Bài tập lớn môn học mạng cảm biến Đề tài hệ thống Điều khiển, giám sát nhà thông minh trên nền tảng iot

Mặc đù nhỏ gọn, Raspberry Pi 4 vẫn đa năng, có thê được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như máy chủ, thiết bị điều khiển hay trạm làm việc lập trình.. Arduino Uno R3 có thể được sử

BO CONG THUONG TRUONG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA DIEU KHIEN VA TU DONG HOA

se

Đái HỌC biỆn LỰC

ELECTRIC POWER UNIYERSITY

BAI TAP LỚN MÔN HỌC MẠNG CẢM BIẾN

Đề tài: Hệ thông điều khiến, giám sát nhà thông mình trên nền tảng

IOT

Giảng viên hướng dẫn : TS Đoàn Diễm Vương

Sinh viên thực hiện:

Hà Nội, tháng 4 năm 2024

I Danh sách lĩnh kiện sử dụng

STT Linh kiện sử đụng hung Giá thành | Thành tiền

1 | Raspberry Pi4 (4GB) 1 1.800.0004 | 1.800.000đ

2 | Arduino UNO R3 (Atmega 328P-AU) 1 140.0004 140.0004

3 | Module cam bién khói, khí gas MQ-02 1 27.0004 27.0004

4 | Man hinh LCD 1602 [2c 1 28.0004 28.0004

5 | Man hinh LCD 2004 2c 1 79.0004 79.0004

6 | Ban phim ma tran 3x4 1 11.0004 11.0004

7 | Module RFID RC522 (SPI) 1 28.0004 28.0004

8 | Raspberry Pi Camera Module V3 (VL-75 1 890.0004 890.0004

9 | Module cam bién chay 1 10.0004 10.0004

12 | Man hinh HDMI 7 inch 1 800.0004 800.0004

13 | Dây dién,bia m6 hinh, 1 100.0004 100.0004

Téng tién | 3.946.000đ

I Thông số linh kiện sử dụng

2.1 Raspberry Pi 4

Raspberry Pi 4 là phiên bản mới nhất của dòng máy tính nhỏ gọn Raspberry Pi Nó đánh đấu bước tiến về hiệu năng với bộ xử lý ARM 64-bit, RAM lên đến 4GB và khả năng hỗ trợ màn hình 4K cùng công USB 3.0 Mặc đù nhỏ gọn, Raspberry Pi 4 vẫn đa năng, có thê được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như máy chủ, thiết bị điều khiển hay trạm làm việc lập trình Với cộng đông hồ trợ sôi nồi, nó mở ra nhiêu cơ hội cho người đam mê công nghệ

Hình 2 1 Máy tính nhúng Raspberry Pi 4 Thông số kỹ thuật:

Broadcom BCM2711, Quad core Cortex-A72 (ARM v8) 64-bit SoC @ 1.5GHz RAM: 4GB LPDDR4-2400 SDRAM

Wifi chuan 2.4 GHz va 5.0 GHz IEEE 802.1 1ac Bluetooth 5.0, BLE

Céng mang Gigabit Ethernet

2 công USB 3.0 và 2 céng USB 2.0

Chuẩn 40 chân GPIO, tương thích với các phiên bản trước

Hỗ trợ 2 công ra màn hình chuẩn Micro HDMI với độ phân giải lên tới 4K

Công MIPI DSI

Cổng MIPI CSI

H.265 (4kp60 decode), H264 (1080p60 decode, 1080p30 encode)

OpenGL ES 3.0 graphics

Khe cắm Micro-SD cho hệ điều hành và lưu trữ

Nguồn điện DC 5V - 3A DC chuẩn USB-C

5V DC via GPIO header (minimum 3A*)

H6 tro Power over Ethernet (PoE) (yéu cau co PoE HAT)

2.2 Arduino UNO R3

Arduino Uno R3 la mét trong nhiing board phé bién nhat trong dong san pham Arduino, được phát triển bởi Arduino.cc Với vi xử lý ATmega328P tích hợp, nó cung cấp một nên tảng linh hoạt để phát triển các dự án điện tử Arduino Uno R3 có thể được sử dụng để làm các dự án từ những ứng dụng đơn giản như đèn LED cho đến các dự án phức tạp như robot hoặc thiết bị IoT Board nay di kèm với một cộng đồng lớn và nhiều tài liệu hễ trợ, là lựa chọn lý tưởng cho cả người mới bắt đầu và những kỹ sư chuyên nghiệp trong lĩnh vực điện tử

MADE

W§ là

ee

` ad _—=—=“ô =— Le)

Hinh 2 2 Bo mach Arduino UNO R3 Thông số kỹ thuật:

Chip điều khiến chính: ATmega328P

Chip nap và giao tiếp UART: ATmegal6U2

Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài cắm từ jack tròn DC S6 chan Digital I/O: 14 (trong đó 6 chân có khá năng xuất xung PWM)

Số chân PWM Digital I/O: 6

S6 chan Analog Input: 6

« _ Dòng điện DC Current trén méi chan I/O: 20 mA

So dé chan:

DC Power Jack

2.1mm x5.5mm To Computer

Male Center Positive )

~

—

4

> (I2C) SDA - Serial Data

ss he Reference Voltage

Ground = (8) Digital Pin 8

Ground 8 3

7-12V Output or Input a serene * (7) Digital Pin 7

Les (6) Digital Pin 6/ PWM

Analog Pin 3 (A3) = (2) Digital Pin 2/ Ext Into

(I2C) SCL / Analog Pin 5 (AS) (0) Serial Port RXD / Digital Pin 0

Hình 2 3 Sơ dé chan Arduino UNO R3

2.3 Cảm biến khói, khí gas MQ-02

Hình 2 4 Cảm biến khói, khí gas MQ-02

Cảm biến khí gas MQ-2 sử dụng phần tử SnO2 có độ dẫn điện thấp hơn trong không khí sạch, khi khí để chảy tổn tại, cảm biến có độ dẫn điện cao hơn, nông độ chất dễ cháy càng cao thì độ dẫn điện của SnO2 sẽ càng cao và được tương ứng chuyên đôi thành mức tín hiệu điện Cam biến khí gas MQ-2 là cảm biến khí có độ nhạy cao với LPG, Propane và Hydrogen, mê-tan (CH4) và hơi dễ bắt lửa khác, với chỉ phí thấp và phù hợp cho các ứng dụng khác nhau Cảm biển xuất ra cá hai đạng tín hiệu là Analog và Digital, tín hiệu Digital có thế điều chỉnh mức báo băng biên trở

Thông số kỹ thuật

« - Loại dữ liệu: Analog

« - Phạm vi phát hiện rộng

2.4, Man hinh LCD 1602 va LCD 2004

LCD 1602 và LCD 2004 là hai loại màn hình LCD phố biến được sử dụng trong các ứng dụng điện tử LCD 1602 có kích thước nhỏ hơn, với l6 cột và 2 hàng ký tự, trong khi LCD 2004 có

kích thước lớn hơn với 20 cột và 4 hàng ký tự Cá hai đều có khá năng hiến thị ký tự và biểu

tượng, được điều khiến thông qua giao tiếp song song với vi điều khiến như Arduino hoặc Raspberry Pi LCD 1602 và LCD 2004 thường được sử dụng trong các dự án nhúng, các thiết bị

đo lường, điều khiển tự động và nhiều ứng dụng khác nữa nhờ tính linh hoạt và đễ sử dụng của chúng

Hình 2 5 Màn hình LCD 1ó02

Thông số kỹ thuật LCD 1602:

Điện áp hoạt động là 5 V

Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm

Chữ đen, nền xanh lá

Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hé trợ việc kết nối, đi dây điện

Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chỉnh độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn,

Có thế được điều khiến với 6 day tín hiệu

Có bộ ký tự được xây dựng hỗ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật,

Hình 2 ó Màn hình LCD 2004

Thông số kĩ thuật LCD 2004

s - Diện áp hoạt động: 5SVDC

® - Dòng điện tiêu thụ: 350HA - 600A,

® - Nhiệt độ hoạt động: -30°C đến 75°C

® - Kích thước 96 x 60mm, chữ đen, nền xanh lá hoặc xanh dương

© - Có thể điều khiến bằng sáu chân tín hiệu

® - Hễ ượ hiển thị bộ kí tự tiếng Anh và tiếng Nhật

Mô-đun kết nối I2C PCF8574A với LCD

Hình 2.7 Mô-đun kết nối l2C PCF8574A

Để giao tiếp với LCD 1602 hay 2004 thông thường chúng ta cần kết nối mười sáu chân VỚI LCD hoặc ít nhất là sáu chân Nhưng với mô-đun chuyên đổi này, chúng ta chí cần kết nối hai chân tín hiệu I2C là SDA va SCL Ngoài ra trên mô-đun còn hỗ trợ biến trở đề điều chính độ tương phản của LCD va Jumper dé kích hoạt đèn nền LCD Thông 36 kỹ thuật:

- _ Điện áp hoạt động: 2.5-6VDC

- IC giao tiép: PCF8574

- _ Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thê điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2.)

- _ Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phán cho LCD

0 1 O 0 A2A1A0 R/W

PCF8574/PCFS574T 0x27 o 0 1900 1 1 1 9 0x20 0 0 1 00 0 0 0

0x22 0 0 1 0 0 0 1 0 Into account for

0 > Write

0X25 0 01 0 0 1 0 1

no jumper 1

leading 0 added jumper present - 0

at MSB for default is no jumpers on A2,A1,A0 address calculation 111

Hình 2.8 Địa chỉ chân của mô-đun PCF8574 Biểu đồ logic

=

“|

at 2

=:

* Y SDA 4 ‘Control Le sen

Write Pulse

Hình 2.9 Biểu đồ logic của PCF8574 2.5 Bàn phím ma trận 3x4

Bản phím ma trận 3x4 có tổng cộng 12 phím dạng ma trận, với loại phím mềm và được thiết kế với mặt sau dính có thể dán bàn phím rất tiện lợi Bàn phím ma trận với giao điện được thiết kế đơn giản giao tiếp dé dàng với các loại vi điều khiến

Hình 2 10 Bàn phím ma trận 3x4

Thông số kỹ thuật của bàn phim ma tran:

Module bàn phím ma trận 3x4 loại phím mềm,

Khoảng cách các chân: 2.54mm

D6 dai cap: 88mm

Nhiét d6 hoat déng 0 ~ 700C

Đầu nối ra 7 chân

Kích thước bàn phim 76.9 x 69.2 mm

2.6 Module RFID RC522

Hinh 2 11 Module RFID RC522 Mach RFID NFC 13.56MHz RC522 su dung IC MFRC522 duoc str dung dé doc va ghi đữ liệu cho thẻ RFID / NEC tần số 13.56MHz, mạch có thiết kế nhỏ gọn được sử dụng rất phô biến hiện nay với Arđuino hoặc các loại Vi điều khiến khác trong các ứng dụng cần ghi, đọc thé RFID/ NFC

Thông số kỹ thuật:

Nguồn sử dụng: 3.3VDC

Dòng điện: 13~26mA

Tần số hoạt động: 13.56Mhz

Khoảng cách hoạt động: 0~60mm

Chuẩn giao tiếp: SPI

ÖỔ = Các loại card RFID hỗ trợ: mifarel S50, mifarel S70, mifare UltraLight, mifare Pro, mitfare Desfire

So dé chan:

RFID-RC522 pinout seo MERC622* chip datasheet

PII Cea) |G

baba

Hình 2 12 Sơ đồ chân module RFID RC522

2.7 Còi Buzzer

Coi Buzzer 5VDC cé tuôi thọ cao, hiệu suất ôn định, chất lượng tốt, được sản xuất nhỏ gọn phù hợp thiết kê với các mạch còi buzzer nhỏ gọn, mạch báo động

Thông số kỹ thuật:

Hình 2 13 Còi buzzer 5v

Thông số kỹ thuật

Nguồn : 3.5V - 5.5V

Dòng điện tiêu thụ: <25mA

Tần số cộng hướng: 2300Hz + 500Hz

Biên độ âm thanh: >§0 dB

Nhiệt độ hoạt động:-20 °C đến +70 °C

Kích thước : Đường kính 12mm, cao 9,7mm

2.7 Raspberry Pi Camera Module V3 (VL-75°)

Raspberry Pi Camera Module V3 (VL-75—O) la mét module camera chat lượng cao được thiết

kế đặc biệt cho việc sử dụng với các board Raspberry PI Với độ phân giải cao 8 megapixel, no cung cap hinh anh sắc nét và chị tiết Module nay tich hợp bộ lọc cat hong ngoai (IR) trong các biến thé tiêu chuẩn, nhưng không có trong các biến thể NoIR Hệ thống tự động lấy nét dựa trên

phát hiện pha giúp cái thiện chất lượng ánh và độ chính xác của việc lấy nét Với kích thước nhỏ

gọn chỉ 25 x 24 x 11.5mm (cao 12.4mm cho các biến thể rộng), nó rất phù hợp cho các dự án yêu cầu camera nhỏ gọn và chất lượng cao

ad ae B57]

(==

a

a 3

=

a

¬ 2

IS

©

Hinh 2 14 Raspberry Pi Camera Module V3 (VL-75-O) Thông số kỹ thuật:

Cảm biến sử dung: Sony IMX708

Do phan giai: 11.9 megapixels

Kích thước cảm biến: 7.4mm (đường kính)

Kích thước pixel: l.4nm x 1.4um

Horizontal/vertical: 4608 x 2592 pixels

Cac ché dé quay phé théng: 1080p50, 720p100, 480p120

Dau ra: RAW 10

Bộ lọc cắt hồng ngoại (IR): Được tích hợp trong các biến thé tiêu chuẩn; không có trong các biến thé NoIR

Hệ thống lấy nét tự động: Tự động lấy nét phát hiện theo pha

Kích thước: 25 x 24 x 11.5mm

Độ dài cáp kết nối: 200mm

Cáp kết nói: 15 x 1mm FPC