Đồ án nhà thông minh sử dụng esp 32

Tài liệu về đồ án "Nhà thông minh điều khiển bằng Blynk sử dụng ESP32" là tài liệu mô tả chi tiết về một dự án thực tế về việc xây dựng một hệ thống nhà thông minh sử dụng vi điều khiển ESP32 và ứng dụng điều khiển từ xa Blynk. Trong tài liệu này, bạn sẽ tìm thấy thông tin về cấu trúc của hệ thống nhà thông minh, bao gồm các thiết bị như cảm biến, thiết bị điều khiển, ESP32, module kết nối Wi-Fi, và ứng dụng Blynk trên điện thoại hoặc máy tính bảng. Tài liệu sẽ mô tả cụ thể về cách kết nối, cài đặt và lập trình ESP32 để tương tác với ứng dụng Blynk và điều khiển các thiết bị trong nhà thông minh. Ngoài ra, tài liệu cũng sẽ hướng dẫn về cách thiết kế giao diện trực quan trên ứng dụng Blynk để người dùng có thể dễ dàng điều khiển các thiết bị trong nhà thông minh. Bạn cũng sẽ tìm thấy thông tin về cách thiết lập các chức năng tự động hoặc hẹn giờ trên ứng dụng Blynk để tối ưu hóa việc sử dụng hệ thống. Tài liệu này sẽ giúp bạn hiểu rõ về cách tích hợp ESP32 và ứng dụng Blynk để xây dựng một hệ thống nhà thông minh hiệu quả và dễ dàng sử dụng.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT POLYTECHNICBỘ MÔN : ĐIỆN – CƠ KHÍ

BÁO CÁO DỰ ÁN 1

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂNVÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ TRONG NHÀ QUA

INTERNET

Giảng viên hướng dẫn : Vương Thành Đô

Chuyên ngành : Công nghệ KT & TDH

Hà Nội 2023

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT – PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 5

1.6 Lựa chọn phương án thiết kế 8

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ SẢN PHẨM 10

2.2.4 Lưu đồ thuật toán 21

CHƯƠNG 3: THI CÔNG SẢN PHẨM 28

 Danh mục hình ảnh

Hình 1.1 i uĐiều ều khi nển toàn bộ thi tết bị b ngằng đi nện tho i thông minhại thông minh 7

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí thiết bị 11

Hình 2.3: Sơ đồ động lực và điều khiển 13

Hình 2.4 : Sơ đồ nguyên lý của mạch báo cháy 14

Hình 2.5: Sơ đồ chân esp 32 16

Hình 2.6: Sơ đồ chân cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 16

Hình 2.7: sơ đồ chân vi điều khiển pic 16F877A 18

Hình 2.9: Module cảm biến phát hiện lửa 20

Hình 3.3: Sơ đồ PCB mạch báo cháy qua SMS trước khi in 30

Hình 3.4: Sơ đồ PCB mạch báo cháy qua SMS sau khi in 30

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống điện ngày nay đang phát triển mạnh mẽ trên mọi quốc gia Điệnlà thứ không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày , nó giúp chúng ta sinh hoạtvận hành được mọi thứ không đời sống sinh hoạt đem lại sự tiện nghi cho đờisống con người Từ nguồn điện đó con người dần phát triển tạo ra các công nghệ, robot mới sử dụng nguồn năng lượng là điện Để robot có thể hoạt động bìnhthường được là sự kết hợp của nhiều linh kiện điện tử phức tạp Và các côngnghệ , linh kiện đó được gọi chung là ngành Tự Động Hóa.

Do đó, việc áp dụng tự động hóa trong sản xuất giúp ta có thể tạo ra mộtlượng sản phẩm lớn đáp ứng đủ nhu cầu về thông số kĩ thuật, chi tiêu kinh tế đềra cho sản phẩm như:

- Độ chính xác cao- Chi tiết sản phẩm cao- Chất lượng kĩ thuật tốt- Giảm nhân lực là con người- Giảm chi phí sản xuất

CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT – PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ

1.1 Đặt vấn đề

Nhà thông minh là một trong những giải pháp công nghệ tiên tiến, giúp chocuộc sống của bạn trở nên thuận tiện và thoải mái hơn Dù bạn đang đi làm hoặc ởtrong nhà cũng có thể dễ dàng ra lệnh cho các thiết bị tự động bật/ tắt.

Những lợi ích chính của việc đặt tất cả các thiết bị được kết nối từ xa này trong nhàcủa bạn là sự tiện lợi, an ninh và tiết kiệm năng lượng Cụ thể, chúng ta có thể kể đếnnhững ưu điểm tuyệt vời như sau:

 Tiết kiệm năng lượng

Bật hệ thống sưởi hoặc máy lạnh trên đường về nhà, bằng bộ điều chỉnh nhiệt thôngminh thông qua điện thoại thông minh một cách dễ dàng.

Nhờ kết nối internet, bạn có thể quản lý tất cả các thiết bị tiêu thụ năng lượng mộtcách dễ dàng từ điện thoại thông minh của mình Đặt các thiết bị sử dụng nhiều theolịch trình để chúng chỉ chạy khi được yêu cầu

Nhờ đó tiết kiệm năng lượng, quản lý từng phòng trong nhà của bạn để nó chỉ sángvà ấm khi được sử dụng Và theo dõi lượng năng lượng mà nhà bạn đang sử dụng bằngphích cắm thông minh, để bạn có thể biết nơi để cắt giảm chi phí điện hợp lý.

1.2 Lí do chọn đề tài

Nhà thông minh (smarthome) là ngôi nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tửđể có thể điều khiển các thiết bị trong nhà (chiếu sáng, rèm cửa, bình nóng lạnh, điềuhòa, hệ thống âm thanh đa vùng…) một cách tự động hoặc qua điện thoại thông minhkết nối internet Nói cách khác, nhà thông minh ứng dụng công nghệ thông tin và thiếtbị điện tử để việc điều khiển ngôi nhà trở nên dễ dàng hơn.

Hình 1.1 Điều khiển toàn bộ thiết bị bằng điện thoại thông minh

Nhà thông minh có thể dễ dàng điều khiển chỉ với 1 chiếc smartphone thôngqua việc kết nối với hệ thống điều khiển bằng wifi hoặc thông qua kết nối Bluetooth.

Chúng ta có thể hiểu nhà thông minh là một chỉnh thể mà trong đó tất cả cácthiết bị điện tử gia dụng đều được kết nối với thiết bị điều khiển trung tâm và có thểphối hợp với nhau để cùng thực hiện một chức năng.Các thiết bị này có thể đưa racách xử lí tình huống được lập trình trước hoặc được điều khiển giám sát từ xa nhằmmục đích tạo cho con người một cuộc sống ngày càng tiện nghi an toàn.

1.3 Phạm vi ứng dụng đề tài

Qua sự nghiên cứu phát triển không ngừng nhờ ứng dụng các công nghệ nhưhồng ngoại, điện thoại thông minh, IoT, công nghệ đám mây…nhà thông minh có thểtự động giúp bạn làm những công việc trong nhà như tự động hút bụi, tự động bật máygiặt Ngày nay bạn có thể ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để điều khiển ngôi nhà bằnggiọng nói.

Các thành phần của hệ thống nhà thông minh bao gồm các cảm biến (như cảmbiến nhiệt dộ, cảm biến ánh sáng hoặc do cử chỉ), các bộ điều khiển hoặc máy chủ vàcác thiết bị chấp hành khác Nhờ hệ thống cảm biến, các bộ điều khiển và máy chủ cóthể theo dõi các trạng thái bên trong ngồi nhà để đưa ra các quyết định điều khiển cácthiết bị chấp hành một cách phù hợp nhằm đảm bảo môi trường sống tốt nhất cho conngười.

Ngoài ra, cùng với sự phát triển của các thiết bị điện tử cá nhân như máy tínhbảng và điện thoại thông minh cùng hạ tầng thông tin ngày càng tiên tiến như internethoặc các mạng thông tin di động wifi, 3G, 4G, ngày nay các hệ thống nhà thông minhcòn cung cấp khả năng tương tác với người sử dụng thông qua các giao diện cảm ứngtrên smart phone cho phép con người có thể giám sát và điều khiển ngôi nhà từ bất cửđầu.

Tùy theo theo nhu cầu, người sử dụng có thể cấu hình hệ thống theo kịch bảnbất kì như lập trình hẹn giờ tắt đèn khi ngủ, hoặc quên tắt tivi, kéo rèm của số, khitới nơi làm việc, họ có điều khiển qua điện thoại smartphone để điều khiển từ xa Tùytheo mức độ sử dụng mà mức giá của Nhà Thông Minh sẽ dao động từ vài triệu đếnvài trăm triệu đồng cho một ngôi nhà.

1.4 Yêu cầu công nghệ.

Điều khiển thiết bị điện tử từ xa: người dùng có thể dễ dàng bật/tắt và điềuchỉnh các thiết bị điện tử trong nhà qua app blink mà không cần phải có mặt tại đó Vídụ, bạn có thể bật/tắt bình nóng lạnh trước khi về nhà để có nước nóng sẵn sàng.

Giám sát các thiết bị từ xa: người dùng có thể giám sát nhiệt độ, độ ẩm trongnhà qua app blynk.

Hệ thống cảnh báo: hệ thống báo cháy tự động sẽ gửi tin nhắn sms và gọi điệnbáo đến cho người dùng trong trường hợp có sự cố hỏa hoạn sảy ra, từ đó giảm đượccác thiệt hại không mong muốn.

Điều khiển các thiết bị trong nhà: quạt, đèn, thông qua hệ thống nút nhấn.

1.5 Tổng quan về đề tài.

Mô hình nhà thông minh là một đề tài thú vị trong lĩnh vực thiết kế Nhà thôngminh là một hệ thống tự động hoá được tích hợp công nghệ thông tin và truyền thôngđể cung cấp sự tiện nghi, an toàn và tiết kiệm năng lượng cho người sử dụng Môhình nhà thông minh thường bao gồm các thiết bị và cảm biến kết nối với nhau thôngqua mạng internet, cho phép người dùng điều khiển và giám sát từ xa các chức năngtrong nhà như ánh sáng, nhiệt độ, an ninh và giải trí Điều này mang lại sự thuận tiệnvà tiết kiệm thời gian cho người sử dụng Mô hình nhà thông minh cũng đóng vai tròquan trọng trong việc tăng cường sự kết nối và giao tiếp giữa con người và côngnghệ, đồng thời đóng góp vào việc phát triển bền vững và thông minh của các đô thịhiện đại

1.6 Lựa chọn phương án thiết kế

Với đề tài thiết kế mô hình nhà thông minh( SMART HOME) để đáp ứng cácyêu cầu công nghệ đề ra nhóm 1 chúng em quyết định lựa chọn phương án: thiết kế môhình nhà thông minh gồm 2 phần: phần hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị trongnhà, phần hệ thống báo cháy tự động qua sms.

 Hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị trong nhà của mô hình sẽ gồm:- Hệ thống điều khiển: Hệ thống điều khiển có thể được điều khiển từ xa thông

qua điện thoại thông minh sử dụng module esp32.

- Cảm biến: cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 để đo nhiệt độ và độ ẩm trongnhà.

- Thiết bị điều khiển: quạt, đèn chiếu sáng Hệ thống báo cháy tự động qua sms :

- Hệ thống điều khiển: sử dụng vi điều khiển 16f877a

- Cảm biến: cảm biến nhiệt độ lm35 và cảm biến khí gas MQ2- Thiết bị điều khiển: module sim800l

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ SẢN PHẨM

2.1 Sơ đồ bố chí thiết bị.

Hình 2.1: sơ đồ bố trí thiết bị

2.2 Mạch điều khiển và động lực

2.2.1 Sơ đồ khối

Hình 2.2: Sơ đồ khối

2.2.2 Mạch điều khiển và động lực

a) Mạch diều khiển và động lực phần điều khiển chiếu sáng và dộ ẩm từ xa

Hình 2.3: Sơ đồ động lực và điều khiển

b) Sơ đồ nguyên lý của mạch báo cháy

Hình 2.4 : Sơ đồ nguyên lý của mạch báo cháy

2.2.3 Lựa chọn thiết bị.

a, Hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị trong nhà

- Module wiffi esp32

ESP32 là một series các vi điều khiển trên một vi mạch giá rẻ, năng lượng thấp có hỗtrợ WiFi và dual-mode Bluetooth Dòng ESP32 sử dụng bộ vi xử lý Tensilica XtensaLX6 ở cả hai biến thể lõi kép và lõi đơn, và bao gồm các công tắc antenna tích hợp,RF balun, bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại thu nhiễu thấp, bộ lọc và modulequản lý năng lượng.

Các tính năng của ESP32 bao gồm:Bộ xử lý:

 CPU: Bộ vi xử lý Xtensa lõi kép (hoặc lõi đơn) 32-bit LX6, hoạt động ở tần số240 MHz (160 MHz cho ESP32-S0WD và ESP32-U4WDH) và hoạt động ở tốiđa 600 MIPS (200 MIPS với ESP32-S0WD/ESP32-U4WDH)

 Bộ đồng xử lý (co-processor) công suất cực thấp (Ultra low power, viết tắt:ULP)

 Hệ thống xung nhịp: CPU Clock, RTC Clock và Audio PLL Clock Bộ nhớ nội: 448 KB bộ nhớ ROM và 520 KB bộ nhớ SRAM

 Kết nối không dây: Wi-Fi: 802.11 b/g/n và Bluetooth: v4.2 BR/EDR và BLE 34 GPIO pad vật lý

 Hỗ trợ tất cả các tính năng bảo mật chuẩn IEEE 802.11, bao gồm WFA, WPA/WPA2 và WAPI.

 Secure boot (tạm dịch: khởi động an toàn) Mã hóa flash

 1024-bit OTP, lên đến 768-bit cho khách hàng

 Tăng tốc mã hóa phần cứng: AES, SHA-2, RSA, elliptic curve cryptography Quản lý năng lượng:

 Bộ ổn áp nội với điện áp rơi thấp (internal low-dropout regulator) Miền nguồn riêng (individual power domain) cho RTC

 Dòng 5 μA cho chế độ deep sleepA cho chế độ deep sleep

 Trở lại hoạt động từ ngắt GPIO, timer, đo ADC, ngắt với cảm ứng điện dung

DHT11 là một cảm biến độ ẩm tương đối Để đo không khí xung quanh, cảm biến nàysử dụng một điện trở nhiệt và một cảm biến độ ẩm điện dung.

Hình 2.6: Sơ đồchân cảm biếnnhiệt độ độ ẩm

Thông số kỹ thuậtDHT11

- Kích thước: 23 * 12 * 5 mm

b, Hệ thống báo cháy tự động qua sms

- Vi điều khiển pic 16F877A

PIC16F877A là một VI điều khiển PIC 40 chân và được sử dụng hầu hết trong các dựán và ứng dụng nhúng Nó có năm cổng bắt đầu từ cổng A đến cổng E Nó có ba bộđịnh thời trong đó có 2 bộ định thời 8 bit và 1 bộ định thời là 16 Bit Nó hỗ trợ nhiềugiao thức giao tiếp như giao thức nối tiếp, giao thức song song, giao thus I2C.PIC16F877A hỗ trợ cả ngắt chân phần cứng và ngắt bộ định thời.

EEPROM / HEF 256 / HEF

Nhiệt độ hoạt động giải trí tối thiểu ( * C ) – 40Nhiệt độ hoạt động giải trí tối đa ( * C ) 125Điện áp hoạt động giải trí tối thiểu ( V ) 2

Hình 2.7: sơ đồ chân vi điều khiển pic 16F877A

- Module sim 800l

Thông số kỹ thuật

 Điện áp hoạt động : 3.7V-4.2V. Kích thước : 25mm x 22mm. Dòng hoạt động : 100mA - 1A.

Ứng dụng

 Sữ dụng để cảnh báo từ xa thông qua mạng di dộng.

 Điều khiển các thiết bị từ xa bằng cách sữ dụng SMS hoặc gọi điện thoại.

 Phù hợp để sử dụng trong mục đích nghiên cứu học tập

Hình 2.8: Sơ đồ chân mudun SIM800L

- Module cảm biến phát hiện lửa

Module Cảm biến phát hiện lửa được trang bị một cảm biến tia lửa và bộ lọc kỹ thuật số (digital filter) để cho ra tín hiệu kỹ thuật số Ngoài ra, nó cũng có thể cho ra tín hiệuanalog, vì vậy bạn có thể lựa chọn kiểu tín hiệu đầu ra thích hợp để xử dụng Bạn có thể kết nối tới cảm biến này với 4 chân header và tối thiểu là 3 chân

Ngoài ra, cảm biến phát hiện lửa cũng có thể phát hiện các nguồn sáng khách với bướcsóng 760 nm ~ 1100 nm Cảm biến này hoạt động trong góc nhìn 60 độ Với độ nhạy đặc biệt với quang phổ ngọn lửa và lỗ gắn M3, bạn có thể dễ dàng kết hợp module nàyvới những dự án của mình.

Tính năng:

 Phát hiện lửa và các nguồn sáng khác có bước sóng tương đương với 940nm  Giao tiếp:Analog hoặc digital

 Điện áp hoạt động: +5 V

 Khoảng cách phát hiện: 20cm (1V) ~ 100cm (4.8V) Nhiệt độ hoạt động: -25 độ C đến +85 độ C

Hình 2.9: Module cảm biến phát hiện lửa

- Module hạ áp lm2596

Mạch Giảm Áp LM2596 là module giảm áp có khả năng điều chỉnh được dòng rađến 3A LM2596 là IC nguồn tích hợp đầy đủ bên trong Tức là khi cấp nguồn 9vvào module, sau khi giảm áp ta có thể lấp được nguồn 3A < 9v như 5V hay 3.3VThông số kỹ thuật

 Module nguồn không sử dụng cách ly Nguồn đầu vào từ 4V - 35V.

 Nguồn đầu ra: 1V - 30V. Dòng ra Max: 3A

 Kích thước mạch: 53mm x 26mm

 Đầu vào: INPUT +,  Đầu ra: OUTPUT+, OUTPUT-

INPUT-2.2.4 Lưu đồ thuật toán.

a)Lưu đồ thuật toán điều khiển thiết bị chiếu sáng từ xa và tại chỗ

b) Lưu đồ thuật toán điều khiển thiêt bị báo cháy qua SMS

Chương trình điều khiển hệ thống báo cháy.

Chương trình điều khiển và giám sát thiết bị qua internet

Giao diện cài đặt app blynk

CHƯƠNG 3: THI CÔNG SẢN PHẨM

3.1.Bảng vật tư.

Mỗi loại 1 túi

3.2 Thi công sản phẩm

3.2.1 Sơ đồ PCB.

Hình 3.1: Sơ đồ PCB mạch điều khiển từ xa các thiết bị qua esp32 trước khi in

Hình 3.2: Sơ đồ PCB mạch điều khiển từ xa các thiết bị qua esp32 sau khi in

Hình 3.3: Sơ đồ PCB mạch báo cháy qua SMS trước khi in

Hình 3.4: Sơ đồ PCB mạch báo cháy qua SMS sau khi in

3.3.2 Các bước thi công.

Bước 1: Kiểm tra linh kiện trước khi thi công.

Bước 2: Rửa mạch in.

Bước 3: Đo đặc cát tấm fomex làm mô hình.

Bước 4: Lắp mạch thử nghiệm trước khi lắp ráp vào mô hình (hàn mạch).

Bước 5: Lắp ráp các linh kiện vào mô hình theo sơ đồ bố trí thiết bị.

Bước 6: Kiểm tra sơ đồ đấu nối trước khi cấp điện.

Bước 7: Cấp nguồn và vận hành sản phẩm.

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

1 Về kiến thức:

- Kiến thức về viết chương trình cho vi điều khiển

- Kiến thức về thiết kế biển quảng cáo chạy theo hiệu ứng- Kiến thức về các loại PIC

- Bổ xung kinh nghiệm về viết chương trình cho vi điều khiển.

- Bổ xung kinh nghiệm về cài phần mềm và các ứng dụng vào thực tế.- Có thể bổ xung các kiến thức từ các môn đã học vào mô hình dự án.

4 Kết quả:

Đề xuất mở rộng:

- Có thể thêm một số chức năng như: điều khiển bằng giọng nói.- Có thể sử dụng năng lượng tái tạo.