Thiết kế ngôi nhà thông minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG THIẾT KẾ NGÔI NHÀ THÔNG MINH GVHD: TS PHAN VĂN CA SVTH: PHẠM NGỌC THÁI SKL 0 6 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH KỸ THUẬT MÁY TÍNH -o0o - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ NGÔI NHÀ THÔNG MINH GVHD: T.S PHAN VĂN CA SVTH: Phạm Ngọc Thái MSSV: 13119138 Lớp: 131191CL1 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Khóa : 13 Tp Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng năm 2018 Mục lục Trang phụ.……………………………………………………………… i Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp.……………………………………………….ii Trang phiếu nhận xét giáo viên hướng dẫn: ……………………… iii Trang phiếu nhận xét giáo viên phản biện:………………………….iv Mục lục.…………………………………………………………………….v Danh mục hình bảng biểu: ……………………………………………vi Lời cảm ơn:……………………………………………………………… vii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 ARDUINO UNO 2.1.1 GIỚI THIỆU 2.1.2.THÔNG SỐ KỸ THUẬT 2.2 HC-05 2.2.1 GIỚI THIỆU 2.2.2 CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG 2.2.3 TẬP LỆNH AT 2.3 RC-522 RFID 2.4 MODUN I2C 10 2.4.1 GIỚI THIỆU 10 2.4.2 THÔNG SỐ KỸ THUẬT 11 2.5 L298 13 2.5.1 GIỚI THIỆU 13 2.5.2 THÔNG SỐ KỸ THUẬT 13 2.5.3 SƠ ĐỒ CHÂN 13 2.6 LED 14 2.6.1 GIỚI THIỆU: 14 2.6.2 TÍNH NĂNG 14 2.7 LCD : 15 2.7.1 GIỚI THIỆU: 15 2.7.2 TÍNH NĂNG 16 2.8 CẢM BIẾN MƯA 16 2.8.1 GIỚI THIỆU 16 2.8.2 THÔNG SỐ KỸ THUẬT 16 2.9 CẢM BIẾN HALL 17 2.9.1 GIỚI THIỆU 17 2.9.2 THÔNG SỐ KỸ THUẬT 17 2.10 ARDUINO IDE 18 2.10.1 GIỚI THIỆU 18 2.10.2 LẬP TRÌNH ARDRUINO 19 2.11 TẬP LỆNH AT 19 2.11.1 GIỚI THIỆU 19 2.11.2 CÁC LỆNH AT THÔNG DỤNG 20 2.12 NGÔN NGỮ JAVA : 21 2.12.1 GIỚI THIỆU 22 2.13 PHẦN MỀM ANDROID STUDIO 22 2.13.1 GIỚI THIỆU 22 CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ HỆ THỐNG 24 3.1 MƠ HÌNH HỆ THỐNG 24 3.1.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA SẢN PHẨM: 25 3.1.2 CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI: 26 3.1.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ: 27 3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 30 3.2.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN 32 3.2.2 KHỐI ĐIỀU KHIỂN CẢM BIẾN 33 3.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 34 3.3.1 THIẾT KẾ ỨNG DỤNG ĐIỆN THOẠI 34 3.3.2 GIỚI THIỆU VỀ CÁC THÀNH PHẦN CŨNG NHƯ GIAO DIỆN CỦA APP INVENTOR 39 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 44 4.1 KẾT QUẢ THI CƠNG MƠ HÌNH 44 4.2 CÁCH SỬ DỤNG MƠ HÌNH 45 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 54 5.1 KẾT LUẬN 54 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 Danh mục hình ảnh bảng biểu Hình2.1: Arduino UNO Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật Arduino UNO Hình 2.2: Sơ đồ chân HC – 05 Hình 2.3: Hình ảnh hc_05 Hình 2.4: Modun rc-522 Hình 2.5: Biểu đồ hoạt động RC-522 10 Hình2.6 : Hình ảnh modun I2C .11 Hình 2.7: Sơ đồ quan hệ chủ tớ modun I2C 12 Hình2.8: Sơ đồ L298 .14 Hình 2.9: Cấu tạo led .14 Hình2.10: Bảng sơ đồ chân LCD 15 Hình2.11: LCD 16 Hình 2.12: Cảm biến mưa 17 Hình2.13: Cảm biến Hall 18 Hình2.14: Arduino IDE 19 Hình 2.15: Giao Diện Anddroid studio 22 Hính 2.16: Giao diện chọn thiết kế 23 Hình 3.1: Sơ đồ tổng quát giao tiếp điện thoại vi điêu khiển 24 Hình 3.2: Sơ đồ khối điều khiển 25 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý 27 Hình 3.4: Mơ hình socket .28 Hình 3.5: Quy trình vận chuyển liệu adruno hc-05 29 Hình 3.6: Sơ đồ nối chân module HC-05 với Arduino 30 Hình 3.7: Lưu đồ giải thuật toàn phần cứng 31 Hình 3.8: Lưu đồ hệ thống diều khiển đèn .32 Hình 3.9: Lưu đồ điều khiển động 33 Hình 3.10: Lưu đồ ứng dụng android điều khiển mạch .35 Hình 3.11: giao diện nhìn điện thoại .35 Hình 3.12: MainActivity 36 Hình 3.13: Giao diện 37 Hinh 3.14: Thêm lệnh cho phép Bluetooth .37 Hình 3.15: Tạo project 38 Hình 3.16: Project tơi ledcontrol 38 Hình 3.17: Thư viện Device_list .39 Hình 3.18: Giới thiệu appinventor 40 Hình 3.19: Giao diện app inventor 41 Hình 3.20: Khối Blutooth .41 Hình 3.21: Khối điều khiển nút nhấn 42 Hình 3.22: Khối điều khiển truyền liệu 42 HÌNH 4.1: Mạch in phần cứng 44 Hình 4.2: kiểm tra hoạt động mạch 45 Hình 4.3: Hình ảnh kết nối Bluetooth 46 Hình 4.4: Nút mode chọn mơ đun 47 Hình 4.5: Mơ đun L298 48 Hình 4.6: Quẹt thẻ RFID 48 Hình 4.7: Đèn sang sau quẹt thẻ 49 Hình 4.8: Mạch điện chạy hết mô đun .49 Hình 4.9: Hình ảnh app android kết nối bật tắt mơ đun .50 Hình 4.10: vị trí cảm biến mưa, Hall 51 Hình 4.11: vị trí hiển thị mô đun lcd 51 Hình 4.12 : Các thành phần hiển thị ứng dụng android .52 Hình 4.13: bảng paired device .53 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin chân thành gửi lời cám ơn đến thầy cô, giảng viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung, khoa Điện-điện tử, chun ngành kỹ thuật máy tính nói riêng dạy dỗ, cung cấp kiến thức quan trọng khía cạnh chun ngành xã hội, giúp tơi có kinh nghiệm, kỹ công việc, học tập, cách sống thật đắn Đặc biệt, xin cảm ơn cách chân thành thầy, giảng viên T.S PHAN VĂN CA, người trực tiếp hướng dẫn tơi hồn thành đồ án khóa luận tốt nghiệp Trong trình thực hiện, thầy hỗ trợ, cung cấp kiến thức hữu ích, tạo động lực để nghiên cứu kiến thức mới, nhiệt tình giúp đỡ hướng dẫn tơi lúc gặp khó khăn, định hướng đắn Bài báo cáo luận văn tốt nghiệp, ứng dụng hoàn thành cịn nhiều khuyết điểm hạn chế Kính mong thầy góp ý chân thành để đề tài tơi hồn thiện Cho tơi định hướng tương lai, có thêm kinh nghiệm cho đề tài, cách thức làm việc chuyên nghiệp hơn, hỗ trợ cho công việc sau Cuối chúc thầy, cô sức khỏe thật dồi dào, nhiệt huyết giảng dạy để góp phần đào tạo cho lớp sinh viên sau, bậc nhân tài, tương lai đất nước sau Tơi xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng năm 2018 Sinh viên thực Phạm Ngọc Thái Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY Ngày thời đại công nghệ bùng nổ, với phát triển Internet thiết bị thông minh tạo để đáp ứng nhu cầu người, nhu cầu kết nối thiết bị giao tiếp với thông qua mạng internet, blutooth nhu cầu cấp thiết Vì vậy, cơng nghệ IoT (Internet of Things) tạo để đáp ứng nhu cầu IoT giúp thiết bị kết nối với thông qua mạng Internet môi trường sóng khơng dây, giúp người kiểm sốt hệ thống từ xa, thiết bị trở nên thông minh chúng kết nối để giao tiếp, đồng với Cùng với phát triển IoT, hệ thống thơng minh hình thành smart city, smart farm, smart lap Để tiếp cận nắm bắt công nghệ định sử dụng công nghệ IoT để làm tảng cho hệ thống Với ý tưởng xây dựng nên hệ thống giúp người kiểm soát thiết bị tổ ấm mình, điều khiển cập nhật trạng thái nhà từ xa, giúp cho trình tương tác với thiết bị phần cứng ngoại vi nhà trở nên dễ dàng, trực quan Nên lựa chọn thực đề tài “Điều khiển thiết bị điện quản lý ngoại cảnh nhà” hay nói cách khác nhà thông minh 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Hệ thống điều khiển thiết bị điện quản lý điều kiện phịng nhà có chức sau: - Cập nhật liệu trạng thái thiết bị liên tục từ ngoại cảnh, vi xử lý qua mơi trường Blutooth - Người dùng giám sát điều khiển thiết bị điện từ xa qua ứng dụng di động - Người dùng cảnh báo qua điện thoại Chính khối truyền liệu chưa làm bên ứng dụng Android studio nên buộc phải chuyển qua app inventor Tôi nhận thấy App inventor thuận tiện cho việc tao app điện thoại, không phù hợp với muốn sâu tìm hiểu lập trình android Nhưng giải pháp trước mắt để hoàn thành ứng dụng phục vụ cho việc báo cáo hội để cọ xát với ứng dụng mới, định sử dụng app inventor để tiếp tục ứng dụng dang dở, xin lưu ý hai phần mềm hoàn toàn riêng rẽ Nhưng lựa chọn có lẽ tơi sử dụng app inventor động thuận tiện 43 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 4.1 KẾT QUẢ THI CƠNG MƠ HÌNH Qua q trình thiết kế thi cơng thìhệ thống “Điều khiển thiết bị điện quản lý hệ thống điện nhà ” hồn thành, sau tơi cung cấp sốhình ảnh hệ thống trình thi cơng HÌNH 4.1: Mạch in phần cứng 44 Hình 4.1 sơ đồ mạch phần cứng gồm có: - BOARD ADRUNO UNO R3 - ĐÈN LED - CẢM BIẾN HALL - CẢM BIẾN MƯA - L298 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ - RFID-RC522 - LCD 16*2 - NÚT NHẤN - BLUETOOTH HC-05 - Động 4.2 CÁCH SỬ DỤNG MƠ HÌNH Vì lần đầu thiết kế vào sử dụng nên mạch điện tránh khỏi sai sót kính mong góp ý nhiệt tình từ phía thầy Để mạch điện hoạt động ta cần trải qua bước Bước 1: cài đặt để phần cứng chạy thật ổn định Bằng cách thiết lập thiết bị phần cứng bật tắt ổn định trước Để kiểm tra việc ta quan sát LCD Hình 4.2: Kiểm tra hoạt động mạch 45 Khi lcd hiển thị hình ảnh tất modun hình mạch chạy ổn định.lúc ta kết nói Bluetooth Bước 2: kết nối Bluetooth để kết nối điện thoại mạch điện Hình 4.3: Hình ảnh kết nối Bluetooth Bước kết nối với Bluetooth ta kết nối miễn sau test hoạt động mạch lcd Bước 3: chạy mô đun mạch Bước 3.1.: chạy thẻ RFID - Ta nhấn vào nút mode để chọn mô đun cần điều khiển mạch ta có bốn mơ đun 46 Hình 4.4: Nút mode chọn mơ đun Ta có bốn mơ đun: hai đèn led, hai động cơ, hai động điều khiển thông qua mạch cầu H mô đun L298 Tất mô đun chạy cách quét thẻ có động riêng rẽ làm nhiệm vụ dây phơi quần áo chạy song song với cảm biến mưa trời mưa tự động kéo dây phơi không cần phải có điều khiển Nhưng cần ta điều khiển riêng rẽ mà khơng cần sử dụng động 47 Hình 4.5: Mơ đun L298 - Kế tiếp để mạch hoạt động ta cần phải quẹt thẻ Hình 4.6: Quẹt thẻ RFID - Sau quẹt thẻ RFID xong đèn sáng hình minh họa 48 Hình 4.7: Đèn sáng sau quẹt thẻ - Tương tự ta tiến hành với tất mơ đun cịn lại, tất mơ đun chạy mơ hình có hình dạng sau Hình 4.8: Mạch điện chạy hết mô đun 49 Bước 3.2: chạy app android, sau ta kết nối Bluetooth bước Hình 4.9: Hình ảnh app android kết nối bật tắt mơ đun Ngồi thực thao tác đóng ngắt thiết bị cửa, bong đèn, dây phơi, cịn truyền nhận liệu phần cứng điện thoại, chứng mạch truyền lên điện thoại trời mưa khơng có qua cửa Việc thực qua hai cảm biến cảm biến mưa cảm biến Hall gắn hai vị trí nhà gần vào Hình ảnh sau cho ta thấy vị trí hai cảm biến 50 - Hình 4.10: Vị trí cảm biến mưa, Hall Giải thích thành phần hiển thị lcd Hình 4.11: vị trí hiển thị mô đun lcd 51 Số 1: đèn lầu bên tay trái Số 2: đèn lầu bên tay phải Số 3: động dây phơi kèm với cảm biến mưa Số 4: động điều khiển vào đóng mở Số 5: cảm biến Hall nhận tín hiệu Số 6: nút nhấn chế độ mode có mode từ 1->4 lên tự động quay trở - Số 7: cảm biến mưa nhận tín hiệu - Giải thích thành phần hiển thị app android - - Hình 4.12: Các thành phần hiển thị ứng dụng android 52 - Số 0: điện thoại nhớ kết nối Bluetooth trước ứng dụng không nhắc nhở người dung điều - Số 1: nút nhấn paire device Khi ta nhấn vào nút có bảng có mơ đun Bluetooth gần Hình 4.13: Bảng paired device - Số 2, 3, 4: nút nhấn để ta điều khiển đèn động theo ý muốn Số 5,6: bảng hiển thị liệu truyền lên từ phần cứng Dữ liệu cảm biến mưa cảm biến Hall 53 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 KẾT LUẬN - Trong thời gian tìm hiểu, nghiên cứu sở lý thuyết triển khai thực tiễn, xây dựng thành công hệ thống dựa mục tiêu ban đầu với ưu điểm: - Cập nhật liên tục trạng thái từ vi điều khiển lên ứng dụng điện thoại - Người dùng tương tác, điều khiển thiết bị từ xa thông qua trang app android điện thoại di động cách truy cập vào app - Giao diện dễ sử dụng, gần gũi với người sử dụng - Hệ thống với chi phí thấp khoảng triệu đồng - Hệ thống sử dụng Arduino, dùng ngơn ngữ lập trình Arduino, với cộng đồng Arduino phát triển nên có nhiều hỗ trợ rộng rãi dễ dàng phát triển - Hệ thống có khả nâng cấp mở rộng dễ dàng - Hệ thống đơn giản dễ sử dụng - Việc điều khiển không bị gián đoạn sử dụng sóng Bluetooth - Nhưng song song với cịn tồn nhiều nhược điểm: - Trong trường hợp đưa vào sử dụng đại trà, chưa có nguồn riêng cung cấp cho mạch liên tục nên điện phải thiết lập lại, khó với người khơng có chun mơn - Tuy truyền, nhận liệu khả đồng tín hiệu android phần cứng chưa cao tay nghề người lập trình chưa tốt - Chưa biết cách sử dụng ngắt (interupt) mạch điện chạy chưa mong muốn bên phần điều khiển động chạy dây phơi mưa, phần thực ý đồ kéo dây phơi - Vì sử dụng sóng Bluetooth nên tầm điều khiển chưa cao khoảng từ 10 – 20m * Cần có thêm mô đun wifi để cập nhật thêm chức định dạng thời gian Ta biết xảy khứ 54 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Từ hạn chế trên, tiếp tục phát triển thử nghiệm, hệ thống tối ưu thuật toán xử lý giúp hệ thống hoạt động ổn định đồng thời xây dựng thêm số chức năng: - Thêm chức hoạt động với web - Viết app Android để điều khiển thiết bị qua wifi, không cần phải thông qua Bluetooth - Phát triển thành hệ thống điều khiển quản lý tất ngơi nhà khác Ngồi điều khiển đèn, điều khiển thêm thiết bị điện khác máy lạnh, máy tính,… - Thêm chức kết nối với 3G để tránh trường hợp khơng có mạng, ảnh hưởng đến việc điều khiển - Canh chỉnh tùy chọn phù hợp với ngoại cảnh - Đại trà hệ thơng khơng dừng lại mức mơ hình 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ksp, “Arduino UNO R3 gì?” [Online] Available: http://arduino.vn/baiviet/42-arduino-uno-r3-la-gi [Accessed June 08, 2017] [2] hshop, “Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR 5V” [Online] Available: http://hshop.vn/products/cam-bien-chuyen-dong-pir-5v-2[Accessed 2017] [3]hshop, “Cảm biến từ của” [Online] Available: http://hshop.vn/products/cambien-tu-cua [Accessed 2017] [4] hshop, “Mạch thu phát wifi ESP8266 version 1” [Online] Available: http://hshop.vn/products/mach-thu-phat-wifi-esp8266-v1[Accessed 2017] [5] ksp, “Cách sử dụng module sim 900a với Arduino” [Online] Available: http://arduino.vn/bai-viet/851-su-dung-module-sim900a-mini-voi-arduino-modulenhan-tin-voi-arduino[Accessed 2017] [6]Wikipedia, “PHP”, [Online] Available: https://vi.wikipedia.org/wiki/PHP[Accessed June 15, 2017] [7] Joel Murrach, Lập trình PHP& MySQL, Murrach, 2012 [8] Shane Conder Lauren Darcey, Android Wireless Application Development, 2010 [9] W Frank Ableson, Robi Sen, Chris King, C Enrique Ortiz, Android In Action, 2011 [10] Rebecca M.Riordan, Head First Ajax, 2008 55 S K L 0