, thầy cơ, bạn sinh viên để nâng cao chất lượng đồ án v an ABSTRACT The living standards and people’s needs are higher than ever, requiring technical industry must always change, improvement and enhance the quality of life In fact, Electronics industry largely and importantly contributes to bring such great achievements Its characteristic is always proactive, create new products to serve people, not only in life but also in science, military, health care, agriculture… Followed by the increasing demand of energy However, energy resources are mainly exploited as: coal, nuclear, oil and gas, which are increasingly exhausted and has affected the environment Therefore, to ensure energy resources as well as environmental issues, renewable energy or clean energy is urgently necessary at present That not only contribute to enhance the quality of life, but also open up new ways to assist people more in the future This project, the implementation team builds a model of smart home using solar energy The controller board is kit Ni myRIO1900 Ni myRIO1900 using programmed with the LabVIEW The controller board will make decision to control on/off devices based on the program has been programmed and sent information to the unit The source using two adapter, the solar energy and grid electric vi an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi DANH MỤC BẢNG xiii DANH MỤC HÌNH ẢNH xiv CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu .3 1.6 Bố cục đồ án CHƯƠNG PHẦN MỀM LẬP TRÌNH LABVIEW 2.1 Phần mềm lập trình Labview 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Ứng dụng Labview vii an 2.1.3 Cách sử dụng phần mềm Labview 2.1.4 Giao tiếp kit NI myRio với phần mềm Labview PC 10 2.2 Phần mềm tạo giao diện máy tính bảng .12 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC KHỐI LIÊN QUAN 13 3.1 Kit Ni myRio 1900 13 3.1.1 Giới thiệu 13 3.1.2 Thông số kỹ thuật 14 3.1.3 Các chuẩn giao tiếp [3] 25 3.2 Module điều khiển động L298 ( mạch cầu H L298) 34 3.2.1 Giới thiệu chung 34 3.2.2 Tóm tắt chức 34 3.2.3 Thông số kỹ thuật 35 3.2.4 Kết nối Labview 35 3.3 Động DC 35 3.4 Module cảm biế n nhiê ̣t đô ̣ (PmodTMP3) 36 3.5 Module PmodCLS(màn hình LCD): 37 3.6 Module cảm biế n ánh sáng (PmodALS): 38 3.7 Module Keypad(PmodKYPD): 38 3.8 Module cảm biến gas MQ2 39 3.9 Module Relay kênh 39 3.10 Module buzzer 40 3.11 Tấm panel lượng mặt trời 40 3.11.1 Giới thiệu 40 viii an SẠT ACCQUY DỰ TRỮ Cable USB WIFI NGUỒN DỰ TRỮ Hình 1: Mơ hình hệ thống III SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG Hình 2: Sơ đồ khối hệ thống IV CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI an  Khối lượng mặt trời: bao gồm panel lượng mặt trời mạch sạt pin lượng mặt trời V2 acquy để tạo thành nguồn lượng dự phòng cho mạch  Khối nguồn chính: mạch chuyển việc sử dụng lượng mặt trời điện quốc gia  Khối nguồn Adapter: dùng để bến đổi điện xoay chiều thành chiều 12V làm nguồn lượng cho hệ thống  Khối nhận tín hiệu mơi trường: bao gồm cảm biến ánh sáng nhiệt độ, gas, nhầm mục đích nhận tín hiệu analog từ mơi trường bên ngồi từ truyền đến khối xử lý trung tâm để lưu trữ xử lý  Khối giao tiếp trực tiếp: bao gồm ma trận phím, LCD Switch điều khiển dùng để giao tiếp trực tiếp với hệ thống  Khối điều khiển trung tâm: chịu trách nhiêm thu thập tín hiệu từ khối khác gửi từ xử lý đưa tín hiệu hệ thống hoạt động  Môi trường internet: phần hệ thống nhầm việc đáp ứng yêu cầu đề tài Ở dây hệ thống web severs giao diện người dùng web severs  Thiết bị di động thông minh: tận dụng khả khối xử lý trung tâm dùng wifi để điều khiển thiết bị nhà thông qua thiết bị di động thông minh  Các thiết bị tải: thiết bị dùng thực thi sau khối xử lý trung tâm xử lý tín hiệu từ khối cảm biến khối khác V SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VI LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT an Giải thích lưu đồ: Bắt đầu Bước 1: Cấu hình mode I2C, địa slave để khởi tạo bus kết nối đến FPGA Cấu hình mode I2C, địa slave Bước 2: Ghi giá trị thiết lập cho ghi: CONFIG để cài đặt độ phân giải, TSET Ghi giá trị thiết lập cho ghi module cài đặt giới hạn trên, THYST cài đặt giới hạn dưới, TA để đọc ghi giá trị nhiệt nhiệt độ Đọc liệu từ module truyền Bước : Đọc byte liệu ghi TA Bước 4: Xử lí chuyển đổi liệu Xử lý, chuyển đổi liệu Bước 5: Hiển thị kết hình Bước 6: Kiểm tra xem có dừng hay Hiển thị kết hình khơng? Nếu có kết thúc chương trình, khơng quay lại bước đọc liệu Dừng ? No Yes Kết thúc Hình 3:Lưu đồ giải thuật đọc nhiệt độ từ module PmodTMP3 an Giải thích: Bắt đầu Bước 1: cấu hình mode SPI để khởi tạo Cấu hình mode SPI bus kết nối đến FPGA Bước 2: cho chân CS =0 Để bắt đầu CS = trình đọc liệu từ module Bước 3: Đọc từ module truyền Đọc liệu từ module Bước 4: xử lí chuyển đổi liệu Bước 5: Hiển thị kết hình CS = Bước 6: cho chân CS =1 để kết thúc Xử lí, chuyển đổi liệu trinh đọc liệu từ module Bước 7: Kiểm tra xem điều kiện có dừng Hiển thị kết hình hay khơng? Nếu có kết thúc chương trình, khơng quay lại bước Dừng ? No Yes Kết thúc Hình 4: Lưu đồ giải thuật đọc cường độ ánh sáng an Giải thích lưu đồ: Cài đặt thời gian Bước 1: Cấu hình mode I2C để khởi tạo bus kết nối đến FPGA Cấu hình mode I2C Bước 2: Get thời gian thực từ hệ thống PC Get thời gian thực từ hệ thống Bước 3: chuyền đổi liệu thời gian từ hệ thống sang BCD Chuyển đổi liệu từ thập phân sang BCD Bước 4: Ghi liệu vào ghi IC DS1307 Ghi vào ghi RTC DS1307 Bước 5: Kết thúc Kết thúc Hình 5: Lưu đồ giải thuật cài đặt thời gian thực từ hệ thống cho module RTC DS1307 an Giải thích lưu đồ: Begin Bước 1: Khởi tạo bus kết nối chân hàng khởi tạo bus kết nối chân keypad đến FPGA cột keypad đến FPGA Bước 2: Tiến hành quét cột Bước 3: Thiết lập chế độ Hi-Z cho tất Quét cột cột thiết lập chế độ hi-z tất cột Bước 4: cho cột thứ =false Bước 5: đọc tất hàng cột thứ =False Bước 6: kiểm tra xem có phím nhấn hay khơng? Nếu khơng cho cột = đọc tất hàng false sau quay lại bước Nếu có đến bước có phím nhấn ? No cột kế =FalseBước 6: Tìm mã ứng với phím nhấn chuyển đổi thành số Yes Bước 7: Kiểm tra xem điều kiện có dừng Tìm mã ứng với phím nhấn chuyển thành số hay khơng? Nếu có kết thúc chương trinhg, khơng quay lại bước2 No Dừng ? Yes End Hình : Lưu đồ giải thuật điều khiển PmodKYPD an Giải thích lưu đồ: begin Bước 1: Cấu hình mode UART để khởi cấu hình mode UART tạo bus kết nối đến FPGA ghi lệnh khỏi tạo LCD Bước 2: Ghi lệnh khởi tạo lcd 16x2, trỏ đầu hàng Gọi hàm đọc thời gian Bước 3: Gọi hàm đọc thời gian thực PC xử lý liệu Bước 4: Chuyển đổi sang mã ASCII cho LCD hiển thị ngày No Bước 5: Kiểm tra điều kiện có dừng hay khơng? Nếu có kết thúc chương trình, Dừng khơng quay lại bước Yes End Hình 7: Lưu đồ giải thuật điều khiển LCD an Giải thích lưu đồ: Bắt đầu Bước 1: Kiểm tra tín hiệu cho chân EN1, Kiểm tra EN1 EN2 EN2 sai quay lại từ đầu Bước 2: Khởi động PWM điều kiển Khởi động PWM điểu khiển Bước 3: Kiểm tra Keypad xem có NO không Kiểm tra keyboar NO ` Bước 4:Nếu cho động hoạt Kích hoạt động mở cửa động Sai kết thúc chương trình Tiếp tục thực vịng lặp Kết thúc Hình 8: Lưu đồ giải thuật điều khiển động Module L298 10 an Giải thích lưu đồ: Bước 1: Kiểm tra chân nhận D0 MQ2 Bước 2: Nếu kết nhận thấp chứng tỏ có tượng rị rỉ gas Bước 3: Tiến hành bào động buzzer đèn báo + Đèn báo hệ thống đèn hệ thống Các đèn chóp tắt liên tục Bước 5: Kích hoạt động cửa để hiểm ngồi Đồng thời đóng tất Hình 9: Lưu đồ giải thuật nhận tín cá thiết bị khác tránh trường hợp bị hiệu từ MQ2 điều khiển buzzer chập điện thiết bị nến cháy thật * Lưu ý có bước kiểm tra cảm biến nên độ nhạy cảm biến chỉnh thấp 11 an Giải thích lưu đồ: Lưu đồ thực thi hệ thống hoạt động chế độ MAIN Bước 1: nút nhấn Main nhận mức cao hệ thống chế độ Main Bước 2: Nếu hệ thống chế độ Main tiếp tục kiểm tra Switch để điều khiển thiết bị Bước 3: Thực thi theo Switch chọn Hình 10 Lưu đồ giải thuật nhận tín hiệu Switch điều khiển ht đèn, Relay 4.1 Thiết kế mơ hình 4.3.1 Thiết kế kết cấu mơ hình Mica Thiết kế lấy ý tưởng từ nhà phố khu vực thành phố Hồ Chí Minh Có kích thức hẹp bề ngang rộng chiều dài Bản thiết kế dựa theo vẽ xây dựng nhà cụ thể Phần mơ hình mica lấy tỉ lệ 1/20 so với thực tế Các vẽ thiết kế kèm phần Phụ lục 4.3.2 Thiết kế mạch nguyên lý Mạch nguyên lý tổng hợp thiết kế từ sơ đồ kết nối module kiến thức có trình học Sau Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống 12 an Giao tiếp với máy tính bảng u cầu Sử dụng kết nối wifi có sẵn kit NI myRio giao tiếp với thiết bị cầm tay chạy hệ điều hành Android, iOS Window Phone, sau thiết kế giao diện điều khiển hệ thống thông qua thiết bị cầm tay Dựa vào đặc điểm ứng dụng NI Data Dashboard, người thực thiết kế giao diện để điều khiển hệ thống gồm:  01 công tắc bật tắt phép điều khiển Relay  05 công tắt để điều khiển đèn khu vực  05 đèn hiển thị khu vực  Một đồng hồ hiển thị ánh sáng trời  Hiện thị nhiệt độ  01 Đèn cảnh báo cháy Từ kiện trên, người thực thiết kế giao diện ứng dụng NI Data Dash Board, sau sử dụng chức chia sẻ biến Labview NI Data Dashboard thông qua Wifi xuống kit myRio 13 an Hình 11 Giao diện máy tính bảng VII KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT Sau trình nghiên cứu thực đề tài “Mơ hình smarthome sử dụng lượng mặt trời” đề tài hoàn thành nội dung sau: Phần cứng Về kit NI myRio 1900:  Nắm cấu hình phần cứng kit NI myRio  Tìm hiểu phân tích đặc điểm kỹ thuật kit  Các giao tiếp kit với thiết bị ngoại vi  Kết nối linh kiện với kit  Trình bày Labview lập trình cho kit NI myRio Về linh kiện khác:  Trình bày mạch sạt pin lượng mặt trời V2  Trình bày động DC  Trình bày mạch cầu H 14 an  Trình bày mặt buzzer  Trình bày về cảm biế n ánh sáng ,nhiê ̣t đô ̣, cảm biến gas  Trình bày về real-time DS1307 Về thiết kế hệ thống:  Xây dựng mơ hình gắn liền với thực tế  Thiết kế hoạt động chưa ổn định chức  Dưới số hình ảnh thực tế thiế t bi:̣ Hình 12: Mơ hình đồ án mặt ngang Hình 13 Mơ hình mặt trước 15 an Hình 14 Phịng điều khiển mơ hình 16 an an ... 40 Hình 27: Module buzzer 40 Hình 28 : Cấ u tạo tấ m pin lượng mặt trời 41 Hình 29: Cấ u tạo bề mặt tấ m pin lượng mặt trời 41 Hình 30: Tấm panel lượng mặt trời. .. xây dựng mơ hình smarthome điều khiển qua mạng internet sử dụng lượng mặt trời  Tìm hiểu Kit Ni MyRIO1900  Tìm hiểu thơng số kỹ thuật, ngun lý hoạt động thiết bị sử dụng hệ thống  Làm mơ hình. .. đề tài định thực nghiên cứu kit myRio việc sử dùng lượng mặt trời đời sống thực tế Đề tài người thực chọn là: “Mơ hình SMARTHOME sử dụng lượng mặt trời? ?? Một điểm đề tài lập trình phần mềm Labview,