THIếT kế và xây DựNG hệ THốNG AN NINH CHO mô HìNH NHÀ THÔNG MINH (có code)

THIếT kế và xây DựNG hệ THốNG AN NINH CHO mô HìNH NHÀ THÔNG MINH (có code) THIếT kế và xây DựNG hệ THốNG AN NINH CHO mô HìNH NHÀ THÔNG MINH (có code) THIếT kế và xây DựNG hệ THốNG AN NINH CHO mô HìNH NHÀ THÔNG MINH (có code) THIếT kế và xây DựNG hệ THốNG AN NINH CHO mô HìNH NHÀ THÔNG MINH (có code)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ IV DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT V CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH 1.1 GIỚI THIỆU VỀ MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.3 MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.3.1 Mục đích nghiên cứu 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG LÝ THUYẾT 2.1 TCP/IP 2.2 UART 2.3 SPI 2.4 ONE WIRE 2.5 RFID CHƯƠNG PHẦN CỨNG 3.1 ESP8266 3.2 ARDUINO MEGA 2560 11 3.3 SIM800A 12 3.4 LM2596ADJ 14 3.5 SERVO 9G 15 3.6 MODULE CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ2 16 3.7 DHT11 17 3.8 RC522 18 3.9 CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI 19 CHƯƠNG NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 20 4.1 GIAO TIẾP TRONG MẠCH 20 ii 4.2 NGUYÊN LÝ CHUNG 20 CHƯƠNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ & LAYOUT 21 5.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 21 5.2 SƠ ĐỒ LAYOUT 22 5.3 HÌNH ẢNH SẢN PHẨM 23 CHƯƠNG KẾT LUẬN 26 6.1 KẾT LUẬN 26 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 PHỤ LỤC A 28 iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT UART Universal Asynchronous Serial Receiver Transmitter SPI Serial Peripheral Interface RFID Radio frequency identification TCP/IP Transmission control protocol – internet protocol RAM Random Access Memory ADC Analog to Digital Converter v ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 1/62 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ THƠNG MINH 1.1 Giới thiệu mơ hình nhà thơng minh Hệ thống nhà thơng minh tích hợp cảm biến nhiệt độ dùng để phát hỏa hoạn Cảm biến khí để phát rò rỉ khí gas, cảm biến hồng ngoại chống trộm Mạch đọc RFID để đóng mở cửa, điều khiển, giám sát nhà từ xa thông qua tin nhắn sms internet Với ưu điểm ổn định, nhỏ giá thành rẻ đưa lên làm tiêu chí hàng đầu 1.2 Lý chọn đề tài Với phát triển thần tốc công nghệ ứng dụng sản xuất, nhu cầu người ngày lên thời gian ngày trở nên quý giá Nắm bắt nhu cầu lớn người dân việc sử dụng ngơi nhà thơng minh điều khiển, giám sát từ xa vị trí cụ thể nơi đâu toàn giới dẫn đến nghiên cứu phát triển nhà thông minh 1.3 Mục đích phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Mục đích nghiên cứu Trên thị trường có nhiều hãng làm thiết bị phục vụ cho nhà thông minh chưa tiếp cận số đông người tiêu dùng giá thành cao điển BroadLink Đề tài hướng tới sản phẩm thiết bị nhà thông minh với độ ổn định cao, giá thành hợp lý dễ sử dụng cho người tiêu dùng 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu Tiếp cận dòng vi điều khiển, chip wifi, gsm loại cảm biến phổ thông thị trường thử nghiệm số loại dùng nhiều để chọn linh kiện hợp lý để pháp triển sản phẩm thời gian ngắn đảm bảo độ ổn đinh THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 2/62 Các tiêu chí lựa chọn: • Dễ sử dụng, tài liệu nhiều • Giá thành rẻ • Nguồn cung cấp dồi • Ổn định dài lâu • Có watch dog timer để reset tự động sau thời gian sử dụng Viết firmware, thiết kế mạch ứng dụng cho linh kiện chọn, làm vài phiên thử nghiệm chạy thực tế để kiểm tra độ ổn định cải tiến thiết kế dựa kết thu thập Sử dụng phần mềm mô thiết bị đo tần số để kiểm tra xác Do thời gian lẫn tài có hạn nên tiếp cận kiểm tra dòng chip cộng đồng điện tử nước sử dụng nhiều để hạn chế rủi ro tiết kiệm thời gian đưa dự án đến thành công THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3/62 CHƯƠNG LÝ THUYẾT 2.1 TCP/IP Là bao giao thức truyền nhận thiết bị có kết nối internet sử dụng rộng rãi tồn giới TCP/IP có lớp bao gồm link, internet, transport application Link lớp thấp nhóm cách thức vào giao thức kết nối hosts nodes hoạt động đường link vật lý mà host kết nối vào Internet lớp kết nối mạng nội với Transport lớp truyền tải điều khiển giao tiếp tới máy chủ Application lớp ứng dụng tập hợp giao thức giao tiếp liệu lớp trình Trong đồ Hình 2-: Sơ đồ cắt lớp TCP/IP [11] án mạch ESP8266 đóng vai trò truyền nhận liệu với server thơng qua giao thức TCP/IP Giao thức TCP có ưu điểm liệu đến thứ tự, hạn chế việc sửa chữa liệu, loại bỏ liệu trùng lập, gói tin thất lạc đảm bảo gửi lại kiểm soát tắt nghẽn đường liệu THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THÔNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4/62 2.2 UART UART chuẩn truyền nhận liệu bất đồng với tốc độ thấp vi điều khiển thường hoạt động mức 3V 5V thời điểm giao tiếp thiết bị thiết bị hoạt động chế độ nhận phát trao đổi liệu (1 Master Slave) Khung truyền sử dụng đồ án dùng start bit báo hiệu truyền nhận+ bit liệu + parity bit kiểm tra liệu + stop bit kết thúc gói liệu UART sử dụng chân data, chân nguồn nuôi chân đất Ưu điểm so với truyền song song thông thường sử dụng đường truyền, tiết kiệm chân cho vi điều khiển giúp việc lựa chọn vi điều khiển giá rẻ trở nên dễ dàng Tuy nhiên UART có nhược điểm truyền tốc độ thấp xác khơng cao so với song song Truyền bất đồng không cần đường clock để báo trước trình truyền truyền liệu đồng giao tiếp chuẩn hóa thiết bị Cần phải cài đặt trước baudrate hay gọi tốc độ truyền thường tính baud tương đương với số bit truyền giây Khung truyền UART có chuẩn bắt đầu kết thúc start bit stop bit, có thêm parity bit để kiểm tra chẳn lẽ tránh sai lệch liệu trình hoạt động Hình 2-: Khung truyền UART [11] THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5/62 2.3 SPI SPI giao tiếp truyền nhận liệu nối tiếp đồng hai chiều, tốc độ cao UART thiết bị truyền nhận đồng thời SPI dùng line riêng cho đường liệu clock để đồng để đảm bảo truyền nhận thời điểm tránh sai lệch liệu Giao tiếp SPI phổ biến sử dụng shift register với giá thành cấu đơn giản nhiều so với full-up UART SPI sử dụng chân dùng cho việc đồng liệu truyền nhận Chân SCK dùng để giữ nhịp cho giao tiếp, nhịp chân báo bit liệu đến Chân SCK giúp cho liệu truyền bị lỗi nên tốc độ truyền lên cao đặc biệt xung nhịp tạo thiết bị cấu hình làm master Chân MISO đóng vai trò input thiết bị master ngược lại slave Chân MOSI ngược lại hồn tồn với chân MISO Chân SS dùng để cấu hình thiết bị slave, master có nhiều SS slave có chân SS Mỗi chip master hay slave có ghi liệu bit xung master tạo SCK bit ghi truyền qua MOSI chân MISO có bit từ slave truyền qua Do trình truyền nhận xảy đồng thời nên q trình truyền song cơng ATmega2560 có cấu trúc SPI tương đương với ghi phục vụ cho chuyện SPCR để kiểm soát truyền SPI SPSR ghi trạng thái SPI SPDR ghi liệu SPI THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THÔNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 48/62 } if (count1==0) {if (inChar=='P') count1=1; else count1=0;} else if (count14) {count1=0; done_pass=1;} if (count4==0) {if (inChar=='N') count4=1; else count4=0;} else if (count4==1) {if (inChar=='D') count4=2; else count4=0;} else if (count43) {count4=0; done_nhietdo=1;} } } void setup() { Serial.begin(9600); Serial1.begin(9600); Serial2.begin(115200); myservo.attach(3); myservo.write(33); pinMode(TB1, OUTPUT); pinMode(TB2, OUTPUT); pinMode(TB3, OUTPUT); pinMode(TB4, OUTPUT); pinMode(TB5, OUTPUT); pinMode(TB6, OUTPUT); pinMode(TB7, OUTPUT); pinMode(TB8, OUTPUT); THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THÔNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 49/62 pinMode(coi, OUTPUT); pinMode(A0, OUTPUT); pinMode(A3, INPUT); digitalWrite(TB1,LOW); digitalWrite(TB2,LOW); digitalWrite(TB3,LOW); digitalWrite(TB4,LOW); digitalWrite(TB5,LOW); digitalWrite(TB6,LOW); digitalWrite(TB7,LOW); digitalWrite(TB8,LOW); digitalWrite(A0,LOW); //Gsm_Power_On(); // Bat Module Sim 900A delay(12000); Gsm_Init(); //Gsm_MakeCall(myphone); // Cau hinh module Sim 900A // Test cuoc goi //Gsm_MakeSMS(myphone,"He thong da duoc khoi dong"); done_nhietdo=0; char temp_pass=EEPROM.read(2); pass[0]=temp_pass; temp_pass=EEPROM.read(3); pass[1]=temp_pass; temp_pass=EEPROM.read(4); pass[2]=temp_pass; temp_pass=EEPROM.read(5); pass[3]=temp_pass; float temp_nhietdo=EEPROM.read(6); nhietdo=temp_nhietdo; THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH // Test tin nhan ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 50/62 done_nhietdo=0; SPI.begin(); dht.begin(); rfid.init(); digitalWrite(coi, HIGH); delay(400); digitalWrite(coi, LOW); delay(400); digitalWrite(coi, HIGH); delay(400); digitalWrite(coi, LOW); } void loop() { if (digitalRead(A3)==0) { delay(80); while (digitalRead(A3)==0); if (i==0) { myservo.write(115); i=1; } else if (i==1) { myservo.write(33); i=0; } } ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////en able_mocua==0 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THÔNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 51/62 if (enable_mocua==0) { Index_TB1_On = RxBuff.indexOf("L1 ON"); "LAMP_ON" bo dem nhan RxBuff Index_TB1_Off = RxBuff.indexOf("L1 OFF"); Index_TB3_On = RxBuff.indexOf("L3 ON"); Index_TB3_Off = RxBuff.indexOf("L3 OFF"); Index_TB2_On = RxBuff.indexOf("L2 ON"); Index_TB2_Off = RxBuff.indexOf("L2 OFF"); Index_TB4_On = RxBuff.indexOf("L4 ON"); Index_TB4_Off = RxBuff.indexOf("L4 OFF"); Index_TB5_On = RxBuff.indexOf("L5 ON"); Index_TB5_Off = RxBuff.indexOf("L5 OFF"); Index_TB6_On = RxBuff.indexOf("L6 ON"); Index_TB6_Off = RxBuff.indexOf("L6 OFF"); Index_TB7_On = RxBuff.indexOf("L7 ON"); Index_TB7_Off = RxBuff.indexOf("L7 OFF"); Index_TB8_On = RxBuff.indexOf("L8 ON"); Index_TB8_Off = RxBuff.indexOf("L8 OFF"); if(Index_TB1_On >= 0) { Index_TB1_On = -1; RxBuff = ""; digitalWrite(TB1, HIGH); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da bat"); } if(Index_TB1_Off >= 0) { THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH // Tim vi tri cua chuoi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 52/62 Index_TB1_Off = -1; RxBuff = ""; digitalWrite(TB1, LOW); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da tat"); } if(Index_TB2_On >= 0) { Index_TB2_On = -1; RxBuff = ""; digitalWrite(TB2, HIGH); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da bat"); } if(Index_TB2_Off >= 0) { Index_TB2_Off = -1; RxBuff = ""; digitalWrite(TB2, LOW); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da tat"); } if(Index_TB3_On >= 0) { Index_TB3_On = -1; RxBuff = ""; digitalWrite(TB3, HIGH); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da bat"); } if(Index_TB3_Off >= 0) { Index_TB3_Off = -1; THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 53/62 RxBuff = ""; digitalWrite(TB3, LOW); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da tat"); } if(Index_TB4_On >= 0) { Index_TB4_On = -1; RxBuff = ""; digitalWrite(TB4, HIGH); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da bat"); } if(Index_TB4_Off >= 0) { Index_TB4_Off = -1; RxBuff = ""; digitalWrite(TB4, LOW); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da tat"); } if(Index_TB5_On >= 0) { Index_TB5_On = -1; RxBuff = ""; digitalWrite(TB5, HIGH); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da bat"); } if(Index_TB5_Off >= 0) { Index_TB5_Off = -1; RxBuff = ""; THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 54/62 digitalWrite(TB5, LOW); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da tat"); } if(Index_TB6_On >= 0) { Index_TB6_On = -1; RxBuff = ""; digitalWrite(TB6, HIGH); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da bat"); } if(Index_TB6_Off >= 0) { Index_TB6_Off = -1; RxBuff = ""; digitalWrite(TB6, LOW); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da tat"); } if(Index_TB7_On >= 0) { Index_TB7_On = -1; RxBuff = ""; digitalWrite(TB7, HIGH); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da bat"); } if(Index_TB7_Off >= 0) { Index_TB7_Off = -1; RxBuff = ""; digitalWrite(TB7, LOW); THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 55/62 Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da tat"); } if(Index_TB8_On >= 0) { Index_TB8_On = -1; RxBuff = ""; digitalWrite(TB8, HIGH); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da bat"); } if(Index_TB8_Off >= 0) { Index_TB8_Off = -1; RxBuff = ""; digitalWrite(TB8, LOW); Gsm_MakeSMS(myphone,"Thiet bi da tat"); } ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////DONG CUA VA MUA CUA Index_MOCUA = RxBuff.indexOf("MO CUA"); if(Index_MOCUA >= 0) { RxBuff = ""; Gsm_MakeSMS(myphone,"Xin moi gui mat khau"); enable_mocua=1; passok=0; Index_MOCUA=-1; } Index_DONGCUA = RxBuff.indexOf("DONG CUA"); if(Index_DONGCUA >= 0) THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 56/62 { RxBuff = ""; Gsm_MakeSMS(myphone,"Xin moi gui mat khau"); enable_mocua=1; passok=0; Index_DONGCUA=-1; } } ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////en able_mocua==1 else if (enable_mocua==1) { if(passok == 1) { if (i==0) { Gsm_MakeSMS(myphone,"Cua da duoc mo"); Index_MOCUA = -1; RxBuff = ""; myservo.write(115); i=1; enable_mocua=0; passok=0; } else if (i==1) { Gsm_MakeSMS(myphone,"Cua da duoc dong"); Index_DONGCUA = -1; RxBuff = ""; THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THÔNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 57/62 myservo.write(33); i=0; enable_mocua=0; passok=0; } passok=0; enable_mocua=0; } } chongtrom(); cambien(); scanCARD(); if (done_pass==1) { EEPROM.write (2,char(pass[0])); delay(100); EEPROM.write (3,char(pass[1])); delay(100); EEPROM.write (4,char(pass[2])); delay(100); EEPROM.write (5,char(pass[3])); delay(100); done_pass=0; RxBuff = ""; Gsm_MakeSMS(myphone,"Mat khau da duoc doi"); } if (done_nhietdo==1) THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN NINH CHO MƠ HÌNH NHÀ THÔNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 58/62 { nhietdo = (((int)nhiet_do[0])-48)*10+(((int)nhiet_do[1])-48); EEPROM.write (6,int(nhietdo)); delay(100); Gsm_MakeSMS(myphone,"Nhiet da duoc cai"); Serial.print("nhiet cai dat: "); Serial.print(nhietdo); Serial.println(""); done_nhietdo=0; RxBuff = ""; } } void cambien() { float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature(); value_gas = analogRead(gas); if (value_gas>600) {if (n==0) n=1;} else if (value_gas80) {if (m==0) m=1;} {if (mn==2) {mn=0;}} else if (t=10) { dm=0; Serial2.print("h"); Serial2.println((int)h); Serial2.print("t"); Serial2.println((int)t); Serial.print("h"); Serial2.println((int)h); Serial.print("t"); Serial2.println((int)t); } } void chongtrom() { if (enable_mocua==0) { if (i==0) { for (int h=0; h