Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống đèn chiếu sáng nhà thông minh sử dụng wifi của bộ điều khiển sử dụng hệ điều hành android

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ  NGUYỄN THẾ HỢI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG WIFI CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Khánh Hòa, ngày tháng năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ  NGUYỄN THẾ HỢI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG WIFI CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS VŨ THĂNG LONG Khánh Hòa, ngày tháng năm 2017 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: NGUYỄN THẾ HỢI Lớp: 55CDT MSSV: 55130674 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Đề tài: “Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống đèn chiếu sáng nhà thông minh sử dụng wifi Bộ điều khiển sử dụng hệ điều hành Android” Số trang: 78 Số chương: Tài liệu tham khảo: Hiện vật: báo cáo, đĩa CD, mơ hình NHẬN XÉT Kết luận: Khánh Hòa, ngày…… tháng… năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI Họ tên sinh viên: NGUYỄN THẾ HỢI Lớp: 55CDT MSSV: 55130674 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Tên đề tài: “Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống đèn chiếu sáng nhà thông minh sử dụng wifi Bộ điều khiển sử dụng hệ điều hành Android” Số trang: 78 Số chương: Tài liệu tham khảo: Hiện vật: báo cáo, đĩa CD, mơ hình NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Kết luận: Khánh Hòa, ngày… tháng… năm 2016 Điểm phản biện CÁN BỘ PHẢN BIỆN (Ký ghi rõ họ tên) Bằng số Bằng chữ Khánh Hòa, ngày… tháng… năm 2016 Điểm chung CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký ghi rõ họ tên) Bằng số Bằng chữ LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập rèn luyện trường, bảo giảng dạy nhiệt tình Thầy Cơ trường Thầy Cô môn Cơ điện tử, giúp em tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích hành trang để em bước vào tương lai Cho em gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể quý Thầy Cô giảng dạy động viên em suốt thời gian vừa qua Nhận hướng dẫn nhiệt tình thầy TS Vũ Thăng Long với cố gắng thân góp ý bạn bè đồng nghiệp, sau khoảng thời gian nghiên cứu, đồ án tốt nghiệp “Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống đèn chiếu sáng nhà thông minh sủa dụng wifi Bộ điều khiển, sử dụng hệ điều hành Android” em hoàn thành thời hạn giao Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy TS Vũ Thăng Long trực tiếp hướng dẫn tận tình bảo, định hướng chuyên môn giúp em khắc phục kịp thời khó khăn q trình thực hiện, ln động viên tạo điều kiện tốt để em hồn thành tốt đề tài Có trưởng thành ngày hôm nay, hết em xin bày tỏ kính trọng lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình người thân ln ủng hộ động viên em, tạo điều kiện để em yên tâm học tập rèn luyện thân Bên cạnh đó, xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè động nghiệp, người quan tâm chia sẻ động viên suốt thời gian học tập hoàn thành đồ án tốt nghiệp Mặc dù cố gắng trình thực luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý q Thầy Cơ bạn bè Sinh viên thực NGUYỄN THẾ HỢI MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .9 DANH MỤC BẢNG 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH 14 1.1 Giới thiệu chung 14 1.1.1 Giới thiệu nhà thông minh 14 1.1.2 Hệ thống điều khiển nhà thông minh .15 1.2.1.1 Hệ thống điều khiển cố định 15 1.2.1.2 Hệ thống điều khiển từ xa 16 1.1.3 Một số thành phần hệ thống nhà thông minh .18 1.1.3.1 Hệ thống chiếu sáng thông minh .18 1.1.3.2 Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc 22 1.1.3.3 Hệ thống quản lý cấp điện, nước 23 1.1.3.4 Hệ thống cảm biến báo động, báo cháy 24 1.2 Đối tượng, mục tiêu phạm vi nghiên cứu 24 1.2.1 Đối tượng: 24 1.2.2 Mục tiêu: 24 1.2.3 Phạm vi nghiên cứu: 24 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .25 2.1 Phương pháp nghiên cứu .25 2.2 Yêu cầu hệ thống .25 2.2.1 Yêu cầu phần cứng 25 2.2.2 Yêu cầu phần mềm 26 2.3 Phương án thiết kế 26 2.3.1 Phương án 26 2.3.1.1 Thiết kế mơ hình theo kiểu ngơi nhà có mái che cắt theo phương dọc 26 2.3.1.2 Lắp ráp tủ điện bên ngồi ngơi nhà 27 2.3.1.3 Vật liệu làm nhà Mica cắt lazer 27 2.3.1.4 Ưu điểm .28 2.3.1.5 Nhược điểm 28 2.3.2 Phương án 28 2.3.1.1.Thiết kế mơ hình kiểu nhà tranh in decal phòng .29 2.3.1.2 Phần điện mắc phía sau nhà 29 2.3.1.3 Vật liệu làm nhà tốm nhôm aluminium cắt CNC .29 2.3.1.4 Ưu điểm .30 2.3.1.5 Nhược điểm 30 2.3.3 Phương án 30 2.3.3.1.Thiết kế mơ hình kiểu ngơi nhà khơng mái cắt phương ngang .31 2.3.3.2 Lắp ráp tủ điện mặt nhà 31 2.3.3.3 Vật liệu làm nhà Formex cắt tay .32 2.3.3.4 Ưu điểm .32 2.3.3.5 Nhược điểm 33 2.3.4 Kết luận 33 2.4 Phần khí .33 2.4.1 Thiết kế .33 2.4.2 Chế tạo khí 34 2.5 Phần điều khiển 39 2.5.1 Module Wifi ESP8266 .39 2.5.2 Lập trình cho ESP8266 Arduino IDE .40 2.5.3 Lập trình điện thoại Android Studio .43 2.5.4.Giao thức kết nối điều khiển .49 2.5.4.1 Giới thiệu MQTT 50 2.5.4.2 Mơ hình chung kết nối .50 2.5.4.3 Đăng ký tài khoản .51 2.5.4.4 Kết nối ESP – Web – Android 52 2.6 Mạch điều khiển 53 2.6.1 Nguyên lý 54 2.6.2 Layout .54 2.6.3 Mạch thực tế .55 2.7 Dòng chảy chương trình 55 CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 56 3.1 Chuẩn bị 56 3.2 Thi công lắp ráp .60 3.2.1 Lắp ráp phần khí 60 3.2.1.1 Phần móng ngơi nhà 60 3.2.1.2 Phần tủ điện 61 3.2.1.3 Phòng để xe 62 3.2.1.4 Phòng bếp .63 3.2.1.5 Phòng khách 63 3.2.1.6 Phòng làm việc .64 3.2.1.7 Phòng ngủ .65 3.2.1.8 Phòng vệ sinh 65 3.2.1.9 Phòng ngủ 66 3.2.1.10 Phòng vệ sinh 66 3.2.1.11 Tổng thể mơ hình ngơi nhà thực tế 67 3.2.2 Lắp ráp phần điện tử 68 3.2.2.1 Nguồn 68 3.2.2.2 Mạch điện .68 3.2.2.4 Tủ điện thực tế 69 3.3 Kiểm tra 70 3.3.1 Kiểm tra mạch điện 70 3.3.1.1 Kiểm tra nguồn 70 3.3.1.2 Kiểm tra đầu vào đầu 73 3.3.2 Kiểm tra chi tiết khí .75 3.4 Chạy thử kiểm tra độ ổn định 75 3.4.1 Chạy thử 75 3.4.1.1 Chế độ điều khiển điện thoại .75 3.4.1.1 Chế độ điều khiển tay 77 3.4.2 Kiểm tra độ ổn định 78 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 79 4.1 Kết luận 79 4.1.1 Kết uả đạt 79 4.1.2 Kết uả chưa đạt 79 4.2 Đề xuất 79 4.2.1 Đề xuất phần cứng .79 4.2.2 Đề xuất phần mềm 79 DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG Hình 1 What is Smart home 14 Hình Hệ thống ánh sáng thông minh .15 Hình Hệ thống điều khiển rèm mành 15 Hình An tồn với hệ thống an ninh thơng minh .15 Hình Hệ thống điều khiển cố định 16 Hình Hệ thống mạng lưới Internet nhà 17 Hình Bộ điều khiển từ xa có khoảng cách 17 Hình Bộ điều khiển từ xa không khoảng cách 18 Hình Hệ thống quản lý chiếu sáng hành lang 19 Hình 10 Hệ thống quản lý chiếu sáng cầu thang 21 Hình 11 Hệ thống giam sát điện thoại 21 Hình 12 Hệ thống lượng pin mặt trời 22 Hình 13 Hệ thống quan sát, thơng tin liên lạc .22 Hình 14 Hệ thống quản lý cấp điện .23 Hình 15 Hệ thống quản lý cấp nước 23 Hình 16 Hệ thống cảm biến báo động, báo cháy 24 CHƯƠNG Hình Mơ hình nhà có mái che 26 Hình 2 Vật liệu Mica 27 Hình Máy Lazer 28 Hình Ngơi nhà tranh in decal phịng .29 Hình Tấm nhôm Aluminium 30 Hình Máy CNC 30 Hình Mơ hình ngơi nhà khơng mái che 31 Hình Lắp ráp tủ điện mặt ngơi nhà 31 Hình Vật liệu Formex .32 Hình 10 Dao rọc giấy 32 Hình 11 Tải phần mềm Sweet Home 3D 34 Hình 12 Bản vẽ 2D 34 Hình 13 Bản vẽ 3D 34 Hình 14 Bản vẽ 2D phân bố tường phòng 35 Hình 15 NodeMCU ESP8266-12E 39 Hình 16 Các loại Modules ESP 40 Hình 17 Link kết nối 41 Hình 18 Chọn mạch điều khiển 41 Hình 19 Tải thư viện ESP 42 Hình 20 Chọn mạch để lập trình 42 Hình 21 Tải driver 43 Hình 22 Cài đặt diver 44 Hình 23 Tạo thư mục 44 Hình 24 Chèn thư viện cài đặt .45 Hình 25 Chèn thư viện kết nối .45 Hình 26 Viết chương trình kết nối .45 Hình 27 Chèn chương trình gửi liệu .46 Hình 28 Thiết kế giao diện layout .47 Hình 29 Chỉnh sửa địa layout 47 Hình 30 Run app 48 Hình 31 Giao diện thực tế điện thoại 48 Hình 32 Điều khiển thực điện thoại .49 Hình 33 Giao thức MQTT 49 Hình 34 Trang chủ MQTT 52 Hình 35 Đăng ký tài khoản 52 Hình 36 Tài khoản MQTT Arduino 53 Hình 37 Tài khoản MQTT 53 Hình 38 Tài khoản MQTT Android Studio .53 Hình 39 Mạch nguyên lý 54 Hình 40 Mạch layout .54 Hình 41 Mạch điều khiển 55 Hình 42 Dịng chảy chương trình 55 CHƯƠNG Hình Chân móng ngơi nhà 60 Hình Giá trượt 61 Hình 3 Phần khoang điện 62 Hình Phịng để xe 62 Hình Phòng bếp 63 Hình Phịng khách .64 Hình Phịng làm việc 64 Hình Phịng ngủ 65 Hình Phòng vệ sinh 65 Hình 10 Phòng ngủ 66 Hình 11 Phịng vệ sinh 66 Hình 12 Mơ hình thực tế nhìn xuống 67 Hình 13 Mơ hình thực tế nhìn trước tới 67 Hình 14 Bộ nguồn 5V-5A 68 Hình 15 Sơ đồ mắc dây mạch 69 10 { String temp; for (int i = 0; i < key.length(); i++) { if (data[i] != key[i]) return 0; } for (int i = key.length(); i < data.length(); i++) { if (!data[i]) break; else temp += (char)data[i]; } *var = temp.toInt(); return true; } #include #include const char* ssid = "Nha Trang"; const char* password = "777888999"; uint32_t last_time, count = 30; 84 int count_reconnect = 100; WiFiClient espClient; PubSubClient client(espClient); void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) { String Content = (char*)payload; String Topic = (char*)topic; int value; Content.remove(length); if (Topic.equals("RELAY")) { if (getData(Content, "RLA", &value)) if (value) digitalWrite(RELAYA, ON_RL); else digitalWrite(RELAYA, OFF_RL); if (getData(Content, "RLB", &value)) if (value) digitalWrite(RELAYB, ON_RL); else digitalWrite(RELAYB, OFF_RL); if (getData(Content, "RLC", &value)) if (value) digitalWrite(RELAYC, ON_RL); 85 else digitalWrite(RELAYC, OFF_RL); if (getData(Content, "RLD", &value)) if (value) digitalWrite(RELAYD, ON_RL); else digitalWrite(RELAYD, OFF_RL); if (getData(Content, "RLE", &value)) if (value) digitalWrite(RELAYE, ON_RL); else digitalWrite(RELAYE, OFF_RL); if (getData(Content, "RLF", &value)) if (value) digitalWrite(RELAYF, ON_RL); else digitalWrite(RELAYF, OFF_RL); if (getData(Content, "RLG", &value)) if (value) digitalWrite(RELAYG, ON_RL); else digitalWrite(RELAYG, OFF_RL); if (getData(Content, "RLH", &value)) 86 if (value) digitalWrite(RELAYH, ON_RL); else digitalWrite(RELAYH, OFF_RL); } if (Topic.equals("STATUS")) { if (getData(Content, "alive", &value)) count_reconnect = 10; } } void setup() { delay(1000); init_io(); delay(1000); last_time = micros(); delay(10); WiFi.begin(ssid, password); delay(1000); int count = 10; connect(); client.setServer("m13.cloudmqtt.com", 15116); 87 client.connect("Hoi", "cfodshej", "g1wHFcB0g1Z5"); client.setCallback (callback); client.subscribe("RELAY"); client.subscribe("STATUS"); last_time = millis(); } void loop() { client.loop(); if (millis() - last_time > 100) { char temp[NUM_OF_DV+1]; temp[NUM_OF_DV]=0; for(int i=0; i