Với mục đích nắm hiểu rõ, nắm bắt công nghệ dòng vi xử lý của vi điềukhiển và khai thác các ứng dụng của nó trong cuộc sống, từ đó gắn liền được lýthuyết với thực tế để thấy được những t
PHÂN TÍCH YÊU CẦU
Khảo sát và phân tích bài toán
a Giới thiệu về hệ thống
Ngày nay, các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực kĩ thuật và đời sống xã hội Hầu hết các thiết bị từ đơn giản đến phức tạp như: “ thiết bị điều khiển tự động, thiết bị văn phòng thiết bị trong gia đình” đều có dùng các thiết bị vi điều khiển Hệ thống chiếu sáng thông minh sử dụng cảm biến chuyển động và âm thanh tích hợp với điều khiển qua mạng wifi là một ứng dụng hứa hẹn trong việc tối ưu hóa việc điều khiển ánh sáng trong các không gian. Thay vì sử dụng công tắc vật lý thông thường, giờ đây người dùng có thể sử dụng tiếng vỗ tay cũng như điều khiển từ xa qua mạng internet để điều chỉnh độ sáng và thời gian hoạt động của đèn
Qua đó, để thấy rõ được ứng dụng của vi điều khiển, nhóm em xin được trình bày về đề tài: “Xây dựng hệ thống chiếu sáng thông minh.” b Nhu cầu ý tưởng
Cảm biến chuyển động: Hệ thống có khả năng nhận diện được chuyển động của người.
Tích hợp âm thanh: Hệ thống cần có khả năng nhận dạng và hiểu lệnh từ âm thanh phát ra từ tiếng vỗ tay và âm thanh điều khiển qua giọng nói của người dùng.
Tích hợp IOT: Hệ thống có khả năng nhận và chuyển dữ liệu đến ứng dụng điều khiển thông qua mạng Internet Điều khiển đèn: Hệ thống phải có khả năng điều khiển đèn thông qua các âm thanh và lệnh nhận được từ ứng dụng điều khiển Ở báo cáo này nhóm em sẽ thực hiện trên hai đèn 220V để mô phỏng cho đề tài đã chọn. c Mục tiêu đề tài
Bằng kiến thức hiện có, thực hiện mô phỏng bằng công cụ Proteus, thiết kế mạch in cho một đề tài tùy chọn và vận dụng lập trình hợp ngữ cụ thể là xây dựng một hệ thống mô phỏng trên Proteus để kiểm tra tích hợp chuyển động, âm thanh và điều khiển đèn.
Sử dụng module cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR để nhận diện sự chuyển động, sau đó sử dụng cảm biến âm thanh (ví dụ: Module MDL172) để nhận dạng lệnh từ người dùng kết hợp với module Esp8266 để nhận tín hiệu điều khiển bằng âm thanh từ xa.
Kết nối với mạch điều khiển đèn để thực hiện bật tắt đèn dựa trên cảm ứng âm thanh và điều khiển từ xa d Kết Luận
Hệ thống chiếu sáng thông minh có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các không gian như nhà ở, văn phòng, khách sạn và các khu vực công cộng Việc tích hợp âm thanh giúp tối ưu hóa trải nghiệm người dùng và tiết kiệm năng lượng.
Lựa chọn giải pháp
Module cảm biến chuyển động: Chọn một module cảm biến chuyển động phù hợp (ví dụ: PIR HC-SR501) để xử lý việc nhận diện có sự chuyển động của người, từ đó cho phép cảm biến âm thanh hoạt động.
Module cảm biến âm thanh: Chọn một module cảm biến âm thanh phù hợp (ví dụ: MDL172) để xử lý lệnh từ người dùng Module này sẽ giúp hệ thống hiểu và phản hồi dựa trên âm thanh tiếng vỗ tay.
ESP: Sử dụng ESP8266 để xử lý việc nhận và truyền dữ liệu điều khiển từ xa thông qua mạng Internet.
Arduino hoặc vi điều khiển khác: Sử dụng Arduino hoặc vi điều khiển khác để kết nối với module cảm biến thân nhiệt chuyển động, cảm biến âm thanh và điều khiển đèn. b Giải pháp thiết kế
1 Sử dụng cảm biến độ chuyển động:
Sử dụng cảm biến độ chuyển động để xác định xem có người trong phòng hay không
Lập trình arduino để tự động tắt đèn nếu trong phòng không có người sau một khoảng thời gian.
2 Sử dụng cảm biến âm thanh:
Sử dụng cảm biến âm thanh để điều khiển những đèn có trong phòng nếu trong phòng có người.
Lập trình arduino để nếu nhận được tín hiệu có người từ cảm biến chuyển động,cảm biến âm thanh sẽ hoạt động và điều khiển 1 hoặc nhiều đèn cùng lúc dựa trên tín hiệu thu được từ cảm biến âm thanh
3 Điều khiển từ xa thông qua App :
Phát triển một app cho phép người dùng điều khiển hệ thống chiếu sáng từ xa thông qua ESP8266.
Kết nối với mạng Wi-Fi và sử dụng ứng dụng để bật/tắt đèn , cho phép hẹn giờ để bật đèn hoặc tắt đèn tự động mà không cần thông qua những cảm biến trên. c Xác định bài toán và giới hạn của đề tài
Bài toán: Xây dựng hệ thống chiếu sáng thông minh.
Giới hạn: Hệ thống chỉ điều khiển đèn thông qua âm thanh khi xác định được có sự chuyển động của người, điều khiển cụ thể từng đèn Bên cạnh đó còn có module Esp8266 để nhận dữ liệu điều khiển đèn từ xa riêng biệt so với các cảm biến Không xây dựng các tính năng phức tạp khác (ví dụ: điều chỉnh độ sáng), các thiết bị cảm biến còn chưa thực sự chính xác.
Kết luận: Bài toán này đòi hỏi tích hợp kiến thức về vi điều khiển, cảm biến chuyển động, cảm biến âm thanh và mô phỏng trên Proteus Việc xây dựng hệ thống chiếu sáng thông minh bằng cảm biến âm thanh có thể mang lại hiệu quả và tiện ích trong việc quản lý ánh sáng trong các không gian khác nhau.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Mô hình kiến trúc tổng quát của hệ thống
Hình 2 1: Mô hình kiến trúc của hệ thống.
Sử dụng: Mạch cấp nguồn cho board test và adapter 5V – 1A.
Nhiệm vụ: Cung cấp nguồn cho các khối: Khối vào, khối xử lý, khối giao tiếp, khối ra.
Sử dụng: Cảm biến âm thanh KY-037, Cảm biến PIR HC-SR501.
Nhiệm vụ: Phát hiện âm thanh và chuyển động Dữ liệu sau đó được truyền vào vi điều khiển để xử lý
Sử dụng: Firebase Realtime Database.
Nhiệm vụ: Khối trung gian có nhiêm vụ lưu trữ, trao đổi dữ liệu để điều khiển thiết bị từ xa giữa khối xử lý và khối ứng dụng.
Sử dụng: Thiết bị điện tử thông minh có kết nối Internet.
Nhiệm vụ: Có nhiệm vụ gửi dữ liệu đến khối kết nối để điều khiển các thiết bị đầu ra từ xa và nhận dữ liệu từ khối kết nối để hiển thị trạng thái bật/tắt của đèn
Sử dụng: Vi điều khiển Arduino Uno R3, ESP8266.
Nhiệm vụ: Có nhiệm vụ nhận và xử lý dữ liệu từ các cảm biến để điều khiển các thiết bị đầu ra một cách tự động ,nhận và xử lý dữ liệu từ khối kết nối để điều khiển thiết bị từ xa
Sử dụng: 2 Relay 5V 1 kênh, 2 bóng đèn 220V.
Nhiệm vụ: Điều khiển các thiết bị đầu ra như đèn hoặc các thiết bị khác dựa trên dữ liệu từ khối xử lý.
Sơ đồ thuật toán
Hình 2 2: Sơ đồ thuật toán.
Kịch bản hoạt động
Hệ thống có khả năng hoạt động đồng thời 2 chức năng chính là điều khiển tự động và điều khiển từ xa:
Khởi tạo: Đầu tiên, chương trình khởi tạo các biến và chân cho cảm biến âm thanh, cảm biến PIR, hai relay và kết nối với ESP8266.
Thiết lập: Trong hàm setup(), chương trình đặt chế độ cho các chân, khởi động giao tiếp nối tiếp và Bluetooth.
Vòng lặp chính: Trong hàm loop(), chương trình liên tục kiểm tra cảm biến PIR, xử lý vỗ tay nếu có người được phát hiện và kết nối từ xa. Điều khiển từ xa:
Ban đầu hệ thống sẽ kiểm tra kết nối với mạng wifi của thiết bị nếu kết nối thành công hệ thống sẽ chuyển sang kiểm tra kết nối Realtime DataBase của FireBase nếu không hệ thống sẽ chuyển sang chế độ điều khiển tự động.
Sau khi kết nối được với Realtime DataBase hệ thống sẽ kiểm tra xem có nhận được dữ liệu điều khiển từ xa của thiết bị điều khiển hay không,nếu có hệ thống sẽ thực thi việc bật tắt các đèn theo dữ liệu đã nhận được, nếu không kết nối được hệ thống sẽ chuyển sang chế độ điều khiển tự động. Điều khiển tự động:
Xử lý phát hiện PIR: Nếu cảm biến PIR phát hiện có người, chương trình sẽ đặt personDetected thành true Nếu không, personDetected sẽ được đặt thành false, số lần vỗ tay sẽ được đặt lại về 0 và cả hai relay sẽ được tắt.
Xử lý phát hiện vỗ tay: Nếu có người được phát hiện, chương trình sẽ kiểm tra cảm biến âm thanh để phát hiện vỗ tay Nếu giá trị cảm biến âm thanh vượt ngưỡng, số lần vỗ tay sẽ tăng lên Nếu thời gian từ lần vỗ tay cuối cùng vượt quá 1500ms, chương trình sẽ kiểm tra số lần vỗ tay và điều khiển relay tương ứng.
XÂY DỰNG HỆ THỐNG
Xây Dựng Hệ thống
a Mô phỏng hệ thống trong ứng dụng Proteus
Hình 4 1: Mô phỏng hệ thống trong ứng dụng Proteus. b Xây dựng hệ thống phần cứng
Hình 4 2: Vỏ ngoài của hệ thống.
Xây dựng ứng dụng
Sử dụng cảm biến độ chuyển động để xác định xem có người trong phòng hay không
Lập trình arduino để tự động tắt đèn nếu trong phòng không có người sau một khoảng thời gian.
2 Sử dụng cảm biến âm thanh:
Sử dụng cảm biến âm thanh để điều khiển những đèn có trong phòng nếu trong phòng có người.
Lập trình arduino để nếu nhận được tín hiệu có người từ cảm biến chuyển động,cảm biến âm thanh sẽ hoạt động và điều khiển 1 hoặc nhiều đèn cùng lúc dựa trên tín hiệu thu được từ cảm biến âm thanh
3 Điều khiển từ xa thông qua App :
Phát triển một app cho phép người dùng điều khiển hệ thống chiếu sáng từ xa thông qua ESP8266.
Kết nối với mạng Wi-Fi và sử dụng ứng dụng để bật/tắt đèn , cho phép hẹn giờ để bật đèn hoặc tắt đèn tự động mà không cần thông qua những cảm biến trên. c Xác định bài toán và giới hạn của đề tài
Bài toán: Xây dựng hệ thống chiếu sáng thông minh.
Giới hạn: Hệ thống chỉ điều khiển đèn thông qua âm thanh khi xác định được có sự chuyển động của người, điều khiển cụ thể từng đèn Bên cạnh đó còn có module Esp8266 để nhận dữ liệu điều khiển đèn từ xa riêng biệt so với các cảm biến Không xây dựng các tính năng phức tạp khác (ví dụ: điều chỉnh độ sáng), các thiết bị cảm biến còn chưa thực sự chính xác.
