thiết kế hệ thống quản lý nhà trọ

 Tìm hiểu các thiết bị, cảm biến cần sử dụng phù hợp với đề tài.. Giải trình chỉnh sửa báo cáo đồ án tốt nghiệp: TT Nội dung góp ý của Hội 1 Danh mục các từ viết tắt cần được sắp xếp th

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH

GVHD: PGS.TS TRƯƠNG NGỌC SƠN SVTH: NGUYỄN KHÔI NGUYÊN CAO ĐĂNG KHÔI

THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHÀ TRỌ

S K L 0 1 2 2 6 8

Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH

TP HỒ CHÍ MINH – 01/2024

THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHÀ TRỌ

MSSV: 19119118 CAO ĐĂNG KHÔI MSSV: 19119008 GVHD: PGS.TS TRƯƠNG NGỌC SƠN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHÀ TRỌ

MSSV: 19119118 CAO ĐĂNG KHÔI MSSV: 19119008 GVHD: PGS.TS TRƯƠNG NGỌC SƠN

TP HỒ CHÍ MINH – 01/20

TP Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 01 năm 2024

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Khôi Nguyên MSSV: 19119118

Cao Đăng Khôi MSSV: 19119008

Ngành: Công nghệ kỹ thuật máy tính Lớp: 19119CL1A

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS TRƯƠNG NGỌC SƠN

1 Tên đề tài: Thiết kế hệ thống quản lí nhà trọ

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

 Tìm hiểu mô hình nhà trọ ở thời điểm hiện tại

 Tìm hiểu các thiết bị, cảm biến cần sử dụng phù hợp với đề tài

 Đưa ra các phương án, thiết kế phù hợp cho đề tài

 Xây dựng mô hình và sắp xếp các thiết bị

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAM Độc lập – Tự Do – Hạnh phúc

Tp HCM, ngày 20 tháng 1 năm 2024

BẢN GIẢI TRÌNH CHỈNH SỬA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH: CNKT MÁY TÍNH

1 Tên đề tài: Thiết kế hệ thống quản lý nhà trọ

2 Tên sinh viên: Cao Đăng Khôi MSSV: 19119008

Tên sinh viên: Nguyễn Khôi Nguyên MSSV: 19119118

3 GVHD: PGS.TS Trương Ngọc Sơn

4 Hội đồng bảo vệ HĐ 2, phòng E1-509 ngày 22 tháng 1 năm 2024

5 Giải trình chỉnh sửa báo cáo đồ án tốt nghiệp:

TT Nội dung góp ý của Hội

2

Phần 1.2 Mục tiêu đề tài cần

định lượng cụ thể các thông

số cho hệ thống (quản lý

thông tin gì, cảm biến thub

thập gì, điều khiển bao nhiêu

số lại như như nội dung góp ý

4 Cần trích dẫn hình ảnh Nhóm thực hiện đã thêm vào

chương 2 từ nguồn tài liệu

tham khảo

phần tài liệu tham khảo hình ảnh

5

Chỉnh sửa phần thiết kế

chương 3: Khối xử lý trung

tâm và khối nguồn sau cùng

Nhóm thực hiện đã chỉnh sửa theo yêu cầu

TP Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 01 năm 2024

PHIẾU NHẬN X T CỦA GIÁO VIÊN PHẢN IỆN

Họ v tên Sinh viên: Nguyễn Khôi Nguyên MSSV: 19119118

Cao Đăng Khôi MSSV: 19119008

Ngành: Công nghệ kỹ thuật máy tính

Tên ề t i: Thiết kế hệ thống quản lí nhà trọ

Họ v tên Giáo viên phản biện: NHẬN X T

1 Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện:

2 Ƣu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

GIẢNG VIÊN PHẢN IỆN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ***

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy Trương Ngọc Sơn - người đã hướng dẫn và hỗ trợ chúng em suốt quá trình thực hiện Đồ án Tốt nghiệp này

Thầy đã chia sẻ kiến thức, hiểu biết và kinh nghiệm quý giá của mình, giúp nhóm thực hiện đề tài hiểu rõ hơn về lĩnh vực mà nhóm thực hiện đề tài đang nghiên cứu Sự tận tâm và nhiệt huyết của thầy là nguồn động lực giúp nhóm thực hiện đề tài vượt qua những thách thức khó khăn trong Đồ án kì này Những

ý kiến và sự góp ý của thầy đã giúp nhóm thực hiện đề tài hoàn thiện nội dung và phương pháp nghiên cứu, đồng thời nâng cao chất lượng của đề tài

Trong quá trình tìm hiểu nghiên cứu và thực hiện đề tài thì nhóm thực hiện

đề tài sẽ không thể tránh khỏi những sai lầm Rất mong nhận được sự đóng góp

từ Thầy để được hoàn thiện đề tài tốt hơn

LỜI CAM ĐOAN

Đồ án tốt nghiệp mang tên "Thiết kế hệ thống quản lý nhà trọ" là quá trình nghiên cứu và thực hành của nhóm thực hiện đề tài dưới sự chỉ dẫn của thầy Trương Ngọc Sơn

Mọi thông tin, dữ liệu và tài liệu mà nhóm thực hiện đề tài tham khảo được trích dẫn trong đồ án này đều được ghi rõ nguồn gốc và tác giả theo quy tắc của trường

Nhóm hiểu rằng bất kỳ hành vi gian lận nào trong quá trình thực hiện đồ án sẽ bị

xử lý theo quy định của trường

Đại diện nhóm thực hiện đồ án tốt nghiệp

(ký và ghi rõ họ tên)

TÓM TẮT

Những năm qua, với sự phát triển nhanh của công nghệ nói chung, việc ứng dụng Internet of Things (IoT) vào quản lý nhà trọ đang trở thành xu hướng quan trọng Đồng thời, việc sử dụng ứng dụng web để quản lý thông tin liên quan đến nhà trọ cũng giúp tối ưu hóa quá trình quản lý và cung cấp tiện ích cho cả chủ nhà và người thuê trọ

Mục tiêu của đồ án là phát triển một hệ thống quản lý nhà trọ tích hợp giữa ứng dụng web và IoT Hệ thống sẽ cung cấp khả năng theo dõi và điều khiển các thiết bị trong nhà trọ thông qua internet, đồng thời hỗ trợ quản lý thông tin liên quan đến người thuê trọ, hóa đơn thanh toán, và bảo trì….Nội dung thực hiện sẽ xây dựng giao diện người dùng trực tuyến để quản lý thông tin và thực hiện các chức năng quản lý, xử dụng giao thức IoT để kết nối và điều khiển các thiết bị trong nhà trọ như đèn, cảm biến nhiệt độ, khí ga, lửa

Qua đồ án tốt nghiệp, nhóm đã hoàn thiện thành công hệ thống giám sát và quản lý nhà trọ tích hợp web và IoT Đạt được khả năng theo dõi và điều khiển các thiết bị từ xa Giao diện người dùng thân thiện, dễ sử dụng Tăng cường hiệu quả quản lý và thuận lợi cho cả chủ trọ và người thuê

ABSTRACT

In recent years, with the robust development of information technology, the application of the Internet of Things (IoT) in the management of rental properties has become a significant trend Simultaneously, utilizing web applications to manage information related to rental properties helps optimize the management process and provides convenience for both landlords and tenants The objective

of the project is to develop an integrated system for managing rental properties, combining web applications and IoT The system will provide the capability to monitor and control devices within the rental property through the internet, while also supporting the management of information related to tenants, payment invoices, and maintenance The project content will involve constructing an online user interface for information management and implementing management functions, leveraging IoT protocols to connect and control devices within the rental property such as lights, temperature sensors, gas, and fire sensors

Through the graduation project, the team has successfully built a rental property management system integrating web and IoT They have achieved the ability to remotely monitor and control devices, with a user-friendly and easily accessible interface This enhances the efficiency of management and brings convenience to both landlords and tenants

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC ẢNG

CÁC TỪ VIẾT TẮT

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 GIỚI THIỆU 1

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1

1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO 2

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG HỆ THỐNG 3

2.1.1 ESP –WROOM-32 3

2.1.2 Giới thiệu module chuyển nguồn AC-DC Hi Link-10m05 3

2.2 TỔNG QUAN CẢM BIẾN 3

2.2.1 Cảm biến khí gas 3

2.2.2 Cảm biến lửa 7

2.2.3 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm 10

2.2.4 Cảm biến dòng điện 12

2.2.5 Cảm biến áp 13

2.3 GIỚI THIỆU CÁC FRAMEWORK FRONTEND VÀ BACKEND 13

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÍ NHÀ TRỌ 16

3.1 YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG 16

3.2 ĐẶC TẢ HỆ THỒNG 16

3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 16

3.2.2 Sơ đồ nguyên lý 17

3.3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 21

3.3.1 Khối nguồn 28

3.3.2 Khối vi điều khiển 28

3.3.3 Khối cảm biến 21

3.3.3.1 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm (DHT 22) 21

3.3.3.2 Cảm biến khí gas MQ2 22

3.3.3.3 Cảm biến lửa KY-026 23

3.3.3.4 Cảm biến dòng điện HALL để đo dòng điện ACS712 [9 23

3.3.3.5 Cảm biến điện áp ZMPT101B [10 25

3.3.3.6 Cảm biến lưu lượng nước YS-F201 [11] 27

3.4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 29

3.4.1 Sơ đồ đặc tả 29

3.4.1.1 Sơ đồ đặc tả của ứng dụng cho người dùng 29

3.4.1.2 Sơ đồ đặc tả của ứng dụng cho quản trị viên 30

3.4.2 Thiết kế cơ sở dữ liệu 31

3.4.2.1 Các bảng (Table) 31

3.4.2.2 Bảng User 33

3.4.2.3 Bảng Role 33

3.4.2.4 Bảng User-Role 34

3.4.2.5 Bảng Room 34

3.4.2.6 Bảng Hardware 35

3.4.3 Chức năng của ứng dụng 37

3.4.3.1 Lưu đồ hoạt động của bộ xử lý trung tâm 37

3.4.3.2 Lưu đồ giao tiếp giữa phần cứng và phần mềm 38

3.4.3.3 Lưu đồ các chức năng của phần mềm 39

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ 44

4.1 KẾT QUẢ THỰC HIỆN MÔ HÌNH 44

4.2 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH 53

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ 57

5.1 KẾT LUẬN 57

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Cấu tạo cảm biến MQ2 4

Hình 2.2 Cấu tạo trong MQ2 4

Hình 2.3 Phần tử cảm biến MQ2 5

Hình 2.4 Nồng độ khí tối thiểu và tối đa để cảm biến có thể đo 6

Hình 2.5 Sơ đồ chân Module KY-026 7

Hình 2.6 Hình phổ phát xạ điển hình của đám cháy 9

Hình 2.7 DHT11-vs-DHT22 và thông số 10

Hình 2.8 Cấu tạo bên trong DHT22 khi tháo lớp vỏ nhựa ra 11

Hình 2.9 Cấu tạo miếng đo độ ẩm 11

Hình 2.10 Điện trở nhiệt NTC 11

Hình 2.11 Cảm biến dòng điện ACS712 12

Hình 2.12 Module ZMPT101B 13

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống quản lý nhà trọ 16

Hình 3.2 Sơ đồ nối dây với module HLK-10m05 17

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch hệ thống quản lý nhà trọ 18

Hình 3.4 Mạch Nguyên lý Khối cảm biến 19

Hình 3.5 Mạch Nguyên lý Khối điều khiển và Led RGB 20

Hình 3.6 Mạch Nguyên Lý Khối Nguồn 20

Hình 3.7 Mạch Nguyên Lý Khối Vi Điều Khiển 21

Hình 3.8 Linh kiện MQ2 22

Hình 3.9 Module KY-026 5 trong 1 23

Hình 3.10 Module cảm biến dòng sử dụng ACS712 24

Hình 3.11 Mạch Nguyên lý khi sử dụng ZMPT101B 25

Hình 3.12 Hình dạng sóng đầu vào và ra của ZMPT101B 26

Hình 3.13 Cảm biến điện áp ZMPT101B 27

Hình 3.13 Cấu tạo bên trong cảm biến YS-F201 28

Hình 3.14 Module chuyển nguồn AC-DC 28

Hình 3.15 ESP32 Devkit V1 29

Hình 3.16 Sơ đồ đặc tả của ứng dụng cho người dùng 30

Hình 3.17 Sơ đồ đặc tả của ứng dụng cho quản trị viên 31

Hình 3.18 Các bảng trong cơ sở dữ liệu 32

Hình 3.20 Lưu đồ hoạt động của bộ xử lý trung tâm 37

Hình 3.21 Lưu đồ giao tiếp giữa phần cứng và phần mềm 38

Hình 3.22 Lưu đồ đăng kí và đăng nhập 39

Hình 3.23 Lưu đồ cập nhật thông tin người dùng 40

Hình 3.24 Lưu đồ tạo phòng và giao tiếp với phần cứng 41

Hình 3.25 Lưu đồ cài đặt giá trị giới hạn cho cảm biến 42

Hình 4.1 Màn hình đăng nhập 44

Hình 4.2 Màn hình đăng kí 45

Hình 4.3 Màn hình chính sau khi đăng nhập 46

Hình 4.4 Tạo phòng mới dành cho quản trị viên 46

Hình 4.5 Trang quản lí người dùng 47

Hình 4.6 Thêm tài khoản khách thuê 47

Hình 4.7 Sửa tài khoản khách thuê 48

Hình 4.8 Trang theo dõi phòng trọ 48

Hình 4.9 Trang theo dõi mức độ tiêu thụ điện nước 49

Hình 4.10 Trang theo dõi dòng điện và điện áp 50

Hình 4.11 Thay đổi tên phòng, xóa phòng và reboot 51

Hình 4.12 Cài đặt thông số giới hạn cảm biến và cảnh báo 52

Hình 4.13 Mạch in PCB hoàn chỉnh 53

Hình 4.14 Mạch hoàn chỉnh sau khi đã hàn và liên kết các linh kiện 54

Hình 4.15 Phía dưới mạch gồm các linh kiện đã hàn với nhau 54

Hình 4.16 Giao diện tính năng kết nối thông minh 55

Hình 4.17 Đo các thông số so với thực tế 56

DANH MỤC ẢNG

Bảng 2.1 Các loại cảm biến MQ 7

Bảng 2.2 Thông số kĩ thuật module KY-026 8

Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật của ESP32 Devkit V1 29

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của DHT11 và DHT22 22

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của MQ2 22

Bảng 3.4 Thông số kĩ thuật module KY-026 23

Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật ACS712 24

Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật của ZMPT101B 27

Bảng 3.7 User table 33

Bảng 3.8 Role table 33

Bảng 3.9 Mối quan hệ many-to-many của table user và table role 34

Bảng 3.10 Room table 35

Bảng 3.11 Hardware table 36

CÁC TỪ VIẾT TẮT

NTC Negative Temperature Coefficient

ReceiverTransmitter

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phân tích yêu cầu: Xác định và phân tích rõ ràng về các yêu cầu chức năng và phi chức năng của hệ thống

2

- Thiết Kế Hệ Thống: Phát triển mô hình và thiết kế giao diện người dùng phù hợp với yêu cầu đã phân tích Sử dụng các công cụ và ngôn ngữ lập trình phù hợp để triển khai thiết kế hệ thống

- Phương Pháp Kết Nối IoT: Tìm hiểu và triển khai các giao thức IoT để kết nối và quản lý các thiết bị trong nhà trọ Phát triển các phương tiện điều khiển từ xa thông qua web

- Phương Pháp Thử Nghiệm Người Dùng: Tiến hành thử nghiệm người dùng để đánh giá hiệu suất và trải nghiệm người dùng của web Nhờ những phản hồi từ người dùng để chỉnh sửa, cải thiện, hoàn thiện giao diện và tính năng của hệ thống

- Phương Pháp Đánh Giá Hiệu Suất: Đánh giá hiệu suất của hệ thống để đảm bảo rằng nó có thể xử lý đồng thời nhiều người dùng và thiết bị IoT mà không giảm hiệu suất hay xảy ra lỗi

1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài sẽ dùng framework Reactjs và Spring Boot,…, nghiên cứu cách thức giao tiếp giữa backend và các thành phần phần cứng

1.6 Ố CỤC QUYỂN ÁO CÁO

Nội dung chính của đề tài được trình bày với 5 chương:

- Chương 1 GIỚI THIỆU: giới thiệu chung về đề tài, mục tiêu nghiên cứu, giới hạn

đề tài, phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT: giới thiệu về tình hình nghiên cứu, hướng nghiên cứu, các dịch vụ đang được sử dụng

- Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG: đưa ra mô hình chung của toàn hệ thống, các khối của hệ thống, thiết kế từng khối và các thiết bị được sử dụng trong các khối

- Chương 4 KẾT QUẢ: trình bày kết quả thi công của mô hình hệ thống

- Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN: rút ra các kết luận, điểm mạnh điểm yếu và hướng phát triển của mô hình

3

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG HỆ THỐNG

Mô-đun ESP32-WROOM-32 mang đến nhiều cải tiến so với dòng ESP8266, đặc biệt

là khả năng hỗ trợ Bluetooth và Bluetooth Low Energy (BLE) bên cạnh chức năng WiFi

Nó được trang bị chip ESP32-D0WDQ6, bao gồm hai CPU hoạt động độc lập với tốc độ xung nhịp có thể đạt đến 240MHz

ESP32-WROOM-32 tương thích với các giao thức truyền thông như SPI, UART, I2C, I2S và có thể kết nối với nhiều thiết bị ngoại vi bao gồm cảm biến, âm ly, và thẻ nhớ (SD card)

Khi ở chế độ tiết kiệm năng lượng, module chỉ tiêu thụ 5 µA điện năng, là lựa chọn thích hợp cho các ứng dụng chạy bằng pin như các thiết bị di động Thêm vào đó, ESP32-WROOM-32 còn hỗ trợ Cập nhật chương trình cơ sở từ xa (OTA) để người dùng luôn nhận được phiên bản cập nhật mới nhất của sản phẩm

2.1.2 Giới thiệu module chuyển nguồn AC-DC Hi Link-10m05

Module chuyển nguồn từ nguồn xoay chiều AC sang nguồn 1 chiều DC là một trong

số các module chuyển nguồn nhỏ gọn , đạt các yêu cầu tiêu chuẩn về an toàn điện cũng như công suất hoạt động

2.2 TỔNG QUAN CẢM IẾN

2.2.1 Cảm biến khí gas

Mô-đun cảm biến khí MQ2 rộng rãi được áp dụng trong việc phát hiện các khí gây cháy nổ trong môi trường gia đình và công nghiệp Thành phần chính của môđun này là chất bán dẫn SnO2, chất này có khả năng dẫn điện kém trong không khí sạch, nhưng khi tiếp xúc với các vật liệu dễ cháy nổ, khả năng dẫn điện của nó tăng lên Tính dẫn điện của SnO2 tăng theo nồng độ chất cháy, và sau đó được khuếch đại và biến đổi thành tín hiệu điện MQ2 có thể nhận diện nhiều loại khí như i-butan, propan, metan, rượu, hydro, khói,

và nhiều hơn nữa Bởi vì cấu trúc đơn giản và chi phí thấp, mô-đun này được ưa chuộng trong nhiều ngành công nghiệp và tiêu dùng

4

Hình 2.1 Cấu tạo cảm biến MQ2 [1]

Khi tháo lưới bên ngoài, cảm biến trông như hình bên dưới Phần tử cảm biến và sáu chân kết nối vượt ra ngoài đế Bakelite tạo thành cấu trúc hình ngôi sao Hai (H) trong số sáu dây dẫn có nhiệm vụ làm nóng bộ phận cảm biến và được liên kết với nhau bằng một cuộn dây Niken-Crom (một hợp kim dẫn điện nổi tiếng)

Hình 2.2 Cấu tạo trong MQ2 [1]

Bốn dây dẫn mang tín hiệu còn lại (A và B) được kết nối bằng dây bạch kim Các dây này được kết nối với phần thân của phần tử cảm biến và truyền tải những thay đổi nhỏ trong dòng điện chạy qua phần tử cảm biến

L m sao Module cảm biến MQ2 o khí Gas

Mô-đun cảm biến khí MQ2 chỉ phù hợp để đo xu hướng nồng độ khí chứ không phải nồng độ khí chính xác vì mối quan hệ giữa tỷ lệ thay đổi điện áp và nồng độ là phi tuyến tính Muốn đo nồng độ chính xác thì phải mua cảm biến chính xác và tốn kém hơn rất nhiều

Hình ảnh sau đây cho thấy nồng độ tối thiểu và tối đa của các loại khí khác nhau có thể được đo bằng cảm biến

6

Hình 2.4 Nồng ộ khí tối thiểu v tối a ể cảm biến có thể o [1]

Theo đồ thị ta thấy nồng độ tối thiểu có thể kiểm tra được là 100ppm và tối đa là 10000ppm hay nói cách khác ta có thể lấy được nồng độ khí trong khoảng từ 0.01% đến 1% Tuy nhiên, chúng ta không thể đưa ra công thức vì mối quan hệ giữa tỷ lệ và nồng độ

là phi tuyến tính

Lựa chọn cảm biến MQ sao cho phù hợp

Trước khi chọn cảm biến ta cần phải xác định các loại khí mà mình cần theo dõi dựa vào bảng tính năng các loại cảm biến bên dưới

Hình 2.5 Sơ ồ chân Module KY-026

Module cảm biến lửa 5 chiều là module được ghép từ 5 module KY-026 , nên chúng

em xin trình bày cấu tạo của 1 module cảm biến KY-026

Trước khi bắt đầu sử dụng mô-đun cảm biến ngọn lửa, chúng ta phải biết bản thân cảm biến và toàn bộ mô-đun cùng với tất cả các thành phần điện tử khác đang hoạt động như thế nào Do đó, nhóm bắt đầu tìm hiểu với bảng dữ liệu kỹ thuật của toàn bộ mô-đun, sau đó là tìm hiểu về sơ đồ chân của mô-đun cảm biến ngọn lửa KY-026

8

Mô-đun này chứa một diode hồng ngoại YG1006, một phototransistor NPN silicon

có độ nhạy cao Do epoxy màu đen, cảm biến nhạy cảm với bức xạ hồng ngoại

ảng 2.2 Thông số kĩ thuật module KY-026

Module cảm biến này KY-026 có điện áp hoạt động trong khoảng 3.3V đến 5V Diode hồng ngoại YG1006 tích hợp nhạy cảm với bức xạ hồng ngoại trong khoảng 0,76μm đến 1,1μm Khi lửa cháy, một lượng nhỏ ánh sáng hồng ngoại được phát ra Ánh sáng này được nhận bởi đi-ốt quang (bộ thu hồng ngoại) trên mô-đun cảm biến

Góc phát hiện của phototransistor nằm trong khoảng từ 0 đến 60 độ Do đó, đám cháy được phát hiện ở một góc lớn xung quanh cảm biến

L m thế n o ể các cảm biến phát hiện lửa

Phương pháp phát hiện ngọn lửa nào bạn sử dụng để báo cháy tùy thuộc vào điều kiện môi trường, nhưng cường độ tương đối của các photon trong dải sóng là một dấu hiệu tốt Hình ảnh sau đây cho thấy phổ phát xạ điển hình của đám cháy hydrocacbon cùng với 3 dải sóng

9

Hình 2.6 Hình phổ phát xạ iển hình của ám cháy [2]

Dựa vào các quang phổ này , các nhà sản xuất có thể chế tạo các cảm biến phát hiện 1 đám cháy dựa vào 3 cách sau:

Cảm biến lửa dựa vào tia cực tím UV: tia UV có bước sóng ngắn hơn 0,3μm và mắt người không nhìn thấy được Để phát hiện đám cháy, máy dò tia cực tím nhận ra bức xạ

UV phát ra ngay khi bắt lửa Cảm biến có thời gian phản ứng rất nhanh với 3-4 mili giây nhưng do thời gian phản ứng nhanh nên bạn phải thêm độ trễ vài giây để giảm thiểu báo động sai Báo động sai do các nguồn tia cực tím khác như ánh sáng và ánh sáng mặt trời gây ra

Cảm biến lửa dựa vào tia hồng ngoại IR:Các tia hồng ngoại IR phát ra từ ngọn lửa có bước sóng cao hơn với 1,1μm trở lên và nằm trong dải sóng hồng ngoại Các camera tầm nhiệt chữa cháy chuyên dụng (TIC) phát hiện đám cháy dựa trên các mẫu cụ thể do khí nóng tỏa ra Từ phổ phát xạ đám cháy hydrocacbon, bạn thấy rằng tần số cộng hưởng của CO2 nằm trong khoảng 4,3μm – 4,4μm Bước sóng này có cường độ rất cao do khí CO2 thoát ra trong đám cháy, do đó rất tốt để phát hiện đám cháy.Nhưng máy dò hồng ngoại cũng có thể có báo động sai do bề mặt nóng, bức xạ nhiệt ở nền, nước trên ống kính máy

dò hoặc tiếp xúc với ánh sáng mặt trời trực tiếp

10

2.2.3 Cảm biến nhiệt ộ, ộ ẩm

Dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm xung quanh hiện được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thực tế như nhà thông minh, trang trại thông minh và nhà kho thông minh Dữ liệu này là thông tin rất quan trọng đối với hệ thống trên Chúng được hệ thống sử dụng để tính toán và thực thi các thuật toán, cảnh báo nguy hiểm, lưu trữ dữ liệu, v.v Vì những lý

do trên, module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm được sử dụng rộng rãi để thu thập dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm từ môi trường

Thông số kĩ thuật DHT22

DHT22 là 1 cảm biến để đo nhiệt độ và độ ẩm rất phổ biến Thông thường người ta phải đo các thông số này để điều khiển một số hệ thống nhất định Ví dụ, để có thể tạo ra một hệ thống làm lạnh, chăm sóc cây trồng hoặc điều hòa không khí khởi động nếu nhiệt

độ hoặc độ ẩm đạt đến một giá trị nhất định Nhưng để điều đó có thể, bạn cần một cảm biến như DHT22

DHT22 có độ tin cậy và độ ổn định cao do tín hiệu kỹ thuật số được hiệu chỉnh Ngoài DHT22 ra còn có 1 phiên bản DHT11 với giá thành thấp hơn nhưng phạm vi nhiệt

11

Hình 2.8 Cấu tạo bên trong DHT22 khi tháo lớp vỏ nhựa ra [3]

Để đo độ ẩm, nó sử dụng thành phần cảm biến độ ẩm có hai điện cực với chất giữ ẩm nằm giữa Do đó, khi thay đổi độ ẩm, độ dẫn của chất nền thay đổi hoặc điện trở giữa các điện cực này thay đổi Sự thay đổi điện trở này đƣợc đo và xử lý bởi IC khiến cho vi điều khiển có thể luôn đọc đƣợc các giá trị

Hình 2.9 Cấu tạo miếng o ộ ẩm [3]

Ngoài ra, để đo nhiệt độ, các cảm biến này sử dụng nhiệt điện trở hoặc cảm biến nhiệt độ NTC Một nhiệt điện trở thực sự là một điện trở thay đổi điện trở của nó với sự thay đổi của nhiệt độ Các cảm biến này đƣợc chế tạo bằng cách kết hợp các vật liệu bán dẫn nhƣ gốm hoặc polyme nhằm tạo ra sự biến đổi đáng kể trong điện trở chỉ với sự thay đổi nhỏ về nhiệt độ Thuật ngữ có tên là “NTC” ( Negative Temperature Coefficient ) có nghĩa là hệ số nhiệt độ âm, có nghĩa là điện trở giảm khi nhiệt độ tăng

Hình 2.10 Điện trở nhiệt NTC [3]

12

2.2.4 Cảm biến dòng iện

Cảm biến dòng điện, hay còn gọi là cảm biến dòng điện đo lường dòng điện, là một thiết bị được thiết kế để đo lường cường độ dòng điện trong mạch điện Các loại cảm biến dòng điện khác nhau có thể được sử dụng cho các mục đích khác nhau, như kiểm soát, giám sát, và bảo vệ mạch điện Cảm biến dòng điện hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường từ tính tạo ra bởi dòng điện khi nó đi qua một dây dẫn Dòng điện tạo ra một trường từ tính xung quanh dây dẫn đó, và cảm biến có thể sử dụng hiệu ứng này để đo lường cường độ dòng điện

Hình 2.11 Cảm biến dòng iện ACS712

Nguyên lý hoạt ộng của IC ACS712

Cảm biến ACS712 (Hall Effect Current Sensor) dùng để đo dòng điện dựa trên hiệu ứng Hall để đo dịng điện AC/DC, cảm biến có kích thước nhỏ gọn, dễ kết nối, giá trị trả

ra là điện áp Analog tuyến tính theo cường độ dòng điện cần đo nên rất dễ kết nối và lập trình với Vi điều khiển, thích hợp với các ứng dụng cần đo dong AC/DC với độ chính xác cao

ACS712 có khả năng đo được cả dòng điện AC và DC

- Khi đo DC: phải mắc tải nối tiếp Ip+ và Ip- đúng chiều, khi dòng điện đi từ Ip+ đến Ip- Vout sẽ ra mức điện áp tương ứng 2.5~5VDC tương ứng dòng 0~Max, nếu mắc ngược Vout sẽ ra điện thế 2.5~0VDC tương ứng với 0~(-Max) Khi cấp nguồn 5VDC cho module khi chưa có dòng Ip (chưa có tải mắc nối tiếp) thì Vout

= 2.5VDC, khi dòng Ip( dòng của tải) bằng Max thì Vout=5DC, Vout sẽ tuyến tính với dòng Ip trong khoản 2.5~5VDC tương ứng với dòng 0~Max, để kiểm tra

có thể dùng đồng hồ VOM thang đo DC để đo Vout

- Khi đo dòng điện AC: do dòng điện AC không có chiều nên không cần quan tâm chiều, khi cấp nguồn 5DC cho module khi chưa có dòng Ip (chưa có tải mắc nối tiếp với domino) thì Vout = 2.5VDC, khi có dòng xoay chiều Ip (dòng AC) do dòng xoay chiều độ lớn thay đổi liên tục theo hàm Sin, nên điện thế Vout sẽ có độ lớn tuyến tính với dòng điện AC từ 0~5VDC tương ứng với (-Max)~Max (dòng xoay chiều), để kiểm tra dùng đồng hồ VOM thang đo AC đo Vout

2.3 GIỚI THIỆU CÁC FRAMEWORK FRONTEND VÀ BACKEND

REACT-REDUX:

React-Redux là một thư viện trong hệ sinh thái React được sử dụng để quản lý trạng thái (state) của ứng dụng React Nó kết hợp giữa thư viện React và Redux, giúp quản lý trạng thái ứng dụng một cách hiệu quả và dễ dàng Redux là một thư viện độc lập có thể được

sử dụng với bất kỳ lớp giao diện người dùng (UI) hoặc framework nào, bao gồm React, Angular, Vue, Ember và thậm chí là JavaScript thuần (vanilla JS) Mặc dù Redux và React thường được sử dụng cùng nhau, chúng là độc lập với nhau Nếu bạn đang sử dụng Redux với bất kỳ framework UI nào, bạn thường sẽ sử dụng một thư viện "UI binding"

để kết nối Redux với framework UI của bạn, thay vì tương tác trực tiếp với store từ mã nguồn UI của bạn React Redux là thư viện chính thức của Redux được thiết kế để kết nối Redux với React Nếu bạn đang sử dụng cả Redux và React, bạn nên sử dụng React Redux để liên kết hai thư viện này [4]

REACT-ROUTER-DOM:

Là một thư viện JavaScript được sử dụng trong ứng dụng React để quản lý định tuyến (routing) Nó giúp bạn điều hướng giữa các thành phần của ứng dụng mà không cần phải làm tải lại trang hoặc làm cho trang web được tải lại đầy đủ React Router cho phép "định tuyến phía máy khách" (client-side routing) Trong các trang web truyền

14

thống, trình duyệt yêu cầu một tài liệu từ máy chủ web, tải và đánh giá các tài nguyên CSS và JavaScript, và hiển thị HTML được gửi từ máy chủ Khi người dùng nhấp vào một liên kết, quá trình này lại bắt đầu từ đầu để tải một trang mới Định tuyến phía máy khách cho phép ứng dụng của bạn cập nhật URL từ việc nhấp vào liên kết mà không cần thực hiện yêu cầu khác để lấy một tài liệu khác từ máy chủ Thay vào đó, ứng dụng của bạn có thể ngay lập tức hiển thị một giao diện người dùng mới và thực hiện các yêu cầu

dữ liệu với fetch để cập nhật trang với thông tin mới Điều này giúp tăng tốc trải nghiệm người dùng vì trình duyệt không cần phải yêu cầu một tài liệu hoàn toàn mới hoặc đánh giá lại tài nguyên CSS và JavaScript cho trang tiếp theo Nó cũng tạo điều kiện cho các trải nghiệm người dùng động hơn với các tính năng như hoạt ảnh [5]

REACT-ICON:

Là một thư viện React cung cấp một bộ sưu tập các biểu tượng (icons) phổ biến và

đa dạng Thư viện này giúp bạn dễ dàng tích hợp các biểu tượng vào ứng dụng React của mình mà không cần phải vẽ hoặc tìm kiếm từng biểu tượng một cách độc lập Sử dụng dễ dàng bao gồm các biểu tượng phổ biến vào dự án React của bạn với react-icons, sử dụng

cú pháp nhập ES6 giúp bạn chỉ bao gồm những biểu tượng mà dự án của bạn đang sử dụng [6]

ANT DESIGN :

Ant Design là một thư viện UI (User Interface) cho React, được thiết kế để giúp xây dựng giao diện người dùng hiện đại, đẹp mắt và dễ sử dụng Được phát triển bởi đội ngũ Ant Design tại Alibaba, antd có sẵn nhiều thành phần UI đã được thiết kế trước (pre-designed components) giúp giảm bớt công việc thiết kế và phát triển [7]

TAILWIND:

Tailwind CSS là một framework CSS mà không có các ý tưởng trước designed components) giống như các framework truyền thống khác như Bootstrap hay Foundation Thay vào đó, Tailwind cung cấp một tập hợp lớn các lớp CSS để bạn có thể áp dụng trực tiếp vào HTML để thiết kế giao diện người dùng Tailwind CSS hoạt động bằng cách quét tất cả các tệp HTML, các thành phần JavaScript và bất kỳ các mẫu khác chứa tên lớp, sau đó tạo ra các kiểu tương ứng và ghi chúng vào một tệp CSS tĩnh Nó nhanh chóng, linh hoạt và đáng tin cậy [8]

(pre-AXIOS:

Axios là một thư viện HTTP Client dựa trên Promise dành cho node.js và trình duyệt Nó có tính đẳng hình (tức là cùng codebase có thể chạy trong cả trình duyệt và node.js) Ở phía server thì nó sử dụng native module http trong node.js, còn ở phía client (trình duyệt) thì nó sử dụng XMLHttpRequest [9]

FORMIK:

15

Formik là một thư viện quản lý trạng thái và xử lý form trong ứng dụng React Nó giúp đơn giản hóa việc quản lý và xử lý các form phức tạp, cung cấp các tính năng như quản lý giá trị form, xác thực (validation), theo dõi sự thay đổi, và xử lý sự kiện submit[10]

SPRING BOOT:

Spring giúp việc lập trình Java nhanh hơn, dễ dàng hơn và an toàn hơn cho mọi người Sự tập trung của Spring vào tốc độ, sự đơn giản và năng suất đã khiến nó trở thành framework Java phổ biến nhất thế giới [11]

16

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÍ NHÀ TRỌ

3.1 YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG

Hệ thống được thiết kế với mục đích nhằm theo dõi điện áp qua đó bảo vệ, phòng tránh tình trạng quá áp hoặc quá dòng xảy ra trong phòng trọ , nhờ vào các dữ liệu này ,

hệ thống quản lý web cũng có khả năng tính toán mức tiêu thụ điện và nước Qua đó giúp người thuê trọ có thể theo dõi dễ dàng

Hệ thống cũng có các cảm biến theo dõi việc rò rỉ khí gas, cũng như phát hiện lửa , qua đó nhận biết các dấu hiệu nhanh chóng, thông báo đến người dùng

3.2 ĐẶC TẢ HỆ THỒNG

3.2.1 Sơ ồ khối hệ thống

Để tiện cho việc thiết kế mạch , nhóm em đã chia phần cứng làm 4 khối , qua đó

dễ dàng thiết kế , thi công và lập trình

Hình 3.1 Sơ ồ khối của hệ thống quản lý nh trọ

Hệ thống sẽ gồm 4 khối chính :

 Khối nguồn : sẽ gồm thành phần chính là module chuyển nguồn AC-DC 10m05 Mạch sẽ tích hợp cầu chì bảo vệ quá áp , quá dòng điện xoay chiều , tụ chống sét 10D561 , tụ bù điện chống nhiễu

HLK-17

Hình 3.2 Sơ ồ nối dây với module HLK-10m05

 Khối vi điều khiển : sử dụng ESP32 vì giá thành và chức năng phù hợp với yêu cầu đề tài , ESP32 tích hợp WIFI và bluetooth bên trong, phù hợp cho các chức năng liên quan đến IOT.Đồng thời nhóm cũng quyết định sử dụng led RGB hiển thị các trạng thái của thíêt bị thay cho màn hình LCD truyền thống , nhằm giảm giá thành sản phẩm , vì người dùng có thể dùng web hoặc app để xem thông tin cảm biến , thiết bị cũng có thể được lắp đặt trên tường cao , nên việc xem thông

+ Cảm biến lưu lượng nước YS-F201

 Khối điều khiển ngõ ra: dựa vào các dữ liệu của cảm biến để quyết định đóng ngắt điện tổng của toàn phòng , ngoài ra có thể mở rộng thêm 2-3 kênh phụ cho các mấy bơm nước hoặc quạt

3.2.2 Sơ ồ nguyên lý

Sau khi đã xác định được các khối , nhóm đã tiến hành thiết kế mạch điện , tiến hành

vẽ mạch sơ đồ nguyên lý

18

Hình 3.3 Sơ ồ nguyên lý to n mạch hệ thống quản lý nh trọ

19

Hình 3.4 Mạch Nguyên lý Khối cảm biến

Vì đặc tính của 1 số loại cảm biến như khí GAS và cảm biến lửa cần hướng ra ngoài môi trường, đồng thời với việc sử dụng module nhằm dễ dàng thay thế khi các cảm biến

bị hư hỏng , nên nhóm em đã thiết kế khối cảm biến gồm nhiều chân cắm kết nối với các module cảm biến thông qua dây

20

Hình 3.5 Mạch Nguyên lý Khối iều khiển v Led RG

Khối điều khiển với thành phần chính là relay SLA-5VDC-SL-A , đây là relay chịu đƣợc dòng tải và điện áp lớn (250v – 30A), có khả năng kích dẫn chỉ với 5V trên cuộn dây, nên rất phù hợp để sử dụng trong đề tài này Relay cũng đƣợc thiết kế cách ly quang với opto pc817 nên tránh điện hiện tƣợng hồ quang điện phóng ra là cháy mạch

Hình 3.6 Mạch Nguyên Lý Khối Nguồn

21

Hình 3.7 Mạch Nguyên Lý Khối Vi Điều Khiển

Vì trên thị trường có bán 2 loại kit phát triển ESP32 phổ biến , 1 loại có 30 chân m,

1 loại có 36 chân nên nhóm đã thiết kễ hỗ trợ cả 2 loại chân cắm này

3.3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Sau khi đã thiết kế xong mạch nguyên lý nhóm đã tiến hành layout mạch thành mạch

in PCB 2 lớp Dây chịu tải cũng đã được thiết kế với bề rộng lớn để chịu dòng tải lớn ( từ

20 -25A) do thiết bị sẽ điều khiển hệ thống điện trong phòng

3.3.1 Khối cảm biến

3.3.1.1 Cảm biến nhiệt ộ, ộ ẩm (DHT 22)

Nhóm đã chọn cảm biến DHT22 cho dự án này vì nó có khả năng đo được cả nhiệt độ

và độ ẩm Phạm vi đo được của cảm biến từ 20% đến 95% độ ẩm, với độ chính xác ±5%,

và độ chính xác của nhiệt độ là ±2%, có thể đáp ứng được yêu cầu thực tế Sự phổ biến của cảm biến DHT22 trên thị trường giúp việc lấy dữ liệu trở nên dễ dàng hơn Bộ xử lý tín hiệu được tích hợp trong cảm biến giúp thu được dữ liệu chính xác mà không cần qua quá trình tính toán phức tạp