Nghiên cứu và phát triển hệ thống nhà thông minh

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 NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG NHÀ THƠNG MINH GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH: ĐÀO BÁ NAM MSSV: 12141140 SVTH: HỒ PHÚC NGUYÊN MSSV: 12141148 SKL004565 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2016 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG NHÀ THƠNG MINH GVHD: ThS Nguyễn Đình Phú SVTH: Đào Bá Nam_12141140 Hồ Phúc Nguyên_12141148 Tp Hồ Chí Minh - 7/2016 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày 08 tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: Sử dụng cảm biến vân tay R305 để nhận dạng vân tay Sử dụng cảm biến DHT11 để đo nhiệt độ độ ẩm Sử dụng màng hình TFT3.2 inch để giao tiếp với người dùng Sử dụng ENC28j60 để giao tiếp mạng Sử dụng module HC05 để giao tiếp với điện thoại Sử dụng IC VS1003 giải mã âm Sử dụng stm32f1 để làm trung tâm điều khiển Nội dung thực hiện: - Điều khiển giám sát thiết bị nhà qua mạng internet điện thoại sử dụng hệ điều hành Android Sử dụng bảo mật vân tay để mở cửa vào Hẹn bật/tắt thiết bị Máy nghe nhạc MP3 Đo nhiệt độ, độ ẩm, báo cháy III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/2016 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Đình Phú CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN i ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỊCH TRÌNH T Họ tên sinh viên 1: Đào Bá Nam Lớp: 12141DT2A Họ tên sinh viên 2: Hồ Phúc Nguyên Lớp: 12141DT2A Tên đề tài: Nghiên cứu phát triển đề tài nhà thông minh Tuần/ngày Tuần Tuần Tuần Tuần SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN ii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tuần 10 Tìm hiểu cơng cụ viết web site Adobe Dreamweaver - Tạo giao diện web web đăng nhập, điều khiển thiết bị Tim hiểu phần mềm Android Studio - Tạo giao diện Android studio Tuần 11 12 Tìm hiểu Ic giao tiếp mạng ENC28j60 - Nhúng web vào vi điều khiển - Lấy liệu từ trang web gửi - Hiển thị trạng thái thiết bị lên web Tuần 13 14 Tìm hiêu IC giải mã VS1003 - Tạo máy nghe nhạc thẻ nhớ đơn Tuần 15 SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN iii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan đề tài nhóm chúng tơi tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Đào Bá Nam Hồ Phúc Nguyên SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN iv ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đường đại học đến nay, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cơ khoa Điện-Điện tử, gia đình bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến thầy Nguyễn Đình Phú với tri thức tâm huyết tận tình hướng dẫn suốt trình làm đồ án Vì kiến thức cịn hạn chế chưa có nhiều kinh nghiệm nên việc thiếu sót điều chắn, em mong đóng góp ý kiến thầy bạn để kiến thức em hoàn thiện Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Đào Bá Nam Hồ Phúc Nguyên SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN v ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án i Lịch trình ii Cam đoan iv Lời cảm ơn v Liệt kê hình vẽ viii Liệt kê bảng vẽ ……………………………………………………………… x Tóm tắt xi CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn 1.5 Bố cục CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan nhà thông minh 2.1.1 Định nghĩa nhà thông minh 2.1.2 Ưu điểm 2.2 Giới thiệu hệ điều hành ANDROID 2.2.1 Tổng quan 2.2.2 Lịch sử phát triển 2.2.3 Cơ sở lập trình 2.3 Giới thiệu phần cứng 2.3.1 Các cảm biến 2.3.2 Vi điều khiển 12 2.3.3 Các chuẩn truyền liệu 15 2.3.4 Module Blutooth HC05 19 2.3.5 Màn hình TFT LCD 23 2.3.6 Module giảm áp lm2596 27 2.3.7 Module Arduino R3 27 2.3.8 Module Ethenet ENC28j60 29 SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN vi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 3.1 Giới thiệu 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1 Thi công hệ thống 4.1.1 Thi công bo mạch 4.1.2 Lắp ráp kiểm tra 4.2 Đóng gói thi cơng mơ hình 4.2.1 Đóng gói điều khiển 4.2.2 Thi cơng mơ hình 4.3 Lập trình hệ thống 4.3.1 Lưu đồ giải thuật 4.3.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 4.3.3 Phần mềm lập trình điện thoại lập trì 4.4 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết 5.2 Nhận xét đánh giá CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận 6.2 Hướng phát triển TÀI LIỆU THAM KHẢO PHU LỤC SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN vii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.16: Logo Dreamweaver 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG Hướng dẫn sử dụng hình kit Bước 1: cấp nguồn cho hệ thống Màng hình hiển thị sau Hình: 4.17: giao diện điều khiển Bước 2: Cài đặt ban đầu Chọn bảo mật để thêm vân tay mở cửa, thay đổi vân tay lưu chủ nhà, xóa tất vân tay lưu màng hình hiển thị Chọn thêm vân tay chủ nhà để lấy vân tay chủ nhà Chọn thêm vân tay để thêm vân tay người dùng sử dụng đóng mở cửa Chọn xóa tất vân tay để xác lập liệu lại Chọn BACK để trở màng hình SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUN 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.18: Giao diện phần bảo mật Bước Chọn thời gian để cài đặt thời gian màng hình hiển thị: Hình 4.19: Giao diện điều khiển thời gian Chọn cài đặt thời gian để cài lại thời gian với Khi hiển thị màng hình cài đặt thời gian: SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.20: Giao diện cài cài đặt thời gian Chạm vào vị trí muốn chỉnh sửa lại để cài đặt Nhấn BACK để trở Bước 3: Sau cài đặt xong hệ thống Chúng ta có sử dụng bình thường nhấn vào điều khiển thiết bị muốn bật tắt thiết bị Hình 4.21: Giao diện điều khiển thiết bị Hoặc chọn nghe nhạc muốn nghe nhạc với phím tăng giảm âm lượng play, pause, next, previos Khi muốn mở cửa vào nhà chạm tay lưu vào cảm biến vân tay để mở cửa SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hướng dẫn sử dụng điều khiển điện thoại Bước 1: Vào ứng dụng chọn bật để bật Bluethooth Hình 4.22: Màn hình nhấn vào bật để bật Bluetooth SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bước 2: Quét thiết bị Bluetooth cần kết nối để điều khiển Hình 4.23: Màn hình nhấn vào quét SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bước 3: Kết nối Bluethooth Hình 4.24: Đang chờ kết nối Bluetooth SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bước 4: Chọn thiết bị cần điều khiển Hình 4.25: Khi kết nối thành cơng SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hướng dẫn sử dụng điều khiển thiết bị web: Bước 1: nhập vào địa IP 192.168.0.252 để vào trang web Sử dụng tài khoản doan mật 1234 để đăng nhập vào hệ thống Hình 4.26: Giao diện điều khiển Web Bước 2: lựa chọn tính năng: Lựa chọn 1: chọn điều khiển thiết bị muốn bật tắt thiết bị gia đình Hình 4.27: Lựa chon thiết bị điều khiển Lựa chọn 2: để hẹn thiết bị nhập giá trị vào input text Ở có hiển thị số hợp lý để lựa chọn Lưu ý: ngày chủ nhật mặc định 1, nhập vào theo dạng 24h, để hẹn bật thiết bị 1, hẹn tắt thiết bị SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.28: Hẹn Web SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.1 KẾT QUẢ Sau làm xong đồ án nhóm chúng em đạt kết sau:  Lập trình ứng dụng kit STM32F103VET6  Giao tiếp với cảm biến vân tay R305  Giao tiếp với cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11  Điều khiển thiết bị qua hình kit STM32F103VET6  Điều khiển thiết bị qua điện thoại thông qua Blutooth HC05  Điều khiển thiết bị qua internet Hình 5.1: Giao diện điều khiển hình kit SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 5.2: Giao diện điều khiển web Hình 5.3: Giao diện hình điều khiển chờ kết nối Bluetooth 5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Sau hoàn thành mơ hình thì: SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP o Cảm biến vân tay chạy ổn định, để tay lệch nhiều làm cảm biến không nhận dạng o Cảm biến nhiệt độ độ ẩm chạy ổn định o Màn hình điều khiển hoàn thành và hiển thị yêu cầu o Giao diện Web điều khiển thiết bị hẹn bật tắt thiết bị Ngoài cịn hạn chế việc khơng thay đổi tài khoản đăng nhập mà sử dụng tài khoản mặc định o Điện thoại giao tiếp Bluetooth ổn định, có lúc bị ngắt kết nối Nhìn chung đồ án hoàn thành 90% Các mạch chạy ổn định SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Trong trình thực đề tài, chưa hoàn toàn đạt 100% so với mục tiêu giám sát nhà qua camera, tự động điều chỉnh độ sáng phù hợp với mơi trường Tuy nhiên nhóm em hồn thành 90% cơng việc so với mục tiêu ban đầu hoạt động tương đối ổn định như: Điều khiển thiết bị nhà điện thoại qua bluetooth internet 6.2 - Giám sát nhiệt độ nhà, báo cháy có hỏa hoạn - Nhận dạng vân tay để mở cửa - Có thể hẹn bật tắt số thiết bị nhà - Máy nghe nhạc mp3 để thư giản - Báo trộm đột nhập qua cửa sổ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hướng phát triển: Do thời gian thực đề tài có giới hạn nên nhóm làm đạt phần hệ thống nhà thông minh Trong q trình làm nhóm thêm nhiều ý tưởng để đưa vào thực tế hữu dụng như: - Báo cháy gửi qua điện thoại sms - Giám sát tồn ngơi nhà qua camera - Sử dụng cơng nghệ khơng dây để kết nói module điều khiển - Tự động điều chỉnh độ sáng đèn nhà - Tự động đóng mở rèm cửa - Tự động tắt thiết bị khơng có người - Điều khiển thiết bị qua giọng nói Hy vọng nhóm sau làm đề tài nhà thơng minh kế thừa hữu ích nhóm em phát triển hệ thống hồn thiện thêm Khắc phục hạn chế gặp đề tài để mang đến hệ thống nhà thông minh đầy đủ tính người Việt Nam SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo [1] Nguyễn Đình Phú, Giáo Trình: Thực Hành Vi Điều Khiển Arm STM32, năm 2014 [2] Nguyễn Văn An Hồ Thanh Hùng, “Thiết Kế Thi Công Nhà Thông Minh Dùng Vi Điều Khiển”, Đồ Án Tốt Nghiệp ĐH, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2015 [3] Phan Vân Hoàn, Giáo trình STM32F103 [4], Học lập trình STM32F1 [5] Arm.vn, Lập trình ARM STM32 [6] mcu.banlinkien.com, Giao tiếp ENC28j60 Và số trang web khác SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN 69 ... SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH 2.1.1 Định nghĩa nhà thông minh Nhà thông minh (tiếng Anh "Smart Home") hệ thống nhà thông minh nhà, hộ trang bị hệ thống tự động tiên tiến dành cho... nhu cầu sử dụng hệ thống thiết bị tự động người dân ngày tăng Hiện giới có nhiều hãng phát triển hệ thống nhà thông minh Samsung, smarthome, Bkav, DigiHome,…Các hệ thống nhà thông minh thiết kế... TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH GVHD: