gian phơi thông minh sử dụng esp8266 và android sudio realtime

gian phơi thông minh sử dụng esp8266 và android sudio realtime,gian phơi thông minh sử dụng esp8266 và android sudio realtime,gian phơi thông minh sử dụng esp8266 và android sudio realtime,gian phơi thông minh sử dụng esp8266 và android sudio realtime,gian phơi thông minh sử dụng esp8266 và android sudio realtime,gian phơi thông minh sử dụng esp8266 và android sudio realtime,gian phơi thông minh sử dụng esp8266 và android sudio realtime,gian phơi thông minh sử dụng esp8266 và android sudio realtime,gian phơi thông minh sử dụng esp8266 và android sudio realtime

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CNKT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

THIẾT KẾ DÀN PHƠI THÔNG MINH DỰA TRÊN VI ĐIỀU KHIỂNESP8266 VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN TRÊN ANDROID

CBHD : Th.S Kim Đình TháiSinh viên : Đào Nguyên Hoàn

Mã sinh viên : 2017603969

Hà Nội - 2021

MỤC LỤC

Chương IContents

Chương I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1

I.1 Lý do chọn dề tài 1

I.1.1 Một số loại giàn phơi thông minh hiện nay 1

1 Đối tượng nghiên cứu 5

I.2 Mục tiêu của đề tài 5

I.3 Kết luận chương 5

Chương II CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÀN PHƠI THÔNG MINH 6

II.1 Cảm biến 6

II.1.1 Cảm biến độ mưa 6

II.2 Vi điều khiển ESP8266 7

II.2.1 Sơ đồ khối vi điều khiển ESP8266 7

II.2.2 Sơ đồ chân & Sơ đồ khối 7

II.2.3 Thông số phần cứng 8

II.2.4 SDK hỗ trợ chính thức từ hãng 9

II.3 Màn hình LCD 9

II.4 IC ổn áp LM2596 11

11 II.5 Tổng kết chương 12

Chương III THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÀN PHƠI THÔNG MINH 13

III.1 Yêu cầu công nghệ 13

III.2 Lưu đồ thuật toán 13

III.3 Chức năng khối 15

III.3.1Khối nguồn 16

III.3.2Màn hình LCD 17

III.3.3Khối cảm biến 18

III.3.4Khối vi xử lý 19

III.3.5Khối điều khiển 20

III.4 Các phần mềm thiết kế hệ thống 21

III.4.1Phần mềm mô phỏng Proteus 8 21

III.4.2Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 22

III.4.3Phần mềm altium designer 22

III.4.4Sơ đồ mạch in 23

III.5 Đánh giá kết quả 24

III.6 Hạn chế 24

III.7 Hướng phát triển 24

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

PIC ( Programable Intelligent Computer) Máy tính thông minh lập trình được

LCD ( Liquid Crystal Display) Màn hình tinh thể lỏng

ADCON1 (Analog Digital Control) Điều khiển A/D

ADC (Analog digital converter) Mạch chuyển đổi tương tự - số

PWM ( Pulse-width modulation) Điều chế độ rộng xung

BIT (Binary digIT) Đơn vị thông tin

CPU ( Central Processing Unit) Bộ xử lý trung tâm

SPI ( Serial Peripheral Interface) Giao diện ngoại vi nối tiếp

I2C ( Inter Intergrated Circuit) Đường bus giao tiếp giữa các IC

MSSP (Master Synchronous Serial Port) Giao diện đồng bộ nối tiếp

SCI (Serial Communication Interface) Giao tiếp nối tiếp

INTCON (Interrupt Control) Điều khiển ngắt

PIE (Peripheral Interrupt Enable) Ngắt ngoại vi

PIR (Passive InfraRed) Cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích tia hồng ngoại

TTL (Transistor-Transistor Logic) Lớp mạch kỹ thuật số được xây dựng từ các transistor

lưỡng cực và 1 số điện trở phụ

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

là một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của khoa học kỹ thuật tạo tiền

đề cho việc chế tạo các sản phẩm máy móc có tính năng tự động hóa cao hơn vàthông minh hơn

Với thời tiết của Việt Nam, nhất là mùa hè thường xuyên xuất hiệnnhững cơn mưa rào bất chợt làm cho việc phơi quần áo gặp rất nhiều khó khăn.Một vài năm gần đây trên thị trường cũng đã xuất hiện một giải pháp cho phơi

đồ ở gia đình, đó là giàn phơi thông minh Giàn phơi thông minh có nhiều ưuđiểm như an toàn, tiện lợi, tiết kiệm diện tích tuy nhiên các sản phẩm giàn phơiquần áo thông minh hiện đang có mặt trên thị trường hoàn toàn nhập khẩu chủyếu từ Đài Loan, Trung Quốc,… với giá thành rất đắt

Nhằm khắc phục những hạn chế của các chung cư, khu đô thị và tạo

sự tiện nghi cho cuộc sống hằng ngày, em đã tìm hiểu và xây dựng “Thiết kế hệthống điều khiển và giám sát giàn phơi thông minh”

II.1.1 Một số loại giàn phơi thông minh hiện nay

Trên thị trường hiện nay có 3 loại giàn phơi chủ yếu : giàn phơi quaytay, giàn phơi bấm điện, giàn phơi điều khiển từ xa

II.1.1.1Giàn phơi quay tay

 Ưu điểm:

+ Kết cấu đơn giản và dễ chế tạo nhất trong các loại giàn phơi

+ Giá thành rẻ nhất trong các loại giàn phơi Giá trung bình của một bộgiàn phơi loại này rơi vào khoảng 1,5 triệu đồng

+ Không tự động bảo vệ quần áo khi trời đổ mưa

Đây là sản phẩm được sử dụng rộng rãi nhất trên thị trường vì nó đáp ứngđược những yêu cầu cơ bản nhất của người sử dụng đồng thời giá thành rẻ làyếu tố ảnh hưởng nhất đến việc nhiều người sử dụng sản phẩm này

II.1.1.2Giàn phơi bấm điện

Hình 1.1 Giàn phơi quay tay

Hình 1.2 Giàn phơi bấm điện

 Ưu điểm:

+ Kết cấu tương đối đơn giản

+ Vận hành dễ dàng, nhanh chóng nhờ sử dụng động cơ điện Có thể nângthanh phơi lên, xuống hoặc dừng giữa trừng

+ Có thể đồng thời nâng hạ hai thanh phơi

 Nhược điểm:

+ Dễ giao động khi bị gió tác động do thanh phơi chỉ được giữ bởi hai sợidây cáp

+ Lắp đặt mất thời gian

+ Không tự động bảo vệ quần áo khi trời đổ mưa

Với giá thành rơi vào khoảng 4 đến 5 triệu đồng, đồng thời kết cấu kháđơn giản, vận hành dễ dàng nên giàn phơi bấm điện cũng tương đối phổ biếntrên thị trường nhưng vẫn không bằng giàn phơi quay tay

II.1.1.3Giàn phơi điều khiển từ xa

Hình 1.3 Giàn phơi điều khiển từ xa

+ Có hệ thống đèn để sử dụng vào ban đêm.

+ Có hệ thống quạt để làm khô quần áo khi cần thiết

+ Sử dụng nhiều thanh phơi có thể dùng để phơi quần áo và phơi chăn màn

 Nhược điểm:

+ Giá thành cao: giá thành của bộ sản phẩm này rơi vào khoảng từ 9-15triệu

+ Chưa có khả năng tự động bảo vệ quần áo khi trời mưa

+ Sử dụng động cơ điện không có encoder nên phải sử dụng kết cấu cơ khíphức tạp

Loại giàn phơi này được xem là loại giàn phơi cao cấp nhất trên thịtrường hiện nay Nó đem lại rất nhiều tính năng hữu ích cho người sử dụng Tuynhiên, vì giá thành quá cao nên vẫn chưa được nhiều người sử dụng

1 Đối tượng nghiên cứu

Vi điều khiển ESP8266 bên cạnh đó còn có những linh kiện được sửdụng mạch như module cảm biến mưa, cảm biến ánh sáng, module nguồn 2596,module sim 800L… Nghiên cứu phần mềm liên quan đến lập trình như mplab,proteus,altium Mô hình hoạt động với 2 chế độ: bằng tay và cảm biến tự động,dùng ứng dụng đó để nghiên cứu ra một giàn phơi đồ thông minh

II.2 Mục tiêu của đề tài

Dùng các loại cảm biến để nhận biết các trạng thái của môi trường bênngoài chế tạo ra một thiết bị tiêu dùng thông minh giúp giải quyết các vấn đề bấttiện khi phơi quần áo, đặc biệt đối với những người ít có thời gian ở nhà thườngxuyên Giàn phơi thông minh được sử dụng linh hoạt và dễ dàng, là giải pháptiết kiệm không gian sống và giúp chúng ta giám sát được hoạt động của thiết bịthông qua tin nhắn điện thoại

II.3 Kết luận chương

Trên đây là một số giàn phơi thông minh thông dụng và được nhiều nơitrên thế giới sử dụng Điều này cho thấy việc sử dụng các loại giàn phơi là vôcùng quan trọng Thông qua việc tìm hiểu về các loại giàn phơi hiện có trên thịtrường hiện nay từ đó khoanh vùng thị trường nhắm đến là các hộ gia đình trongcác khu chung cư, khu dân cư, tòa nhà cao tầng, nơi có diện tích sinh hoạt khôngnhiều và nhu cầu tối ưu diện tích là rất cần thiết Dựa vào việc tìm hiểu mà đềxuất ý tưởng cải tiến các loại giàn phơi hiện tại trở nên thông minh hơn, thuậntiện cho người sử dụng

Chương III CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU

KHIỂN GIÀN PHƠI THÔNG MINH III.1 Cảm biến

III.1.1 Cảm biến độ mưa

* Giới thiệu

Cảm biến mưa sử dụng để phát hiện trời mưa, hay các môi trường cónước Mạch cảm biến mưa được đặt ngoài trời để kiểm tra trời có mưa không,qua đó truyền tín hiệu về vi điều khiển, từ đó vi điều khiển tổng hợp thông tintín hiệu từ các cảm biến và nút nhấn để điều khiển động cơ giảm tốc

Mạch cảm biến mưa gồm 2 bộ phận:

 Bộ phận cảm biến mưa được gắn ngoài trời

 Bộ phận điều chỉnh độ nhạy cần được che chắn

* Nguyên lý hoạt động

Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế củamạch cảm biến nằm ngoài trời với giá trị định mức( giá trị này thay đổi đượcthông qua biến trở màu xanh) từ đó phát ra tín hiệu đóng/ngắt qua chân D0 Khicảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 của module cảm biến sẽ được giữ ởmức cao (5V-12V) Khi có nước trên bề mặt cảm biến( trời mưa), đèn LED màu

đỏ sẽ sáng lên, chân D0 được kéo xuống thấp (0V)

Các thông số của cảm biến:

- Kích thước tấm cảm biến mưa: (54 x 40) mm

Hình 2.4 Cảm biến mưa

- Kích thước board PCB: 30 x 16mm.

- Điện áp: 5V

- Đầu ra: đầu ra kỹ thuật số (0 và 1) và đầu ra tương tự điện áp A0

- Có đèn báo hiệu nguồn và đầu ra

- Đầu ra TTL, tín hiệu đầu ra TTL có giá trị thấp Có thể điều khiển trựctiếp relay, buzzer, a small fan

- Độ nhạy có thể được điều chỉnh thông qua chiết áp

- LED sáng lên khi không có mưa đầu ra cao, có mưa, đầu ra thấp LEDtắt

III.2 Vi điều khiển ESP8266

III.2.1 Sơ đồ khối vi điều khiển ESP8266

ESP8266 là dòng chip tích hợp Wi-Fi 2.4Ghz có thể lập trình được, rẻ tiềnđược sản xuất bởi một công ty bán dẫn Trung Quốc: Espressif Systems

Được phát hành đầu tiên vào tháng 8 năm 2014, đóng gói đưa ra thị trườngdạng Mô dun ESP-01, được sản xuất bởi bên thứ 3: AI-Thinker Có khả năng kếtnối Internet qua mạng Wi-Fi một cách nhanh chóng và sử dụng rất ít linh kiện đikèm Với giá cả có thể nói là rất rẻ so với tính năng và khả năng ESP8266 có thểlàm được

ESP8266 có một cộng đồng các nhà phát triển trên thế giới rất lớn, cungcấp nhiều Module lập trình mã mở giúp nhiều người có thể tiếp cận và xây dựngứng dụng rất nhanh

Hiện nay tất cả các dòng chip ESP8266 trên thị trường đều mang nhãnESP8266EX, là phiên bản nâng cấp của ESP8266

III.2.2 Sơ đồ chân & Sơ đồ khối

Sơ đồ chân & sơ đồ khối ESP8266EX:

III.2.3 Thông số phần cứng

32-bit RISC CPU : Tensilica Xtensa LX106 running at 80 MHz

Hổ trợ Flash ngoài từ 512KiB đến 4MiB

64KBytes RAM thực thi lệnh

96KBytes RAM dữ liệu

64KBytes boot ROM

Chuẩn wifi EEE 802.11 b/g/n, Wi-Fi 2.4 GHz Tích hợp TR switch, balun,LNA, khuếch đại công suất và matching network Hổ trợ WEP, WPA/WPA2,Open network

Tích hợp giao thức TCP/IP

Hổ trợ nhiều loại anten

16 chân GPIO

Hổ trợ SDIO 2.0, UART, SPI, I²C, PWM,I²S với DMA

III.3 Màn hình LCD

Màn hình tinh thể lỏng (Liquid Crystal Display, LCD) là loại thiết bị hiểnthị cấu tạo bởi các tế bào (các điểm ảnh) chứa tinh thể lỏng có khả năng thay đổitính phân cực của ánh sáng và do đó thay đổi cường độ ánh sáng truyền qua khikết hợp với các kính lọc phân cực Chúng có ưu điểm là phẳng, hình ảnh sáng,chân thật và tiết kiệm điện Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại màn hìnhLCD với nhiều kiểu hình dáng và kích thước khác nhau Loại LCD được sửdụng là loại LCD 16x2 với hình dạng cụ thể như sau:

Hình 2.11 Màn hình LCD 16x2

Chức năng các chân:

- Chân VCC: cấp nguồn dương

- Chân VSS: cấp nguồn âm

- Chân VEE: điều khiển độ tương phản của LCD

- Chân chọn thanh ghi RS: có hai thanh ghi rất quan trọng trong LCD.Chân RS( register select) được dùng để chọn thanh ghi như sau: nếu RS=1 thìthanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiển thị vềLCD; nếu RS=0 thì thanh ghi mà lệnh được chọn để cho phép người dùng gửimột lệnh chẳng hạn như lệnh xóa màn hình, đưa con trỏ về đầu dòng…

- Chân đọc/ghi(R/W): đầu vào đọc/ghi cho phép người dùng ghi thông tinlên LCD khi R/W = 0 hoặc đọc thông tin từ nó khi R/W = 1

- Chân cho phép E(enable): chân cho phép E được sử dụng bởi LCD đểchốt dữ liệu của nó Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mứccao xuống thấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân dữliệu Xung này phải rộng tối thiểu 450ns

- Chân D0-D7: đây là 8 chân dữ liệu 8 bit, được dùng để gửi thông điệp lênLCD hoặc đọc nội dung các thanh ghi trong LCD Để hiển thị các chữ cái và cáccon số chúng ta gửi các con số ASCII của các chữ cái từ A đến Z, a đến z và cáccon số từ 0 đến 9 đến các chân này khi bật RS=1 Cũng có các mã lệnh có thểđược gửi đến LCD để xóa màn hình hoặc đưa con trỏ về dòng đầu hoặc nhấpnháy con trỏ

*LCD có 2 chế độ giao tiếp:

Chế độ 4 bit (chỉ dùng 4 chân D4 đến D7 để truyền dữ liệu) và chế độ

8 bit (dùng cả 8 chân dữ liệu từ D0 đến D7), ở chế độ 4 bit, khi truyền 1 byte,chúng ta sẽ truyền nửa cao của byte trước, sau đó mới truyền nửa thấp của byte Trước khi truyền các kí tự ra màn hình LCD ta cần thiết lập cho LCDnhư chọn chế độ 4 bit hoặc 8 bit, 1 dòng hay 2 dòng , bật/tắt con trỏ…

Chú ý: Nếu sử dụng RS= 0 để kiểm tra bít cờ bận để xem LCD có sẵn sàng

nhận thông tin Cờ bận là bit D7 và có thể đọc khi R/W=1 và RS=0 như sau:Nếu R/W=1, RS=0:

+ Khi D7=1(cờ bận 1) thì LCD bận bởi các công việc bên trong và sẽkhông nhận bất cứ thông tin mới nào

+ Khi D7=0 thì LCD sẵn sàng nhận thông tin mới Lưu ý chúng ta nênkiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kì dữ liệu nào lên LCD

Chân 15 và 16 : ghi là A và K Nó là anot và catot của 1 đèn LED dùng đểđối chiếu sáng LCD trong bóng tối Chúng ta nối chân A qua một điện trở từ 1K.[ CITATION VũT \l 1033 ]

Từ ý tưởng cải tiến giàn phơi, em đã tìm hiểu các linh kiện sử dụng trong

mô hình sao cho thông dụng, dễ tìm và giá thành phải chăng góp phần làm cho

hệ thống có tính ứng dụng và tiện lợi hơn Qua việc tìm hiểu về cấu tạo, nguyên

Hình 2.12 IC ổn áp LM2596

lý hoạt động, thông số kỹ thuật các thiết bị sẽ giúp ích trong quá trình thiết kếphần cứng và phần mềm của đề tài.

Chương IV THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÀN PHƠI THÔNG MINH IV.1 Yêu cầu công nghệ

Thiết kế thành công mô hình giàn phơi thông minh gắn trần cho các khuchung cư, đô thị có diện tích ban công hẹp với các chức năng:

+ Khi trời mưa mái che sẽ được kéo xuống che chắn quần áo đồng thờiquạt sấysẽ được bật để sấy đồ Trời nắng mái che được kéo lên tiếp tục quá trìnhphơi đồ và tắt quạt sấy Trong quá trình sấy đồ sẽ hiển thị nhiệt độ sấy, cảnh báo

an toàn hoặc ngưng hoạt động khi nhiệt độ của quạt sấy quá cao và khi nhiệt độgiảm quạt sẽ hoạt động trở lại

+ Trời tối khi có người ra ban công đèn sáng thuận tiện cho quá trình phơi,cất đồ

+ Thanh phơi sẽ được điều khiển bằng tay nâng lên hạ xuống phù hợp vớichiều cao từng người trong lúc phơi đồ Đang nâng hoặc hạ thanh phơi gặp vậtcản thì thanh phơi dừng

+ Các hoạt động của giàn phơi: sấy, nhiệt độ, phơi đồ, mưa sẽ được thôngbáo về điện thoại thông qua tin nhắn

IV.2 Lưu đồ thuật toán

Begin

LưugiátrịADC ADC bận

Mở ADC cho cảm biến mưa

Khởi tạo biến lưu giá trị ADC

Hiển thị LCD

End

NoYes

Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán hàm đọc

ADC

Sơ đồ khối của mạch

Hình 3.5 Sơ đồ mạch điều khiển

IV.3 Chức năng khối

- Khối hiển thị LCD để hiển thị thông số của giàn phơi

- Khối nguồn nuôi: là khối tạo ra điện áp 5V cung cấp dòng nuôi vi điềukhiển và toàn bộ linh kiện trong mạch

- Khối xử lí trung tâm: sử dụng vi điều khiển esp8266 được lập trình đểđiều khiển toàn bộ hoạt động của mạch

- Khối cảm biến

- Khối động cơ: thu, kéo mái che, điều khiển thanh phơi lên xuống

- Khối relay: điều khiển quạt sấy nóng hoặc lạnh

KHỐI LCD

KHỐI RELAY

KHỐI NGUỒN

- Khối module sim: nhận và gửi dữ liệu.

I.1.1 Khối nguồn

Hình 3.6 Sơ đồ khối nguồn

Là khối dùng để tạo ra dòng điện ổn định cung cấp cho toàn mạch Điện ápđầu vào 12VDC qua JDC1 được đưa vào IC LM2596 để tạo điện áp +5VDC tạichân OUT+ Điện áp +5VDC cấp cho vi điều khiển, màn LCD và Relay 10A/12V Điện áp 12VDC cấp cho mạch cầu điều khiển động cơ

IV.3.1Khối cảm biến

Hình 3.8.1 Khối cảm biến 1

Khi thiếu ánh sáng giá trị quan trở trả về từ mạch phân áp đi qua mạch sosánh ta nhận được giá trị ‘1’ từ chân A0 của cảm biến, đồng thời đèn báo đượcgiá trị này được đọc về vi điều kiển bằng tín hiệu số.

Khi có nước rơi, vào dẫn đến điện dung trong mạch cảm biến thay đổi,điện áp đầu ra A0 tăng dần đến 5v , cảm biến sẽ truyền tín hiệu analog tới chânA0 của vi điều khiển esp8266, vi điều khiển xử lý tín hiệu đó rồi điều khiểnđộng kéo mái che xuống che chắn quần áo

IV.3.2Khối vi xử lý

Hình 3.8.2 Khối cảm biến 2