Luận văn mô hình ngôi nhà thông minhgvhd thầytống văn onsvth võ tiến tàivõ trí tuệtp hồchí minh tháng 072018

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GỊN 2016-2018  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MƠ HÌNH NGƠI NHÀ THƠNG MINH GVHD: Thầy TỐNG VĂN ON SVTH: VÕ TIẾN TÀI VÕ TRÍ TUỆ Tp Hồ Chí Minh Tháng 07/2018 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… …………………………………… GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… …………………………………… GIÁO VIÊN CHẤM (ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập trường Đại Học Công Nghệ Sài Gòn, em nhận giảng dạy dẫn cách tận tình q thầy kiến thức học tập sống Đặc biệt, em xin gửi lời cám ơn trân trọng sâu sắc thầy Tống Văn On – người tạo điều kiện tận tình hướng dẫn, động viên chúng em suốt trình nghiên cứu thực đồ án Em xin chân thành cảm ơn q thầy khoa Điện – Điện Tử giảng dạy cho chúng em kiến thức chuyên môn tạo điều kiện cho chúng em hồn thành tốt khóa học, qua giúp chúng em định hướng việc lựa chọn thực đề tài khả TÓM TẮT ĐỀ TÀI Điện tử ngành khoa học đa nhiệm điện tử đáp ứng địi hỏi khơng ngừng ngành lĩnh vực khác nhu cầu thiết yếu người sống ngày Một ứng dụng quan trọng cảu điện tử wifi ứng dụng vào mơ hình smart home , wifi ứng dụng vào nhiều công công nghiệp sống với nhiều ứng dụng khác với thiết bị điều khiển từ xa tinh vi đạt suất kinh tế thật cao Xuất phát từ ứng dụng em thiết kế mơ hình smart home sử dụng module wifi ESP8266 Thiết kế mudule thực thi: mạch điều khiển thiết bị theo kích thước nhỏ gọn để ứng dụng đưa vào nhà xây dựng thực tế kết hợp với nhiều cảm biến : cảm biến hồng ngoại, cảm biến khói, cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ độ ẩm, kết hợp với tạo khối thống chung, điều hành với sử lý trung tâm, có cố sử lý trung tâm báo lổi gửi tin nhắn máy (điện thoại ) thông qua MẠCH GSM GPRS Sim800A Nội dung bao gồm chương: Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan kiến thức, tài liệu liên quan đến luận văn tốt nghiệp Chương 3: Phương pháp cách tiến hành Chương 4: Kết biện luận Chương 5: Kết luận đề nghị Em cố gắng nỗ lực suốt thời gian thực đề tài Em mong nhận nhiều nhận xét ý kiến đóng góp quý thầy cô bạn đề tài phương hướng phát triển mở rộng để đề tài hoàn thiện MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Mục tiêu luận văn tốt nghiệp 1.3 Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2.1 PIC 16F877A: 2.1.1 PIC gì: 2.1.2 Đặc điểm phần cứng: 2.1.3 Chức năng: 2.2 ARDUINO UNO R3: 2.2.1 Thông số: 2.3 AT89S52: 2.3.1 AT89S52 gì: 2.3.2 Đặc điểm phần cứng: 2.4 Pin Năng Lượng Mặt Trời: 2.4.1 Thông số kỉ thuật: 2.5 Bộ điều khiển sạc lượng mặt trời 10A: 2.5.1 Mô Tả: 2.5.2 Thông số kỹ thuật: 2.6 Mạch chuyển đổi điện áp 12VDC – 220VAC: 2.6.1 Mô Tả: 2.6.2 Thông Số Kỹ Thuật: 2.7 Kit thu phát wifi ESP8266 NODEMCU LUA CP2102: 2.7.1 Mô Tả : 2.7.2 Thông số kỹ thuật : 2.8 Cảm biến cường độ ánh sáng (LUX) BH1750: 2.8.1 Mô tả: 2.8.2 Thông số kỹ thuật: 10 2.9 Bàn phím ma trận KEYPAD 4X4: 10 2.9.1 Mô tả: 10 2.9.2 Thông số kỹ thuật : 10 2.10 Cảm biến khí gas MQ-135: 11 2.10.1 Mô tả: 11 2.10.2 Thông số kỹ thuật : 11 2.11 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11: 11 2.11.1 Mô Tả : 11 2.11.2 Thông số kỹ thuật : 12 2.12 Bộ cảm biến quang (PZ-M15): 12 2.12.1 Mô tả: 12 2.12.2 Thông số kỹ thuật : 12 2.13 MẠCH GSM GPRS Sim800A (SIM900A Update) 14 2.13.1 Mô Tả : 14 2.13.2 Thông số kỹ thuật : 14 CHƯƠNG 15 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÁCH TIẾN HÀNH 15 3.1 Lời mở đầu: 15 3.2 ESP8266 WIFI: 15 3.3 MQTT: 16 3.4 Giao diện myDevices.com: 17 3.5 Tổng quan SMS: 20 3.6 Tập lệnh AT COMAND: 21 3.6.1 Các lệnh điều khiển gọi: 21 3.6.2 Các lệnh điều khiển tin nhắn 22 3.7 Sơ đồ nối dây Arduino với Module SIM 800A: 22 3.8 Chương trình code Arduino giao tiếp với Module SIM 800A: 23 3.9 Khối điều khiển cho thiết bị: 27 3.10 KEYPAD 4X4 hiển thị LCD: 30 3.11 Hệ thống lượng mặt trời: 36 3.11.1 Charge Controller: 36 3.11.2 Bộ inverter: 37 CHƯƠNG 39 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 39 4.1 KẾT QUẢ THI CÔNG 39 4.2 ƯU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM 45 4.2.1 Ưu điểm: 45 4.2.2 Nhược điểm : 45 CHƯƠNG 46 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 46 5.1 Kết luận: 46 5.2 ĐỀ NGHỊ: 46 CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề: Nhà thông minh xu hướng công nghệ tất yếu giới, trở thành tiêu chuẩn nhà đại kỷ nguyên Internet of Things – kết nối vạn vật qua internet Bên cạnh đó, tiện nghi tiết kiệm lượng dần trở thành tiêu chuẩn cần thiết nhằm nâng cao chất lượng sống Vậy nên bắt đầu cho "kỷ nguyên công nghệ" mới.Công nghệ thiết bị cho nhà thông minh công ty ngành xây dựng quan tâm nhiều Tại châu Âu, ngày có nhiều điều luật bắt buộc nhà xây phải có chứng thân thiện mơi trường, cách nhiệt tốt, giảm tiêu thụ điện, nước khí đốt, Dưới cách mà nhà thông minh giúp bạn có sống tiện nghi thoải mái hơn: Hình 1.1: Ngơi nhà thơng minh 1.2 Mục tiêu luận văn tốt nghiệp - Thiết kế mô hình nhà thơng minh gọn nhẹ hoạt động ổn định - Viết chương trình điều khiển cho loại cảm biến - Viết chương trình cho điều khiển Pic 16F877A - Thiết kế giao diện myDevices.com - Giao diện phần mềm đơn giản, dễ sử dụng, hỗ trợ nhiều dịng điện thoại thơng minh chạy hệ điều hành Android 1.3 Phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài thiết kế mơ hình nhà thơng minh điều khiển điện thoại thông minh qua wifi gửi tin nhắn báo cố thông qua điện thoại Phạm vi nghiên cứu đề tài gồm có: - Tìm hiểu lý thuyết động lượng mặt trời - Tìm hiểu lý thuyết loại cảm biến - Thiết kế mô nhà mơ hình Thiết kế giao diện myDevices.com - Lập trình PIC 16F877A, ESP8266 wifi - Lập trình module Sim 800A - Lập trình ma trận phím keypad 4x4 màng hình hiển thị LCD CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2.1 PIC 16F877A: 2.1.1 PIC gì: Hình 2.1: PIC 16F877A PIC viết tắt “Programable Intelligent Computer”, tạm dịch “máy tính thơng minh khả trình” hãng Genenral Instrument đặt tên chovi điều khiển họ: PIC1650 thiết kế để dùng làm thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600 Vi điều khiển sau nghiên cứu phát triển thêm từ hình thành dịng vi điều khiển PIC ngày 2.1.2 Đặc điểm phần cứng: 368 bytes nhớ liệu RAM 8K Words nhớ chương trình FLASH (trong word dịng mid-range 14 bit), 256 bytes EEPROM Có định thời Timer0, Timer1, Timer2 Có khả xử lý ngắt từ nhiều nguồn ngắt khác ngắt ngoài, ngắt tràn Timer, ngắt ngoại vi ngắt ADC… 2.1.3 Chức năng: Chức PIC 16F877A: - Chức CCP gồm Comparator (Bộ so sánh), Capture PWM (Điều biến độ rộng xung) - Chức giao tiếp đồng nối tiếp SSP (Synchnorous Serial Port) bao gồm giao tiếp SPI giao tiếp I2C - Chức truyền/phát không đồng đa nối tiếp USART (Universal Serial Asynchnorous Receiver/Tranmitter) dạng mô đun phần cứng phục vụ cho giao chuẩn RS-232, ta khơng cần quan tâm đến thao tác cáp thấp sử dụng RS-232 Đây chức hữu ích cho việc tiếp với PC MC - Bộ chuyển đổi ADC 10 bit chuyển đổi tín hiệu tương tụ thành tín hiệu số 10 bit Nguồn điệp áp tham chiếu cọn từ nguồn từ nguồn Vdd Vss cấp cho PIC 32 Cot_1 = 0; Cot_2 = 0; Cot_3 = 0; Cot_4 = 0; } ////////// -///////////////////// void main() { UART1_Init(9600); RestarKeyPad(); while(1) { XuatCot(1,1); if(Hang_1 == 1) { Key = 1;//49; while(Hang_1 == 1); } if(Hang_2 == 1) { Key = 2;//52; while(Hang_2 == 1); } if(Hang_3 == 1) { Key = 3;//55; while(Hang_3 == 1); } if(Hang_4 == 1) { Key = 4;//42; while(Hang_4 == 1); } XuatCot(1,0); Delay_ms(TocDo); ///////// XuatCot(2,1); if(Hang_1 == 1) { Key = 5;//50; while(Hang_1 == 1); } if(Hang_2 == 1) { 33 Key = 6;//53; while(Hang_2 == 1); } if(Hang_3 == 1) { Key = 7;//56; while(Hang_3 == 1); } if(Hang_4 == 1) { Key = 8;//48; while(Hang_4 == 1); } XuatCot(2,0); Delay_ms(TocDo); //////////// XuatCot(3,1); if(Hang_1 == 1) { Key = 9;//51; while(Hang_1 == 1); } if(Hang_2 == 1) { Key = 10;//54; while(Hang_2 == 1); } if(Hang_3 == 1) { Key = 11;//57; while(Hang_3 == 1); } if(Hang_4 == 1) { Key = 12;//35; while(Hang_4 == 1); } XuatCot(3,0); Delay_ms(TocDo); //////////// XuatCot(4,1); if(Hang_1 == 1) { Key = 13;//65; while(Hang_1 == 1); } if(Hang_2 == 1) { Key = 14;//66; while(Hang_2 == 1); 34 } if(Hang_3 == 1) { Key = 15;//67; while(Hang_3 == 1); } if(Hang_4 == 1) { Key = 16;//68; while(Hang_4 == 1); } XuatCot(4,0); Delay_ms(TocDo); ////// -///////////// Data = Key; UART1_Write_Text(PhimNhan[Data-1]); } } Code cho Pic16F877A: // Lcd pinout settings sbit LCD_RS at RD0_bit; sbit LCD_EN at RD2_bit; sbit LCD_D7 at RD7_bit; sbit LCD_D6 at RD6_bit; sbit LCD_D5 at RD5_bit; sbit LCD_D4 at RD4_bit; // Pin direction sbit LCD_RS_Direction at TRISD0_bit; sbit LCD_EN_Direction at TRISD2_bit; sbit LCD_D7_Direction at TRISD7_bit; sbit LCD_D6_Direction at TRISD6_bit; sbit LCD_D5_Direction at TRISD5_bit; sbit LCD_D4_Direction at TRISD4_bit; char Rx_buff[80]; char Rx,Rx1,Rx2,Rx3,Rx4,Rx5,Index; void interrupt() { if (PIR1.RCIF) { if (UART1_Data_Ready()) { Rx = UART1_Read(); 35 if(i >80) i = 0; if(Rx=='1') Rx1=Rx; if(Rx=='2') Rx2=Rx; if(Rx=='3') Rx3=Rx; if(Rx=='4') Rx4=Rx; if(Rx1=='1' && Rx2=='2' &&Rx3=='3' && Rx4=='4') { New_SMS = 1; Rx1 = Rx2 = Rx3 = Rx4 = 0; } else { cnt++; } } } } void setup() { UART1_Init(9600); // initialize UART1 module TRISB = 0x00; INTCON.GIE = 1; INTCON.PEIE = 1; PIE1.RCIE=1; //enable receive interrupt LCD_Init(); LCD_Cmd(_LCD_CLEAR); LCD_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); } void main() { char txt[6]; setup(); delay_ms(200); while (1) { LCD_OUT(1,1,”Nhap Mat Khau”); LCD_OUT(2,Index,OUT); if(New_SMS == 1) { LCD_OUT(1,1,” “); Delay_ms(200); LCD_OUT(1,1,”Dang Nhap”); LCD_OUT(2,1”Thanh Cong”); RB0_Bit = 0; Delay_ms(2000); RB0_Bit = 1; 36 } delay_ms(200); } } 3.11 Hệ thống lượng mặt trời: Hình 3.11: Hệ thống nhà thông minh sử dụng lượng mặt trời 3.11.1 Charge Controller: Sơ đồ chân: Hình 3.12: Sơ đồ đấu dây hệ thống mặt trời 37 Các chức sạc: Hình 3.13: Chức hiển thị Solar Controller 3.11.2 Bộ inverter: Ở mơ hình ta sử dụng inveter chuyển đổi điện áp từ 12VDC – 220VAC dạng sóng Vng tần số 20Hz thông qua IC SG3525 Sơ đồ nguyên lý: SGM3525 IC điều khiển PWM loại phổ biến điều khiển SG3525 hãng sản xuất ST Mircroelectronis, Fairchild SG3525 sử dụng nhiều thiết kế DC-DC converter, DC-AC inverter, hệ thống UPS Ở Sơ đồ nguyên lý ta việc ý đến chân chân 14 11 38 Giải thích chức chân: - Chân 5,6,7 chân tạo tần số dao động PWM tính theo cơng thức: o Với RD (chân 7),RT( chân 6) CT (chân 5) o Với RT RD tính theo ơm CT tính theo F,f tính theo Hz RD thường có giá trị từ 10 đến 47 ôm Dải giá trị điện trở theo nhà sản xuất từ đến 500 Ôm RT phải nằm giá trị từ đến 150 Kơm CT có giá trị từ 1nF (mã 102 )đến 0.2uF (mã 224) Tần số giao động nằm từ 100 Hz đến 400KHz Lưu ý tần số tầng nửa cơng thức ví dụ inverter 50 Hz tần số ra tầng 50Hz,do biểu thức f 100Hz - Chân 14 11 hai đầu PWM Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý 39 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 4.1 KẾT QUẢ THI CƠNG Hình 4.1: Màn hình LCD Hình 4.2: Cảm biến nhiệt độ độ ẩm 40 Hình 4.3: Chốt cửa Hình 4.4: Mạch cầu H 41 Hình 4.5: Mạch GSM GPRS Sim800A Hình 4.6: Mạch phát wifi 42 Hình 4.7: Cảm biến báo cháy Hình 4.8: Mạch nguồn 12v sang 5v 43 Hình 4.9: Pic 16f877a Hình 4.10: Mạch Arduino 44 Hình 4.11: Mạch 89S52 Hình 4.12: Các mạch liên kết với 45 4.2 ƯU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM 4.2.1 Ưu điểm: Tiêu thụ điện năng lượng mặt trời Điều khiểm tất thiết bị nhà Điều khiểm wifi, 3G tin nhắn qua điện thoại Cảnh báo cố Bảo mật tốt, an ninh cao Dể tìm thấy thiết bị thị trường, giá hợp lý Có thể phát triển phù hớp với nhu cầu người, sử dụng nguồn lượng Mất wifi hệ thống tự chuyển qua tin nhắn điện thoại 4.2.2 Nhược điểm : Phải sử dụng pin nượng mặt trời có cơng suất lớn đáp thiết bị cần điện tiêu thụ cao Thời tiết xấu có ảnh hưởng tới nguồn lượng cung cấp vào pin mặt trời 46 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận: Xã hội phát triển nhu cầu người cao, qua cơng nghệ truyền nhận liệu khơng dây có bước phát triển mạnh mẽ, góp phần cho phát triển hệ thống điều khiển như: giám sát từ xa, điều khiển hệ thống thơng minh T rong cơng nghệ IOT gớp phần mạnh vào nhu cầu người Chính chúng em thiết kế mơ hình ngơi nhà thơng minh sử dụng lượng mặt trời để đáp ứng theo thời đại Nó điều khiến tất thiết bị nhà thông qua wifi tin nhắn chuyền tải đến người dùng thông tin cần thiết như: cảnh báo chống trộm, khói, khí gas,báo cáo nhiệt độ phịng hay tự điều chỉnh độ sáng mong muốn Trong trình tiến hành thực đề tài, chúng em đạt mục đích sau: • • • • Tìm hiểu Pic Tìm hiểu loại cảm biến khác Tìm hiểu nguyên lý hoạt động lượng măt trời Tìm hiểu lặp trình Pic, AT89S52, ARDUINO UNO R3, ESP 8266, MODULE SIM 800A 5.2 ĐỀ NGHỊ: Cần phải phát triển từ mô hình lên thực tế để đáp ứng nhu cầu cầu người Cần nhiều loại cảm biến khác để tạo hệ thống thống phù hợp với thị trường