Bài tập lớn thiết bị điện thông minh đề tài tính toán và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số thông qua ứng dụng app trên điện thoại smartphone

Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA ĐIỆNBÀI TẬP LỚNTHIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG MINHĐề Tài:Tính toán và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số thông quaứng dụng app trên điện thoại sma

lOMoARcPSD|39211872 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG MINH Đề Tài: Tính toán và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số thông qua ứng dụng app trên điện thoại smartphone GVHD: TS Nguyễn Việt Anh Tên SV: Nguyễn Thanh Cao MSV: 2020604899 Khoa: Điện Hà Nội, 2023 Downloaded by mon hon (monmon1@gmail.com) lOMoARcPSD|39211872 2 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 DANH MỤC HÌNH ẢNH 4 DANH MỤC VIẾT TẮT 6 Nội dung đề tài .7 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG .10 1.1 Mục tiêu và phạm vi đề tài .10 1.2 Phương ph愃Āp nghiên cứu 11 1.2.1 Phương ph愃Āp nghiên cứu tài liệu 11 1.2.2 Phương ph愃Āp nghiên cứu thực tiễn 11 1.3 S漃Āng Bluetooth 11 CHƯƠNG 2 Yêu cầu tính to愃Ān, thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số .12 2.1 Tổng quan về Internet of things 12 2.1.1 Định nghĩa .12 2.1.2 C愃Āc loại nền tảng IoTs 13 2.1.3 Kiến trúc mạng IoTs 13 2.1.4 Ứng dụng của IoTs 14 2.2 Tổng quan về thiết bị điện thông minh .14 2.2.1 Định nghĩa .14 2.2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị điện thông minh 15 2.2.3 Kỹ thuật điều khiển, kết nối của c愃Āc thiết bị điện thông minh .16 2.2.4 Lợi ích tuyệt vời của thiết bị điện thông minh .17 2.3 Giới thiệu phần cứng xây dựng trong mạch điều khiển quạt bàn ba số .19 2.3.1 Mạch Arduino Uno .19 2.3.2 Mạch Relay 25 2.3.3 Mạch giao tiếp truyền thông 28 2.4 Mô tả phần mềm sử dụng để kết nối mạch điều khiển quạt bàn ba số 31 2.4.1 Giới thiệu về ứng dụng điều khiển 31 2.4.2 Hướng d̀n sử dụng .32 2.4.3 Ưu và nhược điểm 36 Downloaded by mon hon (monmon1@gmail.com) lOMoARcPSD|39211872 3 2.5 Tính to愃Ān và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số 37 2.5.1 Nguyên lý hoạt động của mạch .37 2.5.2 Thiết kế mạch tương ứng 37 2.6 Lập trình kết nối phần cứng, phần mềm 39 2.6.1 Lập trình code cho Arduino 39 2.6.2 Lập trình App điều khiển quạt qua Bluetooth 41 2.7 Xây dựng mô hình thực nghiệm mạch điều khiển quạt bàn ba số .46 CHƯƠNG 3 Kết luận, kiến nghị và hướng ph愃Āt triển của đề tài 52 3.1 Kết luận 52 3.2 Kiến nghị 53 3.3 Hướng ph愃Āt triển của đề tài .53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC 54 Downloaded by mon hon (monmon1@gmail.com) lOMoARcPSD|39211872 4 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Ứng dụng của IoTs .13 Hình 2.2: Điều khiển và kiểm so愃Āt c愃Āc thiết bị 15 Hình 2.3: Điều chỉnh hoạt động của thiết bị .15 Hình 2.4:Thiết lập hệ thống an ninh cho không gian 16 Hình 2.5: C愃Āc thiết bị IoTs giúp bảo vệ ngôi nhà của bạn 16 Hình 2.6: Điều khiển c愃Āc thiết bị từ xa .17 Hình 2.7: IoTs giúp tiết kiệm điện năng hiệu quả 18 Hình 2.8: Mạch Arduino Uno 18 Hình 2.9: Cấu tạo Arduino 19 Hình 2.10: Arduino UNO (R3) 20 Hình 2.11: LilyPad Arduino .20 Hình 2.12: RedBoard 21 Hình 2.13: Arduino Mega (R3) 21 Hình 2.14: Arduino Leonardo 21 Hình 2.15: Arduino Uno R3 chíp cắm .23 Hình 2.16: C愃Āc mạch relay 24 Hình 2.17: C愃Āc khối Relay 24 Hình 2.18: Cấu tạo Relay 25 Hình 2.19: Nguyên lý mạch Relay .26 Hình 2.20: Mạch 4 Relay Opto chọn mức kích High/Low (10A – 250VAC) 27 Hình 2.21: Mạch thu ph愃Āt Bluetooth HC-06 28 Hình 2.22: Module Bluetooth 29 Hình 2.23: Công cụ hướng d̀n và khởi tạo ứng dụng 30 Hình 2.24: MIT App Inventor 31 Hình 2.25: Trang Wed của Mit App Inventor 32 Hình 2.26: Khởi tạo project .32 Hình 2.27: Giao diện 1 project 33 Hình 2.28: C愃Āc tính năng để thiết kế 1 ứng dụng .33 Hình 2.29: Giao diện khối lệnh 34 Hình 2.30: Trích xuất khởi tạo thành 1 app hoàn chỉnh .34 Hình 2.31: Sơ đồ dấu dây Arduino với mạch Relay 36 Hình 2.32: Sơ đồ kết nối module Bluetooth với Arduino 37 Hình 2.33: Sơ đồ đấu dây Module Relay với quạt .37 Hình 2.34: Giao diện phần mềm Arduino IEE 38 Hình 2.35: Code khai b愃Āo dữ liệu 38 Hình 2.36: Code giao tiếp nối tiếp giữa bo Arduino và một thiết bị kh愃Āc 39 Hình 2.37: Tập lệnh điều khiển relay 39 Hình 2.38: Lệnh truyền ph愃Āt cho Relay .39 Downloaded by mon hon (monmon1@gmail.com) lOMoARcPSD|39211872 5 Hình 2.39: Giao diện của app điều khiển sau khi thiết kế 40 Hình 2.40: Layout dùng để thiết kế 41 Hình 2.41: C愃Āc thành phần Label, Button, Listpicker 41 Hình 2.42: Thành phần Bluetooth 42 Hình 2.43: Thành phần SpeechRecognizer 42 Hình 2.44: Code truy cập Bluetooth và Điều khiển bằng giọng n漃Āi 43 Hình 2.45: Code điều khiển quạt 43 Hình 2.46: Code khiển thông qua giọng n漃Āi 44 Hình 2.47: Code sau khi c愃Āc lệnh được thực hiện, .44 Hình 2.48: Xuất file apk để hoàn thiện app điều khiển 45 Hình 2.49: Điều khiển quạt qua nút nhấn cơ số 1 45 Hình 2.50: Điều khiển quạt qua nút nhấn cơ số 2 46 Hình 2.51:Điều khiển quạt qua nút nhấn cơ số 3 .46 Hình 2.52: Điều khiển quạt qua nút nhấn số 1 47 Hình 2.53: Điều khiển quạt qua nút nhấn số 2 47 Hình 2.54: Điều khiển quạt qua nút nhấn số 3 48 Hình 2.55: Điều khiển tắt quạt qua nút tắt 48 Hình 2.56: Điều khiển quạt bằng giọng n漃Āi số 1 49 Hình 2.57: Điều khiển quạt bằng giọng n漃Āi số 2 49 Hình 2.58: Điều khiển quạt bằng giọng n漃Āi số 3 50 Hình 2.59: Điều khiển tắt quạt bằng giọng n漃Āi 50 Downloaded by mon hon (monmon1@gmail.com) lOMoARcPSD|39211872 6 DANH MỤC VIẾT TẮT STT TÊN VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT 1 IoTs Internet of Things Internet vạn vật 2 Arduino UNO R3 Arduino UNO Release 3 Arduino UNO thế hệ 3 3 API Application Giao diện lập trình ứng Progmraming Interface dụng 4 TX Transmitter Thiết bị truyền tín hiệu điều khiển 5 RX Receiver Thiết bị nhận tín hiệu điều khiển 6 AVR Automatic Voltage Bộ điều chỉnh ổn 愃Āp tự Regulator động 7 PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung 8 IDE Integrated Development Môi trường ph愃Āt triển Environment tích hợp 9 FTDI Future Technology Thiết Bị Công Nghệ Devices International Tương Lai Quốc Tế 10 GFSK Gaussian frequency Kh漃Āa dịch chuyển tần shift keying số Gaussian 11 MIT Massachusetts Institute Viện Công nghệ of Technology Massachusetts Downloaded by mon hon (monmon1@gmail.com) lOMoARcPSD|39211872 7 Nội dung đề tài TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG MINH I Thông tin chung: STT Mã sinh viên Họ và tên Lớp - Kh漃Āa Ngành 1 2020604899 Nguyễn Thanh Cao Điện 5 – K15 Điện – Điện tử Giảng viên hướng d̀n: Nguyễn Việt Anh Khoa: Điện II Tên đề tài: Tính to愃Ān và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số thông qua ứng dụng app trên điện thoại smartphone 1 Số liệu phục vụ tính toán, thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số - Công suất chịu tải tối đa: 1000 W - Điện 愃Āp: 110 - 250 V - Chuẩn Bluetooth 2.4G 802.11 b/g/n WEP/WPA/WPA2-PSK - Tuổi thọ thiết bị: 100.000 lần tắt và mở - Điều khiển bằng smart phone qua internet (app MIT App Inventor trên IOS và Android) - Tương thích với trợ lý ảo (Google Assistant và Amazon Alexa) - Cơ chế bảo vệ thông minh: tự ngắt khi bị đoản mạch, nhiệt độ cao, qu愃Ā dòng hoặc qu愃Ā tải 2 Yêu cầu tính toán, thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số Chương 1: Phần mở đầu 1.1 Lý do chọn đề tài Downloaded by mon hon (monmon1@gmail.com) lOMoARcPSD|39211872 8 1.2 Mục tiêu và phạm vi đề tài 1.3 Phương ph愃Āp nghiên cứu 1.4.S漃Āng Bluetooth Chương 2: Cơ sở lý thuyết và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số 2.1 Tổng quan về Internet of things 2.2 Tổng quan về thiết bị điện thông minh 2.3 Giới thiệu phần cứng xây dựng trong mạch điều khiển quạt bàn ba số 2.4 Mô tả phần mềm sử dụng để kết nối mạch điều khiển quạt bàn ba số 2.5 Tính to愃Ān và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số 2.6 Lập trình kết nối phần cứng, phần mềm 2.7 Xây dựng mô hình thực nghiệm mạch điều khiển quạt bàn ba số Chương 3: Kết luận, kiến nghị và hướng phát triển của đề tài 3.1 Kết luận  Thuật to愃Ān thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số  Bảng thông số cơ bản được thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số  Kết quả vận hành mô hình thực nghiệm 3.2 Kiến nghị 3.3 Hướng ph愃Āt triển của đề tài III Các yêu cầu khi thực hiện bài tập lớn 1 Tiêu chuẩn phục vụ tính toán, thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số - Nguyên tắc bố trí, lắp đặt mạch điều khiển quạt bàn ba số an toàn và hiệu quả Downloaded by mon hon (monmon1@gmail.com) lOMoARcPSD|39211872 9 2 Bản vẽ cần thực hiện STT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng Bản vẽ lắp đặt mạch điều khiển quạt bàn 1 ba số thông qua ứng dụng app trên điện A4 01 thoại smartphone 3 Trình bày báo cáo bài tập lớn - Thực hiện theo biểu m̀u “BM03” về “Quy cách chung của báo cáo tiểu luận/Bài tập lớn/ Đồ án/ Dự án” trong Quyết định số 815/QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019 4 Thời gian thực hiện bài tập lớn: Ngày giao đề tài 17/10/2023 Ngày hoàn thành: 14/12/2023 Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Việt Anh Downloaded by mon hon (monmon1@gmail.com) lOMoARcPSD|39211872 10 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG Hiện nay, nhu cầu về sự tiện nghi của con người càng tăng cao, trong đ漃Ā c漃Ā sự quan tâm về c愃Āc thiết bị thông minh, bộ điều khiển thông minh Ví dụ: Bộ điều khiển bật tắt c愃Āc thiết bị điện như: đèn, m愃Āy quạt, m愃Āy lạnh, TV…, thông qua điều khiển từ xa, qua Internet, giúp cho việc điều khiển thiết bị trong nhà thông minh hơn, an toàn hơn Do bộ điều khiển được kết nối với Bluetooth, nên người dùng c漃Ā thể bật, tắt và xem trạng th愃Āi thiết bị đang trong tình trạng đã bật hay tắt, hẹn giờ bật tắt thiết bị qua phần mềm hỗ trợ trên điện thoại thông minh Thấy được sự tiện ích của thiết bị này và phối hợp với khả năng nghiên cứu của em, đồng thời dựa trên nền tảng của đề tài trước cho phép em ph愃Āt triển lên đề tài: “Tính toán và thiết kế mạch điều khiển quạt bàn ba số thông qua ứng dụng app trên điện thoại smartphone” Đây cũng là thiết bị trong c愃Āc dự 愃Ān cho nhà thông minh 1.1 Mục tiêu và phạm vi đề tài  Mục tiêu: Nghiên cứu và thiết kế thành công bộ điều khiển từ xa c漃Ā khả năng:  Điều khiển quạt bàn ba số bật tắt được từ xa  Điều khiển đa dạng phù hợp với nhiều người dùng  Thông b愃Āo trạng th愃Āi thiết bị điện qua phần mềm trên điện thoại Android  Phương ph愃Āp nghiên cứu Trong phạm vi đề tài, người nghiên cứu thực hiện c愃Āc nhiệm vụ sau đây:  Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của c愃Āc hệ thống hiện c漃Ā  Đọc kỹ c愃Āc tài hiệu liên quan về mạch điện tử và am hiểu về Vi điều khiển Downloaded by mon hon (monmon1@gmail.com)