Nghiên cứu, tích hợp và xây dựng giải pháp nhà thông minh điều khiển qua Smartphone của sinh viên HAUI 2022 (đầy đủ file code ở mục lục tham khảo)
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ kĩ thuật điện tử Đề tài: Nghiên cứu, tích hợp xây dựng giải pháp nhà thông minh điều khiển qua Smartphone Giáo viên hướng dẫn: Ths Nhữ Quý Thơ Sinh viên thực hiện: Đậu Phú Dương 2019605745 Nguyễn Thị Ngọc Lan 2019605811 Nguyễn Trà My 2019605802 Hà Nợi-2022 BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀNỘI CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Họ tên sinh viên: Đậu Phú Dương Mã SV: 2019605745 Lớp: CĐT Khóa:14 Nguyễn Thị Ngọc Lan MãSV: 2019605811 Lớp: CĐT Khóa:14 Nguyễn Trà My MãSV: 2019605802 Lớp: CĐT Khóa:14 Tên đề tài: Nghiên cứu, tích hợp xây dựng giải pháp nhà thông minh điều khiển qua Smartphone Mục tiêu đề tài: - Tìm hiểu tổng quan hệ thống Xây dựng mơ hình hệ thống khí Thiết kế hệ thống điện, điều khiển hệ thống Tích hợp hệ thống xây dựng giải pháp điều khiển, giám sát Đánh giá chất lượng điều khiển hệ thống Kết dự kiến - Thiết lập toán điều khiển giám sát Xây dựng vẽ khí, sơ đồ hệ thống điều khiển Chế tạo mơ hình thực, đánh giá thực nghiệm hoạt động mơ hình Thuyết minh đồ án Thời gian thực hiện: từ 24/10/2022 đến 25/12/2022 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA (Ký ghi rõ họ tên) Ths Nhữ Quý Thơ Nội dung nghiên cứu PGS.TS Hoàng Tiến Dũng SV thực Chương 1: Giới thiệu chung 1.1 Lịch sử nghiên cứu Đậu Phú Dương 1.2 Các vấn đề đặt Nguyễn Thị Ngọc Lan 1.3 Phương pháp nghiên cứu Nguyễn Trà My 1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa thực tiễn Chương 2: Tổng quan nhà thông minh 2.1 Các thành phần chức nhà thông Đậu Phú Dương minh Nguyễn Thị Ngọc Lan 2.2 Hệ thống chấp hành Nguyễn Trà My 2.3 Hệ thống điều khiển 2.2 Hệ thống cảnh báo giám sát Chương 3: Mơ hình hóa mơ hệ thống Nguyễn Thị Ngọc Lan 3.1 Xây dựng mơ hình hệ thống khí 3.2 Xây dựng mơ hình điện, điều khiển Nguyễn Trà My, Đậu Phú Dương Chương 4: Thiết kế thi công hệ thống 4.1 Thiết kế thi công mơ hình hệ thống Đậu Phú Dương khí Nguyễn Thị Ngọc Lan 4.2 Thiết kế thi công hệ thống điện, điều Nguyễn Trà My khiển 4.3 Xây dựng toán điều khiển Chương 5: Kết đánh giá 5.1 Kết đạt Nguyễn Thị Ngọc Lan 5.2 Đánh giá Nguyễn Trà My 5.3 Hạn chế phương hướng giải Đậu Phú Dương NỘI DUNG THỰC HIỆN Bố cục thuyết minh đề tài: Bản vẽ: TT Tên vẽ Khổ Số giấy lượng Sinh viên thục Bản vẽ lắp hệ thống khí A3 Đậu Phú Dương Bản vẽ hệ thống điều khiển A3 Nguyễn Thị Ngọc Lan Lưu đồ thuật toán điều khiển A3 Nguyễn Trà My Mơ hình/ sản phẩm (nếu có) Trình bày ngắn gọn thông số kỹ thuật mô hình/ sản phẩm Nội dung cơng việc Chế tạo, lắp ráp cấu chuyển động khí, khung giá đỡ mơ hình hệ thống SV thực Đậu Phú Dương Nguyễn Thị Ngọc Lan Nguyễn Trà My Đậu Phú Dương Lắp ráp mạch điều khiển, mạch động lực Nguyễn Thị Ngọc Lan Nguyễn Trà My Đậu Phú Dương Lập chương trình thử nghiệm Nguyễn Thị Ngọc Lan Nguyễn Trà My LỜI MỞ ĐẦU Ngày với đời công nghệ 4.0 tạo nhiều đột phá công nghệ tất lĩnh vực đời sống sản xuất trí thơng minh nhân tạo, chế tạo robot, phát triển mạng internet, công nghệ in 3D, công nghệ nano, công nghệ sinh học, khoa học vật liệu, lưu trữ lượng tin học… Nói đến cơng nghệ 4.0, thường nghĩ đến phát triển cơng nghệ trí tuệ nhân tạo bật trợ lí ảo Với phát triển mạnh mẽ ứng dụng tuyệt vời công nghệ 4.0, đời sống ngời ngày tiện nghi thoải mái, chắn không nhắc đến hệ thống nhà thơng minh (Smarthome) Theo dịng xu đó, nhóm chúng em chọn đề tài: “Nghiên cứu, tích hợp xây dựng giải pháp nhà thông minh điều khiển qua Smartphone” làm đề tài nghiên cứu cho đồ án tốt nghiệp Đề tài khơng phải đề tài mới, song có tính thực tế cao phù hợp với xu phát triển giới Chúng em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình thầy môn Cơ điện tử đặc biệt thấy hướng dẫnthầy Nhữ Q Thơ góp ý giúp chúng em hồn thiện đồ án Do cịn nhiều thiếu sót kinh nghiệm thực tế khả giải vấn đề phát sinh rong trình thực hiện, đồ ấn cịn nhiều thiếu sót mong q thầy tiếp tục góp ý để chúng em hồn thiện nữa! Nhóm sinh viên thực Đậu Phú Dương Nguyễn Thị Ngọc Lan Nguyễn Trà My CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lịch sử nghiên cứu Khái niệm Nhà thông minh đầu tiên thực tế ý tưởng nhà văn nhà làm phim khoa học viễn tưởng, nhiên ý tưởng tưởng chừng điên rồ lại tiền đề cho phát minh khoa học ứng dụng thành tựu công nghệ vào đời sống người Những nhà văn giỏi, chẳng hạn Ray Bradbury, tưởng tượng tương lai nơi nhà tương tác dường chạy theo Trong truyện ngắn Bradbury, “There Will Come Soft Rains”, ông mô tả nhà tự động tiếp tục hoạt động sau người chết Với số người quan sát thơng thường khoa học cơng nghệ, họ nghĩ nhà thông minh bước phát triển gần Điều người ta nghĩ đến giải pháp nhà thông minh thân thiện với người tiêu dùng giá phải Tuy nhiên, thực tế tiến công nghệ đưa tới diễn khoảng thời gian dài Một số kiện tiêu biểu phải kể đến như: Năm 1898, thiên tài Nikola Tesla điều khiển tàu qua remote sóng radio, đặt móng cho nghiên cứu sau Những năm đầu kỷ 20, Cách mạng Công nghiệp mở đường cho việc phát minh thiết bị gia dụng Đây coi máy móc đại chưa thơng minh chúng lại thứ làm thay đổi diện mạo nhà giới ngày Năm 1901, với đời máy hút bụi đầu tiên, liên tiếp vài thập kỷ tiếp theo, giới tung máy giặt, tủ lạnh, máy rửa chén hàng triệu thiết bị gia dụng khác mà đến sử dụng Từ năm 1930, các nhà phát minh bắt đầu tưởng tượng tới nhà tự động Nhưng thời gian này, cơng nghệ cịn lạc hậu Tuy nhiên, khái niệm thiết bị gia dụng thông minh thiết bị điện tự động giới thiệu hội chợ triển lãm Quốc tế Không ngạc nhiên khán giả bị lôi say mê với ý tưởng độc đáo Các tác phẩm khoa học viễn tưởng từ nở rộ Sau phát minh máy tính kỹ thuật số điện vào năm 1940, năm 1940 đến năm 1960 chứng kiến nhiều công nghệ máy tính đời Năm 1966, Được đánh dấu mốc quan trọng Smarthome đại ECHO IV hệ thống nhà thông minh giới, phát minh Jim Sutherland Khi ECHO IV lưu trữ cơng thức nấu ăn, tin nhắn chuyển tiếp, kiểm soát nhiệt độ nhà, tạo danh sách tạp hóa bật tắt thiết bị Tuy nhiên ECHO IV không thương mại hóa Đó điều đáng tiếc Năm 1969, DARPA giới thiệu ARPAnet, mạng giới tiền thân Internet đại Năm 1975, cũng đánh dấu bước tiến Smarthome, giao thức truyền thông X10 công ty Scotland phát minh mở cho nhà tự động vào thực tế X10 gửi tín hiệu 120 kHz (radio frequency RF) lên hệ thống dây điện nhà đến đầu hệ thống Các tín hiệu truyền tải lệnh đến thiết bị tương ứng, kiểm soát cách thức thời gian hoạt động thiết bị Sau đó, vào năm 1990, thách thức Dan Lynch, Chủ tịch chương trình mạng Internet Interop đưa dẫn đến việc John Romkey Simon Hackett tạo máy nướng bánh mì kết nối điều khiển từ Internet Internet of Things (IoT) đời, Kevin Ashton phải thêm năm để đóng góp thuật ngữ Năm 2010, Nest Labs thành lập phát hành sản phẩm thông minh Nest Learning Thermostat vào năm 2011 Đánh dấu việc tự học thiết bị áp dụng vào cho Smart home Tại Việt Nam bắt đầu xuất nhà nghiên cứu sản xuất thiết bị Điện thông minh nước Các công ty thương mại bắt đầu giới thiệu sản phẩm từ nước nhập triển khai cho cơng trình lớn siêu lớn Ngày nay, thiết bị IoT trở nên phong phú hết, chi phí hệ thống nhà thông minh không ngừng giảm xuống khiến chúng trở thành lựa chọn hấp dẫn cho Nghiệm vụ đề tài “ Nghiên cứu, tích hợp xây dựng giải pháp nhà thơng minh điều khiển qua Smartphone” hệ thống điều khiển số thiết bị điện tử từ xa đèn, quạt/ máy lạnh, Ngồi cịn tích hợp cảnh báo nguy hiểm có tượng rị gỉ khí ga khóa an ninh dùng thẻ từ 1.2 Các vấn đề đặt Ngày sống người văn minh, có điện, có ngơn ngữ riêng, có máy móc đại,… song nhu cầu sống khơng ngừng tăng cao thuật ngữ “Smarthome” đời giải pháp Một số vấn đề nhóm đặt đề tài xây dựng mơ hình Smarthome sau: Hệ thống khí phần cứng: - Mơ hình có cấu tạo hợp lí, bắt mắt - Các thiết bị đảm bảo an toàn dễ sử dụng dễ dàng thay thế, bảo dưỡng Hệ thống cảm biến điều khiển: - Hệ thống cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm, khí gas) phát tín hiệu từ mơi trường sau gửi trung tâm điều khiển xử lí=> phát tín hiệu cảnh báo (cịi đèn) gửi thơng tin Smartphone - Hệ thống điều khiển: Bật tắt đèn qua Internet nút ấn vật lí Đo nhiệt độ, độ ẩm Theo dõi rò rỉ khí gas, bật cịi cảnh báo quạt thơng gió Đóng mở cửa thẻ từ Hệ thống điện, điện tử: - Đảm bảo hoạt động ổn định hệ thống - Đảm bảo an toàn cho người sủ dụng thiết bị Chương trình phần mền điều khiển: - Giao diện bắt mắt dễ dàng sử dụng - Đảm bảo tính ổn định xác 1.3 Phương pháp nghiên cứu Nhóm vận dụng nhiều phương pháp nghiên cứu để đạt kết tốt nhất: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu, thu tập tài liệu liên quan đến thành phần modun cần thiết cần có, phần mềm, phần cứng, cấu trúc hoạt động, hệ thống điều khiển Smarthome: + Tìm hiểu cấu tạo, chức năng, cách thức sử dụng hệ thống chấp hành, hệ thống cảm biến, điều khiển điển hình điều khiển hệ thống nhà thơng minh + Tìm hiểu cách thức giao tiếp qua Internet thiết bị điện tử hệ thống nhà thông minh + Cơ sở tính tốn, lựa chọn linh kiện, cảm biến, thiết bị phù hợp với đề tài -Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thử nghiệm dựa việc quan sát, đo lường đánh giá hoạt động thực tế mơ hình nhà thơng minh để kịp thời đưa biện pháp giải phù hợp + Mô phỏng, đánh giá hoạt động hệ thống nhà thông minh qua phần mềm mơ máy tính + Kết hợp, vận dụng lí thuyết vào thực nghiệm: Từ chọn lựa, tính tốn lí thuyết, kết trình thực nghiệm xem xét, đánh giá từ có đề xuất thay đổi phù hợp với thục tiễn 1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Giới hạn nghiên cứu Dự án ước tính cần input, 10 output, điều khiển bóng đèn qua Internet+nút bấm vật lí, bật quạt thơng gió có tượng rị gỉ khí gas Blynk IoT phần sử dụng để kết nối điều khiển thị bị Blynk tảng giúp người sử dụng dễ dàng xây dụng hệ thống IoT, tương thích với hệ điều hành iOS Android Một điểm cộng Blynk IoT dễ sử dụng, giao diện đơn giản điều khiển nhiều phần cứng: Arduino, Raspberry Pi ESP8266,… Modun điều khiển lựa chọn Wifi ESP32 NodelMCU 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Điều khiển nhà qua Internet sử dụng thiết bị có kết nối Internet (Smartphone, máy tính bảng, laptop, ) Tốc độ đường truyền thích hợp từ 15Mbps để đảm bảo đường truyền ổn định cho việc sử dụng hệ thống cho cơng việc hay giải trí thành viên Mục tiêu hướng tới hộ gia đình từ 2-5 thành viên, nhà trung cư biệt thự từ 1-2 tầng 1.5 Ý nghĩa thực tiễn - Đối với xã hội: Sự đời nhà thông minh giải nhiều mối lo ngại cho người, khiến sống thêm tiện nghi thoải mái Sản phẩm giúp người dễ dàng nhận biết trạng thái điều khiển thiết bị nhà: Đèn, quạt, điều hịa, rèm cửa, Từ tối thiếu hóa việc lãng phí lượng Một điều mà phần đơng trọng hệ thống an ninh tân tiến giúp đảm bảo an toàn tối đa cho gia đình xã hội