Báo cáo lập trình hướng đối tượng đại học bách khoa Hà Nội

Nhà thông minh là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có thể được điều khiển hoặc tự động hoá hoặc bán tự động. Thay thế con người trong thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển. Hệ thống điện tử này giao tiếp với người dùng thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, ứng dụng trên điện thoại di động, máy tính bảng hoặc một giao diện web. Nhờ ứng dụng các công nghệ như hồng ngoại, điện thoại thông minh, IoT, công nghệ đám mây…Nhà thông minh có thể tự động giúp bạn làm những công việc trong nhà. Với những nhà đầu tư thông minh, họ luôn đánh giá cao một căn nhà có thể tự động hóa. Khi làm một nhà thông minh, có nghĩa là bạn đang dùng công nghệ để làm cuộc sống thoải mái hơn. Chúng sẽ giảm khối lượng công việc của bạn. Giúp bạn có nhiều thời gian thư giãn chứ không làm bạn lười đi. Sử dụng công nghệ trong nhà, bạn có thể kiểm soát và xem những gì đang diễn ra trong nhà của mình. Ngay cả khi bạn không ở đó sử dụng điện thoại thông minh, máy tính bảng hoặc đôi khi là máy tính. Chẳng hạn, nếu bạn có con nhỏ ở nhà, bạn có thể biết được mọi hoạt động của chúng. Nhà thông minh còn có chức năng vô cùng đặc biệt đó là Điều khiển bằng giọng nói. Đây là một chức năng rất đặc biệt được nhiều người yêu thích bởi chúng cho phép chủ nhà điều khiển, kiểm soát tất cả các thiết bị trong gia đình bằng giọng nói của chính mình.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG

Đề tài:

THIẾT KẾ NHÀ THÔNG MINH

Giảng viên hướng dẫn: Vũ Song Tùng

Nhóm 18Sinh viên thực hiện:

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

DANH MỤC HÌNH VẼ i

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài 1

1.3 Mục đích nghiên cứu đề tài 2

1.4 Phân công công việc 2

1.5 Hình ảnh sản phẩm 3

1.6 Phần cứng và các thông số: 3

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG 5

2.1 Các mô hình usecase diagram thiết kế hướng đối tượng 5

2.1.1 Diagram cho User: 5

2.1.2 Diagram cho Admin 6

2.1.3 Diagram cho Host 7

2.2 Mô hình class diagram 9

2.2.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống 9

2.2.2 Các thực thể và thuộc tính 9

2.3 Mô hình Class Diagram 11

2.4 Mô hình Sequence Diagram 12

2.4.1 Đăng nhập 12

2.4.2 Tạo thiết bị 13

2.4.3 Xem lịch sử 14

2.4.4 Kết quả của thiết bị 15

2.4.5 Danh sách thiết bị 16

2.4.6 Thay đổi thiết bị 17

2.4.7 Thay đổi người dung 18

2.4.8 Thêm người dùng mới 19

2.4.9 Phân quyền 20

2.4.10 Bật tắt đèn 21

2.4.11 Chỉnh độ sáng 22

2.4.12 Đăng xuất 23

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ GIAO DIỆN 24

3.1 Màn hình giao diện đăng nhập 24

3.2 Trang quản lý người dùng của admin 24

3.3 Trang thêm người dùng mới 25

3.4 Chỉnh sửa người dùng 25

3.5 Trang quản lý thiết bị admin 26

3.6 Thông tin thiết bị 26

3.7 Trang phân quyền cho người phụ thuộc 27

3.8 Trang xem thông tin thiết bị 27

3.9 Trang xem lịch sử thiết bị 28

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

PHỤ LỤC 31

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Hình ảnh sản phẩm 3

Hình 2 1 Use Case User 6

Hình 2 2 Use Case Admin 7

Hình 2 3 Use Case Host 8

Hình 2 4 Mô hình Class Diagram 9

Hình 2 5 Mô hình Class Diagram 11

Hình 2 6 Đăng nhập 12

Hình 2 7 Tạo thiết bị 13

Hình 2 8 Xem lịch sử 14

Hình 2 9 Xem kết quả thiết bị 15

Hình 2 10 Xem danh sách thiết bị 16

Hình 2 11 Thay đổi thiết bị 17

Hình 2 12 Thay đổi người dung 18

Hình 2 13 Thêm người dùng mới 19

Hình 2 14 Phân quyền 20

Hình 2 15 Bật tắt đèn 21

Hình 2 16 Chỉnh độ sáng 22

Hình 2 17 Đăng xuất 23

Hình 3 1 Giao diện màn hình đăng nhập 24

Hình 3 2 Trang quản lý người dùng của admin 24

Hình 3 3 Thêm người dùng mới 25

Hình 3 4 Chỉnh sửa thông tin người dùng 26

Hình 3 5 Trang quản lý thiết bị admin 26

Hình 3 6 Quản lý thông tin thiết bị 27

Hình 3 7 Phân quyền người phụ thuộc 27

Hình 3 8 Xem thông tin thiết bị 28

Hình 3 9 Xem lịch sử thiết bị 28

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

Các ứng dụng công nghệ đến từ Internet vạn vật (IoT) hứa hẹn mang đến những giátrị to lớn cho con người Trong những năm gần đây, chúng ta đã thấy sự xuất hiện củanhững hệ thống nhà thông minh hay các thiết bị gia dụng thông minh có điều khiểnbằng giọng nói Theo số liệu từ hãng nghiên cứu McKinsey, số lượng nhà thông minhtại Mỹ đã tăng từ 17 triệu năm 2015 lên 29 triệu năm 2017, còn người tiêu dùng tại cácnước Tây u dành khoảng 12 tỷ euro để mua các thiết bị thông minh vào năm 2020 Dovậy ở đề tài này, chúng em chọn nhà thông minh là một đề tài nghiên cứu và thửnghiệm để nâng cao hiểu biết trong lĩnh vực này

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài

Nhà thông minh là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có thể được điềukhiển hoặc tự động hoá hoặc bán tự động Thay thế con người trong thực hiện mộthoặc một số thao tác quản lý, điều khiển Hệ thống điện tử này giao tiếp với ngườidùng thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, ứng dụng trên điện thoại di động, máy tínhbảng hoặc một giao diện web

Nhờ ứng dụng các công nghệ như hồng ngoại, điện thoại thông minh, IoT, côngnghệ đám mây…Nhà thông minh có thể tự động giúp bạn làm những công việc trongnhà Với những nhà đầu tư thông minh, họ luôn đánh giá cao một căn nhà có thể tựđộng hóa

Khi làm một nhà thông minh, có nghĩa là bạn đang dùng công nghệ để làm cuộcsống thoải mái hơn Chúng sẽ giảm khối lượng công việc của bạn Giúp bạn có nhiềuthời gian thư giãn chứ không làm bạn lười đi

Sử dụng công nghệ trong nhà, bạn có thể kiểm soát và xem những gì đang diễn ratrong nhà của mình Ngay cả khi bạn không ở đó sử dụng điện thoại thông minh, máytính bảng hoặc đôi khi là máy tính Chẳng hạn, nếu bạn có con nhỏ ở nhà, bạn có thểbiết được mọi hoạt động của chúng

Nhà thông minh còn có chức năng vô cùng đặc biệt đó là Điều khiển bằng giọngnói Đây là một chức năng rất đặc biệt được nhiều người yêu thích bởi chúng cho phép

chủ nhà điều khiển, kiểm soát tất cả các thiết bị trong gia đình bằng giọng nói củachính mình.

Sử dụng các camera thông minh và thiết bị an ninh để bảo vệ căn nhà của bạn.Những camera chất lượng cao thường kết nối trực tiếp với điện thoại của bạn Chúngtôi có cung cấp cho người cùng các sản phẩm camera chất lượng trên thị trường

Không như các camera phổ thông, camera thông minh có tích hợp cảm biến chuyểnđộng, cho hình ảnh rõ nét full HD tới 1080p Cảm biến hồng ngoại ban đêm rõ nét, cóthể sử dụng không dây, chống chịu nước và nhiệt độ cao Ngoài ra bạn cũng có thể sửdụng các chuông cửa thông mình có camera giám sát từ Google và Ring Đây đều lànhững thương hiệu hàng đầu thế giới về chuông cửa thông minh an ninh

1.3 Mục đích nghiên cứu đề tài

Với đề tài được đưa ra, chúng em cùng nhau nghiên cứu, tìm hiểu về những thứ cóliên quan trong lĩnh vực IOT nói chung và nhà thông minh nói riêng Trong quá trình

đó, từ những trải nghiệm thực tế, nhóm sẽ có những kiến thức nền tảng cơ bản vềngành học phân tích thiết kế và hướng đối tượng, ngoài ra còn có thêm kiến thức vànâng cao hiểu biết về các định nghĩa cơ bản trong lĩnh vực IOT qua đó am hiểu thêm

về công nghệ và có thêm hướng đi, sự lựa chọn cho công việc tương lai

Ở trong chương trình học lần này, nhóm tìm hiểu và nghiên cứu các mô hìnhdiagram khởi tạo phân tích và thiết kế hướng đối tượng, sau đó dựa vào những bộkhung đã có để tạo nên một sản phẩm nhà thông minh IoT bản thô sơ phục vụ việc họctập và nâng cao khả năng thu thập kiến thức

1.4 Phân công công việc

Phụ trách chung và hoàn thiện sản

Tìm hiểu và vẽ sơ đồ case diagram

Thiết kế class, active diagram

1.5 Hình ảnh sản phẩm

Hình 1 1 Hình ảnh sản phẩm

1.6 Phần cứng và các thông số:

− Module cảm biến ánh sáng 2 đầu ra số và tương tự

Thông số kỹ thuật:

 Điện áp làm việc: 3.3 - 5V

 2 đầu ra số và tương tự

 Kích thước 32*14mm

− Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11

 DHT11 là cảm biến nhiêt độ và độ ẩm giao tiếp với 1 chân dữ liệu, DHT11

đo được giá trị độ ẩm từ 20% đến 90%RH và nhiệt độ từ 0oC đến 50oC, độchính xác: ± 5%RH và ±2oC

− Module ESP8266 NodeMcu CP2102

Thông số kỹ thuật:

 IC chính: ESP8266

 Phiên bản firmware: NodeMCU Lua

 Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102

 GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU

 Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin

 GIPO giao tiếp mức 3.3VDC

 Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash

 Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino

 Kích thước: 25 x 50 mm

− Led 5mm xanh lá tinh khiết chân dài Board test ZY-40 85x55x8.5mm 400 lỗ.

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG HỆ

THỐNG

2.1 Các mô hình usecase diagram thiết kế hướng đối tượng

2.1.1 Diagram cho User:

 Danh sách người dung

− Quản lý giao diện

 Điều chỉnh độ sáng

 Bật tắt đèn

− Đăng xuất

Hình 2 1 Use Case User

2.1.2 Diagram cho Admin

− Đăng nhập

− Quản lý dữ liệu

 Xem danh sách người dung

 Thêm người dùng mới

 Sửa thông tin người dung

 Thêm thiết bị mới

 Xem danh sách thiết bị

 Sửa thông tin thiết bị

 Đăng xuất

Hình 2 2 Use Case Admin

2.1.3 Diagram cho Host

− Đăng nhập

− Quản lý đăng nhập

 Phân quyền người dung

 Quản lý dữ liệu

o Xem lịch sử của thiết bị

o Xem kết quả của thiết bị 

o Xem danh sách thiết bị 

o Xem danh sách người dùng 

 Giao diện hiển thị

2.2 Mô hình class diagram

Resident: listDevice

User: id, name, password, login, logout

Device: id, clientld, datasensorTopic, ledTopic, lightForLed, listHistory,ToggleLight, AdjustLight, getDetail

Device_detail: huminity, temporature, light, divice_id, getHuminity,getTemporature, getLight

Mô hình hóa thực thể

listUser List<User> Danh sách người dùng

listDevice List<Device> Danh sách thiết bị

dùngremoveDevic

decentralize decentralize Phân quyền người dùng

2.3 Mô hình Class Diagram

Hình 2 5 Mô hình Class Diagram

2.4 Mô hình Sequence Diagram

2.4.1 Đăng nhập

Hình 2 6 Đăng nhập

2.4.2 Tạo thiết bị

Hình 2 7 Tạo thiết bị

2.4.3 Xem lịch sử

Hình 2 8 Xem lịch sử

2.4.4 Kết quả của thiết bị

Hình 2 9 Xem kết quả thiết bị

2.4.5 Danh sách thiết bị

Hình 2 10 Xem danh sách thiết bị

2.4.6 Thay đổi thiết bị

Hình 2 11 Thay đổi thiết bị

2.4.7 Thay đổi người dùng

Hình 2 12 Thay đổi người dùng

2.4.8 Thêm người dùng mới

Hình 2 13 Thêm người dùng mới

2.4.9 Phân quyền

Hình 2 14 Phân quyền

2.4.10 Bật tắt đèn

Hình 2 15 Bật tắt đèn

2.4.11 Chỉnh độ sáng

Hình 2 16 Chỉnh độ sáng

2.4.12 Đăng xuất

Hình 2 17 Đăng xuất

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ GIAO DIỆN

3.1 Màn hình giao diện đăng nhập

Tại màn hình đăng nhập gồm có hình ảnh và thông tin cần đăng nhập để truy vấnvào dữ liệu, ta cần điền tên đăng nhập và mật khẩu, sau đó ấn vào nút đăng nhập đểhoàn thành đăng nhập

Hình 3 1 Giao diện màn hình đăng nhập

3.2 Trang quản lý người dùng của admin

Sau khi đăng nhập hoàn tất ở của sổ login, dữ liệu và các thông tin được lưu trữ ởtrang quản lý người dùng của admin có giao diện giống như trong hình

Hình 3 2 Trang quản lý người dùng của admin

3.3 Trang thêm người dùng mới

Hình 3 3 Thêm người dùng mới

3.4 Chỉnh sửa người dùng

Trong quá trình lưu trữ và khai báo người dùng sẽ không tránh khỏi những sai sót,

do đó ta có giao diện chỉnh sửa thông tin người dùng để thay đổi những dữ liệu chưachính xác và bổ sung những dữ liệu còn thiếu

Hình 3 4 Chỉnh sửa thông tin người dùng

3.5 Trang quản lý thiết bị admin

Các thiết bị admin được lưu trữ và quản lý ở một trang riêng

Hình 3 5 Trang quản lý thiết bị admin

3.6 Thông tin thiết bị

Các thiết bị được lưu trữ có thể chỉnh sửa và bổ sung thông qua trang chỉnh sửa vàthêm mới thiết bị

Hình 3 6 Quản lý thông tin thiết bị

3.7 Trang phân quyền cho người phụ thuộc

Trang danh sách thiết bị quản lý của người phụ thuộc

Hình 3 7 Phân quyền người phụ thuộc

3.8 Trang xem thông tin thiết bị

Thông tin của thiết bị được xem xét và hiển thị ở giao diện này

Hình 3 8 Xem thông tin thiết bị

3.9 Trang xem lịch sử thiết bị

Các thiết bị với những thời gian bật và tắt khác nhau được lưu lại các khung, độsáng và trạng thái của đèn qua giao diện lịch sử bật tắt

Hình 3 9 Xem lịch sử thiết bị

IP thông qua mạng không dây

Ở trong chương trình học lần này, nhóm sinh viên được tiếp cận với IoT qua các

mô hình và các diagram thu gọn nhằm hiểu được nguyên lý vận hành và các thức hoạtđộng của nhà thông minh Với các diagram đã thực hiện và phác thảo sơ qua trongchương trình, nhóm đã tiến hành đưa vào thực tiễn, trải qua các công đoạn làm và học

đã tạo ra được một sản phẩm nho nhỏ về nhà thông minh và có thể là một bước đệmtốt cho công việc tương lai của mỗi sinh viên ở trong khóa học này

Dù đã rất cố gắng trong quá trình tìm tòi và nghiên cứu đề tài nhưng vì đây là sảnphẩm đầu tay không tránh khỏi những sai sót; chúng em xin chân thành cảm ở sự giúp

đỡ nhiệt tình của giảng viên và các bạn Rất mong nhận được nhiều sự đóng góp từthầy cô và bạn bè để đề tài này được bổ sung và hoàn thiện hơn nữa

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Website:dung-Internet-of-Things-trong-tao-lap-quan-ly-tai-nguyen-so/Default.aspx

https://hvtc.edu.vn/tabid/558/catid/143/id/32477/Nghien-cuu-ung-2 Website:ket-noi-internetva-ung-dung-trong-thu-vien-thong-minh.html

#define mqtt_server "broker.mqttdashboard.com"

#define mqtt_user "doan"

String clientName = "clientId-IkeuDyQWGR";

if (client.connect(clientName.c_str(), mqtt_user, mqtt_password)) {

void callback(String topic_sub, byte *payload, unsigned int length) {

Serial.print("Message arrived in topic: ");

Serial.println(topic_sub);

Serial.print("Message:");

String message = "";

for (int i = 0; i < length; i++) {

message = message + (char) payload[i]; // convert *byte to string

float temp = dht.readTemperature();

float lux = analogRead(LDR);

if (isnan(hum) || isnan(temp) || isnan(lux)) {

Serial.println("Failed to read from sensor!");

Serial.printf("Publishing on topic %s \n", topic);

Serial.printf("Message: %.2f %.2f %.2f\n", temp, hum, lux);

}