Báo cáo BTL Môn Phát triển ứng dụng IoT ,MÔ PHỎNG CẢM BIẾN ÁNH SÁNG IOT BẬT TẮT QUA BLYNK APP,MÔ PHỎNG CẢM BIẾN ÁNH SÁNG IOT,BẬT TẮT QUA BLYNK APP,HUMG,Phát triển ứng dụng IoT,CẢM BIẾN ÁNH SÁNG IOT,Báo cáo BTL Môn Phát triển ứng dụng IoT ,MÔ PHỎNG CẢM BIẾN ÁNH SÁNG IOT BẬT TẮT QUA BLYNK APP,MÔ PHỎNG CẢM BIẾN ÁNH SÁNG IOT,BẬT TẮT QUA BLYNK APP,HUMG,Phát triển ứng dụng IoT,CẢM BIẾN ÁNH SÁNG IOT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - - BÁO CÁO MÔN: PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG IOT ĐỀ TÀI : MÔ PHỎNG CẢM BIẾN ÁNH SÁNG IOT & BẬT TẮT QUA BLYNK APP Hà Nội – 2023 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .3 NỘI DUNG I Mục đích: II Ứng dụng III Thiết kế hệ thống IV Cài đặt lập trình V Thực .8 VI Thiết lập kết nối cổng COM ảo 18 VII Kết thực nghiệm 21 VIII Kết luận hướng phát triển .22 KẾT LUẬN .23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 LỜI MỞ ĐẦU Với phát triển Internet of Things (IoT), cảm biến đóng vai trị quan trọng việc thu thập liệu từ môi trường xung quanh để giúp hệ thống tự động hoá quản lý thơng minh hoạt động hiệu Trong đó, cảm biến ánh sáng quang trở loại cảm biến quan trọng sử dụng rộng rãi ứng dụng IoT, đặc biệt lĩnh vực chiếu sáng quản lý lượng Trong báo cáo này, tơi trình bày ngun lý hoạt động cảm biến ánh sáng quang trở, ứng dụng IoT, cách thiết kế lắp đặt cảm biến ánh sáng quang trở thách thức việc triển khai sử dụng cảm biến hệ thống IoT Tôi hy vọng báo cáo cung cấp cho bạn kiến thức cảm biến ánh sáng quang trở giúp bạn hiểu rõ vai trò quan trọng IoT NỘI DUNG I - Mục đích: Tìm hiểu, học hỏi, vận dụng học, cơng nghệ IOT có xu hướng phát triển - Tự nghiên cứu phát triên thêm nhiều ứng dụng IOT tương lai - Vận dụng kiến thức học giảng đường, tài liệu nhà trường kiến thức tự tìm hiểu để làm sản phẩm mô thiết bị chiếu sáng thông minh – tự động có kết nối điều khiển qua internet II Ứng dụng Cảm biến ánh sáng thông minh loại cảm biến thơng minh, phân biệt khác mức độ sáng điểm khác bề mặt không gian Cảm biến ánh sáng thơng minh có nhiều ứng dụng lĩnh vực khác nhau, bao gồm: Chiếu sáng thông minh: Cảm biến ánh sáng thông minh sử dụng hệ thống chiếu sáng thông minh để điều chỉnh độ sáng tùy thuộc vào mức độ ánh sáng tự nhiên môi trường Điều giúp tiết kiệm lượng tăng cường hiệu suất chiếu sáng Điều khiển nhiệt độ phòng: Cảm biến ánh sáng thơng minh sử dụng để điều khiển nhiệt độ phòng Khi mức độ ánh sáng thay đổi, cảm biến đọc liệu điều chỉnh nhiệt độ để đảm bảo thoải mái tiết kiệm lượng Quản lý lượng nhà thơng minh: Cảm biến ánh sáng thơng minh sử dụng để quản lý lượng nhà thông minh, cách điều khiển thiết bị tiêu thụ lượng, máy lạnh, quạt, đèn, v.v dựa mức độ ánh sáng tự nhiên môi trường Điều khiển tưới tự động: Cảm biến ánh sáng thơng minh sử dụng để điều khiển hệ thống tưới tự động Khi mức độ ánh sáng thay đổi, cảm biến kích hoạt hệ thống tưới để đảm bảo trồng cung cấp đủ nước ánh sáng Theo dõi thời tiết: Cảm biến ánh sáng thơng minh sử dụng để theo dõi thời tiết, đo mức độ ánh sáng mặt trời, đo nhiệt độ, độ ẩm thay đổi khác môi trường Với ứng dụng trên, cảm biến ánh sáng thông minh ngày ứng dụng rộng rãi III Thiết kế hệ thống Mô tả: Hệ thống cảm biến ánh sáng IoT hệ thống thiết kế để giám sát mức độ ánh sáng mơi trường chuyển đổi liệu thành tín hiệu số để truyền tải qua mạng internet Thiết kế hệ thống bao gồm thành phần sau: Cảm biến ánh sáng: Thiết bị sử dụng cảm biến ánh sáng để đo lường mức độ ánh sáng môi trường Các cảm biến tích hợp mạch tích hợp lắp đặt tách biệt Mạch điều khiển: Mạch sử dụng để điều khiển cảm biến thu thập liệu đo từ cảm biến Mạch điều khiển tích hợp module lắp đặt tách biệt Đơn vị xử lý trung tâm: Đây thiết bị điện tử sử dụng để xử lý lưu trữ liệu từ cảm biến ánh sáng Đơn vị xử lý trung tâm tích hợp module lắp đặt tách biệt Kết nối mạng: Thiết bị sử dụng để kết nối hệ thống cảm biến ánh sáng với mạng internet Kết nối thực thơng qua WiFi, Bluetooth, giao thức mạng khác Ứng dụng điều khiển: Ứng dụng sử dụng để hiển thị liệu từ cảm biến ánh sáng điều khiển hệ thống cảm biến Ứng dụng điều khiển cài đặt điện thoại thơng minh máy tính Nguồn điện: Hệ thống cảm biến ánh sáng cần có nguồn điện liên tục để hoạt động Nguồn điện cung cấp cách sử dụng nguồn điện mạng nguồn điện pin Các thiết bị hệ thống cảm biến ánh sáng IoT tích hợp lắp đặt tách biệt kết nối với thông qua mạng internet Dữ liệu từ cảm biến ánh sáng chuyển đổi thành tín hiệu số truyền tải qua mạng internet đến đơn vị xử lý trung tâm để xử lý lưu trữ Từ đó, người dùng truy cập liệu từ cảm biến ánh sáng thông qua ứng dụng điều khiển Ứng dụng điều khiển cung cấp thơng tin chi tiết mức độ ánh sáng môi trường, bao gồm thông số độ sáng, ánh sáng mặt trời ánh sáng nhân tạo Người dùng tùy chỉnh cài đặt ứng dụng để theo dõi điều khiển thiết bị cảm biến ánh sáng Hơn nữa, hệ thống cảm biến ánh sáng IoT tích hợp với hệ thống khác để giúp kiểm soát lượng tiêu thụ, tăng cường hiệu suất giảm chi phí Ví dụ, hệ thống cảm biến ánh sáng IoT tích hợp với hệ thống điều khiển tự động để điều khiển đèn chiếu sáng tối đa hoá tiết kiệm lượng Các phần mềm cơng nghệ sử dụng hệ thống Phần mềm lập trình: Phần mềm lập trình Arduino IDE, Visual Studio Code Eclipse IDE sử dụng để lập trình mạch điều khiển đơn vị xử lý trung tâm Các thư viện phần mềm: Các thư viện phần mềm thư viện Wire.h, thư viện ESP8266WiFi.h thư viện PubSubClient.h sử dụng để tương tác với linh kiện hệ thống gửi liệu đến đơn vị xử lý trung tâm Công nghệ mạng: Công nghệ mạng Wi-Fi, Bluetooth LoRaWAN sử dụng để kết nối hệ thống cảm biến ánh sáng với mạng internet Các tảng IoT: Các tảng IoT AWS IoT, Google Cloud IoT hay Microsoft Azure IoT sử dụng để lưu trữ liệu từ cảm biến ánh sáng quản lý hệ thống Các ứng dụng di động: Các ứng dụng di động Android App iOS App sử dụng để hiển thị liệu từ cảm biến ánh sáng điều khiển hệ thống Các công cụ phân tích liệu: Các cơng cụ phân tích liệu MATLAB, R Python sử dụng để phân tích xử lý liệu thu thập từ cảm biến ánh sáng IV Cài đặt lập trình Hướng dẫn cài đặt phần cứng: - Bước 1: Chuẩn bị thiết bị cần thiết như: Arduino board, cảm biến ánh sáng, breadboard, dây nối, laptop PC - Bước 2: Kết nối cảm biến ánh sáng với Arduino board Sử dụng breadboard để kết nối dây nối cảm biến board Dựa vào datasheet cảm biến ánh sáng để kết nối chân - Bước 3: Kết nối Arduino board với laptop PC sử dụng cáp USB - Bước 4: Tải cài đặt Arduino IDE laptop PC - Bước 5: Mở Arduino IDE chọn Board Port cho Arduino board Chọn loại board Arduino Uno chọn Port mà board kết nối - Bước 6: Tải cài đặt thư viện để đọc liệu từ cảm biến ánh sáng Ví dụ, sử dụng thư viện TSL2561 để đọc liệu từ cảm biến ánh sáng - Bước 7: Viết mã lập trình Arduino để đọc liệu từ cảm biến ánh sáng gửi liệu lên internet Hướng dẫn lập trình Arduino để đọc liệu từ cảm biến gửi lên Internet: - Bước 1: Định nghĩa chân kết nối cảm biến ánh sáng với Arduino board - Bước 2: Tạo biến để lưu trữ giá trị đọc từ cảm biến ánh sáng - Bước 3: Sử dụng thư viện Wire.h để giao tiếp với cảm biến ánh sáng qua giao thức I2C - Bước 4: Sử dụng thư viện ESP8266WiFi.h để kết nối với internet thơng qua module Wi-Fi ESP8266 - Bước 5: Lập trình để đọc giá trị ánh sáng từ cảm biến, lưu giá trị vào biến gửi giá trị lên internet sử dụng phương thức HTTP POST Cụ thể, sử dụng platform Thingspeak, Adafruit IO Blynk để hiển thị liệu Hướng dẫn tạo ứng dụng Blynk app để điều khiển hệ thống: - Bước 1: Tạo tài khoản Blynk App - Bước 2: Tạo project Blynk App - Bước 3: Thêm widget cần thiết vào project button, slider, LED - Bước 4: Thiết lập kết nối project Blynk App hệ thống Arduino board Có thể sử dụng kết nối Wi-Fi Bluetooth để kết nối - Bước 5: Lập trình Arduino để đọc liệu từ widget Blynk App điều khiển hệ thống Sử dụng thư viện Blynk.h để giao tiếp Arduino Blynk App - Bước 6: Cập nhật mã lập trình Arduino lên board khởi động kết nối board Blynk App - Bước 7: Kiểm tra thử nghiệm ứng dụng Blynk App để điều khiển hệ thống Với cách tiếp cận này, hệ thống đọc liệu từ cảm biến ánh sáng gửi liệu lên internet Ngoài ra, người dùng sử dụng Blynk App để điều khiển hệ thống theo ý muốn Tuy nhiên, việc lập trình cài đặt phần cứng phức tạp người bắt đầu lĩnh vực IoT Để đảm bảo an toàn hiệu quả, người dùng nên nghiên cứu kỹ phần cứng phần mềm cần thiết trước bắt đầu thực dự án IoT V Thực Thiết kế mạch phần mềm Proteus - Nối đèn led qua điện trở kết nối với chân pin 11 Arduino, đầu lại nối đất - Kết nối thiết bị COMPIM với chân RX, TX tướng ứng với chân pin Arduino Code nạp vào 10 VI Thiết lập kết nối cổng COM ảo - Khởi động phần mềm VSPE cài đặt từ trước, ta tạo cổng COM 3, COM - Hồn thành cài đặt 11 - Cài đặt thơng số thiết bị COMPIM phần mềm Proteus hình dưới: 12 - Chạy file batch \Documents\Arduino\libraries\Blynk\scripts VII Kết thực nghiệm Kết thực nghiệm với hệ thống cảm biến IoT bao gồm việc đọc liệu từ cảm biến ánh sáng gửi liệu lên internet, điều khiển hệ thống ứng dụng Blynk App Sau phân tích đánh giá kết đạt được: Đọc liệu từ cảm biến ánh sáng gửi liệu lên internet: Kết quả: Hệ thống cảm biến đọc giá trị ánh sáng từ cảm biến gửi liệu lên internet thành công sử dụng tảng Blynk 13 Phân tích: Q trình đọc liệu gửi liệu lên internet thực thành công đáp ứng yêu cầu hệ thống Dữ liệu lưu trữ hiển thị tảng đám mây để dễ dàng quản lý theo dõi Điều khiển hệ thống ứng dụng Blynk App: Kết quả: Hệ thống điều khiển bật/tắt đèn thơng qua ứng dụng Blynk App Phân tích: Việc sử dụng Blynk App để điều khiển hệ thống đơn giản hóa việc điều khiển quản lý hệ thống Người dùng điều khiển hệ thống từ xa thơng qua ứng dụng điện thoại cách dễ dàng Tổng kết: Kết thực nghiệm cho thấy hệ thống cảm biến IoT hoạt động ổn định đáp ứng yêu cầu dự án Điều cho thấy tiềm IoT việc tăng cường quản lý điều khiển thiết bị thông minh Tuy nhiên, việc triển khai hệ thống cảm biến IoT cần phải thực cách thận trọng để đảm bảo an toàn hiệu hệ thống 14 VIII Kết luận hướng phát triển Tóm tắt kết đạt được: - Hệ thống cảm biến IoT cài đặt lập trình thành cơng để đọc liệu từ cảm biến ánh sáng gửi liệu lên internet - Ứng dụng Blynk App tạo để điều khiển hệ thống bật/tắt đèn thông qua kết nối Wi-Fi Bluetooth - Kết thực nghiệm cho thấy hệ thống cảm biến IoT hoạt động ổn định đáp ứng yêu cầu dự án Đề xuất hướng phát triển hệ thống tương lai: - Tăng cường tính ứng dụng Blynk App để điều khiển quản lý thiết bị thông minh khác máy lạnh, quạt, cửa tự động, - Tăng tính ứng dụng hệ thống lĩnh vực khác nông nghiệp, y tế, đô thị thông minh, - Tích hợp thêm tính bảo mật khả tự động cập nhật phần mềm để tăng tính bảo mật ổn định hệ thống - Sử dụng cảm biến khác để thu thập thông tin đa dạng phong phú nhằm hỗ trợ quản lý giám sát cách tốt - Nghiên cứu triển khai giải pháp trí tuệ nhân tạo nhằm nâng cao hiệu hệ thống phát vấn đề sớm 15 KẾT LUẬN Trong báo cáo này, đề cập đến việc cài đặt lập trình hệ thống cảm biến IoT để đọc liệu từ cảm biến ánh sáng gửi liệu lên internet, điều khiển hệ thống ứng dụng Blynk App Kết thực nghiệm cho thấy hệ thống cảm biến IoT hoạt động ổn định đáp ứng yêu cầu dự án Các hướng phát triển hệ thống tương lai tăng cường tính ứng dụng Blynk App, tích hợp tính bảo mật khả tự động cập nhật phần mềm, sử dụng cảm biến khác để thu thập thông tin đa dạng phong phú hơn, nghiên cứu triển khai giải pháp trí tuệ nhân tạo nhằm nâng cao hiệu hệ thống phát vấn đề sớm Với phát triển IoT, hệ thống cảm biến IoT đóng vai trị quan trọng việc quản lý giám sát thiết bị thơng minh, từ giúp cho sống trở nên thông minh tiện ích 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO "The Internet of Things (IoT): A Concise Introduction" John Davies "Building Internet of Things with the Arduino" Charalampos Doukas "IoT Solutions in Microsoft's Azure IoT Suite" Scott Klein "Practical Internet of Things Security" Brian Russell, Drew Van Duren John R Vacca "Designing Connected Products: UX Design for the Internet of Things" Claire Rowland, Elizabeth Goodman, Martin Charlier Ann Light "IoT Fundamentals: Networking Technologies, Protocols, and Use Cases for the Internet of Things" David Hanes, Gonzalo Salgueiro Patrick Grossetete "IoT Data Analytics with Spark and Cassandra" Md Rezaul Karim Sridhar Alla "The Internet of Things: Do-It-Yourself at Home Projects for Arduino, Raspberry Pi and BeagleBone Black" Donald Norris "IoT Inc: How Your Company Can Use the Internet of Things to Win in the Outcome Economy" Bruce Sinclair "Building the Internet of Things: Implement New Business Models, Disrupt Competitors, Transform Your Industry" Maciej Kranz 10 17