Đồ án Hệ thống ứng dụng wear os trong việc hỗ trợ người già

i 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 ỨNG DỤNG WEAR OS TRONG VIỆC HỖ TRỢ NGƯỜI GIÀ GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hiệp SVTH 1: Trần Văn Ba MSSV: 14141013 SVTH 2: Nguyễn Lê Trung Hiếu MSSV: 14141100 Tp. Hồ Chí Minh – 06/2018 ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 29 tháng 6 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Văn Ba MSSV: 14141013 Nguyễn Lê Trung Hiếu MSSV: 14141100 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 14141DT3B I. TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ỨNG DỤNG WEAR OS TRONG VIỆC HỖ TRỢ NGƯỜI GIÀ II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Sử dụng một Asus ZenWatch 2. - Sử dụng một điện thoại hệ điều hành Android. - Sử dụng một Module wifi ESP8266 NodeMCU Mini D1. - Sử dụng một Module Relay. 2. Nội dung thực hiện: - Tìm hiểu về firebase để cập nhật dữ liệu điều khiển, cũng như chia sẻ quyền điều khiển cho các thiết bị. - Tìm hiểu thiết kế giao diện cho ứng dụng chạy trên các thiết bị android. - Tìm hiểu cách điều khiển module ESP8266 NodeMCU Mini D1 thông qua firebase. - Thi công được mô hình. - Cân chỉnh, hoàn thiện được mô hình. - Đánh giá kết quả thực hiện. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/03/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 27/06/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Văn Hiệp CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 27 tháng 03 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Trần Văn Ba Lớp:14141DT3B MSSV:14141013 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Lê Trung Hiếu Lớp:14141DT3B MSSV:14141100 Tên đề tài: HỆ THỐNG ỨNG DỤNG WEAR OS TRONG VIỆC HỖ TRỢ NGƯỜI GIÀ Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD 1-2/ 20-03 đến 27-03 Gặp GVHD trao đổi và xác nhận đề tài 2-3/ 27-03 đến 03-04 Hoàn thành đề cương 3-4/ 03-04 đến 17-04 Liên kết firebase để điều khiển qua điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh. 4-6/ 17-04 đến 02-05 Kết nối module esp và module relay, để điều khiển đèn và chuông, thông qua điện thoại và đồng hồ thông minh. 6-10/ 02-05 đến 30-05 Viết ứng dụng khẩn cấp. 10-12/ 30-05 đến 13-06 Hoàn thành và chạy thử nghiệm hệ thống. 12-14/ 13-06 đến 27-06 Hoàn thiện hệ thống và báo cáo đồ án tốt nghiệp. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iv LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm 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. Những người thực hiện đề tài Trần Văn Ba Nguyễn Lê Trung Hiếu v LỜI CẢM ƠN Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Văn Hiệp _ Giảng viên bộ môn Điện tử công nghiệp – y sinh đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài. Chúng em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất cho chúng em hoàn thành đề tài. Chúng mình cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 14141DT3B đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Cảm ơn đến cha mẹ, là chỗ dựa tinh thần vững chắc cho chúng con, luôn an ủi và động viên những lúc chúng con khó khăn nhất trong suốt những năm tháng học hành. Xin chân thành cảm ơn! Những người thực hiện đề tài Trần Văn Ba Nguyễn Lê Trung Hiếu vi MỤC LỤC Trang bìa ........................................................................................................................ i Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................. ii Lịch trình ..................................................................................................................... iii Cam đoan .................................................................................................................... iv Lời cảm ơn .................................................................................................................... v Mục lục ........................................................................................................................ vi Liệt kê hình vẽ ........................................................................................................... viii Liệt kê bảng ................................................................................................................. xi Tóm tắt ....................................................................................................................... xii CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................ 1 1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu ............................................................................................................. 2 1.3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2 1.4. Giới hạn .............................................................................................................. 2 1.5. Bố cục ................................................................................................................ 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 4 2.1 Người cao tuổi .................................................................................................... 4 2.2 Lịch sử hệ điều hành Android ............................................................................ 4 2.3 Giới thiệu về Wear OS ....................................................................................... 6 2.4 Giới thiệu về Wifi ............................................................................................... 8 2.5 Giới thiệu về Bluetooth .................................................................................... 11 2.6 Giới thiệu về Google Firebase .......................................................................... 13 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. ................................................ 18 3.1 Giới thiệu .......................................................................................................... 18 3.1.1 Thực trạng nhu cầu ........................................................................................ 18 3.1.2 Bài toán đặt ra ................................................................................................ 18 3.2 Tính toán thiết kế mạch ..................................................................................... 18 3.2.1 Thiết kế trên đồng hồ ..................................................................................... 19 3.2.2 Thiết kế trên điện thoại .................................................................................. 20 vii 3.2.3 Thiết kế mạch điều khiển đèn, chuông .......................................................... 22 a/ Vi điều khiển ....................................................................................................... 22 b/ Module 4 Relay 5V ............................................................................................. 24 c/ Nguồn nuôi mạch điều khiển .............................................................................. 25 d/ Các thiết bị khác .................................................................................................. 26 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ...................................................... 28 4.1 Giới thiệu. .......................................................................................................... 28 4.2 Xây dựng ứng dụng điều khiển đèn, chuông trên smartwatch ........................... 28 4.2.1 Giới thiệu phần mềm Android Studio ............................................................. 28 4.2.2 Lưu đồ và lập trình ứng dụng .......................................................................... 42 4.3 Xây dựng ứng dụng khẩn cấp SOS trên điện thoại ............................................ 48 4.4 Thi công mạch điều khiển đèn, chuông .............................................................. 59 4.5 Hướng dẫn sử dụng thao tác ............................................................................... 74 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................. 80 5.1 Kết quả. .............................................................................................................. 80 5.2 Nhận xét và đánh giá .......................................................................................... 85 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. ........................... 87 6.1 Kết luận . ............................................................................................................. 87 6.2 Hướng phát triển ................................................................................................. 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. xiii PHU LỤC .......................................................................................................... xv viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Các phiên bản của hệ điều hành Android ..................................................... 6 Hình 2.2: Thiết bị sử dụng Wear OS............................................................................. 7 Hình 2.3: Hệ thống các thiết bị kết nối wifi .................................................................. 8 Hình 2.4: Hình ảnh ký hiệu của Bluetooth .................................................................... 11 Hình 2.5: Thông số của các loại Bluetooth ................................................................... 12 Hình 2.6: Các ứng dụng của Google Firebase .............................................................. 14 Hình 3.1: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống ...................................................................... 19 Hình 3.2: Thiết kế ứng dụng trên đồng hồ .................................................................... 20 Hình 3.3: Giao diện bắt đầu ứng dụng điện thoại ......................................................... 21 Hình 3.4: Giao diện ứng dụng điện thoại khởi chạy thành công .................................. 21 Hình 3.5: Module ESP8266 .......................................................................................... 23 Hình 3.6: Module 4 Relay ............................................................................................. 24 Hình 3.7: Adapter 5V/2A .............................................................................................. 25 Hình 3.8: Đèn led 5W/220VAC - Đèn led 9W/220VAC ............................................. 26 Hình 3.9: Chuông điện 220VAC ................................................................................... 27 Hình 3.10: Sơ đồ kết nối các khối ................................................................................. 27 Hình 4.1: Phần mềm Android Studio. .......................................................................... 28 Hình 4.2: Tải phần mềm Android Studio. .................................................................... 30 Hình 4.3: Tiến hành quá trình cài đặt phần mềm Android Studio. .............................. 30 Hình 4.4: Kết thúc quá trình cài đặt phần mềm Android Studio. ................................ 31 Hình 4.5: Cửa sổ “Welcome to Android Studio”. ........................................................ 32 Hình 4.6: Màn hình Create Android Project. ............................................................... 33 Hình 4.7: Màn hình Target Android Devices. ............................................................. 33 ix Hình 4.8: Màn hình Add an Activity to Wear. ............................................................. 34 Hình 4.9: Màn hình Configure Activity. ...................................................................... 35 Hình 4.10: Màn hình thẻ MainActivity.java. ............................................................... 35 Hình 4.11: Màn hình thẻ AndroidManifest.xml. ....................................................... 36 Hình 4.12: Màn hình thẻ app........................................................................................ 36 Hình 4.13: Màn hình thẻ con Design. .......................................................................... 37 Hình 4.14: Màn hình thẻ con Text. .............................................................................. 37 Hình 4.15: Giao diện hiển thị của Firebase. ................................................................. 38 Hình 4.16: Cửa sổ Add a project. ................................................................................. 39 Hình 4.17: Điền thông tin package của ứng dụng. ....................................................... 39 Hình 4.18: Tải tập tin google-services.json. ................................................................ 40 Hình 4.19: Các dòng lệnh cần thiết. ............................................................................. 41 Hình 4.20: Cửa sổ Security rules for Realtime Database. ........................................... 41 Hình 4.21: Giao diện làm việc Database. ..................................................................... 42 Hình 4.22: Lưu đồ ứng dụng khi được khởi động. ...................................................... 43 Hình 4.23: Giao diện của ứng dụng. ............................................................................ 47 Hình 4.24: Giao diện nhập số điện thoại khẩn cấp. ..................................................... 49 Hình 4.25: Giao diện xác nhận số điện thoại khẩn cấp. ............................................... 50 Hình 4.26: Giao diện thông báo SOS đang hoạt động. ................................................ 51 Hình 4.27: Lưu đồ startActivity.java. .......................................................................... 52 Hình 4.28: Lưu đồ MainActivity.java. ......................................................................... 53 Hình 4.29: Lưu đồ xử lý trong handler. ....................................................................... 54 Hình 4.30: Lưu đồ hoạt động của chương trình gửi tin nhắn....................................... 55 Hình 4.31: Lưu đồ khởi tạo số điện thoại khẩn cấp. .................................................... 56 Hình 4.32: Lưu đồ hoạt động của chương trình vị trí .................................................. 57 Hình 4.33: Thiết kế bản vẽ PCB và sau khi thi công. .................................................. 58 x Hình 4.34: Mạch điều khiển hoàn chỉnh. ..................................................................... 60 Hình 4.35: Cửa sổ lập trình của Arduino. .................................................................... 62 Hình 4.36: Cửa sổ tính hành cài đặt Driver Arduino. .................................................. 63 Hình 4.37: Cửa sổ hoàn thành quá trình cài đặt Driver Arduino. ................................ 64 Hình 4.38: Thêm thư viện cho Arduino. ...................................................................... 64 Hình 4.39: Cửa sổ Library Manager. ........................................................................... 65 Hình 4.40: Lưu đồ điều khiển của vi điều khiển. ......................................................... 65 Hình 4.41: Lưu đồ xử lý hàm void setup(). .................................................................. 67 Hình 4.42: Giao diện Database. ................................................................................... 69 Hình 4.43: Lấy authCode của Firebase. ....................................................................... 69 Hình 4.44: Lưu đồ hàm voidloop(). ............................................................................. 71 Hình 4.45: Giao diện firebase thực tế ........................................................................... 74 Hình 4.46: Màn hình đầu tiên của ứng dụng. ............................................................... 75 Hình 4.47: Màn hình thứ hai của ứng dụng. ................................................................ 75 Hình 4.48: Màn hình của ứng dụng trên đồng hồ. ....................................................... 76 Hình 4.49: Giao diện Firebase. .................................................................................... 77 Hình 4.50: Cửa sổ đăng nhập tài khoản Google. ......................................................... 78 Hình 4.51: Giao diện của project trên Firebase. .......................................................... 78 Hình 4.52: Giao diện làm việc của Database. .............................................................. 79 Hình 5.1: Hình ảnh thực tế đồng hồ .............................................................................. 81 Hình 5.2: Giao diện khi gửi tin nhắn, nội dung tin nhắn .............................................. 81 Hình 5.3: Cuộc gọi tự tạo .............................................................................................. 82 Hình 5.4: Điều khiển khi chưa cấp nguồn phần cứng ................................................... 82 Hình 5.5: Điều khiển khi đã cấp nguồn phần cứng ....................................................... 83 Hình 5.6: Thiết bị khi tắt ............................................................................................... 84 Hình 5.7: Thiết bị khi bật .............................................................................................. 84 xi LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Phạm vi truyền của các loại Bluetooth ........................................................... 12 Bảng 3.1: Dòng tiêu thụ các thiết bị ................................................................................ 25 Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện được sử dụng ........................................................... 59 xii TÓM TẮT Hiện nay, việc quan tâm sức khỏe cũng như hỗ trợ người cao tuổi đang là một vấn đề đang được quan tâm rất nhiều trong cuộc sống. Việc sử dụng những công cụ hỗ trợ người già cũng là một khía cạnh đang được phát triển mạnh, nắm bắt được những công cụ hỗ trợ sẵn, nhóm chúng tôi sử dụng đồng hồ thông minh và thiết bị di động cá nhân để hỗ trợ tối ưu nhất cho những vấn đề thiết yếu cho người già. Đề tài mang tên: HỆ THỐNG ỨNG DỤNG WEAR OS TRONG VIỆC HỖ TRỢ NGƯỜI GIÀ. Đề tài sử dụng thiết bị đồng hồ thông minh, điện thoại thông minh, website có kết nối mạng để điều khiển những thiết bị thiết yếu như đèn, chuông báo thông qua Esp8266 ở bất cứ đâu, bất cứ lúc nào. Điều khiển các thiết bị chiếu sáng như bật tắt đèn nhà tắm, đèn phòng ngủ, đèn hành lang; bật tắt chuông báo động khi có vấn đề quan trọng, thiết lập một cuộc gọi tới số khẩn cấp, gửi tin nhắn khẩn cấp và địa điểm hiện tại tới số khẩn cấp. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với sự phát triển của xã hội, cuộc sống ngày càng được nâng cao thì việc áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào đời sống, công việc ngày càng cần thiết. Với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó đặc biệt là kỹ th