Đồ án Xây dựng giải pháp điều khiển thông minh cho các đèn chiếu sáng gia đình (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Xây dựng giải pháp điều khiển thông minh cho các đèn chiếu sáng gia đình (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO CÁC ĐÈN CHIẾU SÁNG GIA ĐÌNH GVHD: ThS. NGUYỄN VĂN HIỆP SVTH: LÊ VĂN HÒA MSSV: 15341011 SVTH: TRẦN VĂN TRỊ MSSV: 15341032 S K L 0 0 4 5 1 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2017
2. 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO CÁC ĐÈN CHIẾU SÁNG GIA ĐÌNH GVHD : ThS. Nguyễn Văn Hiệp SVTH 1 : Lê Văn Hòa MSSV 1 : 15341011 SVTH 2 : Trần Văn Trị MSSV 2 : 15341032 Tp. Hồ Chí Minh – 1/2017
3. 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO CÁC ĐÈN CHIẾU SÁNG GIA ĐÌNH GVHD : ThS. Nguyễn Văn Hiệp SVTH 1 : Lê Văn Hòa MSSV 1 : 15341011 SVTH 2 : Trần Văn Trị MSSV 2 : 15341032 Tp. Hồ Chí Minh – 1/2017
4. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp. HCM, ngày 1 tháng 11 năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Văn Hòa MSSV: 15341011 Trần Văn Trị MSSV: 15341032 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện Tử Truyền Thông Mã ngành: 341 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 153410A I. TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO CÁC ĐÈN CHIẾU SÁNG GIA ĐÌNH II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Trần Thu Hà (2013), “Giáo trình điện tử cơ bản”, Nhà Xuất bản đại học quốc gia TPHCM - Nguyễn Văn Hiệp – Đinh Quang Hiệp (2014), “Lập trình Android cơ bản”, Đại Học SPKT HCM. - Nguyễn Văn Hiệp, “Hệ thống điều khiển thông minh các thiết bị qua Bluetooth”, Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 2. Nội dung thực hiện: Nhóm chúng em sẽ tiến hành thực hiện thiết kế một ứng dụng điều khiển chạy trên điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android để điều khiển các đèn chiếu sáng trong gia đình. Ứng dụng này cho phép điều khiển các đèn chiếu sáng trong khoảng cách ngắn thông qua sóng bluetooth và điều khiển bất cứ nơi đâu thông qua sóng 3g và wifi (những nơi nào có phủ 2 loại sóng này mà điện thoại thông minh có thể thu được thì nơi đó có thể điều khiển các đèn chiếu sáng ở gia đình). Nhóm em sẽ thiết kế cải tiến thêm về phần cứng của đèn chiếu sáng có sẵn trên thị trường, để phù hợp với mục đích điều khiển của nhóm em. Cụ thể là bật tắt đèn, điều chỉnh độ sáng và giám sát được hoạt động của đèn chiếu sáng. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/9/2016 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 6/1/2017 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Văn Hiệp CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP i
5. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp. HCM, ngày 20 tháng 12 năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Lê Văn Hòa Lớp: 153410A MSSV: 15341011 Họ tên sinh viên 2: Trần Văn Trị Lớp: 153410A MSSV: 15341032 Tên đề tài: Xây dựng giải pháp điều khiển thông minh cho các đèn chiếu sáng gia đình Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 Khảo sát lựa chọn các bóng đèn “Led bulb” chiếu sáng trên thị trường. Tuần 2 Nghiên cứu tính toán thiết kế khối công suất để giúp đèn hoạt động. Tuần 4 Nghiên cứu tính toán thiết kế khối điều khiển để điều khiển hoạt động của đèn. Tuần 6 Nghiên cứu lựa chọn cơ sở dữ liệu và tạo cơ sở dữ liệu để lưu trữ các thông tin điều khiển. Tuần 7 Nghiên cứu thiết kế phần mềm trên điện thoại thông minh để điều khiển các đèn chiếu sáng. Tuần 8 Lập trình cho phần mềm trên điện thoại thông minh. Tuần 11 Lập trình hoạt động cho vi điều khiển của đèn sử dụng sóng Wifi. Tuần 13 Lập trình hoạt động cho vi điều khiển của đèn sử dụng sóng Bluetooth. Tuần 14 Lắp ráp các mạch điện vào trong thiết bị đèn chiếu sáng. Tuần 15 Chạy thử nghiệm điều khiển các đèn chiếu sáng trong gia đình. Tuần 16 Cân chỉnh hoạt động của đèn và ứng dụng chạy trên điện thoại thông minh. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) ii
6. LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm chúng em tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có sao chép thì nhóm em chịu hoàn toàn trách nhiệm. Người thực hiện đề tài Lê Văn Hòa Trần Văn Trị iii
7. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể quý Thầy Cô Khoa Điện – Điện Tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh. Suốt thời gian học tại trường, Thầy Cô luôn tận tình dạy bảo, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm cho chuyên ngành của em theo học. Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Văn Hiệp, suốt quá trình thực hiện đồ án, Thầy luôn theo sát, tận tình chỉ bảo cho nhóm chúng em, để nhóm chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án này. Hơn nữa, Thầy luôn có những chỉ bảo sát thực tế về đồ án của chúng em đang thực hiện, để cho chúng em không những hoàn thành tốt đồ án này mà còn có những trãi nghiệm, kinh nghiệm bổ ích cho nghề nghiệp sau này. Em xin chân thành cảm ơn ! Người thực hiện đề tài Lê Văn Hòa Trần Văn Trị iv
8. MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án i Lịch trình ii Cam đoan iii Lời cảm ơn iv Mục lục v Liệt kê hình vẽ viii Liệt kê bảng xii Các từ viết tắt xiii Tóm tắt xiv Chương 1. TỔNG QUAN 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2 MỤC TIÊU 2 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2 1.4 GIỚI HẠN 3 1.5 BỐ CỤC 3 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 2.1 GIỚI THIỆU 5 2.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 5 2.2.1 Khái niệm Android [1] 5 2.2.2 Lịch sử phát triển 5 2.2.3 Ưu nhược điểm hệ điều hành Android 6 2.3 KHÁI NIỆM VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU FIREBASE 7 2.3.1 Khái niệm 7 2.3.2 Lịch sử phát triển 7 2.3.3 Các chức năng chính của Firebase [2] 7 2.3.4 Ưu nhược điểm Firebase 8 2.4 TỔNG QUAN VỀ BLUETOOTH 8 2.4.1 Khái niệm 8 v
9. 2.4.2 Các chuẩn kết nối bluetooth [3] 8 2.5 TỔNG QUAN VỀ WIFI 9 2.5.1 Khái niềm về wifi 9 2.5.2 Các chuẩn của wifi [4] 10 2.6 NHẬN DẠNG GIỌNG NÓI CỦA GOOGLE 10 2.6.1 Nhận dạng giọng nói là gì? 10 2.6.2 Nhận dạng giọng nói Google 11 2.7 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN PHẦN CỨNG 11 2.7.1 Thiết bị đầu vào 11 2.7.2 Thiết bị đầu ra 12 2.7.3 Thiết bị điều khiển trung tâm 14 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 27 3.1 GIỚI THIỆU 27 3.1.1 Yêu cầu thiết kế 27 3.1.2 Yêu cầu đề tài 27 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 28 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 28 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch 31 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 38 3.2.4 Thiết kế phần mềm chạy trên điện thoại thông minh 40 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 45 4.1 GIỚI THIỆU 45 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 45 4.2.1 Thi công mạch điện 45 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 51 4.3 THI CÔNG MÔ HÌNH 56 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 60 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 60 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 74 4.4.3 Phần mềm lập trình cho điện thoại thông minh 91 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 103 4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 103 4.5.2 Quy trình thao tác 104 vi
10. Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 114 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 114 5.1.1 Phần cứng 114 5.1.2 Phần mềm 114 5.1.3 Một số hình ảnh kết quả đạt được của đề tài 115 5.2 NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ 118 5.2.1 Phần cứng 118 5.2.2 Phần mềm 119 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 121 6.1 KẾT LUẬN 121 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 123 PHỤ LỤC 124 vii
11. LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1. Các phiên bản hệ điều hành Android qua các lần nâng cấp 6 Hình 2.2. Trao đổi dữ liệu giữa FIREBASE với các thiết bị 7 Hình 2.3. Mạch bluetooth HC-05 11 Hình 2.4. Opto 4n35 và sơ đồ chân 12 Hình 2.5. Mosfet IRF840 và sơ đồ chân 13 Hình 2.6. Chip ESP8266EX 14 Hình 2.7. Sơ đồ chân mạch ESP8266 ESP – 12E NodeMCU 15 Hình 2.8. Chip dán ATmega328P 18 Hình 2.9. Sơ đồ chân chip dán ATmega328P 19 Hình 2.10. Sơ đồ khối USART chip ATmega328P 20 Hình 2.11. Thanh ghi UDR 21 Hình 2.12. Thanh ghi UCSRnA 21 Hình 2.13. Thanh ghi UCSRnB 22 Hình 2.14. Thanh ghi UCSRnC 22 Hình 2.15. Thanh ghi UBRRnL và UBRRnH 23 Hình 2.16. Timer0 (8 bit) của ATmega328P 24 Hình 3.1. Sơ đồ khối thiết bị đèn sử dụng sóng wifi 28 Hình 3.2. Sơ đồ khối thiết bị đèn sử dụng sóng bluetooth 29 Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý trung tâm ESP8266 ESP-12E NodeMCU 32 Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý trung tâm ATmega328P 34 Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 36 Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý mạch bluetooth HC-05 36 Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn công suất 37 Hình 3.8. Mạch nguồn điều khiển 38 Hình 3.9. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch trong thiết bị đèn sử dụng sóng wifi 39 Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch trong thiết bị đèn sử dụng sóng bluetooth 40 Hình 3.11. Giao diện điều khiển thiết bị đèn sử dụng sóng bluetooth 41 Hình 3.12. Giao diện điều khiển thiết bị đèn sử dụng sóng wifi 43 Hình 4.1. Sơ đồ mạch in lớp trên và dưới mạch điện xử lý ESP8266 NodeMCU 45 viii
12. Hình 4.2. Sơ đồ bố trí linh kiện mạch xử lý trung tâm ESP8266 NodeMCU 46 Hình 4.3. Sơ đồ mạch in lớp trên và dưới mạch điện xử lý ATmega328P 46 Hình 4.4. Sơ đồ bố trí linh kiện mạch xử lý trung tâm ATmega328P 47 Hình 4.5. Sơ đồ mạch in lớp trên và dưới mạch điện công suất 47 Hình 4.6. Sơ đồ bố trí linh kiện trên mạch điện công suất 48 Hình 4.7. Mạch nguồn công suất 52 Hình 4.8. Mạch nguồn điều khiển 52 Hình 4.9. Lớp trên khối của lý trung tâm ESP8266 ESP-12E NodeMCU 53 Hình 4.10. Lớp dưới khối xử lý trung tâm ESP8266 ESP-12E NodeMCU 53 Hình 4.11. Lớp trên trên mạch xử lý trung tâm ATmega328P 54 Hình 4.12. Lớp dưới mạch xử lý trung tâm ATmega328P 54 Hình 4.13. Lớp trên mạch công suất 55 Hình 4.14. Lớp dưới mạch công suất 55 Hình 4.15. Công đoạn thực hiện lắp ráp bước 1 57 Hình 4.16. Công đoạn thực hiện lắp ráp bước 2 57 Hình 4.17. Công đoạn thực hiện lắp ráp bước 3 mạch xử lý trung tâm ESP8266 58 Hình 4.18. Công đoạn thực hiện lắp ráp bước 3 mạch xử lý trung tâm ATmega328P 58 Hình 4.19. Công đoạn thực hiện lắp ráp bước 5 59 Hình 4.20. Công đoạn thực hiện lắp ráp bước 6 59 Hình 4.21. Lưu đồ giải thuật chương trình chính của vi điều khiển ATmega328P 61 Hình 4.22. Lưu đồ giải thuật của chương trình con “Cai dat mat khau bluetooth” 62 Hình 4.23. Lưu đồ giải thuật của chương trình con “Doc xu ly du lieu” 63 Hình 4.24. Lưu đồ giải thuật của chương trình con “Doc trang thai ket noi thiet bi” 64 Hình 4.25. Lưu đồ giải thuật của chương trình “sự kiện ngắt watchdog timer” 65 Hình 4.26. Lưu đồ giải thuật của chương trình “Trang thai den sau khi khac phuc loi” 65 Hình 4.27. Lưu đồ giải thuật chương trình chính của ESP8266 ESP-12E NodeMCU 67 Hình 4.28. Lưu đồ giải thuật của chương trình con “Cai dat thong tin mang wifi” . 69 Hình 4.29. Lưu đồ giải thuật của chương trình con “Doc du lieu va dieu khien” 71 Hình 4.30. Lưu đồ giải thuật của phần mềm hoạt động trên điện thoại thông minh 73 Hình 4.31. Giao diện phần mềm Arduino IDE khi hoạt động 75 ix
13. Hình 4.32. Cài đặt thiết bị mạch Arduino cho phần mềm Arduino IDE 76 Hình 4.33. Kiểm tra các thiết bị ngoại vi mạch nạp kết nối vào máy tính 76 Hình 4.34. Lựa chọn COM tương ứng với thiết bị mạch nạp 77 Hình 4.35. Lập trình một chương trình cho vi điều khiển ATmega328P 77 Hình 4.36. Đường dẫn để cài gói thư viện lập trình cho ESP8266 NodeMCU 78 Hình 4.37. Tiến hành cài đặt gói thư viện cho ESP8266 NodeMCU 78 Hình 4.38. Thiết lập thông số cho ESP8266 NodeMCU trên Arduino IDE 79 Hình 4.39. Lập trình một chương trình cho vi điều khiển ESP8266 NodeMCU 79 Hình 4.40. Tạo vùng cơ sở dữ liệu mới 83 Hình 4.41. Nhập thông tin để tạo ra vùng dữ liệu mới 83 Hình 4.42. Vùng cơ sở dữ liệu để sử dụng 84 Hình 4.43. Thay đổi cấp quyền đọc ghi dữ liệu 84 Hình 4.44. Tạo các biến dữ liệu trong vùng dữ liệu 85 Hình 4.45. Cấp quyền đọc và ghi dữ liệu thông qua biến từ khóa 85 Hình 4.46. Giao diện ban đầu khi tiến hành cài đặt Android Studio 92 Hình 4.47. Các điều khoản và đường dẫn thư mục của Android Studio 92 Hình 4.48. Thiết lập trình giả lập và lựa chọn thư mục Start Menu 93 Hình 4.49. Cài đặt thêm các thành phần và giao diện khởi động 93 Hình 4.50. Nhập thông tin của project 94 Hình 4.51. Lựa chọn thiết bị và phiên bản Android phù hợp 94 Hình 4.52. Đặt tên cho “activity” tương ứng 94 Hình 4.53. Môi trường lập trình ứng dụng Android 95 Hình 4.54. Đặt “id” cho từng đối tượng trong Android Studio 95 Hình 4.55. Cài ứng dụng trực tiếp từ phần mềm lên điện thoại thông minh 96 Hình 4.56. Giao diện điều khiển thiết bị đèn 98 Hình 4.57. Lựa chọn thao tác cài cơ sở dữ liệu thời gian thực FIREBASE 98 Hình 4.58. Lựa chọn sử dụng cơ sở dữ liệu thời gian thực FIREBASE 99 Hình 4.59. Giao diện điều khiển thiết bị đèn sử dụng sóng bluetooth 101 Hình 4.60. Hình ảnh của thiết bị đèn sử dụng sóng bluetooth và wifi 105 Hình 4.61. Giao diện yêu cầu cấp phép mở bluetooth 105 Hình 4.62. Giao diện lúc mở ứng dụng và giao diện lựa chọn chế độ 106 Hình 4.63. Danh sách thiết bị bluetooth 106 Hình 4.64. Hoàn thành lựa chọn các thiết bị đèn bluetooth 107 x
14. Hình 4.65. Hình ảnh điều khiển thiết bị đèn tương ứng 107 Hình 4.66. Hình ảnh báo một thiết bị đèn không hoạt động 108 Hình 4.67. Thiết lập mật khẩu bluetooth cho thiết bị đèn 108 Hình 4.68. Thiết lập tên cho thiết bị đèn và xem những thông tin liên quan về đề tài 109 Hình 4.69. Thiết lập cài đặt thông số mạng wifi cho thiết bị đèn 109 Hình 4.70. Thiết lập mã số để điều khiển thiết bị đèn 110 Hình 4.71. Thiết lập điều khiển bằng nhận dạng giọng nói 111 Hình 4.72. Giao diện điều khiển các thiết bị đèn sử dụng sóng wifi 111 Hình 4.73. Thao tác điều khiển thông qua nhận dạng lời nói 112 Hình 4.74. Giao diện báo hiệu thiết bị đèn không hoạt động và giao diện thông tin 112 Hình 4.75. Danh sách chuyển đổi giao diện điều khiển trên ứng dụng 113 Hình 5.1. Lớp trên và dưới của mạch xử lý trung tâm ATmega328P 115 Hình 5.2. Mặt trên và dưới của khối của lý trung tâm ESP8266 ESP-12E NodeMCU 115 Hình 5.3. Lớp trên và dưới mạch công suất 115 Hình 5.4. Lắp ráp đầy đủ các mạch điện vào thiết bị đèn 116 Hình 5.5. Thiết bị đèn đã được lắp ráp hoàn thiện 116 Hình 5.6. Giao diện điều khiển, thiết lập thông số và lựa chọn thiết bị đèn 117 Hình 5.7. Giao diện thiết lập nhận dạng giọng nói, kiểm tra thiết bị và giới thiệu 117 Hình 5.8. Giao diện điều khiển, lựa chọn thiết bị, cài đặt mật khẩu 118 Hình 5.9. Giao diện cài đặt tên cho thiết bị đèn và giao diện giới thiệu 118 xi
15. LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1. Bảng chức năng từng chân mạch ESP8266 ESP – 12E NodeMCU 15 Bảng 2.2. Bảng thông số của chip ESP8266EX 17 Bảng 2.3. Bảng các chân pwm của mạch ESP8266 ESP-12E NodeMCU 18 Bảng 2.4. Bảng quy định chế độ chẳn lẻ 24 Bảng 2.5. Bảng quy định độ dài của dữ liệu USART 24 Bảng 2.6. Timer/Counter điều khiển thanh ghi TCCR0A 26 Bảng 2.7. Bảng áp dụng cho chế độ PWM 27 Bảng 2.8. Bảng áp dụng cho chế độ PWM 27 Bảng 2.9. Thanh ghi TCCR0B điều khiển Timer/ Counter 27 Bảng 2.10. Bảng CS bit 27 Bảng 2.11. Bảng trạng thái tạo xung 29 Bảng 2.12. Bảng thanh ghi tạo ngắt Timer/Counter 29 Bảng 2.13. Bảng thanh ghi cờ ngắt Timer/Counter 29 Bảng 2.14. Bảng thanh ghi Timer/Counter (chứa giá trị đếm) 29 Bảng 2.15. Bảng so sánh ngõ ra thanh ghi OCR0A (chứa giá trị so sánh) 29 Bảng 2.16. Bảng so sánh ngõ ra thanh ghi OCR0B (chứa giá trị so sánh) 30 Bảng 3.1. Bảng tiêu thụ dòng ở các chế độ khác nhau của ESP8266 NodeMCU 35 Bảng 3.2. Bảng thông số dòng điện thoát ID theo mức áp kích cổng G tương ứng 39 Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện 52 Bảng 4.2. Bảng kết quả sau quá trình kiểm tra mạch điện 60 Bảng 5.1. Bảng khảo sát khi ứng dụng chạy nền 124 Bảng 5.2. Bảng khảo sát khi ứng hoạt động giao diện điều khiển 124 xii
16. CÁC TỪ VIẾT TẮT Tên từ viết tắt Ý nghĩa IoT Internet of Things là khái niệm để chỉ các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, kết nối với Internet và tạo nên một mạng lưới các thiết bị thông minh. ĐH Đại học TP.HCM Thành phố Hồ Chí Minh API Application Programming Interface (giao diện lập trình ứng dụng). LTE Long Term Evolution(sự phát triển dài hạn) là chuẩn truyền tốc độ cao. UART Universal Asynchronous Receiver – Transmitter. là một mạch tích hợp được sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi. xiii
17. TÓM TẮT Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật công nghệ thì các thiết bị thông minh dần dần được tạo ra để phục vụ cho cuộc sống của con người, ví dụ như là những thiết bị thông minh trong gia đình và cụ thể hơn là những chiếc đèn chiếu sáng trong gia đình. Điện thoại thông minh trong cuộc sống ngày nay rất là phổ biến, được rất nhiều người sử dụng và dựa trên những tiện ích mà điện thoại thông minh mang lại, nhóm chúng em sẽ thiết kế một phần mềm điều khiển các đèn chiếu sáng trong gia đình, để tạo sự tiện lợi trong quá trình điều khiển các đèn chiếu sáng. Chính từ những chiếc điện thoại thông minh luôn bên cạnh chúng ta mà chúng ta có thể điều khiển các đèn chiếu sáng trong gia đình ở bất cứ nơi đâu mà có phủ sóng 3g hoặc wifi. Phần mềm chạy trên điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android có thể điều khiển đèn ở khoảng cách gần thông qua điều khiển bằng sóng bluetooth cho những nơi không có phủ sóng wifi hoặc điều khiển ở khoảng cách ngắn, hoặc điều khiển ở khoảng cách xa cho những nhu cầu cần điều khiển xa và nơi đó có phủ sóng wifi, điện thoại chỉ cần kết nối 3g hoặc wifi bất kỳ nơi đâu đều có thế đều khiển được. Với các đèn điều khiển ở khoảng cách xa còn được hỗ trợ thêm nhận dạng giọng nói để điều khiển và kèm theo mỗi đèn sẽ có một thẻ đi kèm trong thẻ này sẽ có một mã số của đèn, khi người dùng cài đặt ứng dụng trên điện thoại xong thì chỉ cần nhập mã số đèn vào sẽ điều khiển được đèn tương ứng và không giới hạn số lượng điện thoại điều khiển, các điện thoại này sẽ được đồng bộ trạng thái dựa trên cơ sở dữ liệu. Phần cứng của các đèn chiếu sáng sẽ được nhóm chúng em thiết kế cải tiến dựa trên các đèn chiếu sáng bán trên thị trường, để phù hợp với mục đích điều khiển của nhóm chúng em. Tuy nhiên do nhóm chúng em cũng chưa có nhiều kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu sót trong việc thực hiện đồ án tốt nghiệp. Do đó nhóm chúng em rất mong được sự chỉ dạy thêm từ phía Thầy Cô và sự chỉ bảo của các bạn sinh viên. Nhóm chúng em xin trân thành cảm ơn! xiv
18. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Với chủ đề năm học 2016 – 2017: “ứng dụng CNTT và IoT để xây dựng trường thành ĐH thông minh và kèm theo sự phát triển mạnh của “IoT (internet of things)” trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư nên nhóm chúng em chọn đề tài liên quan đến IoT để nhóm chúng em có thể từ đồ án tốt nghiệp này mà nhóm chúng em có kinh nghiệm cho công việc trong tương lai của chúng em, cụ thể hơn là nhóm chúng em nhận thấy trong cuộc của con người thì đèn chiếu sáng là rất quan trọng và không thể thiếu, chính vì các lý do các lý do trên mà nhóm em sẽ chọn đề tài “Xây dựng giải pháp điều khiển thông minh cho các đèn chiếu sáng gia đình”. Nhóm em sẽ thiết kế một phần mềm chạy trên điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android để điều khiển các đèn chiếu sáng trong gia đình, giúp người sử dụng có thể thao tác điều khiển thật sự dễ dàng ở bất cứ nơi đâu mà có phủ sóng 3g hoặc wifi, giúp người sử dụng có thể giám sát được hoạt động của các đèn chiếu sáng này để sử dụng một cách hợp lý và nếu đi ra khỏi nhà mà quên tắt đèn thì cũng có thể giám sát điều khiển để tắt các đèn này. Kèm theo đó là tính năng điều chỉnh độ sáng của từng đèn chiếu sáng để giúp người sử dụng có thể điều chỉnh độ sáng phù hợp với người sử dụng nhất có thể. Phần mềm chạy trên điện thoại thông minh hỗ trợ điều khiển 12 đèn sử dụng sóng wifi và 4 đèn nếu sử dụng ở chế độ sóng bluetooth (tùy thuộc vào phạm vi sử dụng và người sử dụng có thể lựa chọn). Đối với đèn sử dụng sóng wifi thì sẽ có hỗ trợ thêm nhận diện giọng nói trong điều khiển và mỗi đèn sẽ kèm theo 1 thẻ sẽ chứa mã số của đèn đó và chỉ cần nhập mã số này vào phần mềm thì có thể điều khiển được đèn tương ứng. Đề tài mà nhóm sinh viên đã làm trước đó có tên đề tài “Điều khiển đèn thông minh bằng điện thoại android qua bluetooth” đây là đề tài tốt nghiệp của nhóm sinh viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, nhóm đề tài này đã thực hiện được việc thiết kế phần cứng mạch điện trên thiết bị đèn có sẵn, thiết kế phần mềm điều khiển chạy trên hệ điều hành Android điều khiển được hoạt động tắt mở, điều chỉnh độ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1
19. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN sáng của đèn và thời gian tắt mở đèn trên một thiết bị đèn. Phần mềm của nhóm em hoạt động trên hệ điều hành Android của điện thoại thông minh. Nhóm chúng em sẽ phát triển cải tiến đối với điều khiển thông qua sóng bluetooth là ngoài các tính năng của các bạn, nhóm em sẽ có thêm phần hồi tiếp trạng thái hoạt động của đèn về phần mềm điện thoại, điều khiển được nhiều thiết bị đèn bluetooth, cài đặt một lần là có thể tự kết nối với đèn sau khi hoạt động ứng dụng và điều khiển các thiết bị đèn wifi để điều khiển các đèn này với khoảng cách xa hơn bất kỳ nơi nào có phủ sóng 3g hoặc wifi thì đều có thể điều khiển được. Dễ dàng xét được mật khẩu của các đèn sử dụng sóng bluetooth để tăng tính bảo mật và cài đặt thông tin của wifi kết nối(tên mạng và mật khẩu) cho các đèn sử dụng sóng wifi. Nhiều thiết bị điện thoại thông minh có thể điều khiển 1 hoặc nhiều thiết bị đèn sử dụng sóng wifi. 1.2 MỤC TIÊU Nhóm chúng em sẽ thiết kế một phần mềm chạy trên điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android, nhóm chúng em sẽ tiến hành thiết kế cải tiến lại phần cứng mạch điện để phù hợp với yêu cầu điều khiển. Phần mềm có thể điều khiển được 2 thiết bị đèn là đèn sử dụng sóng wifi cho khoảng cách xa ở bất cứ nơi đâu có phủ sóng 3g và wifi mà điện thoại thông minh có thể thu được và đèn sử dụng sóng bluetooth cho khoảng cách gần hơn cụ thể là trong gia đình. Ở các chế độ điều có hồi tiếp trạng thái của các đèn chiếu sáng, giá trị độ sáng điều chỉnh và biết được thiết bị đó có đang hoạt động hay không và biết được chắc chắn rằng đèn có đang sáng khi mở đèn tương ứng. Giao diện dễ dàng thao tác cho người sử dụng và rất dễ cài đặt thông số và chỉ cần cài đặt một lần các giá trị này sẽ được lưu vào bộ nhớ ứng dụng, có hỗ trợ thêm điều khiển bằng nhận diện giọng nói và có thể cài đặt ký tự nhận dạng điều khiển từ người sử dụng. Ứng dụng dễ dàng cập nhật mà không bị ảnh hưởng đến các dữ liệu đã cài đặt trước đó. 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU NỘI DUNG 1: Khảo sát lựa chọn các bóng đèn “Led bulbs” chiếu sáng trên thị trường. NỘI DUNG 2: Các giải pháp thiết kế phần mềm và phần cứng mạch điện của đèn chiếu sáng. NỘI DUNG 3: Thiết kế hệ khối công suất và khối điều khiển của đèn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2
20. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NỘI DUNG 4: Thiết kế phần mềm điều khiển. NỘI DUNG 5: Thi công mô hình đèn NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện 1.4 GIỚI HẠN Đèn chiếu sáng có công suất 5W. Mỗi đèn chiếu sáng là một thiết bị độc lập có thể cài đặt kết nối. Phần mềm điều khiển hỗ trợ điều khiển tối đa 12 đèn đối với đèn sử dụng sóng wifi và 4 đèn đối với đèn sử dụng sóng bluetooth, số lượng đèn có thể điều chỉnh được thấp nhất 1 một đèn và cao nhất là 12 đèn đối với đèn sử dụng sóng wifi và 4 đèn đối với đèn sử dụng sóng bluetooth. Khoảng cách điều khiển đèn sử dụng sóng wifi không giới hạn ở đâu có phủ sóng 3g hoặc wifi đều có thể điều khiển được, còn về đèn sử dụng sóng bluetooth thì khoảng cách là 12m và được áp dụng điều khiển trong phạm vi gia đình, đặc biệt là những nơi không phủ sóng 3g hoặc wifi. Kiểm soát được hoạt động của từng đèn riêng biệt trên phần mềm điều khiển, biết dược đèn có đang hoạt động, đèn có đang sáng hay không khi đèn đã mở và trạng thái sáng hay tắt của đèn lên trên phần mềm. 1.5 BỐ CỤC Chương 1: Tổng Quan Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Chương 4: Thi công hệ thống Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương 1: Tổng quan. Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương này trình bày các lý thuyết nền tảng để dựa trên lý thuyết này thực hiện đồ án. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
21. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Chương này trình bày về tính toán, thiết kế phần cứng mạch điện và phần mềm chạy trên điện thoại thông minh. Chương 4: Thi công hệ thống Chương này trình bày về thi công hệ thống, đóng gói và thi công mô hình, lập trình hệ thống, lập trình mô phỏng và viết tài liệu hướng dẫn lập trình thao tác. Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Chương này trình bày về những kết quả mà nhóm đồ án đã làm được, nhận xét và đánh giá các kết quả làm được. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương này trình bày về những kết quả mà nhóm thực hiện so với mục tiêu đề ra và hướng phát triển của đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
22. S K L 0 0 2 1 5 4