Thiết kế hệ thống nhà thông minh dùng chuẩn không dây zigbee

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA - VŨNG TÀU KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH DÙNG CHUẨN KHƠNG DÂY ZIGBEE Trình độ đào tạo: Đại học quy Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử Chuyên ngành: Điều khiển tự động hóa GVHD: Ths Lưu Hoàng SVTH: Nguyễn Hùng Long (18033276) Trịnh Xuân Hùng (18033463) Lớp: DH18TD Vũng Tàu, ngày 24 tháng 02 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA KỸ THUẬT – CƠNG NGHỆ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Đính kèm Quy định việc tổ chức, quản lý hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT) Họ tên sinh viên: Nguyễn Hùng Long Ngày sinh: 09/11/2000 MSSV: 18033276 Lớp: DH18TD Email: nguyenhunglong12345678910@gmail.com Chuyên ngành: Điều Khiển Và Tự Động Hóa Hệ đào tạo: Đại Học Chính Quy Họ tên sinh viên: Trịnh Xuân Hùng Ngày sinh: 15/11/2000 Lớp: DH18TD MSSV: 18033463 Email: hungtrinh15112000@gmail.com Chuyên ngành: Điều Khiển Và Tự Động Hóa Hệ đào tạo: Đại Học Chính Quy Tên đề tài: Thiết kế hệ thống nhà thông minh dùng chuẩn không dây Zigbee Giảng viên hướng dẫn: Ths Lưu Hoàng Ngày giao đề tài: 11/2020 Ngày hồn thành đồ án/ khố luận tốt nghiệp: 24/02/2022 Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2021 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Trưởng môn Trưởng khoa (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lưu Hoàng NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Thái độ tác phong trình thực đồ án Kiến thức chuyên môn Đánh giá khác Đánh giá kết GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lưu Hoàng Lời cảm ơn Lời cho phép chúng em gửi lời đến ban giám hiệu Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu quý thầy cô khoa công nghệ kỹ thuật – nông nghiệp công nghệ cao lời cảm ơn chân thành Nhà trường tạo điều khiển thuận lợi để chúng em học tập, làm việc sáng tạo môi trường tốt Chúng em cảm ơn quý thầy cô ngành công nghệ kỹ thuật điện điện tử người dìu dắt chúng em tận tình, truyền đạt cho chúng em kiến thức, kỹ học quý giá suốt thời gian chúng em theo học trường Chúng em xin gửi cảm ơn sâu sắc đến thầy Ths Lưu Hoàng giảng viên trực tiếp hướng dẫn chúng em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Chúng em xin chân thành cảm ơn bảo hướng dẫn tận tình thầy suất trình thực Khi chúng em bắt tay vào thực kiến thức hiểu biết lĩnh vực cõi Với kiến thức uyên bác nhiệt tình thầy dìu dắt chúng em đến bước cuối đồ án Trong suốt trình làm đồ án xảy nhiều khó khăn thử thách thầy góp ý động viên chúng em Xin cảm ơn đến tất bạn bè, đặc biệt bạn lớp gắn bó, học tập giúp đỡ chúng em năm qua suốt trình thực đồ án Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình động viên, giúp đỡ ủng hộ nhiều mặt góp phần tạo nên thành công đồ án Một lần chúng em gửi lời biết ơn sâu sắc đến nhà trường, thầy cơ, gia đình bạn bè giúp đỡ chúng em nhiều Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) Nguyễn Hùng Long SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lưu Hồng Lời nói đầu Trong sống ngày thấy công nghệ ngày phát triển tác động làm thay đổi sống người trái đất cách hay cách khác cách mạng cơng nghệ kỹ thuật số lan rộng đến ngõ ngách vào tồn cầu Với bùng nổ cách mạng cơng nghệ kỹ thuật số ngành cơng nghệ phát triển ngành công nghệ thông tin, điện cơng nghiệp, điều khiển tự động hóa… làm cho sống người ngày cải thiện Các thiết bị tự động hóa ngày phổ biến hơn, chí cịn len lõi vào sống sinh hoạt đời thường Do hệ thống IOT trở nên hưu ích mà thiết bị kết nối với cách dễ dàng giúp người xây dựng hộ thông qua cách thiết bị thơng minh Ở Việt Nam, có nhiều cơng ty tập đồn nghiên cứu lĩnh vực Đồng thời hộ thông minh cho xu phát triển tương lai việc xây dựng cơng trình nhà ở, hộ trung tâm thương mại Từ lâu thu hút nhiều quan tâm nghiên cứu nhà khao học, nhà kinh tế cơng đồng Với tiêu chí thiết thực cao đồ án khóa ln chúng em làm đề tài “Thiết kế hệ thống nhà thông minh dùng chuẩn không dây Zigbee” Trong trình thực đề tài, chúng em cố gắng để làm cách tốt Nhưng với kiến thức hiểu biết cịn hạn hẹp nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót hạn chế định Vì vậy, chúng em mong nhận góp ý, bổ sung thầy cô để đề tài chúng em tốt SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lưu Hoàng MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời nói đầu Phụ lục CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu Bố cục đề tài CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN SMARTHOME Giới thiệu smarthome Lịch sử phát triển Lợi ích smarthome 10 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN MẠNG ZIGBEE 11 Khái quát Zigbee 11 Các tính 11 Các dạng mạng lưới Zigbee 12 So sánh Zigbee với Bluetooth, Wifi 13 Ứng dụng Zigbee 13 CHƯƠNG 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 A GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 14 Kit Arduino UNO R3 14 Goouuu-ESP 32 module thu phát wifi Bluetooth 16 Mạch thu phát Zigbee CC2530 UART 2.4G 18 Động Servo 19 IC UNL2803 19 Cảm Biến Độ Ẩm, Nhiệt Độ DHT11 20 B GIỚI THIỆU PHẦN MỀM 21 Phần mềm Arduino IDE 21 Phần mềm lập trình App-App Inventor 22 Cơ sở liệu Firebase 24 CHƯƠNG 5: MƠ HÌNH THỰC TẾ 24 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lưu Hoàng Kết nối phần cứng 25 Nguyên lý hoạt động sơ đồ khối hệ thống 27 Code điều khiển hệ thống 29 Lập trình ứng dụng App Inventor 44 CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ ĐỒ ÁN 68 Mơ hình thực tế 68 App điều khiển điện thoại 70 Kết điều khiển mơ hình 70 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 71 Kết luận 71 Hướng phát triển đề tài 72 Tài liệu tham khảo 73 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lưu Hoàng Phụ lục Hình 3.1: Các mơ hình mạng Zigbee Hình 4.1: Board mạch Arduino Uno R3 Hình 4.2: Board mạch ESP32 Hình 4.3: Mạch thu phát Zigbee CC2530 UART 2.4G Hình 4.4: Mạch thu phát Zigbee CC2530 UART 2.4G Hình 4.5: Mạch thu phát Zigbee CC2530 UART 2.4G Hình 4.6: Mạch thu phát Zigbee CC2530 UART 2.4G Hình 5.1: Sơ đồ kết nối phần cứng với boardmach arduino UNO R3 Hình 5.2: Sơ đồ kết nối phần cứng với ESP32 Hình 5.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động Hình 5.4: Sơ đồ khối Hình 5.5: Sơ đồ thuật tốn code KIT Arduino UNO R3 Hình 5.6: Sơ đồ thuật tốn code ESP32 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lưu Hoàng CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Trong năm gần Việt Nam có nhiều bước phát triển mạnh mẽ thiết bị tự động hóa khơng đưa q trình sản xuất mà cịn len lõi vào đời sống sinh hoạt người Do ngơi nhà thơng minh hệ thống không niềm ao ước người mà chở thành thực hóa để cao phục vụ tiện ích cho người Ngơi nhà thơng minh giúp người kiểm sốt điều khiển thiết bị hộ chỗ hay phạm vi gần mà kể cảm phạm vi xa Thơng qua báo chí, phương tiện truyền thông internet chúng em thấy mơ hình ngơi nhà thơng minh đời sinh viên cuối ngành điên-điện tử với kiến thức mà chúng em học mong muốn thiết kế nhà giám sát điều khiển từ xa cách dễ dàng để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ngày Do chúng em chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống nhà thông minh dùng chuẩn không dây Zigbee “ Đề tài hướng tới ứng dụng cao phát triển mạnh mẽ tương lai Nó giúp tối ưu hóa q trình sinh hoạt ngày, đồng thời chúng em sử dụng đề tài để làm đồ án chuyên ngành Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài • Mục tiêu đề tài − Nghiên cứu phầm mềm điều khiển để điều khiển thiết bị nhà thông minh − Liên kết thiết bị qua mạng Zigbee − Áp dụng liên kết kiến thức học từ môn học lớp: ví dụ vi xử lí, ngơn ngư lập trình, kỹ thuật số, … − Tự học thêm số kiến thức như: lập trình Arduino UNO R3 ESP32, lập trình app, hàn tay, thiết kế mạch, … − Kết nối thiết bị cách đơn giản tiện ích − Đặc biệt, đưa mơ hình đề tài vào áp dụng vào hệ thống mạng lưới điện nhà, hộ trung tâm thương mai • Nội dung nghiên cứu − Tìm hiểu phần mềm để lập trình cho Arduino UNO R3 ESP32 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lưu Hoàng − Tìm hiểu thiết bị điện – điện tử cụ thể là: Arduino UNO R3, ESP32, động Servo, IC ULN 2803, nút nhấn, cảm biến khí ga MQ2, led đơn − Tìm hiểu phần mềm lập trình MIT-App Inventor − Đưa phương pháp nghiên cứu − Kiểm tra đánh giá đề tài Phương pháp nghiên cứu − Bằng cách tổng hợp tài liệu − Nghiên cứu nguyên lic đấu dây − Kiểm tra vận hành thiết bị trước vào mơ hình − Kết hợp mơ máy mơ hình thực tiễn Bố cục đề tài Được hướng dẫn thầy Ths.Lưu Hoàng – trường đại học Bà Rịa - Vũng Tàu Với đề tài: “Thiết kế hệ thống nhà thông minh dùng chuẩn không dây Zigbee”, nội dung trình bày thành chương: ➢ Chương 1: Mở đầu ➢ Chương 2: Tổng quan Smarthome ➢ Chương 3: Tổng quan mạng Zigbee ➢ Chương 4: Cơ sở lý thuyết ➢ Chương 5: Mơ hình thực tế ➢ Chương 6: Kết đồ án ➢ Chương 7: Kết luận hướng phát triển đề tài SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp 59 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng GVHD: Ths Lưu Hoàng Đồ án tốt nghiệp 60 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng GVHD: Ths Lưu Hoàng Đồ án tốt nghiệp 61 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng GVHD: Ths Lưu Hoàng Đồ án tốt nghiệp 62 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng GVHD: Ths Lưu Hoàng Đồ án tốt nghiệp 63 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng GVHD: Ths Lưu Hoàng Đồ án tốt nghiệp 64 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng GVHD: Ths Lưu Hoàng Đồ án tốt nghiệp 65 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng GVHD: Ths Lưu Hoàng Đồ án tốt nghiệp 66 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng GVHD: Ths Lưu Hoàng Đồ án tốt nghiệp 67 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng GVHD: Ths Lưu Hoàng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lưu Hoàng CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ ĐỒ ÁN Mơ hình thực tế 68 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp 69 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng GVHD: Ths Lưu Hoàng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lưu Hoàng App điều khiển điện thoại Kết điều khiển mơ hình Mơ tả Kết Thao tác thủ công Tốt Điều khiển qua App Độ trễ giây Tình trạng làm việc hệ thống Xuất nhiễu Khoảng cách điều khiển Không giới hạn 70 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lưu Hoàng CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết luận Sau hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế hệ thống nhà thông minh dùng chuẩn không dây Zigbee” Đã giúp chúng em cố vận dụng kiến thức học đồng thời bổ sung kiến thức thiếu để tự tin bước vào đời sau tốt nghiệp Do thời gian thực đề tài có hạn nên đề tài chưa hồn chỉnh tồn vẹn Xong sau trình thực chúng em gặp nhiều khó khăn, nhờ động viên tính cực tạo điều kiện bạn bè thầy cô, đặc biệt nhiệt tình thầy Ths.Lưu Hồng giúp chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Trong trình thực đề tài, phần cứng chúng em tìm hiểu board Arduino UNO R3 ESP 32 kết hợp với moduld Zigbee để chuyền nhận liệu, điều khiển thiết bị thủ công qua app điện Sự kết hợp với module lại với giúp thiết bị kết nối dễ dàng nhằm thuận tiện cho người dùng giúp người sửa chữa phần cứng dễ Tuy chúng em hoàn thành nhiệm vụ giao đồ án tốt nghiệp lần Nhưng có ưu điểm nhược điểm • Ưu điểm: − Có thể điều khiển từ xa app điện thoại − Có thể điều khiển thiết bị dễ dàng − Cần dây đấu nối − Có cách điều khiển thủ công − Giám sát hệ thống từ xa − Giao diện trực quan dễ điều khiển • Nhược điểm: − Cịn xuất trễ điều khiển qua app − Hiện điều khiển điện thoại Android − Chưa tự động hóa hoàn toàn 71 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lưu Hoàng Hướng phát triển đề tài Đề tài đáp ứng yếu cần đặt nhiên để hoàn thiện mở rộng chức chúng em cải tiến nghiên cứu thêm Ngoài chức mà chúng em làm hệ thống chúng em cần khắc phục lỗi phát triển tính sau: − Khắc phục độ trễ hệ thống xử lí có tốc độ xử lí cao như: raspberry, orange, PC… − Phát triển điều khiển qua web để đa dạng thiết bị điều khiển − Cài đặt mật đăng nhập vào hệ thống để đảm bảo tính bảo mật − Phát triển thêm thiết bị tự động cánh cửa tự nhận dạng khuôn mặt vân tay, người dùng đến đâu tự bật đèn đến đấy; điều khiển thiết bị giọng nói… 72 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lưu Hoàng Tài liệu tham khảo Kỹ thuật điện tử (1999) Đỗ Xuân Thụ – NXB giáo dục Website: https://esp32.vn/arduino/blink.html Website: http://arduino.vn/ Website:https://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/169423/ETC2/UNL2803.html Website: https://youtu.be/0LYmD8jv7xo Website: https://www.youtube.com/channel/UCUOaRQ519F6ZINfvBNo2BIw 73 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng