Đồ án Thiết kế và thi công bộ điều khiển thiết bị điện cho gia đình (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và thi công bộ điều khiển thiết bị điện cho gia đình (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 VÀ THI CÔNG BỘ ÐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ÐIỆN CHO GIA ÐÌNH GVHD: ThS. NGUYỄN ÐÌNH PHÚ SVTH : NGUYỄN DUY HÙNG MSSV : 13119087 SVTH : VŨ CHUNG HIẾU MSSV : 13119194 S K L 0 0 5 0 3 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06/2017
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN CHO GIA ĐÌNH GVHD: ThS. NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH : NGUYỄN DUY HÙNG MSSV : 13119087 SVTH : VŨ CHUNG HIẾU MSSV : 13119194 Khóa : 2013 Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2017
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN CHO GIA ĐÌNH GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH : NGUYỄN DUY HÙNG MSSV : 13119087 SVTH : VŨ CHUNG HIẾU MSSV : 13119194 Khóa : 2013 Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2017
4. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 7 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HOC̣ Họ và tên sinh viên: Nguyễn Duy Hùng MSSV: 13119087 Vũ Chung Hiếu MSSV: 13119194 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Lớp: 13119CL2 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đình Phú ĐT: 0903982443 Ngày nhâṇ đề tài: 22/2/2017 Ngày nộp đề tài: 11/7/2017 1. Tên đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Bộ Điều Khiển Thiết Bị Điện Cho Gia Đình 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Tài liệu Vi điều khiển ARM STM32 Cortex M4, Giáo trình Vi điều khiển PIC, Đồ án môn học 2: Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Nhà Thông Minh 3. Nội dung thưc̣ hiêṇ đề tài: Thiết kế và xây dựng bộ điều khiển thiết bị điện cho nhà ở. Với bộ điều khiển trung tâm phụ trách phân tích, tính toán các tín hiệu vào ra từ các module khác như module công suất (dùng để điều khiển thiết bị điện dân dụng trong gia đình), module cảm biến (dùng để cảnh báo rò rỉ khí gas, cảnh báo quá nhiệt, báo cháy, ) và các module mở rộng nếu cần như giám sát an ninh qua hình ảnh, chống trộm, điều khiển từ xa qua internet 4. Sản phẩm: Nhóm đã hoàn thành được 3 sản phẩm chính là bộ mạch điều khiển trung tâm, bộ mạch điều khiển công suất cho các thiết bị điện dân dụng và bộ mạch cảm biến nhiệt độ và khí gas. Tất cả đều kết nối dữ liệu với nhau thông qua mạng không dây nội bộ. GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
5. CỘNG HÒA 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: Nguyễn Duy Hùng MSSV: 13119087 Vũ Chung Hiếu MSSV: 13119194 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Bộ Điều Khiển Thiết Bị Điện Cho Gia Đình Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đình Phú 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 năm 2017 Giáo viên hướng dẫn
6. CỘNG HÒA 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 Duy Hùng MSSV: 13119087 Vũ Chung Hiếu MSSV: 13119194 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Bộ Điều Khiển Thiết Bị Điện Cho Gia Đình 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 năm 2017 Giáo viên phản biện
7. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ LỜI CAM ĐOAN Nhóm sinh viên thực hiện đề tài xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của nhóm. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 07 năm 2017 (Ký tên) ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang i
8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ LỜI CẢM ƠN Nhóm sinh viên thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao đã giảng dạy chúng trong suốt bốn năm học và tạo điều kiện thuận lợi để chúng em thực hiện tốt đề tài. Cảm ơn gia đình, cha mẹ đã là nguồn động viên to lớn về vật chất và tinh thần trong suốt thời gian học hành, để em có được tương lai, theo đuổi ước mơ và sự nghiệp. Đặc biệt cảm ơn thầy Nguyễn Đình Phú đa ̃ tâṇ tı̀nh hướ ng dẫn và taọ điều kiêṇ thuâṇ lơị cho chúng em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp. Chúng em xin được phép gửi đến thầy lòng biết ơn và lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất. Kiến thức, kinh nghiệm và cái tâm nghề nghiệp của thầy đã không những đã giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt đề tài mà còn là tấm gương để chúng em học tập và noi theo trên con đường sau này. Bên cạnh đó, chúng em cũng xin cảm ơn các anh, chị khóa trước cũng như các baṇ sinh viên trong lớp 13119CL2 đa ̃ nhiêṭ tı̀nh đóng góp ý kiến và chia se ̃ kinh nghiêṃ để giúp chúng em hoàn thành đề tài này. Cuối cùng, đề tài đã hoàn thành đúng kế hoạch ra và đảm bảo thờ i haṇ nhưng do kiến thức còn hạn hẹp chắc chắn se ̃ không tránh khỏi những thiếu sót, mong Thầy/Cô và các baṇ sinh viên thông cảm. Nhóm mong nhâṇ đươc̣ những ý kiến nhận xét và đóng góp của Thầy/Cô và các baṇ sinh viên. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện đề tài ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang ii
9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii LỜI MỞ ĐẦU ix Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài 2 1.3 Muc ̣ tiêu nghiên cứ u 3 1.4 Nhiệm vu ̣của nghiên cứ u 3 1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 1.6 Phương pháp nghiên cứu 3 1.7 Bố cục đề tài 4 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 5 2.1 Internet Of Things 5 2.1.1 Giới thiệu 5 2.1.2 Mô hình 5 2.2 Vi điều khiển STM32F407VET6 7 2.2.1 Giới thiệu dòng vi điều khiển STM32 7 2.2.2 Thông số kĩ thuật cơ bản 9 2.3 Module LCD TFT 7 Inch 10 2.4 Module Wifi Esp 8266 12 2.4.1 Giới thiệu 12 2.4.2 Firmware và cách nạp 14 2.4.3 Các tập lệnh AT 15 2.5 Adrunio nano 17 2.6 Module sim 800L 18 2.7 Module thời gian thực RTC 21 2.8 Giới thiệu về giao thức TCP/IP 22 2.8.1 Khái niệm TCP/IP 22 ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang iii
10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ 2.8.2 Chức năng của TCP/IP: 22 2.8.3 Cấu trúc của TCP/IP 23 2.8.4 Phương thức hoạt động của bộ giao thức TCP/IP 24 2.8.5 Quá trình đóng mở gói dữ liệu trong TCP/IP 24 2.8.6 So sánh TCP/IP với OSI 25 2.9 Hướng dẫn mở Port Modem Wifi trong nhà và dùng dịch vụ để cấu hình DNS tự động cho IP động. 26 2.9.1 Mở port modem wifi 26 2.9.2 Cấu hình 29 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 30 3.1 Thiết kế và thi công mạch điều khiển 30 3.1.1 Sơ đồ khối của mạch 30 3.1.2 Thiết kế mạch các module cảm biến 39 3.2 Thiết kế phần mềm và giải thuâṭ 43 3.2.1 Ý tưở ng 43 3.2.2 Lưu đồ giải thuâṭ 44 3.2.3 Thiết kế phần mềm điều khiển trên nền tả ng android 46 Chương 4: VẬN HÀNH VÀ KIỂM TRA KẾT QUẢ 51 4.1 Kết quả đạt được về lý thuyết 51 4.2 Kết quả đạt được về thực hành 51 4.3 Kết quả chạy thực tế 56 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57 5.1 Kết luận 57 5.2 Hướng phát triển 57 PHỤ LỤC 58 CODE CCS DÀNH CHO ARM: 58 CODE DÀNH CHO ADRUNIO NANO: 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang iv
11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VĐK: Vi Điều Khiển IC: integrated circuit Trans: Transistor RT: Real time ADC: Analog to Digital Converter LAN: Local area network IP: Internet Protocol IoTs: Internet of Things NAT: Network Address Translation DNS: Domain Name System ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang v
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Quy trình thực hiện đề tài 3 Hình 2.1. Mô hình IoTs 6 Hình 2.2. Kiến trúc của STM32 nhánh Performance và Access [1] 7 Hình 2.3. Vi Điều Khiển họ ARM coterx M4 dòng STM 9 Hình 2.4. Vi Điều Khiển STM32F407VET6 10 Hình 2.5. Module LCD TFT 7inch TFTM070-4v2.1 11 Hình 2.6. IC SSD1963 dùng để điều khiển LCD 11 Hình 2.7. Module ESP 8266 V1 12 Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý esp8266 v1 13 Hình 2.9. Sơ đồ kết nối chân để nạp firmware cho ESP 8266 14 Hình 2.10. Giao diện ESP flasher khi nạp thành công 15 Hình 2.11. Adunio Nano v2.2 17 Hình 2.12. Module Sim 800L 19 Hình 2.13. Sơ đồ chân module sim 800L 19 Hình 2.14. Moduel RTC DS1307 21 Hình 2.12. Sơ đồ mạch nguyên lý Module RTC DS1307 21 Hình 2.13. Các tầng trong Bộ giao thức Tcp/Ip 23 Hình 2.15. Quá trình đóng gói dữ liệu trong Tcp/Ip 24 Hình 2.15. Cấu trúc dữ liệu trong TCP/IP 25 Hình 2.16. So sánh tương quan TCP/IP và OSI 26 Hình 2.17. Giao diện đăng nhập modem 27 Hình 2.18. Cấu hình mở port 28 Hình 2.19. IP đã kích hoạt để NAT ra ngoài 28 Hình 2.20. Check lại xem port đã mở chưa 29 Hình 2.21. Cấu hình DNS cho Modem 29 Hình 3.1. Sơ đồ khối của toàn bộ hệ thống 31 Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm 33 Hình 3.3. Sơ đồ chân giao tiếp với LCD theo chuẩn FSMC 34 Hình 3.4. Khối nguồn cho bộ điều khiển trung tâm 35 Hình 3.5. Cổng giao tiếp giữa các module 36 Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 37 Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn xung 38 Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lí kích điện gián tiếp của 1 ngõ ra 39 Hình 3.9. Module LCD I2C 39 Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý cá c traṃ cảm biến 41 Hình 3.11. Mạch in 2 lớp bộ điều khiển trung tâm 42 Hình 3.12. Mạch in 2 lớp module điều khiển công suất 42 Hình 3.13. Mạch in 1 lớp module cảm biến 43 ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang vi
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ Hình 3.14. Lưu đồ giải thuâṭ bộ điều khiển trung tâm 44 Hình 3.15 Lưu đồ giải thuâṭ bộ điều khiển công suất 45 Hình 3.16. Lưu đồ giải thuâṭ module cảm biến 46 Hı̀nh 3.17. Hình ảnh mô phỏng MultiThreading 47 Hı̀nh 3.18. Mô hình làm việc MultiThreading trong Android 47 Hı̀nh 3.19. Mô hình làm việc của Async Task 48 Hı̀nh 3.20. Class extends từ AsyncTask 49 Hı̀nh 3.21. Sơ đồ chương trı̀nh android 50 Hình 4.1. Mặt trên mạch điều khiển trung tâm 51 Hình 4.2. Mặt dưới mạch điều khiển trung tâm 52 Hình 4.3. Mạch Module cảm biến 52 Hình 4.4. Mặt dưới mạch điều khiển công suất 53 Hình 4.5. Mặt dưới mạch điều khiển công suất 53 Hı̀nh 4.6. Giao diện điều khiển trên LCD 54 Hı̀nh 4.7. Giao diện điều khiển trên ứng dụng thiết bị di động 54 ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang vii
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Bảng các mode boot của ESP 8266 13 Bảng 2.2. Tập Lệnh AT phổ biến thường sử dụng trong esp 15 Bảng 2.3. Thông số kỹ thuật của board adruino nano 18 Bảng 3.1. Bảng so sánh các vi điều khiển 39 ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang viii
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ LỜI MỞ ĐẦU Trong quá trình gần 4 năm học tại Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, chúng em đã được học rất nhiều kiến thức về đại cương lẫn chuyên ngành. Trong đó các kiến thức chuyên ngành mang đến một sự lôi cuốn mạnh mẽ đối với em về các loại vi điều khiển, vi xử lý, động cơ, ngoại vi, module cảm biến Qua những lần thực hành trên phòng lab, rồi đến chế tạo thử nghiệm, nghiên cứu tại nhà các mô hình sử dụng cảm biến, modul điều khiển, kit, ngoại vi nhưng vẫn là thực hành đơn lẻ từng module. Với mong muốn ứng dụng kiến thức chuyên ngành đã học và nhu cầu thực tế để tự tay mình mày mò, nghiên cứu và chế tạo được một sản phẩm mà ở đó có sự kết hợp của nhiều thiết bị lại với nhau để thực hiện nhiều công việc cùng lúc, hữu ích cho đời sống. Do đó, ngay khi được đăng kí đề tài đồ án tốt nghiệp này, chúng em đã quyết định thực hiện ý định trước đây, đó là nghiên cứu và chế tạo một “Bộ Điều Khiển Thiết Bị Điện Cho Gia Đình” để hiện thực ý tưởng cũng như áp dụng kiến thức đã được học vào nghiên cứu và chế tạo, hoàn thiện sản phẩm đưa vào sử dụng trong đời sống. Sau năm tháng thiết kế và thi công mô hình, đề tài cũng đã hoàn thành và hoạt động tương đối ổn định. Nhóm xin cám ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Đình Phú và góp ý của bạn bè để nhóm có thể hoàn thành được đề tài này. Tuy nhiên do tầm hiểu biết còn hạn chế và thời gian thực hiện không nhiều nên khó tránh khỏi những sai sót, nhóm thực hiện mong rằng sẽ nhận được những lời góp ý để hoàn thiện sản phẩm hơn nữa. ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang ix
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Trong thời đại internet toàn cầu hóa như hiện nay, mọi thứ vô tri vô giác trước đây đang dần thức tỉnh, biết tự suy nghĩ, tính toán, hoạt động mà không cần sự can thiệp của con người như: xe hơi thông minh tự lái, nhà thông minh tự điều khiển hệ thống điện chiếu sáng, vườn thông minh tự tưới tiêu khi cần thiết Hay đến những thứ nhỏ hơn như điều hòa tự nhận ra sự xuất hiện của con người, tự động điều chỉnh nhiệt độ, tự động đóng ngắt. Một chiếc tivi biết người dùng muốn gì chỉ qua cử chỉ từ xa Sự thay đổi trong suy nghĩ của con người đối với mọi thiết bị quanh mình trong đời sống hàng ngày. Họ ngày càng muốn mọi thứ xung quanh trở nên đơn giản, dễ sử dụng, có thể truy cập và điều khiển mọi lúc mọi nơi. Từ đó, dần hình thành “mạng lưới vạn vật kết nối Internet”, viết tắt IoTs, là một kịch bản của thế giới hiện đại, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng 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. IoTs đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau thông qua internet để thực hiện một công việc nào đó. Với nhu cầu thực tế của con người và mô hình IoTs đã được định danh, việc nghiên cứu vào lĩnh vực không mới nhưng đang rất nóng này sẽ là hướng đi rất thiết thực và hữu ích cho ngành Điện tử - Nhúng. Hệ sinh thái IoTs đã hình thành và đang lớn mạnh hơn bao giờ hết. Việc phát triển theo hướng đề tài về IoTs – Nhúng sẽ là một kho đề tài rất rộng lớn để tìm tòi và khám phá, không chỉ ở hiện tại mà còn sâu trong tương lai. ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang 1
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ 1.2 Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, hệ thống nhà thông minh đã xuất hiện khá nhiều, nhưng việc thi công lắp đặt được thực hiện một hoàn toàn theo mô hình có sẵn từ nhà cung cấp. Thường thì bao gồm rất nhiều dịch vụ tiện ích đi kèm như: an ninh cho căn nhà, cảnh báo sớm các mối nguy hiểm, sự cố không mong muốn, điều khiển hệ thống điện từ xa, giám sát từ xa Nhưng tất cả đang đi cùng một yếu tố: “trọn gói”. Phù hợp với đối tượng người dùng có điều kiện tốt về tài chính. Với những đối tượng khách hàng có mức tài chính không dồi dào hoặc họ đơn giản chỉ muốn sử dụng một số đối tượng thiết bị nhất định, thì họ vẫn chưa tự mình chọn lựa được hoặc các thiết bị cần kiến thức chuyên ngành quá nhiều để lắp đặt và vận hành. Trong khi đó, trên thị trường hiện tại cũng đang không có nhiều thiết bị thông minh cho nhà ở. Thường thì các thiết bị này được bán ra một cách rời rạc, nhỏ lẻ từ các thương hiệu khác nhau, không có sự kết nối qua lại giữa các thiết bị này. Ví dụ như bộ điều khiển thiết bị điện qua hồng ngoại, hoặc hệ thống camera giám sát từ xa qua internet, mỗi thiết bị đều tách rời nhau, chạy trên những ứng dụng điều khiển riêng. Việc kết nối các thiết bị này lại với nhau trên cùng một hệ thống là chưa có hoặc phải thiết kế kế thi công lại phần cứng, dẫn đến việc người dùng phải thuê thêm dịch vụ xây dựng mô hình, viết trình điều khiển cho các nhóm thiết bị này hoạt động với nhau, chi phí khá đắt đỏ. Vậy nên, với đề tài “Bộ Điều Khiển Thiết Bị Điện Cho Gia Đình”, nhóm mong muốn sẽ giải quyết được vấn đề kể trên. Người dùng có thể tùy chọn cho mình các module mà mình cần, hoặc sẽ cần, bằng cách bổ sung thêm về sau. Với chi phí lắp đặt ban đầu thấp, dễ dàng sử dụng, mỗi người đều có thể tự cấu hình thiết bị. Mô hình được xây dựng với một bộ thiết bị trung tâm là khối chính kết nối tất cả các module hiện có trong căn nhà, với chức năng chính là điều khiển luồng dữ liệu ra vào từ các module khác, lưu trữ dữ liệu, xuất nhập dữ liệu qua internet cho nhu cầu giám sát từ xa Các thiết bị vệ tinh như bộ cảm biến, bộ điều khiển đóng ngắt công suất, bộ điều khiển hồng ngoại Tùy vào nhu cầu sử dụng của khách hàng, họ sẽ lựa chọn thiết bị cần cho nhu cầu của riêng mình. Các thiết bị vệ tinh này sẽ có thể tự động nhận biết bộ điều khiển trung tâm chỉ qua một lần kết nối đầu tiên qua dây cáp. Sau khi bộ trung tâm cấp phát các thông số về ip và port, thiết bị đó sẽ sẵn sàng để lắp đặt. Bất kì ai cũng có thể thao tác, phù hợp với mọi đối tượng người dùng. ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang 2
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ 1.3 Muc̣ tiêu nghiên cứ u Tìm hiểu và thi công hoàn chỉnh các board mạch sử dụng vi xử lý ARM, tích hợp sẵn các module cần thiết cho việc điều khiển thiết bị điện từ xa. Thiết kế và thi công mạch sử dụng linh kiện dán, nhằm giảm thiểu kích thước cho mạch, đảm bảo tính thẩm mỹ cho sản phẩm cũng như tăng tuổi thọ sản phẩm. Viết chương trình, xây dựng thư viện cho việc giao tiếp giữa các thiết bị với vi điều khiển. Đảm bảo giao tiếp giữa nhiều thiết bị cùng một lúc, luồng dữ liệu được đảm bảo thông suốt, không xảy ra hiện tượng nghẽn mạng hay ngừng hoạt động của thiết bị do xung đột phần cứng hay phần mềm. 1.4 Nhiệm vu ̣của nghiên cứ u Hoàn thành được mục tiêu đề ra, thi công, sửa lỗi, chạy chương trình hoàn thiện, dự đoán và có biện pháp xử lý với các tình huống khi thi công, lắp đặt, chạy thực tế. Đưa ra được sản phẩm đáp ứng được mục tiêu đề tài, phát triển lên thành sản phẩm hoàn thiện, sử dụng được trong thực tế. 1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Vi điều khiển ho ̣ARM cortex M4 (STM32F407VET6) - Mạch điều khiển adrunio - Module ESP8266, module sim 800L, module RTC - Nghiên cứ u ngôn ngữ Java, lâp̣ trı̀nh android - Phần mềm thiết kế mạch in nhiều lớp Altium - Thuật toán vâṇ hành bộ điều khiển thông minh 1.6 Phương pháp nghiên cứu Hình 1.1. Quy trình thực hiện đề tài ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang 3
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ 1.7 Bố cục đề tài Trong báo cáo này gồm có 5 chương: Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Trong chương này, nhóm thực hiện đề tài trình bày tổng quan về nhu cầu người dùng các thiết bị thông minh hiện nay, sự phát triển của IoTs. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN Chương này sẽ giới thiệu về các lý thuyết liên quan tới tất cả các vấn đề cần giải quyết trong đề tài (các loại IC, module, các chuẩn giao tiếp, nguyên lý hoạt động và cách điều khiển một số hệ thống phần cứng ) Các thành phần linh kiêṇ được sử dụng đa ̃ đươc̣ nhóm choṇ và nghiên cứ u cu ̣ thể cho phù hơp̣ vớ i đề tài nhất dưạ vào khả năng hoaṭ động, loại linh kiện phù hợp nhu cầu của nhóm, đồng thời yếu tố giá thành cũng quyết định một phần tới lựa chọn của nhóm cho các thiết bị được sử dụng trong đề tài. Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG Trong chương này, nhóm thực hiện đề tài sẽ đưa ra các yêu cầu khi thiết kế, các công việc trong thiết kế về phần cứng và phần mềm. Chương 4: VẬN HÀNH VÀ KIỂM TRA KẾT QUẢ Trong chương này, nhóm thực hiện đề tài sẽ đưa ra kết quả mà nhóm đạt được, hình ảnh hệ thống sau khi thi công. Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong chương này, nhóm sẽ đưa ra kết luận, những hạn chế còn tồn đọng và hướng phát triển của đề tài hơn nữa trong tương lai. ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang 4
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2.1 Internet Of Things 2.1.1 Giới thiệu Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối internet viết tắt là IoTs (tiếng Anh: Internet of Things) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng 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. IoTs đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet [1]. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. Một vật trong IoTs có thể là một người với một trái tim cấy ghép. Một động vật ở trang trại với bộ chip sinh học. Một chiếc xe với bộ cảm ứng tích hợp cảnh báo tài xế khi bánh xe xẹp hoặc bất kỳ vật thể tự nhiên hay nhân tạo nào mà có thể gán được một địa chỉ IP và cung cấp khả năng truyền dữ liệu thông qua mạng lưới. Cho đến nay, IoTs là những liên kết máy-đến-máy (M2M) trong ngành sản xuất, công nghiệp năng lượng, kỹ nghệ xăng dầu. Khả năng sản phẩm được tích hợp máy-đến-máy thường được xem như là thông minh [2] 2.1.2 Mô hình Bất kỳ một hệ thống IoTs nào cũng được xây dựng lên từ sự kết hợp của 4 layer sau [3]: Lớp ứng dụng (Application Layer) Lớp hỗ trợ dịch vụ và hỗ trợ ứng dụng (Service Support and Application Support Layer) Lớp mạng (Network Layer) Lớp thiết bị (Device Layer) ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang 5
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ___ Hình 0.1. Mô hình IoTs ___ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH Trang 6