Đang tải... (xem toàn văn)
đề tài nêu tổng quan về nhà thông minh,các hướng phát triển nhà thông minh trên thế giới và tại việt nam,ưu nhược điểm,sau đó đề xuất phương án thiết kế tích hợp điều khiển không dây(truyền thông hữu tuyến và vô tuyến) cho hệ thống.xây dựng 1 hệ thống nhà thông minh được điều khiển không dây và phù hợp với người việt,đồng thời tối ưu giảm giá thành cho sản phẩm.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: GIẢI PHÁP TÍCH HỢP ĐIỀU KHIỂN KHÔNG DÂY CHO HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH Giáo viên hƣớng dẫn : Th.S Đào Quý Thịnh Sinh viên thực : Nguyễn Xuân Đại Lớp – Khóa : ĐK&TĐH – K54 Mã số sinh viên : 20090642 Hà Nội – 06/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Khóa Khoa/Viện Ngành Đầu đề thiết kế: Các số liệu ban đầu: Nội dung phần thuyết minh tính toán: Các vẽ, đồ thị (ghi rõ loại kích thước vẽ ): Họ tên cán hướng dẫn: Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: Ngày tháng năm … Trưởng môn Cán hướng dẫn ( Ký, ghi rõ họ, tên) ( Ký, ghi rõ họ, tên) Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày… tháng … năm 2012 Người duyệt Sinh viên ( Ký, ghi rõ họ, tên) ( Ký, ghi rõ họ, tên) LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp có đề tài: GIẢI PHÁP TÍCH HỢP ĐIỀU KHIỂN KHÔNG DÂY CHO HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH em tự thực dƣới hƣớng dẫn thầy giáo Th.S Đào Quý Thịnh Các số liệu kết hoàn toàn trung thực Ngoài tài liệu tham khảo dẫn cuối đồ án em đảm bảo không chép công trình TKTN ngƣời khác Nếu phát có sai phạm với điều cam đoan trên, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội ngày tháng năm 2014 Sinh viên thực Nguyễn Xuân Đại MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Một số hệ thống nhà thông minh Việt Nam 1.1.2 Quan điểm thiết kế nhóm 1.2 Giải vấn đề 1.2.1 Truyền thông hữu tuyến 1.2.2 Truyền thông vô tuyến CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI 11 2.1 Phát triển ý tưởng 11 2.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống nhà thông minh 13 2.3 Nhiệm vụ thiết kế 16 2.3.1 Thiết kế hệ thống mạng 16 2.3.2 Thiết kế điều khiển trung tâm 16 2.3.3 Thiết kế hệ thống cảm biến 17 2.3.4 Thiết kế mạch chấp hành 18 2.3.5 Thiết kế mô hình thực nhiệm 19 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ TÍCH HỢP HỆ THỐNG 20 3.1 Tích hợp hệ thống mạng 20 3.1.1 Thiết lập đường truyền internet WAN-LAN 22 3.1.2 Tạo websever cho S7-1200 31 3.2 Thiết kế điều khiển trung tâm 34 3.2.1 Tính toán chọn thiết bị: 35 3.2.2 Chương trình điều khiển PLC S7-1200 40 3.3 Thiết kế hệ thống chấp hành 45 3.3.1 Yêu cầu thiết kế 46 3.3.2 Chọn thiết bị 47 3.3.3 Thiết kế mạch nguyên lí 49 3.3.4 Chương trình PIC điều khiển cấu chấp hành 52 3.4 Thiết kế tich hợp mạch đo + LCD 54 3.4.1 Yêu cầu thiết kế 54 3.4.2 Tính chọn thiết bị 54 3.4.3 Mạch nguyên lí 61 3.4.4 Lưu đồ thuật toán vi xử lí 62 CHƢƠNG 4: HỆ THỐNG THỰC NHIỆM 64 CHƢƠNG 5: HƢỚNG PHÁT TRIỂN 65 5.1 Cảm biến 65 5.2 Mạch chấp hành 65 5.3 Hướng truyền thông 66 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 69 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nghe nói nhiều đến nhà thông minh- SmartHome Câu hỏi đặt là: nhà thông minh là? Nó giải vấn đề xã hội sống ngƣời? Về kỹ thuật nhà thông minh có đặc điểm gì? Đứng góc độ nhà nghiên cứu, tìm hiểu nhà thông minh, câu trả lời em là: Nhà thông minh nhà có hệ thống kỹ thuật hoàn hảo, đƣợc lập trình tối ƣu hoá cho việc điều khiển vận hành toàn thiết bị điện nhà cách hoàn toàn tự động bán tự động, kết nối tất hệ thống nhà mạng đƣơc điều khiển tập trung phân tán nhằm thay làm giảm thao tác điều khiển ngƣời Hiện nay, giới nhà thông minh đƣợc nhiều doanh nghiệp hãng phát tham gia nghiên cứu, phát triển đƣa sản phẩm với gói chức khác Sản phẩm họ đƣợc nghiên cứu phát triển thời gian dài mang tính hệ thống cao đáp ứng tốt cho đại đa số ngƣời sử dụng Tuy nhiên sản phẩm thị trƣờng Việt Nam xa lạ với đại đa số khách hàng việc áp dụng công nghệ vào Việt Nam lại gặp nhiều khó khăn với lý từ điều kiện khí hậu, phong tục tập quán, tài Những sản phẩm đƣợc nhập từ nƣớc nên giá thành cao Các thiết bị đƣợc nhập mang tính hệ thống nên khó khăn việc linh động tích hợp thêm lựa chọn theo ý kiến khách hàng chƣa kể tới việc kiến trúc khác nhà gây khó khăn trình lắp đặt Các hệ thống nhà thông minh nhập từ nƣớc đa phần thiết kế cho khách hàng sử dụng ngƣời phƣơng Tây nên có nhiều điểm không phù hợp với thói quen sống sinh hoạt khách hàng ngƣời châu Á Việt Nam nƣớc có khí hậu nhiệt đới có nhiệt độ độ ẩm cao ảnh hƣởng tới việc hoạt động xác thiết bị điện tử chúng không đƣợc tính đến trình thiết kế Nhóm nghiên cứu chúng em lựa chọn đề tài giải pháp tích hợp điều khiển không dây cho nhà thông minh với mong muốn góp phần giải pháp phát triển hệ thống nhà thông minh Việt Nam Nội dung đồ án nhóm nghiên cứu thực bao gồm mục nhƣ sau: - Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan hệ thống nhà thông minh - Chƣơng 2: Xây dựng sơ đồ khối - Chƣơng 3: Thiết kế hệ thống - Chƣơng 4: Hệ thống thực nghiệm - Chƣơng 5: Hƣớng phát triển Trong trình hoàn thành đồ án, nhóm đƣợc giúp đỡ tận tình thầy giáo hƣớng dẫn: Th.S Đào Quý Thịnh tạo điều kiện để nhóm em hoàn thành sản phẩm: Giải pháp tích hợp điều khiển không dây cho hệ thống nhà thông minh Hà Nội ngày tháng năm 2014 Sinh viên thực Nguyễn Xuân Đại CHƯƠNG : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Một số hệ thống nhà thông minh Việt Nam Hiện Việt Nam có nhà sản xuất cung cấp ứng dụng hệ thống nhà thông minh Ví dụ nhƣ Crestron, Bkav smarthome, X10, Homeplus, hay nhóm phát triển dự án Homeon Sau ta sâu vào hƣớng thiết kế số hãng theo tìm hiểu cá nhân em để tìn điểm mấu chốt hệ thống nhà thông minh đƣợc sử dụng: Crestron Crestron lần xuất Việt Nam vào năm 2009 với nhà phân phối hãng UDICTECH JSC Hãng thiết kế đƣợc hệ thống chiếu sáng (lighting), hệ thống hình ảnh âm đa vùng (A/V) chuẩn HDMI, công nghệ Digital media với tính mạnh mẽ âm nhƣ hình ảnh Điểm đáng ý Crestron tƣơng thích với Apple tạo cho công nghệ hệ thống giải trí hài hòa, kiểm soát âm thanh, video, đèn chiếu sáng, rèm cảm biến nhiệt trực tiếp từ Ipad, Iphone Đó công nghệ giải trí tên Home theatre Bộ điều khiển trung tâm Crestron iLux, giải pháp tích hợp chiếu sáng, thiết kế dạng gắn tƣờng, ứng dụng linh hoạt từ phòng họp, phòng hòa nhạc, tới phòng giải trí, phòng khách gia đình, hay loại phòng với mức đầu tƣ phù hợp iLux có dòng sản phẩm là: - CLSI-C6M: có kèm theo cảm biến chuyển động (motion detector) – cảm biến tồn kiện (occupancy sensing); tự động bật sáng phát chuyển động; tự động tắt đèn sau khoảng thời gian không cảm nhận chuyển động phòng - CLSI-C6: không gắn kèm cảm biến chuyển động Qua tìm hiểu ta có ý tƣởng thiết kế điển hình Crestron: Hình 1 Sơ đồ điển hình crestron Và cách đấu dây hệ thống: Hình Cách bố trí đấu dây Crestron CHƯƠNG 5: HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hƣớng phát triển nhóm cụ thể vào phần nhằm đáp tứng thêm nhu cầu điều khiển giải vấn đề tồn đọng hệ thống cũ Việc tích hợp thêm làm gia tăng độ tin cậy cho hệ thống Sau chi tiết: 5.1 Cảm biến Cảm biến sử dụng hệ thống nhà thông minh quan trọng Nó mấu chốt đƣa thị trƣờng nhằm cạnh tranh với hãng khác Chẳng hạn nhƣ việc phát diện ngƣời nhà, vừa phải phân biệt với nhiễu hay đồ đạc di chuyển, vật khác khó khăn chung cho ngƣời thiết kế Do mà hƣớng phát triển cho cảm biến phát ngƣời cách đƣa cảm biến nhiệt không tiếp xúc hỗ trợ cho cảm biến phát dịch chuyển Theo nghiên cứu, cảm biến có yếu điểm định nhƣ không phát xa tiêu điểm hạn chế Nhƣng thiết kế, hệ cảm biến bao gồm nhiều điểm mắt để phát vật thể dễ dàng Nó có chế nhƣ camera ảnh nhiệt giúp phát vật mang nhiệt lại khu vực kiểm soát 5.2 Mạch chấp hành Trong đồ án hay nhóm em làm chủ yếu dùng cấu chấp hành với relay Nhƣợc điểm dễ nhận thấy relay là: - Gây tiếng ồn đóng cắt tải - Cần dòng nuôi trì cỡ 30mA đến 80mA - Điện áp nuôi cho cuộn dây relay thƣờng không phù hợp với điện áp điều khiển - Gây tốn diện tích mạch in - Tồn khả dính tiếp điểm Do mà ta chuyển hƣớng sang thiết bị khác vừa đảm bảo tính mà relay đảm nhiệm mà vừa khắc phục đƣợc số yếu điểm 65 Có thể mở rộng thiết bị chấp hành lên thành hầu hết thiết bị điện nhà để hệ thống smarthome tích hợp đƣợc nhiều tiện nghi cho ngƣời sử dụng 5.3 Hướng truyền thông Hiện đồ án đề cập hai loại phƣơng thức truyền thông vô tuyến là: wifi RF Hƣớng phát triển dành cho truyền nhận vô tuyến sử dụng hồng ngoại Lý phát triển thêm hồng ngoại tốt wifi hay RF mà phù hợp với nhiều thiết bị sử dụng hộ dân dụng nhƣ tivi, điều hòa, động rèm, cửa… Thế nên tích hợp vào hệ thống khả mở rộng cho việc điều khiển thêm nhiều thiết bị dễ dàng xử lý 66 KẾT LUẬN Sau hoàn thành đề tài : Giải pháp tích hợp ứng dụng hệ thống nhà thông minh, nhóm em nói chung em nói riêng gặt hái đƣợc nhiều kinh nghiệm quý báu Đây đƣợc em nhƣ thảnh sau trình học tập nghiên thời gian dài Nhóm đúc kết đƣợc điều làm đồ án là: - Thực hành môi trƣờng thực tiễn với việc tiếp cận tới thiết bị - Nắm rõ thêm lý thuyết trình điều khiển hệ thống nhƣ quy trình thiết kế - Thành thạo viết chƣơng trình cho PLC - Tìm hiểu nắm rõ phần mềm liên quan việc viết chƣơng trình điều khiển pic, plc… Với trình thực hành nhƣ trình bày viết đồ án, nhóm khó tránh đƣợc thiết xót, mong đƣợc ủng hộ nhƣ góp ý từ thầy cô bạn bè nhằm hoàn thiện cho chúng em Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy hƣớng dẫn Th.S Đào Quý Thịnh tận tình hƣớng dẫn chúng em trình hoàn thiện đồ án Hà Nội, ngày tháng 06 năm 2014 Sinh viên thực Nguyễn Xuân Đại 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Minh Sơn, Mạng Truyền Thông Công Nghiệp , nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2004 [2] www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=PIC16F877A [3] http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=MAX232C [4] http://www.siemens.com/entry/cc/en [5]http://google.com 68 PHỤ LỤC Chương trình code cho hệ thống cảm biến [5] #include "E:\doan\code_PIC\1\machdo.h" [6] #include "LCDGeneric.h" [7] #include "LCDGeneric.c" [8] #include [9] #use rs232(baud=9600, parity=N, xmit=PIN_C6, rcv=PIN_C7, bits=8) [10] #use fast_io(c) [11] int8 n=0,codata=0,batdau=0; [12] unsigned char buff[2]; [13] #INT_RDA [14] void Receive_isr() [15] { [16] clear_interrupt(INT_RDA); [17] unsigned char c; [18] c=getc(); [19] if(batdau==1) [20] { [21] n++; [22] if(n==1) buff[0]=c; [23] if(n==2) [24] { [25] buff[1]=c; [26] codata=1; [27] batdau=0; [28] } [29] } [30] [31] if(c==42) [32] { [33] batdau=1; [34] n=0; [35] } [36] } [37] typedef unsigned int uint8_t; [38] uint8_t DHT_GetTemHumi (uint8_t *tem,uint8_t *humi) 69 [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] { uint8_t buffer[5]={0,0,0,0,0}; uint8_t ii,i,checksum; trisd3=0; // set la cong b0 la cong lenh settrisb0 d3=1; // b0=1 delay_us(60); d3=0; delay_ms(25); // it nhat 18ms d3=1; //delay_us(40); // doi DHT dap ung vong 20us-40us trisd3=1; //b0 la chan vao delay_us(60); if(input(PIN_D3))return ; else while(!input(PIN_D3)); //Doi DaTa len delay_us(60); if(!input(PIN_D3))return 0; else while((input(PIN_D3))); //Doi Data ve //Bat dau doc du lieu for(i=0;i[...]... nếu đi dây thì tính linh hoạt sẽ giảm đi nhiều Từ đó suy ra việc đi dây hoàn bộ hệ thống không phải là giải pháp tiên tiến nên áp dụng hiện nay Dẫn đến nhu cầu thiết yếu cần thiết kế tích hợp hệ thống điều khiển truyền thông vô tuyến cho nhà thông minh 1.2.2 Truyền thông vô tuyến Truyền thông vô tuyến là hƣớng mà nhiều hệ thống tân tiến hiện nay đang hƣớng đến Nó sẽ phù hợp với cả những ngôi nhà đang... đến việc thiết kế hệ thống nhà thông minh với điều khiển các thiết bị bằng không dây - Giảm giá thành hệ thống để tính cạnh tranh cao nhất có thể Vì trong khi một số hãng hoạt động tại Việt Nam đang thầu nhà thông minh hiện nay, các thiết bị phụ thuộc hoàn toàn vào một hãng cụ thể nên giá thành rất đắt và không có khả năng sáng tạo khi không thiết kế đƣợc phần mềm và nguyên lý điều khiển Do vậy mà nhóm... dàng và nhanh gọn hơn khi thiết kế lắp đặt cho những căn nhà đang có nhà chủ sinh sống Hơn nữa, những thiết bị đƣợc chấp hành hầu hết là có sẵn trong nhà, ta chỉ việc tích hợp hệ thống của mình vào đồng thời tƣ vấn khách hàng nên dùng loại thiết bị nào cho phù hợp nhất với hệ thống cũng nhƣ không bị ảnh hƣởng lẫn nhau 2.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống nhà thông minh Trong sơ đồ này ta sẽ đi sâu vào nội dung... điện tử thông minh Có năng lực phát triển sản phẩm từ giai đoạn nghiên cứu, thiết kế, sản xuất cho tới phân phối sản phẩm ra thị trƣờng Smarthome đã nghiên cứu sản xuất và đƣa ra thị trƣờng một số các sản phẩm nhƣ van cảm ứng, bật đèn thông minh, máy sấy tay siêu tốc và tiến tới là toàn bộ hệ thống ngôi nhà thông minh Hệ thống ngôi nhà thông minh SmartHome sử dụng công nghệ tùy biến kịch bản, cho phép... rộng hệ thống mạng trong nhà bằng cách đi dây mạng LAN (RJ45) - Phân tầng 3: Cấp điều khiển trung tâm cấp này thực hiện việc điều khiển các quá trình công nghệ và thực hiện việc kết nối các bộ điều khiển, thiết bị điều khiển logic khả trình PLC Bên cạnh đó, cấp điều khiển thực hiện chức năng truyền thông với cấp cảm biên chấp hành để lấy dữ liệu từ đầu vào; sau đó xử lý tín hiệu thực hiện thuật toán điều. .. trong nhà cũng nhƣ thay đổi kết cấu đƣờng điện 1.2 Giải quyết vấn đề Từ những yêu cầu thiết yếu của cuộc sống nhƣ đã phân tích ở trên mà hệ thống do nhóm thiết kế đi theo hai hƣớng cụ thể là: 8 - Truyền thông hữu tuyến Truyền thông vô tuyến Trong đó việc hài hòa cả hai phƣơng thức truyền thông này cũng là bƣớc tiến lớn trong việc tích hợp hệ thống nhà thông minh Với khả năng vô tuyến hóa hệ thống, ... tĩnh cho hệ thống Khi mà cần truy cập vào hệ thống ngôi nhà ta chỉ việc gõ địa chỉ cố định đó trên thanh address của trình duyệt là đƣợc Việc sử dụng Wifi cũng là phƣơng thức mới đi đầu trong việc điều khiển thiết bị qua mạng không dây Wifi hiện nay đƣợc hầu hết các thiết bị điện thoại, máy tính bảng 21 thông minh tích hợp Ngƣời sử dụng dùng thiết bị luôn gần ngay bên họ để điều khiển thiết bị trong nhà. .. của nhà thông minh hơn Sau đây là một số những đặc điểm của cả hai phƣơng thức truyền thông trên: 1.2.1 Truyền thông hữu tuyến Truyền thông hữu tuyến là phƣơng pháp cổ điển nhất để điều khiển hệ thống điện trong nhà Nó cũng là 1 bài toán sử dụng những thiết bị vào ra xử lý số nhằm điều khiển các thiết bị điện nhƣ đèn, rèm cửa, door… Việc sử dụng hữu tuyến nhƣ vậy sẽ rất thích hợp với những ngôi nhà. .. mô hình thực nhiệm Nhiệm vụ: làm mô hình thu nhỏ của hệ thống, có đầy đủ các chức năng đã nêu trên sao cho giống với thực tế 19 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TÍCH HỢP HỆ THỐNG 3.1 Tích hợp hệ thống mạng Để tích hợp đƣợc mạng internet vào trong hệ thống, trƣớc hết ta đi tìm hiểu những vấn đề liên quan nhƣ: Địa chỉ IP tĩnh và động của mạng internet khi cấp phát cho Modem mà ta cần sử dụng trong mạng IP là chữ viết... liệu từ đầu vào; sau đó xử lý tín hiệu thực hiện thuật toán điều khiển vừa gửi tín hiệu điều khiển ra các đầu ra và đến các thiết bị chấp hành ở cấp trƣờng thông qua mạng truyền thông Các bộ điều khiển có thể đọc, trao đổi dữ liệu với nhau thông qua mạng truyền thông ở cấp điều 12 khiển Đồng thời, các bộ điều khiển - cấp điều khiển đƣa thông tin về cấp cao hơn - cấp vận hành giám sát Bao gồm các thiết