(Đồ án tốt nghiệp) xây dựng mô hình SMARTHOME sử dụng năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH SMARTHOME SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: ThS NGUYỄN NGƠ LÂM SVTH: HUỲNH TRÍ MẪN MSSV: 12141133 SKL004641 Tp Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHO ĐÀOTẠOCH T Ư NGC O ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH SM NĂNG Ư RTHOME SỬ DỤNG NG MẶT TRỜI SVTH: HUỲNH TRÍ MẪN MSSV: 12141133 Khoá: 2012 N : CN- KT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG GVHD: ThS NGUYỄN NGÔ ÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 02 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Huỳnh Trí Mẫn Ngành: CNKT-Điện tử truyền thông Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm Ngày nhâṇ đề tài: 12/09/2016 MSSV: 12141133 Lớp: 12141CLVT ĐT: 01669668407 Ngày nộp đề tài: 13/02/2017 Tên đề tài : Mơ hình Smarthome sử dụng lượng mặt trời Các số liệu, tài liệu ban đầu: TS Nguyễn Bá Hải, “Giáo trình Lập trình Labview” Ed Doering, “NI myRio Project Essentials Guide” NI, “User Guide And Specifications NI myRIO 1900” Kit Ni MyRIO1900 module liên quan Nội dung thưcc̣ hiêṇ đềtài:Thiết kế xây dựng mơ hình smarthome điều khiển qua mạng internet sử dụng lượng mặt trời Tìm hiểu Kit Ni MyRIO1900 Tìm hiểu thơng số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động thiết bị sử dụng hệ thống Làm mơ hình thực tế từ mica Thiết kế Web Server giám sát thông số hệ thống điều khiển hoạt động hệ thống qua mạng Internet, điều khiển thiết bị qua máy tính bảng Nhận xét, kết luận Sản phẩm: Mơ hình Smarthome sử dụng lượng mặt trời TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** ́ PHIÊU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN MSSV: 12141133 Họ tên Sinh viên: Huỳnh Trí Mẫn Ngành: CNKT-Điện tử truyền thơng Tên đề tài: Mơ hình Smarthome sử dụng lượng mặt trời 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 2017 Giáo viên hướng dẫn ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** ́ PHIÊU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Huỳnh Trí Mẫn MSSV: 12141133 Ngành: CNKT-Điện tử truyền thông Tên đề tài: Mơ hình Smarthome sử dụng lượng mặt trời 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 2017 Giáo viên phản biện iii LỜI CẢM ƠN Được phân công khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh đồng ý thầy giảng viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Ngô Lâm, em thực đề tài mang tên “Mơ hình SMARTHOME sử dụng lượng mặt trời” Để hoàn thành đề tài này, em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Đào tạo chất lượng cao, khoa Điện - Điện tử Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh tận tình truyền đạt kiến thức năm em học tập trường Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Ngơ Lâm đa ̃ tâṇ tình hướng dâñ vàtaọ điều kiêṇ thuâṇ lơị cho em suốt thời gian thực đồ án tốt nghiệp Bên cạnh đó, em cũng xin cảm ơn anh, chị khóa trước cũng baṇ sinh viên lớp 12141CLVT đa ̃ nhiêṭ tình đóng góp ý kiến chia sẻ kinh nghiêṃ đểgiúp em hồn thành đề tài Cuối cùng, kiến thức cịn hạn hẹp nên khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận đóng góp ý kiến q thầy bạn để hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 02 năm 2017 Sinh viên thực Huỳnh Trí Mẫn iv TĨM TẮT Trong thời kì cơng nghệ ln phát triển không ngừng, khoa học kĩ thuật nước ta cũng cần phải bắt kịp xu hướng chung giới không muốn bị ụt hậu Các mạch điện, thiết bị điện tử đổi mới, phát triển, hệ thống điều kiển kit điều kiển cũng có nhiều đổi mới, có tính ứng dụng cũng đa dụng cao Một số đáng quan tâm nghiên cứu kit Ni myRIO Đi đôi với vấn đề phát triển khoa học kỹ thuật vấn đề lượng cung cấp cũng vấn đề cấp bách Và sau trao đổi với giáo viên hướng dẫn, người thực đề tài định thực nghiên cứu kit myRio việc sử dùng lượng mặt trời đời sống thực tế Đề tài người thực chọn là: “Mô hình SMARTHOME sử dụng lượng mặt trời” Một điểm đề tài lập trình phần mềm Labview, khơng phải lập trình ngơn ngữ truyền thống mà lập trình ngơn ngữ “hình ảnh”, có tính tư duy, trừu tượng Cũng áp dụng việc sử dụng lượng mặt trời thực tế Đề tài người thực đề tài dựa hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Ngô Lâm, cũng hỗ trợ thiết bị nhà trường, công ty Nation Instruments, qua tìm hiểu mạng, thơng tin datasheet số linh kiện điện tử cũng đề tài đồ án nghiên cứu khoá trước Song kiến thức có hạn, kinh nghiệm cịn hạn chế nên q trình thực đề tài cịn nhiều thiếu sót Người thực đề tài mong nhận góp ý hội đồng bảo vệ, thầy cơ, bạn sinh viên để nâng cao chất lượng đồ án v ABSTRACT The living standards and people’s needs are higher than ever, requiring technical industry must always change, improvement and enhance the quality of life In fact, Electronics industry largely and importantly contributes to bring such great achievements Its characteristic is always proactive, create new products to serve people, not only in life but also in science, military, health care, agriculture… Followed by the increasing demand of energy However, energy resources are mainly exploited as: coal, nuclear, oil and gas, which are increasingly exhausted and has affected the environment Therefore, to ensure energy resources as well as environmental issues, renewable energy or clean energy is urgently necessary at present That not only contribute to enhance the quality of life, but also open up new ways to assist people more in the future This project, the implementation team builds a model of smart home using solar energy The controller board is kit Ni myRIO1900 Ni myRIO1900 using programmed with the LabVIEW The controller board will make decision to control on/off devices based on the program has been programmed and sent information to the unit The source using two adapter, the solar energy and grid electric vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i ́ PHIÊU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii ́ PHIÊU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi DANH MỤC BẢNG xiii DANH MỤC HÌNH ẢNH xiv CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Bố cục đồ án CHƯƠNG PHẦN MỀM LẬP TRÌNH LABVIEW 2.1 Phần mềm lập trình Labview 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Ứng dụng Labview vii 2.1.3 Cách 2.1.4 Giao 2.2 Phần mềm tạo giao diện máy tính CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC KHỐI LIÊN QUAN 3.1 Kit Ni myRio 1900 3.1.1 3.1.2 Thôn 3.1.3 Các c 3.2 Module điều khiển động L298 ( mạ 3.2.1 Giới 3.2.2 Tóm 3.2.3 Thơn 3.2.4 Kết n 3.3 3.4 Module cam biến nhiêṭđô (c̣ PmodTMP3 3.5 Module PmodCLS(man hinh LCD): 3.6 Module cam biến anh sang (PmodALS 3.7 Module Keypad(PmodKYPD): 3.8 Module cảm biến gas MQ2 3.9 3.10 3.11 Tấm panel lượng mặt trời 3.11.1 viii : L u P đ g i ả i t h u ậ t đ ọ c n h i ệ t đ ộ t m o d u l e P m o d T M Bắt đầu Giải thích: Bước 1: cấu hình mode SPI để khởi tạo Cấu hình mode SPI CS=0 Đọc liệu từ module bus kết nối đến FPGA Bước 2: cho chân CS =0 Để bắt đầu trình đọc liệu từ module Bước 3: Đọc từ module truyền Bước 4: xử lí chuyển đổi liệu CS=1 Xử lí, chuyển đổi liệu Hiển thị kết hình Bước 5: Hiển thị kết hình Bước 6: cho chân CS =1 để kết thúc trinh đọc liệu từ module Bước 7: Kiểm tra xem điều kiện có dừng hay khơng? Nếu có kết thúc chương trình, khơng quay lại bước Dừng ? Yes Kết thúc Hình 4: Lưu đồ giải thuật đọc cường độ ánh sáng Cài đặt thời gian Giải thích lưu đồ: Bước 1: Cấu hình mode I2C để khởi tạo Cấu hình mode I2C bus kết nối đến FPGA Bước 2: Get thời gian thực từ hệ thống PC Get thời gian thực từ hệ thống Bước 3: chuyền đổi liệu thời gian từ hệ thống sang BCD Chuyển đổi liệu từ thập phân sang BCD Bước 4: Ghi liệu vào ghi IC DS1307 Ghi vào ghi RTC DS1307 Bước 5: Kết thúc Kết thúc Hình 5: Lưu đồ giải thuật cài đặt thời gian thực từ hệ thống cho module RTC DS1307 Giải thích lưu đồ: Begin Bước 1: Khởi tạo bus kết nối chân khởi tạo bus kết nối chân keypad đến FPGA hàng cột keypad đến FPGA Bước 2: Tiến hành quét cột Bước 3: Thiết lập chế độ Hi-Z cho tất Quét cột cột thiết lập chế độ hi-z tất cột Bước 4: cho cột thứ =false Bước 5: đọc tất hàng cột thứ =False Bước 6: kiểm tra xem có phím nhấn hay khơng? Nếu khơng cho cột = đọc tất hàng false sau quay lại bước Nếu có đến bước có phím nhấn ? cột kế =Fals Bước 6: Tìm mã ứng với phím nhấn chuyển đổi thành số Yes Tìm mã ứng với phím nhấn chuyển thành số Bước 7: Kiểm tra xem điều kiện có dừng hay khơng? Nếu có kết thúc chương trinhg, khơng quay lại bước2 No Dừng ? Yes End H ì n h : L u đ g i ả i t h u ậ t đ i ề u k h i ể n P m o d K Y P D begin Giải thích lưu đồ: Bước 1: Cấu hình mode UART để khởi tạo bus kết nối đến FPGA Bước 2: Ghi lệnh khởi tạo lcd 16x2, trỏ đầu hàng Bước 3: Gọi hàm đọc thời gian thực PC Bước 4: Chuyển đổi sang mã ASCII Bước 5: Kiểm tra điều kiện có dừng hay No khơng? Nếu có kết thúc chương trình, khơng quay lại bước Hình 7: Lưu đồ giải thuật điều khiển LCD Bắt đầu Giải thích lưu đồ: Bước 1: Kiểm tra tín hiệu cho chân EN1, Kiểm tra EN1 EN2 EN2 sai quay lại từ đầu NO Bước 2: Khởi động PWM điều kiển Bước 3: Kiểm tra Keypad xem có khơng NO Bước 4:Nếu cho động hoạt động Sai kết thúc chương trình Kết thúc Tiếp tục thực vịng lặp Hình 8: Lưu đồ giải thuật điều khiển động Module L298 10 Giải thích lưu đồ: Bước 1: Kiểm tra chân nhận D0 MQ2 Bước 2: Nếu kết nhận thấp chứng tỏ có tượng rò rỉ gas Bước 3: Tiến hành bào động buzzer đèn báo + Đèn báo hệ thống đèn hệ thống Các đèn chóp tắt liên tục Bước 5: Kích hoạt động cửa để hiểm ngồi Đồng thời đóng tất Hình 9: Lưu đồ giải thuật nhận tín hiệu từ MQ2 điều khiển buzzer cá thiết bị khác tránh trường hợp bị chập điện thiết bị nến cháy thật * Lưu ý có bước kiểm tra cảm biến nên độ nhạy cảm biến chỉnh thấp 11 Giải thích lưu đồ: Lưu đồ thực thi hệ thống hoạt động chế độ MAIN Bước 1: nút nhấn Main nhận mức cao hệ thống chế độ Main Bước 2: Nếu hệ thống chế độ Main tiếp tục kiểm tra Switch để điều khiển thiết bị Bước 3: Thực thi theo Switch chọn Hình 10 Lưu đồ giải thuật nhận tín hiệu Switch điều khiển ht đèn, Relay 4.1 Thiết kế mơ hình 4.3.1 Thiết kế kết cấu mơ hình Mica Thiết kế lấy ý tưởng từ nhà phố khu vực thành phố Hồ Chí Minh Có kích thức hẹp bề ngang rộng chiều dài Bản thiết kế dựa theo vẽ xây dựng nhà cụ thể Phần mơ hình mica lấy tỉ lệ 1/20 so với thực tế Các vẽ thiết kế kèm phần Phụ lục 4.3.2 Thiết kế mạch nguyên lý Mạch nguyên lý tổng hợp thiết kế từ sơ đồ kết nối module cũng kiến thức có trình học Sau Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống 12 Giao tiếp với máy tính bảng Yêu cầu Sử dụng kết nối wifi có sẵn kit NI myRio giao tiếp với thiết bị cầm tay chạy hệ điều hành Android, iOS Window Phone, sau thiết kế giao diện điều khiển hệ thống thơng qua thiết bị cầm tay Dựa vào đặc điểm ứng dụng NI Data Dashboard, người thực thiết kế giao diện để điều khiển hệ thống gồm: 01 công tắc bật tắt phép điều khiển Relay 05 công tắt để điều khiển đèn khu vực 05 đèn hiển thị khu vực Một đồng hồ hiển thị ánh sáng trời Hiện thị nhiệt độ 01 Đèn cảnh báo cháy Từ kiện trên, người thực thiết kế giao diện ứng dụng NI Data Dash Board, sau sử dụng chức chia sẻ biến Labview NI Data Dashboard thông qua Wifi xuống kit myRio 13 Hình 11 Giao diện máy tính bảng VII KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT Sau trình nghiên cứu thực đề tài “Mơ hình smarthome sử dụng lượng mặt trời” đề tài hoàn thành nội dung sau: Phần cứng Về kit NI myRio 1900: Nắm cấu hình phần cứng kit NI myRio Tìm hiểu phân tích đặc điểm kỹ thuật kit Các giao tiếp kit với thiết bị ngoại vi Kết nối linh kiện với kit Trình bày Labview lập trình cho kit NI myRio Về linh kiện khác: Trình bày mạch sạt pin lượng mặt trời V2 Trình bày động DC Trình bày mạch cầu H 14 Trình bày mặt buzzer Trình bày vềcảm biến ánh sáng ,nhiêṭđô,c̣cảm biến gas Trình bày vềreal-time DS1307 Về thiết kế hệ thống: Xây dựng mô hình gắn liền với thực tế Thiết kế hoạt động chưa ổn định chức Dưới số hình ảnh thực tế thiết bi:c̣ Hình 12: Mơ hình đồ án mặt ngang Hình 13 Mơ hình mặt trước 15 Hình 14 Phịng điều khiển mơ hình 16 ... kế xây dựng mơ hình smarthome điều khiển qua mạng internet sử dụng lượng mặt trời Tìm hiểu Kit Ni MyRIO1900 Tìm hiểu thơng số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động thiết bị sử dụng hệ thống Làm mơ hình. .. đề tài định thực nghiên cứu kit myRio việc sử dùng lượng mặt trời đời sống thực tế Đề tài người thực chọn là: “Mơ hình SMARTHOME sử dụng lượng mặt trời? ?? Một điểm đề tài lập trình phần mềm Labview,... 39 Hình 26: Module Relay kênh 40 Hình 27: Module buzzer 40 Hình 28 : Cấu taọ tấm pin lượng mặt trời 41 Hình 29: Cấu taọ bềmăṭ tấm pin lượng mặt trời 41 Hình