bài tập lớn phát triển ứng dụng iot đề tài nhà thông minh

Tính cấp thiếta Những ưu điểm nổi bật- Thứ nhất, việc áp dụng IoT trong hệ thống nhà thông minh giúp tối ưuhóa việc quản lý điện, thời gian và tiết kiệm chi phí nhà ở.- Thứ hai, IoT cho

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẠ LONG

BÀI TẬP LỚN TÊN HỌC PHẦN: PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG IoT

ĐỀ TÀI: NHÀ THÔNG MINH

Giáo viên hướng dẫn: TS GVC Nguyễn Tài Tuyên Sinh viên thực hiện:

1 20DH03018 Ngô Phạm Quang Thái KHMT_K6A

2 20DH03018 Đào Phú Thanh Thiện KHMT_K6A

Quảng Ninh, năm 2023

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ii

DANH MỤC BẢNG iii

DANH MỤC HÌNH VẼ iv

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu

3 Đối tượng và phạm vi

4 Phương pháp

5 Kết quả đạt được

6 Cấu trúc của báo cáo

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH Giới thiệu nội dung tóm tắt 1.1 Tổng quan về nhà thông minh

1.2 Tổng quan về IoT trong nhà thông minh

1.3 Tổng quan về ESP32

1.4 Tổng quan về các cảm biến

1.5 Kết luận

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG Giới thiệu nội dung tóm tắt 2.1 Sơ đồ ghép nối

2.2 Sơ đồ chức năng

2.3 Thử nghiệm hệ thống

2.4 Kết luận

CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG VÀO THỰC TẾ Giới thiệu nội dung tóm tắt 3.1 Thử nghiệm thực tế

3.2 Dự kiến kết quả

3.3 Kết luận

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Kết luận 2 Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC (code; và các phần bổ sung về bảng số liệu, kết thử nghiệm nhuewng không trong nội dung chính)

LỜI CẢM ƠNNội dung đề tài được thực hiện tại lớp Khoa Học Máy Tính K6A, trườngĐại học Hạ Long, dưới sự hướng dẫn của thầy giáo, TS GVC Nguyễn TàiTuyên

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo, TS GVC Nguyễn TàiTuyên, người đã trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn, động viên, góp ý và chỉ bảo

em trong suốt thời gian học tập để em hoàn thành nội dung đề tài này

Vì kiến thức bản thân còn hạn chế, trong quá trình làm đề tài, hoàn thiệnchuyên đề này em không tránh khỏi những sai sót, kính mong nhận được những

ý kiến đóng góp từ thầy

SINH VIÊN

Họ và Tên sinh viên

BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT Stt Từ viết tắt Viết đầy đủ tiếng Anh Viết đầy đủ tiếng Việt

Coefficient

Điện trở nhiệt

8 PSI Pounds per Square inch Pound lực trên inch vuông

collector

Điện áp tại đầu thu chung

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 7

Hình 1.2 8

Hình 2.1 11

Hình 3.1 12

MỞ ĐẦU

Nhà thông minh được ra đời từ đầu những năm 2000 Nhà thông minh làmột hệ thống tự động hóa được tích hợp công nghệ để cung cấp sự tiện nghi, anninh và tiết kiệm năng lượng cho ngôi nhà Mục tiêu của nhà thông minh là tạo ramột môi trường sống thông minh, thuận tiện và an toàn cho cư dân Nhà thôngminh giúp tối ưu sự tiện nghi, đảm bảo an toàn an ninh và tiết kiệm năng lượngcho người sử dụng Là những sinh viên chuyên ngành Khoa học máy tính củaTrường Đại học Hạ Long, nhóm em đã làm việc nghiêm túc và vận dụng nhữngkiến thức đã học hỏi được để chọn “ Phát triển ứng dụng IoT cho nhà thông minhtrên app Blynk ” làm đề tài cho học phần này của nhóm chúng em tại trường

1 Tính cấp thiết

a) Những ưu điểm nổi bật

- Thứ nhất, việc áp dụng IoT trong hệ thống nhà thông minh giúp tối ưuhóa việc quản lý điện, thời gian và tiết kiệm chi phí nhà ở

- Thứ hai, IoT cho phép theo dõi và thay đổi điều kiện môi trường nhưnhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng, giúp cho nhà ở phù hợp với người sử dụng

- Thứ ba, ứng dụng IoT cho nhà ở giúp cải thiện chất lượng sống, đảm bảongười dùng có trải nghiệm thoải mái nhất khi sử dụng nhà thông minh

- Thứ tư, IoT cung cấp dữ liệu thời gian thực cho người dùng nhà thôngminh, giúp họ đưa ra quyết định chính xác dựa trên thông tin mà IoT cung cấp

b) Những vấn đề chưa được quan tâm

- Các hoạt động trong nhà ở,văn phòng hiện nay vẫn tồn tại công việcđiều khiển thủ công, bao gồm bật/tắt đèn, điều chỉnh nhiệt độ, mở/đóng cửa, vv.Điều này đòi hỏi sự can thiệp trực tiếp của con người (thế giới thực)

- Trong nhà ở, bảo mật và riêng tư đang là một vấn đề quan trọng.Khóa cửa và các biện pháp bảo mật truyền thống được sử dụng để bảo vệ nhà vàtài sản chưa thực sự hiệu quả

- Hiện nay có nhiều các căn nhà thường còn thiếu hệ thống báo cháyhoặc hệ thống báo cháy họat động không hiệu quả do vậy thường để lại nhữnghậu quả không đáng có về vật chất và con người khi hỏa hoạn xảy ra.

c) Lý do lựa chọn

Từ vài năm trở lại đây, cụm từ IoT và đặc biệt là nhà thông minh đượcxuất hiện khá phổ biến ở Việt Nam Với IoT người dùng có thể kiểm soát thiết bịcủa mình qua một thiết bị thông minh như điện thoại di động hoặc máy tính xáchtay Nó là một phần vô cùng hữu ích cho cuộc sống và góp phần vào sự phát triểncủa đất nước Nhận thức được vấn đề đó nên nhóm em đã chọn “ Phát triển ứngdụng IoT cho nhà thông minh trên app Blynk ”

2 Mục tiêu

a) Thiết kế một hệ thống nhà thông minh bao gồm: phát hiện và cảnh báohỏa hoạn, các thiết bị trong nhà có khả năng hoạt động theo điều khiền của ngườidùng thông qua app Ngoài ra có thể điều khiển các chế độ hoạt động dựa trên sựthay đổi của môi trường theo ý muốn của người dùng

b) Rèn luyện kĩ năng giao tiếp và làm báo cáo

c) Rèn luyện kĩ năng làm việc nhóm và thuyết trình

b) Về ứng dụng

- Phần mềm Arduino IDE

5 Kết quả đạt được

Dự kiến kết quả đạt được của đề tài:

a) Thứ nhất, giúp nhóm em có điều kiện làm quen với việc tìm kiếm, phântích dữ liệu, kiểm tra sự tùng lặp về nội dung của kết quả báo cáo

b) Thứ hai, tìm hiểu và nắm rõ hơn về tác dụng của công nghệ IoT trongnhà ở, biết cách lắp đặt các cảm biến và trau dồi thêm kĩ năng về làm về các sơđồ

c) Thứ ba giúp em có thêm kỹ năng trong việc thuyết trình và tự tin hơn,

trong việc làm các báo cáo kết quả…

6 Cấu trúc của báo cáo

Nội dung báo cáo được kết cấu như sau:

Chương một, trình bày quá trình tổng quan về ứng dụng IoT trong nhà

thông minh

Trên cơ sở nghiên cứu, tìm hiểu tổng quan, em đưa ra hướng nghiên cứutìm hiểu chi tiết về ứng dụng IoT trong nhà thông minh

Chương hai, xây dựng chương trình và thử nghiệm hệ thống

Chương ba, thử nghiệm và ứng dụng vào thực tế.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG IOT TRONG NHÀ THÔNG MINHChương này, nhóm em xin trình bày nghiên cứu tổng quan về nhà thôngminh, IoT trong nhà thông minh, ESP32 và các cảm biến mà nhóm em sẽ sử dụngtrong đề tài này

1.1 Tổng quan về nhà thông minh

Cuối thế kỷ 20, thuật ngữ Domotics được sáng tạo và sử dụng để miêu tảviệc các sản phẩm đồ gia dụng được kết hợp với máy tính và robot, tạo thành một

hệ thống và phối hợp để quản lý các công việc trong gia đình Năm 1998, Ngôinhà Thiên niên kỷ (Interger milllennium house) được mở cửa trưng bày Căn nhàmẫu này minh họa cho việc một căn nhà có thể được tích hợp công nghệ như thếnào, với các hệ thống sưởi ấm, quản lý đất trồng vườn, các thiết bị an ninh, chiếusáng và cửa đều được điều khiển tự động

Mười năm sau, khi mạng Internet phát triển mạnh mẽ và trở nên phổ biến,người ta bắt đầu đi vào nghiên cứu để tìm ra cách kết nối hệ thống điều khiển tựđộng hóa căn nhà với mạng Internet Hiroshi Kanma và các đồng sự đã đề xuấtviệc hệ thống được điều khiển thông qua bluetooth vào năm 2003 Năm 2006, hệthống mạng lưới phức hợp các sản phẩm gia dụng được giới thiệu Mạng lưới này

sử dụng bluetooth hoặc mạng điện thoại để gửi dữ liệu cho nhà cung cấp vàtruyền dẫn trở về căn nhà của người sử dụng Bằng cách thức này, người dùng cóthể điều khiển các thiết bị trong nhà kể cả khi ở bên ngoài

Hiện nay, công nghệ tự động hóa nhà ở xuất hiện ở hầu khắp mọi nơi, vàchúng ta thậm chí đôi khi còn chẳng nhận ra Giờ đây, rất nhiều người trongchúng ta đã có thể điều khiển ti vi, hệ thống sưởi, chuông báo động, đèn chiếusáng, cửa ra vào từ điện thoại thông minh và các bộ điều khiển Với sự phát triểnnhư vũ bão này, có thể nói, những bước tiến hay thay đổi trong công nghệ nhà

thông minh trong tương lai sẽ không còn có bất kỳ giới hạn nào ngoài chính trítưởng tượng của con người.

1.2 Tổng quan về IoT trong nhà thông minh

IoT ( Internet vạn vật ) là khái niệm kết nối các thiết bị với nhau và vớiInternet IoT là một mạng lưới khổng lồ gồm các vật và con người được kết nối,tất cả đều thu thập và chia sẻ dữ liệu với nhau

Hiện nay, nhà thông minh không còn gì xa lạ với chúng ta Và nhờ có IoT

mà nhà thông minh không còn đắt đỏ, chi phí không còn lớn nhờ những bước tiếnmới IoT đem đến nhiều hiệu quả cho nhà thông minh, giúp người dùng có cuộcsống an toàn và tiện ích nhất

1.3 Tổng quan về ESP32

ESP32 là một hệ thống vi điều khiển trên chip (SoC) giá rẻ của EspressifSystems Nó là sự kế thừa của SoC ESP8266 và có cả hai biến thể lõi đơn và lõikép của bộ vi xử lý 32bit Xtensa LX6 của Tensilica với Wi-Fi và Bluetooth tíchhợp

Hình 1.3.1 Sơ đồ chân của ESP32ESP32 bao gồm 48 chân với nhiều chức năng khác nhau Không phải tất cảcác chân đều lộ ra trên các module ESP32 và một số chân không thể sử dụng

1.4 Tổng quan về cảm biến

1.4.1 Cảm biến khói và khí gas

+ Giới thiệu: một trong những loại cảm biến được sử dụng để nhậnbiết: LPG, i-butan, Propane, Methane , Alcohol, Hydrogen, Smoke và khí

ga Được thiết kế với độ nhạy cao, thời gian đáp ứng nhanh

Hình 1.4.1 Cảm biến khói và khí gas+ Sơ đồ chân của cảm biến khói và khí gas: Cảm biến này gồm bốnchân: chân 1 (VCC): Chân cấp nguồn, điện áp hoạt động thường là + 5V,chân 2 (GND): Kết nối với mặt đất của mạch, chân 3 (DO): Chân xuất đầu

ra digital, bằng cách đặt giá trị ngưỡng trên chiết áp, chân 4 (AO): Chânxuất điện áp analog 0-5V dựa trên nồng độ khí

Hình 1.4.2 Sơ đồ chân của cảm biến khói và khí gas

1.4.2 Cảm biến tia lửa

+ Giới thiệu: là cảm biến chuyên dùng để phát hiện lửa, thường dùngtrong các hệ thống báo cháy Tầm hoạt động trong khoảng 80cm với gócquét 60°

Hình 1.4.3 Cảm biến tia lửa+ Sơ đồ chân của cảm biến tia lửa: Cảm biến này gồm bốn chân:chân 1 (VCC): Nguồn điện 3.3V đến 5.3V, chân 2 (GND): Kết nối với mặtđất của mạch, chân 3 (DO): Chân xuất đầu ra digital, chân 4 (AO): Chânxuất điện áp analog 0-5V.

Hình 1.4.4 Sơ đồ chân của cảm biến tia lửa

1.4.3 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm

+ Giới thiệu: là một cảm biến nhiệt độ và độ ẩm thường được sửdụng đi kèm với một NTC chuyên dụng để đo nhiệt độ và một bộ vi điềukhiển 8 bit để xuất ra các giá trị nhiệt độ và độ ẩm dưới dạng dữ liệu nốitiếp

Hình 1.4.5 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm+ Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ và độ ẩm: Cảm biến này gồm bachân: chân 1 (VCC): Nguồn điện 3.3V đến 5.5V, chân 2 (GND): Kết nốivới mặt đất của mạch, chân 3 (OUT): Đầu ra cả nhiệt độ và độ ẩm thôngqua dữ liệu nối tiếp.

Hình 1.4.6 Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ và độ ẩm

1.4.4 Cảm biến chuyển động

+ Giới thiệu: cảm biến có thể chỉnh được độ nhạy để giới hạnkhoảng cách bắt xa gần cũng như cường độ bức xạ của vật thể mong muốn,ngoài ra cảm biến còn có thể điều chỉnh thời gian kích trễ (giữ tín hiệu baolâu sau khi kích hoạt) qua biến trở tích hợp sẵn

Hình 1.4.7 Cảm biến chuyển động+ Sơ đồ chân của cảm biến chuyển động: Cảm biến này gồm bachân: chân 1 (VCC): 3.8V DC đến 5V DC, chân 2 (GND): Kết nối với mặtđất của mạch, chân 3 (OUT): Đây là chân đầu ra.

Hình 1.4.8 Sơ đồ chân của cảm biến chuyển động

1.5 Kết luận

Qua nội dung đã trình bày ở chương 1, nhóm em đã tìm hiểu được về lịch

sử và tiềm năng của nhà thông minh, về khái niệm và đóng góp của IoT trong nhà

ở, tìm hiểu về EPS32 và các cảm biến mà nhóm em sẽ sử dụng để làm ở trong đềtài này Và ở chương tiếp theo, nhóm em sẽ làm sơ đồ chức năng, sơ đồ ghép nối

và lưu đồ thuật toán và những gì nhóm em đã áp dụng qua quá trình học tập đểchạy các cảm biến qua ESP32

CHƯƠNG 2

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG

Trong chương này, nhóm em xin được trình bày về các sơ đồ liên quan đến

đề tài, thử nghiệm trên hệ thống để thể hiện chức năng và cách ghép các chân để nối điện từ ESP32 đến các cảm biến

Hình 2.1.1: Sơ đồ ghép nối

Sơ đồ ghép nối gồm có cảm biến DHT11, MQ2, và cảm biến tia lửa, đèn cảnh báo gas, cảnh báo tia lửa và còi phục vụ cho hệ thống báo cháy, và đèn led được điều khiển qua app Blynk trên điện thoại ( viết từng chân nối như nào từ ESP32)

2.2 Sơ đồ chức năng

- Có thể điều khiển đèn led thông qua blynk app.

- Cảm biến tia lửa và khí gas hình thành lên hệ thống báo cháy: khi cảm biến được kích hoạt: cảm biến khí gas đo được gas > 700 psi , cảm biến tialửa phát hiện có tia lửa, sẽ kích hoạt hệ thống còi và đèn cảnh báo tương ứng đồng thời gửi dữ liệu lên Blynk app moblie và hiện thị thông báo ra

màn hình điện thoại của người dùng.

2.3 Thử nghiệm hệ thống

+ Mục tiêu thử nghiệm:

- Có thể điều khiển đèn qua blynk mobile app trên điện thoại bằng kết nối wifi

- Có thể điều khiển đèn với âm thanh

- Kiểm tra và giám sát các chỉ số như nhiệt độ, độ ẩm, khí gas

- Có thể tự động cảnh báo cháy khi gas vượt mức cho phép hoặc có tia lửa xuất hiện

- Có thể cảnh báo bằng cách thông báo ra màn hình điện thoại và gửi mail

- Có thể tự động cảnh báo trộm với cảm biến chuyển động và thông báo trên điện thoại

- Kiểm tra tính khả thi, ổn định của mô hình đã xây dựng

+ Kết quả đã đạt được:

- Có thể điều khiển đèn qua blynk mobile app trên điện thoại bằng kết nối wifi

- Kiểm tra và giám sát các chỉ số như nhiệt độ, độ ẩm, khí gas

- Có thể tự động cảnh báo cháy khi gas vượt mức cho phép hoặc có tia lửa xuất hiện

- Có thể cảnh báo bằng cách thông báo ra màn hình điện thoại và gửi mail

+ Kết quả chưa đạt:

- Có thể điều khiển đèn với âm thanh

- Có thể tự động cảnh báo trộm với cảm biến chuyển động và thông báo trên điện thoại

2.4 Kết luận

Qua chương 2, nhóm em đã trình bày qua được về các sơ đồ liên quan như

sơ đồ ghép nối và sơ đồ chức năng và thử nghiệm trên hệ thống để thể hiện những

chức năng sẽ chạy trong đề tài Trong chương tiếp theo, nhóm em xin được trìnhbày về phần thử nghiệm và ứng dụng thực tế.

CHƯƠNG 3

THỬ NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG VÀO THỰC TẾ

Trong chương này, nhóm em xin được trình bày về thử nghiệm và khi chạythực tế sẽ đưa ra những kết quả ra sao và các thư viện và ý nghĩa của các khốicode nhóm em sử dụng

3.1 Thử nghiệm thực tế

(Viết các khối lệnh VD: thư viện, các chân, các cổng cắm đèn,…)

Chương trình cho hệ thống được code trên nền tảng adrunio IDE và dữ liệu cùngcác cơ chế chấp hành được hiển thị và điều khiển trên Blynk mobile app hoặcBlynk website.

Hình 3.1.1: Giao diện Blynk mobile app

3.2 Dự kiến kết quả

- Hiển thị dữ liệu lên Blynk mobile app

Hình 3.3.1 Hiển thị dữ liệu lên app mobile

- Điều khiển thiết bị qua app

Hình 3.3.2 Điều khiển đèn

- Hệ thống cảnh báo bằng đèn cảnh báo và còi

Hình 3.3.3: cảnh báo cháy trực tiếp

- Hệ thống cảnh báo cháy qua thông báo ra màn hình điện thoại

Hình 3.3.4 Cảnh báo cháy trên đt

3.3 Kết luận

Qua chương này, nhóm đã trình bày về hệ thống mà nhóm đã làm được quaquá trình nghiên cứu và học tập

+ Kết quả đã đạt được:

- Gửi, hiển thị dữ liệu lên app mobile

- Điểu khiển thiết bị từ app mobile, thông qua kết nối wifi

- Hệ thống cảnh báo cháy trực tiếp và trên điện thoại

+ Những kết quả chưa đạt được

- Sử dụng cảm biến âm thanh để điều khiển thiết bị

- Sử dụng cảm biến chuyển động để thiết lập hệ thống an ninh

+ Phương hướng phát triển

- Dùng cảm biến âm thanh để điều khiển thiết bị

- Dùng cảm biến chuyển động để thiết lập hệ thống an ninh

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt (ví dụ)

[1] Bộ Thông tin và Truyền thông (2019), Khung tham chiếu ICT Phát triển Đô thị Thông minh, Hà Nội, 2019.

[2] Bộ Thông tin và Truyền thông (2019), Tài liệu hướng dãn triển khai hoạt động giám sát an toàn thông tin trong cơ quan, tổ chức nhà nước, Hà Nội,

[19] Department of Economic and Social Affairs (2020), E-Government Survey

2020, United Nationa New York.