Đang tải... (xem toàn văn)
bài này chỉ có chuẩn không phải nghĩ. đúng đề giáo viên cho nhé BMS (Building Management System) là một hệ thống đồng bộ cho phép điều khiển và quản lý mọi hệ thống kỹ thuật trong toà nhà như hệ thống điện, hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, điều hoà thông gió, cảnh báo môi trường, an ninh, báo cháy chữa cháy v.v…, đảm bảo cho việc vận hành các thiết bị trong tòa nhà được chính xác, kịp thời 1.1: Đối tượng quản lý trong BMS: • Trạm phân phối điện • Máy phát điện dự phòng • Hệ thống chiếu sáng • Hệ thống điều hoà và thông gió • Hệ thống cấp nước sinh hoạt • Hệ thống báo cháy • Hệ thống chữa cháy • Hệ thống thang máy • Hệ thống âm thanh công cộng • Hệ thống thẻ kiểm soát ra vào • Hệ thống an ninh • V.v… 1.2:Tính năng của BMS • Cho phép các tiện ích (thiết bị thông minh) trong tòa nhà hoạt động một cách đồng bộ, chính xác theo đúng yêu cầu của người điều hành • Cho phép điều khiển các ứng dụng trong tòa nhà thông qua cáp điều khiển và giao thức mạng • Kết nối các hệ thống kỹ thuật như an ninh, báo cháy… qua cổng giao diện mở của hệ thống với các ngôn ngữ giao diện theo tiêu chuẩn quốc tế • Giám sát được môi trường không khí, môi trường làm việc của con người • Tổng hợp, báo cáo thông tin • Cảnh báo sự cố, đưa ra những tín hiệu cảnh báo kịp thời trước khi có những sự cố • Quản lý dữ liệu gồm soạn thảo chương trình, quản lý cơ sở dữ liệu, chương trình soạn thảo đồ hoạ, lưu trữ và sao lưu dữ liệu • Hệ thống BMS linh hoạt, có khả năng mở rộng với các giải pháp sẵn sàng đáp ứng với mọi yêu cầu 1.3:Lợi ích mang lại từ BMS • Đơn giản hóa và tự động hóa vận hành các thủ tục, chức năng có tính lặp đi lặp lại • Quản lý tốt hơn các thiết bị trong tòa nhà nhờ hệ thống lưu trữ dữ liệu, chương trình bảo trì bảo dưỡng và hệ thống tự động báo cáo cảnh báo • Giảm sự cố và phản ứng nhanh đối với các yêu cầu của khách hàng hay khi xảy ra sự cố • Giảm chi phí năng lượng nhờ tính năng quản lý tập trung điều khiển và quản lý năng lượng • Giảm chi phí nhân công và thời gian đào tạo nhân viên vận hành cách sử dụng dễ hiểu, mô hình quản lý được thể hiện trực quan trên máy tính cho phép giảm tối đa chi phí dành cho nhân sự và đào tạo • Dễ dàng nâng cấp, linh hoạt trong việc lập trình theo nhu cầu, kích thước, tổ chức và các yêu cầu mở rộng khác nhau
/TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ ====o0o==== ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN MƠN TĐH TỊA NHÀ ĐỀ TÀI: Xây dựng ứng dụng BMS Web server với Arduino ESP8266 để điều khiển giám sát thiết bị điện cho nhà Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đăng Khang Sinh viên thực : TT Mã SV Họ tên sinh viên 201850338 Nguyễn Đắc Quyết 2018501198 Đặng Xuân 201850170 Tuấn Tùng Tường Hà Viết 201850362 Tuyến Nguyễn Văn 201850286 Vũ Công Tuyền Lớp-Khóa EE50502 Ngành ĐK TĐH EE50502 EE50502 ĐK TĐH ĐK TĐH EE50502 ĐK TĐH EE50502 ĐK TĐH MỤC LỤC Trang ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN MƠN TĐH TỊA NHÀ Xây dựng ứng dụng BMS Web server với Arduino ESP8266 để điều khiển giám sát thiết bị điện cho nhà MỤC LỤC .2 4.1 Yêu cầu thiết kế 22 4.2 Xây dựng sơ đồ thuật toán 24 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS 2.1 Tổng quan Arduino 2.2 Module Arduino Mega 2.2.1 Các thành phần chức Arduino Mega 2.2.2 Thông số kỹ thuật .9 2.3 Phần mềm Arduino IDE 10 Hình 2.5 Giao diện Phần mềm Arduino IDE .11 2.4 Module wifi ESP826 V1 11 2.4.1 Giới thiệu ESP8266 11 2.4.2 Thông số kỹ thuật ESP8266 .12 2.4.3 Các chân ESP8266 .12 2.4.4 Ứng dụng ESP8266 12 2.5 Màn hình LCD giao tiếp I2C 13 2.6 Các cảm biến thông dụng 13 2.6.1 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 13 2.6.2 Cảm biến ánh sáng 14 2.6.3 Cảm biến hồng ngoại 15 2.6.4 Cảm biến độ ẩm đất 16 CHƯƠNG LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG 16 3.1 Code hệ thống đèn .16 4.1 Yêu cầu thiết kế 22 4.2 Xây dựng sơ đồ thuật toán 24 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THÓNG 22 4.1 Yêu cầu thiết kế 22 4.2 Xây dựng sơ đồ thuật toán .24 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt I2C Inter-Integratel Circuit Đường bus giao tiếp IC QR Quick Response Mã phản hồi nhanh SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền tải thư tín đơn giản LCD Liquid crystal display Màn hình tinh thể lỏng IoT Internet Of Things Mạng lưới vạn vật kết nối internet RFID Radio Frequency Identification Nhận dạng qua tần số vô tuyến NFC Near-Field Communications Kết nối tường gần CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS BMS (Building Management System) hệ thống đồng cho phép điều khiển quản lý hệ thống kỹ thuật nhà hệ thống điện, hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, điều hồ thơng gió, cảnh báo môi trường, an ninh, báo cháy - chữa cháy v.v…, đảm bảo cho việc vận hành thiết bị tịa nhà xác, kịp thời • 1.1: Đối tượng quản lý BMS: Trạm phân phối điện • Máy phát điện dự phòng • Hệ thống chiếu sáng • Hệ thống điều hồ thơng gió • Hệ thống cấp nước sinh hoạt • Hệ thống báo cháy • Hệ thống chữa cháy • Hệ thống thang máy • Hệ thống âm công cộng • Hệ thống thẻ kiểm sốt vào • Hệ thống an ninh • V.v… • 1.2:Tính BMS Cho phép tiện ích (thiết bị thơng minh) tòa nhà hoạt động cách đồng bộ, xác theo yêu cầu người điều hành • Cho phép điều khiển ứng dụng tòa nhà thông qua cáp điều khiển giao thức mạng • Kết nối hệ thống kỹ thuật an ninh, báo cháy… qua cổng giao diện mở hệ thống với ngôn ngữ giao diện theo tiêu chuẩn quốc tế • Giám sát mơi trường khơng khí, mơi trường làm việc người • Tổng hợp, báo cáo thơng tin • Cảnh báo cố, đưa tín hiệu cảnh báo kịp thời trước có cố • Quản lý liệu gồm soạn thảo chương trình, quản lý sở liệu, chương trình soạn thảo đồ hoạ, lưu trữ lưu liệu • Hệ thống BMS linh hoạt, có khả mở rộng với giải pháp sẵn sàng đáp ứng với u cầu • 1.3:Lợi ích mang lại từ BMS Đơn giản hóa tự động hóa vận hành thủ tục, chức có tính lặp lặp lại • Quản lý tốt thiết bị tòa nhà nhờ hệ thống lưu trữ liệu, chương trình bảo trì bảo dưỡng hệ thống tự động báo cáo cảnh báo • Giảm cố phản ứng nhanh yêu cầu khách hàng hay xảy cố • Giảm chi phí lượng nhờ tính quản lý tập trung điều khiển quản lý lượng • Giảm chi phí nhân công thời gian đào tạo nhân viên vận hành - cách sử dụng dễ hiểu, mơ hình quản lý thể trực quan máy tính cho phép giảm tối đa chi phí dành cho nhân đào tạo • Dễ dàng nâng cấp, linh hoạt việc lập trình theo nhu cầu, kích thước, tổ chức yêu cầu mở rộng khác CHƯƠNG TÍNH CHON PHẦN CỨNG VÀ CÁC THƠNG SỐ KĨ THUẬT HỆ THỐNG Trong chương đồ án trình bày thành phần phần cứng hệ thống nhà thơng minh, từ phân tích lựa chọn giải pháp thiết kế mơ hình nhà thơng minh phục vụ nhu cầu với giá thành thấp 2.1 Tổng quan Arduino Arduino board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với với môi trường thuận lợi Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở, thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM Atmel 32-bit Những Model trang bị gồm cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác Hình Board mạch Arduino Arduino thật board mạch vi xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động cơ, đèn thiết bị khác Đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngôn ngữ lập trình học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình Và điều làm nên tượng Arduino mức giá thấp tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Chỉ với khoảng $30, người dùng sở hữu board Arduino có 20 ngõ I/O tương tác điều khiển chừng thiết bị Được giới thiệu vào năm 2005, nhà thiết kế Arduino cố gắng mang đến phương thức dễ dàng, không tốn cho người yêu thích, sinh viên giới chuyên nghiệp để tạo nhiết bị có khả tương tác với môi trường thông qua cảm biến cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho người yêu thích bắt đầu bao gồm robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ phát chuyển động Đi với mơi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy máy tính cá nhân thơng thường cho phép người dùng viết chương trình cho Arduino ngơn ngữ C C++ Hình 2 Một số loại board Arduino: (a) Arduino Uno (b) Arduino Mega Arduino khởi động vào năm 2005 dự án dành cho sinh viên trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) Ivrea, Italy Vào thời điểm sinh viên sử dụng “BASIC Stamp” (con tem Cơ Bản) có giá khoảng $100, xem giá dành cho sinh viên Massimo Banzi, người sáng lập, giảng dạy Ivrea Cái tên “Arduino” đến từ quán bar Ivrea, nơi vài nhà sáng lập dự án thường xuyên gặp mặt Lý thuyết phần cứng đóng góp sinh viên người Colombia tên Hernando Barragan Sau tảng Wiring hoàn thành, nhà nghiên cứu làm việc với để giúp nhẹ hơn, rẻ hơn, khả dụng cộng đồng mã nguồn mở[1] 2.2 Module Arduino Mega Hình Shile Arduino Mega 2.2.1 Các thành phần chức Arduino Mega Hình Các thành phần chức board Arduino - USB Connector: Arduino sử dụng cáp USB để giao tiếp với máy tính Thơng qua cáp USB Upload chương trình cho Arduino hoạt động, USB còn nguồn cho Arduino - SOURCE: Khi không sử dụng USB làm nguồn sử dụng nguồn ngồi thơng qua jack cắm 2.1mm (cực dương giữa) Bo mạch hoạt động với nguồn điện áp từ – 12 volt Có thể cấp áp lớn nhiên chân 5V có mức điện áp lớn volt Nếu sử dụng nguồn lớn 12 volt có tượng nóng làm hỏng board mạch Nên dùng nguồn ổn định từ đến 12 volt - Analog Inputs: Arduino Mega có 16 đầu vào Analog - Power pins: Chân 5V chân 3.3V (Output voltage): chân dùng để lấy nguồn từ nguồn mà cung cấp cho Arduino Lưu ý: không cấp nguồn vào chân làm hỏng Arduino - GND: chân mass - Chip Atmega16U2: Arduino Mega2560 khác với tất vi xử lý trước khơng sử dụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý Thay vào đó, sử dụng ATmega16U2 lập trình cơng cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB Ngoài ra, Arduino Mega2560 giống Arduino Uno R3, khác số lượng chân nhiều tính mạnh mẽ hơn, nên lập trình cho vi điều khiển chương trình lập trình cho Arduino Uno R3 - Digital Inputs/Outputs: Arduino Mega có 54 chân digital với chức input output sử dụng hàm pinMode(), digitalWrite() digitalRead() để điều khiển chân 12 chân PWM (pulse width modulation): chân đến 13 bo mạch Các chân PWM giúp sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ, độ sáng đèn… - Reset button : dùng để reset Arduino 2.2.2 Thông số kỹ thuật Các thông số kỹ thuật Arduino Mega cho bảng sau Bảng Các thông số kỹ thuật Arduino Mega Chip xử lý ATmega2560 Điện áp hoạt động 5V Điện áp vào (đề nghị) 7V-15V Điện áp vào (giới hạn) 6V-20V Cường độ dòng điện 3.3V pin 50 mA Cường độ dòng điện I/O pin 20 mA Flash Memory 256 KB SRAM KB EEPROM KB Clock Speed 16 MHz 2.3 Phần mềm Arduino IDE Môi trường phát triển tích hợp Arduino IDE ứng dụng đa tảng viết Java, dẫn xuất từ IDE cho ngơn ngữ lập trình xử lý dự án lắp ráp Nó bao gồm trình soạn thảo mã với tính làm bật cú pháp, khớp dấu ngoặc khối chương trình, thụt đầu dòng tự động có khả biên dịch tải lên chương trình vào board mạch với nhấp chuột Một chương trình mã viết cho Arduino gọi "sketch" Chương trình Arduino viết C C++ Arduino IDE kèm với thư viện phần mềm gọi "Wiring" từ dự án lắp ráp ban đầu, cho hoạt động đầu vào/đầu phổ biến trở nên dễ dàng nhiều Người sử dụng cần định nghĩa hai hàm để thực chương trình điều hành theo chu kỳ Khi bật điện bảng mạch Arduino, reset hay nạp chương trình mới, hàm setup() gọi đến Sau xử lý xong hàm setup(), Arduino nhảy đến hàm loop() lặp vô hạn hàm tắt điện board mạch Arduino 10 Hình 10 Sơ đồ kết nối DHT11 với vi điều khiển Các thông số cần ý làm việc với DHT11 - Điện áp nguồn phải từ 3.3- 5V - Giao tiếp vi điều khiển DHT11 giao tiếp giây, thời gian trễ cho lần truyền liệu 5ms - Dữ liệu truyền chân DATA bao gồm liệu độ ẩm 16bits liệu nhiệt độ 16bits - Khi MCU gửi tín hiệu start signal DHT11 thay đổi từ chế độ công suất thấp sang chế độ hoạt động Khi MCU giao tiếp với DHT11 cảm biến gửi tín hiệu đáp ứng 40bits data chứa giá trị nhiệt độ độ ẩm tới MCU Khi kết thúc cảm biến lại trở chế độ công suất thấp[4] 2.6.2 Cảm biến ánh sáng a, quang trở Hình 11 Quang trở Quang trở hay điện trở quang, photoresistor, LDR (Light-dependent resistor, tiếng Anh còn dùng từ photocell), linh kiện điện tử có điện trở thay đổi giảm theo ánh sáng chiếu vào Đó điện trở phi tuyến, phi ohmic Quang trở dùng làm cảm biến nhạy sáng mạch dò, mạch đóng cắt đèn chiếu kích hoạt sáng tối Quang trở làm chất bán dẫn trở kháng cao, khơng có tiếp giáp Trong bóng tối, quang trở có điện trở đến vài MΩ Khi có ánh sáng, điện trở giảm xuống mức vài trăm Ω Vật liệu: Sunfua cadmi (CdS) selenua cadmi (CdSe), châu Âu cấm dùng cadmi Sunfua chì (PbS) indi antimonit (InSb) sử dụng cho vùng phổ hồng ngoại 14 Gecu cảm biến dò hồng ngoại xa tốt nhất, sử dụng thiên văn hồng ngoại quang phổ hồng ngoại b, Nguyên lý hoạt động Hoạt động cảm biến ánh sáng dựa hiệu ứng quang điện khối vật chất Khi photon có lượng đủ lớn đập vào, làm bật electron khỏi phân tử, trở thành tự khối chất làm chất bán dẫn thành dẫn điện Mức độ dẫn điện tuỳ thuộc số photon hấp thụ Tuỳ thuộc chất bán dẫn mà quang trở phản ứng khác với bước sóng photon khác Quang trở phản ứng trễ điốt quang, cỡ 10 ms, nên tránh thay đổi nhanh nguồn sáng 2.6.3 Cảm biến hồng ngoại Cảm biến có khả nhận biết vật cản mơi trường với cặp LED thu phát hồng ngoại để truyền nhận liệu hồng ngoại Tia hồng ngoại phát với tần số định phát hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau so sánh, đèn màu xanh sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu (một tín hiệu bậc thấp).Với khả phát vật cản khoảng ~ 30cm khoảng cách điều chỉnh thơng qua chiết áp cảm biến cho thích hợp với ứng dụng cụ thể như: xe dò line, xe tránh vật cản Thông số kỹ thuật - IC so sánh: LM393 - Điện áp: 3.3V - 6VDC - Dòng tiêu thụ: - Vcc = 3.3V: 23 mA - Vcc = 5.0V: 43 mA - Góc hoạt động: 35° - Khoảng cách phát hiện: ~ 30 cm - LED báo nguồn LED báo tín hiệu ngõ - Mức thấp - 0V: có vật cản - Mức cao - 5V: khơng có vật cản - Kích thước: 3.2cm x 1.4cm Hình Sơ đồ nguyên lý module hồng ngoại 15 Hình Module hồng ngoại Cổng giao tiếp: - VCC: điện áp chuyển đổi từ 3.3V đến 5V (có thể kết nối trực tiếp đến vi điều khiển 5V 3.3V) - GND: GND - OUT: đầu kỹ thuật số (0 1) 2.6.4 Cảm biến độ ẩm đất Hình Cảm biến độ ẩm đất CHƯƠNG LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG 3.1 Code hệ thống đèn #include "TFT_22_ILI9225.h" #include #include #include #include #define TFT_RST // D2 #define TFT_RS // D1 #define TFT_CS 15 // SS(D8) #define TFT_SDI 13 // MOSI(D7) #define TFT_CLK 14 // SCK(d5) #define TFT_LED 16 // (D0)0 if wired to +5V directly 16 #define TFT_BRIGHTNESS 200 #define LED1 #define LED2 #define LED3 #define LED4 12 TFT_22_ILI9225 tft = TFT_22_ILI9225(TFT_RST, TFT_RS, TFT_CS, TFT_LED, TFT_BRIGHTNESS); ESP8266WebServer server(80); uint16_t x, y; boolean flag = false; const char *ssid = "VIETTUONG"; // change to wifi name of you const char *pass = "12345678"; // change to password of you // Khi trình duyệt web vào địa server, server gủi cho client giao diện điều khiển void handleRoot() { // khai báo biến s lưu trữ code giao diện html String s = ""; s += ""; s += ""; s += ""; s += ""; s += ""; s += ""; s += ""; s += "ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA INTERNET"; s += ""; s += ""; s += ""; s += "LED 1"; s += ""; s += ""; s += ""; s += ""; s += "LED 2"; s += ""; 17 s += ""; s += ""; s += ""; s += "LED 3"; s += ""; s += ""; s += ""; s += ""; s += " LED 4"; s += ""; s += ""; s += ""; s += ""; s += ""; s += ""; server.send(200, "text/html", s); // gửi giao diện cho trình duyệt web hiển thị if(server.hasArg("LED1")){ // kiểm tra chuỗi request từ client gủi server có chứa liệu có tên LED1 khơng String led1 = server.arg("LED1"); // có lấy liệu LED1 chứa Serial.println("LED1="); Serial.println(led1); if(led1 == "OFF") // liệu chứa "ON" digitalWrite(LED1, HIGH); // bật LED1 else digitalWrite(LED1, LOW); // tắt LED1 } if(server.hasArg("LED2")){ String led2 = server.arg("LED2"); Serial.println("LED2="); Serial.println(led2); if(led2 == "OFF"){ digitalWrite(LED2, HIGH); Serial.println("LED dang on"); } else{ Serial.println("LED dang off"); 18 digitalWrite(LED2, LOW); } } if(server.hasArg("LED3")){ String led3 = server.arg("LED3"); Serial.println(led3); if(led3 == "OFF") digitalWrite(LED3, HIGH); else digitalWrite(LED3, LOW); } if(server.hasArg("LED4")){ String led4 = server.arg("LED4"); Serial.println(led4); if(led4 == "OFF") digitalWrite(LED4, HIGH); else digitalWrite(LED4, LOW); } } void handleNotFound(){ String message = "File Not Found\n\n"; message += "URI: "; message += server.uri(); message += "\nMethod: "; message += (server.method() == HTTP_GET)?"GET":"POST"; message += "\nArguments: "; message += server.args(); message += "\n"; for (uint8_t i=0; i