Đồ án thiết kế nhà thông minh sử dụng điện thoại điều khiển

mô hình nhà thông minh có các hệ thống cảm biến chống trộm báo cháy, khói và hệ thống các thiết bị được điều khiển bằng điện thoại qua arduino. hệ thống cảm biến ánh sáng tự động bật đèn khi trời tốt tắt khi trời sáng. cảm biến chống trộm bằng lazer. Cảm biến nhiệt dùng IC khuếch đại thuật toán và báo khói bằng thu phát hồng ngoại. Các thiết bị trong nhà được điều khiển qua điện thoại bằng blutooh vs kit arduino

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG

KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Khoa: Điện tử - Tin học

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài: “Nghiên cứu và thiết kế mô hình nhà thông minh ”

Giảng viên hướng dẫn: Th.S PHAN QUANG THƯỞNG

Sinh viên thực hiện:

Giảng viên hướng dẫn:ThS.PHAN QUANG THƯỞNG

Ngành đào tạo: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Ngày giao đề tài: 14 /04/ 2019

Ngày nộp quyển: 08 /06/ 2019

NỘI DUNG ĐỀ TÀI:

“Nghiên cứu và thiết kế mô hình nhà thông minh”

 Hệ thống đèn tự động khi trời tối

 Các thiết bị trong nhà được điều khiển bằng smartphone thông qua blutooh

Bắc Giang, ngày 15 tháng 05năm 2019

Trưởng khoa

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy côcủa trường Cao Đẳng kỹ thuật Công Nghiệp Bắc Giang, đặc biệt các thầy cô khoa Điện

tử - Tin học của trường đã tận tình dạy dỗ em trong những năm học trên giảng đường

và trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp Và em cũng xin chân thành cảm ơn thầyPhan Quang Thưởng đã nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt đồ ántốt nghiệp

Xin cảm ơn các bạn sinh viên đã đóng góp ý kiến, động viên và kích lệ tinh thầntrong quá trình thực hiện đề tài

Trong quá trình làm đồ án, cũng như báo cáo, khó tránh phải sai sót, rất mongcác Thầy, Cô bổ xung đóng góp ý kiến Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinhnhiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót,chúng em mong nhận được ý kiến đóng góp của các Thầy, Cô để em học thêm đượcnhiều kính nhiệm bổ ích cho việc học tập và công việc trong tương lai

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Bắc Giang, 2019

Trưởng nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Thế Đức

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG

KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN (KHÓA LUẬN) TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG

CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn: Th.s PHAN QUANG THƯỞNG Khoa: Điện tử - tin học

Tên đề tài: Nghiên cứu và thiết kế mô hình nhà thông minh

Sinh viên thực hiện:

NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ:

ĐIỂM

ĐIỂM CHẤM

1 Mức độ thời sự của đề tài, mức độ khó của đề tài 10

2 Tính ứng dụng của đề tài vào thực tiễn 10

3 Tính đúng đắn và hợp lý của phân tích thiết kế 15

5 Mức độ hoàn thành công việc của sinh viên 25

6 Tinh thần và thái độ làm việc: chăm chỉ, cần cù,

nghiêm túc và tinh thần chủ động trong công việc 10

7 Khả năng đọc sách ngoại ngữ tham khảo 5

8 Khả năng tổng hợp kiến thức viết đồ án 10

9 Bố cục và hình thức trình bày đồ án theo quy định 5

10 Thời hạn hoàn thành và nộp đồ án 5

Điểm kết luận qui đổi của giáo viên hướng dẫn: ……… (điểm).

(Qui về điểm 10, không làm tròn, đạt từ 5 điểm trở lên mới cho bảo vệ)

Đồng ý cho bảo vệ: Không đồng ý cho bảo vệ:

Bắc Giang, ngày…….tháng năm 20…

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG

KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG

CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Giảng viên phản biện: Bộ môn……….Khoa

Tên đồ án tốt nghiệp:

Sinh viên thực hiện: Lớp:

Giảng viên hướng dẫn:

NỘI DUNG NHẬN XÉT: I Nội dung báo cáo - Bố cục, hình thức trình bày:

- Đảm bảo tính cấp thiết, hiện đại, không trùng lặp:

- Khả năng nêu và giải quyết bài toán:

- Đảm bảo hàm lượng kiến thức nghiên cứu:

- Hướng phát triển cao hơn của Đề tài:

II Sản phẩm:

III Ưu nhược điểm

IV Kết luận:

Đồ án/Khoá luận đạt (hoặc không đạt) yêu cầu của một ĐA/KLTN trình độ Cao đẳng Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp? Bắc Giang, ngày tháng năm 20

GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Ký, ghi rõ họ tên)

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH VÀ ỨNG DỤNG VỀ ARDUINO UNO 2

1.1 Tổng quan về nhà thông minh 2

1.1.1 Giới thiệu chung về nhà thông minh và xu hướng 2

1.1.2 Lợi ích của nhà thông minh 2

1.2 Tổng quan về arduino 3

1.2.1 Vi điều khiển AVR 3

1.2.2 Arduino uno 3

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ, HỆ THỐNG SỬ DỤNG TRONG NHÀ THÔNG MINH 6

2.1 Thiết kế mô hình 6

2.1.1 Sơ đồ mặt bằng 6

2.1.2 Thiết kế vị trí các thiết bị 7

2.2 Hệ thống cửa tự động bằng mật mã 7

2.2.1 Ưu điểm: 7

2.2.2 Các linh kiện: 8

2.2.3 Nguyên lý hoạt động: 9

2.3 Các hệ thống cảm biến 10

2.3.1 Cảm biến ánh sáng dùng quang trở 10

2.3.2 Cảm biến lazer: 12

2.3.3 Cảm biến nhiệt, khói dùng LM 358 14

2.4 Relay 16

2.5 Nguồn Adapter 17

CHƯƠNG 3 : SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI HỆ THỐNG ; CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN; KHỞI TẠO KẾT NỐI VỚI SMART PHONE VỚI ARDUINO THÔNG QUA BLUTOOH 18

3.1 Sơ đồ khối hệ thống 18

3.2 Sơ đồ đấu nối và thiết kế phần cứng 19

3.2.1 Sơ đồ đấu nối 19

3.2.1.1 Hệ thống cửa tự động bằng mật mã 19

3.2.1.2 Hệ thống điều khiển các thiết bị trong nhà bằng điện thoại 20

3.2.2 Thiết kế phần cứng 21

3.2.2.1 M 2.2 Thiết kế phần cứngển từ 21

3.2.2.2 Mạ.2.2.2 MSơ đồ mạch in mạch báo cháy báo khóitruyền đến ard 22

3.2.2.3 Mạ.2.2.3 MSơ đồ mạch in remoteáo 24

3.2.2.4 MạM2.2.411 Sơ đồ mạch in mạch tự động 25

3.3 Chương trình điều khiển 25

3.3.1 Chương trình điều khiển cho mạch khóa cửa tự động bằng mật mã25 3.3.2 Chương trình điều khiển cho mạch điều khiển các thiết bị trong nhà thông qua Blutooh 26

3.4 Khởi tạo kết nối giưa smart phone với arduino thông qua Blutooh 28

3.4.1 Giới thiệu 28

3.4.2 Giới thiệu về mô-đun Bluetooth HC-05 28

3.4.3 Các chân của mô-đun Bluetooth HC-05 28

3.4.4 Chức năng của các chân 29

3.4.5 Các chế độ hoạt động 29

3.4.6 Cài đặt mặc định của Mô-đun Bluetooth HC-05 30

3.4.7 Kết nối điện thoại với mô-đun Bluetooth HC-05 30

3.5 Hình ảnh mô hình hoàn thiện 34

34

KẾT LUẬN 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

DANH MỤC CÁC BẢNG CÁC HÌNH

Bảng 1.1Bảng thông số kỹ thuật arduino uno………5

Hình 1.1 Modum arduino uno ……… ….5

Hình 2.1 Sơ đồ mặt bằng ……… 7

Hình 2.2 Sơ đồ vị trí các thiết bị ……… 8

Hình 2.3 Sơ đồ chân keypad 4x4 ……… 9

Hình 2.4 relay 12VDC ………10

Hình 2.5 quang trở CDS … ……….11

Hình 2.6 Mạch ứng dụng quang trở vào bật tắt đèn tự động ………12

Hình 2.7 lazer ………… ………13

Hình 2.8 Mạch chống trộm ứng ụng cảm biến lazer vs quang trở ……… 14

Hình 2.9 Vi Mạnh LM358 ………15

Hình 2.10 Sơ đồ chân vi mạch LM358 ……….16

Hình 2.11 relay 12VDC ……… 17

Hình 2.12 Nguồn adapter 12V ……… 18

Hình 3.1 Sơ đồ khối ……… 19

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối keyad với arduino ………20

Hình 3.3 Sơ đồ khối đấu nối……… 21

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch báo cháy, khói ……… 22

Hình 3.5 Sơ đồ mạch in mạch báo cháy, khói ……… 22

Hình 3.6 Sơ đồ mạch nguyên lý mạch chống trộm bằng lazer ……….23

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý mạch remote ………23

Hình 3.8 Sơ đồ mạch in mạch chống trộm bằng lazer ……… 24

Hình 3.9 Sơ đồ mạch in remote ………24

Hình 3.10 Sơ đồ nguên lý mạch tự động bật đèn khi trời tối ………25

Hình 3.11 Sơ đồ mạch in mạch tự động bật đèn khi trời tối ……….25

Hình 3.12 Sơ đồ mạch in mạch điều khiển các thiết bị trong nhà ………26

Hình 3.13 Modum blutooh HC-05 ……… ….30

Hình 3.14 Các chân và thành phần trên mofum blutooh HC-05 ……… …30 LỜI MỞ ĐẦU

Với cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang bùng nổ như hiện nay, ngành công nghiệp đang phát triển cực kì mạnh mẽ và đặc biệt là ngành công nghiệp điện tử Ngành công nghiệp điện tử đóng vai trò rất quan trọng trong cuộc sống, nó đã hiện diện trong cuộc sống con người từ sớm từ những thiết bị đơn giản như đèn điện, tivi,đài radio đến những thứ máy móc phức tạp và những ứng dụng cao như hệ thống camera, robot, các hệ thống tự dộng tất cả đều được ứng dụng rộng rãi và góp phần hiệu quả vào công việc giúp giải phóng sức lao động của con người Trong các ngôi nhà hiện nay không hề thiếu những thiết bị là sản phẩm của ngành công nghiệp điện tử Tuy nhiên,do khác nhau về cấu trúc, việc điều khiển còn đôi khi bất cập cộng thêm việc điều khiển các thiết bị một cách thủ công ở một khoảng cách địa lí lớn là không

dễ, do đó đã có rất nhiều ý tưởng được đưa ra như điều khiển tự động các thiết bị đó

chỉ bằng một thiết bị khác, có thể nằm một chỗ hay không cần ở nhà cũng có thể giámsát và điều khiển các thiết bị trong nhà Vậy nên 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 và từ đó khái niệm Nhà Thông Minh ra đời.

Nhà thông minh hiểu đơn giản là ngôi nhà mà các thiết bị gia dụng trong nó như: Hệthống chiếu sáng, sưởi ấm, máy lạnh, TV, camera an ninh,…có khả năng tự động hóa

và giao tiếp với nhau theo một lịch trình hay kịch bản định sẵn.Cộng thêm sự phát triểncủa công nghệ Kết nối vạn vật(Internet of Things - IoT) sẽ khiến nhà thông minh sẽ trởthành xu thế của thị trường trong tương lai gần đây

Nhận ra điều đó, chúng em đã quyết định chọn đề tài “ Thiết kế mô hình nhà thông minh ” Tuy nhiên với lượng kiến thức còn hạn chế nên đồ án của chúng em chưa được

hoàn chỉnh và không tránh khỏi việc thiếu sót, nên chúng em mong nhận được sự chỉbảo giúp đỡ thêm của các thầy cô trong khoa để đồ án của chúng em thêm hoàn thiệnhơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phan Quang Thưởng cùng các thầy cô

giáo khác trong khoa đã giúp đỡ bọn em hoàn thành đồ án này

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH VÀ ỨNG DỤNG

VỀ ARDUINO UNO 1.1 Tổng quan về nhà thông minh

1.1.1 Giới thiệu chung về nhà thông minh và xu hướng

Từ đầu thế kỷ 21, khái niệm nhà thông minh đã nhen nhóm ở nhiều quốc gia Nhiềuphiên bản đã ra đời trên thế giới, nhưng với sự phát triển của công nghệ và làn sóngInternet of Things (IoT - Vạn vật kết nối), nhà thông minh trong tương lai sẽ có nhữngtính năng ngoài sức tưởng tượng so với hiện tại Ngôi nhà trong tương lai sẽ đủ thôngminh để phân biệt các thành viên trong gia đình, đồng thời có khả năng phục vụ nhucầu của từng cá nhân dựa trên các dấu hiệu sinh trắc học riêng như dấu vân tay, nhiệt

độ cơ thể và hay nhịp tim Thông qua một thiết bị đeo tay như đồng hồ thông minh,ngôi nhà sẽ dựa vào nhịp tim và tình trạng của cơ thể chủ nhân để tự động điều chỉnhánh sáng, nhiệt độ phòng, phát bài hát yêu thích

Nhà Thông Minh là ngôi nhà tích hợp giải pháp giúp bạn điều khiển, kiểm soát ngôinhà, hệ thống an ninh một cách thông minh, tự động và từ xa qua internet bằng cácthiết bị di động như điện thoại, ipad, máy tính bảng

Giải pháp nhà thông minh giúp bạn điều khiển và kiểm soát các thiết bị trong nhàthuận tiện và hiệu quả hơn Bạn sẽ dùng điện thoại hoặc máy tính bảng của mình điềukhiển tất cả các thiết bị trong nhà thay vì dùng các remote thông thường khác Các thiết

bị dùng remote trong nhà của bạn như: cửa cuốn, tivi, máy lạnh, máy quạt, rèm cửa, âm

ly, loa,…đều có thể được điều khiển bằng bộ điều khiển trung tâm của giải pháp nhàthông minh Như vậy, các remote trong nhà của bạn sẽ được “nghỉ ngơi” và bạn khôngcần phải lo lắng việc cất giữ chúng và tìm kiếm mỗi lần cần điều khiển các thiết bị củamình

Cảm biến chuyển động (hay cảm biến chiếm chỗ) có thể điều khiển đèn, tivi, máytính, hệ thống âm thanh, lò nướng sẽ tắt khi không có người trong phòng hay ở nhà.Cảm biến ánh sáng có thể điều khiển rèm cửa, màn trang trí nội thất và cửa sổ khi nhậnđược số liệu thời tiết ngoài trời Trong khi đó, cảm biến nhiệt độ sẽ điều khiển hoạtđộng máy điều hòa khi nhiệt độ ngoài trời quá nóng hoặc quá lạnh Một ngôi nhà cónhiều thiết bị luôn cho có cảm giác không kiểm soát được mức độ tiêu thụ năng lượng.Nhà thông minh sẽ cài đặt nhiều cảm biến để tự động tắt hay mở các thiết bị ở thờiđiểm thích hợp nhằm tiết kiệm điện và năng lượng Ngoài ra, ngôi nhà còn có trang bịcác công tắc cảm ứng điều khiển từ xa nhằm tiết kiệm điện tối ưu cho các thiết bị điệntrong nhà

1.1.2 Lợi ích của nhà thông minh

Nhà thông minh đem lại rất nhiều lợi tích và tiện nghi như:

- Đem lại cuộc sống tiện dụng với hàng loạt các kịch bản tích hợp sẵn trên từng côngtắc cảm ứng

- Hệ thống an ninh - Báo trộm hoạt động đồng bộ và hiệu quả, bảo vệ an toàn cho conngười và tài sản trong nhà

- Các phần mềm trực quan sinh động giúp quan sát và điều khiển mọi thiết bị trong nhà

từ nơi xa

- Bảo vệ ngôi nhà các nguy cơ về điện và giúp gia tăng tuổi thọ cho thiết bị điệntrongnhà

- Hệ thống tự tối ưu thời gian sử dụng thiết bị và cho phép tắt khẩn cấp thiết bị từ xa

mà không cần chạy về nhà => chống lãng phí và tiết kiệm tầm 30% chi phí tiền điệnhàng tháng

- Tiết kiệm điện: Tối đi ngủ hay ngày đi làm bạn không phải sợ quên tắt thiết bị điện

- Tiết kiệm thời gian: chỉ bằng 1 thao tác điều khiển ngữ cảnh bạn đã chuyển chế độngôi nhà theo ý muốn như đi ngủ, ra ngoài…

- Quan sát ngôi nhà từ xa dễ dàng

1.2 Tổng quan về arduino

1.2.1 Vi điều khiển AVR

Vi điều khiển AVR do hãng Atmel sản xuất được gới thiệu lần đầu năm 1996.AVR có rất nhiều dòng khác nhau bao gồm dòng Tiny AVR (như AT tiny 13, AT tiny22…) có kích thước bộ nhớ nhỏ, ít bộ phận ngoại vi, rồi đến dòng AVR ( chẳn hạnAT90S8535, AT90S8515,…) có kích thước bộ nhớ vào loại trung bình và mạnh hơn làdòng Mega ( như ATmega32, ATmega128,…) với bộ nhớ có kích thước vài Kbyte đếnvài trăm Kb cùng với các bộ ngoại vi đa dạng được tích hợp trên chip, cũng có dòngtích hợp cả bộ LCD trên chip ( dòng LCD AVR ) Tốc độ của dòng Mega cũng cao hơn

so với các dòng khác Sự khác nhau cơ bản giữa các dòng chính là cấu trúc ngoại vi,còn nhân thì vẫn như nhau

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác vớinhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm một board mạchnguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vàoanalog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau

1.2.2 Arduino uno

Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,ATmega168, ATmega328 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điềukhiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đonhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,… hay những ứng dụng khác mà bạn đãđược xem ở

Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328 vớigiá khoảng 90.000đ Tuy nhiên nếu yêu cầu phần cứng của bạn không cao hoặc túi tiềnkhông cho phép, bạn có thể sử dụng các loại vi điều khiển khác có chức năng tươngđương nhưng rẻ hơn như ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) với giá khoảng 45.000đ hoặcATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) với giá khoảng 65.000đ

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật arduino uno:

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

* Các chân năng lượng:

 GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng

các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải đượcnối với nhau

 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.

 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.

 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực

dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo

ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với

việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

* Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ

nhớ Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽđược dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộnhớ này đâu

 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai

báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều

bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thànhthứ mà bạn phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): đây

giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mìnhvào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM*

* Các cổng vào/ra:

Hình 1.1 Modum arduino uno

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mứcđiện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều cócác điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thìcác điện trở này không được kết nối)

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive

– RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thôngqua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nốiSerial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2chân này nếu không cần thiết

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ

phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chânnày từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chânkhác

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các

chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giaothức SPI với các thiết bị khác

 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút

Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13.Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 →

210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, bạn

có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấpđiện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trongkhoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

* Lập trình cho Arduino:

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngôn ngữ nàydựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại là mộtbiến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C+

+ Riêng mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển Arduino cũng

gọi như vậy Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễhọc, dễ hiểu

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ, HỆ THỐNG SỬ DỤNG TRONG

NHÀ THÔNG MINH2.1 Thiết kế mô hình

2.1.1 Sơ đồ mặt bằng

Hình 2.1Sơ đồ mặt bằng mô hình

Mô hình nhà thông minh nhóm em có kích thước 60x100cm Gồm 6 phòng:

Phòng khách (kích thước 30x57cm, có 1 cửa chính ra vào )

Phòng bếp (kích thước 20x43cm được thông với phòng khách )

2 Phòng ngủ (kích thước lần lượt là 20x23cm và 20x28cm mỗi phòng ngủ đều có cửa thông với phòng khách)

Kho (kích thước 13x20cm đặt cạnh phòng ngủ và nhà vệ sinh )

WC (kích thước 20x28cm có 1 cửa nối với nhà bếp)

2.1.2 Thiết kế vị trí các thiết bị

Hình 2.2 Sơ đồ vị trí các thiết bị Chú thích: vị trí các thiết bị, modum trong mô hình

1 cảm biến nhiệt và cảm biến khói

- Tiện lợi và đơn giản sử dụng với người dùng

- An ninh được đảm bảo nghiêm ngặt và an toàn

- Linh hoạt trong quá trình sử dụng, vận hành khóa

- Tiết kiệm chi phí lắp đặt so với các loại khóa khác

3 3

1

6

2.2.2 Các linh kiện:

Keypad 4x4; Arduino uno r3 ; Khóa cửa DC12V ; Relay 5V

* Keypad 4x4:

Hình 2.3 Sơ đồ chân keypad 4x4

Trên đây là hình ảnh sơ đồ nguyên lý của module bàn phím 4x4 Tuy có đến 16 nútnhấn, nghĩa là nếu làm một cách thông thường (dùng chân digital) thì chúng ta phải cầnđến 16 chân Arduino để đọc Nhưng với bàn phím này, chúng ta chỉ cần dùng 8 chân (4chân hàng ngang (row), và 4 chân cột dọc (column))

Để kiểm tra một nút có được nhấn hay không? Họ sẽ sử dụng phương pháp quét được

mô tả bằng đoạn mã giả như sau:

Với mỗi hàng (R1 đến R4), Chọn ra hàng Ri

Cấp cực âm (0v) cho hàng Ri

Nếu điện áp ở chân Cj bất kì là dương (INPUT PULLUP) => chưa nhấn

Nếu điện áp ở chân Cj bất kì là âm (INPUT PULLUP) => đang nhấn

* Khóa điện DC 12V:

khóa điện Dc12v có chức năng hoạt động như một ổ khóa cửa sử dụng Solenoid để kích đóng mở bằng điện, được sử dụng nhiều trong nhà thông minh hoặc các loại tủ, cửa điện, , khóa sử dụng điện áp 12 / 24VDC, là loại thường đóng với chất lượng tốt,

+ Yêu cầu nguồn cấp: 12VDC/1A + Kích thước: L54xD38xH28

* Modum Relay 5V:

Hình 2.4 Modum relay 5v

- Tín hiệu vào điều khiển: 5V_DC

- Nguồn khuyên dùng: 5V - 1A hoặc 5V-2A

- Mặc định tín hiệu từ vi điều khiển

- Đầu ra: Tiếp điểm Relay đóng ngắt 220V 10A

CÁCH SỬ DỤNG : Có 5 chân ( VRL; VCC; IN; GND; MAS )

- Nối chân VCC với chân VRL

- Nối chân GND với chan MAS

- Đưa tín hiệu từ Vi Điều Khiển hoặc Cảm Biến vào chân IN

Đầu ra:

COM: Chân Chung của Relay

NC: Tiếp điểm thường đóng

NO: Tiếp điểm thường mở

2.2.3 Nguyên lý hoạt động:

Khi ta nhấn tổ hợp mật mã trên keypad 4x4 các tín hiệu truyền về ardui no Nếu tổ hợpmật mã đúng với mật mã ta đã lập trình trên arduino xung tín hiệu sẽ được truyền đi từchân 13 trên arduino đến và kích mở relay làm khóa điện DC12V hoạt động , cửa sẽ

được mở Để đóng cửa ta cũng dùng mã trên keypad để khóa cửa

2.3 Các hệ thống cảm biến

Hình 2.5 quang trở CDS

*Đặc điểm:

1 Các tế bào phát xạ ảnh – Đây là các photodevices giải phóng các electron tự

do từ một vật liệu nhạy sáng như xêzi khi bị một photon tràn đầy nănglượng Lượng năng lượng mà các photon phụ thuộc vào tần số ánh sáng vàtần số càng cao, năng lượng càng nhiều thì các photon chuyển đổi nănglượng ánh sáng thành năng lượng điện

2 Các tế bào dẫn điện ảnh – Các photodevices này thay đổi điện trở của chúngkhi chịu ánh sáng Photoconductivity kết quả từ ánh sáng đánh một vật liệubán dẫn mà kiểm soát dòng chảy hiện tại thông qua nó Do đó, nhiều ánhsáng tăng dòng điện cho một điện áp áp dụng đã cho Vật liệu quang dẫn phổbiến nhất là Cadmium Sulphide được sử dụng trong quang điện LDR

3 Các tế bào quang điện – Các photodevices này tạo ra một emf tương ứng vớinăng lượng ánh sáng bức xạ nhận được và tương tự có hiệu lực với quangđiện Năng lượng ánh sáng rơi vào hai vật liệu bán dẫn kẹp lại với nhau tạo

ra điện áp xấp xỉ 0.5V Vật liệu quang điện phổ biến nhất là Selen được sửdụng trong các tế bào năng lượng mặt trời

4 Thiết bị ghép nối ảnh – Các thiết bị quang này chủ yếu là các thiết bị bándẫn thực sự như photodiode hoặc phototransistor sử dụng ánh sáng để điềukhiển dòng electron và lỗ trên đầu nối PN của chúng Thiết bị chụp ảnh đượcthiết kế đặc biệt cho ứng dụng máy dò và sự thâm nhập ánh sáng với phảnứng quang phổ của chúng được điều chỉnh theo bước sóng ánh sáng tới

* Nguyên lý hoạt động:

Nguồn 220v được giảm áp khi đi qua tụ điện Nguồn điện thành điện 1 chiều nhờ điotcầu Nguồn điện tiếp tục đi qua con điot zener, chỉ nguồn điện nhở hơn 12v mới đi quađến ic 555 Khi trời tối điện trở trên quang trở tăng khi đó sẽ có 1 tín hiệu dương kíchvào chân số 2 của ic555 và ic 555 sẽ xuất tín 1 hiệu đi làm đóng rơle làm sáng bón đèn.Khi trời sáng điện trở trên quang trở giảm không có tín hiệu hương trên chân số 2ic555 không hoạt động rơle ngắt làm tắt bóng đèn

2.3.2 Cảm biến lazer:

Cảm biến lazer với ưu điểm phát tia sáng đi xa hơn nhiều lần so với ánh sáng hồng

ngoại, kết hợp với module quang trở để làm ứng dụng chống trộm

Hình 2.7 lazer 5v

Ngày nay, bên cạnh sự phát triển kinh tế, đời sống người dân dần đi lên cùngvới các tệ nạn xã hội càng tăng cao Nỗi lo về bảo vệ tài sản và tính mạng của ngườidân càng được quan tâm hơn Tuy nhiên với 1 hệ thống báo trộm (chống trộm) giađình thì mọi việc lại trở nên đơn giản hơn, dễ dàng hơn, bạn có thể hoàn toàn yên tâmkhi đi bất cứ nơi đâu vì ngôi nhà của bạn đã được bảo vệ

Mạch chống chộm dùng laser có một số ưu và nhược điểm nhất định, được ứng

dụng trong môi trường cần độ bảo mật cao và chính xác

Thông số kỹ thuật:

- Truyền tải điện: 150 MW

- Kích thước chuẩn: Φ6 * 10.5

- Thời gian làm việc: Hơn 1000 giờ

- Chế độ tại chỗ: Chỗ điểm giống, sản lượng liên tục

- Laser bước sóng: 650nm (màu đỏ)

- Quang điện: <5mW

- Điện áp cung cấp: 5VDC

- Làm việc hiện tại: <40mA

- Nhiệt độ làm việc: -36 ℃ ~ 65 ℃

- hiệt độ bảo quản: -36 ℃ ~ 65 ℃

- Kích thước điểm: 15 mét tại chỗ cho φ10mm ~ φ15mm

Hình 2.8 Mạch chống trộm ứng ụng cảm biến lazer vs quang trở

Led2 ở đây là module phát laser.LDR là quang trở Bình thường, tia laser

từ module laser được chiếu thẳng qua quang trở làm trị số điện trở của quang trở nhỏ, không đủ phân cực cho transistor Q2 dẫn, Q2 tắt làm cho transistor Q3 dẫn, tín hiệu từ cực C của transistor Q3 được đưa đến chân 2 (Trigger) của IC 555 Vì