Thiết kế và thi công hệ thống đèn 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 MÁY TÍNH THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐÈN THÔNG MINH GVHD: PGS.TS TRƯƠNG NGỌC SƠN SVTH: CAO VIỆT HOÀNG TRƯƠNG VĂN ĐẠI SKL009675 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 12/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG HỆ THỐNG ĐÈN THƠNG MINH Cao Việt Hồng – 19119088 SVTH: Trương Văn Đại – 19119070 GVHD: PGS.TS Trương Ngọc Sơn TP.Hồ Chí Minh, 12/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG HỆ THỐNG ĐÈN THƠNG MINH Cao Việt Hồng – 19119088 SVTH: Trương Văn Đại – 19119070 GVHD: PGS.TS Trương Ngọc Sơn TP.Hồ Chí Minh, 12/2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Cao Việt Hoàng MSSV: 19119088 Trương Văn Đại MSSV: 19119070 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật máy tính Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trương Ngọc Sơn Ngày nhận đề tài: 28/9/2022 Ngày nộp đề tài: 16/12/2022 Tên đề tài: Thiết kế thi công hệ thống đèn thông minh Các số liệu, tài liệu ban đầu: Sản phẩm: Board mạch điều khiển đèn Màn hình điều khiển đèn TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Cao Việt Hoàng MSSV: 19119088 Trương Văn Đại MSSV: 19119070 Ngành: Công nghệ kỹ thuật máy tính Tên đề tài: Thiết kế thi cơng hệ thống đèn thông minh Họ tên Giáo viên hướng dẫn: Trương Ngọc Sơn 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: ) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Cao Việt Hoàng MSSV: 19119088 Trương Văn Đại MSSV: 19119070 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật máy tính Tên đề tài: Thiết kế thi công hệ thống đèn thông minh Họ tên Giáo viên phản biện: 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: ) GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN Năm cuối cấp thời điểm quan trọng để sinh viên chúng em làm đồ án tốt nghiệp bước vào công việc thực tế Khoảng thời gian thời gian để chúng em áp dụng kiến thức học suốt năm học thời đại học Nhờ quan tâm, giúp đỡ tận tình thầy cơ, chúng em nghiên cứu nhiều chủ đề liên quan chặt chẽ đến sống thực, tìm hiểu lấp đầy lỗ hổng kiến thức, đồng thời tiếp thu nhiều kinh nghiệm quý báu từ công việc học tập Chúng em muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trương Ngọc Sơn, hướng dẫn tận tình góp ý để đề tài trở nên hồn thiện Thầy ln khuyến khích chúng em nghiên cứu vấn đề cho chúng em lời khuyên hữu ích cho đồ án tốt nghiệp Với hướng dẫn thầy, chúng em đạt mục tiêu đề tài lần Cuối cùng, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới giảng viên giúp đỡ chúng em suốt trình thực đề tài i LỜI CAM ĐOAN Nhóm thực đồ án cam đoan khơng chép nội dung kết cơng trình khác Các nội dung tham khảo trích dẫn đầy đủ Đại diện nhóm thực đồ án tốt nghiệp (Ký ghi rõ họ tên) ii TÓM TẮT Nhu cầu chiếu sáng điều thiếu sống, nhà Hiện có nhiều ngơi nhà xây dựng theo xu hướng nhà thơng minh, tự động hóa nhiều thiết bị nhà cửa vào, bóng đèn,… Xu hướng sử dụng đèn thơng minh ngày phát triển lắp đặt cần phải thay đổi toàn hệ thống đường dây điện nhà khơng phải ngơi nhà dễ dàng làm Đặc biệt nhà xây dựng lâu năm, hệ thống dây điện, đèn điện cố định việc chuyển đổi sang hệ thống đèn thơng minh có nhiều khó khăn, tốn nhiều cơng sức chi phí thực Với lí nêu trên, đồ án tốt nghiệp nhóm hướng đến việc thiết kế thi công hệ thống đèn thông minh với mục tiêu nhỏ gọn, đáp ứng tính cần thiết, cần nối đường dây cũ vào board mạch sử dụng cách dễ dàng mà không cần phải thay đổi hệ thống đường dây Bộ điều khiển bao gồm hình cảm ứng HMI, loại hình sử dụng nhiều cơng nghiệp đưa vào nhà để giúp cho tương tác với người dùng điều đèn trở nên tốt Người dùng lựa chọn tính bật, tắt đèn, điều khiển độ sáng đèn, chế độ tự động bật có người khu vực ngược lại, chế độ tự động điều chỉnh độ sáng theo môi trường hành động thực điều khiển đèn Đề tài tập trung nghiên cứu cách truyền tín hiệu từ xa hình điều khiển, cách đồng điều khiển hình cảm ứng HMI, hiểu vi điều khiển sử dụng làm đề tài, thiết kế hệ thống cho tối ưu mặt xử lý, đáp ứng yêu cầu chọn Với mục tiêu góp phần vào việc nâng cao chất lượng tính tiện nghi nơi sử dụng thiết bị, hình ảnh trực quan, rõ ràng, dễ thao tác dễ điều khiển iii Hình 3.27: Lưu đồ hoạt động hình điều khiển Cách thức hoạt động chương trình sau: - Màn hình điều khiển HMI bao gồm chức chính: điều khiển chức đèn, thiết lập độ sáng hình, thiết lập thời gian ngủ hình - Ở phần điều khiển chức hình chờ có tương tác người dùng gửi mã chức đến vi điều khiển, vi điều khiển nhận thực chức thành cơng gửi mã ngược lại cho hình để hình cảm ứng dựa vào mã hiển thị hình ảnh tương ứng với chức thực - Ở phần thiết lập độ sáng hình người dùng di chuyển giá trị mức sáng cho phù hợp độ sáng thiết lập theo mức tương ứng - Ở phần thiết lập thời gian ngủ cho hình người dùng nhập thời gian để hình ngủ, thời gian tính giây, sau xác nhận thời gian ghi lại Sau khoảng thời gian khơng thao tác, hình vào trạng thái ngủ, để đánh thức cần chạm vào 35 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ Board mạch điều khiển đèn có độ dài 13cm × 7,5cm sử dụng domino để kết nối với nguồn điện 220V lưới điện nhà sử dụng dây dây sẵn trường hợp cần thay domino kết nối với đèn điều khiển Với kết nối đơn giản tăng thêm tính thuận tiện việc lắp đặt, dễ dàng việc di chuyển thay Hình 4.1: Board mạch điều khiển đèn Giao diện hình HMI có mục để lựa chọn Mục LIGHT chọn vào trang điều khiển đèn Mục Brightness lựa chọn để điều khiển mức sáng hiển thị cho hình Mục AUTO SLEEP sử dụng để thiết lập thời gian ngủ cho màn, khoảng thời gian thiết lập mà người dùng khơng có thao tác hình tự động ngủ đánh thức có thao tác lên hình nhằm mục đích tiết kiệm lượng 36 Hình 4.2: Giao diện hình HMI Giao diện hiển thị chung đèn hiển thị đèn thêm số tương ứng Bên cạnh cịn có nút chức nút ON có chức bật tất đèn thêm, trừ đèn chế độ tự động bật tắt Nút OFF có chức tắt tất đèn thêm, trừ đèn chế độ tự động bật tắt Khi thiết kế mơ hình điều khiển đèn khơng dây từ xa có trường hợp hình điều khiển nằm phạm vi hình điều khiển khác thêm thiết bị đèn ảnh hưởng đến đèn hình điều khiển nằm phạm vi hình HMI có mã riêng đèn phản hồi tín hiệu cho phép thêm có mã thêm thiết bị hình HMI Với lí nhóm thực thiết kế nút khóa để hình điều khiển khóa thiết bị thêm, tránh trường hợp bị thêm lẫn lộn hình Hình 4.3: Giao diện hiển thị chung đèn 37 Giao diện hiển thị chi tiết tính điều khiển đèn bao gồm tính bật, tắt đèn biểu bị mục Status Mức sáng đèn điều chỉnh thông qua trượt đứng mức sáng tương ứng biểu bị ô Level Chế độ tự động bật tắt biểu thị thông qua gạt ô Mode chế độ tự động điều chỉnh độ sáng theo độ sáng môi trường biểu diễn ô Auto B Chỉ số đèn điều khiển thị góc bên phải hình, vào để xác định thiết bị lựa chọn Hình 4.4: Giao diện hiển thị tất tính điều khiển đèn Giao diện thiết lập độ sáng cho hình điều khiển cách kéo trượt để điều chỉnh mức sáng cho phù hợp Hình 4.5: Giao diện thiết lập độ sáng cho hình Giao diện thiết lập thời gian ngủ cho hình có chức nhập số giây mà người dùng muốn cho hình ngủ nhấn OK để xác nhận Nếu khoảng thời gian thiết lập khơng có thao tác hình tự động ngủ có thao tác 38 Hình 4.6: Giao diện thiết lập thời gian ngủ cho hình Dưới dây kết chạy thực tế: Hình 4.7: Hình ảnh thực tế board mạch Một ưu điểm đề tài nhóm tính thuận tiện việc lắp ráp nên sử dụng cần gắn dây nguồn đèn vào điều khiển sử dụng 39 Hình 4.8: Thay đổi mức sáng hình HMI Trong đề tài nhóm tạo thêm chức thay đổi mức sáng cho hình, để người dùng có trải nghiệm tốt Hình nhóm thực giảm mức sáng hình HMI Hình 4.9: Chọn thời gian ngủ hình 40 Hình 4.10: Bật/tắt chế độ ngủ hình Để tiếp kiệm lượng tiêu thụ, nhóm thực thiết kế chức tự động ngủ hình, với thời gian đếm ngược để ngủ sau khơng có thao tác chạm vào hình tùy ý Hình 4.11: Thêm bớt thiết bị điều khiển Để có đem lại tiện lợi có thể, nhóm cịn thiết kế thêm khả thêm bớt thiết bị điều khiển tùy ý, điều giúp linh hoạt việc quản lý giám xát thiết bị đèn 41 Hình 4.12: Điều khiển trạng thái đèn Để tăng tính trực quan, nhóm thiết kế thêm chức phản hồi trạng thái cho hình để đồng trạng thái đèn Điều giúp người dùng giám sát trạng thai đèn Hình 4.13: Thay đổi mức sáng đèn 42 Đây chức bổ ích mà đèn bình thường nhà chưa tích hợp Hình 4.14: Tự động thay dổi mức sáng Khi cảm biến ánh sáng nhận lượng sáng theo mức độ lập trình điều khiển đèn vơi mức sáng tương ứng 43 Hình 4.15: Bật/tắt cảm biến chuyển động Với chức có vật thể phát hồng ngoại di chuyển phạm vi hoạt động cảm biên, bật thiết bị đèn lên Hình 4.16: Điều khiển nhiều thiết bị 44 Hình 4.17: Tắt tất thiết bị đèn Hình 4.18: Bật tất thiết bị đèn 45 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Trong đề tài nhóm xây dựng hệ thống đèn thông minh ổn định, đáp ứng yêu cầu đưa Có thể áp dụng vào thực tế cho ngơi nhà có kiến trúc cố định muốn thay hệ thống đèn nhanh chóng tiện lợi nơi có nhu cầu sử dụng Đề tài bao gồm phần Phần thứ điều khiển đèn có linh kiện sau: cảm biến chuyển động, cảm biến ánh sáng, module zigbee truyền nhận không dây nhớ EEPROM tích hợp bên vi điều khiển để lưu trữ cấu hình, thiết lập cần thiết Phần thứ hình điều khiển bao gồm linh kiện sau: hình HMI hiển thị giao diện điều khiển module zigbee truyền nhận không dây Giữa hai phần ln ln có tính đồng chặt chẽ mặt tính hiển thị Đề tài thực có ưu nhược điểm sau đây: Ưu điểm: - Hoạt động ổn định, trực quan, dễ sử dụng - Độ xác độ tin cậy cao phạm vi đề tài - Thông tin hiển thị rõ ràng, xác, dễ theo dõi - Nhỏ gọn, dễ dàng thay lắp đặt Nhược điểm: - Chưa thêm nhiều thiết bị lúc 5.2 Hướng phát triển Với đề tài đèn thông minh điều khiển từ xa, nhóm thực đề tài đề xuất hướng phát triển sau: - Màn hình điều khiển thêm nhiều thiết bị lúc - Phát triển thêm ứng dụng di động máy tính để giám sát điều khiển từ xa thông qua internet cho đèn - Sử dụng mạng lưới Zigbee để tăng thêm khoảng cách điều khiển đèn hình điều khiển - Nâng cấp giao diện hình điều khiển đẹp - Tối ưu thời gian đáp ứng hiển thị hình nhanh - Tối ưu kích thước board mạch nhỏ gọn 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]: statista – Smart Home – Vietnam https://www.statista.com/outlook/dmo/smart-home/vietnam#smart-homes [2]: Drew Gislason, “ZigBee Wireless Networking”, Newnes e-book, August 2008 [3]: Ngô Quang Anh, “ Nghiên cứu chuẩn kết nối không dây WIFI/ZIGBEE”, Luận văn tốt nghiệp, Đại Học Công Nghệ Thông Tin, 2015 [4]: Sharp Electronic Component, datasheet GL55 Series Photoregister [5]: Datasheet HC-SR505 Mini PIR Motion Sensor [6]: Atmel, datasheet ATmgega32 [7]: Imran Amin and Atif Saeed, Comprehensive Energy Systems, 2018 [8]: Monika Musielak, “Triac vs Relay When to choose a triac over a relay?”, BACnet Testing Laboratories, January 2020 [9]: Texas Instruments, CC2530 datasheet, 2011 [10]: R.W Wall, Simple Methods for Detecting Zero Crossing, Proceedings of The 29th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society Paper #000291 [11]: TaojingChi, TJC8048K050_011X datasheet [12]: PGS.TS Trần Thu Hà, “Giáo trình điện tử bản”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP.HCM, 2013 [13]: ONSEMI, 6-Pin General Purpose Phototransistor Optocouplers [14]: Philip Semiconductors, BT136 series [15]: ONSEMI, 6-Pin DIP Random-Phase Triac Driver Output Optocoupler [16]: Renata Pereira, Sandro Juca, “Didactic tool for practical testing of digital voltage grading applications”, 2015 IEEE 13th Brazilian Power Electronics Conference and 1st Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC) [17]: Adnan, N., Kamal, N., & Chellappan, K (2019) “An IoT Based Smart Lighting System Based on Human Activity” 2019 IEEE 14th Malaysia International Conference on Communication (MICC) [18]: Nagase, D., & Fujinami, K (2015) “Spot and set: Controlling lighting patterns of LEDs through a smartphone” 2015 IEEE 4th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE) 47 [19]:Jacky Van, ”what is the difference? WIFI VS Zigbee VS Bluetooth”, 20/11/2020 [20]: Kasey Tross, “The Beginner’s Guide to Motion Sensors”, 28/10/2022 48 S K L 0