do an tot nghiep thiet ke mo hinh nha thong minh

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             LỜI NĨI ĐẦU Trong cuộc sống ngày nay, trên nền tảng của sự phát triển về cơng nghệ thơng   tin, điện dân dụng… các sản phẩm khoa học cơng nghệ  dần được đưa vào ứng dụng   trong đời sống sản xuất và   đời sống sinh hoạt của con người. Sự  kết hợp các tính   năng  ưu việt của Smartphone, máy tính, cảm biến với các thiết bị  điện dân dụng…   đem lại cho con người những trải nghiệm về một thế giới thi ết b ị t ự động. Góp phần   làm cho điều kiện cuộc sống ngày một được nâng cao, nhu cầu về giải trí  hưởng thụ  được cải thiện. Một trong những ý tưởng đó đã được phát triển  ứng dụng và được  nhiều người quan tấm đến trong thời gian gần đây, đó là khái niệm về  “nhà thơng   minh”. Tính năng tự  động của nó đem lại, mà hiện nay các ngơi nhà thơng minh ngày  càng được đưa vào sử dụng rộng rãi trong thực tế, khơng chỉ  đối với các căn biệt thự  … mà ý tưởng này cịn có thể được mở  rộng ứng dụng cho những ngơi nhà dân dụng   với mức chi phí bình thường. Từ  nhu cầu thực tế  muốn  ước mơ  về sử dụng thiết bị  điện dân dụng tự  động đến với mọi người dân, đồ  án của chúng em đề  xuất và xây   dựng đề  tài “Thiết kế  mơ hình nhà thơng minh  ứng dụng vi điều khiển ”. Với sự  giúp đỡ  tận tình của thầy giáo TS. Đặng Ngọc Trung cùng các thầy cơ giáo trong bộ  mơn Kỹ Thuật Điện cùng với sự nỗ lực của cả nhóm đồ  án chúng em, đến nay đồ  án   của chúng em đã hồn thành. Do kiến thức của chúng em cịn hạn chế  nên đề  tài của  chúng em khơng tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong sự chỉ bảo, góp ý của   các thầy cơ giáo cùng các bạn sinh viên để  nội dung của đề  tài thực sự  hồn thiện và  được ứng dụng hiệu quả hơn trong đời sống Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Đặng Ngọc Trung, cảm ơn các  thầy cơ giáo trong bộ mơn Kỹ Thuật Điện đã tận tình giúp đỡ  chúng em để đề  tài của  chúng em được hồn thành đúng thời hạn Thái Ngun, ngày 28  tháng 11 năm 2018    Giáo viên hướng dẫn                                          Nhóm sinh viên thực hiện SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 1             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             TS. Đặng Ngọc Trung                                         NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 2             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 3             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             Contents  LỜI NÓI ĐẦU                                                                                                                 1  Contents                                                                                                                            4  PHẦN 1                                                                                                                             5  ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU                                                                                         5  1.1.Giới thiệu về hệ thống nhà thông minh                                                                5  1.2.Đặt bài toán                                                                                                            8  1.3.Ý tưởng xây dựng thuật tốn điều khiển nhà thơng minh                                     9  PHẦN 2                                                                                                                            10     TÌM HIỂU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID VÀ VI ĐIỀU KHIỂN                          10           PIC 16F877A CÙNG MỘT SỐ THIẾT BỊ NGOẠI VI KHÁC                              10  2.1.Hệ điều hành Android                                                                                           10  2.2.Vi điều khiển PIC 16F877A                                                                                  12  PHẦN 3                                                                                                                            35  THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO MƠ HÌNH NHÀ Ở                           35  DÂN DỤNG THÔNG MINH                                                                                          35  3.1.Thiết kế phần cứng                                                                                              35  3.2. Xây dựng phần mềm                                                                                            68 SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 4             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                              3.3.  Kết luận và định hướng phát triển                                                                     85  TÀI LIỆU THAM KHẢO                                                                                            86 PHẦN 1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu về hệ thống nhà thơng minh Nhà thơng minh (tiếng Anh là "Smart Home") hoặc hệ thống nhà thơng minh là   một ngơi nhà/ căn hộ được trang bị hệ thống tự động tiên tiến dành cho điều khiển đèn  chiếu sáng, nhiệt độ, truyền thơng đa phương tiện, an ninh, cửa tự động và nhiều tính  năng khác nhằm mục đích làm cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an tồn và góp phần  sử dụng hợp lý các nguồn tài ngun Theo wiseGeek, một ngơi nhà (hoặc căn hộ) được coi là "thơng minh" bởi vì hệ  thống máy tính/điện thoại của nó có thể  giám sát được nhiều khía cạnh diễn ra xung   quanh ngơi nhà của chúng ta thường ngày.Một trong những ví dụ cơ bản nhất của nhà  thơng minh là một hệ thống kiểm sốt mức độ  chiếu sáng của hệ  thống đèn giúp tiết  kiệm điện và phù hợp với khung cảnh, chẳng hạn như cài đặt đèn ánh sáng nhẹ  cho  các bữa tiệc tối. Hệ  thống cũng có thể  điều chỉnh rèm cửa theo u cầu, kiểm sốt   SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 5             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             nhiệt độ, hệ thống báo sự cố khí gas, hệ thống đóng mở cửa tự động, hệ thống phịng  ngừa trộm…Nhà thơng minh ngồi ra cịn có một số   ứng dụng sáng tạo hơn, gồm hệ  thống điều khiển giải trí loa đài với cơng suất khác nhau, hệ thống tưới nước Các   chức       có   thể     thực     nhờ   việc   ghép   nối     thiết   bị  điệntrong nhà với bộ điều khiển trung tâm thơng qua hệ thống máy tính/điện thoại để  có thể theo dõi các trạng thái và ra các quyết định điều khiển phù hợp Nhà thơng minh đã được hình dung trong các tác phẩm khoa học viễn tưởng từ  nhiều năm nhưng nó chỉ trở thành hiện thực kể từ thế kỷ 20 sau sự phát triển rộng rãi  của ngành điện ­ điện tử và những tiến bộ nhanh chóng của cơng nghệ thơng tin, theo  Wikipedia. Cơng nghệ  nhà thơng minh ngày càng     trở  nên tinh vi,các tín hiệu điều  khiển và giám sát được mã hóa truyền đi thơng qua hệ  thống dây dẫn hoặc mạng   khơng dây đến các bộ chuyển mạch, ổ điện được lập trình sẵn để vận hành các đồ gia  dụng và thiết bị điện tử ở trong ngơi nhà. Sự tự động hóa của ngơi nhà đặc biệt có ích   cho người lớn tuổi và người tàn tật, những người muốn sống tự lập Việc lắp đặt các sản phẩm thơng minh đem lại cho ngơi nhà và chủ nhân của nó  rất nhiều lợi ích – tương tự như  những lợi ích mà cơng nghệ  và máy tính cá nhân đã  đem lại cho chúng ta 30 năm qua, bao gồm: sự tiện nghi, tiết kiệm thời gian, tiền bạc   và năng lượng Các thành phần của hệ thống nhà thơng minh bao gồm các cảm biến (như cảm  biến nhiệt độ, cảm biến chuyển động, cảm biến ánh sáng, cảm biến âm thanh, cảm  biến khí gas…), các bộ điều khiển (PLC, vi điều khiển…), máy tính, khối thu phát tín  hiệu (wifi, Bluetooth…)và các thiết bị  chấp hành khác (Rơ  le trung gian…). Nhờ  hệ  thống cảm biến, các bộ  điều khiển và máy tính/điện thoại mà con người có thể  theo   dõi các trạng thái bên trong ngơi nhà dù chúng ta đang   bất cứ  đâu, để  đưa ra các   quyết định điều khiển các thiết bị chấp hành một cách phù hợp nhằm đảm bảo sự  an  tồn cũng như đem lại cho người sử dụng một mơi trường sống tốt nhất SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 6             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             Hình1.1. Mơ hình hệ thống nhà thơng minh Trên thế  giới, nhiều kiến trúc sư  đang bắt đầu cân nhắc đến nhà thơng minh  trong khi thiết kế và xây dựng nhà. Khi đó, hệ thống được tích hợp ngay trong q trình   xây dựng thì chi phí cho việc lắp đặt, bảo trì sẽ  giảm xuống đồng thời tồn bộ  hệ  thống điện trong tịa nhà cũng sẽ  đồng bộ  và linh hoạt hơn. Tuy nhiên, các ngơi nhà   hoặc căn hộ  đã xây dựng trước đây cũng vẫn có thể  sửa đổi để  tích hợp hệ  thống  thơng minh vào, đem lại những cảm giác mới cho ngơi nhà của chúng ta Hiện nay, trong lĩnh vực nhà thơng minh, các kỹ  sư vẫn đang tiếp tục sáng tạo  để  tạo ra nhiều tiện ích hơn nữa cho ngơi nhà cũng như  tối  ưu hóa về  triển khai lắp   đặt một ngơi nhà thơng minh. Trong tương lai khơng xa, ngơi nhà thơng minh có thể có   khả năng “tư duy” để tự điều chỉnh các thiết bị một cách phù hợp và có khả năng giao  tiếp với con người như trong các bộ phim viễn tưởng là có cơ sở trở thành hiện thực Cuối những năm 1990, nhà thơng minh vẫn được xem là một thứ xa xỉ của nhà  giàu. Tuy nhiên, với sự  ra đời và phổ  biến của cơng nghệ  vi điện tử  và chi phí ngày   càng giảm của chúng thì các cơng nghệ điều khiển thơng minh có thể  được ứng dụng   SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 7             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             rỗng rãi hơn và đem lại cho mọi người dân có mức sống trung bình có thể  làm chủ  được ngơi nhà thơng minh trong tầm tay.  Với sự  phát triển vũ bão của cơng nghệ  thơng tin, internet và chi phí cho hệ  thống nhà thơng minh đã giảm xuống trong thời gian gần đây. Nhu cầu người sử dụng   đã tăng cao đáng kể. Theo hãng ABI Research,  năm 2012 đã có hơn 1,5 triệu hệ thống  nhà thơng minh được lắp đặt ở Mỹ và dự kiến con số này sẽ tăng đến 8 triệu vào năm   2017. Trong tương lai khơng xa, có thể  hi vọng nhà thơng minh sẽ  là một xu hướng   mới cho cuộc sống của con người hiện đại 1.2 Đặt bài tốn Xuất phát từ  nhu cầu mở  rộng quy mơ  ứng dụng hệ  thống nhà thơng minh   khơng chỉ tập trung cho các nhà biệt thự, khách sạn… phục vụ cho các tầng lớp giàu có  thượng lưu, mà cịn đem lại cho người có mức thu nhập trung bình có được cơ hội sở  hữu ngơi nhà thơng minh với một số tính năng tự động nhất định của riêng mình trong  khả  năng kinh tế có hạn. Vì vậy trong phạm vi của đề  tài đề  xuất xây dựng mơ hình   nhà   dân dụng nhà thơng minh, đảm bảo cho ngơi nhà có được một số  tính năng tự  động như sau:  Đóng mở cửa và bật tắt hệ thống chiếu sáng từ xa thơng qua điện thoại/máy   tính, modul Bluetooth HC06 kết nối với vi điều khiển trung tâm   Bật tắt các thiết bị  bằng giọng nói thơng qua  điện thoại gửi  đến modul   Bluetooth HC06 kết nối với vi điểu khiển trung tâm   Đóng mở cửa và bật tắt hệ thống chiếu sáng từ xa bằng việc giải mã tín hiệu  DTMF của điện thoại  Hiển thị nhiệt độ  phịng, nồng độ  khí gas trên LCD hoặc máy tính/điện thoại  giám sát SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 8             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                              Tự động phát hiện và báo sự cố khí gas khi q nồng độ  cho phép thơng qua   cịi báo động, đồng thời ngắt Rơ le trung gian cấp điện xoay chiều cho tồn hệ  thống  điện của ngơi nhà, đến khi sự  cố  được giải trừ  thì tự  động đóng Rơ  le trung gian trở  lại để cấp điện cho ngơi nhà hoạt động bình thường 1.3 Ý tưởng xây dựng thuật tốn điều khiển nhà thơng minh Về bản chất mơ hình nhà thơng minh đề xuất trong đề tài được vận hành: Đóng  cắt từ  xa thiết bị  điện chiếu sáng và đóng mở  cửa qua bộ  điều khiển trung tâm   Việc đóng mở  cửa và đóng cắt thiết bị chiếu sáng thơng qua bộ điều khiển trung tâm   giúp cho người sử dụng có thể vận hành các thiết bị ở bất cứ vị trí nào bằng ba cách:  Cách 1: Điều khiển ở khoảng cách gần thơng qua modul blutooth HC06 lúc này  tất cả các hiệu lệnh đóng cắt thiết bị của người sử dụng thơng qua các nút ấn trên bàn  phím của máy tính hay điện thoại, được mã hóa thành tín hiệu nhờ  phần mềm  ứng   dụng trên hệ  điều hành Android và gửi tín hiệu về  vi  điều khiển thơng qua kênh   Bluetooth của modul Bluetooth HC06, tín hiệu sẽ  được xử  lý thơng qua mã chương   trình đã được lập trình sẵn trong vi điều khiển, từ đó phát tín hiệu điều khiển tới Rơ le  trung gian để cấp điện cho động cơ cửa tự động hay thiết bị chiếu sáng Cách   2:  Điều   khiển     khoảng   cách   gần     giọng   nói   thơng   qua   modul  blutooth HC06 lúc này tất cả các hiệu lệnh đóng cắt thiết bị của người sử dụng thơng   qua các khẩu lệnh giọng nói của ta truyền đến, được mã hóa thành tín hiệu nhờ phần   mềm ứng dụng trên hệ  điều hành Android và gửi tín hiệu về  vi điều khiển thơng qua  kênh   Bluetooth     modul   Bluetooth   HC06,   tín   hiệu       xử   lý   thông   qua   mã   chương trình đã được lập trình sẵn trong vi điều khiển, từ đó phát tín hiệu điều khiển   tới Rơ le trung gian để cấp điện cho các thiết bị.     Cách 3:  Điều khiển   khoảng cách xa bằng việc giải mã âm bàn phím nhờ  modul DTMF sẽ chuyển từ tín hiệu âm thanh sang tín hiệu dạng số và được đưa tới bộ  xủ lý trung tâm thơng qua modul DTMF  từ đó sẽ được xử lý và đưa ra lệnh điều khiển  SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 9             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             đóng mở các thiết bị. Bên cạnh đó trong mơ hình nhà ở dân dụng thơng minh cịn bố trí   các cơng tắc ở mỗi phịng để bật tắt thiết bị chiếu sáng bằng tay.  Ngồi ra nhờ  các cảm biến nhiệt độ  và cảm biến khí gas MQ2 và thơng qua vi  điều khiển và modul Bluetooth sẽ hiển thị các thơng số nhiệt độ phịng cũng như nồng   khí gas trên LCD, máy tính và điện thoại, để người sử dụng có thể giám sát được đảm   bảo sự an tồn trong ngơi nhà tốt nhất. Một điều đáng chú ý đó là chế độ cảnh báo sự  cố  rị rỉ  khí gas trong ngơi nhà thơng qua chương trình cài đặt sẵn trong vi điều khiển  đưa tín hiệu báo động ra cịi báo động khi khí gas vượt q ngưỡng cho phép, đồng thời  giải trừ sự nguy hiểm cho tồn bộ hệ thống điện trong ngơi nhà nhờ tín hiệu từ vi điều  khiển đưa đến Rơ le trung gian tổng, ngắt điện lưới tồn hệ thống của ngơi nhà, đảm  bảo hạn chế  sự  cháy nổ  do điện gây ra. Khi sự  cố  khí gas đã được giải trừ  thì hệ  thống lại tự  động đóng tiếp điểm của Rơ le trung gian tổng cấp điện lại cho tồn hệ  thống trong ngơi nhà PHẦN 2       TÌM   HIỂU   VỀ   HỆ   ĐIỀU   HÀNH   ANDROID   VÀ   VI   ĐIỀU   KHIỂN          PIC 16F877A CÙNG MỘT SỐ THIẾT BỊ NGOẠI VI KHÁC 2.1 Hệ điều hành Android 2.1.1. Khái niệm Android     một  hệ   điều  hành   mã   nguồn  mở   dành   cho   thiết   bị   di   động  như  Smartphone, Tablet hay Netbook (thường gọi chung là thiết bị  cầm tay thông minh)   Android do Google phát triển dựa trên nền tảng Linux kernel phiên bản 2.6 và các phần   SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 10             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             mềm mã nguồn mở. Bất kỳ một hãng sản xuất phần cứng nào cũng đều có thể  tự  do  sử dụng hệ điều hành Android cho thiết bị của mình, miễn là các thiết bị  ấy đáp ứng   được các tiêu chuẩn cơ bản do Google đặt ra (như  có cảm  ứng chạm đa điểm, GPS,   3G,…). Nhờ tính mở miễn phí và những ưu điểm của hệ điều hành này, ngày nay các  thiết bị cầm tay sử dụng hệ điều hành này càng nhiều và phổ  biến. Và một ưu điểm   nữa là hầu như các thiết bị Android là đều được tích hợp cơng nghệ Bluetooth, vì thế  người dùng có thể dễ dàng kết nối được với mạch để điều khiển. Việc điều khiển trở  lên thuận tiện và tiết kiệm chi phí. Nhờ vào tính mở của hệ điều hành Android chúng  ta có thể phát triển ứng dụng một cách tối ưu, phù hợp cho bộ điều khiển.  Từ những thuận lợi đó, việc tạo một  ứng dụng trên chiếc Mobile Android thật  sự dễ dàng, ứng dụng này sẽ có chức năng chính là truyền, nhận dữ liệu qua Bluetooth   để điều khiển bảng thiết bị. Và việc này được thực hiện trên những chiếc điện thoại  sử dụng hệ điều hành Android mà mọi người thường dùng hằng ngày 2.1.2. Cấu trúc hệ điều hành Android Kiến trúc hệ  điều hành Android gồm 4 tầng, từ dưới lên trên là tầng hạt nhân  Linux (v2.6), tầng Libraries & Android Runtime, tầng Application Framework và trên  cùng là tầng Application. Mơ hình tổng thể của các thành phần bên trong hệ  thống sử  dụng Android được mình họa trong (Hình 2.1) SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 11             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             Hình 2.1. Minh Kiến trúc của hệ điều hành Android   Android là một hệ điều hành có tính mở, khác với nhiều hệ điều hành di động  khác, android cho phép một  ứng dụng của bên thứ  ba được phép chạy nền. Các  ứng   dụng đó chỉ  có một hạn chế nhỏ đó là nó khơng được phép sử  dung q 5~10% cơng  suất CPU, điều đó nhằm để    tránh độc quyền trong việc sử    dụng CPU.  Ứng dụng  khơng có điểm vào cố định, khơng có phương thức main để bắt đầu 2.2 Vi điều khiển PIC 16F877A Vi điều khiển PIC 16F877A là loại vi  điều khiển 8 bit tầm trung của hãng  Microchip, là loại vi điều khiển có kiến trúc Havard, sử  dụng tập lệnh kiểu RISC   (Reduced Instruction Set Computer) với chỉ 35 lệnh cơ bản, tất c ả các lệnh được thực   hiện trong một chu kỳ lệnh trừ các lệnh rẽ nhánh 2.2.1 Sơ đồ chân vật lý của PIC 16F877A Vi điều khiển PIC 16F877 A bao gồm 40 chân vật lý được bố  trí như  Hình 2.2  dưới đây. Bao gồm: + Các chân nguồn:   Chân 11, 32 là các chân VDD (+5v) Chân 12, là các chân VSS (0v) + Chân reset : chân số 1 MCLR là chân reset của pic chân này có nhiệm vụ khởi   động lại VĐK PIC + 4 cổng xuất nhập tín hiệu: PORT A và thanh ghi TRIS A; PORT B và thanh ghi TRIS B PORT C và thanh ghi TRIS C; PORT D và thanh ghi TRIS D + Bộ đếm và định thời  PIC 16F877A gồm 3 timer:  SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 12             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             TIMER 0 là bộ  đinh thời 8bit timer hoạt động  ở 2 chế độ: chế  độ  định thời và   chế độ đếm TIMER 1 là bộ  định thời 16 bit được tạo thành từ  2 thanh ghi 8bit TMR1L và  TMR1H TIMER   2      định  thời   8  bit     ứng   dụng   để   điều   chế   độ   rộng   xung   (PWM) + Các ngắt thơng dụng: Ngắt tràn timer 0; Ngắt RB RB4­RB7; Ngắt EXT RB0; Ngắt truyền thơng Ngồi ra PIC 16F877A cịn có 2 chân băm xung PWM CCP1 và CCP2 với chu kỳ xung   là khoảng thời gian để giá trị thanh ghi TMR2 tăng đến giá trị thanh ghi PR2 Hình 2.2. Sơ đồ chân vật lý của PIC 16F877A 2.2.2 Sơ đồ tối thiểu để PIC 16F877A có thể hoạt động được Để  họ  vi điều khiển PIC nói chung và PIC16F877A nói riêng hoạt động được  phải đảm bảo các chân vật lý của vi điều khiển tối thiểu phải được đấu như Hình 2.3.  SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 13             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             Hình 2.3. Sơ đồ tối thiểu đảm bảo sự hoạt động của PIC 16F877A 2.3 Các thiết bị ngoại vi sử dụng trong đề tài 2.3.1 Cảm biến khí gas Để đo nồng độ khí gas (trường hợp rị rỉ  khí gas trong ngơi nhà) và hiển thị  lên   LCD hay máy tính/điện thoại, trong đề  tài sử  dụng cảm biến khí gas MQ2 với các  thơng số vật lý như sau: ­ Điện áp sử dụng : +5V ­ Aout: điện áp ra tương tự. Nó có giá trị  từ  0.3V đến 4.5V, phụ  thuộc vào  nồng độ khí xung quang MQ2.                                                                              ­ Dout: điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ  khí mà MQ2 đo được. Các loại khí: +LPG (Khí hóa lỏng) +i­butane +Propane SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 14             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             +Methane +Alcohol +Hydrogen +Smoke Việc có chân ra số Dout rất tiện cho ta mắc các ứng dụng đơn giản, khơng cần  đến vi điều khiển. Khi đó ta chỉ cần chỉnh giá trị  biến trở  tới giá trị  nồng độ  ta muốn   cảnh báo. Khi nồng độ MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép thì Dout = 1, đèn Led tắt   Khi nồng độ khí đo được lớn hơn nồng khí cho phép, Dout =0, đèn Led sáng Hình 2.4. Hình ảnh cảm biến khí gas MQ2 2.3.2 Cảm biến nhiệt độ Để  đo nhiệt độ  trong ngơi nhà và hiển thị  lên LCD hay máy tính/điện thoại,   trong đề tài sử dụng cảm biến nhiệt độ DS18B20 với các thơng số vật lý như sau: Cảm biến đo nhiệt độ  DS18B20 sử  dụng chuẩn giao tiếp ONE WIRE (đường  dẫn tín hiệu và đường dẫn điện áp nguồn ni có thể  dùng chung trên một dây dẫn).  Ngồi ra, nhiều cảm biến có thể  dùng chung trên một đường dẫn (Rất thích hợp với   các ứng dụng đo lường đa điểm) SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 15             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             Các đặc điểm kỹ thuật của cảm biến DS1820 có thể kể ra một cách tóm tắt như  sau:  ­ Độ phân giải khi đo nhiệt độ là 9 bit . Dải đo nhiệt độ ­55oC đến 125oC, từng bậc  0,5oC, có thể đạt độ chính xác đến 0,1oC bằng việc hiệu chỉnh qua phần mềm (Có thể  đạt đến các độ phân giải 10 bit, 11 bit, 12 bit).  ­ Điện áp nguồn ni có thể thay đổi trong khoảng rộng (từ 3,0 V đến 5,5 V) ­ Dịng tiêu thụ tại chế độ nghỉ cực nhỏ                            ­Thời gian lấy mẫu và biến đổi thành số tương đối nhanh, khơng q 200 ms.           ­ Mỗi cảm biến có một mã định danh duy nhất 64 bit chứa trong bộ nhớ ROM   trên  chip (on chip) Hình 2.5. Hình ảnh cảm biến nhiệt độ DS18B20 2.3.3 Thiết bị hiển thị LCD Mạch này dùng để  hiện thị  trạng thái làm việc của hệ  thống. Sử  dụng LCD   16x2 (2 dịng 16 cột), được nối vào PIC16F877A SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 16             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             ­ Các chân Vcc, Vss và Vee: Chân Vcc cấp dương nguồn 5V, chân Vss nối đất, chân Vee được dùng để điều  khiển độ tương phản của màn hình LCD ­ RS ( Register select): Khi ở mức thấp, chỉ thị được truyền đến LCD như xố màn hình , vị trí con trỏ  ….Khi ở mức cao, kí tự được truyền đến LCD ­ R/W (Read/Write): Dùng để  xác định hướng của dữ  liệu được truyền giữa LCD và vi điều khiển.  Khi nó ở mức thấp dữ liệu được ghi đến LCD và khi ở mức cao, dữ liệu được đọc từ  LCD. Nếu chúng ta chỉ cần ghi dữ liệu lên LCD thì chúng ta có thể nối chân này xuống   GND để tiết kiệm chân ­ E (Enable): Cho phép ta truy cập/xuất đến LCD thơng qua chân RS và R/W. Khi chân E  ở  mức cao (1) LCD sẽ kiểm tra trạng thái của 2 chân RS và R/W và đáp ứng cho phù hợp.  Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ  liệu thì một xung mức cao xuống thấp phải được  áp đến chân này để  LCD chốt dữ  liệu trên các chân dữ  liệu. Xung này phải rộng tối  thiểu là 450ns. Cịn khi chân E ở mức thấp (0), LCD sẽ bị vơ hiệu hố hoặc bỏ qua tín  hiệu của 2 chân RS và R/W ­ Các chân D0 ­ D7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để  gửi thơng tin lên LCD hoặc đọc nội   dung của các thanh ghi trong LCD. Các kí tự  được truyền theo mã tương  ứng trong   bảng mã ASCII. Cũng có các mã lệnh mà có thể được gửi đến LCD để  xố màn hình   hoặc đưa con trỏ về đầu dịng hoặc nhấp nháy con trỏ ­ LCD có 2 chế độ giao tiếp:  SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 17             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             Chế  độ  4 bit (chỉ  dùng 4 chân D4 đến D7 để  truyền dữ  liệu) và chế  độ  8 bit  (dùng cả 8 chân dữ liệu từ D0 đến D7), ở chế độ  4 bit, khi truyền 1 byte, chúng ta sẽ  truyền nửa cao của byte trước, sau đó mới truyền nửa thấp của byte Trước khi truyền các kí tự ra màn hình LCD ta cần thiết lập cho LCD như chọn  chế độ 4 bit hoặc 8 bit, 1 dịng hay 2 dịng , bật/tắt con trỏ…  Để đọc thanh ghi lệnh, ta phải đặt RS=0 và R/W =1 và xung cao xuống thấp cho  bít E. Sau khi đọc thanh ghi lệnh, nếu bit D7(cờ bận )  ở mức cao thì LCD bận, khơng  có thơng tin hay lệnh nào được xuất đến nó. Khi D7=0 mới có thể gửi lệnh hay dữ liệu  đến LCD. Chúng ta nên kiểm tra bit cờ bận trước khi ghi thơng tin lên LCD Hình 2.6. Hình ảnh LCD 16x2 2.3.4 Module Bluetooth HC06 a  Giao tiếp khơng dây Bluetooth  Khái niệm về Bluetooth SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 18             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             Bluetooth là công nghệ  không dây cho phép các thiết bị  điện, điện tử  giao tiếp   với       khoảng   cách   ngắn,     sóng   vơ   tuyến   qua   băng   tần   chung   ISM   (Industrial, Scientific,   Medical) trong dãy tầng 2.40­ 2.48 GHz. Đây là dãy băng tầng   khơng cần đăng ký được dành riêng để  dùng cho các thiết bị  khơng dây trong cơng  nghiệp, khoa học, y tế Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cable giữa máy tính và các  thiết bị  truyền thơng cá nhân, kết nối vơ tuyến giữa các thiết bị  điện tử  lại với nhau  một cách thuận lợi với giá thành rẻ. Khi được kích hoạt, Bluetooth có thể tự động định  vị  những thiết bị khác có chung cơng nghệ  trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối   với chúng. Nó được định hướng sử dụng cho việc truyền dữ liệu lẫn tiếng nói Bluetooth được thiết kế để hoạt động ở  mức năng lượng rất thấp. Đặc tả  đưa   ra 3 mức năng lượng từ 1mW tới 100 mW ­ Mức năng lượng 1 (100mW): Được thiết kế  cho những thiết bị  có phạm vi   hoạt động rộng (~100m) ­ Mức năng lượng 2 (2.5mW): Cho những thiết bị có phạm vi hoạt động thơng  thường (~10m) ­ Mức năng lượng 3 (1mW): Cho những thiết bị  có phạm vi hoạt động ngắn  (~10cm)  Các đặc điểm của Bluetooth  Ưu điểm: ­ Tiêu thụ  năng lượng thấp, cho phép  ứng dụng được trong nhiều loại thiết bị,   bao gồm cả các thiết bị cầm tay và điện thoại di động ­ Giá thành hạ  (Giá một chip Bluetooth đang giảm dần, và có thể  xuống dưới   mức 5$ một đơn vị) ­ Khoảng cách giao tiếp cho phép : SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 19             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             + Khoảng cách giữa hai thiết bị đầu cuối có thể lên đến 10m ngồi trời, và 5m   trong tịa nhà + Khoảng cách thiết bị đầu cuối và Access point có thể lên tới 100m ngồi trời  và 30m trong tịa nhà ­ Bluetooth sử dụng băng tần khơng đăng ký 2.4Ghz trên dãy băng tần ISM. Tốc   độ  truyền dữ  liệu có thể  đạt tới mức tối đa 1Mbps (do sử  dụng tần số  cao) mà các  thiết bị khơng cần phải thấy trực tiếp nhau (light­of­sight requirements) ­ Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một  ứng dụng này  với một  ứng dụng khác thơng qua các chuẩn “Bluetooth profiles”, do đó có thể độc lập   về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng ­ Bluetooth được dùng trong giao tiếp dữ  liệu tiếng nói: có 3 kênh để  truyền  tiếng nói,  và  7 kênh để truyền dữ liệu trong một mạng cá nhân ­ An tồn và bảo mật: được tích hợp với sự  xác nhận và mã hóa ( Build in   authentication and encryption) ­ Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như  phần  mềm hỗ trợ ­ Sử dụng “Frequency Hopping” giúp chống nhiễu giảm va chạm sóng tối đa ­ Có khả năng bảo mật từ 8­>128bit Nhược điểm:  ­ Do sử  dụng mơ hình adhoc nên khơng thể  thiết lập các  ứng dụng thời gian   thực ­ Khoảng cách kết nối cịn ngắn so với các cơng nghệ mạng khơng dây khác ­ Số thiết bị active, pack cùng lúc trong một piconect cịn hạn chế ­ Tốc độ truyền của Bluetooth khơng cao ­ Bị nhiễu bởi một số thiết bị sử dụng sóng radio khác, các trang thiết bị khác SVTH: Trần Văn Đơng    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 20             Vũ Xn Trường  ­   Dương Văn Qn                                                  ... ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu về hệ thống nhà thông? ?minh Nhà thơng? ?minh? ?(tiếng Anh là "Smart Home") hoặc hệ thống nhà thơng? ?minh? ?là   một ngơi nhà/ căn hộ được trang bị hệ thống tự động tiên tiến dành cho điều khiển đèn ...  cầm tay thông? ?minh)   Android? ?do? ?Google phát triển dựa trên nền tảng Linux kernel phiên bản 2.6 và các phần   SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 10...   tới Rơ le trung gian để cấp điện cho các thiết bị.     Cách 3:  Điều khiển   khoảng cách xa bằng việc giải mã âm bàn phím nhờ  modul DTMF sẽ chuyển từ tín hiệu âm thanh sang tín hiệu dạng số và được đưa tới bộ