CHƢƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5 1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC
Sau khoảng 20 tuần nghiên cứu và thực thi đề tài nhóm chúng em đã đƣợc học hỏi rất nhiều kiến thức liên quan đến đề tài
5 1 1 Phần cứng- - - - - - - -
Đã biết đƣợc phần cứng mạch điện bên trong đèn bulb bán trên thị trƣờng Biết cách kết nối mạch điện để điều khiển độ sáng đèn bulb
Biết cách kết nối ESP giao tiếp các cảm biến DHT11 và PIR Biết vẽ mạch nguyên lý và PCB trên phần mềm Altium Biết thêm kỹ năng bố trí linh kiện trên PCB
Nâng cao kỹ năng hàn linh kiện dán
Biết cách sử dụng ESP8266 ESP-12E ( cách nạp chƣơng trình và ứng dụng) 5 1 2 Phần mềm - - - - - - -
Đã biết tạo các dự án trên Adafruit
Biết cách tạo liên kết giữa Google assistant với Adafruit và các câu thoại trên IFTTT
Đã biết cách tạo và sử dụng cơ sở dữ liệu thời gian thực trên Firebase Nâng cao kỹ năng lập trình trên phần mềm lập trình ứng dụng cho các thiết bị chạy hệ điều hành Android
Đã biết lập trình ứng dụng sử dụng cơ sở dữ liệu thời gian thực FIREBASE chạy trên điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android
Biết cách sử dụng Google assistant để điều khiển thiết bị cho đề tài Nâng cao kỹ năng lập trình trên phần mềm Arduino IDE
CHƢƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5 1 3 Một số hình ảnh kết quả đạt đƣợc của đề tài
a Về phần cứng
Mạch điều khiển các thiết bị đèn đã đƣợc thi công 2 lớp và đƣợc hàn nhiều linh kiện dán để đảm bảo kích thƣớc và thẩm mỹ của mạch
Hình 5 1 Mặt trước và sau của mạch điều khiển thiết bị đèn
Mạch giám sát nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến PIR đƣợc thi công 2 lớp và sử dụng nhiều linh kiện dán để giảm kích thƣớc và đảm bảo tính thẩm mỹ của mạch
CHƢƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ
Các mạch điện đƣợc lắp ráp đầy đủ vào thiết bị đèn
Hình 5 3 Các mạch điện được láp ráp đầy đủ vào đèn
Mạch giám sát nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến PIR đƣợc lắp vào khung
CHƢƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ
Các thiết bị đèn, và mạch giám sát nhiệt độ, độ ẩm, cám biến PIR đƣợc lắp ráp hoàn chỉnh
Hình 5 5 Đèn được láp ráp hoàn chỉnh
CHƢƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ
b Về phần mềm
Đối với trợ lý ảo Google Assistant ta sẽ dùng lệnh “ Ok Google” để kích hoạt ứng dụng và ra các câu lệnh đã đƣợc cài đặt sẵn Lƣu ý mỗi lần thực hiện ra lệnh chúng ta phải sử dụng từ khóa “ Ok Google”
Hình 5 7 Giao diện Google Assistant sau khi ra lệnh điều khiển
Phần mềm android sẽ chia thành 3 giao diện gồm giao diện hiển thị, điều khiển đèn, giao diện hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, cảnh báo cháy, trộm và giao diện hẹn giờ điều khiển tắt, mở đèn
CHƢƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ
Hình 5 8 Giao diện hiển thị và điều khiển đèn
Hình 5 9 Giao diện hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, cảnh báo cháy, trộm
CHƢƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5 2 NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ
5 2 1 Phần cứng
Mạch điều khiển độ sáng đèn:
Thiết bị đèn hoạt động ổn định nhƣ yêu cầu thiết kế - - - - - -
Thử nghiệm 2 thiết bị đèn hoạt động 5 tiếng thì 2 thiết bị đèn này vẫn hoạt động ổn định Nhóm chúng em chƣa thử nghiệm trên thời gian lâu hơn nên chƣa có kết luận chính xác về độ bền lâu của thiết bị đèn Các mạch điện đƣợc gắn vào bên trong thiết bị đèn nên rất an toàn cho ngƣời sử dụng khi chạm vào vỏ đèn trong quá trình sử dụng
Tính thẩm mỹ đƣợc đảm bảo do nhóm chúng em không có thay đổi nhiều trên bề mặt ngoài của thiết bị đèn
Đối với thiết bị đèn sử dụng sóng wifi thì không giới hạn điện thoại thông minh chạy ứng dụng điều khiển điều khiển thiết bị đèn Đèn có kích thƣớc hơi lớn
Mạch bắt Wifi với khoảng cách không đƣợc xa
Bảng 5 1 Kết quả thực tế về điện áp và dòng tiêu thụ ở các mức PWM
Từ bảng kết quả thực tế, ta tính đƣợc công suất đèn ở chế độ 100% PWM
Phần trăm PWM (%) Điện áp (V) Dòng điện tiêu thụ (mA)
10 64 8 49 7 20 69 7 74 6 30 73 4 94 8 40 77 7 114 5 50 81 4 134 2 60 84 4 154 1 70 87 1 173 2 80 89 3 192 4 90 92 6 220 1 100 95 2 243 8
CHƢƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ
P = UI = 95 2 x 0 2438 = 23 2 W (5 1) Nhƣ vậy chỉ đạt hiệu suất khoảng 80% so với ban đầu
Bảng 5 2 Kết quả thực nghiệp khoảng cách bắt Wifi của thiết bị đèn
Thiết bị giám sát nhiệt độ, độ ẩm và chuyển động -
-
- -
Thiết bị giám sát nhiệt độ độ ẩm và chuyển động hoạt động khá ổn định và chính xác
Dữ liệu thu thập đƣợc chuyển lên Firebase nhanh chóng để hiển thị lên app điện thoại
Board mạch đặt trong hộp nhỏ gọn, đảm bảo tính thẩm mỹ Tầm bắt Wifi của mạch không đƣợc xa
Bảng 5 3 Kết quả thực nghiệp khoảng cách bắt Wifi của thiết bị giám sát nhiệt độ, độ ẩm và chuyển động
5 2 2 Phần mềm
-
-
Phần mềm có thể hoạt động đƣợc trên các điện thoại thông minh phiên bản hệ điều hành Android 5 1 trở lên
Phần mềm có thể hiển thị đầy đủ các tính năng điều khiển hoặc các thông tin nếu phần mềm hoạt động trên điện thoại có kích thƣớc màn
Khoảng cách Tình trạng 1m Bắt đƣợc tín hiệu 2m Bắt đƣợc tín hiệu 2 5m Mất kết nối Khoảng cách Tình trạng 1m Bắt đƣợc tín hiệu 2m Bắt đƣợc tín hiệu 3m Tín hiệu yếu 3 5m Mất kết nối
CHƢƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG
-
-
Ứng dụng chiếm 10 6 MB bộ nhớ sau khi cài đặt Khi hoạt động thì ứng dụng chiếm 51 MB tới 57 MB RAM của điện thoại
Khảo sát mức tiêu thụ pin của ứng dụng trên điện thoại SAMSUNG GALAXY S6 với cấu hình RAM 3G, pin 2550mAh Nhóm sử dụng phần mềm AccuBattery để kiểm tra mức độ tiêu thụ pin của ứng dụng và cho ra kết quả nhƣ sau:
Bảng 5 2 Kết quả khảo sát mức độ tiêu thụ pin của ứng dụng khi chạy trên điện thoại Thời gian khảo sát ( phút) Dung lƣợng pin sử dụng (mAh)
5 17 3
10 25 6
15 36 1
20 48 3
CHƢƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CHƢƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 6 1 KẾT LUẬN
Sau khi thực hiện xong đề tài, nhóm chúng em đã đạt đƣợc kết quả phù hợp với mục tiêu mà nhóm đề ra ( đề tài đã đƣợc đƣợc 90 % so với mục tiêu đề ra) Nhóm đã điều khiển đƣợc các thiết bị điện thông qua trợ lý ảo Google Assistant, đặc biệt nhóm đã nghiên cứu cải tiến phần cứng mạch điện của các đèn chiếu sáng để phù hợp với mục đích điều khiển đề ra ( thiết kế thi công mạch điều khiển và mạch công suất phù hợp để bố trí vào khoảng không gian bên trong thiết bị đèn) và điều khiển đƣợc việc tăng giảm độ sáng của các đèn này bằng Google Assistant Bên cạnh việc điều khiển đèn nhóm cũng đã thiết kế thêm mạch giám sát giá trị nhiệt độ, độ ẩm, cảnh báo khi có sự cố cháy, trộm phù hợp với nhu cầu sử dụng của con ngƣời
Thiết kế lập trình phần mềm điều khiển và hiển thị trên điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành android điều điều khiển các thiết bị điện, giám sát nhiệt độ, độ ẩm, báo cháy, báo trộm
Phần mềm có điều điều khiển tắt mở, độ sáng của từng thiết bị đèn, có thể cài đặt hẹn giờ bật tắt thiết bị cũng nhƣ phát ra chuông cảnh báo khi có sự cố xảy ra
Thiết bị đèn sử dụng điện áp 220 VAC, chạy ổn định,dễ lắp đặt, tuổi thọ cao không có bức xạ hồng ngoại Phần mềm điều khiển hiển thị dễ cài đặt, dễ sử dụng Mức độ tiêu thụ pin của điện thoại thấp
Bên cạnh những ƣu điểm thì cũng có những khuyết điểm nhƣ: kích thƣớc của thiết bị đèn tƣớng đối lớn, thời gian thực thi các thiết bị còn phụ thuộc vào tốc độ mạng Phần mềm chỉ hoạt động với điện thoại android phiên bản 5 1 trờ lên Thiết bị không có nút điều khiển bên ngoài nên khi không có điện thoại thì ngƣời sử dụng chỉ có thể tắt bằng cách ngắt nguồn điện cung cấp
6 2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN
- -
Tạo ra phần mềm có thể chạy trên hệ điều hành IOS Có thể điều khiển bằng trợ lí ảo Siri
CHƢƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN
- -
Thiết kế thiết bị đèn nhỏ gọn hơn Thiết kế mạch bắt Wifi tốt hơn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
[1] Huỳnh Đoàn Bảo Duy, chủ đề “tìm hiểu về hệ điều hành android” trong mục “kinh nghiệm hay” từ trang web , “dienmayxanh com” năm 2015
[2] Trang web , “vtcacademy edu vn” trong mục “tin tức”với chủ đề “nhận diện 5 lợi ích của của Firebase”
[3] Trang web , “smartshop vn” trong mục “tin tức công nghệ” với chủ đề “ tìm hiểu công nghệ thu phát sóng wifi” ngày 28 tháng 7 năm 2015
Sách tham khảo
[4] Trần Thị Hà,Trƣơng Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lƣỡng,…Giáo trình: Điện tử
cơ bản, Xuất bản: Đại học Quốc gia Tp HCM, 2013
[5] Nguyễn Văn Hiệp – Đinh Quang Hiệp, “Lập trình android cơ bản ”, Nhà xuất bản ĐH Quốc Gia, Tp HCM, 2015
Tiếng anh
[6] Datasheet ESP8266 12EX [7] Datasheet OptoPC817 [8] Datasheet IRF830 [9] Datasheet DHT11 [10] Datasheet PIR AM312
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN CỨNG Thiết bị đầu vào
a Cảm biến DHT11 [9]
DHT11 Là cảm biến nhiệt độ, độ ẩm rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire ( giao tiếp digital 1-wire truyền dữ liệu duy nhất) Cảm biến đƣợc tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu giúp dữ liệu nhận về đƣợc chính xác mà không cần phải qua bất kỳ tính toán nào
• Đặc điểm: o o o o o Điện áp hoạt động : 3V - 5V (DC)
Dải độ ẩm hoạt động : 20% - 90% RH, sai số ±5%RH Dải nhiệt độ hoạt động : 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C Tần số lấy mẫu tối đa: 1 Hz
Khoảng cách truyền tối đa: 20m
• Sơ đồ chân Cảm biến DHT11 gồm 2 chân cấp nguồn, và 1 chân tín hiệu Hiện nay, thông dụng ngoài thị trƣờng có hai loại đóng gói cho DHT11: 3 chân và 4 chân Xem các hình dƣới
PHỤ LỤC
b Module cảm biến chuyển động PIR AM312 [10]
Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR (Passive infrared sensor) PIR
AM312 đƣợ c s ử dụng để phát hi ệ n chuy ển động c ủa các vậ t th ể phát ra b ức x ạ hồng ngo ại (con ngƣờ i, con vậ t, các vậ t phát nhi ệ t)
Hình 7 2 Module cảm biến PIR AM312
o Thông số kỹ thuật: - - - - - - - Điện áp làm việc: DC 2 7-12V Tiêu thụ điện : <0,1mA
Thời gian trễ: 2 giây Thời gian chặn: 2 giây
Kích hoạt: có thể đƣợc lặp đi lặp lại
Phạm vi cảm biến: 3 mét, góc hình nón ≤100 độ Nhiệt độ làm việc: -20 - + 60oC
Thiết bị điều khiển trung tâm
o Mạch wifi ESP8266 ESP- 12 E NodeMCU [6]
ESP8266 ESP - 12E NodeMCU là module truyền nhận WiFi sử dụng chip ESP8266EX SoC (System on Chip), với lõi vi xử lý 32 bit hoạt động
PHỤ LỤC
Chúng ta có thể dùng nó để đƣa những dự án kết nối đến Internet Đơn giản nó sử dụng ngõ giao thức nối tiếp với tốc độ Baud 9600(mặc định) Kết nối mạng không dây, giống nhƣ một máy chủ hoặc một cầu nối trung gian
Hình 7 3 Chip ESP8266EX
o Tính năng của Chip ESP8266EX
• Hổ trợ 3 chuẩn 802 11 b /g/n
• Tích hợp MCU 32 it có công suất thấp
• Tích hợp10-bit ADC
• Tích hợp chuẩn giao thức TCP/IP
• Tích hợp TR switch, alun, LNA, khuếch đại công suất và mạng lƣới
• Hỗ trợ anten thu sóng
• WiFi 2 4 GHz, hổ trợ chuẩn ảo mật WPA/WPA2
• Hỗ trợ các chế độ STA/AP/STA+AP
• SDIO 2 0, (H) SPI, UART, I2C, I2S, IR Remote Control, PWM, GPIO
• STBC, 1x1 MIMO, 2x1 MIMO
• Chế độ tiết kiệm năng lƣợng <10uA, Dòng rò khi ở chế độ nghỉ < 5uA
• Thời gian đánh thức đến khi truyền gói tin là < 2ms
• Công suất tiêu thụ ở chế độ (DTIM3)< 1 0mW
• Ở chế độ 802 11 POUT +20dBm
• Nhiệt độ hoạt động -40C ~ 125C o Ứng dụng chính
• Những ứng dụng IoT chính bao gồm:
PHỤ LỤC
• Nhà tự động
• Ổ cắm thông minh và đèn thông minh
• Mạng lƣới mạng internet
• Điều khiển không dây trong công nghiệp
o Chức năng từng chân chip ESP8266 ESP - 12E NodeMCU
Hình 7 4 Sơ đồ chân mạch ESP8266 ESP – 12E NodeMCU
Bảng 7 1 Bảng chức năng từng chân mạch ESP8266 ESP – 12E NodeMCU
Chân Tên chân Thể loại Chức năng
1 EXT –RSTB I Thiết lập lại tín hiệu ( khi điện áp xuống mức thấp) 2 ADC I Đọc điện áp ngõ vào
3 EN I Cho phép chip hoạt động khi mức cao 4 GPIO15 I/O GPIO15, HSPI_CS, UART0_RTS 5 GPIO14 I/O GPIO14, HSPI_CLK
6 GPIO12 I/O GPIO12, HSPI_MISO
7 GPIO13 I/O GPIO13; HSPI_MOSI; UART0_CTS 8 VCC P Cấp nguồn 3V3 cho chip
9 CS0 I/O Kết nối tới SD_CMD (Series R: 200Ω); SPI_CS0; GPIO11
10 MISO I/O Kết nối tới SD_D0 (Series R: 200Ω); SPI_MSIO; GPIO7
PHỤ LỤC
Bảng 7 2 Bảng thông số của chip ESP8266EX
Danh mục Tiêu chí Giá trị
Thông số wifi Chứng chỉ FCC/CE/TELEC/SRRC Giao thức Wifi 802 11 b/g/n Tần số 2 4G-2 5G (2400M-2483 5M) Tx 802 11 b: + 20 dBm 802 11 g: +17 dBm 802 11 n: +14 dBm Rx 802 11 b: -91 dbm (11 Mbps) 802 11 g: -75 dbm (54 Mbps) 802 11 n: -72 dbm (MCS7) Loại Anten PCB Trace, External, IPEX Connector,Ceramic Chip
Bus Ngoại vi
UART/SDIO/SPI/I2C/I2S
GPIO/PWM 12 GPIO10 I/O Kết nối tới SD_D3 (Series R: 200Ω); SPIWP;
HSPIWP; GPIO10
13 GPIO8 I/O Kết nối tới SD_D1 (Series R: 200Ω); SPI_MOSI; GPIO8
14 GPIO6 I/O Kết nối tới SD_CLK (Series R: 200Ω); SPI_CLK; GPIO6
15 GND P Nối GND cho chip
16 GPIO15 I/O GPIO15; HSPI_CS; UART0_RTS
17 GPIO2 I/O Kết nối UART Tx trong quá trình nạp chƣơng trình ; GPIO2
18 GPIO0 I/O GPIO0; SPI_CS2
19 GPIO4 I/O GPIO4
20 GPIO5 I/O GPIO5
21 GPIO3 I/O Kết nối UART Rx trong quá trình nạp chƣơng trình ; GPIO3
22 GPIO1 I/O Kết nối UART Tx trong quá trình nạp chƣơng GPIO1; SPI_CS1
PHỤ LỤC Điện áp hoat động Dòng điện tiêu thụ WiFi mode Bảo mật Mã hóa Software Development Giao thức mạng hổ trợ 3 0~3 6V Trung bình 80mA station/softAP/SoftAP+station WPA/WPA2 WEP/TKIP/AES
Supports Cloud Server Development / SDK for custom firmware developmen
IPv4, TCP/UDP/HTTP/FTP
o Tổ chức bộ nhớ trong chip ESP8266EX
ESP8266EX WiFi SoC đƣợc nhúng vào một bộ điều khiển bộ nhớ, bao gồm SRAM và ROM MCU có thể truy cập vào bộ nhớ thông qua đƣờng iBUS, dBUS, và AHB Tất cả các thành phần trong bộ nhớ đã đƣợc truy cập thì sẽ đƣợc quyết định bởi bộ nhớ trung tâm, bộ nhớ này sẽ cho phép trình tự hoạt động của bộ nhớ theo thời gian khi nhận đƣợc yêu cầu từ bộ vi xử lý
Phiên bản này cung cấp dung lƣợng SRAM nhƣ sau:
Kích thƣớc RAM <36kB, có nghĩa rằng khi ESP8266EX đang làm việc theo chế độ kết nối với router, không gian lập trình truy cập cho ngƣời dùng là khoảng 36kB )
Không có ROM chƣơng trình trong SoC, do đó chƣơng trình sử dụng trong ROM phải đƣợc lƣu trữ trong SPI flash (trong SPI flash này cho phép ta lƣu trữ