Đây là một trong những đồ án rất hay về ứng dụng IoT(internet of thing) vào trong thực tế để phát triển ngôi nhà thông minh. Ứng dụng này được sử dụng phổ biến trong Smart Home. Dữ liệu thu nhận được báo về bằng Smartphone và một web server cho người dùng biết về tình hình của đèn cũng như các thiết bị khác trong nhà để người dùng kịp thời điều chỉnh. Mình đã đính kèm full code, các bạn hoàn toàn có thể tham khảo và phát triển thêm.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH -VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN BẰNG ĐIỆN THOẠI NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Sinh viên: ĐẶNG VĂN THUẬN MSSV: 12141223 NGUYỄN ĐỨC THỊNH MSSV: 12141665 Hướng dẫn: ThS NGUYỄN VĂN PHÚC TP HỒ CHÍ MINH – 2/2017 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn, Ths Nguyễn Văn Phúc thời gian qua hướng dẫn giúp đỡ trình thực luận văn tốt nghiệp Những lời nhận xét, góp ý hướng dẫn thầy giúp có định hướng trình thực đề tài, giúp thấy ưu, khuyết điểm đề tài bước khắc phục để ngày hoàn thiện Đồng thời không quên gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè động viên, cổ vũ tinh thần suốt trình học tập trình làm luận văn tốt nghiệp Bên cạnh đó, muốn nói lời cảm ơn đến giáo viên, giảng viên đứng bục giảng truyền đạt kinh nghiệm, kiến thức suốt năm học qua Một lần nữa, xin gửi lời cảm ơn đến ba mẹ, thầy cô bạn bè, người bên cạnh, giúp đỡ cho phép có thời gian để hoàn thành luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 Nhóm sinh viên thực Đặng Văn Thuận - Nguyễn Đức Thịnh TÓM TẮT Trong sống nay, việc thiết bị chiếu sáng nhà bóng đèn sợi đốt, đèn Neon, đèn ngủ, đèn trang trí … sử dụng nhiều Không riêng hệ thống nhà thông minh mà đối tượng nhà thông thường khác việc sở hữu hệ thống chiếu sáng thông minh quan tâm tính thiết yếu, gần gũi thông dụng Bên cạnh việc tiết kiệm thời gian để làm nhiều công việc ngày lại điều đáng quan tâm Vì vậy, việc “Xây dựng hệ thống điều khiển đèn thông minh” việc cần thiết Hệ thống gồm hai điều khiển đèn có chức điều khiển bật tắt đèn thiết bị hai phòng nhà ứng dụng điện thoại tương tác trực tiếp nút nhấn hai điều khiển Ứng dụng điện thoại dùng để thay đổi trạng thái điều khiển đèn lên web server, đồng thời web server cập nhật trạng thái điều khiển lưu vào sở liệu Hệ thống có khối điều khiển dùng để giao tiếp với web server để cập nhật liệu gửi liệu đến hai điều khiển module thu phát RF Bên cạnh khối điều khiển làm nhiệm vụ tiếp nhận phản hồi người dùng nhấn nút hai điều khiển, sau gửi trạng thái thay đổi đèn lên web để ứng dụng điện thoại kịp thời cập nhật trạng thái Mục tiêu luận văn đặt hoàn thành, khoảng cách truyền sóng RF mà hệ thống truyền đến khoảng 52m truyền mặt phẳng có khả xuyên tường khoảng lầu, người dùng hoàn toàn làm việc công ty mà điều hệ thống nhà thông qua internet Bên cạnh tích lũy thêm số kinh nghiệm lập trình web, lập trình arduino lập trình android Chúng có hội ứng dụng kiến thức học vào thực tiễn để xây dựng hệ thống “Internet of Things” đơn giản MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT RF Radio frequency IoTs Internet of Things LAN Local Area Network WLAN Wireless Local Area Network MCU Microcontroller HTTP Hypertext Transfer Protocol GPIO General-Purpose Input/Output UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter WPA Wireless Protected Access WPA2 Wireless Protected Access II PC Personal Computer IDE Integrated Development Environment ADC Analog Digital Converter DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing SSID Service Set Identifier PHP Personal Home Page URL Uniform Resource Locator INC Incorporated HTC High Tech Computer PWM Pulse Width Modulation I2C Inter-Integrated Circuit AT Attention SQL Structured Query Language TLS Transport Layer Security CSDL Cơ Sở Dữ Liệu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU Ngày nay, mà sống người ngày có quan hệ chặt chẽ đến Internet phát triển Internet of Things (IoTs) quan tâm Cùng với phát triển hệ thống nhúng mạng không dây, IoTs ngày thiết thực tiếp cận với người nhiều hơn, thay đổi cách sống người tương lai không xa, hướng phát đến tiện nghi nhanh chóng đáp ứng nhu cầu nhu cầu thiết thực người Ứng dụng IoTs hướng đến phát triển hệ thống minh với thiết bị đồng hoá giám sát, điều khiển thông qua mạng không dây Khi mà nhu cầu người nâng cao, việc điều khiển cách tự động hệ thống hoá thiết bị gia đình ưu tiên hàng đầu Trên giới, IoTs xu hướng phát triển mang tính quy luật ngày phát triển có mặt hầu hế nơi, lĩnh vực nơi mà nhu cầu người đòi hỏi đáp ứng tiện nghi thuận lợi mạnh Vì vậy, thành phố lớn có đầu tư phát triển nhanh hệ thống công cộng hay cá nhân hệ thống thành phố thông minh, xu hướng phát triển Internet of Things bùng nổ phát triển nhanh toàn giới cụ thể du lịch thông minh Barcelona, hệ thống giao thông thông minh Copenhagen, hệ thống lưới điện thông minh Helsinki, trạm sạc xe điện thông minh Vienna… Cùng với xu hướng phát triển giới, Việt Nam thời gian gần bước phát triển hệ thống IoTs thành phố lớn, bật hệ thống nhà thông minh hoàn chỉnh điều khiển qua Điện thoại Bkav thiết bị thông minh phát triển riêng lẻ thị trường Hệ thống nhà thông minh ưu tiên đầu tư phát triển rộng rãi Các hệ thống đại có khả liên kết không dây thành phần với theo xu hướng Internet of Things Internet of Things (IoT) xu hướng công nghệ mẻ, nghiên cứu phát triển rầm rộ thời gian gần phát triển nhanh chóng mạng Internet công nghệ tích hợp, kết nối không dây…Với giúp đỡ IoT, kết nối điều gì, truy cập từ nơi lúc nào, có khả truy cập vào dịch vụ thông tin đối tượng Hàng loạt triển lãm công nghệ, hội thảo khoa học tổ chức xoay quanh vấn đề quảng bá sản phẩm công nghệ IoT, hệ sinh thái khởi nghiệp IoT…Đây hứa hẹn cách mạng tương lai, đem đếm thay đổi mạnh mẽ nhiều lĩnh vực sống Một yếu tố quan trọng móng để hướng đến phát triển nhà thông minh hệ thống chiếu sáng thông minh Với việc thiết bị chiếu sáng nhà bóng đèn sợi đốt, đèn Neon, đèn ngủ, đèn trang trí … sử dụng nhiều Không riêng hệ thống nhà thông minh mà đối tượng nhà thông thường khác việc sở hữu hệ thống chiếu sáng thông minh quan tâm tính thiết yếu, gần gũi thông dụng Mặc dù việc xây dựng hệ thống đèn thông minh không khó khăn phát triển tính thông dụng cộng đồng xã hội mờ nhạt lo ngại giá thành tính phức tạp trình thi công lắp đặt Để giải khó khăn trên, hệ thống đèn thông minh gọn nhẹ, dễ dàng lắp đặt với tính trội chi phí hấp dẫn nguyên cứu phát triển rộng rãi để thay Các thiết bị dễ dàng kết nối điều khiển thông qua kết nối không dây với phát triển nhanh chóng loai điện thoại thông minh khiến hệ thống trở nên tiện ích cá nhân sử dụng có khả truy cập sở liệu cách dễ dàng 10 3.6 LƯU ĐỒ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Sau kết nối khối với ta lưu đồ hoạt động hệ thống sau: Hình 3.25: Lưu đồ hoạt động hệ thống 60 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 ỨNG DỤNG TRÊN ANDROID Giao diện bắt đầu ứng dụng điều khiển android: Hình 4.1: Giao diện vào ứng dụng 61 Giao diện người dùng nhấn vào nút Next hình: Hình 4.2: Giao diện đăng nhập dành cho người dùng Giao diện người dùng đăng nhập sai tên đăng nhập mật khẩu, tên đăng nhập lẫn mật khẩu: Hình 4.3: Giao diện người dùng đăng nhập sai 62 Giao diện người dùng đăng nhập thành công điều khiển trực tiếp điện thoại: Hình 4.4: Giao diện người dùng điều khiển đèn thiết bị - Khi người dùng bật đèn thiết bị tương ứng thành công nút nhấn - giao diện chuyển sang màu xanh báo hiệu bật thành công Khi người dùng tắt đèn thiết bị tương ứng thành công nút nhấn giao diện chuyển sang màu đỏ báo hiệu tắt thành công 63 4.2 WEB SERVER Vì nhóm thực dùng phương thức post để lập trình cho web nên web server giao diện Địa trang web truy cập bình thường, thay hiển thị giao diện cho người dùng xem web server dùng để cập nhật liệu thiết bị bao gồm trạng thái thiết bị cho hai phòng: Hình 4.5: Giao diện xem trạng thái thiết bị web Ở hình 4.5 bên trên, Web server cập nhật cho người dùng biết ngày tháng năm thời gian người dùng xem, trạng thái thiết bị tương ứng với phòng mà người sử dụng điều khiển tay điện thoại 64 4.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN Sau thiết kế lập trình cho arduino nhóm thực hoàn thành điều khiển: Hình 4.6: Bộ điều khiển hoàn tất Bộ điều khiển hoàn tất bao gồm: adapter 9V dùng để chuyển đổi điện áp từ 220V sang 9V để cấp nguồn ổn định cho arduino, phích cắm lấy nguồn 220V cấp cho đèn cho thiết bị thông qua relay đóng ngắt, cuối hộp điều khiển Bên hộp điều khiển có ổ cắm đơn chấu dùng để cấp nguồn cho thiết bị (ví dụ như: quạt điện, máy lạnh, bếp điện…) hai nút nhấn dùng để bật, tắt đèn thiết bị, hai led đơn dùng để báo hiệu trạng thái đèn thiết bị bật hay tắt Bên hộp điều khiển bao gồm kit Arduino Uno R3, module relay kênh 5V board RF Sau ta cấp nguồn cho điều khiển Muốn điều khiển tay ta nhấn nút nhấn trực tiếp điều khiển: nút dùng để bật, tắt đèn nút lại dùng để bật, tắt thiết bị Muốn điều khiển điện thoại từ xa, ta dùng ứng dụng android: ta thao tác ứng dụng android liệu điều khiển gửi lên web server, web server lưu trữ liệu lại đợi có yêu cầu từ NodeMcu Esp8266 khối điều khiển, sau Web server 65 đẩy liệu điều khiển đến NodeMcu Esp8266, NodeMcu nhận liệu truyền đến điều khiển thông qua board RF, Arduino điều khiển tiếp nhận liệu điều khiển thông qua board RF ( nằm bên hộp điều khiển) điều khiển bật, tắt đèn thiết bị tương ứng 4.4 KHỐI ĐIỀU KHIỂN Sau thiết kế lập trình cho NodeMcu Esp8266 nhóm thực hoàn thành khối điều khiển: Hình 4.7: Khối điều khiển hoàn tất Khối điều khiển hoàn tất bao gồm: adapter 5V hộp điều khiển Adapter 5V dùng để chuyển đổi điện áp từ 220V sang 5V để cung cấp nguồn cho NodeMcu Esp8266 Hộp điều khiển bên gồm: board thu phát RF kit NodeMcu Esp8266 Khi cấp nguồn cho khối điều khiển Trường hợp người dùng thao tác tay nút nhấn NodeMcu Esp8266 nhận liệu điều khiển từ điều khiển gửi liệu điều khiển đến Web Server Trường hợp người dùng thao tác ứng dụng android NodeMcu Esp8266 gửi yêu cầu lên Web Server để 66 nhận liệu điều khiển sau NodeMcu gửi liệu thông qua RF đến điều khiển 4.5 KẾT QUẢ KHI KẾT HỢP CÁC KHỐI THÀNH HỆ THỐNG Kết hợp khối với ta mô sau: Hình 4.8: Kết hợp khối với thành mô hình Mô hình hình 4.9 bao gồm: hai điều khiển tương ứng với hai phòng nhà, router FPT khối điều khiển Sau kết nối khối lại với thành hệ thống, thu kết sau: 67 4.5.1 Người dùng điều khiển nút nhấn điều khiển Khi người dùng nhấn nút điều khiển đèn điều khiển thiết bị điều khiển phòng ta được: Hình 4.9: Đèn thiết bị phòng sáng trạng thái cập nhật điện thoại 68 Khi người dùng nhấn nút điều khiển đèn điều khiển thiết bị trực tiếp điều khiển phòng ta được: Hình 4.10: Đèn thiết bị phòng sáng trạng thái cập nhật điện thoại Khi người dùng nhấn nút điều khiển đèn điều khiển thiết bị trực tiếp điều khiển hai phòng ta được: Hình 4.11: Đèn thiết bị hai phòng sáng trạng thái cập nhật điện thoại 69 4.5.2 Người dùng điều khiển ứng dụng điện thoại Khi người dùng thao tác điều khiển đèn phòng điện thoại: Hình 4.12: Người dùng bật đèn phòng điện thoại Khi người dùng thao tác điều khiển thiết bị phòng điện thoại: Hình 4.13: Thiết bị phòng bật người dùng điều khiển điện thoại 70 Khi người dùng thao tác điều khiển đèn phòng điện thoại: Hình 4.14: Người dùng bật đèn phòng điện thoại Khi người dùng thao tác điều khiển thiết bị phòng điện thoại: Hình 4.15: Thiết bị phòng bật người dùng điều khiển điện thoại 71 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu đề tài nhóm thực đề tài hoàn thành nhiệm vụ, mục tiêu đề ra: "Xây dựng hệ thống điều khiển đèn điện thoại" thu kết sau: - Tìm hiểu lập trình android xây dựng ứng dụng điều khiển điện thoại - Tìm hiểu lập trình web ngôn ngữ php tạo web server lưu trữ liệu - Kết nối thành công Arduino uno R3 với module RF, module relay kết hợp thêm với nút nhấn, led đơn đèn chiếu sáng để tạo nên điều khiển cho phòng - Kết nối thành công NodeMcu Esp8266 với module RF thành khối điều khiển dùng ngôn ngữ arduino để lập trình giao tiếp với web server với điều khiển - Điều khiển thành công hệ thống điện thoại trực tiếp tay tương tác với nút nhấn điều khiển 5.1.1 Ưu điểm Hệ thống điều khiển đèn thông minh có ưu điểm sau: • Đơn giản • Tốc độ xử lý nhanh • Độ xác cao • Dễ dàng thay ổ công tắc âm tường người sử dụng bật tắt tay 72 • Tiện lợi dễ sử dụng người dùng bật tắt thiết bị trực tiếp tay điện thoại • Tiết kiệm thời gian cho người sử dụng khỏi nhà mà quên tắt thiết bị, người sử dụng hoàn toàn bật tắt từ xa 5.1.2 Hạn chế Bên cạnh ưu điểm bật trên, xây dựng thống điều khiển đèn thông minh không tránh khỏi hạn chế như: • Hệ thống điều khiển hai phòng nhà phòng bao gồm đèn thiết bị khác (ví dụ: bếp điện, quạt máy, máy điều • • 5.2 hòa…) Chưa có hệ thống giám sát đèn bị hư hỏng Hệ thống mở rộng tối đa bốn thiết bị cho phòng HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Đề tài phát triển thành hệ thống điều khiển đèn thiết bị nhà từ xa có thêm chức chống trộm, cách kết hợp thêm hệ thống giám sát qua camera số cảm biến cảnh báo Có thể tiếp tục phát triển để kết hợp xây dựng thành dự án lớn Ngôi nhà thông minh theo xu hướng điều khiển với số tính Đồng thời hệ thống kết hợp với hệ thống khác như: vườn thông minh, hệ thống trồng rau thông minh, lò ấp trứng…nhằm giải nhu cầu người sử dụng 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hà Tuấn Anh, “Điều khiển thiết bị từ xa sóng RF”, Đại học Công nghiệp TP.HCM, Hồ Chí Minh [2] Mai Phước Tân, “Thiết kế thi công mạch điều khiển từ xa hồng ngoại”, Đại học Kỹ thuật Công nghệ, TP.HCM, 2011 [3] Lâm Chánh Trực Nguyễn Đức Thịnh, “Đèn thông minh điều khiển ứng dụng điện thoại thông qua kết nối không dây”, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2016 [4] Bùi Quốc Huy, Giáo Trình PHP Và MySQL, Trung Tâm Đào Tạo Công Nghệ Mạng Việt Chuyên, TP.HCM, 2006 [5] Nguyễn Việt Hùng – Nguyễn Ngô Lâm – Nguyễn Văn Phúc – Đặng Phước Hải Trang, Giáo Trình Kỹ Thuật Truyền Số Liệu, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM : Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2013 [6] Trương Thị Ngọc Phượng, Giáo Trình Android, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM : Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2014 74 ... minh, xu hướng phát triển Internet of Things bùng nổ phát triển nhanh toàn giới cụ thể du lịch thông minh Barcelona, hệ thống giao thông thông minh Copenhagen, hệ thống lưới điện thông minh Helsinki,... lại với kèm theo tag số thông tin như: tên host, kiểu mã hóa, ngôn ngữ, độ dài liệu … Một chuỗi Hearder HTTP request có dạng sau: • • • • • POST / HTTP/1.1 Host: www.dieukhienthongminh.tk Connection:... triển nhà thông minh hệ thống chiếu sáng thông minh Với việc thiết bị chiếu sáng nhà bóng đèn sợi đốt, đèn Neon, đèn ngủ, đèn trang trí … sử dụng nhiều Không riêng hệ thống nhà thông minh mà đối