Đồng hồ kiêm trung tâm điều khiển thiết bị nhà thông minh

- Ngôn ngữ điều khiển không hỗ trợ: Một số thiết bị kiêm trung tâm điều khiển nhà thông minh của nước ngoài đều chỉ hỗ trợ tiếng Anh điều này là rào cản để người Việt không mua sản phẩm

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỒNG HỒ KIÊM TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN

THIẾT BỊ NHÀ THÔNG MINH

Chuyên ngành: VIỄN THÔNG

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngọc Anh Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đức Anh MSSV : 1311010029

Lớ : 13DDT02

TP Hồ Chí Minh, 2017

Em xin cam đoan: Những nội dung trong đồ án này là do Em thực hiện dưới sự

hướng dẫn của cô NGUYỄN THỊ NGỌC ANH và nghiên cứu trên Internet, sách báo,

các tài liệu trong và ngoài nước có liên quan, không sao chép hay sử dụng bài làm của

bất kỳ ai khác Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả,

tên công trình, thời gian, địa điểm công bố Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời

cam đoan của mình trước các thầy cô và nhà trường

TP.HCM, Tháng 12 Năm 2017

SINH VIÊN THỰC HIỆN Nguyễn Đức Anh

Lời đầu tiên Em xin chân thành cảm ơn tất cả quí thầy giáo đã hướng dẫn và chỉ bảo hết sức tận tình trong thời gian em làm Đồ án tốt nghiệp vừa qua, đặc biệt là Viện

kĩ thuật - HUTECH đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em hòan thành đồ án này

Em cũng vô cùng biết ơn Cô NGUYỄN THỊ NGỌC ANH là người trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo hết sức tận tình cho em hòan thành đồ án tốt nghiệp “Đồng hồ kiêm trung tâm điều khiển thiết bị nhà thông minh”

Vì lần đầu làm đồ án tốt nghiệp với kiến thức và thời gian hạn chế nên sẽ không tránh khỏi nhiều sai sót, với ước mong học hỏi, em rất mong nhận được sự góp ý của Quý Thầy, Cô giáo chỉ bảo, hướng dẫn thêm để em rút kinh nghiệm cho đồ án của em được hoàn chỉnh hơn

Kính chúc Quý Thầy Cô được dồi dào và thành công trong công tác

Em xin chân thành cảm ơn

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(GVHD nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Viện)

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm……):

(1) MSSV: ……… Lớp:

(2) MSSV: ……… Lớp:

(3) MSSV: ……… Lớp:

Ngành :

Chuyên ngành :

2 Tên đề tài:

3 Tổng quát về ĐA/KLTN: Số trang: Số chương:

Số bảng số liệu: Số hình vẽ:

Số tài liệu tham khảo: Phần mềm tính toán:

Số bản vẽ kèm theo: Hình thức bản vẽ:

Hiện vật (sản phẩm) kèm theo:

4 Nhận xét: a) Về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên:

b) Những kết quả đạt được của ĐA/KLTN:

c) Những hạn chế của ĐA/KLTN:

5 Đề nghị: Được bảo vệ (hoặc nộp ĐA/KLTN để chấm)  Không được bảo vệ  TP HCM, ngày … tháng … năm ………

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Ghi chú: Đính kèm Phiếu chấm điểm ĐA/KLTN.

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(GVPB nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Viện)

6 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm……):

(1) MSSV: ……… Lớp:

(2) MSSV: ……… Lớp:

(3) MSSV: ……… Lớp:

7 Tên đề tài:

8 Nhận xét: a) Những kết quả đạt được của ĐA/KLTN:

b) Những hạn chế của ĐA/KLTN:

9 Đề nghị: Được bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không được bảo vệ  10 Các câu hỏi sinh viên cần trả lời trước Hội đồng: (1)

(2)

(3)

TP HCM, ngày … tháng … năm ………

Giảng viên phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

Ghi chú: Đính kèm Phiếu chấm điểm ĐA/KLTN

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH vi

LỜI MỞ ĐẦU 1

A Lí do chọn đề tài 1

B Tổng quan đề tài 2

C Phương pháp nghiên cứu 4

D Kết cấu đồ án 4

1.1 Tổng quan về internet of thing 5

1.2 Ảnh hưởng và ý nghĩa của Internet Of Things 5

1.3 Cách hoạt động Internet Of Things 6

1.4 Ứng dụng của Internet Of Things trong điều khiển thiết bị 6

2.1 Module âm thanh Wtv020sd-16p 8

2.1.1 Giới thiệu Wtv020sd-16p: 8

2.1.2 Thông số kĩ thuật Wtv020sd-16p: 9

2.1.3 Tính năng các chân: 9

2.2 Module RF NFR24L01 10

2.2.1 Giới thiệu NRF24L01: 10

2.2.2 Thông số kĩ thuật NRF24L01: 11

2.2.3 Chế độ phát: 11

2.2.4 Chế độ thu: 12

2.3 Module bluetooth HC-05 12

2.3.1 Giới thiệu HC-05: 12

2.3.2 Thông số kĩ thuật HC-05: 13

2.3.3 Chức năng các chân: 14

2.4 Module wifi ESP8266 14

2.4.1 Giới thiệu ESP8266: 14

2.4.2 Thông số kĩ thuật ESP8266: 15

2.5 Opamp khuếch đại âm thanh LM386 16

2.5.1 Giới thiệu LM86: 16

2.5.2 Thông số kĩ thuật LM386: 16

2.6 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 17

2.6.1 Giới thiệu DS18B20: 17

2.6.2 Thông số kĩ thuật DS18B20: 17

2.7 Cảm biến độ ẩm HS1101 18

2.7.1 Giới thiệu HS1101: 18

2.7.2 Thông số kĩ thuật HS1101: 19

2.8 Quang trở 19

2.8.1 Giới thiệu quang trở: 19

2.8.2 Thông số kĩ thuật HS1101: 19

2.9 PIC18F66K80 20

2.9.1 Giới thiệu PIC18F66K80: 20

2.9.2 Thông số kĩ thuật PIC18F66K80: 21

2.10 Arduino nano 22

2.10.1 Giới thiệu Arduino Nano: 22

2.10.2 Thông số kĩ thuật Arduino Nano: 22

3.1 Mục tiêu đề tài 24

3.2 Sơ đồ khối 25

3.3 Sơ đồ Nguyên lý 27

3.2.1 Khối MCU - HIỂN THỊ - NÚT NHẤN 27

3.2.1.1 LED 7 đoạn: 30

3.2.1.2 LCD 16x2: 32

3.2.1.3 Nút nhấn: 33

3.2.2 Khối MCU - WIRELESS 34

3.2.3 Khối MCU- CẢM BIẾN – RTC 37

3.2.3.1 Cảm biến ánh sáng: 38

3.2.3.2 Cảm biến nhiệt độ: 39

3.2.3.3 Cảm biến độ ẩm: 39

3.2.3.4 Mạch RTC: 41

3.2.4 Khối MCU – AUDIO 42

3.2.4.1 Modle WTV020: 44

3.2.4.2 Khuếch đại âm thanh LM386: 44

3.2.5 Khối MCU - POWER 46

3.2.5.1 ASM117: 48

3.2.5.2 LM7805: 48

3.2.5.3 Arduino nano: 48

3.2.5.4 Pic18F66K80 I/PT: 48

3.2.6 Sơ đồ nguyên lý tổng quát 49

4.1 Lưu đồ giải thuật 52

4.1.1 Lưu đồ giải thuật chương trình chính 52

4.1.2 Lưu đồ giải thuật timer0 53

4.1.3 Lưu đồ giải thuật timer1 55

4.1.4 Lưu đồ giải thuật timer3 56

4.1.5 Lưu đồ giải thuật chương trình con đọc độ ẩm 57

4.1.6 Lưu đồ giải thuật chương trình con đọc ánh sáng 58

4.1.7 Lưu đồ giải thuật chương trình con đọc nhiệt độ 59

4.1.8 Lưu đồ giải thuật chương trình con cài đặt 60

4.1.9 Lưu đồ giải thuật chương trình con cập nhật màn hình 61

4.1.10 Lưu đồ giải thuật chương trình con thông báo 62

4.1.11 Lưu đồ giải thuật chương trình con RX_UART 63

4.1.12 Lưu đồ giải thuật chương trình con TX_RF 64

4.1.13 Lưu đồ giải thuật chương trình cho Arduino 65

4.1.14 Lưu đồ giải thuật chương trình cho ESP8266 66

4.1.15 Lưu đồ giải thuật chương trình cho App trên Android 67

4.2 Mô phỏng 68

Kết quả mô phỏng trên phần mềm Proteus 68

4.3 Thi công mạch 69

4.3.1 PCB layour 69

4.3.1.1 Lớp top: 70

4.3.1.2 Lớp Bottom: 71

4.3.1.3 Mạch thực tế 72

4.3.1.4 Hình ảnh thực tế 73

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 76

A Kết luận 76

B Hướng phát triển 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

PHỤ LỤC PHẦN MỀM 79

A Code cho PIC18F66K80 79

a) Code thư viện 1wire 223

b) Code thư viện DS1307_USER 225

c) Code thư viện ds1820 230

d) Code thư viện hs1101 232

e) Code thư viện lcd1 237

f) Code thư viện nRF24L01P 252

B Code Arduino 303

C Code Esp8266 306

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Thông số kỹ thuật Wtv020sd-16p 9

Bảng 2 2 Tính năng các chân Wtv020sd-16p 10

Bảng 2 3 Thông số kỹ thuật NRF24L01 11

Bảng 2 4 Thông số kỹ thuật NRF24L01 chế độ phát 11

Bảng 2 5 Thông số kỹ thuật NRF24L01 chế độ thu 12

Bảng 2 6 Thông số kỹ thuật HC – 05 13

Bảng 2 7 Chức năng các chân HC – 05 14

Bảng 2 8 Thông số kỹ thuật ESP8266 16

Bảng 2 9 Thông số kỹ thuật LM386 17

Bảng 2 10 Thông số kỹ thuật DS18B20 18

Bảng 2 11 Thông số kỹ thuật HS1101 19

Bảng 2 12 Thông số kĩ thuật quang trở 19

Bảng 2 13 Thông số kĩ thuật PIC18F66K80 21

Bảng 2 14 Thông số kĩ thuật Arduino nano 23

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

Hình 2 1 Module âm thanh Wtv020sd-16p 8

Hình 2 2 Module RF NFR24L01 10

Hình 2 3 Module bluetooth HC-05 12

Hình 2 4 Module wifi ESP8266 14

Hình 2 5 Opamp khuếch đại âm thanh LM386 16

Hình 2 6 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 17

Hình 2 7 Cảm biến độ ẩm HS1101 18

Hình 2 8 PIC18F66K80 20

Hình 2 9 Arduino Nano 22

Hình 3 1 Sơ đồ khối 25

Hình 3 2 Sơ đồ nguyên lý khối MCU – HIỂN THỊ - NÚT NHẤN 28

Hình 3 3Giao diện hiển thị 29

Hình 3 4Phần mạch công suất led 7 đoạn 30

Hình 3 5 Điện trở hạn dòng LED 7 đoạn 31

Hình 3 6 Phần mạch LED đơn 31

Hình 3 7 Băm xung cho màn hình nền LCD 32

Hình 3 8 Mạch công suất cho băm xung đền nền LCD 33

Hình 3 9 Phần mạch nút nhấn 33

Hình 3 10 Sơ đồ nguyên lý khối MCU – WIRELESS 35

Hình 3 11 Phần mạch cầu phân áp giao tiếp I/O 36

Hình 3 12 Sơ đồ nguyên lý khối MCU - CẢM BIẾN – RTC 37

Hình 3 13 Phần mạch cảm biến ánh sáng 38

Hình 3 14 Phần mạch cảm biến nhiệt độ 39

Hình 3 15 Phần mạch cảm biến đọ ẩm 40

Hình 3 16 Phần mạch RTC 42

Hình 3 17 Sơ đồ nguyên lý khối MCU – AUDIO 43

Hình 3 18 Phần mạch biến trở chỉnh âm lượng 45

Hình 3 19 Sơ đồ nguyên lý khối MCU – POWER 47

Hình 3 20 Sơ đồ nguyên lý tổng quát 50

Hình 4 1 Lưu đồ giải thuật chương trình chính 52

Hình 4 2 Lưu đồ giải thuật timer0 (1) 53

Hình 4 3 Lưu đồ giải thuật timer0 (1) 54

Hình 4 4 Lưu đồ giải thuật timer1 55

Hình 4 5 Lưu đồ giải thuật timer3 56

Hình 4 6 Lưu đồ giải thuật chương trình con đọc độ ẩm 57

Hình 4 7 Lưu đồ giải thuật chương trình con đọc ánh sáng 58

Hình 4 8 Lưu đồ giải thuật chương trình con đọc nhiệt độ 59

Hình 4 9 Lưu đồ giải thuật chương trình con cài đặt 60

Hình 4 10 Lưu đồ giải thuật chương trình con cập nhật màn hình 61

Hình 4 11 Lưu đồ giải thuật chương trình con thông báo 62

Hình 4 12 Lưu đồ giải thuật chương trình con RX_UART 63

Hình 4 13 Lưu đồ giải thuật chương trình con TX_RF 64

Hình 4 14 Lưu đồ giải thuật chương trình cho Arduino 65

Hình 4 15 Lưu đồ giải thuật chương trình cho ESP8266 66

Hình 4 16 Lưu đồ giải thuật chương trình cho App trên Android 67

Hình 4 17 Mô phỏng trên proteus 68

Hình 4 18 Lớp top 70

Hình 4 19 Lớp bottom 71

Hình 4 20 Hình thực tế lớp bottom 72

Hình 4 21 Hình thực tế lớp top 72

Hình 4 22 Hình thực tế khi đã hoàn thiện 1 73

Hình 4 23 Hình thực tế khi đã hoàn thiện 2 74

Hình 4 24 Giao diện App trên Android 75

LỜI MỞ ĐẦU

A Lí do chọn đề tài

Em có được may mắn được đi du lịch ở vài nơi, và em có dịp được ăn tối với một gia đình tại Sugar land, Texas Em thật sự đã ngạc nhiên khi cuộc sống của người Mỹ lại được công nghệ hỗ trợ nhiều đến tận răng như vậy Họ có thể làm rất nhiều việc chỉ bằng cách ra lệnh bằng giọng nói, tất cả chỉ bằng một chiếc loa Amazon echo tích hợp trợ lý ảo Alexa – Cái điều mà ở Việt Nam không có

Em đã tìm hiểu qua về Smart home ở thị trường Việt Nam và em đã hiểu được Smart home là một thứ xa xỉ với những nguyên nhân sau:

- Chi phí đắt đỏ:

Trung bình những dịch vụ do các hãng cung cấp tại Việt Nam rơi vào khoảng 30 triệu cho một căn phòng Nếu cả một căn nhà thì chi phí lên hàng trăm triệu Đa số trong số ít những căn nhà lắp đặt đều là biệt thự

- Ngôn ngữ điều khiển không hỗ trợ:

Một số thiết bị kiêm trung tâm điều khiển nhà thông minh của nước ngoài đều chỉ

hỗ trợ tiếng Anh điều này là rào cản để người Việt không mua sản phẩm

- Tính năng chưa tương xứng với số tiền bỏ ra:

Hiện tại tính năng trên các sản phẩm Smart home đang còn quá ít, các sản phẩm tại Việt Nam chỉ điều khiển thiết bị chứ thậm chí còn không có cả tính năng dự báo thời tiết, đây là yếu tố chủ yếu để người Việt không chọn sản phẩm này

Tất cả những điều đó đã ngăn cản người Việt tiếp cận với nhà thông minh để được tận hưởng những gì cuộc cách mạng công nghệ 4.0 mang lại, điều đó làm em nhen nhóm lên một mô hình với các tính năng tương tự một hệ thống nhà thông minh hiện tại nhưng giá thành rẻ để mọi người có thể tiếp cận

Tuy dù là đang còn ít tính năng nhưng việc nâng cấp trong tương lai là điều hoàn toàn có thể làm được Em đã từng ước mơ một viễn cảnh của tương lai khi hệ thống có thể được điều khiển bởi trí thông minh nhân tạo Một viễn cảnh mà trợ lý ảo của hệ thống hoạt động trên đám mây, luôn lắng nghe để đoán ý và thực hiện hành động dựa

theo thói quen của người dùng Em đặt tên cho nó là Vicky với ý nghĩa: “Chiến thắng”

Vicky được tạo ra với mục tiêu hướng đến một khát khao mạng lưới các thiết bị thông

minh và tiện ích cho tương lai Chính vì vậy em chọn đề tài “Đồng hồ kiêm trung tâm điều khiển thiết bị nhà thông minh”để thực hiện mô hình điều khiển nhà thông minh

B Tổng quan đề tài

Sản phẩm của đề tài là một chiếc đồng hồ để bàn, hướng đến như là một thiết bị thông minh tích hợp trợ lý ảo có khả năng phân tích ngữ cảnh để đưa ra thông báo bằng giọng nói trực quan khác với các tính năng thông báo thông thường trên Smart phone Đồng thời nó cũng là một thiết bị kiêm trung tâm điều khiển các thiết bị không dây Lợi thế của nó là khoảng cách điều khiển xa và việc kết nối đơn giản Ngoài các tính năng cơ bản của một chiếc đồng hồ như: Ngày, giờ, lịch, báo thức, nhiệt độ, độ ẩm, nó còn có các tính năng thông minh tự động và bán tự động sau:

- Tính năng thông báo:

Được trang bị một trợ lý ảo và loa 5W để mỗi khi có sự kiện hoặc bất cứ thông báo nào mà đồng hồ cần cho người dùng biết sẽ được nói lên bằng âm thanh trực quan Đồng hồ có thể thông báo các sự kiện quan trọng mặc định như ngày lễ, ngày sinh

nhật…hoặc sự kiện do người dùng cập nhật cho đồng hồ qua app trên điện thoại để không bị lỡ bất kì cuộc hẹn nào

Tính năng thông báo chỉ hoạt động khi chủ nhân ở nhà, hoặc có thể bật tắt bằng cài đặt Thiết bị được trang bị một cảm biến ánh sáng nên đồng hồ có thể nhận biết chủ nhân ở nhà hay đi vắng bằng hành động vẫy tay trước mặt đồng hồ Mỗi khi chủ nhân vẫy tay tạm biệt đồng hồ sẽ chào và nói lên dữ liệu dự báo thời tiết và nhắc nhở chủ nhân mang theo những vật dụng cần thiết ví dụ như khi trời mưa thì sẽ nhắc nhở mang

áo mưa chẳng hạn

Đồng thời đồng hồ cũng phân tích ánh sáng đèn để nhắc nhở chủ nhân nếu đã muộn mà chưa đi ngủ hoặc chào mỗi buổi sáng khi phát hiện chủ nhân đã dậy nhờ vào cảm biến ánh sáng trang bị ở mặt trước

- Tính năng bật tắt thiết bị không dây:

Người dùng sẽ sử dụng điện thoại, máy tính hoặc bất cứ thiết bị nào có tích hợp trình duyệt web kết nối đến mạng wifi để ra lệnh cho đồng hồ qua giao diện web server tích hợp trong module wifi của đồng hồ

Đồng hồ nhận được lệnh từ thiết bị đi động, máy tính và phát tín hiệu điều khiển thiết bị qua sóng RF Do sử dụng sóng RF nên khả năng truyền được xa hàng km thích hợp với những khu nhà hay trang trại rộng lớn

Việc điều khiển thiết bị qua không dây này hoàn toàn có thể phát triển thêm các mạch tớ nhận lệnh để có thể điều khiển nhiều loại thiết bị hơn ví dụ như: phân tích ánh sáng từ cảm biến ánh sáng để kéo rèm cửa phù hợp, hay phân tích dữ liệu nhiệt độ, độ

ẩm từ các cảm biến trong đồng hồ trong phòng để điều khiển nhiệt độ máy lạnh và quạt hút

C Phương pháp nghiên cứu

- Sử dụng các tài liệu đã xuất bản, các bài báo khoa học và một số tài liệu chia sẻ trên website về các module chuyên dùng, cách kết nối và giao tiếp chúng với vi điều khiển

- Tìm kiếm thông tin các tính năng của các loại, các dòng vi điều khiển cũng như các module để chọn phần cứng phù hợp với yêu cầu

- Tìm hiểu các phương thức truyền nhận dữ liệu để xây dựng nên mô hình mạch tích hợp cho đề tài

- Phân tích, đánh giá, so sánh các tính năng vượt trội của kỹ thuật dùng mạng wifi kết hợp với RF

- Kết hợp với mô phỏng để làm sáng tỏ các vấn đề nêu ra

D Kết cấu đồ án

Kết cấu đề tài thực hiện như sau:

Chương 1 : Tổng quan về internet of thing và ứng dụng trong điều khiển thiết bị nhà thông minh

Chương 2 : Giới thiệu linh kiện

Chương 3 : Tính toán thiết kế

Chương 4 : Mô phỏng và thi công mạch

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF THING VÀ

ÚNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ

1.1 Tổng quan về internet of thing

Internet Of Things viết tắt là IOT chính là mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc mạng lưới kết nối thiết bị Internet Là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh riêng của nó và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính

1.2 Ảnh hưởng và ý nghĩa của Internet Of Things

Khi mà vạn vật đều có chung một mạng kết nối thì việc liên lạc và làm việc trở nên rất dễ dàng Con người có thể hiện thực hóa mục đích của mình trong tương lai Chúng ta hoàn toàn có thể kiểm soát mọi thứ Giả sử 1 chiếc ví mà các bạn đang sử dụng có tích hợp công nghệ IOT Chúng có nhiệm vụ kiểm tra số lượng tiền trong ví, kiểm tra ngày hết hạn của các giấy tờ mà các bạn để trong đó như: bảo hiểm y tế, hạn nộp học phí, và thông báo tình trạng của nó đến cho chúng ta biết thông qua các ứng dụng tin nhắn SMS, facebook, skype, zalo,…

Hay như một hệ thống tưới nước tự động cây cối trong gia đình bạn được tích hợp công nghệ IOT Giúp bạn điều khiển qui trình chăm sóc cây, tưới nước cây, thậm chí là bắt sâu bọ,…khi bạn có chuyến đi công tác xa vài ngày hay vài tháng mà không thể thực hiện được các chức năng đó Điều đó sẽ trở nên rất đơn giải khi giả sử mà hệ thống tưới cây tự động và điện thoại hoặc laptop, PC, của bạn được kết nối và mạng lưới Internet và qua đó có thể trao đổi thông tin cũng như thực thi các câu lệnh mà bạn mong muốn

1.3 Cách hoạt động Internet Of Things

Điều kì diệu ở đây đó chính là cảm biến Các thiết bị cần kết nối phải được tích hợp một chip cảm biến để có thể chuyển đổi, phát hiện các hiện tượng trong môi trường tự nhiên và biến nó thành dữ liệu trong môi trường Internet để xử lý dữ liệu và tiến hành thực thi các điều hướng trong mạng Internet đó theo cách mà người dùng mong muốn

Lấy ví dụ hệ thống tưới nước cây tự động như ở trên thì hệ thống sinh thái của chúng ta phải được gắn 1 bộ cảm biến dùng để nhận biết các yếu tố như: nhiệt độ, lượng nước, độ ẩm, thời tiết,… Sau đó được chuyển thành dữ liệu và các dữ liệu này được sử dụng và được thiết lập các thiết lập các chế độ theo mục đích sử dụng Và qui trình này sẽ kết nối và hoạt động trong môi trường Internet để thông báo và tạo giao diện đến người dùng

1.4 Ứng dụng của Internet Of Things trong điều khiển thiết bị

Trong các ngôi nhà hiện đại ngày nay, số lượng trang thiết bị điện, điện tử đang không ngừng gia tăng Tuy nhiên, do khác nhau về kiến trúc, việc điều khiển các thiết

bị đôi khi bất cập Thêm vào đó, việc điều khiển các thiết bị một cách thủ công với khoảng các địa lý lớn không dễ

Vì vậy, việc áp dụng các công nghệ điều khiển tự động nhằm giải quyết tương tác giữa môi trường và các thiết bị trong nhà một cách linh hoạt, dễ dàng là điều tất yếu, khái niệm nhà thông minh ra đời

Công nghệ Internet of Things (IoT) đang trở lên phổ biến, hàng tỷ thiết bị được kết nối chung với nhau bằng internet Với IoT mỗi đồ vật, thiết bị, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính Bên cạnh đó, IoT có thể triển khai một mạng lưới

các thực thể thông minh, có khả năng tự tổ chức và hoạt động tùy theo tình huống, môi

trường, đồng thời chúng cũng có thể liên lạc với nhau để trao đổi thông tin, dữ liệu

Với khả năng định danh cao, số lượng các thực thể trong hệ thống được định danh

chính xác, duy nhất, đảm bảo tốt khả năng quản lý, điều khiển của hệ thống

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN

2.1 Module âm thanh Wtv020sd-16p

2.1.1 Giới thiệu Wtv020sd-16p:

Hình 2 1 Module âm thanh Wtv020sd-16p

Có thể nói module WTV-020 là module tuyệt vời trong các dự án xử dụng đến

âm thanh, với kích thước tương đối nhỏ gọn, khả năng xử lý nhanh, tốc độ lấy mẫu của các file âm thanh lên đến 32000Hz Module âm thanh có khả năng phát âm thanh đọc

từ thẻ nhớ, phát âm thanh thời lượng dài, chất lượng âm thanh tốt, năng lượng tiêu thụ thấp Và điều đặc biệt đó là nó hoàn toàn có thể hoạt động được khi có vi điều khiển

hoặc không có vi điều khiển Điều đó có nghĩa là bạn có thể sử dụng Arduino để điều

khiển WTV-020 hoặc bạn có thể để WTV-020 tự hoạt động mà không cần Arduino

2.1.2 Thông số kĩ thuật Wtv020sd-16p:

Định dạng âm thanh hỗ trợ Ad4, WAV

Tốc độ lấy mẫu 6kHZ ～36KHZ cho định dạng AD4

6KHz～16KHz cho định dạng WAV

Chất lượng âm thanh 16 Bit DAC / PWM

Dòng tiêu thụ ở chế độ nghỉ 3uA

Tối đa SPI flash 64MB

Hỗ trợ các phím chức năng Play/Stop, next, back

Số file âm thanh hỗ trợ 512

Bảng 2 1 Thông số kỹ thuật Wtv020sd-16p

2.1.3 Tính năng các chân:

đại

NRF24L01 là 1 IC tích hợp rât cao, sử dụng dải sóng truyền nhận dữ liệu ở 2.4Ghz Với dòng truyền tải qua các chân TX/RX thấp hơn 12mA Hoạt động ở tần số sóng ngắn 2.4G nên Module này giao tiếp với vi điều khiển bằng SPI cho tốc độ tối đa giữa vi điều khiển và nrf là 2Mbps và truyền nhận dữ liệu trong điều kiện môi trường

có vật cản

Module có 126 kênh truyền Điều này giúp ta có thể truyền nhận dữ liệu trên nhiều kênh khác nhau Module khả năng thay đổi công suất phát bằng chương trình, điều này giúp nó có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng Khoảng cách thu phát có thể lên tới 1km Khá thích hợp cho các mô hình điều khiển ở khoảng cách xa

2.3.2 Thông số kĩ thuật HC-05:

Điện áp hoạt động 3.3 - 5VDC

Mức điện áp giao tiếp TTL tương thích 3.3VDC và 5VDC

Dòng tiêu thụ khi hoạt động 30mA khi ghép đôi, 8mA khi bình thường

2.4 Module wifi ESP8266

2.4.1 Giới thiệu ESP8266:

Hình 2 4 Module wifi ESP8266 Chip ESP8266 được phát triển bởi Espressif để cung cấp giải pháp giao tiếp Wifi cho các thiết bị IoT Điểm đặc biệt của dòng ESP8266 là nó được tích hợp các mạch

RF như balun, antenna switches, TX power amplifier và RX filter ngay bên trong chip với kích thước rất nhỏ chỉ 5x5mm nên các board sử dụng ESP8266 không cần kích thước board lớn cũng như không cần nhiều linh kiện xung quanh Ngoài ra, giá thành

của ESP8266 cũng rất thấp đủ để hấp dẫn các nhà phát triển sản phẩm IoT Module sử dụng được phát triển bởi AI-Thinker

2.4.2 Thông số kĩ thuật ESP8266:

MCU ESP8266EX - Vi điều khiển 32bit, tiết kiệm năng lượng

Số chân Analog Input 1, 10bit (điện áp vào tối đa 3.3V)

Hỗ trợ kiết nối với

Điện áp ra I/O Tối đa 3.6V

Chế độ hoạt động AP, STA và (AP + STA)

Điện năng tiêu thụ ở

chế độ ngủ sâu

<10uA, dòng điện rò: <5uA

Điện năng tiêu thụ ở

Hình 2 5 Opamp khuếch đại âm thanh LM386

LM386 là một bộ khuếch đại công suất thiết kế để sử dụng các ứng dụng yêu cầu điện áp thấp Việc bổ sung của một điện trở và tụ điện giữa chân 1 và 8 sẽ cho công suất khuếch đại từ 20-200 Dòng điện rỉ chỉ 24 mw khi hoạt động ở điện áp 6 volt làm cho LM386 là lý tưởng cho các mạch sử dụng pin

2.5.2 Thông số kĩ thuật LM386:

Công suất và kênh ra 325mW x 1@8 ohm

2.6.2 Thông số kĩ thuật DS18B20:

Điện áp hoạt động 3 - 5.5V

chuẩn giao tiếp 1-wire, Kết nối nhiều cảm biến DS18B20 trên 1 đường

truyền

Dãi nhiệt độ đo lường -55°C to +125°C (-67°F to +257°F)

Độ chính xác ±0.5°C trong khoảng đo -10°C to +85°C

Độ phân giải 9 đến 12 bit có thể chương trình

Bảng 2 10 Thông số kỹ thuật DS18B20 2.7 Cảm biến độ ẩm HS1101

2.7.1 Giới thiệu HS1101:

Hình 2 7 Cảm biến độ ẩm HS1101

HS1101 là loại cảm biến đo độ ẩm Độ chính xác ±2% Dãy nhiệt độ hoạt động từ -40ºC ˗ 100ºC Cảm biến HS1101 được sử dụng phổ biến trong cuộc sống Cảm biến HS1101 là cảm biến điện dung Khi độ ẩm thay đổi, điện dung của HS1101 thay đổi

Do vậy, để đo được độ ẩm người ta thiết kế mạch đo điện dung của HS1101.Trong thực tế, người ta thường ghép nối HS1101 và IC NE555 Khi đó giá trị điện dung của HS1101 thay đổi thì làm thay đổi tần số đầu ra của IC555 Như vậy chỉ cần đo tần số đầu ra là có thể đo được điện dung của HS1101

2.7.2 Thông số kĩ thuật HS1101:

Bảng 2 11 Thông số kỹ thuật HS1101

2.8 Quang trở

2.8.1 Giới thiệu quang trở:

Quang trở làm bằng chất bán dẫn trở kháng cao, và không có tiếp giáp nào Trong bóng tối, quang trở có điện trở đến vài MΩ Khi có ánh sáng, điện trở giảm xuống mức một vài trăm Ω

2.8.2 Thông số kĩ thuật HS1101:

Điện áp hoạt động tối đa 25VDC

Nhiệt độ môi trường hoạt động -30ºC ˗ 70ºC

Điện trở khi có ánh sáng (10LUX) 10 ˗ 20KΩ

Điện trở khi không có ánh sáng 2MΩ

Bảng 2 12 Thông số kĩ thuật quang trở

Tính năng Timers/Enhanced Compare/Capture/PWMs để điều khiển thời gian chính xác 12 bit ADC giao diện tương tự và bộ đếm thời gian cho giao diện cảm ứng điện dung dễ dàng Gia đình PIC18F66K80 là lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu các giải pháp giá thành thấp, tiết kiệm năng lượng với hiệu suất cao và thiết bị ngoại vi mạnh mẽ

2.9.2 Thông số kĩ thuật PIC18F66K80:

Thiết bị ngoại vi truyền thông số 2-UART, 1-SPI, 1-I2C1-MSSP(SPI/I2C)

Capture/Compare/PWM

Peripherals

5 Input Capture, 4 CCP, 1 ECCP

Bảng 2 13 Thông số kĩ thuật PIC18F66K80

sử dụng MCU ATmega328P Nhờ việc sử dụng IC dán của ATmega328P thay vì IC

chân cắm nên Arduino Nano có thêm 2 chân Analog so với Arduino Uno

2.10.2 Thông số kĩ thuật Arduino Nano:

Tốc độ đồng hồ 16 MHz

Ngõ vào I / O tương tự 8

Dòng DC trên mỗi chânI / O 40 mA (I / O Pins)

Điện áp đầu vào 7-12 V

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

3.1 Mục tiêu đề tài

- Đo được các thông số nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng từ các cảm biến

- Thực hiện chức năng hiển thị giờ, phút, giây, ngày tháng, năm, báo thức, các thông

số nhiệt độ, độ ẩm và các biểu tượng đặc biệt

- Có thể kết nối với rounter wifi trong nhà

- Được điều khiển bởi app trên thiết bị di động, giao diện giao tiếp người dùng đơn giản

- Lấy được dữ liệu thời tiết từ trang web

- Thông báo nhắc nhở người dùng những thông tin như: dự báo thời tiết, lịch hẹn

- Thông báo trực quan bằng giọng nói của trợ lý ảo

Mô hình xây dựng của đề tài em sử dụng module wifi làm điểm truy cập trạm kết nối với điểm truy cập gốc là router wifi trong nhà, module wifi sẽ là cầu nối để thực hiện giao tiếp hai chiều giữa máy tính hay thiết bị di động với thiết bị này Thiết bị đóng vai trò là máy chủ nhận lệnh, phân thích tình huống và điều khiển các thiết bị vệ tinh hoạt động

Với mô hình này có các ưu điểm sau:

- Tận dụng được công nghệ bảo mật bằng mật khẩu của router wifi

- Thiết bị có thể vừa đảm nhiệm việc truyền nhận dữ liệu với máy tính hay thiết bị di động, vừa có khả năng truy cập internet để gửi và nhận chuỗi Json để lấy dữ liệu từ website

- Khả năng điều khiển được các thiết bị vệ tinh với khoảng cách xa khi các thiết bị vệ tinh không cần phải có kết nối internet

3.2 Sơ đồ khối

Hình 3 1 Sơ đồ khối