(Đồ án HCMUTE) mô hình hệ thống giám sát 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 ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT NHÀ THƠNG MINH GVHD: NGUYỄN NGƠ LÂM SVTH: PHAN LÂM TRƯỜNG HÀN ANH TUẤN SKL009345 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2022 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG o0o ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHÀ THƠNG MINH SVTH: GVHD: MSSV: Phan Lâm Trường 18161172 Hàn Anh Tuấn 18161173 ThS Nguyễn Ngơ Lâm Tp Hồ Chí Minh, Tháng 07 Năm 2022 i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 07 năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phan Lâm Trường Hàn Anh Tuấn Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện tử - Viễn thông Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm MSSV: 18161172 MSSV: 18161173 I TÊN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHÀ THÔNG MINH II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: - Tìm hiểu hệ thống giám sát nhà thị trường - Tìm hiểu cảm biến thích hợp để sử dụng đề tài - Đưa phương án, giải pháp thiết kế hệ thống phù hợp, tối ưu - Xây dựng mơ hình, bố trí cảm biến hợp lý Nội dung thực hiện: - Thiết kế thi cơng phần cứng: ● Lập trình Module cảm biến, giao tiếp với vi điều khiển ● Thiết kế, thi cơng khối điều khiển ● Lập trình hệ thống phần cứng - Thiết kế thi công phần mềm: ● Thiết kế giao diện điều khiển Web Server - Chạy thử chỉnh sửa, viết báo cáo luận văn - Báo cáo đề tài tốt nghiệp Sản phẩm: Mơ hình hệ thống điều khiển giám sát nhà thông minh TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i 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: Phan Lâm Trường Hàn Anh Tuấn Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện tử - Viễn thông Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm MSSV: 18161172 MSSV: 18161173 I TÊN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHÀ THÔNG MINH II 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 07 năm 2022 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) i 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: Phan Lâm Trường MSSV: 18161172 Hàn Anh Tuấn MSSV: 18161173 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện tử - Viễn thông Giảng viên phản biện: I TÊN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHÀ THÔNG MINH II 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 07 năm 2022 Giáo viên phản biện (Ký ghi rõ họ tên) i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt báo cáo đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông trước hết em xin gửi đến quý Thầy/Cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung Khoa Đào tạo Chất lượng cao nói riêng lời cảm ơn chân thành Đặc biệt, thầy ThS Nguyễn Ngô Lâm tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình thực đồ án Em xin gửi đến thầy lời cảm ơn chân thành sâu sắc Đồng thời, em xin cảm ơn đến bạn bè hỗ trợ, đóng góp ý kiến chia sẻ kinh nghiệm để em hoàn thành tốt đề tài Mặc dù cố gắng hết sức, lượng kiến thức cịn eo hẹp nên khơng tránh khỏi thiếu sót Do vậy, em mong nhận đóng góp ý kiến q báu Thầy/Cơ để hồn thiện tốt báo cáo tích lũy kinh nghiệm để áp dụng cho công việc ngồi thực tế sau Sau cùng, em kính chúc quý thầy cô thật nhiều sức khỏe, tràn đầy nhiệt huyết thành công nghiệp giảng dạy Xin chân thành cảm ơn! i i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .vi DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG BIỂU .xi TÓM TẮT xii CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC .2 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 MODULE ESP32[8] 2.1.1 Giới thiệu .3 2.1.2 Thông số kỹ thuật Module ESP32 2.1.3 Chế độ hoạt động Module ESP32 2.2 CẢM BIẾN KHÍ GAS[9] 10 2.2.1 Cảm biến khí Gas 10 2.2.2 Module cảm biến khí Gas MQ-2 .10 2.3 MODULE SIM 800L[12] 12 2.3.1 Giới thiệu Module SIM 800L .12 2.3.2 Đặc điểm kỹ thuật Module SIM 800L 13 2.3.3 Khảo sát tập lệnh AT Module SIM 800L 13 2.4 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ VÀ DỘ ẨM .15 2.4.1 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm 15 2.4.2 Module cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11[10] 15 2.5 CẢM BIẾN CƯỜNG ĐỘ SÁNG 17 2.5.1 Khái niệm cường độ sáng cảm biến cường độ sáng .17 ii i 2.5.2 Module cảm biến cường độ sáng BH1750[11] 18 2.6 LCD[15] .19 2.6.1 Giới thiệu LCD .19 2.6.2 Màn hình LCD1602 19 2.6.3 Địa ba vùng nhớ 21 2.7 MODULE CHUYỂN ĐỔI GIAO TIẾP I2C CHO LCD[15] 21 2.8 MODULE THỜI GIAN THỰC DS1307[13] 23 2.9 MODULE RELAY[14] 27 2.10 NHẬN DẠNG VÂN TAY VÀ MODULE CẢM BIẾN VÂN TAY AS608 29 2.10.1 Giới thiệu sơ lược vân tay nhận dạng vân tay 29 2.10.2 Các bước xử lý nhận dạng vân tay 29 2.10.3 Module cảm biến vân tay AS608[16] 31 2.11 BÀN PHÍM MA TRẬN 4X4[17] 33 2.11.1 Giới thiệu 33 2.11.2 Nguyên lý hoạt động .33 2.11.3 Thông số kỹ thuật 34 2.12 NÚT NHẤN 35 2.13 MODULE CHUYỂN NGUỒN DỰ PHÒNG YX850 36 2.14 MODULE CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI LM393[19] 37 2.15 MODULE GIẢM ÁP DC LM2596[18] 38 2.16 CHỐT ĐIỆN 39 2.17 ĐÈN LED BULB 39 2.18 QUẠT 40 2.19 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP SỬ DỤNG 40 2.19.1 UART 40 2.19.2 I2C 41 2.20 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM 42 2.20.1 Web Server 42 2.20.2 Các ngôn ngữ lập trình Web 42 2.20.2.1 Html 42 2.20.2.2 JavaScript 43 iii i 2.20.2.3 CSS 43 2.20.3 Cơ sở liệu 43 2.20.3.1 Firebase Realtime Database 44 2.20.3.2 Firebase Authentication 44 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ .45 3.1 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 45 3.1.1 Yêu cầu hệ thống .45 3.1.2 Sơ đồ khối chức khối 46 3.1.3 Hoạt động hệ thống .47 3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG 47 3.2.1 Khối cảm biến khí gas .47 3.2.2 Khối cảm biến nhiệt độ .48 3.2.3 Khối cảm biến cường độ sáng 48 3.2.4 Khối nút nhấn 49 3.2.5 Khối quạt 50 3.2.6 Khối đèn 50 3.2.7 Khối Module SIM800L .51 3.2.8 Khối hiển thị 51 3.2.9 Khối Module bàn phím ma trận 4x4 52 3.2.10 Khối Module cảm biến vân tay .52 3.2.11 Khối thời gian thực 53 3.2.12 Khối xử lý trung tâm .53 3.2.13 Khối nguồn 55 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 57 4.1 GIỚI THIỆU 57 4.2 THI CÔNG PHẦN CỨNG 57 4.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 60 4.3.1 Cơng cụ lập trình .60 4.3.2 Thiết kế giao diện Web .62 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG .65 4.4.1 Lưu đồ giải thuật .65 iv i 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THAO TÁC 75 4.6 DỰ TỐN MƠ HÌNH HỆ THỐNG .76 CHƯƠNG KẾT QUẢ - NHẬN XÉT 78 5.1 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 78 5.1.1 Kết hoạt động phần cứng 78 5.1.2 Kết hoạt động phần mềm 82 5.1.3 Nhận xét kết 86 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 88 6.1 KẾT LUẬN 88 6.1.1 Kết đạt .88 6.1.2 Những mặt hạn chế 88 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 v i CHƯƠNG KẾT QUẢ - NHẬN XÉT Sau thực Đồ án tốt nghiệp, với đề tài “Mơ hình hệ thống giám sát nhà thơng minh” Nhóm thực nội dung sau: - Nắm vững kiến thức thiết kế hệ thống hoạt động ổn định - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cách sử dụng Module DHT11, MQ-2, BH1750, DS1307, AS608, SIM800A, KeyPad 4x4, LCD Relay 5.0VDC cách giao tiếp chúng với module ESP32 - Tìm hiểu Web, WebServer Lập trình tạo giao diện trang web để phục vụ đề tài - Thiết kế giao diện điều khiển qua WebServer 5.1 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.1.1 Kết hoạt động phần cứng Mơ hình sau lắp ráp hoàn thiện hoạt động ổn định, cho kết đạt yêu cầu Hình 5.1 Hoạt động hệ thống nhà 78 i Mô hình nhà hoạt động yêu cầu đề ra, cảm biến hoạt động ổn định, LCD hiển thị giá trị cảm biến, nút nhấn điều khiển đèn chiếu sáng Hình 5.2 Màn hình LCD hiển thị giá trị cảm biến Có thể sử dụng tin nhắn để thực điều khiển giám sát : - - “kt sdt” : Kiểm tra số điện thoại có quyền điều khiển hay không Nếu tin nhắn trả “You can control” có quyền điều khiển Ngược lại nhận “You can’t control” khơng có quyền điều khiển “Change32” : Dùng để thay đổi số điện thoại cho quản trị viên “Den(Quat)1/2 on/off” : Dùng để bật/tắt đèn quạt “kt Den(Quat)1/2” : Dùng để giám sát trạng thái hoạt động thiết bị Hình 5.3 Điều khiển thiết bị tin nhắn SMS 79 i Khi nồng độ khí gas vượt ngưỡng cài đặt, hệ thống gửi tin nhắn cảnh báo đến số điện thoại cài đặt kèm nồng độ khí gas Hình 5.4 Tin nhắn cảnh báo trả điện thoại khí gas vượt ngưỡng Hệ thống cửa vào hoạt động kết yêu cầu Màn hình LCD hiển thị thời gian thực Cảm biến vân tay hoạt động đầy đủ chức Chức nhận dạng vân tay để mở chốt khóa điện Nếu vân tay, chốt điện mở, ngược lại chốt điện khơng mở Màn hình LCD thơng báo cho người dùng Hình 5.5 Kết hoạt động hệ thống cửa vào 80 i Hình 5.6 Kết chức nhận dạng Hình 5.7 Kết chức nhận dạng vân tay vân tay sai Chức thêm vân tay hoạt động cho kết Hình 5.8 Hệ thống cho phép thêm lên đến 120 vân tay Đặc biệt, ID thêm nhiều vân tay khác Hình 5.8 Nhập ID để thêm vân tay Chức xóa vân tay hoạt động cho kết Hình 5.9 81 i Hình 5.9 Kết hoạt động chức xóa ID Hình 5.10 Kết hình nhập password 5.1.2 Kết hoạt động phần mềm Hệ thống hoạt động, WebServer tiếp nhận liệu từ phần cứng ổn định liên tục Giao diện web hiển thị đầy đủ thông số, trạng thái hoạt động giá trị cảm biến 82 i Hình 5.11 Kết hiển thị trang chủ Kết hoạt động chức khác cho yêu cầu Bao gồm: - Chức Thêm/Xóa vân tay - Chức tra cứu ID - Chức kiểm tra lịch sử vào - Chức thay đổi số điện thoại quản trị viên - Chức đăng ký quản trị Chức Thêm Xóa vân tay hoạt động tương tự kết Hình bên Hình 5.12 Nhập thơng tin để thêm người dùng 83 i Hình 5.13 Kết nhập ID trùng liệu Hình 5.14 Kết thêm thành cơng 84 i Hình 5.15 Kết Firebase Realtime Database thêm thành cơng Hình 5.16 Kết hoạt động thực xóa ID thành cơng Chức kiểm tra lịch sử vào hoạt động Hình 5.17 Sau nhập ID, thơng tin cá nhân thời gian checkin cửa vào ID hiển thị bảng giao diện Web Hình 5.17 Kết hoạt động chức kiểm tra lịch sử vào Chức tra cứu thông tin người dùng dựa vào ID nhập 85 i Hình 5.18 Kết hoạt động chức tra cứu thông tin người dùng 5.1.3 Nhận xét kết Qua trình thực hiện, nhóm đạt kết sau: Bảng 5.1 Kết thực nghiệm Kết thực nghiệm Đánh giá Các cảm biến Hoạt động ổn định Điều khiển hệ thống qua tin nhắn SMS Hoạt động chưa ổn định Điều khiển hệ thống qua Web Server Hệ thống đáp ứng [4] “ Cảm biến cường độ ánh sáng gì? ”, < https://denphaledcaocap.com/tuvan/cam-bien-cuong-do-anh-sang.html>, 17/06/2021 [5] “ Cảm biến nhiệt độ gì? Chi tiết nguyên lý hoạt động hướng dẫn cách ứng dụng loại cảm biến nhiệt ”, < https://vnautomate.net/cam-bien-nhietdo-la-gi-chi-tiet-ve-nguyen-ly-hoat-dong-va-huong-dan-cach-ung-dung-cua-tungloai-cam-bien-nhiet.html>, 14/05/2020 [6] “Cảm biến vân tay gì? Có loại? ngun lý hoạt động”, [7] Thủy Nguyễn, “ Web server gì? Chức cách hoạt động nào? ”, < https://bizfly.vn/techblog/web-server-la-gi.html>, 14/05/2020 Datasheet tham khảo [8] Datasheet ESP32 [9] Datasheet Module MQ-2 [10] Datasheet Module DHT11 < https://www.mouser.com/datasheet/2/758/DHT11-Technical-Data-SheetTranslated-Version-1143054.pdf> [11] Datasheet Module Light Sensor 90 i < https://www.mouser.com/datasheet/2/348/bh1750fvi-e-186247.pdf> [12] Datasheet Module SIM800L < https://www.filipeflop.com/img/files/download/Datasheet_SIM800L.pdf> [13] Datasheet Module RTC DS1307 < https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS1307.pdf> [14] Datasheet Module Relay 5V < https://curtocircuito.com.br/datasheet/modulo/rele-1canal.pdf> [15] Datasheet Module I2C_LCD < http://www.handsontec.com/dataspecs/module/I2C_1602_LCD.pdf> [16] Datasheet Module Fingerprint AS608 [17] Datasheet Keypad 4x4 < https://cdn.sparkfun.com/assets/f/f/a/5/0/DS-16038.pdf> [18] Datasheet Module Buck Converter LM2596 < http://tpelectronic.ir/datasheets/20150123144301750.pdf> [19] Datasheet Module LM393 < https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/lm393-d.pdf > 91 i S i K L 0