Giám sát nhiệt độ độ ẩm và điều khiển thiết bị điện qua internet dùng module arduino ESP8266

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG ISO 9001:2015 GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA INTERNET DÙNG MODULE ARDUINO ESP8266 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG HẢI PHÒNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA INTERNET DÙNG MODULE ARDUINO ESP8266 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG Sinh viên : Hồng Cơng Thành Giảng viên hướng dẫn :TS Đồn Hữu Chức HẢI PHỊNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Hồng Cơng Thành - Mã SV: 1512103010 Lớp: DT1901 - Ngành: Điện Tử Viễn Thông Tên đề tài: Giám sát nhiệt độ độ ẩm điều khiển thiết bị điện qua internet dùng module arduino esp8266 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Địa điểm thực tập tốt nghiệp …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : TS Đoàn Hữu Chức Học hàm, học vị : Tiến Sĩ Cơ quan công tác : Trường Đại Học Quản Lý Cơng Nghệ Hải Phịng Nội dung hướng dẫn : Toàn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn: Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Hồng Cơng Thành Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Người hướng dẫn TS Đoàn Hữu Chức Hải Phòng, ngày tháng năm 2019 Hiệu trưởng GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…) Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Phần nhận xét giáo viên chấm phản biện Những mặt hạn chế Ý kiến giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề ….………………………………………………………………5 1.2 Mục tiêu ……………………………………………………………………5 1.3 Nội dung nghiên cứu ………………………………………………… ….5 1.4 Giới hạn …………………………………………………………… .….6 1.5 Phạm vi ứng dụng …………………………………………………… … CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT …………………………………………7 2.1 Tổng quan về IOT ……………… ……………………………………….7 2.1.1 Giới thiệu Internet of Things (IoT) ………………………………… 2.1.2 Lịch sử hình thành ………………………………………………….… 2.1.3 Ứng dụng IoT …………………………………………………….… 2.2 Công nghệ wifi …………………………………….…………………… 11 2.2.1 Giới thiệu …………………………………………………….…………11 2.2.2 Công nghệ truyền nhận liệu ………………………….…………… 12 2.3 Giới thiệu về ESP8266 NodeMCU ………………………………… ….13 2.3.1 Cấu tạo NODEMCU ESP8266 ………………………………….… 13 2.3.2 Tính NODEMCU ESP8266 ………………………… ……….13 2.4 Module DHT11 ………………………………………………… ……….15 2.5 Các chuẩn giao tiếp sử dụng ………………………………………18 2.5.1 Chuẩn One-Wire ……………………………………….……………… 18 2.5.2 Chuẩn giao tiếp UART ………………………………….………………18 2.6 Phần mềm ………………………………………………………… …….20 2.6.1 Giới thiệu phần mềm lập trình …………………………………… … 20 2.6.2 Cơ sở lý thuyết APP Blynk ……………………………………… …23 2.6.3 Google Assistant …………………………………………………….… 24 2.6.4 Công cụ IFTTT ( If This Then That) ……………………………….… 27 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ …………………………………28 3.1 Mô tả hoạt động hệ thống ………………………………………… 28 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống ……………………………………………29 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ………………………………………… 29 3.2.2 Tính tốn thiết kế ……………………………………………… … 30 3.2.2.1 Thiết kế khối xử lý trung tâm ……………………………………… 30 3.2.2.2 Khối ngõ công suất ……………………………………….………32 3.2.2.3 Khối cảm biến ………………………………………………………37 3.2.2.4 Khối nguồn ……………… …………………………………………38 3.2.2.5 Khối điều khiển ……………………………………………… ……39 3.2.2.6 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ……………………………………….40 3.3 Nguyên lý hoạt động …………………………………….………………41 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG …………………………………… 42 4.1 Giới thiệu ………………………………………………………………… 42 4.2 Thi công hệ thống…………………………………………………………42 4.2.1 Thực lắp ráp ghép nối mạch Module……………………42 4.3 Lập trình hệ thống ……………………………………………………… 43 4.3.1 Lưu đồ giải thuật ……………………………………………………… 43 4.3.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ………………………….……… 45 4.3.3 Chương trình điều khiển …………………………………….………… 46 4.3.4 Điều khiển qua điện thoại với Blynk ……………………….……………52 4.3.5 Công cụ hổ trợ IFTTT …………………………………….………… …54 4.4 Hướng dẫn sử dụng, thao tác ……………………….……………… ….59 4.4.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng …………………………….………… 59 4.4.2 Quy trình thao tác 59 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ……… …….……61 5.1 Giới thiệu 61 5.2 Kết đạt ………………………………………………….…….61 5.3 Kết thực nghiệm ……………………………………………………61 5.3.1 Mơ hình ………………………………………………………… ……61 5.3.2 Điều khiển giám sát thiết bị 62 5.4 Nhận xét đánh giá ……………………………………………… … 62 5.4.1 Nhận xét …………………………………………………………………62 5.4.2 Đánh giá ……………………………………………………………… 63 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ……………… … 65 6.1 Kết luận ………………………………………………………………… 65 6.1.1 Ưu điểm …………………………………………………………… ….65 6.1.2 Khuyết điểm ………………………………………………………… 65 6.2 Hướng phát triển ……………………… …………………………….…66 TÀI LIỆU THAM KHẢO else { digitalWrite(15, LOW); Blynk.virtualWrite(V3,0); ////Ghi liệu từ Nodemcu lên Blynk // led1.on(); } } flag3 = ; timer.run(); } 4.3.4 Điều khiển qua điện thoại với Blynk Trước tiên tạo giao diện thơng qua app Blynk smartphone có chức sau:  Đọc hiển thị toàn liệu từ cảm biến trạng thái relay  Điều khiển từ xa relay  Hiển thị thông báo hệ thống offline online Ta tạo tab để hiển thị thông tin trên: Cảm biến:  Nhiệt độ, input V10 value – 50, frequency: 5s  Độ ẩm, input V11 value – 100, frequency:5s Điều khiển:  Nút Công tắc 1, output: V1 – 0, mode:push, label: on, off  Nút Công tắc 2, output: V2 – 0, mode:push, label: on, off  Nút Công tắc 3, output: V3 – 0, mode:push, label: on, off  Nút Công tắc 4, output: V4 – 0, mode:push, label: on, off Sau hoàn tất ta được: 4.3.5 Công cụ hổ trợ IFTTT Để điều khiển Relay thông qua giọng nói Google Assistant phải cần cơng cụ IFTTT  Bước đăng nhập vào Web IFTTT để đăng ký tài khoản ta đăng ký tài khoản Google  Sau đăng nhập thành công ta Click vào "My Applets" chọn "New Applet" để tạo dự án  Bấm vào + this Tìm kiếm đến Google Assistant bấm kết nối Chọn thẻ "Say a simple phrase." What you want to say?: ta đặt tên câu lệnh cần nói " turn on the device 1" Ngồi mục ta đặt thêm câu lệnh khác để bật/tắt thiết bị What you want the Assistant to say in the response?: Ở phần câu phản hồi từ Google Assistant ta thực lệnh vừa nói Tiếp theo ta chọn + that Và chọn Webhooks Ta điền đầy đủ thông tin trường hiển thị http://188.166.206.43: Đây URL Blynk Server d092297fdb3149c6a12073e30bbfd0e3: Mã Token cấp tạo dự án App Blynk D16: chân để điều khiển tín hiệu Sau điền đầy đủ thơng tin ấn Create action hoàn thành câu lệnh Các câu lệnh khác làm tương tự 4.4 Hướng dẫn sử dụng, thao tác 4.4.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng  Bước 1: Tiến hành cấp nguồn 220VAC cho toàn hệ thống bao gồm nguồn 220V cho ngõ mạch công suất, nguồn 220V cho hệ thống để tạo nguồn DC nuôi mạch điều khiển  Bước 2: Chờ đến ESP8266 kết nối Wifi, mở ứng dụng Android Khi blynk kết nối, tiến hành điều khiển, giám sát trực tiếp thiết bị sử dụng giao diện 4.4.2 Quy trình thao tác Cấp nguồn  Kiểm tra kết nối wifi  Đợi kết nối cloud blynk  Điều khiển thiết bị Sau tiến hành cấp nguồn, hệ thống hoạt động sau:  Điều khiển trực tiếp bằng điện thoại Người sử dụng mở ứng dụng Android, nhấn nút điều khiển hình, tín hiệu điều khiển chuyển đến khối xử lý trung tâm, khối xử lý trung tâm gửi tín hiệu điều khiển đến mạch công suất, thiết bị điện bật tắt tương ứng với thao tác người dùng Sau trạng thái thiết bị gửi lên Server thơng qua Internet Server Cloud Blynk, nơi tiến hành xử lý liệu thiết bị  Điều khiển thông qua nút nhấn Ta trực tiếp nhấn nút điều khiển điều khiển, nút nhấn gửi xung tín hiệu kích hoạt mức thấp khối xử lý trung tâm Bộ xử lý trung tâm nhận tín hiệu tác động đến khối cơng suất để tiến hành bật tắt thiết bị Đồng thời Server cập nhật trạng thái thiết bị vừa điều khiển  Điều khiển thơng qua giọng nói Đối với trợ lý ảo Google Assistant ta dùng lệnh “ Ok Google” để kích hoạt ứng dụng câu lệnh cài đặt sẵn Lưu ý lần thực lệnh phải sử dụng từ khóa “ Ok Google” Bất kể điều khiển ứng dụng Android, nút nhấn hay google assistant (một ba trên), trạng thái thiết bị điều khiển cập nhật hai lại Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 GIỚI THIỆU Sau thời gian thực đề tài, qua trình nghiên cứu tìm hiểu em học hỏi nhiều kiến thức mới, công nghệ Đồng thời áp dụng nhiều lý thuyết vào dự án thực tế 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Board ESP8266 mạch điều khiển hệ thống Em biết cách ứng dụng chức tích hợp Wifi board để phát triển hệ thống điều khiển thiết bị từ xa Từ nắm chất điều khiển, để mở rộng cho ứng dụng IoT sau này, điều khiển hệ thống lớn Thông qua đề tài em biết cách điều khiển giám sát thiết bị qua Internet (Wifi) Đồng thời thiết kế mơ hình, ứng dụng Android cho hệ thống điều khiển Đề tài có sử dụng cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, qua em biết cấu tạo, nguyên lý hoạt động cách sử dụng cảm biến Cảm biến phổ biến, thích hợp cho việc giám sát nhiệt độ, độ ẩm hệ thống nhỏ 5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.3.1 Mơ hình Mơ hình hệ thống 5.3.2 Điều khiển giám sát thiết bị, Giao diện hình điều khiển tất thiết bị bật tắt Chạy chương trình phần mềm 5.4 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 5.4.1 Nhận xét Sau thực hiện, em hoàn thành hệ thống đáp ứng yêu cầu ban đầu đặt ra, số nhận xét:  Ưu điểm - Hệ thống hoạt động ổn định qua nhiều lần thử nghiệm - Đồng trạng thái điều khiển từ mơ hình hệ thống, ứng dụng Android Server - Giám sát nhiệt độ độ ẩm môi trường xung quanh - Tốc độ điều khiển tay tương đối nhanh - Giao diện điều khiển trực quan, đẹp mắt - Dễ dàng sử dụng, lắp đặt bảo dưỡng  Nhược điểm - Hệ thống phụ thuộc vào tốc độ mạng Wifi, ổn định Server Cloud Blynk - Chưa tích hợp nhiều tính thành hệ thống IoT hoàn chỉnh 5.4.2 Đánh giá Trong trình vận hành hệ thống, em ghi nhận lại kết tổng hợp Số lần thao Số lần thành Thời gian đáp tác 50 công 48 ứng – giây 50 48 – giây Đạt Điều khiển nút nhấn 50 50 giây Đạt Giám sát cảm biến Ổn định Ổn định giây Đạt Công việc Điều khiển thiết bị Đánh giá Đạt qua ứng dụng Điều khiển thiết bị qua google assistant Đánh giá chung Đạt Số liệu thực nghiệm Qua số liệu thống kê bảng trên, em đánh giá hệ thống đáp ứng mục tiêu đặt Hệ thống hoạt động ổn định sau nhiều lần chạy, kiểm tra thử nhiều trường hợp Mơ hình nhỏ gọn, thẩm mỹ, đảm bảo tính an tồn cao, dễ dàng lắp đặt sử dụng Nhưng để đưa hệ thống áp dụng vào thực tế em cần phải hồn thiện số phần sau: tăng tốc độ điều khiển phản hồi, tối ưu hóa mơ hình, thêm số chức như: giám sát nơi điều khiển, cảnh báo chống trộm, báo cháy, CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, thi cơng đồ án tốt nghiệp em với đề tài “giám sát nhiệt độ độ ẩm điều khiển thiết bị điện qua internet dùng module arduino esp8266”đã hoàn thiện, đáp ứng yêu cầu ban đầu đặt 6.1.1 Ưu điểm - Mạch điều khiển nhỏ gọn, hoạt động ổn định, thời gian đáp ứng nhanh - Giao diện điều khiển giám sát dễ sử dụng, thân thiện người dùng - Mơ hình hệ thống có độ xác, tính an tồn dễ dàng thao tác với người dùng - Phù hợp cho hệ thống điện phịng học, hộ gia đình Nhìn chung, mơ hình hoạt động tương đối ổn định, làm việc liên tục, đạt 100% yêu cầu đề ban đầu Bên cạnh hệ thống mở rộng thêm chức điều khiển giọng nói Người dùng thao tác cách đơn giản, dễ sử dụng 6.1.2 Khuyết điểm Tuy nhiên, hạn chế kiến thức thời gian thực hiện, nguồn tài liệu tham khảo chủ yếu thông qua internet nên đề tài không tránh khỏi sai sót cịn số hạn chế:  Hạn chế lớn tác động điều khiển chậm giao thức hoạt động sử dụng dịch vụ Cloud  Hệ thống phụ thuộc vào nguồn điện 220VAC, tốc độ truy cập mạng Internet  Hoạt động chủ yếu mơi trường có phủ sóng wifi  Hộp mơ hình cịn mang tính tượng trưng  Kích thước sản phẩm cịn thơ, thiếu tính thẩm mỹ  Số lượng thiết bị hạn chế  Giới hạn thời gian, kiến thức nên hệ thống chưa tối ưu Nhìn chung hệ thống điều khiển hoạt động tốt 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hệ thống đáp ứng việc điều khiển thiết bị Trong trình thực hiện, em thấy đề tài phổ biến, có tính ứng dụng cao nhiều dự án thực tế Vì em đưa số đề xuất nhằm cải tiến nâng cấp hệ thống:  Mở rộng số lượng công suất thiết bị điều khiển  Giám sát nơi điều khiển camera, cảnh báo chống trộm, báo cháy  Điều chỉnh độ sáng đèn, tốc độ quạt, nhiệt độ điều hòa,  Thiết lập hệ thống điều khiển thiết bị tự động nhằm tối ưu hóa việc sử dụng tiết kiệm điện  Ứng dụng đề tài vào hệ thống thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo Giáo Trình Kỹ Thuật Lập Trình C Căn Bản Và Nâng Cao – Phạm Văn Ất Nguyễn Đình Phú, Giáo trình Vi điều khiển PIC, Nhà xuất ĐH Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 8/2016 Nguyễn Đình Phú – Nguyễn Trường Duy, Giáo trình Kỹ thuật số, Nhà xuất ĐH Quốc gia Tp Hồ Chí Minh Các Webside tham khảo https://cdn-shop.adafruit.com/productfiles/2471/0AESP8266 Datasheet EN_v4.3.pdf ESP8266 http://www.micropik.com/PDF/dht11.pdf Cảm biến DHT11 https://tailieu.vn/ https://www.youtube.com/ https://esp8266.vn/ ... đồ án ? ?Giám sát nhiệt độ độ ẩm điều khiển thiết bị điện qua internet? ?? Đề tài em việc điều khiển thiết bị độc lập cịn giám sát nhiệt độ ngơi nhà Khi dự án hồn thành điều khiển thiết bị điện nhà…...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA INTERNET DÙNG MODULE ARDUINO ESP8266 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP... thực thiết kế mạch ‘? ?Giám sát nhiệt độ độ ẩm điều khiển thiết bị điện qua internet dùng module arduino esp8266? ??’ cần phải thực nội dung sau : • Nội dung 1: Nghiên cứu tài liệu KIT NodeMCU ESP8266,