Đồ án Giám sát và điều khiển mô hình nhà thông minh (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Giám sát và điều khiển mô hình nhà thông minh (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ÐÀO TẠO CHÂT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH GIÁM SÁT VÀ ÐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH GVHD: ThS. NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH : HUỲNH THANH HIỂN 12119062 CAO HOÀNG KHANG 12119075 S KL 0 0 4 4 5 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02/2017
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ́ KHOA ĐÀ O TAỌ CHÂT LƯƠṆ G CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH SVTH : HUỲNH THANH HIỂN MSSV : 12119062 SVTH : CAO HOÀNG KHANG MSSV : 12119075 Khoá : 2012-2016 Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH GVHD: ThS. NGUYỄN NGÔ LÂM Page i Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2017
3. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 02 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Huỳnh Thanh Hiển MSSV:12119062 Cao Hoàng Khang MSSV:12119075 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Ngô Lâm ĐT:0908.434.763 Ngày nhâṇ đề tài:12/09/2016 Ngày nộp đề tài:13/2/2017 1. Tên đề tài : Giám sát và điều khiển mô hình nhà thông minh 2. Các số liệu ban đầu: - Board Arduino - Các cảm biến Gas, cảm biến mưa - Các thiết bị điện tử: Các loại khóa cửa tự động, Camera, Module RFID ,Module Blueooth 3. Nội dung thực hiện đề tài: - Tìm hiểu thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động các thiết bị được sử dụng trong hệ thống. - Làm mô hình thực tế từ alu và gỗ. - Thiết kế giao diện C# và EmguCV giám sát các thông số của hệ thống và điều khiển hoạt động của hệ thống qua mạng lan, điều khiển thiết bị bằng giọng nói. - Nhận xét, kết luận. 4. Sản phẩm: Mô hình hệ thống nhà thông minh. TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i
4. CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Huỳnh Thanh Hiển MSSV: 12119062 Cao Hoàng Khang MSSV: 12119075 Ngành: Công nghệ kỹ thuật máy tính Tên đề tài: Điều khiển và giám sát mô hình nhà thông minh Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Ngô Lâm NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 02 năm 2017 Giáo viên hướng dẫn ii
5. CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Huỳnh Thanh Hiển MSSV: 12119062 Cao Hoàng Khang MSSV: 12119075 Ngành: Công nghệ kỹ thuật máy tính Tên đề tài: Điều khiển và giám sát mô hình nhà thông minh Họ và tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 02 năm 2017 Giáo viên phản biện iii
6. LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đề tài đồ án tốt nghiệp, nhóm em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè. Nhóm em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh đã tạo môi trường làm việc, học tập và nghiên cứu cũng như mọi điều kiện tốt nhất cho nhóm em có thể hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp này. Khoa Điện-Điện tử, Khoa đào tạo Chất Lượng Cao đã cung cấp cho nhóm em những giáo trình, tài liệu tham khảo, cơ sở vật chất cũng như các thiết bị hỗ trợ liên quan. Thầy hướng dẫn Th.S Nguyễn Ngô Lâm cùng các thầy cô bộ môn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ nhóm em trong suốt quá trình đã qua. Mặc dù đã cố gắng trong quá trình tìm hiểu nhưng do kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm em rất mong nhận được sự góp ý, nhận xét của thầy cô và các bạn để đồ án có thể hoàn thiện hơn và phát triển hơn nữa. Một lần nữa nhóm em xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 02 năm 2017 Nhóm sinh viên thực hiện Huỳnh Thanh Hiển Cao Hoàng Khang iv
7. LỜI TÓM TẮT Trong xã hội hiện nay với trình độ khoa học kỹ thuật ngày càng tăng cao đi kèm với đó là áp dụng các ứng dụng khoa học vào đời sống thực tiễn cũng như những nhu cầu thiết yếu của con người về việc ăn uống, đi lại, nhà ở, y tế, giáo dục, Một trong số đó là vấn đề về nhà ở, nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng công nghệ vào cuộc sống nhóm quyết định chọn cho mình đề tài “Giám sát và điều khiển mô hình nhà thông minh”. Để thực hiện đề tài “Giám sát và điều khiển mô hình nhà thông minh” nhóm thực hiện trên Board Arduino UNO thế hệ thứ 3 cùng với đó là các linh kiện thiết bị điện, điện tử nhằm mô phỏng một cách tổng quát nhất về các hệ thống, thiết bị trong và ngoài thực tiễn. Sau quá trình tìm hiểu về các tính năng tương tác cũng như tính khả thi của đề tài cùng với sự hỗ trợ tận tình của giáo viên hướng dẫn thầy Nguyễn Ngô Lâm nhóm đã hoàn thành mô hình cũng như điều khiển được các thiết bị với các chức năng có thể áp dụng vào thực tiễn trong cuộc sống như: - Bảo mật bằng hệ thống khóa số thông qua nhận diện khuôn mặt và qua thẻ từ RFID. - Điều khiển thiết bị bằng giọng nói ( app ). - Cảnh báo về rò rỉ khí gas thông qua giao diện máy tính cũng như khả năng thông báo về thời tiết. v
8. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Error! Bookmark not defined. PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Error! Bookmark not defined. PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Error! Bookmark not defined. LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined. LỜI TÓM TẮT Error! Bookmark not defined. MỤC LỤC vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iError! Bookmark not defined. DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ Error! Bookmark not defined. DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH xError! Bookmark not defined. Chương 1 TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined. 1.1. Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay Error! Bookmark not defined. 1.2. Tính cấp thiết đề tài Error! Bookmark not defined. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 1.6. Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 1.7. Bố cục đồ án Error! Bookmark not defined. Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Error! Bookmark not defined. 2.1. Giới thiệu về Board Arduino UNO Error! Bookmark not defined. 2.2 Giới thiệu webcam Huynhdai 7 2.3 Cảm biến mưa 8 2.4 Cảm biến gas 10 2.5 Solenoid Clock 11 2.6 Module RFID 12 2.7 Quạt 13 2.8 Thiết bị công suất 13 2.9 Module HC05 15 vi
9. 2.10 Phương pháp nhận diện mặt người 16 2.11 Thư viện EmguCV 17 Chương 3 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 19 3.1. Sơ đồ khối hệ thống 19 3.1.1. Yêu cầu của hệ thống 19 3.1.2. Hoạt động của hệ thống 20 3.2. Thiết kế tính toán hệ thống 20 3.2.1. Khối nguồn 20 3.2.2. Khối cảm biến 22 3.2.3. Khối xử lý trung tâm 22 3.3. Công cụ phần mềm 24 3.4. Ứng dụng phân tích giọng nói 28 3.4.1. MIT App Inventor 29 3.4.2. Giao diện của MIT app Inventor 29 3.5. Chương trình phân tích giọng nói trên Điện thoại 32 Chương 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 35 4.1. Kết quả phần cứng 35 4.2. Kết quả phần mềm 35 Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 41 5.1. Kết luận 5.2. Hướng phát triển TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 PHỤ LỤC 44 vii
10. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT IoT Internet of Things Internet với vạn vật PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung SPI Serial Peripheral Bus Giao diện Ngoại vi Nối tiếp UART Universal Asynchronous Receiver – Truyền dữ liệu nối tiếp Transmitter bất đồng bộ IDE Integrated Development Environment USB Universal Serial Bus Chuẩn kết nối tuần tự SD Secure Digital Thẻ nhớ ADC Analog-to-Digital Converter Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số GPIO General Purpose Input Output Các cổng vào/ra LED Light Emitting Diode Điốt phát quang CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm IDLE Integrated DeveLopment Environment Môi trường phát triển tích hợp PIC Programmable Intelligent Computer Thiết bị thông minh có thể lập trình CNTT Công Nghệ Thông Tin SMM System Management Mode Quản lý hệ thống OS Operating System Hệ điều hành I/O Input/Output Ngõ vào/ngõ ra viii
11. DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của Board Arduino R3 7 Bảng 3.1 Dòng điện và điện áp hoạt động của thiết bị 20 Bảng 4.1 Số lần thành công trong việc nhận dạng giọng nói 40 ix
12. DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Arduino Uno R3 5 Hình 2.2 Webcam Hyundai 8 Hình 2.3 Cảm biến mưa 9 Hình 2.4 Sơ đồ mạch cảm biến mưa 9 Hình 2.5 Cảm biến Gas MQ2 11 Hình 2.6 Khóa Solenoid lock 12 Hình 2.7 Module RFID 13 Hình 2.8 Quạt 13 Hình 2.9 Module Relay 2 kênh 14 Hình 2.10 Module Bluetooth HC05 15 Hình 2.11 Mô tả phương pháp đặc trưng Haar like 16 Hình 2.12 Ví dụ phương pháp đặc trưng Haar like 17 Hình 2.13 OpenCV 18 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 19 Hình 3.2 Sơ đồ mạch nguồn 21 Hình 3.3 Sơ đồ khối kết nối cảm biến Gas và Arduino 22 Hình 3.4 Khối xử lý trung tâm 23 Hình 3.5 Lưu đồ giải thuật trên Board Arduino 24 Hình 3.6 Lưu đồ giải thuật trên C# 25 Hình 3.7 Biểu tượng phần mềm lập trình Arduino IDE 26 Hình 3.8 Cấu trúc một project trong IDE 27 Hình 3.9 Ví dụ một chương trình trên IDE 27 Hình 3.10 Phần mềm lập trình C# 28 Hình 3.11 Giao diện giám sát và điều khiển mô hình nhà thông minh 28 Hình 3.12 Sau khi đăng nhập vào MIT App Inventor 29 Hình 3.13 Tạo một project mới 30 Hình 3.14 Thiết kế giao diện cho App 31 Hình 3.15 Thiết kế chức năng cho các khối 31 Hình 3.16 Lưu đồ chương trình trên Arduino 32 Hình 3.17 Giao diện màn hình 33 Hình 3.18 Phần chương trình của ứng dụng 33 Hình 3.19 Phần chương trình của ứng dụng(tiếp theo) 34 Hình 4.1 Mô hình nhà thông minh 35 Hình 4.2 Mô hình nhà thông minh sau khi hoàn thành 36 x
13. Hình 4.3 Màn hình giao diện C# 36 Hình 4.4 Màn hình ứng dụng khi ta nói “Mở hệ thống” 37 Hình 4.5 Hệ thống sáng đèn và bật quạt 37 Hình 4.6 Màn hình ứng dụng khi ta nói “Tắt hệ thống” 38 Hình 4.7 Hệ thống tắt đèn và quạt 38 Hình 4.8a Khi ta nói bật đèn 39 Hình 4.8b Hệ thống sáng đèn 39 Hình 4.9a Khi ta nói bật quạt 39 Hình 4.9b Hệ thống bật quạt 39 xi
14. Đồ Án Tốt Nghiệp Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay Trong khoảng vài năm trở lại đây, chắc hẳn chúng ta đã không ít lần nghe thoáng qua về khái niệm Internet of Things, hay bắt gặp tin tức về các sản phẩm được quảng cáo là phục vụ cho nhu cầu “Smart Home” (Nhà thông minh). Vậy Internet of Things hay Smart Home là gì, nó có những gì và hoạt động ra sao? Nói về Internet of Things thì không như nhiều xu hướng công nghệ trước đây, hiện vẫn chưa có một định nghĩa được chấp nhận rộng rãi nào cho khái niệm Internet of Things.Vậy Internet of things (IoT) được hiểu là khi mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh riêng của mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người hay người với máy tính. Như vậy có thể tạm hiểu, Internet of Things là khi tất cả mọi thứ đều được kết nối với nhau qua mạng Internet, người dùng (chủ) có thể kiểm soát mọi đồ vật của mình qua mạng với các thiết bị thông minh, chẳng hạn như smartphone, PC, laptop, Tablet hay các thiết bị điện tử cầm tay. Vậy Internet of things (IoT ) được hiểu là khi mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh riêng của mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người hay người với máy tính. Internet of things (IoT) đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây và công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Internet of Things còn có khái niệm khác là vạn vật với Internet và Smart Home chính là một dạng thu nhỏ của Internet of Things, nơi mà đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo từng “kịch bản” được thiết lập sẵn. Như vậy Nhà thông minh (Smart Home) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử, các cảm biến có tác dụng tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự động, thay thế con người trong thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển. Vậy, điều gì đã làm nên khác biệt cho Smart Home nói riêng và Internet of Things nói chung. Chỉ một từ thôi, đó là cảm biến. Mọi thiết bị trong hệ thống Internet of Things sẽ được tích hợp các cảm biến để phát hiện các thay đổi về nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, âm thanh, chuyển động và vị trí địa lí. Các bộ điều khiển như máy tính hoặc các thiết bị điều khiển chuyên biệt, và các thiết bị chấp hành như công tắc, động cơ, van có điều khiển. Chúng sẽ là con mắt và đôi bàn tay điện tử của người sử dụng, với 1
15. Đồ Án Tốt Nghiệp khả năng phát hiện và ghi lại mọi thay đổi của thế giới xung quanh. Mỗi cảm biến sau đó sẽ được kết hợp với các mạch tích hợp (các bảng mạch dạng này sẽ chỉ cho phép các lập trình viên thay đổi một vài thông số, do đã được thiết kế chuyên biệt cho một mục đích cụ thể). Cộng thêm bộ vi xử lí, các module giao tiếp, ta có một cấu phần điều khiển hoàn chỉnh, sẵn sàng để kết nối các vật dụng với hệ thống Internet of Things. Các chức năng chính thường sử dụng trong nhà thông minh: 1. Điều khiển chiếu sáng 2. Điều khiển mành, rèm, cửa cổng 3. Hệ thống an ninh, bảo mật, báo động, báo cháy 4. Điều khiển điều hòa, máy lạnh 5. Hệ thống Âm thanh 6. Camera, chuông 7. Hệ Thống Bảo vệ nguồn điện 8. Các tiện ích và ứng dụng khác 1.2. Tính cấp thiết đề tài Nhà thông minh, xu hướng của nhà ở hiện đại Vài năm trở lại đây, khi thế giới đang dần tiến vào kỷ nguyên Internet of Things (IoT), kết nối mọi vật qua Internet, nhà thông minh trở thành một xu hướng công nghệ tất yếu, là tiêu chuẩn của nhà ở hiện đại. Tại triển lãm lớn nhất thế giới về công nghệ điện tử và tiêu dùng diễn ra đầu tháng 1/2015 tại Las Vegas (Mỹ), nhà thông minh là một trong những chủ đề "nóng" nhất. Còn theo hãng tư vấn công nghệ hàng đầu Gartner, công nghệ IoT sẽ bùng nổ kể từ năm 2015 với sự tham gia của hầu hết các hãng công nghệ tên tuổi. Việt Nam không nằm ngoài xu hướng này. Trong năm 2014, chủ đầu tư của hàng loạt khu đô thị lớn như Phú Mỹ Hưng, Royal City, Times City, Ecopark, Vinhomes Central Park đã đưa nhà thông minh tới các căn hộ, mang lại sự tiện nghi và đẳng cấp cho nhà ở tại đây. Và chủ đề năm học 2016 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh là “ứng dụng CNTT và công nghệ cao trong kỷ nguyên IoT để xây dựng trường thành Đại học thông minh” cho thấy tầm quan trọng của IoT hiện nay. Nhóm chọn đề tài Smart Home vì thấy để tài đang được quan tâm rất nhiều hiện nay, mang tính thực tế nhiều, có thể áp dụng vào thực tế. 2
16. Đồ Án Tốt Nghiệp 1.3. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của đề tài là hiểu được nguyên lý hoạt động của các loại linh kiện, thiết bị điện- điện tử được sử dụng trong đề tài từ đó thiết kế một hệ thống quản lý các thiết bị điện tử trong nhà qua mạng Internet với giao diện web hoặc qua điện thoại SmartPhone hệ thống này có thể điều khiển thiết bị điện, đọc dữ liệu từ cảm biến, mở cửa bằng nhận diện khuôn mặt hoặc RFID. Điều khiển thiết bị điện từ xa với bất cứ thiết bị nào có kết nối Bluetooth. 1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu các công nghệ đang được sử dụng cho đề tài hiện nay. - Nguyên lý, thông số kỹ thuật các linh kiện điện, điện tử, cơ khí. - Xây dựng hệ thống phơi đồ thông minh dùng cảm biến mưa phát hiện mưa. - Hệ thống mở cửa bằng nhận diện khuôn mặt và khóa Solenoid Lock. - Hệ thống mở cửa bằng thẻ từ RIFD. - Điều khiển thiết bị điện với bất cứ thiết bị nào qua mạng LAN kết hợp theo dõi và kiểm soát trạng thái ngôi nhà trên một giao diện C#. - Điều khiển thiết bị bằng giọng nói. 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Dữ liệu cho trước: - Các tài liệu tham khảo, tài liệu chuyên môn. - Board Arduino - Cảm biến mưa, cảm biến gas - Module Bluetooth - Module RFID - Camera - Khóa Solenoid Lock Nội dung cần hoàn thành - Phần lí thuyết - Tính cấp thiết của đề tài - Giới thiệu về Board arduino và các thiết bị điện- điện tử. - Thiết kế giao diện C# giám sát hệ thống - Lập lưu đồ thuật toán và viết chương trình điều khiển. Sản phẩm: - Hệ thống hoạt động chính xác và ổn định đạt yêu cầu kĩ thuật và có tính ứng dụng vào thực tế. 3
17. Đồ Án Tốt Nghiệp - Mục đích: Hoàn thành được một ứng dụng cụ thể từ Board Arduino Uno. Cụ thể là : Mô hình hệ thống nhà thông minh Smart Home 1.6. Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu các ứng dụng, các thiết bị thực tế hiện nay - Tham khảo các tài liệu liên quan - Tìm hiểu, nghiên cứu các thiết bị điện tử liên quan - Viết chương trình, chạy thử, tìm nguyên nhân và khắc phục - Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống nhà thông minh. 1.7. Bố cục đồ án Đồ án gồm 5 chương với các nội dung như sau Chương 1: TỔNG QUAN Giới thiệu sơ lược về tình hình nghiên cứu hiện nay cũng như tính cấp thiết của đề tài. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nêu các lý thuyết cần thiết để sử dụng trong đề tài. Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Trình bày sơ đồ hệ thống và giải thích hoạt động của hệ thống. Đưa ra các phương pháp lựa chọn phần cứng và xác định lựa chọn phù hợp với yêu cầu của đề tài. Tính toán đưa ra giải thuật, thuật toán phần mềm. Chương 4: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ SO SÁNH Trình bày kết quả đã thực hiện về phần cứng và phần mềm, đưa ra nhận xét. Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Nêu các ưu điểm và nhược điểm của đề tài, hướng khắc phục và phạm vi sử dụng trong thực tế. 4
18. Đồ Án Tốt Nghiệp Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Giới thiệu về Board Arduino UNO Arduino UNO hiện nay đang được sử dụng rất phổ biến. Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (R3) đó là Arduino Uno R3. Hình 2.1: Arduino UNO R3 1. Cáp USB Dây cáp dùng để cắm vào máy tính để nạp chương trình cho bo và dây đồng thời cũng lấy nguồn từ nguồn usb của máy tính để cho bo hoạt động. Ngoài ra cáp USB còn được dùng để truyền dữ liệu từ bo Arduino lên máy tính. Dây cáp có 2 đầu, đầu 1a được dùng để cắm vào cổng USB trên bo Arduino, đầu 1b dùng để cắm vào cổng USB trên máy tính. 2. IC Atmega 16U2 IC này được lập trình như một bộ chuyển đổi USB –to-Serial dùng để giao tiếp với máy tính thông qua giao thức Serial (dùng cổng COM) 3. Cổng nguồn ngoài Cổng nguồn ngoài nhằm sử dụng nguồn điện bên ngoài như pin, bình acquy hay các adapter cho bo Arduino hoạt động. Nguồn điện cấp vào cổng này là nguồn DC có hiệu điện thế từ 6V đến 20V, tuy nhiên hiệu điện thế tốt nhất mà nhà sản xuất khuyên dùng là từ 7 đến 12V. 4. Cổng USB Cổng USB trên bo Arduino dùng để kết nối với cáp USB 5. Nút Reset Nút reset được sử dụng để reset lại chương trình đang chạy. 5
19. Đồ Án Tốt Nghiệp 6. ICSP của ATmega 16U2 ICSP (In-Circuit Serial Programming) đây là các chân giao tiếp SPI của chip Atmega 16U2. 7. Các nhân xuất tín hiệu ngõ ra Có tất cả 14 chân xuất tín hiệu ra trong Arduino Uno, những chân có dấu ~ là những chân có thể điều chế độ rộng xung (PWM) 8. IC Atmega 328 IC Atmega 328 là nhân của bo mạch Arduino Uno, IC này được sử dụng trong việc thu thập dữ liệu từ cảm biến, xử lý dữ liệu, xuất tín hiệu ra, 9. Chân ICSP của Atmega 328 Các chân ICSP của Atmega 328 được sử dụng cho các giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface). 10. Chân lấy tín hiệu analog Các chân này lấy tín hiệu Analog (tín hiệu tương tự) từ cảm biến để IC Atmega 328 xử lý. Có tất cả 6 chân lấy tín hiệu Analog, từ A0 đến A5. 11. Chân cấp nguồn Các chân này dùng để cấp nguồn cho các thiết bị bên ngoài như role, cảm biến, RC servo, trên khu vực này có sẵn các chân GND (chân nối đất, chân âm), chân 5V, chân 3.3V. 6
20. Đồ Án Tốt Nghiệp Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật của board Arduino UNO R3. Đặc tính Giá trị Vi điều khiển Atmega328 (8bit) Điện áp hoạt động 5VDC ( cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16Mhz Dòng tiêu thụ 30Ma Điện áp vào lý tưởng 7-12 VDC Điện áp giới hạn 6-20 VDC Số chân I/O số 14 (6 chân PWM) Số chân I/O tương tự 6 (độ phân giải 10 bit) Dòng tối đa trên mỗi chân 30Ma Dòng ra tối đa (5V) 500Ma Dòng ra tối đa (3V) 50Ma Bộ nhớ flash 32KB với 0.5KB dùng bởi bootloader SRAM 2KB EEPROM 1KB 2.2 Giới thiệu về webcam Hyundai 7
21. Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 2.2. :Webcam Hyundai 2.0 Webcam D2 là sản phẩm Webcam có thiết kế đẹp và kích thước nhỏ gọn. Kết nối USB thông dụng phù hợp khi sử dụng cho máy vi tính, laptop, Đặc biệt có thể thu giọng nói thông qua mic tích hợp trên webcam. Thông số kỹ thuật: Độ phân giải ảnh : 960x720. Số điểm ảnh : 3 triệu. Tốc độ khung: 25fps Kết nối: Usb 2.0, Usb Tính năng: Zoom số 2X. 2.3. Cảm biến mưa Chúng ta có thể dễ dàng nhận biết mưa bằng mắt thường hoặc cảm nhận ở da. Và trong mạch điện tử củng vậy, các hệ thống điện tử phát hiện mưa cũng chia ra làm hai loại: thứ nhất là dùng camera để nhận biết và loại thứ hai là dùng cảm biến (tương tự da của con người). Ở đây, nhóm em dung cảm biến mưa như hình 2.9 Hình 2.3.: Cảm biến mưa Mạch cảm biến mưa gồm 2 bộ phận: + Bộ phận cảm biến mưa được gắn ngoài trời + Bộ phận điều chỉnh độ nhạy cần được che chắn Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của mạch cảm biến nằm ngoài trời với giá trị định trước (giá trị này thay đổi được thông qua 1 biến trở màu xanh) từ đó phát ra tín hiệu đóng / ngắt rơ le qua chân D0. Khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 của module cảm biến sẽ được giữ ở mức cao (5V-12V). 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4