Luận văn Thiết kế hệ thống điều khiển các thiết bị điện tự động trong nhà (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Thiết kế hệ thống điều khiển các thiết bị điện tự động trong nhà (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 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ GVHD: ThS.NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH: NGUYỄN ANH KHOA MSSV: 12141112 SVTH: VÕ TRƯỜNG VIÊN MSSV: 12141261 S K L 0 0 4 4 1 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2016
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: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ GVHD : GVC ThS. Nguyễn Đình Phú SVTH 1 : Nguyễn Anh Khoa MSSV : 12141112 SVTH 2 : Võ Trường Viên MSSV : 12141261 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2016
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: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ GVHD : GVC ThS. Nguyễn Đình Phú SVTH 1 : Nguyễn Anh Khoa MSSV : 12141112 SVTH 2 : Võ Trường Viên MSSV : 12141261 Tp. Hồ Chí Minh – 7/2016
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 28 tháng 3 năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Anh Khoa MSSV: 12141112 Võ Trường Viên MSSV: 12141261 Chuyên ngành: CNKT Điện tử truyền thông Hệ đào tạo: Đại học chính quy Khóa: 2012 Lớp: 12141DT I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỒNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ II. NHIỆM VỤ Nội dung thực hiện: - Nghiên cứu tài liệu vi điều khiển STM32F103VET6, module bluetooth HC05, module SIM900A, màn hình touch, ethernet và các chuẩn giao tiếp giữa vi điều khiển với chúng như UART, SPI. - Nghiên cứu sử dụng các phần mềm Keil MDK-ARM, Android Studio, Adobe Dreamweaver, Altium Designer. - Nghiên cứu, lập trình để giao tiếp giữa vi điều khiển STM32F103VET6 với module bluetooth, module SIM, màn hình touch, ethernet và thử nghiệm trên KIT ARM Cortex M3 STM32F103VET6 bằng phần mềm Keil MDK-ARM. - Thiết kế và lập trình ứng dụng điều khiển trên điện thoại Android thông qua bluetooth và sms bằng phần mềm Android Studio. - Thiết kế và lập trình giao điều khiển trên web bằng phần mềm Adobe Dreamweaver. - Nghiên cứu tài liệu sử dụng vi điều khiển STM32F103VET6 và các module để thiết kế thành một hệ thống độc lập. - Thiết kế và thi công khối giao tiếp giữa mạch điều khiển với các thiết bị công suất. - Vẽ PCB các mạch của hệ thống bằng phần mềm Altium Designer. - In và hàn các mạch của hệ thống. - Kiểm tra mạch, lắp ráp các khối vào hệ thống. - Chạy thử nghiệm hệ thống. - Cân chỉnh hệ thống. - Đóng hộp hệ thống ii
5. - Viết báo cáo. - Bảo vệ đề tài tốt nghiệp. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 14/03/2016 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/07/2016 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GVC ThS. Nguyễn Đình Phú CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP iii
6. 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 28 tháng 03 năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Anh Khoa Lớp: 12141DT2D MSSV: 12141112 Họ tên sinh viên 2: Võ Trường Viên Lớp: 12141DT1B MSSV: 12141261 Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển các thiết bị điện tự động trong nhà. Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 Gặp GVHD nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, 14 – 20/3/2016 tiến hành chọn đề tài. Tuần 2 In đề cương cho GVHD xác nhận sau đó nộp 21 – 27/3/2016 bộ môn. Tuần 3 In lịch trình cho GVHD xác nhận. 28/3 – 3/4/2016 In phiếu giao nhiệm vụ ĐATN cho GVHD xác nhận sau đó nộp cho bộ môn. Tuần 4 Nghiên cứu tài liệu, lập trình và thử nghiệm 4 – 10/4/2016 giao diện điều khiển trên màn hình cảm ứng trên kit ARM Cortex M3 STM32F103VET6. Tuần 5 Nghiên cứu tài liệu, lập trình và thử nghiệm 11 – 17/4/2016 giao tiếp giữa module Bluetooth HC05 với kit ARM Cortex M3 STM32F103VET6. Thiết kế giao diện, lập trình ứng dụng điều khiển thiết bị bằng Bluetooth trên điện thoại Android. Tuần 6 Nghiên cứu tài liệu, lập trình và thử nghiệm 18 – 24/4/2016 giao tiếp giữa module SIM với kit ARM Cortex M3 STM32F103VET6. Thiết kế giao diện, lập trình ứng dụng điều khiển thiết bị bằng tin nhắn trên điện thoại Android. Tuần 7 Lập trình và thử nghiệm giao tiếp Ethenet trên 25/4 – 1/5/2016 kit ARM Cortex M3 STM32F103VET6. Tuần 8 2 – 8/5/2016 Tuần 9 Kết hợp các kết nối Bluetooth, SIM, Ethernet 9 – 15/5/2016 thành một hệ thống và chạy thử nghiệm trên kit Tuần 10 ARM Cortex M3 STM32F103VET6. Kết hợp 16 – 22/5/2015 các ứng dụng điều khiển trên điện thoại Android lại lại thành một ứng dụng hoàn chỉnh. iv
7. Tuần 11 Nghiên cứu tài liệu sử dụng vi điều khiển 23 – 29/5/2015 STM32F103VET6 và các module để thiết kế thành một hệ thống độc lập. Tính toán, lựa chọn linh kiện phù hợp với mạch. Tuần 12 Thiết kế sơ đồ nguyên lý. 30/5 – 5/6/2016 Tuần 13 Vẽ PCB, in mạch. 6 – 12/6/2016 Tuần 14 Hàn mạch, lắp ráp các khối vào hệ thống, chạy 13 – 19/6/2016 và cân chỉnh hệ thống. Tuần 15 Đóng hộp hệ thống, viết báo cáo. 20 – 26/6/2016 Tuần 16 Viết báo cáo. 27/6 – 3/7/2016 Tuần 17 Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem 4-10/7/2016 xét góp ý lần cuối trước khi in và báo cáo. Tuần 18 Bảo vệ ĐATN 15-16/7/2016 GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) GVC ThS. Nguyễn Đình Phú v
8. LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm chúng tôi 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. Nhóm sinh viên thực hiện đề tài Nguyễn Anh Khoa Võ Trường Viên vi
9. LỜI CẢM ƠN Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GVC ThS. Nguyễn Đình Phú - phó trưởng Bộ môn Điện tử công nghiệp đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài. Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các giảng viên khoa Điện – Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài. Nhóm chúng em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn bè đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do thời gian ngắn và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quý báu từ thầy cô và các bạn. Nhóm thực hiện đề tài Nguyễn Anh Khoa Võ Trường Viên vii
10. MỤC LỤC Trang bìa i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv LỜI CAM ĐOAN vi LỜI CẢM ƠN vii MỤC LỤC viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ x LIỆT KÊ BẢNG xiv TÓM TẮT xv Chương 1. TỔNG QUAN 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2. MỤC TIÊU 3 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3 1.4. GIỚI HẠN 3 1.5. BỐ CỤC 4 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 2.1. HOẠT ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ 5 2.1.1. Quá trình điều khiển 5 2.1.2. Các thiết bị có thể dùng để điều khiển 5 2.2. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 5 2.2.1. Vi điều khiển 5 2.2.2. Ethernet – ENC28J60 14 2.2.3. GSM/GPRS - SIM900A 25 2.2.4. Bluetooth – Module Bluetooth HC05 32 2.2.5. Màn hình GLCD TFT, touch – Giao tiếp SPI 34 2.2.6. OPTO MOC3020 39 2.2.7. TRIAC BTA12 41 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 44 3.1. GIỚI THIỆU 44 3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 45 3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 45 3.2.2. Tính toán và thiết kế mạch 46 viii
11. 3.2.3. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 57 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 62 4.1. GIỚI THIỆU 62 4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG 63 4.2.1 Thi công bo mạch 63 4.3. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 71 4.3.1. Đóng gói bộ điều khiển 71 4.3.2. Thi công mô hình 73 4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 76 4.4.1. Lưu đồ giải thuật 76 4.4.2. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 102 4.4.3. Phần mềm lập trình cho điện thoại Android 114 4.4.4. Phần mềm lập trình Web 120 4.5. TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 126 4.5.1. Tài liệu hướng dẫn sử dụng 126 4.5.2. Quy trình thao tác 128 Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 130 5.1. KẾT QUẢ 130 5.1.1. Ứng dụng từ điện thoại Android 130 5.1.2. Bộ điều khiển 132 5.1.3. Giao diện điều khiển trên web 134 5.2. NHẬN XÉT 135 5.3. ĐÁNH GIÁ 135 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 137 6.1. KẾT LUẬN 137 6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC ix
12. LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình 1.1. Biểu đồ dự đoán số lượng người sử dụng điện thoại thông minh trên toàn thế giới từ năm 2014 đến 2019 (www.statista.com - 2014) 1 Hình 2.1. Bộ vi xử lí Cortex – M3 9 Hình 2.2. Bản đồ bộ nhớ 11 Hình 2.3. Vi điều khiển STM32F103VET6 12 Hình 2.4. Sơ đồ chân STM32F103VET6 14 Hình 2.5. Giao thức xây dựng internet 16 Hình 2.6. Mô hình CSMA/CD 19 Hình 2.7. Một Frame truyền dữ liệu 20 Hình 2.8. Vi điều khiển ENC28J60 21 Hình 2.9. Sơ đồ chân ENC28J60 21 Hình 2.10. Sơ đồ ghép nối VĐK với ENC28J60 22 Hình 2.11. Sơ đồ khối ENC28J60 23 Hình 2.12. Sơ đồ kết nối Ethernet sử dụng ENC28J60 và RJ45 23 Hình 2.13. Tập lệnh điều khiển ENC28J60 24 Hình 2.14. Đọc thanh ghi điều khiển 25 Hình 2.15. Ghi vào thanh ghi điều khiển 25 Hình 2.16. Ghi vào bộ nhớ đệm 25 Hình 2.17. Cấu trúc mạng GSM 27 Hình 2.18. Thẻ SIM 28 Hình 2.19. Module SIM900A 29 Hình 2.20. Truyền dữ liệu trong UART 30 Hình 2.21. Sơ đồ khối bộ truyền UART 31 Hình 2.22. Chế độ truyền trong thanh ghi 32 Hình 2.23. Module Bluetooth HC - 05 33 Hình 2.24. Màn hình GLCD TFT 3.2 inch 34 Hình 2.25. Giao tiếp SPI giữa Master và Slave 37 Hình 2.26. Bắt đầu giao tiếp SPI 37 Hình 2.27. Các chế độ giao tiếp SPI 38 Hình 2.28. Mô hình truyền nhận giữa Master và Slave 39 Hình 2.29. Opto MOC3020 40 Hình 2.30. Cấu tạo Opto MOC3020 40 Hình 2.31. Đồ thị biểu diễn trạng thái hoạt động của Opto 41 Hình 2.32. Cấu tạo Triac 41 Hình 2.33. Đặc tuyến Volt – Ampe của Triac 42 Hình 2.34. Triac BTA12 42 Hình 2.35. Cấu tạo triac BTA12 43 Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống 45 Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển trung tâm 47 x
13. Hình 3.3. Module Bluetooth HC05 48 Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý khối truyền nhận dữ liệu qua Bluetooth 49 Hình 3.5. Module SIM900A 50 Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý khối truyền nhận dữ liệu qua SMS 51 Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý kết nối IC ENC28J60 52 Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý khối cổng kết nối RJ45 52 Hình 3.9. Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp với các thiết bị công suất 53 Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị và điều khiển qua cảm ứng 54 Hình 3.11. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cấp 220VAC-5VDC 56 Hình 3.12. Sơ đồ nguyên lý khối ổn định nguồn 3.3V 56 Hình 3.13. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch (khối điều khiển trung tâm) 57 Hình 3.14. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch (khối hiển thị và điều khiển qua cảm ứng) 58 Hình 3.15. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch (khối truyền nhận dữ liệu qua Ethernet) 59 Hình 3.16. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch (khối nguồn) 60 Hình 3.17. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch (khối led báo trạng thái và giao tiếp với mạch công suất) 61 Hình 4.1. PCB lớp trên của mạch điều khiển 66 Hình 4.2. PCB lớp dưới của mạch điều khiển 66 Hình 4.3. Ảnh 3D mặt trên của mạch điều khiển 67 Hình 4.4. Ảnh 3D mặt dưới của mạch điều khiển 67 Hình 4.5. PCB của mạch giao tiếp với thiết bị công suất 68 Hình 4.6. Ảnh 3D mặt trên của mạch giao tiếp với thiết bị công suất 68 Hình 4.7. Ảnh 3D mặt dưới của mạch giao tiếp với thiết bị công suất 68 Hình 4.8. Mạch giao tiếp với thiết bị công suất sau khi in 69 Hình 4.9. Mạch giao tiếp với thiết bị công suất sau khi hàn linh kiện 69 Hình 4.10. Mạch điều khiển sau khi in 70 Hình 4.11. Mạch điều khiển sau khi hàn linh kiện 71 Hình 4.12. Ảnh phác thảo mặt trên của hộp hệ thống 72 Hình 4.13. Ảnh phác thảo mặt sau của hộp hệ thống 72 Hình 4.14. Ảnh phác thảo mặt bên trái của hộp hệ thống 73 Hình 4.15. Các khối được lắp lại với nhau và gắn vào khung sườn 73 Hình 4.16. Lắp ghép các mặt ốp xung quanh khung sườn 74 Hình 4.17. Sau khi đã ốp vỏ, chưa đóng nắp 74 Hình 4.18. Mặt trước và trên của hệ thống đã được đóng hộp hoàn chỉnh 75 Hình 4.19. Mặt sau của hệ thống đã được đóng hộp hoàn chỉnh 75 Hình 4.20. Mặt bên trái của hệ thống đã được đóng hộp hoàn chỉnh 75 Hình 4.21. Lưu đồ chương trình chính trên vi điều khiển STM32F103VET6 77 Hình 4.22. Lưu đồ chương trình con Start 80 Hình 4.23. Lưu đồ chương trình con XulyBluetooth 82 Hình 4.24. Lưu đồ chương trình con xử lý Bluetooth 85 Hình 4.25. Lưu đồ chương trình con XulyTouch 87 Hình 4.26. Lưu đồ chương trình con XulyEthernet 88 Hình 4.27. Lưu đồ chương trình con XulyMode 90 xi
14. Hình 4.28. Lưu đồ chương trình chính Main Activity 100 Hình 4.29. Các thư mục chứ file thư viện 103 Hình 4.30. Thư mục cha và thư mục con 103 Hình 4.31. Biểu tượng phần mềm Keil MDK-ARM trên Desktop 103 Hình 4.32. Giao diện phần mềm Keil MDK-ARM 104 Hình 4.33. Đặt tên, chọn đường dẫn lưu project mới 104 Hình 4.34. Chọn đúng thông số cho chip 105 Hình 4.35. Giao diện viết code 105 Hình 4.36. Chọn biểu tượng gán 106 Hình 4.37. Giao diện đổi tên và đường dẫn 106 Hình 4.38. Sau khi thay đổi tên 107 Hình 4.39. Kết quả sau khi add cho group CMSIS 108 Hình 4.40. Kết quả sau khi add cho group CMSIS 108 Hình 4.41. Kết quả sau khi add cho group CMSIS 109 Hình 4.42. Kết quả sau khi add cho group LIBRARY 109 Hình 4.43. Kết quả sau khi add cho group SOURCE 110 Hình 4.44. Giao diện màn hình mới sau khi được gán cho các group 110 Hình 4.45. Vị trí “Target Option” 111 Hình 4.46. Tick vào ô xây dựng file hex 111 Hình 4.47. Thiết lập các đường dẫn cho các file để biên dịch 112 Hình 4.48. Chọn bộ nạp loại “ST-Link Debugger” 112 Hình 4.49. Kết quả sau khi biên dịch 113 Hình 4.50. Biểu tượng để nạp 113 Hình 4.51. Giao diện trng web để tải Android Studio 115 Hình 4.52. Biểu tượng phần mềm Android Studio trên Desktop 115 Hình 4.53. Phần mềm Android Studio sau khi mở 116 Hình 4.54. Đặt tên cho project 116 Hình 4.55. Chọn thiết bị mà ứng dụng sẽ chạy 117 Hình 4.56. Chọn Activity 117 Hình 4.57. Đặt tên Activity 118 Hình 4.58. Giao diện lập trình của phần mềm Android Studio 118 Hình 4.59. Giao diện lập trình bằng cách kéo thả 119 Hình 4.60. Giao diện lập trình bằng cách viết code 119 Hình 4.61. Giao diện lập trình điều khiển giao diện 120 Hình 4.62. Biểu tượng phần mềm Adobe Dreamweaver trên Desktop 123 Hình 4.63. Giao diện phần mềm Adobe Dreamweaver sau khi khởi động 123 Hình 4.64. Tiến hành tạo project mới 124 Hình 4.65. Đặt tên tiêu đề, chọn kiểu lập trình 124 Hình 4.66. Giao diện lập trình 124 Hình 4.67. Lưu project 125 Hình 4.68. Chọn đường dẫn để lưu 125 Hình 4. 69. Quy trình thao tác hệ thống 129 Hình 5.1. Hộp thoại yêu cầu đăng nhập ứng dụng 130 Hình 5.2. Giao diện lựa chọn số điện thoại và thiết bị bluetooth 131 xii
15. Hình 5.3. Giao diện điều khiển qua Bluetooth 131 Hình 5. 4. Giao diện điều khiển qua SMS 132 Hình 5.5. Bộ điều khiển hoàn thiện về mặt phần cứng 132 Hình 5.6. Mặt trên bộ điều khiển 133 Hình 5.7. Mặt sau với công tắc, cấp nguồn và các ngõ ra 133 Hình 5.8 Hệ thống đang hoạt hoạt động 133 Hình 5.9. Giao diện web trên máy tính 134 Hình 5.10. Giao diện web trên Ipad 134 xiii
16. LIỆT KÊ BẢNG Bảng 1.1. Tỉ trọng các hệ điều hành sử dụng trên smartphone từ năm 2012 đến năm 2015 (Nguồn www.idc.com - 2015) 2 Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật STM32F103VET6 13 Bảng 2.2. Chức năng chân GLCD và Touch 35 Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện khối nguồn 63 Bảng 4.2. Danh sách các linh kiện mạch điều khiển trung tâm 63 Bảng 4.3. Danh sách các linh kiện mạch giao tiếp với thiết bị công suất 65 xiv
17. TÓM TẮT Cùng với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ ngày nay, việc điều khiển tự động từ xa ngày càng phát triển. Điều khiển từ xa không những làm giảm nhẹ sức lao động cho con người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao tính tiện lợi, tự động trong điều khiển, chính vì thế điều khiển từ xa ngày càng khẳng định được vị trí cũng như vai trò của mình trong các ngành công nghiệp và đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Không chỉ dừng lại ở đó, sự phát triển của điều khiển từ xa còn được ứng dụng vào thiết kế nhà thông minh đem lại nhiều tiện ích phục vụ đời sống hàng ngày cho con người. Để phục vụ tốt hơn nữa đời sống con người trong thời điểm xã hội ngày càng hiện đại và phát triển hiện nay. Thay thế dần con người làm việc ở những nơi nguy hiểm, độc hại, hay những nơi con người không thể tới được. Vì những nhu cầu cần thiết như trên người thực hiện đã chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện tự động trong nhà” nhằm mục đích từng bước tiếp cận với việc điều khiển thiết bị từ xa, nhà thông minh quy mô nhỏ và tương lai có thể phát triển thêm nữa. Sau khi thi công mạch đã được kết quả như mong muốn, có thể áp dụng rộng rãi ngoài thực tế và phát triển ứng dụng trong tương lai. Nội dung cốt lõi của đề tài này là việc thiết kế, thi công hệ thống điều khiển thiết bị thông qua Bluetooth, SMS, Ethernet, touch. Sử dụng phương pháp nghiên cứu, kế thừa và phát triển, nhóm tích lũy được nhiều kinh nghiệm từ các đề tài đã hoàn thành từ đồ án môn học 1 và 2. Nhóm đã đạt được những kết quả ngoài mong đợi và bên cạnh đó cũng có những khó khăn, kết quả không đúng yêu cầu đặt ra. Nhưng đến cùng hệ thống cũng có thể hoạt động ổn định và sát với yêu cầu ban đầu được đề ra. xv
18. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Vào những năm gần đây thì số lượng nhà thông minh đang được phát triển mạnh mẽ, và đang chứng tỏ sức hút trên thị trường. Đầu năm 2014, Google đã bỏ ra tới 3,2 tỷ USD để mua lại Nest Labs - công ty sản xuất các thiết bị như bộ ổn nhiệt và chuông báo cháy có khả năng kết nối Internet. Còn tại CES 2014, Samsung đã trình làng nền tảng Samsung Smart Home cho phép người sử dụng quản lý thiết bị kết nối như smartphone, tablet, đồng hồ thông minh, TV, tủ lạnh chỉ thông qua một ứng dụng duy nhất. Và Apple cũng đang thực hiện một dự án Smart Home đầu tiên (Nguồn: VnExpress 6- 2014). Với sự phát triển của công nghệ hiện nay thì số lượng người sử dụng điện thoại thông minh ngày càng tăng. Theo một nghiên cứu được công bố trên trang web www.statista.com thì đến năm 2016 thì số lượng người sử dụng điện thoại thông minh là 2,08 tỉ người và con số đó vẫn tiếp tục tăng trong tương lai, số liệu được trình bày trong hình 1.1. Hình 1.1. Biểu đồ dự đoán số lượng người sử dụng điện thoại thông minh trên toàn thế giới từ năm 2014 đến 2019 (www.statista.com - 2014) Trong số các điện thoại thông minh đang dược sử dụng trên thế giới thì điện thoại sử dụng hệ điều hành Android chiếm nhiều nhất. Một khảo sát được công bố trên trang web www.idc.com thì số lượng điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android chiếm 82.8%. Và nó vẫn chiếm tỉ trọng cao nhất trong những năm gần đây, số liệu được trình bày trong bảng 1.1. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1
19. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Bảng 1.1. Tỉ trọng các hệ điều hành sử dụng trên smartphone từ năm 2012 đến năm 2015 (Nguồn www.idc.com - 2015) Ngoài ra, theo Cục Viễn thông (Bộ Thông tin và Truyền thông), tính đến hết năm 2015, tỷ lệ người dùng Internet tại Việt Nam đã đạt 52% dân số. Internet băng rộng di động có 36,28 triệu thuê bao, với tỷ lệ 40,1 thuê bao/100 dân (Nguồn: báo Kinh tế và dự báo – 2015). Từ những số liệu trên cho thấy việc nghiên cứu một đề tài liên quan đến điều khiển các thiết bị thông minh trong nhà trực tiếp hoặc từ xa thông qua điện thoại sử dụng hệ điều hành Android hoặc qua Ethenet là một đề tài có tính ứng dụng và phát triển trong tương lai rất cao. Vì những lý do trên người thực hiện đã chọn “Thiết kế hệ thống điều khiển các thiết bị điện tự động trong nhà” làm đề tài đồ án tốt nghiệp. Trước đây cũng có nhiều đề tài đồ án tương tự như điều khiển thiết bị qua Bluetooth, điều khiển thiết bị qua SMS hoặc điều khiển thiết bị qua Ethernet Sự hạn chế của các đề tài đó là chỉ điều khiển thông qua một kết nối duy nhất nên xuất hiện những nhược điểm của từng loại kết nối như khoảng cách điều khiển ngắn đối với điều khiển qua Bluetooth, tốc độ điều khiển chậm và tốn chi phí đối với SMS, chưa có khả năng điều khiển trực tiếp và hiển thị trạng thái trên màn hình cảm ứng Đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển các thiết bị điện tự động trong nhà” đã tích hợp nhiều loại kết nối như Bluetooth, SMS, Ethernet vào trong một hệ thống và có màn hình cảm ứng nên người sử dụng có thể linh hoạt điều khiển trực tiếp thông qua màn hình cảm ứng hoặc từ xa thông qua Bluetooth, SMS, Ethernet để phù hợp nhu cầu sử dụng. Hệ thống này có các ngõ ra để người sử dụng có thể tự kết nối với các thiết bị điện muốn điều khiển. Tất cả các trạng thái điều khiển sẽ hiển thị trên màn hình cảm ứng, điện thoại Android có cài ứng dụng điều khiển và giao diện web. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2
20. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.2. MỤC TIÊU Mục tiêu của đề tài là xây dựng một hệ thống có khả năng cho người sử dụng kết nối với các thiết bị điện trong nhà và điều khiển trực tiếp qua màn hình cảm ứng hệ thống hoặc điều khiển từ xa bằng điện thoại, máy tính bảng sử dụng hệ điều hành Android qua Bluetooth, SMS hoặc qua Ethernet. Các trạng thái hoạt động của thiết bị sẽ được hiển thị trên màn hình hệ thống, điện thoại và giao diện web. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Các nội dung chính trong Đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển các thiết bị điện tự động trong nhà” bao gồm: NỘI DUNG 1: Nghiên cứu phương pháp điều khiển thông qua Bluetooth, SMS, Ethernet, màn hình cảm ứng. NỘI DUNG 2: Các giải pháp thiết kế hệ thống điều khiển các thiết bị điện tự động trong nhà. NỘI DUNG 3: Nghiên cứu phần cứng vi điều khiển, các module, các chuẩn giao tiếp. NỘI DUNG 4: Nghiên cứu phần phần mềm lập trình, phần mềm vẽ mạch. NỘI DUNG 5: Thiết kế bộ điều khiển trung tâm. NỘI DUNG 6: Thiết kế, lắp ráp, chạy thử, kiểm tra, cân chỉnh hệ thống. NỘI DUNG 7: Thiết kế hộp để bảo vệ các linh kiện trong hệ thống. NỘI DUNG 8: Đánh giá kết quả thực hiện. 1.4. GIỚI HẠN Đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển các thiết bị điện tự động trong nhà” có giới hạn như sau: Có thể điều khiển trực tiếp trên màn hình cảm ứng của hệ thống, điều khiển qua bluetooth, sms bằng ứng dụng Android. Có hiển thị trạng thái thiết bị trên màn hình hệ thống, điện thoại, giao diện web. Số lượng thiết bị điều khiển là tối đa là 4. Thiết bị điều khiển trung tâm có kích thước 150mm x 140mm x 85mm. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
21. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Module Bluetooth cho khoảng cách điều khiển tối đa 15m trong điều kiện không có vật cản. Module SIM900A cho khoảng cách điều khiển lớn hơn, phạm vi trong toàn bộ vùng có phủ sóng GSM. Có thể điều khiển qua LAN thông bằng các thiết bị máy tính, điện thoại kết nối cùng mạng LAN với hệ thống. Hệ thống được cấp nguồn 220VAC, 4 ngõ ra 220VAC, dòng tối đa 10A. Hệ thống chỉ sử dụng trong nhà. 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. Nội dung các chương: - Chương 1: Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. - Chương 2: Chương này trình bày về hoạt động điều khiển các thiết bị điện trong nhà, giới thiệu phần cứng, giới thiệu các chuẩn giao tiếp sử dụng trong đề tài. - Chương 3: Chương này trình bày về vấn đề tính toán và thiết kế hệ thống. - Chương 4: Chương này trình bày về vấn đề thi công hệ thống, đóng gói và thi công mô hình, lập trình hệ thống và tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác. - Chương 5: Chương này trình bày về kết quả, nhận xét, đánh giá của đề tài so với yêu cầu đặt ra ban đầu. - Chương 6: Chương này trình bày về kết kết luận và hướng phát triển của đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
22. S K L 0 0 2 1 5 4