Thiết kế, thi công mô hình nhà thông minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, THI CÔNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH Trình độ đào tạo : Đại học quy Ngành : Cơng nghệ kỹ thuật điện – Điện tử Chuyên ngành : Điều khiển tự động hóa Giảng viên hướng dẫn : ThS Lưu Hoàng Sinh viên thực : Nguyễn Nhật Tiến MSSV: 19033788 Lớp: DH19TD TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHỐ LUẬN 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 Nhật Tiến Ngày sinh:14/11/2001 MSSV: 19034176 Lớp: DH19TD E-mail: nguyennhattien12304@gmail.com Hệ đào tạo: Đại học quy Chun ngành: Điều khiển Tự động hóa Tên đề tài: THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH NHÀ THÔNG MINH Giảng viên hướng dẫn: ThS Lưu Hoàng Ngày giao đề tài: 23/12/2022 Ngày hồn thành đồ án/ khố luận tốt nghiệp: 30/4/2023 Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày… tháng… năm GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) ThS Lưu Hoàng SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký ghi rõ họ tên) Nguyễn Nhật Tiến TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN • Thái độ, tác phong nhận thúc trình thực hiện: • Kiến thức chuyên môn: • Hình thức, bố cục trình bày: • Nội dung, kết quả: • Nhận xét khác: Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2023 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN • Thái độ, tác phong nhận thúc trình thực hiện: • Kiến thức chun mơn: • Hình thức, bố cục trình bày: • Nội dung, kết quả: • Nhận xét khác: Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2023 Giảng viên phản biện (Ký ghi rõ họ tên) Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Nhật Tiến DH19TD LỜI CẢM ƠN Thực tế khơng có thành cơng mà khơng có hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người xung quanh Trong trình làm đồ án tốt nghiệp em nhận giúp đỡ nhiệt tình giảng viên hướng dẫn Em xin cảm ơn thầy Lưu Hoàng – người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cho em lựa chọn đề tài trình thực đề tài Khi thực đồ án xảy nhiều khó khăn, thiếu sót hỗ trợ góp ý Thầy nên thân em hoàn thành đồ án Trong suốt thời gian theo học trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu, em nhận nhiều quan tâm giúp đỡ từ thầy cô bạn bè Cảm ơn tới hiệu trưởng quý thầy cô trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu hỗ trợ tận tình trang thiết bị, phần mềm, sở vật chất tạo điều kiện hoàn thành đồ án Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới quý thầy cô, người truyền lại cho em nhiều kinh nghiệm kiến thức quý báu, giúp đỡ tiếp thêm động lực cho em vững bước đường chọn Và đặc biệt thầy, cô khoa Điện - Điện tử truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm tạo điều kiện tốt để nhóm em hoàn thành đề tài Xin cảm ơn bạn khóa, khoa động viên, khích lệ, ủng hộ nhiều mặt góp phần làm nên hồn thiện đồ án Cảm ơn trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu! Em xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Nguyễn Nhật Tiến Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 13 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19 2.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG 19 2.1.1 Arduino Uno R3 19 2.1.2 Màn hình LCD 20x4 22 2.1.3 Mạch giao tiếp LCD I2C 23 2.1.4 Cảm biến mưa 24 2.1.5 Động servo SG90 26 2.1.6 Cảm biến khí gas MQ2 27 2.1.7 Kit ESP8266 29 2.1.8 Cảm biến DHT11 30 CHƯƠNG III: NỘI DUNG ĐỀ TÀI 32 3.1 GIỚI THIỆU 32 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 33 3.2.1 Sơ đồ khối 33 3.2.2 Sơ đồ kết cấu 34 3.2.3 Giao tiếp ESP8266 chuẩn UART 36 3.2.4 Các đặc tính kỹ thuật chuẩn RS-232 36 3.2.5 Các mức điện áp đường truyền: 37 3.2.6 Sơ đồ chân cổng kết nối 38 3.2.7 Truyền liệu 39 3.2.8 Giao tiếp chuẩn I2C 41 3.2.9 Gửi liệu đến thiết bị Slave 42 3.2.10 Các chế độ hoạt động I2C 47 3.3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 48 3.3.1 Hệ thống cửa đèn 48 3.3.2 Hệ thống quạt, đèn: 51 3.3.3 Hệ thống cảm biến LCD : 56 3.3.4 Mơ hình hồn thiện 64 3.3.5 Điều khiển thiết bị nhà qua giao diện web 71 3.3.6 Truyền liệu từ thiết bị lên giao diện web 72 3.3.7 Điều khiển thiết bị nhà truyền liệu từ thiết bị lên giao diện app điện thoại 73 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC: 74 4.2 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ: 74 4.3 KẾT LUẬN 74 4.4 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mơ hình tổng qt nhà thơng minh 14 Hình 2.1 Sơ đồ Arduino Uno R3 20 Hình 2.2 Màn hình LCD 22 Hình 2.3 Mạch I2C 24 Hình 2.4 Cảm biến mưa 25 Hình 2.5 Động servo 26 Hình 2.6 Cảm biến gas MQ2 28 Hình 2.7 Sơ đồ chân ESP8266 29 Hình 2.8 Sơ đồ chân DHT11 30 Hình 3.1 Các chức sử dụng 32 Hình 3.2 Sơ đồ khối 33 Hình 3.3 Sơ đồ kết cấu nhà thông minh 34 Hình 3.4 Mơ hình hồn thiện 35 Hình 3.5 Mơ hình hồn thiện 35 Hình 3.6 Màn hình LCD phía ngồi hệ thống 64 Hình 3.7 Đèn quạt phía hệ thống 65 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến Hình 3.8 Trạng thái sevor hệ thống nhận mật 66 Hình 3.9 Trạng thái độ ẩm nhiệt độ 68 Hình 3.10 LCD báo hệ thống khơng phát mưa 69 Hình 3.11 LCD báo hệ thống khơng rị rỉ khí gas 69 Hình 3.12 LCD thơng báo có mưa 69 Hình 3.13 LCD hiển thị hệ thống rị rỉ khí gas 70 Hình 3.14 Cảnh báo mưa khí ga app diện thoại 70 Hình 3.15 Cảnh báo mưa khí ga web 71 Hình 3.16 Giao diện web điều khiển thiết bị 71 Hình 3.17 Giao diện web giám sát cảm biến 72 Hình 3.18 Giao diện giám sát điều khiển thiết bị qua app 73 10 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến { Blynk.run(); timer.run(); } } 63 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến 3.3.4 Mơ hình hồn thiện Hình 3.4 Mơ hình hồn thiện 64 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến Hình 3.5 Mơ hình hồn thiện 65 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến Thực nghiệm Khi khởi động hệ thống, hình lcd hiển thị: Hình 3.6 Màn hình LCD phía hệ thống 66 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến Hình 3.7 Đèn quạt phía hệ thống 67 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến Khi người dùng nhập mật cài đặt hệ thống cửa mở Hình 3.8 Trạng thái sevor hệ thống nhận mật Tiếp tục phía trong, hệ thống cảm biến hoạt động liên tục hiển thị LCD phía nhà Hình 3.9 Trạng thái độ ẩm nhiệt độ 68 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến Hình 3.10 LCD báo hệ thống khơng phát mưa Hình 3.11 LCD báo hệ thống khơng rị rỉ khí gas Ngược lại, hệ thống cảm biến phát có mưa hệ thống đồng thời phát tín hiệu phía cịi hú, thơng báo lên LCD, hệ thống báo động điện thoại web Hình 3.12 LCD thơng báo có mưa 69 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến Hình 3.13 LCD hiển thị hệ thống rị rỉ khí gas Hình 3.14 Cảnh báo mưa khí ga app diện thoại 70 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến Hình 3.15 Cảnh báo mưa khí ga web 3.3.5 Điều khiển thiết bị nhà qua giao diện web Hình 3.16 Giao diện web điều khiển thiết bị Khi nhấn nút điều khiên web để bật tắt thiết bị hay chế độ, nút điều khiên đặt trước kí tự tương ứng, kí tự chế chủ động71 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến truy vấn (push-pull) Theo chế này, liệu truyền từ thiết bị điều khiển đến Blynk Server đẩy (push) liên tục theo chu kỳ thời gian định Các liệu lưu trữ tạm thời Blynk Server để truy cập thiết bị khác thông qua giao thức Internet Bluetooth., đây, kí tự liên tục so sánh với lệnh điều khiển, từ kí tự tương ứng với thiết bị truyền điều khiển quản lý thiết bị phịng, từ điều khiển trạng thái thiết bị 3.3.6 Truyền liệu từ thiết bị lên giao diện web Hình 3.17 Giao diện web giám sát cảm biến Quá trình truyền liệu trạng thái thiết bị lên web ngược lại với trình nhận liệu trên: Khi ta sử dụng nút vật lý để bật tắt thiết bị nhà, kí tự ấn định tương ứng cho thiết bị điều khiển quản lý thiết bị truyền tới bo điều khiển trung tâm, đây, liệu truyền tới server qua giao thức web cập nhật trạng thái thiết bị lại giao diện web điều khiển 72 Đồ án tốt nghiệp 3.3.7 DH19TD Nguyễn Nhật Tiến Điều khiển thiết bị nhà truyền liệu từ thiết bị lên giao diện app điện thoại Tương tự web, chế hoạt động hệ thống không thay đổi nhiều, hệ thống thực thông qua chế chủ động-truy vấn (pushpull) sử dụng giao thức truyền thông đặc biệt để đảm bảo tính ổn định đáng tin cậy liệu Các thiết bị kết nối với Blynk Server lắng nghe gửi yêu cầu để truy cập liệu từ thiết bị khác mạng Hình 3.18 Giao diện giám sát điều khiển thiết bị qua app 73 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC: - Hệ thống điều khiển qua giao diện web truyền nhận trạng thái thiết bị vào hoạt động với chức năng: + Bật, tắt thiết bị như: đèn, điều hòa, cửa vào mở mật + Cảnh báo mưa, cảnh báo cháy, rị rỉ khí gas 4.2 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ: - Ưu điểm: + Hệ thống đáp ứng chức yêu cầu + Giao diện web app đơn giản, dễ dàng thao tác + Thuận tiện cho người sử dụng quản lý thiết bị nhà - Nhược điểm: + Đôi đáp ứng chưa nhạy, có độ trễ + Xử lý nhiễu chưa ổn định 4.3 KẾT LUẬN Sau nghiên cứu hoàn thành đề tài, em nhận thấy mơ hình hiệu 80% Trong thời gian nghiên cứu thực đề tài, thân em học hỏi tìm hiểu thêm nhiều kiến thức củng cố lại kiến thức học giúp hoàn thành đề tài Vì đề tài hướng đến việc giúp cho hoạt động hệ thống nhà phải hoạt động cách tự hành nên phải trọng độ ổn định xác dẫn đến nhiều khó khăn q trình lập trình Đồng thời nhờ hướng dẫn giảng viên hướng dẫn tài liệu tham khảo em giải tương đối yêu cầu đề tài Trong trình thực đề tài phần cứng, em tìm hiểu chức chân IO board Ardruino, Esp8266, kết hợp với cảm biến 74 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến để đọc giá trị…Việc kết hợp module lại với để làm việc ổn định nhiều thời gian học hỏi nhiều trình làm Tuy sản phẩm hoàn thành thân em nhận thấy sản phẩm nhiều thiếu sót, cần chỉnh sửa cải tiến 4.4 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hệ thống điều khiển giám sát qua mạng internet ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực an ninh, quốc phịng, chăn ni, y tế, gia đình, trồng trọt, Điều cho thấy phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin truyền thông Việc sử dụng kiến thức học để tiếp cận với công nghệ xu hướng giới cần thiết để phát triển hệ thống điều khiển giám sát qua mạng internet Để phát triển hệ thống này, đề xuất số hướng sau: Lắp đặt hệ thống camera giám sát: Hệ thống camera giám sát thành phần quan trọng hệ thống điều khiển giám sát qua mạng internet Với việc lắp đặt hệ thống camera giám sát, người dùng quản lý, giám sát điều khiển thiết bị từ xa thông qua mạng internet Ứng dụng hệ thống giám sát điều khiển y tế, giáo dục: Hệ thống điều khiển giám sát qua mạng internet áp dụng lĩnh vực y tế giáo dục Ví dụ, hệ thống sử dụng để giám sát sức khỏe bệnh nhân từ xa, để giáo dục từ xa Xây dựng phần mềm quản lý thiết bị di động: Phần mềm quản lý thiết bị di động cách tiện lợi để quản lý giám sát hệ thống từ xa Phần mềm thiết kế để tự động thông báo cho người dùng điều kiện bất lợi mà không cần phải truy cập vào trang web Ngồi ra, phần mềm cung cấp tính quản lý thơng minh thông báo lỗi, tùy chỉnh thông báo, hỗ trợ tương tác từ xa 75 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến Qua đề tài này, ta nhận thấy hệ thống điều khiển giám sát qua mạng internet ngày trở nên quan trọng sống đại Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển hệ thống cần thiết để đáp ứng 76 Đồ án tốt nghiệp DH19TD Nguyễn Nhật Tiến TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN – THS NGUYỄN TẤN PHƯỚC [2] LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG – NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÀ, HUỲNH THÁI HỒNG [3] TÀI LIỆU MƠN KỸ THUẬT SỐ – THS LƯU HOÀNG [4] ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH – THS NGUYỄN LƯƠNG THANH TÙNG [5] SMART HOME AUTOMATION WITH LINUX AND RASPBERRY PI STEVEN GOODWIN [6] BUILDING SMART HOMES WITH RASPBERRY PI ZERO - MARCO SCHWARTZ [7] HOME AUTOMATION WITH ARDUINO: AUTOMATE YOUR HOME USING OPEN-SOURCE HARDWARE - MARCO SCHWARTZ VÀ OGÉ NWOKOLO [8] HTTPS://ARDUINO.VN/BAI-VIET/68-CAI-DAT-DRIVER-VA- ARDUINO-IDE [9] HTTPS://WWW.INSTRUCTABLES.COM/ESP8266-BLYNK-SMART- HOME/ [10] HTTPS://WWW.INSTRUCTABLES.COM/ARDUINO-SMART-HOME/ [11] HTTPS://WWW.IOTFORALL.COM/ULTIMATE-GUIDE-TO-BUILDING- A-SMART-HOME 77