Đồ án môn nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN MÔN Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng Giảng viên hướng dẫn : TS PHẠM DUY PHONG Sinh viên thực : Phạm Hùng Dương - D14KTDT Quách Tùng Lâm - D14KTDT Vũ Doanh Hoàng - D12KTDT Trần Đức Nghĩa - D13DT&ROBOT Hà Nội - 04/2023 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN MÔN Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng Giảng viên hướng dẫn : TS PHẠM DUY PHONG Sinh viên thực : Phạm Hùng Dương - D14KTDT Quách Tùng Lâm - D14KTDT Vũ Doanh Hoàng - D12KTDT Trần Đức Nghĩa - D13DT&ROBOT Hà Nội - 04/2023 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới toàn thể quý Thầy Cô khoa Điện tử - Viễn thơng Trường Đại học Điện Lực tận tình truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em q trình học tập để chúng em có kiến thức ngày hôm từ kiến thức tảng giúp chúng em nhiều q trình hồn thành đồ án Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến T.S Thầy Phạm Duy Phong, người tận tình giúp đỡ, hỗ trợ chúng em suốt trình thực đề tài Trong suốt trình thực hiện, thầy tận tình góp ý, dẫn đơn đốc sinh viên để hồn thành đề tài hồn chỉnh hạn Một lần em xin cảm ơn thầy Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 19 tháng 04 năm 2023 SINH VIÊN Phạm Hùng Dương Quách Tùng Lâm Vũ Doanh Hoàng Trần Đức Nghĩa BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Độc lập - Tự - Hạnh phúc Hà Nội, ngày 19 tháng 04 năm 2023 ĐỀ CƯƠNG ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC Họ tên sinh viên: Phạm Hùng Dương Quách Tùng Lâm Vũ Doanh Hoàng Trần Đức Nghĩa Lớp: D14 – KTDT Khóa: D14 Ngành: CN KT Điện tử - Viễn thơng Hệ đào tạo: Chính quy Tên tiểu luận Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng Lý chọn đề tài Trong ngày việc áp dụng khoa học cơng nghệ nói chung ngành điện tử viễn thông sống ngày phổ biến Việc điều khiển thiết bị đèn phòng nhà hay rộng đèn cho hệ thống tịa nhà cách thủ cơng tốn thời gian công sức Thấy cấp thiết từ thân xã hội nên chúng em chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng” Thiết bị cho phép người dùng điều khiển đèn chiếu sáng Nội dung, nhiệm vụ nghiên cứu Chương 1: Đánh giá trạng giải pháp giám sát thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng 1.1 Đánh giá trạng đèn phòng 1.2 Các giải pháp sử dụng để điều khiển đèn chiếu sáng phòng 1.3 Hạn chế giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng sử dụng Chương 2: Nghiên cứu giải pháp đánh giá lựa chọn giải pháp để điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng 2.1 Nghiên cứu giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng phòng 2.2 Đánh giá giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng phòng 2.3 Lựa chọn giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng phòng Chương 3: Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng 3.1 Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng 3.1.1 Thiết kế thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phịng a) Tính năng, u cầu kỹ thuật thiết bị điều khiển đèn b) Sơ đồ khối thiết bị điều khiển đèn c) Sơ đồ nguyên lý thiết bị điều khiển đèn d) Lựa chọn vật tư linh kiện 3.1.2 Chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng a) Nghiên cứu thiết kế b) Hình ảnh 3.1.3 Xây dựng chương trình điều khiển cho thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng 3.2 Thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng 3.2.1 Mục tiêu thử nghiệm 3.2.2 Nội dung thử nghiệm 3.2.3 Kết thử nghiệm Tài liệu tham khảo [1] Trịnh Minh Phương, Tiểu luận nghiên cứu ứng dụng IOT cho giám sát môi trường, Trường Đại học Công Nghệ 2016 [2] Huỳnh Ngọc Dũng, Tiểu luận điều khiển từ xa tia hồng ngoại, 2020 [3] Dr Osama Ahmad Salim Safarini, Standardizations, IOT Elements, Protocols, Architectural Design Choices, Challenges and Future Efforts, 2021 5 Ngày giao đề tài: Ngày 10 tháng 10 năm 2022 Ngày nộp quyển: Ngày 15 tháng 01 năm 2023 Trưởng khoa Giảng viên hướng dẫn TS Phạm Duy Phong TS Phạm Duy Phong MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: Đánh giá trạng giải pháp giám sát thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng 1.1 Đánh giá trạng đèn phòng 1.2 Các giải pháp sử dụng để điều khiển đèn chiếu sáng phòng 1.3 Hạn chế giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng sử dụng Chương 2: Nghiên cứu giải pháp đánh giá lựa chọn giải pháp để điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng .4 2.1 Nghiên cứu giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng phòng .4 2.2 Đánh giá giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng phòng 2.3 Lựa chọn giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng phòng Chương 3: Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng .6 3.1 Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng 3.2 Thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng 12 MỞ ĐẦU Điều khiển đèn hồng ngoại ứng dụng tiên tiến lĩnh vực tự động hóa Việc sử dụng hồng ngoại để điều khiển đèn mang lại nhiều lợi ích tăng tính tiện dụng, tiết kiệm lượng cải thiện chất lượng sống Trong tiểu luận này, tìm hiểu cách thiết kế hệ thống điều khiển đèn hồng ngoại Đầu tiên, xem xét nguyên lý hoạt động công nghệ thành phần hệ thống Tiếp đó, tìm hiểu quy trình thiết kế hệ thống điều khiển đèn hồng ngoại, từ lựa chọn linh kiện việc lắp đặt cấu hình hệ thống Nhờ tiên tiến tiện lợi công nghệ hồng ngoại, việc thiết kế hệ thống điều khiển đèn hồng ngoại trở nên phổ biến sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu an toàn cho người dùng, việc thiết kế lắp đặt hệ thống điều khiển đèn hồng ngoại cần thực cách theo quy định kỹ thuật Chương 1: Đánh giá trạng giải pháp giám sát thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng 1.1 Đánh giá trạng đèn phòng Đèn điều khiển hồng ngoại (IR) trở thành phương tiện điều khiển phổ biến sản phẩm điện tử, đặc biệt hệ thống giải trí gia đình Dưới đánh giá trạng đèn điều khiển hồng ngoại:  Tiện lợi: Việc điều khiển đèn hồng ngoại tiện lợi nhanh chóng, cần nhấn nút điều khiển từ xa để bật tắt đèn  Linh hoạt: Đèn điều khiển hồng ngoại điều khiển từ xa, giúp người dùng điều khiển đèn khoảng cách xa tiện lợi  Sử dụng rộng rãi: Đèn điều khiển hồng ngoại sử dụng rộng rãi nhiều thiết bị điện tử, chẳng hạn TV, máy tính, loa, điều hịa nhiệt độ, v.v  Chi phí thấp: Đèn điều khiển hồng ngoại có giá thành thấp phổ biến nhiều thiết bị điện tử, khơng địi hỏi chi phí cao sử dụng Tuy nhiên, đèn điều khiển hồng ngoại có số hạn chế như: Hạn chế khoảng cách: Tín hiệu điều khiển hồng ngoại truyền khoảng cách ngắn, người dùng phải đứng tầm nhìn đèn để điều khiển Có thể bị nhiễu: Tín hiệu điều khiển hồng ngoại bị nhiễu tín hiệu khác môi trường, gây ảnh hưởng đến hoạt động đèn Khơng tương thích với tất loại đèn: Một số loại đèn khơng tương thích với việc điều khiển hồng ngoại, cần phải kiểm tra trước mua sản phẩm 1.2 Các giải pháp sử dụng để điều khiển đèn chiếu sáng phịng Hiện nay, có nhiều giải pháp điều khiển đèn áp dụng ứng dụng khác Sau số giải pháp phổ biến: Điều khiển công nghệ Bluetooth: Điều khiển đèn Bluetooth giải pháp tiện lợi phổ biến ứng dụng nhà thông minh Người dùng sử dụng smartphone tablet để điều khiển đèn thông qua ứng dụng đặc biệt Điều khiển giọng nói: Giải pháp điều khiển đèn giọng nói cách tiện lợi để điều khiển đèn thông qua trợ lý ảo Google Assistant, Amazon Alexa Apple Siri Điều khiển cảm biến chuyển động: Điều khiển đèn cảm biến chuyển động giải pháp đáng tin cậy tiết kiệm điện Đèn tự động bật phát chuyển động tắt sau khoảng thời gian định Điều khiển hồng ngoại: Điều khiển đèn hồng ngoại giải pháp đơn giản phổ biến, nhiên hạn chế điều khiển khoảng cách gần Điều khiển Wi-Fi: Điều khiển đèn Wi-Fi giải pháp tiện lợi cho ứng dụng nhà thông minh, cho phép người dùng điều khiển đèn từ đâu thông qua internet Điều khiển RF (Radio Frequency): Điều khiển đèn RF giải pháp phổ biến ứng dụng nhà thông minh, cho phép người dùng điều khiển đèn từ xa cách đáng tin cậy so với hồng ngoại 1.3 Hạn chế giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng sử dụng Các giải pháp điều khiển đèn có ưu điểm hạn chế riêng Điều khiển đèn Bluetooth có khoảng cách điều khiển hạn chế cần thiết phải có thiết bị điều khiển smartphone tablet Điều khiển đèn giọng nói bị nhận dạng sai khó khăn nhà có nhiều người sử dụng Điều khiển đèn cảm biến chuyển động bị ảnh hưởng tia sáng khác động vật Điều khiển đèn hồng ngoại có khoảng cách điều khiển hạn chế cần phải có tầm nhìn trực tiếp điều khiển đèn Điều khiển đèn Wi-Fi yêu cầu kết nối mạng Internet thiết bị đầu cuối để điều khiển Cuối cùng, điều khiển đèn RF bị nhiễu bị che khuất, dẫn đến việc điều khiển đèn không thành công yêu cầu cài đặt thêm thiết bị đầu cuối để điều khiển, làm tăng chi phí Qua thấy điều khiển hồng ngoại khắc phục hạn chế giải pháp Chương 2: Nghiên cứu giải pháp đánh giá lựa chọn giải pháp để điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng 2.1 Nghiên cứu giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng phòng Trong năm gần đây, việc sử dụng giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng trở nên phổ biến hết Các công nghệ điều khiển đèn giúp người dùng dễ dàng thuận tiện điều chỉnh độ sáng đèn, đảm bảo tiết kiệm lượng mang lại môi trường sống làm việc tốt Một giải pháp điều khiển đèn phổ biến điều khiển đèn Wi-Fi Với giải pháp này, người dùng sử dụng ứng dụng điện thoại thông minh để điều khiển đèn, bao gồm việc bật/tắt đèn, điều chỉnh độ sáng màu sắc Giải pháp tiện lợi đơn giản, nhiên, đòi hỏi kết nối internet đầu tư số tiền vào thiết bị đầu cuối để điều khiển Cách khác để điều khiển đèn sử dụng Bluetooth Người dùng sử dụng thiết bị điện thoại thơng minh máy tính bảng để điều khiển đèn Bluetooth Giải pháp sử dụng phòng nhỏ văn phòng, nhiên, khoảng cách điều khiển hạn chế yêu cầu thiết bị điều khiển gần đèn Cách thứ ba để điều khiển đèn sử dụng cảm biến chuyển động Các cảm biến chuyển động lắp đặt phòng để phát chuyển động tự động bật đèn Giải pháp tiết kiệm lượng thuận tiện cho việc điều khiển đèn phịng khơng sử dụng thường xun Tuy nhiên, cảm biến chuyển động bị ảnh hưởng tia sáng khác động vật lúc hoạt động ý muốn Các giải pháp điều khiển đèn khác bao gồm điều khiển đèn giọng nói điều khiển đèn hồng ngoại Cả hai giải pháp có ưu điểm riêng có hạn chế định Điều khiển đèn giọng nói giúp cho việc điều khiển đèn trở nên nhanh chóng thuận tiện hơn, nhiên, yêu cầu người dùng phải có âm rõ ràng có phối hợp ứng dụng điều khiển thiết bị đầu cuối Trong đó, điều khiển đèn hồng ngoại yêu cầu thiết bị điều khiển riêng biệt phải đưa vào gần đèn để điều khiển Tuy nhiên, giải pháp sử dụng phịng nhỏ khơng cần điều khiển đèn từ xa Điều khiển đèn hồng ngoại giải pháp điều khiển đèn chiếu sáng Việc điều khiển đèn hồng ngoại yêu cầu thiết bị điều khiển riêng biệt phải đưa vào gần đèn để điều khiển Tuy nhiên, giải pháp sử dụng phịng nhỏ khơng cần điều khiển đèn từ xa Mặc dù có hạn chế định, điều khiển đèn hồng ngoại giải pháp phổ biến hữu ích việc điều khiển đèn chiếu sáng 2.2 Đánh giá giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng phịng Mặc dù có nhiều ưu điểm, giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng phịng có số hạn chế Một số giá thành, đặc biệt giải pháp điều khiển thơng minh, rào cản với số người dùng Ngoài ra, cần phải đảm bảo giải pháp hoạt động tốt đáng tin cậy để tránh gây phiền tối khó khăn cho người dùng 2.3 Lựa chọn giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng phịng Tựu chung lại điều khiển hồng ngoại đơn giản giải pháp tối ưu cho việc sử dụng giá với mục đích phòng hệ thống nhà Bạn cần sử dụng điều khiển hồng ngoại đơn giản, không cần kết nối mạng hay cài đặt phần mềm phức tạp Khoảng cách điều khiển đèn điều chỉnh cách di chuyển điều khiển gần xa đèn Điều khiển đèn hồng ngoại có khả điều khiển nhiều đèn khác phòng khu vực, giúp tiết kiệm thời gian lượng Chương 3: Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng 3.1 Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng 3.1.1 Thiết kế thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phịng a) Tính năng, u cầu kỹ thuật thiết bị điều khiển đèn Tính năng:  Điều khiển đèn quạt phịng  Có thể bật tắt toàn hệ thống Yêu cầu kỹ thuật  Đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định  Điều khiển chức b) Sơ đồ khối thiết bị điều khiển đèn Khối thu tín Khối xử lí trung Khối truyền tín hiệu Thực tâ c) Lưu đồ thuật toán thiết bị điều khiển đèn d) Lựa chọn vật tư linh kiện Với linh kiện cần thiết:  Mạch arduino nano  Đèn  Quạt  Điện trở 1k Mạch Arduino Nano phiên nhỏ gọn mạch Arduino, với kích thước khoảng 4,5 cm x 1,8 cm Mạch thiết kế để cung cấp giải pháp linh hoạt tiện lợi cho dự án cần yêu cầu kích thước nhỏ gọn, bạn muốn tích hợp vào thiết bị có kích thước nhỏ Mạch Arduino Nano xây dựng vi xử lý ATmega328 mạch Arduino Uno, với tính tương tự chế độ chương trình nạp bootloader, khả kết nối USB chân GPIO để điều khiển thiết bị ngoại vi đèn LED, cảm biến motor Mạch Arduino Nano lập trình mơi trường phát triển tích hợp (IDE) Arduino, có sẵn thư viện ví dụ mã nguồn để giúp người dùng bắt đầu xây dựng dự án cách dễ dàng Nó lựa chọn phổ biến cho dự án DIY (làm đồ tự chế) ứng dụng IoT (Internet of Things) kích thước nhỏ, tính linh hoạt tính ổn định nó.3.1.2 Chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng  Vi điều khiển: ATmega328  Điện áp : 5VDC  Tần số : 16 MHz  Dòng tiêu thụ: 30 mA  Điện áp hỗ trợ khuyên dùng: – 12 VDC  Điện áp tối đa giới hạn: – 20 VDC  Số chân Digital I/O: 14 (trong có chân PWM)  Số chân Analog: (10 bit)  Dòng tối đa / chân I/O: 40 mA  Dòng hỗ trợ tối đa 5V: 500mA  Dòng hỗ trợ tối đa 3.3V: 50 mA  Bộ nhớ Flash: 32KB (ATmega328) 2KB dùng bootloader  SRAM: KB (ATmega328)  EEPROM: KB (ATmega328) d.1) Nghiên cứu thiết kế Với thiết kế sử dụng mạch Arduino nano sử dụng chân làm chân tín hiệu cho đèn quạt chân chân tín nhận hồng ngoại d.2) Hình ảnh 3.1.2 Xây dựng chương trình điều khiển cho thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng Với chương trình nạp vào mạch #include const int RECV_PIN = 2; const int pinLed1 = 3; const int pinLed2 = 4; const int pinLed3 = 5; const int pinLed4 = 6; const int fan = 7; unsigned long lastTime = millis(); //================================================= void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(pinLed1, OUTPUT); 10 pinMode(pinLed2, OUTPUT); pinMode(pinLed3, OUTPUT); pinMode(pinLed4, OUTPUT); pinMode(fan, OUTPUT); digitalWrite(pinLed1,LOW); digitalWrite(pinLed2,LOW); digitalWrite(pinLed3,LOW); digitalWrite(pinLed4,LOW); digitalWrite(fan,LOW); //Khởi động thu IrReceiver.begin(RECV_PIN, true, 13); } //================================================= void loop() { if (IrReceiver.decode()) { uint32_t dataRemote = IrReceiver.decodedIRData.decodedRawData; if(dataRemote>0){ Serial.println(dataRemote); if (millis() - lastTime > 250) { switch(dataRemote){ case 3672320484://so1 digitalWrite(pinLed1, !digitalRead(pinLed1)); break; 11 case 3877175040://so2 digitalWrite(pinLed2, !digitalRead(pinLed2)); break; case 1303393369://so3 digitalWrite(pinLed3, !digitalRead(pinLed3)); break; case 4144561920://so4 digitalWrite(pinLed4, !digitalRead(pinLed4)); break; case 3910598400://phím Tắt hết digitalWrite(pinLed1, LOW); digitalWrite(pinLed2, LOW); digitalWrite(pinLed3, LOW); digitalWrite(pinLed4, LOW); break; case 3041591040://Phím Bật hết digitalWrite(pinLed1, HIGH); digitalWrite(pinLed2, HIGH); digitalWrite(pinLed3, HIGH); digitalWrite(pinLed4, HIGH); break; } } 12 } lastTime = millis(); IrReceiver.resume(); // Cho phép nhận giá trị } } 3.2 Thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng phòng 3.2.1 Mục tiêu thử nghiệm  Các thiết bị nhận tín hiệu điều khiển  Thựchiện đầy đủ chức nạp code vào 3.2.2 Nội dung thử nghiệm  Test phòng  Test quạt  Khả vận hành 3.2.3 Kết thử nghiệm Sản phẩm chạy với chương trình đề hoạt động ổn định thiết bị 13 14