Ứng dụng nền tảng hassio để điều khiển các thiết bị điện tử trong phòng thực hành máy tính tại tdc

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƢỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2018 -2019 Đề tài: ỨNG DỤNG NỀN TẢNG HASSIO ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ TRONG PHỊNG THỰC HÀNH MÁY TÍNH TẠI TDC Giảng viên hƣớng dẫn: ThS Cao Trần Thái Anh Nhóm tác giả: Lê Đức Tài – Đỗ Quốc Cƣờng TP Hồ Chí Minh, năm 2019 ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƢỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2018 -2019 Đề tài: ỨNG DỤNG NỀN TẢNG HASSIO ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ TRONG PHỊNG THỰC HÀNH MÁY TÍNH TẠI TDC GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẨN (Ký, Ghi rõ họ tên) TÁC GIẢ/ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (Ký, Ghi rõ họ tên) TRƢỞNG KHOA (Ký, Ghi rõ họ tên) TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm MỤC LỤC Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt i Danh mục bảng ii Danh mục hình vẽ, đồ thị iii CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu CHƢƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG Phân tích hệ thống Thiết bị 2.1 Raspberry Pi B+ 2.2 Broadlink RM Mini 2.3 Công tắc Sonoff 11 2.4 Các thiết bị sử dụng sóng Zigbee 13 Nền tảng HomeAssistant 18 3.1 Giới thiệu 18 3.2 Giao diện 18 3.3 Tính Năng 20 Mơ hình 21 4.1 Mơ hình thiết bị 21 CHƢƠNG III: TRIỂN KHAI 23 Lắp đặt 23 Cài đặt 25 2.1 Cài đặt Hassio lên Raspberry Pi3 B+ 25 2.2 Cài đặt Broadlink RM Mini 33 2.3 Cài đặt Công Tắc Sonoff 42 2.4 Cài đặt cảm biến 54 2.5 Cấu hình điều khiển bật tắt máy tính 63 2.6 Cấu hình tự động theo lịch trình 68 CHƢƠNG IV: TỔNG KẾT 73 Kết đạt đƣợc 73 Kết luận 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Chữ viết tắt/ Ký hiệu Cụm từ đầy đủ IoT Internet of Things Hass HomeAssistant (tt) (tiếp theo) i Danh mục bảng Bảng Thông số kỹ thuật Raspberry PI Model B+ Bảng Thông số kỹ thuật Broadlink RM Mini 10 Bảng Thông số kỹ thuật Sonoff T1 US Gang 12 Bảng Thông số kỹ thuật cảm biến cửa Xiaomi 15 Bảng Thông số kỹ thuật cảm biến chuyển động Xiaomi 16 Bảng Thông số kỹ thuật USB Dongle CC2531 18 Bảng Chú thích mơ hình thiết bị 22 Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình Quy trình tự động bật thiết bị Hình 2 Quy trình tự động tắt thiết bị Hình Máy tính thu nhỏ Raspberry Hình Raspberry Pi Model B Hình Broadlink RM Mini 10 Hình Sonoff T1 US Gang 11 Hình Sonoff T1 US Gang (tt) 12 Hình Sơ đồ đấu dây cho công tắc Sonoff 13 Hình Cảm biến cửa Xiaomi 14 Hình 10 Cảm biến chuyển động Xiaomi 16 Hình 11 USB Dongle CC2531 17 Hình 12 Trang web tổng hợp Components Hass 18 Hình 13 Giao diện Home Assistant 19 Hình 14 Danh sách Add-ons cài Hass 20 Hình 15 Mục cấu hình Hass 20 Hình 16 Mơ hình thiết bị 21 Hình Kết nối thiết bị với Raspberry 23 Hình Vị trí đặt cảm biến chuyển động 24 Hình 3 Vị trí lắp đặt cảm biến cửa 24 Hình Cơng tắc Sonoff nối với điện phịng B111 25 Hình Các thiết bị cần để nạp chương trình 26 Hình Chọn phiên Hass cho Raspberry 26 Hình Hướng dẫn nạp Hass cho Raspberry 27 Hình Hướng dẫn nạp Hass cho Raspberry (tt) 28 Hình Hướng dẫn nạp Hass cho Raspberry (tt) 28 Hình 10 Hướng dẫn nạp Hass cho Raspberry (tt) 29 Hình 11 Hướng dẫn nạp Hass cho Raspberry (tt) 29 Hình 12 Hướng dẫn nạp Hass cho Raspberry (tt) 30 Hình 13 Kiểm tra IP mà Modem cấp cho Hass 30 Hình 14 Hướng dẫn nạp Hass cho Raspberry (tt) 31 Hình 15 Hướng dẫn nạp Hass cho Raspberry (tt) 32 Hình 16 Hướng dẫn nạp Hass cho Raspberry (tt) 33 Hình 17 Giao diện Hass 33 Hình 18 Cài đặt ứng dụng IHC 34 Hình 19 Reset Broadlink RM Mini 34 Hình 20 Hướng dẫn kết nối wifi cho Broadlink RM Mini 35 Hình 21 Hướng dẫn kết nối wifi cho Broadlink RM Mini (tt) 35 Hình 22 Hướng dẫn kết nối wifi cho Broadlink RM Mini (tt) 36 Hình 23 Hướng dẫn kết nối wifi cho Broadlink RM Mini (tt) 36 Hình 24 Hướng dẫn kết nối wifi cho Broadlink RM Mini (tt) 37 Hình 25 Hướng dẫn kết nối wifi cho Broadlink RM Mini (tt) 37 Hình 26 Hướng dẫn cấu hình điều khiển máy lạnh 38 Hình 27 Hướng dẫn cấu hình điều khiển máy lạnh (tt) 38 Hình 28 Hướng dẫn cấu hình điều khiển máy lạnh (tt) 39 Hình 29 Kiểm tra config Restart Server 39 Hình 30 Thêm điều khiển máy lạnh vào giao diện Hass 40 Hình 31 Thêm điều khiển máy lạnh vào giao diện Hass (tt) 40 Hình 32 Thêm điều khiển máy lạnh vào giao diện Hass (tt) 41 Hình 33 Thêm điều khiển máy lạnh vào giao diện Hass (tt) 41 Hình 34 Thêm điều khiển máy lạnh vào giao diện Hass (tt) 42 Hình 35 Thêm respository Esphome 42 Hình 36 Cài đặt Add-ons ESPHome 43 Hình 37 Cài đặt Add-ons ESPHome (tt) 43 Hình 38 Cài đặt Add-ons ESPHome (tt) 44 Hình 39 Mở trang cấu hình ESPHome 44 Hình 40 Cấu hình kết nối với công tắc Sonoff 44 Hình 41 Cấu hình kết nối với cơng tắc Sonoff (tt) 45 Hình 42 Cấu hình kết nối với cơng tắc Sonoff (tt) 45 Hình 43 Cấu hình kết nối với cơng tắc Sonoff (tt) 46 Hình 44 Cấu hình kết nối với cơng tắc Sonoff (tt) 46 Hình 45 Cấu hình kết nối với cơng tắc Sonoff (tt) 47 Hình 46 Cấu hình kết nối với công tắc Sonoff (tt) 49 Hình 47 Cấu hình kết nối với công tắc Sonoff (tt) 49 Hình 48 Cấu hình kết nối với công tắc Sonoff (tt) 50 Hình 49 Khởi động lại Server 50 Hình 50 Khởi động lại Server (tt) 51 Hình 51 Cấu hình kết nối với cơng tắc Sonoff (tt) 51 Hình 52 Thêm công tắc Sonoff vào giao diện Hass 52 Hình 53 Thêm công tắc Sonoff vào giao diện Hass (tt) 52 Hình 54 Thêm cơng tắc Sonoff vào giao diện Hass (tt) 53 Hình 55 Thêm cơng tắc Sonoff vào giao diện Hass (tt) 54 Hình 56 Cài đặt Add-ons Mosquitto broker 54 Hình 57 Cài đặt Add-ons Mosquitto broker (tt) 55 Hình 58 Cấu hình Mosquitto broker 56 Hình 59 Thêm Repository Zigbee2mqtt 56 Hình 60 Cài đặt Add-ons zigbee2mqtt 57 Hình 61 Cài đặt Add-ons zigbee2mqtt (tt) 57 Hình 62 Cấu hình zigbee2mqtt 58 Hình 63 Cấu hình zigbee2mqtt (tt) 58 Hình 64 Cấu hình zigbee2mqtt (tt) 59 Hình 65 Cấu hình zigbee2mqtt (tt) 59 Hình 66 Cấu hình zigbee2mqtt (tt) 60 Hình 67 Cấu hình zigbee2mqtt (tt) 60 Hình 68 Cấu hình zigbee2mqtt (tt) 61 Hình 69 Cấu hình zigbee2mqtt (tt) 61 Hình 70 Thêm cảm biến vào giao diện Hass 61 Hình 71 Thêm cảm biến vào giao diện Hass (tt) 62 Hình 72 Thêm cảm biến vào giao diện Hass (tt) 62 Hình 73 Thêm cảm biến vào giao diện Hass (tt) 63 Hình 74 Thêm cảm biến vào giao diện Hass (tt) 63 Hình 75 Cài đặt Add-ons RPC Shutdown 64 Hình 76 Cài đặt Add-ons RPC Shutdown (tt) 64 Hình 77 Cấu hình RPC Shutdown 65 Hình 78 Cấu hình cơng tắc bật tắt máy tính 66 Hình 79 Restart Server 66 Hình 80 Restart Server (tt) 67 Hình 81 Thêm cơng tắc bật tắt máy tính vào giao diện Hass 67 Hình 82 Thêm cơng tắc bật tắt máy tính vào giao diện Hass (tt) 67 Hình 83 Thêm cơng tắc bật tắt máy tính vào giao diện Hass (tt) 68 Hình 84 Thêm cơng tắc bật tắt máy tính vào giao diện Hass (tt) 68 Hình 85 Chép file automations vào đường dẫn 69 Hình 86 Reload tự động hóa 69 Hình 87 Reload tự động hóa (tt) 70 Hình 88 Thêm lịch trình vào giao diện Hass 70 Hình 89 Thêm lịch trình vào giao diện Hass (tt) 71 Hình 90 Thêm lịch trình vào giao diện Hass (tt) 71 Hình 91 Thêm lịch trình vào giao diện Hass (tt) 72 Hình 92 Thêm lịch trình vào giao diện Hass (tt) 73 Hình Giao diện quản lý Home Assistant sau cấu hình 73 Hình Bảng điều khiển máy lạnh 74 Hình Bảng theo dõi cảm biến 74 Hình 4 Bảng điều khiển cơng tắc 74 Hình Bảng thiết lập lịch giảng dạy 75 CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong thời đại công nghệ phát triển nhƣ nay, đặc biệt Việt Nam hòa nhập phát triển Cơng nghệ 4.0 IoT đề tài thiếu nhƣng chƣa đƣợc phát triển rộng rãi đến mơi trƣờng giáo dục Vì vậy, áp dụng công nghệ IoT vào trƣờng học giúp giảng viên giảm thiểu đƣợc công việc chuẩn bị trƣớc buổi học, giúp sinh viên tiếp cận hiểu rõ IoT Trƣớc buổi học, thiết bị phòng thực hành nhƣ máy lạnh, Server cần phải đƣợc khởi động trƣớc để chuẩn bị cho buổi học, thay Giảng viên Kỹ thuật viên trƣờng phải tự khởi động thiết bị, ta ứng dụng IoT cụ thể tảng Hassio để tự động thực thao tác tắt bật, giảm thiểu đƣợc công việc trƣớc buổi học Mục tiêu Mục tiêu đề tài xây dựng hệ thống điều khiển từ xa thiết bị điện phịng B111 dựa tảng Hassio Đề tài khơng dừng mức mơ hình, mà chúng tơi muốn xây dựng hệ thống đáp ứng đƣợc phần nhu cầu ngƣời sử dụng nhằm tự động hóa thao tác tắt mở thiết bị ngày Cụ thể hơn,vào buổi sáng, Kỹ thuật viên trƣờng giảm thiểu đƣợc cơng việc mở máy lạnh Server phịng học, ngồi theo dõi từ xa trạng thái, tắt bật thiết bị từ xa gửi thơng báo có tƣợng bất thƣờng nhƣ cửa mở phát ngƣời phòng khung cho phép Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu hƣớng đế đối tƣợng thiết bị IoT với nhiều chủng loại khác nhau, đƣợc tập hợp kết nối thông qua hệ thống điều khiển trung tâm có tên Home Assistant Cụ thể hơn, thiết bị bao gồm cảm biến cửa, chuyển động Xiaomi, công tắc WiFi Sonoff, thiết bị điều khiển sóng hồng ngoại Broadlink tảng trung tâm chạy máy tính Raspberry Mơ hình đề tài đƣợc lắp đặt thử nghiệm phòng B111 trƣờng, nên phạm vi giới hạn mức điều khiển thiết bị phòng B111 bao gồm: Bật tắt theo lịch trình máy lạnh, máy tính Server, máy chiếu đèn phịng, điều khiển theo dõi từ xa thông qua WebApp Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu tài liệu tảng Hassio cách hoạt động, tham khảo thêm nội dung diễn đàn Điều tra, cách khảo sát thói quen ngƣời sử dụng, để đƣa ngữ cảnh tự động theo lịch trình theo môi trƣờng xung quanh cách hiệu hợp lý nhất, nhƣng tự động bật tắt thiết bị điện theo khung theo kiện cảm biến Mơ hình hóa, sau hồn tất bƣớc chuẩn bị cần thiết, bắt đầu tạo lên mơ hình cho phù hợp với mơi trƣờng ngƣời sử dụng Mơ hình phải thật cụ thể chi tiết để q trình thi cơng đảm bảo đƣợc tiến độ chất lƣợng Hình 71 Thêm cảm biến vào giao diện Hass (tt) 17.Chọn Entities Hình 72 Thêm cảm biến vào giao diện Hass (tt) 18.Phần Title ta để tên bất kì, ví dụ: Cảm biến, mục Entity ta tìm đến thành phần có tiền tố “binary_sensor” hậu tố “occupancy” “contact” nhƣ hình, sau chọn SAVE 62 Hình 73 Thêm cảm biến vào giao diện Hass (tt) 19.Sau ta thấy mục Cảm biến xuất Hình 74 Thêm cảm biến vào giao diện Hass (tt) 2.5 Cấu hình điều khiển bật tắt máy tính Bƣớc 1: Vào mục “Hass.io” trang quản trị Hass Bƣớc 2: Trở lại trang quản trị Hass chọn Hass.io > ADDON STORE 63 Hình 75 Cài đặt Add-ons RPC Shutdown Bƣớc 3: Chọn RPC Shutdown > INSTALL Hình 76 Cài đặt Add-ons RPC Shutdown (tt) Bƣớc 4: Sau trình INSTALL thành cơng, ta thấy mục Config cấu hình theo cấu trúc { "computers": [ { "alias": "Server", // Tên máy tính 64 "address": "192.168.0.101", khiển "credentials": "user%password" } ] } // IP máy tính cần điều // Tên đăng nhập mật Hình 77 Cấu hình RPC Shutdown Bƣớc 5: Nhấn SAVE START Bƣớc 6: Mở file switch.yaml đƣờng dẫn \\192.168.0.127\config, thêm đoạn mã sau lƣu lại: - platform: wake_on_lan name: Server // Tên máy tính mac_address: '30:10:B3:2C:07:30' // Địa MAC máy tính host: 192.168.0.127 // IP máy tính turn_off: service: hassio.addon_stdin data: addon: core_rpc_shutdown input: Server // Tên máy tính 65 Hình 78 Cấu hình cơng tắc bật tắt máy tính Bƣớc 7: Trở lại trang quản trị Hass ta vào mục Configuration > Genaral > RESTART Hình 79 Restart Server 66 Hình 80 Restart Server (tt) Bƣớc 8: Sau trình, ta trở lại Overview, ta nhấn dấu chấm góc phải > Configure UI > “+” Hình 81 Thêm cơng tắc bật tắt máy tính vào giao diện Hass Hình 82 Thêm cơng tắc bật tắt máy tính vào giao diện Hass (tt) 67 Bƣớc 9: Chọn Entities Hình 83 Thêm cơng tắc bật tắt máy tính vào giao diện Hass (tt) Bƣớc 10: Mục Title đặt tên bất kì, ví dụ: Cơng tắc máy tính, Entity chọn switch.server sau chọn SAVE Hình 84 Thêm cơng tắc bật tắt máy tính vào giao diện Hass (tt) 2.6 Cấu hình tự động theo lịch trình 68 Tải file automations.yaml tại: www.leductai.tk/link/auto.html Chép file automations.yaml vào thƣ mục \\192.168.0.127\config Hình 85 Chép file automations vào đường dẫn Tại trang quản trị Hassio, ta vào Configuration > General > RELOAD AUTOMATION Hình 86 Reload tự động hóa 69 Hình 87 Reload tự động hóa (tt) Trở lại Overview ta nhấn dấu chấm góc phải > Configure UI > “+” Hình 88 Thêm lịch trình vào giao diện Hass 70 Hình 89 Thêm lịch trình vào giao diện Hass (tt) Chọn MANUAL CARD Hình 90 Thêm lịch trình vào giao diện Hass (tt) Dán đoạn mã sau: entities: - entity: automation.sang_thu_2 71 - entity: automation.sang_thu_3 - entity: automation.sang_thu_4 - entity: automation.sang_thu_5 - entity: automation.sang_thu_6 - entity: automation.sang_thu_7 - entity: automation.sang_chu_nhat - entity: automation.sang_tat - entity: automation.chieu_thu_2 - entity: automation.chieu_thu_3 - entity: automation.chieu_thu_4 - entity: automation.chieu_thu_5 - entity: automation.chieu_thu_6 - entity: automation.chieu_thu_7 - entity: automation.chieu_chu_nhat - entity: automation.chieu_tat title: Lịch Trình type: entities Hình 91 Thêm lịch trình vào giao diện Hass (tt) Sau chọn SAVE thực bật cơng tắc buổi có lịch dạy tuần 72 Hình 92 Thêm lịch trình vào giao diện Hass (tt) CHƢƠNG IV: TỔNG KẾT Kết đạt đƣợc - Sau hồn thành lắp đặt cài đặt, điều khiển hệ thống Home Assistant thông qua Web Hình Giao diện quản lý Home Assistant sau cấu hình 73 - Điều chỉnh tắt mở, thay đổi chế độ nhiệt độ máy lạnh Hình Bảng điều khiển máy lạnh - Theo dõi trạng thái cảm biến phịng Hình Bảng theo dõi cảm biến - Điều khiển tắt bật đèn máy tính phịng Hình 4 Bảng điều khiển công tắc 74 - Tự động bật tắt thiết bị theo lịch giảng dạy Hình Bảng thiết lập lịch giảng dạy Kết luận Đề tài khoa học “Ứng dụng tảng Hassio để điều khiển thiết bị điện tử phòng thực hành máy tính TDC” đƣợc triển khai thành cơng phịng B111, đáp ứng đƣợc u cầu nhƣ bật tắt quản lý thiết bị điện phịng B111 từ xa, ngồi hệ thống hỗ trợ tự động hóa bật tắt thiết bị theo lịch giảng dạy Giảng viên, nhằm giảm thiểu công việc Kỹ thuật viên trƣờng trƣớc dạy Giảng viên Ngoài ra, đề tài giúp bạn sinh viên muốn tìm hiểu khám phá đề tài IoT có sở để nghiên cứu, tự xây dựng riêng hệ thống gia đình 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://www.home-assistant.io/docs/ [2] https://www.awesome-ha.com/ [3] Home Assistant Team - Home Assistant Documentation - Release 0.84.6 [4] Paulus Schoutsen - Automating your home with Home Assistant 76