Đồ án tốt nghiệp hệ thống điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ GVHD: Ths Nguyễn Việt Hùng SVTH : Phạm Văn Huy Tp Hồ Chí Minh - 01/2018 MSSV: 12141099 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ GVHD: Ths.Nguyễn Việt Hùng SVTH : Phạm Văn Huy Tp Hồ Chí Minh - 01/2018 MSSV: 12141099 TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp HCM, ngày 13 tháng 01 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Phạm Văn Huy Kỹ thuật Điện - Điện tử Đại học quy 2012 I TÊN ĐỀ TÀI: TRONG NHÀ II NHIỆM VỤ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ Mssv: 12141099 Mã ngành:141 Mã hệ: Lớp: 1214DT2B Các số liệu ban đầu: (ghi thơng số, tập tài liệu tín hiệu, hình ảnh,…) Nội dung thực hiện:  Tìm hiều lựa chọn nguồn, module kết nối Bluetooth, module Wifi vi điều khiển  Viết ứng dụng Android để SmartPhone nhận tín hiệu từ giọng nói người, xử lý đưa tín hiệu đến vi điều khiển  Thiết kế thi công module khối điều khiển: Module Arduino Uno R3, Module Wifi ESP 8266 Node MCU Module Bluetooth HC-06  Kết nối module lại với  Chạy thử, kiểm tra cân chỉnh mơ hình  Viết sách luận văn tốt nghiệp  Báo cáo đồ án tốt nghiệp III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/09/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 13/01/2018 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Việt Hùng BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH Tp HCM, ngày 13 tháng 01 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Văn Huy Lớp: 121412DT2B MSSV: 12141099 Tên đề tài: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ Tuần/ngày Xác nhận GVHD Nội dung Nhận giáo viên hướng đẫn chọn đề tài Tuần 16/10-22/10/2017 Nộp đề cương phiếu lịch trình thực Tuần 23/10-29/10/2017 Tìm tài liệu liên quan nghiên cứu Tuần 30/10-5/11/2017 Tìm hiểu Arduino Module liên quan Tuần 6/11-12/11/2017 Tìm hiểu cách truyền nhận liệu Tuần Module Arduino 13/11-19/11/2017 Tìm hiểu App Inventor Tuần 20/11-26/11/2017 Tìm hiểu Firebase Tuần 27/11-3/12/2017 Lên sơ đồ khối viết chương trình cho Tuần Arduino, Module 4/12-10/12/2017 Lên sơ đồ khối viết chương cho App Tuần Inventor 11/12-17/12/2017 Thi cơng mạch chạy thử chương trình Tuần 10 18/12-24/12/2017 Hoàn thiện App kết nối điều khiển với Tuần 11 mạch, kiểm tra lỗi khắc phục cố 25/12-31/12/2017 Thi công kết nối mạch với mơ hình Tuần 12 1/1-7/1/2018 Hồn chỉnh mạch viết luận văn Tuần 13 8/1-13/1/2018 GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Các kết cơng bố Đồ án tốt nghiệp “HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ” trung thực không chép từ cơng trình khác Những người thực đề tài Phạm Văn Huy BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Việt Hùng - Giảng viên môn Điện Tử Cơng Nghiệp nhiệt tình giúp đỡ hướng dẫn bọn em việc thực đề tài Em xin gởi lời chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện - Điện Tử tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đề tài Em gửi lời đồng cảm ơn đến bạn bè, bạn có đam mê chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Những người thực đề tài Phạm Văn Huy BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iv MỤC LỤC MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án i Lịch trình ii Cam đoan iii Lời cảm ơn iv Mục lục v Liệt kê hình vii Liệt kê bảng .x Tóm tắt xi CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn 1.5 Bố cục CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu Firebase 2.1.1 Khái niệm Firebase 2.1.2 đặc điểm tính 2.2 Công nghệ bluetooth 2.2.1 Khái niệm bluetooth 2.2.2 Các đặc điểm bluetooth 10 2.2.3 Ưu nhược điểm bluetooth 10 2.3 Giới thiệu hệ điều hành Android 10 2.3.1 Android 10 2.3.2 Lịch sử phát triển Android 11 2.3.3 Các phiên Android 11 2.3.4 Ưu nhược điểm Android 13 2.3.5 Kiến trúc hệ điều hành Android 14 2.4 Một số Module sử dụng mơ hình 18 2.4.1 Vi điều khiển 18 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH v MỤC LỤC 2.4.2 Module bluetooth 24 2.4.3 Module Wifi ESP8266 Node MCU 26 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 28 3.1 Giới thiệu 29 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 30 3.3 Tính tốn thiết kế 31 3.3.1 Thiết kế App điện thoại 31 3.3.2 Thiết kế mơ hình robot 33 3.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 39 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 41 4.1 Giới thiệu 42 4.2 Thi công hệ thống 42 4.2.1 Thi công App điện thoại 42 4.2.2 Thi cơng mơ hình mạch 73 4.2.3 Thi công mơ hình thiết bị 77 4.2.2 Lắp ráp mạch vào mơ hình 78 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 95 5.1 Kết 96 5.2 Nhận xét 97 5.3 Đánh giá 97 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 98 6.1 Kết luận 99 6.2 Hướng phát triển 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….100 PHỤ LỤC 101 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 111 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Firebase Hình 2.2 Giao thức bảo mật SSL Hình 2.3 Biểu tượng bluetooth Hình 2.4 Ứng dụng Bluetooth điều khiển các thiết bị ngoại vi Hình 2.5 Kiến trúc ngăn xếp của hệ thống Android 15 Hình 2.6 Hệ thớng vi điều khiển 18 Hình 2.7 Sơ đồ chức chân Arduino Uno R3 19 Hình 2.8 Giao tiếp hệ thớng dùng chuẩn UART 21 Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động chuẩn UART 21 Hình 2.10 Các chân giao tiếp SPI Uno R3 22 Hình 2.11 Kết nới thiết bị dùng SPI 23 Hình 2.12 Kết nới nhiều thiết bị dùng SPI 23 Hình 2.13 Module Bluetooth HC-06 24 Hình 2.14 Sơ đồ chân chức của ESP8266 26 Hình 3.1 Sơ đồ khới hệ thống 30 Hình 3.2 Giao diện đăng nhập chọn hình thức điều khiển 31 Hình 3.3 Giao diện bluetooth wifi 32 Hình 3.4 Màn hình chờ của điện thoại nhận giọng nói 32 Hình 3.5 Bớ trí thiết bị 33 Hình 3.6 Động DC 34 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý điều khiển động 34 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý khối bluetooth 35 Hình 3.9 Module Bluetooth HC-06 thực tế 35 Hình 3.10 Sự tiện dụng của Node MCU 36 Hình 3.11 Sơ đồ chân của Node MCU 36 Hình 3.12 Giao tiếp Node MCU Uno R3 37 Hình 3.13 Sơ đồ nới dây vi điều khiển Broad Arduino Uno R3 37 Hình 3.14 Sơ đồ nới dây mạch nạp Arduino Uno R3 38 Hình 3.15 Sơ đồ ngun lý mơ hình 39 Hình 4.1 Công cụ App Inventor 42 Hình 4.2 Giao diện của trang web đăng ký tài khoản google 43 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình 4.3 Giao diện trang web MIT App Inventor 44 Hình 4.4 Giao diện cơng cụ App Inventor 44 Hình 4.5 Mục Projects 45 Hình 4.6 Mục Connect 46 Hình 4.7 Mục Build 46 Hình 4.8 Giao diện hộp thoại 47 Hình 4.9 Giao diện gồm các cơng cụ thiết kế app 47 Hình 4.10 Mục User Interface 48 Hình 4.11 Mục Layout 48 Hình 1.12 Mục Media 49 Hình 4.13 Mục Sensors 49 Hình 4.14 Mục Social 50 Hình 4.15 Mục Storage 50 Hình 4.16 Mục Connectivity 51 Hình 4.17 Mục Viewer 51 Hình 4.18 Mục Components 52 Hình 4.19 Mục Properties 52 Hình 4.20 Màn hình đăng nhập kết nối 53 Hình 4.21 VerticalArrangement1 54 Hình 4.22 HorizontalArrangement1 54 Hình 4.23 Giao diện hình bluetooth của app 55 Hình 4.24 HorizontalArrangement5 55 Hình 4.25 HorizontalArrangement6 55 Hình 4.26 TableArrangement4 56 Hình 4.27 HorizontalArrangement10 56 Hình 4.28 HorizontalArrangement7 57 Hình 4.29 HorizontalScrollArrangement1 57 Hình 4.30 Màn hình điều khiển wifi 58 Hình 4.31 Lable_text 58 Hình 4.32 HorizontalArrangement30 58 Hình 4.33 Các thành phần ẩn 59 Hình 4.34 Lưu đồ chương trình app điện thoại Android 61 Hình 4.35 Lưu đồ cập nhật liệu 61 Hình 4.36 SpeechRecognizer1 64 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH viii PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách trang web tham khảo [1] Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình vi xử lý”, NXB ĐH Quốc Gia Tp.HCM, 2007 [2] Nguyễn Đình Phú, Giáo trình: Vi điều khiển PIC, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Tp.HCM, 2015 [3] Trịnh Ngọc Danh- Đặng Viết Tâm, Đồ án tốt nghiệp “ĐIỀU KHIỂN ROBOT BẰNG GIỌNG NÓI”, trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM [4] “Dự án điều khiển xe qua bluetooth”, arduino.vn, 2016 Link dự án: http://arduino.vn/bai-viet/639-du-xe-dieu-khien-tu-xa-qua-bluetooth BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 100 PHỤ LỤC PHỤ LỤC - Code Arduino #include #include "DHT.h" #define RELAY1 #define RELAY2 #define RELAY3 #define RELAY4 #define PWM const int DHTPIN = 7; const int DHTTYPE = DHT22; DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); byte relay=16, speedd=24,nhietdo =0,doam=0; void setRelay(int bienchung){ if (bienchung==1){ digitalWrite(RELAY1,LOW); digitalWrite(RELAY2,LOW); digitalWrite(RELAY3,LOW); digitalWrite(RELAY4,LOW); }else if (bienchung==2){ digitalWrite(RELAY1,HIGH); digitalWrite(RELAY2,LOW); digitalWrite(RELAY3,LOW); digitalWrite(RELAY4,LOW); }else if (bienchung==3){ digitalWrite(RELAY1,LOW); digitalWrite(RELAY2,HIGH); digitalWrite(RELAY3,LOW); digitalWrite(RELAY4,LOW); }else if (bienchung==4){ digitalWrite(RELAY1,HIGH); digitalWrite(RELAY2,HIGH); digitalWrite(RELAY3,LOW); digitalWrite(RELAY4,LOW); }else if (bienchung==5){ digitalWrite(RELAY1,LOW); digitalWrite(RELAY2,LOW); digitalWrite(RELAY3,HIGH); digitalWrite(RELAY4,LOW); }else if (bienchung==6){ digitalWrite(RELAY1,HIGH); digitalWrite(RELAY2,LOW); digitalWrite(RELAY3,HIGH); digitalWrite(RELAY4,LOW); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 101 PHỤ LỤC }else if (bienchung==7){ digitalWrite(RELAY1,LOW); digitalWrite(RELAY2,HIGH); digitalWrite(RELAY3,HIGH); digitalWrite(RELAY4,LOW); }else if (bienchung==8){ digitalWrite(RELAY1,HIGH); digitalWrite(RELAY2,HIGH); digitalWrite(RELAY3,HIGH); digitalWrite(RELAY4,LOW); }else if (bienchung==9){ digitalWrite(RELAY1,LOW); digitalWrite(RELAY2,LOW); digitalWrite(RELAY3,LOW); digitalWrite(RELAY4,HIGH); }else if (bienchung==10){ digitalWrite(RELAY1,HIGH); digitalWrite(RELAY2,LOW); digitalWrite(RELAY3,LOW); digitalWrite(RELAY4,HIGH); }else if (bienchung==11){ digitalWrite(RELAY1,LOW); digitalWrite(RELAY2,HIGH); digitalWrite(RELAY3,LOW); digitalWrite(RELAY4,HIGH); }else if (bienchung==12){ digitalWrite(RELAY1,HIGH); digitalWrite(RELAY2,HIGH); digitalWrite(RELAY3,LOW); digitalWrite(RELAY4,HIGH); }else if (bienchung==13){ digitalWrite(RELAY1,LOW); digitalWrite(RELAY2,LOW); digitalWrite(RELAY3,HIGH); digitalWrite(RELAY4,HIGH); }else if (bienchung==14){ digitalWrite(RELAY1,HIGH); digitalWrite(RELAY2,LOW); digitalWrite(RELAY3,HIGH); digitalWrite(RELAY4,HIGH); }else if (bienchung==15){ digitalWrite(RELAY1,LOW); digitalWrite(RELAY2,HIGH); digitalWrite(RELAY3,HIGH); digitalWrite(RELAY4,HIGH); }else if (bienchung==16){ digitalWrite(RELAY1,HIGH); digitalWrite(RELAY2,HIGH); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 102 PHỤ LỤC digitalWrite(RELAY3,HIGH); digitalWrite(RELAY4,HIGH); } } void setSpeedd(int a){ if (a==21){ analogWrite(PWM,100); }else if (a==22){ analogWrite(PWM,175); }else if (a==23){ analogWrite(PWM,250); }else if (a==24){ digitalWrite(PWM,LOW); } } void setup(void) { pinMode(RELAY1,OUTPUT); pinMode(RELAY2,OUTPUT); pinMode(RELAY3,OUTPUT); pinMode(RELAY4,OUTPUT); pinMode(PWM,OUTPUT); Serial.begin(9600); SPCR |= bit(SPE); pinMode(MISO, OUTPUT); SPI.attachInterrupt(); digitalWrite(RELAY4,LOW); setRelay(relay); setSpeedd(speedd); dht.begin(); } ISR(SPI_STC_vect) { int c = SPDR; if (c>0&&c20&&c 0){ byte c = Serial.read(); if (c