(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà thông qua amazon alexa và cảnh báo chống trộm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ THÔNG QUA AMAZON ALEXA VÀ CẢNH BÁO CHỐNG TRỘM GVHD: Võ Đức Dũng SVTH: Phạm Duy Thanh MSSV: 15141282 SVTH: Nguyễn Thị Hạ MSSV: 15141150 SKL006090 Tp Hồ Chí Minh, tháng 3/2019 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 – Y SINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ THÔNG QUA AMAZON ALEXA VÀ CẢNH BÁO CHỐNG TRỘM GVHD: ThS Võ Đức Dũng SVTH: Phạm Duy Thanh Nguyễn Thị Hạ Tp Hồ Chí Minh - 3/2019 TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: TÊN ĐỀ TÀI I THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ THÔNG QUA AMAZON ALEXA VÀ CẢNH BÁO CHỐNG TRỘM Các số liệu ban đầu: Trước thực đề tài, nhóm tham khảo đọc tài liệu sau để có số liệu ban đầu: Nguyễn Văn Lem, “Thiết kế xây dựng hệ thống mơ hình nhà thơng - minh”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT Tp.HCM, 2015 - Espressif Systems IOT Team, “ESP8266 Datasheet”, Espressif Systems, 2015 - Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình Vi xử lí”, Trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2013 - Nguyễn Đình Phú – Nguyễn Trường Duy, “Giáo trình: Kỹ thuật số”, Nhà xuất ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2013 - Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, “Giáo trình điện tử bản”, Nhà xuất ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2013 Nội dung thực hiện: - Nghiên cứu tài liệu ESP8266 Node MCU Arduino Nano V3, giao tiếp không dây mạng Internet - Nghiên cứu mơ hình nhà thơng minh - Thiết kế tính tốn thiết kế mạch phần cứng cho thiết bị i - Thi công phần cứng, thử nghiệm hiệu chỉnh phần cứng - Thử nghiệm chỉnh sửa hệ thống chương trình để hệ thống tối ưu Đánh giá kết đạt với thông số đề - Viết báo cáo thực - Bảo vệ luận văn II.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: BI NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/06/2019 IV HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: THS VÕ ĐỨC DŨNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Hưng Thịnh Lớp: 14141DT3B MSSV: 14141303 Họ tên sinh viên: Khổng Hữu Duy Lớp: 14141DT3B MSSV: 14141037 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ NHÀ CÓ HỖ TRỢ GOOGLE ASSISTANT Tuần/ng Tuần (01/10 Tuần (08/10 Tuần (15/10 Tuần (22/10 Tuần (29/10 iii Tuần (05/11 Tuần (12/11 Tuần 8, (19/1 Tuần 10, 11(03/1 Tuần 12 (17/12 Tuần 13 (24/12 Tuần 14 (31/12 iv Chương TỐNG QUAN LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm sinh viên chúng em tự thực hiện, dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước TP Hồ Chí Minh, ngày 21/05/2019 Người thực đề tài Phạm Duy Thanh Nguyễn Thị Hạ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Chương TỐNG QUAN LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp chương trình học cuối khóa đào tạo đại học Đây hội cho sinh viên ứng dụng kiến thức giảng dạy làm quen với công việc sau Trong trình thực Đồ án tốt nghiệp, chúng em nhận giúp đỡ ủng hộ lớn thầy, cô, người thân bạn bè Đó động lực lớn giúp chúng em hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Võ Đức Dũng Thầy người hướng dẫn nhiệt tình, ln đưa nhận xét đắn để chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp kịp thời hồn thiện Sau cùng, có nhiều nỗ lực, thời gian thực đề tài khơng nhiều kiến thức, kinh nghiệm cịn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp nhiều thiếu sót Do đó, chúng em kính mong quý thầy cơ, bạn bè thông cảm mong nhận ý kiến từ người để hoàn thiện đề tài tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, ngày 10/06/2019 Người thực đề tài Phạm Duy Thanh Nguyễn Thị Hạ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Chương THI CÔNG HỆ THỐNG Recognition: nơi thiết lập kết nối với hệ thống phần cứng chạy chương trình nhận dạng Hình 4.40 Giao diện chương trình Recognition Chức nút nhấn Recognition: • Gate COM: danh sách chọn cổng COM để giao tiếp với hệ thống phần cứng • Baud rate: danh sách tốc độ Baud để giao tiếp với hệ thống phần cứng • Connect: Sau chọn cổng COM tốc độ Baud tiến hành kết nối với phần cứng • Disconnect: ngắt kết nối với hệ thống phần cứng • State COM: hiển thị trạng thái cổng COM hay ngắt kết nối Trạng thái cổng kết nối thành công với phần cứng sau: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 118 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.41 Kết nối cổng COM thành cơng với hệ thống phần cứng • Recognition: tiến hành chạy chương trình nhận dạng khuôn mặt Tương tự bước “Add face”, thực bước chọn camera chọn độ phân giải sau hệ thống dị tìm khuôn mặt so sánh với liệu huấn luyện Có hai kết như: - Hệ thống nhận diện phát người có khn mặt tập liệu Hình 4.42 Phát khn mặt người có liệu BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 119 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG - Hệ thống nhận diện phát người liệu Và hình ảnh lưu lại nhớ dự liệu hệ thống Hình 4.43 Phát khn mặt người khơng có liệu • Stop: dừng chương trình nhận dạng khn mặt trở lại bước ban đầu BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 120 Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 GIỚI THIỆU Chương trình bày kết trình nghiên cứu làm đề tài thời gian 15 tuần Bên cạnh nhận xét, đánh giá đề xuất hướng phát triển sản phẩm mơ hình để hồn thiện vào thực tế 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Trong trình nghiên cứu thực ĐATN, nhóm hồn thành mơ hình hệ thống theo mục tiêu nội dung đề Cụ thể sau: • Biết cách lập trình Arduino Nano V3 Arduino Nano V3 board mạch thông minh sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, để sử dụng thành thạo đầy đủ chức khơng phải dễ Và kết q trình nghiên cứu đề tài mà nhóm thực có Trong đề tài này, nhóm dùng để giao tiếp với ESP8266 Node MCU để điều khiển thiết bị, dùng ngắt để sử dụng nút nhấn, truyền – nhận liệu UART qua máy tính • Biết cách sử dụng module wifi ESP8266 ESP8266 sử dụng phổ biến thiết bị giao tiếp với smartphone hay webserver thông qua Wifi nhờ giá thành rẻ, module nhỏ gọn đặc biệt dễ sử dụng Đây cơng cụ cải tiến q trình giám sát từ khơng dây sang có dây, giúp ta hội nhập vào sống đại ngày Qua q trình nghiên cứu, nhóm biết cách sử dụng module để giao tiếp truyền nhận liệu với server Sinric, app Amazon Alexa loa Amazon Echo Dot gen • Biết cách sử dụng ứng dụng Amazon Alexa, sử dụng loa Amazon Echo Dot gen Sau thời gian nghiên cứu, nhóm biết cách sử dụng ứng dụng Amazon Alexa, loa Amazon Echo Dot gen để điều khiển, giám sát thiết bị qua wifi • Biết cách truyền nhận liệu vi điều khiển Qua đề tài nhóm biết cách truyền nhận liệu vi điều khiển, dùng Arduino giao tiếp với máy tính nhận liệu từ ESP8266 NodeMCU • Biết cách truyền nhận liệu qua wifi BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 121 Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Qua đề tài này, nhóm biết giám sát – điều khiển thiết bị qua wifi, sử dụng App Amazon Alexa loa Amazon Echo Dot cho hệ thống Cả ba phần mềm điều khiển để điều khiển giám sát 5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Sau q trình nghiêm cứu, thi cơng đề tài tài “Thiết kế thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện nhà thông qua Amazon Alexa cảnh báo chống trộm” hoàn thành mục tiêu đề thực tính sau: Điều khiển đóng mở cửa khóa điện tử • Ban đầu trạng thái cửa khóa hình, LCD hiển thị “enter password” thơng báo người dùng nhập mật khẩu, nhóm dùng mật số mặc định “12345678” Hình 5.1 Mơ hình nhà trạng thái khóa • Nhập password để mở cửa BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 122 Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Hình 5.2 Nhập mật để mở cửa • Sau nhập mật thành công nhận diện khn mặt thành cơng cửa mở Hình 5.3 Nhập password thành cơng cửa mở Điều khiển đóng mở cửa nhận diện khn mặt • Đầu tiên mở Chương trình nhận khn mặt máy tính Sao chọn diện “Recognition” để vào chương nhận diện khn mặt, thực bước trình BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 123 Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ chọn cổng COM hướng dẫn chương bốn, click icon “Recognition” để chạy chương trình nhận diện • Nếu hệ thống phát người có khn mặt liệu, báo động âm máy tính gửi mã điều khiển đến Arduino để cảnh báo mở cửa Hình 5.4 Phát khn mặt mở cửa BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 124 Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ • Nếu hệ thống phát người khơng có khn mặt liệu, báo động âm máy tính gửi mã điều khiển đến Arduino để cảnh báo Hình 5.5 Phát sai khn mặt, thơng báo khóa cửa BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 125 Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Điều khiển thiết bị điện nhà giọng nói Để điều khiển giọng nói ta sử dụng Alexa Assistant loa Amazon Echo Tiếp theo ta thao tác tiếp nói từ khóa tiếng anh mà ta cài đặt trước ứng với thiết bị Sau loa Amazon Echo Alexa Assistant nghe từ khóa điều khiển kích hoạt thiết bị theo từ khóa Cách sử dụng hiệu : Nếu phịng kín, để điện thoại cách miệng khoảng 15-40 cm điện thoại nhận rõ xác giọng nói Nếu phịng thống hay ngồi nhà, nên để điện thoại cách miệng khoảng 10 – 30 cm Khi nói cần phát âm xác từ khóa Đối với loa Amazon Echo khoảng cách tối đa 4m Hình 5.6 Bật đèn Phần đánh giá hạn chế: Loa Amazon Echo Dot cần phát âm từ khóa xác thực thi hành động sử dụng ngôn ngữ tiếng Anh Với người khơng giỏi tiếng khơng quen sử dụng cần nói nhiều lần thực hành động Bảng 5.1 Thống kê số lần điều khiển Câu nói Turn on/off the light living room Turn on/off the light bedroom BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 126 Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Turn on/off the light kitchen Turn on/off the fan Open/Close the door Nhận diện khuôn mặt Nhập password 5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Kết thực nghiệm tồn mơ hình hồn thành yêu cầu ĐATN ban đầu nhóm đề ra, thực mơ hình điều khiển thiết bị điện nhà qua mạng Wifi, ứng dụng Amazon Alexa, loa Amazon Echo Dot gen2 , có chế độ manual phòng kết nối với mạng internet, nhập password nhận diện khn mặt để đóng mở cửa Có cịi buzzer báo động kêu to có tín hiệu cảnh báo hệ thống Hệ thống lập trình hoạt động ổn định qua nhiều lần kiểm tra, xử lý lỗi phát sinh, tình mạch hoạt động sai so với yêu cầu Hệ thống điều khiển từ xa điện thoại smartphone nên dễ dàng sử dụng cần có kết nối mạng Thống kê phương án thực bảng 5.2 Tuy nhiên vẫn tồn nhiều điểm yếu chưa khắc phục được, chẳng hạn ĐATN khơng phát triển tính bảo mật cho hệ thống, dễ bị xâm nhập Hệ thống an ninh cho ngơi nhà khơng cao hệ thống chống trộm cịn q đơn giản Chưa có tín hiệu cảnh báo từ xa có người lạ đột nhập Bảng 5.2 Thống kê phương án thực STT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 127 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau thời gian 15 tuần tìm hiểu nghiên cứu, nhóm hồn thành báo cáo đồ án tốt nghiệp thi cơng hồn thiện mơ hình đạt mục tiêu đề ban đầu đề tài Trong q trình thực nhóm đạt thành định sau: - Hệ thống board mạch chạy tương đối ổn định - Mô hình đạt yêu cầu điều khiển, giám sát thiết bị qua mạng Internet - Nhận diện khuôn mặt tương đối xác - Board mạch thiết kế đơn giản, gọn gàng, không bị rối sửa chữa - Mơ hình thi cơng gọn gàng, sau xem xét có tính thẩm mỹ 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Để tối ưu tính hiệu đề tài này, nhóm kiến nghị nên phát triển hướng sau: - Thêm hệ thống camera giám sát nhà, dấu vân tay đóng mở cửa làm tăng tính an ninh cho nhà - Mở rộng thêm nhiều thiết bị điều khiển với công suất lớn - Cải thiện chương trình nhận diện khn mặt để tăng độ xác tốc độ xử lý nhanh - Thiết lập bước bảo mật cho hệ thống phòng trường hợp bị hacker xâm nhập - Thêm hệ thống nguồn dự phịng có cố điện BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 128 PHỤ LỤC Trang web tham khảo: [1]: Nga Bùi, “SmartHome gì?”, quantrimang.com, 1/2018 [2]: Quang Huy, “BKAV mắt nhà thông minh BKAV Smarthome hệ thứ 2, giá từ 30 triệu đồng”, bkav.com.vn, 8/2017 [3]: Cộng đồng Arduino Việt Nam, “Giới thiệu Arduino Mega2560”, arduino.vn, 28/11/2015 [8]: https://www.stdio.vn/articles/gioi-thieu-arduino-nano-536 [9]: https://lophocvui.com/iot-internet-of-things/smart-home/openhab/tong-quan-veesp8266/ [10]: https://congnghehoangtien.com/san-pham/tro-ly-ao-cho-nha-thong-minhamazon-echo-dot-gen2/?fbclid=IwAR2aOfL_VjcRJ3OcqCG4rwJY6r0cDLcHjBgYFOQOiIPgyill_PG4i9S ANPw Sách tham khảo: [4]: Phạm Văn Huy, “Hệ thống điều khiển giám sát thiết bị nhà”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT Tp.HCM, 2017 [5]: Nguyễn Ngọc Lực, “Thiết kế, thi cơng mơ hình hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát nhà”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT Tp.HCM, 2018 [6]: Huỳnh Xuân Dũng – Trần Nhật Minh, “Hệ thống IoT điều khiển giám sát nhà”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT Tp.HCM, 2018 [7]: Trần Minh Luân – Lâm Thành Đạt, “Thiết kế thi công hệ thống thiết bị điều khiển nhà thông minh”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT Tp.HCM, 2018 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 129 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 130 ... KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THI? ??T BỊ ĐIỆN... trợ điều khiển giọng nói, giúp điều khiển số thi? ??t bị cách tiện lợi nhanh chóng Đồ án tốt nghiệp thi? ??t kế thi cơng mơ hình hệ thống điều khiển thi? ??t bị điện giám sát nhà Người sử dụng điều khiển. .. IFTTT để điều khiển thi? ??t bị giọng nói Thi? ??t bị thu phát hồng ngoại RF, đo nhiệt độ độ ẩm nhà. [7] Qua tóm tắt trên, chúng em định làm ? ?Thi? ??t kế thi công hệ thống điều khiển thi? ??t bị điện nhà giọng