THIẾT kế và THI CÔNG THIẾT bị GIÁM sát NHIỆT độ, độ ẩm, điều KHIỂN THIẾT bị tự ĐỘNG THÔNG MINH từ XA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ  THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG THÔNG MINH TỪ XA T[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN

KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH

VÀ ĐIỆN TỬ 

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ

GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG THÔNG MINH TỪ XA

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG

Sinh viên thực hiện : Hồ Văn Giáp

Mã sinh viên : K12C08504

Khóa đào tạo

Đà Nẵng - 12/2020

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề và và lý do chọn đề tài

Ngày nay, xã hội ngày càng hiện đại, khoa học kỹ thuậtcàng phát triển thì cuộc sống của con người càng có nhu cầu sửdụng đầy đủ các thiết bị thông minh để phục vụ cho sinhhoạt và công việc của mình Một thực tế rất gần với con người

là trong chính căn nhà của mình, mong muốn được ứngcông nghệ tự động hóa càng được rộng rãi, tất cả đồ dùng trongnhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ giámsát và điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điệnthoại di động, cho phép chủ nhân giám sát và điều khiển vậtdụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo lịchthời gian đúng mong muốn

Nhu cầu về giám sát hay kiểm soát hệ thống thiết bị điện vàđiều khiển thiết bị thông minh ngày càng phổ biến như kiểm tranhiệt độ độ ẩm của phòng, kiểm tra trạng thái của đèn, quạt, máylạnh, các thiết bị khác, có thể mở hay tắt tự động các thiết bị điệntrong nhà khi chịu tác nhân môi trường hoặc bật tắt thiết bị trongnhà từ xa bằng thiết bị di động, thiết bị máy tính thông qua mạngInternet

Hiện nay với nền khoa học phát triển thì ngoài việc để điềukhiển các thiết bị trong nhà bằng cách dùng tay, bằng remote hồngngoại, giám sát tình trạng thiết bị qua đèn tín hiệu…chỉ ở khoảngcách gần (chỉ một nơi cố định) thì ngày nay các thiết bị trong ngôinhà được giám sát và điều khiển qua app trên điện thoại, web,

… có thể bật tắt thiết bị khi nhiệt độ cao (thấp), khi trời sáng (tối), ngoài ra còn có thể điều khiển thiết bị qua các trợ lý ảo thông minh

hỗ trợ AI như: Google Assistant (Google), Alexa (Amazon),Siri (Apple), Cortana dù ta ở bất cứ nơi đâu Vì vậy em đã tìmhiểu , nghiên cứu,

chọn đề tài “Thiết kế và thi công thiết bị giám sát nhiệt độ, độ

ẩm, điều khiển thiết bị tự động thông minh từ xa”

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

⁃ Tìm hiểu về hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm

và điều

khiển thông minh các thiết bị trong nhà.

⁃ Tìm hiểu về Google Assistant, IOT, Wifi,

Arduino

⁃ Thi công thiết bị giám sát nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển thiết bị tự động thông minh từ xa

⁃ Kiểm tra, đánh giá tính ứng dụng của đề tài

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

⁃ Nghiên cứu kích thước thiết bị

⁃ Sử dụng KIT NodeMCU ESP8266

⁃ Tập trung nghiên cứu vào thiết bị điều khiển trungtâm

⁃ Sử dụng các nền tảng đã có sẵn và các thư viện

mở để phát triển sản phẩm

4 Phương pháp nghiên cứu

Trong đề tài này em đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:

⁃ Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về điện tử và truy cập từ mạng Internet

⁃ Phương pháp quan sát: Khảo sát một số mạch điện thực tế

đang có trên thị trường và tham khảo thêm một số dạng mạch

 Qua xử lý, nhiệt độ độ ẩm sẽ được cập nhật liên tục,hiển thị trên màn hình oled và gửi báo kết quả đến điện thoạingười dùng thông qua app

 Tùy chọn 2 chế độ:

⁃ Thủ công:

 Người dùng gửi lệnh bằng app trên điện thoại để điều khiển tắt/mở thiết bị

 Người dùng dùng các nút nhấn để điều khiển thiết bị

 Có thể điều khiển thiết bị bằng giọng nói qua trợ lý ảo Google Assistant

⁃ Tự động:

 Khi nhiệt độ vượt quá giới hạn thì thiết bị sẽ tự động bật tắt

 Khi trời sáng hoặc tối thiết bị sẽ tự động bật tắt

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Kết quả nghiên cứu từ đề tài này sẽ giúp có nhiều kinhnghiệm để sau khi tốt nghiệp em có đủ khả năng nghiên cứuchế tạo hoàn chỉnh thiết bị điều khiển hệ thống điện cho ngôinhà thông minh đáp ứng được sử dụng yêu cầu trên thị trườngvới giá thành hợp lý, chất lượng đảm bảo, phù hợp với điều kiệnsống tại Việt Nam

3

CHƯƠNG I TÌM HIỂU CHUNG VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Wifi là một mạng thay thế cho mạng có dây thông thường,

thường được sử dụng để kết nối các thiết bị ở chế độ không dây bằng

việc sử dụng công nghệ sóng vô tuyến Dữ liệu được truyền qua sóng

vô tuyến cho phép các thiết bị truyền nhận dữ liệu ở tốc độ cao trong

phạm vi của mạng Wifi Kết nối các máy tính với nhau, với Internet

và với mạng có dây

1.2.2 Công nghệ tru ền nhận dữ liệu

1.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MODULE WIFI ESP8266

1.3.1 Giới thiệu về ESP8266

1.3.2 Cấu tạo của NODEMCU ESP8266

1.3.3 Tính năng của NODEMCU ESP8266

1.3.4 Quản lý năng lượng NODE MCU ESP8266

1.5.2 Chuẩn giao tiếp UART

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ LÀM

VIỆC 2.1 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ

Trong đề tài này, em sẽ thiết kế thiết bị có hai chế độ:

 Thủ công: Các relay có thể điều khiển được bằng giọng nói

thông qua Google assistant hoặc thao tác trên app Android

và nút ấn cảm ứng Ngoài ra còn thiết kế mạch giám sátnhiệt độ, độ ẩm để người dùng có thể biết được nhiệt độ, độ

ẩm tại vị trí đặt hiện tại trên màn hình oled hoặc thông quaapp trên điện thoại,

 Tự động: Khi người dùng chọn chế độ tự động các relay tự

động bật tắt thiết bị khi nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ thấp vàbật tắt khi trời tối hoặc sáng

Hệ thống hoạt động dựa trên sự kết hợp của Module NodemcuEsp8266 và app Blynk trên smartphone Blynk sẽ lưu dữ liệu AppBlynk ngoài chức năng lưu trữ dữ liệu từ mạch đo gửi lên còn cóchức năng hiển thị giao diện điều khiển thiết bị, dữ liệu về nhiệt độ,

độ ẩm ra giao diện người dùng

- Khi nhận được tín hiệu nhiệt độ báo về từ cảm biến thì bộ vi

xử lý của hệ thống module Nodemcu Wifi ESP8266 sẽ xử lý tín hiệu

và sau đó truyền lên phần mềm blynk thông qua môi trường ko dâywifi

- Khi module wifi ESP8266 gửi tín hiệu lên App blynk ngườidùng có thể truy cập vào hệ thống để điều khiển thiết bị trong giađình và giám sát nhiệt độ, độ ẩm từ xa có mạng internet

- Tại Blynk , thông qua mạng LAN (nội bộ) hoặc thông qua internet, nhà quản lý có thể:

+ Giám sát nhiệt độ liên tục tại các thời điểm trong ngày Có thể xem nhiệt độ tại các điểm đo trong cùng một thời điểm

+ Hiển thị nhiệt độ cao nhất hoặc thời điểm nhiệt độ thấp nhất,thuận tiện cho việc theo dõi nhiệt độ vượt ngưỡng

2.2 YÊU CẦU CỦA THIẾT BỊ

2.2.1 Module đo nhiệt độ 2.2.2 App blynk

2.2.3 Trợ lý ảo Google Assistant

6

CHƯƠNG III THIẾT KẾ THIẾT BỊ

3.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

3.1.1 Thiết kế sơ đồ khối

Hình 3.1 Sơ đồ mô hình hệ thống giám sát điều khiển từ xa

Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống

3.1.2 Các linh kiện chính và tính toán, thiết kế theo từng khối

3.1.2.1 Khối xử lý trung tâm

3.1.2.2 Khối ngõ ra công suất

3.1.2.3 Khối cảm biến

3.1.2.4 Khối nguồn

3.1.2.5 Khối điều khiển

3.1.2.6 Khối hiển thị

Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

Hình 3.18 Mô ph ng trên phần mềm fritzing

3.1.4 Thiết kế mạch in

Hình 3.19 Mạch in của phần mạch điện thiết bị

8

CHƯƠNG IV: THI CÔNG THIẾT BỊ 4.1 DANH SÁCH VẬT DỤNG VÀ CÁC LINH KIỆN 4.2 THI CÔNG MẠCH ĐIỆN

\Hình 4.1 Phần mạch điện sau khi hoàn thành

4.3 THI CÔNG KHUNG THIẾT BỊ

Hình 4.2 Khung thiết bị sau khi hoàn thành

10

CHƯƠNG V ĐÁNH GIÁ KẾT

QUẢ 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Board ESP8266 là mạch điều khiển chính trong hệ thống Em

đã biết cách ứng dụng chức năng tích hợp Wifi trong board để pháttriển hệ thống điều khiển thiết bị từ xa Từ đó nắm được bản chấtđiều khiển, để có thể mở rộng cho các ứng dụng IoT sau này, điềukhiển được một hệ thống lớn

Thông qua đề tài em đã biết cách điều khiển và giám sát thiết

bị qua Internet (Wifi) Đồng thời thiết kế được mô hình, ứng dụngAndroid cho hệ thống điều khiển

Đề tài có sử dụng cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, cảm biếnLDR qua đó em biết được cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng nhưcách sử dụng cảm biến Cảm biến này rất phổ biến, thích hợp choviệc giám sát nhiệt độ, độ ẩm trên các hệ thống nh

5.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Hình 5.1 Sản phẩm sau khi hoàn thành và chạy thực nghiệm

Hình 5.2 Chạy thực nghiệm trên máy tính

Hình 5.3 Chạy thực nghiệm trên điện thoại qua App Blynk

12

Hình 5.4 Điều khiển qua trợ lý ảo google assistant

Điều khiển thiết bị

qua google assistant

Điều khiển bằng nút

nhấn

Giám sát cảm biến

động ổn định sau nhiều lần chạy, kiểm tra thử trong nhiều trườnghợp Mô hình nh gọn, thẩm mỹ, nhưng vẫn đảm bảo tính an toàn cao,

dễ dàng lắp đặt và sử dụng Nhưng để đưa hệ thống này áp dụng vàothực tế thì em cần phải hoàn thiện một số phần như sau: tăng tốc

13

độ điều khiển cũng như phản hồi, tối ưu hóa mô hình, thêm một sốchức năng như: giám sát nơi điều khiển, cảnh báo chống trộm, báocháy,

KẾT LUẬN

 Kết luận

Sau thời gian nghiên cứu, thi công thì đồ án tốt nghiệp của emvới đề tài “giám sát nhiệt độ độ ẩm và điều khiển thiết bị điện quainternet dùng module arduino esp8266”đã hoàn thiện, đáp ứng đượcnhững yêu cầu ban đầu đặt ra

-Phù hợp cho các hệ thống điện trong phòng học, hộ gia đình Nhìn chung, mô hình đã hoạt động tương đối ổn định, có thểlàm việc liên tục, đạt 100% yêu cầu đề ra ban đầu Bên cạnh đó hệthống mở rộng thêm chức năng điều khiển bằng giọng nói Ngườidùng thao tác một cách đơn giản, dễ sử dụng

 Nhƣợc điểm

Tuy nhiên, do sự hạn chế về kiến thức và thời gian thực hiện,nguồn tài liệu tham khảo chủ yếu thông qua internet nên đề tài khôngtránh kh i sai sót và còn một số hạn chế:

- Hạn chế lớn nhất là tác động điều khiển còn chậm do giao thức hoạt động chính sử dụng dịch vụ Cloud

- Thiết bị phụ thuộc vào nguồn điện 220VAC, và tốc độ truy cập mạng Internet

- Hoạt động chủ yếu tại môi trường có phủ sóng wifi

- Hộp mô hình còn mang tính tượng trưng

- Kích thước sản phẩm còn thô, thiếu tính thẩm mỹ

- Số lượng thiết bị còn hạn chế

15

- Giới hạn về thời gian, kiến thức nên hệ thống chưa được tối

- Google assistant nhận diện được giọng nói người dùng

- Tự tạo ứng dụng điều khiển trên điện thoại không phải phụ thuộc vào ứng dụng dịch vụ trung gian

- Mở rộng số lượng cũng như công suất thiết bị điều khiển

- Giám sát nơi điều khiển bằng camera, cảnh báo chống trộm, báo cháy

- Điều chỉnh độ sáng đèn, tốc độ quạt, nhiệt độ điều hòa,

- Thiết lập hệ thống điều khiển thiết bị tự động nhằm tối ưu hóa việc sử dụng và tiết kiệm điện năng

16