THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN NHÀ THÔNG MINH

THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN NHÀ THÔNG MINH .............. THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN NHÀ THÔNG MINH .............. THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN NHÀ THÔNG MINH .............. THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN NHÀ THÔNG MINH ..............

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VII DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VIII DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IX CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU 1.1.1 1.1.2 1.2 Lịch sử Ứng Dụng IoT 1.1.2.1 Quản Lý Giao Thông 1.1.2.2 Quản Lý Căn Hộ NGUYÊN LÝ CHUNG 1.2.1 1.2.2 1.2.3 Sơ đồ chân kết nối giao thức SPI Ngơn Ngữ Lập Trình HTML Giao Thức TCP/IP CHƯƠNG SƠ ĐỒ KHỐI NGUYÊN LÝ VÀ LINH KIỆN 2.1 2.2 SƠ ĐỒ KHỐI .6 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3 sơ đồ giao tiếp khối điều khiển wedserver nguyên lý vẽ protues Sơ đồ giải thuật cảm biến điều khiển MỘT SỐ LINH KIỆN CHÍNH 10 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 ATMEGA328 vi điều khiển 10 Ethernet Shield .12 cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 13 Relay Đóng ngắt 14 CHƯƠNG THI CÔNG ĐỀ TÀI 15 3.1 3.2 3.3 MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 15 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 15 CODE WEDSERVER 15 CHƯƠNG KẾT LUẬN 20 4.1 4.2 KẾT LUẬN 20 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC A DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU BẢNG 1-1 BẢNG KẾT NỐI DÂY ETHERNET SHIELD VÀ ARDUINO UNO R3 .8 BẢNG 2-2: NỐI DÂY LINH KIỆN BẢNG 2-3: SƠ ĐỒ KẾT NỐI DHT11 VỚI ARDUINO UNO……………………… 11 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TCP IP UDP SPI SS SCLK MOSI MISO HTML IoT Transmission Control Protocol Internet Protocol User Datagram Protocol Serial Peripheral Bus Slave Select Serial Clock Master Out Slave In Master In Slave Out HyperText Markup Language Internet Of Thing Trang 1/23 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới Thiệu : Ngày , với phát triển mạnh mẽ ngành công nghệ kỹ thuật , hẳn bạn nghe nhiều người nói IoT , IoT ? Thuật ngữ ” Internet of things”( viết tắt IOT) gần xuất nhiều thu hút quan tâm giới công nghệ IoT Mạng lưới thứ kết nối Internet Mạng lưới thiết bị kết nối Internet xu hướng giới, thứ đồ vật điều khiển cách nhanh chóng dễ dàng tất có khả truyền tải, trao đổi thơng tin, liệu qua mạng mà không cần đến tương tác trực tiếp người với người, hay người với máy tính IoT phát triển từ công nghệ kết nối không dây, công nghệ vi điện tử Internet Đơn giản tập hợp quần thể thiết bị có khả kết nối với nhau, với Internet với giới bên ngồi để thực cơng việc Hình 1-1 Iot Internet Of Thing Hay cách đơn giản IOT tất thiết bị kết nối với Việc kết nối thực qua Wi-Fi, mạng 3G, 4GLTE, Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại Các thiết bị điện thoại thông minh, tủ lạnh , máy giặt, máy lạnh , bóng đèn, tai nghe , hệ thống loa , vô số thiết bị khác Trong tương lai gần, tất Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 2/23 thiết bị kết nối vào Internet IoT mạng khổng lồ kết nối tất thứ hình 1-2 Iot Mọi thứ kết nối 1.1.1 Lịch sử IoT Thực tế, Internet of things manh nha từ kỷ trước Tuy nhiên , đến năm 1999 cụm từ IoT đưa Kevin Ashton , Ông nhà khoa học sáng lập Trung tâm Auto-ID đại học MIT, nơi thiết lập quy chuẩn tồn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp khơng dây dùng sóng radio) 1.1.2 Ứng dụng IoT IoT có vơ số ứng dụng vào lĩnh vực khác , sau số ứng dụng: Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 3/23 Quản lý giao thơng Ta cật nhật tin tức đường bị ùn tắt qua app giao thơng , từ ta đưa định nên chọn đường kẹt xe , tiết kiệm thời gian ta chờ hàng đồng hồ vơ ích Quản lý hộ Ta bật máy lạnh trước để làm mát từ lúc văn phòng làm việc , sau tơi nhà phòng mát mẻ Ta hẹn kéo rèm cửa buổi sáng ta làm thứ thơng qua thiết bị cầm tay “smart phone” để điều khiển hoạt động thiết bị hộ 1.2 Nguyên Lý Chung 1.2.1 Sơ đồ chân kết nối giao thức SPI Bảng 1.1 Kết Nối Dây Ethernet Shield Arduino Uno R3 Enthernet shield(Slave) SCLK MOSI MISO SS Arduino Uno R3(Master) [13] SCLK [12] MOSI [11] MISO [10] SS SPI ( Serial Peripheral Bus ) chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao motorola đề xuất Đây kiểu truyền thơng Master-Slave , có chip Master điều phối q trình truyền thơng chip Slaves điều khiển Master SPI cách truyền song công ( Full Duplex) nghĩa thời điểm trình truyền nhận xảy đồng thời SPI đơi gọi chuẩn truyền thông “ dây “ có đường giao tiếp chuẩn : SCK ( Serial Clock) MISO ( Master Input Slave Output) MOSI ( Master Output Slave Input) SS ( Slave Select ) 1.2.2 Ngơn Ngữ Lập Trình HTML HTML (HyperText Markup Language, “Ngôn ngữ Đánh dấu Siêu văn bản”) ngôn ngữ đánh dấu thiết kế để tạo nên trang web với mẩu thông tin trình bày World Wide Web HTML định nghĩa ứng dụng đơn giản SGML sử dụng tổ chức cần đến yêu cầu xuất phức tạp HTML trở thành chuẩn Internet tổ chức World Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 4/23 Wide Web Consortium (W3C) Phiên thức HTML HTML 4.01 1.2.3 Giao Thức TCP/IP TCP/IP giao thức cho phép kết nối hệ thống mạng không đồng với Ngày TCP/IP sử dụng rộng rãi mạng cục mạng toàn cầu TCP/IP xem giản lược mơ hình tham chiếu OSI với tầng sau: o Tầng Liên Kết (Datalink Layer) o Tầng Mạng (Internet Layer) o Tầng Giao Vận (Transport Layer) o Tầng Ứng Dụng (Application Layer) Tầng liên kết: tầng thấp mơ hình TCP/IP , bao gồm thiết bị giao tiếp mạng chương trình cung cấp thơng tin cần thiết để hoạt động, truy nhập đường truyền vật lý qua thiết bị giao tiếp mạng Tầng Internet: Tầng mạng Internet xử lý q trình truyền gói tin mạng, giao thức tầng bao gồm : IP , Internet ,IGMP Tầng giao vận: Tầng giao vận phụ trách luồng liệu trạm thực ứng dụng tầng trên, tầng có giao thức TCP ( Transmisson Control Protocol) UDP ( User Datagram Protocol ) Tầng ứng dụng : tầng mơ hình TCP/IP gồm tiến trình ứng dụng cung cấp cho người sử dụng để truy cập mạng FTP dịch vụ truyền tệp tin., email : WWW ( Word Wide Web ) dịch vụ truyền thư tín điện tử Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 5/23 CHƯƠNG SƠ ĐỒ KHỐI NGUYÊN LÝ VÀ LINH KIỆN 2.1 Sơ đồ khối Hình 2-1: Sơ đồ khối mạch điều khiển thiết bị Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 6/23  KHỐI NGUỒN: trái tim mạch cung cấp điện áp cho linh kiện điện tử mạch hoạt động  KHỐI CẢM BIẾN: Cảm biến phận thu nhận liệu từ mơi trường sau gửi liệu khối điều khiển trung tâm để điều khiển thiết bị hoạt động theo kế hoạch lập trình  KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM: khối thu nhận liệu từ cảm biến thực thao tác điều khiển nhận tín hiệu điều khiển từ wedserver để điều khiển thiết bị tắt bật  KHỐI THIẾT BỊ: Là khối bao gồm thiết bị điện : quạt , đèn , rèm cửa, tivi , máy lạnh , thứ thiết bị có kết nối với khối điều khiển trung tâm  KHỐI HIỂN THỊ: Là khối có chức hiển thị trạng thái bật tắt thiết bị hiển thị giá trị thu thập từ cảm biến DHT11 nhiệt độ , độ ẩm 2.2 Sơ đồ nguyên lý 2.2.1 Sơ đồ giao tiếp khối điều khiển wedserver Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 7/23 Hình 2-2: Sơ đồ kết nối Arduino Uno Enthernet Shield Cảm Biến kết nối Internet Theo sơ đồ khối hình 2-2 ta có ngun lý kết nối khối điều khiển , khối cảm biến giao tiếp với Internet qua cồng LAN để kết nối với wedserver thực chức thu thập liệu , qua để điều khiển thiết bị mong muốn 2.2.2 Mạch nguyên lý vẽ protues Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 8/23 Hình 2-3: Sơ đồ nguyên lý mạch nguyên lý hoạt động mạch : Mạch nguồn 220VAC/5VDC Cung cấp cho tồn thiết bị điều khiển DHT 11 có nhiệm vụ thu thập liệu từ mơi trường sau gửi tín hiệu lên mạch điều khiển “ATMEGA328” sau xuất lên LCD thông qua kết nối SPI với Ethernet Shield để kết nối với Internet qua cỗng Lan để truyền liệu lên wedserver wedserver hiển thị trạng thái kết nối thiết bị “tắt” & “bật” từ ta điều khiển thiết bị cho phù hợp ta tác động vào trạng thái “bật” “tắt” wedserver từ wedserver truyền tín hiệu qua Ethernet kết nối với “ATMEGA328” để điều khiển thiết bị truyền liệu gọi “Full duplex” hay gọi truyền song cơng , thu nhận tín hiệu thời điểm Ngồi ra, thiết bị tự điều khiển dựa vào cảm biến DHT11 môi trường nhiệt độ, độ ẩm để điều khiển thiết bị : quạt để làm giảm nhiệt độ Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 9/23 2.2.3 Sơ đồ giải thuật cảm biến điều khiển : Bắt đầu Khai báo & khởi tạo giá trị cho biến webserver Đọc giá trị từ cảm biến, biến trở Nhận tín hiệu điều khiển từ webserver S Bật thiết bị Tắt thiết bị Đ S Đ ĐK bật đèn ĐK tắt đèn Hiển thị lên webserver Hình 2-4: Lưu đồ giải thuật cảm biến wedserver Lưu đồ giải thuật mơ tả q trình thu thập liệu tử cảm biến nhiệt độ độ ẩm hiển thị giá trị lên wedserver LCD Hệ thống hoạt động có tín hiệu từ wedserver gửi xuống khối điều khiển thiết bị để bật tắt thiết bị sau hiển thị trạng thái thiết bị lên wedserver 2.3 Một số Linh Kiện Chính 2.3.1 ATMEGA328 Vi Điều Khiển Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Tắt động Trang 10/23 Hình 2-5: ATMEGA328 Vi Điều Khiển ATmega328 có tên đầy đủ ATmega328P-PU ATmega328 linh hồn board mạch Arduino, sức mạnh phần cứng mà Arduino Uno có từ Nếu bạn có vi điều khiển ATmega328, bạn hồn tồn tạo Arduino board đơn giản cho dự án Arduino board mạch vi điều khiển dung để lập trình ứng dụng Bảng 2-1 Thông số kỉ thuật ATmega328P Vi điều khiển Điện áp hoạt động Điện áp đầu vào (được đề nghị) Điện áp đầu vào (giới hạn) Số chân I / O kĩ thuật số PWM Digital I / O Pins Analog Input Pins Dòng điện DC I / O Dòng điện DC với chân 3.3V Bộ nhớ flash ATmega328P 5V 7-12V 6-20V 14 (trong có cung cấp đầu PWM) 6 20 mA 50 mA 32 KB (ATmega328P) 0,5 KB sử dụng nạp khởi Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 11/23 SRAM EEPROM Tốc độ đồng hồ Chiều dài Bề rộng Cân nặng động KB (ATmega328P) KB (ATmega328P) 16 MHz 68,6 mm 53,4 mm 25 g 2.3.2 Enthernet shield Ethernet shield mạch mở rộng cho arduino, giúp arduino kết nối với giới internet rộng lớn Ứng dụng shield truyền nhận thông tin arduino với thiết bị bên sử dụng internet, shield đặc biệt hữu ích cho ứng dụng IoT, điều khiển kiểm sốt hệ thống internet ln liên tục, liệu truyền nhanh, khoảng cách vô tận( Trái Đất thơi, với phải có mạng nữa) ăn đứt sóng RF , rẻ với cách truyền từ xa tin nhắn Hình 2-6 Enthernet Shield kết nối với Arduino Uno R3 Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 12/23 Arduino Ethernet Shield sử dụng chip W5100 cho tốc độ khả kết nối ổn định nhất, thư viện kèm phần cứng với cách kết nối dễ dàng khiến cho việc kết nối Arduino với Ethernet đơn giản hết , thích hợp để làm ứng dụng điều khiển qua Ethernet , Wedserver Thông Số Kỉ Thuật:  Tương thích Arduino  Điện áp hoạt động: 5V (được cấp từ Arduino Board)  Chip điều khiển Ethernet: W5100 (với 16KB buffer nội)  Tốc độ ethernet: 10/100Mb  Kết nối với Arduino thông qua cổng SPI  Tích hợp khe cắm thẻ nhớ micro-SD để mở rộng nhớ cho Arduino cần Kết nối với mạng internet để nhận tín hiệu từ webserver truyền cho Arduino Uno thơng qua giao tiếp SPI Hình 2-7: Ethernet Shield Kết nối với mạng internet để nhận tín hiệu từ webserver truyền cho Arduino Uno thơng qua giao tiếp SPI Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 13/23 2.3.3 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 Đặc tính kĩ thuật Dòng sử dụng: 2.5 mA Đo tốt độ ẩm 20 đến 80 %RH với sai số % Đo tốt nhiệt độ đến 50 °C sai số ±2 °C Tần số lấy mẫu Hz Sơ đồ kết nối với Arduino Uno Bảng 2-2: Sơ đồ kết nối DHT11 với Arduino Uno Arduino Uno Vcc GND Digital DHT11 Vcc GND DATA 2.3.4 Relay đóng ngắt mạch Dùng để bật tắt thiết bị theo tín hiệu vi điều khiển Rơ le (relay) công tắc chuyển đổi hoạt động điện Nói cơng tắc rơ le có trạng thái ON OFF Rơ le trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay khơng Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thơng Minh Trang 14/23 Hình 2-8 Relay 5VDC Thông số kỉ thuật:     Điện áp hoạt động: VDC Dòng điện tiêu thụ: 200 mA Điện áp tải: 220 V Dòng tải: 10 A Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 15/23 CHƯƠNG 3.1 Giao diện wedserver 3.2 Mạch thực tế mơ hình mạch Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 16/23 3.3 Code wedserver Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 17/23 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Sau hoàn thành đề tài “THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ NHÀ THƠNG MINH” hồn thành theo tiến độ yêu cầu đề tài Đề tài thực sau: Mạch nguồn thiết kế chung với mạch để giúp giảm số lượng bus kết nối làm giảm nhiễu cho mạch Mạch relay sử dụng nguồn 5VDC chung với thiết kế mạch không dùng nguồn 12VDC mạch khác, giúp làm giảm phần thiết kế mạch nguồn riêng dành cho relay Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 18/23 Hệ thống cảm biến gửi tín hiệu wedserver để giúp người dùng biết thông số môi trường đưa định để điều khiển thiết bị máy lạnh , quạt Đề tài làm phần nhỏ điều khiển thiết bị, chưa đạt tới mục đích nhà thơng minh vấn đề thời gian thực thời gian nghiên cứu có hạn Nhận xét chưa hồn thiện u cầu đặt cho đề tài nhà thông minh 4.2 Hướng phát triển Đề tài nhà thông minh rộng hướng phát triển , sau hướng phát triển nhà thông minh Cảm biến chuyển động có chuyển động bật đèn , ứng dụng cho trẻ em vào toilet không cần bật đèn Mở rộng giao diện wed, phân cấp quyền cho IP truy cập vào wedserver để hạn chế truy cập không mong muốn người lạ Tịch hợp thêm điều khiển qua RF Bluetooth Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 19/23 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] [2] [3] [4] https://www.arduino.vn https://vi.wikipedia.org/ www.vnpro.vn Làm để thiết lập DDNS ( No-IP ) Wireless Router TP-Link http://www.tp-link.vn/faq-419.html [5] Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thơng Minh Trang 20/23 NGUỒN HÌNH ẢNH [1] [2] [3] [4] Hình ảnh lấy từ https://www.arduino.cc/ Hình ảnh lấy từ http://www.zentoolworks.com/ Hình ảnh lấy từ http://www.hshop.com Hình ảnh lấy từ https://www.arduino.vn Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh ... Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 5/23 CHƯƠNG SƠ ĐỒ KHỐI NGUYÊN LÝ VÀ LINH KIỆN 2.1 Sơ đồ khối Hình 2-1: Sơ đồ khối mạch điều khiển thiết bị Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông. .. Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 15/23 CHƯƠNG 3.1 Giao diện wedserver 3.2 Mạch thực tế mơ hình mạch Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 16/23 3.3 Code wedserver Thiết. .. 3.3 Code wedserver Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Nhà Thông Minh Trang 17/23 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Sau hoàn thành đề tài “THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ NHÀ THƠNG MINH hồn thành theo tiến