Đồ án môn nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng

Hạn chế của giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng đang sử dụngChương 2: Nghiên cứu các giải pháp đánh giá lựa chọn giải pháp để điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng 2.1.. Hạn chế củ

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN MÔN Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều

khiển đèn chiếu sáng trong phòng.

Giảng viên hướng dẫn : TS PHẠM DUY PHONG

Sinh viên thực hiện : Phạm Hùng Dương - D14KTDT

Quách Tùng Lâm - D14KTDT

Vũ Doanh Hoàng - D12KTDT

Hà Nội - 04/2023

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN MÔN Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều

khiển đèn chiếu sáng trong phòng.

Giảng viên hướng dẫn : TS PHẠM DUY PHONG

Sinh viên thực hiện : Phạm Hùng Dương - D14KTDT

Quách Tùng Lâm - D14KTDT

Vũ Doanh Hoàng - D12KTDT

Hà Nội - 04/2023

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới toàn thể quý Thầy Côtrong khoa Điện tử - Viễn thông và Trường Đại học Điện Lực đã tận tình truyền đạtnhững kiến thức quý báu cũng như đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho chúng

em trong quá trình học tập để chúng em có được những kiến thức như ngày hômnay và từ những kiến thức nền tảng đó đã giúp chúng em rất nhiều trong quá trìnhhoàn thành đồ án

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến T.S Thầy Phạm Duy Phong,

người đã tận tình giúp đỡ, cũng như hỗ trợ chúng em trong suốt quá trình thực hiện

đề tài Trong suốt quá trình thực hiện, thầy đã tận tình góp ý, chỉ dẫn và đôn đốcsinh viên để hoàn thành đề tài hoàn chỉnh và đúng hạn Một lần nữa em xin cảm ơnthầy

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 19 tháng 04 năm 2023

SINH VIÊN

Phạm Hùng Dương Quách Tùng Lâm

Vũ Doanh Hoàng

Trần Đức Nghĩa

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Ngành: CN KT Điện tử - Viễn thông Hệ đào tạo: Chính quy

1 Tên tiểu luận

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sángtrong phòng

2 Lý do chọn đề tài

Trong ngày nay việc áp dụng khoa học công nghệ nói chung và ngành điện

tử viễn thông trong cuộc sống hằng ngày rất phổ biến Việc điều khiển thiết bị đènphòng trong nhà hay rộng hơn là đèn cho cả hệ thống một tòa nhà một cách thủcông rất tốn thời gian và công sức Thấy được sự cấp thiết từ bản thân cũng như xãhội nên chúng em đã chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiểnđèn chiếu sáng trong phòng” Thiết bị cho phép người dùng có thể điều khiển đènchiếu sáng

3 Nội dung, nhiệm vụ nghiên cứu

Chương 1: Đánh giá hiện trạng và các giải pháp giám sát thiết bị điều khiển đènchiếu sáng trong phòng

1.1 Đánh giá hiện trạng đèn trong phòng hiện tại

1.2 Các giải pháp hiện tại đang sử dụng để điều khiển đèn chiếu sáng trongphòng

1.3 Hạn chế của giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng đang sử dụngChương 2: Nghiên cứu các giải pháp đánh giá lựa chọn giải pháp để điều khiển thiết

bị đèn chiếu sáng

2.1 Nghiên cứu các giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng trong phòng2.2 Đánh giá giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng trong phòng2.3 Lựa chọn giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng trong phòngChương 3: Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng trongphòng

3.1 Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng trongphòng

3.1.1 Thiết kế thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng

a) Tính năng, yêu cầu kỹ thuật của thiết bị điều khiển đèn

b) Sơ đồ khối thiết bị điều khiển đèn

c) Sơ đồ nguyên lý thiết bị điều khiển đèn

d) Lựa chọn vật tư linh kiện

3.1.2 Chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng trong phònga) Nghiên cứu bản thiết kế

4 Tài liệu tham khảo

[1] Trịnh Minh Phương, Tiểu luận nghiên cứu ứng dụng IOT cho giám sát môitrường, Trường Đại học Công Nghệ 2016

[2] Huỳnh Ngọc Dũng, Tiểu luận điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, 2020.[3] Dr Osama Ahmad Salim Safarini, Standardizations, IOT Elements, Protocols,Architectural Design Choices, Challenges and Future Efforts, 2021

5 Ngày giao đề tài: Ngày 10 tháng 10 năm 2022

Ngày nộp quyển: Ngày 15 tháng 01 năm 2023

Trưởng khoa

TS Phạm Duy Phong

Giảng viên hướng dẫn

TS Phạm Duy Phong

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: Đánh giá hiện trạng và các giải pháp giám sát thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng 2

1.1 Đánh giá hiện trạng đèn trong phòng hiện tại 2

1.2 Các giải pháp hiện tại đang sử dụng để điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng 3

1.3 Hạn chế của giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng đang sử dụng 3

Chương 2: Nghiên cứu các giải pháp đánh giá lựa chọn giải pháp để điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng 4

2.1 Nghiên cứu các giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng trong phòng 4

2.2 Đánh giá giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng trong phòng 5

2.3 Lựa chọn giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng trong phòng 5

Chương 3: Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng 6

3.1 Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng 6

3.2 Thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng 12

MỞ ĐẦU

Điều khiển đèn bằng hồng ngoại là một trong những ứng dụng tiên tiến tronglĩnh vực tự động hóa Việc sử dụng hồng ngoại để điều khiển đèn mang lại nhiều lợiích như tăng tính tiện dụng, tiết kiệm năng lượng và cải thiện chất lượng cuộc sống.Trong tiểu luận này, chúng ta sẽ tìm hiểu về cách thiết kế một hệ thống điềukhiển đèn bằng hồng ngoại Đầu tiên, chúng ta sẽ xem xét nguyên lý hoạt động củacông nghệ này và các thành phần cơ bản của hệ thống Tiếp đó, chúng ta sẽ tìm hiểu

về quy trình thiết kế hệ thống điều khiển đèn bằng hồng ngoại, từ lựa chọn linh kiệncho đến việc lắp đặt và cấu hình hệ thống

Nhờ sự tiên tiến và tiện lợi của công nghệ hồng ngoại, việc thiết kế hệ thốngđiều khiển đèn bằng hồng ngoại đã trở nên phổ biến và được sử dụng rộng rãi trongnhiều lĩnh vực Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu quả và an toàn cho người dùng, việcthiết kế và lắp đặt hệ thống điều khiển đèn bằng hồng ngoại cần được thực hiệnđúng cách và theo các quy định kỹ thuật

1

Chương 1: Đánh giá hiện trạng và các giải pháp giám sát thiết bị điều

khiển đèn chiếu sáng trong phòng

1.1 Đánh giá hiện trạng đèn trong phòng hiện tại

Đèn được điều khiển bằng hồng ngoại (IR) đã trở thành một phương tiện điềukhiển phổ biến trong các sản phẩm điện tử, đặc biệt là trong các hệ thống giải trí giađình Dưới đây là đánh giá hiện trạng của đèn được điều khiển bằng hồng ngoại:

 Tiện lợi: Việc điều khiển đèn bằng hồng ngoại rất tiện lợi và nhanhchóng, vì chỉ cần nhấn một nút trên điều khiển từ xa để bật hoặc tắtđèn

 Linh hoạt: Đèn được điều khiển bằng hồng ngoại có thể được điềukhiển từ xa, giúp người dùng có thể điều khiển đèn ở khoảng cách xa

và tiện lợi hơn

 Sử dụng rộng rãi: Đèn được điều khiển bằng hồng ngoại đã được sửdụng rộng rãi trong nhiều thiết bị điện tử, chẳng hạn như TV, máy tính,loa, điều hòa nhiệt độ, v.v

 Chi phí thấp: Đèn được điều khiển bằng hồng ngoại có giá thành thấp

và phổ biến trong nhiều thiết bị điện tử, vì vậy không đòi hỏi chi phícao khi sử dụng

Tuy nhiên, đèn được điều khiển bằng hồng ngoại cũng có một số hạn chế như:Hạn chế khoảng cách: Tín hiệu điều khiển bằng hồng ngoại chỉ có thể truyền

đi ở khoảng cách ngắn, vì vậy người dùng phải đứng trong tầm nhìn của đèn để điềukhiển được

Có thể bị nhiễu: Tín hiệu điều khiển bằng hồng ngoại có thể bị nhiễu bởi cáctín hiệu khác trong môi trường, gây ảnh hưởng đến hoạt động của đèn

Không tương thích với tất cả các loại đèn: Một số loại đèn không tương thíchvới việc điều khiển bằng hồng ngoại, vì vậy cần phải kiểm tra trước khi mua sảnphẩm

2

1.2 Các giải pháp hiện tại đang sử dụng để điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng

Hiện nay, có nhiều giải pháp điều khiển đèn được áp dụng trong các ứng dụngkhác nhau Sau đây là một số giải pháp phổ biến:

Điều khiển bằng công nghệ Bluetooth: Điều khiển đèn bằng Bluetooth là mộtgiải pháp tiện lợi và phổ biến trong các ứng dụng nhà thông minh Người dùng cóthể sử dụng smartphone hoặc tablet để điều khiển đèn thông qua một ứng dụng đặcbiệt

Điều khiển bằng giọng nói: Giải pháp điều khiển đèn bằng giọng nói là mộtcách tiện lợi để điều khiển đèn thông qua các trợ lý ảo như Google Assistant,Amazon Alexa hoặc Apple Siri

Điều khiển bằng cảm biến chuyển động: Điều khiển đèn bằng cảm biếnchuyển động là một giải pháp đáng tin cậy và tiết kiệm điện năng Đèn sẽ tự độngbật khi phát hiện chuyển động và tắt sau một khoảng thời gian nhất định

Điều khiển bằng hồng ngoại: Điều khiển đèn bằng hồng ngoại là một giải phápđơn giản và phổ biến, tuy nhiên hạn chế của nó là chỉ có thể điều khiển được trongkhoảng cách gần

Điều khiển bằng Wi-Fi: Điều khiển đèn bằng Wi-Fi là một giải pháp tiện lợicho các ứng dụng nhà thông minh, cho phép người dùng điều khiển đèn từ bất cứđâu thông qua internet

Điều khiển bằng RF (Radio Frequency): Điều khiển đèn bằng RF là một giảipháp phổ biến trong các ứng dụng nhà thông minh, cho phép người dùng điều khiểnđèn từ xa một cách đáng tin cậy hơn so với hồng ngoại

1.3 Hạn chế của giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng đang sử dụng

Các giải pháp điều khiển đèn hiện nay đều có những ưu điểm và hạn chế riêng.Điều khiển đèn bằng Bluetooth có khoảng cách điều khiển hạn chế và cần thiết phải

có một thiết bị điều khiển như smartphone hoặc tablet Điều khiển đèn bằng giọng

3

nói có thể bị nhận dạng sai hoặc khó khăn nếu nhà có nhiều người sử dụng Điềukhiển đèn bằng cảm biến chuyển động có thể bị ảnh hưởng bởi các tia sáng kháchoặc động vật Điều khiển đèn bằng hồng ngoại có khoảng cách điều khiển rất hạnchế và cần phải có tầm nhìn trực tiếp giữa bộ điều khiển và đèn Điều khiển đènbằng Wi-Fi yêu cầu kết nối mạng Internet và một thiết bị đầu cuối để điều khiển.Cuối cùng, điều khiển đèn bằng RF có thể bị nhiễu hoặc bị che khuất, dẫn đến việcđiều khiển đèn không thành công và yêu cầu cài đặt thêm các thiết bị đầu cuối đểđiều khiển, làm tăng chi phí Qua đó chúng ta có thể thấy điều khiển bằng hồngngoại có thể khắc phục được những hạn chế của những giải pháp trên

Chương 2: Nghiên cứu các giải pháp đánh giá lựa chọn giải pháp để điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng

2.1 Nghiên cứu các giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng trong phòng

Trong những năm gần đây, việc sử dụng các giải pháp điều khiển thiết bị đènchiếu sáng đã trở nên phổ biến hơn bao giờ hết Các công nghệ điều khiển đèn mớigiúp người dùng có thể dễ dàng và thuận tiện điều chỉnh độ sáng của đèn, đảm bảotiết kiệm năng lượng và mang lại môi trường sống và làm việc tốt hơn

Một trong những giải pháp điều khiển đèn phổ biến nhất hiện nay là điềukhiển đèn bằng Wi-Fi Với giải pháp này, người dùng có thể sử dụng một ứng dụngtrên điện thoại thông minh để điều khiển đèn, bao gồm cả việc bật/tắt đèn, điềuchỉnh độ sáng và màu sắc Giải pháp này rất tiện lợi và đơn giản, tuy nhiên, đòi hỏikết nối internet và đầu tư một số tiền vào các thiết bị đầu cuối để điều khiển.Cách khác để điều khiển đèn là sử dụng Bluetooth Người dùng có thể sử dụngthiết bị như điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng để điều khiển đèn bằngBluetooth Giải pháp này có thể được sử dụng trong các phòng nhỏ hoặc văn phòng,tuy nhiên, khoảng cách điều khiển hạn chế và yêu cầu thiết bị điều khiển gần đènhơn

Cách thứ ba để điều khiển đèn là sử dụng cảm biến chuyển động Các cảmbiến chuyển động được lắp đặt trong các phòng để phát hiện chuyển động và tự

4

động bật đèn Giải pháp này tiết kiệm năng lượng và thuận tiện cho việc điều khiểnđèn trong các phòng không được sử dụng thường xuyên Tuy nhiên, các cảm biếnchuyển động có thể bị ảnh hưởng bởi các tia sáng khác hoặc động vật và không phảilúc nào cũng hoạt động đúng như ý muốn.

Các giải pháp điều khiển đèn khác bao gồm điều khiển đèn bằng giọng nói vàđiều khiển đèn bằng hồng ngoại Cả hai giải pháp này cũng có những ưu điểm riêngnhưng cũng có những hạn chế nhất định Điều khiển đèn bằng giọng nói có thể giúpcho việc điều khiển đèn trở nên nhanh chóng và thuận tiện hơn, tuy nhiên, yêu cầungười dùng phải có âm thanh rõ ràng và có sự phối hợp giữa các ứng dụng điềukhiển và các thiết bị đầu cuối Trong khi đó, điều khiển đèn bằng hồng ngoại yêucầu một thiết bị điều khiển riêng biệt và phải được đưa vào gần đèn để điều khiển.Tuy nhiên, giải pháp này có thể được sử dụng trong các phòng nhỏ hoặc khi khôngcần điều khiển đèn từ xa

Điều khiển đèn bằng hồng ngoại là một trong các giải pháp điều khiển đènchiếu sáng hiện nay Việc điều khiển đèn bằng hồng ngoại yêu cầu một thiết bị điềukhiển riêng biệt và phải được đưa vào gần đèn để điều khiển Tuy nhiên, giải phápnày có thể được sử dụng trong các phòng nhỏ hoặc khi không cần điều khiển đèn từ

xa Mặc dù có những hạn chế nhất định, điều khiển đèn bằng hồng ngoại vẫn là mộtgiải pháp phổ biến và hữu ích trong việc điều khiển đèn chiếu sáng

2.2 Đánh giá giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng trong phòng

Mặc dù có nhiều ưu điểm, giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng trongphòng cũng có một số hạn chế Một trong số đó là giá thành, đặc biệt đối với cácgiải pháp điều khiển thông minh, có thể là một rào cản với một số người dùng.Ngoài ra, cần phải đảm bảo rằng các giải pháp này hoạt động tốt và đáng tin cậy đểtránh gây phiền toái hoặc khó khăn cho người dùng

2.3 Lựa chọn giải pháp điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng trong phòng

Tựu chung lại thì điều khiển hồng ngoại tuy đơn giản nhưng là giải pháp tối

ưu cho việc sử dụng và giá cả với mục đích trong phòng của một hệ thống nhà Bạnchỉ cần sử dụng một bộ điều khiển hồng ngoại đơn giản, không cần kết nối mạnghay cài đặt phần mềm phức tạp Khoảng cách giữa bộ điều khiển và đèn có thể được

5

điều chỉnh bằng cách di chuyển bộ điều khiển gần hơn hoặc xa hơn đèn Điều khiểnđèn bằng hồng ngoại cũng có khả năng điều khiển nhiều đèn khác nhau trong cùngmột phòng hoặc khu vực, giúp tiết kiệm thời gian và năng lượng.

Chương 3: Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng

3.1 Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng

3.1.1 Thiết kế thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng

a) Tính năng, yêu cầu kỹ thuật của thiết bị điều khiển đèn

 Điều khiển đúng chức năng

b) Sơ đồ khối thiết bị điều khiển đèn

c) Lưu đồ thuật toán thiết bị điều khiển đèn

6

Khối xử lí trung tâ

d) Lựa chọn vật tư linh kiện

Với các linh kiện cần thiết:

 Mạch arduino nano

 Đèn

 Quạt

7

 Điện trở 1k

Mạch Arduino Nano là một phiên bản nhỏ gọn của mạch Arduino, với kíchthước chỉ khoảng 4,5 cm x 1,8 cm Mạch này được thiết kế để cung cấp một giảipháp linh hoạt và tiện lợi cho các dự án cần yêu cầu kích thước nhỏ gọn, hoặc khibạn muốn tích hợp nó vào các thiết bị có kích thước nhỏ hơn

Mạch Arduino Nano được xây dựng trên cùng một bộ vi xử lý ATmega328như mạch Arduino Uno, với các tính năng tương tự như chế độ chương trình nạpbootloader, khả năng kết nối USB và các chân GPIO để điều khiển các thiết bịngoại vi như đèn LED, cảm biến và motor

Mạch Arduino Nano cũng có thể được lập trình bằng môi trường phát triểntích hợp (IDE) của Arduino, và có sẵn các thư viện và ví dụ mã nguồn để giúpngười dùng bắt đầu xây dựng các dự án của mình một cách dễ dàng Nó là một lựachọn phổ biến cho các dự án DIY (làm đồ tự chế) và các ứng dụng IoT (Internet ofThings) do kích thước nhỏ, tính linh hoạt và tính ổn định của nó.3.1.2 Chế tạo thửnghiệm thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng

8