Báo cáo đồ án cơ sở 3 tên đề tài thiết kế bóng đèn thông minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ BÁO CÁO ĐỒ ÁN CƠ SỞ TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BĨNG ĐÈN THƠNG MINH Sinh viên thực : Tăng Văn Bình – 21CE006 Lớp : 21CE1 Giảng viên hướng dẫn : TS Phan Thị Lan Anh Đà Nẵng, tháng 05 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG VIỆT HÀN Khoa Kỹ Thuật Máy Tính Và Điện Tử ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ BĨNG ĐÈN THƠNG MINH Sinh viên thực : Tăng Văn Bình – 21CE006 Lớp : 21CE1 Giảng viên hướng dẫn : TS Phan Thị Lan Anh Đà Nẵng, tháng 05 năm 2023 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Đà Nẵng, tháng 06 năm 2022 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Công Nghệ Thông Tin Và Truyền Thông Việt – Hàn lắng nghẹ luôn tạo điều kiện học tập tốt cho em toàn thể sinh viên trường Tiếp đến em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn TS Phan Thị Lan Anh tận tình giúp đỡ, tìm nhiều lỗi sai em trình tìm hiểu nghiên cứu Cơ cịn hướng dẫn em nhiều để hồn thành xong đồ án sở Vì thời gian có hạn, trình độ hiểu biết thân cịn nhiều hạn chế Cho nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đóng góp ý kiến thầy giáo để đồ án em hoàn thiện Đà Nẵng, tháng 05 năm 2023 Sinh viên thực MỤC LỤC MỞ ĐẦU 13 1.1 Giới thiệu đề tài 13 1.2 Mục tiêu đề tài 13 1.3 Phương pháp nghiên cứu .14 1.4 Phạm vi nghiên cứu .14 1.5 Nội dung kế hoạch thực 15 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Cơ sở lý thuyết .1 1.1.1 Tổng quan môi trường Arduino IDE 1.2 Yêu cầu đề 1.2.2 Thiết bị phần cứng 1.2.3 Yêu cầu ứng dụng .2 1.3 Đối tượng phạm vi ứng dụng 1.3.1 Đối tượng 1.3.2 Phạm vi CHƯƠNG II: QUY TRÌNH & CƠNG NGHỆ SỬ DỤNG 2.1 Thiết bị xậy dựng theo mơ hình đươc thể đây: 2.2 Nguyên lí hoạt động .4 2.3 Công nghệ sử dụng 2.2.1 Ngôn ngữ C++ 2.2.2 Mơi trường lập trình Arduino IDE - tảng điện tử mã nguồn mở, có sử dụng kết hợp phần cứng phần mềm Các bo mạch Arduino hồn tồn đọc đầu vào, điều khiển module cảm biến, kích hoạt động cơ, bật đèn LED, sản xuất dự án, giải vấn đề thực tế Internet .5 2.4 Các linh kiện 2.4.1 Linh kiện Arduino UNO R3 2.4.2 Cảm biến quang 2.4.3 Bóng led dây nối CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM Chế độ wifi ESP8266 3.1 Các chế độ wifi ESP8266 bao gồm: 3.2 Chế độ Wifi Station 3.3 Chế độ wifi Access Point 3.4 Web Server .9 3.4.1 Web server ? .9 3.5 Giới thiệu Blynk 10 3.5.1 Giao diện Blynk Smartphone 11 3.6 Code sử dụng cho ESP8266 11 CHƯƠNG IV: Chế Tạo Và Thử Nghiệm Thiết Bị 15 4.Chế tạo thiết bị 15 4.1 Chuẩn bị linh kiện 15 4.2 Nối dây theo sơ đồ 15 4.3 Gắn linh kiện vào hộp đựng 16 4.4 Thiết lập Blynk .17 4.5 Nạp chương trình vào ESP8266 .17 4.6 Hoàn thiện sản phẩm 18 MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu đề tài - IoT (Internet of Things) nghĩa Internet vạn vật Một hệ thống thiết bị tính tốn, máy móc khí kỹ thuật số người có liên quan với khả truyền liệu qua mạng mà không yêu cầu tương tác người với máy tính - Các doanh nghiệp có xu hướng ứng dụng sản phẩm công nghệ Iot vào sản xuất ngày nhiều thị trường sang tạo tiềm chi phí sản xuất ngày thấp Chứng kiến phát triển vũ bão ssanr phẩm ứng dụng Iot thị trường công nghệ Start up tiềm ngày sôi động hết - Với tinh thần sinh viên ngành kĩ thật máy tính điện tử Bằng u thích, sáng tạo,khám phá khoa học kĩ thuật.Chúng tơi định “Thiết kế ổ điện thông minh có kết nối WIFI sử dụng Blynk”với mục đích nâng cao trải nghiệm người dùng đảm bảo an toàn cao điện tiện lợi mà ứng dụng mang lại 1.2 Mục tiêu đề tài - Mục tiêu ổ cắm thông minh kết nối WiFi cung cấp cho người dùng khả điều khiển thiết bị điện tử từ xa thông qua mạng WiFi Với ổ cắm thông minh kết nối WiFi, người dùng bật tắt thiết bị điện tử, điều chỉnh độ sáng, nhiệt độ tính khác cách dễ dàng thơng qua ứng dụng điện thoại thông minh - Ổ cắm thông minh kết nối WiFi mang lại thuận tiện tiết kiệm thời gian cho người dùng, đồng thời giúp tiết kiệm lượng giảm chi phí điện cách tắt thiết bị không cần thiết khơng sử dụng Ngồi ra, ổ cắm thơng minh kết nối WiFi mang lại khả giám sát điều khiển thiết bị điện tử từ xa, giúp người dùng kiểm sốt tình trạng thiết bị đảm bảo an toàn sử dụng - Mục tiêu đồ án xây dựng ổ cắm thơng minh kết nối WiFi có khả điều khiển từ xa thiết bị điện thông qua ứng dụng di động Cụ thể, mục tiêu cụ thể bao gồm: Thiết kế mạch điện tử: Xây dựng mạch điện tử để kết nối ổ cắm với module Wi-Fi vi điều khiển Lập trình vi điều khiển: Sử dụng vi điều khiển nhúng để điều khiển hoạt động ổ cắm thông minh Kết nối với mạng Wi-Fi: Thiết lập kết nối đến mạng Wi-Fi sẵn có để ổ cắm thơng minh truyền nhận liệu từ ứng dụng di động Phát triển ứng dụng di động: Sử dụng tảng Blynk để phát triển ứng dụng di động cho phép người dùng điều khiển ổ cắm thông minh từ xa 1.3 Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp thực nghiệm: - xây dựng tài ổ cắm điện thơng minh có khả kết nối với hệ thống nhà thông minh, hay đánh giá hiệu sử dụng tài ổ cắm điện thông minh so với tài ổ cắm điện thông thường 1.4 Phạm vi nghiên cứu  Thiết kế phát triển: Nghiên cứu thiết kế phát triển tài ổ cắm điện thông minh, bao gồm việc lựa chọn linh kiện, thiết kế mạch điện, lập trình vi điều khiển phát triển ứng dụng điều khiển  Kết nối với hệ thống nhà thông minh: Nghiên cứu khả kết nối tài ổ cắm điện thông minh với hệ thống nhà thơng minh khác, ví dụ hệ thống điều khiển ánh sáng, hệ thống điều khiển nhiệt độ,  Tiết kiệm lượng: Nghiên cứu khả tiết kiệm lượng tài ổ cắm điện thơng minh, bao gồm tính tự động tắt nguồn không sử dụng, tự động điều chỉnh điện áp,  An toàn bảo mật: Nghiên cứu tính an tồn bảo mật tài ổ cắm điện thông minh, bao gồm khả phát ngắn mạch, nhiễu điện, bảo vệ chống sét,  Trải nghiệm người dùng: Nghiên cứu trải nghiệm người dùng đánh giá hiệu sử dụng tài ổ cắm điện thông minh, bao gồm độ tin cậy, khả tương tác, tính thẩm mỹ, 1.5 Nội dung kế hoạch thực a) Nội dung thực B1: Tìm hiểu đề tài B2: Các cơng cụ thực - Ngơn ngữ lập trình C++ B3: Phân tích thiết kế hệ thống Linh kiện thiết bị: Hệ thống ổ cắm điện thông minh cần sử dụng linh kiện thiết bị vi điều khiển, cảm biến, mạch điện, bảng mạch in, Các linh kiện thiết bị cần lựa chọn cho phù hợp với mục đích sử dụng đảm bảo tính an tồn, độ bền độ tin cậy Thiết kế mạch điện: Thiết kế mạch điện bước quan trọng việc xây dựng hệ thống ổ cắm điện thông minh Thiết kế mạch điện cần đảm bảo tính an tồn, độ bền, độ tin cậy hiệu suất hoạt động hệ thống Ngoài ra, cần lưu ý đến việc sử dụng nguồn điện có điện áp dịng điện phù hợp với linh kiện sử dụng hệ thống Lập trình vi điều khiển: Vi điều khiển trung tâm điều khiển hệ thống ổ cắm điện thông minh Việc lập trình vi điều khiển cần đảm bảo tính linh hoạt, dễ dàng cài đặt cấu hình, đồng thời cần hỗ trợ giao thức liên lạc Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee để kết nối với thiết bị khác hệ thống nhà thông minh Tính tính ứng dụng: Hệ thống ổ cắm điện thơng minh cần có tính tính ứng dụng tự động tắt nguồn không sử dụng, điều khiển từ xa qua smartphone, tích hợp với thiết bị khác hệ thống nhà thông minh, Những tính cần xây dựng cho đáp ứng nhu cầu mong muốn người dùng Kiểm tra đánh giá: Sau hồn thành thiết kế hệ thống ổ cắm điện thơng minh, cần tiến hành kiểm tra đánh giá hiệu suất hoạt động hệ thống Kiểm tra đánh giá cần đảm bảo tính xác đáng tin cậy, để đưa giải pháp cải tiến cần thiết B4: Làm slide thuyết trình - Công cụ thực hiện: PowerPoint B5: Làm báo cáo dự án - Công cụ thực hiện: MS Word - STT Kế hoạch thực Nội dung Thời gian làm việc 2.2.2 Mơi trường lập trình Arduino IDE - tảng điện tử mã nguồn mở, có sử dụng kết hợp phần cứng phần mềm Các bo mạch Arduino hồn tồn đọc đầu vào, điều khiển module cảm biến, kích hoạt động cơ, bật đèn LED, sản xuất dự án, giải vấn đề thực tế Internet Hình 2.3: Logo Arduino 2.4 Các linh kiện 2.4.1 Linh kiện Arduino UNO R3 - Là board mạch phát triển dựa Module Esp8266-12S, thiết bị nhỏ gọn tích hợp Wifi để dễ dàng kết thực ứng dụng thu thập liệu điều khiển thiết bị thông qua Wifi - WeMos D1 Mini hỗ trợ để nạp trực tiếp thông qua USB mà không cần thực thao tác thủ công (sử dụng nút nhấn reset flash) NodeMCU nhằm đơn giản hóa q trình làm việc với board mạch Hình 2.4: Arduino UNO R3 2.4.2 Cảm biến quang - Giúp điều khiển đóng ngắt tải cơng suất sử dụng điện áp AC, DC với dòng tải tối đa 10A Module hỗ trợ đóng ngắt độc lập kênh, với nguồn cấp Relay tùy chọn dùng chung nguồn cấp với mạch điều khiển dùng nguồn riêng qua Jumper Hình 2.5: cảm biến quang 2.4.3 Bóng led dây nối -Là thiết bị điện tử dùng để chuyển đổi dịng điện có điện áp cao (220V) xuống dịng điện có điện áp thấp (24V,19V,12V,5V) Thiết bị gọi adapter Hình 2.6: bóng led Hình 2.7: dây nối màu CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM Chế độ wifi ESP8266 3.1 Các chế độ wifi ESP8266 bao gồm: - Access Point (AP) Mode: Chế độ cho phép ESP8266 hoạt động điểm truy cập (Access Point) wifi, cho phép thiết bị khác kết nối tới Trong chế độ này, ESP8266 cung cấp tên mạng wifi (SSID) mật (password), thiết bị khác kết nối tới tên mạng để truy cập internet - Station (STA) Mode: Chế độ cho phép ESP8266 hoạt động thiết bị kết nối tới điểm truy cập wifi có sẵn (Access Point) ESP8266 kết nối tới mạng wifi cách cung cấp tên mạng (SSID) mật (password) điểm truy cập wifi - Station + Access Point Mode: Chế độ cho phép ESP8266 hoạt động điểm truy cập (Access Point) wifi thiết bị kết nối tới điểm truy cập wifi có sẵn (Access Point) đồng thời Chế độ thường sử dụng ứng dụng nhà thông minh (Smart Home) để cung cấp mạng wifi riêng cho thiết bị nhà - SoftAP + Station Mode: Chế độ cho phép ESP8266 hoạt động điểm truy cập (Access Point) wifi thiết bị kết nối tới điểm truy cập wifi có sẵn (Access Point) đồng thời, chế độ này, ESP8266 tạo mạng wifi riêng để cung cấp địa IP quản lý kết nối 3.2 Chế độ Wifi Station - Khi chạy chế độ Wifi Station, module ESP8266 quét tìm kiếm tín hiệu wifi có sẵn vùng phủ sóng Sau đó, ESP8266 kết nối tới AP wifi định, thông qua việc cung cấp tên mạng (SSID) mật (password) AP - Khi kết nối thành cơng, module ESP8266 có địa IP cấp phát AP wifi truy cập vào internet thơng qua AP wifi Với chế độ Wifi Station, module ESP8266 hoạt động thiết bị mạng thông minh (Smart device) để truyền liệu lấy thông tin từ internet thiết bị khác mạng wifi Hình 3.1 ESP32 Webserver chế độ Station 3.3 Chế độ wifi Access Point - Khi chạy chế độ Wifi AP, module ESP8266 phát tín hiệu wifi cung cấp tên mạng (SSID) mật (password) để thiết bị khác kết nối vào mạng wifi Module ESP8266 cấp phát địa IP cho thiết bị khác kết nối tới mạng wifi - Chế độ Wifi AP thường sử dụng để tạo mạng wifi tạm thời, ứng dụng nhà thông minh (Smart Home) để cung cấp mạng wifi riêng cho thiết bị nhà, cho phép chúng truy cập vào internet tương tác với thông qua mạng wifi 10 3.4 Web Server 3.4.1 Web server ? - Một máy tính cài đặt chương trình phục vụ ứng dụng web Webserver có khả tiếp nhận request từ trình duyệt web gửi phản hồi đến client thông qua giao thức HTTP giao thức khác - Bất bạn xem trang web internet, có nghĩa bạn yêu cầu trang từ web server - Khi nhập URL trình duyệt (web browser) chrome, firefox thực chất làm bước sau: + Trình duyệt u cầu thơng tin từ nhiều máy chủ DNS (thông qua internet) Máy chủ DNS cho trình duyệt biết địa IP tên miền trỏ đến nơi đặt trang web + Máy chủ DNS chuyển hướng trình duyệt sang địa IP máy chủ ứng với tên miền + Máy chủ phản hồi cho trình duyệt thơng tin u cầu: Thơng thường trang HTML + Trình duyệt render file html, css, js… mà máy chủ truyền thành website hiển thị lên máy tính cho người dùng sử dụng Hình 3.2 Web Server 3.5 Giới thiệu Blynk - Blynk ứng dụng chạy tảng iOS Android để điều khiển giám sát thiết bị thông qua internet Blynk không bị ràng buộc với phần cứng cụ thể cả, thay vào đó, hỗ trợ phần cứng cho bạn lựa chọn Arduino, Raspberry Pi, ESP8266 nhiều module phần cứng phổ biến khác 11  Đặc tính - API giao diện người dùng tương tự cho tất phần cứng thiết bị hỗ trợ  Kết nối với đám mây cách sử dụng: - Wifi - Bluetooth BLE - Ethernet - USB (Nối tiếp) - GSM  Bộ Widget dễ sử dụng - Thao tác ghim trực tiếp mà không cần viết mã - Dễ dàng tích hợp thêm chức cách sử dụng ghim ảo - Theo dõi liệu lịch sử qua tiện ích SuperChart - Giao tiếp thiết bị với thiết bị sử dụng Bridge Widget - Gửi email, tweet, push notification… Hình 3.3 Ứng dụng Blynk 3.5.1 Giao diện Blynk Smartphone 12 Hình 3.4 Thư viện Blynk sau cài xong 3.6 Code sử dụng cho Arduino UNO R3  / * -                 MODULE CẢM BIẾN ÁNH SÁNG QUANG TRỞ - PHOTORESISTOR -*Channel M&E Automation:https://bit.ly/3uz3Bt8 *Vui lòng đăng ký kênh https://bit.ly/34a2of1 cảm ơn bạn nhiều! *Danh sách phát Arduino : https://bit.ly/34BUDlU Code1 -*/ int Sensor = A0; int Value; void setup() {   Serial.begin(9600);   pinMode(Sensor, INPUT); 13 } void loop() {   Value = analogRead(Sensor);   Serial.print("value read from sensor: ");   Serial.println(Value);   delay(1000); } // Code2 -int Sensor = 2; int Value; void setup() {   Serial.begin(9600);   pinMode(Sensor, INPUT); } void loop() {   Value = digitalRead(Sensor);   Serial.print("Value read from sensor: ");   Serial.println(Value);   delay(1000); } // -Code3 int Sensor = A0; int Value; int Ledpin = 13; void setup() {   Serial.begin(9600);   pinMode(Ledpin, OUTPUT);   digitalWrite(Ledpin, LOW);   pinMode(Sensor, INPUT); } void loop() {   Value = analogRead(Sensor);   Serial.print("Value read from sensor: "); 14   Serial.println(Value);             } if (Value >= 500)   digitalWrite(Ledpin, HIGH); else   digitalWrite(Ledpin, LOW);   delay(1000); CHƯƠNG IV: Chế Tạo Và Thử Nghiệm Thiết Bị 4.Chế tạo thiết bị 4.1 Chuẩn bị linh kiện 4.2 Nối dây theo sơ đồ Hình 4.1: Sơ đồ mạch 15 4.3 Gắn linh kiện vào hộp đựng Hình 4.2: gắn linh kiện vào hộp đựng 16 4.4 Thiết lập Blynk Hình 4.3: Thiết lập Bynk 4.5 Nạp chương trình vào ESP8266 17 Hình 4.4: Nạp chương trinh vào ESP8266 18 4.6 Hồn thiện sản phẩm Hình 4.5: Hồn thiện sản phẩm 19 Hình 4.6: Hồn thiện sản phẩm 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO https://chat.openai.com/c/2d5a91a3-1e89-48708957-060397cdade5 https://blynk.cloud/dashboard/global