BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: HỆ THỐNG NHÚNG VÀ THIẾT KẾ GIAO TIẾP NHÚNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH SMART HOME

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: HỆ THỐNG NHÚNG VÀ THIẾT KẾ GIAO TIẾP NHÚNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH SMART HOME LỜI MỞ ĐẦU Trong xã hội Công nghiệp hóa Hiện đại hóa ngày càng phát triển, con người cũng trở nên bận rộn với công việc của mình. Họ ít có thời gian ở nhà nên nhu cầu đảm bảo an toàn, an ninh cho ngôi nhà nhỏ của mình lại càng trở nên cần thiết. Biết được điều đó mà con người đã ứng dụng sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đặc biệt là ngành điện tử đã được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp, trong các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như máy giặt, đồng hồ báo thức…đã giúp cho đời sống của chúng ta càng hiện đại và tiện nghi hơn. Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp ráp các linh kiện rời kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ. Chính vì những lợi thế đó mà nhóm chúng em đã chọn đề tài “Hệ thống nhà thông minh” giúp mang lại cuộc sống tiện nghi, tạo không gian sống thoải mái, hiện đại nhất cho con người, không ngừng cải thiện nhiều tính năng đa dạng cho người sử dụng. Đề tài “Hệ thống nhà thông minh” là một đề tài quen thuộc, có thể thực hiện trên rất nhiều dòng vi điều khiển nhưng do kiến thức còn hạn chế nên đề tài chúng em làm còn nhiều thiếu sót. Chúng em mong nhận được những ý kiến nhận xét từ phía thầy cũng như các bạn để góp phần hoàn thiện sản phẩm hơn. Chúng em xin chân thành cảm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: HỆ THỐNG NHÚNG VÀ THIẾT KẾ GIAO TIẾP NHÚNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH SMART HOME Giảng viên hướng dẫn: TS Ngơ Vũ Đức Nhóm sinh viên thực hiện: Họ tên MSSV Lớp Nguyễn Quang Thu Phương 20182725 ET1 – 03 – K63 Trần Đức Trung 20182838 ET1 – 07 – K63 Trần Thị Hường 20182570 ET1 – 04 – K63 Hà Nội, 7/2022 LỜI MỞ ĐẦU Trong xã hội Cơng nghiệp hóa- Hiện đại hóa ngày phát triển, người trở nên bận rộn với công việc Họ có thời gian nhà nên nhu cầu đảm bảo an tồn, an ninh cho ngơi nhà nhỏ lại trở nên cần thiết Biết điều mà người ứng dụng phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật đặc biệt ngành điện tử ứng dụng nhiều công nghiệp, thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày người máy giặt, đồng hồ báo thức…đã giúp cho đời sống đại tiện nghi Trong lĩnh vực điều khiển, từ cơng nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đem đến kỹ thuật điều khiển đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng mạch điều khiển lắp ráp linh kiện rời kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, cơng suất tiêu thụ nhỏ Chính lợi mà nhóm chúng em chọn đề tài “Hệ thống nhà thông minh” giúp mang lại sống tiện nghi, tạo không gian sống thoải mái, đại cho người, không ngừng cải thiện nhiều tính đa dạng cho người sử dụng Đề tài “Hệ thống nhà thông minh” đề tài quen thuộc, thực nhiều dịng vi điều khiển kiến thức hạn chế nên đề tài chúng em làm cịn nhiều thiếu sót Chúng em mong nhận ý kiến nhận xét từ phía thầy bạn để góp phần hoàn thiện sản phẩm Chúng em xin chân thành cảm ! MỤC LỤC CHƯƠNG 1: DANH MỤC HÌNH ẢNH .1 CHƯƠNG 2: DANH MỤC BẢNG BIỂU .2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 KHẢO SÁT NHU CẦU: 1.2 MỤC ĐÍCH: .5 1.3 YÊU CẦU CHỨC NĂNG: 1.4 YÊU CẦU PHI CHỨC NĂNG: CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 VI ĐIỀU KHIỂN ESP32: 2.1.1 Thông số kỹ thuật [5]: 2.1.2 Sơ đồ chân: 2.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM DHT11: .9 2.2.1 Thông số kỹ thuật [6]: 10 2.2.2 Sơ đồ chân [6] .10 2.3 CẢM BIẾN THÂN NHIỆT CHUYỂN ĐỘNG PIR HC-SR501 [7]: 10 2.3.1 Thông số kỹ thuật .11 2.3.2 Sơ đồ chân 12 2.3.3 Nguyên lí hoạt động [8]: .12 2.4 CỊI CHÍP BUZZER BÁO ĐỘNG 3V3-5V [9]: .13 2.4.1 Thông số kỹ thuật .14 2.4.2 Sơ đồ chân 14 2.5 CẢM BIẾN CHẠM ĐIỆN DUNG [10] : .15 2.5.1 THÔNG SỐ KỸ THUẬT 15 2.5.2 SƠ ĐỒ CHÂN: 16 2.6 NỀN TẢNG FIREBASE: 16 2.6.1 Khái niệm FIREBASE .16 2.6.2 Cách thức hoạt động [11] 16 2.6.3 Ưu - nhược điểm 17 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ 19 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI: 19 3.2 THIẾT KẾ MẠCH TRÊM ALTIUM: .20 3.2.1 Sơ đồ ghép nối: 20 3.2.2 Mạch nguyên lí: 21 3.2.3 Mạch PCB: 22 3.3 GIAO DIỆN WEB: 23 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 25 4.1 Mạch board trắng: 25 4.2 Nhận xét: .25 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 27 CHƯƠNG 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Vi điều khiển ESP32 DEVKIT V1-DOIT Hình 2: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 .10 Hình 3: Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR HC-SR501 12 Hình 4: Nguyên lý hoạt động cảm biến PIR HC-SR501 13 Hình 5: Cịi chip BUZZER báo động .14 Hình Cảm biến chạm điện dung 16 Hình Sơ đồ khối hệ thống 19 Hình Mạch nguyên lí Smart home .22 Hình Mạch PCB 23 Hình 10 Giao diện hệ thống nhà thơng minh 24 Hình 11 Mạch thực tế .25 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bảng thành phần linh kiện sử dụng .1 Bảng 2: Thông số kỹ thuật ESP32 Bảng 3: Chức chân DHT11 Bảng 4: Chức chân PIR HC-SR501 Bảng 5: Thông số kỹ thuật còi chip BUZZER Bảng 6: Chức chân còi chip BUZZER CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 KHẢO SÁT NHU CẦU: Hiện nhu cầu sống ngày nâng cao Con người không cần no đủ mà họ sang trọng, đẹp tiện nghi Cuộc sống ngày cảng cải thiện, thiết bị phải tích hợp tối ưu hóa chức ví dụ đèn có chế độ ánh sáng trắng, ánh sáng vàng, ánh sáng mờ để phục vụ cho nhiều mục đích khác Hiểu điều đó, đồng thời dựa vào số lượng vụ trộm cắp ngày tinh vi mà nhu cầu lắp đặt hệ thống nhà thông minh lại cần thiết hết Một số sản phẩm thị trường máy chống trộm, máy đo nhiệt độ độ ẩm hay công tắc thông minh liệt kê bảng : Bảng 1: Bảng thành phần linh kiện sử dụng Tên sản Kích phẩm thước- Chức Sản Giá xuất Trọng lượng Công 120 x Điều khiển thông qua Smart phone tắc 73 x nút bấm vật lý mạch Quốc thơng 34mm cơng tắc đấu ngồi, đồng nhanh minh 200g chóng nút bấm APP Tuya 300g Tích hợp bật cịi báo động, làm sáng wifi Trung 360.000 đồng SmartLife TUYA [1] Thiết bị Việt chống đèn để cảnh cáo tên trộm, giúp chủ Nam trộm nhà quan sát nơi có đột nhập, 200.000 đồng hồng tầm phát từ 8-10m với góc quét ngoại rộng 110° HT1A [2] Công tắc 120x81 Sử dụng Wifi bật tắt đèn, hỗ trợ app Việt 380.000 wifi x35mm cho hệ điều hành android Nam đồng 228x67 Kiểm tra nhiệt độ và độ ẩm môi TASI - 1.150.000 TQ đồng Hunonic Lahu [3] Máy đo nhiệt độ độ ẩm không khí 5% x 33mm trường 145g rh ~ 98% rh [4] Mặc dù có nhiều thiết bị chúng lại chưa tích hợp lại để giúp giảm bớt lãng phí linh kiện, thiết kế khoa học, ngơi nhà cần q nhiều thiết bị Chính mà nhóm em định xây dựng hệ thống tích hợp nhiều chức để giúp tối ưu link kiện mà đảm bảo tính tiện nghi cho ngơi nhà 1.2 MỤC ĐÍCH:  Tạo khơng gian thoải mái, tiện nghi cho gia đình  Giảm áp lực, mệt mỏi sử dụng thiết bị gia đình  Đảm bảo an tồn cho thành viên gia đình, hạn chế trộm cắp  Xây dựng sản phẩm có độ bền, độ ổn định tốt, sử dụng nhiều tính  Sản phẩm đưa ngồi thị trường  Dễ sử dụng, thân thiện với người dùng  Sản phẩm nhỏ gọn, thiết kế đẹp  Tiết kiệm lượng thông qua hệ thống điều khiển từ xa  Phạm vi sử dụng: Sản phẩm sử dụng hộ gia đình, phù hợp với lứa tuổi, cần biết sử dụng điện thoại để vào app sủ dụng tính 1.3 YÊU CẦU CHỨC NĂNG:  Người dùng bật/ tắt đèn từ xa mà không cần phải nhà  Hệ thống cảnh báo có người phạm vi 3m để từ giúp chủ nhà phát trộm xung quanh nhà  Có thể đo nhiệt độ, độ ẩm khơng khí nhà  Tiết kiệm điện sử dụng đèn khơng cần thiết, điều chỉnh điều hịa mức độ phù hợp với nhiệt độ phòng 1.4 YÊU CẦU PHI CHỨC NĂNG:  Đầu vào hệ thống: tín hiệu tương tự nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến thân nhiệt, trạng thái đèn  Đầu hệ thống web: - Nhiệt độ (Độ C), độ ẩm (%) - Chức bật/ tắt đèn : TURN ON/ TURN OFF - Cảnh báo chống trộm : đèn bật/tắt, WARNING/ SAFE  Tích hợp nhiều chức thiết bị giúp nhỏ, gọn, tăng tích tiện nghi tối ưu tiết kiệm chi phí linh kiện  Giá thành sản phẩm thấp  Hoạt động ổn định với độ trễ thấp 90% 2.3 CẢM BIẾN THÂN NHIỆT CHUYỂN ĐỘNG PIR HC-SR501 [7]: Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR HC-SR501 là cảm biến có khả nhận biết vật di chuyển vào vùng mà cảm biến hoạt động. Cảm biến PIR HC-SR501 có thể điều chỉnh độ nhạy nhờ biến trở là Sx biến trở điều chỉnh độ nhạy cảm biến, Tx biến trở điều chỉnh thời gian đóng cảm biến, giúp cho cảm biến hoạt động phù hợp với yêu cầu người dùng Hình 3: Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR HC-SR501 2.3.1 Thông số kỹ thuật  Phạm vi phát hiện: góc 360 độ hình nón, độ xa tối đa 6m  Nhiệt độ hoạt động: 32-122 ° F ( 050 ° C)  Điện áp hoạt động: DC 3.8V – 5V  Mức tiêu thụ dòng: ≤ 50 uA  Thời gian báo: 30 giây tùy chỉnh biến trở  Độ nhạy điều chỉnh biến trở  Kích thước: 1,27 x 0,96 x 1.0 ( 32,2 x 24,3 x 25,4 mm) 2.3.2 Sơ đồ chân Bảng 4: Chức chân PIR HC-SR501 10 Tên chân Vcc Mô tả Nguồn hoạt động cảm biến cấp vào từ 4.5V đến 20V Output kết nối với chân I/O vi điều khiển relay Nối đất OUT GND 2.3.3 Ngun lí hoạt động [8]: Hình 4: Ngun lý hoạt động cảm biến PIR HC-SR501 - Cảm biến PIR ln có sensor (mắt cảm biến) với đơn vị (element) Chắn trước mắt sensor lăng kính (thường làm plastic), chế tạo theo kiểu lăng kính fresnel Lăng kính fresnel có tác dụng chặn lại phân thành nhiều vùng (zone) cho phép tia hồng ngoại vào mắt sensor đơn vị mắt sensor có tác dụng phân thành điện cực Một điện cực dương (+) âm (-) Khi đơn vị kích hoạt (cái xong đến kia) sinh xung điện, xung điện kích hoạt sensor  Kiểm sốt ánh sáng (tùy chọn): Có thể lắp thêm quang trở, có quang trở, thiết lập module hoạt động ban ngày ban đêm 11 2.4 CỊI CHÍP BUZZER BÁO ĐỘNG 3V3-5V [9]: Module Còi Chip 3.3V-5V sử dụng để phát âm kích tín hiệu, ứng dụng hệ thống cảnh báo, báo trộm Module Còi Chip 3.3V-5V điều khiển bơi bóng dẫn S8550 Hình 5: Cịi chip BUZZER báo động 2.4.1 Thơng số kỹ thuật Bảng 5: Thơng số kỹ thuật cịi chip BUZZER Transitor Transistor 9012 Điện áp hoạt động 3V3-5V Kích thước 3.3x1.3mm Module sử dụng Cịi chíp 3V3 5V 2.4.2 Sơ đồ chân Bảng 6: Chức chân cịi chip BUZZER Tên chân Mơ tả Vcc Nguồn I/O Giao tiếp bên ngoài, gắn vào module 12 điều khiển GND 2.5 Nối đất CẢM BIẾN CHẠM ĐIỆN DUNG [10] : Cảm ứng chạm điện dung được sử dụng ứng dụng cảm ứng điện dung: Bàn phím, cơng tắc chìm, báo động,… với ưu điểm nhận biết thao tác chạm thông qua điện dung tay người, cảm ứng chạm điện dung có thể phát xuyên qua vật thể phi kim có độ dày tối đa lên đến 5mm Hình Cảm biến chạm điện dung 2.5.1 THÔNG SỐ KỸ THUẬT  Khi chạm tay, module phát tín hiệu mức thấp, chạm lại tạo mức cao cao  Khoảng cung cấp điện: – 5V  Dòng định mức: 5Ma 2.5.2 SƠ ĐỒ CHÂN:  G (GND): chân đất  V (VCC): cung cấp điện  S (tín hiệu): SIG lượng tín hiệu đầu 13 2.6 NỀN TẢNG FIREBASE: 2.6.1 Khái niệm FIREBASE Firebase dịch vụ sở liệu thời gian thực phát triển Google sử dụng để phát triển ứng dụng di động, website với API đơn giản mạnh giúp xây dựng ứng dụng mà không cần phải xây dựng hệ thống Backend 2.6.2 Cách thức hoạt động [11] a, Firebase Realtime Database Khi ta đăng ký tài khoản Firebase để tạo ứng dụng, sau đăng ký xong có sở liệu thời gian thực Dữ liệu nhận có dạng JSON Còn ứng dụng đa tảng, tất client sử dụng sở liệu Nó tự động cập nhật liệu lúc b, Authentication Authentication Firebase giúp xây dựng bước xác thực người dùng Email, Facebook, Twitter, GitHub, Google Đồng thời xác thực nặc danh cho ứng dụng Hoạt động xác thực giúp thơng tin cá nhân người sử dụng an toàn đảm bảo không bị đánh cắp tài khoản c, Firebase Hosting Cách thức hoạt động cuối Firebase mà giới thiệu tới người viết việc cung cấp hosting Hosting phân phối qua tiêu chuẩn công nghệ bảo mật SSL từ mạng CDN 2.6.3 Ưu - nhược điểm  Ưu điểm: 14  Firebase giúp lập trình viên rút ngắn thời gian triển khai mở rộng quy mô ứng dụng mà họ phát triển  Giúp người dùng lập trình ứng dụng cách đơn giản hóa thao tác với sở liệu  Dịch vụ đa bảo mật cực tốt  Firebase hỗ trợ hai tảng Android IOS  Triển khai ứng dụng nhanh chóng  Bảo mật  Ổn định  Nhược điểm:  Không phải mã nguồn mở  Người dùng khơng có quyền truy cập mã nguồn  Firebase không hoạt động nhiều quốc gia  Chỉ hoạt động với Cơ sở liệu NoSQL  Truy vấn chậm  Không phải tất dịch vụ Firebase miễn phí  Firebase đắt giá không ổn định  Chỉ chạy Google Cloud  Thiếu Dedicated Servers hợp đồng doanh nghiệp  Không cung cấp API GraphQL 15 CHƯƠNG THIẾT KẾ 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI: Hình Sơ đồ khối hệ thống Trong đó:  Khối nguồn: + Khối nguồn cung cấp cho đèn: nguồn điện dân dụng 220V + Khối nguồn cung cấp cho khối vi xử lí: khối nguồn 220V qua chuyển đổi adapter 5V  Khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm: cảm biến DHT 11 dùng để gửi tín hiệu nhiệt độ, độ ẩm cho vi xử lí  Khối cảm biến thân nhiệt chuyển động : cảm biến PIR HC-SR 501 gửi tín hiệu thân nhiệt chuyển động cho vi xử lí điều khiển  Khối cảm biến chạm điện dung: nhận tín hiệu từ ngón tay chạm vào cảm biến gửi cho vi điều khiển để bật/ tắt đèn 16