(Đồ án tốt nghiệp) giám sát và điều khiển các thiết bị điện trong nhà qua mạng internet và tin nhắn SMS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ QUA MẠNG INTERNET VÀ TIN NHẮN SMS GVHD: ThS VÕ ĐỨC DŨNG SVTH: PHẠM GIANG TRƯỜNG MSSV: 11141240 SKL004232 Tp Hồ Chí Minh, tháng 2/2016 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬCÔNG NGHIỆP -  - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ̀ NGÀNH CÔNG NGHỆKỸTHUÂṬ ĐIÊṆ TỬ– TRUYÊN THÔNG ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ QUA MẠNG INTERNET VÀ TIN NHẮN SMS GVHD: ThS VÕ ĐỨC DŨNG SVTH: PHẠM GIANG TRƯỜNG LỚP: 11141DT2 MSSV :11141240 Tp Hồ Chí Minh – 02/2016 PHẦN A GIỚI THIỆU i TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp HC M, ngà y… … thán g … … năm 201 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực hiện: TRƢỜNG PHẠM GIANG MSSV: 11141240 TRẦN TUẤN PHƢƠNG MSSV: 11141165 Chuyên ngành : Công nghệ kỹ thuật Điện tử Truyền thông Mã ngành :41 Hệ đào tạo : Đại học quy Mã hệ: Khố : 2011 Lớp : 11141DT2 I TÊN ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ QUA MẠNG INTERNET VÀ TIN NHẮN SMS AI NHIỆM VỤ:  Tiếp nhận kết đạt đƣợc từ đề tài“ Nghiên cứu, mở rộng modem điều khiển thiết bị thông qua mạng lƣới điện dân dụng “ nhóm trƣớc Th.s Võ Đức Dũng hƣớng dẫn  Khảo sát hệ thống, nguyên tắc truyền nhận, cách thức nhận tín hiệu điều khiển tín hiệu phản hồi, Kiểm tra lại phần cứng, bổ sung module mở rộng khả điều khiển,báo hiệu trạng thái hoạt động  Tìm hiểu thiết kế, thi công lập trình hệ thống điều khiển qua Aduino module sim 900A LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Họ tên sinh viên 2:  Lắp ráp khối điều khiển vào hệ thống Tên đề tài: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ QUA MẠNG INTERNET VÀ TIN NHẮN SMS  Chạy thử mô hình hệ thống điều khiển  Cân chỉnh hệ thống  Viết sách luận văn Tuần/ngày  Báo cáo đề tài tốt nghiệp III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: V NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: VI HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 17/10/2015 17/1/2016 : THS VÕ ĐỨC DŨNG BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP THS VÕ ĐỨC DŨNG 12 ii TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM Th.S VÕ ĐỨC DŨNG iii LỜI CẢM ƠN  Lời nhóm xin chân thành cảm ơn hướng dẫn thầy Võ Đức Dũng, khoa Điện Điện Tử, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Trong suốt thời gian thực đề tài này, với hướng dẫn thầy nội dung phương pháp nghiên cứu, giúp đỡ kiến thức chuyên ngành, với hỗ trợ vật tư, chia sẻ kinh nghiệm thực tế giúp cho nhóm có điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Đồng thời nhóm xin cảm ơn thầy khoa Điện - Điện Tử giảng dạy, truyền đạt cho chúng em kiến thức vô bổ ích cần thiết để chúng em có tiền đề để thực đồ án tốt nghiệp Nhóm xin cảm ơn thầy cô môn Điện Tử Cơng Nghiệp ân cần bảo góp ý cho chúng em trình thực đồ án, thầy ln làm việc tích cực cơng tác quản lý thông tin đến sinh viên để việc bảo vệ đồ án đảm bảo tiến độ Nhóm xin gửi lời cảm tạ đến gia đình, bạn bè khích lệ tinh thần, tạo động lực mạnh mẽ để nhóm tập trung, tích cực làm việc giúp hoàn thành tốt đề tài Trân trọng cảm ơn! Nhóm thực v MỤC LỤC PHẦN A GIỚI THIỆU NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU PHẦN B NỘI DUNG Chƣơng DẪN NHẬP 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Dàn ý nghiên cứu 1.6 Ý nghĩa thực tiễn Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống 2.2 Tổng quan mạng internet 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.3 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình 2.3.1 2.3.2 2.4 Giới thiệu linh kiện thiết bị sử 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 Chƣơng THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 41 3.1 Phân tích yêu cầu điều khiển 41 3.2 Sơ đồ kết nối phần cứng hệ thống 42 3.3 Thiết kế phần cứng 44 Chƣơng THIẾT KẾ PHẦN MỀM 52 4.1 Giải thuật 52 4.2 Lƣu đồ tổng quan 52 4.3 Thiết kế thi công Web Server 55 Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ KẾT LUẬN 57 5.1 Kết 57 5.2 Kết luận 61 5.3 Hƣớng phát triển 62 PHỤ LỤC 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP động SIM900A hệ thống vận hành ổn định Với khối nguồn đƣợc tích hợp sẵn board Arduino, ta sử dụng chân 5V Arduino cấp nguồn cho board kết nối, nhƣ cần cấp nguồn cho board Arduino SIM900A Nhóm chọn adapter 9V – 1A module nguồn LM 2596 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn cung cấp Hình 3.11 Mạch ổn áp LM 2596 GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Trang50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LM 2596 có chức ổn áp dòng 3A cung cấp cho SIM900A hoạt động ổn định áp 5V điều chỉnh đƣợc thông qua biến trở GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Trang51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chƣơng THIẾT KẾ PHẦN MỀM 4.1 Giải thuật Yêu cầu điều khiển đƣợc đặt hệ thống ngƣời dùng điều khiển thiết bị thông qua modem modem 2,sửdụng máy tính có nối mạng, điện thoại, máy tính bảng thực truy cập vào Web Server, sử dụng điện thoại để điều khiển thông qua tin nhắn sms để đƣa yêu cầu điều khiển từ xa Bộđiều khiển nhận lệnh, xử lý sau đƣa tín hiệu điều khiển thích hợp, sau điều khiển xong thì thông báo ngƣợc lại cho ngƣời sử dụng biết trạng thái thiết bị thời Phân tích thiết bịđiện cần điều khiển, ta nhận thấy thiết bịđiện chủyếu biến logic, có trạng thái tắt mởví dụnhƣ quạt, điều hịa, tivi, bóng đèn… nhƣ ta chỉcần xác định trạng thái thiết bị yêu cầu điều khiển để bật mởthiết bịkhi có yêu cầu 4.2 Lƣu đồ tổng quan Bắt đầu Cấu hình Khai báo biến Thiết lập Chƣơng trình (vịng lặp) Kết thúc Hình 4.1 Lƣu đồ tổng quan GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Trang52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Lƣu đồ chƣơng trình Web Server Start Tạo kết nối websever Xây dựng HTML CSS Xuất giao diện đăng nhập Nhập tên mật khẩu So sánh S Đ Xuất giao diện điều khiển hiển thị trạng thái Set chân mức Đọc tín hiệu ngõ vào Kiểm tra điều khiển S Đ Set chân mức 0,Delay 0.3s,Set chân mức END Hình 4.2 : Lƣu đồ chƣơng trình Web Server GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Trang53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Lƣu đồ chƣơng trình tin nhắn sms Start Khởi tạo port,timer Nhận tin nhắn Đọc tin nhắn nhận đƣợc sms = Status SĐ Đ S sms=on Đ Đọc tín hiệu chân vào Đ input =0 input =1 Đ Gửi tin nhắn thông báo Set chân mức 0,delay 0.3s,set chân mức Gửi tin nhắn thông báo Đ Set chân mức 0,delay 0.3s,Set chân mức Gửi tin nhắn thông báo End Hình 4.3: Lƣu đồ chƣơng trình tin nhắn sms GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Trang54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.3 Thiết kế thi công Web Server Ta có dùng sốcơng cụ nhƣ Notepad++, Adobe Dreamweaver,… để xây dựng giao diện Web Server trƣớc code với Arduino IDE Trong đồ án này, nhóm em sử dụngHTML5 CSS3 để xây dựng web Hình 4.4 : Giao diện Web đăng nhập vào hệ thống GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Trang55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.5 Giao diện Web điều khiển thiết bị Tại Website cập nhật trạng thái hệthống bằng cách thực auto refresh bằng thẻ meta đƣợc đặt thẻ code HTML (ở refresh với thời gian 15s/lần) Công việc làm cách để điều khiển thiết bị thông qua trình duyệt? Trƣớc hết tìm hiểu thẻ , cách đọc HTML code phƣơng pháp truyền tin đƣợc sử dụng đồ án Web forms cho phép Web Server nhận dữliệu từngƣời dùng thông qua mạng Dữliệu có thểdùng đểđiều khiển đầu vùng nhớcủa hệ thống Chúng ta lấy ví dụ vi điều khiển nhận lệnh “On/Off” từ trang web điều khiển trạng thái bóng đèn tƣơng ứng Giống nhƣ phần HTML, web forms nhận thơng qua cặp thẻ Trong cặp thẻ có thẻ với kiểu tƣơng tác ngƣời dùng (nút bấm, dạng check,…) Phƣơng pháp truyền liệu: Sử dụng phƣơng pháp GET để truyền liệu điều khiển, liệu đƣợc đặt sau URL (ví dụ: /form.html?ten1=giatri1&ten2=giatri2) Tuy nhiên phƣơng pháp GET đƣợc sửdụng bằng cách không gán method action thẻ mà sử dụng link đến URL bằng lệnh onClick để truyền liệu đƣợc đặt thẻ GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Trang56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ KẾT LUẬN 5.1 Kết Qua trình nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu chuyên môn, tài liệu tiếng Anh, tài liệu internet, với giúp đỡ, hƣớng dẫn tận tình Thầy Võ Đức Dũng, nhóm hồn thành cơng việc sau : Thiết kế thành công mạch điều khiển thiết bị qua mạng internet tin nhắn SMS với tính năng: - Giao tiếp thành công với mạng internet qua chuẩn truyền thông TCP/IP, thực quan sát trạng thái lệnh điều khiển thiết bị qua giao diện Web Server - Giao tiếp điều khiển thiết bị thành công qua tin nhắn SMS - Giao tiếp truyền nhận tín hiệu với Modem master - Ngồi ra, mạch điều khiển đƣợc thiết kếsẵn sàng cho việc tích hợp thêm ngoại vi tƣơng lai Tuy nhiên, hạn chế kiến thức thời gian thực hiện, nguồn tài liệu tham khảo chủ yếu internet nên đề tài khơng tránh khỏi sai sót cịn số hạn chế: - Còn số kiến thƣ́c chƣa hoàn toàn hiểu rõ, hiểu sâu - Vì điều kiện kinh phí thời gian ngắn, nên nhóm chƣa thực đƣợc mơ hình hồn chỉnh, nhƣng áp dụng vào thực tế thì thi cơng dễ dàng - Trang web chƣa đƣợc tối ƣu giao diện đơn điệu, chƣa thật gần gũi với ngƣời dùng  Nhâṇ xét ̣thống: - Toàn hệ thống chạy tƣơng đối ổn định, nhiên đôi lúc bị ảnh hƣởng đáp ứng tác động hệ thống phần cứng - Hệ thống nhận, trả lời yêu cầu từ ngƣời dùng gởi tín hiệu điều khiển SIM900A hoạt động ổn định, xác - Trang web hoaṭđôngc̣ tốt, ổn định, câpc̣ nhâṭliên tục, xác trạng thái thiết bị Dƣới hình ảnh thực tế mô hình: GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Trang57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 5.1 Các thiết bị bên khối điều khiển GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Trang58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 5.2 Hệ thống điều khiển thiết bị Hệ thống điều khiển 16 bóng đèn qua khối điều khiển modem kết nối trực tiếp với bóng đèn GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Trang59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 5.3 Giao diện điều khiển thiết bị điện Để điều khiển thiết bị điện thao tác nút nhấn modem, giao diện Web, qua cú pháp tin nhắn SMS GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Trang60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 5.4 Giao diện giám sát thiết bị điện Trạng thái bật, tắt thiết bị điện đƣợc báo hiệu modem, tin nhắn SMS có tin nhắn yêu cầu kiểm tra trạng thái, đƣợc cập nhật liên tục giao diện Web 5.2 Kết luận Qua thời gian nghiên cứu, thi cơng đồ án đƣợc hồn thành Bằng cố gắng thân mỗi cá nhân phân chia, phối hợp cơng việc hợp lí, nhịp nhàng mỡi thành viên nhóm, đồ án đƣợc hoàn thành thời gian nhƣ định đạt đƣợc yêu cầu đặt giám sát điều khiển thiết bị điện qua mạng internet tin nhắn SMS Đây hệ thống mang tính thực tiễn cao áp dụng sống Trong đồ án, nhóm trình bày chi tiết cấu trúc chức module Do đó, ngƣời đọc dễ dàng nắm bắt hiểu tính module Bên cạnh đó, nội dung đề tài đƣợc trình bày chi tiết rõ ràng bằng cách sử dụng từ ngữ thông dụng, hình ảnh kèm giúp ngƣời đọc dễ hiểu thực cách tƣơng tự, đạt hiệu thời gian ngắn GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Trang61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5.3 Hƣớng phát triển Xuất phát từ hạn chế mặt phần cứng nhƣ phần mềm, nhƣ lợi ích đề tài, để đề tài thêm phong phú hơn, mang nhiều tính thực tế nữa, có khả ứng dụng cao nhóm em đề xuất đƣa thêm vào yêu cầu nhƣ sau:  Sử dụng thêm tính GPRS SIM900A để hổ trợ khơng có mạng internet  Sử dụng thêm nhiều loại cảm biến, camera,…để tăng thêm nhiều tính ứng dụng vào đề tài  Mở rộng mơ hình để áp dụng vào thực tiễn Hy vọng với hƣớng phát triển nêu với ý tƣởng, góp ý khác thầy cô giáo, bạn đọc phát triển đề tài này, khắc phục hạn chế, tồn đề tài, làm cho đề tài trở nên phong phú hơn, mang tính ứng dụng cao vào thực tế sống, phục vụ cho lợi ích tƣơng lai GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Trang62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHỤ LỤC 1.TÀI LIỆU THAM KHẢO  [1] Lê Phi Yến - Lƣu Phú - Nguyễn Nhƣ Anh (1998), Kỹ thuật điện tử, Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh  [2] Th.S Võ Đức Dũng, đề tài “ Nghiên cứu, chếtạo modem điều khiển thiết bị điện thông qua mạng điện dân dụng”, đề tài nghiên cứu khoa học cấp trƣờng, 2014  [3] Dƣơng Quốc Hƣng “Nghiên cứu, mở rộng modem điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lƣới điện dân dụng”  [4] Echelon Corporation (2003), Power Line Communications Technology Update  [5]Ths Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình thực tập Vi Xử Lý PIC”, Trƣờng ĐH SPKT Tp HCM, năm 2014  [6] Kiến thức dòng ARDUINO http://arduino.vn (kiến thức lập trình web)]  [7] https://www.wikipedia.org/  [8] http://arduino360.com/  [9] http://at-sky.com.vn 2.NỘI DUNG ĐÍNH KÈM (CD) Trình bày nội dung Tài liệu tham khảo (bao gồm Datasheet) Mã code điều khiển GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Trang63 ... viên 2:  Lắp ráp khối điều khiển vào hệ thống Tên đề tài: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ QUA MẠNG INTERNET VÀ TIN NHẮN SMS  Chạy thử mô hình hệ thống điều khiển  Cân chỉnh hệ... KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬCÔNG NGHIỆP -  - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ̀ NGÀNH CÔNG NGHỆKỸTHUÂṬ ĐIÊṆ TỬ– TRUYÊN THÔNG ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ QUA MẠNG INTERNET. .. thuật Điện tử Truyền thông Mã ngành :41 Hệ đào tạo : Đại học quy Mã hệ: Khố : 2011 Lớp : 11141DT2 I TÊN ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ QUA MẠNG INTERNET VÀ TIN NHẮN SMS