Mô hình ngôi nhà thông minh

Từ các phương pháp điều khiển thô sơ thì ngày nay việc điều khiển thiết bị bằng smartphone thông qua sóng Bluetooth và wifi là phương pháp điều khiển mang lại nhiều lợi íc

SVTH: Lê Vỹ Khang

MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH

2.Giáo viên hướng dẫn: Th.S TRƯƠNG THU HIỀN

3 Ngày giao đề tài: Ngày 17 tháng 10 năm 2017

4 Ngày hoàn thành đề tài: Ngày 28 tháng 12 năm 2017

Tp HCM, ngày tháng… năm 2017 Tp HCM, ngày… tháng… năm 2017Giáo viên hướng dẫnChủ nhiệm bộ môn

SVTH: Lê Vỹ Khang

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN



Tp HCM, ngày… tháng… năm 2017

Giáo viên hướng dẫn

SVTH: Lê Vỹ Khang

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN



Tp HCM, ngày… tháng… năm 2017

Giáo viên phản biện

SVTH: Lê Vỹ Khang

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt khoá học (2013-2017) tại Trường Đại học Công Nghệ TP.HCM, chúng em đã nhận được sự tận tình dạy dỗ của quý Thầy Cô về kiến thức chuyên môn cũng như những kiến thức trong cuộc sống Từ những kiến thức đó đã giúp chúng em hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp trong thời gian cho phép

Chúng em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong Khoa Cơ - Điện - Điện tử đã giảng dạy chúng em những kiến thức về chuyên môn và giúp chúng em định hướng

theo sự hiểu biết và khả năng để chúng em thực hiện tốt đề tài “Mô hình nhà thông

minh” và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn tất khoá học

Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến CôTrương Thu Hiền, người đã hướng dẫn, giúp đỡ chúng em tận tình và tạo mọi điều kiện tốt cho chúng em thực hiện Đồ

Án Tốt Nghiệp này

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

TP HCM, ngày tháng 12 năm 2017

Nhóm thực hiện

Lê Vỹ Khang Phạm Bảo Huy

SVTH: Lê Vỹ Khang

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

LIỆT KÊ HÌNH viii

LỜI MỞ ĐẦU x

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI 1

1.3 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2

1.4.1 MÔ TẢ YÊU CẦU 6

1.4.2 MỤC TIÊU THỰC HIỆN 6

1.4.2.1HÌNH THÀNH Ý TƯỞNG 6

1.4.2.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 6

1.4.2.3 THI CÔNG 7

1.4.2.4 VẬN HÀNH KIỂM TRA 7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 8

2.1CƠ SỞ DỮ LIỆU THIẾT KẾ 8

2.1.1 BOARD ĐIỀU KHIỂN ARDUINO MEGA 2560 8

2.1.1.1GIỚI THIỆU ARDUINO 8

a.Arduino MEGA 2560 9

b Phần mềm arduino IDE 10

2.1.2MODULE BLUETOOTH HC06, TẬP LỆNH AT ĐIỀU KHIỂN MODULE BLUETOOTH HC06, KẾT NỐI GIỮA HC06VÀ ARDUINO 14

2.1.2.MODULE BLUETOOTH HC06 14

a.Giới thiệu Module bluetooth HC06 14

b Thông số kỹ thuật HC06 15

c Tính năng của Module bluetooth HC06 15 2.1.2.2TẬP LỆNH AT ĐIỀU KHIỂN MODULE BLUETOOTH HC06 15

SVTH: Lê Vỹ Khang

2.1.2.3KẾT NỐI GIỮAMODULE BLUETOOTH HC-06VÀ BOARD

ARDUINO MEGA 2560 20

2.1.3 GIAO TIẾP HC-06 VÀ ĐIỆN THOẠI ANDROID 20

2.1.4 MODULE CẢM BIẾN SIÊU ÂM HY-SRF05 20

2.1.5 MODULE CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ2 22

2.1.7 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DHT11 24

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG 26

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI PHẦN CỨNG 26

3.1.1SƠ ĐỒ KHỐI PHẦN CỨNG TỔNG THỂ 26

3.1.2 SƠ ĐỒ KHỐI PHẦN CỨNG CHI TIẾT 27

3.1.3 SƠ ĐỒ ĐI DÂY 28

3.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 28

3.2.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA SÓNG BLUETOOTH 29

a Lưu đồ giải thuật chương trình chính 29

3.3THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC TẾ 30

3.3.1THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN 30

3.3.2 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHỨC NĂNG 34

a Board Arduino MEGA 2560 34

b Module BluetoothHC-06 35

3.4THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN 35

3.4.1 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ANDROID STUDIO 36

3.4.2 THIẾT KẾ GIAO DIỆN PHẦN MỀM 38

3.4.3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN 41

3.4.3.1 Lưu đồ 41

3.4.3.2 Giải thích Lưu đồ 42

CHƯƠNG 4 : THI CÔNG MÔ HÌNH 43

4.1 THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN 43

4.2 THI CÔNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 43

4.3 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG MÔ HÌNH 50

CHƯƠNG 5 : VẬN HÀNH VÀ KIỂM TRA MÔ HÌNH 52

5.1 LÀM VIỆC VỚI PHẦN MỀM ANDROID 52

5.2 KIỂM TRA HOẠT ĐỘNG 55

SVTH: Lê Vỹ Khang

6.1 CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ ĐƯỢC GIẢI QUYẾT TRONG ĐỒ ÁN 55

6.1.1 CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ NGHIÊN CỨU: 56

6.1.2 CÁC VẤN ĐỀ THỰC HIỆN: 56

6.2 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐỒ ÁN 56

6.2.1 ƯU ĐIỂM: 56

6.2.2 NHƯỢC ĐIỂM: 56

6.3 CÁC PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 57

6.4 KẾT LUẬN 57

1 CODE LẬP TRÌNH CHO ARDUINO 58

2 CODE CHƯƠNG TRÌNH ANDROID 63

4 CODE GIAO DIỆN ANDROID 73

SVTH: Lê Vỹ Khang

LIỆT KÊ HÌNH

Hình1 Các thiết bị trong nhà được điều khiển bằng smartphone 5

Hình 3.Sơ đồ chân Arduino MEGA2560 9 Hình 4 Các linh kiên board Arduino MEGA 10

Hình 6.Vùng thông báo trên phần mềm IDE 12

SVTH: Lê Vỹ Khang

SVTH: Lê Vỹ Khang

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay trên thế giới với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghệ thông tin và điện – điện tử … đã làm cho đời sống của con người ngày càng hoàn thiện hơn Do đó nhu cầu điều khiển các thiết bị trong gia đình đã không còn xa lạ với con người nữa mà ngày càng thiết thực hơn Từ các phương pháp điều khiển thô sơ thì ngày nay việc điều khiển thiết bị bằng smartphone thông qua sóng Bluetooth và wifi là phương pháp điều khiển mang lại nhiều lợi ích và tiện lợi cho con người

Bên cạnh đó lĩnh vực Điện – Điện tử ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế và đời sống con người.Sự phát triển của nó góp phần không nhỏ tới sự phát triển của tất cả các ngành sản xuất, giải trí, Trong những năm gần đây đặc biệt trong lĩnh vực tự động, điều khiển đã có sự phát triển mạnh mẽ với nhiều hình thức, phương pháp tiếp cận và chia sẻ thông tin hiện đại và toàn diện hơn

Sau 3 tháng tìm hiểu và thi công mạch, đề tài cũng hoàn thành và hoạt động ổn định tuy nhiên với sự hiểu biết còn hạn chế và thời gian thực hiện đề tài không nhiều nên đề tài không tránh khỏi những sai sót.Rất cảm ơn sự hướng dẫn và góp ý của quý Thầy Cô và Bạn Bè cho đề tài được hoàn chỉnh hơn

Trong báo cáo này gồm có 5 chương :

- CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

- CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG

- CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

- CHƯƠNG 4: THI CÔNG MÔ HÌNH

- CHƯƠNG 5: VẬN HÀNH VÀ KIỂM TRA MÔ HÌNH

- CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, với sự phát triển của xã hội thì yêu cầu xã hội ngày càng cao Các hệ thống tự động được điều khiển từ xa qua mạng hoặc hệ thống không dây ngày nay đang được sử dụng rộng rãi và đặc biệt là các hệ thống không dây thay cho hệ thống điều khiển thủ công

Việc sử dụng Vi Điều Khiển để điều khiển và giám sát các thiết bị có rất nhiều ưu điểm mà các phương pháp truyền thống không có được như việc điều chỉnh thông tin một cách nhanh chóng bằng cách thay đổi chương trình Ngày nay ta có thể giám sát một thiết bị từ xa rất dễ dàng và nhanh chóng Với những lý do trên, nhóm thực hiện đưa ra một cách thức để giám sát thiết bị từ xa qua bluetooth Nội dung nghiên cứu của đề tài chính là “Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà qua smartphone” thông qua bluetooth

Thế giới ngày càng phát triển thì lĩnh vực điều khiển cần phải được mở rộng hơn Việc ứng dụng mạng viễn thông vào sản xuất mang lại nhiều thuận lợi cho xã hội, thông tin được cập nhật nhanh chóng và được điều khiển một cách chính xác

1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI

Sự phát triển của công nghệ càng ngày càng mạnh mẽ và nhiệm vụ của công

nghệ là tạo ra nhiều sản phẩm tiện ích hơn cho con người Với đề tài “Mô hình nhà

thông minh” tất cả các thiết bị trong ngôi nhà được kết nối thành một hệ thống mạng

để điều khiển chúng một cách dễ dàng, thông minh bao gồm: hệ thống chiếu sáng, quạt, máy bơm nước,…

Thông thường để điều khiển các thiết bị trong nhà ta cần sử dụng đến vài chục thậm chí vài trăm cái công tắc Khi kết nối chúng thành một hệ thống mạng ta có thể điều khiển tất cả chúng chỉ bằng smartphone kết nối vào bluetooth và đóng mở chúng một cách dễ dàng đồng thời kiểm tra trạng thái đóng mở của từng thiết bị

1.3 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

 Giới thiệu đề tài

Đề tài “Mô hình nhà thông minh” được trang bị các hệ thống tự động thông minh

cùng với cách bố trí hợp lý, các hệ thống này được điều phối các hoạt động theo thói quen sinh hoạt và nhu cầu cá nhân của gia chủ Chúng ta cũng có thể hiểu tất cả các thiết bị trong nhà đều được liên kết với thiết bị điều khiển trung tâm và có thế phối hợp với nhau và giám sát từ xa

Giải pháp điều khiển thiết bị trong nhà qua smartphonesẽ biến những thiết bị bình thường trong nhà trở nên thông minh và gần gũi với người dùng hơn, chúng được kiểm soát thông qua thiết bị điều khiển từ xa là một chiếc smartphone sử dụng phần mềm Android

Chúng ta đều biết phần lớn căn hộ từ trung bình đến cao cấp đều sử dụng các loại điều khiển từ xa để điều khiển máy lạnh, ti vi…còn lại phần lớn các thiết bị khác như

hệ thống đèn, bình nước nóng lạnh…phải điều khiển bằng tay Những việc như vậy đôi lúc sẽ đem lại sự bất tiện, khi mà chúng ta mong muốn có một sự tiện nghi và thoải mái hơn, vừa có thể tận hưởng nằm trên giường coi ti vi vừa có thể kiểm soát được hệ thống các thiết bị trong nhà chỉ với một chiếc smartphone hay máy tính bảng

Như chúng ta cũng đã biết, gần như các thiết bị tự động trong nhà máy, trong đời sống của các gia đình ngày nay đều hoạt động độc lập với nhau, mỗi thiết bị có một quy trình sử dụng khác nhau tùy thuộc vào sự thiết lập, cài đặt của người sử dụng Chúng chưa có một sự liên kết nào với nhau về mặt dữ liệu.Nhưng đối với hệ thống điều khiển từ xa bằng smartphone thông qua sóng Bluetooth sẽ kết nối tất cả các thiết bị đó đến một hệ thống trung tâm và có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu

Điển hình của một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa bằng smartphone thông qua sóng Bluetooth bao gồm hệ thống chiếu sáng trong nhà, hệ thống chiếu sáng sân vườn, hệ thống đóng mở của ra vào, điều khiển máy quạt, điều khiển các cảm biến

… Nghĩa là tất cả các thiết bị này có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu thông qua một đầu não trung tâm Đầu não trung tâm này là một bộ vi xử lí đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình điều khiển Các thiết bị này sẽ dễ dàng được điều khiển với một chạm tay trên smartphone Chẳng hạn như việc bật tắc đèn trong nhà khi gia chủ

đang ở ngoài sân hay chỉ với một chạm tay nhẹ đã có thể đóng mở cửa ra vào một cách

vô cùng đơn giản …

Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống, cùng với

sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng Internet nên chúng em đã chọn đề tài “Mô

hình nhà thông minh” để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người và góp

phần vào sự tiến bộ, văn minh, hiện đại của nước nhà

 Ý nghĩa của đề tài

Ngày này cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị điện tử ra đời ngày càng nhiều về chủng loại cũng như tính năng sử dụng.Bên cạnh đó nhu cầu sử dụng các thiết bị một cách tự động ngày càng cao, con người ngày càng muốn có nhiều thiết bị giải trí cũng như thiết bị sinh hoạt với kỹ thuật và công nghệ ngày càng cao

Có thể ở Việt Nam chưa phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực này nhưng hiện nay ở trên thế giới, nhất là các quốc gia thuộc Châu Âu hay Mỹ thì hệ thống điều khiển từ xa này đã phát triển rất mạnh mẽ

Từ những nhu cầu thực tế đó, nhóm chúng em muốn đưa ra một phần những kỹ thuật hiện đại của thế giới đang áp dụng vào điều kiện thực tế trong nước để có thể tạo

ra một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa bằng smartphone thông qua sóng Bluetooth nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người.Đề tài lấy cơ sở là sử dụng smartphone để điều khiển thiết bị Việc sử dụng điện thoại để điều khiển thiết bị

có thuận lợi là đáp ứng nhanh, hệ thống hoạt động có độ ổn định cao, phần mềm điều khiển đơn giản dẽ thao tác, thể hiện sư đẳng cấp trong ngôi nhà và mang tính cạnh tranh cao Ngoài ra, sản phẩm của đề tài này có tính mở, có thể áp dụng cho nhiều đối tượng khác nhau trong dân dụng cũng như trong công nghiệp

 Nội dung

“Mô hình nhà thông minh” gồm:board arduino mega điều khiển 4 đèn, 1 cảm biến

nhiệt độ, độ ẩm, 1 cảm biến khí gas, 1 cảm biến siêu âm

Mô hình gồm:

- Chất liệu:mốp xốp.

- Diện tích ngôi nhà: 40x40 cm

+ Phòng khách: dài rộng 26x23 cm, gồm 1 đèn và 1 cảm biến nhiệt độ, độ ẩm

Ta có thể điều khiển đèn bật tắt và hiển thị nhiệt độ, độ ẩm bằng smartphone + Phòng ngủ dài rộng 26x17 cm, điều khiển bật tắt 1 đèn

+ Phòng bếp dài rông 23x14 cm, điều khiển bật tắt 1 đèn và cảm biến khí gas: khi nào khí gas vượt mức cho phép sẽ hiển thị và cảnh báo trên smartphone + Nhà vệ sinh dài rộng 17x14 cm, 1 đèn và 1 cảm biến siêu âm: khi ta bước vào nhà vệ sinh( nằm trong khoảng cách sóng siêu âm) thì đèn sẽ bật và tắt khi

ta ra khỏi khoảng cách sóng siêu âm

 Mục đích và phương pháp nghiên cứu

Đồ án được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà qua smartphone Hệ thống tích hợp module điều khiển giám sát trung tâm, module điều khiển động cơ, các cảm biến cùng với các module tiện ích khác

 Giá trị:

Mang lại rất nhiều lợi ích và thuận lợi cho chúng ta: điều khiển dễ dàng, chỉ cần 1 chạm là có thể bật tắt đèn,giúp chúng ta ngày càng hiện đại, giúp ta thoải mái và đỡ mệt hơn,…

Vd: khi đi làm về mệt mỏi ta không cần phải khó khăn tìm chìa khóa mà mở cửa, chỉ cần cầm smartphone lên và nhấn nút, không cần phải đi đến từng công tắc để mở đèn, quạt…

 Giới hạn đề tài

Để thực thi một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà qua smartphone như nói trên là rất phức tạp.Để đáp ứng việc điều khiển tất cả các thiết bị này đòi hỏi phải có một lượng thời gian, kiến thức nhất định.Ngoài những kiến thức đã học trên ghế nhà trường, cần phải có kiến thức về lập trình Android để thiết kế ra một giao diện điều khiển

1.4 TRIỂN KHAI MÔ HÌNHHỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ QUA SMARTPHONE

Hình1.Các thiết bị trong nhà được điều khiển bằng smartphone

Chúng ta đang sống trong một thời đại khác trước, với rất nhiều công nghệ cải tiến khiến cho cuộc sống của chúng ta trở nên dễ dàng hơn.Trong vài năm trở lại đây, các bước tiến lớn về công nghệ đã khiến cho ngôi nhà của chúng ta ngập tràn các thiết bị công nghệ cao Nói một cách đơn giản thì các giải pháp công nghệ này cho phép chúng ta có thể điều hành căn nhà của mình thông qua các thiết bị điều khiển từ xa, thường là điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng Do đó việc điều khiển các hệ thống thiết bị trong nhà thông qua bluetooth là rất cần thiết và hữu ích

Ngoài ra để xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà bằng smartphone thông qua bluetooth chúng ta cần đưa ra được các vấn đề điểu khiển

 Các vấn đề điều khiển bao gồm:

1.4.1 MÔ TẢ YÊU CẦU

 Đảm bảo đầy đủ các yếu tố cơ bản nhất mô phỏng một ngôi nhà thông minh thu nhỏ

 Có tính khả thi và thực hiện được trong thời gian ngắn

 Đảm bảo phát triển theo mục tiêu của đề tài đặt ra: Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà qua smartphone

1.4.2 MỤC TIÊU THỰC HIỆN

1.4.2.1HÌNH THÀNH Ý TƯỞNG

 Tìm hiểu các phương thức điều khiển thiết bị thiết bị từ xa hiện nay

 Lựa chọn phương thức tiến hành

1.4.2.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

 Tìm hiểu và thu thập dữ liệu thiết kế

 Tìm hiểu về vi điều khiển Arduino, Động cơ DC …

Hệ thống chiếu sáng

Hệ thống đóng mở cửa

ra vào

Hệ thống quạt

Hệ thống các

cảm biến

 Tìm hiểu giao tiếp của của vi điều khiển Arduino với Module Bluetooth HC06

 Thiết lập sơ đồ khối kết nối phần cứng

 Thiết lập sơ đồ khối kết nối phần cứng tổng thể

 Thiết lập sơ đồ khối kết nối phần cứng chi tiết

 Vẽ lưu đồ giải thuật

 Vẽ lưu đồ giải thuật điều khiển thiết bị qua smartphone

 Vẽ lưu đồ giải thuật điều khiển thiết bị qua bluetooth

 Thiết kế giao diện điều khiển

1.4.2.3 THI CÔNG

 Thi công mô hình điều khiển

 Thi công mạch động lực

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

2.1CƠ SỞ DỮ LIỆU THIẾT KẾ

2.1.1 BOARD ĐIỀU KHIỂN ARDUINO MEGA 2560

2.1.1.1GIỚI THIỆU ARDUINO

Arduino hiện nay đã được biết đến một cách rộng rãi tại Việt Nam, và trên thế giới thì nó đã quá phổ biến! Sức mạnh của chúng ngày càng được chứng tỏ theo thời gian với vô vàn các ứng dụng mở (open source) độc đáo được chia sẻ rộng rãi

Với Arduino bạn có thể ứng dụng vào những mạch đơn giản như mạch cảm biến ánh sáng bật tắt đèn, mạch điều khiển động cơ, hoặc cao hơn nữa bạn có thể làm những sản phẩm như: máy in 3D, Robot, khinh khí cầu, máy bay không người lái…

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit

 Arduino có thể kết nối với những gì ?

Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với môi trường xung quanh với:

Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động, phát hiện kim loại, khí độc,…),…

Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…)

Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác hoặc các kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz, 2.4Ghz,…), …

Định vị GPS, nhắn tin SMS……

a.Arduino MEGA 2560

Hình 2.Board Arduino Mega 2560

 Thành phần Arduino MEGA

Hình 3.Sơ đồ chân Arduino MEGA2560

Arduino Mega2560 là một vi điều khiển bằng cách sử dụng ATmega2560 Bao gồm:

 54 chân digital (15 có thể được sử dụng như các chân PWM)

 16 đầu vào analog,

 4 UARTs (cổng nối tiếp phần cứng),

 1 thạch anh 16 MHz,

 1 cổng kết nối USB,

 1 jack cắm điện,

 1 đầu ICSP,

 1 nút reset..[1]

 Sơ đồ linh kiện của Arduino MEGA

Hình 4.Các linh kiên board Arduino MEGA

 54 Chân digital trong đó có 15 chân chúng ta có thể sử dụng như PWM

 6 Chân lập trình ISP

Và nhiều thành phần khác

b Phần mềm arduino IDE

 Giao diện

Gồm 3 vùng :

Hình 5.Giao diện phần mềm IDE

Vùng lệnh : vùng chứa các thanh công cụ và phím kiểm tra , nạp chương trình ( lựa chọn loại board arduino , lựa chọn cổng kết nối … )

Bảng 1: Chức năng các quick icon trong phần mềm IDE

Vùng viết chương trình : nơi viết chương trình chính , khai báo thư viện ,khai báo chân ( chú ý nếu tên chương trình có kí hiệu “ § “ tức là chương trình chưa được lưu

Vùng Thông báo :

Hình 6.Vùng thông báo trên phần mềm IDE

Thông báo khi nạp thành công chương trình, thông báo các lỗi xảy ra khi biên dịch chương trình

 Hướng dẫn nạp chương trình

Lựa chọn loại Board arduino :

Trong cùng lệnh vào “ Tool”“Board” chọn board arduino bạn đang sử dụng

Hình 7.Chọn board Arduino

Lựa chọn cổng USB kết nối máy tính và board arduino :

Trong cùng lệnh vào “ Tool”  “Port” chọn cổng COM kết nối máy tính

Hình 8.Chọn cổng COM kết nối

Nạp chương trình cho arduino :

Chọn vào biểu tượng để biên dịch và kiểm tra lỗi chương trình

khi biên dịch thành công trên thanh thông báo sẽ báo “Done compiling”

Hình 9.Thông báo biên dịch thành công chương trình

Chọn vào biểu tượng để đổ chương trình báo trong Arduino khi quá trinh nạp thanh công trên vùng thông báp sẽ thông báo “Done Uploading”

Hình 10.Thông báo nạp thành công chương trình

MODULE BLUETOOTH HC06, KẾT NỐI GIỮA HC06VÀ ARDUINO

a.Giới thiệu Module bluetooth HC06

Trên thị trường hiện nay có khá nhiều module Bluetooth hỗ trợ vi điều khiểu giao tiếp với thiết bị khác thông qua kết nối Bluetooth, một số module Bluetooth thường được sử dụng trong thực tế như: module Bluetooth HC-05, module Bluetooth HC-06, Bluetooth Smart Module, CC2560-PAN1315 (Bluetooth v2.1 + EDR Transceiver Texas Isntruments), WT11i Bluetooth Class 1 Module,… Tuy nhiên, module Bluetooth HC-06 là lựa chọn tối ưu cho đồ án này vì: giá thành rẻ hơn so với các Module khác, tốc độ hoạt động phù hợp với truyền dữ liệu điều khiển thiết bị, dễ dàng mua ở thị trường Việt Nam, được nhiều người sử dụng và đánh giá là rất ổn định Hiện nay, đã có thêm các Module Bluetooth hỗ trợ công nghệ Bluetooth 4.0 nhưng giá thành những module này cao hơn rất nhiều so với Module Bluetooth HC-06, ưu điểm của công nghệ Bluetooth 4.0 là tốc độ cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ lên tới 24 Mbps trên nền mạng không dây (Wi-Fi), tiêu thụ năng lượng thấp hơn, bảo mật tốt hơn Tuy nhiên, với các yêu cầu đề ra thì việc ứng dụng công nghệ Bluetooth 4.0 là không cần thiết, gây tốn kém hơn về chi phí sản xuất

Module HC06 hay còn gọi là Module Bluetooth - Slave, vì module này chỉ có

1 chế độ làm việc SLAVE do nhà sản xuất quyết định mà chúng ta không thể can thiệp được.

Hình 11.Module bluetooth HC06

b Thông số kỹ thuật HC06

- Chuẩn Bluetooth : V2.0+EDR

- Điện áp hoạt động : 3.3-5VDC, 30mA

- Module có 2 chế độ làm việc:

+ Kết nối truyền thông

+ Đáp ứng theo lệnh: khi làm việc ở chếđộ này, chúng ta có thể gửi các lệnh AT đểgiao tiếp và cài đặt module

-Cấu hình mặc định:

9600 baud rate, N, 8, 1 ( 8 bit dữ liệu và 1 bit stop);

Pass: 1234

- Lưu ý:

Khi kết nối bạn phải dùng thiết bị khác: smartphone, PC, Laptop để pair thiết bị và kết nối

c Tính năng của Module bluetooth HC06

2.1.2.2TẬP LỆNH AT ĐIỀU KHIỂN MODULE BLUETOOTH HC06

AT: Lệnh test, nó sẽ trả về OK nếu module đã hoạt động ở Command Mode AT+VERSION?:trả về firmware hiện tại của module

AT+UART=9600,0,0 ( thiết lập baudrate 9600,1 bit stop, no parity)

Các lệnh ở chế độ Master:

AT+RMAAD : ngắt kết nối với các thiết bị đã ghép

AT+ROLE=1 : đặt là module ở master

AT+RESET: reset lại thiết bị

AT+CMODE=0: Cho phép kết nối với bất kì địa chỉ nào

AT+INQM=0,5,5: Dừng tìm kiếm thiết bị khi đã tìm được 5 thiết bị hoặc sau 5s

AT+PSWD=1234 Set Pin cho thiết bị

AT+INQ: Bắt đầu tìm kiếm thiết bị để ghép nối

Sau lệnh này một loạt các thiết bị tìm thấy được hiện thị Định ra kết quả sau lệnh này như sau INQ:address,type,signal

Phần địa chỉ (address) sẽ có định dạng như sau: 0123:4:567890 Để sử dụng địa chỉ này trong các lệnh tiếp theo ta phải thay dấu “:” thành “,”

0123:4:567890 -> 0123,4,5678

AT+PAIR=<address>,<timeout> : Đặt timeout(s) khi kết nối với 1 địa chỉ slave

AT+LINK=<address> Kết nối với slave

Các lệnh ở chế độ Slave:

AT+ORGL: Reset lại cài đặt mặc định

AT+RMAAD: Xóa mọi thiết bị đã ghép nối

AT+ROLE=0: Đặt là chế độ SLAVE

AT+ADDR: Hiển thị địa chỉ của SLAVE

- Hướng dẫn nạp firmware module bluetooth RN-42cho HC-06

 Nguồn phụ 3,3V khoảng trên 100mA

 Phần mềm Zadig

 Phần mềm Blueflash

Đi chân (CLK, MISO, MOSI, CSB) cho HC-06 như hình bên dưới (chân VCC và GND có thể sử dụng chân đã có săn ở bên ngoài):Chân vcc dùng kết nối nguồn điện, chân GND dùng nối đất

Hình 12.Đi chân (CLK, MISO, MOSI, CSB) cho HC-06

Kết nối mạch nạp FT232

vào PC, mở Zadig lên chọn (FT232R USB UART, libusbK(v3.0.7.0)) sau đó bấm

Replace Driver như hình:

Rút mạch nạp ra khỏi PC, nối HC-06 với mạch nạp (thông qua các điện trở

100ohm) như sau (hình bên dưới):

Hình 12 Nối HC-06 với mạch nạp

CLK -> RTS

MISO -> DSR

MOSI -> RI

CSB -> DTR

Nối thêm vcc 3.3V của nguồn phụ vào vcc của HC06

GND nối chung 3 cái nguồn phụ, mạch nạp và HC06

 Backup lại FW HC06 và một số thứ quan trọng

Lưu ý: nên chạy chế độ Run as Adminstrator cho các chương trình

 Kết nối mạch nạp vào PC

 Mở Blueflash lên (chờ một chút để chương trình hiện nút Stop Processor), bấm Stop Processor

 Lưu FW hiện tại trong HC06, Bấm Dump, ta được 2 file (.xpv và xdv)

 Lưu các thông số quan trọng của module, mở BlueCore Persistent Store (PStool.exe), chọn File -> Save (export), ta được file (.psr) tạm đặt là

‘HC05.psr’

 Copy lại 1 file (HC06_backup.psr), edit ‘HC06.psr’ chỉ cần giữ lại 3 thông số:

// PSKEY_BDADDR

&0001 = … // PSKEY_ANA_FTRIM

&01f6 = … // PSKEY_ANA_FREQ

&01fe = …

2.1.2.3KẾT NỐI GIỮAMODULE BLUETOOTH HC-06VÀ BOARD ARDUINO MEGA 2560

Module này gồm 4 chân GND, VCC, TX, RX Khi kết nối ta chỉ cần nối chân

TX với chân 0 và chân RX nối với chân 1 trên ArduinoMEGA 2560 sau đó bạn có thể lập trình gửi và nhận dữ liệu như 1 cổng Serial thông thường Module BLUETOOTH này có 3 loại Master, Slave và loại chạy được cả 2 chế độ Master và Slave, HC-06 là loại Slave khi kết nối với điện thoại bạn điền mật khẩu mặc định là: 1234

2.1.3 GIAO TIẾP HC-06 VÀ ĐIỆN THOẠI ANDROID

Hình 13 Giao tiếp HC-06 và mạch Arduino mega

HC-06 đóng vai trò trung gian gửi nhận dữ liệu giữa mạch arduino và thiết bị android thông qua inputStream và OutPutStream Thiết bị android nhận dữ liệu run time từ chuỗi string lấy được từ inputStream của bluetooth và tiến hành xử lí để hiện giao diện trích xuất data (bao gồm các thông số thiết bị cảm biến, trạng thái của các pin …) Và ngược lại android gửi dữ liệu sang Arduino thông qua set OutPutStream Arduino nhận giá trị outputStream qua cổng port 9600 Từ cổng port này Arduino sẽ nhận các string truyền về và điều chỉnh thông số cũng như các trạng thái của thiết bị

2.1.4 MODULE CẢM BIẾN SIÊU ÂM HY-SRF05

Cảm biến siêu âm dùng trong mô hình này vào việc bật tắt đèn cho nhà vệ sinh, bên cạnh giá thành rẻ, tính ổn định và chính xác cao trong khoảng phạm vi 5m bán

kính Khi có người vào nhà vệ sinh ở 1 khoảng cách nhất định (trong mô hình là 13cm tính từ cửa đến cảm biến ) Khi có vật cản, có người hay vật đi vào trong cảm biến đo được khoảng cách từ nó đến vật cảng ngắn hơn khoảng cách mà ta quy định, nó sẽ gửi lệnh bật đèn

Sóng siêu âm (sonar) là một loại sóng cao tầng mà con người không thể nghe thấy được Tuy nhiên, ta có thể thấy được sự hiện diện của sóng siêu âm ở khắp mọi nơi trong tự nhiên Ta có các loài động vật như dơi, cá heo dùng sóng siêu

âm để liên lạc với nhau, để săn mồi hay định vị trong không gian

Dựa trên việc quan sát các quan sát hoạt động của chúng, ta thấy được nguyên tắc mà các loài vật sử dụng sóng âm để định vị rất đơn giản, có thể tóm gọn trong

3 bước sau:

1 Vật chủ phát ra sóng âm

2 Sóng âm này va chạm với môi trường xung quanh và phản xạ lại

3 Dựa vào thời gian phát / thu, khoảng cách giữa vật chủ và môi trường xung quanh được tính ra

Việc tính toán khoảng cách cũng còn phụ thuộc rất nhiều vào môi trường truyền dẫn, ví dụ như sóng âm truyền trong môi trường nước hay kim loại sẽ nhanh hơn rất nhiều so với sóng âm được truyền trong môi trường không khí Lưu ý là sóng âm không thể truyền được trong môi trường chân không

Theo nguyên tắc này, dựa vào sự tiến bộ của khoa học công nghệ hiện đại, ta đã thấy được ứng dụng của sóng âm trong cuộc sống rất nhiều, có thể kể đến như thiết bị định vị dưới biển của tàu ngầm, thiết bị radar, các thiết bị đo khoảng cách môi trường như

đo độ sâu của đại dương

Cảm biến siêu âm SRF05 cũng hoạt động theo như nguyên tắc ở trên, thiết bị gồm

có 2 loa - thu và phát - cùng với 5 chân để kết nối với Arduino Theo tài liệu của nhà sản xuất thì tầm hoạt động tối đa của cảm biến này nằm trong khoảng 5m

Hình 14 Cảm biến siêu âm HY-SRF05

2.1.5 MODULE CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ2

Cảm biến khí gas được dùng trong mô hình này vì nó có tính thực tiễn rất cao, hiện nay hầu như nhà nào cũng dùng khí gas là nhiên liệu đốt cháy, sử dụng trong nấu nướng bên cạnh tính tiện dụng thì khả năng rò rỉ khí gas gây cháy nổ cũng rất nhiều Vì thế để xây dựng mô hình nhà thông minh thì không thể nào thiếu cảm biến khí gas

Ở đây là cảm biên khí gas MQ2

Hình 15 Cảm biến khí gas MQ2

MQ-2 sử dụng phần tử SnO2 có độ dẫn điện thấp hơn trong không khí sạch, khi khí dễ cháy tồn tại, cảm biến có độ dẫn điện cao hơn, nồng độ chất dễ cháy càng cao thì độ dẫn điện của SnO2 sẽ càng cao và được tương ứng chuyển đổi thành mức tín hiệu điện MQ-2 là cảm biến khí có độ nhạy cao với LPG, Propane

và Hydrogen, mê-tan (CH4) và hơi dễ bắt lửa khác, với chi phí thấp và phù hợp cho các ứng dụng khác nhau

 Tính năng: thường dùng để phát hiện khói, phát hiện khí gas (chủ yếu

là phát hiện khí gas) và báo cháy

 Thông số kĩ thuật:

o Điện áp sử dụng: 5V

o Loại dữ liệu: Analog

o Phạm vi phát hiện: rộng

o Tốc độ phản hồi :nhanh

o Tính ổn định: ổn định khi dùng thời gian dài

o Cấu tạo mạch: mạch đơn giản

o Số chân: 6 chân

o Kích thước chân: 0.5mm

 Cấu tạo của cảm biến:

o Steel mesh: vòng thép không gỉ có chức năng:

 Lọc ra các hạt lơ lửng, chỉ có các yếu tố khí mới có thể vào trong bộ cảm biến

 Bảo vệ các bộ phận bên trong của cảm biến

 Chống nổ, giữ cho module cảm biến nguyên vẹn trong nhiệt độ và áp suất khí cao

o Clamping ring: Vòng kẹp, giữ cho phần dưới vòng thép cố định và tạo đầu ra cho chân kết nối

o Connecting leads: Chân kết nối, 2 chân lấy đủ nhiệt lượng cho bộ cảm biến, còn 4 chân còn lại cho tín hiệu ra

o Trong mạch có 2 điện áp ra: Aout và Dout:

 + Aout: điện áp ra tương tự.Nó chạy từ 0.3 - 4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quanh MQ2

 + Dout: điện áp ra số, giá trị 0 - 1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà MQ2 đo được Việc có chân ra số Dout rất tiện cho ta mắc các ứng dụng đơn giản, không cần đến vi điều khiển Khi đó ta chỉ cần chỉnh giá trị biến trở tới giá trị nồng độ ta muốn cảnh

báo Khi nồng độ MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép thì Dout = 1

o - Chỉnh chân biến trở để điện áp đo tại chân 3 của L358 = Vout2

Hình 16 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11

DHT11 Là cảm biến nhiệt độ, độ ẩm rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire ( giao tiếp digital 1-wire truyền dữ

liệu duy nhất) Cảm biến được tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu giúp dữ liệu nhận về được chính xác mà không cần phải qua bất kỳ tính toán nào

Đặc điểm:

Điện áp hoạt động : 3V - 5V (DC)

Dải độ ẩm hoạt động : 20% - 90% RH, sai số ±5%RH

Dải nhiệt độ hoạt động : 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C

Tần số lấy mẫu tối đa: 1 Hz

Khoảng cách truyển tối đa: 20m

Sơ đồ chân Cảm biến DHT11 gồm 2 chân cấp nguồn, và 1 chân tín hiệu Hiện nay, thông dụng ngoài thị trường có hai loại đóng gói cho DHT11: 3 chân và 4 chân Xem các hình dưới

Mô tả cách kết nối chân của DTH11với Mega Arduino:

Hình 17.Mô tả cách kết nối chân của DTH11với Mega Arduino:

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI PHẦN CỨNG

3.1.1SƠ ĐỒ KHỐI PHẦN CỨNG TỔNG THỂ

Sơ đồ kết nối phần cứng tổng thể gồm 3 khối chính:

Khối ra lệnh điều khiển: Điện thoại thông minh thiết bị sử dụng hệ điều hành

android, cảm biến,

Khối xử lý: Module Bluetooth HC-06, board Arduino Mega 2560

Khối chấp hành: gồm mạch đóng cắt điện cung cấp cho đèn và các thiết bị,

đông cơ bước, điện thoại(phát ra tính hiệu rung khi phát hiện khí gas vượt ngưỡn cho phép)

Hình 28 Sơ đồ khối điều khiển

KHỐI RA LỆNH ĐIỀU KHIỂN

KHỐI XỬ LÝ

KHỐI CHẤP HÀNH

3.1.2 SƠ ĐỒ KHỐI PHẦN CỨNG CHI TIẾT

Sơ đồ kết nối phần cứng chi tiết nhằm cho thấy được phương pháp để điều khiển thiết bị, cách thức để vận hành hệ thống

 Phương thức điều khiển

 Điều khiển bằng điện thoại sử dụng hệ điều hành android qua kết nối Bluetooth

 Cách thức để vận hành hệ thống :

 Điện thoại thông minh sẽ gởi lệnh xuống arduino qua kếtnối bluetooth được nhờ vào việc gởi và nhận dữ liệu của module bluetooth HC-06

 Từ đó Arduino sẽ xử lý dữ liệu và đưa ra các chỉ thị đóng cắt điện cung cấp cho cho các thiết bị

ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH

MODULE

HC-06

ĐÓNG CẮT ĐIỆN ARDUINO

Hình 29 Sơ đồ khối chi tiết

3.1.3 SƠ ĐỒ ĐI DÂY

Hình 18.Sơ đồ đi dây mô hình nhà thông minh,

3.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT

3.2.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA SÓNG BLUETOOTH

a Lưu đồ giải thuật chương trình chính

Begin

Khởi tạo Arduino

Khởi tạo HC-06

Kiểm tra tính hiệu điều khiển từ serial

Sai

Gửi thông số đo đạc của

cảm biến và trạng thái của

các đèn của cửa cho app di

động

Hình 30 Lưu đồ chương trình chính

 Giải thích chương trình chính

Các bước của giải thuật được mô tả chi tiết như sau:

- Đầu tiên khởi tạo Arduino các biến và hằng…xác định các chân ngõ của thiết bị

- Khai Báo địa chỉ port nhận data serial từ Bluetooth

- Kiểm tra có tính hiệu điều khiển nào nhận được bằng cách đọc serial Sau đó set trạng thái của đèn (bật hoặc tắt), cửa đóng hoặc mở

- Gửi 1 chuỗi chứa thông số đo được từ các cảm biến: cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến khoảng cách, cảm biến khí gas, trạng thái các đèn (bật hoặc tắt), trạng thái của cửa (đóng hoặc mở) đến serial thông qua Bluetooth app android

sẽ nhận thông số này vè hiển thị

Hình 32 Lưu đồ chương trình điều khiển ngõ ra 3.3THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC TẾ

3.3.1THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN

Sơ đồ nguyên lý mạch kết nối HC-06