Đang tải... (xem toàn văn)
Điều khiển thiết bị điện qua internet thông qua trang web
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET LỜI NÓI ĐẦU Sự tiến khoa học công nghệ thông tin góp phần làm cho đời sống xã hội ngày phong phú Nó mang lại siêu lợi nhuận cho kinh tế quốc gia toàn cầu, đồng thời mang lại văn minh cho nhân loại chưa có từ trước đến Việt Nam nước đà phát triển hội nhập, ảnh hưởng tích cực hệ ưu việt công nghệ thông tin mang lại cho kinh tế đời sống xã hội khoảng vài chục năm gần chứng minh điều Hệ thống mạng internet phát triển vượt bậc ngành công nghệ thông tin Hiện hệ thống mạng liên kết toàn cầu Nhờ mà ta tra cứu, cập nhật thông tin, liên lạc, trao đổi liệu nơi có internet Hệ thống mạng internet không bị giới hạn đường truyền nhờ phát triển công nghệ truyền tín hiệu cáp quang vệ tinh Ngoài ra, hệ thống mạng Internet hiên không bó hẹp nơi có cáp truyền dẫn, mà mở rộng khắp nơi nhờ thông qua dịch vụ 3G Ở Việt Nam liên tục năm qua, internet phát triển nhanh chóng với 30 triệu người dùng internet tổng số gần 90 triệu người dân Sự phát triển bùng nổ lĩnh vực viễn thông CNTT Việt Nam vài năm trở lại cho thấy lĩnh vực hướng mới, đầy triển vọng tạo nên đột phá để đưa kinh tế Việt Nam vươn giới Lĩnh vực điều khiển từ xa Việt Nam phát triển mạnh có hệ thống điều khiển qua internet Chủ yếu điều khiển qua sóng điện từ với tần số thấp, khoảng cách không xa Điều khiển từ xa qua internet cho phép khoảng cách không gian không bị giới hạn Có thể điều khiển thông qua máy tính có kết nối internet hay điện thoại di động kết nối 3G, internet không dây Trong nội dung đề tài nay, em xin trình bày điều khiển thiết bị điện qua internet thông qua trang web Như nghiên cứu hệ thống điều khiển Em xin chân thành cảm ơn Ths Võ Minh Thông giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu thực NỘI DUNG BÁO CÁO Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI I.1 Giới thiệu đề tài Hiện đề tài nghiên cứu khoa học nghiên cứu nhiều đề tài nhiều lĩnh vực Tuy nhiên đề tài điều khiển thiết bị điện từ xa qua internet chưa áp dụng thực tế Trong công ty, xưởng sản xuất Thông thường buổi sáng nhân viên trước vào ngày làm việc phải bật thiết bị điện tắt trước vào chiều Đối với nhà xưởng lớn Việc triển khai phòng điều khiển bao gồm tủ điện có nhiều công tắc điều khiển tất thiết bị Như nhân viên bật hay tắt điện vào buổi sáng hay buổi chiều Tuy nhiên phải có người trực liên tục phòng điều khiển Việc làm tốn thêm chi phí cho công ty Đối với nhà hộ gia đình Những lúc làm mà quên tắt đèn điện, bơm nước hay bếp điện Họ phải quay để tắt thiết bị Việc gây tốn thời gian chi phí lại Đôi gây tai nạn đáng tiếc gây cháy quên tắt bếp điên Các nhân viên trường học phải thường xuyên tắt điện phòng học sau tan học ngày Đó bất cập thường hay gặp phải điều khiển thiết bị điện thủ công Việc đưa đề tài điều khiển thiết bị điện từ xa qua internet vào ứng dụng thực tiễn giải vấn đề I.2 Lí chọn đề tài Cùng với niềm đam mê công nghệ mong muốn làm cho sống trở nên dể dàng thuận tiện Sau tìm hiểu, thu thập số thông tin mạng Ethernet em định chọn đề tài “ Điều khiển thiết bị điện qua INTERNET” để xây dựng mô hình có khả thu thập điều khiển liệu từ xa, đáp ứng nhu cầu ứng dụng Điều làm cho đề tài gần với giá trị thực tiễn I.3 Mục tiêu đề tài • • • • Tìm hiểu cách tổng quan điều thiết bị điện qua internet Phân tích, hiểu tính vấn đề kỷ thuật hệ thống • Nghiên cứu chế tạo đưa giải pháp để chế tạo thiết bị hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa qua internet Nghiên cứu lập trình Kit Arduino Nghiên cứu tiềm hiểu Ethernet Shield Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT II.1 Giới thiệu chung Arduino Hình 1: Những thành viên khởi xướng Arduino Arduino thực gây sóng gió thị trường người dùng DIY (là người tự chế sản phẩm mình) toàn giới vài năm gần đây, gần giống với Apple làm thị trường thiết bị di động Số lượng người dùng cực lớn đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học làm cho người tạo chúng phải ngạc nhiên mức độ phổ biến Arduino mà khiến sinh viên nhà nghiên cứu trường đại học danh tiếng MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng, Google muốn hỗ trợ cho đời kit Arduino Mega ADK dùng để phát triển ứng dụng Android tương tác với cảm biến thiết bị khác? Arduino thật bo mạch vi xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động cơ, đèn thiết bị khác Đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngôn ngữ lập trình học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình Và điều làm nên tượng Arduino mức giá thấp tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET Hình 2: Sự đa dạng board mạch Arduino Hiện nay, với với phát triển mạch Arduino liên tục đời: Arduino Uno, Arduino Pro, Arduino Micro, Arduino Pro Mini, Arduino Nano, Arduino Mega 250, Arduino Zero, Arduino Due, Arduino Gemma II.2 Khái quát Webserver Hình 3: Khái quát Webserver Máy Web Server máy chủ có dung lượng lớn, tốc độ cao, dùng để lưu trữ thông tin ngân hàng liệu, chứa website thiết kế với thông tin liên quan khác Tất Web Server có địa IP (IP Address) có Domain Name Giả sử bạn đánh vào Address trình duyệt bạn dòng http://www.abc.com sau gõ phím Enter bạn gửi yêu cầu đến Server có Domain Name www.abc.com Server tìm trang Web có tên index.htm gửi đến trình duyệt bạn Web service hệ thống phần mềm thiết kế để hỗ trợ khả tương tác ứng dụng máy tính khác thông qua mạng Internet, giao diện chung gắn kết mô tả XML Web service tài nguyên phần mềm xác định địa URL, thực chức Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET đưa thông tin người dùng yêu cầu Trước hết, nói ứng dụng Web service tích hợp hệ thống hoạt động phát triển hệ thống Trong hệ thống này, ứng dụng cần tích hợp với sở liệu (CSDL) ứng dụng khác, người sử dụng giao tiếp với CSDL để tiến hành phân tích lấy liệu Trong thời gian gần đây, việc phát triển mạnh mẽ thương mại điện tử đòi hỏi hệ thống phải có khả tích hợp với CSDL đối tác kinh doanh (nghĩa tương tác với hệ thống bên – bên cạnh tương tác với thành phần bên hệ thống doanh nghiệp) II.3 Tổng quan Ethernet II.3.1 Ethernet Hình 4: Minh hoạt kết nối với Internet Rj45 Ethernet họ lớn đa dạng gồm công nghệ mạng dựa khung liệu (frame-based) dành cho mạng LAN Tên Ethernet xuất phát từ khái niệm Ête ngành vật lý học Ethernet định nghĩa loạt chuẩn nối dây phát tín hiệu cho tầng vật lý, hai phương tiện để truy nhập mạng phần MAC (điều khiển truy nhập môi trường truyền dẫn) tầng liên kết liệu, định dạng chung cho việc đánh địa Ethernet chuẩn hóa thành IEEE 802.3 Cấu trúc mạng hình sao, hình thức nối dây cáp xoắn (twisted pair) Ethernet trở thành công nghệ LAN sử dụng rộng rãi từ thập kỷ 1990 Trong năm gần đây, WiFi, dạng LAN không dây chuẩn hóa IEEE 802.11, sử dụng bên cạnh thay cho Ethernet nhiều cấu hình mạng IEEE phát triển chuẩn Ethernet nhiều công nghệ truyền dẫn khác có nhiều loại mạng Ethernet Mỗi mạng mô tả dựa vào ba nguyên tố: tốc độ, phương thức tín hiệu sử dụng đặc tuyến đường truyền vật lý • Các hệ thống Ethernet 10Mb/s Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET • • Các hệ thống Ethernet 100Mb/s – Ethernet tốc độ cao (Fast Ethernet ) Các hệ thống Giga Ethernet II.3.2 Giao thức TCP/IP TCP/IP viết tắt Transmission Control Protocol / Internet Protocol (Giao thức Điều Khiển Truyền Thông /Giao thức Internet).Các tầng mô hình là: • • • Lớp ứng dụng (Application Layer) Lớp giao vận (Transport Layer) Lớp liên mạng (Internet Layer) Hình 5: Mô hình TCP/IP • Lớp giao tiếp mạng (Network Interface Layer) II.3.2.1 Lớp ứng dụng ( Application Layer) Gồm nhiều giao thức cung cấp cho ứng dụng người dùng Được sử dụng để định dạng trao đổi thông tin người dùng hệ thống Một số giao thức thông dụng tầng là: HTTP, FTP, SMTP,…Trong phạm vi đồ án, sử dụng giao thức HTTP mà cụ thể xây dựng Webserver nhúng vào hệ thống HTTP giao thức truyền tải siêu văn (HyperText Transfer Protocol) HTTP xác định cách thông điệp định dạng truyền tải hoạt động Webserver trình duyệt Web Webserver đồng thời TCPServer, mở sẵn port mặc định dành cho dịch vụ HTTP TCP80 (ở chế độ listen), sẵn sàng đợi yêu cầu kết nối từ client Các client khởi tạo kết nối TCP thông qua port này, sau Webserver chấp nhận kết nối, client gửi tin HTTP (HTTP message) gọi HTTP request tới server kết nối TCP vừa thiết lập Server trả lời lại tin HTTP khác HTTP response Bản tin chứa nội dung trang Web yêu cầu (được viết ngôn ngữ HTML).Như Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET giao thức HTTP dựa tin HTTP, gồm loại HTTP request HTTP response Giả sử ta truy nhập vào địa IP webserver 192.168.1.10 qua trình duyệt: • Lúc đó, máy tính gửi tin request giao thức HTTP HTTP Get thông qua giao thức TCP (với cổng TCP qui định cho giao thức HTTP 80) đến địa webserver • Webserver, vi điều khiển nhận tin (khi qua hết lớp giao thức ethernet, IP, TCP đến HTTP) Tại vi điều khiển đọc phân tích tin HTTP request để biết máy tính yêu cầu tải nội dung trang web • Sau vi điều khiển lấy nội dung trang web (được soạn thảo theo ngôn ngữ HTML) chứa trên ROM, thêm vào trangweb số thông tin (ví dụ đọc giá trị từ sensor cảm biến nhiệt độ đưa vào trang web), gửi toàn nội dung trang web thông qua giao thức TCP trở lại cho máy tính Nếu nội dung trang web lớn gửi nhiều gói tin, gói tin chứa tối đa 1460 byte liệu • Máy tính nhận nội dung trang web trình duyệt hiển thị lên cho thấy Để điều khiển thiết bị kết tới hệ thống từ xa qua web, trang web ta thiết kế nút nhấn chẳng hạn Khi ta nhấn nút trình duyệt, máy tính gửi tin HTTP HTTP Get Vi điều khiển nhận tin HTTP post này, phân tích liệu chứa để có đáp ứng tương ứng (bật tắt bóng đèn) sau gửi trả lại lần nội dung trang web cập nhật thay đổi vừa rồi.Trình duyệt cập nhật nội dung lên ta Hình 6: Lớp ứng dụng Port tương ứng thấy tác động thao tác điều khiển Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET II.3.2.2 Lớp giao vận (Transport Layer) Hình 7: Cấu trúc gói TCP Nhiệm vụ tầng thiết lập phiên truyền thông máy tính quy định cách truyền liệu Hai giao thức tầng gồm UDP (User Datagram Protocol) TCP (Transmission Control Protocol) Do UDP cung cấp kênh truyền thông phi kết nối nên không đảm bảo truyền liệu cách tin cậy nên phạm vi đồ án sử dụng thức TCP Ngược lại với UDP, TCP cung cấp kênh truyền thông hướng kết nối đảm bảo truyền liệu cách tin cậy TCP thường truyền gói tin có kích thước lớn yêu cầu phía nhận xác nhận gói tin nhận • Số port đích số port nguồn: để phân biệt tiến trình ứng dụng xảy • máy tính Các số sequence Acknowledgement: số sequence để phân biệt segment khác dòng liệu, số Acknowledgement dùng chế xác nhận • Vùng Data offset: chiều dài Header tính theo đơn vị 32 bit Một số cờ (flags): URG (Urgent): thiết lập có liệu quan trọng cần truyền ACK: cho biết có số xác nhận nằm vùng acknowledgement PSH (Push): thiết lập trường hợp liệu nên giao tức thời RST (Reset): thị lỗi sai hủy bỏ phiên làm việc SYN (Synchronize): tin khởi tạo thiết lập kết nối truyền • • • • liệu FIN (Finish): dùng đóng phiên làm việc Vùng Window: số lượng không gian đệm khả dụng để nhận liệu Vùng Checksum: vùng kiểm tra sai cho segment Vùng Urgent Pointer: chiều dài liệu urgent Vùng Options: xác định kích thước cực đại segment II.3.2.3 Lớp Internet ( Internet Layer) Nằm bên tầng truy nhập mạng Tầng có chức gán địa chỉ, đóng gói định tuyến (Route) liệu giao thức quan trọng tầng gồm: 10 Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET CHƯƠNG IV: THI CÔNG PHẦN CỨNG VÀ MỀM IV Thi công phần cứng Tín hiệu lưu truy xuất qua database Kết nối cáp RJ45 Modem Arduino + Shield Ethernet Module Relay tín hiệu điều khiển 30 Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET VPN Đưa thay đổi Trạng thái nhận thay đổi thiết lập từ Arduino qua Database Website Hình 26: Mô hình kết nối tín hiệu nhiệt độ DHT11 IV.1.1 Sơ đồ kết nối nguyên lí IV.1.2 Cấu trúc hệ thống Hình 27: Cấu trúc hệ thống 31 Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET IV.1.3 Hình ảnh linh kiện thực tế lắp ghép IV.1.3.1 Mạch Arduino Ethernet Shield Hình 28: Kết nối Arduino Shield Ethernet IV.1.3.2 Cảm biến độ ẩm nhiệt độ Hình 29: Cảm biến nhiệt độ độ ẩm 32 Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET IV.1.3.3 Modul Relay 33 Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET Hình 30: Thiết kế, mạch in, 3D, mạch thực Relay IV.1.3.4 Lắp ghép hoàn chỉnh 34 Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET Hình 31: Trạng thái bật tắt thiết bị sau ghép mạch IV.2 Thi công phần mềm IV.2.1 CODE cho hệ thống #include #include #include "DHT.h" #define DHTPIN #define DHTTYPE DHT11 DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); int led = 9; byte mac[]={0xDE,0xAD,0xBE,0xEF,0xFE,0xED}; IPAddress ip(192,168,1,171); EthernetServer server(80); String readString; 35 Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET void setup() { Serial.begin(9600); while(!Serial){ ; } pinMode(led,OUTPUT); Ethernet.begin(mac,ip); server.begin(); Serial.print("Dia chi server la: "); Serial.println(Ethernet.localIP()); } void loop(){ float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature(); Serial.println(t); int i=0; if (isnan(t) || isnan(h)) { Serial.println("Failed to read from DHT"); } else { EthernetClient client=server.available(); if(client) { 36 Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET while(client.connected()) { if(client.available()) { char c=client.read(); //Đọc char yêu cầu HTTP if(readString.length()BAT THIET BI"); client.println(""); client.println(""); client.println("0){ digitalWrite(led,HIGH); } if(readString.indexOf("?button1off")>0){ digitalWrite(led,LOW); } readString=""; } } } } } } 39 Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET IV.2.2 Website điều khiển Hình 32: Website điều khiển 40 Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET CHƯƠNG V: SƠ ĐỒ KHỐI, NGUYÊN LÍ HỆ THỐNG Hình 33: Sơ đồ khối hệ thống V.1 Sơ đồ khối V.2 Nguyên lí hệ thống Khi hoạt động, hệ thống kiểm tra Module Shield Ethernet có hết nối Internet chưa xuất địa IP module Ta truy cập website phuphiarduinodtu.ddns.net phần mềm Android thiết bị điện thoại SmatPhone có kết nối internet để điều khiển thiết bị Đối với giao diện điều khiển Website, ta quan sát nhiệt độ phòng tại, điều khiển đóng ngắt thiết bị cách Click chuột Module ethernet nhận giá trị bật tắt từ website trả Arduino thông qua API Trong arduino thực công đoạn quét giá trị trả về, nhận giá trị bật tắt điều khiển chân cài đặt sẵn kích hoạt Relay hoạt động 41 Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET CHƯƠNG VI: ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN VI.1 Đánh giá hệ thống VI.1.1 Ưu điểm • • Dễ dàng cài đặt hầu hết Router Tốc độ xử lý trả kết tương đối nhanh Trung bình khoảng 2s tình trạng mạng hoạt động tốt, thời gian gia tăng lên 4,5s đới với trường hợp nghẽn mạng • Có thể biết trạng thái thiết bị chắn thông qua tín hiệu phản hồi • Điều khiển nhiều thiết bị thông qua việc thêm nhiều Module Replay dùng thêm board mở rộng VI.1.2 Nhược điểm • • Chưa thực tính bảo mật Độ trễ tín hiệu phụ thuộc nhiều vào điều kiện mạng INTERNET VI.2 Hướng phát triển • Do thời gian thực đề tài có hạn lượng kiến thức cá nhân em định nên đề tài thực xong đáp ứng phần nhỏ hệ thống hoàn chỉnh Vì vậy, để đề tài thêm phong phú hơn, mang nhiều tính thực tế nữa, có khả ứng dụng cao em đề xuất đưa thêm vào yêu cầu sau: Sử dụng thêm nhiều loại cảm biến khác, chẳng hạn cảm biến độ ẩm không khí để đo độ ẩm không khí, hệ thống báo cháy tự động,… để ứng dụng vào đề tài • Như người dùng hình dung toàn không gian ngồi nhà Thêm khối bàn phím, thời gian thực để người dùng trực tiếp chỉnh định lại thông số hệ thống cho phù hợp hẹn để tắt/bật thiết bị theo ý • • muốn Mở rộng điều khiển nhiều thiết bị Có thể áp dụng cho nhà thông minh tính tiện lợi, gọn nhẹ, không cần dây • • • nhiều Xây dựng mạng lưới để thu thập liệu khoảng cách xa Sử dụng kit nhúng để thu thập liệu camera từ xa Viết chương trình ứng dụng cho Android iOS để điều khiển giám sát • thiết bị Khi cần thu thập số lượng liệu lớn phát triển thành vi điều khiển client để thu thập liệu gửi lên server máy tính , liên kết SQL để giám sát 42 Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET Hy vọng với hướng phát triển nêu với ý tưởng, góp ý khác thầy cô giáo, bạn đọc phát triển đề tài này, khắc phục hạn chế, tồn đề tài, làm cho đề tài trở nên phong phú hơn, mang tính ứng dụng cao vào thực tế sống, phục vụ cho lợi ích củ a người tương lai 43 Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] www.Arduino.cc [2] www.Arduino.vn [3] dientuvietnam.net [4] Https://vi.wikipedia.org/wiki/TCP/IP [5] Http://doc.edu.vn/tai-lieu/bai-giang-dich-vu-mang-giao-thuc-tcpip-59496/ [7] http://www.instructables.com/id/Arduino-Ethernet-Shield-Tutorial/ 44 Duy Tan University ...ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI I.1 Giới thiệu đề... tổng quan điều thiết bị điện qua internet Phân tích, hiểu tính vấn đề kỷ thuật hệ thống • Nghiên cứu chế tạo đưa giải pháp để chế tạo thiết bị hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa qua internet. .. cứu tiềm hiểu Ethernet Shield Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET Duy Tan University ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA INTERNET CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT II.1 Giới thiệu