Thiết kế chế tạo mô hình nhà thông minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MƠ HÌNH NHÀ THÔNG MINH GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TH.S PHAN VĂN DƯ SINH VIÊN : NGUYỄN HỮU THỌ MÃ SỐ SV : 145D5202160085 LỚP : 55K1 KTĐK & TĐH Nghệ An, 05/ 2019 LỜI CÁM ƠN Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu đề tài với nỗ lực thân với giúp đỡ tận tình quý thầy cô nhà trường bạn lớp chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp “Thiết kế - chế tạo mơ hình nhà thơng minh” với thời gian quy định Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô nhà trường, thầy viện Kĩ thuật cơng nghệ tận tình giúp đỡ chúng em suốt năm qua, thầy cô trang bị cho chúng em kiến thức quý báu để làm hành trang bước vào đời Và đặc biệt em xin gửi tới thầy mơn Kĩ thuật điều khiển & tự động hóa lời cảm ơn chân thành nhất, thầy ngày đêm miệt mài nghiên cứu, lao động để truyền đạt cho chúng em kiến thức vô quý báu Các thầy tạo cho chúng em điều kiện tốt để chúng em học tập, sử dụng thiết bị mơn để hồn thành đồ án nhanh Em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Văn Dư tận tình bảo, giúp đỡ chúng em suốt trình thực đồ án để chúng em hoàn thành đồ án với quy định Xin cảm ơn tập thể bạn lớp K55 KTĐK&TDH đóng góp ý kiến quý báu cho đồ án Cuối em xin chân thành cảm ơn xin gửi tới quý thầy cô nhà trường, bạn bè người thân giúp đỡ em suốt thời gian qua lời chúc tốt đẹp nhất! Nghệ An, tháng năm 2019 Sinh viên thực NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Vinh, ngày tháng năm 2019 Giáo viên hướng dẫn (Ký tên ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Vinh, ngày tháng năm 2019 Giáo viên hướng dẫn (Ký tên ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .3 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu 3 Đối tượng nghiên cứu .3 Phương pháp nghiên cứu Kết cấu đề tài .4 CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài 1.1.1 Các đề tài nghiên cứu nước 1.1.2 Các đề tài liên quan nước 1.2 Tổng quan IOT 1.2.1 Internet of things (IoT) 1.2.2 Cấu tạo hệ thống IoTs 1.3 Các linh kiện sử dụng đề tài 1.3.1 Module ardunio wifi esp8266 wemos D1 .8 1.3.2 Phần mềm Blynk: 1.3.3 Lập trình cho Module ardunio wifi esp8266 wemos D1 1.3.4 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 .10 1.3.5 Cảm biến khí gas 11 1.3.6 Module LCD I2C chuyển đổi LCD 16x2 12 1.3.7 Màn hình LCD 16x2 .13 1.3.8 Module Relay kênh 13 1.4 Giới thiệu chuẩn WIFI 15 1.4.1 Tổng quan .15 1.4.2 Hoạt động .15 1.4.3 Sóng WI-FI 15 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 16 2.1 Yêu cầu thiết kế 16 2.2 Các bước thực 19 2.2.1 Đối với hệ điều hành android 20 2.2.2 Đối với hệ điều hành IOS 21 2.2.3 Các module kết nối 24 2.3 Chức phần ứng dụng blynk .25 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 27 3.1 Quá trình thực nghiệm 27 3.1.1 Quá trình thực nghiệm kết nối 27 3.1.2 Kiểm tra hoạt động 27 3.2 Đánh giá thực nghiệm 29 3.2.1 Đánh giá hoạt động .29 3.2.2 Ưu điểm 29 3.2.3 Nhược điểm 29 PHỤ LỤC LỜI NÓI ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, với phát triển không ngừng khoa học kĩ thuật, đặc biệt đời xu hướng công nghệ IOTs (Internet of Things) vật kết nối với qua Internet, người dùng kiểm sốt đồ vật qua thiết bị thơng minh laptop, tablet hay smatphone, nhờ giúp sống người dùng trở nên tốt đẹp Trên giới, sản phẩm ứng dụng công nghệ IOTs phát triển sử dụng hầu hết lĩnh vực y tế, giáo dục, công nghiệp, nông nghiệp, dân dụng… Ở Việt Nam, năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ IOTs vào thiết bị, sản phẩm phục vụ đời sống bắt đầu nghiên cứu đưa sản xuất Tuy nhiên, giá thành thiết bị cao, đáp ứng nhu cầu thực tế hạn chế Trong lĩnh vực dân dụng, cụ thể giải pháp nhà thông minh, số lượng thiết bị hỗ trợ cịn chưa phù hợp với đại đa người sử dụng Từ yêu cầu thực tế đó, với tìm hiểu IoTs, nhóm chúng thực định thực đề tài “Thiết kế chế tạo mơ hình nhà thơng minh” nhằm xây dựng hệ thống giám sát - cảnh báo nhiệt độ độ ẩm - điều khiển thiết bị nhà thơng qua cơng nghệ wifi từ giảm tải sức lao động người MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tạo sản phẩm giúp sống hàng ngày dễ dàng thuận tiện hơn.Có thể điều khiển thiết bị điện không giới hạn khoảnh cách cần smartphone có kết nối wifi, 3G, 4G ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Những linh kiện sử dụng đề tài là:  module ardunio wifi esp8266 wemos D1, Cảm biến khí gas MQ5, Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11, Module Relay Kênh 5V10A, Led 5V (Thay module Relay test hệ thống), LCD 16x2, Điện trở 1K, Breadboard 400 lỗ cắm (Dùng để test hệ thống), Jack đựccái, đực- đực PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Áp dụng kiến thức học trường - Tìm hiểu, nghiên cứu đối tượng chưa biết có đề tài - Học hỏi, tham khảo ý tưởng hay xung quanh, bạn bè, youtobe KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI Đề tài gồm chương: Chương Giới thiệu Giới thiệu chung đề tài, khái quát nghiên cứu mục tiêu đề tài nói đến đối tượng nghiên cứu liên quan đến đề tài Trình bày lý thuyết linh kiện: cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động… Chương Thiết kế hệ thống Trình bày nội dung, bước để thiết kế tiến hành hoàn thành đề tài Chương Thực nghiệm đánh giá Thực nghiệm q trình hồn thành mạch ưu, nhược điểm hệ thống CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 1.1.1 Các đề tài nghiên cứu nước Tại triển lãm CES 2017 Samsung công bố sản phẩm ngành điện tử gia dụng áp dụng công nghệ IoT số tủ lạnh thơng minh Familly Hub 2.0 Tủ lạnh thông minh kết nối internet với hình LED 21.5 inch Người dùng xác định mặt hàng sản phẩm thông qua camera bên trong, hình ảnh bổ sung vào tính danh sách mua sắm, đặt hàng cách thuận tiện thông qua cửa hàng tạp hóa ứng dụng MasterCard Ngồi ứng dụng thực đơn có khả đọc số liệu cơng thức mở rộng văn bản, nhằm giúp người dùng dễ dàng thực lúc nhiều việc nhà bếp, truy cập công thức nấu ăn từ nhiều quốc gia giới Family Hub 2.0 hỗ trợ giao tiếp thành viên gia đình, giúp họ tạo hồ sơ riêng cách sử dụng hình đại diện hay hồ sơ cá nhân. Với hình LED sử dụng bảng thơng báo tương tác kỹ thuật số, thành viên gia đình thơng qua hồ sơ ứng dụng Family Hub điện thoại thông minh để chia sẻ hình ảnh, cập nhật lịch, ghi nhớ viết tay theo thời gian thực, đăng tải ghi nhớ từ nơi Hình 1.1: SAMSUM Family Hub 2.0 Family Hub 2.0 cịn tích hợp cơng nghệ sử dụng giọng nói giúp người dùng xem thông tin thời tiết, thời gian, thêm sản phẩm vào danh sách mua sắm đặt hàng cửa hàng tạp hóa trực tuyến, quản lý danh sách công việc cần làm lịch trình… 1.1.2 Các đề tài liên quan nước Nhà thông minh- BKAV SMARTHOME: Là hệ thống thông minh kết nốt tất thiết bị nhà thành hệ thống mạng, để điểu khiển chúng theo kịch thông minh, bao gồm: hệ thống đèn chiếu sáng, rèm cửa, điều hòa nhiệt độ, tivi, giàn âm thanh, camera an ninh, hàng rào điện tử, cảnh báo khí ga, thiết bị báo cháy… Với BKAV SMARTHOME điều khiển tất thiết bị hình cảm ứng smartphone hay máy tính bảng thơng qua giao diện trực quan 3D Khơng điều khiển trực tiếp smartphone, máy tính bảng ngơi nhà cịn điều khiển giọng nói Nhà thông minh Bkav SmartHome trang bị công nghệ trợ lý ảo, giúp giao tiếp với hệ thống trở nên thân thiện, không cứng nhắc hệ thống điều khiển thơng thường.  Hình 1.2: Hệ thống BKAV SmartHome 1.2 TỔNG QUAN VỀ IOT 1.2.1 Internet of things (IoT) Internet of things (IoT) hay Mạng lưới thiết bị kết nối internet kịch giới, mà đồ vật, người cung cấp định danh riêng mình, tất có khả truyền tải, trao đổi thông tin, liệu qua mạng mà không cần đến tương tác trực tiếp người với người, hay người với CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 3.1 QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM 3.1.1 Q trình thực nghiệm kết nối Bước 1: Nạp lại code cho module Wemos D1 Thay tên wifi mật khẩu, thay tạo thêm project để lấy lại mã auth gửi qua gmail Bước 2: Cấp nguồn cho hệ thống mạch Bước 3: Mở ap Blynk Bước 4: thực điều khiển thiết bị nhà 3.1.2 Kiểm tra hoạt động Bước 1: Sau cấp nguồn quan sát led cảm biến nhiệt độ, led cảm biến gas hình LCD để xem mạch hoạt động ổn định hay chưa - Kiểm tra đầy đủ chân cắm tín hiệu, chân nguồn module chắn hay chưa - Đợi 10-20s để module ESP8266 phát wifi connecting với wifi mạng nhà - Kết nối điện thoại với wifi lập trình sẵn cho wemos D1 - Đảm bảo nguồn cấp đầy đủ, đủ dòng đủ điện áp - Tiến hành thực bước Hình 3.1 Board mạch cấp nguồn vàcđược điều khiển 27 Bước 2: Quan sát tín hiệu wemos blynk để xem trình truyền nhận liệu Bước 3: Mở ap blynk để tiến hành điều khiển Bước 4: Kết hiển thị ap Blynk Hình 3.2 Kết thị ap Blynk Hình 3.3 Cảm biết hoạt động 28 3.2 ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM 3.2.1 Đánh giá hoạt động  Quá trình truyền nhận Wemos D1 ap Blynk hoạt động ổn định  Q trình thực nghiệm khơng xảy lỗi trục trặc Hệ thống hoạt động ổn định Quá trình cập nhật liệu lên hệ thống trình gửi liệu xuống để điều khiển nhanh, ổn định 3.2.2 Ưu điểm  Phần cứng hệ thống có kích thước nhỏ, nhẹ, dễ lắp đặt  Ap Blynk thiết kế đơn giản, dễ nhìn, có nút cập nhật cảm biến Có thể gửi thơng báo xuống hình LCD Hệ thống nút nhấn hình ảnh trực quan Có thể sử dụng điện thoại, máy tính, tablet  Kết đo từ mơi trường tương đối xác phù hợp với yêu cầu đề tài  Sản phẩm sử dụng Module Wemos D1 với giá thành rẻ nên ứng dụng rộng rãi hệ thống dân dụng 3.2.3 Nhược điểm  Sử dụng module hầu hết có sẵn thị trường nên chất lượng chưa ổn định thiết kế chưa đồng hợp  Hệ thống xây dựng đơn giản, quy mơ nhỏ, mang tính chất thực nghiệm  Vì sử dụng ap miễn phí nên tốc độ truy cập dung lượng hạn chế 29 PHỤ LỤC Code Arduino #define BLYNK_PRINT Serial #include #include //Test #include #include // char auth[] = "b2ad92cd28c74b32b3f5bab4267af47c"; char ssid[] = "MOT NGAY DAU THANG"; //tên wifi cần kết nối char pass[] = "khongcomatkhau"; //mật mạng wifi //relay const int ledPin1 =13;//D7 const int btnPin1 =5; //D15 const int ledPin2 =0;//D8 const int btnPin2 =4; //D14 const int ledPin3 =2;//D9 const int btnPin3 =14; //D13 const int ledPin4 =15;//D10 const int btnPin4 =12; //D12 //Test const int sensorPin1 = 16; //D2 CB mua int sensorState1 = 0; int lastState1 = 0; Servo myservo; int servo_position = 0; // BlynkTimer timer; void checkPhysicalButton(); int ledState1 = LOW; int btnState1 = HIGH; int ledState2 = LOW; int btnState2 = HIGH; int ledState3 = LOW; int btnState3 = HIGH; int ledState4 = LOW; int btnState4 = HIGH; BLYNK_CONNECTED() { Blynk.syncVirtual(V0); Blynk.syncVirtual(V1); Blynk.syncVirtual(V2); Blynk.syncVirtual(V3); } BLYNK_WRITE(V0) { ledState1 = param.asInt(); digitalWrite(ledPin1, ledState1); } BLYNK_WRITE(V1) { ledState2 = param.asInt(); digitalWrite(ledPin2, ledState2); } BLYNK_WRITE(V2) { ledState3 = param.asInt(); digitalWrite(ledPin3, ledState3); } BLYNK_WRITE(V3) { ledState4 = param.asInt(); digitalWrite(ledPin4, ledState4); } void checkPhysicalButton() { if (digitalRead(btnPin1) == LOW) { if (btnState1 != LOW) { ledState1 = !ledState1; digitalWrite(ledPin1, ledState1); Blynk.virtualWrite(V0, ledState1); } btnState1 = LOW; } else { btnState1 = HIGH; } if (digitalRead(btnPin2) == LOW) { if (btnState2 != LOW) { ledState2 = !ledState2; digitalWrite(ledPin2, ledState2); Blynk.virtualWrite(V1, ledState2); } btnState2 = LOW; } else { btnState2 = HIGH; } if (digitalRead(btnPin3) == LOW) { if (btnState3 != LOW) { ledState3 = !ledState3; digitalWrite(ledPin3, ledState3); Blynk.virtualWrite(V2, ledState3); } btnState3 = LOW; } else { btnState3 = HIGH; } if (digitalRead(btnPin4) == LOW) { if (btnState4 != LOW) { ledState4 = !ledState4; digitalWrite(ledPin4, ledState4); Blynk.virtualWrite(V3, ledState4); } btnState4 = LOW; } else { btnState4 = HIGH; } } void setup() { Blynk.begin(auth, ssid, pass); //Blynk.begin(auth, ssid, pass, "blynk-cloud.com", 80); //Blynk.begin(auth, ssid, pass, IPAddress(192,168,1,100), 8080); //Test SPI.begin(); myservo.attach(3); //GPIO3/D0/RX //myservo.write(0); // pinMode(ledPin1, OUTPUT); pinMode(btnPin1, INPUT_PULLUP); digitalWrite(ledPin1, ledState1); pinMode(ledPin2, OUTPUT); pinMode(btnPin2, INPUT_PULLUP); digitalWrite(ledPin2, ledState2); pinMode(ledPin3, OUTPUT); pinMode(btnPin3, INPUT_PULLUP); digitalWrite(ledPin3, ledState3); pinMode(ledPin4, OUTPUT); pinMode(btnPin4, INPUT_PULLUP); digitalWrite(ledPin4, ledState4); timer.setInterval(50L, checkPhysicalButton); } void loop() { Blynk.run(); timer.run(); // -Notifi Blynk -// sensorState1 = digitalRead(sensorPin1); Serial.println(sensorState1); if((sensorState1 == 0) && (lastState1 == 0)) { Blynk.notify("CÓ MƯA, ĐANG THU CÂY PHƠI ĐỒ VÀO"); Serial.println("CÓ MƯA, ĐANG THU CÂY PHƠI ĐỒ VÀO"); lastState1 = 1; myservo.write(180); //delay(10000); //myservo.write(100); } if(sensorState1==1) { lastState1 = 0; myservo.write(servo_position); } delay(100); } Code wemos D1_2 #include #include #include #include #include #include #include // -Notifi Blynk // #include #define BLYNK_PRINT Serial #include #include #include #include // LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F, 20, 4); //Wemos I2C //SCL/D15 SLC //SDA/D14 SDA //Conect Wifi char auth[] = " 2b154a4690ab4e97801fce34ff066b35"; //char ssid[] = "MOT NGAY DAU THANG"; //tên wifi cần kết nối //char pass[] = "khongcomatkhau"; //mật wifi const char* WIFI_SSID = "MOT NGAY DAU THANG"; const char* WIFI_PWD = "khongcomatkhau"; //Conect TimzeonVietNam G+7 int timezone = 7; char ntp_server1[20] = "3.th.pool.ntp.org"; char ntp_server2[20] = "1.asia.pool.ntp.org"; char ntp_server3[20] = "0.asia.pool.ntp.org"; int dst = 0; bool displayTime = 0; unsigned long uidDec, uidDecTemp; RFID rfid(15, 2);//SS,RST GPIO15/D10 GPIO2/D9 byte kart[5] = {12,86,44,131,245}; Servo myservo; boolean card; void setup() { Serial.begin(9600); Blynk.begin(auth, WIFI_SSID, WIFI_PWD); SPI.begin(); lcd.begin(); lcd.backlight(); lcd.clear(); lcd.print(" "); WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PWD); delay(1000); configTime(timezone * 3600, dst, ntp_server1, ntp_server2, ntp_server3); delay(1000); lcd.clear(); rfid.init(); myservo.attach(3); //GPIO3/D0/RX myservo.write(150); lcd.clear(); DisplayWAiT_CARD(); } void loop() { Blynk.run(); time_t now = time(nullptr); struct tm* newtime = localtime(&now); if (displayTime == 0) { if (!time(nullptr)) { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(" WELCOME "); } else { lcd.setCursor(4, 0); if ((newtime->tm_hour) < 10)lcd.print("0"); lcd.print(newtime->tm_hour); lcd.print(":"); lcd.setCursor(7, 0); if ((newtime->tm_min) < 10)lcd.print("0"); lcd.print(newtime->tm_min); lcd.print(":"); lcd.setCursor(10, 0); if ((newtime->tm_sec) < 10)lcd.print("0"); lcd.print(newtime->tm_sec); } } //Test if (rfid.isCard()) { if (rfid.readCardSerial()) { Serial.print("Found ID: "); Serial.print(rfid.serNum[0]); Serial.print(","); Serial.print(rfid.serNum[1]); Serial.print(","); Serial.print(rfid.serNum[2]); Serial.print(","); Serial.print(rfid.serNum[3]); Serial.print(","); Serial.println(rfid.serNum[4]); } for (int i = 1; i < 5; i++) { if (rfid.serNum[0] == kart[0] && rfid.serNum[1] == kart[1] && rfid.serNum[2] == kart[2] && rfid.serNum[3] == kart[3] && rfid.serNum[4] == kart[4]) { card = true; } else { card = false; } } if (card == true) { Serial.println("MÃ THẺ ĐÚNG, CỬA MỞ"); Blynk.notify("MÃ THẺ ĐÚNG, CỬA MỞ"); lcd.clear(); lcd.print(" -Wait -"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(" MA THE DUNG"); myservo.write(20); delay(10000); myservo.write(150); displayTime = 0; DisplayWAiT_CARD(); } else { Serial.println("Wrong Card"); Blynk.notify("MÃ THẺ SAI, CO NGUOI DOT NHAP"); lcd.clear(); lcd.print(" -Wait -"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(" MA THE SAI"); displayTime = 0; DisplayWAiT_CARD(); } rfid.halt(); } } void DisplayWAiT_CARD() { lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("XIN MOI QUET THE"); } ... thiểu nhiễu sóng cho phép nhiều thiết bị kết nối 15 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ Sản phẩm thiết kế có sơ đồ khối sau: Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế nhà thông minh Khối cảm biến: Gồm cảm... 1.1.2 Các đề tài liên quan nước Nhà thông minh- BKAV SMARTHOME: Là hệ thống thông minh kết nốt tất thiết bị nhà thành hệ thống mạng, để điểu khiển chúng theo kịch thông minh, bao gồm: hệ thống đèn... tình quý thầy cô nhà trường bạn lớp chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp ? ?Thiết kế - chế tạo mơ hình nhà thơng minh? ?? với thời gian quy định Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô nhà trường, thầy