Tại nơi này, mạch điện nhà thông minh đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu độc đáo, nơi những cải tiến công nghệ đang hình thành một bức tranh vô cùng hứa hẹn.Trong ngữ cảnh này, việc tí
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ VÀ ÁNH SÁNG Thành viên nhóm: Phạm Thành Đạt - B20DCDT Nguyễn Văn Huy – B20CDCT089 Bùi Ngọc Đức – B20DCDT053 Giảng viên: Trịnh Trung Hiếu HÀ NỘI – 2023 Mục lục Lời nói đầu Phần.I Giới thiệu 1.1 Mục tiêu nghiên cứu 2.1 Giới thiệu tổng quát mạch .4 Phần.II Mô tả mạch linh kiện 2.1 Mô tả mạch Arduino UNO R3: Cảm biến DHT11: Màn hình LCD 1602 với giao tiếp I2C: .5 Relay: 5 Quạt thơng gió: Module cảm biến ánh sáng đầu số (DO): .6 Nguồn điện: Các kết nối cáp: .6 2.2 Mơ hình mơ 2.3 Linh kiện chức A Arduino R3 .8 B LCD 1602 .11 C Giao thức I2C 13 D Module Relay 5V kênh .15 E DHT11 17 F Động DC 19 Phần III Kết luận chung 22 Lời nói đầu Trong thời đại ngày nay, bùng nổ công nghệ thông tin truyền thông mở giới tiện ích ứng dụng thơng minh, đặc biệt lĩnh vực nhà Được biết đến với tên "Nhà Thông Minh," không gian sống đại không nơi an cư mà trung tâm tương tác linh hoạt tiện lợi Tại nơi này, mạch điện nhà thông minh trở thành lĩnh vực nghiên cứu độc đáo, nơi cải tiến cơng nghệ hình thành tranh vơ hứa hẹn Trong ngữ cảnh này, việc tích hợp cảm biến nhiệt độ ánh sáng mạch điện nhà thông minh mở triển vọng việc quản lý lượng tối ưu hóa mơi trường sống Cảm biến nhiệt độ khơng giúp đo lường kiểm sốt nhiệt độ mơi trường mà tạo hội để điều chỉnh hệ thống làm lạnh sưởi ấm cách hiệu Đồng thời, cảm biến ánh sáng có khả theo dõi cường độ ánh sáng tự nhiên, từ đưa định việc sử dụng đèn nhân tạo quản lý tốt nguồn ánh sáng tự nhiên, giúp tiết kiệm lượng tạo môi trường sống thuận tiện Nghiên cứu mục tiêu tìm hiểu sâu rộng cách mà mạch điện nhà thơng minh, tích hợp cảm biến nhiệt độ ánh sáng, đóng góp vào việc tối ưu hóa mơi trường sống Chúng đánh giá hiệu suất hệ thống dựa nhiều yếu tố tiết kiệm lượng, thoải mái cho người sử dụng, ảnh hưởng bảo vệ môi trường Nhưng không việc kiểm soát nhiệt độ ánh sáng, nghiên cứu nhấn mạnh vào khả tương tác đồng hóa với thiết bị ứng dụng thông minh khác nhà, hệ thống an ninh, giải trí, quản lý lượng tổng thể Mục tiêu cuối không tạo mơi trường sống "thơng minh" mà cịn làm cho trở nên thơng minh theo thời gian, dựa việc học máy hiểu biết sâu sắc mơ hình sử dụng người dùng Chúng kỳ vọng nghiên cứu khơng đóng góp cho lĩnh vực nghiên cứu nhà thơng minh mà cịn mang lại giá trị thực tế cho người sử dụng cuối cùng, hướng dẫn cho phát triển giải pháp công nghệ tiên tiến nhà tương lai Phần.I Giới thiệu 1.1Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu nhằm đặt loạt mục tiêu để đánh giá hiệu suất mạch điện nhà thơng minh tích hợp cảm biến nhiệt độ ánh sáng Đầu tiên, tập trung vào khả tiết kiệm lượng cách tự động điều chỉnh nhiệt độ ánh sáng Tiếp theo, nghiên cứu đánh giá cảm nhận thoải mái người sử dụng môi trường sống điều chỉnh hệ thống Mục tiêu bao gồm việc quản lý môi trường để tạo nhà bền vững, khả tích hợp tương tác với thiết bị ứng dụng thông minh khác Cuối cùng, nghiên cứu tập trung vào kết hợp học máy liệu từ cảm biến để cải thiện dự đoán hiệu suất hệ thống theo thời gian Đây bước quan trọng để xây dựng môi trường sống thông minh, tiết kiệm lượng bền vững nhà tương lai 2.1Giới thiệu tổng quát mạch Mạch kiểm soát nhiệt độ Arduino hệ thống tự động thiết kế để trì điều kiện mơi trường ổn định Mục tiêu hệ thống điều khiển tốc độ quay quạt phụ thuộc vào liệu đo từ cảm biến nhiệt độ, giúp giảm thiểu tác hại nhiệt độ môi trường lên các thiết bị nhạy cảm đến biến đổi điều kiện môi trường Hệ thống sử dụng loạt linh kiện cảm biến để đo điều khiển điều kiện môi trường Cảm biến DHT11 sử dụng để đo nhiệt độ, cảm biến ánh sáng đầu số (DO) để đo lường mức độ ánh sáng môi trường xung quanh Arduino UNO R3 não hệ thống, đọc liệu từ cảm biến định tốc độ quay quạt thơng gió bật tắt đèn thơng qua việc điều khiển relay Màn hình LCD 1602 với giao tiếp I2C sử dụng để hiển thị thông tin nhiệt độ độ ẩm lên hình, cho phép người dùng dễ dàng theo dõi điều kiện mơi trường Hệ thống có khả đọc liệu từ cảm biến DHT11 hiển thị trạng thái quạt hình Phần.II Mơ tả mạch linh kiện 2.1Mô tả mạch Arduino UNO R3: Chức năng: Arduino UNO R3 điều khiển hệ thống Nó đọc liệu từ cảm biến DHT11, định bật tắt quạt thơng gió hiển thị thơng tin lên hình LCD -Kết nố: Arduino nối với linh kiện khác thông qua chân số (Digital Pins) chân analog (Analog Pins) Cảm biến DHT11: - Chức năng: Cảm biến DHT11 sử dụng để đo nhiệt độ độ ẩm tủ lưu trữ - Kết nối: Cảm biến DHT11 có ba chân: VCC (+), Data (chuyển đổi liệu), GND (-) Chân Data nối với chân số Arduino để truyền liệu Màn hình LCD 1602 với giao tiếp I2C: - Chức năng: Màn hình LCD 1602 sử dụng để hiển thị thông tin nhiệt độ độ ẩm Giao tiếp I2C giúp giảm số lượng chân kết nối - Kết nối: Màn hình LCD kết nối với Arduino thông qua chân A4 (SDA) chân A5 (SCL) để giao tiếp I2C Relay: - Chức năng: Relay cơng tắc điện tử có khả bật tắt nguồn điện cho quạt thơng gió - Kết nối: Relay nối với Arduino thông qua chân số (Digital Pin), thường chân số Arduino Nguồn điện 5V cung cấp lượng cho relay quạt Quạt thơng gió: - Chức năng: Quạt sử dụng để điều chỉnh nhiệt độ bên tủ chống ẩm Khi bật, quạt làm mát môi trường - Kết nối: Quạt nối với relay, relay điều khiển nguồn điện cho quạt Module cảm biến ánh sáng đầu số (DO): - Chức năng: Được sử dụng để đo lường mức độ ánh sáng môi trường xung quanh chuyển đổi giá trị đo thành đầu số - Kết nối: +)Kết nối chân cảm biến ánh sáng với pin 5V Arduino +)Kết nối chân lại cảm biến ánh sáng với chân GND Ground) Arduino +)Kết nối chân trung tâm cảm biến ánh sáng chân Arduino, chẳng hạn chân A0 (analog pin 0) Nguồn điện: - Chức năng: Nguồn điện cung cấp lượng cho toàn hệ thống, bao gồm Arduino, relay quạt - Kết nối: Arduino linh kiện cấp nguồn từ nguồn 5V Các kết nối cáp: - Chức năng: Các cáp dây nối linh kiện với Arduino nhau, tạo kết nối mạch - Kết nối: Các cáp dây sử dụng để nối linh kiện với nhau, đảm bảo liệu điện áp chuyển đổi hiệu Hệ thống hoạt động sau: Arduino đọc liệu từ cảm biến DHT11 nhiệt độ độ ẩm, sau định bật tắt quạt thơng gió dựa giá trị nhiệt độ so với ngưỡng cài đặt Màn hình LCD 1602 hiển thị thơng tin nhiệt độ độ ẩm, với trạng thái quạt Relay sử dụng để điều khiển nguồn điện cho quạt thông qua việc bật tắt 2.2 Mơ hình mơ 2.3 Linh kiện chức A Arduino R3 Khi nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình hay nghiên cứu chế tạo dịng mà người ta thường tìm hiểu dịng Arduino UNO Hiện dịng mạch phát triển tới hệ thứ (R3) Nếu bạn người tìm hiểu tơi khun bạn nên sử dụng Arduino Uno R3 để phục vụ cho việc học tập nghiên cứu dịng Arduino khác dịng Arduino Uno R3 có kích thước nhỏ gọn, đầy đủ tính dễ sử dụng người tiếp cận lập trình Thơng số kỹ thuật Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa chân I/O 30 mA Dòng tối đa (5V) 500 mA Dòng tối đa (3.3V) 50 mA Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bootloader SRAM KB (ATmega328) EEPROM KB (ATmega328) Nguồn sử dụng Arduino UNO có thể cấp nguồn 5V thơng qua cổng USB cấp nguồn ngồi với điện áp khuyên dùng 7-12V DC giới hạn 6-20V Thường cấp nguồn pin vng 9V hợp lí bạn khơng có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt ngưỡng giới hạn trên, bạn làm hỏng Arduino UNO. Các chân: GND (Ground): cực âm nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng thiết bị sử dụng nguồn điện riêng biệt chân phải nối với 5V: cấp điện áp 5V đầu Dòng tối đa cho phép chân 500mA 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu Dòng tối đa cho phép chân 50mA Vin (Voltage Input): để cấp nguồn cho Arduino UNO, bạn nối cực dương nguồn với chân cực âm nguồn với chân GND IOREF: điện áp hoạt động vi điều khiển Arduino UNO đo chân Và dĩ nhiên ln 5V Mặc dù bạn không lấy nguồn 5V từ chân để sử dụng chức khơng phải cấp nguồn RESET: việc nhấn nút Reset board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET nối với GND qua điện trở 10KΩ 10 B LCD 1602 Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD 1602 (Liquid Crystal Display) sử dụng nhiều ứng dụng VĐK LCD 1602 có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác như: khả hiển thị kí tự đa dạng (chữ, số, kí tự đồ họa); dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tiêu tốn tài nguyên hệ thống, giá thành rẻ,… Thông số kĩ thuật của sản phẩm LCD 1602: - Điện áp MAX : 7V - Điện áp MIN : - 0,3V - Hoạt động ổn định : 2.7-5.5V - Điện áp mức cao : > 2.4 - Điện áp mức thấp :