Xây dựng mô hình điều khiển thiết bị điện trong nhà thông minh ứng dụng phần mềm blynk

z ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2020-2021 Tên đề tài: Xây dựng mơ hình điều khiển thiết bị điện nhà thơng minh ứng dụng phần mềm Blynk Giảng viên hướng dẫn: Đồn Chánh Tín Nhóm tác giả: Nguyễn Tấn Tài Ngơ Thiết Doanh Nguyễn Tấn Của TP Hồ Chí Minh, năm 2021 Trang1 z ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2020-2021 Tên đề tài: Xây dựng mơ hình điều khiển thiết bị điện nhà thông minh ứng dụng phần mềm Blynk GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẨN TÁC GIẢ/ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (Ký, Ghi rõ họ tên) (Ký, Ghi rõ họ tên) TRƯỞNG KHOA (Ký, Ghi rõ họ tên) TP Hồ Chí Minh, năm 2021 i LỜI MỞ ĐẦU Vài năm trở lại đây, giới dần tiến vào kỷ nguyên Internet of Things (IoT), nhà thông minh trở thành xu hướng công nghệ tất yếu tiêu chuẩn nhà đại Mặc dù dựa nên tảng IoT, nhiên có nhiều cách tiếp cận khác việc thiết kế mơ hình nhà thơng minh Một số cách kể đến sử dụng máy tính nhúng RaspberryPI3, Orange Pi One, PIC, Arduino Trong đề tài nhóm em nghiên cứu : “ Xây dựng mơ hình điều khiển thiết bị điện nhà thông minh ứng dụng phần mềm Blynk” So với cách tiếp cận khác tiếp cận đơn giản, giá thành rẻ dùng Raspberry PI3 nhiều tài liệu nghiên cứu Ngoài việc hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học với cơng việc cịn có ý nghĩa sâu sắc sinh viên thực Sinh viên thực hành kiến thức học từ ghế nhà trường, giúp cho sinh viên làm quen với thiết bị, cảm biến mà trước nằm giấy, từ tăng thêm niềm đam mê, kích thích cho sinh viên nghiên cứu sáng tạo Sau thời gian học tập nghiên cứu thực đề tài nhóm em hồn thành đề tài giao Nhóm em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Ban giám hiệu, cán công nhân viên nhà trường giúp đỡ nhóm em suốt thời gian học tập trường Các thầy cô khoa Điện – Điện Tử dạy nhóm em kiến thức chuyên ngành Đặc biệt xin cảm ơn đến thầy Đồn Chánh Tín, người trực tiếp hướng dẫn đề tài hỗ trợ cho nhóm em nhiều kiến thức, tài liệu sở vật chất để em hồn thành tốt đề tài i UBND TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ THỦ ĐỨC CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỀ CƯƠNG THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ CỦA HSSV NĂM HỌC 2020 - 2021 Tên đề tài Tiếng Việt : XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ THƠNG MINH ỨNG DỤNG PHẦN MỀM BLYNK Tiếng Anh: BUILDING A CONTROL MODEL OF SMART INDOOR ELECTRICAL EQUIPMENT APPLYING BLYNK SOFTWARE Thời gian thực hiện: tháng Bắt đầu từ tháng 12 năm 2020 đến tháng năm 2021 Đề tài có trùng với đề tài tiến hành khơng? (nếu có, nêu lý do) Có (Bổ sung thêm tính cịn thiếu mơ hình hữu) Chủ nhiệm đề tài - Họ tên: Nguyễn Tấn Tài, Giới tính: Nam - Năm sinh: 01/06/2001, Quê quán: Vân Canh – Bình Định - Học lớp: CD19DC2(DUC), MSSV: 19211DC2362 - Ngành: Điện công nghiệp, Khoa: Điện – Điện Tử - Điện thoại liên lạc: 0388159972, Email: tantaivc798@gmail.com - Họ tên: Ngô Thiết Doanh, Giới tính: Nam - Năm sinh: 09/08/2001, Q qn: Bắc Bình – Bình Thuận - Học lớp: CD19DC2(DUC), MSSV: 19211DC4179 - Ngành: Điện công nghiệp, Khoa: Điện – Điện Tử - Điện thoại liên lạc: 0397285152, Email:2001ngothietdoanh@gmail.com - Họ tên: Nguyễn Tấn Của, Giới tính: Nam - Năm sinh: 09/08/1995, Quê quán: Tp.HCM - Học lớp: CD19DC2(DUC), MSSV: 19211DC4179 - Ngành: Điện công nghiệp, Khoa: Điện – Điện Tử - Điện thoại liên lạc: 0777081094, Email:2001nguyentancua@gmail.com Tóm tắt hoạt động nghiên cứu chủ nhiệm đề tài (Các chương trình, đề tài nghiên cứu khoa học tham gia, cơng trình cơng bố liên quan tới phương hướng đề tài) ii Thời Tư cách Tên đề tài/công trình gian Cấp quản lý/nơi cơng bố tham gia Cơ quan phối hợp cộng tác viên đề tài (Ghi rõ đơn vị cá nhân mời nhận lời mời tham gia đề tài, ý kiến xác nhận đồng ý tham gia đồng thực đề tài) Cộng tác viên TT Cơ quan phối hợp Họ tên Chuyên ngành Cơ quan/đơn vị ứng dụng kết nghiên cứu Tên quan/đơnvị TT Địa ứng dụng kết nghiên cứu Khoa Điện – Điện Tử 53 Võ Văn Ngân, phường Linh Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Chiểu, quận Thủ Đức, thành phố Đức Hồ Chí Minh Thuyết minh cần thiết đề tài - Tổng quan cơng trình nghiên cứu nước liên quan tới vấn đề nghiên cứu đề tài (trích dẫn tài liệu nước) - Lý chọn đề tài: + Tính thời đề tài: - Cùng với tiến vượt bậc khoa học – kỹ thuật nhu cầu ngày cao tiện nghi thoải mái người việc sinh hoạt hàng ngày nhà thị trường có mặt loại thiết bị điện dân dụng thông minh như: tủ lạnh thông minh, bếp thông minh, máy giặt thông minh… Song song với phát iii triển nhanh chóng thiết bị điện dân dụng phải cần thêm hệ thống điện phù hợp với chức thiết bị Xuất phát từ thực tiễn ấy, đề tài nghiên cứu nhằm ứng dụng vào hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thay cho cơng tắc truyền thống Đồng thời qua cung cấp cho người có nhũng hiểu biết khái quát điều khiện hệ thống điện từ xa, qua chúng em có nhìn trực quan, nắm rõ ngun lý hoạt động hệ thống để áp dụng vào thực tiễn sống sau trường + Tính cấp thiết đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao chất lượng Trong điền kiện kinh tế thị trường cạnh tranh cao hội nhập sâu rộng chất lượng sản phẩm ngày nâng cao yếu tố quan trọng phản ánh trình độ phát triển kinh tế đời sống người xã hội Đơn vị, địa bàn tiến hành nghiên cứu (xã, huyện, tỉnh, vùng) - Hiểu biết thực tế tác giả đơn vị, địa bàn nghiên cứu - Sinh viên nghiên cứu trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức Mục tiêu đề tài - Nhà thông minh mơ hình nhà người đại ưu tiên lựa chọn Đặc điểm nhà thông minh tiện nghi thoải mái mà đem lại cho người sử dụng, tiện nghi thoải mái mà mơ hình đem lại cịn minh chứng cho phát triển không ngừng tiến khoa học kỹ thật bối cảnh xã hội đại ngầy - Hiện học phần tích hợp hệ thống điều khiển truyền thơng, có thực hành điều khiển cho hệ thống điện qua kết nối không dây, bạn sinh viên chưa tiếp xúc trực tiếp với mơ hình điều khiển thực tế, chưa có hội đấu nối vào phần cứng hệ thống điện với thiết bị điện tử để điều khiển hệ thống, học phần mềm mô - Nhận thấy điểm hạn chế với gợi ý giảng viên hướng dẫn, nhóm tác giả lên ý tưởng thực mơ hình nhà thơng minh với hệ thống điện điều khiển phần mềm qua smart phone với tính gần giống với ngơi nha thông thông minh thời điểm - Mô hình giúp việc giảng dạy thầy cô môn trở nên dễ dàng hơn, giúp sinh viên học tập hiệu iv 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài - Mơ hình nhà với hệ thống điện điều khiển phần mềm smart phone - Tài liệu hướng dẫn sử dụng mơ hình 11 Các phương pháp nghiên cứu sử dụng để nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu lí thuyết từ internet, sách tham khảo - Thi cơng mơ hình thực nghiệm 12 Các chuyên đề nghiên cứu dự kiến đề tài (tên nội dung chuyên đề) Chương 1: Tổng quan nhà với hệ thống điện điều khiển phần mềm Chương 2: Thông số kỹ thuật mơ hình điều khiển thiết bị điện nhà thông minh ứng dụng phần mềm Blynk Chương 3: Hướng dẫn sử dụng mơ hình điều khiển thiết bị điện nhà thông minh ứng dụng phần mềm Blynk Chương : Kết luận hướng phát triển 13 Cấu trúc dự kiến báo cáo kết đề tài (chi tiết hoá chương mục) Chương 1: Tổng quan mơ hình điều khiển thiết bị điện nhà thông minh ứng dụng phần mềm Blynk 1.1 Các hệ thống điện thường sử dụng 1.2 Tổng quan hệ thống điện mơ hình Chương 2: Thơng số mơ hình điều khiển thiết bị điện nhà thông minh ứng dụng phần mềm Blynk 2.1 Thông số mơ hình 2.2 Danh mục vật tư Chương 3: Hướng dẫn sử dụng mơ hình điều khiển thiết bị điện nhà thông minh ứng dụng phần mềm Blynk 3.1 Sơ đồ ngun lí hệ thống điện mơ hình điều khiển thiết bị điện nhà thông minh ứng dụng phần mềm Blynk 3.2 Hướng dẫn kết nối phần cứng Chương : Kết luận hướng phát triển 4.1 Kết luận 4.2 Hướng phát triển đề tài 14 Tính đa ngành liên ngành đề tài v - Đề tài liên quan đến ngành/chuyên ngành nào? -Đề tài nghiêm cứu liên quan đến ngành CNKT Điện, Điện tử ; Điện Cơng Nghiệp - Tính đa/liên ngành thể nội dung trình triển khai đề tài? 15 Khả sử dụng sở vật chất, trang thiết bị (tên phòng thí nghiệm sử dụng đề tài) - Phịng thực hành mạng truyền thơng cơng nghiệp 16 Khả hợp tác quốc tế - Hợp tác đã/đang có (tên tổ chức vấn đề hợp tác) - Hợp tác có (tên tổ chức vấn đề hợp tác) 17 Các hoạt động nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết  - Điều tra khảo sát  - Xây dựng mơ hình thử nghiệm  - Biên soạn tài liệu  - Viết báo cáo khoa học  - Hội thảo khoa học  - Tập huấn  - Các hoạt động khác  18 Kết dự kiến 18.1 Kết khoa học - Dự kiến đóng góp đề tài : Mơ hình điều khiển thiết bị điện nhà thơng minh ứng dụng phần mềm Blynk Tài liệu hướng dẫn sử dụng mơ hình - Số báo, sách, báo cáo khoa học dự kiến công bố: 01 18.2 Kết ứng dụng - Các sản phẩm công nghệ - Khả ứng dụng thực tế kết - Ứng trọng điều khiển thiết bị điện nhà qua mạng internet 18.3 Kết ứng dụng khác 19 Nội dung tiến độ thực đề tài vi (các công việc cần triển khai, thời hạn thực sản phẩm đạt được) Thời gian thực Sản phẩm TT Hoạt động nghiên cứu Từ Đến khoa học tháng tháng Thu thập viết tổng quan tài liệu 12/2020 01/2021 Xây dựng đề cương nghiên cứu 01/2021 01/2021 chi tiết Chương 1: Tổng quan mơ hình điều khiển thiết bị điện nhà thông minh ứng dụng phần mềm Blynk Chương 2: Thơng số mơ hình điều khiển thiết bị điện nhà thông minh ứng dụng phần mềm Blynk Chương 3: Hướng dẫn sử dụng mơ hình điều khiển thiết bị điện nhà thông minh ứng dụng phần mềm Blynk Chương : Kết luận hướng phát triển Điều tra khảo sát, thí nghiệm, thu thập số liệu Chuyên đề/Nội dung Chuyên đề/Nội dung Xử lý kết Viết báo cáo chuyên đề 02/2021 04/2021 Số chuyên đề (như mục 2) Hội thảo kỳ Bổ sung số liệu/thử nghiệm/ứng dụng Tổng kết số liệu Viết báo cáo tổng hợp 04/2021 04/2021 Hội thảo lần cuối Hoàn thiện báo cáo Nộp sản phẩm 05/2021 05/2021 Nghiệm thu đề tài 05/2021 05/2021 20 Phân bổ kinh phí (Tuỳ theo đặc điểm chuyên môn đề tài, mục/tiểu mục bảng có thay đổi cho phù hợp) TT Nội dung Kinh phí Xây dựng đề cương chi tiết Thu thập viết tổng quan tài liệu Thu thập tư liệu (mua, thuê) Dịch tài liệu tham khảo (số trang x đơn giá) vii Viết tổng quan tư liệu Điều tra, khảo sát, thí nghiệm, thu thập số liệu, nghiên cứu Chi phí tàu xe, cơng tác phí Chi phí th mướn Chi phí th khốn chun mơn (có giá trị từ 2.000.000 VNĐ/đề tài trở lên phải có hợp đồng th khốn chun mơn, giá trị nhỏ 2.000.000 VNĐ/đề tài phải có bảng ký nhận) Chi phí hoạt động chun mơn Th, mua sắm trang thiết bị, nguyên vật liệu Thuê trang thiết bị Mua trang thiết bị Mua nguyên vật liệu, cây, Viết báo cáo khoa học, nghiệm thu Viết báo cáo Hội thảo Nghiệm thu Chi khác Mua văn phịng phẩm In ấn, photocopy Quản lý phí 4.000.000 VNĐ Tổng kinh phí (Tổng kinh phí viết chữ) Bốn triệu đồng chẵn 20 Tài liệu tham khảo để viết đề cương TIẾNG VIỆT [1] Nguyễn Tuấn Huynh, Internet of things-Các vấn đề nay, NXB Hà Nội, 2018 [2] Phạm Minh Tuấn, Internet of things (IoT)-Cho người bắt đầu, IoT Maker VietNam, 2016 [3] Maciej Kranz, Thiết lập Internet vạn vật doanh nghiệp, Alpha Books, 2020 TIẾNG NƯỚC NGOÀI [4] Marcro Schwartz, Internet of Things with ESP8266, ISBN: 9781786468024, Packt Publishing, 2016 [5] Ilyas Baig, Chiktay Muzamil, Salahuddin Dalvi, Home automation using arduino wifi module esp8266, Anjuman-i-islam’s, Kalsekar technical campus, Panvel, 2016 viii CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ 3.1 Cài đặt NodleMCU ESP8266 Wifi : Khởi động Arduino IDE, click vào File công cụ chọn Preferences (Ctrl+Comma) Chèn đường Link để Arduino IDE nhận Board http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json 35 Vào Tools > Board > Boards Manager Cửa sổ mở lên ta Seach Esp8266 để tải danh mục Board Nhấn Install để tiến hành cài đặt 3.2 Thêm thư viện Blynk cho Aduino IDE: Cách 1: Khởi động Arduino IDE, click vào Sketch công cụ chọn Include Libarary > Manage Libraries 36 Tiếp theo vùng Library Manager nơi chứa thư viện từ doanh nghiệp, cộng đồng, cá nhân quyên góp tiền để xây dựng phần mềm Click vào Filter your seach để tiềm kiếm thư vện sử dụng Type Topic để lọc kết tìm kiếm mà cần 37 Khi chọn thư viện cần, nhấn Install để tiến hành cài đặt Tiến hành kiểm tra xem thư viện thêm vào chưa: Vào File > Examples 38 Cách 2: Khởi động Arduino IDE, click vào Sketch công cụ chọn Include Library > Add.ZIP library… Truy cập vào thư mục lưu thư viện có ZIP Click vào thư viện muốn cài đặt 39 Nếu Upload thành công Arduino IDE xuất thông báo Library add to your libraries Check Include library menu 40 Tiến hành kiểm tra xem thư viện thêm vào chưa: Vào File > Examples 3.3 Tạo tài khoản Blynk : Để sử dụng App Blynk cần phải đăng ký tài khoản Ở có cách đăng ký Facebook tạo tài khoản (Create New Account) 41 - Nhập thông tin tài khoản Gmail Rồi nhấn Sign Up để tiến hành đăng ký - Sau đăng ký hoàn thành, tiến hành tạo Project - Click vào dấu cộng (+) công cụ để tiến hành tạo Project - Click vào Create để hoàn tất việc tạo - Blynk cấp mã chứng thực Token, mã gửi trực tiếp vào Gmail đăng ký - Mã Token dùng để lập trình cho ứng dụng Blynk 42 - Để Bật/Tắt thiết bị cần có nút bấm để điều khiển Vào Widget Box (+) > Click vào Button để lấy nút nhấn Click vào Button để tiến hành cài đặt thông số - Ở mục Button: Đặt tên cho nút nhấn - OUTPUT: Cấu hình cho PIN cần kết nối, chọn Digital > gp16 (chân có LED tích hợp board mạch sẵn) - MODE: có chế độ PUSH (nhấn thả) SWITCH (nhấn giữ) - ON/OFF LABELS: Thay đổi chế đọ hiển thị cho nút nhấn - DESIGN: Ở phần điều chỉnh màu sắc nút nhấn 43 Muốn điều khiển thiết bị ta tạo giao diện gồm nhiêu nút nhấn 3.4 Lưu đồ giải thuật tổng quát: Hình 17 Lưu đồ giải thuật hệ thống 44 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN Quá trình kết nối kiểm tra cảm biến điều khiển thực Kết làm việc điều khiển sau: Chức điều khiển thiết bị từ xa điện thoại Hình 18 Tắt hết tất thiết bị Đầu tiên ta mở phần ứng dụng Blynk điện thoại thông minh Giao diện điều khiển thiết bị qua Blynk hình 3.19 Hiện trạng thái đèn tắt Tiến hành bật điện phòng ngủ kết sau: Hình 19 Bật đèn phịng ngủ 45 Hình 20 Bật đèn phịng ngủ Sau tiến hành bật tất bóng đèn phịng khách Hình 21 Bật đèn phịng khách Hình 22 Bật tất bóng đèn 46 Qua nhiều lần kiểm tra khảo sát thực tế chúng em thấy hệ thống hoạt động xác, ổn định Có thể điều khiển từ thiết bị từ xa thông qua mạng wifi mạng 3G, 4G Dưới kết nối module hệ thống Hình 23 Kết nối module cảm biến độ ẩm, module ánh sáng, module độ ẩm đất 47 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Về hoàn thành yêu cầu ban đầu đề tài đề Trên sở nghiên cứu vi điều khiển ESP8266 phương pháp điều khiển thiết bị từ xa thời gian thực, đặc biệt phương pháp điều khiển thiết bị thông qua mạng wifi, kết hợp với kỹ thuật lập trình nhúng Đồng thời chúng em tìm hiểu module cảm biến thường sử dụng nhà thơng để áp dụng vào hệ thống Chúng em áp dụng xây dựng thành công mơ hình dàn trải hệ thống điều khiển thiết bị điện qua mạng wifi Từ ứng dụng vào thực tiễn công việc sau trường Nhà nơi để trở sau ngày làm việc, nơi để nghỉ ngơi, nơi vui với gia đình, nơi gắn kết người với Một nhà thông minh làm cho sống trở nên an toàn tiện nghi tạo cảm giác thoải mái cho người sử dụng Đồ án đưa giải pháp thiết kế ngơi nhà thơng minh đơn giản Mơ hình thiết kế có khả quản lý thiết bị gia dụng cách linh hoạt thông qua thiết bị di động cầm tay, điều khiển thiết bị cách tự động theo kịch chủ nhà đặt Như điều khiển thiết bị từ xa điện thoại, điều khiển thiết bị nút nhấn có cập nhập trạng thái Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm lên hình LCD điện thoại, điều khiển số quạt theo nhiệt độ môi trường, gửi cảnh báo qua gmail nhiệt độ nhà vượt ngưỡng cho phép Điều khiển thiết bị dựa vào cảm biến hồng ngoại, điều khiển thiết bị dựa vào cảm biến chuyển động cảm biến ánh sáng Mơ hình nhà thơng minh thiết kế hoạt động xác, ổn định, đáp ứng yêu cầu đề Tuy nhiên, giới hạn thời gian thực đồ án nên mơ hình thiết kế chưa thực hồn thiện Để ngơi nhà trở nên thơng minh hơn, số hướng đề xuất nhằm hồn thiện mơ sau: - Cần tạo thêm kịch cho nhà, kịch tổng hợp tất thao tác bật-tắt thiết bị kịch nhà, kịch ngủ - Gắn thêm hệ thống camera giám sát nhà 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Nguyễn Tuấn Huynh, Internet of things-Các vấn đề nay, NXB Hà Nội, 2018 [2] Phạm Minh Tuấn, Internet of things (IoT)-Cho người bắt đầu, IoT Maker VietNam, 2016 [3] Maciej Kranz, Thiết lập Internet vạn vật doanh nghiệp, Alpha Books, 2020 TIẾNG NƯỚC NGOÀI [4] Marcro Schwartz, Internet of Things with ESP8266, ISBN: 9781786468024, Packt Publishing, 2016 [5] Ilyas Baig, Chiktay Muzamil, Salahuddin Dalvi, Home automation using arduino wifi module esp8266, Anjuman-i-islam’s, Kalsekar technical campus, Panvel, 2016 [6] Cuno Pfister, Getting Started with the Internet of Things, O’Reilly, 2014 [7] Mohanraj I, Kirthika Ashokumar, Naren J , Monitoring and Automation using IOT in Agriculture Domain, 6th International Conference On Advances In Computing & Communications, ICACC 2016, 2016 49