(Đồ án tốt nghiệp) điều khiển và giám sát ngôi nhà thông minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH ÐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NGÔI NHÀ THÔNG MINH GVHD: ThS NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH : NGUYỄN VĂN DANH MSSV: 13119060 SKL005254 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2018 Đồ Án Tốt Nghiệp TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTTHÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NGÔI NHÀ THÔNG GVHD : ThS NGUYỄN NGƠ LÂM SVTH : NGUYỄN VĂN DANH – 13119060 KHĨA : 2013 NGÀNH : CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh CỘNG CHỦ NG Độc lập phú NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Danh MSS V: 1311 9060 Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm Ngày nhân đề tài: 23/09/201 Lớp: 1311 9CL2 ĐT: 0908 4347 63 Ngày nộp đề tài: 19/01 /2018 T ê n đ ề t i : Đ I ỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NGÔI NHÀ THÔNG MINH Các số liệu, tài liệu ban đầu:  Board Intel Galileo Gen2  Các cảm biến Gas, cảm biến mưa  Các thiết bị điện tử: Khóa cửa Solenoid Lock, Động bước, Relay, Module RFID RC522, Module L298N Nội dung thưcc̣ đềtài:  Tìm hiểu Board Intel Galileo  Tìm hiểu thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động thiết bị sử dụng hệ thống  Làm mơ hình thực tế từ mica gỗ  Thiết kế Web Server giám sát thông số hệ thống điều khiển hoạt động hệ thống qua mạng Internet Sản phẩm: Mơ hình nhà thơng minh điều khiển bật tắt thiết bị gia đình qua Internet TRƯỞNG NGÀNH GV HƯỚNG DẪN i Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh CỘNG H XÃ HỘ CHỦ NG VIỆT N Độc lập – Hạ phúc *** ́ PHIÊU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚN G DẪN Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Danh MSSV: 13119060 Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NGÔI NHÀ THÔNG MINH Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: ……………… (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng…năm 20 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh CỘNG H XÃ HỘ CHỦ NG VIỆT N Độc lập – Hạ phúc *** ́ PHIÊ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Danh MSSV: 13119060 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: ĐIỀ U KHI ỂN VÀ GIÁ M SÁT NG ÔI NH À THÔ NG MINH Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: ……………… (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng…năm 20… Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đề tài đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình Thầy Cơ, gia đình bạn bè Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh tạo mơi trường làm việc, học tập nghiên cứu điều kiện tốt cho em hồn thành đề tài đồ án tốt nghiệp Khoa Điện-Điện tử, Khoa đào tạo Chất Lượng Cao cung cấp cho em giáo trình, tài liệu tham khảo, sở vật chất thiết bị hỗ trợ liên quan Thầy hướng dẫn ThS Nguyễn Ngô Lâm Thầy Cô mơn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình qua Mặc dù cố gắng trình tìm hiểu kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý, nhận xét Thầy Cơ bạn để đồ án hoàn thiện phát triển Một lần em xin chân thành cảm ơn! TP HCM, ngày…tháng…năm 20 Sinh viên thực Nguyễn Văn Danh iv Đồ Án Tốt Nghiệp MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIÊÚ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PHIÊÚ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MUCc̣ CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MUCc̣ CÁC BẢNG BIỂU DANH MUCc̣ CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.6 NỘI DUNG ĐỒ ÁN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 INTERNET OF THINGS 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Mơ hình hệ thống IoTs 2.1.3 Ứng dụng IoTs vào sống 2.2 GIỚI THIỆU VỀ BỘ XỬ LÝ INTEL QUART SOC X1000 VÀ BOA INTEL GALILEO 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Giới thiệu xử lý Intel Quark SoC x1000 2.2.3 Các đặc điểm kỹ thuật xử lý Intel Quark SoC x10 2.2.4 Kiến trúc Board Intel Galileo 2.2.5 Các tính hỗ trợ cho Arduino Shield 2.2.6 Chi tiết tính hỗ trợ Intel Architecture v Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh 3.4.3 Khối xử lý trung tâm - Yêu cầu thiết kế: Nhận tín hiệu ngõ vào từ cảm biến, xử lý tính tốn, xuất liệu đo hình LCD, truyền nhận liệu từ web - Phương án thiết kế: Ta sử dụng Kit Rraspberry Pi, PIC16F887, Board Intel Galileo 1, 2, Arduino, Kit Arm… để làm khối xử lý trung tâm - Lựa chọn: Board Intel Galileo với Bộ xử lý Intel Quart Soc X1000 đem lại cho ta trải nghiệm cơng nghệ Lựa chọn Board Galileo Board mạch mới, có nhiều tính năng, cài hệ điều hành Linux, Window Hình 3.4: Khối xử lý trung tâm 3.4.4 Khối nguồn - Yêu cầu thiết kế: Khối có nhiệm vụ tạo nguồn điện khối khác hoạt động, có chuyển mạch hệ thống hoạt động bình thường 49 Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh - Phương án: Điện áp dòng điện cung cấp cho linh kiện hoạt động bình thường liệt kê theo danh sách bảng 3.1: Bảng 3.1: Dòng điện điện áp hoạt động thiết bị STT Tổng dòng điện với mức điện áp Tổng dòng điện với mức điện áp 12V - Phương hướng: Để Galileo hoạt động, kết nối trực tiếp với nguồn Adapter mà nhà sản xuất cấp sẵn kèm theo Các thiết bị cịn lại mức điện áp 12V có tổng dịng dùng nguồn Adapter 12V 2A 50 Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh 3.4.5 Lưu đồ thuật tốn Hình 3.5: Lưu đồ giải thuật chương trình Hình 3.6: Chương trình đọc trạng thái điều khiển thiết bị 51 Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh Hình 3.7: Chương trình đọc trạng thái cảm biến Hình 3.8: Chương trình đọc thẻ RFID 52 Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh Hình 3.9: Chương trình hiển thị LCD 53 Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh Hình 3.10: Chương trình nút nhấn chọn chế độ 3.4.6 Giao tiếp mạng Internet Để kết nối hệ thống mạng Internet cần phải kết nối board Intel Galileo với Router thơng qua kết nối tới mạng Internet Nhưng em dùng điện thoại phát mạng cho laptop Trên board Intel Galileo có hỗ trợ hai cách để kết nối tới mạng Internet là: sử dụng card Wifi thơng qua cổng PCI Express 2.0 sử dụng cáp RJ45 để kết nối với cổng Ethernet board Em định chọn cáp RJ45 để kết nối mạng Internet chi phí thấp, dễ dàng lắp đặt 54 Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh CHƯƠNG : KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 KẾT QUẢ PHẦN CỨNG Hình 4.1: Mơ hình hệ thống nhà thơng minh 4.2 KẾT QUẢ PHẦN MỀM 4.2.1 Giao diện web Người dùng sử dụng điện thoại laptop có kết nối mạng LAN để truy cập vào hệ thống Web Server điều khiển giám sát Viết chương trình cho hệ thống hoạt động với yêu cầu như:  Bật/ tắt thiết bị qua giao diện Web thông qua Internet  Mở cửa thẻ nhựa NFC RFID  Cảm biến phát mưa, rò rĩ Gas  Hệ thống giàn phơi đồ 55 Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh Hình 4.2: Mơ hình hệ thống nhà thơng minh sau hoàn thành Giao diện đăng nhập web server truy cập thơng qua laptop Hình 4.3: Giao diện đăng nhập Web server 56 Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh Hình 4.4: Giao diện đăng nhập điện thoại Hình 4.5: Giao diện web 57 Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh Hình 4.6: Giao diện web điều khiển hệ thống Hình 4.7: Hệ thống cảnh báo điều khiển giàn phơi đồ 58 Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh 4.2.2 Kết đạt Khi đăng nhập thành cơng vào Web ta điều bật tắt mở đèn từ giao diện, sau hệ thống mở hai đèn: Hình 4.8 Hệ thống sáng đèn sân đèn nhà Hệ thống bên tắt hai đèn Hình 4.9 Hệ thống tắt hai đèn 59 Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN Sau hoàn thành đề tài giúp cho em nắm thêm nhiều kiến thức bổ ích như:  Về mặt lý thuyết: - Board Intel Galileo 2, việc tìm hiểu làm việc với Board thành công lớn em - Tổng quan khái niệm nhà thông minh Internet of Things - Tìm hiểu dịng Intel Quark Soc x1000 - Hiểu nguyên lý hoạt động thiết bị liên quan - Xây dựng hệ thống hoàn chỉnh với chức  Về mặt thực tế: - Thiết kế thi công hệ thống mô hình nhà thơng minh - Cảm biến gas phát rò rỉ Gas hiển thị Web Server, LCD - Mở/ Đóng cửa thẻ nhựa NFC RFID - Cảm biến mưa phát trời mưa mơ hình giàn phơi đồ tự động - Điều khiển thiết bị Web Server  Ưu điểm: - Chi phí thấp - Điều khiển vị trí giàn phơi (kéo ra/kéo vào) - Giao diện Web đơn giản, thân thiện, dể sử dụng  Nhược điểm: - Khó khăn việc truy cập vào Board muốn kết nối vào Website - Hệ thống lắp ráp chưa nhỏ gọn - Việc điểu khiển thiết bị mức độ đơn giản đóng tắt 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Mặc dù để tài mang tên “Điều khiển giám sát nhà thông minh” dừng lại số ứng dụng, kỷ nguyên IoT nên có nhiều hướng để phát triển Ta kết hợp thêm Camera để quan sát, hay làm Gara, hệ thống an ninh bảo mật Sử dụng cảm biến vân tay, hay dùng Keypad 4x4 cho ứng 60 Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh dụng khóa cửa, … Xây dựng Website với tốc độ tương tác nhanh hơn, mơ hình hệ thống nhà thông minh với nhiều ứng dụng Hoặc xa thiết kế giao diện mơ hình nhà dạng 3D sử dụng thiết bị cầm tay 61 Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] “Internet of Things gì? http://iot.dtt.vn/InternetofThings.html ” [2] “Ứng dụng Internet of Things http://iot.dtt.vn/InternetofThings.html ” [3] “Internet of Things hữu dụng đời sống thường ngày” [4] https://kienltb.wordpress.com/2015/03/22/giao-tiep-i2c/ [5] http://luanvan.net.vn/luan-van/do-an-nghien-cuu-xay-dung-bo-dieu-khien- cac-thiet-bi-dien-bang-song-radio-va-thiet-bi-di-donggsm-67393/ [6] Nguyễn Đình Phú (08/2016), “Vi điều khiển PIC”, Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, Tp HCM, ViêṭNam [7] https://truonganhhoang.gitbooks.io/mot-so-van-de-hien-dai- 2015/content/trien_khai_ung_dung_bat_tat_bong_den_qua_internet_.html [8] “Giám sát điều khiển mơ hình nhà thông minh” Nguyễn Văn Cường, Hà Mạnh Duy [9] https://xivila.com/profile/dotrunghieu@cyberlab.com.vn/blog/232/iot- cho-nha-dau-tu-phan-1-he-sinh-thai/ Tiếng Anh [1] https://www.intel.com/content/www/us/en/support/articles/000005702/board sand-kits/intel-galileo-boards.html [2] https://software.intel.com/en-us/xdk/docs/lp-xdk-iot [3] http://akizukidenshi.com/download/ds/intel/Galileo_GettingStarted_329685_ 007.pdf [4] http://akizukidenshi.com/download/ds/intel/GalileoShieldTestReport_33093 7_001.pdf [5] https://www.element14.com/community/docs/DOC-78883/l/intel-galileogen-2-development-board#downloads [6] http://fritzing.org/projects/working-with-l298n-dc-motor-driver [7] https://www.seeedstudio.com/Intel-Galileo-Gen-2-p-2014.html 62 ... chức thường sử dụng nhà thông minh: Điều khiển chiếu sáng Điều khiển mành, rèm, cửa cổng Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh Hệ thống an ninh, bảo mật, báo động, báo cháy Điều khiển điều hòa, máy lạnh... CHÍ MINH KHOA ĐAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NGÔI NHÀ THÔNG GVHD : ThS NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH : NGUYỄN VĂN DANH – 13119060 KHÓA : 2013 NGÀNH : CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH Tp Hồ Chí Minh, ... thống giàn phơi đồ thông minh 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Thực thi hệ thống nhà thông minh điều khiển thiết qua Internet áp dụng cho ngơi nhà hồn chỉnh nói phức tạp tốn Để đáp ứng việc điều khiển toàn thiết