Đồ án tốt nghiệp đề tài thiết kế, chế tạo mô hình nhà thông minh

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐÀ NẴNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH GVHD :Th.s Nguyễn Thị Hồi Hương Sinh viên : Trần Hữu Trầm Nguyễn Quốc Hùng Nguyễn Văn Việt LỚP : 20CĐT1A Đà Nẵng – 2022 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐÀ NẴNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA TỰ ĐỘNG HÓA NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên nhóm: Trần Hữu Trầm Nguyễn Quốc hùng Nguyễn Văn Việt Lớp: 20CĐT1A Khoa: Tự động hóa Ngành: Cơ điện tử • Tên đề tài đồ án: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH” • Nội dung phần thuyết minh tính tốn: • Mục lục • Lời mở đầu • Chương 1: Tổng quan đề tài • Chương 2: Tổng quát tài nguyên sử dụng hệ thống • Chương 3: Thiết kế,thi cơng hệ thống • Chương 4: Vận hành hệ thống • Kết luận hướng phát triển • Tài liệu tham khảo • Phụ lục • Họ tên người hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Hồi Hương • Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 17/10/2022 • Ngày hồn thành đồ án: 17/12/2022 Đà Nẵng, tháng 10 năm 2022 Người hướng dẫn ThS NGUYỄN THỊ HOÀI HƯƠNG UBND THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BN NHN XT ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP (Nhận xt ca Giảng viên hướng dẫn) - Họ tên CB hướng dẫn (Học hàm, học vị) : - Đơn vị công tác : ………………………………………………………………… - Được phân công hướng dẫn Đồ án tốt nghiệp cho Sinh viên thực hiện: ……………………………………………… ………… …………………………………………………… …… ……………………………………………………… … ……………………………………………………… … …………………………………………………………… - Nghề……………………………………………….…Khoá…………………… - Tên Đồ án tốt nghiệp : …………………………………………………………………………………………… ……………… ………………………………………………………………… NỘI DUNG NHN XT: V thái độ tinh thần làm việc ca sinh viên ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……… V hnh thc ca Đồ án tốt nghiệp ……………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… V nội dung ca Đồ án tốt nghiệp ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Đánh giá ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Điểm số : ………………Bằng chữ :………………………………………………………… Ngày … tháng … năm 202… Giảng viên hướng dẫn LỜI CM ƠN Trong thời gian thực đồ án em tìm hiểu học hỏi nhiều kiến thức việc thiết kế, thực hành để thực đề tài “ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH NHÀ THÔNG MINH” Trong thời gian thực đồ án, em tham khảo ý kiến giảng viên hướng dẫn, tìm hiểu tài liệu hỗ trợ góp ý từ bạn bè anh chị trước Tuy nhiên kiến thức cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót, em mong nhận góp ý q thầy bạn để đồ án em hoàn thiện hơn, tạo lập cho em có sở nhìn nhận khả năng, kiến thức, từ có định hướng tốt cho tương lai Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện đặc biệt em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến cô Nguyễn Thị Hồi Hương tận tình hướng dẫn giúp đỡ em trình thực đồ án MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………….……1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 TỔNG QUAN VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH 1.1.1 Một số định nghĩa hệ thống nhà thông minh……………………………… 1.1.2 Các tảng nhà thơng minh………………………………………… 1.1.3 Tính hệ thống điều khiển giám sát nhà thông minh… 1.2 Cơng nghệ Wifi…………………………………………………………………………… 1.3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHO GIẢI PHÁP NHÀ THÔNG MINH CỦA ĐỀ TÀI KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG 2: TỔNG QUÁT CÁC TÀI NGUYÊN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 2.2 KHỐI ĐIỀU KHIỂN 2.2.1 Khái quát dòng vi điều khiển Arduino………………………………………… 2.2.2 Arduino Nano phần mềm……………………………………………… 10 2.3 THIẾT BỊ TRUYỀN THÔNG 14 2.3.1 Module wifi Esp8266……………………………………………………… 14 2.3.2 Phần mềm lập trình nạp chương trình cho thiết bị truyền thông 16 2.4 PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BLYNK 16 2.5 KHỐI CẢM BIẾN 18 2.5.1 Thiết kế hệ thống cảnh báo cháy, nổ điều khiển thiết bị điện………… 18 2.5.2 Cảm biến nhiệt độ…………………………………………………………………… 21 2.5.3 Hệ thống giàn phơi………………………………………………………………… 23 2.5.4 Còi báo………………………………………………………………………………… 24 2.5.5 LCD 1602 i2c………………………………………………………………………… 24 2.5.6 Động Servo SG90………………………………………………………………… 25 2.5.7 Led Đơn…………………………………………………………………………………25 2.5.8 Điện trở 330 ohm, 1k, 10k………………………………………………………… 26 2.5.9 Relay 12VDC chân………………………………………………………………… 26 2.5.10 BJT C1815…………………………………………………………………………… 27 2.5.11 Motor giảm tốc DC 3V-6V……………………………………………………… 28 2.5.13 Quạt tản nhiệt………………………………………………………………………… 30 2.5.14 Module Sim800L…………………………………………………………………… 30 KẾT LUẬN CHƯƠNG 31 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ,THI CÔNG HỆ THỐNG 32 3.1 YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN 32 3.2 SƠ ĐỒ KẾT NỐI VÀ NGUYÊN LÝ MẠCH 32 3.2.1 Chân sử dụng Board Arduino Nano……………………… ………………… 32 3.2.2 Chân sử dụng Board Esp8266…………………………………………………….33 3.2.3 Khối nguồn chỉnh điện áp từ adapter 12VDC 2A…………………………….33 3.2.4 Nguyên lý mạch relay kênh…………………………………………………… 34 3.2.5 Khối LED…………………………………………………………………………… 35 3.2.6 Khối Module sim800L…………………………………………………………… 36 3.2.7 Chân kết nối khối cảm biến, board arduino nano, esp8266…………… 36 3.3 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 38 3.3.1 Sơ đồ thuật toán Board Nano…………………………………………………… 38 3.3.2 Sơ đồ thuật toán Board ESP8266……………………………………………… 39 3.3.3 Thông tin App Blynk……………………………………………………………… 40 3.3.4 Thông tin web Blynk…………………………………………………………… 41 3.4 Thiết kế,thi công hệ thống 42 KẾT LUẬN CHƯƠNG 43 CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH HỆ THỐNG 44 4.1 Vận hành hệ thống 44 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 52 Kết luận 52 Tài liệu tham khảo: 53 PHỤ LỤC 54 CODE ARDUINO NANO 54 CODE ESP8266 71 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ khối Hình 2.5 Hình ảnh Arduino Nano Hình 2.6: Board Arduino Nano 11 Hình 2.7: Giao diện phần mềm Arduino 13 Hình 2.8: Module esp8266 14 Hình 2.9: Sơ đồ chân module esp8266 15 Hình 2.10: Giao diện phần mềm Arduino 16 HÌNH 2.11: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC TRUYỀN DỮ LIỆU 17 Hình 2.27: Sơ đồ chân cảm biến MQ2 19 Hình 2.28: Cảm biến MQ2 20 Hình 2.29: Sơ đồ mạch cảnh báo MQ2 sử dụng LM358 20 Hình 2.30: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 21 Hình 2.31: Sơ đồ truyền tín hiệu DHT11 22 Hình 2.32: Cảm biến mưa 23 Hình 2.33: Buzzer 12VDC 24 Hình 2.34: LCD i2c 24 Hình 2.35 Sơ đồ chân động servo SG90 25 Hình 2.36 Sơ đồ chân led đơn 25 Hình 2.37 Sơ đồ chân điện trở 26 Hình 2.38 Sơ đồ chân relay 26 Hình 2.39 Sơ đồ chân C1815 27 Hình 2.40 Motor giảm tốc DC 3V-6V 28 Hình 2.41 Sơ đồ chân RFID RC522 28 Hình 2.42 Quạt tản nhiệt 30 Hình 3.1: Các chân sử dụng Board arduino Nano 32 Hình 3.2: Các chân sử dụng Board Esp8266 33 Hình 3.3: Khối nguồn hạ áp 33 Hình 3.4: Nguyên lý mạch relay kênh 35 Hình 3.5: Nguyên lý khối LED 35 Hình 3.6: Nguyên lý khối SIM800L 36 Hình 3.7: Thuật tốn board arduino Nano 38 Hình 3.8: Thuật tốn board ESP8266 39 Hình 3.9: App Blynk 40 Hình 3.10: Web Blynk 41 Hình 3.11: Hình ảnh 3D Board Arduino Nano ESP8266 mạch điện 42 Hình 3.12: Hình ảnh mạch điện thực tế Board Arduino Nano ESP8266 42 Hình 3.13: Hình ảnh 3D khối relay 42 Hình 3.14: Hình ảnh mạch điện thực tế khối relay……………………………43 Hình 3.15: Tổng quan mơ hình……………… ………………… ………….43 Hình 3.16: Bật đèn phịng khách qua app blynk…………………………… 45 Hình 4.3: Bật đèn phịng ngủ qua app blynk………………………… ……….46 Hình 4.4: Bật đèn phịng ăn qua app blynk……………………….…….………46 Hình 4.5: Bật đèn phịng vệ sinh qua app blynk………………….……………47 Hình 4.6: Bật quạt phịng khách qua app blynk……………………………… 47 Hình 4.7: Bật quạt phịng ăn qua app blynk 46 Hình 4.8: Bật quạt phịng ngủ qua app blynk 47 Hình 4.9: Bật tất đèn nhà qua app blynk 47 Hình 4.10: Bật tất quạt nhà qua app blynk 48 Hình 4.12: Bật đèn phịng khách qua tin nhắn………………… … ………48 Hình 4.13: Bật đèn phịng ngủ qua tin nhắn……………….….…… ……… 48 Hình 4.14: Bật đèn phịngvệ sinh qua tin nhắn…………… .….………….49 Hình 4.15: Bật tất đèn phịng qua tin nhắn………… … ……….…50 Hình 4.16: Bật tất quạt phòng qua tin nhắn………….… …….… 50 Báo cáo tốt nghiệp Chuyên ngành: Cơ Diện Tử nguoidungmqtt2@gmail.com @Aa123456789 */ // led chớp app blynk WidgetLED LedConnect(V0); #include Ticker ticker; #include #include // 2.5.0 const byte RX = D5; const byte TX = D6; SoftwareSerial mySerial = SoftwareSerial(RX, TX); // Khai báo LED #define LED1 16 #define LED2 #define LED3 #define LED4 #define LED5 #define LED1_ON digitalWrite(LED1,HIGH) #define LED1_OFF digitalWrite(LED1,LOW) #define LED2_ON digitalWrite(LED2,HIGH) #define LED2_OFF digitalWrite(LED2,LOW) #define LED3_ON digitalWrite(LED3,HIGH) #define LED3_OFF digitalWrite(LED3,LOW) #define LED4_ON digitalWrite(LED4,HIGH) #define LED4_OFF digitalWrite(LED4,LOW) GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Trang 72 Báo cáo tốt nghiệp Chuyên ngành: Cơ Diện Tử #define LED5_ON digitalWrite(LED5,HIGH) #define LED5_OFF digitalWrite(LED5,LOW) int TT_LED1 = 0; int TT_LED2 = 0; int TT_LED3 = 0; int TT_LED4 = 0; int TT_LED5 = 0; void blinkLedWidget() { if (LedConnect.getValue()) { LedConnect.off(); } else { LedConnect.on(); } } BLYNK_WRITE(V11) { int btn = param.asInt(); if (btn == 0) { Serial.println("Đèn 1"); DieuKhienDen1(); GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Trang 73 Báo cáo tốt nghiệp Chuyên ngành: Cơ Diện Tử } } BLYNK_WRITE(V12) { int btn = param.asInt(); if (btn == 0) { Serial.println("Đèn 2"); DieuKhienDen2(); } } BLYNK_WRITE(V13) { int btn = param.asInt(); if (btn == 0) { Serial.println("Đèn 3"); DieuKhienDen3(); } } BLYNK_WRITE(V14) { int btn = param.asInt(); if (btn == 0) { Serial.println("Đèn 4"); DieuKhienDen4(); } } BLYNK_WRITE(V15) { int btn = param.asInt(); if (btn == 0) GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Trang 74 Báo cáo tốt nghiệp Chuyên ngành: Cơ Diện Tử { mySerial.println("{\"V15\":\"1\"}"); mySerial.flush(); Serial.println("QUAT 1"); Serial.println("{\"V15\":\"1\"}"); } } BLYNK_WRITE(V16) { int btn = param.asInt(); if (btn == 0) { mySerial.println("{\"V16\":\"1\"}"); mySerial.flush(); Serial.println("QUAT 2"); Serial.println("{\"V16\":\"1\"}"); } } BLYNK_WRITE(V17) { int btn = param.asInt(); if (btn == 0) { mySerial.println("{\"V17\":\"1\"}"); mySerial.flush(); Serial.println("QUAT 3"); Serial.println("{\"V17\":\"1\"}"); } } BLYNK_WRITE(V18) { int btn = param.asInt(); GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Trang 75 Báo cáo tốt nghiệp Chuyên ngành: Cơ Diện Tử if (btn == 0) { mySerial.println("{\"V18\":\"1\"}"); mySerial.flush(); Serial.println("ON ALL QUẠT"); } } BLYNK_WRITE(V19) { int btn = param.asInt(); if (btn == 0) { mySerial.println("{\"V19\":\"1\"}"); mySerial.flush(); Serial.println("OFF ALL QUẠT"); } } BLYNK_WRITE(V20) { int btn = param.asInt(); if (btn == 0) { Serial.println("ON ALL DEN"); TT_LED1 = 1; LED1_ON; TT_LED2 = 1; LED2_ON; TT_LED3 = 1; LED3_ON; TT_LED4 = 1; LED4_ON; } } BLYNK_WRITE(V21) { int btn = param.asInt(); GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Trang 76 Báo cáo tốt nghiệp Chuyên ngành: Cơ Diện Tử if (btn == 0) { Serial.println("OFF ALL DEN"); TT_LED1 = 0; LED1_OFF; TT_LED2 = 0; LED2_OFF; TT_LED3 = 0; LED3_OFF; TT_LED4 = 0; LED4_OFF; } } BLYNK_WRITE(V22) { int btn = param.asInt(); if (btn == 0) { mySerial.println("{\"V22\":\"1\"}"); mySerial.flush(); Serial.println("MO CUA"); } } void blinkLed_AppBlynk() { if (LedConnect.getValue()) { LedConnect.off(); } else { LedConnect.on(); } GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Trang 77 Báo cáo tốt nghiệp Chuyên ngành: Cơ Diện Tử } void tick() { int state = digitalRead(LED5); digitalWrite(LED5, !state); } void setup() { Serial.begin(9600); while (!Serial); mySerial.begin(9600); while (!mySerial); pinMode(LED1, OUTPUT); pinMode(LED2, OUTPUT); pinMode(LED3, OUTPUT); pinMode(LED4, OUTPUT); pinMode(LED5, OUTPUT); LED1_OFF; LED2_OFF; LED3_OFF; LED4_OFF; LED5_OFF; ConnectWiFi(); Blynk.begin(auth, ssid, pass); } void loop() { Blynk.run(); GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Trang 78 Báo cáo tốt nghiệp Chuyên ngành: Cơ Diện Tử Read_Uno(); } void ConnectWiFi() { ticker.attach(0.2, tick); int count = 0; WiFi.begin(ssid, pass); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print("."); count++; if (count >= 10) { ESP.restart(); count = 0; } } //============================================================= Serial.println(); Serial.println("Connect WiFi"); Serial.print("Address IP esp: "); Serial.println(WiFi.localIP()); ticker.detach(); } void DieuKhienDen1() { if (TT_LED1 == 0) { TT_LED1 = 1; LED1_ON; GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Trang 79 Báo cáo tốt nghiệp Chuyên ngành: Cơ Diện Tử } else if (TT_LED1 == 1) { TT_LED1 = 0; LED1_OFF; } } void DieuKhienDen2() { if (TT_LED2 == 0) { TT_LED2 = 1; LED2_ON; } else if (TT_LED2 == 1) { TT_LED2 = 0; LED2_OFF; } } void DieuKhienDen3() { if (TT_LED3 == 0) { TT_LED3 = 1; LED3_ON; } else if (TT_LED3 == 1) { TT_LED3 = 0; LED3_OFF; } GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Trang 80 Báo cáo tốt nghiệp Chuyên ngành: Cơ Diện Tử } void DieuKhienDen4() { if (TT_LED4 == 0) { TT_LED4 = 1; LED4_ON; } else if (TT_LED4 == 1) { TT_LED4 = 0; LED4_OFF; } } void Read_Uno(void) { while (mySerial.available()) { const size_t capacity = JSON_OBJECT_SIZE(4) + 400; DynamicJsonDocument JSON(capacity); DeserializationError error = deserializeJson(JSON, mySerial); if (error) { return; } /* gửi lên BLynk V1 ND V2 DA V3 còi hú V4 QUẠT V5 QUẠT GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Trang 81 Báo cáo tốt nghiệp Chuyên ngành: Cơ Diện Tử V6 QUẠT V7 đèn V8 đèn V9 đèn V10 đèn điều khiển BLynk Xuống V11 đèn V12 Đèn V13 Đèn V14 Đèn V15 quạt V16 quạt V17 Quạt */ Serial.println("Data nhận Uno là:"); serializeJsonPretty(JSON, Serial); Serial.println(); if (JSON.containsKey("V1")) { String Data_V1 = JSON["V1"]; Blynk.virtualWrite(V1, Data_V1.toFloat()); } if (JSON.containsKey("V2")) { String Data_V2 = JSON["V2"]; Blynk.virtualWrite(V2, Data_V2.toInt()); } if (JSON.containsKey("V3")) { String Data_V3 = JSON["V3"]; Blynk.virtualWrite(V3, Data_V3.toInt()); } if (JSON.containsKey("V4")) GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Trang 82 Báo cáo tốt nghiệp Chuyên ngành: Cơ Diện Tử { String Data_V4 = JSON["V4"]; Blynk.virtualWrite(V4, Data_V4.toInt()); } if (JSON.containsKey("V5")) { String Data_V5 = JSON["V5"]; Blynk.virtualWrite(V5, Data_V5.toInt()); } if (JSON.containsKey("V6")) { String Data_V6 = JSON["V6"]; Blynk.virtualWrite(V6, Data_V6.toInt()); } if (JSON.containsKey("DEN1")) { String Data_DEN1 = JSON["DEN1"]; if (Data_DEN1.toInt() == 1) { TT_LED1 = 1; LED1_ON; } else if (Data_DEN1.toInt() == 0) { TT_LED1 = 0; LED1_OFF; } } if (JSON.containsKey("DEN2")) { String Data_DEN2 = JSON["DEN2"]; if (Data_DEN2.toInt() == 1) { GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Trang 83 Báo cáo tốt nghiệp Chuyên ngành: Cơ Diện Tử TT_LED2 = 1; LED2_ON; } else if (Data_DEN2.toInt() == 0) { TT_LED2 = 0; LED2_OFF; } } if (JSON.containsKey("DEN3")) { String Data_DEN3 = JSON["DEN3"]; if (Data_DEN3.toInt() == 1) { TT_LED3 = 1; LED3_ON; } else if (Data_DEN3.toInt() == 0) { TT_LED3 = 0; LED3_OFF; } } if (JSON.containsKey("DEN4")) { String Data_DEN4 = JSON["DEN4"]; if (Data_DEN4.toInt() == 1) { TT_LED4 = 1; LED4_ON; } else if (Data_DEN4.toInt() == 0) { GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Trang 84 Báo cáo tốt nghiệp Chuyên ngành: Cơ Diện Tử TT_LED4 = 0; LED4_OFF; } } if (JSON.containsKey("DENONALL")) { TT_LED1 = 1; LED1_ON; TT_LED2 = 1; LED2_ON; TT_LED3 = 1; LED3_ON; TT_LED4 = 1; LED4_ON; } if (JSON.containsKey("DENOFFALL")) { TT_LED1 = 0; LED1_OFF; TT_LED2 = 0; LED2_OFF; TT_LED3 = 0; LED3_OFF; TT_LED4 = 0; LED4_OFF; } Blynk.virtualWrite(V7, TT_LED1); Blynk.virtualWrite(V8, TT_LED2); Blynk.virtualWrite(V9, TT_LED3); Blynk.virtualWrite(V10, TT_LED4); blinkLed_AppBlynk(); digitalWrite(LED5, !digitalRead(LED5)); JSON.clear(); yield(); } } GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Trang 85 Báo cáo tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Hoài Hương Chuyên ngành: Cơ Diện Tử Trang 86