Tìm hiểu và thiết kế mô hình ngôi nhà thông minh

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài:”TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH NGƠI NHÀ THƠNG MINH” Giảng viên hướng dẫn :Ths Đặng Hồng Anh Sinh viên thực :Đỗ Văn Khuyến Lớp :K16 Khoá :2013-2017 Hệ : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Hà Nội, tháng /2017 VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CN ĐIỆN TỬ - THƠNG TIN CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ tên sinh viên: Đỗ Văn Khuyến Lớp: K16 Khoá:(2013-2017) Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật điện tử, Truyền thong Hệ đào tạo: ĐHCQ 1/ Tên đề tài Đồ án tốt nghiệp: TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾMƠ HÌNH NGƠI NHÀ THƠNG MINH 2/ Nội dung chính: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Giới thiệu đề tài Chương 3: Thiết kế thi công mạch nhà Chương 4: Hướng phát triển đề tài Chương 5: Kết luận 3/Tham khảo tài liệu Nguồn tài liệu Internet hướng dẫn thầy 4/ Ngày giao :19/02/2016 5/ Ngày nộp:19/05/2017 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG TỔNG QUAN I Lý chọn đề tài 1 Khách quan Chủ quan II Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Mục tiêu 2 Nhiệm vụ nghiên cứu III Đối tượng làm đề tài CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI I Giới thiệu nhà thông minh II Khái niệm nhà thông minh III Những tiêu kỹ thuật nhà thông minh Chỉ tiêu ánh sáng Chỉ tiêu thơng gió Chỉ tiêu nhiệt độ 4 Chỉ tiêu an toàn Giới hạn việc thiết kế CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH TRONG NHÀ I Giới thiệu vi điều khiển Atmega328 Giới thiệu chíp xử lý trung tâm Các thông số kỹ thuật xử lý trung tâm Sơ đồ nguyên lý arduino 11 II Hệ thống báo cháy nhà 11 Giới thiệu hệ thống báo cháy 11 Cách nhận biết báo cháy 13 Khái niệm hệ thống báo cháy tự động 13 Yêu cầu hệ thống báo cháy tự động 14 Các thành phần hệ thống báo cháy tự động 14 5.1 Thiết bị đầu vào 14 5.2 Thiết bị đầu 18 Phuơng án thiết kế 19 6.1 Yêu cầu kỹ thuật cụ thể 19 6.2 Sơ đồ chức hệ thống 19 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến nhiệt độ 20 Chương trình vi điều khiển điều khiển cảm biến nhiệt độ 21 III Hệ thống đóng mở cửa tự động 22 Khảo sát loại cửa đóng mở tự động 22 Yêu cầu kỹ thuật cụ thể 22 Các thành phần hệ thống đóng mở cửa tự động 23 3.1 Cảm biến hồng ngoại 23 3.2 Động tạo lực chuyển động 25 Phương án giải kỹ thuật cụ thể 29 Nguyên lý hoạt động mạch đóng mở cửa tự động 30 Chương trình chạy vi điều khiển cho động chuyển động 30 IV Hệ thống chống chộm cảm biến 33 Giới thiệu 33 Chỉ tiêu đặt cho thiết bị chống trộm 34 Phương án giải chống trộm cụ thể 34 4.Cảm biến chuyển động HC-SR501 35 Module relay 5VDC kênh 39 Kết nối với cảm biến chuyển động 41 CHƯƠNG 4: HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 42 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên xin gửi đến thầy Ths Đặng Hoàng Anh lời cảm ơn chân thành Sau tháng học tập, làm việc với giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn, với đóng góp nhiệt tình bạn bè tạo điều kiện để nhóm chúng em hồn thành báo cáo Bản thân chúng em học hỏi, tiếp thu kiến thức bổ ích, kinh nghiệm quý báu, học quý giá thực báo cáonày Qua kinh nghiệm trên, chúng em không ngừng trau dồi, nâng cao kiến thức Đồng thời góp phần nhỏ bé vào nghiệp giáo dục nước nhà, bước nâng cao vị người Việt Nam giới Vì thời gian hạn hẹp trình độ hiểu biết cịn hạn chế, nên báo cáo chúng em cịn thiếu sót khơng tránh khỏi.Chúng em mong thơng cảm, đóng góp ý kiến sửa đổi quý thầy cô Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, gia đình bạn bè hỗ trợ cho nhóm chúng em suốt thời gian vừa qua Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2017 Sinh viên thực Đỗ Văn Khuyến CHƯƠNG TỔNG QUAN I Lý chọn đề tài Khách quan Khái niệm nhà số thông minh vốn phổ biến nước công nghệ cao du nhập sang quốc gia có sở hạ tầng công nghệ thông tin phát triển Một ngơi nhà thơng minh hay cịn gọi ngơi nhà số giải pháp điều khiển tích hợp cho hộ cao cấp, tích hợp thiết bị điện tử, nghe nhìn, truyền thơng thành hệ hồn chỉnh thống nhất, tự vận hành tất hệ thống cách tự động theo chương trình cài đặt theo điều khiển từ xa người dùng Các hệ thống chiếu sáng, máy lạnh, an ninh bảo vệ, âm nghe nhìn, chng hình, cửa tự động hay rèm cửa phối hợp vận hành thành hệ thống đồng Mỗi chức ngơi nhà thơng minh có khả tự vận hành điều khiển người dùng, thông qua điện thoại di động sử dụng mạng 3G hay Internet, cung cấp nhiều chế độ sử dụng Người dùng truy cập từ xa vào hệ thống quản lý nhà để xem cửa ngõ qua video, tắt hệ thống đèn lỡ quên khỏi nhà, tắt bớt hệ thống đèn không cần thiết khu vực nhà để tiết kiệm điện Theo ABI Research, chức quan trọng nhà thông minh sử dụng phổ biến cảnh báo an ninh Vì nhà thơng minh đề tài công nghệ ứng dụng tạo nên sốt thị trường địa ốc Các hãng đầu tư cơng nghệ nước ngồi phát triển giải pháp nhà thông minh với nhiều tính vượt trội Tại Việt Nam, có số nhà đầu tư cho cơng trình nhà thông minh chủ yếu phân phối sản phẩm nhập nước Chủ quan Theo xu hướng phát triển giới, nhận thấy giải pháp cho nhà thông minh thực thiết yếu hướng đề tài ứng dụng hay Nhóm đồ án mơn học Điều khiển truyền động điện kế thừa, tìm hiểu thi cơng mơ hình điều khiển thiết bị điện gia dụng thơng qua sóng RF tích hợp vi điều khiển Atmega328 II Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Mục tiêu Trước mắt em thi cơng mơ hình thực số chức cho nhà cửa tự đóng mở có người qua lại, thiết bị chống chộm thiết bị báo cháy nhà Trong tương lai mở rộng phát triển thiết bị cách mở rộng khả giao tiếp thiết bị qua internet hay thiết bị điện thoại di động Nhiệm vụ nghiên cứu Chúng ta cần tìm hiểu nguyên lý hoạt động nhà thông minh vào ứng dụng vào vào thực tiễn Định hướng khả phát triển đồ án, tương lai hồn thiện yêu cầu nhà thông minh cần có III Đối tượng làm đề tài Các thiết bị cảm biến cảm biến hồng ngoại, cảm biến cửa cảm biến nhiệt dùng cho đề tài vào nghiên cứu.Các thiết bị có độ xác cao sử dụng rộng dãi dễ dàng thi công với mô hình.Số lượng thị trường nhiều rộng rãi, giá thành chấp nhận tiện sử dụng Vi điều khiển Atmega328, tính ưu việt dịng AVR ngơn ngữ lập trình thân thiện, khả xử lý thông tin không thua dịng khác, ngồi điều chỉnh hoạt động thiết bị mong muốn CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI I Giới thiệu nhà thông minh Ngôi nhà số thông minh vốn phổ biến nước công nghệ cao du nhập sang quốc gia có sở hạ tầng công nghệ thông tin phát triển Một nhà thơng minh hay cịn gọi ngơi nhà số giải pháp điều khiển tích hợp cho hộ cao cấp, tích hợp thiết bị điện tử, nghe nhìn, truyền thơng thành hệ hồn chỉnh thống nhất, tự vận hành tất hệ thống cách tự động theo chương trình cài đặt theo điều khiển từ xa người dùng Các hệ thống chiếu sáng, máy lạnh, an ninh bảo vệ, âm nghe nhìn, chng hình, cửa tự động hay rèm cửa phối hợp vận hành thành hệ thống đồng Mỗi chức ngơi nhà thơng minh có khả tự vận hành điều khiển người dùng, thông qua điện thoại di động sử dụng mạng 3G hay Internet, cung cấp nhiều chế độ sử dụng Người dùng truy cập từ xa vào hệ thống quản lý nhà để xem cửa ngõ qua video, tắt hệ thống đèn lỡ quên khỏi nhà, tắt bớt hệ thống đèn không cần thiết khu vực nhà để tiết kiệm điện Theo ABI Research, chức quan trọng nhà thông minh sử dụng phổ biến cảnh báo an ninh Vì nhà thông minh đề tài công nghệ ứng dụng tạo nên sốt thị trường địa ốc Các hãng đầu tư cơng nghệ nước ngồi phát triển giải pháp nhà thơng minh với nhiều tính vượt trội II Khái niệm nhà thông minh Ngôi nhà thơng minh ngơi nhà có điều kiện kỹ thuật bảo đảm sống tốt cho người, tự động bảo đảm tiêu kỹ thuật theo mong muốn người sử dụng Ngôi nhà thơng minh khác với ngơi nhà bình thường chỗ , trình tích hợp hệ thống hệ thống điều khiển hệ thống giám sát môi trường: hệ điều khiển đảm bảo nhiệt độ , hệ thống đảm bảo lượng gió nhà, hệ thống đảm bảo ánh sáng…, mạch đóng ngắt, điều khiển cổng vào , giám sát cảnh báo cháy….thành hệ thống mạng thống III Những tiêu kỹ thuật nhà thông minh Chỉ tiêu ánh sáng Đảm bảo ánh sáng theo yêu cầu sử dụng chất lượng ánh sáng tiết kiệm điện , ánh sáng nơi , không để chỗ sáng , chỗ tối Ánh sáng tắt mở thơng qua hệ thống tự động điều khiển điều khiển từ xa Ngoài thiết bị ánh sáng cần kết nối với số thiết bị nhà : thiết bị báo chộm, báo cháy Chỉ tiêu thơng gió Đảm bảo lượng gió vừa đủ, tốc độ gió phù hợp với u cầu chung Ngồi lượng gió tốc độ gió thay đổi tùy theo yêu cầu người sử dụng Hệ thống tự động nhận biết sử dụng gió tự nhiên dụng gió nhân tạo.Bằng cách sử dụng quạt máy thơng gió Chỉ tiêu nhiệt độ Đảm bảo nhiệt độ nhà ln phù hợp với khí hậu mơi trường, tránh tình trạng vào nhà với nhiệt độ khác nhau, gây bệnh cho người Nhiệt độ nhà tự thay đổi tùy theo sở thích người thơng qua hệ thống điều khiển từ xa Phải có thiết bị cảnh báo phịng chống nhiệt độ cao, thiết bị báo cháy, hiển thị nhiệt độ Chỉ tiêu an toàn Cần đảm bảo việc phát cảnh báo có người lạ xâm nhập, phát loa báo , bật đèn , tự động liên hệ với người nhà , tự đóng kín cửa vào Cần đảm bảo an toàn độ bền , tùy theo vùng mà cảnh báo độ bền ngơi nhà có bão , gặp hỏa hoạn Giới hạn việc thiết kế Những yêu cầu phạm vi giải Trong thiết kế ngơi nhà thơng minh e thiết kế mơ hình ngơi nhà thu nhỏ gồm hệ thống sau: - Thiết kế hệ thống báo cháy nhà - Thiết kế hệ thống đóng mở cửa - Thiết kế hệ thống chống trộm Yêu cầu kỹ thuật nhà thông minh thu nhỏ Đảm bảo đựoc số kỹ thuật có cháy có báo động, có nguời đột nhập qua hệ thống trống chộm có báo động, chế độ vào có nguời vào tự đóng mở cửa khoảng thời gian định khối hiển thị động servo dùng để đóng mở cửa,khi có người vào qua cảm biến truyền thông tin đến xử lý trung tâm xử lý trung tâm xử lý kết cửa mở Nguyên lý hoạt động mạch đóng mở cửa tự động Cảm biến hồng ngoại nhận tín hiệu có người di chuyển vào nhà người gần tới cánh cửa cảm biến hồng ngoại bắt truyền tín hiệu vi điều khiển vi điều khiển xử lý tín hiệu đưa tín hiệu cho động chuyển động đẻ mở cánh cửa ra, có người cảm biến lại bắt truyền tín hiệu chu trình đến khơng có người qua lại vi điều khiển khơng nhận tín hiệu từ cảm biến lệnh cho động chuyển động đóng cửa lại Chương trình chạy vi điều khiển cho động chuyển động Lập trình cho vi điều khiển Arduino cung cấp cho ta sẵn thư viện để hỗ trợ việc điều khiển hoạt động động Nhờ có thư viện này, ta dễ dàng lệnh cho động làm theo ý Ta minh hoạ việc sử dụng thư viện để lập trình cho Arduino điều khiển servo sau: Servo khởi đầu góc 0° Xoay tới góc 90° dừng lại 5s Xoay tới góc 180° dừng lại 5s Trở góc 0° lặp lại q trình 30 #include #define SERVO_PIN Servo gServo; void setup() { gServo.attach(SERVO_PIN); } 10 11 void loop() 12 { 13 gServo.write(0); 14 delay(1000); 15 16 gServo.write(90); 17 delay(1000); 18 19 gServo.write(180); 20 delay(1000); 21 } Dòng 1: khai báo với hệ thống chương trình ta có sử dụng thư viện servo Dòng 3: ta sử dụng PIN để điều khiển servo, tơi đặt số với tên gọi SERVO_PIN có giá trị Dòng 5: khai báo đối tượng gServo, từ servo điều khiển qua đối tượng Dòng 9: servo ta điều khiển động SERVO_PIN Dòng 11, 17, 20: điều chỉnh góc xoay servo 31 32 IV Hệ thống chống chộm cảm biến Giới thiệu Xã hội ngày văn minh đại mức thu nhập người dân ngày cao, việc có ngơi nhà đảm bảo an tồn điều cần thiết Hệ thống an toàn trống đột nhập giúp họ cảnh báo có kẻ lạ xâm nhập vào nhà, điều thuận tiên chủ nhà vắng Tuy nhiên việc thiết kế rộng, sau em trình bày cách báo trộm có kẻ lạ xâm nhập, giúp chủ nhà nhận biết kịp thời Ở thị trường có nhiều loại cảm biến chống chộm cảm biến hồng ngoại, cảm biến chuyển động, hệ thống báo động mở cửa…với nhà có điều kiện họ lắp camera ghi hình Tất hệ thống dùng để báo có người đột nhập vào nhà mang lại an tâm cho chủ nhà 33 Chỉ tiêu đặt cho thiết bị chống trộm Thiết bị có độ xác cao, mạch thiết kế gọn nhẹ, phù hợp với chức nhà, thiết bị lắp cho người khó phát Người sử dụng đóng ngắt thiết bị họ cảm thấy an tồn Thiết bị lắp đặt có chức gía phù hợp Phải đảm bảo an tồn cho ngơi nhà chống đột nhập Phương án giải chống trộm cụ thể Kẻ trộm thường vào nhà thơng qua cửa chính, cửa sổ, lố thơng gió…tuy nhiên kiểu thiết kế nhà thơng minh em thiết kế nhà có cửa cửa cửa sổ.Khi có trộm hệ thống thơng báo có người đến, hệ thống dễ dàng tắt mở người dùng không cần dùng Cơ thể người thân nhiệt thông thường 37 độ C thể phát thân nhiệt ln phát tia nhiệt hay cịn gọi tia hồng ngoại cảm biến dùng tế bào điện chuyển đổi tia nhiệt sang dạng tín hiệu nhờ mà cảm biến phát vật thể nóng chuyển động Cảm biến chuyển động HC-SR501 cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích tia hồng ngoại.Ở em dùng cảm biến để phát kẹ trộm xâm nhập vào nhà nhận biết kịp thời thơng báo cho chủ nhà 34 4.Cảm biến chuyển động HC-SR501 Trái tim cảm biến chuyển động này cảm biến PIR (Passive InfraRed sensor) PIR cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích tia hồng ngoại Tia hồng ngoại (IR) tia nhiệt phát từ vật thể nóng VD thể thường có nhiệt độ 37 độ C , từ thể phát tia nhiệt, hay gọi tia hồng ngoại Người ta dùng tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt thành dạng tín hiệu điện.Từ chế tạo cảm biến phát vật thể nóng chuyển động 35 • Thơng số kĩ thuật cảm biến - Sử dụng điện áp: – 20V - Dòng tiêu thụ: 65mA - Đầu ra: – 3.3V - Thời gian trễ: điều chỉnh khoảng – 300 s - Thời gian khóa: 0.2s - chế độ hoạt động: + (L) khơng lặp lại kích hoạt + (H) lặp lại kích hoạt - Phạm vi hoạt động: