Đồ án Tìm hiểu hệ điều hành android wear và xây dựng giải pháp điều khiển thông minh cho các đèn chiếu sáng gia đình

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: TÌM HIỂU HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID WEAR VÀ XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO CÁC 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 Tp. Hồ Chí Minh – 1/2018 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: TÌM HIỂU HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID WEAR VÀ XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO CÁC 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 Tp. Hồ Chí Minh – 1/2018 i 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 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 ii 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 20 tháng 12 năm 2017 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Phạm Phi Cường Lớp: 163410A MSSV: 16341005 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Hoàng Phúc Lớp: 163410A MSSV: 16341020 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 Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD 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) iii LỜI CAM ĐOAN 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 Nguyễn Hoàng Phúc Phạm Phi Cường iv 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 v MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án .............................................................. Error! Bookmark not defined. 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. vi 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. 5.2.4 Phần mềm điều khiển t ên đồng hồ thông minh ............ Error! Bookmark not defined. vii Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .. Error! Bookmark not defined. 6.1 KẾT LUẬN ............................................................................ 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. viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang 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. ix nh 11 Côn đoạn thực hiện lắp p bước 6 ............ Error! Bookmark not defined. nh 1 Lưu đồ giải thuật chươn t nh chính c a ESP8266 NodeMCU Mini D1Error! 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. x 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 wi