MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN......................................................................................................... i LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. ii MỤC LỤC ............................................................................................................ iii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ...............................................................................v DANH SÁCH CÁC BẢNG................................................................................. vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.................................................................... viii MỞ ĐẦU ................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF THINGS (IoT)......................2 1.1 Khái niệm:...................................................................................................2 1.2 Các thành phần cơ bản của IoT...................................................................3 1.2.1 Thiết bị IoT (IoT Devices)..........................................................................4 1.2.2 Mạng kết nối (Connectivity).......................................................................4 1.2.3 Dữ liệu (Data)..............................................................................................4 1.2.4 Ứng dụng và phân tích (Applications and Analytics).................................4 1.3 Các ứng dụng của IoT.................................................................................4 1.3.1 Ứng dụng trong lĩnh vực vận tải .................................................................5 1.3.2 Ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp..........................................5 1.3.3 Ứng dụng trong nhà thông minh .................................................................6 1.4 Các thách thức trong việc nghiên cứu, triển khai IoT.................................7 1.5 Tiểu kết chương...........................................................................................8 CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM SỬ DỤNG .......9 2.1 Giới thiệu phần cứng...................................................................................9 2.1.1 Raspberry Pi 3 .............................................................................................9 2.1.2 Động cơ Servo...........................................................................................14 2.1.3 Cảm biến nhiệt độ DHT11 ........................................................................17 2.1.4 Cảm biến khí gas MQ2 ............................................................................17 2.1.5 Module Relay 2 Channel 5v......................................................................18 2.1.6 Màn hình LCD 16x2 .................................................................................19 2.1.7 Module chuyển đổi giao tiếp I2C..............................................................20 2.1.8 Còi Buzzer 5V...........................................................................................20 2.2 Giới thiệu về phần mềm............................................................................21 2.2.1 Các đặc điểm của Blynk............................................................................21 2.2.2 Ưu điểm và nhược điểm của Blynk ..........................................................22 2.3 Tiểu kết chương.........................................................................................22 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ......................................23 3.1 Giới thiệu...................................................................................................23 3.2 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống.....................................................................23 3.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống............................................................................23 3.2.2 Sơ đồ các thiết bị.......................................................................................24 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của khối nút nhấn...........................................................26 3.2.4 Sơ đồ mạch in khối nút nhấn.....................................................................26 3.2.5 Xây dựng lưu đồ thuật toán.......................................................................28 3.3 Lập trình trên Raspberry và Blynk............................................................29 3.3.1 Giới thiệu phần mềm lập trình Python trên Visual Studio Code ..............29 3.3.2 Lập trình trên Raspberry bằng Visual Studio Code ..................................29 3.3.3 Cấu hình kết nối trên web Blynk và app Blynk ........................................30 3.4 Thi công.....................................................................................................36 3.5 Tiểu kết chương.........................................................................................38 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THỰC THI ................................................................39 4.1 Mô hình nhà thông minh ...........................................................................39 4.2 Kết quả vận hành hệ thống........................................................................39 4.3 Tiểu kết chương.........................................................................................42 KẾT LUẬN...........................................................................................................43 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................44 PHỤ LỤC .............................................................................................................45 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Internet of Things (IoT)..........................................................................2 Hình 1.2: Sự phát triển của iot dự đoán đến năm 2020 ..........................................3 Hình 1.3: Tổng quan về ứng dụng của IoT.............................................................5 Hình 1.4: Theo dõi lộ trình đi của xe chở hàng ......................................................5 Hình 1.5: Theo dõi tình trạng sinh trưởng của cây trồng........................................6 Hình 1.6: Ví dụ về nhà thông minh.........................................................................7 Hình 2.1: Board Raspberry pi 3..............................................................................9 Hình 2.2: Phần cứng của Raspberry Pi 3..............................................................10 Hình 2.3: Các cổng giao tiếp trên Raspberry........................................................11 Hình 2.4: Sơ đồ chân GPIO..................................................................................13 Hình 2.5: Giao diện hệ điều hành Raspbian .........................................................14 Hình 2.6: Hình ảnh động cơ Servo .......................................................................15 Hình 2.7: Điều khiển động cơ Servo bằng Duty Cycle ........................................16 Hình 2.8: Cảm biến nhiệt độ Độ ẩm DHT11 .....................................................17 Hình 2.9 :Cảm biến khí gas MQ2........................................................................17 Hình 2.10: Module relay 2 channel 5V ................................................................18 Hình 2.11 : Màn hình LCD 16x2..........................................................................19 Hình 2.12: Module chuyển đổi giao tiếp I2C .......................................................20 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống..............................................................................23 Hình 3.2: Sơ đồ các thiết bị ..................................................................................24 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý của khối nút nhấn ......................................................26 Hình 3.4: Sơ đồ mạch in nút nhấn ........................................................................27 Hình 3.5: Sơ đồ linh kiện 3D nút nhấn .................................................................27 Hình 3.6: Lưu đồ thuật toán điều khiển trực tiếp..................................................28 Hình 3.7:Phần mềm Remote SSH ........................................................................29 Hình 3.8: Giao diện thanh công cụ để kết nối ......................................................30 Hình 3.9: Giao diện lập trình chính ......................................................................30 Hình 3.10: Giao diện sau khi đăng nhập...............................................................31 Hình 3.11: Cửa sổ Virtual Pin Datastream ...........................................................31 Hình 3.12: Giao diện Wed Dashboard..................................................................32 Hình 3.13: Cửa sổ switch Settings........................................................................32 Hình 3.14: Cửa sổ Devices...................................................................................33 Hình 3.15: Giao diện khi hoàn thành....................................................................33 Hình 3.16: Lấy mã Auth Token............................................................................34 Hình 3.17: Cửa sổ My Templates.........................................................................35 Hình 3.18: Giao diện khi hoàn thành trên điện thoại............................................35 Hình 3.19: Sơ đồ bố trí các thiết bị trong mô hình ...............................................36 Hình 3.20: đèn và quạt được lắp đặt ở phòng ngủ................................................36 Hình 3.21: Màn hình và servo được đặt ở phòng khách.......................................37 Hình 3.22: Khí gas lắp ở phòng bếp và DHT11 ở phòng khách ..........................37 Hình 3.23: Lắp đặt Relay......................................................................................38 Hình 4.1: Kết quả nhà thông minh khi lắp đặt hoàn chỉnh...................................39 Hình 4.2: Thực hiện đóng mở cửa ........................................................................40 Hình 4.3: Thực hiện đo nhiệt độ, độ ẩm...............................................................40 Hình 4.4: Cảnh báo khí gas...................................................................................41 Hình 4.5: Thực hiện bật tắt đèn và quạt................................................................41 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Bảng thông số kỹ thuật của Raspberry Pi ............................................10 Bảng 2.2: Các chân của Servo ..............................................................................15 Bảng 2.3: Hình ảnh xung tương ứng với góc quay...............................................16 Bảng 3.1: Nối chân các thiết bị.............................................................................25 Bảng 3.2: Danh sách các linh kiện........................................................................27 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Diễn giải Dịch nghĩa IoT Internet of Things Mạng lưới vạn vật kết nối internet I2C InterIntergratel Circuit Đường bus giao tiếp giữa các IC GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GPIO General Purpose Input Output Là vi điều khiển trong các mạch in GNOME GNU Network Object Model Environment Là một môi trường desktop mã nguồn mở và một dự án phần mềm tự do SoC System on a Chip Hệ thống trên một vi chip RISC Reduced Instruction Set Computer Máy tính có tập lệnh cơ bản hóa PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung API Application Programming Interface Giao diện Lập trình Ứng dụng SSH Secure Shell Là một giao thức mạng được sử dụng để thiết lập kết nối an toàn giữa hai thiết bị
ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA ĐIỆN, ĐIỆN TỬ & CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU - NGUYỄN HỒNG THANH TÙNG TRƯƠNG QUỐC KHÁNH TÌM HIỂU VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH SỬ DỤNG RASPBERRY PI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Huế - 2024 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA ĐIỆN, ĐIỆN TỬ & CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU - NGUYỄN HOÀNG THANH TÙNG TRƯƠNG QUỐC KHÁNH TÌM HIỂU VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH SỬ DỤNG RASPBERRY PI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Viễn thơng NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS HỒNG ĐẠI LONG Huế - 2024 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN, ĐIỆN TỬ & CNVL Độc lập – Tự – Hạnh phúc Huế, ngày 30 tháng 12 năm 2023 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Hoàng Thanh Tùng : Trương Quốc Khánh MSV: 19T1051024 MSV: 19T1051032 Chuyên ngành: Điện, điện tử cơng nghệ vật liệu Khóa: K43 Hệ đào tạo: Đại học quy Khóa học: 2019 – 2024 I Tên đề tài: TÌM HIỂU VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH SỬ DỤNG RASPBERRY PI II Thời gian thực hiện: 01/09/2023- 30/12/2023 III Nhiệm vụ: Các số liệu ban đầu: - Kit Raspberry Pi - Module Relay 5V kênh điều khiển đóng/mở đèn, quạt - Động Servo MG90S điều khiển đóng/mở cửa - Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 - Cảm biến khí ga MQ-2 - Màn hình LCD 16x2 giao tiếp I2C còi Buzzer 5V - Ứng dụng web điều khiển thiết bị từ xa Nội dung thực hiện: Nguyễn Hoàng Thanh Tùng Trương Quốc Khánh - Tìm hiểu ứng dụng Blynk - Tìm hiểu kit Raspberry Pi - Xây dựng chương trình để nhận liệu từ Blynk, xử lí ngơn ngữ lập trình Python liệu để trả lại đồng thời - Tìm hiểu cách điều khiển Nhiệm vụ điều khiển thiết bị động Servo, cảm biến nhà nhiệt độ, độ ẩm DHT11 - Tìm hiểu hoạt động - Thi cơng mơ hình nhà Nội dung đồ án thực thi cảm biến khí gas thơng minh, kết nối MQ -2 module lại với Chương 1: Tổng quan Chương 3: Thiết kế thi IoT công mô hình Chương 2: Giới thiệu Chương 4: Kết thiết bị phần mềm sử dụng LỜI CẢM ƠN Chúng em xin trân trọng gửi đến quý thầy, tồn thể bạn lời cảm ơn sâu sắc hỗ trợ dành tâm huyết người trình thực đồ án Trường Đại học Khoa học Huế Đầu tiên, chúng em muốn cám ơn thầy, cô khoa Điện, Điện tử Công nghệ Vật liệu truyền đạt kiến thức quý giá cho chúng em giúp đỡ chúng em việc học tập sống Chúng em tự hào biết ơn kiến thức, kỹ mà em học từ môn học suốt năm rưỡi ngồi ghế nhà trường Đặt biệt, chúng em muốn bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy hướng dẫn TS Hoàng Đại Long dành thời gian kiến thức sâu rộng để hướng dẫn chúng em trình nghiên cứu thực đồ án Sự tận tâm quan tâm thầy không giúp chúng em vượt qua khó khăn mà nguồn động viên lớn để phát triển kỹ kiến thức chuyên ngành Cuối cùng, không nhắc đến hỗ trợ đặc biệt từ gia đình bạn bè Sự hiểu biết động viên từ họ động lực to lớn, giúp chúng em vượt qua thử thách khó khăn, đồng thời hồn thành hành trình nghiên cứu Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn hỗ trợ giúp đỡ người suốt thời gian thực đồ án này! LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng chúng em hướng dẫn khoa học TS Hoàng Đại Long Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài chúng em tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Những thơng tin phục vụ cho đề tài tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Chúng em xin chịu trách nhiệm cơng trình nghiên cứu riêng mình! Xác nhận người hướng dẫn Thừa Thiên Huế, ngày…tháng…năm 20… Tác giả MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ .v DANH SÁCH CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF THINGS (IoT) 1.1 Khái niệm: 1.2 Các thành phần IoT 1.2.1 Thiết bị IoT (IoT Devices) 1.2.2 Mạng kết nối (Connectivity) .4 1.2.3 Dữ liệu (Data) 1.2.4 Ứng dụng phân tích (Applications and Analytics) 1.3 Các ứng dụng IoT 1.3.1 Ứng dụng lĩnh vực vận tải 1.3.2 Ứng dụng lĩnh vực sản xuất nông nghiệp 1.3.3 Ứng dụng nhà thông minh 1.4 Các thách thức việc nghiên cứu, triển khai IoT 1.5 Tiểu kết chương CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM SỬ DỤNG .9 2.1 Giới thiệu phần cứng 2.1.1 Raspberry Pi .9 2.1.2 Động Servo 14 2.1.3 Cảm biến nhiệt độ DHT11 17 2.1.4 Cảm biến khí gas MQ-2 17 2.1.5 Module Relay Channel 5v 18 2.1.6 Màn hình LCD 16x2 19 2.1.7 Module chuyển đổi giao tiếp I2C 20 2.1.8 Còi Buzzer 5V 20 2.2 Giới thiệu phần mềm 21 2.2.1 Các đặc điểm Blynk 21 2.2.2 Ưu điểm nhược điểm Blynk 22 2.3 Tiểu kết chương .22 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 23 3.1 Giới thiệu 23 3.2 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống .23 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 23 3.2.2 Sơ đồ thiết bị .24 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý khối nút nhấn 26 3.2.4 Sơ đồ mạch in khối nút nhấn .26 3.2.5 Xây dựng lưu đồ thuật toán .28 3.3 Lập trình Raspberry Blynk 29 3.3.1 Giới thiệu phần mềm lập trình Python Visual Studio Code 29 3.3.2 Lập trình Raspberry Visual Studio Code 29 3.3.3 Cấu hình kết nối web Blynk app Blynk 30 3.4 Thi công 36 3.5 Tiểu kết chương .38 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC THI 39 4.1 Mơ hình nhà thơng minh 39 4.2 Kết vận hành hệ thống 39 4.3 Tiểu kết chương .42 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHỤ LỤC .45 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Internet of Things (IoT) Hình 1.2: Sự phát triển iot dự đốn đến năm 2020 Hình 1.3: Tổng quan ứng dụng IoT .5 Hình 1.4: Theo dõi lộ trình xe chở hàng Hình 1.5: Theo dõi tình trạng sinh trưởng trồng Hình 1.6: Ví dụ nhà thơng minh .7 Hình 2.1: Board Raspberry pi Hình 2.2: Phần cứng Raspberry Pi 10 Hình 2.3: Các cổng giao tiếp Raspberry 11 Hình 2.4: Sơ đồ chân GPIO 13 Hình 2.5: Giao diện hệ điều hành Raspbian 14 Hình 2.6: Hình ảnh động Servo .15 Hình 2.7: Điều khiển động Servo Duty Cycle 16 Hình 2.8: Cảm biến nhiệt độ - Độ ẩm DHT11 .17 Hình 2.9: Cảm biến khí gas MQ-2 17 Hình 2.10: Module relay channel 5V 18 Hình 2.11: Màn hình LCD 16x2 19 Hình 2.12: Module chuyển đổi giao tiếp I2C .20 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 23 Hình 3.2: Sơ đồ thiết bị 24 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý khối nút nhấn 26 Hình 3.4: Sơ đồ mạch in nút nhấn 27 Hình 3.5: Sơ đồ linh kiện 3D nút nhấn 27 Hình 3.6: Lưu đồ thuật toán điều khiển trực tiếp 28 Hình 3.7:Phần mềm Remote SSH 29 Hình 3.8: Giao diện cơng cụ để kết nối 30 Hình 3.9: Giao diện lập trình 30 Hình 3.10: Giao diện sau đăng nhập .31 Hình 3.11: Cửa sổ Virtual Pin Datastream 31 Hình 3.12: Giao diện Wed Dashboard 32 Hình 3.13: Cửa sổ switch Settings 32 Hình 3.14: Cửa sổ Devices 33 Hình 3.15: Giao diện hồn thành 33 Hình 3.16: Lấy mã Auth Token 34 Hình 3.17: Cửa sổ My Templates 35 Hình 3.18: Giao diện hoàn thành điện thoại 35 Hình 3.19: Sơ đồ bố trí thiết bị mơ hình .36 Hình 3.20: đèn quạt lắp đặt phòng ngủ 36 Hình 3.21: Màn hình Servo đặt phịng khách 37 Hình 3.22: Khí gas lắp phòng bếp DHT11 phòng khách 37 Hình 3.23: Lắp đặt Relay 38 Hình 4.1: Kết nhà thơng minh lắp đặt hồn chỉnh 39 Hình 4.2: Thực đóng mở cửa 40 Hình 4.3: Thực đo nhiệt độ, độ ẩm .40 Hình 4.4: Cảnh báo khí gas 41 Hình 4.5: Thực bật tắt đèn quạt 41