TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG IoT ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NGÔI NHÀ II.. Các số liệu ban đầu: - Trần Thu Hà – Trương Thị Bích Ngà – Nguyễn Thị Lưỡng – Bùi Thị Tuyết Đan – Phù Thị Ngọc Hiếu – Dương
Trang 1TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
o0o
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Mã ngành: 141
I TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG IoT ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NGÔI NHÀ
II NHIỆM VỤ
1 Các số liệu ban đầu:
- Trần Thu Hà – Trương Thị Bích Ngà – Nguyễn Thị Lưỡng – Bùi Thị Tuyết Đan – Phù Thị Ngọc Hiếu – Dương Thị Cẩm Tú, Giáo trình Điện tử cơ bản, Nhà xuất bản đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh
- Nguyễn Đình Phú, Giáo trình Vi điều khiển, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP
Hồ Chí Minh
- Nguyễn Đình Phú, Giáo trình Vi xử lý nâng cao, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật
TP Hồ Chí Minh
- Nguyễn Đình Phú – Nguyễn Trường Duy, Giáo trình Kỹ thuật số, Nhà xuất bản đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh
- Nguyễn Văn Hiệp – Đinh Quang Hiệp, Giáo trình Lập trình Android cơ bản, Nhà
Trang 2- Thu thập dữ liệu quy trình thiết kế một ngôi nhà IoT
- Các giải pháp thiết kế hệ thống, mô hình nhà IoT
- Lựa chọn các thiết bị trong việc thiết kế mô hình nhà IoT (vi điều khiển STM32F407 VGT6, Arduino Mega, Module wifi esp8266, Module Sim, Module thời gian thực, RFID, relay đóng ngắt, bơm nước, màn hình hiển thị, các cảm biến như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khí gas, PIR …)
- Tìm hiểu các chuẩn truyền thông UART, I2C, SPI
- Thiết kế giao điện điều khiển và giám sát: Web server, App android, WPF (Windows Presentation Foundation)
- Thiết kế, thi công mạch nguồn
- Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển
- Thiết kế, thi công mô hình ngôi nhà
- Viết chương trình cho STM32F407, Arduino Mega và Esp8266
- Lắp ráp hệ thống điều khiển vào mô hình và chạy thử nghiệm
- Chỉnh sửa các lỗi xuất hiện
- Đánh giá kết quả thực hiện
- Viết báo cáo luận văn
- Báo cáo đề tài tốt nghiệp
III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/03/2018
IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/07/2018
V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Đình Phú
Trang 3TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
o0o
Tp HCM, ngày 20 tháng 03 năm 2018
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Huỳnh Xuân Dũng
Họ tên sinh viên 2: Trần Nhật Minh
Tên đề tài:
HỆ THỐNG IoT ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NGÔI NHÀ
Tuần 1
19/03-25/03
Gặp giảng viên hướng dẫn và trao đổi về đề tài đồ án tốt nghiệp
Tuần 2
26/03-01/04
Viết đề cương chi tiết
Tìm hiểu các đề tài đã nghiên cứu có liên quan
Tuần 3
02/04-08/04
Gặp và báo cáo với GVHD về hướng thực hiện đề tài
Tìm hiểu các linh kiện sử dụng trong mạch
Tuần 4
09/04-15/04
Tìm hiểu về giao tiếp giữa các cảm biến, module và các thiết bị với STM32F407 và Arduino
Tìm hiểu về module wifi Esp8266
Tuần 5
16/04-22/04
Lập trình STM32F407 và Arduino đọc cảm biến, điều khiển các LED đơn và kiểm tra việc thu nhận tín hiệu từ cảm biến
Tuần 6 Báo cáo tiến độ cho GVHD
Trang 4Tuần 8, 9
07/05-20/05
Báo cáo tiến độ cho GVHD
Hoàn thành giao diện Web, App Android, WPF
Tuần 10, 11
21/05-03/06
Tổng hợp chương trình đọc tất cả cảm biến, giao tiếp module, truyền nhận dữ liệu và gửi
dữ liệu qua internet
Viết báo cáo
Tuần 12
04/06-10/06
Thiết kế, hoàn thành mô hình và tiến hành đi dây vào mô hình
Kiểm tra hoạt động của hệ thống
Viết báo cáo
Tuần 13, 14, 15
11/06-01/07
Chạy thử hệ thống, kiểm tra lại và sửa lỗi
Viết và hoàn thiện báo cáo
GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)
Trang 5LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó
Người thực hiện đề tài
Trần Nhật Minh
Trang 6LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS Nguyễn Đình Phú đã trực tiếp hướng dẫn, góp ý, chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu, tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đề tài
Chúng em xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài
Chúng em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 14141DT đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài Cảm ơn đến cha mẹ đã tạo điều kiện tốt nhất về kinh tế và tinh thần để con hoàn thành tốt đề tài này
Xin chân thành cảm ơn!
Trần Nhật Minh
Trang 7MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii
LỜI CAM ĐOAN v
LỜI CẢM ƠN vi
MỤC LỤC vii
LIỆT KÊ HÌNH x
LIỆT KÊ BẢNG xiii
TÓM TẮT xiv
Chương 1: TỔNG QUAN 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.2 MỤC TIÊU 1
1.3 MỤC TIÊU CỦA NHÓM 2
1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2
1.5 GIỚI HẠN 3
1.6 BỐ CỤC 3
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5
2.1 GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ VÀO RA SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 5
2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 5
2.2.1 Cảm biến 5
2.2.2 Module thời gian thực DS1307 15
2.2.3 Màn hình Oled 20
2.2.4 Vi Điều Khiển 21
2.2.5 Module SIM900A 29
2.2.6 Dòng chip Wi-Fi ESP8266 36
2.2.7 Công nghệ RFID 42
2.2.8 Bàn phím ma trận 47
Trang 83.1 GIỚI THIỆU 56
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 56
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 56
3.2.2 Tính toán và thiết kế 58
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 73
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 75
4.1 GIỚI THIỆU 75
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 75
4.2.1 Thi công board mạch 75
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 82
4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 85
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển 85
4.3.2 Thi công mô hình 86
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 89
4.4.1 Lưu đồ giải thuật 89
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 107
4.4.3 Phần mềm lập trình giao diện điều khiển 109
4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 112
4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 112
4.5.2 Quy trình thao tác 113
Chương 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 121
5.1 GIỚI THIỆU 121
5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 121
5.2.1 Biết cách sử dụng các cảm biến 121
5.2.2 Biết cách lập trình STM32F407 121
5.2.3 Biết cách lập trình Arduino Mega 121
5.2.4 Biết cách sử dụng module wifi ESP8266 122
5.2.5 Biết cách viết app android, web và WPF 122
5.2.6 Biết cách lập trình đóng mở cửa bằng RFID 122
5.2.7 Biết cách truyền nhận dữ liệu giữa các vi điều khiển 122
5.2.8 Biết cách truyền nhận dữ liệu qua wifi 122
5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 123
5.3.1 Quét thẻ RFID hoặc nhập mật khẩu đóng mở cửa 123
5.3.2 Điều khiển và giám sát thiết bị, cảm biến thông qua internet 126
5.3.3 Điều khiển thiết bị và giám sát anh ninh qua Sim 136
5.3.4 Hiển thị màn hình oled 141
Trang 95.4 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 142
5.4.1 Nhận xét 142
5.4.2 Đánh giá 142
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 144
6.1 KẾT LUẬN 144
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 144
TÀI LIỆU THAM KHẢO 145
Trang 10LIỆT KÊ HÌNH
Hình 2.1: Cảm biến LM35 và sơ đồ nối chân 5
Hình 2.2: Cảm biến DS18B20 và sơ đồ nối chân 6
Hình 2.3: Bộ nhớ ROM 64 bit 7
Hình 2.4: Tổ chức bộ nhớ ROM của cảm biến DS18B20 8
Hình 2.5: Byte thanh ghi điều khiển của cảm biến DS18B20 8
Hình 2.6: Cảm biến DHT21 11
Hình 2.7: Cảm biến DHT11 và sơ đồ nối chân 12
Hình 2.8: Cảm biến khí gas MQ2 và sơ đồ nối chân 13
Hình 2.9: Cảm biến MQ5 13
Hình 2.10: Cảm biến PIR 14
Hình 2.11: Cảm biến độ ẩm đất 15
Hình 2.12: Sơ đồ chân DS1307 16
Hình 2.13: Thanh ghi DS1307 17
Hình 2.14: Tổ chức thanh ghi DS1307 18
Hình 2.15: Module DS1307 20
Hình 2.16: Màn hình Oled 21
Hình 2.17: Board STM32F407 VGT6 22
Hình 2.18: Arduino Mega2560 27
Hình 2.19: Cấu trúc của mạng GSM 30
Hình 2.20: Module Sim900A 32
Hình 2.21: Sơ đồ nguyên lý ESP8266 38
Hình 2.22: Hình ảnh ESP-01 39
Hình 2.23: Hình ảnh ESP-07 40
Hình 2.24: Hình ảnh ESP-12 40
Hình 2.25: ESP8266 NodeMCU 42
Hình 2.26: Thiết bị IFF và thiết bị RFID hiện đại ngày nay 43
Hình 2.27: Sơ đồ khối của một hệ thống RFID 44
Hình 2.28: Hoạt động giữa tag và reader RFID 46
Hình 2.29: Bàn phím ma trận 4x4 47
Hình 2.30: Relay 5V 49
Hình 2.31: Module LM2596 49
Hình 2.32: Sơ đồ nguyên lý module LM2596 50
Hình 2.33: Truyền dữ liệu qua lại giữa 2 vi điều khiển và giữa vi điều khiển với PC 51 Hình 2.34: Bus I2C và các thiết bị ngoại vi 52
Hình 2.35: Trình tự truyền bit trên đường truyền 53
Hình 2.36: Điều kiện start stop 54
Hình 2.37: Truyền dữ liệu I2C 54
Hình 2.38: Giao diện kết nối 4 dây chuẩn SPI 55
Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống 56
Hình 3.2: Thiết kế mô hình căn hộ 58
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý kết nối cảm biến với STM32F407 59
Hình 3.4: Sơ đồ kết nối cảm biến với Arduino mega 59
Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý kết nối Oled với STM32F407 60