THỰC TẬP TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ~~~~~ ~~~~~ THỰC TẬP CUỐI KHÓA Đề tài TÌM HIỂU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH Sinh viên thực hiện Lớp Khóa Đỗ Đăng Hưở.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG ~~~~~ ~~~~~ THỰC TẬP CUỐI KHĨA Đề tài: TÌM HIỂU, XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH Sinh viên thực hiện: Lớp- Khóa Đỗ Đăng Hưởng KT ĐTTT 08- K57 Nguyễn Trọng Đức KT ĐTTT 02- K58 Giảng viên hướng dẫn: TS Vương Hoàng Nam Cán phản biện: Hà Nội, 03/2018 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 LỜI NÓI ĐẦU Từ xưa đến ,nhân loại khơng ngừng học hỏi, tìm tịi nghiên cứu để tạo sản phẩm nhằm phục vụ cho sinh hoạt ngày, sản phẩm phát triển theo hướng tự động hóa ngày thơng minh để phục vụ nhu cầu ngày cao người.Với xu hướng , nhiều nước giới ứng dụng khoa học kĩ thuật thiết bị nhà điều khiển cách tự động.Những thiết bị điều khiển máy tính điện thoại di động Tuy nhiên, điều khiển máy tính bất tiện điều khiển thơng qua di động tiện lợi nhiều đâu ,khỏang cách cần có sóng điện thoại sử dụng Bởi vậy, hướng tới mục tiêu xây dựng hệ thống giám sát, cảnh báo, điều khiển thiết bị nhà thơng qua ứng dụng IoT Nhóm em lựa chọn đề tài:“Tìm hiểu, xây dựng mơ hình nhà thông minh ” Đề tài kết hợp trình: Trong trình thực đề tài thực tập này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Vương Hoàng Nam, Viện Điện tử - Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, hướng dẫn tận tình dẫn bước, cung cấp tài liệu nghiên cứu quý báu, hướng nghiên cứu để chúng em thực yêu cầu thực tập Trong trình thực đề tài, dựa theo kết đạt bước đầu, dù cố gắng nhiên không tránh khỏi thiếu sót hạn chế định Vì vậy, bọn em mong nhận góp ý, bổ sung thầy cô để đề tài tối ưu hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Page THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .1 MỤC LỤC .2 DANH MỤC HÌNH ẢNH .4 DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ PHẦN MỞ ĐẦU Nội dung, ý nghĩa đợt thực tập Nội dung Ý nghĩa Những khó khăn thuận lợi q trình thực tập Khó khăn Thuận lợi Lời cảm ơn NỘI DUNG THỰC TẬP 10 CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 10 1.1 Đặt vấn đề .10 1.2 Mục đích nghiên cứu 10 1.3 Phương pháp nghiên cứu 11 1.4 Kết luận chương 11 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 2.1 Mơ hình nhà thơng minh? 12 2.1.1 Nhà thơng minh gì? 12 2.1.2 Các thành phần nhà thông minh .12 2.2 Một số mơ hình nhà thơng minh Việt Nam 13 2.2.1 Bkav SmartHome Luxury 13 2.2.2 Nhà thông minh Lumi 14 2.2.3 Nhà thông minh Scheider- Wiser Home 15 2.3 Kết luận chương 16 CHƯƠNG III TỔNG QUAN HỆ THỐNG 17 3.1 Hệ sinh thái Internet of Things- IoT ? .18 Page THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 3.1.1 Khái niệm Internet of Things 18 3.1.2 Kiến trúc Internet of Things 18 3.2 Tìm hiểu, xây dựng hệ thống SmartHome 19 3.2.1 Một số giải pháp cho khối xử lý trung tâm 19 3.2.2 Một số chuẩn truyền thông giao tiếp 27 3.2.3 Giao thức truyền thông HTTP 34 3.2.4 Firebase 38 3.2.5 Heroku Server 39 3.2.6 NodeJs gì? 39 3.2.7 Hệ điều hành Android 41 3.3 Kết luận chương 46 CHƯƠNG IV THIẾT KẾ HỆ THỐNG 47 4.1 Sơ đồ khối chức 47 4.1.1 Sơ đồ khối 47 4.1.2 Mạch nguyên lý 48 4.2 Mạch in sản phẩm thực tế 52 4.2.1 Mạch in 52 4.2.2 Hình ảnh sản phầm hoàn thiện 54 4.3 Thiết kế phầm mềm 55 4.3.1 Công cụ phần mềm 55 4.3.2 Thiết kế ứng dụng 56 4.4 Kiểm thử phần mạch đánh giá 58 4.4.1 Kiểm thử .58 4.4.2 Đánh giá .59 4.5 Kết luận chương 59 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 62 Page THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Các thành phần hệ thống nhà thông minh .13 Hình 2 Sơ đồ kết nối hệ thống Bkav SmartHome Luxury 14 Hình Một số thiết bị điện nhà thơng minh cho gia đình Lumi bán chạy 15 Hình Sơ đồ tổng quan hệ thống .17 Hình Mơ hình IoT .18 Hình 3 Arduino Uno R3 .20 Hình Module wifi ESP8266 21 Hình Sơ đồ chân nodeMCU ESP8266 v1 22 Hình Sơ đồ chân STM32F103C8T6 32-chân .27 Hình Sơ đồ chân HC05 .27 Hình Minh họa mơ hình mạng khơng dây 30 Hình Mơ hình tham chiếu OSI 34 Hình 10 Mơ hình Client – Server giao thức HTTP .35 Hình 11 Biểu đồ thời gian kết nối HTTP khơng bền vững 36 Hình 12 Bản tin HTTP request 37 Hình 13 Bản tin HTTP Response 38 Hình 14 Các thành phần quan trọng Nodejs 40 Hình 15 Các tầng hệ điều hành Android .42 Hình 16 Mô tả thư mục hệ thống tệp tin 45 Hình Sơ đồ khối hệ thống 47 Hình Sơ đồ mạch nguyên lý toàn hệ thống 48 Hình Khối nguồn 48 Hình 4 Khối xử lý trung tâm .49 Hình Khối giao tiếp 50 Hình Khối cảm biến 50 Hình Khối điều khiển .51 Hình Khối hiển thị 52 Hình Mạch in lớp Top Bottom 53 Hình 10 Mạch in lớp 53 Hình 11 Mơ hình mạch 3D 54 Page THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 Hình 12 Hình ảnh sản phẩm 54 Hình 13 Tiến hành đo đạc thông số môi trường 55 Hình 14 Giao diện khởi động 56 Hình 15 Giao diện ứng dụng 57 Hình 16 Lựa chọn thiết bị kết nối giao diện bật tắt thiết bị 58 Page THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Sơ đồ nối chân ESP 8266 PL2303 .23 Bảng Một số lệnh AT Esp8266 23 Bảng 3 Thông số kĩ thuật .26 Bảng Các kiểu file Android 44 Bảng Test lần lúc 18h00 ngày 17/03/2018 .58 Bảng Test lần lúc 8h00 ngày 18/03/2018 59 Bảng Test lần lúc 18h00 ngày 19/03/2018 .59 Page THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ STT Kí hiệu Thuật ngữ đầy đủ IP Internet Protocol IoT Internet of Things API Application Progmraming Interface I/O Input/Output USB Universal Serial Bus IDE Intergrated Development Environment RISC Reduced Instructions Set Computer MCU Micro Controller Unit PC 10 IEEE 11 TCP/IP Transport Control Protocol/Internet Protocol 12 UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter 13 SPI 14 ADC Analog-to-digital converter 15 WPA WiFi Protected Access 16 Wi-Fi Wireless Fidelity 17 MAC Medium Access Control 18 DSSS Direct sequence spread spectrum 19 CSMA Carrier Sense Multiple Access 20 HTTP Hyper Text Transfer Protocol 21 UDP User Datagram Protocol 22 RTT Round Trip Times Personal Computer Institute of Electrical and Electronics Engineers Serial Peripheral Bus Page THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 PHẦN MỞ ĐẦU Nội dung, ý nghĩa đợt thực tập Nội dung Tìm hiểu, xây dựng mơ hình nhà thơng minh Lựa chọn linh kiện, module, giải pháp xây dựng để đạt kết tốt Ý nghĩa Đợt thực tập giúp sinh viên tiếp cận với nghề nghiệp mà thân sinh viên lựa chọn bước chân vào trường đại học, trường cao đẳng Các hoạt động thực tiễn thêm lần giúp sinh viên hiểu làm cơng việc sau trường có điều chỉnh kịp thời, với chiến lược rèn luyện phù hợp Quá trình áp dụng kiến thức học nhà trường vào thực tế công việc giúp sinh viên nhận biết điểm mạnh, điểm yếu cần trang bị thêm kiến thức, kỹ để đáp ứng nhu cầu công việc Những trải nghiệm ban đầu giúp sinh viên tự tin sau trường tìm việc Những khó khăn thuận lợi q trình thực tập Khó khăn Tuy nắm nhiều kiến thức qua việc học, giảng dạy giảng đường việc tiếp cận, tìm hiểu, thiết kế ln cơng việc khơng dễ dàng kiến thức điện tử phong phú Do thời gian thực tập ngắn nên việc tìm hiểu đề tài khơng dễ dàng, tài liệu chủ yếu tài liệu nước nên khó khăn việc tìm hiểu cặn kẽ, gây khó khăn việc triển khai đề tài Thuận lợi Do có kiến thức từ lớp, trường có thêm hướng dẫn tận tình giáo viên thực tập nên việc tiếp cận với công nghệ rút thời gian nhiều Page THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 Lời cảm ơn Qua đợt thực tập thú vị em xin cám ơn TS Vương Hoàng Nam giúp đỡ tận tình, tạo điều kiện thuận lợi để trình thực tập trở nên dễ dàng thuận lợi, tình trình thực tập trường đại học Bách Khoa Hà Nội Page THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 Khối Giao Tiếp: Hình Khối Giao Tiếp - Thiết kế: Sử dụng module bluetooth HC05 - Chức năng: Nhận tín hiệu, gửi lệnh vi xử lý trung tâm Khối cảm biến: Hình Khối cảm biến - Thiết kế: sử dụng cảm biển nhiệt độ độ ẩm DHT11 Page 50 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 - Chức năng: Đo nhiệt độ, độ ẩm truyền tín hiệu khối xử lý trung tâm Khối Điều Khiển: Hình Khối điều khiển - Chức năng: Điều khiển hoạt động mạch Khối Hiển thị: Page 51 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 Hình Khối hiển thị - Thiết kế: Sử dụng LCD 16x2 - Chức năng: Hiển thị thông số nhiệt độ độ ẩm lên hình 4.2 Mạch in sản phẩm thực tế 4.2.1 Mạch in Mạch layout Page 52 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 Hình Mạch in lớp Top Bottom Hình 10 Mạch in lớp Page 53 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 Hình 11 Mơ hình mạch 3D 4.2.2 Hình ảnh sản phầm hồn thiện Hình 12 Hình ảnh sản phẩm Page 54 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 Hình 13 Tiến hành đo đạc thông số môi trường 4.3 Thiết kế phầm mềm 4.3.1 Công cụ phần mềm Android Studio IDE google xây dựng cung cấp miễn phí cho nhà phát triển ứng dụng Android Bộ công cụ Android Studio cung cấp trình soạn thảo riêng biệt tương ứng với hầu hết file cấu hình Layout ứng dụng Android với định dạng XML Với file Layout giao diện, Android Studio cho phép lập trình viên dễ dàng chuyển đổi chế độ chỉnh sửa trình biên soạn nội dung XML trình biên soạn dạng giao diện Ngồi ra, Android Studio cịn tích hợp bên tiện ích hỗ trợ phát triển ứng dụng sau: Bộ xây dựng ứng dụng Gradle với nhiều cấu hình linh động Trình biên soạn Layout GUI cho ứng dụng Android phong phú tiện lợi, cho phép người dùng dễ dàng tạo giao diện hình cách kéo thả Page 55 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 Component mẫu có sẵn chỉnh sửa giao diện themes (kích thướt, màu sắc, …) tùy ý Bộ code mẫu giúp xây dựng chức phổ biến ứng dụng Bộ tích hợp hỗ trợ phát triển ứng dụng Android dễ dàng với dịch vụ cùa tảng đám mây Google Tích hợp lint – Một ứng dụng tích hợp giúp developer kiểm sốt hiệu suất, tính khả dụng, khả tương thích phiên API sử dụng, vấn đề tiềm ẩn bên xảy lúc Runtime Cho phép xây dựng ứng dụng tùy biến tự động tạo file apk tương thích với thơng tin tùy biến 4.3.2 Thiết kế ứng dụng Hình 14 Giao diện khởi động Page 56 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 - Người dùng nhấn Button để chuyển qua giao diện điều khiển thiết bị Hình 15 Giao diện ứng dụng - Người dùng cần phải lựa chọn thiết bị Bluetooth kết nối để điều khiển Page 57 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 Hình 16 Lựa chọn thiết bị kết nối giao diện bật tắt thiết bị - Người dùng điều khiển thiết bị thơng qua Button, đồng thời nhận giá trị nhiệt độ độ ẩm phòng 4.4 Kiểm thử phần mạch đánh giá 4.4.1 Kiểm thử Cho sản phẩm cấp nguồn liên tục ngày, kiểm tra kết thời điểm khác với thiết bị lần bật tắt Thời gian kiểm nghiệm từ 18h00 ngày 17/ 03/ 2018 đến 18h00 ngày 19/ 03/ 2018 Bảng kết test sản phẩm Bảng Test lần lúc 18h00 ngày 17/03/2018 Lần 1(LT) Bật TB1 Tắt TB1 Bật TB2 Tắt TB2 ON OFF ON OFF Page 58 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 Trạng thái thiết bị ON OFF ON OFF Lần 2(LT) ON OFF ON OFF Trạng thái thiết bị ON OFF ON OFF Bảng Test lần lúc 8h00 ngày 18/03/2018 Bật TB1 Tắt TB1 Bật TB2 Tắt TB2 Lần 1(LT) ON OFF ON OFF Trạng thái thiết bị ON OFF ON OFF Lần 2(LT) ON OFF ON OFF Trạng thái thiết bị ON OFF ON OFF Bảng Test lần lúc 18h00 ngày 19/03/2018 Bật TB1 Tắt TB1 Bật TB2 Tắt TB2 Lần 1(LT) ON OFF ON OFF Trạng thái thiết bị ON OFF ON OFF Lần 2(LT) ON OFF ON OFF Trạng thái thiết bị ON OFF ON OFF 4.4.2 Đánh giá - Sản phẩm chạy ổn định, xác - Có thể điều khiển khoảng cách lên tới 15m khơng có vật cản 4.5 Kết luận chương Trong chương này, tiến hành kiểm thử, xây dựng phần hệ thống nhà thông minh thiết kế mạch điều khiển thiết bị nhà Smartphone qua sóng Bluetooth Sản phẩm chạy ổn định, xác Page 59 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trải qua tháng thực tập hướng dẫn TS Vương Hoàng Nam em hoàn thành nội dung thực tập, tìm hiểu mơ hình, cách xây dựng hệ thống nhà thông minh, làm sản phẩm điều khiển thiết bị có phần cứng phần App Trên sở thứ nghiên cứu, tiếp tục phát triển đề tài nhà thông minh làm đề tài đồ án tốt nghiệp Tiếp tục cải tiến phần cứng, phát triển phần app Về mặt phần cứng: Thiế kế phần cứng nhỏ gọn, tiện lợi, tiết kiệm lượng Sẽ tiến hành nâng cấp mạch cứng mở rộng, tối ưu tốc độ hoàn thiện sản phẩm thống tương lai Về mặt phần mềm: Thiết kế phần App có giao diện thân thiện với người dùng, dễ sử dụng dễ mở rộng kết nối với thiết bị khác, App chạy ổn định Trong thời gian tới, thành phần hệ thống hoàn thiện chức tối ưu để đáp ứng với nhu cầu thực tế Page 60 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G Gaderer, P Loschmidt, and A Mahmood, “A novel approach for flexible wireless automation in real-time environments”, in Proc IEEE Int WFCS, Dresden, Germany, May 21–23, 2008, pp.81 [2] Rangan, K and Vigneswaran, T “An Embedded systems approach to monitor green house”, Published in: Recent Advances in Space Technology Services and Climate Change (RSTSCC), 2010 [3] H Liu, Z Meng and S Cui, “ A Wireless Sensor Network Prototype for Environmental Monitoring in Greenhouses” presented at Wireless Communications, Networking and Mobile Computing 2007 (WiCom 2007), International Conference on 21-25 Sept 2007, pp 2344 – 2347 [4] TS Timothy Chou, Precision-Chính xác: Nguyên lý, Thực Thi Giải pháp, NXB Khoa học kĩ thuật (dịch), 2012 [5] https://nodejs.org/en/ [6] http://android.bachkhoa-aptech.edu.vn [7]http://developer.android.com/reference/android/bluetooth/packagesummary.html Page 61 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 PHỤ LỤC STM32 Code Bluetooth: /****************************************************************** *Ten Tep : main.c *Ngay : 08/03/2018 *Tac Gia : DoHuong *Phien Ban : V1.0 *Noi dung : Dieu khien thiet bi qua Bluetooth **********************************************************************/ #include "main.h" #include "user_delay.h" #include "LCD_16x2.h" #include "dht11.h" #include "String.h" int main(void) { uint8_t kytu= 0; char TEXT[20]= "ThucTapCuoiKhoa", TEXT2[16]=""; /******Initial Clock for STM32F103********************************/ SystemInit(); /******Initial Library delay STM32********************************/ delay_init(72); /******Initial GPIO for Device************************************/ InitDevice(); /******Initial Library LCD16x2 STM32******************************/ LCD_Configuration(); LCD_Init(); LCD_Clear(); /******Initial Library Sensor DHT11*******************************/ DHT_Configuration(); /******Initial USART for HC05*************************************/ USART2_Configuration(9600); //Bluetooth /******Initial TIMER for STM32F103********************************/ Init_Timer_2(); LCD_Puts(TEXT); while(1) { Page 62 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 kytu= GetUSART(USART2); // Doc data tu Bluetooth switch(kytu) { /*TURN ON DEVICE */ case 'A': { GPIO_SetBits (GPIOA, GPIO_Pin_4); // BAT thiet bi break; } /*TURN OFf DEVICE */ case 'B': { GPIO_ResetBits (GPIOA, GPIO_Pin_4); break; } /*TURN ON DEVICE 2*/ case 'C': { GPIO_SetBits (GPIOA, GPIO_Pin_5); break; } /*TURN OFF DEVICE 2*/ case 'D': { GPIO_ResetBits (GPIOA, GPIO_Pin_5); break; } } } } /***********TIMER INTERRUPT ************/ void TIM2_IRQHandler(void) { static int state=0; static uint32_t time=0; if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)!=RESET){ if(++time>2000){ DHT_GetTemHumi(&nhiet_do,&do_am); sprintf(Str1,"TEMP: %u",nhiet_do); sprintf(temp,"TEMP: %u \n\r",nhiet_do); LCD_Gotoxy(0,1); Page 63 THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 20172 LCD_Puts(Str1); UART2Send(temp,sizeof(temp)); sprintf(Str2,"HUM: %u\n\r",do_am); LCD_Gotoxy(9,1); LCD_Puts(Str2); //UART2Send(Str2,sizeof(Str2)); time = 0; } TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update); } } Page 64