Báo cáo đồ án cơ sở 3 tên đề tài thiết kế bóng đèn thông minh

Với ổ cắm thông minh kết nối WiFi, người dùng có thể bật hoặc tắt thiết bị điện tử,điều chỉnh độ sáng, nhiệt độ và các tính năng khác một cách dễ dàng thông quaứng dụng điện thoại thông

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN

KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN CƠ SỞ 3

TÊN ĐỀ TÀITHIẾT KẾ BÓNG ĐÈN THÔNG MINH

Sinh viên thực hiện : Tăng Văn Bình – 21CE006

Giảng viên hướng dẫn : TS Phan Thị Lan Anh

Đà Nẵng, tháng 05 năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN &

TRUYỀN THÔNG VIỆT HÀN

Khoa Kỹ Thuật Máy Tính Và Điện Tử

ĐỒ ÁN CƠ SỞ 3

THIẾT KẾ BÓNG ĐÈN THÔNG MINH

Sinh viên thực hiện : Tăng Văn Bình – 21CE006

Giảng viên hướng dẫn : TS Phan Thị Lan Anh

Đà Nẵng, tháng 05 năm 2023

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2022

Giáo viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Công Nghệ Thông Tin VàTruyền Thông Việt – Hàn đã luôn lắng nghẹ và luôn luôn tạo điều kiện học tập tốtnhất cho em và cũng như toàn thể sinh viên trong trường

Tiếp đến em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới giáo viên hướng dẫn TS.

Phan Thị Lan Anh đã tận tình giúp đỡ, tìm ra nhiều lỗi sai của em trong quá trình tìm

hiểu và nghiên cứu Cô còn hướng dẫn em rất nhiều để hoàn thành xong đồ án cơ sở

Vì thời gian có hạn, trình độ hiểu biết của bản thân còn nhiều hạn chế Cho nêntrong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được sự đóng góp ý kiếncủa các thầy cô giáo để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Đà Nẵng, tháng 05 năm 2023 Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 13

1.1 Giới thiệu đề tài 13

1.2 Mục tiêu của đề tài 13

1.3 Phương pháp nghiên cứu 14

1.4 Phạm vi nghiên cứu 14

1.5 Nội dung và kế hoạch thực hiện 15

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1

1.1 Cơ sở lý thuyết 1

1.1.1 Tổng quan về môi trường Arduino IDE 1

1.2 Yêu cầu đề ra 2

1.2.2 Thiết bị và phần cứng 2

1.2.3 Yêu cầu ứng dụng 2

1.3 Đối tượng và phạm vi ứng dụng 2

1.3.1 Đối tượng 2

1.3.2 Phạm vi 3

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH & CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG 4

2.1 Thiết bị được xậy dựng theo mô hình đươc thể hiện dưới đây: 4

2.2 Nguyên lí hoạt động 4

2.3 Công nghệ sử dụng 5

2.2.1 Ngôn ngữ C++ 5

2.2.2 Môi trường lập trình Arduino IDE 5

- là một nền tảng điện tử mã nguồn mở, có sử dụng kết hợp phần cứng và phần mềm Các bo mạch Arduino hoàn toàn có thể đọc các đầu vào, điều khiển các module cảm biến, kích hoạt động cơ, bật đèn LED, sản xuất một dự án, giải quyết một vấn đề gì đó trong thực tế hoặc trên Internet 5

2.4 Các linh kiện chính được 6

2.4.1 Linh kiện Arduino UNO R3 6

2.4.2 Cảm biến quang 6

2.4.3 Bóng led và dây nối 7

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM 7

3 Chế độ wifi của ESP8266 7

3.1 Các chế độ wifi của ESP8266 bao gồm: 7

3.2 Chế độ Wifi Station 8

3.3 Chế độ wifi Access Point 9

3.4 Web Server 9

3.4.1 Web server là gì ? 9

3.5 Giới thiệu về Blynk 10

3.5.1 Giao diện Blynk trên Smartphone 11

3.6 Code được sử dụng cho ESP8266 11

CHƯƠNG IV: Chế Tạo Và Thử Nghiệm Thiết Bị 15

4.Chế tạo thiết bị 15

4.1 Chuẩn bị linh kiện 15

4.2 Nối dây theo sơ đồ 15

4.3 Gắn linh kiện vào hộp đựng 16

4.4 Thiết lập Blynk 17

4.5 Nạp chương trình vào ESP8266 17

4.6 Hoàn thiện sản phẩm 18

MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu đề tài

- IoT (Internet of Things) nghĩa là Internet vạn vật Một hệ thống cácthiết bị tính toán, máy móc cơ khí và kỹ thuật số hoặc con người có liên quanvới nhau và khả năng truyền dữ liệu qua mạng mà không yêu cầu sự tương tácgiữa con người với máy tính

- Các doanh nghiệp đang có xu hướng ứng dụng sản phẩm công nghệIot vào sản xuất ngày càng nhiều bởi thị trường sang tạo tiềm năng và chi phísản xuất ngày càng thấp Chứng kiến sự phát triển như vũ bão của các ssanrphẩm ứng dụng Iot và thị trường công nghệ Start up tiềm năng đang ngày càngsôi động hơn bao giờ hết

- Với tinh thần là sinh viên của ngành kĩ thật máy tính và điện tử Bằng

sự yêu thích, sáng tạo,khám phá khoa học kĩ thuật.Chúng tôi quyết định “Thiết

kế ra 1 ổ điện thông minh có kết nối WIFI sử dụng Blynk”với mục đích nângcao sự trải nghiệm của người dùng và đảm bảo an toàn cao về điện và sự tiệnlợi mà ứng dụng này mang lại

1.2 Mục tiêu của đề tài

- Mục tiêu của ổ cắm thông minh kết nối WiFi là cung cấp cho ngườidùng khả năng điều khiển các thiết bị điện tử từ xa thông qua mạng WiFi Với

ổ cắm thông minh kết nối WiFi, người dùng có thể bật hoặc tắt thiết bị điện tử,điều chỉnh độ sáng, nhiệt độ và các tính năng khác một cách dễ dàng thông quaứng dụng điện thoại thông minh

- Ổ cắm thông minh kết nối WiFi là mang lại sự thuận tiện và tiết kiệmthời gian cho người dùng, đồng thời giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phíđiện năng bằng cách tắt các thiết bị không cần thiết khi không sử dụng Ngoài

ra, ổ cắm thông minh kết nối WiFi còn mang lại khả năng giám sát và điềukhiển các thiết bị điện tử từ xa, giúp người dùng kiểm soát tình trạng của cácthiết bị và đảm bảo an toàn trong sử dụng

- Mục tiêu chính của đồ án là xây dựng một ổ cắm thông minh kết nốiWiFi có khả năng điều khiển từ xa các thiết bị điện thông qua ứng dụng diđộng Cụ thể, các mục tiêu cụ thể bao gồm:

1 Thiết kế mạch điện tử: Xây dựng mạch điện tử để kết nối ổ cắm với

module Wi-Fi và vi điều khiển

2 Lập trình vi điều khiển: Sử dụng một vi điều khiển nhúng để điều khiển

hoạt động của ổ cắm thông minh

3 Kết nối với mạng Wi-Fi: Thiết lập kết nối đến một mạng Wi-Fi sẵn có

để ổ cắm thông minh có thể truyền và nhận dữ liệu từ ứng dụng di động

4 Phát triển ứng dụng di động: Sử dụng nền tảng Blynk để phát triển ứng

dụng di động cho phép người dùng điều khiển ổ cắm thông minh từ xa

1.3 Phương pháp nghiên cứu.

 Phương pháp thực nghiệm:

- xây dựng một tài ổ cắm điện thông minh có khả năng kết nốivới hệ thống nhà thông minh, hay đánh giá hiệu quả sử dụngcủa tài ổ cắm điện thông minh so với tài ổ cắm điện thôngthường

1.4 Phạm vi nghiên cứu.

 Thiết kế và phát triển: Nghiên cứu về thiết kế và phát triển tài ổ cắm điệnthông minh, bao gồm việc lựa chọn các linh kiện, thiết kế mạch điện, lậptrình vi điều khiển và phát triển ứng dụng điều khiển

 Kết nối với hệ thống nhà thông minh: Nghiên cứu về khả năng kết nốicủa tài ổ cắm điện thông minh với các hệ thống nhà thông minh khác, ví

dụ như hệ thống điều khiển ánh sáng, hệ thống điều khiển nhiệt độ,

 Tiết kiệm năng lượng: Nghiên cứu về khả năng tiết kiệm năng lượng củatài ổ cắm điện thông minh, bao gồm các tính năng tự động tắt nguồn khikhông sử dụng, tự động điều chỉnh điện áp,

 An toàn và bảo mật: Nghiên cứu về các tính năng an toàn và bảo mật củatài ổ cắm điện thông minh, bao gồm khả năng phát hiện ngắn mạch,nhiễu điện, bảo vệ chống sét,

 Trải nghiệm người dùng: Nghiên cứu về trải nghiệm người dùng và đánhgiá hiệu quả sử dụng của tài ổ cắm điện thông minh, bao gồm độ tin cậy,khả năng tương tác, tính thẩm mỹ,

1.5 Nội dung và kế hoạch thực hiện.

a) Nội dung thực hiện.

2 Thiết kế mạch điện: Thiết kế mạch điện là bước quan trọng trong việcxây dựng hệ thống ổ cắm điện thông minh Thiết kế mạch điện cần đảmbảo tính an toàn, độ bền, độ tin cậy và hiệu suất hoạt động của hệ thống.Ngoài ra, cần lưu ý đến việc sử dụng nguồn điện có điện áp và dòng điệnphù hợp với linh kiện sử dụng trong hệ thống

3 Lập trình vi điều khiển: Vi điều khiển là trung tâm điều khiển của hệthống ổ cắm điện thông minh Việc lập trình vi điều khiển cần đảm bảotính linh hoạt, dễ dàng cài đặt và cấu hình, đồng thời cần hỗ trợ các giaothức liên lạc như Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee để kết nối với các thiết bịkhác trong hệ thống nhà thông minh

4 Tính năng và tính ứng dụng: Hệ thống ổ cắm điện thông minh cần có cáctính năng và tính ứng dụng như tự động tắt nguồn khi không sử dụng,điều khiển từ xa qua smartphone, tích hợp với các thiết bị khác trong hệthống nhà thông minh, Những tính năng này cần được xây dựng saocho đáp ứng được nhu cầu và mong muốn của người dùng.

5 Kiểm tra và đánh giá: Sau khi hoàn thành thiết kế hệ thống ổ cắm điệnthông minh, cần tiến hành kiểm tra và đánh giá hiệu suất hoạt động của

hệ thống Kiểm tra và đánh giá này cần đảm bảo tính chính xác và đángtin cậy, để đưa ra các giải pháp và cải tiến nếu cần thiết

1 Từ tuần 1 đến

tuần 3

-Lên ý tưởng-Tìm hiểu các chức năng linh kiện mạch-Hiểu rõ nguyên lí hoạt động của mạch

tuần 6

-Kết nối liên kết các mạch-Tạo xây dựng mạch

tuần 9

-Hoàn thiện các phần còn lại của mạch

- Một số tính năng chính của Arduino IDE bao gồm:

1 Editor mã nguồn: Arduino IDE cung cấp một trình biên tập mã nguồnđơn giản cho phép người dùng viết và chỉnh sửa mã nguồn cho các boardArduino

2 Nạp chương trình: Arduino IDE cho phép người dùng nạp chương trìnhvào board Arduino thông qua cổng USB hoặc cổng nạp chương trình

3 Thư viện: Arduino IDE đi kèm với một số thư viện mã nguồn mở chophép người dùng sử dụng các chức năng phổ biến như kết nối đến mạngWi-Fi, giao tiếp với các cảm biến và tín hiệu đầu vào khác

4 Điều khiển board: Arduino IDE cung cấp các công cụ cho phép ngườidùng điều khiển board Arduino, bao gồm thay đổi tốc độ truyền thông,cài đặt các thiết lập cổng nạp chương trình và tùy chỉnh các thiết lậpkhác của board

5 Thử nghiệm và gỡ lỗi chương trình: Arduino IDE cho phép người dùngthử nghiệm và gỡ lỗi chương trình trên board Arduino thông qua giaodiện người dùng đồ họa

- Arduino IDE là một công cụ được sử dụng phổ biến cho các dự án phát triển

và giáo dục liên quan đến board phát triển Arduino Nó có tính linh hoạt và dễ

sử dụng, đặc biệt là cho các người mới bắt đầu với lập trình phần cứng vàboard Arduino

- Một số đặc điểm chính của ngôn ngữ C++ bao gồm:

1 Hướng đối tượng: C++ hỗ trợ lập trình hướng đối tượng, cho phép ngườilập trình tạo ra các đối tượng có tính đóng gói, kế thừa và đa hình

2 Tính linh hoạt: C++ là một ngôn ngữ linh hoạt và cho phép người lập trìnhtùy biến và mở rộng các tính năng của ngôn ngữ

3 Hiệu suất cao: C++ là một ngôn ngữ lập trình có hiệu suất cao, phù hợp chocác ứng dụng yêu cầu xử lý nhanh và tối ưu

4 Tính đa nền tảng: C++ được hỗ trợ trên nhiều hệ điều hành và nền tảngkhác nhau, bao gồm Windows, Linux, macOS và các hệ thống nhúng

5 Có thư viện tiêu chuẩn (standard library) phong phú, cung cấp các chứcnăng như xử lý chuỗi, đọc/ghi tệp, tính toán số học, đồ họa và giao tiếpmạng

- C++ được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng hệ thống, game, phần mềm ứngdụng và các ứng dụng nhúng Đặc biệt, C++ là một trong những ngôn ngữ lậptrình phổ biến nhất trong lĩnh vực phát triển game và đồ họa máy tính

1.2 Yêu cầu đề ra

1.2.2 Thiết bị và phần cứng

- Máy tính có thể dùng được phần mềm Arduino IDE

- Kết nối được với bynk

1.2.3 Yêu cầu ứng dụng

- Bố cục: Phần cứng có tối thiểu các chức năng đề ra

- Tiết kiệm điện năng: Ổ cắm điện thông minh có thể được sử dụng để tiết kiệmđiện năng bằng cách điều khiển các thiết bị điện một cách tự động Ví dụ, khiđiện thoại được kết nối với ổ cắm điện thông minh, người dùng có thể thiết lậpthời gian hoạt động cho các thiết bị điện như đèn, để chúng tự động tắt khikhông cần thiết.

- An ninh: Ổ cắm điện thông minh có thể được sử dụng để tăng cường an ninhtrong nhà Ví dụ, người dùng có thể thiết lập thời gian hoạt động cho đèn trongnhà để chúng tự động bật và tắt khi không có ai ở trong nhà, để tạo ra ấn tượngnhư có người ở trong nhà

- Quản lý công việc: Ổ cắm điện thông minh có thể được sử dụng để quản lý côngviệc hàng ngày Ví dụ, người dùng có thể thiết lập thời gian cho việc bật đèn đểthức dậy vào buổi sáng, hoặc cho việc tắt đèn vào buổi tối trước khi đi ngủ.b) Lợi ích mang lại

- Tiện lợi: Ổ cắm điện thông minh cho phép người dùng điều khiển các thiết bịđiện trong nhà thông qua điện thoại hoặc Internet Điều này giúp người dùng cóthể điều khiển các thiết bị điện một cách dễ dàng và tiện lợi hơn, không cần phải

di chuyển đến chỗ bật/tắt nút điều khiển truyền thống

- Điều khiển từ xa: Ổ cắm điện thông minh cho phép người dùng điều khiển cácthiết bị điện từ xa, bất kể nơi đang ở Điều này giúp người dùng có thể kiểm soátcác thiết bị điện trong nhà từ xa một cách thuận tiện

- Tích hợp với hệ thống nhà thông minh: Ổ cắm điện thông minh có thể tích hợpvới các hệ thống nhà thông minh khác như hệ thống điều khiển ánh sáng, hệthống âm thanh, hệ thống an ninh, để giúp người dùng quản lý các thiết bị điệntrong nhà một cách tổng thể và thông minh hơn

xa thông qua ứng dụng điện thoại thông minh.

- Cụ thể, ổ cắm thông minh kết nối WiFi sử dụng một module truyền thông WiFi

để kết nối với mạng WiFi và gửi tín hiệu điều khiển đến các thiết bị điện tử được kếtnối với nó Khi người dùng sử dụng ứng dụng điện thoại thông minh để điều khiểnthiết bị, tín hiệu được gửi đến máy chủ của nhà sản xuất hoặc dịch vụ của Blynk, sau

đó được chuyển tiếp đến ổ cắm thông minh kết nối WiFi để điều khiển thiết bị điệntử

- Tùy thuộc vào thiết kế của mỗi nhà sản xuất, ổ cắm thông minh kết nối WiFi cóthể được kết nối trực tiếp vào nguồn điện hoặc thông qua một ổ cắm điện truyềnthống Khi người dùng sử dụng ứng dụng điện thoại thông minh để điều khiển các

5thiết bị điện tử, ổ cắm thông minh kết nối WiFi sẽ thực hiện các hoạt động bật/tắt,điều chỉnh hoặc giám sát thiết bị điện tử theo yêu cầu của người dùng.

- Tóm lại, nguyên lý hoạt động của ổ cắm thông minh kết nối WiFi là kết nối mộtmạch điện với một mạng không dây và sử dụng ứng dụng điện thoại thông minh đểđiều khiển các thiết bị điện tử từ xa

2.3 Công nghệ sử dụng

2.2.1 Ngôn ngữ C++

- Ngôn ngữ lập trình C++ là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng(OOP –Object-oriented programming) được phát triển bởi Bjarne Stroustrup C++ là ngônngữ lập trình được phát triển trên nên tảng của ngôn ngữ lập trình C Do đó, C++ cósong song cả 2 phong cách(style) lập trình hướng cấu trúc giống C và có thêm phongcách hướng đối tượng Trong nhiều trường hợp, C++ sử dụng kết hợp cả 2 style trên

Do đó, nó được xem là một ngôn ngữ “lai tạo”

- Ngôn ngữ C++ là một ngôn ngữ lập trình cấp trung Bởi vì nó có các tính chấtcủa cả ngôn ngữ lập trình bậc thấp(Pascal, C…) và ngôn ngữ lập trình bậc cao(C#,Java, Python…)

- Ngôn ngữ lập trình C++(C plus plus) có đuôi mở rộng là cpp

Hình 2.2: Logo C++

2.2.2 Môi trường lập trình Arduino IDE

- là một nền tảng điện tử mã nguồn mở, có sử dụng kết hợp phần cứng và phầnmềm Các bo mạch Arduino hoàn toàn có thể đọc các đầu vào, điều khiển cácmodule cảm biến, kích hoạt động cơ, bật đèn LED, sản xuất một dự án, giải quyếtmột vấn đề gì đó trong thực tế hoặc trên Internet

Hình 2.3: Logo Arduino

2.4 Các linh kiện chính được

2.4.1 Linh kiện Arduino UNO R3

- Là board mạch được phát triển dựa trên Module Esp8266-12S, là thiết bị nhỏgọn được tích hợp Wifi để dễ dàng kết thực hiện các ứng dụng thu thập dữ liệu vàđiều khiển thiết bị thông qua Wifi

- WeMos D1 Mini được hỗ trợ để nạp trực tiếp thông qua USB mà không cần thựchiện các thao tác thủ công (sử dụng nút nhấn reset và flash) như NodeMCU nhằmđơn giản hóa quá trình làm việc với board mạch

Hình 2.4: Arduino UNO R3 2.4.2 Cảm biến quang.

- Giúp điều khiển đóng ngắt các tải công suất sử dụng điện áp AC, DC với dòng tảitối đa 10A Module hỗ trợ đóng ngắt độc lập từng kênh, với nguồn cấp Relay có thể

tùy chọn dùng chung nguồn cấp với mạch điều khiển hoặc dùng nguồn riêng quaJumper

Hình 2.5: cảm biến quang

2.4.3 Bóng led và dây nối.

-Là một thiết bị điện tử dùng để chuyển đổi dòng điện có điện áp cao (220V) xuốngdòng điện có điện áp thấp (24V,19V,12V,5V) hơn Thiết bị này gọi là adapter

Hình 2.6: bóng led