TÌM HIỂU hệ điều HÀNH ANDROID WEAR và xây DỰNG GIẢI PHÁP điều KHIỂN THÔNG MINH CHO các đèn CHIẾU SÁNG GIA ĐÌNH

Nội dung thực hiện: Nhóm em sẽ tiến hành thực hiện thiết kế một ứng dụng điều khiển chạy trên điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android và đồng hồ thông minh sử dụng hệ điều hàn

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH -

ĐÈN CHIẾU SÁNG GIA ĐÌNH

GVHD: ThS Nguyễn Văn Hiệp SVTH 1: Nguyễn Hoàng Phúc MSSV 1: 16341020

SVTH 2: Phạm Phi Cường MSSV 2: 16341005

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Tp HCM, ngày 1 tháng 11 năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Phạm Phi Cường MSSV: 16341005

Nguyễn Hoàng Phúc MSSV: 16341020 Chuyên ngành: CNKT Điện Tử Truyền Thông Mã ngành: 41

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 3

Khóa: 2016 Lớp: 163410A

I TÊN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID WEAR VÀ XÂY

DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO CÁC ĐÈN CHIẾU SÁNG GIA ĐÌNH

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

- Trần Thu Hà 2013 Gi o tr nh điện tử c n Nhà Xu t n đại học quốc gi TPHCM

- Nguyễn Văn Hiệp – Đinh Qu ng Hiệp 2014 Lập tr nh Android c n Đại Học SPKT HCM

2 Nội dung thực hiện:

Nhóm em sẽ tiến hành thực hiện thiết kế một ứng dụng điều khiển chạy trên điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android và đồng hồ thông minh sử dụng hệ điều hành Android We r để điều khiển c c đèn chiếu s ng trong gi đ nh Ứng dụng này cho phép điều khiển c c đèn chiếu s ng ở t cứ n i đâu thông qu sóng 3g và wifi những n i nào có phủ 2 loại sóng này th n i đó có thể điều khiển c c đèn chiếu s ng ở gi đ nh

Nhóm em sẽ thiết kế c i tiến thêm về phần cứng củ đèn chiếu s ng có sẵn trên thị trường để phù hợp với mục đích điều khiển củ nhóm em Cụ thể là ật tắt đèn điều chỉnh độ s ng và gi m s t được hoạt động củ đèn chiếu s ng

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/9/2017

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/1/2018

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Văn Hiệp

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Tuần 1 Khảo sát lựa chọn các bóng đèn “Led bulb”

chiếu sáng trên thị trường

Tuần 2 Nghiên cứu tính toán thiết kế khối công suất để

giúp đèn hoạt động

Tuần 4 Nghiên cứu lựa chọn cơ sở dữ liệu và tạo cơ sở

dữ liệu để lưu trữ các thông tin điều khiển

Tuần 7 Nghiên cứu thiết kế phần mềm trên điện thoại

thông minh để điều khiển các đèn chiếu sáng

Tuần 8 Lập trình cho phần mềm trên điện thoại thông

minh

Tuần 9 Nghiên cứu thiết kế phần mềm trên đồng hồ

thông minh để điều khiển các đèn chiếu sáng

Tuần 10 Lập trình cho phần mềm trên đồng hồ thông

minh

Tuần 12 Lập trình hoạt động cho vi điều khiển của đèn

Tuần 14 Lắp ráp các mạch điện vào trong thiết bị đèn

chiếu sáng

Tuần 15 Chạy thử nghiệm điều khiển các đèn chiếu sáng

trong gia đình

Tuần 16 Cân chỉnh hoạt động của đèn và ứng dụng chạy

trên điện thoại & đồng hồ thông minh

GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)

Đề tài này là do nhóm chúng em tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó Nếu có sao chép thì nhóm em chịu hoàn toàn trách nhiệm

Người thực hiện đề tài

Phạm Phi Cường

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể quý Thầy Cô Khoa Điện – Điện Tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh Suốt thời gian học tại trường, Thầy Cô luôn tận tình dạy bảo, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm cho chuyên ngành của em theo học

Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Văn Hiệp, suốt quá trình thực hiện đồ án, Thầy luôn theo sát, tận tình chỉ bảo cho nhóm, để nhóm có thể hoàn thành tốt đồ án này Hơn nữa, Thầy luôn có những chỉ bảo sát thực tế về đồ án của nhóm đang thực hiện, để cho nhóm không những hoàn thành tốt đồ án này mà còn

có những trãi nghiệm, kinh nghiệm bổ ích cho nghề nghiệp sau này

Em xin chân thành cảm ơn !

Người thực hiện đề tài

Nguyễn Hoàng Phúc

Phạm Phi Cường

Lịch trình Error! Bookmark not defined Cam đoan Error! Bookmark not defined Lời cảm ơn Error! Bookmark not defined Mục lục Error! Bookmark not defined Liệt kê hình vẽ Error! Bookmark not defined Liệt kê bảng Error! Bookmark not defined Tóm tắt Error! Bookmark not defined Chương 1 TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined

1.1 Error! Bookmark not defined

1.2 MỤC TIÊU Error! Bookmark not defined

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Error! Bookmark not defined

2.1 GIỚI THIỆU Error! Bookmark not defined

2.2 TỔNG QUAN V HỆ I U HÀNH ANDROID Error! Bookmark not defined

2.2.1 Khái niệm Android Error! Bookmark not defined

2.2.2 Lịch sử phát triển Error! Bookmark not defined

2.2.3 Ưu nhược điểm hệ điều hành Android Error! Bookmark not defined

2.3 Ổ Ệ I I Error! Bookmark not defined

2.3.1 n oi a Error! Bookmark not defined

2.3.2 hôn tin cơ bản ề hệ điều h nh n oi a Error! Bookmark not defined

2.3.3 n ụn c a hệ điều h nh n oi a Error! Bookmark not defined

2.4 KHÁI NIỆM V CƠ SỞ DỮ LIỆU FIREBASE Error! Bookmark not defined

2.4.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined

2.4.2 Lịch sử phát triển Error! Bookmark not defined

2.4.3 Các chức năn chính c a Firebase Error! Bookmark not defined

2.4.4 Ưu nhược điểm Firebase Error! Bookmark not defined

2.5 TỔNG QUAN V WIFI Error! Bookmark not defined

2.5.1 Khái niềm về wifi Error! Bookmark not defined

2.5.2 Các chuẩn c a wifi Error! Bookmark not defined

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Error! Bookmark not defined

3.1 SƠ Ồ TỔ Á SƠ Ồ KHỐI CỦA HỆ THỐNGError! Bookmark not defined

3.1.1 Sơ đồ tổn u t c a hệ thốn điều khiển đ n thôn minhError! Bookmark not defined

3.1.2 Sơ đồ hối c a hệ thống điều khiển đ n thôn minh Error! Bookmark not defined

3.2 THIẾT KẾ È Ô MI Error! Bookmark not defined

3.2.1 Khối xử lý trung tâm Error! Bookmark not defined

3.2.2 Thiết kế khối công suất Error! Bookmark not defined

3.2.3 Khối nguồn công suất Error! Bookmark not defined

3.2.4 Khối nguồn điều khiển Error! Bookmark not defined

3.2.5 Sơ đồ nguyên lý c a toàn mạch Error! Bookmark not defined

3.3 THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU FIREBASE DATABASE Error! Bookmark not defined

3.4 THIẾT KẾ PHẦN M M CHẠY Ê IỆN THOẠI Ô MI & ỒNG HỒ

THÔNG MINH Error! Bookmark not defined

3.4.1 Thiết kế phần mềm chạy trên điện thoại thông minh Error! Bookmark not defined

3.4.2 Thiết kế phần mềm chạy t ên đồng hồ thông minh Error! Bookmark not defined

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG Error! Bookmark not defined

4.1 GIỚI THIỆU Error! Bookmark not defined

4.2 I CÔ ÈN LED THÔNG MINH Error! Bookmark not defined

4.2.1 Thi công mạch điện Error! Bookmark not defined

4.2.2 Hàn và kiểm tra mạch điện Error! Bookmark not defined

4.2.3 Lắp ráp các mạch điện o đ n thôn minh Error! Bookmark not defined

4.2.4 Lập t nh cho đ n thôn minh Error! Bookmark not defined

4.3 LẬP Ì C IỆN THOẠI Ô MI & ỒNG HỒ THÔNG MINHError! Bookmark not defined

4.3.1 Giới thiệu phần mềm Android Studio Error! Bookmark not defined

4.3.2 C i chươn t nh thực tế ên t ên điện thoại thông minh Error! Bookmark not defined

4.3.3 C i chươn t nh thực tế ên t ên đồng hồ thông minh Error! Bookmark not defined

4.3.4 Chức năn c a phần mềm điều khiển t ên điện thoại & đồng hồ thông minhError! Bookmark not defined

4.4 VIẾT TÀI LIỆ ƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC Error! Bookmark not defined

4.4.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng Error! Bookmark not defined

4.4.2 Quy trình thao tác Error! Bookmark not defined

Chương 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Error! Bookmark not defined

5.1 KẾT QUẢ Ạ ƯỢC Error! Bookmark not defined

5.1.1 Thiết bị đ n thôn minh Error! Bookmark not defined

5.1.2 Database Firebase Error! Bookmark not defined

5.1.3 Phần mềm điều khiển t ên điện thoại & đồng hồ thông minhError! Bookmark not defined

5.1.4 Một số hình ảnh kết quả đạt được c a đề tài Error! Bookmark not defined

5.2 NHẬ XÉ Á IÁ Error! Bookmark not defined

5.2.1 Thiết bị đ n thôn minh Error! Bookmark not defined

5.2.3 Phần mềm điều khiển trên điện thoại thông minh Error! Bookmark not defined

6.1.1 Thiết bị đèn thông minh Error! Bookmark not defined

6.1.2 Database Firebase Error! Bookmark not defined

6.1.3 Phần mềm điều khiển t ên điện thoại & đồng hồ thông minhError! Bookmark not defined

6.2 ƯỚNG PHÁT TRIỂN Error! Bookmark not defined

6.2.1 Thiết bị đ n thôn minh Error! Bookmark not defined

6.2.2 Database Firebase Error! Bookmark not defined

6.2.3 Phần mềm t ên điện thoại thôn minh đồng hồ thông minh.Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined

LIỆT KÊ HÌNH VẼ

Hình 2.1 Các phiên bản hệ điều hành Android qua các lần nâng cấpError! Bookmark not defined

Hình ồn hồ chạy n oi a Error! Bookmark not defined

nh nh ảnh n oi a Error! Bookmark not defined

nh n ụn độc ập ẽ i p thiết bị đa năn hơnError! Bookmark not defined

nh M n h nh ẽ c nhiều thôn tin hơn nhờ h t ợ ứn ụn c a bên thứ Error! Bookmark not defined Hình h o i ức h Error! Bookmark not defined

Hình 2.9 ng dụng rộng lớn c a FIREBASE Error! Bookmark not defined

nh 1 Sơ đồ tổng quát c a hệ thốn điều khiển đ n thôn minhError! Bookmark not defined

nh Sơ đồ khối thiết bị đ n t on ia đ nh Error! Bookmark not defined

Hình 3.3 Modul thu phát wifi ESP8266 NodeMCU Mini D1Error! Bookmark not defined

nh Sơ đồ nguyên lý modul xử lý trung tâm ESP8266 NodeMCU Mini D1Error! Bookmark not defined

nh 5 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất Error! Bookmark not defined

Hình Sơ đồ nguyên lý khối nguồn công suất Error! Bookmark not defined

Hình 3.7 Mạch nguồn điều khiển Error! Bookmark not defined

nh 8 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch trong thiết bị đ nError! Bookmark not defined

nh 9 Cơ ở dữ liệu Firebase theo dạng cây Json Error! Bookmark not defined

Hình 3.10 Giao diện điều khiển t ên điện thoại Error! Bookmark not defined

Hình 3.11 Giao diện điều khiển t ên đồng hồ Error! Bookmark not defined

nh 1 Sơ đồ mạch in lớp t ên ưới mạch điện công suấtError! Bookmark not defined

nh Sơ đồ bố trí linh kiện trên mạch điện công suấtError! Bookmark not defined

Hình 4.3 Mạch nguồn công suất Error! Bookmark not defined

Hình 4.4 Mạch nguồn điều khiển Error! Bookmark not defined

Hình 4.5 Lớp trên mạch công suất Error! Bookmark not defined

Hình 4.6 Lớp ưới mạch công suất Error! Bookmark not defined

nh Côn đoạn thực hiện lắp p bước 1 Error! Bookmark not defined

nh 8 Côn đoạn thực hiện lắp p bước 2 Error! Bookmark not defined

nh 9 Côn đoạn thực hiện lắp p bước 3 mạch xử lý trung tâm ESP8266Error! Bookmark not defined Hình 1 Côn đoạn thực hiện lắp p bước 5 Error! Bookmark not defined

nh 1 Lưu đồ giải thuật c a chươn t nh con “CaiWifiChoDen”Error! Bookmark not defined

Hình 4.14 Lưu đồ giải thuật c a chươn t nh con “ oc u i u a i u hi n”Error! Bookmark not defined Hình 4.15 Giao diện phần mềm Arduino IDE khi hoạt độngError! Bookmark not defined

Hình 4.16 Kiểm tra các thiết bị ngoại vi mạch nạp kết nối vào máy tínhError! Bookmark not defined

Hình 4.17 Lựa chọn C M tươn ứng với thiết bị mạch nạpError! Bookmark not defined

nh 18 ường dẫn để c i i thư iện lập trình cho Modul wifi ESP8266

NodeMCU Mini D1 Error! Bookmark not defined

Hình 4.19 Tiến h nh c i đặt i thư iện cho ESP8266 NodeMCUError! Bookmark not defined

Hình 4.20 Thiết lập thông số cho ESP8266 NodeMCU trên Arduino IDEError! Bookmark not defined

Hình 4.21 Lập trình một chươn t nh cho i điều khiển ESP8266 NodeMCUError! Bookmark not defined Hình 4.22 Tạo ùn cơ ở dữ liệu mới Error! Bookmark not defined

Hình 4.23 Nhập thôn tin để tạo ra vùng dữ liệu mới Error! Bookmark not defined

nh ùn cơ ở dữ liệu để sử dụng Error! Bookmark not defined

nh 5 hay đổi cấp quyền đọc ghi dữ liệu Error! Bookmark not defined

Hình 4.26 Download file h trợ google.services.json từ FIREBASEError! Bookmark not defined

nh L m th o hướng dẫn c a oo để ứng dụng kết nối với FIREBASE.Error! Bookmark not defined Hình 4.28 Giao diện ban đầu khi tiến h nh c i đặt Android StudioError! Bookmark not defined

nh 9 C c điều khoản đường dẫn thư mục c a Android StudioError! Bookmark not defined

Hình 4.30 Thiết lập trình giả lập và lựa chọn thư mục Start MenuError! Bookmark not defined

Hình 1 C i đặt thêm các thành phần và giao diện khởi độngError! Bookmark not defined

Hình 4.32 Nhập thông tin c a project Error! Bookmark not defined

Hình 4.33 Lựa chọn thiết bị và phiên bản Android phù hợpError! Bookmark not defined

nh ặt tên cho “acti ity” tươn ứng Error! Bookmark not defined

nh 5 Môi t ường lập trình ứng dụng Android Error! Bookmark not defined

nh ặt “i ” cho từn đối tượng trong Android StudioError! Bookmark not defined

Hình 4.37 Cài ứng dụng trực tiếp từ phần mềm ên điện thoại thông minhError! Bookmark not defined

Hình 4.38 Nhập thông tin c a project Error! Bookmark not defined

Hình 4.39 Lựa chọn thiết bị và phiên bản Android Wear phù hợpError! Bookmark not defined

nh ặt tên cho “acti ity” tươn ứng Error! Bookmark not defined

nh 1 Môi t ường lập trình ứng dụng Android WearError! Bookmark not defined

nh X m địa chỉ IP c a đồng hồ thông minh Error! Bookmark not defined

Hình 4.43 Vào cửa sổ comman ‘ n oi bu in b i ”Error! Bookmark not defined

Hình 4.44 Dòng lệnh để kết nối đồng hồ thông minh với máy tínhError! Bookmark not defined Hình 4.45 Debugging thông qua wifi giữa m y tính đồng hồError! Bookmark not defined Hình 4.46 Giao diện phần mềm kết nối ifi t ên đồng hồ thông minhError! Bookmark not defined Hình 4.47 Giao diện điều khiển thiết bị đ n t ên điện thoạiError! Bookmark not defined

Hình 4.48 Giao diện điều khiển t ên đồng hồ thông minhError! Bookmark not defined

Hình 4.49 Hình ảnh c a thiết bị đ n Error! Bookmark not defined

Hình 4.50 Thiết lập c i đặt thông số mạng wifi cho thiết bị đ nError! Bookmark not defined Hình 4.51 Giao diện điều khiển t ên điện thoại & đồng hồ thông minError! Bookmark not defined Hình 5.1 Lớp t ên ưới mạch công suất Error! Bookmark not defined

Hình 5.2 Lắp p đầy đ các mạch điện vào thiết bị đ nError! Bookmark not defined

Hình 5.3 Thiết bị đ n đã được lắp ráp hoàn thiện Error! Bookmark not defined

Hình 5.4 Giao diện điều khiển, thiết lập thông số wifi cho thiết bị đ n c a điện thoại

& giao diện điều khiển c a đồng hồ thông minh Error! Bookmark not defined

Bảng 3.1 Bảng thông số òn điện thoát ID theo mức áp kích cổn tươn ứngError! Bookmark not defined Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện Error! Bookmark not defined

Bảng 4.2 Bảng kết quả sau quá trình kiểm tra mạch điệnError! Bookmark not defined

Bảng 5.1 Bảng khảo sát khi ứng dụng chạy nền Error! Bookmark not defined

Bảng 5.2 Bảng khảo sát khi ứng hoạt động giao diện điều khiểnError! Bookmark not defined

TÓM TẮT

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật công nghệ thì các thiết bị thông minh dần dần được tạo ra để phục vụ cho cuộc sống của con người, ví dụ như là những thiết bị thông minh trong gia đình và cụ thể hơn là những chiếc đèn chiếu sáng trong gia đình Điện thoại thông minh cũng như đồng hồ thông minh trong cuộc sống ngày nay rất là phổ biến, được rất nhiều người sử dụng và dựa trên những tiện ích mà chúng mang lại nhóm em sẽ thiết kế một phần mềm điều khiển các đèn chiếu sáng trong gia đình, để tạo sự tiện lợi trong quá trình điều khiển các đèn chiếu sáng Chính từ những chiếc điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh luôn bên cạnh chúng ta mà chúng

ta có thể điều khiển các đèn chiếu sáng trong gia đình ở bất cứ nơi đâu mà có phủ sóng 3g hoặc wifi

Phần mềm chạy trên điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh sử dụng hệ điều hành Android và Android Wear có thể điều khiển đèn ở khoảng cách xa và nơi đó

có phủ sóng wifi và điện thoại hay đồng hồ chỉ cần kết nối 3g hoặc wifi bất kỳ là có thế đều khiển được

Khi người dùng cài đặt ứng dụng trên điện thoại và đồng hồ xong thì đã có thể điều khiển được đèn tương ứng và không giới hạn số lượng điện thoại hay đồng hồ điều khiển, các điện thoại và đồng hồ này sẽ được đồng bộ trạng thái dựa trên cơ sở dữ liệu

Phần cứng của các đèn chiếu sáng sẽ được nhóm em thiết kế cải tiến dựa trên các đèn chiếu sáng bán trên thị trường, để phù hợp với mục đích điều khiển của nhóm Tuy nhiên do nhóm cũng chưa có nhiều kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu sót trong việc thực hiện đồ án tốt nghiệp Do đó nhóm chúng em rất mong nhận được sự hướng dẫn và góp ý từ phía Thầy Cô và các bạn sinh viên

Nhóm chúng em xin trân thành cảm ơn!

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Đ T N Đ

Với xu hướng ứng dụng CNTT và IoT để xây dựng ĐH thông minh và kèm theo

sự phát triển mạnh của “IoT (internet of things)” trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư nên nhóm em chọn đề tài liên quan đến IoT để nhóm em có thể từ đồ án tốt nghiệp này mà nhóm em có kinh nghiệm cho công việc trong tương lai, cụ thể hơn là nhóm em nhận thấy trong cuộc sống của con người thì đèn chiếu sáng là rất quan trọng

và không thể thiếu, chính vì các lý do trên mà nhóm em sẽ chọn đề tài “Tìm hiểu hệ điều hành android wear và xây dựng giải pháp điều khiển thông minh cho các đèn chiếu sáng gia đình”

Nhóm em sẽ thiết kế một phần mềm chạy trên điện thoại thông minh sử dụng

hệ điều hành Android và đồng hồ thông minh sử dụng hệ điều hành Android Wear để điều khiển các đèn chiếu sáng trong gia đình, giúp người sử dụng có thể thao tác điều khiển thật sự dễ dàng ở bất cứ nơi đâu có phủ sóng 3g hoặc wifi, giúp người sử dụng

có thể giám sát được hoạt động của các đèn chiếu sáng này để sử dụng một cách hợp

lý và nếu đi ra khỏi nhà mà quên tắt đèn thì cũng có thể giám sát điều khiển để tắt các đèn này Kèm theo đó là tính năng điều chỉnh độ sáng của từng đèn chiếu sáng để giúp người sử dụng có thể điều chỉnh độ sáng phù hợp với người sử dụng nhất có thể

Phần mềm chạy trên điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh hỗ trợ điều khiển 4 đèn sử dụng sóng wifi Đề tài mà nhóm sinh viên đã làm trước đó có tên đề tài

“xây dựng giải pháp điều khiển thông minh cho các đèn chiếu sáng gia đình” đây là đề tài tốt nghiệp của nhóm sinh viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, nhóm

đề tài này đã thực hiện được việc thiết kế phần cứng mạch điện trên thiết bị đèn có sẵn, thiết kế phần mềm điều khiển chạy trên hệ điều hành Android trên điện thoại điều khiển được hoạt động tắt mở, điều chỉnh độ sáng của đèn và thời gian tắt mở đèn trên một thiết bị đèn qua wifi và bluetooth Phần mềm của nhóm em hoạt động trên hệ điều hành Android của điện thoại thông minh và Android wear của đồng hồ thông minh Nhóm em thay vì chỉ điều khiển đèn qua điện thoại thông minh thì sẽ tìm hiểu và điều khiển thiết bị bằng điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh, cài đặt một lần là có

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

thể tự kết nối với đèn sau khi hoạt động ứng dụng và điều khiển các thiết bị đèn wifi

để điều khiển các đèn này với khoảng cách xa hơn bất kỳ nơi nào có phủ sóng 3g hoặc wifi thì đều có thể điều khiển được Dễ dàng cài đặt thông tin của wifi kết nối(tên mạng và mật khẩu) cho các đèn Nhiều thiết bị điện thoại & đồng hồ thông minh có thể điều khiển 1 hoặc nhiều thiết bị đèn sử dụng sóng wifi

1.2 MỤC TIÊU

Nhóm em sẽ thiết kế hai phần mềm, 1 chạy trên điện thoại thông minh và 1 trên đồng hồ thông minh sử dụng hệ điều hành Android, nhóm em sẽ tiến hành thiết kế cải tiến lại phần cứng mạch điện để phù hợp với yêu cầu điều khiển Phần mềm có thể điều khiển được 2 thiết bị đèn sử dụng sóng wifi cho khoảng cách xa ở bất cứ nơi đâu

có phủ sóng 3g và wifi mà điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh có thể thu được Ở các chế độ đều có hồi tiếp trạng thái của các đèn chiếu sáng, giá trị độ sáng điều chỉnh và biết được thiết bị đó có đang hoạt động hay không và biết được chắc chắn rằng đèn có đang sáng khi mở đèn tương ứng Giao diện dễ dàng thao tác cho người sử dụng và rất dễ cài đặt thông số và chỉ cần cài đặt một lần các giá trị này sẽ được lưu vào bộ nhớ ứng dụng Ứng dụng dễ dàng cập nhật mà không bị ảnh hưởng đến các dữ liệu đã cài đặt trước đó

Nhóm em nghiên cứu về hệ điều hành Android và Android Wear cũng như những ứng dụng của hệ điều hành này Sử dụng đồng hồ thông minh và điện thoại thông minh để tạo nên những ứng dụng điều khiển thiết bị đèn trong gia đình

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 GIỚI THIỆU

Theo mong muốn để tài là điều khiển được thiết bị đèn thông qua sóng wifi thì nhóm em cần tìm hiểu những nội dung sau:

 Tổng quan về hệ điều hành Android/Android Wear

 Khái niệm về cơ sở dữ liệu Firebase

 Tổng quan về wifi

 Giới thiệu tổng quan phần cứng

2.2 TỔNG QUAN V HỆ ĐI U HÀNH ANDROID

2.2.1 Khái niệm Android

Android là một hệ điều hành có mã nguồn mở dựa trên nền tảng Linux được thiết kết dành cho các thiết bị di động và máy tính bảng

2.2.2 Lịch sử phát triển

Tổng công ty Android (Android, Inc.) được thành lập tại Palo Alto, California vào tháng 10 năm 2003 bởi Andy Rubin Vào năm 2005 Google mua lại công ty này sau đó tới năm 2007 chính thức ra mắt hệ điều hành Android

Từ năm 2008, hệ điều hành Android đã trải qua nhiều lần cập nhật để dần dần cải tiến hệ điều hành, bổ sung các tính năng mới và sửa các lỗi trong những lần phát hành trước Mỗi bản nâng cấp được đặt tên lần lượt theo thứ tự bảng chữ cái, theo tên của một món ăn tráng miệng

Hình 2.1 Các phiên bản hệ điều hành Android qua các lần nâng cấp

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2.3 Ưu nhược điểm hệ điều hành Android

a Ưu điểm

 Thân thiện dễ sử dụng với người dùng

 Khả năng đa nhiệm chạy cùng lúc nhiều ứng dụng

 Đa dạng nhiều sản phẩm phù hợp hầu hết các thiết bị điện thoại và máy tính bảng

 Kho ứng dụng Google Play có rất nhiều ứng dụng hay mà người dùng có thể lựa chọn tải về sử dụng

 Là hệ điều hành có khả năng tùy biến cao người dùng có thể chỉnh sữa mà không có sự cấm cản từ nhà sản xuất

b Nhược điểm

 Không tự động cập nhật hệ điều hành với tất cả thiết bị, khi một hệ điều hành mới ra mắt người dùng có thể không cập nhật được mà phải mua một thiết bị khác có hệ điều hành đó

 Khó kiểm soát chất lượng ứng dụng khi quá nhiều ứng dụng được tải lên

 Dễ nhiễm mã độc gây hại thiết bị do tính chất nguồn mở nên không có sự kiểm soát

 Sự phân cấp chất lượng sản phẩm lớn khi nhiều sản phẩm nổi tiếng chất lượng như: Galaxy S7, Galaxy Note 8, Xperia Z3…, vẫn còn rất nhiều sản phẩm giá

Android Wear là phiên bản hệ điều hành mở Android của Google thiết kế

cho đồng hồ thông minh và thiết bị đeo khác Bằng cách kết nối với điện thoại thông minh chạy Android phiên bản 4.3+, Android Wear sẽ tích hợp chức năng Google Now và thông báo di động trên hình thức đồng hồ thông minh Nền tảng đã được công

bố vào ngày 18 tháng 3, 2014, cùng với việc phát hành một bản phát triển Các công ty như Motorola, Samsung, LG, HTC và Asus đã công bố là đối tác chính thức Vào 25

tháng 6, 2014, tại Google I/O, LG G Watch và Moto 360 của Motorola được công bố, cùng với thông tin chi tiết về Android Wear

Hình 2.2 Đồng hồ chạy Android ear

2.3.2 Thông tin cơ bản ề hệ điều h nh n i

Các nhà sản xuất có thể thiết kế đồng hồ Android Wear của mình theo nhiều kiểu dáng khác nhau, nhưng tất của chúng đều chạy các phần mềm của Google như cùng chung một giao diện, chung tính năng tìm kiếm, thẻ thông báo Google Now, nhắc nhở, đặt lịch, định vị, tin nhắn, tương tác với xe hơi, điều khiển bằng khẩu lệnh…

LG G Watch và Samsung Gear Live, những chiếc đồng hồ Android ear đầu tiên, cả hai đều có bộ vi xử lý, dung lượng và bộ nhớ RAM tương tự Chúng chỉ hơi khác nhau về phân giải màn hình, loại màn hình hiển thị, và dung lượng pin Ngoài ra Gear Live cũng có một thêm tính năng đo nhịp tim Tuy nhiên, chúng đều có cổng Micro-USB, nhưng bộ sạc và đế cắm khác nhau

Điều kiện để smartwatch có thể hoạt động bình thường đó là chiếc điện thoại đang sử dụng phải chạy nền tảng Android 4.3 trở lên Xét về mặt công nghệ, việc tương tác phải xảy ra giữa các thiết bị cao cấp là điều đương nhiên, nhưng riêng với Android, điều này đang gây ra không ít rào cản cho người dùng muốn sử dụng đồng hồ thông minh Bởi theo một báo cáo mới đây, chỉ có hơn 24% các thiết bị Android là

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

đang chạy phiên bản 4.3 trở lên Nhưng có một tin tốt là không giống như những smartwatch trước đây của Samsung,có thể sử dụng Samsung Gear Live với điện thoại

LG hay Motorola hoặc Nexus

Thông báo và tin nhắn được hiển thị một cách tự động, nhưng không có bàn phím trên màn hình của thiết bị chạy Android ear Để có làm được các thao tác khác, cần phải thông qua menu hoặc nói chuyện trực tiếp với đồng hồ Tuy nhận dạng giọng nói của Google hoạt động thực sự tốt, nhưng không hề dễ dàng để làm cho Android Wear hiểu tất cả mọi thứ, đặc biệt là trong không gian ồn ào

Android ear thường đưa ra những thông tin khó hiểu và ngẫu nhiên thay vì những thông tin liền mạch Đôi khi sẽ nhận được tin nhắn hiện tại, vào lần khác sẽ nhận được tiên đoán "gợi ý" về hướng đi, mặt hàng để bán, hoặc ngày sinh nhật của bạn bè

Nếu một cuộc gọi điện thoại đến, chỉ có thể nói chứ không thể nghe vì thiết bị chạy Android Wear không có loa - chỉ có một microphone để nói Hoặc có thể trả lời cuộc gọi đó bằng điện thoại của mình hoặc sẽ phải cần đến tai nghe để nói chuyện

Các đồng hồ Android wear hiện này sử dụng mặt hình vuông như là: Samsung Gear Live, LG G atch , LG G atch 2…, còn nếu người dùng thích sử dụng mặt hình tròn có thể tham khảo Moto 360, LG G atch R, LG G atch R Urban…Nhưng xét về thẩm mỹ thì đồng hồ android wear mặt tròn đang được ưa chuộng hơn nhiều

Một phiên bản mới của dịch vụ Google Play dành cho tất cả các thiết bị Android đã được cập nhật Bản Google Play 5.0 này cung cấp các ứng dụng đầu tiên phục vụ những chiếc smartwatch chạy Android ear Để sử dụng người dùng cần tải

về các ứng dụng Android Wear chính thức trên smartphone có kết nối với smartwatch, sau đó cập nhật Google Play Store 5.0 để chúng cài đặt trên Wear

Trong thiết lập mặc định cơ bản, đồng hồ chạy Android Wear có thể kéo dài khoảng một ngày trước khi cần sạc lại Có nghĩa là sẽ cần phải sạc pin gần như thường xuyên như khi sạc điện thoại Nếu muốn thời lượng pin kéo dài hơn thì nên điều chỉnh thiết lập màn hình, độ sáng hạn chế và chỉ sử dụng những ứng dụng thật sự cần thiết

Có lẽ đây là một điểm trừ cực lớn cho đồng hồ Android Wear

Các menu điều khiển bằng giọng nói, các thông báo vuốt thả, các ứng dụng cuộn-và-chạm-để-mở trên Android ear đều giống như Google Glass, ngoại trừ nó nằm trên cổ tay Bên cạnh đó, dù hiện nay vẫn không có thiết bị Android Wear nào hỗ trợ camera nhưng biết đâu tương lai chúng cũng sẽ có

Thông tin về phiên bản Android Wear mới nhất hiện nay

Android Wear 2.0 vừa được Google chính thức giới thiệu tại sự kiện Google I/O 2016 Mặc dù hiện tại vẫn còn ở giai đoạn thử nghiệm và chỉ có phiên bản dành cho lập trình viên, tuy nhiên nhiều tính năng trên hệ điều hành dành cho đồng hồ thông minh mới này khiến cho watchOS của Apple phải dè chừng Google cho biết, hãng đang dùng nhiều cách để thúc đẩy các lập trình viên phát triển ứng dụng cho đồng hồ thông minh

hỗ trợ cho những smartwatch chạy Android Wear có thể hoạt động độc lập và thoát khỏi sự lệ thuộc vào smartphone Nếu Google làm tốt điều này thì trong tương lai, Apple atch cũng cần phải cải tiến để không phải “tụt hậu” so với đối thủ của mình

Sau đây là những tính năng đặc biệt được tích hợp trên Android Wear 2.0

Hình 2.3 Hình ảnh Android ear 2.0

Mặc dù là tin vui đối với người dùng nhưng sẽ là thách thức với các nhà sản xuất thiết bị Vì khi Android Wear hỗ trợ ứng dụng chạy độc lập thì chúng sẽ cần đến nhiều dung lượng lưu trữ hơn Yêu cầu về năng lượng cũng sẽ nhiều hơn để giúp thiết

bị vận hành cả ứng dụng Ngoài ra, có thể cấu hình phần cứng để chạy Android Wear cũng sẽ cao hơn Do đó, nếu đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu trên thì giá thành sản phẩm sẽ cao và khó có thể tiếp cận được đông đảo người dùng

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Giao diện sử dụng phẳng

Giống như hệ điều hành dành cho di động Android mới, Android Wear 2.0 cũng đã

cải tiến giao diện với phong cách Material UI để tối ưu với màn hình nhỏ của đồng hồ Giờ đây, giao diện của Android ear 2.0 “sạch sẽ”, dễ sử dụng hơn nhiều so với phiên bản trước đó

Hình 2.4 Ứng dụng độc lập sẽ giúp thiết bị đa năng hơn

Hình 2.5 Giao diện Alarm đổi mới

Cách thức tương tác cũng đa dạng hơn với kiểu vuốt từ trên xuống để truy cập các thiết lập nhanh các tính năng, kết nối (Quick Settings) Google cũng đã bổ sung

thêm nhiều tùy chọn hơn cho chức năng này, chẳng hạn như Silent Mode, Flight Mode, Silent, Do Not Disturb, Brightness và All Settings

Một cải tiến khác về giao diện là menu App Launcher giúp hiển thị các ứng dụng đã

cài để người dùng thao tác mà không phải tìm kiếm với quá nhiều thao tác như trước đây nữa

Tóm lại, với phong cách thiết kế phẳng của Android Wear 2.0, giao diện sử dụng giờ đây trông hiện đại, đơn giản nhưng dễ sử dụng

Hỗ trợ widget của bên thứ ba

Không còn quá cứng nhắc khi chỉ cho phép dùng widget “chính chủ” cho màn hình atch Face trên Android ear trước đây nữa, phiên bản mới đã cho phép bạn tải về, tùy biến và áp dụng các phân mục (complications), widget của bên thứ ba cho màn

hình đồng hồ Điều này giúp tăng khả năng cá nhân hóa cho Android Wear 2.0 hơn

Hình 2.6 Màn hình sẽ có nhiều thông tin hơn nhờ hỗ trợ ứng dụng của bên thứ 3

Cuối cùng là ứng dụng "StopWatch", về cơ bản giao diện trên phần mềm nay mang phong cách giống với "Timer" ở chế độ toàn màn hình, có thể là để đảm bảo tính nhất quán Google sử dụng phông nền hơi đậm hơn so với màu xanh dương nhạt trên giao diện cũ

Việc Google liên tục cải tiến nền tảng Android ear được xem là một động thái nhằm cạnh tranh với dòng sản phẩm Apple Watch của Apple Hiện tại, cũng đã có thông tin Google còn muốn thiết bị Android Wear có thể tương tác được với iPhone thay vì chỉ hỗ trợ smartphone Android như hiện nay

2.3.3 ng ụng củ hệ điều h nh n i

Giám sát sức khỏ

Chia sẻ tại sự kiện Google I/O 2016, Google cho biết, công ty sẽ thực hiện một cuộc đại tu nhằm biến Android ear 2.0 trở thành một nền tảng trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe và thể thao Lời khẳng định này hoàn toàn phù hợp với những gì mà phiên bản thử nghiệm của Android ear 2.0 thể hiện Bên cạnh việc hỗ trợ theo dõi bước chân, nhịp đi bộ/chạy bộ, ứng dụng chăm sóc sức khỏe cũng sẽ cho phép đo nhịp tim,

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

lượng đường, giám sát lượng nước… và thống kế lại theo trật tự thời gian và hình tượng hóa bằng biểu đồ và đưa ra lời khuyên phù hợp cho người dùng

Hình 2.7 Theo dõi sức khỏe

Hình 2.8 Giao diện thông báo của Android wear 2.0 so với các bản 1.x

2.4 KHÁI NIỆM V CƠ SỞ DỮ LIỆU FIREBASE

2.4.1 Khái niệm

Firebase là một dịch vụ API (giao diện lập trình ứng dụng) để lưu trữ và đồng bộ

dữ liệu giữa hai hay nhiều thiết bị với nhau Firebase hoạt động dựa trên nền tảng đám mây được cung cấp bởi Google nhằm giúp đỡ các lập trình viên phát triển nhanh ứng dụng bằng cách đơn giản hóa các thao tác ứng dụng với cơ sở dữ liệu

Hình 2.9 Ứng dụng rộng lớn của FIREBASE 2.4.2 Lịch sử phát triển

Firebase được thành lập bởi Tamplin và Lee Hai nhà sáng lập này đã dựa vào một dịch vụ API chat trực tuyến vào trang web được cung cấp bởi Envolve, các nhà phát triển sử dụng Envolve để đồng bộ hóa dữ liệu các trạng thái trò chơi trong thời gian thực lên trang web Dựa vào yếu tố này Tamplin và Lee đã quyết định tách riêng

hệ thống chat và kiến trúc thời gian thực để thành lập một cơ sở dữ liệu firebasse riêng biệt vào tháng 4 năm 2012 Vào ngày 21 tháng 10 năm 2014 Google đã mua lại

Firebase.

2.4.3 Các chức năng chính của Firebase

a Realtime Database – Cơ sở dữ liệu thời gian thực

Firebase lưu trữ dữ liệu database dưới dạng JSON và thực hiện đồng bộ database tới tất cả các client theo thời gian thực Chúng ta có thể xây dựng được client đa nền tảng (cross-platform client) và tất cả các client này sẽ cùng sử dụng chung 1 database

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

đến từ Firebase và có thể tự động cập nhật mỗi khi dữ liệu trong database được thêm mới hoặc sửa đổi

b Firebase Authentication – Hệ thống xác thực của Firebase

Với Firebase chúng ta có thể dễ dàng tích hợp các công nghệ xác thực của Google, Facebook, Twitter, … hoặc một hệ thống xác thực mà chúng ta mình tạo ra từ trong ứng dụng ở bất kì nền tảng nào như Android, iOS hoặc Web

c Firebase Hosting

Chúng ta có thể triển khai một ứng dụng nền web chỉ với vài giây với hệ thống Firebase, và các dữ liệu sẽ được lưu trữ đám mây đồng thời được bảo mật thông qua giao thức truy cập SSL

2.4.4 Ưu nhược điểm Firebase

a Ưu điểm

 Triển khai ứng dụng cực nhanh

 Tính bảo mật cao

 Có linh hoạt và mở rộng ứng dụng dễ dàng

 Tính ổn định cao ít khi nào gặp trường hợp sập server

 Người đăng ký tài khoản miễn phí có 1GB dung lượng lưu trữ

b Nhược điểm

 Đăng ký tài khoản miễn phí thì chỉ được tối đa 100 thiết bị hoặc người truy cập trong khi có tính phí thì sẽ trả phí theo thuê bao và dung lượng lưu trữ

2.5 TỔNG QUAN V WIFI

2.5.1 Khái niềm về wifi

Wi-Fi viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11( bắt nguồn từ viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) của Hoa kỳ) là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio

Sóng wifi truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz Tần số này cao hơn so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hình Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn

2.5.2 Các chuẩn của wifi

 ifi hay mạng 802.11 có 6 chuẩn thông dụng nhất đó là 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, 802.11ad

 Chuẩn 802.11b: Đây là phiên bản đầu tiên trên thị trường Chuẩn này có tốc độ truyền chậm và ít phổ biến hơn so với các chuẩn khác Chuẩn 802.11b phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz, nó có thể xử lý đến 11 Mbit/s và sử dụng mã CCK (complimentary code keying)

 Chuẩn 802.11g: Cũng phát ở tần số 2.4 GHz, nhưng nhanh hơn so với chuẩn 802.11b, tốc độ xử lý đạt 54 Mbit/s Chuẩn 802.11g nhanh hơn vì nó sử dụng

mã OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing), một công nghệ mã hóa hiệu quả hơn

 Chuẩn 802.11a: Phát ở tần số 5 GHz và có thể đạt đến 54 Mbit/s Nó cũng sử dụng mã OFDM

 Chuẩn 802.11n: Phát ở tần số 2.4 GHz, nhưng nhanh hơn so với chuẩn 802.11a, tốc độ xử lý đạt 300 Mbit/s

 Chuẩn 802.11ac: phát ở tần số 5 GHz

 Chuẩn 802.11ad: phát ở tần số 60 GHz

WiFi có thể hoạt động trên cả ba tần số và có thể nhảy qua lại giữa các tần số khác nhau một cách nhanh chóng Việc nhảy qua lại giữa các tần số giúp giảm thiểu sự nhiễu sóng và cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây cùng một lúc

CHƯƠNG 3 TÍNH T ÁN THIẾT KẾ

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG

3.1.1 Sơ đ tổng uát củ hệ thống điều khiển đ n thông minh

Hình dưới đây là sơ đồ tổng quát của toàn hệ thống, điện thoại và đồng hồ thông minh sẽ gửi dữ liệu lên Database Firebase, dữ liệu trên Database sẽ được đọc về bởi mạch điều khiển từ bóng đèn thông minh để điều khiển đèn đồng thời

sẽ gửi giá trị về trạng thái cũng như độ sáng của bóng đèn ngược lại cho Database, sau đó điện thoại và đồng hồ thông minh sẽ cập nhật giá trị đó từ Database để biết trạng thái cũng như độ sáng của thiết bị đèn

Database Firebase Đèn Thông Minh

Đồng Hồ Thông Minh Điện Thoại Thông Minh

Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống điều khiển đèn thông minh

3.1.2 Sơ đ khối củ hệ thống điều khiển đ n thông minh

 Khối nguồn công suất

 Khối nguồn điều khiển

 Khối xử lý trung tâm

 Khối cống suất

 Khối cơ sở dữ liệu

 Khối thực thi điều khiển

Hình 3.2 Sơ đồ khối thiết bị đèn trong gia đình

 Chức năng từng khối trong thiết bị:

 Khối nguồn công suất

Đây là nguồn có sẵn của đèn nguồn này cung cấp điện áp cho khối công suất và cho đèn hoạt động

 Khối nguồn điều khiển

Đây là nguồn xung nhỏ gọn điện áp ngõ ra 5VDC dòng khoảng 700mA cung cấp nguồn cho mạch xử lý trung tâm (ESP8266 NodeMCU Mini D1)

Khối nguồn điều khiển Khối nguồn công suất

Khối Công suất

310VDC

Khối thực thi điều khiển (điện thoại & đồng hồ hệ điều hành Android)

Khối cơ sở dữ liệu

CHƯƠNG 3 TÍNH T ÁN THIẾT KẾ

 Khối xử lý trung tâm (ESP8266 NodeMCU Mini D1)

Khối này cập nhật dữ liệu từ cơ sở dữ liệu sau đó xử lý điều khiển khối công suất

 Khối cơ sở dữ liệu

Đây là nơi lưu trữ dữ liệu giữa khối xử lý trung tâm và khối thực thi điều khiển

 Khối công suất

Nhiệm vụ khối này là điều khiển độ sáng của đèn hoặc tắt mở đèn thông qua lệnh điều khiển của khối xử lý trung tâm

 Khối thực thi điều khiển

Đây là ứng dụng được viết trên điện thoại android và đồng hồ android wear dùng

để gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu

3.2 THIẾT KẾ ĐÈN THÔNG MINH

Từ sơ đồ tổng quát, trước tiên nhóm sẽ khảo sát thiết kế “Đèn Thông Minh” được nêu ra trong sơ đồ tổng quát Đèn mà nhóm em sẽ sử dụng để phát triền là đèn led bulb 5W của hang Rạng Đông, Là loại led có nguồn sáng chất rắn, hiệu suất cao, có độ bền cao, không chứa thủy ngân và hóa chất độc hại, không phát ra tia tử ngoại, an toàn cho người sử dụng và thân thiện môi trường

Để phát triển một bóng đèn Led này trở thành một chiếc đèn thông minh, nhóm

em cần phải thiết kế cải tiến phần cứng của đèn để đèn có thể nhận được dữ liệu từ cơ

sở dữ liệu thông qua kết nối wifi Ngoài những mạch có sẵn trong bóng đèn của nhà sản xuất như mạch nguồn công suất, ta cần thực hiện cải tiến bằng việc thêm 3 mạch sau vào bóng đèn: Mạch điều khiển (Giúp đèn kết nối với cơ sở dữ liệu và điều khiển đèn từ đồng hồ & điện thoại thông minh qua mạng wifi hay 3g), mạch công suất (Giúp điều chỉnh sáng tắt, độ sáng của đèn), mạch nguồn cho mạch điều khiển (Ở đây là Modul wifi ESP8266 NodeMCU Mini D1)

 YÊU CẦU THIẾT KẾ:

Mạch điều khiển thiết bị đèn phải được nhỏ gọn sao cho phù hợp với không gian cho phép của đèn

Những linh kiện được sử dụng trong mạch không những phải đáp ứng được yêu cầu hoạt động như: dòng điện, điện áp, công suất, khả năng đáp ứng nhanh, độ chính xác cao… mà còn phải phổ biến trên thị trường để dễ dàng thay thế khi bảo trì

Khi đóng gói các mạch trong đèn sau cho khi tháo ra nạp chương trình hay sữa chữa phải dễ dàng

Ngay sau đây ta sẽ tính toán thiết kế 3 mạch vừa nêu ở trên

3.2.1 Khối xử lý trung tâm

 Khối xử lý trung tâm (Modul wifi ESP8266 NodeMCU Mini D1)

Hình 3.3 Modul thu phát wifi ESP8266 NodeMCU Mini D1

Modul wifi ESP8266 NodeMCU Mini D1 là kit phát triển dựa trên nền chíp Wifi SoC ESP8266EX với thiết kế dễ dàng sửa dụng vì tích hợp sẵn mạch nạp sử dụng chíp CH340 trên board, người dùng muốn nạp chương trình chỉ cần kết nối với máy tính qua cáp USB(Loại dùng cho Laptop và điện thoại thông minh) Hiện tại có hai ngôn ngữ có thể lập trình cho ESP8266, sử dụng trực tiếp phần mềm IDE của Arduino để lập trình với bộ thư viện riêng hoặc sử dụng phần mềm node MCU Vì sự tiện lợi và giá thành hợp lý (90.000 VNĐ) nên nhóm em quyết định chọn modul này làm khối điều khiển trung tâm

 Thông số kỹ thuật:

IC chính: ESP8266EX Wifi SoC

CHƯƠNG 3 TÍNH T ÁN THIẾT KẾ

Chip nạp và giao tiếp UART: CH340

Cập nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc vào các chân 5V, 3V3

GPIO giao tiếp mức logic 3V3

 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý trung tâm (Modul wifi ESP8266 NodeMCU Mini D1)

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý modul xử lý trung tâm ESP8266 NodeMCU Mini D1

3.2.2 Thiết kế khối công suất

Do bộ xử lý trung tâm xuất xung với tần số 980Hz nên ta có chu kỳ xung là: T=

với chu kỳ xung này thì opto 4n35 hoạt động ổn định với chu kỳ

đó

Để có điện áp mở cổng Mosfet IRF840 với 20VDC và nguồn cấp cho opto 4n35 phải nhỏ hơn 70VDC Ta phải tạo cầu phân áp từ bộ nguồn công suất 310

VDC để tạo ra điện áp 24VDC Dựa vào những thông số trên ta chọn áp ra ngay cầu phân áp khoảng 24VDC, điện áp vào 310VDC ta chọn trở R10 = 4k7, ta tính ra được

Ta cần áp mở cổng Mosfet không nên vượt quá 20VDC ta dùng diode zener 20VDC để ổn định mức áp 20VDC nằm trong khoảng cho phép kích cổng G của Mosfet IRF840

 Khoảng điện áp Vgs được tính như sau:

 Dòng tiêu thụ led 50mA ta có =50mA (được tính toán tại khối nguồn công suất)

 Vth: điện áp ngưỡng để hình thành kênh dẫn DS (4V theo datasheet)

 Vgs: điện áp kích vào cồng G Mosfet

 Với k = IDON/((Vgson – Vth))2 ( k là hằng số phụ thuộc E mosfet)

 IDON: Dòng ID là dòng điện thoát của Mosfet trừ D xuống S, dòng điện này quy định độ sáng của đèn

 Vgson: Điện áp kích của IDON là 20V

Ta có: k=0.05/(20-4)2 = 0.0002 vậy với k=0.0002 ta sẽ được bảng thông số sau với dòng điện thoát ID tương ứng mức áp kích cổng G dựa vào công thức sau:

ID=0.0002(VGS-4)2

 Ta có thể tính toán giá trị điện áp ngõ ra như sau:

- Giá trị điện áp sau chỉnh lưu cầu là: u=Um sin(ωt)(3.12)

- Sau chỉnh lưu giá trị điện áp có biên độ đỉnh là: Um = 220√ =310VDC

C: là điện dung của tụ

f :là tần số điện áp lưới 50hz

U: là điện áp lưới 220V

Sơ đồ nguyên lý khối nguồn công suất

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn công suất

3.2.4 Khối ngu n điều khiển

Dựa vào thông số đầu vào của mạch xử lý trung tâm trên thì ta cần phải có nguồn với điện áp ngõ ra +5VDC Xét các yếu tố kết hợp với yêu cầu mạch nguồn phải nhỏ gọn thì nhóm em thấy trên thị trường có bán một mạch nguồn đáp ứng được các yêu cầu trên giá thành lại hợp lý nên nhóm em chọn mua mạch nguồn loại này

Hình 3.7 Mạch nguồn điều khiển

 Thông số kỹ thuật

 Mạch rất thích hợp cho các hệ thống tiêu thụ điện năng thấp ,nhỏ gọn, an toàn

 Điện áp ngõ vào : 90VAC - 230VAC

 Dòng ngõ vào : 14mA ( 220VAC)

 Điện áp ngõ ra : 5VDC

 Dòng ngõ ra : 0 - 700mA, maximum lên đến 750mA

CHƯƠNG 3 TÍNH T ÁN THIẾT KẾ

 Hiệu suất : 80%

 Điện áp gợn sóng ( răng cưa) : 60mV

3.2.5 Sơ đ nguyên lý của toàn mạch

Đối với thiết bị đèn sử dụng sóng wifi sơ đồ nguyên lý toàn mạch bao gồm hai khối chính: Khối xử lý trung tâm (ESP8266 NodeMCU Mini D1), khối công suất Như sơ đồ bên dưới IC 4A2D tạo nguồn 3.3VDC cấp cho ESP8266 hoạt động Mạch xử lý trung tâm ESP8266 cấp xung cho khối công suất để cấp mức điện áp phù hợp vào chân G của Mosfet IRF840 cho phép mở cổng điều chỉnh độ sáng đèn hoặc tắt mở đèn

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch trong thiết bị đèn 3.3 THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU FIREBASE DATABASE

 Yêu cầu thiết kế:

Với cơ sở dữ liệu nhóm em sử dụng là Firebase Database của hãng Google, điều nhóm hướng đến là giá thành phải phù hợp và dung lượng lưu trữ phải đủ để lưu dữ liệu

Hiện tại nhóm đang sử dụng bản miễn phí của Firebase với 100 thuê bao tương ứng với 100 người sử dụng (hiểu đơn giản 1 người sử dụng là một hộ gia đình được lắp đặt sản phẩm), cùng với đó là 1GB dung lượng lưu trữ (Có thể

100 thì nhóm em có thể sử dụng bản có trả phí của Firebase 25 USD/Tháng với 100.000 thuê bao và 2,5 GB dung lượng lưu trữ

Firebase có cách thức lưu cơ sở dữ liệu dưới dạng cây Json, vì thế nhóm

em thiết kế một cơ sở dữ liệu hợp lý để gửi và nhận dữ liệu cho đèn cũng như điện thoại & đồng hồ thông minh như sau:

Hình 3.9 Cơ sở dữ liệu Firebase theo dạng cây Json 3.4 THIẾT KẾ PHẦN M M CHẠY T ÊN ĐIỆN THOẠI THÔNG

MINH & ĐỒNG HỒ THÔNG MINH

3.4.1 Thiết kế phần mềm chạy trên điện thoại thông minh

 Yêu cầu chức năng (Chức năng 2 phần mềm trên điện thoại và đồng hồ tương tự nhau)

 Điều khiển thiết bị ở bất cứ nơi đâu (thiết bị đèn được kết nối mạng wifi và điện thoại thông minh & đồng hồ thông minh kết nối 3g hoặc wifi)

 Điều khiển được 4 thiết bị đèn, số lượng có thể lựa chọn tăng thêm từ nhà sản xuất, tùy thuộc vào số lượng đèn của hộ gia đình

 Có thể cài đặt các thông số và các thông số này sẽ lưu lại

CHƯƠNG 3 TÍNH T ÁN THIẾT KẾ

 Điều khiển sáng tắt, độ sáng của từng thiết bị đèn

 Có thể điều khiển bất kỳ đèn nào trên phần mềm cùng lúc

 Trạng thái sáng tắt, độ sáng của thiết bị đèn sẽ được hồi tiếp về điện thoại thông minh và sẽ được hiển thị trạng thái lên giao diện điều khiển để người dùng dễ nhận biết

 Giao diện điều khiển của phần mềm trên điện thoại

Hình 3.10 Giao diện điều khiển trên điện thoại

Giao diện bao gồm các biểu tượng “hình ảnh đèn”, phía trên hình ảnh đèn có tên đèn, hình ảnh này có nhiệm vụ khi người sử dụng chạm tay vào nút công tắc dưới đèn

Hình ảnh đèn Tên đèn 2

Công tắc Thanh chỉnh

độ sáng đèn

Trạng thái đèn

Độ sáng đèn

Hình ảnh đèn Tên đèn 3

Công tắc Thanh chỉnh

độ sáng đèn

Trạng thái đèn

Độ sáng

Tên đèn 4

Công tắc Thanh chỉnh

độ sáng đèn

Trạng thái đèn

Độ sáng đèn

Hình ảnh đèn Tên đèn 1

Công tắc Thanh chỉnh

độ sáng đèn

Trạng thái đèn

Độ sáng đèn

tương ứng thì có thể điều khiển được sáng hoặc tắt thiết bị đèn, nếu thiết bị đèn đang sáng thì biểu tượng “hình ảnh đèn” sẽ hiển thị là hình ảnh bóng đèn đang sáng và ngược lại Ngay dưới công tắc là thanh điều chỉnh độ sáng và người sử dụng có thể điều chỉnh được Với tính năng “tùy chọn” trên giao diện, đây là một danh sách lựa chọn để chuyển qua giao diện thiết lập wifi cho các đèn khi thông tin mạng wifi trong gia đình bị thay đổi

3.4.2 Thiết kế phần mềm chạy trên đ ng h thông minh

 Giao diện điều khiển phần mềm trên đồng hồ thông minh

Hình 3.11 Giao diện điều khiển trên đồng hồ

Tên phần mềm

Hình ảnh đèn Tên đèn 2

Công tắc Thanh chỉnh

độ sáng đèn

Trạng thái đèn

Độ sáng đèn

Hình ảnh đèn Tên đèn 3

Công tắc Thanh chỉnh

Tên đèn 4

Công tắc Thanh chỉnh

độ sáng đèn

Trạng thái đèn

Độ sáng đèn

Hình ảnh đèn Tên đèn 1

Công tắc Thanh chỉnh

CHƯƠNG 3 TÍNH T ÁN THIẾT KẾ

Giao diện trên đồng hồ khác trên điện thoại 1 điểm duy nhất là không có nút

“tùy chọn” Vì điện thoại được xem như một trạm điều khiển, đồng thời thiết lập các giá trị wifi cho đèn khi có sự thay đổi về thông tin mạng wifi, còn đồng hồ thông minh chỉ đảm nhiệm chức năng điều khiển Đồng hồ có kích thước nhỏ hơn so với điện thoại nên việc sắp xếp các bộ điều khiển để người dùng dễ thao tác khó khăn hơn, nên nhóm làm một màn hình chỉ có 2 đèn, muốn điều khiển đèn khác người dùng chỉ cần trượt xuống là sẽ điều khiển được những đèn khác