Báo Cáo Nhập Môn Ngành Điện Tử Viễn Thông Nhà Thông Minh Iot.pdf

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1.1 Nhà thông minh Nhà thông minh home automation, domotics, smarthome hoặc Intellihome là tên gọi dùng để gọi tên các ngôi nhà, căn hộ, công trình xây dự

NHÀ THÔNG MINH IOT

TRƯỜNG ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

🙢🕮🙠

BÁO CÁO NHẬP MÔN NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỀ TÀI: Giáo viên hướng dẫn : Thầy Nguyễn Hữu Phát Thầy Trần Mạnh Hoàng Sinh viên thực hiện : 1 Nguyễn Thị Nhật Lệ- 20224037 2 Nguyễn Thị Huyền Trang- 20224167 3 Đinh Khánh Ly- 20224049 4 Nguyễn Bá Đông- 20223912 5 Trần Bảo Nam- 20224068 Lớp : ĐIỆN TỬ 10- K67 HÀ NỘI, 2023 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN………3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI……… 4

1.1 Nhà thông minh………4

1.2 Giới thiệu về Wifi……….5

1.3 Nguyên tắc hoạt động của Wifi………5

1.4 Ưu nhược điểm của Wifi……… 6

1.5 Tính ứng dụng của đề tài……… 7

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT……… 8

2.1 Tổng quan về Internet of Things……… 8

2.1.1 Giới thiệu về Internet of Things……….8

2.1.2 Ứng dụng của IoT……… 8

2.2 Giới thiệu App Blynk……….8

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ………10

3.1 Thiết kế phần cứng……….10

3.1.1 Giới thiệu phần cứng……… 10

3.1.2 Sơ đồ mạch điện……… 13

3.2.1 Lưu đồ thuật toán……….14

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN………15

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….16

PHỤ LỤC……… 17

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành dự án nhập môn lần này, lời đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Hữu Phát và thầy Trần Mạnh Hoàng đã hướng dẫn cho chúng em những kiến thức, kĩ năng cần có để hoàn thành đề tài nghiên cứu lần này Tiếp đó, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị, bạn bè đã đóng góp ý kiến trong quá trình học tập, nghiên cứu, hỗ trợ chúng em trong suốt thời gian qua Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu đề tài, vì kiến thức chuyên ngành còn hạn chế cũng như một số yếu tố khách quan nên chúng em còn nhiều thiếu sót khi tìm hiểu, đánh giá và trình bày cũng như hoàn thành đề tài Vì vậy, chúng em rất mong các thầy thông cảm cho những thiếu sót ấy và chúng em rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý của các thầy để đề tài của chúng em được đầy đủ và hoàn chỉnh hơn Một lần nữa, chúng em xin cám ơn các thầy đã bỏ ra thời gian quý báu của mình để thông qua dự án nhập môn của chúng em Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1.1 Nhà thông minh

Nhà thông minh (home automation, domotics, smarthome hoặc Intellihome) là tên gọi dùng để gọi tên các ngôi nhà, căn hộ, công trình xây dựng được trang bị, được cài đặt sử dụng các thiết bị thông minh nhằm mục đích giúp cho ngôi nhà trở nên thông minh, tiện lợi hơn

Hình 1.1: Mô hình nhà thông minh Nhà thông minh có thể đáp ứng theo các ngữ cảnh thông minh một

cách có chủ định theo thiết lập của người dùng, có thể hoạt động một cách tự động hoặc bán tự động, và có thể thay thế con người thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển nhất định Về mặt bản chất, nhà thông minh là sự kết nối có hệ thống của các thiết bị điện thông minh giúp ngôi nhà trở nên thông minh hơn, có thể đáp ứng được các chức năng tự động hoặc bán tự động theo ý của người dùng Hệ thống điện tử này có thể giao tiếp với người dùng thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, ứng dụng trên điện thoại di động, máy tính bảng hoặc một

được kiểm soát bằng các thiết bị điện tử Chúng sẽ sử dụng các cách giao tiếp riêng đều hiểu nhau như: Bluetooth, hồng ngoại, sóng siêu âm, Wifi… Và người điều khiển sẽ là bạn qua chính chiếc điện thoại hay giọng nói Với smarthome, bạn có thể kiểm soát và quản lí những mọi thiết bị thông minh được kết nối trong nhà của mình, ngay cả khi bạn không ở đó bằng điện thoại thông minh, máy tính bảng hoặc máy tính Nhờ ứng dụng các công nghệ như hồng ngoại, điện thoại thông minh, IoT, công nghệ đám mây… Nhà thông minh có thể tự động giúp bạn làm những công việc

trong nhà Với những nhà đầu tư thông minh, họ luôn đánh giá cao một căn nhà có thể tự động hóa Bằng cách đó, bạn có thể theo dõi chi tiết

hệ thống thiết bị sưởi, điện, nước và hạn chế tình trạng quên tắt các các thiết bị đó từ đó, giảm thiểu tối đa chi phí phát sinh không cần thiết và tiết kiệm một khoản chi tiêu cho gia đình bạn Không chỉ có vậy, nhà thông minh còn có thể kích hoạt cảnh báo các tình trạng khẩn cấp như từ hỏa hoạn, động đất cho đến việc thành viên gia đình bạn bị ngã, chấn thương… Khi làm một nhà thông minh, có nghĩa là bạn đang dùng công nghệ để làm cuộc sống thoải mái hơn Chúng sẽ giảm khối lượng công việc của bạn, giúp bạn có nhiều thời gian thư giãn

1.1.2 Giới thiệu về Wifi

Wifi là mạng kết nối Internet không dây, viết tắt là Wireless Fidelity sử dụng sóng vô tuyến để truyền tín hiệu Loại sóng vô tuyến này tương tự như sóng điện thoại, truyền hình, radio Và trên hầu hết các thiết bị điện từ như laptop, điện thoại, máy tính bảng,… đều có kết nối Wifi

Hình 1.2: Kết nối Wifi Kết nối Wifi dựa trên các loại chuẩn kết nối IEEE 802.11 và chủ yếu hiện nay Wifi hoạt động trên băng tần 54 Mbps và có tín hiệu mạnh nhất trong khoảng 100 feet (gần 31m) Còn trong thực tế thì trong mỗi ngôi nhà thường có rất nhiều vật cản sóng, nên chỉ cần bạn đứng ở tầng 4 hoặc 5 là tín hiệu yếu rồi

Lúc đầu Wifi được phát triển như một cách để thay thế Ethernet Cho đến thời điểm thời tại, Wifi trở thành công nghệ phổ biến cung cấp kết nối cho các thiết bị

1.1.3 Nguyên tắc hoạt động của Wifi

Để có sóng Wifi thì chúng ta cần có bộ phát Wifi- chính là các thiết bị như modem, router, đầu vào, tín hiệu Internet nguồn Thiết bị modem, router sẽ lấy tín hiệu Internet qua kết nối hữu tuyến chuyển thành vô tuyến, và gửi đến các thiết bị sử dụng như smartphone, máy tính bảng, laptop…Đây là quá trình nhận tín hiệu không dây ( hay còn gọi là Adapter)- chính là card Wifi trên laptop, điện thoại và chuyển hóa thành tín hiệu Internet Và ngược lại, nghĩa là modem, router nhận tín hiệu vô tuyến từ adapter và giải mã chúng, gửi qua Internet

1.1.4 Ưu nhược điểm của Wifi

Hiện nay, có rất nhiều loại sóng có thể kết nối Internet như 3G, 4G,…Nhưng sóng Wifi có nhiều ưu điểm vượt trội hơn

Mạng Wifi không dây không khác gì các hệ thống mạng thông thường Mạng cho phép người dùng truy xuất tài nguyên mạng ở bất kỳ địa điểm nào trong khu vực triển khai

Ưu điểm di động: Cùng với sự phát triển của các mạng không dây công cộng, người dùng có thể truy cập Internet ở mọi nơi Khả năng mở rộng: Mạng Wifi đáp ứng tức thì khi gia tăng số lượng người dùng Bạn và nhiều người khác có thể sử dụng cùng 1 lúc mà không cần phải kết nối bằng cáp như cách cổ điển trước đây

Hình 1.4: Các kết nối trong hệ thống Wifi Bên cạnh những ưu điểm vượt trội thì mạng wifi cũng có những nhược điểm cần lưu ý:

Độ bảo mật: Môi trường kết nối là không dây nên khả năng bị tấn công cũng rất cao

trong một căn hộ, với một tòa nhà lớn thì hệ thống lại không đáp ứng được nhu cầu Giải quyết nhu cầu này cần phải mua thêm repeater hay access point dẫn đến tăng chi phí

Độ tin cậy: Vì sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông nên việc bị nhiễu, giảm tín hiệu do tác động của các thiết bị khác là điều không thể tránh khỏi

Tốc độ: Việc sử dụng hệ thống không dây đồng nghĩa với tốc độ của mạng không dây (1-125 Mbps)

1.1.5 Tính ứng dụng của đề tài

Kết quả mang lại của đề tài là một hệ thống hoàn thiện gồm phần mềm và phần cứng có thể sử dụng trong các hộ gia đình, các phòng nghiên cứu Tận dụng những thiết bị android để giảm giá thành sản phẩm và hiện thị được thông tin trên màn hình điện thoại

Điều khiển thiết bị dân dụng: Ngày trước đèn chỉ có thể đến tận chỗ công tắc để bật hoặc tắt, ngày nay bạn có thể dùng điều khiển sử dụng đèn theo ý muốn Đó chính là nhờ ứng dụng của mạch điều khiển từ xa trong việc điều khiển các thiết bị dân dụng

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về Internet of Things

2.1.1 Giới thiệu về Internet of Things

Internet of Things ( viết tắt IoT) mô tả mạng lưới kết nối vạn vật Khi mà mỗi đồ vật hay cả con người được cung cấp một định danh riêng

và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất IoT phát triển từ sự kết hợp của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet Nói đơn giản IoT là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài

để thực hiện một công việc nào đó

2.1.2 Ứng dụng của IoT

IoT có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực:

- Quản lí chất thải

- Quản lí và lập kế hoạch quản lí đô thị

- Quản lí môi trường

- Phản hồi trong các tình huống khẩn cấp

- Mua sắm thông minh

- Quản lí các thiết bị cá nhân

- Đồng hồ đo thông minh

- Tự động hóa ngôi nhà

2.2 Giới thiệu App Blynk

- Blynk là gì?

Blynk được thiết kế cho Internet of Things Nó có thể:

+ Điều khiển các thiết bị phần cứng từ xa

+ Hiển thị dữ liệu cảm biến

+ Lưu trữ dữ liệu

- Blynk hoạt động như thế nào?

Có 3 thành phần chính trong nền tảng:

+ Blynk App: cho phép tạo giao diện cho sản phẩm của bạn bằng cách kéo thả các widget khác nhau mà nhà cung cấp đã thiết kế sẵn + Blynk Server: chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu trung tâm giữa điện thoại, máy tính bảng và phần cứng Bạn có thể sử dụng Blynk Cloud của Blynk cung cấp hoặc tự tạo máy chủ Blynk riêng Vì đây là mã nguồn mở, người dùng có thể dễ dàng thêm sửa xóa các thiết bị và thậm chí có thể sử dụng Raspberry Pi làm server trên App Blynk

+ Library Blynk: support cho hầu hết tất cả các nền tảng phần cứng phổ biến, cho phép giao tiếp với máy chủ và xử lý tất cả các lệnh đến

và đi

Tương tự thiết bị phần cứng sẽ truyền dữ liệu ngược lại đến server

- Tính năng, đặc điểm:

+ Cung cấp API và giao diện người dùng tương tự cho tất cả các thiết bị và phần cứng được hỗ trợ

Kết nối với server bằng cách sử dụng:

+ Wifi

+ Bluetooth và BLE

+ Ethernet

+ USB (Serial)

+ GSM

- Các tiện ích trên giao diện được nhà cung cấp dễ sử dụng:

+ Thao tác kéo thả trực tiếp giao diện mà không cần viết mã

+ Dễ dàng tích hợp và thêm chức năng mới bằng cách sử dụng các cổng kết nối sẵn được tích hợp trên Blynk App

+ Theo dõi lịch sử dữ liệu

+ Thông tin liên lạc từ thiết bị đến thiết bị bằng Widget

+ Gửi email, tweet, thông báo realtime,…

+ Được cập nhật các tính năng liên tục

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ 3.1 Thiết kế phần cứng

3.1.1 Giới thiệu phần cứng

A)ESP32: Là một vi điều khiển Wifi và Bluetooth tích hợp cao cấp được sản xuất bởi Espressif Systems Nó cung cấp một nền tảng linh

hoạt cho các nhà phát triển để tạo ra các ứng dụng điều khiển, định vị, đo lường, điều khiển và giám sát từ xa

* Cấu hình ESP32

CPU

CPU: Xtensa Dual-Core LX6 microprocessor

Chạy hệ 32 bit

Tốc độ xử lý 160MHZ up to 240 MHz

Tốc độ xung nhịp đọc flash chip 40mhz > 80mhz (tùy chỉnh khi lập trình)

RAM: 520 KByte SRAM

520 KB SRAM liền chip –(trong đó 8 KB RAM RTC tốc độ cao – 8 KB RAM RTC tốc độ thấp (dùng ở chế độ DeepSleep)

Hỗ trợ 2 giao tiếp không dây

Wi-Fi: 802.11 b/g/n/e/i

Bluetooth: v4.2 BR/EDR and BLE

Hỗ trợ tất cả các loại giao tiếp

8-bit DACs( digital to analog) 2 cổng

Analog(ADC) 12-bit 16 cổng

I²C – 2 cổng

UART – 3 cổng

SPI – 3 cổng (1 cổng cho chip FLASH )

I²S – 2 cổng

SD card /SDIO/MMC host

Slave (SDIO/SPI)

CAN bus 2.0

IR (TX/RX)

Băm xung PWM (tất cả các chân )

Ultra low power analog pre-amplifier’

Cảm biến tích hợp trên chip esp32

1 cảm biến Hall (cảm biến từ trường)

1 cảm biến đo nhiệt độ

Cảm biến chạm (điện dung) với 10 đầu vào khác nhau

Bảo mật

IEEE 802.11 standard security features all supported, including WFA, WPA/WPA2 and WAPI

Secure boot

Flash encryption

1024-bit OTP, up to 768-bit for customers

Cryptographic hardware acceleration: AES, SHA-2, RSA, elliptic curve cryptography (ECC), random number generator (RNG)

Nguồn điện hoạt động

Nhiệt độ hoạt động -40 + 85C

Điện áp hoạt động: 2.2-3.6V

Số cổng GPIOs : 34

Đánh giá chung

ESP32 xứng đáng với sự mong mỏi ở các cải tiến trên ESP8266

Với ESP8266, cùng với wifi , ESP32 hỗ trợ thêm truyền nhận Blutooth, RAM nhiều hơn, Tốc độ xử lý nhanh hơn, số chân GPIO nhiều hơn, nhiều cổng giao tiếp hơn, nhiều chân PWM hơn, nhiều chân ADC hơn, tích hợp cả 3 loại cảm biến (nhiệt độ, hall, touch sensor)… ESP32 là một lựa chọn hoàn hảo cho các nhà phát triển muốn tạo ra các sản phẩm điều khiển từ xa, định vị, đo lường và các ứng dụng liên quan đên IoT

Nó có giá cả hợp lý và dễ dàng sử dụng với các tài nguyên và công cụ phát triển tốt

B) Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11

DHT11 là gì

DHT11 là một cảm biến nhiệt độ và độ ẩm được sử dụng rộng rãi trong các dự án IoT DHT11 có thể dễ dàng kết nối với ESP32 thông qua một chân GPIO và có thể được đọc dữ liệu từ nó bằng cách sử dụng thư viện cụ thể cho phù hợp Các dữ liệu từ DHT11 có thể được xử lý và hiển thị trên các giao diên web hoặc các thiết bị di động để giúp bạn theo dõi và quản lý môi trường

Cấu tạo cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11

Cảm biến DHT11 bao gồm một phần tử cảm biến độ ẩm điện dung và một điện trở nhiệt để cảm nhận nhiệt độ Tụ điện cảm biến độ ẩm có hai điện cực với chất nền giữ ẩm làm chất điện môi giữa chúng Thay đổi giá trị điện dung xảy ra với sự thay đổi của các mức độ ẩm IC đo, xử lý các giá trị điện trở đã thay đổi này và chuyển chúng thành dạng kỹ thuật số

Để đo nhiệt độ, cảm biến này sử dụng một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt độ âm, làm giảm giá trị điện trở của nó khi nhiệt độ tăng Để có được giá trị điện trở lớn hơn ngay cả đối với sự thay đổi nhỏ nhất của nhiệt độ, cảm biến này thường được làm bằng gốm bán dẫn hoặc polymer

Sơ đồ chân DHT11

2 Data Đầu ra cả nhiệt độ và độ ẩm thông qua dữ liệu nối tiếp

3 NC Không có kết nối và do đó không sử dụng

Thông số kỹ thuật của cảm biến:

Điện áp hoạt động: 3V – 5V (DC)

Dãi độ ẩm hoạt động: 20% – 90% RH, sai số ±5%RH

Dãi nhiệt độ hoạt động: 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C

Khoảng cách truyển tối đa: 20m

3.1.2 Sơ đồ mạch

3.2 Thiết kế phần mềm

3.2.1 Lưu đồ thuật toán

Hình 3.4: Lưu đồ thuật toán điều khiển các thiết bị trong nhà Giải thích lưu đồ: Khi kết nối mạch và điện thoại trong cùng 1 mạng wifi, có tín hiệu led báo ở module ESP32, và điện thoại hiện thông báo đã kết nối, khi ta gửi tín hiệu bằng việc nhấn công tắc bật tắt thiết bị trên điện thoại thì ngay lập tức ở phía đèn sẽ bật/tắt

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Trong quá trình thực hiện nhờ sự chỉ bảo của các thầy, chúng em đã hoàn thành đồ án của mình Đề tài của em khá đơn giản, dễ thiết kế, thuận tiện cho người sử dụng Có thể ứng dụng vào cuộc sống sinh hoạt thực tiễn của người tiêu dùng, ngoài ra chi phí thiết kế mạch không cao Bên cạnh một số những ưu điểm thì có một số những nhược điểm như: hạn chế về mặt khoảng cách, thành phẩm tạo ra chưa đạt được tính thẩm mỹ cao

Sau khi hoàn thành đề tài này, chúng em sẽ tiếp tục phát triển sản phẩm của mình cao hơn nữa về mặt thẩm mĩ cũng như mở rộng chức năng của đề tài như: điều khiển được tất cả các thiết bị điện tử bằng điện thoại thông minh qua Bluetooth hướng đến các mô hình nhà thông minh, ngôi nhà thông minh sẽ được lắp đặt thêm cảm biến khí ga, cảm biến mưa, cửa tự động,…

Trong quá trình thực hiện đề tài đồ án có gì sai sót kính mong các thầy góp ý và chỉnh sửa cho chúng em để hoàn thiện và phát triển đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Cộng đồng Arduirno Việt Nam và các nguồn Internet https://www.4evn.com/2021/09/huong-dan-su-dung-blynk-new-20-blynk-iot.html

PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Code chương trình điều khiển

#define BLYNK_TEMPLATE_ID "TMPLtwuiwEk0"

#define BLYNK_TEMPLATE_NAME "Iot Smart Home"

#define BLYNK_AUTH_TOKEN "7KN85pqBvO458wBEJjBQMMFKcBoIIPEU"

#include <WiFi.h>

Bắt đầu

Kiểm tra tín hiệu điều khiển

Giải mã tín hiệu

Bật/Tắt đèn tương ứng