BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ ---- NGUYỄN THẾ HỢI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG WIFI CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN SỬ
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
NGUYỄN THẾ HỢI
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
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
NGUYỄN THẾ HỢI
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
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
Trang 3NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THẾ HỢI
Lớp: 55CDT
MSSV: 55130674
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử
Đề tài: “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”
Số trang: 78 Số chương: 4 Tài liệu tham khảo: 4
Hiện vật: 2 quyển báo cáo, 2 đĩa CD, 1 mô hình
NHẬN XÉT
Kết luận:
Khánh Hòa, ngày…… tháng… năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký ghi rõ họ tên)
Trang 4PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THẾ HỢI
Lớp: 55CDT
MSSV: 55130674
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử
Tên đề tài: “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”
Số trang: 78 Số chương: 4 Tài liệu tham khảo: 3
Hiện vật: 2 quyển báo cáo, 2 đĩa CD, 1 mô hình
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
Kết luận:
Điểm phản biện
Bằng số Bằng chữ
Điểm chung
Bằng số Bằng chữ
Khánh Hòa, ngày… tháng… năm 2016
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
(Ký ghi rõ họ tên)
Khánh Hòa, ngày… tháng… năm 2016
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký ghi rõ họ tên)
Trang 5LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường, được sự chỉ bảo và giảng dạy nhiệt tình của Thầy Cô trong trường cũng như các Thầy Cô trong bộ môn Cơ điện tử, giúp em tiếp thu được nhiều kiến thức bổ ích là hành trang để
em bước vào tương lai Cho em được gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể quý Thầy Cô đã giảng dạy và động viên em trong suốt thời gian vừa qua
Nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy TS Vũ Thăng Long cùng với
sự cố gắng của bản thân và những góp ý của bạn bè và đồng nghiệp, sau một
khoảng thời gian nghiên cứu, đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và chế tạo mô hình hệ
thống đèn chiếu sáng nhà thông minh sủa dụng wifi của Bộ điều khiển, sử dụng hệ điều hành Android” của em đã hoàn thành đúng thời hạn được giao
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc nhất đến thầy TS Vũ Thăng Long đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ
bảo, định hướng chuyên môn giúp em khắc phục kịp thời mọi khó khăn trong quá trình thực hiện, luôn động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành tốt đề tài này Có được sự trưởng thành như ngày hôm nay, trên hết em xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình và người thân đã luôn ủng hộ và động viên em, tạo mọi điều kiện để em yên tâm học tập và rèn luyện bản thân Bên cạnh đó, xin được gửi lời cảm ơn tới bạn bè và động nghiệp, những người luôn quan tâm chia sẻ và động viên trong suốt thời gian học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp Mặc dù đã cố gắng trong quá trình thực hiện nhưng luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý của quý Thầy Cô và bạn bè
Sinh viên thực hiện
Trang 6MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 3
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI 4
LỜI CẢM ƠN 5
MỤC LỤC 6
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 về ngôi nhà thông minh .14
1.1.2 Hệ thống điều khiển trong ngôi 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 cơ bản trong hệ thống ngôi 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 và báo động, báo cháy 24
1.2 Đối tượng, mục tiêu và 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 1 .26
2.3.1.1 Thiết kế mô hình theo kiểu ngôi nhà có mái che và cắt theo phương dọc .26
2.3.1.2 Lắp ráp tủ điện bên ngoài ngôi nhà .27
2.3.1.3 Vật liệu làm căn nhà là Mica được cắt bằng lazer .27
Trang 72.3.1.5 Nhược điểm 28
2.3.2 Phương án 2 .28
2.3.1.1.Thiết kế mô hình kiểu ngôi nhà là một bức tranh và in decal các phòng .29
2.3.1.2 Phần điện được mắc phía sau căn nhà 29
2.3.1.3 Vật liệu làm căn nhà là tốm nhôm aluminium cắt bằng CNC .29
2.3.1.4 Ưu điểm .30
2.3.1.5 Nhược điểm 30
2.3.3 Phương án 3 .30
2.3.3.1.Thiết kế mô hình kiểu ngôi nhà không mái và được cắt phương ngang .31
2.3.3.2 Lắp ráp tủ điện mặt dưới ngôi nhà .31
2.3.3.3 Vật liệu làm căn nhà là Formex được 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 cơ khí .33
2.4.1 Thiết kế .33
2.4.2 Chế tạo cơ khí 34
2.5 Phần điều khiển .39
2.5.1 Module Wifi ESP8266 .39
2.5.2 Lập trình cho ESP8266 bằng Arduino IDE .40
2.5.3 Lập trình điện thoại bằng 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 Mô 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 chính .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
Trang 83.1 Chuẩn bị .56
3.2 Thi công lắp ráp .60
3.2.1 Lắp ráp phần cơ khí .60
3.2.1.1 Phần móng ngôi 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 1 65
3.2.1.8 Phòng vệ sinh 1 .65
3.2.1.9 Phòng ngủ 2 .66
3.2.1.10 Phòng vệ sinh 2 .66
3.2.1.11 Tổng thể mô hình ngôi 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 ra .73
3.3.2 Kiểm tra các chi tiết cơ khí .75
3.4 Chạy thử và kiểm tra độ ổn định 75
3.4.1 Chạy thử .75
3.4.1.1 Chế độ điều khiển bằng điện thoại .75
3.4.1.1 Chế độ điều khiển bằng 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 được .79
4.1.2 Kết uả chưa đạt được .79
4.2 Đề xuất .79
4.2.1 Đề xuất phần cứng 79
Trang 9DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1
Hình 1 1 What is Smart home .14
Hình 1 2 Hệ thống ánh sáng thông minh 15
Hình 1 3 Hệ thống điều khiển rèm mành 15
Hình 1 4 An toàn với hệ thống an ninh thông minh .15
Hình 1 5 Hệ thống điều khiển cố định .16
Hình 1 6 Hệ thống mạng lưới Internet trong ngôi nhà .17
Hình 1 7 Bộ điều khiển từ xa có khoảng cách .17
Hình 1 8 Bộ điều khiển từ xa không khoảng cách .18
Hình 1 9 Hệ thống quản lý chiếu sáng hành lang 19
Hình 1 10 Hệ thống quản lý chiếu sáng cầu thang .21
Hình 1 11 Hệ thống giam sát bằng điện thoại .21
Hình 1 12 Hệ thống năng lượng pin mặt trời .22
Hình 1 13 Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc .22
Hình 1 14 Hệ thống quản lý cấp điện .23
Hình 1 15 Hệ thống quản lý cấp nước .23
Hình 1 16 Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy .24
CHƯƠNG 2 Hình 2 1 Mô hình nhà có mái che .26
Hình 2 2 Vật liệu Mica .27
Hình 2 3 Máy Lazer .28
Hình 2 4 Ngôi nhà là một bức tranh được in decal các phòng .29
Hình 2 5 Tấm nhôm Aluminium 30
Hình 2 6 Máy CNC .30
Hình 2 7 Mô hình ngôi nhà không mái che .31
Hình 2 8 Lắp ráp tủ điện mặt dưới ngôi nhà 31
Hình 2 9 Vật liệu Formex .32
Hình 2 10 Dao rọc giấy .32
Hình 2 11 Tải phần mềm Sweet Home 3D 34
Hình 2 12 Bản vẽ 2D .34
Hình 2 13 Bản vẽ 3D .34
Hình 2 14 Bản vẽ 2D phân bố tường phòng .35
Hình 2 15 NodeMCU ESP8266-12E .39
Hình 2 16 Các loại Modules ESP 40
Hình 2 17 Link kết nối .41
Trang 10Hình 2 19 Tải thư viện ESP .42
Hình 2 20 Chọn mạch để lập trình .42
Hình 2 21 Tải driver .43
Hình 2 22 Cài đặt diver .44
Hình 2 23 Tạo thư mục .44
Hình 2 24 Chèn thư viện cài đặt .45
Hình 2 25 Chèn thư viện kết nối .45
Hình 2 26 Viết chương trình kết nối .45
Hình 2 27 Chèn chương trình gửi dữ liệu .46
Hình 2 28 Thiết kế giao diện layout .47
Hình 2 29 Chỉnh sửa địa chỉ trên layout .47
Hình 2 30 Run app .48
Hình 2 31 Giao diện thực tế trên điện thoại 48
Hình 2 32 Điều khiển thực trên điện thoại .49
Hình 2 33 Giao thức MQTT .49
Hình 2 34 Trang chủ MQTT .52
Hình 2 35 Đăng ký tài khoản .52
Hình 2 36 Tài khoản MQTT trong Arduino .53
Hình 2 37 Tài khoản MQTT 53
Hình 2 38 Tài khoản MQTT trong Android Studio .53
Hình 2 39 Mạch nguyên lý 54
Hình 2 40 Mạch layout 54
Hình 2 41 Mạch điều khiển chính .55
Hình 2 42 Dòng chảy chương trình .55
CHƯƠNG 3 Hình 3 1 Chân móng ngôi nhà .60
Hình 3 2 Giá trượt 61
Hình 3 3 Phần khoang điện .62
Hình 3 4 Phòng để xe .62
Hình 3 5 Phòng bếp .63
Hình 3 6 Phòng khách .64
Hình 3 7 Phòng làm việc .64
Hình 3 8 Phòng ngủ 1 65
Hình 3 9 Phòng vệ sinh 1 .65
Hình 3 10 Phòng ngủ 2 .66
Hình 3 11 Phòng vệ sinh 2 .66
Hình 3 12 Mô hình thực tế nhìn trên xuống .67
Hình 3 13 Mô hình thực tế nhìn trước tới .67
Hình 3 14 Bộ nguồn 5V-5A .68
Hình 3 15 Sơ đồ mắc dây mạch chính .69
Trang 11Hình 3 16 Trạm đầu ra .69
Hình 3 17 Tủ điện thực tế .69
Hình 3 18 Bật thang đo áp xoay chiều .70
Hình 3 19 Đo điện áp đầu vào 71
Hình 3 20 Điện áp đo nguồn cấp .71
Hình 3 21 Đo điện áp đầu ra bộ nguồn .72
Hình 3 22 Điện áp đô nguồn ra .72
Hình 3 23 Bật chế độ đô thông mạch .73
Hình 3 24 Đo thông mạch nguồn vào 74
Hình 3 25 Đo thông mạch đầu ra đến tải .74
Hình 3 26 Bật role hai phòng đầu tiên .75
Hình 3 27 Đèn bật sáng hai phòng đầu .76
Hình 3 28 Bật đèn tất cả các phòng .76
Hình 3 29 Công tắc chưa bật 77
Hình 3 30 Công tắc được bật .77
Hình 3 31 Kiểm tra độ ổn định .78
Trang 12DANH MỤC BẢNG
Bảng 1 1 Danh sách vật dụng trong ngôi nhà .36 Bảng 1 2 Danh sách các chi tiết lắp ráp .56
Trang 13LỜI MỞ ĐẦU
Cơ điện tử được nhận định là ngành học không bao giờ lỗi thời và có tầm quan trọng trong sự nghiệp phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước Sản phẩm tạo ra là các hệ thống tự động hóa nâng cao năng suất lao động,
là cốt lõi của các dây chuyên sản xuất tự động và khép kín
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, em quyết định chọn đề tài “Thiết
kế và chế tạo mô hình hệ thống đèn chiếu sáng nhà thông minh sủa dụng wifi của Bộ điều khiển, sử dụng hệ điều hành Android” làm đồ án tốt nghiệp,
với mong muốn sau khi hoàn thành sản phẩm được để lại cho các sinh viên khóa sau nhằm mục đích giúp các em hình dung được việc để hoàn thiện một sản phẩm ngôi nhà mô hình thu nhỏ không khác so với sản phẩm thực tế, cũng phải cần thiết kế, tính toán, sau đó lắp đặt và lập trình Từ đó các em có thể suy nghĩ, lên ý tưởng và ứng dụng ngay tại nhà mà không ngần ngại, các sản phẩm của các
em cũng là thành uả năng lực mà chính các em tạo ra để phụ huynh nhìn vào sản phẩm ấy mà hiểu rằng con mình đã và đang dần là một anh chàng kỹ sư thực thụ nhưng hơn hết là đã không chọn lầm ngành học và ngôi trường học này
Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Vũ Thăng Long đã tận tình hướng dẫn
em hoàn thành đề tài này Tuy đề tài đã được hoàn thành nhưng còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô để đề tài hoàn thiện hơn nữa Xin cảm ơn toàn thể quý thầy cô trong bộ môn Cơ điện tử đã hết lòng chỉ bảo và truyền đạt cho em những kiến thức vô cùng quý báu, tạo điều kiện để em hoàn thành khóa học
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
NGUYỄN THẾ HỢI
Trang 14CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH
1.1 Giới thiệu chung
1.1.1 Giới thiệu về ngôi nhà thông minh
Hình 1 1 What is Smart home
home hoặc Intellihome) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có tác
dụng tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự động, thay thế con người trong thực hiện một hoặc một số thao tác uản lý, điều khiển Hệ thống điện tử này giao tiếp với chủ nhân nhà thông ua bảng điện tử đặt trong nhà, phần mềm điện thoại di động, máy tính bảng hoặc một giao diện web
Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà chẳng hạn phòng ngủ, phòng khách đến toilet được gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo lịch Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau
Trang 15Một số hình ảnh về “Ngôi nhà thông minh” trong thực tế:
Hình 1 2 Hệ thống ánh sáng thông minh Hình 1 3 Hệ thống điều khiển rèm mành Hình 1 4 An toàn với hệ thống an ninh thông minh 1.1.2 Hệ thống điều khiển trong ngôi nhà thông minh
1.2.1.1 Hệ thống điều khiển cố định
Với hệ thống này các thiết bị lắp đặt sẽ được lắp cố định tại nơi sử dụng, kể
cả thiết bị lẫn bộ điều khiển Người sử dụng có thể thiết lập bằng tay những chế
độ liên uan đến thiết bị: hẹn giờ, điều chỉnh cường độ, thiết lập vắng nhà Ngoài ra, các thiết bị cảm biến tự động phát hiện và ra lệnh điều khiển theo như đã lập trình từ trước
Trang 16Ưu điểm của hệ thống này là thiết kế đơn giản, chi phí lắp đặt thấp, tiết kiệm nặng lượng hơn thế thiết bị hoạt động một cách thông minh Với một hệ thống tự động có thể điều khiển không cần sự can thiệp nhiều của con người như vậy nhưng nó vẫn đem lại cho người sử dụng một cảm giác thoải mái và đầy tiện
Trang 17Với hệ thống này các thiết bị sử dụng sẽ được lắp cố định trong ngôi nhà, nhưng việc điều khiển thì có thể đi bất cứ đâu trong ngôi nhà hoặc rộng hơn là đi đến một nơi xa khác, mà chẳng phải uan tâm đến chuyện mình đã uên tắt thiết
bị nào ở nhà hay chưa
Hình 1 6 Hệ thống mạng lưới Internet trong ngôi nhà
Việc điều khiển ấy thông qua các thiết bị chẳng hạn như: điện thoại, laptop, sẽ được kết nối với thiết bị ở nhà và chỉ cần một nút nhấn là có thể thay
đổi hoạt động của các hệ thống đang sử dụng
- Bộ điều khiển từ xa có khoảng cách:
Hình 1 7 Bộ điều khiển từ xa có khoảng cách
Trang 18Với bộ điều khiển này thì người sử dụng có thể không cần đi lại hay di chuyển đến thiết bị cần điều khiển nhưng chỉ cần dùng tay bấm các nút lệnh trên remote là đã ra lệnh cho các thiết bị theo ý muốn Tuy vậy, hạn chế của nó chính
là giới hạn về khoảng cách đôi khi có thể là trong phòng, xa hơn là ngoài phòng
và rộng hơn là khuôn viên ngôi nhà
- Bộ điều khiển từ xa không khoảng cách:
Hình 1 8 Bộ điều khiển từ xa không khoảng cách
Với hệ thống này các thiết bị được điều khiển không bị giới hạn bởi khoảng cách, bởi một cấu trúc mạng lưới Internet đã đăng ký Các bộ phận được kết nối với nhau và để hiểu được nhau thì có một bộ phận trung gian giao tiếp giữa các thiết bị Nó đóng vai trò là bộ phận thu nhận tín hiệu từ đối tượng điều khiển và đối tượng bị điều khiển, tốc độ xử lý nhanh hay chậm của nó phụ thuộc vào tốc
độ nhà mạng
1.1.3 Một số thành phần cơ bản trong hệ thống ngôi nhà thông minh
1.1.3.1 Hệ thống chiếu sáng thông minh
Ánh sáng là một trong những thành phần quan trọng nhất của ngôi nhà Ngày nay, mọi người đều giành phần lớn thời gian của mình ở nhà vào buổi tối.Bởi vậy, ánh sáng phù hợp với tâm trạng và bối cảnh là một yếu tố quan trọng tạo nên
sự hài hòa trong ngôi nhà Nếu trong phòng có nhiều thiết bị chiếu sáng, được cài
Trang 19từng đèn hay điều chỉnh chỉnh từng đèn Nhưng với giải pháp điều khiển thông minh chẳng hạn: bật/tắt hay tăng giảm độ sáng tự động thì điều đó sẽ không gây bất cứ một khó khăn nào Ngược lại, hệ thống đem lại sự tiện lợi vô cùng hữu ích
giúp cho người sử dụng không mất thời gian, chi phí, hiệu quả sử dụng
Trong các phòng riêng, việc bổ sung thêm khả năng tăng giảm độ sáng cho các đèn cũng là điều quan tâm Những phòng như phòng khách, hành lang giữa phòng, phòng bếp và phòng tắm thời gian tiếp xúc ánh sáng lâu hơn mức bình thường (lượng ánh sáng không vượt quá mức làm lóa mắt người nhìn cũng được
hệ thống thông minh quản lý) Phòng ngủ người lớn hoặc phòng ngủ trẻ nhỏ (trẻ
em rất sợ ngủ trong bóng tối, nhưng cũng không được quá sáng) Các đèn được giảm độ sáng hoặc có thể tăng dần dần đến độ sáng đầy đủ của nó để không gây
nguy hiểm cho mắt với cường độ ánh sáng đột ngột
Đối với những nơi trong ngôi nhà không sử dụng thường xuyên như hành lang, toilet Có thể cài đặt thiết bị phát hiện chuyển động hay thân nhiệt Mục đích chủ yếu là chỉ bật/tắt đèn hoặc bật ánh yếu tại một nơi cụ thể Tại hành lang thiết lập hai vùng sáng là điều nên làm.Ví dụ: Ánh sáng sẽ được giảm khi không
có ai ở đó và khi có người đi ua thì ánh sáng sẽ được tăng độ sáng tối đa Điều này giúp tiết kiệm được chi phí năng lượng rất lớn
Hình 1 9 Hệ thống quản lý chiếu sáng hành lang
Trang 20Các thiết bị chiếu sáng được kết nối với nhau và được điểu khiển thông qua
hệ thống thông minh được lập trình sẵn Các thiết bị điều khiển dễ gần như điện thoại, máy tính là một trong những thiết bị hàng đầu được dùng để điều khiển hệ thống thông minh này.Tuy nhiên, nếu việc không điều khiển bằng các thiết bị từ
xa như vậy hệ thống thông minh vẫn trang bị tự động kích hoạt bằng các cảm biến, các IC đã được kích hoạt tự động trực tiếp để phù hợp với đối tượng sử
Trang 21Hình 1 10 Hệ thống quản lý chiếu sáng cầu thang
- Trong trường hợp, mọi người trong gia đình đều vắng nhà, nhưng uên tắt một số thiết bị chiếu sáng do quá vội, thì hệ thống sẽ báo lên bộ phận điều khiển điện thoại hoặc máy tính thiết bị nào đang được bật hoặc tắt và chỉ cần nút nhấn
là có thể giải quyết việc lãng phí năng lượng ấy mà không cần mất thời gian hay
sợ dẫn đến một số thiệt hại về tài sản
Hình 1 11 Hệ thống giam sát bằng điện thoại
- Trong trường hợp, mất điện dẫn đến căn nhà chìm trong đêm tối, thì hệ thống tự động cung cấp một nguồn năng lượng riêng bật sáng thiết bị cần thiết nhất để duy trì thời gian mất điện ấy Nguồn năng lượng ấy có thể lấy từ pin nặng lượng mặt trời, máy phát, bình sạc
Trang 22Hình 1 12 Hệ thống năng lượng pin mặt trời
- Trong trường hợp, điều kiện ban ngày để đảm bảo tiết kiệm năng lượng thì
hệ thống sẽ tự động cho phép hoặc không cho phép một số thiết bị bật sáng vì không cần thiết Tuy nhiên, nếu có lệnh của chủ nhà là đồng ý cho phép bật thì
hệ thống vẫn bật thiết bị theo yêu cầu của chủ nhân
1.1.3.2 Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc
Hệ thống ghi hình bằng camera giám sát ngôi nhà một cách thông minh và an toàn Hệ thống này hầu như không bao giờ thiếu ở một ngôi nhà thông minh nào, việc giám sát an ninh cho ngôi nhà và dữ liệu hình ảnh được truyền trực tiếp qua mạng đã đăng kí Từ PC, điện thoại, laptop được hiển thị trực tiếp giám sát một cách chân thực mà ở bất cứ đâu cũng có thể giám sát được vị trí quan sát Việc trang bị hệ thống thông minh này cho ngôi nhà nhằm tăng độ an toàn và bảo mật cho ngôi nhà, với tình hình trộm cướp hoành hành không chỉ riêng các giới đại gia hay đến thường dân cũng từng một lần dùng đến thiết bị giám sát này Vì tính hiệu quả cao hệ thống giám sát này đem lại sự tin cậy cho người sử dụng và phát huy tính năng thông minh của chúng
Hình 1 13 Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc
Trang 231.1.3.3 Hệ thống quản lý cấp điện, nước
Điện là nguồn năng lượng để duy trì hoạt động tất cả các thiết bị trong ngôi nhà Nếu điện lưới hoạt động bình thường thì không sao nhưng nếu xảy ra các sự
cố chập điện, cháy nổ, thì sẽ rất nguy hiểm cho các thiết bị và hơn hết là tính mạng con người vì thế hệ thống quản lý điện luôn là vấn đề cấp thiết nhất Hệ thống là một chuỗi các thiết bị động ngắt được mắc có khoa học nhằm đảm bảo
có thể cung cấp điện khi có hoặc mất điện hơn hết là việc xảy ra các sự cố cháy
nổ, thì hệ thống vẫn đảm bảo sự an toàn cho ngôi nhà
Hình 1 14 Hệ thống quản lý cấp điện Hình 1 15 Hệ thống quản lý cấp nước
Hệ thống quản lý cấp nước tiêu dùng trong sinh hoạt thường ngày được điều khiển thông qua các thiết bị cảm biến và van điện từ Nhằm mục đích đem lại sự tiện lợi cho người tiêu dùng, việc sử dụng nước sẽ tự động hoàn toàn, chẳng hạn việc bồn rửa tay, bồn vệ sinh, bồn tắm, được trang bị cảm biến tự động khi phát hiện thì hệ thống cho xả nước chứ không cần đến một bàn tay nào của người sử dụng Việc đó đem lại sự hưởng thụ khi được sống trong một ngôi nhà hoàn toàn
tiện nghi như vậy
Trang 241.1.3.4 Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy
Một hệ thống được tích hợp một cách thông minh với các cảm biến phát hiện như: báo cháy, báo xì ga, phát hiện vượt rào, báo vỡ kiếng, phát hiện chuyển động, phát hiện mở cửa, dò chấn động, Và được báo động trực tiếp hoặc gửi đến điện thoại người sử dụng để báo sự cố Với các lý do bất kỳ có thể xâm phạm đến sự an toàn của ngôi nhà thì hệ thống đã đưa ra các trường hợp và tính toán xử
lý, lắp đặt hệ thống một cách khoa học
Hình 1 16 Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy 1.2 Đối tượng, mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
1.2.1 Đối tượng: Nhà thông minh
1.2.2 Mục tiêu: Xây dựng được mô hình nhà thông minh, trong đó hệ thống
chiếu sáng kết nối với chủ nhà ua wifi và internet
1.2.3 Phạm vi nghiên cứu: Mô hình hệ thống chiếu sáng trong ngôi nhà thông
minh
Trang 25CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1 Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được nghiên cứu theo phương pháp kế thừa và thực nghiệm, phù hợp với yêu cầu thực tế đặt ra Sản phẩm phải được thiết kế đảm bảo dễ dàng vận hành, sửa chữa và lắp ráp Theo đó em tiến hành nghiên cứu các nội dung sau:
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống đèn chiếu sáng trong ngôi nhà thông minh, các phương pháp lắp đặt hệ thống một cách khoa học và thẩm mỹ
- Tìm hiểu một số kiểu dáng mô hình ngôi nhà thông minh trong nước và quốc tế
- Tìm hiểu các mạch điều khiển hệ thống đèn và phần đệm tương ứng
- Nghiên cứu về các phương thức thu nhận và phát wifi từ xa đáp ứng với hệ thống
2.2 Yêu cầu hệ thống
2.2.1 Yêu cầu phần cứng
Phần cứng là phần thô bề ngoài, để mô hình hoạt động chính xác thì phần cứng phải chính xác, các phần lắp đặt đường điện cũng như bố trí đèn phải tuân thủ các yêu cầu về độ bền, tính an toàn và tính thẩm mĩ:
- Đảm bảo mô hình vững chắc trong quá trình thiết bị hoạt động, các thiết bị được kết nối cố định không chập chờn khi hoạt động
- Đảm bảo an toàn, không gây tai nạn cho người sử dụng
- Tháo lắp dễ dàng, thuận lợi cho việc sửa chữa và bảo trì mô hình và thiết bị
- Nhỏ gọn, không quá nhiều chi tiết phụ, đảm bảo kết cấu thẩm mĩ và thích hợp với tên gọi là mô hình
- Mạch điều khiển hoạt động ổn định, đảm bảo luôn hoạt động ở mức độ vừa phải, không vượt quá công suất tối đa của mạch
Trang 26- Các kết nối dây điện phải đảm bảo chắc chắn và được bọc cẩn thận, tránh trường hợp bị ảnh hưởng do tác động của môi trường
- Nguồn điện cần được kết nối chính xác và an toàn, không gây chập mạch trong quá trình sử dụng
2.2.2 Yêu cầu phần mềm
Phần mềm là bộ não xử lý và ra các điều hướng để thiết bị trong mô hình hoạt động, trực tiếp điều khiển các thiết bị thông qua các mạch điện tử Để mô hình hoạt động chính xác yêu cầu phần mềm phải đảm bảo chính xác về các lệnh điều khiển, giao diện dễ sử dụng, đẹp mắt và thuận tiện trong việc cài đặt và thiết lập các thông số, tương thích với phần lớn các hệ điều hành phổ biến ở Việt Nam
Trang 272.3.1.2 Lắp ráp tủ điện bên ngoài ngôi nhà
Tủ điện được lắp rời bên ngoài ngôi nhà và được đấu dây tới các vị trí sử dụng Tủ điện là hộp kim loại phủ sơn có nắp đậy thuận tiện cho việc tháo lắp dễ dàng và an toàn về điện Dây điện sẽ được đi âm tường nhằm đảm bảo cho thẩm
mỹ quan của căn nhà
2.3.1.3 Vật liệu làm căn nhà là Mica được cắt bằng laser
Hình 2 2 Vật liệu Mica
Trang 28- Khó lắp đặt và sửa chữa các đường điện khi hư hỏng.Phải tháo từng phần trên
rồi đến phần cần sửa.Như thế rất mất thời gian và ít hiệu quả
- Thiết kế theo hướng tăng chiều cao gây cồng kềnh,vướng víu, sản phẩm có sự
rời rạc giữa mô hình và tủ điện khó khăn khi vận chuyển
- Chi phí khá tốn kém
2.3.2 Phương án 2
Trang 292.3.1.1.Thiết kế mô hình kiểu ngôi nhà là một bức tranh và in decal các
phòng
Hình 2 4 Ngôi nhà là một bức tranh được in decal các phòng
2.3.1.2 Phần điện được mắc phía sau căn nhà
Các bóng đèn được gắn vào các lỗ đã khoan sẵn,được đấu dây mặt sau và kết nối đến tủ điện trung tâm, nằm mặt sau ngôi nhà đảm bảo việc che khuất hình ảnh căn nhà
2.3.1.3 Vật liệu làm căn nhà là tốm nhôm aluminium được cắt bằng CNC
Trang 30- Độ đầu tư sản phẩm không cao (đa phần đặt làm là chính)
- Thiết kế theo hướng tăng chiều cao gây cồng kềnh, vướng víu vận chuyển
2.3.3 Phương án 3
Trang 312.3.3.1.Thiết kế mô hình kiểu ngôi nhà không mái và được cắt phương
ngang
Hình 2 7 Mô hình ngôi nhà không mái che
2.3.3.2 Lắp ráp tủ điện mặt dưới ngôi nhà
Trang 32Tủ điện được lắp ráp mặt dưới của ngôi nhà.Tủ điện sẽ được đặt nằm và có
đế chân kéo ra vào thuận tiện cho việc tháo lắp dễ dàng Dây điện sẽ được đi âm
tường nhằm đảm bảo cho thẩm mỹ quan của căn nhà
2.3.3.3 Vật liệu làm căn nhà là Formex được cắt tay
Hình 2 9 Vật liệu Formex
Hình 2 10 Dao rọc giấy 2.3.3.4 Ưu điểm
- Vật dụng được đặt vào mô hình một cách dễ dàng
Trang 33- Dễ vận chuyển không cồng kềnh,vướng víu
- Chi phí ít tốn kém
2.3.3.5 Nhược điểm
- Mô hình mô phỏng hơi khó hình dung ngôi so với phương án thứ nhất
- Chi tiết không đạt độ chính xác cao vì cắt thủ công
2.3.4 Kết luận
Sau khi dựa vào các tiêu chí đánh giá ưu nhược điểm của từng loại phương
án Em quyết định chế tạo mô hình ngôi nhà thông minh theo phương án thiết kế
số 3
2.4 Phần cơ khí
2.4.1 Thiết kế
Mô hình được thiết kế bằng phần mềm “Sweet Home 3D”.Truy cập trang
web: http://www.sweethome3d.com/vi/ và tải phần mềm “Sweet Home 3D”
Trang 34Hình 2 11 Tải phần mềm Sweet Home 3D
Sau khi phần mềm được cài đặt cùng sự lựa chọn phương án thiết kế Tiến
hành phác họa bản vẻ (Tỉ lệ bản vẽ và vật dụng so với thực tế 1:1)
Hình 2 12 Bản vẽ 2D
Hình 2 13 Bản vẽ 3D 2.4.2 Chế tạo cơ khí
Phần móng ngôi nhà:
Trang 35Dùng thước đo và dao rọc giấy cắt tấm formex với độ rộng là 695mm và dài
là 505mm Phần đó được làm mặt phẳng của ngôi nhà từ đó cắt thêm ba tấm làm chân đế Trong đó hai tấm với độ cao là 155mm và độ dài là 505mm dùng làm chân đế phải và trái, tiếp đến tấm thứ ba có độ cao là 155mm và độ dài 695mm
Phần khoang tủ điện:
Dùng dao cắt tấm formex với độ rộng 75mm và dài 695mm Phần khoảng tủ gồm 4 tấm formex, 3 tấm dùng làm thành tủ và 1 tấm dùng làm đế tủ gắn các thiết bị lên trên Tấm đế rộng 675mm và dài 275mm, 2 tấm thành phải trái mỗi tấm cao 75mm và dài 270mm Tấm mặt trước vừa làm nắp tủ điện vừa làm phần chân đế còn lại của ngôi nhà có độ cao 75mm và rộng 675mm
Phần tường ngôi nhà:
Hình 2 14 Bản vẽ 2D phân bố tường phòng
Dùng dao cắt tấm formex thành 4 tấm làm tường bao quanh, hai tấm tường hai bên phải trái ngôi nhà có độ cao 100mm và dài 505mm, tấm mặt sau có độ
Trang 36cắt làm 2 phần để làm cửa chính chi lối ra vào với độ cao 100mm như nhau tấm
dài 340mm và 120mm
Tiếp đến là các phần tường bao quanh còn lại, cắt tường phòng để xe(1)
có độ rộng là 100mm và dài là 172mm Phòng bếp(2) cắt tấm có độ rộng 88mm
và dài 240mm.Phòng khách(3) cắt tấm có độ rộng 185mm và dài là 140mm Phòng làm việc(4) cắt tấm có độ rộng 90mm và dài là 124mm Phòng ngủ(5) cắt tấm có độ rộng 153mm và độ dài là 140mm Phòng vệ sinh(6) cắt tấm có độ rộng 88mm và dài 124mm Phòng ngủ(7) cắt tấm có độ rộng 140mm và độ dài là 234mm Phòng vệ sinh(8) cắt tấm có độ rộng là 140mm và dài là 85mm
Phần vật dụng trong ngôi nhà:
Bảng 1 1 Danh sách vật dụng trong ngôi nhà
Rộng Dày Cao Hiển
Trang 38Rộng Dày Cao Hiển
Trang 392.5 Phần điều khiển
2.5.1 Module Wifi ESP8266
Hình 2 15 NodeMCU ESP8266-12E
ESP8266 là một mạch vi điều khiển có thể giúp chúng ta điều khiển các thiết
bị điện tử Điều đặc biệt của nó, đó là sự kết hợp của module Wifi tích hợp sẵn bên trong con vi điều khiển chính Hiện nay, ESP8266 rất được giới nghiên cứu
tự động hóa Việt Nam ưa chuộng vì giá thành cực kỳ rẻ (chỉ bằng một con Arduino Nano), nhưng lại được tích hợp sẵn Wifi, bộ nhớ flash 8Mb
Các loại module Esp8266:
ESP8266 có nhiều phiên bản và được đóng gói theo nhiều cách khác nhau, tuy nhiên nó lại khá giống nhau về chức năng và khả năng lập trình Trên thị trường phổ biến nhất hiện nay là ESP8266v1, ESP8266v7 và ESP8266v12 Các mạch này được đóng gói theo nhiều cách khác nhau dưới các tên gọi như hình ảnh dưới đây:
Trang 40Hình 2 16 Các loại Modules ESP 2.5.2 Lập trình cho ESP8266 bằng Arduino IDE
Để lập trình cho ESP8266 nên tải bản Arduino IDE 1.6.5 trở lên, có thể tải ngay bản Arduino IDE 1.6.7 tại mục tải về của Cộng đồng Arduino Việt Nam