Đồ án Thiết kế hệ thống tiết kiệm năng lượng trong phòng học (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế hệ thống tiết kiệm năng lượng trong phòng học (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG PHÒNG HỌC GVHD: TS. VŨ QUANG HUY SVTH: NGUYỄN TUẤN DƯƠNG MSSV: 13119066 SVTH: MAI CÔNG DUY MSSV:13119059 S K L 0 0 4 9 5 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2017
2. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 7 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TốT NGHIệP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tuấn Dƣơng MSSV: 13119066 SĐT: 0984726876 Họ và tên sinh viên: Mai Duy Công MSSV: 13119059 SĐT: 0934013580 Ngành: Kỹ Thuật Máy Tính Lớp: 13119CL1 Giảng viên hƣớng dẫn:TS. Võ Minh Huân Ngày nhâṇ đề tài: 20/2/2017 Ngày nộp đề tài:11/7/2017 1. Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG TRONG PHÒNG HỌC 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: 3. Nội dung thƣc̣ hiêṇ đề tài: Nghiên cứu một hệ thống có thể tiết kiệm đƣợc năng lƣợng trong phòng học, tránh lãng phí điện năng. 4. Sản phẩm: Mô hình hệ thống tiết kiệm năng lƣợng trong phòng học GIẢNG VIÊN HƢỚNG TRƢỞNG NGÀNH DẪN
3. CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tuấn Dƣơng MSSV: 13119066 Họ và tên sinh viên: Mai Duy Công MSSV: 13119059 Ngành: Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG TRONG PHÒNG HỌC Họ và tên Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Võ Minh Huân NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: 2. Ƣu 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 7 năm 2017 Giáo viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên)
4. 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: Nguyễn Tuấn Dƣơng MSSV: 13119066 Họ và tên sinh viên: Mai Duy Công MSSV: 13119059 Ngành: Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG TRONG PHÒNG HỌC Họ và tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: 2. Ƣu 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 7 năm 2017 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên)
5. LỜI CẢM ƠN Trong suốt khoá hoc̣ (2013-2017) tại Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Ky ̃ Thuâṭ TP.HCM, nhóm em đa ̃ nhâṇ đƣơc̣ sƣ ̣ tâṇ tình daỵ dỗ của quý Thầy Cô về kiến thƣ́ c chuyên môn cũng nhƣ nhƣ̃ng kiến thƣ́ c trong cuôc̣ sống . Tƣ̀ nhƣ̃ng kiến thƣ́ c đó đa ̃ giúp nhóm hoàn thành Đồ Án trong thời gian cho phép. Nhóm em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong Khoa Ch ất Lƣợng Cao đa ̃ giảng dạy nhóm em nhƣ̃ng kiến thƣ́ c về chuyên môn và giúp nhóm điṇ h hƣớng theo sƣ ̣ hiểu biết và khả năng để thƣc̣ hiêṇ tốt đề tài “Thiết kế hệ thống tiết kiệm năng lƣợng trong phòng học” và tạo điều kiêṇ thuâṇ lơị cho em hoàn tất khoá hoc̣ . Nhóm em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Võ Minh Huân, ngƣời đã hƣớng dẫn, giúp đỡ chúng em tận tình và tạo mọi điều kiện tốt cho nhóm em thực hiện Đồ Án này. Ngoài ra, nhóm em cũng hết lòng biết ơn gia đình, bạn bè đã hết lòng giúp đỡ, động viên, ủng hộ và đóng góp ý kiến cho em trong suốt thời gian thực hiện Đồ Án này. Nhóm em xin chân thành cảm ơn! TP. HCM, ngày 11 tháng 07 năm 2017 Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Dƣơng Mai Duy Công i
6. TÓM TẮT Ngày nay khoa học và công nghệ đạt đƣợc một trình độ phát triển rất nhanh và mạnh mẽ, cùng với sự phát triển của các ngành kĩ thuật nói chung và công nghệ điện tử nói riêng. Những thành tựu đạt đƣợc cũng nhƣ các ứng dụng của công nghệ kĩ thuật điện tử ngày càng đƣợc sử dụng nhiều trong cuộc sống hằng ngày của con ngƣời và trong các ngành công nghiệp khác. Đặc biệt hiện nay IOT (internet of things) đang đƣợc ứng dụng rất rộng rãi và phổ biến trong các đề tài dự án, đáng chú ý là các ềđ tài về tiết kiệm năng lƣợng. Trong bối cảnh năng lƣợng đang trở thành vấn đề cấp bách nhƣ hiện nay, việc sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả không còn là câu chuyện của riêng cá nhân, doanh nghiệp nào, mà là mối quan tâm của toàn xã hội.Việc tiết kiệm năng lƣợng cũng nhƣ là tiết kiệm nguồn ngân sách kinh tế cho đất nƣớc. Nắm đƣợc yêu cầu cấp thiết đónhóm thực hiện đồ án đã chọn đề tài “Thiết kế hệ thống tiết kiệm năng lƣợng trong phòng học”. Khi hệ thống thành công và có cơ hội áp dụng rộng rãi ngoài thực tế thì sẽ rất hữu ích trong việc giảm sức ép về năng lƣợng cho các nhà máy điện, giúp nền kinh đất nƣớc ngày càng phát triển. ii
7. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN I TÓM TẮT II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IV DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU V DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ VI CHƢƠNG 1 1 TỔNG QUAN 1 1.1. GIỚI THIỆU 1 1.2. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 2 1.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2 1.3.1. Mục tiêu tổng quát 2 1.3.2. Mục tiêu chi tiết 3 1.4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 3 1.5. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3 1.6. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4 1.7. BỐ CỤC CỦA ĐỒ ÁN 4 CHƢƠNG 2 6 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.1. GIỚI THIỆU KIT NODEMCU ESP8266 6 2.1.1. Giới thiệu 6 2.1.2. Sơ đồ kết nối của NodeMCU ESP8266 7 2.2. RASBERRY PI 8 2.2.1. Giới thiệu về board Raspberry Pi. 8 iv
8. 2.3. GIỚI THIỆU CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20 9 2.3.1. Giới thiệu và cấu tạo của DS18B20 9 2.4. GIỚI THIỆU CẢM BIẾN CƢỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG BH1750 10 2.4.1. Giới thiệu và cấu tạo BH1750 10 2.5. MODULE ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC DS1307 12 2.6. QUẠT 12V 12 2.7. LED THANH 12V 13 2.8. USB WIFI 14 2.9. CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG HC-SR 501 14 2.10. MODULE RELAY 15 2.11. MÀN HÌNH HIỂN THỊ LCD 16X2 VÀ MODULE I2C 15 2.12. CHUẨN ONE – WIRE 16 2.13. CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU I2C 17 2.13.1. Giới thiệu chuẩn I2C 17 2.13.2 Đặc điểm của giao tiếp I2C 18 2.13.3. Các chế độ hoạt động 19 2.14. GIAO THỨC TCP/IP 19 CHƢƠNG 3 22 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 22 3.1. MÔ HÌNH HỆ THỐNG 22 3.2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 23 3.2.1. Chức năng của phần cứng 23 3.2.2. Sơ đồ khối phần cứng 24 3.2.3. Thiết kế từng khối 27 3.3. THIếT Kế PHầN MềM 30 3.3.1. Chức năng hoạt động của phần mềm 30 3.3.2. Lƣu đồ giải thuật 31 v
9. CHƢƠNG 4 50 KẾT QUẢ 50 4.1. KẾT QUẢ MÔ HÌNH THI CÔNG 50 4.1.1. Hình chụp thực tế giao diện server Raspberry Pi 50 4.1.2. Hình chụp thực tế giao diện Web server 51 4.1.3. Hình chụp thực tế mô hình phần cứng 53 4.1.4. Năng lƣợng tiêu thụ của hệ thống 54 CHƢƠNG 5 60 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 60 5.1 KẾT LUẬN: 60 5.2HƢỚNG PHÁT TRIỂN: 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤLỤC 60 PHỤ LỤC A CÁC BƢỚC CẤU HÌNH RASPBERRY PI B+ PHÁT WIFI CHO NODEMCU ESP8266 SỬ DỤNG 60 PHỤLỤC B PHƢƠNG THỨC POST TRONGPHP 65 vi
10. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT EVN Vietnam Electricity GDP Gross Domestic Product GPIO General Purpose Input Output I2C Inter-Integrated Circuit IoTs Internet of Things IP Internet Protocol LCD Liquid Crystal Display MCU Micro Controler Unit PIR Passive InfraRed PHP Hypertext Preprocessor PWM Pulse-width modulation RTC Real Time Clock SoC System on Chip TCP Transmisson Control Protocol WWW World Wide Web vii
11. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Chức năng các chân GPIO NodeMCU ESP8266 8 Bảng 3.1 : Tiêu chuẩn độ rọi tại một số nơi làm việc 25 Bảng 4.1 : Thông số dòng tiêu thụ khi đo đạc 51 Bảng 4.2 : Công suất trung bình và tối đa sau khi tính toán 52 Bảng 4.3 : So sánh các chế độ khi ESP không hoạt động 56 Bảng 4.4: Thông số dòng tiêu thụ và nguồn của led sau khi đo đạc 57 Bảng 4.5 : Thông số dòng tiêu thụ và nguồn của quạt sau khi đo đạc 58 viii
12. DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1: Biểu đồ tiêu thụ năng lƣợng điện ở TP.HCM 1 Hình 2.1 : Hình ảnh NodeMCU ESP8266 ngoài thực tế 6 Hình 2.2 : Sơ đồ các chân GPIO NodeMCU ESP8266 7 Hình2.3 :Raspberry Pi B+ ngoài thực tế 8 Hình 2.4 : Sơ đồ các chân GPIO của Raspberry Pi 9 Hình 2.5: Cảm biến nhiệt độ DS18B20 10 Hình 2.6 : Hình ảnh cảm biến cƣờng độ ánh sáng BH1750 ngoài thực tế 11 Hình 2.7 : Hình ảnh module DS1307 ngoài thực tế 12 Hình 2.8 : Hình ảnh quạt 12V ngoài thực tế 13 Hình 2.9 : Hình led thanh 12V ngoài thực tế 14 Hình 2.10 : USB Wifi TL-WN725N 14 Hình 2.11 : Hình ảnh cảm biến PIR HC – SR501 ngoài thực tế 14 Hình 2.12 Hình ảnh module relay 1 kênh và 2 kênh ngoài thực tế 15 Hình 2.13 : LCD 16x2 kết nối với module I2C. 16 Hình2.14 : Cách thức gửi và đọc 1 bit trong chuẩn One-wire 17 Hình 2.15: Bus I2C và các thiết bị ngoại vi 18 Hình 2.17: Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế độ nhanh (Fast mode) 18 Hình 2.18 : Cơ chế truyền nhận của I2C 19 Hình 2.19 : Phƣơng thức hoạt động của giao thức TCP/IP 20 Hình 2.20: Cấu trúc dữ liệu trong TCP/IP 21 Hình 3.1 : Sơ đồ khái quát hệ thống 23 Hình 3.2 : Sơ đồ khối hệ thống 24 Hình 3.3 : Sơ đồ tổng quan Raspberry điều khiển mạch hoạt động trong 1 tiết học 25 Hình 3.4 : Sơ đồ tổng quan ESP hoạt động trong 1 phòng học 26 Hình 3.5: NodeMCU ESP8266 27 Hình 3.6 : Sơ đồ kết nối giữa khối xử lý hiển thị và khối cảm biến 28 ix
13. Hình 3.7: Khối PWM cho quạt 12V 27Hình 3.8: Khối PWM cho led 12V 28 Hình 3.9 : Ký hiệu transistor NPN 29 Hình 3.10 : Sơ đồ kết nối khối ngoại vi với khối xử lý 30 Hình 3.11 : Sơ đồ kết nối của khối Raspberry 30 Hình 3.12 : Lƣu đồ chƣơng trình setup của ESP 32 Hình 3.13 : Lƣu đồ chƣơng trình loop của ESP 33 Hình 3.14 : Lƣu đồ chƣơng trình cambien của ESP 34 Hình 3.15 : Lƣu đồ chƣơng trình auto_manual của ESP 35 Hình 3.16 : Lƣu đồ chƣơng trình dieu_khien_quat của ESP 36 Hình 3.17 : Lƣu đồ chƣơng trình dieu_khien_den của ESP 37 Hình 3.18 : Lƣu đồ chƣơng trình hien_thi_lcd của ESP 38 Hình 3.19 : Lƣu đồ chƣơng trình on_off_hethong của ESP 39 Hình 3.20 : Lƣu đồ chƣơng trình main của Raspberry 40 Hình 3.21 : Lƣu đồ chƣơng trình setime1 và setime2 của Raspberry 42 Hình 3.22 : Lƣu đồ chƣơng trình tachtime1 va tachtime2 của Raspberry 44 Hình 3.23 : Lƣu đồ chƣơng trình đọc thời gian thực của Raspberry 45 Hình 3.24 : Lƣu đồ chƣơng trình kiểm tra thời khóa biểu của Raspberry 46 Hình 3.25: Lƣu đồ chƣơng trình kiểm tra thời khóa biểu của Raspberry 47 Hình 3.26 : Lƣu đồ chƣơng trình Hcurl của Raspberry 48 Hình 3.26 : Lƣu đồ của web server 49 Hình 4.1 : Giao diện cmd của Raspberry Pi khi có Client mới kết nối và nhận dữ liệu để gửi lên Webserver 50 Hình 4.2: Giao diện cmd của Raspberry Pi khi hết giờ hoạt động của Phòng học 51 Hình 4.3 : Giao diện đăng nhập của Web server 51 Hình 4.4: Giao diện Web hiển thị thông tin, trạng thái từ client gửi lên 52 Hình 4.5: Giao diện Web hiển thị thời khóa biểu của từng phòng học 52 Hình 4.6 : Giao diện chỉnh sửa thời khóa biểu 53 x
14. Hình 4.7: Mô hình thực tế nhìn từ trƣớc vào 53 Hình 4.8 : Mô hình thực tế nhìn từ trên xuống 54 Hình 4.9 : Biểu đồ về so sánh giải pháp thực hiện và ngoài thực tế 59 xi
15. Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu Việt Nam hiện đang là một nƣớc lãng phí điện gấp 6 lần thế giới, tại Việt Nam tình hình sử dụng năng lƣợng điện không hiệu quả dự kiến trở nên trầm trọng, nhu cầu điện năng gia tăng đã vƣợt quá mức tăng trƣởng đầu vào dẫn đến mức độ sử dụng điện năng tăng nhanh chóng. Từ năm 2004 đến năm 2014 tốc độ tăng trƣởng nhu cầu điện vƣợt xa tốc độ tăng trƣởng GDP. Năm 2004, để tạo ra một đô la GDP cần 0,9kWh điện nhƣng năm 2014 con số này tăng lên 1,5 kWh điện cho một đô la GDP. Khi Việt Nam có mức tăng 70% mức độ sử dụng điện năng trong giai đoạn 10 năm thì mức độ sử dụng điện năng của một số nƣớc trong khu vực giảm Trung Quốc (giảm 0,9%), Thái Lan (giảm 3,2%), Philippines (giảm 17,4%) Một số nƣớc có mức tăng nhẹ khoảng 0,2- 8% nhƣ Malaysia, Indonesia[1]. Chỉ tính riêng các khu công nghiệp- khu chế xuất ở thành phố Hồ Chí Minh thì lƣợng điện tiêu thụ chiếm gần 20% sản lƣợng điện tiêu thụ toàn thành phố. Có thể nói, lƣợng tiêu thụ điện là khá lớn, ảnh hƣởng trực tiếp đến lƣợng điện năng của thành phố[2]. Hình 1.1: Biểu đồ tiêu thụ năng lƣợng điện ở TP.HCM 1
16. Theo đánh giá của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) thì việc sử dụng lãng phí điện năng hiện nay đã đến mức báo động. Đặc biệt là ở các công ty, cơ quan nhà nƣớc nhƣ: không tắt đèn, quạt khi ra ngoài, để điều hòa ở nhiệt độ thấp hơn 25 độ C. Lƣợng điện hoang phí còn phải kể đến đèn của các nhà hàng, trƣờng học, khách sạn hay các biển quảng cáo trên cả nƣớc. Điều này cho thấy Việt Nam đang sử dụng điện rất kém hiệu quả và tình trạng này sẽ kéo dài nếu không có biện pháp khắc phục lớn về mặt pháp lý nhƣ thiếu khung chính sách và năng lực thực thi, biểu giá điện quá thấp, thiếu cơ chế tài chính đối với hoạt động đầu tƣ vào công nghệ hiệu quả về năng lƣợng và tiết kiệm năng lƣợng. Sau khi quan sát thực tế cùng với những kiến thức đã học nhóm sẽ thực hiện mô phỏng lại một hệ thống phòng học mang tính tiết kiệm năng lƣợng gồm: - Hai phòng học có hệ thống tự động tắt, mở thiết bị trong phòngtheo thời khóa biểu đã cập nhật trên web server. - Mỗi phòng học sẽ có hai chế độ là Auto và Manual. + Chế độ Auto: Hệ thống sẽđiều khiểncác thiết bị trong phòng theo dữ liệu cảm biến thu thập đƣợc. + Chế độ Manual: Hệ thống sẽ đƣợc điều chỉnh bởi ngƣời dùng từ các nút nhấn. - Thông tin, trạng thái của các thiết bị, chế độ hoạt động và dữ liệu cảm biến đo đƣợc của phòng học sẽ đƣa lên web servercho ngƣời quản lý theo dõi, giám sát. 1.2. Giới hạn của đề tài Đề tài nghiên cứu phần cứng của Kit NodeMCU ESP8266, tìm hiểu về tính năng thu thập dữ liệu qua các chân GPIO, gửi dữ liệu lên server Về kit Raspberry, nhóm tìm hiểu một số tính năng nhƣ phát wifi, xây dựng hệt thống Server quản lý các Clientviết bằng ngôn ngữ C. Mô hình thiết kế chỉ là mô phỏng sao cho có thể hoạt động đem lại tối ƣu về tiết kiệm năng lƣợng, chƣa có nhiều tính năng thực sự phức tạp. Hệ thống chủ yếu đƣợc điều khiển thông qua việc kết nối gián tiếp với mạng internet nên dù ở đâu cũng điều khiển đƣợc hệ thống khi có điện và có kết nối internet, có giao diện ngƣời dùng là web server đƣợc thiết kế bằng ngôn ngữ PHP và cơ sở dữ liệu MySQL trực quan. 1.3.Mục tiêu nghiên cứu 1.3.1. Mục tiêu tổng quát 2
17. Xây dựng mô hình mô phỏng một hệ thống giúp tiết kiệm điện năng từ board phần cứng cho đến các thiết bị đƣợc sử dụng trong phòng học, có trang web để tƣơng tác dễ dàng với mô hình. Mô hình có tính thẩm mĩ cao, đơn giản, chi phí thấp, dễ lắp đặt, dễ sử dụng, hoạt động ổn định. 1.3.2. Mục tiêu chi tiết Xây dựng một hệ thống gồm bốn phần chính: - Phần nhận dữ liệu cảm biến để thu thập các thông số tự nhiên và điều khiển thiết bị. - Phần truyền dữ liệugiữa phần cứng và web server. - Phần giao diện webđể ngƣời quản lý có thể truy cập theo dõi và chỉnh sửa thời khóa biểu cho mỗi phòng học. - Phần tiết kiệm năng lƣợng để đảm bảo mô hình hoạt động với mức năng lƣợng tối ƣu. 1.4.Nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài “Thiết kế hệ thống tiết kiệm năng lƣợng trong phòng học” có các chức năng nhƣ sau: - Đo nhiệt độ phòng học với cảm biến DS18B20. - Đo cƣờng độ ánh sáng ở trong phòng với cảm biến BH1750. - Kiểm tra phát hiện chuyển động có ngƣời vào phòng học với cảm biến PIR HC – SR 501. - Điều khiển PWM thiết bị ngoại vi quạt, đèn theo dữ liệu nhiệt độ và cƣờng độ sáng đo đƣợc qua NodeMCU ESP8266 hoặc quasự điều khiển của ngƣời dùng từ nút nhấn. - Giao tiếp gửi dữ liệu từ NodeMCU ESP8266 lênRaspberry Pi. - Có giao diện web để ngƣời dùng chỉnh sửa, cập nhật thời khóa biểu cho các phòng học. 1.5.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng: - Kit NodeMCU ESP8266. - Kit Raspberry Pi B +. - Cảm biến DS18B20, BH1750, DS1307, PIR HC –SR 501, module RELAY, modul LCD I2C. - Hệ thống cơ sở dữ liệu để lƣu trữ. - Trang web tạo tƣơng tác giữa ngƣời dùng với hệ thống. Phạm vi nghiên cứu: 3
18. - Nghiên cứu trong lĩnh vực lập trình nhúng trên NodeMCU ESP8266. - Nghiên cứu phần mềm hỗ trợ trên Raspberry Pi B+ bằng ngôn ngữ C. - Cách kết nối vật lý giữa cảm biến DS18B20, BH1750, PIR HC – SR 501, Relay, LCD chuẩn I2C với NodeMCU ESP8266. - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các cảm biến cần sử dụng. - Nghiên cứu lập trình web thông qua ngôn ngữ PHP,và sử dụng phƣơng thức gửi dữ liệu chính là POST. - Nghiên cứu hệ quản trị cơ sở dữ liệu tự do nguồn mở MySQL, hệ thống Server. - Viết code thông qua ngôn ngữ PHP thực hiện tạo giao diện ngƣời dùng, kết nối, truyền, nhận dữ liệu với kit thông qua các hàm. - Nghiên cứu cách kết nối, truyền dữ liệu từ Raspberry Pi B+ đến web server và việc truyền dữ liệu từ NodeMCU ESP8266 đến Raspberry thông qua giao thức mạng. 1.6.Phƣơng pháp nghiên cứu Đối tƣợng chính cần nghiên cứu trong đề tài là kit NodeMCU ESP8266 và kit Raspberry Pi,cùng với các cảm biến (DS18B20, BH1750,DS1307, PIR HC- RS 501) và các thiết bị(đèn 12V,quạt 12V) và phạm vi nghiên cứu chỉ ở mức trung bình, chƣa khai thác triệt để đƣợc hết các tính năng của NodeMCU ESP8266 và Raspberry Pi B+. 1.7.Bố cục của đồ án Với yêu cầu đề ra và xác định hƣớng giải quyết, nhóm nghiên cứu xây dựng đồ án gồm có các nội dung chính nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan Trình bày về tình hình nghiên cứu hiện nay, tính cấp thiết của đề tài từ đó đƣa ra đƣợc mục tiêu đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu mà nhóm hƣớng tới. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Tìm hiểu các loại kit, các module, các loại cảm biến, các phƣơng pháp thu thập và truyền nhận dữ liệu đƣợc nhóm nghiên cứu sử dụng đối với đề tài này. Chƣơng 3: Thiết kế hệ thống Đặt vấn đề về thiết kế phần cứng và phần mềm, yêu cầu của hệ thống, hoạt động của hệ thống, sơ đồ nguyên lí, sơ đồ khối, chức năng của từng khối đồng thời nói sơ về thiết lập cho module và kết nối và giải thích, tính toán về phƣơng pháp tiết kiệm điện năng tiêu thụ . Chƣơng 4: Kết quả 4
19. Đƣa ra mô hình thi công hoàn chỉnh, quá trình chạy hệ thống bên trong mô hình , đo và so sánh lƣợng điện năng tiêu thụ của hệ thống. Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển Đƣa ra kết luận đã làm đƣợc những gì, phân tích những ƣu diểm nhƣợc điểm của hệ thống liên hệ với chƣơng 1 (mục tiêu mà nhóm đặt ra). Đồng thời định hƣớng phát triển đồ án. 5
20. Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Giới thiệu KITNodeMCU ESP8266 2.1.1. Giới thiệu Hình 2.1 : Hình ảnh NodeMCU ESP8266 ngoài thực tế NodeMCU ESP8266là kit phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC, nó kết hợp các chức năng của WIFI, vi xử lý và ngôn ngữ LUA ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên đơn giản,ESP8266 đƣợc dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến IoT. Thông số kỹ thuật: IC chính: ESP8266 WiFi SoC phiên bản ESP 12. Phiên bản firmware: NodeMCU. API điền khiển sự kiện cho các ứng dụng mạng. 10 chân GPIO giao tiếp mức 3.3V DC từ D0 – D10, có chức năng PWM, I2C, giao tiếp SPI, 1-Wire và ADC trên chân A0. Cấp nguồn: 5V DC Micro USB. Kết nối mạng WiFi (có thể là sử dụng nhƣ điểm truy cập hoặc trạm máy chủ lƣu trữ một, máy chủ web), kết nối internet để lấy hoặc tải lên dữ liệu. Tƣơng thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino. Chi phí phù hợp cho các dự án Internet of Things(IoT). 6
21. S K L 0 0 2 1 5 4