TÓM TẮT NỘI DUNG Đề tài được nhóm chúng em lựa chọn để báo cáo là: “Xây dựng hệ thống nhà thông minh”. Đề tài được chúng em xây dựng thực hiện theo quy trình thiết kế được thể hiện tại phía dưới: 1. Lựa chọn đề tài 2. Xây dựng ý tưởng Mô tả sản phẩm 3. Thiết kế sơ đồ khối 4. Lập kế hoạch thực hiện 5. Xây dựng Lựa chọn các phương án tối ưu 6. Chế tạo mạch 7. Kiểm thử, tinh chỉnh sản phẩm 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1. Đặt vấn đề Với sự phát triển vượt bậc của Công nghệKhoa học – Kỹ thuật tại thời gian hiện tại, chúng ta có thể thấy ngày càng nhiều những sản phẩm, đồ vật trong căn nhà ngày càng trở nên hiện đại hơn, thông minh hơn. Sự phát triển này giúp cho các thiết bị thông minh – đặc biệt nhất là các bộ vi xử lý các bảng mạch hỗ trợ ngày càng có kích thước nhỏ gọn hơn, mang nhiều chức năng hơn mà vẫn tối ưu, bảo được công năng sử dụng. Đơn cử, ta có thể thấy những sản phẩm như chiếc cửa, cái bóng đèn, … trước vốn rất đơn giản không có khả năng hoạt động một cách tự động, nay lại có thể được tích hợp các công nghệ điều khiển tân tiến trên thế giới, hoạt động một cách có lịch trình, thông minh, giúp cho cuộc sống của chúng ta ngày một tiện nghi hơn. Trên tinh thần như vậy, nhóm chúng em nhận thấy các sản phẩm trong các căn hộ chúng ta sinh sống có thể được áp dụng hình thức điều khiển thông minh thông qua các thiết bị nhúng. Việc có thể tự động hóa, điều khiển các sản phẩm trên có thể giúp cho việc sinh hoạt của chúng ta được tiện nghi hơn. Đơn cử, ứng dụng này có thể áp dụng cho các nhà vườn, các nhà kính sử dụng để nuôi trồng hoa quả, thực vật, vốn sẽ cần một điều kiện về ánh sáng một cách nghiêm ngặt để các sản vật được phát triển một cách tốt nhất. Nhận thấy các phân tích trên đều xuất phát từ những vấn đề, câu chuyện rất thực tiễn, cùng với tính ứng dụng cao, nhóm đánh giá đề tài “Xây dựng hệ thống nhà thông minh” là một đề tài đáng để nghiên cứu, và đã lựa chọn đề tài để đi tới bước tiếp theo – Xây dựng ý tưởng Mô tả sản phẩm.
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH Giảng viên hướng dẫn: Lớp: Nhóm: Sinh viên thực hiện: Phạm Minh Đức Hồ Sỹ Thạch Nguyễn Hồng Quang TS Ngô Vũ Đức 135779 01 20172476 20182769 20182738 Hà Nội, 08/2022 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH Giảng viên hướng dẫn: Lớp: Nhóm: Sinh viên thực hiện: Phạm Minh Đức Hồ Sỹ Thạch Nguyễn Hồng Quang TS Ngô Vũ Đức 135779 01 20172476 20182769 20182738 Hà Nội, 08/2022 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT NỘI DUNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 10 1.1 Đặt vấn đề 10 1.2 Xây dựng ý tưởng & Mô tả sản phẩm .10 1.2.1 Mục tiêu sản phẩm .10 1.2.2 Xây dựng yêu cầu chức & phi chức 11 1.3 Thiết kế sơ đồ khối 13 1.4 Xây dựng kế hoạch thực 14 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 17 2.1 IOT Platform .17 2.1.1 Giới thiệu IOT Platform 17 2.1.2 Lựa chọn IoT Platform .19 2.2 Lựa chọn linh kiện 21 2.2.1 Bộ xử lý trung tâm 21 2.2.2 Điều khiển rèm cửa & Điều khiển cửa vào 22 2.2.3 Khối hiển thị .24 2.2.4 Các linh kiện khác 24 2.3 2.3.1 Sơ đồ khối hoàn chỉnh 25 2.3.2 Đặc điểm linh kiện sử dụng 27 CHẾ TẠO SẢN PHẨM 37 3.1 Xây dựng mơ hình phịng sinh hoạt & hệ thống điều khiển vật lý 37 3.1.1 Xây dựng mơ hình phịng sinh hoạt 37 3.1.2 Xây dựng hệ thống điều khiển rèm vật lý 39 3.1.3 Hệ thống điều khiển cửa .41 3.2 Sơ đồ khối chi tiết & nguyên lý hoạt động linh kiện 25 Chế tạo mạch điều khiển 42 3.2.1 Lưu đồ thực chức hệ thống 43 3.2.2 Thiết lập kết nối ESP32 & server Ubidots 44 3.2.3 Xây dựng chức điều khiển rèm 44 3.2.4 Xây dựng chức đóng mở cửa .45 3.2.5 Xây dựng chức đo nhiệt độ/độ ẩm & hiển thị 46 Kiểm thử sản phẩm & kết thu 48 4.1 Tổng quan sản phẩm 48 4.2 Kết kiểm nghiệm sản phẩm 50 4.3 Nhận xét sản phẩm: 51 4.4 Các đề xuất cải tiến sản phẩm 51 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Sơ đồ khối hệ thống 12 Hình Tiến trình phát triển ứng dụng Ubidots 18 Hình 2 Liên két thực thể Ubidots 20 Hình Sơ đồ khối chi tiết hệ thống nhà thơng minh 25 Hình Bảng phát triển ESP32 Node-MCU, hình ảnh thực tế .26 Hình Bộ xử lý ESP32-WROOM-32D, sử dụng bảng phát triển .27 Hình Bảng mạch sử dụng bảng phát triển 27 Hình Module điều khiển động L298N 30 Hình Các chân tín hiệu module L298N 30 Hình Motor giảm tốc – 9VDC (vàng) 32 Hình 10 Động servo SG90 33 Hình 11 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 33 Hình 12 Màn hình LCD 1602 34 Hình 13 Sơ đồ chân hình LCD 1602 34 Hình Mơ hình phịng sinh hoạt & rèm cửa .38 Hình Mơ hình phịng sinh hoạt & rèm cửa, với kích thước .38 Hình 3 Mơ hình hệ thống giữ rèm & rèm cửa, với kích thước 39 Hình Hệ thống điều khiển rèm vật lý 40 Hình Bánh ròng rọc cố định vào đầu quay motor Một đầu rèm cố định vào dây tờ 40 Hình Đầu cịn lại rèm cố định vào vị trí khóa rèm 40 Hình Tạo cửa mơ hình phịng 41 Hình Lắp đặt mơ hình cửa với động servo SG90 41 Hình Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 42 Hình 10 Lưu đồ thực chức hệ thống .43 Hình 11 Khởi tạo thơng số để kết nối vào server Ubidots 44 Hình 12 Kết nối ESP32 vào mạng Internet & server Ubidots .44 Hình 13 Hàm điều khiển chuyển động mở/đóng rèm 45 Hình 14 Mã điều khiển đóng mở rèm qua thao tác với webpage 45 Hình 15 Thiết lập chân điều khiển cho servo & đặt giá trị ban đầu (đóng cửa) 46 Hình 16 Nhận tín hiệu điều khiển cửa từ Ubidots tiến hành đóng mở cửa vật lý 46 Hình 17 Quy định loại cảm biến & chân điều khiển (trên ESP32) 46 Hình 18 Khởi tạo biến điều khiển cho cảm biến 46 Hình 19 Đọc liệu nhiệt độ/độ ẩm từ cảm biến, hiển thị lên LCD & gửi lên server Ubidots .47 Hình Mặt trước mơ hình demo 48 Hình Mặt mơ hình demo, hệ thống điều khiển rèm, cửa & hình LCD hiển thị .48 Hình Mặt sau mơ hình demo & hệ thống mạch 49 Hình 4 Giao diện điều khiển thông qua Ubidots 49 Hình Biểu đồ biểu diễn liệu thu thập từ cảm biến 50 Hình Thống kê hoạt động chức 51 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Yêu cầu chức năng/phi chức hệ thống .13 Bảng Bảng phân công nhiệm vụ & theo dõi lịch trình .16 Bảng So sánh xử lý trung tâm .22 Bảng 2 So sánh loại motor 24 Bảng Danh sách chi tiết linh kiện sử dụng 27 Bảng Bảng kiểm nghiệm chức 49 LỜI NÓI ĐẦU Với phát triển công nghệ khoa học kỹ thuật ngày nay, sản phẩm kỹ thuật tiên tiến, cơng nghệ cao ngày đóng vai trị quan trọng cấp thiết sống người Các sản phẩm tìm thấy khắp nơi xung quanh mơi trường mà ta sinh sống, đến với hình dáng, chức khác nhau, ngày tích hợp thêm nhiều tính để hỗ trợ trình vận hành Xong, để đảm bảo khả hoạt động sản phẩm, với tiêu chí khác độ an tồn, khả dễ sử dụng, v.v , sản phẩm cần phải trái qua trình thiết kế kiểm thử cách nghiêm ngặt, chặt chẽ trước sản xuất hàng loạt thương mại hóa Một sản phẩm cơng nghệ quan trọng, phát triển với tốc độ tên lửa vòng 50 năm trở lại đây, Vi xử lý, sử dụng thiết bị điện tử thông minh Vi xử lý ln ví não thiết bị điện tử, xử lý chức năng, hoạt động mà yêu cầu, máy vi tính (PC, Laptop, …), thiết bị di động thơng minh (điện thoại, thiết bị giải trí cầm tay, …), đặc biệt phát triển Cách mạng công nghiệp 4.0 – sử dụng thiết bị nhúng, hệ thống, dây chuyền tự động, điều khiển từ xa Trong khuôn khổ môn học “Hệ thống nhúng thiết kế giao tiếp nhúng”, nhóm chúng em xin lựa chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống nhà thông minh” làm đề tài nghiên cứu cho đồ án môn học, để đảm bảo việc tiếp nhận & vận dụng kiến thức thu nhận suốt trình học tập Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS Ngô Vũ Đức, người cung cấp cho chúng em kiến thức quan trọng môn học để nghiên cứu & hồn thành đề tài TĨM TẮT NỘI DUNG Đề tài nhóm chúng em lựa chọn để báo cáo là: “Xây dựng hệ thống nhà thông minh” Đề tài chúng em xây dựng & thực theo quy trình thiết kế thể phía dưới: Lựa chọn đề tài Xây dựng ý tưởng & Mô tả sản phẩm Thiết kế sơ đồ khối Lập kế hoạch thực Xây dựng & Lựa chọn phương án tối ưu Chế tạo mạch Kiểm thử, tinh chỉnh sản phẩm TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Với phát triển vượt bậc Công nghệ/Khoa học – Kỹ thuật thời gian tại, thấy ngày nhiều sản phẩm, đồ vật nhà ngày trở nên đại hơn, thông minh Sự phát triển giúp cho thiết bị thông minh – đặc biệt vi xử lý & bảng mạch hỗ trợ ngày có kích thước nhỏ gọn hơn, mang nhiều chức mà tối ưu, bảo công sử dụng Đơn cử, ta thấy sản phẩm cửa, bóng đèn, … trước vốn đơn giản & khơng có khả hoạt động cách tự động, lại tích hợp cơng nghệ điều khiển tân tiến giới, hoạt động cách có lịch trình, thơng minh, giúp cho sống ngày tiện nghi Trên tinh thần vậy, nhóm chúng em nhận thấy sản phẩm hộ sinh sống áp dụng hình thức điều khiển thơng minh thơng qua thiết bị nhúng Việc tự động hóa, điều khiển sản phẩm giúp cho việc sinh hoạt tiện nghi Đơn cử, ứng dụng áp dụng cho nhà vườn, nhà kính sử dụng để nuôi trồng hoa quả, thực vật, vốn cần điều kiện ánh sáng cách nghiêm ngặt để sản vật phát triển cách tốt Nhận thấy phân tích xuất phát từ vấn đề, câu chuyện thực tiễn, với tính ứng dụng cao, nhóm đánh giá đề tài “Xây dựng hệ thống nhà thông minh” đề tài đáng để nghiên cứu, lựa chọn đề tài để tới bước – Xây dựng ý tưởng & Mô tả sản phẩm 1.2 Xây dựng ý tưởng & Mô tả sản phẩm 1.2.1 Mục tiêu sản phẩm Với toán đặt việc điều khiển thiết bị phòng/căn hộ cách tiện nghi thơng minh, nhóm thấy đề tài cần đạt số yêu cầu sau: - Hệ thống điều chỉnh/điều khiển giới hóa, hạn chế việc sử dụng nhân lực 10