Đề tài Hệ thống điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà

Trong thời đại Công Nghiệp 4.0 các dây chuyền công nghệ mới lần lượt ra đời nhằm đơn giản hóa quá trình sản xuất, máy móc hiện đại đã bắt đầu thay thế con người chúng ta. Hàng loạt các sản phẩm tự động hóa tiên tiến được phát minh và bán rộng rãi trên thị trường giúp nâng cao chất lượng sống và tăng hiệu suất công việc. Đối với nước ngoài thì việc nghiên cứu và ứng dụng giọng nói để ứng dụng vào đời sống và sản xuất chỉ mới mở ra trong vài năm gần đây. Ví dụ như Google có trợ lý ảo GG assistant, Amazon có Alexa và Apple có siri. Thấy được khả năng phát triển và nhu cầu tìm hiểu về điều khiển thiết bị bằng giọng nói của chính bản thân và những người yêu thích mong muốn được sử dụng dịch vụ này, những người thực hiện đã bắt tay vào thực hiện đồ án: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ. Đồ án HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ nhằm khai thác yếu tố giọng nói trong việc điều khiển thiết bị, vốn thường được thực hiện bằng tay. Đồ án này giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về ứng dụng nhận dạng, xử lí giọng nói sẵn có của Google, được sử dụng trong việc điều khiển thiết bị của mình. Qua quá trình tìm hiểu, nhận thấy Arduino thích hợp trong việc thực hiện đề tài này, nhóm đề tài đã khai thác sử dụng Arduino trong đồ án của mình. Đề tài được ứng dụng để điều khiển nhà thông minh. Điện thoại di động hiện nay đang được sử dụng rộng rãi, nên việc tận dụng thiết bị này trong việc điều khiển thiết bị cũng góp phần vào việc khai thác thêm giá trị sử dụng của điện thoại di động trong đời sống hàng ngày

pdf128 trang | Chia sẻ: thientruc20 | Lượt xem: 516 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Hệ thống điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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 --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ GVHD: Ths. Nguyễn Việt Hùng SVTH : Phạm Văn Huy MSSV: 12141099 Tp. Hồ Chí Minh - 01/2018 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 --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ GVHD: Ths.Nguyễn Việt Hùng SVTH : Phạm Văn Huy MSSV: 12141099 Tp. Hồ Chí Minh - 01/2018 TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp. HCM, ngày 13 tháng 01 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Văn Huy Mssv: 12141099 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành:141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2012 Lớp: 1214DT2B I. TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ. II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: (ghi những thông số, tập tài liệu tín hiệu, hình ảnh,) ............................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 2. Nội dung thực hiện:  Tìm hiều và lựa chọn nguồn, module kết nối Bluetooth, module Wifi và vi điều khiển.  Viết ứng dụng Android để SmartPhone nhận tín hiệu từ giọng nói con người, xử lý và đưa tín hiệu đến vi điều khiển  Thiết kế và thi công các module khối điều khiển: Module Arduino Uno R3, Module Wifi ESP 8266 Node MCU và Module Bluetooth HC-06.  Kết nối các module lại với nhau.  Chạy thử, kiểm tra và cân chỉnh mô hình.  Viết sách luận văn tốt nghiệp.  Báo cáo đồ án tốt nghiệp. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/09/2017 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 13/01/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Việt Hùng BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH Tp. HCM, ngày 13 tháng 01 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Văn Huy Lớp: 121412DT2B MSSV: 12141099 Tên đề tài: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 16/10-22/10/2017 Nhận giáo viên hướng đẫn và chọn đề tài Tuần 2 23/10-29/10/2017 Nộp đề cương và phiếu lịch trình thực hiện Tuần 3 30/10-5/11/2017 Tìm tài liệu liên quan và nghiên cứu Tuần 4 6/11-12/11/2017 Tìm hiểu về Arduino và các Module liên quan Tuần 5 13/11-19/11/2017 Tìm hiểu về cách truyền nhận dữ liệu giữa các Module và Arduino Tuần 6 20/11-26/11/2017 Tìm hiểu về App Inventor Tuần 7 27/11-3/12/2017 Tìm hiểu về Firebase Tuần 8 4/12-10/12/2017 Lên sơ đồ khối và viết chương trình cho Arduino, Module Tuần 9 11/12-17/12/2017 Lên sơ đồ khối và viết chương cho App Inventor Tuần 10 18/12-24/12/2017 Thi công mạch và chạy thử chương trình Tuần 11 25/12-31/12/2017 Hoàn thiện App và kết nối điều khiển với mạch, kiểm tra lỗi và khắc phục sự cố Tuần 12 1/1-7/1/2018 Thi công và kết nối mạch với mô hình Tuần 13 8/1-13/1/2018 Hoàn chỉnh mạch và viết luận văn GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) LỜI CAM ĐOAN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do tôi 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. Các kết quả công bố trong Đồ án tốt nghiệp “HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ” là trung thực và không sao chép từ công trình nào khác Những người thực hiện đề tài Phạm Văn Huy LỜI CẢM ƠN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iv LỜI CẢM ƠN Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Việt Hùng - Giảng viên bộ môn Điện Tử Công Nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ và hướng dẫn bọn em trong việc thực hiện đề tài. Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài. Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn bè, các bạn có cùng đam mê đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn! Những người thực hiện đề tài Phạm Văn Huy MỤC LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH v MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án ................................................................................................................ i Lịch trình ........................................................................................................................ ii Cam đoan . ..................................................................................................................... iii Lời cảm ơn ..................................................................................................................... iv Mục lục ............................................................................................................................v Liệt kê hình ................................................................................................................... vii Liệt kê bảng .....................................................................................................................x Tóm tắt .......................................................................................................................... xi CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................ 1 1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 2 1.2. Mục tiêu ............................................................................................................. 2 1.3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2 1.4. Giới hạn .............................................................................................................. 3 1.5. Bố cục ................................................................................................................ 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 5 2.1 Giới thiệu về Firebase ........................................................................................ 6 2.1.1 Khái niệm về Firebase .................................................................................. 6 2.1.2 đặc điểm và tính năng ................................................................................... 7 2.2 Công nghệ bluetooth .......................................................................................... 8 2.2.1 Khái niệm về bluetooth ................................................................................ 8 2.2.2 Các đặc điểm của bluetooth........................................................................ 10 2.2.3 Ưu nhược điểm của bluetooth .................................................................... 10 2.3 Giới thiệu về hệ điều hành Android ................................................................. 10 2.3.1 Android là gì ............................................................................................... 10 2.3.2 Lịch sử phát triển của Android ................................................................... 11 2.3.3 Các phiên bản của Android ........................................................................ 11 2.3.4 Ưu nhược điểm của Android ...................................................................... 13 2.3.5 Kiến trúc cơ bản của hệ điều hành Android ............................................... 14 2.4 Một số Module sử dụng trong mô hình ............................................................ 18 2.4.1 Vi điều khiển .............................................................................................. 18 MỤC LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vi 2.4.2 Module bluetooth ....................................................................................... 24 2.4.3 Module Wifi ESP8266 Node MCU ........................................................... 26 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. ................................................ 28 3.1 Giới thiệu .......................................................................................................... 29 3.2 Sơ đồ khối hệ thống .......................................................................................... 30 3.3 Tính toán thiết kế .............................................................................................. 31 3.3.1 Thiết kế App trên điện thoại ....................................................................... 31 3.3.2 Thiết kế mô hình robot ................................................................................ 33 3.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống ................................................................................. 39 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ...................................................... 41 4.1 Giới thiệu. .......................................................................................................... 42 4.2 Thi công hệ thống ............................................................................................... 42 4.2.1 Thi công App trên điện thoại ........................................................................ 42 4.2.2 Thi công mô hình mạch ................................................................................ 73 4.2.3 Thi công mô hình thiết bị ............................................................................. 77 4.2.2 Lắp ráp mạch vào mô hình ........................................................................... 78 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................. 95 5.1 Kết quả... ............................................................................................................ 96 5.2 Nhận xét .............................................................................................................. 97 5.3 Đánh giá .............................................................................................................. 97 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. ........................... 98 6.1 Kết luận . ............................................................................................................. 99 6.2 Hướng phát triển ................................................................................................. 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO.100 PHỤ LỤC ................................................................................................. 101 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG ........................................................................... 111 LIỆT KÊ HÌNH VẼ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1. Firebase. ........................................................................................................ 6 Hình 2.2. Giao thức bảo mật SSL. ................................................................................ 7 Hình 2.3. Biểu tượng bluetooth. .................................................................................... 9 Hình 2.4. Ứng dụng Bluetooth điều khiển các thiết bị ngoại vi. .................................. 9 Hình 2.5. Kiến trúc ngăn xếp của hệ thống Android. ................................................... 15 Hình 2.6. Hệ thống vi điều khiển cơ bản ...................................................................... 18 Hình 2.7. Sơ đồ và chức năng chân Arduino Uno R3 ................................................... 19 Hình 2.8. Giao tiếp 2 hệ thống dùng chuẩn UART....................................................... 21 Hình 2.9. Nguyên lý hoạt động chuẩn UART. .............................................................. 21 Hình 2.10. Các chân giao tiếp SPI trên Uno R3 ........................................................... 22 Hình 2.11. Kết nối giữa 2 thiết bị dùng SPI .................................................................. 23 Hình 2.12. Kết nối giữa nhiều thiết bị dùng SPI ........................................................... 23 Hình 2.13. Module Bluetooth HC-06 ............................................................................ 24 Hình 2.14. Sơ đồ chân và chức năng của ESP8266 ...................................................... 26 Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống ...................................................................................... 30 Hình 3.2. Giao diện đăng nhập và chọn hình thức điều khiển ...................................... 31 Hình 3.3. Giao diện bluetooth và wifi ........................................................................... 32 Hình 3.4. Màn hình chờ của điện thoại khi đang nhận giọng nói ................................. 32 Hình 3.5. Bố trí thiết bị ................................................................................................. 33 Hình 3.6. Động cơ DC .................................................................................................. 34 Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ ............................................................. 34 Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý khối bluetooth .................................................................... 35 Hình 3.9. Module Bluetooth HC-06 thực tế .................................................................. 35 Hình 3.10. Sự tiện dụng của Node MCU ...................................................................... 36 Hình 3.11. Sơ đồ chân của Node MCU ........................................................................ 36 Hình 3.12. Giao tiếp giữa Node MCU và Uno R3 ........................................................ 37 Hình 3.13. Sơ đồ nối dây vi điều khiển trong Broad Arduino Uno R3 ........................ 37 Hình 3.14. Sơ đồ nối dây mạch nạp trong Arduino Uno R3 ......................................... 38 Hình 3.15. Sơ đồ nguyên lý mô hình ............................................................................ 39 Hình 4.1. Công cụ App Inventor ................................................................................... 42 Hình 4.2. Giao diện của trang web đăng ký tài khoản google ...................................... 43 LIỆT KÊ HÌNH VẼ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH viii Hình 4.3. Giao diện trang web MIT App Inventor ....................................................... 44 Hình 4.4. Giao diện công cụ App Inventor 2 ................................................................ 44 Hình 4.5. Mục Projects .................................................................................................. 45 Hình 4.6. Mục Connect ................................................................................................. 46 Hình 4.7. Mục Build ...................................................................................................... 46 Hình 4.8. Giao diện hộp thoại ....................................................................................... 47 Hình 4.9. Giao diện gồm các công cụ thiết kế app ...................................................... 47 Hình 4.10. Mục User Interface ...................................................................................... 48 Hình 4.11. Mục Layout ................................................................................................. 48 Hình 1.12. Mục Media .................................................................................................. 49 Hình 4.13. Mục Sensors ................................................................................................ 49 Hình 4.14. Mục Social. ................................................................................................. 50 Hình 4.15. Mục Storage ................................................................................................ 50 Hình 4.16. Mục Connectivity ........................................................................................ 51 Hình 4.17. Mục Viewer ................................................................................................. 51 Hình 4.18. Mục Components ........................................................................................ 52 Hình 4.19. Mục Properties ............................................................................................ 52 Hình 4.20. Màn hình đăng nhập và kết nối ................................................................... 53 Hình 4.21. VerticalArrangement1 ................................................................................. 54 Hình 4.22. HorizontalArrangement1 ............................................................................ 54 Hình 4.23. Giao diện màn hình bluetooth của app ........................................................ 55 Hình 4.24. HorizontalArrangement5. ........................................................................... 55 Hình 4.25. HorizontalArrangement6 ............................................................................ 55 Hình 4.26. TableArrangement4..................................................................................... 56 Hình 4.27. HorizontalArrangement10 .......................................................................... 56 Hình 4.28. HorizontalArrangement7 ............................................................................ 57 Hình 4.29. HorizontalScrollArrangement1 ................................................................... 57 Hình 4.30. Màn hình điều khiển bằng wifi ................................................................... 58 Hình 4.31. Lable_text .................................................................................................... 58 Hình 4.32. HorizontalArrangement30 .......................................................................... 58 Hình 4.33. Các thành phần ẩn ....................................................................................... 59 Hình 4.34. Lưu đồ chương trình app điện thoại Android ............................................. 61 Hình 4.35. Lưu đồ cập nhật dữ liệu .............................................................................. 61 Hình 4.36. SpeechRecognizer1 ..................................................................................... 64 LIỆT KÊ HÌNH VẼ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ix Hình 4.37. Sự kiện button để điều khiển đèn ................................................................ 65 Hình 4.38. Sự kiện button để điều khiển quạt ............................................................... 66 Hình 4.39. Sự kiện FirebaseDB1.DataChanged ........................................................... 66 Hình 4.40. Sự kiện Initialize ......................................................................................... 67 Hìn