Smarthome cho các gia đình nông thôn

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tên dự án: SMARTHOME CHO CÁC GIA ĐÌNH NƠNG THƠN VIỆT NAM (Cuộc thi khoa học, kỹ thuật dành cho học sinh Trung học) I Mục lục -Phần chung: + Lí chọn đề tài + Ý nghĩa khoa học thực tiễn + Mục tiêu nghiên cứu + Giới hạn phạm vi nghiên cứu + Phƣơng pháp nghiên cứu + Nội dung nghiên cứu + Điểm đề tài - Kết thảo luận - Kêt luận khoa học - Tài liệu tham khảo II PHẦN CHUNG Lý chọn đề tài Việc bật tắt thiết bị điện công tắc với điều quen thuộc, có việc trở nên khó khăn bất tiện cơng tắc điện nằm xa nhau, khiến ta phải đến nơi để bật tắt thời gian công sức Đặc biệt việc bật tắt công tắc với ngƣời khả lại vận động hạn chế nhƣ ngƣời bệnh thấp khớp, ngƣời tàn tật, ngƣời thị giác kém,… Mặt khác an ninh nhà ngƣời sử dụng bị đe dọa nguy hiểm tiềm tàng nhƣ: trộm, dò ga, cháy nổ, điện giật, nồng độ khí độc hại tăng cao trình đun nấu, sƣởi ấm, Hiện giới nhƣ Việt Nam có ngơi nhà thơng minh (SmartHome) giải vấn đề nhƣng nhà sản xuất chủ yếu hƣớng đến nhà thành thị, vùng có điều kiện kinh tế phát triển mà chƣa quan tâm tới nhà vùng nơng thơn Mặt khác giá thành ngơi nhà thơng minh cao nên việc sở hữu nhà thông minh ngƣời nông dân điều xa vời Xuất phát từ thực tế với nghiên cứu thiết bị điều khiển cảm biến sẵn có, nhóm có ý tƣởng tìm hiểu thiết kế mơ hình “SmartHome cho gia đình nơng thơn khu vực trung du đồng phía bắc Việt Nam” Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn dự án Dự án “SmartHome cho gia đình nơng thơn khu vực trung du đồng phía bắc Việt Nam” thực thành cơng giúp cho ngơi nhà nông thôn trở nên thông minh với đặc trƣng vùng nông thôn Việt Nam Khi sử dụng hệ thống ngƣời dùng quản lí thiết bị điện cách dễ dàng chủ động, hệ thống giúp tự động bật/tắt số thiết bị điện mà theo thói quen sử dụng ta thƣờng hay quên nhƣ: đèn, quạt, máy bơm,…hoặc xa ta chủ động đặt trƣớc để bật thiết bị phụ giúp cho nuôi trồng nhƣ bơm nƣớc, thiết bị cho gia cầm ăn Chức tự nhận diện giọng nói để điều khiển phần mềm bật tắt điện cách thức để giao tiếp với thiết bị điện Chức kết hợp với chức phản hồi giọng nói hỗ trợ cho ngƣời mù hay thị lực điều khiển thiết bị cần giọng nói Nhóm nghiên cứu đề tài mong muốn góp phần nhỏ cho nghiệp đại hóa, cơng nhiệp hóa đất nƣớc Mục tiêu nghiên cứu Dự án đƣợc nghiên cứu nhằm tạo hệ thống giúp ngƣời có thu nhập khơng cao sở hữu nhà với chức thông minh mà giá thành vừa phải, ngƣời khó khăn việc bật tắt điện điều khiển thiết bị điện nơi nhà mà khơng cần tới chỗ đặt công tắc riêng thiết bị hệ thống giúp cho việc quản lí thiết bị dễ dàng, tiện lợi Cụ thể đề tài giải vấn đề đặt là: - Bật tắt thiết bị điện nhà cách dễ dàng qua điện thoại máy tính bảng chạy Android với giao diện thân thiện, dễ sử dụng giúp hạn chế phải lại để bật tắt thiết bị điện - Chức sử dụng cho ngƣời mù, giúp ngƣời mù điều khiển giọng nói cách bấm vào vị trí hình điện thoại sau mở máy - Cảnh báo cho ngƣời sử dụng nhà biết có trộm xâm nhập trái phép, có tƣợng rò rỉ gas, có tƣợng xảy hỏa họa nhà, nồng độ khí độc hại tăng lên cao gây hại sức khỏe ngƣời thông qua chuông báo động, tin nhắn, gọi trực tiếp đến số điện thoại đặt trƣớc - Thử nghiệm hoạt động cách sử dụng linh kiện điện tử nhƣ điôt, tranzito, tirixto, tụ điện, triac, điac, quang điện tử, cảm biến, module truyền - thu thập liệu, cách kết nối có dây không dây, áp dụng kiến thức tin học lập trình kết hợp với tìm hiểu sử dụng vi điều khiển Mục tiêu lớn dự án nhằm nâng cao trình độ hiểu biết thân chuyên ngành kĩ thuật- điện tử– công nghệ thông tin, tự tạo cho thân thử thách khó đặt tự thân vƣợt qua để hồn thiện Giới hạn phạm vi nghiên cứu Hệ thống mạng điện sinh hoạt, thiết bị điện dân dụng thiết bị cảnh báo sử dụng đƣợc nhà vùng nông thôn thuộc khu vực trung du đồng phía bắc Việt Nam Phương pháp nghiên cứu Nhóm nghiên cứu theo phƣơng pháp tƣ quy nạp: từ việc nghiên cứu thiết bị riêng lẻ, tích hợp thành hệ thống điều khiển chung cho nhiều thiết bị Nhóm sử dụng phƣơng pháp thí nghiệm thực nghiệm để tiến hành lắp đặt thử nghiệm điều khiển Nhóm sử dụng phƣơng pháp thu thập thơng tin qua việc tìm hiểu nhu cầu ngƣời dân, ngƣời nông dân, ngƣời khuyết tật, thông qua hoạt động quan sát công việc ngày họ, hỏi nhu cầu họ xuất phát từ nhu cầu thân gia đình Từ thơng tin thu thập, nhóm xác định hạn chế, yêu cầu ngƣời đƣợc khảo sát sau đƣa giải pháp để khắc phục hạn chế giải yêu cầu Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu ngơi nhà vùng nơng thơn - Nghiên cứu, tìm hiểu linh kiện điện tử, ngun lí hoạt động đóng ngắt hệ thống điện gia đình thiết bị cảnh báo sử dụng đƣợc nhà vùng nơng thơn - Xây dựng giải pháp tích hợp để điều khiển thiết bị điện thiết bị cảnh báo gia đình - Thiết kế mơ hình khơng gian dự án - Thiết kế sơ đồ tổng thể dự án - Thiết kế, lắp ráp kiểm tra hệ thống riêng lẻ - Lập chƣơng trình để điều khiển hoạt động thiết bị điện gia đình - Lập trình phần mềm cài đặt cho thiết bị Android để điều khiển từ xa thiết bị điện gia đình - Hồn thiện, kiểm tra chạy thử nghiệm Những điểm dự án Tích hợp chức điều khiển từ xa thiết bị điện (nhƣ: bóng đèn, quạt, máy bơm nƣớc,…) đơn lẻ thành điều khiển chung Mặt khác điều khiển hệ thống cảnh báo an ninh môi trƣờng nhà vùng nông thôn Hệ thống thiết bị điện cảnh báo đƣợc điều khiển hệ điều hành ANDROID, điều khiển qua máy vi tính Đặc biệt hệ thống hỗ trợ chức điều khiển giành cho ngƣời mù Trong có chức nhận diện thơng báo giọng nói với biểu tƣợng (icon) chân thực, sinh động giúp ngƣời thị lực khơng biết chữ sử dụng phần mềm để điều khiển thiết bị, nghe thông tin phần mềm hƣớng dẫn sử dụng giọng nói ngơn ngữ Tiếng Việt III PHẦN KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Tìm hiểu nhà vùng nông thôn a) Đặc điểm nhà vùng nông thôn Việt Nam: Đối với hộ gia đình vùng nơng thơn có mức thu nhập thấp, ngơi nhà họ thƣờng nhà cấp Bên cạnh nhà thƣờng có thêm nhà phụ nhƣ: nhà bếp, nhà kho, nhà tắm vệ sinh, nhà cho gia súc, gia cầm, … Vì vậy, việc bật/tắt thiết bị điện nhà thƣờng bất tiện b) Đặc điểm mạng điện nhà vùng nơng thơn Việt Nam Một số hình ảnh hệ thống điện nhà vùng nông thôn: Qua việc quan sát thực tế nhà gần nơi sinh sống, nói truyện khảo sát trực tiếp phiền hà, lo ngại mong muốn ngƣời nơng dân dùng điện nhóm rút đƣợc nhƣợc điểm cần khắc phục nhà nông thôn nhƣ sau: Thứ nhất: Mạng lƣới điện chạy nhà đƣợc đấu nối sơ sài, thiếu tính an tồn, đƣờng dây tải điện mắc nổi, đa số mạch thƣờng đƣợc lắp thủ công, chỗ nối bị hở khơng chắn Điều gây cảm giác lo lắng với ngƣời dùng điện, nguy an tồn điện gây chập cháy Thứ hai: Các bảng điện, công tắc, ổ cắm, dây điện thuộc hệ cũ khơng an tồn Việc gây nên nguy bị điện giật hở điện hay ẩm ƣớt trời nồm nguy hiểm tới tính mạng ngƣời dùng, ngƣời thị lực kém, trẻ nhỏ Thứ ba: Các công tắc điều khiển thiết bị nằm dải rác nhiều nhà phụ khác nhau, khó khăn cho việc quản lí bật tắt thiết bị vào ban đêm ngày mƣa Thứ tƣ: theo thói quen sử dụng, ngƣời dùng thƣờng quên tắt-bật thiết bị nhỏ, thiết bị nhà phụ gây lãng phí điện Thứ năm: Các ngơi nhà nơng thơn hầu nhƣ khơng có hệ thống cảnh báo an toàn nhƣ: cảnh báo trộm, cảnh báo cháy nổ, cảnh báo rò rỉ khí ga, nồng độ khí có hại q trình đốt than, sƣởi lửa; gây nên nguy bị trộm cắp, nguy cháy nổ lớn, nguy bị ngộ độc loại khí Thứ sáu: Việc điều khiển thiết bị điện chủ yếu cách bật-tắt thủ công, gây khó khăn cho ngƣời bệnh khớp, ngƣời thị lực hay ngƣời hạn chế khả lại Những ngƣời bị mù khơng thể bật tắt thiết bị theo nhu cầu sử dụng thân Qua tìm hiểu với ngƣời dân, nhóm đƣợc biết có nhiều vụ tai nạn thƣơng tâm gây nên nguy hiểm từ hệ thống điện, điều đòi hỏi cấp thiết phải thay hệ thống có tính an tồn cao tiện dụng, phổ biến cho nhiều đối tƣợng khác có giá thành phải phù hợp với ngƣời nông dân Các hệ thống cảnh báo nguy hiểm nhƣ rò rỉ khí ga, cháy nổ hay chống trộm chƣa có, nguy gây an tồn cho ngơi nhà Tìm hiểu linh kiện điện tử cách bật tắt thiết bị điện, phương thức điều khiển hệ thống điện Hầu hết thiết bị điện đƣợc bật tắt công tắc chủ yếu loại công tắc tay Công tắc tay bật tắt dễ dàng nhƣng có nhƣợc điểm khơng thể kết hợp với hệ thống điều khiển thiết bị Để điều khiển từ xa hệ thống điện trƣớc tiên cần phải tìm loại cơng tắc điều khiển đƣợc tín hiệu điện Thứ hai, cần có bo mạch kết hợp đƣợc cơng tắc lại với xử lí đƣợc tín hiệu nhận đƣợc thành tín hiệu điện nhằm điều khiển cơng tắc Thứ ba, cần có phận truyền-nhận tín hiệu bo mạch phát tín hiệu điều khiển từ xa Đưa giải pháp để điều khiển thiết bị điện, tìm cách giao tiếp thiết bị điện với tìm kiếm thiết bị phù hợp, thiết bị có khả kết hợp với Qua tìm hiểu nghiên cứu nhóm tìm loại linh kiện điều khiển đƣợc tín hiệu điện để thay cho cơng tắc thơng thƣờng, là: rơ-le, triac Mặt khác, nhóm tìm đƣợc bo mạch ARDUINO Loại bo mạch cho phép lập trình để nhận đƣợc tín hiệu ngƣời xuất dòng điện chân digital bo mạch, dùng dòng điện để bật tắt cơng tắc nhƣ Để nhận đƣợc tín hiệu ngƣời riêng mạch ARDUINO khơng thể tự làm đƣợc mà cần đến thiết bị trung gian thu nhận tín hiệu qua cổng giao tiếp chân Serial (RX) (TX) qua chân USB Qua tìm hiểu tài liệu mạng, nhóm rút đƣợc cách truyền tín hiệu đến ARDUINO sử dụng cổng COM máy vi tính, sử dụng module bluetooth truyền tín hiệu qua di động, sử dụng module wifi để truyền tín hiệu qua wifi truyền tín hiệu qua internet sử dụng module internet, sử dụng module sim gửi kiệu qua tin nhắn GPRS Do thời gian hạn chế, kinh phí có hạn kiến thức điện tử hạn chế nhóm sử dụng phƣơng thức truyền tín hiệu sử dụng module sim để gửi thơng báo khẩn cấp đến chủ nhà( nhóm sử dụng module sim900A) sử dụng module bluetooth truyền tín hiệu qua điện thoại( nhóm sử dụng module bluetooth HC – 06 để nhận truyền tín hiệu.) Thiết kế mạch tổng thể thiết kế hệ thống thiết bị đơn vị 4.1 Thiết kế mạch tổng thể a) Sơ đồ khối mạch tổng thể MODULE BLUETOOTH ĐIỀU KHIỂN ARDUINO NGUỒN NUÔI (5V MODULE SIM900A HỆ THỐNG CẢNH BÁO VỀ AN NINH VÀ MÔI TRƢỜNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN HỆ THỐNG CÔNG SUẤT NHỎ CÔNG SUẤT LỚN CẢNH BÁO AN NINH ĐÈN QUẠT CÔNG SUẤT NHỎ ĐIỆN THÔNG DỤNG CHO GIA CẦM ĂN ĐÈN CÔNG SUẤT LỚN MÁY BƠM NƢỚC CỔNG HỒNG NGOẠI HỆ THỐNG CẢNH BÁO HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY CẢM HỆ BIẾN NHIỆT ĐỘ THỐNG CẢNH BÁO HỆ THỐNG CẢNH BÁO KHÍ GA CẢM HỆ BIẾN KHÍ GA THỐNG CẢNH BÁO b) Nguyên lí hoạt động tổng thể : * Chế độ nhà: (khi có ngƣời nhà bật chế độ hoạt động này) Trên điện thoại Android ngƣời sử dụng đƣợc cài sẵn phần mềm HD02 đọc tiếng Việt (vnSpeak) Thao tác ứng dụng gửi tín hiệu điều khiển tới module bluetooth, từ truyền tới Arduino đƣợc arduino xử lí theo lập trình - Đối với hệ thống điều khiển thiết bị điện: Arduino phân tích liệu nhận đƣợc chƣơng trình đƣợc nạp thay đổi trạng thái “HIGH” “LOW” chân digital Nếu chân digital có trạng thái “HIGH” xuất dòng điện chiều, trạng thái “LOW” khơng xuất dòng điện Các dòng điện dùng để kích “Hệ thống nhận tín hiệu từ mạch xử lí điều khiển thiết bị điện” nhằm bật/tắt thiết bị điện - Đối với hệ thống cảnh báo an ninh môi trƣờng: Các module cảm biến nhiệt độ, cảm biến khí ga, cảm biến quang, thu thập thông tin an ninh mơi trƣờng gửi tín hiệu Arduino, sau arduino xử lí xuất dòng điện để kích hoạt hệ thống cảnh báo tƣơng ứng * Chế độ ngồi nhà: (khi khơng có ngƣời nhà bật chế độ này) - Đối với hệ thống điều khiển thiết bị điện: chủ nhà gửi tin nhắn tới module sim900A Tùy theo tin nhắn nhận đƣợc mà module truyền tín hiệu tới arduino để xử lí theo lập trình nhằm bật/tắt thiết bị điện - Đối với hệ thống cảnh báo an ninh mơi trƣờng: Khi có cố xảy nhà (ví dụ: có trộm, rò khí ga, …) module cảm biến truyền tín hiệu đến arduino để xử lí theo lập trình Tùy theo tín hiệu nhận đƣợc, arduino phát tín hiệu đến module Sim900A nhằm gửi thơng báo khẩn cấp tới điện thoại chủ nhà 4.2 Giao tiếp Arduino module liệu a) Giao tiếp với module bluetooth HC – 06 Cách kết nối ARDUINO với module bluetooth Mạch ARDUINO sử dụng nguồn điện chiều khơng đổi 5V cấp qua cổng nguồn tròn, nhóm sử dụng nguồn từ adapter 5V Nguồn cho module bluetooth HC – nguồn 5V Do ARDUINO có cổng xuất điện 5V, để tránh nối dây dài nên nhóm sử dụng nguồn cho module bluetooth Các chân truyền tín hiệu TX RX module bluetooth đƣợc nối với chân truyền tín hiệu Arduino Trình tự nối chân nhƣ sau: Chân HC - 06 VCC GND TX RX Chân Arduino Mega 5V (nguồn ngoài) GND RX(0) TX(1) Sau đƣợc cấp nguồn mạch hoạt động theo nguyên lí : tín hiệu gửi từ thiết bị gửi thành byte, module bluetooth nhận tín hiệu truyền vào cổng Serial Arduino Arduino nhận tín hiệu xử lí theo thuật tốn đƣợc lập trình để xuất dòng điện 5V chân digilal ARDUINO b) Giao tiếp với module sim Sim900A Các chân Sim900A VCC GND TX RX Chân Arduino Mega 5V (nguồn ngoài) GND 50 51 Sau đƣợc cấp nguồn mạch hoạt động theo nguyên lí : Sau module cảm biến nhận thấy dấu hiệu bất thƣờng nhƣ nhiệt độ cao cháy, khí độc, nhận diện đƣợc trộm Arduino xử lí theo thuật tốn đƣợc lập trình sẵn gửi thông báo tin nhắn đến cho số điện thoại chủ nhân đƣợc lập trình sẵn Các thông báo cụ thể nhƣ sau: Các hành động Khi có cháy Khi cho gia cầm ăn lúc muộn Nội dung tin nhắn gửi BAO DONG KHAN: NHA DANG BI CHAY BAO DONG KHAN: BINH GA DANG BI RO RI HOAC CO KHI DOC BAO DONG KHAN: BINH GA DANG BI RO RI NANG VA CO THE GAY CHAY NO BAO DONG KHAN: NHA DANG CO TROM DA CHO GIA CAM AN Khi bơm nƣớc lúc muộn DA BOM NUOC Khi có ga bị rò rỉ, khí độc nồng độ thấp Khi khí ga bị rò rỉ, khí độc nồng độ cao Khi có trộm c) Kết nối với module thời gian thực DS1302 Module thời gian thực sử dụng để tính thời gian hoạt động hệ thống, Arduino dựa vào mà thời gian tự động bật tắt thiết bị điện Các chân kết nối nhƣ sau: Các chân DS1302 RST I/O SCLK 5V GND Các chân Arduino Mega D33 PWM2 D34 5V (Nguồn ngoài) GND 4.3 Hệ thống điều khiển thiết bị điện a) Đối với thiết bị điện có cơng suất nhỏ * Sơ đồ mạch điện cho thiết bị điện sau: 10 Nguyên lí hoạt động mạch điện: Khi cung cấp nguồn TRIẾT ÁP A1 GND QUANG TRỞ A0 cho hệ thống cảm biến quang, 5V chân A1 A2 đọc tín hiệu analog quang trở triết áp xử lí so sánh theo mã nạp, đến thời điểm khoảng giở tối Arduino bắt đầu so sánh giá trị quang trở biến trở, giá trị quang trở nhỏ biến trở tự động bật đèn Chức linh kiện: - Quang trở: dùng để nhận biết độ sáng - Triết áp: thay đổi giá trị trở để Arduino xử lí Từ thay đổi độ sáng cho việc bật tắt tự động.Việc bật tắt tự động giúp cho ngƣời dùng thuận tiện việc sinh hoạt quên chƣa bật hay lí bận việc dọn dẹp vào buổi chiều Ta thay đổi độ tối-sáng phù hợp để bật-tắt cách thay đổi giá trị trở triết áp cách xoay triết áp Viết chương trình nạp cho Arduino Các hệ thống chạy đƣợc nhờ vào việc xử lí Arduino qua chƣơng trình nạp cho Để nạp chƣơng trình cho Arduino, trƣớc tiên ta phải tải phần mềm máy tính cài đặt vào máy tính Có thể tải phần mềm cho Arduino cách sau: Truy cập địa http://arduino.cc/en/Main/Software/ Giao diện Arduino IDE nhƣ ssau: 18 - Vùng lệnh: Bao gồm nút lệnh menu (File, Edit, Sketch, Tools, Help) - Vùng viết chương trình: Các chƣơng trình nạp cho Arduino đƣợc viết - Vùng thông báo (debug): Những thông báo từ IDE đƣợc hiển thị Kết lập trình code nhóm cho dự án, xem đầy đủ phần phụ lục Lập trình ứng dụng điều khiển cho thiết bị Android Phần mềm đƣợc lập lập trình trang web MIT App Inventor http://ai2.appinventor.mit.edu App Inventor cho phép lập trình ứng dụng Android câu lệnh có sẵn, giao diện thân thiện, giúp cho lập trình viên học lập trình tạo phần mềm cách thuận lợi thời gian ngắn không yêu cầu ngƣời dùng phải hiểu biết rõ tin học nhƣ lập trình Kết nhóm dự án thực có giao diện sau: Ứng dụng đƣợc điều khiển nút ấn hình thiết bị android giọng nói, có chức phản hồi giọng nói Khi ấn phím để điều khiển qua bluetooth, phím đƣợc ấn gửi tín hiệu dạng văn thông qua module bluetooth đến arduino Arduino xử lí tín hiệu nhận đƣợc theo lập trình thành tín hiệu điều khiển đóng/mở thiết bị điện Cách sử dụng ứng dụng nhóm nghiên cứu lập: xem thêm phần phụ lục THẢO LUẬN Sau thời gian dài tìm kiếm bo mạch tích hợp, loại sóng mà điện thoại phát ra, loại cơng tắc đặc biệt cuối nhóm tìm giải pháp kết hợp bo mạch arduino, thu tín hiệu bluetooth HC-06, module gửi tin nhắn sim900a kết hợp linh kiện điện tử học sách giáo khoa Giải pháp mà nhóm tìm sử dụng sóng bluetooh thiết bị di động để phát tín hiệu truyền tới thiết bị nhận sau điều khiển rơ-le triac nhằm bật tắt thiết bị 19 điện Bằng điện thoại Android có bluetooth ta dễ dàng điều khiển thiết bị điện vị trí cố định sóng không dây mà di chuyển tới tận chỗ cơng tắc để bật tắt Đồng thời nhóm lắp thêm thiết bị có chức sát với nhu cầu thực tế nhƣ chống trộm, báo khí ga rò rỉ, báo cháy,… Khi có tƣợng xảy hệ thống tự động cảnh báo gửi tin nhắn đến chủ nhà để nắm bắt tình hình Hệ thống hỗ trợ chức cho ngƣời mù, ngƣời thị lực hay hạn chế khả ngơn ngữ cách điều khiển giọng nói icon trực quan Với hệ thống điều khiển thiết bị điện trên, điều khiển dễ dàng thiết bị điện điện thoại hay máy tính cá nhân với mức giá thành cho không cao: giá thành không 1.000.000đ, mức giá hợp lí so với thiết bị thơng minh bán lẻ Các thiết bị điện lắp vào hệ thống chạy đƣợc nguồn điện xoay chiều thơng dụng với dòng chiều Hệ thống điều khiển đƣợc thiết bị điện có cơng suất lớn Việc điều khiển module bluetooth điều khiển phạm vi bán kính 10 m Còn điều khiển tin nhắn điện thoại có phạm vi theo nhà mạng *Về mặt hạn chế hệ thống: Khi tìm hiểu sâu vào hệ thống, nhóm rút đƣợc hạn chế sau: Chƣa thể điều khiển hệ thống xa Việc điều khiển thiết bị bluetooth bị hạn chế khoảng cách *Các bước phát triển cho hệ thống Do việc lắp hệ thống thời gian thi gấp rút nên nhiều chức hệ thống chƣa thể đƣợc lắp thêm nâng cấp, sau ý tƣởng thêm cho hệ thống - Hiển thị thông số lên hình nhỏ nhƣ: giờ, nhiệt độ, độ ẩm - Năng cấp điều khiển từ xa qua tin nhắn GPRS - Có thể cài đặt thời gian để bật tắt thiết bị hẹn phần mềm - Các hệ thống đƣợc nâng cấp bổ sung thêm thời gian tới IV KẾT LUẬN KHOA HỌC Với mơ hình “Smarthome cho gia đình nơng thơn Việt Nam” điều khiển từ xa nhiều thiết bị điện, tiện lợi cho ngƣời Hệ thống tự bật-tắt thiết bị cần thiết giúp cho sinh hoạt đƣợc tiện lợi tích kiệm nguồn điện Đồng thời với hệ thống cảnh báo an ninh môi trƣờng giúp cho nhà đƣợc an tồn hơn, phòng tránh đƣợc cố xảy ngồi ý muốn nhƣ: rò rỉ khí ga, hỏa họa, … 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ giáo dục đào tạo, 2015 Tài liệu tập huấn - Tổ chức hoạt động trải nghiệm sáng tạo khoa học kĩ thuật thi khoa học kĩ thuật dành cho học sinh trung học (Lưu hành nội bộ) Bộ giáo dục đào tạo, 2014 SGK Vật lí 11/ Dòng điện khơng đổi Bộ giáo dục đào tạo, 2015 SGK Vật lí 12/ Dao động sóng điện từ Bộ giáo dục đào tạo, 2015 SGK Công nghệ 12/ Kĩ thuật điện tử Linh kiện điện tử/ vi.wikipedia.org Các trang diễn đàn arduino.vn, arduino.cc, arduinovn.info Các kênh youtube Thạc sĩ Huỳnh Minh Phú, tự học ( arduino ) nhiều video cá nhân, tổ chức nƣớc nƣớc 21 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Chương trình nạp cho Arduino char BIEN_NHAP, x, y, h, k; char* sdt = "+841686573602"; float hdt, nhietdo; // khai báo biến // khai báo số điện thoại chủ nhà // khai báo biến #include"SIM900.h" // gọi tên thƣ viện sim900A, thƣ viện đƣợc sƣu tầm mạng https://github.com/MarcoMartines/GSM-GPRS-GPS-Shield #include // gọi tên thƣ viện giao tiếp thƣ viện khác #include "sms.h" #include "call.h" SMSGSM sms; CallGSM call; int anhsang, bientro, khiga, baochay, chongtrom; //khai báo biến nhận giá trị analog unsigned long thoigian1 = 0; unsigned long thoigian2 = 0; / khai báo biến thòi gian / khai báo biến thòi gian #include // gọi thƣ viện cho module thòi gian thực DS1302 rtc(33, 2, 34); // nối tói vị trí liên tiếp RST, I/O, SCLK Time g; // biến g biến cho giá trị thời gian thực void setup() { pinMode(35, INPUT); // nối cảm quang dùng báo trộm pinMode(22, OUTPUT); // nối đèn pinMode(23, OUTPUT); // nối đèn pinMode(24, OUTPUT); // nối đèn công suất cao pinMode(25, OUTPUT); // cho gia cầm ăn pinMode(26, OUTPUT); // máy bơm pinMode(27, OUTPUT); // điện để kích chng pinMode(28, OUTPUT); // quạt pinMode(29, OUTPUT); // đóng-mở chống trộm pinMode(30, OUTPUT); // mạch chuông pinMode(31, OUTPUT); // nối công tắc điều khiển contactor Serial.begin(9600); // khởi tạo cổng kết nối module bluetooth với tốc độ 9600 rtc.halt(false); 22 rtc.writeProtect(false); if (gsm.begin(2400))Serial.println("Ok"); x = 1; // mặc định bật hệ thống chế độ nhà( xem xuống tiếp để hiểu) } void loop() { anhsang = analogRead(A0); bientro = analogRead(A1); khiga = analogRead(A2); baochay = analogRead(A3); chongtrom = digitalRead(35); hdt = baochay * 5.0 / 1024.0; nhietdo = hdt * 100.0; / gán trị quang trở chân A0 / gán trị biến trở chân A1 / gán trị cảm biến ga chân A2 / gán trị báo cháy chân A3 / gán giá trị tín hiệu chống trộm vào chân 35 / tính giá trị nhiệt độ if ( digitalRead(30) == HIGH) { digitalWrite( 30, LOW); // bật mạch báo chng để ln sẵn sàng báo động có cố ( nối chân mạch vào chân ngƣợc lelay) } if (Serial.available() > 0) { BIEN_NHAP = Serial.read(); } else { BIEN_NHAP = 0; } Serial.println(BIEN_NHAP); switch (BIEN_NHAP) { case 'x': x = 1; // trƣờng hợp có ngƣời nhà break; case 'y': x = 2; // trƣờng hợp khơng có ngƣời nhà break; default: break; } if ( x == 1) // giá trị 1: nhà thực trình { switch (BIEN_NHAP) { case '1': // nhận đƣợc giá trị từ module bluetooth 23 digitalWrite(22, HIGH); // gí trị 1: bật đèn break; case '2': digitalWrite(22, LOW); // 2: tắt đèn break; case '3': digitalWrite(23, HIGH); // 3: bật đèn break; case '4': digitalWrite(23, LOW); // 4: tắt đèn break; case '5': digitalWrite(24, HIGH); // 5:ổ cắm bật break; case '6': digitalWrite(24, LOW); // 6:ổ cắm tắt break; case '7': digitalWrite(25, HIGH); // 7: cho gà ăn thoigian1 = millis(); // bắt đầu tính thời gian cho gà ăn break; case '8': digitalWrite(25, LOW); // 8: tắt cho gà ăn break; case '9': digitalWrite(26, HIGH); // 9: bơm nƣớc bật thoigian2 = millis(); // bắt đầu tính thời gian bơm nƣớc break; case 'e': digitalWrite(26, LOW); // e: bơm nƣớc tắt break; case 'a': digitalWrite(28, HIGH); // a: bật quạt break; case 'b': digitalWrite(28, LOW); // b: tắt quạt break; case 'd': // d: đặt lại trạng thái ko kêu cho chuông digitalWrite(30, HIGH); delay(1000); digitalWrite(30, LOW); break; default: break; 24 } if ( khiga > 300) { digitalWrite(27, HIGH); delay(1000); digitalWrite(27, LOW); } else { digitalWrite(27, LOW); } // xuất dòng kích chng // đợi giây // dừng dòng điện kích // khơng chng tắt if ( nhietdo > 80) { // nhiệt độ lớn 80 độ digitalWrite(27, HIGH); // xuất dòng kích chng delay(1000); // đợi giây digitalWrite(31, HIGH); // bật relay để chạy công tắc làm ngắt điện tổng } if ( anhsang < bientro && g.hour == 18 && g.min == && g.sec < 3) { // đến gần tối( khoảng 18 phút) digitalWrite(22, HIGH); // bật đèn delay(10); // đợi 10 mili giây để tránh tải đồng thời bật relay digitalWrite(23, HIGH); // bật đèn } if (g.hour == 23 && g.min == 1) { // muộn( lúc 23 giờ) if ( digitalRead(29) == LOW) { digitalWrite(29, HIGH); // bật chống trộm } if (digitalRead(23) == HIGH) { // tắt đèn số digitalWrite(23, LOW); } if (digitalRead(28) == HIGH) { // tắt quạt digitalWrite(28, LOW); } } if (g.hour == && g.min == && g.sec < 3) { // đến sáng sớm(lúc phút sáng) digitalWrite(29, LOW); // tắt chống trộm } if ( (unsigned long) (millis() - thoigian1) > 900000 ) // thời gian cho gà ăn 900 giây = 15 phút { digitalWrite(25, LOW); // tự tắt cho gà ăn 25 } if ( (unsigned long) (millis() - thoigian2) > 2700000 ) // thời gian bơm nƣớc 2700 giây = 45 phút { digitalWrite(26, LOW); // tự tắt máy bơm } } if (x == 2) { switch (BIEN_NHAP) { case 'f': cho ăn tự động h = 1; break; case 'j': bơm nƣớc tự động k = 1; break; default: break; } digitalWrite(29, HIGH); / giá trị 2: chế độ nhà / khỏi nhà sợ muộn, bật chức / bấm nút điện thoại trƣớc khỏi nhà / h nhận giá trị / khỏi nhà sợ muộn, bật chức / bấm nút điện thoại trƣớc khỏi nhà / k nhận giá trị / mở chống trộm if (chongtrom == HIGH) { // có trộm digitalWrite(27, HIGH); // xuất dòng kích chng delay(1000); // đợi giây digitalWrite(27, LOW); // dừng dòng điện kích sms.SendSMS(sdt, " BAO DONG KHAN: NHA DANG CO TROM "); // gửi tin nhắn cho chủ nhà delay(1000); // dừng giây call.Call(sdt); // gọi điện thoại cho chủ nhà delay(30000); // 30 giây call.HangUp(); // cúp máy } if (khiga > 300 && khiga < 500 ) { // bị dò ga mức bình thƣờng sms.SendSMS(sdt, " BAO DONG KHAN: BINH GA DANG BI DO RI HOAC CO KHI DOC "); // nhắn tin vè cho chủ nhà delay(1000); // đợi giây } if ( khiga > 500) { // khí ga bị dò mức nguy hiểm 26 sms.SendSMS(sdt, " BAO DONG KHAN: BINH GA DANG BI DO RI NANG VA CO THE GAY CHAY NO "); // nhắn tin cho chủ nhà delay(1000); // dừng giây call.Call(sdt); // gọi điện cho chủ nhà delay(30000); // 30 giây call.HangUp(); // cúp máy } if ( nhietdo > 80) { // nhiệt độ cao có dấu hiệu cháy digitalWrite( 27, HIGH); // xuất dòng kích chng delay(1000); // đợi giây digitalWrite(27, LOW); // dừng dòng điện kích sms.SendSMS(sdt, " BAO DONG KHAN: NHA DANG BI CHAY "); // gửi tin nhắn cảnh báo đến chủ nhà delay(1000); // đợi giây call.Call(sdt); // gọi điện đến chủ nhà delay(10000); // 10 giây digitalWrite(31, HIGH); // chạy motor để đóng contactor nên dòng điện nhà bị ngắt (trừ điện chuông đƣợc lắp trƣớc contactor) delay(1000); } if ( h == && g.hour == 18 && g.min == && g.sec < 3) { // bật cho gà ăn đến giờ( 18h) ăn digitalWrite( 25, HIGH); // bật cho gà ăn thoigian1 = millis(); // bắt đầu tính thời gian cho gà ăn } if ( (unsigned long) (millis() - thoigian1) > 600000 ) { // thời gian cho gà ăn 600 giây = 10 phút digitalWrite(25, LOW); // tắt cho gầ ăn sms.SendSMS(sdt, " DA CHO GIA CAM AN "); // gửi tin nhắn thông báo cho chủ h = 2; // đặt lại giá trị cho h } if ( k == && g.hour == 17 && g.min == && g.sec < 3) { // bật bơm nƣớc đến giờ(17h) thì digitalWrite( 26, HIGH); // bật bơm nƣớc 27 thoigian2 = millis(); // bắt đầu tính thời gian bơm nƣớc } if ( (unsigned long) (millis() - thoigian2) > 1800000 ) { // thời gian cho gà ăn 1800 giây = 30 phút digitalWrite(26, LOW); // tắt máy bơm sms.SendSMS(sdt, " DA BOM NUOC "); // gửi tin nhắn thông báo cho chủ k = 2; // đặt lại giá trị cho d } } } Lưu ý: mã lập trình thi bị thay đổi chút việc nâng cấp bổ sung chức Phụ lục 2: Sử dụng ứng dụng điều khiển thiết bị điện thiết bị android Cách sử dụng ứng dụng để điều khiển thiết bị điện nhà thông qua bluetooth thiết bị android: - Đầu tiên cần cấp nguồn cho “Mơ hình SmartHome cho nơng thơn Việt Nam” sau vào điện thoại, cài đặt bluetooth, chọn bật bluetooth Chọn ghép đôi với thiết bị bluetooth HC-06 sau nhập mật ghép đơi mặc định 1234 , xong để nâng cao tính an tồn thay đổi mật ghép đơi có độ mạnh cao để có chủ sở hữu, thành viên gia đình ngƣời biết mật ghép đơi bluetooth ghép đơi điều khiển thiết bị điện nhà Bƣớc cần thực lần, thiết bị android đƣợc kết nối với “Mơ hình SmartHome cho nơng thơn Việt Nam” Và lần sử dụng cần làm bƣớc sau đây: + Mở phần mềm HD 02 sau phần mềm khởi động xong, bluetooth tắt ấn nút “bật bluetooth” để bật lên Khi bật bluetooth chọn “kết nối” chọn HC-06 ấn “kết nối nhanh” ứng dụng tự động kết nối đến HC06 đặt trƣớc Sau kết nối chọn chế độ điều khiển “trong nhà” “ngồi nhà” Sở dĩ có nút chọn chế độ “Trong nhà” hay “Ngoài nhà” để hệ thống nhận biết có hình thức báo động phù hợp đến ngƣời sử dụng có cố xảy Các nút bật tắt lại để điều khiển thiết bị điện Sau ngƣời dùng tự điều khiển thiết bị điện nhà: 28 Ấn nút xóa ghi để để xóa lịch sử vừa điều khiển, ấn nút thông tin để xem thông tin ứng dụng, ấn nút hƣớng dẫn sử dụng để xem hƣớng dẫn sử dụng ứng dụng: Trong giao diện thông tin hƣớng dẫn sử dụng cho biểu tƣợng hình loa để nghe đọc giọng nói, chọn biểu tƣợng hình mũi tên để quay lại Ấn nút để đóng ứng dụng Để cài đặt chọn biểu tƣợng hình bánh sau chọn boặc bỏ chọn chức phản hồi giọng nói chức cho ngƣời mù, ấn lƣu để lƣu thiết lập vào sở liệu khơng bị Chức phản hồi giọng nói giúp thơng báo cho ngƣời dùng giọng nói tiếng Việt Nam hoạt động ứng dụng thuận tiện cho ngƣời sử dụng (cần cài đặt đọc vnSpeak) Chức cho ngƣời mù giúp cần chạm vào vị trí hình sau “ra lệnh” cách nói thiết bị đƣợc điều khiển để tắt chức cho ngƣời mù nói “tơi khơng bị mù” Ngồi ngƣời sử dụng điều khiển thiết bị điện giọng nói kết hợp với nút bấm, để điều khiển cần chạm vào biểu tƣợng micro (màu đỏ) sau đọc lệnh để điều khiển, lệnh nhƣ sau: Để điều khiển Bật bluetooth Kết nối đến HC-06 Mở cài đặt Lưu cài đặt Khẩu lệnh bật bluetooth kết nối cài đặt lưu 29 Bật phản hồi giọng nói Tắt phản hồi giọng nói Bật chức cho người mù Tắt chức cho người mù Xóa ghi Xem thơng tin Xem hướng dẫn sử dụng Đóng ứng dụng Chọn chế độ nhà Chọn chế độ ngồi nhà Bật đèn Tắt đèn Bật đèn phụ Tắt đèn phụ Bật đèn công suất lớn Tắt đèn công suất lớn Bật cho gia cầm ăn Tắt cho gia cầm ăn Bật máy bơm Tắt máy bơm Bật quạt Tắt quạt Tắt chuông báo Bật tự động cho gia cầm ăn Bật tự động cho bơm nước bật giọng nói tắt giọng nói tơi bị mù tơi khơng bị mù xóa thơng tin hướng dẫn nhà ngồi nhà bật đèn tắt đèn bật đèn phụ tắt đèn phụ bật đèn lớn Tắt đèn lớn chăn nuôi không cho ăn bật máy bơm tắt máy bơm bật quạt tắt quạt tắt chuông báo tự động cho ăn tự động bơm nước Khi ấn phím để điều khiển qua bluetooth, phím đƣợc ấn gửi văn qua bluetooth đến module bluetooth đƣợc truyền đến arduino, arduino biến đổi tín hiệu nhận đƣợc thành tín hiệu điều khiển đóng mở rơ le qua thiết bị đƣợc điều khiển Khi ấn nút Trong nhà Ngoài nhà Bật đèn Tắt đèn Bật đèn phụ Tắt đèn phụ Bật thiết bị công suất lớn Tắt thiết bị công suất lớn Bật cho gia cầm ăn Tắt cho gia cầm ăn Bật máy bơm Tắt máy bơm Bật quạt Tắt quạt Tắt chuông báo Bật tự động chăn gia cầm Bật tự động bơm nước … Gửi văn qua bluetooth “X” “Y” “1” “2” “3” “4” “5” “6” “7” “8” “9” “e” “a” “b” “d” “f” “j” … 30 Phần mềm có chức điều khiển giọng nói điều khiển đƣợc hầu hết chức nhƣ: yêu cầu bật bluetooth, kết nối bluetooth, chọn chế độ “Trong nhà” hay “Ngoài nhà” bật tắt thiết bị điện, xem nghe thông tin phần mềm, xem nghe hƣớng dẫn sử dụng Ngoài ứng dụng có chức phản hồi giọng nói với ngơn ngữ tiếng Việt Nam thuận lợi cho ngƣời có thị lực thoải mái sử dụng, chức đƣợc lƣu trữ gắn với sở liệu nhỏ, bật tắt mục cài đặt 31 ... tiễn dự án Dự án SmartHome cho gia đình nơng thơn khu vực trung du đồng phía bắc Việt Nam” thực thành cơng giúp cho nhà nông thôn trở nên thông minh với đặc trƣng vùng nông thôn Việt Nam Khi... // thời gian cho gà ăn 600 giây = 10 phút digitalWrite(25, LOW); // tắt cho gầ ăn sms.SendSMS(sdt, " DA CHO GIA CAM AN "); // gửi tin nhắn thông báo cho chủ h = 2; // đặt lại giá trị cho h }... sinh, nhà cho gia súc, gia cầm, … Vì vậy, việc bật/tắt thiết bị điện nhà thƣờng bất tiện b) Đặc điểm mạng điện nhà vùng nông thôn Việt Nam Một số hình ảnh hệ thống điện nhà vùng nông thôn: Qua