Phát triển hệ thống giám sát và điều khiển cho nhà thông minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO NHÀ THÔNG MINH Ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA Giảng viên hướng dẫn: Ts Ngơ Hà Quang Thịnh Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Huỳnh Thanh Thế 1811051615 18DTDA3 Nguyễn Quốc Thanh Huy 1811040216 18DTDA3 TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngơ Hà Quang Thịnh LỜI CAM ĐOAN Nhóm em xin cam đoan rằng, đề tài đồ án PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHÀ THÔNG MINH cơng trình nghiên cứu nhóm, hướng dẫn tận tình Thầy Ngơ Hà Quang Thịnh Những nhận định nêu đồ án kết từ việc nghiên cứu trực tiếp, nghiêm túc nhóm Đề tài thực dựa vào sở liệu có, trực tiếp từ mạng, tài liệu khoa học, dịch công bố Đồ án đảm bảo tính khách quan, trung thực Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh LỜI CẢM ƠN L ời chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Ngô Hà Quang Thịnh người trực tiếp hướng dẫn bảo tận tình cho chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Cùng với hai bạn Trần Đức Uy Nguyễn Duy Ngọc, giúp nhóm em sử dụng vật tư, trang thiết bị, tìm kiếm thi cơng đề tài Đồng thời, nhóm em xin cảm ơn Viện Kỹ Thuật HUTECH dã tạo điều kiện, cung cấp cho chúng em kiến thức bản, cần thiết, kỹ học tập cần thiết, hữu ích khoảng thời gian vừa qua, để nhóm em thực khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngơ Hà Quang Thịnh TĨM TẮT Đề tài PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO NHÀ THÔNG MINH, nghiên cứu thiết kế theo dạng mơ hình thu nhỏ, sử dụng vi điều khiển STM32F746ZG Nucleo-144, tích hợp sẵn phương thức truyền thông UART ETH, để tiến hành lập trình cho trình điều khiển thiết bị nhà nút bấm hoạt động đồng web sever, xử lí vài loại cảm biến Đồng thời chạy chế độ thời gian thực cho vài thiết bị nhà Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh ABSTRACT Project DEVELOPMENT OF SUPERVISION AND CONTROL SYSTEM FOR SMART HOME was researched and designed in the form of a miniature model, using the STM32F746ZG Nucleo-144 microcontroller, with built-in UART and ETH communication methods, to program the process of controlling home appliances by button or synchronous operation on the web server, handling several types of sensors Simultaneously run in real-time for several devices in the home Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN ABSTRACT MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG LỜI MỞ ĐẦU 12 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 14 1.1 Nhà thông minh thực tế ngày 14 1.2 Tổng quan hệ thống nhà thông minh 14 1.2.1 Nhà thông minh HOMEGY 15 1.2.2 Nhà thông minh Aura 16 1.2.3 Nhà thông minh Bkav 17 1.3 Xác định mục tiêu giới hạn đề tài 18 1.3.1 Mục tiêu 18 1.3.2 Giới hạn đề tài 18 1.4 Khái quát hệ thống dự kiến 18 1.4.1 Các thông số kỹ thuật yêu cầu để thiết kế 18 1.4.2 Các yêu cầu an toàn 18 1.4.3 Mô tả chức hệ thống 18 1.4.4 Sơ đồ khối hệ thống 19 1.4.5 Các phần mềm cơng cụ tính tốn 20 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 21 2.1 Thiết kế mơ hình nhà 21 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh 2.1.1 Vật liệu thiết kế 24 2.2 Thiết kế mạch động lực 24 2.2.1 Bộ nguồn 12VDC 24 2.2.2 Nút nhấn 25 2.2.3 Đèn LED 12V 25 2.2.4 Module Relay 26 2.2.5 Quạt 12V 27 2.2.6 Cảm biến vân tay R305 27 2.2.7 Cảm biến chuyển động hồng ngoại PIR HC SR-501 29 2.2.8 Chốt JF-0520B Khóa Chốt Điện 12V 30 2.3 Thiết kế mạch điều khiển 31 2.3.1 STM32F746ZG NUCLEO 144 31 2.4 Bản vẽ mạch điện 32 2.4.1 Bản vẽ mạch động lực 32 2.4.2 Bản vẽ mạch điều khiển 35 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 36 3.1 Giới thiệu board mạch STM32F746ZG phần mềm STM32 CubeMX, Keil uVision 36 3.1.1 STM32F746ZG 36 3.1.2 Phần mềm STM32 Cube MX 38 3.1.3 Phần mềm Keil uVision5 41 3.1.4 Phần mềm Notepad 42 3.2 Mô tả hoạt động hệ thống 42 3.3 Xây dựng lưu đồ giải thuật 44 3.4 Xác định bảng địa vào hệ thống 48 CHƯƠNG IV: TỔNG HỢP PHẦN CỨNG 49 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh 4.1 Thi công phần cứng 49 4.2 Thực nghiệm mô hệ thống 53 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 56 5.1 Kết luận 56 5.2 Hướng phát triển 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 58 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG Hình 1.1: Một góc biệt thự Anh Chiến – Sản phẩm HomeGY 14 Hình 1.2: Hệ thống nhà thơng minh hãng Aura 15 Hình 1.3: Biệt thự anh Việt Quảng Ngãi – sản phẩm Bkav 16 Hình 1.4: Sơ đồ khối hệ thống .18 Hình 2.1: Sơ đồ nhà 20 Hình 2.2: Sơ đồ nhà – cảm biến 20 Hình 2.3: Hệ thống chiếu sáng cho nhà .21 Hình 2.4: Quạt điều khiển chốt khóa cửa 22 Hình 2.5: Bộ nguồn tổ ong 220-12VDC .24 Hình 2.6: Nút nhấn nhả DS316 25 Hình 2.7: Đèn LED 12V .25 Hình 2.8: Module Relay 26 Hình 2.9: Quạt 12VDC .27 Hình 2.10: Cảm biến vân tay R305 .27 Hình 2.11: Cảm biến chuyển động thân nhiệt PIR .29 Hình 2.12: Mặt sau cảm biến HC SR-501 30 Hình 2.13: Chốt khóa điện 30 Hình 2.14: Board STM32F746ZG NUCLEO 144 31 Hình 2.15: Bản vẽ mạch cấp nguồn 32 Hình 2.16: Sơ đồ nguyên lý động quạt 33 Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý chốt khóa điện 33 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngơ Hà Quang Thịnh Hình 2.18: Sơ đồ ngun lý cảm biến chuyển động PIR 34 Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý lắp đặt đèn LED .34 Hình 2.20: Sơ đồ nguyên lý, đấu dây từ chân cho board mạch STM32 35 Hình 3.1: Bản vẽ khí board mạch STM32F746ZG 36 Hình 3.2: Block Diagram thành phần board mạch STM32F746ZG .37 Hình 3.3: Giao diện phần mềm STM32 CubeMX .38 Hình 3.4: Giao diện cấu hình cho board mạch 39 Hình 3.5: Giao diện Clock Configuration 39 Hình 3.6: Giao diện Project manager 40 Hình 3.7: Giao diện Tools 40 Hình 3.8: Giao diện Keil C 41 Hình 3.9: Case – Điều khiển đèn phòng 44 Hình 3.10: Case – Điều khiển đèn phòng khách 45 Hình 3.11: Case – Điều khiển khóa vân tay chốt khóa cửa 46 Hình 3.12: Case – Điều khiển quạt phịng .47 Hình 4.1: Test mô linh kiện .48 Hình 4.2: Khoan lỗ dây cho bìa Mica 48 Hình 4.3: Làm khung mơ hình 49 Hình 4.4: Mơ hình sau làm tường 49 Hình 4.5: Hàn chân linh kiện 50 Hình 4.6: Bấm đầu code cho dây 50 Hình 4.7: Đi dây hồn chỉnh 51 Hình 4.8: Hệ thống hồn chỉnh 52 10 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh } textcenter { text-align: center; } h1{text-align:center; style='font-family:Time New Roman'} alt"Hutech Đăng Nhập Tên Đăng Nhập: Mật Khẩu: 89 logo" Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Hình trang chủ web 1.2.2 Trang điều khiển button-css { height: 70px; width: 100px; } center {margin-left: auto; margin-right: auto;} ul{list-style-type: none; margin: 0; padding: 0; overflow: hidden;} 90 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh li{Float: left;} a{ list-style-type: block; padding: 50px; background-color: Blue; font-size: 50px; color: yellow; } table, th, td {border:1px solid black; font-size: 20px; text-align: center; padding: 20px}

• Phòng Khách
• Phòng Ngủ
• Phòng Điều Khiển
• Phòng Tắm

Quạt

ON OFF 91 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh

Đèn

ON OFF

Cửa

ON OFF Hình giao diện trang điều khiển 92 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Datasheet linh kiện 2.1 Cảm biến vân tay R305 Hình vẽ kích thước cảm biến vân tay 93 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh 2.2 Datasheet Nút nhấn nhả DS316 Hình nút nhấn DS316 Tính năng: - Hoạt động: nhấn nhả 94 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh - Kiểu gắn: Gắn bảng - Đèn LED: khơng - Cấu hình tiếp điểm: single pole single throw (spst) - Đường kính thân: 10mm - Màu núm chỉnh: Đỏ, xanh lá, xanh dương - Điện áp định mức: 250VAC - Dòng định mức: 0.5A 2.2 Đèn LED 12V vỏ nhơm Tính năng: - Loại: LED - Màu: Trắng - Chất liệu: Kim loại - Chiều dài dây: 20cm - Đường kính: 8mm - Điện áp: 12VDC - Dòng tiêu thụ: 20mA 2.3 Quạt điện 12VDC 95 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Hình quạt 12VDC Thơng số kỹ thuật: - Điện áp : 12VDC - Lưu lượng khí thổi: 61.4m3/h - Kích thước: 120 x 120 25 (mm) - Độ ồn: 40dB - Công suất: 2.64W - Tốc độ quay: 2000rpm - Dòng điện định mức: 0.25A - Chiều dài dây nối: 20cm 2.4 Cảm biến chuyển động thân nhiệt PIR 96 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Hình cảm biến chuyển động thân nhiệt Thơng số kỹ thuật: - Điện áp hoạt động: 4.5 ~ 20 VDC - Dòng