Đồ án thiêt kế ngôi nhà thông minh cung cấp giải pháp, thiết kế cho sinh viên kỹ thuật và kỹ sư tham khảo. Đề tài ứng dụng Arduino làm bộ điều khiển chính. Từ đề tài này, kỹ sư có thể mở rộng ra để điều khiển cho nhiều đề tài khác, như tưới tiêu, xử lý từ xa...
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: …………………………………………………………… Mã số sinh viên: ……………………………………………………………… Ngành: ………………………………………………………………………… Lớp: …………………………………………………………………………… Tên đồ án chuyên ngành: Nhiệm vụ: Ngày giao đồ án: Ngày… tháng….năm 2019 Ngày hoàn thành đồ án: Ngày….tháng… năm 2019 Người hướng dẫn: ………………………………………………………… Nghệ An, ngày … tháng… năm 20…… TRƯỞNG BỘ MƠN TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGƯỜI HƯỚNG DẪN CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN VỀ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: …………………………………………………………………… Mã số sinh viên: ……………………………………………………………… Ngành: ………………………………………………………………………………… Lớp: …………………………………………………………………………… Tên đồ án chuyên ngành: Nhận xét chung: Phần đánh giá: - Ý thức thực hiện: - Nội dụng thực hiện: - Hình thức trình bày: - Tổng hợp kết (điểm số chữ): + Bằng số: + Bằng chữ: Nghệ An, ngày … tháng… năm 20…… TRƯỞNG BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta sống thời đại công nghệ số hóa, với phát triển vượt bậc cơng nghệ kỹ thuật Đặc biệt, năm gần đây, với bùng nổ cách mạng 4.0 đưa người sang bước tiến Con người ngày thích tìm kiếm tối giản, tinh tế, đại Công nghệ, giúp cho đời sống người nâng cao, đơn giản, thông minh, tinh tế, an toàn Đồng mục tiêu trên, nhóm chúng em định nghiên cửu phát triển đề tài: “Nhà thông minh” Với mục tiêu, người kiểm sốt ngơi nhà thân từ xa Từ đó, giúp tối giản sống, làm cho nhà trở nên tinh tế, thẩm mĩ an tồn Với hướng tốn giải vấn đề trung tâm, xây dựng nên điều khiển, giúp điều khiển thiết bị điện tử nhà Và từ toán này, tương lai chúng em mở rộng đề tài Mở rộng, ý tưởng để xây dựng hoàn thiện đề tài hơn, phù hợp với thực tế, yêu cầu người sử dụng Trong trình làm đề tài, thân nhóm chúng em tự nhận thấy thân cịn thiếu sót kinh nghiệm, kiến thức Vì khơng thể tránh khỏi thiếu sót Mong Thầy Cơ thơng cảm cho chúng em Em xin chân thành cảm ơn LỜI CẢM ƠN Những trang đồ án này, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô viện - người tận tình truyền đạt lại kiến thức cho chúng em Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy T.S Đặng Thái Sơn, người đồng hành hướng dẫn chúng em, tạo hội giúp đỡ cho phép chúng em làm đề tài đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy T.S NCS Mai Thế Anh, người dạy cho chúng em kiến thức tảng hay kỹ thuật lập trình, kỹ thuật lập trình nhúng, thiết bị điều khiển khác Chúng em xin chân thành cảm ơn đến Thầy Cô Viện Kỹ thuật & Công nghệ âm thầm giúp đỡ chúng em cách hay cách khác Ngạn ngữ Hy Lạp có câu “Muốn nhanh Nhưng muốn xa tìm cho nhóm” Qúa vậy, thành công hôm thân chúng em khơng thể hồn thành khơng có giúp đỡ thầy bạn Một lời cảm ơn, lời chúc chân thành Em xin gửi tới quý Thầy, Cô bạn, xin chúc người ln bình an, vui vẻ, hạnh phúc thành cơng đường nghiệp phía trước Cuối cùng, với khối lượng kiến thức nhiều rộng, khả hiểu biết thân em lại có giời hạn Vì vậy, q trình thực đồ án, khơng thể tránh khỏi khiếm khuyết Em mong Thầy Cô thông cảm cho em Chúng em xin chân thành cảm ơn NHÓM SINH VIÊN Hoàng Đức Anh Nguyễn Tuấn Anh Nguyễn Văn Đức Anh MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG TỔNG QUÁT VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỬU 1.1 Hướng giải vấn đề Có nhiều hướng thiết kết xử lý trung tâm để điều khiển ngơi nhà gồm có : Dùng IC rời Dùng PIC Dùng Arduino ESP 8266 - NodeMCU Ở đây, nhóm chọn hướng giải đề tài sử dụng mạch tích hợp NodeMCU – 8266 Trong mạch tích hợp này, tích hợp module cần thiết cho người sử dụng dễ dàng trình lắp ráp thiết kế Người sử dụng không cần dùng đến phương pháp truyền thống hàn, ghép nối… Hơn nữa, tính đơn giản, hiệu ổn định nguyên nhân để chúng em chọn mạch trung tâm vi xử lý 1.2 Giới hạn đề tài Trong phạm vi cho phép nhóm thi cơng ngơi nhà thơng minh mơ hình Trong thời gian thực đề tài có hạn, với lượng kiến thức truyền đạt suốt khóa học khả có hạn, nhóm thực đề tài giải vấn đề sau: 1.3 Bật tắt thiết bị điện tử nhà qua wifi thông qua app giao diện điện thoại di động Thiết lập cảm biến hồng ngoại, giúp nhận biết có người vào nhà bạn Hệ thống tưới tiêu nước từ xa, ngơi nhà có khu vườn Ý nghĩa thực tiễn Từ toán trung tâm xây dựng điều khiển thiết bị từ xa Chúng ta hồn tồn ứng dụng lên mặt đời sống Từ quốc phịng (đóng cắt bệ phóng tên lửa, hệ thống giám sát từ xa qua máy bay, bom thơng minh…), đến Cơng nghiệp (đóng cắt thiết bị, dây chuyền tự động từ xa, giám sát hệ thống dây chuyền từ xa….), Nông nghiệp (Tưới tiêu nước tự động, tùy ý từ xa, mà không cần trực tiếp vườn đề thiết lập máy bơm…) Và nhiều ứng dụng khác nữa, mà phát triển dựa toán 1.4 Khái niệm hệ thống nhà thông minh Nhà thông minh (tiếng Anh "Smart Home") hệ thống nhà thông minh nhà/ hộ trang bị hệ thống tự động tiên tiến dành cho điều khiển đèn chiếu sáng, nhiệt độ, truyền thông đa phương tiện, an ninh, rèm cửa, cửa nhiều tính khác nhằm mục đích làm cho sống ngày tiện nghi, an tồn góp phần sử dụng hợp lý nguồn tài ngun 1.5 - Lợi ích nhà thơng minh Tăng thêm an toàn qua điều khiển chiếu sáng thiết bị điện Một lợi ích home automation tăng thêm an tồn cho gia đình ngơi nhà Chúng ta kiểm soát thiết bị điện dù nhỏ việc chiếu sáng, chạm nhẹ đầu ngón tay vào thiết bị công nghệ(như điện thoại, Ipad…) Các bậc phụ huynh ln kiểm tra gái có tắt máy uốn tóc chưa đảm bảo lò nướng rút điện sau bữa ăn sáng Ngơi nhà có thêm biện pháp bảo đảm an tồn thơng qua việc điều khiển đèn nhà Không tiết kiệm tiền điện cho gia chủ thơng qua việc tự động tắt khơng có người, lighting control cịn tự động bắt tắt đèn theo chu kỳ để đánh lừa kẻ xấu tưởng có người nhà Điều làm tăng thêm độ an tồn an ninh cho ngơi nhà - Bảo vệ nhà thơng minh qua khóa cửa tự động Một lợi ích lớn hệ thống tự động có lẽ nhờ khóa cửa tự động Nhiều người thường xuyên rời khỏi nhà vội qn khóa cửa Thơng qua hệ thống tự động hóa, khóa cửa khóa lại chạm Điều làm yên tâm, để tập trung vào làm việc mà khơng phải băn khoăn quay trở lại xem cửa nẻo Điều có lợi có nhỏ làm trước chúng Thường đứa trẻ hay lơ đễnh quên khóa cửa chúng ngủ quên học vội Chúng ta dễ dàng kiểm sốt từ xa xem cửa khóa hay chưa Chúng ta cịn thơng báo có vào cửa nhà mình, lúc nơi, dù đâu cập nhật thông tin - Gia tăng quan sát thông qua camera an ninh Chúng ta khơng thể có mặt nơi lúc Điều khiến thường bỏ lỡ nhiều việc diễn ra, có lẽ với nhà hay sân vườn Với hệ thống tự động hóa nhà thơng minh, dễ dàng quan sát thấy việc diễn Giờ chắn việc khơng có vị khách khơng mời đến thăm bạn hay gia đình bạn Các camera an ninh gia tăng độ an tồn cho gia đình cách ghi nhận lại hình ảnh phát có chuyển động tự động ghi hình thời điểm định ngày - Gia tăng tiện nghi thông qua việc hiệu chỉnh nhiệt độ điều hịa Thường rời nhà sớm làm vào buổi sáng quên chỉnh lại nhiệt độ điều chỉnh nhiệt (thermostat) Kết nhà thấy nóng lạnh Điều bất tiện, sau ln ln cần thêm khoảng thời gian để nhiệt độ nhà tăng lên giảm xuống nhiệt độ mong muốn Với hệ thống nhà thông minh, cần đơn giản điều chỉnh nhiệt độ sẵn từ xa vài trước đến nhà Điều giúp tiết kiệm tiền, tiết kiệm lượng - Tiết kiệm thời gian Khơng có ngạc nhiên ngày người ta bận rộn thời trước Với thời gian lịch trình làm việc dày đặc Nhờ hệ thống nhà thông minh tự động, lo lắng việc chạy nhà mở cửa cho bọn trẻ học hay phải tạt ngang nhà để điều chỉnh vật dụng gia đình Nói đơn giản người dễ dàng tiết kiệm khoảng thời gian quý báu dành hiệu tốt cho công việc - Tiết kiệm điện gia tăng tiện nghi Như vừa đề cập trên, hệ thống home automation giúp gia đình tiết kiệm tiền Lợi ích hệ thống lớn thấy hóa đơn dịch vụ hàng tháng Chúng ta khơng cịn phải trả tiền cho thiết bị điện hoạt động khơng có người Chúng ta tiết kiệm hóa đơn tiền gas, nước, khơng cần phải ghé nhà bật hay tắt thứ Điều chắn tiện dụng Mỗi người hoàn tồn kiểm sốt thứ để chắn chi phí giảm mà khơng cần phải dùng thêm cố gắng khác - Cho phép điều khiển kiểm sốt xa Có nhiều lúc phải xa giao chìa khóa cho hàng xóm Nhiều người làm phép hàng xóm thực giúp việc vặt bỏ qua tưới nước cho cây, chăm thú nuôi, gửi thư tín Một hệ thống home automation cho phép kiểm soát nhiều thứ việc bàn giao chìa khóa, giúp gia chủ bớt lo âu Chúng ta dễ dàng cài đặt khoảng thời gian cho người vào nhà bạn thơng qua smartphone hay iPad 1.6 Công dụng thiết bị nhà thông minh Máy điều nhiệt thông minh: Máy điều nhiệt thơng minh làm ấm làm mát phịng nhà cách có chọn lựa Nó “thơng minh” nhờ khả cảm nhận mức độ hoạt động người phịng Thay hoạt động giống máy điều hịa nhiệt độ thơng thường, Nest sử dụng loạt cảm biến để phát phịng có người, số lượng người có mặt phịng để định mức lượng cần thiết dành cho hệ thống kiểm sốt khí hậu nhà Điều có nghĩa ngơi nhà bạn không sử dụng lượng q mức Nest cịn cảm nhận nhà có người hay khơng tự động tắt hệ thống làm mát/làm ấm Qua đó, bạn tiết kiệm chi phí điện lẫn khí đốt Bóng đèn thơng minh: “Tắt đèn rời khỏi phịng” – lời nhắc khơng cịn cần thiết ngơi nhà bạn sử dụng bóng đèn thơng minh Những bóng đèn thơng minh thực tế tung thị trường kể từ năm 2006 xem giải pháp tốt để giảm thiểu chi phí lượng Bóng đèn thơng minh có thiết kế tương tự bóng đèn dây tóc truyền thống ngoại trừ việc chúng tích hợp Wi-Fi để giao tiếp với điện thoại máy tính qua 10 Hinh ̀ 5.4 Phâǹ code cho cam ̉ biêń hông ̀ ngoaị truyêǹ liêụ vaò app Blynk 3.5 Mã nguồn chương trình Sau nhâp̣ cać liêụ wifi và thiêt́ lâp̣ thông số cho thông baó cam ̉ biêń hông ̀ ngoai, ̣ ta phâǹ code sau: #define BLYNK_PRINT Serial #include #include BlynkTimer timer; // khai bao cac thong so cho ESP char auth[] = "ae402522800d41ea96c48181c87e045a"; // ma pin tai khoan cua Blynk ca nhan char ssid[] = "ducanhbim"; // Dia chi wifi char pass[] = "ducanhbim"; // mat khau wifi int flag=0; 22 // Tao ham thong bao void ThongBao() { int Chance = digitalRead(D1); if (Chance==1 && flag==0) { Serial.println("Looking!!!"); Blynk.notify("Canh bao! Co nguoi vao"); flag=1; } else if (Chance==0) { flag=0; } } void setup() { Serial.begin(9600); Blynk.begin(auth, ssid, pass); pinMode(D1, INPUT_PULLUP); timer.setInterval(100L,ThongBao); //Khoang thoi gian nhan phan hoi } 23 void loop() { Blynk.run(); timer.run(); } 24 3.6 Thao tać caì đặt cho phân ̀ mêm ̀ Blynk điên ̣ thoaị Hinh ̀ 3.5 Thao tać vơi Blynk 25 Hinh ̀ 3.6 Thao tać vơi Blynk 26 Hinh ̀ 3.7 Thao tać vơi Blynk 27 Cać bước thao tać với Blynk: Bước 1: Taọ Project Bước 2: Thiêt́ lâp̣ cać thông số câǹ thiêt́ cho Project Bước 3: Kiêm ̉ tra mã Auth app Blynk với mã Code Arduino IDE Bước 4: Choṇ cać nut́ điêù khiên̉ tương ứng với cać thiêt́ bị câǹ điêù khiên̉ mô hinh ̀ Lưu ý choṇ chân giá trị đung ́ với chân kêt́ nôí với Board Wemos D1 Bước 5: Hoaǹ ̀ tât́ cả cać thiêt́ bị câǹ thiêt́ cho mô hinh ̀ 28 CHƯƠNG THI CÔNG VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 4.1 Thiết kế phần cứng mô hình 4.1.1 Sơ đồ nhà Hình 4.1: Sơ đồ bố trí phịng linh kiện Diện tích ngơi nhà 80 m2 , ngơi nhà thiết kế thao kiểu nhà bình dân Phù hợp với đại đa số người dân Việt Nam Nguyên tắc hoạt động: Nhà điều khuyển Blynk bật tắt thiết bị điện nhà internet Ngoài ra, trước nhà đặt cảm biến báo động, lúc có người vào/ra cảm biến hoạt động báo động điện thoại Từ đó, chủ nhân ngơi nhà xem qua hệ thống camera để xem đối tượng vào nhà 29 4.1.2 Qúa trình thi cơng Đầu tiên, cần có thiết kế nhà, bao gồm thiết kế phần cứng, sơ đồ đấu nối dây cho thiết bị, cần thiết kế vị trí thiết bị cần điều khiển Từ đó, xây dựng điều khiển phù hợp Một số hình ảnh thể q trình thi cơng mơ hình: Hình 4.2: Qúa trình xây dựng mơ hình 30 Hình 4.3: Hồn thiện phần thơ 31 Hình 4.4: Sơ đồ kết nối điều khiển trung tâm 32 Hình 4.5: Mặt mơ hình hồn thiện 33 Hình 4.6: Mặt trươc mơ hình hồn thiện 34 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Những kết đạt được: - Mơ hình hồn tất hoạt động ổn định Hoàn thành kết nối cảm biến với module WeMos D1 Kỹ làm việc nhóm nâng cao Nâng cao kỹ làm việc khác Những mục tiêu đạt được: - Mơ hình chưa mong muốn Chỉ dừng lại toán trung tâm, chưa khai thác mở rộng nhiều vấn - đề Còn nhiều vấn đề yêu cầu nhà thông minh mà nhóm chưa hồn thiện được, như: Cảm biến nhiệt độ, hệ thống camera… 5.2 KIẾN NGHỊ - Nguồn lượng lấy từ lượng mặt trời Điều khiển thơng qua giọng nói Mở rộng đề tài sang nhiều lĩnh vực khác 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dự án nhà thông minh, BKAV www.bkav.com.vn/ngoi-nha-thong- minh [2] Lịch sử phát triển Arduino, wikipedia.com/arduino- mega [3] Tạp chí tự động hóa, NXB QG Hà Nội Ngồi tài liệu tham khảo từ nguồn mạng: - Điều khiển giám sát qua điện thoại với Esp 8266 Blynk: - https://hocarm.org Diễn đàn điện tử Việt Nam: http://www.dientuvietnam.net Diễn đàn Arduino Việt Nam quốc tế http://www.arduino.vn Blynk Example Browser : https://examples.blynk.cc 36 ... THI CÔNG VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 4.1 Thiết kế phần cứng mơ hình 4.1.1 Sơ đồ ngơi nhà Hình 4.1: Sơ đồ bố trí phòng linh kiện Diện tích ngơi nhà 80 m2 , ngơi nhà thiết kế thao kiểu nhà bình dân... người vào nhà bạn thông qua smartphone hay iPad 1.6 Công dụng thiết bị nhà thông minh Máy điều nhiệt thông minh: Máy điều nhiệt thơng minh làm ấm làm mát phịng nhà cách có chọn lựa Nó “thơng minh? ??... tiếp vườn đề thiết lập máy bơm…) Và nhiều ứng dụng khác nữa, mà phát triển dựa tốn 1.4 Khái niệm hệ thống nhà thông minh Nhà thông minh (tiếng Anh "Smart Home") hệ thống nhà thông minh nhà/ hộ trang