ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ RÈM VÀ CỬA SỔ TỰ ĐỘNG

Mô hình rèm và cửa sổ thông minh có khả năng điều chỉnh ánh sáng tự động thông qua các thiết bị thông minh, giúp tối ưu hóa việc sử dụng và mức tiêu thụ năng lượng.. Cho phép người dùng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 1

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ RÈM VÀ

CỬA SỔ TỰ ĐỘNG

GVHD: PGS.TS Phan Văn Ca SINH VIÊN THỰC HIỆN:

Hoàng Ngọc Vĩ 20119389 Huỳnh Bá Tường Vi 20119387

HỌC KỲ II : 2022 - 2023

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA BÁO CÁO

HỌC KỲ II NĂM HỌC 2022-2023

Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ RÈM VÀ CỬA SỔ TỰ ĐỘNG

HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN MÃ SỐ SINH VIÊN

Huỳnh Bá Tường Vi 20119387

Ngành : CNKT Máy tính Nhận xét của giáo viên ………

………

………

………

………

TP.HCM, ngày tháng 5 năm 2023

Ký tên

MỤC LỤC

1 Giới thiệu 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu chọn đề tài 1

1.3 Nội dung thực hiện 1

1.4 Kết cấu của báo cáo 2

2 Mục tiêu và thông số kỹ thuật 3

2.1 Yêu cầu người dùng 3

2.2 Đặc tả kỹ thuật 3

2.2.1 Chức năng sản phẩm 3

2.2.2 Thông số kỹ thuật 4

3 Thiết kế hệ thống 5

3.1 Sơ đồ khối xử lý chức năng 5

3.2 Chức năng của từng khối xử lý chức năng 5

4 Thiết kế chi tiết 6

4.1 Thiết kế phần cứng 6

4.1.1 Khối cảm biến 6

4.1.1.1 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm 6

4.1.1.2 Cảm biến mưa 7

4.1.2 Khối động cơ 9

4.1.3 Khối xử lý trung tâm 11

4.1.4 Khối nguồn 13

4.2 Thiết kế phần mềm 14

4.2.1 Giao diện người dùng 14

4.2.2 Hẹn giờ hệ thống 15

4.2.3 Thông báo người dùng 16

5 Lưu đồ giải thuật 17

6 Sơ đồ nguyên lý 21

1 Giới thiệu

1.1 Đặt vấn đề

Trong thời đại kỹ thuật số, công nghệ đang phát triển một cách nhanh chóng Rèm

và cửa sổ thông minh là một phần của xu hướng này, để có thể tạo ra những cải tiến đáng

kể trong việc quản lý nhiệt độ, độ ẩm, hẹn giờ tự động,

Mô hình rèm và cửa sổ thông minh có khả năng điều chỉnh ánh sáng tự động thông qua các thiết bị thông minh, giúp tối ưu hóa việc sử dụng và mức tiêu thụ năng lượng Điều này có thể giúp tiết kiệm điện và giảm ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường Đồng thời, hệ thống này có thể được điều khiển từ xa, giúp việc quản lý đóng mở rèm và cửa sổ trong nhà một cách tiện lợi

1.2 Mục tiêu chọn đề tài

Nhằm đáp ứng sự tiện nghi trong nhu cầu cuộc sống hằng ngày, nhóm em chọn rèm

và cửa sổ thông minh Cho phép người dùng điều khiển từ xa thông qua ứng dụng trên các thiết bị thông minh như đóng mở rèm và cửa sổ tự động, hẹn giờ đóng mở rèm cửa tự

động, gửi thông báo trạng thái rèm và cửa sổ,

1.3 Nội dung thực hiện

- Xác định yêu cầu người dùng

- Xác định đặc tả kỹ thuật và thông số kỹ thuật của hệ thống

- Thiết kế tổng thể hay kiến trúc

- Thiết kế chi tiết, lựa chọn giải pháp và linh kiện

- Vẽ sơ dồ nguyên lý

- Mô phỏng và thi công

1.4 Kết cấu của báo cáo

Tiểu luận được trình bày nội dung gồm 5 vấn đề chính: Phần 1: Giới thiệu

Phần 2: Yêu cầu và đặc tả hệ thống

Phần 3: Thiết kế hệ thống

Phần 4: Thiết kế chi tiết

Phần 5: Lưu đồ giải thuật

Phần 6: Sơ đồ nguyên lý

Phần 7: Mô phỏng và thi công

2 Mục tiêu và thông số kỹ thuật

2.1 Yêu cầu người dùng

- Nếu trường hợp trời nắng, mưa, cần phải kéo rèm, đóng cửa sổ để không bị tạt nước, hắt nắng vào trong nhà

- Trường hợp quên kéo rèm, đóng cửa khi ra ngoài, cần phải được thông báo

- Thu thập dữ liệu từ trạng thái của môi trường (nắng, mưa)

- Thu thập trạng thái của động cơ

- Truyền nhận dữ liệu đến các module trong hệ thống

- Xử lý thông tin được nhận

- Điều khiển động cơ

- Gửi dữ liệu đến giao diện phần mềm

- Đếm ngược thời gian để hẹn giờ đóng mở động cơ

Chức năng phần mềm:

- Nhận dữ liệu từ hệ thống

- Gửi lệnh điều khiển đến hệ thống

- Hiển thị cảnh báo người dùng tình trạng của rèm và cửa sổ

- Hiển thị các thông số dược thu thập từ môi trường và trạng thái rèm và cửa sổ

- Hẹn giờ đóng mở rèm, cửa sổ trong thời gian được cài đặt sẵn

- Bật tắt chức năng cảnh báo người dùng

Bảng 1: Thông số kỹ thuật của hệ thống

3 Thiết kế hệ thống

3.1 Sơ đồ khối xử lý chức năng

Hình 1: Sơ đồ khối của hệ thống

3.2 Chức năng của từng khối xử lý chức năng

- Khối xử lý trung tâm: Chịu trách nhiệm xử lý các dữ liệu và đưa ra quyết định điều khiển hoạt động hệ thống Gửi thông báo cho người dùng

- Khối động cơ: Nhận dữ liệu từ khối điều khiển và động cơ (motor giảm tốc) hoạt động

- Khối cảm biến: Thu thập thông tin về các trạng thái của môi trường và xử lý các thông tin thành tín hiệu điện

- Khối hiển thị: Hiển thị các thông số của cảm biến trên giao diện phần mềm

- Khối điều khiển: Nhận dữ liệu điều khiển từ khối xử lý trung tâm và truyền tín hiệu

đó đến khối động cơ

- Khối truyền nhận dữ liệu: Là cầu nối trung gian giữa khối xử lý trung tâm đến khối hiển thị

4 Thiết kế chi tiết

4.1 Thiết kế phần cứng

4.1.1 Khối cảm biến

4.1.1.1 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm

Chức năng:

- Thu thập thông tin về các trạng thái của môi trường

- Xử lý các thông tin thành tín hiệu điện

Yêu cầu của hệ thống:

- Tốc độ lấy mẫu của cảm biến nhanh

- Độ chính xác ổn định

Các cảm biến nhiệt độ và độ ẩm trên thị trường gồm :

Bảng 2: So sánh tính năng của các cảm biến nhiệt độ và độ ẩm trên thị trường

Chọn DHT11 vì tuy độ chính xác của DHT11 không cao nhưng tốc độ lấy mẫu của DHT11 nhanh hơn (1 giây/lần), hoạt động khá chính xác với kích thước nhỏ và giá thành rẻ

- Xử lý các thông tin thành tín hiệu điện

Yêu cầu của hệ thống:

- Điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở

- Có đèn báo hiệu nguồn và đầu ra:

Led báo nguồn (Màu xanh), Led

cảnh báo mưa (Màu đỏ)

4.1.2 Khối động cơ

Chức năng:

- Nhận dữ liệu từ khối điều khiển

- Điều khiển động cơ (motor giảm tốc) hoạt động

Yêu cầu của hệ thống:

- Tốc độ quay nhanh

- Dễ lắp ráp và sử dụng

Bảng 4: So sánh tính năng của các động cơ giảm tốc

Tuy tỉ số truyền của động cơ giảm Tốc TT trục nhựa 3-6VDC thấp hơn so với

động cơ giảm Tốc TT trục kim loại và GA12-N20 nhưng có tốc độ quay nhanh hơn và thiết kế thẳng đứng phù với hệ thống so với trục kép chữ L

Động Cơ Giảm Tốc TT Trục Nhựa Động Cơ Giảm Tốc TT Trục Kim Loại

Để điều khiển được động cơ giảm tốc TT trực nhựa, nhóm em sử dụng module L298N có thể điều khiển được hai động cơ DC với khả năng điều khiển tốc độ và điều chỉnh hướng của động cơ một cách dễ dàng

Hình 5: Module điều khiển động cơ L298N

4.1.3 Khối xử lý trung tâm

Chức năng của khối xử lý trung tâm trong hệ thống cửa sổ thông minh

- Nhận dữ liệu từ các cảm biến mưa, không khí

- Nhận dữ liệu điều khiển từ thiết bị di động

- Kết nối được vào Internet

- Xử lý dữ liệu và gửi dữ liệu đến khối động cơ

Các vi xử lý đáp ứng được chức năng đó trên thị trường

- ESP32 và ESP8266

Bảng so sánh tính năng:

- Hỗ trợ điều khiển và giám sát thiết bị

kết nối Wi-fi hoặc Bluetooth

- Cung cấp 39 chân GPIO

- Hỗ trợ cảm biến nhiệt độ

- Giá thành cao hơn ESP8266

- Có 2 lõi xử lý

- Chỉ hỗ trợ kết nối Wi-fi

- Cung cấp 17 chân GPIO

- Không hỗ trợ cảm biến nhiệt độ

- Giá thành thấp hơn ESP32

- Chỉ có 1 lõi xử lý

Bảng 5: So sánh tính năng giữa ESP32 và ESP8266

Tuy ESP32 có giá thành cao hơn nhưng lại có số lượng chân GPIO và số lượng lõi

xử lý nhiều hơn nên tốc độ phản hồi và xử lý ổn định hơn, vì thế ESP32 là sự lựa chọn phù hợp

Hình 7: Vi xử lý ESP32

4.1.4 Khối nguồn

Chức năng:

- Cung cấp nguồn điện cho khối xử lý trung tâm

- Bảo vệ nguồn khi điện áp đầu ra tăng vọt khỏi giá trị cho phép Bảng điện áp và dòng điện hoạt động của các thiết bị:

Thiết bị Dòng điện Điện áp

Bảng 6: Điện áp và dòng điện hoạt động của các thiết bị

Từ bảng thông số trên ta chọn nguồn đầu vào 5V và 3A

4.2 Thiết kế phần mềm

4.2.1 Giao diện người dùng

Blynk được sử dụng như một bảng diều khiển tương tác với phần cứng và xây dựng giao diện cho từng khối trong hệ thống, đồng thời cho phép người dùng quản lý và điều khiển thiết bị từ xa thông qua mạng Internet

Hình 8: Giao diện điều khiển thiết bị

Mô tả: Cho phép người dùng điều khiển các thiết bị từ xa và quan sát các thông số thời tiết thông qua giao diện Blynk trên các thiết bị thông minh

4.2.2 Hẹn giờ hệ thống

Hình 9: Giao diện hẹn giờ thiết bị

Mô tả: nơi thời gian được cài đặt trước đó nhằm đóng mở rèm cửa hoặc cửa sổ trong khoảng thời gian cố định tùy nhu cầu cửa người dùng

4.2.3 Thông báo người dùng

Hình 10: Dữ liệu thông báo thiết bị

Mô tả: Hệ thống sẽ gửi thống báo đến người dùng thông qua thiết bị thông minh trong trường hợp rèm cửa hay cửa sổ quên được kéo hay đóng trong khoảng thời gian được cài đặt sẵn

5 Lưu đồ giải thuật

Lưu đồ đóng mở rèm, cửa thông qua cảm biến:

Hình 11: Lưu đồ đóng mở rèm, cửa thông qua cảm biến

Lưu đồ cảnh báo người dùng thông qua internet:

Hình 12: Lưu đồ cảnh báo người dùng thông qua SMS

Lưu đồ điều khiển hệ thống qua button trên thiết bị di động:

Hình 13: Lưu đồ điều khiển hệ thống qua switch trên thiết bị di động

Lưu đồ hẹn giờ:

Hình 14: Lưu đồ hẹn giờ

- Người dùng điều khiển rèm và cửa sổ thông qua các thiết bị thông minh

- Bộ xử lý tiếp nhận thông tin thời gian được cài đặt và truyền tín hiệu đến bộ hẹn giờ sau đó bộ hẹn giờ xử lý và truyền lại tín hiệu cho bộ điều khiển

7 Mô phỏng và thi công

Hình 16 : Mạch phần cứng cửa hệ thống

Hình 17: Mặt trên của mô hình

Hình 18: Mặt bên của mô hình