Đang tải... (xem toàn văn)
Liên hệ mail: stevebuispktgmail.com để được hướng dẫn trực tiếp.ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP_ĐIỀU KHIỂN NGÔI NHÀ THÔNG MINH QUA SMARTPHONE, TRANG WEB, MODULE SIM 900. Bên cạnh đó là hệ thống đăng nhập bằng password, hệ thống chống trộm, chống cháy nổ, rò rĩ gas, cảm biến khi trời mưa
i LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, ngôi nhà thông minh (smart home) đã xuất hiện và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống từ những khách sạn hay resort sang trong cho đến những ngôi nhà hiện đại đều đƣơc lắp đặt hệ thống điều khiển thông minh. Theo xu hƣớng phát triển đó, em quyết định lựa chọn thực hiện nghiên cứu đề tài: “THIẾT KẾ & THI CÔNG NGÔI NHÀ THÔNG MINH” Ngoài việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp với những công việc trên đây thì nó còn có ý nghĩa sâu sắc đối với sinh viên thực hiện. Một lần nữa sinh viên đƣợc thực hành những kiến thức học đƣợc từ ghế nhà trƣờng sẽ giúp hình thành những sản phẩm công nghiệp, đƣợc sử dụng, cầm tay lắp những cảm biến mà từ trƣớc chỉ nằm trên trang giấy. Trong quá trình tiến hành không thể không gặp những khó khăn vấp phải, do đó kích thích sinh viên tƣ duy để tìm ra phƣơng án tối ƣu và trao đổi thảo luận với thầy cô, bạn bè. Tuy nhiên do hạn chế về kinh nghiệm thực tế và thời gian thực hiện nên việc giải quyết đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó rất mong sự chỉ bảo thêm của quý thầy cô cũng nhƣ những đóng góp của các bạn sinh viên. Xin chân thành cảm ơn! Chủ nhiệm đề tài ii LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu nhóm thực hiện đề tài đã hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học đƣợc giao. Em xin chân thành gửi lời cám ơn đến: Ban Giám Hiệu, Các cán bộ công nhân viên nhà trƣờng đã giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Ban Chủ Nhiệm Khoa và các Thầy Cô trong Khoa Điện – Điện Tử đã dạy em các kiến thức cơ bản và chuyên ngành. Các bạn cùng đồng hành với em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Đặc biệt xin gửi lời tri ân đến Thầy Nguyễn Trƣờng Duy, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn đề tài nghiên cứu khoa học đã hỗ trợ cho em rất nhiều về kiến thức, tài liệu và cơ sở vật chất để em có thể hoàn thành tốt đề tài. Chủ nhiệm đề tài iii MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT ix THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI x CHƢƠNG I: DẪN NHẬP 1 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1 1.2 HƢỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2 1.3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 2 1.4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2 1.5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 3 CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÍ LUẬN 4 2.1 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU: 4 2.2 DÀN Ý, PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG ÁN THỰC HIỆN: 4 CHƢƠNG 3: TỔNG QUÁT VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH 6 3.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG NGÔI NHÀ THÔNG MINH 6 3.2 CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA NGÔI NHÀ THÔNG MINH 7 3.2.1 Chỉ tiêu về ánh sáng 7 3.2.2 Chỉ tiêu về thông gió 7 3.2.3 Chỉ tiêu về nhiệt độ 7 3.2.4 Chỉ tiêu về an toàn 7 3.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MỘT HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH 7 3.4 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG 8 CHƢƠNG 4: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG 10 4.1 ARDUINO MEGA 2560 11 4.1.1 Giới thiệu chung về Arduino 11 4.1.2 Giới thiệu về board Arduino Mega 2560 12 iv 4.1.3 Vi điều khiển Atmega2560 14 4.1.4 Tổ chức bộ nhớ 16 4.1.5 Nguồn cấp 17 4.1.8 USB bảo vệ quá dòng 18 4.2 LCD 16X2 18 4.3 BÀN PHÍM MA TRẬN 4X4 20 4.4 MODULE CẢM BIẾN SIÊU ÂM HC-SRF05 21 4.5 CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG PIR 23 4.5.1 Khái niệm cảm biến PIR 23 4.5.2 Nguyên lý làm việc 24 4.6 MODULE CẢM BIẾN MƢA 25 4.7 MODULE GSM/GPRS SIM 900 27 4.7.1 Giới thiệu tổng quan về GSM 27 4.7.1.1 Khái niệm GSM 27 4.7.1.2 Lịch sử phát triển của GSM 27 4.7.1.3 Cấu trúc mạng di động 27 4.7.2.1 Tổng quan về Sim900 29 4.7.2.2 Khảo sát sơ đồ chân sim 900 30 4.7.2.3 Module sim 900 31 4.7.2.4 Các chế độ hoạt động của Module sim 900 32 4.7.2.5 Các tập lệnh AT test Module sim900 33 4.7.2 Module Sim 900 33 4.7.3 Tổng quan về tin nhắn SMS 33 4.8 CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ2 34 4.8.1 Giới thiệu 34 4.8.2 Sơ đồ mạch cảm biến MQ2 36 4.9 CÁC LINH KIỆN KHÁC 37 CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 38 v 5.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG MÔ HÌNH 38 5.1.1 Sơ đồ ngôi nhà 38 5.1.2 Chức năng các khối 39 5.1.2.1 Mạch nguồn 39 5.1.2.2 Khối cảm biến nhiệt 41 5.1.2.3 Khối hiển thị LCD 42 5.1.2.4 Khối báo động 43 5.1.2.5 Khối cảm biến tín hiệu tƣơng tự 44 5.1.2.6 Khối động lực 45 5.1.2.7 Mạch nguyên lý hoàn chỉnh: 47 5.2 THIẾT KẾ PHẦN MỂM MÔ HÌNH 48 5.2.1 Phần mềm ARDUINO IDE 1.5.4 48 5.1.2 Các phần mềm lập trình Android 49 CHƢƠNG 6: LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT 51 6.1 LƢU ĐỒ CHƢƠNG TRÌNH CHÍNH 51 6.2 LƢU ĐỒ CẢM BIẾN KHÍ GAS 52 6.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC TẾ 54 CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 7.1 KẾT LUẬN 55 7.2 KIẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 57 vi MỤC LỤC HÌNH Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống nhà thông minh 9 Hình 4.1: Ảnh bo mạch Arduino đời đầu sử dụng cổng RS232 11 Hình 4.2: Board Arduino Mega 2560 13 Hình 4.3: Sơ đồ vi điều khiển Atmega2560 14 Hình 4.4 : Sơ đồ khối của Arduino Mega 2560 15 Hình 4.5: Sơ đồ khối cấu trúc của AVR 16 Hình 4.6: Sơ đồ chân LCD và hình ảnh thực tế 19 Hình 4.7: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của bàn phím ma trận 4x4 20 Hình 4.8: Sơ đồ kết nối của bàn phím ma trận 4x4 21 Hình 4.9: Hình ảnh của cảm biến siêu âm SRF-05 21 Hình 4.10: Biểu đồ xung SRF-05 22 Hình 4.11: Đầu dò PIR D203B và lăng kính Fresnel 24 Hình 4.12: Sơ đồ hoạt động của cảm biến PIR 25 Hình 4.13: Hình ảnh thực tế của cảm biến mƣa 25 Hình 4.14: Sơ đồ cấu tạo của module cảm biến mƣa 26 Hình 4.15: Cấu trúc mạng thông tin di động Error! Bookmark not defined. Hình 4.16: Sim 900 29 vii Hinh 4.17: Sơ đồ chân Sim 900 30 Hình 4.18: Module Sim 900 thực tế 31 Hình 4.19: Cảm biến khí gas MQ2 và sơ đồ chân 35 Hình 4.20 : Sơ đồ mạch MQ2 36 Hình 4.21: Transistor 37 Hình 5.2 : Nguồn máy tính 39 Hình 5.1 : Sơ đồ thiết bị trong ngôi nhà 38 Hình 5.3 Mạch cảm biến nhiệt LM35 41 Hình 5.4: Sơ đồ chân LCD 42 Hình 5.5: Khối báo động 44 Hình 5.6 : Sơ đồ kết nối cảm biến tƣơng tự 45 Hình 5.7: Động cơ servo SG90 46 viii LIỆT KÊ BẢNG Bảng 1: Các thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560 13 Bảng 2: Bảng mô ta chân LCD 19 Bảng 3: Thông số kỹ thuật của SRF-05 22 Bảng 4:Các chân của bộ nguồn 422 ix DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT ADC (Analog Digital Converter) bộ chuyển đổi tín hiệu analog sang digital EIR ( Equipment Indentity Register) Thanh ghi định dạng thiết bị IDE (Integrated development environment) Môi trƣờng lập trình LCD (Liquid crystal display) màn hình tinh thể lỏng LED (Light Emitting Diode) đèn điốt phát quang GSM ( Global System for Mobile Communication) Mạng thông tin toàn cầu TDMA (Time Division Multiple Access) Phân chia các truy cập theo thời gian x BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Ngôi nhà thông minh - SV thực hiện Mã số SV: - SV thực hiện: Mã số SV: - Lớp: Khoa: Năm thứ: Số năm đào tạo: - Ngƣời hƣớng dẫn: 2. Mục tiêu đề tài: Thiết kế mô hình ngôi nhà thông minh 3. Tính mới và sáng tạo: Điều khiển thiết bị thông qua điện thoại di động 4. Kết quả nghiên cứu: Thi công hoàn tất mô hình và đã nghiên cứu cách điều khiển thiết bị qua di động. 5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: Đƣa những kiến thức về cảm biến đến gần với mọi ngƣời hơn và từ mô hình có thể sử dụng lắp vào nhà thật khi hợp tác với các nhà thầu xây dựng. 6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (kí, họ và tên) Nhận xét của ngƣời hƣớng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi): Ngày tháng năm Xác nhận của Trƣờng (kí tên và đóng dấu) Ngƣời hƣớng dẫn (kí, họ và tên) [...]... CHƢƠNG 3: TỔNG QUÁT VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH 3.1 Khái niệm về hệ thống ngôi nhà thông minh Ngôi nhà thông minh là ngôi nhà có các điều kiện kỹ thuật đảm bảo cuộc sống tốt nhất của con ngƣời, đƣợc tự động bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật theo mong muốn của ngƣời sử dụng Ngôi nhà thông minh khác với ngô nhà bình thƣờng ở chỗ nó là một quá trình tích hợp của các hệ thống nhƣ hệ thống điều khiển và giám sát môi... hiệu điều khiển các thiết bị ngoại vi của hệ thống báo cháy tự động nhằm thực hiện một nhiệm vụ cụ thể nhƣ nhắn tin hoặc gọi điện thoại cho chủ nhà Điều chỉnh nhiệt độ trong phòng theo mức đã đƣợc đặt trƣớc bởi chủ nhà v.v 6 3.2 CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA NGÔI NHÀ THÔNG MINH 3.2.1 Chỉ tiêu về ánh sáng Đảm bảo ánh sáng theo yêu cầu sử dụng nhƣ chất lƣợng ánh sáng và tiết kiệm điện, ánh sáng tại mỗi... cũng đi theo hƣớng đó Nó đơn giản hóa cuộc sống cho bạn bằng cách chuyển những việc nhàm chán, lặp lại từ tay bạn sang cho hệ thống điều khiển của chính ngôi nhà ấy Với một ngôi nhà thông minh hơn, bạn có thể tập trung sức lực và thời gian cho những ngƣời, những việc có ý nghĩa với mình hơn Nhiệm vụ của ngôi nhà thông minh: Đóng mở cửa tự động khi có ngƣời ra vào Bật đèn khi có ngƣời sử dụng hoặc... LED chiếu sáng - Cửa ra vào, cửa gara - Màn hình LCD 16x2 hiển thị mã Password nhập vào và thông báo - Bộ quay số điện thoại tự động module sim 900a 3.4 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG Sơ đồ khối của hệ thống nhà thông minh 8 ĐIẾU KHIỂN NGOẠI VI (GSM) LCD LOA CẢM BIẾN (PIR, siêu âm, khí gas ) BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM NHẬP PASSWORD ĐIỀU KHIỂN ĐÈN, QUẠT, CỬA XỬ LÝ SỰ CỐ Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống nhà thông minh Nguyên... lĩnh vực ngôi nhà thông minh phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con ngƣời trong đời sống Tại Việt Nam đã bắt đầu có nhiều công ty chuyên lắp đặt ngôi nhà hoặc hệ thống thông minh trong đó phải kể đến công ty BKAV của CEO Nguyễn Tử Quảng đã ấp ủ dự án ngôi nhà thông minh điều khiển bằng điện thoại trên nền tảng Android từ năm 2011 đến nay và hiện nay đang thi công cho rất nhiều dự án trên cả nƣớc Hãy nghĩ... trong đồ án 4 2.2.2 Phƣơng tiện và phƣơng án thực hiện: Nhóm thực hiện xây dựng phƣơng án tiến hành công việc dựa trên những phƣơng tiện vật chất sẵn có (máy vi tính, các dụng cụ làm mạch điện) nhƣ sau: Giai đoạn 1: Tìm hiểu về các hệ thống báo trộm, báo cháy, đóng mở cửa sử dụng mật mã, đo và hiển thị ngôi nhà cục bộ rồi đƣa ra mô hình dự kiến về thiết bị điều khiển và giám sát ngôi nhà thông minh qua. .. lƣợng ánh sáng và tiết kiệm điện, ánh sáng tại mỗi nơi đều nhƣ nhau, không để chỗ quá sáng chỗ quá tối Ánh sáng có thể đƣợc tắt mở thông qua hệ thống tự động điều khiển hoặc điều khiển từ xa Ngoài ra thiết bị ánh sáng cần đƣợc kết nối với một số thiết bị trong nhà nhƣ : thiết bị báo trộm, báo cháy 3.2.2 Chỉ tiêu về thông gió Đảm bảo lƣợng gió vừa đủ , tốc độ gió phù hợp với yêu cầu chung Ngoài ra lƣợng... bảo việc phát hiện và cảnh báo khi có ngƣời lạ xâm nhập, nhƣ phát qua còi báo động, bật đèn, tự động liên hệ với chủ nhà, tự động đóng kín các cửa ra vào Cần đảm bảo an toàn về độ bền, tùy theo từng vùng mà cảnh báo về độ bền của ngôi nhà khi có bão hoặc gặp hỏa hạn 3.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MỘT HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH Một hệ thống nhà thông minh tiêu biểu sẽ có 3 thành phần nhƣ sau: Bộ xử lý trung tâm... hiện đề tài nghiên cứu khoa học: Ngôi nhà thông minh “ 1 HƢỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1.2 Có nhiều hƣớng thiết kết bộ xử lý trung tâm để điều khiển ngôi nhà gồm có : Dùng các IC rời Dùng PIC Dùng Arduino Dùng PLC Ở đây, nhóm đã chọn hƣớng giải quyết đề tài là sử dụng Arduino vì phù hợp với những tiêu chí của nhóm nhƣ là muốn tìm hiểu nghiên cứu về Arduino hoặc quan trọng là Arduino có khả năng... điều khiển Atmega2560 Hình 4.3: Sơ đồ vi điều khiển Atmega2560 14 4.1.3 Sơ đồ khối Hình 4.4 : Sơ đồ khối của Arduino Mega 2560 15 4.1.4 Tổ chức bộ nhớ ATmega2560 có bộ nhớ 256 KB để chứa mã lập trình (trong đó 8 KB đƣợc sử dụng để nạp khởi động), EEPROM 4 KB, SRAM 8 KB có thể đƣợc đọc và viết với thƣ viện EEPROM Hình 4.5: Sơ đồ khối cấu trúc của AVR 16 4.1.5 Nguồn cấp Arduino Mega đƣợc hỗ trợ thông qua