Trang 1 1HỘI NGHỊ TỔNG KẾT HOẠT ĐỘNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ NHÓM SRT NĂM HỌC 2019-2020THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH IOT TRONGKHU SMARTCAMPUSAPPLYING IOTS ON
1 HỘI NGHỊ TỔNG KẾT HOẠT ĐỘNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ NHÓM SRT NĂM HỌC 2019-2020 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN THƠNG MINH IOT TRONG KHU SMARTCAMPUS APPLYING IOTS ON SMART CAMPUS MODEL Nguyễn Phước Thái1, Nguyễn Kim Tuấn2, Nguyễn Hữu Tuấn2, Nguyễn Thành Linh3,Trịnh Thanh Tâm3 1Lớp 18ĐT1, 2Lớp 18ĐT2, 3Lớp 17ĐT1, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng GVHD: TS Nguyễn Thị Khánh Hồng Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt - Bài báo trình bày kết nghiên cứu, thiết kế Abstract - This paper presents the results of researching, chế tạo “Ứng dụng IoTs xây dựng mô hình trường học designing and manufacturing "Application of IoTs on smart thơng minh” Mơ hình giúp giám sát điều khiển việc điểm campus models" This model helps to monitor and control student danh sinh viên; bật/tắt thiết bị điện; hệ thống cảnh báo cháy attendance; turn on / off electrical appliances; fire alarm system; nổ; hệ thống tự động chiếu sáng sân vườn; hệ thống Automatic lighting system in the university yard; and warning cảnh báo di chuyển thiết bị phòng học sử dụng system when moving devices in the classroom using Wifi / 3G / mạng Wifi/3G/4G Giải pháp kỹ thuật điều khiển dựa 4G network Engineering solutions based on technologies are cơng nghệ lập trình ESP32 ứng dụng kỹ thuật IoTs such as ESP32 programming and the application of IoTs giúp quản lý khuôn viên trường đại học cách tối ưu, tiết technology for optimal university management, labor saving, easy kiệm sức lao động, dễ dàng kiểm soát điều khiển từ xa remote control Từ khóa - IoTs; Smart Campus; Phịng học thơng minh; Điều Key words - Internet of Things; Smart Campus; Smart khiển thông minh; ESP32 Classroom; Smart Control; Module; ESP32 Đặt vấn đề minh” (Smart Campus), nhằm hướng đến “thành phố Cuộc cách mạng công nghệ 4.0 diễn thông minh” (Smart City); Tăng cường chuyển giao công nghệ từ kết phát triển nhiều nước giới, khái niệm thiết đạt đề tài hướng đến khởi nghiệp bị thông minh, tủ lạnh thông minh, tivi thông minh phát Học tập thông minh, văn phịng thơng minh, an ninh triển tảng IOTs,… sử dụng rộng rãi thông minh, nhận dạng thơng minh, dịch vụ quản lí thơng giới công nghệ ngày nay, làm vạn vật xung quanh minh, dịch vụ thông minh quản lí đời sống sinh viên, qua khơng cịn vật dụng vơ tri vơ giác mà giúp cho sinh viên giảng viên tự lựa chọn phần trở thành người bạn đồng hành giúp ích phát huy khả tính sáng tạo thân cho sống chủ đề mà họ lựa chọn tương lai.Với nhu cầu ngày cao người sử Với nhu cầu thiết người xã hội, dựa dụng thiết bị thông minh, điều khiển theo học tập tìm hiểu nhóm chúng tivi điều hướng bàn tay, giọng nói… Ở Việt Nam em định thực đề tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ bắt đầu xây dựng mơ hình nhà thơng minh, TẠO MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN THƠNG MINH IOT thành phố thông minh, Đà Nẵng tổ chức thi TRONG KHU SMARTCAMPUS” “Smart Campus” với đa dạng chủ đề: học tập thông Đề tài “ Smart Campus” chúng em thể minh, văn phịng thơng minh, an ninh thông minh, nhận qua dịch vụ thông minh phục vụ trường đại học, dạng thơng minh, dịch vụ quản lí thơng minh qua giúp xây dựng dựa tảng phần cứng phần mềm với sinh viên tự phát huy khả tư công cụ mã nguồn mở linh hoạt, nhằm phục vụ,tối “Smart Campus” [1] ưu hoá hoạt động dạy, học quản lý trường học “Smart Campus” thể qua dịch vụ thông minh phục vụ khuôn viên trường đại học, xây Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình dựng dựa tảng phần cứng phần mềm với 2.1 Nhiệm vụ chức mô hình chức cơng cụ mã nguồn mở linh hoạt, nhằm phục vụ 03 mục tiêu chính: Mơ hình điều khiển trường học thông minh nghiên cứu, thiết kế chế tạo hoạt động theo Tối ưu hoá hoạt động dạy, học quản lý sau: trường, đặc biệt hỗ trợ việc đào tạo đa ngành, thơng qua dịch vụ tích hợp cơng nghệ IoTs; Phịng thí nghiệm: Tạo tiền đề triển khai dự án nghiên cứu phối Điểm danh(Thẻ ID) hợp đối tác giáo dục, phủ doanh Bật tắt thiết bị điện nghiệp, dựa IoTs Trí tuệ nhân tạo để phát triển Cảnh báo cháy nổ tảng hợp giải pháp phân tích, thiết Cảnh báo di chuyển thiết bị thí nghiệm kế, quản lý, mơ cho “khuôn viên thông Nguyễn Phước Thái, Nguyễn Kim Tuấn, Nguyễn Hữu Tuấn Phòng học ESP32-WROOM-32 [3] module với nhiều tính Điểm danh(Thẻ ID) cải tiến module dòng ESP8266 hỗ trợ Bật tắt thiết bị điện thêm tính Bluetooth Bluetooth Low Energy Cảnh báo cháy nổ (BLE) bên cạnh tính WiFi Sản phẩm sử dụng chip Sân Trường ESP32-D0WDQ6 với CPU điều khiển độc Điều khiển nhiệt độ độ ẩm lập với tần số xung clock lên đến 240 MHz Điều khiển hệ thống đèn chiếu sang theo ánh sáng 2.2 Mơ hình điều khiển Module hỗ trợ chuẩn giao tiếp SPI, UART, I2C I2S có khả kết nối với nhiều ngoại vi cảm biến, khuếch đại, thẻ nhớ (SD card)… Ở chế độ sleep dòng điện hoạt động µA nên thích hợp cho ứng dụng dùng pin thiết bị điện tử đeo tay Ngồi module cịn hỗ trợ cập nhật firmware từ xa (OTA) người dùng có cập nhật sản phẩm Hình 1: Ngun lý hoạt động mơ hình điều khiển trường học thơng minh Sử dụng Module ESP32 tích hợp sẵn kết nối Wi-Fi Bluetooth, thông qua sensor sử dụng mạng Wi-Fi để kết nối truyền liệu nhiệt độ, dộ sáng, độ dịch chuyển đồ vật [2] Sever: lưu thông tin điểm danh học sinh/sinh viên buổi học thể theo dạng danh sách mà giáo viên dễ dàng quản lý Hình 2: Sơ đồ khối mơ hình Hình 3: Module Wifi ESP32 - WROOM 2.2.1 Quản lý chiếu sáng Hệ thống chiếu sáng nhà trường bố trí Các thơng số kỹ thuật: nhiều phòng học sân trường Do đó, việc quản lý điều khiển bật tắt thiết bị trở nên Bật tắt thiết bị điện nhiều thời gian Trong đề tài nghiên cứu này, cảm biến chuyển động cảm biến ánh sáng sử dụng để có Kích thước: 18 mm x 20 mm x mm thể tự động hóa cho cơng việc CPU: Xtensa Dual-Core 32-bit LX6 với tần số 2.2.2 Quản lý nhiệt độ độ ẩm hoạt động lên đến 240 MHz Hệ thống sử dụng cảm biến nhiệt độ độ ảm để có Bộ nhớ trong: thể lấy mức nhiệt độ độ ẩm khuông viên nhà trường hiển thị hình LCD 128 *64 + 448 KBytes ROM cho booting tính 2.3 Thiết kế chế tạo mơ hình lõi chip 2.3.1 Khối mạng Wifi/3G + 520 KBytes SRAM chip dùng cho liệu lệnh instruction + KBytes SRAM RTC (gọi RTC SLOW Memory) để truy xuất co- processor + KBytes SRAM RTC (gọi RTC FAST Memory) dùng cho lữu liệu, truy xuất CPU RTC boot từ chế độ Deep-sleep + Kbit EFUSE, với 256 bit cho hệ thống (địa MAC cấu hình chip), 768 cịn lại cho ứng dụng người dùng, gồm mã hóa nhớ Flash định ID cho chip Kết nối WiFi: + Wi-Fi: 802.11 b/g/n/e/i HỘI NGHỊ TỔNG KẾT HOẠT ĐỘNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ NHÓM SRT NĂM HỌC 2019-2020 + Bluetooth: BR/EDR phiên v4.2 BLE Hình 6: Demo cánh báo di chuyển thiết bị Ethernet MAC hỗ trợ chuẩn: DMA IEEE 1588 Ở đây, sử dụng cảm biến tiệm cận để phát di Bus hỗ trợ mang CAN 2.0 chuyển thiết bị cảnh báo qua còi hú Buzz Giao tiếp ngoại vi: Kết thảo luận + Bộ chuyển đổi ADC 12 bit, 16 kênh Hệ thống đạt tiêu chí đề + Bộ chuyển đổi 8-bits DAC: kênh nhóm Hoạt động với mức độ xác ổn định 90- + 10 chân để giao tiếp với cảm biến chạm (touch 95% Tuy nhiên mơ hình hệ thống nhiều vấn đề cần sensor) cải thiện ví dụ: tính thẩm mỹ mơ hình, quy mô + IR (TX/RX) mơ dễ dàng vận chuyển… + Ngõ PWM cho điều khiển Motor Hệ thống sử dụng Module ESP 32 – WROOM giúp ta + LED PWM: 16 kênh truy cập liệu thơng qua Webserver để quản lý + Cảm biến Hall hiển thị liệu + Cảm biến nhiệt độ + X SPI + X I²S + X I²C + X UART Nhiệt độ hoat động ổn định: -40C đến 85C Điện áp hoạt động: 2.2-3.6V Dòng tiêu thụ ổn định: 80mA 2.3.2 Các hình ảnh mơ hình Hình 7: Mơ hình thiết kế trường học thông minh Một số hình ảnh sơ đồ mạch nguyên lý khối điều khiển: Hình 4: Demo bật / tắt hế thống đèn Sử dụng cảm biến ánh sáng để bật/tắt hệ thống chiếu sáng sân trường Hình 5: Demo cảnh báo cháy Sử dụng cảm biến lửa để phát cháy cảnh báo qua còi hú Buzz Hình 8: Sơ đồ mạch hệ thống trường học thông minh Nguyễn Phước Thái, Nguyễn Kim Tuấn, Nguyễn Hữu Tuấn động, cảm biến lửa cảm biến nhiệt độ độ ẩm Hình 9: Sơ đồ mạch cảm biến PIR việc điều khiển Kết luận bật tắt hệ thống đèn chiếu sáng phòng Bài báo trình bày kết nghiên cứu “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN THƠNG MINH Hình 10: Sơ đồ mạch khối điều khiển điểm danh tự IOT TRONG KHU SMARTCAMPUS ” Mơ hình thi công hoàn tất mục tiêu đề ra, cấu hoạt động tốt, nhận tín hiệu xử lý trường hợp ổn định Từ mơ hình xây dựng nhiều ứng dụng có ý nghĩa thực tiễn cao, có khả phát triển mở rộng Đây sản phẩm thực tế, áp dụng triển khai trường học Tuy nhiên, ứng dụng đòi hỏi nhiều kiến thức lĩnh vực khác phần cứng, phần mềm, mạng máy tính trình độ cao Do đó, khn khổ đề tài nhiều vấn đề tồn cần có thời gian để hoàn thiện, nâng cấp tương lai Lời cảm ơn Chúng em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thị Khánh Hồng, Phó Trưởng phịng Phịng Quản lý Khoa học Hợp tác Quốc tế, giảng viên khoa Điên – Điện Tử, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại học Đà Nẵng, tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện tốt để em hoàn thành đề tài nghiên cứu theo thời gian dự kiến “Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng đề tài có mã số SV 2020-206” Tài liệu tham khảo [1] https://www.baodanang.vn/channel/5411/201905/ket-noi-xay-dung- thanh-pho-thong-minh-3176419/index.htm [2] https://iotmaker.vn/esp32-wroom-32.html [3] https://arduinokit.vn/esp8266