Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển thiết bị trong nhà qua internet

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNHCÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ QUA INTERNET GVHD: PHAN VĂN CA SVTH : LÊ ANH ĐỨC PHẠM THỊ HƯƠNG GIANG SKL009346 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH- VIỄN THƠNG oOo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ QUA INTERNET GVHD: PGS.TS PHAN VĂN CA SVTH: LÊ ANH ĐỨC 18161062 PHẠM THỊ HƯƠNG GIANG 18161068 Khóa: K18 Ngành: CNKT ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MƠN KỸ THUẬT MÁY TÍNH- VIỄN THƠNG oOo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ QUA INTERNET GVHD: PGS.TS PHAN VĂN CA SVTH: LÊ ANH ĐỨC 18161062 PHẠM THỊ HƯƠNG GIANG 18161068 Khóa: K18 Ngành: CNKT ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc -*** TP Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 04 năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Anh Đức Phạm Thị Hương Giang Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử Viễn Thông Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Phan Văn Ca Ngày nhận đề tài: 15/03/2022 MSSV: 18161062 MSSV: 18161068 Lớp : 18161CLVT1B ĐT: Ngày nộp đề tài: 30/07/2022 Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển thiết bị nhà qua Internet Nhiệm vụ thực Nghiên cứu, phân tích tím hiểu yêu cầu kỹ thuật, chức ứng dụng ngơi nhà IoT Tìm hiểu module ESP8266 Tìm hiểu thiết kế phần mềm điện thoại, liên kết module ESP8266, Firebase phần mềm ứng dụng điện thoại để hiển thị liệu điều khiển thiết bị Nội dung thực đề tài: Nghiên cứu, phân tích dựa yêu cầu kỹ thuật, chức để lựa chọn thiết kế mơ hình nhà Thiết kế phần cứng liên kết xử lý trung tâm với hệ thống cảm biến thiết bị ngoại vi Thiết kế phần mềm dùng để hiển thị, truyền nhận liệu tín hiệu điều khiển Sản phẩm: Mơ hình nhà có kích thước 70cmx60cmx30cm tích hợp cảm biến thiết bị ngoại vi để điều khiển TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc -*** TP Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 05 năm 2022 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Anh Đức MSSV: 18161062 Phạm Thị Hương Giang MSSV: 18161068 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử Viễn Thông Lớp : 18161CLVT1B Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ QUA INTERNET Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Trao đổi với GVHD tốt nghiệp xác đị Chọn hướng tên Thảo luận lịch tr tiết Nghiên cứu tổng qu đề tài thự Tuần Tìm hiểu đưa Tuần Thiết kế sơ đồ khối Tuần Nghiên cứu lựa c Tuần Tuần Lựa chọn thiết k sơ đồ kết nối hệ Thiết kế, thi công m Lắp đặt cảm biế Tuần 10 chúng với xử lý Kiểm tra cách dâ Tuần 11 Tuần 12 Tuần 13 Viết chương trình đ trình q trình Tiến hành mơ phỏn Kiểm tra sửa lỗi Hồn thiện mơ hình Viết báo cáo đồ án t Viết báo cáo đồ án t Tuần 14 Làm powerpoint trì Kiểm tra mơ hình v Hồn thiện powe Tuần 15 Nộp báo cáo Báo cáo đề tài Khóa CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc -*** - PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Lê Anh Đức Phạm Thị Hương Giang MSSV: 18161062 MSSV: 18161068 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử Viễn Thông Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển thiết bị nhà qua Internet Họ tên Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Phan Văn Ca 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 2022 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) 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: Lê Anh Đức Phạm Thị Hương Giang MSSV: 18161062 MSSV: 18161068 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử Viễn Thông Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển nhà thông minh qua Internet Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT: Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Ưu 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 2022 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Để thực hoàn thành đề tài nghiên cứu đồ án tốt nghiệp cách hồn thiện cần bền bỉ tập trung tìm tịi kiến thức liên quan, thực vui với học kết mà đạt qua đề tài nghiên cứu đồ án tốt nghiệp Tồn tri thức học kinh nghiệm mà chúng tơi đạt q trình nghiên cứu tiến hành làm đề tài nỗ lực thân mà cịn có giúp sức cổ vũ đến từ gia đình, thầy bạn bè Chúng tơi cảm thấy biết ơn gia đình, bạn bè người bên cạnh tạo điều kiện tốt để giúp đỡ cho chúng tơi đạt kết tốt đề tài nghiên cứu Chúng muốn bày tỏ lịng biết ơn đến thầy Khoa Điện điện tử truyền đạt kiến thức q gia, bảo tận tình ln hỗ trợ chúng tơi hết lịng suốt q trình thực đồ án Bên cạnh chúng tơi muốn gửi lời cảm ơn sâu săc đến với thầy - người thầy bên định hướng, bảo suốt 15 tuần vừa qua thầy giáo - PGS.TS Phan Văn Ca Bằng tâm huyết với nghề nhiệt tình với sinh viên mà thầy hướng chúng tơi tiếp cận đến với khía cạnh đề tài mà chọn cách vấn đề mang tính sáng tạo qua lần gặp gỡ lớp để chúng tơi có hướng nghiên cứu, tìm tịi so với dự án đề tài trước Kết ngày hơm kiên trì cố gắng thầy trò, thân trân trọng khoảng khắc lần muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến với người thầy mà yêu quý Chúc thầy có thật nhiều sức khỏe để ln vững tay chèo đưa chuyến đị thành cơng cập bến thành công đường mà thầy chọn! Do thời gian có hạn thiếu xót tri thức, đề tài nghiên cứu khơng tránh khỏi sai sót, chúng tơi mong thầy góp ý, chỉnh sửa để đề tài hồn thiện cách tốt TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực Lê Anh Đức Phạm Thị Hương Giang I CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG  Lưu đồ thuật toán hệ thống giám sát tình trạng hoạt động thiết bị Hình 3.20: Lưu đồ thuật tốn hệ thống giám sát tình trạng hoạt động thiết bị Giải thích lưu đồ Hệ thống dùng module PZEM để đo đòng điện quạt có nguồn cấp dịng điện xoay chiều So sánh giá trị dòng điện đo thực tế với dòng điện ngưỡng thiết bị xảy tình trạng q dịng tự động ngừng hoạt động thiết bị thông báo đến người dùng qua Internet ngược lại lặp lại việc đo giá trị dòng điện thiết bị 43 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ 4.1 Giới thiệu hệ thống Dựa chức hệ thống, thiết kế chi tiết sơ đồ nguyên lý lựa chọn linh kiện có chức thích hợp với yêu cầu hệ thống Giai đoạn tiến hành thi cơng mơ hình phần cứng Bảng 4.1: Tổng hợp linh kiện sử dụng hệ thống Linh Module Cảm biế Chốt khó Cảm biến Cảm biến c Cảm bi Cảm biế Cảm biến BH1 Cảm biế Quạt Quạt hút kh Đèn le Màn hìn Modul Module đo PZEM 4.2 Thi công hệ thống 4.2.1 Thiết kế mạch in hệ thống 44 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ Mạch in hệ thống thiết kế tổng hợp dựa sơ đồ nguyên lý phần mềm Aluminum có kích thước 20cm x 25cm Hình 4.1: Mạch in hệ thống 4.2.2 Thi cơng mạch in hồn chỉnh Dựa thiết kế mạch in tiến hành in board mạch hàn linh kiện điện tử Hoàn thiện mạch in linh kiện Hình 4.2: Mạch in thi cơng hồn chỉnh 45 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ 4.2.3 Thi cơng mơ hình hệ thống Mơ hình có kích thước 70cm x 60cm x 50cm làm mica chúng tơi sử dụng nhựa mica để làm mơ hình mica loại nhựa dẻo uốn, ghép theo mong muốn, mica có độ bóng, bề mặt phẳng làm tăng mỹ quan mô hình giá thành rẻ tiết kiệm chi phí Hình 4.3: Tổng quan mơ hình Hình 4.4: Mơ hình hồn chỉnh phần mềm 46 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ 4.3 Kết đạt Hệ thống lấy liệu từ cảm biến, sau xử lý qua xử lý trung tâm hiển thị APP điện thoại tảng trung gian Firebase Hình 4.5: Dữ liệu hệ thống cập nhật lên Firebase Dữ liệu hiển thị lên APP điện thoại với APP thiết kế với số hình giao diện là: Giao diện đăng nhập với email mật người dùng 47 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ Hình 4.6: Màn hình đăng nhập hệ thống điện thoại Dữ liệu tính điều khiển hệ thống hiển thị kiểm soát phần mềm điện thoại có tên MyHome Phần mềm đăng nhập Email Password cá nhân người dùng, thông tin đăng nhập đăng kí Firebase để tăng tính bảo mật dễ dàng việc thay đổi thơng tin đăng nhập Giao diện hình Màn hình dùng để hiển thị thơng số, giám sát hoạt động thiết bị phân chia thành phần nhỏ để thực chức riêng biệt như: điều khiển giám sát, thiết bị hoạt động điện tiêu thụ Hình 4.7: Các thơng số giám sát cập Hình 4.8: Màn hình điều khiển hiển nhật Firebase thị thơng số Hình 4.9: Các thơng báo hiển thị trường hợp có cố 48 CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ ImageButton phòng khách hiển thị liệu nhiệt độ, độ ẩm nồng độ khí CO2 ImageButton phịng ngủ hiển thị dòng điện, điện áp quạt 220VAC đồng thời có biểu tượng !!! quạt bị dòng áp ImageButton phòng bếp, nhà vệ sinh hiển thị nồng độ khí gas đồng thời có dịng chữ “Có trộm” hệ thống chống trộm cảnh báo Các thông báo hiển thị hình với biểu tượng dấu chấm than trường hợp có cố: nồng độ khí gas vượt ngưỡng cho phép, dòng điện điện áp thiết bị bị dòng áp cửa sổ phịng bếp có dấu hiệu bị mở Hình 4.10: Các thơng số thiết bị hoạt động cập nhật Firebase Hình 4.11: Màn hình hiển thị số thiết bị hoạt động phòng Mục thiết bị hoạt động hiển thị số thiết bị hoạt động phòng phịng có tối đa nhiều hai thiết bị đèn quạt Số thiết bị hiển thị APP liên kết với biến Count1, Count2 Count3 tương ứng với phòng khách, phòng ngủ phịng bếp Firebase Hình 4.12: Thơng số điện cập nhập lên Firebase Hình 4.13: Màn hình hiển thị thông số điện tiêu thụ Mục điện tiêu thụ hiển thị tổng điện tiêu thụ ba thiết bị thực tế có nguồn vào nguồn xoay chiều tổng điện tính theo thời gian 49 CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ  Giao diện điều khiển thiết bị Hình 4.14: Màn hình giao diện Hình 4.15: Màn hình giao diện thiết bị tắt thiết bị hoạt động Giao diện điều khiển thiết bị tạo với mục đích điều khiển hoạt động thiết bị từ xa.Thiết bị bật nhấn nút “ON” tắt nhấn nút “OFF”, ngược lại bật tắt thiết bị nút nhấn trạng thái hoạt động hay khơng hoạt động thiết bị cập nhật lên APP thông qua hình ảnh mơ tải hình 4.18 Hiển thị hình OLED Hình 4.16: Màn hình OLED hiển thị thơng số 50 CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ Bên cạnh việc giám sát thơng số phần mềm điện thoại giám sát trực tiếp mơ hình hình OLED Nhưng hiển thị trực tiếp hạn chế thông số hiển thị quan sát giá trị nồng độ khí gas, nhiệt độ độ ẩm 4.3 Nhận xét đánh giá Trong suốt thời gian phân tích, thiết kế tiến hành thi cơng hệ thống đề tài chúng tơi gặp khơng khó khăn việc thiết kế chức hệ thống, tìm kiếm linh kiện phù hợp thi công phần cứng thiết kế phần mềm nghiên cứu tìm hiểu chúng tơi hồn thành hệ thống cách hồn chỉnh Thơng qua nhiều lần mơ nhìn chung hệ thống thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật, chức đề ban đầu, hoạt động ổn định điểm hạn chế khó đáp ứng quy mô lớn  Ưu điểm hệ thống Hệ thống hoạt động ổn định liên tục việc thực đo đạc truyền liệu từ cảm biến tới xử lý trung tâm  Đồng hóa liệu, tín hiệu điều khiển xử lý trung tâm, Firebase giao diện APP điện thoại  Người dùng giám sát điều khiển thiết bị nơi có Internet  Hệ thống đo giá trị đạt giá trị tương đối dòng điện, điện áp điện thiết bị  Hệ thống cảnh báo tới người dùng trực tiếp gián tiếp số trường hợp  Hạn chế hệ thống  Hệ thống phải phụ thuộc vào tốc độ Wifi ổn định Firebase  Chức giám sát điện chưa có chức lưu trữ theo dõi lịch sử theo giờ, ngày, tháng năm  Hệ thống có độ tự động hóa thấp cần tác động từ người trường hợp khẩn cấp  Đánh giá Trong q trình thử nghiệm hệ thống, chúng tơi ghi nhận kết tổng hợp  51 CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ Cơng việc Giám sát cảm biến Giám sát điện năng, hoạt động thiết bị Điều khiển nút nhấn Điều khiển qua App Bật/tắt thông báo, chuông Đánh giá chung Sau nhiều lần thực mô phỏng, hệ thống đạt yêu cầu kỹ thuật đầy đủ chức ban đầu đề Hệ thống giúp người dùng giám sát thơng số mơi trườngvà điểu khiển thiết bị từ xa thông qua phần mềm điện thoại Bên cạnh đó, hệ thống hoạt động liên tục để đảm bảo xác liệu theo thay đổi môi trường Nhưng với hệ thống muốn ứng dụng vào thực tế cần phải nghiên cứu phát triển thêm số yêu cầu kỹ thuật như: hệ thống phải hoạt động ổn định sử dụng thời gian dài, cải thiện tốc độ đồng hóa hệ thống cảm biến với xử lý trung tâm hay xử lý trung tâm Firebase, liệu đọc phải có độ xác cao đo liệu trung bình khoảng thời gian, phải quản lý lưu trữ giá trị điện thiết bị Ngoài ra, phải có tìm hiểu phân tích sâu nhu cầu người thực tế để làm cho nhà thêm tiện nghi đại 52 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Trong 16 tuần vừa nghiên cứu thi cơng đề tài chúng tơi hồn thiện đề tài với kết đạt sau đây:  Hệ thống thực việc thu thập thông tin liệu đo đạc từ cảm biến đạt độ xác 90% đáp ứng yêu cầu ban đầu  Hệ thống nhận biết xác thực dấu vân tay để mở cửa  Hệ thống truyền nhận liệu, tín hiệu điều khiển thiết bị thông qua Internet  Hệ thống giám sát giá trị điện từ thiết bị thực tế  Hệ thống nhận biết thiết bị có hoạt động bất thường báo người dùng  Giám sát, điều khiển nhận thông báo từ phần mềm điện thoại  Hệ thống hoạt động ổn định, thực đầy đủ chức thỏa mãn yêu cầu đề ban đầu Tuy nhiên liên kết xử lý trung tâm Firebase có độ trễ thao tác thực nhấn nút điều khiển thiết bị đôi lúc phần mềm điện thoại bị gián đoạn không hoạt động vài giây 5.2 Hướng phát triển Trong q trình thực đề tài chúng tơi thấy đề tài phổ biến, có tính ứng dụng nhiều dự án thực tế Vì em đưa số đề xuất nhằm cải tiến để tăng tính ứng dụng hồn thiện hệ thống  Tích hợp sử dụng giọng nói thơng qua trợ lý ảo Google Assistant, Siri phần mềm để điều khiển bóng đèn, quạt từ xa  Tích hợp thêm chức theo dõi thời gian hoạt động thiết bị để việc bảo trì thiết bị hiệu  Dùng lượng mặt trời để thắp sáng bóng đèn  Mở rộng thiết bị điện tử để phù hợp với nhu cầu người mà không dừng lại quạt hay đèn  Kết hợp cơng nghệ AI để học tập, phân tích hoạt động người từ thao tác hoạt động cách tự động  Phát triển App theo hướng đa người dùng trình bày giao diện đẹp mắt hấp dẫn 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Đồn (2013), “Tìm hiểu hệ điều hành Android”, Trường Đại học Giao thông vận tải, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam [2] Ngơ Quang Anh (2015), “Nghiên cứu chuẩn kết nối không dây WIFI/ZIGBEE”, Trường Đại học Cơng nghệ Thơng tin, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam [3] Nguyễn Đình Phú - Phan Vân Hồn - Trương Ngọc Anh (2017) , “Giáo trình thực hành vi điều khiển PIC”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [4] Hồng Cơng Thành (2019), “Giám sát nhiệt độ độ ẩm điều khiển thiết bị qua Internet”, Trường Đại học Quản lý Công nghệ Hải Phòng, Hải Phòng, Việt Nam [5] Nguyễn Hồng Nhật (2018), “Thiết kế hệ thống, quản lý giao tiếp nhà thông minh qua Internet”, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam [6] Nguyễn Quốc Bảo (2014), “Đọc nhiệt độ - độ ẩm xuất hình LCD”, Cộng đồng Arduino Việt Nam, Hà Nội, Việt Nam [7] Đoàn Thanh Đủ (2018), “Hệ thống giám sát báo động rị rỉ khí gas”, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam [8] Đồn Trung Tín (2018), “Giám sát điện qua Internet”, Trường Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh, TP.Hồ Chí Minh, Việt Nam [9] Trần Quang Thắng (2016), “Lập trình Android bản”, Thangcoder.com [10] Lê Thị Thu Trang (2018), “Tạo thông báo Android”, Viblo.asia.com 54