BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Đề tài Đèn thông minh

Trường Đại Học Bách Khoa Hà NộiViện Điện Tử Viễn Thông

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Đề tài: Đèn thông minh

Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Đức Minh

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

2.4 Các tiêu chuẩn theo quy định 18

2.5 Môi trường hoạt động 18

2.6 Giá cả, chi phí và thời gian 18

*Tài liệu tham khảo 29

* Bảng phân công nhiệm vụ………

Bảng 1 Thông tin về đèn Đèn LED Bulb cảm biến hồng ngoại 13Bảng 2 Thông tin về Đèn LED BULB cảm biến 9W14

Bảng 3 Thông tin về Đui đèn cảm biến 15

Bảng 4.Mô tả hoạt động của đèn 17

Bảng 5 Ngoại quan của đèn 18

Bảng 10 6

Lời nói đầu

Internet of things – đang dần biến đổi thế giới xung quanh chúng ta Nó đang thay đổi sản phẩm, quy trình nghiên cứu, hay chính là ở các thiết bị dân dụng trong cuộc sống của chúng ta.

Cùng với sự phát triển đó, cùng với sự nghiên cứu sản phẩm tích hợp cảm biến, đã đặt nền tảng cơ bản cho những nghiên cứu sau này.

Ở project này chúng em gửi tới sản phẩm Đèn thông minh (smart light) tích hợp các cảm biến chuyển động và cảm biến ánh sáng Thích hợp sử dụng ở nhiều không gian trong nhà.

I.Xác định ý tưởng và ứng dụng sản phẩm

1 Ý tưởng

*Tại sao khách hàng cần đến đèn thông minh ? Đèn thông minh giải quyết đượcvấn đề gì ? < Why – What>

Năng lượng được xem như một chất xúc tác, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế, tăng trưởng công nghiệp và xuất khẩu Trong những năm gần đây, trong bối cảnh các nguồn năng lượng sơ cấp ngày càng cho thấy sự thiếu thân thiện với môi trường hơn nữa 10 năm tới, dự báo nhu cầu điện tăng từ 15%-20%/năm Đây là vấn đề chưa được giải quyết của Việt Nam khi đã sử dụng tất cả các năng lượng sơ cấp, còn năng lượng tái tạo, năng lượng thay thế chưa được sử dụng nhiều Vậy nên tích kiệm điện năng được xem là giải pháp hiệu quả để hạn chế những ảnh hưởng trên.

Năng lượng được xem như một chất xúc tác, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế, tăng trưởng công nghiệp và xuất khẩu Trong những năm gần đây, trong bối cảnh các nguồn năng lượng sơ cấp ngày càng cho thấy sự thiếu thân thiện với môi trường hơn nữa 10 năm tới, dự báo nhu cầu điện tăng từ 15%-20%/năm Đây là vấn đề chưa được giải quyết của Việt Nam khi đã sử dụng tất cả các năng lượng sơ cấp, còn năng lượng tái tạo, năng lượng thay thế chưa được sử dụng nhiều Vậy nên tích kiệm điện năng được xem là giải pháp hiệu quả để hạn chế những ảnh hưởng trên.

Bên cạnh đấy, những ngành dịch vụ mà điển hình đang gây bão trên thị trường là kinh doanh nhà cho thuê, homestays, trung cư mini,căn hộ cao cấp đang không ngừng

cải tiến Và nhu cầu nâng cao khả năng quản lí và hiện đại hóa trang thiết bị là không ngoại lệ Đèn tự động cũng là một giải pháp có thể xử lí tốt hai bài toán trên.Đèn thông minh được sinh ra giúp cải thiện được 90% điện năng hao phí Bên cạnh đấy thì đèn thông mình còn mang lại những chức năng tiện nghi, an toàn , an ninh.

Trên thị trường đã tồn tại rất nhiều các sản phẩm đèn thông minh để trong nhà với giá thành cao ~200.000vnd-2.000.000vnd, mà những sản phẩm phục vụ cho công cộng thì lại quá khổ quá đại ,vẫn chưa có những sản phẩm bóng đèn phục vụ ở hành lang, cầu thang thoát hiểm , kho với giá thành thấp ( <100.000vnd), kích thước nhỏ gọn chỉ bằng một gói giấy ướt phổ thông.Chiếc đèn này sẽ phù hợp cho việc kinh doanh dịch vụ mà cụ thể đã nêu trên.

*Đèn thông minh có thể lắp đặt và sử dụng ở đâu ? <Where>

Sản phẩm với ưu điểm là kích thước nhỏ gọn (DxRxC), trọng lượng nhẹ ( khối lượng ?) có thể dễ dàng và phù hợp lắp đặt ở nhiều địa điểm như hành lang phòng khách, kho, phòng ngủ, cầu thang , rất đa dạng tuy nhiên phù hợp nhất là những vị trí có nhiều người qua lại như cầu thang, hành lang, kho,khu vực đỗ xe.Và việc sử dụng cũng vô cùng dễ dàng chỉ cần cắm điện.

*Đèn thông minh hoạt động như thế nào? <When

Đèn sẽ được bật lên khi thỏa mãn được cả 2 điều kiện sau :

điều kiện 1 : Quang trở của đèn nhận nhận thấy được môi trường đang không đủ ánh sáng

điều kiện 2 : cảm biến hồng ngoại nhận thấy có vật thể phát ra mức nhiệt lớn hơn 10 độ C đến 60 độ C và trong khoảng cách như sau

Đèn sẽ được tự động tắt đi trong khoảng thời gian cài đặt :

*Ai là đối tượng mua đèn thông minh ?<Who>

Sản phẩm được thiết kế đáp ứng nhu cầu của các nhà kinh doanh dịch vụ ( homestay, trung tâm thương mại, trung cư mini và căn hộ cao cấp ) hoặc những người có công việc ổn định lương tháng > 5.000.000vnd Đối tượng phụ là người già , người khuyết tật , gia đình có trẻ nhỏ hiếu động.

Lưu ý : giá thành sản phẩm rất dễ tiếp cận (<100.000vnd~3 cốc trà sữa)

*Lí do khách hang sẵn sàng bỏ tiền ra để mua sản phẩm ?<How>

Thiết kế một bài toán mô phỏng một trung tâm thương mại nhỏ, tại hầm đỗ xe của trung tâm có lắp tổng cộng 100 bóng đèn led 9W bật suốt cả ngày 24/7 -> 22.075.200 vnd (2k8/số điện kinh doanh)

Vẫn là trung tâm thương mại đố nhưng đã cải tiến và lắp đặt hang loạt đèn thông minh Hệ thống đèn bao gồm 20 đèn led 9W ( 24/7) và 80 led thông minh 9W ( trung bình bật 2h/ngày) -> 5.886.720 vnd

Điều này cho thấy việc lắp đặt đèn thông minh giảm được rất nhiều chi phí (~90% chi phí tiền điện), hơn nữa kéo dài tuổi thọ sản phẩm, tạo được hiệu ứng hiện đại, kích thích sự tò mò của khách hang đến chơi Giá thành của sản phẩm thấp hơn tầm trung của thị trường (~200.000vnd-2.000.000vnd) Với các ưu điểm trên thì các chủ doanh nghiệp có thể dễ dàng bỏ tiền ra đầu tư

2 Khảo sát thị trường

Thống kê do nhóm khảo sát

Biểu đồ 1: khảo sát bao nhiêu người sống trong nhà có thiết bị thông minh

Biểu đồ 2: Khảo sát về mức độ thoải mái với công nghệ xung quanh

Biểu đồ 3: Thể hiện đánh giá sở thích của người dùng về công nghệ

Bạn có biết về hệ thống đèn thông minh không?

Biểu đồ 4: Khảo sát mức độ người dùng có biết về đèn thông minh

Nhà bạn có đang sở hữu hệ thống đèn chiếu sáng thông minh không?

Biểu đồ 5: Khảo sát sở hữu đèn thông minh trong gia đình

Đánh gia nhu cầu sử dụng đèn thông minh hiện nay

Biều đồ khảo sát theo đv %

Biểu đồ 6:Kháo sát nhu cầu sử dụng đèn thông minh hiện nay

- THỊ HIẾU CỦA NGƯỜI DÂN: Khách hàng hiện nay có xu hướng thích hưởng

thị những tiện nghi công nghệ trong cuộc sống

- ĐỘ PHỦ SÓNG: Hệ thống đen chiếu sáng thông minh đã được một số lượng

lớn người biết

- THỰC TRẠNG: Chưa có quá nhiều hộ gia đình sở hữu đèn thông minh- NHU CẦU : Nhu cầu sử dụng đèn thông minh chiếm tỷ trọng tương đối lớn

3 Thị trường

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại đèn thông minh với các chức năng, giá thành khác nhau Ở đây chúng em đưa ra 3 sản phẩm đang có mặt trên thị trường hiện nay tiêu biểu cho các loại cảm biến chuyển động, cảm biến hồng ngoại và đui đèn cảm biến:

- Đèn LED Bulb cảm biến hồng ngoại - Đèn LED Bulb cảm biến

Nhược điểm -Giá thành cao hơn Led thông thường -Chưa phổ biến với đại đa số người dùng

Bảng 1: Thông tin về đèn Đèn LED Bulb cảm biến hồng ngoại

 Đèn LED BULB cảm biến 9W

-Đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế

Nhược điểm -Giá thành cao hơn đèn Led thông thường

-Chưa được phổ biến với đại đa số người dùng

Bảng 2: Thông tin về Đèn LED BULB cảm biến 9W

 Đui đèn cảm biến:

Kích thước (100x73x64)mm

Giá thành ~200.000 đồng

Công suất tải <=300W

Điện áp đầu vào 220V/50Hz

Thời gian giữ

thiết bị như chuông báo, -Điều chỉnh được phạm vi cảm biến

Nhược điểm -Giá thành cao

Bảng 3: Thông tin về Đui đèn cảm biến

Tổng kết chung:

- Đèn thông minh trên thị trường có nhiều kiểu dáng, mẫu mã đa dạng, thích hợp nhiều không gian

- Hệ thống đèn có công nghệ tiên tiến, thông minh, đáp ứng tốt các nhu cầu sử dụng

- Đèn có độ bền cao, khả năng chiếu sáng dài Ưu nhược điểm của các loại đèn có trên thị trường :

- Ưu điểm:

+ Đẹp, nhỏ gọn, khả năng chiếu sáng tốt và thời gian sủ dụng lâu +Lắp đặt và thay thế dễ dàng

+Thực hiện được nhiều tác vụ: không chỉ là chiếu sáng mà còn đèn điều chỉnh tâm trạng của con người

+Mang đến cho người sử dụng cuộc sống tiện nghi - Nhược điểm

+ Giá thành cao so với nhu cầu của mọi người + Chưa phổ biến với đại đa số người dùng

II Tổng quan hệ thống

1 Chỉ tiêu chức năng

1.1 Cảm biến chuyển động PIR SR505- Đầu vào: Bước sóng hồng ngoại

+Đơn vị: µm

+Độ lớn:0.75-1

+Đặc điểm: Trong một vùng không gian có người hoặc động vật đi qua

+Ý nghĩa thông tin: Có người hoặc động vật trong phạm vi, cảm biến nhận diện được

- Đầu ra:

+Đơn vị: Vôn +Độ lớn: 0V||3,3V

+Dạng tín hiệu truyền đi: tín hiệu điện dạng 0 1

+Ý nghĩa thông tin: Tín hiệu điện đầu ra trả về cho bộ xử lý để điều khiển đèn theo từng trường hợp

1.2 Cảm biến ánh sáng BH1750- Đầu vào:

+Đơn vị: lux

+Độ lớn: 1 -> 65535

+Đặc điểm: Trên một đơn vị diện tích có một nguồn sáng chiếu vào +Ý nghĩa thông tin: Có nguồn sáng chiếu vào, cảm biến nhận diện và đo được độ lớn của nguồn sáng đó

- Đầu ra:

+Đơn vị: lux

+Độ lớn: 1 -> 65535

+Dạng tín hiệu truyền đi: Giá trị của cường độ ánh sáng

+Ý nghĩa thông tin: Cảm biến trả về giá trị của cường độ ánh sáng cho bộ xử lý sau đó bộ xử lý sẽ điều khiển đèn theo từng trường hợp cụ thể

MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP

Trời tối ,có người hoặc động vật trong phạm vi

Đèn sáng, sau đó tự ngắt theo rơ-leTrời tối, không có người hoặc động Đèn không sáng

vật trong phạm vi

Bảng 4: Mô tả hoạt động của đèn

2 Chỉ tiêu phi chức năng - Hiệu suất phát quang: 70lm/W

2.4 Các tiêu chuẩn theo quy định

- Tiêu chuẩn an toàn: IEC62471, RoHs

2.5 Môi trường hoạt động

- Hoạt động bình thường ở -15 đến 70 độ C - Lắp cho cầu thang, hành lang trong nhà

2.6 Giá cả, chi phí, thời gian

- Để đảm bảo thiết bị hoạt động bình thường cần chú ý lắp đặt nơi khô ráo,tránh tiếp xúc nhiều trực tiếp với nước

Chúng em đưa ra giải pháp là một chiếc đèn được tích hợp IoT.Chiếc đèn này sẽ giống như các loại đèn phổ thông tuy nhiên sẽ được tích hợp thêm các cảm biến và khối điều khiển để trở nên tự động Cảm biến ánh sáng sẽ lấy tín hiệu ánh sáng từ môi trường, cảm biến chuyển động sẽ nhận biết các tín hiệu chuyển động từ đó khối điều khiển sẽ tổng hợp lại dữ liệu và xử lý để đưa ra lệnh bật tắt tới rơ le Việc sử dụng khối điều khiển tách biệt với đèn sẽ giúp giảm giá thành của sản phẩm, phù hợp với tất cả các loại đèn có trên thị trường

IV Triển khai thực hiện

1 Cấu trúc dữ liệu – cơ sở dữ liệu

Hình 6: Lưu đồ thuật toán

2 Code

*/

#include <Wire.h> // adds I2C library

#include <BH1750.h> // adds BH1750 library file

const int relayPina = 10; // relay pin is pin 13 on Arduinoconst int relayPinb = 9;

const int pirinPin = 4; // PIR pin is 3 on Arduinoint lightState = LOW; // start with light turn off

// Initialize the I2C bus (BH1750 library doesn't do this automatically) // On esp8266 devices you can select SCL and SDA pins using

int vala = digitalRead(pirinPin); // read PIR get HIGH or LOW

uint16_t valb = lightMeter.readLightLevel();

// Get Lux value in unasignint 2 bytes unsigned 0 to 65535 //print the valb to serial monitor/ for debugging only

Hình 7: Mô phỏng mạch

Do sơ xuất trong việc tính dòng điện trong mạch và thay đổi về số hiệu relay, thực tế có thể khác so với hình ảnh trong fritzing

Hình 9: Ảnh thực tế của sản phẩm

VI Kiểm thử sản phẩm

1 Mô hình kiểm thử

Có tổng cộng 3 thử nghiệm đã được áp dụng.

- Xác định tầm và độ chính xác của cảm biến chuyển động HC-SR505: Sử dụng thước dây và compa tự chế, vẽ những đường cong cách nhau 20cm, từ tâm cảm biến SR505 thẳng xuống sang hai bên mỗi bên 50 độ, cách cảm biến 4m Từ từ tiến lại gần cảm biến cho đến khi Serial Monitor hiện giá trị 1, thực hiện 100 lần cho ra kết quả tầm đo xa nhất ở dưới bảng.

- Xác định độ trễ của gói sản phẩm khi bật/tắt: Hầu hết độ trễ sinh ra là do cảm biến HC-SR505 có độ trễ phần cứng và thời gian relay đóng Thực hiện 100 lần lướt tay qua cảm biến và bấm giờ đến khi đèn sáng.

- Xác định độ sáng của môi trường xung quanh và ảnh hưởng của đèn đến kết quả đo của cảm biến BH1750 Bật tắt đèn cách nhau 5s, thực hiện 100 lần ghi được kết quả trung bình của môi trường và khi đèn bật bên dưới.

VII Tổng kết

Do chưa có bản vẽ và thử trên phần mềm vẽ kỹ thuật nên việc sai sót là không thể tránh khỏi, ngoài ra còn chưa sử dụng Arduino pro mini, chưa thể thiết kế mạch SMD nên vẫn còn nhiều dây dợ.

Tuy mới chỉ phát triển đến giai đoạn mẫu Nhưng sản phẩm đã bộc lộ được những ưu điểm về giá thành cũng như về giá trị sử dụng Tuy nhiên có thể cạnh tranh với các sản phẩm hiện tại cần tích hợp thêm các kết nối, cũng như tích hợp vào cả hệ thống smart home Hi vọng trong tương lại sẽ tạo ra được sản phẩm hoàn chỉnh đáp ứng nhu cầu cảu thị trường.

Tài liệu tham khảo

https://plo.vn/nhu-cau-dien-nang-cua-viet-nam-tang-truong-binh-quan-gan-10-nam-post688623.html

SRD-5VDC-SL-C Datasheet.pdf

BH1750FVI : Sensor ICs (components101.com)

5 thông tin chi tiết về độ rọi tiêu chuẩn theo quy định pháp luật mới (denlednhaxuongcaocap.com)

Chi phí sản xuất sản phẩm thử nghiệm :

Nguyên liệuSố lượngThành tiền (VND)Đơn vị cung cấpArduino Uno Rev 3 1300,000 Dientubachviet trên ShopeeModule BH1750120,000 Nobrand trên ShopeeModule HC-SR505129,000 Linh kiện 3MRelay SRA-5VDC-SL-A119,000 Linh kiện 3MBóng đèn Duhal BNL503128,000 Duhal led

Formex (1 m2)125,000 Nobrand trên Shopee

Bảng phân công nhiệm vụ

Team bọn em gồm có 5 members Mỗi thành viên có những điểm mạnh và điểm yếu riêng Làm việc theo bảng và lợi thế của mỗi thành viên để có thể tạo hiệu suất cao nhất

Table 3.1 Human Resource Table

Tất cả các thành viên đều đã hoàn thành công việc.

#1 Khởi tạo dự án Tất cả các thành viên #2 Phát triển dự án Tất cả các thành viên #3 Thiết kế sơ đồ khối Trần Tiến Thành #4 Thiết kế mỗi khối

Khối cảm biến Trần Tiến Thành, Đới Đăng Trung

#5 Những phương pháp thay thế Tất cả các thành viên