Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày càng hiện đại nên nhu cầu về trao đổi thông tin, nhu cầu về điều khiển các thiết bị từ xa ngày càng cao. Và những hệ thống dây cáp phức tạp lại không thể đáp ứng nhu cầu này, nhất là ở những khu vực chật hẹp, những nơi xa xôi. Vì vậy công nghệ không dây đã ra đời và phát triển mạnh mẽ, tạo rất nhiều thuận lợi cho con người trong đời sống hằng ngày.
LỜI CẢM ƠN Lời cảm ơn em xin gửi tới thầy, thầy bận công việc giảng dạy, thầy đồng ý hướng dẫn đồ án tốt nghiệp cho em Trong trình làm đồ án, thầy bảo, nhắc nhở để em vượt qua khó khăn hồn thành đồ án tiến độ Bên cạnh đó, với lời nhận xét, góp ý thầy giúp em có định hướng đắn thực đề tài Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới quý thầy cô khoa Kỹ Thuật Điện Tử II Quý thầy cô người dạy dỗ, truyền đạt cho em từ kiến thức nhất, đồng thời thường xuyên giúp đỡ nhiệt tình em có khó khăn vấn đề nghiên cứu đề tài, khơng tạo điều kiện thuận lợi để em có mơi trường, điều kiện nghiên cứu tốt Cuối cùng, em không quên gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân bạn bè nguồn động viên to lớn hỗ trợ em mặt tinh thần vật chất để em có thêm động lực tự tin để hoàn thành đồ án MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH TĨM TẮT TÓM TẮT Thời gian gần đây, khoa học kỹ thuật có bước phát triển mạnh mẽ, đặc biệt sống Sản phẩm thông minh gần gũi với người điện thoại thơng minh, với điện thoại thơng minh giải trí, làm việc, cập lĩnh vực điện tử công nghệ thông tin Các chip xử lý tích hợp ngày nhiều bóng bán dẫn kích thước lại nhỏ trước tiêu thụ điện thấp Sự phát triển hỗ trợ nhiều cho người, ngày nhiều hệ thống thiết bị thông minh tạo để phục vụ nhật thông tin cần thiết Nhờ vào phát triển lĩnh vực điện tử mà điện thoại thông minh ngày tích hợp nhiều chức giá thành ngày rẻ Một sản phẩm khác gần gũi phổ biến khu vườn thơng minh (Smart garden), với Smart garden bạn kiểm sốt khu vườn đâu, thiết bị vườn điều khiển khơng dây làm tăng thêm tính thẩm mỹ Hiện nay, xu hướng hình thành ứng dụng rộng rãi sử dụng điện thoại thông minh điều khiển thiết bị điện ứng dụng nơng nghiệp Từ điện thoại thơng minh quan sát khu vườn, điều khiển thiết bị cài đặt chế độ hoạt động cho khu vườn nhà bạn Nhận thấy tiềm phát triển điều khiển không dây, đặc biệt việc sử dụng điện thoại thông minh để điều khiển thiết bị, em định thực đề tài: “Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển ứng dụng cho vườn thông minh” Đây hội để em nghiên cứu kết nối không dây wifi, đồng thời tìm hiểu tảng IOT (Internet vạn vật) Từ tạo ứng dụng điều khiển thiết bị điện thoại thông minh với nhiều tính ứng dụng cơng nghệ truyền thơng không dây wifi Mặc dù em cố gắng hồn thành đề tài chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong q Thầy/Cơ bạn sinh viên đóng góp ý kiến để em hoàn thiện đề tài tạo sản phẩm tốt CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CHƯƠNG I: TỔNG QUAN - 1.1 Đặt vấn đề: Ngày nay, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày đại nên nhu cầu trao đổi thông tin, nhu cầu điều khiển thiết bị từ xa ngày cao Và hệ thống dây cáp phức tạp lại đáp ứng nhu cầu này, khu vực chật hẹp, nơi xa xôi Vì cơng nghệ khơng dây đời phát triển mạnh mẽ, tạo nhiều thuận lợi cho người đời sống ngày Công nghệ truyền nhận liệu khơng dây có bước phát triển mạnh mẽ, góp cơng lớn việc phát triển hệ thống điều khiển, giám sát từ xa, đặc biệt hệ thống thơng minh Hiện nay, có nhiều công nghệ không truyền nhận liệu không dây RF, Wifi, Bluetooth, NFC… Trong đó, WIFI công nghệ phát triển từ lâu cải tiến để nâng cao tốc độ khả bảo mật Trên thị trường Việt Nam chưa có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị không dây, đa số sản phẩm có nhập từ nước ngồi với giá thành cao Việc nghiên cứu thiết kế sản phẩm giám sát điều khiển thiết bị không dây có ý nghĩa lớn, giúp tăng thêm lựa chọn cho người sử dụng, sản phẩm sản xuất nước nên giá thành rẻ góp phần phát triển hệ thống điều khiển thông minh Do đó, em định thực đề tài: “Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển ứng dụng cho vườn thông minh” 1.2 Mục tiêu đề tài - Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển, giám sát gồm điều khiển thiết bị điện giám sát thông số nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng Hệ thống có chức điều khiển thiết bị điện thơng qua công nghệ wifi ứng dụng Blynk hệ điều hành Android/iOS Một số yêu cầu hệ thống: o Bộ điều khiển thiết kế đơn giản, gọn nhẹ thẩm mỹ Dễ dàng sửa chữa thay linh kiện gặp cố trình sử dụng o Phầm mềm điều khiển hệ điều hành Android có giao diện đẹp, trực quan, thân thiện với người dùng đồng thời cho phép tùy chỉnh phù hợp với yêu cầu người sử dụng o Có khả hoạt động ổn định thực tế o Có khả mở rộng cách linh hoạt để tăng số lượng thiết bị điều khiển Việc mở rộng thực người sử dụng mà khơng cần hỗ trợ từ nhân viên kỹ thuật o Tối ưu hóa quy trình thiết kế thi cơng để giảm giá thành CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.3 Giới hạn đề tài - Hiện nay, thị trường có nhiều sản phẩm có chức điều khiển thiết bị hệ điều hành Android điện thoại, thiết bị di động…., tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà sản phẩm có đặc điểm tính riêng biệt, với mục tiêu đề ban đầu, em thiết kế sản phẩm có tính sản phẩm điều khiển thiết bị qua hệ điều hành Android: o Bộ điều khiển thiết bị công suất với ngõ cố định, điện áp ngõ o o o o 220V AC Cho phép thay đổi trạng thái ngõ trực tiếp app Android Giám sát nhiệt độ, độ ẩm ánh sáng Có đèn báo trạng thái nguồn Phần mềm điều khiển cập nhật trạng thái thiết bị liên tục, ghi lịch sử tắt mở thiết bị để xem lại cho phép hẹn mở tắt thiết bị - Một số tính chưa có sản phẩm: o Không hỗ trợ camera giám sát o Không thao tác nút nhấn mạch 1.4 Đối tượng nghiên cứu: - Sau tìm hiểu thơng tin đề tài, với hiểu biết sẵn có tìm kiếm thơng tin từ đồ án khóa trước thực hiện, em xác định đối tượng cần nghiên cứu là: o Nền tảng IOT: khái niệm IOT, đặc điểm o Module ESP 8266: thông số kỹ thuật, kết nối phần cứng lập trình phần mềm o Các Module Nguồn, cảm biến o Ứng dụng Blynk 1.5 Phương pháp nghiên cứu: - Do điều kiện môi trường nghiên cứu, em khơng có điều kiện làm việc phòng LAB với nhiều thiết bị hỗ trợ, phương pháp nghiên cứu chủ yếu là: o Tham khảo tài liệu: đồ án liên quan đến đề tài mà khóa trước thực hiện, tìm kiếm thơng tin Internet o Thực nghiệm trực tiếp kit phát triển có sẵn để kiểm tra phần cứng phần mềm sau điều chỉnh thơng số cho phù hợp với điều kiện thực tế CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.6 Ý nghĩa thực tiễn - Khi mà lĩnh vực điện tử có phát triển mạnh mẽ, đặc biệt đời điện thoại thông minh với số lượng tăng theo cấp số nhân Từ thiết kế sản phẩm kết hợp thiết bị sử dụng điện thoại thông minh mạch điện tử tạo thành hệ thống thơng minh Sản phẩm sau hồn thành đồ án kết hợp thiết bị điện thoại thông minh mạch điện tử có tính ứng dụng cao, đặc biệt việc phát triển hệ thống điều khiển không dây, mở hướng khác cho phát triển hệ thống điều khiển thông minh Một số ứng dụng thực tế hệ thống: o Điều khiển thiết bị điện gắn nhiều nơi khu vườn mà không cần di chuyển đến chỗ gắn cơng tắc o Tăng tính thẩm mỹ khu vườn thơng minh o Bảo vệ an tồn cho người sử dụng, điều khiển thiết bị điện công suất từ xa o Hẹn để tự động bật tắt thiết bị o Hạn chế sử dụng đường dây kết nối phức tạp để điều khiển thiết bị công suất gia dụng o Các hệ thống trang trại chăn nuôi vườn ươm hoa, giống: giúp bật đèn từ xa cho khu vực thiếu ánh sáng, bật quạt thơng gió cho khu vực có nhiệt độ cao so với quy định giảm thiểu số công tắc điều khiển, điều khiển linh hoạt bật thiết bị cần sử dụng 1.7 Bố cục đồ án - Phần lại đồ án có nội dung sau: - Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương trình bày khái quát IOT (Khái niệm, đặc điểm), thông số ý nghĩa linh kiện sử dụng cho thiết kế điều khiển - Chương 3: Thiết kế thi công phần cứng Chương trình bày sơ đồ khối điều khiển, đưa phương án thực Ngồi trình bày phần yêu cầu phần mềm điều khiển vi xử lý lưu đồ hoạt động chương trình - Chương 4: Kết vả hướng phát triển Chương trình bày kết đạt sau thời gian thực đề tài, kết điều khiển sản phẩm đồng thời đưa kết luận sau hoàn thành sản phẩm, hướng phát triển đề tài để phát triển sản phẩm tốt tương lai CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu tảng IoT: - - Hình 2.1 tảng IoT IoT (Mạng lưới vạn vật kết nối internet) kịch giới, mà đồ vật, người cung cấp định danh riêng mình, tất có khả truyền tải, trao đổi thông tin, liệu qua mạng mà không cần đến tương tác trực tiếp người với người, hay người với máy tính IoT phát triển từ hội tụ công nghệ không dây, công nghệ vi điện tử internet Nói đơn giản tập hợp thiết bị có khả kết nối với nhau, với internet với giới bên để thực cơng việc Nhà kính: sử dụng phổ biến nước ta, đặc biệt Đà Lạt - nơi có lợi khí hậu thời tiết Nhà kính ban đầu đời với mục đích giúp tách ly trồng với điều kiện thời tiết bên Dần dần, bổ xung thêm hệ thống kiểm sốt khí hậu bên nhà kính (Nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng) hệ thống điều khiển tưới Hiểu nôm na hai hệ thống sau: CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT - - Hình 2.2: IoT nơng nghiệp Hệ thống điều khiển tưới: hệ thống bao gồm thiết bị đầu tưới nhỏ giọt đầu tưới phun sương/mưa, châm phân, điều khiển tưới hệ thống giúp tưới nước/phân cách tiết kiệm, hiệu đạt suất cao Giúp người nơng dân giảm giá thành chi phí sản xuất Hệ thống điều khiển vi khí hậu: Hệ thống bao gồm cảm biến nhận biết nhiệt độ, độ ẩm bên ( bên ngồi) nhà kính, hệ thống quạt thơng gió để đối lưu khơng khí, hệ thống đèn chiếu sáng để tăng cường ánh sáng cần thiết, trạm đo thời tiết để biết thông số: cường độ xạ mặt trời, cảnh báo mưa, tốc độ gió, lưu lượng mưa, Mục đích giúp nhà kính trì điều kiện mong muốn Hình 2.3 Hệ thống điều khiển vi khí hậu CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2 Công nghệ wifi ứng dụng - Wifi viết tắt Wireless Fidelity gọi chung mạng không dây sử dụng sóng vơ tuyến Loại sóng vơ tuyến tương tự sóng điện thoại, truyền hình radio Wifi kết nối thiếu điện thoại, laptop, máy tính bảng thiết bị điện tử tiêu dùng Hình 2.4 Cơng nghệ wifi o Ngun tắc hoạt động mạng Wifi - Để tạo kết nối Wifi thiết phải có Router (bộ thu phát), Router lấy thông tin từ mạng Internet qua kết nối hữu tuyến chuyển sang tín hiệu vơ tuyến gửi đi, chuyển tín hiệu khơng dây (adapter) thiết bị di động thu nhận tín hiệu giải mã sang liệu cần thiết Q trình thực ngược lại, Router nhận tín hiệu vơ tuyến từ Adapter giải mã chúng gởi qua Internet o Ứng dụng Wifi đời sống - Kết nối thiết bị điện tử nhà thơng qua điều khiển từ xa - Điều khiển máy in từ xa, gửi văn đến máy in khu vực - Dùng mạng wifi để chia sẻ liệu máy tính xung quanh mà khơng cần qua thiết bị có dây - Chuyển thơng báo từ điện thoại thơng minh đến máy tính 10 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG 3.5.2 Lắp ráp kiểm tra - Sau có mạch in ta bắt đầu lắp ráp hàn linh kiện Bước 1: Làm linh kiện cần hàn điểm hàn - Bước vô quan trọng tất phương pháp hàn linh kiện hàn Làm dung dịch hàn giới thiệu Dùng dụng cụ đưa dung dịch hàn vào chân linh kiện điểm cần hàn, sau dùng mỏ hàn đưa vào để làm Trong q trình cho thiếc vào để tráng qua chân hàn điểm hàn Hình 3.41 Làm điểm hàn Bước 2: Tráng thiếc vào điểm hàn chân linh kiện - Hình 3.42 Tráng thiếc Điều cần thiết để đưa linh kiện vào vị trí cần hàn với điểm hàn việc đưa mỏ hàn qua điểm hàn thành công 38 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG - - Dùng Panh gắp đưa đầu linh kiện vào trước, sau chấm mỏ hàn vào vị trí hàn Hình 3.43 Đưa linh kiện vào Sau chung ta hàn điểm lại thành công 39 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG PHẦN CỨNG Hình 3.44 Hàn điểm lại 40 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG 3.5.3 - Sửa lỗi Sau hàn lắp linh kiện hoàn chỉnh cấp nguồn dùng VOM kiểm tra mạch Đóng hộp - Ta sử dụng bảng điện để cố định mạch điều khiển 3.5.4 Thi công mô hình Hình 3.45 Mạch thực tế 41 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG PHẦN CỨNG 3.6 Lập trình hệ thống 3.6.1 Lưu đồ giải thuật Hình 3.46 Lưu đồ giải thuật 42 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG 3.6.2 Chương trình #define light #define BLYNK_PRINT Serial #include #include char auth[] = "4a83cb235b0a4e36bf473bf473a5c10e"; char ssid[] = "tenwifi"; char pass[] = "matkhau"; #include #include "SSD1306.h" #include #define DHTPIN 13 #define DHTTYPE DHT22 SSD1306 display(0x3c, 4, 5); DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); float h,t,f; void setup() { Serial.begin(9600); display.init(); display.flipScreenVertically(); display.setFont(ArialMT_Plain_16); display.setTextAlignment(TEXT_ALIGN_LEFT); dht.begin(); // initialize dht Blynk.begin(auth, ssid, pass); pinMode(2,INPUT); } void loop() { Blynk.run(); displayTempHumid(); Blynk.virtualWrite(V0, t); Blynk.virtualWrite(V1, h); display.display(); } void displayTempHumid(){ h = dht.readHumidity(); t = dht.readTemperature(); f = dht.readTemperature(true); 43 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG if (isnan(h) || isnan(t) || isnan(f)){ display.clear(); // clearing the display display.drawString(5,0, "Failed DHT"); return; } display.clear(); display.drawString(0, 0, "Humidity: " + String(h) + "%\t"); display.drawString(0, 16, "Temp: " + String(t) + "C"); display.drawString(0, 32, "Temp: " + String(f) + "F"); } void light_sensor() { if(digitalRead(light)==1) { Blynk.virtualWrite(V2, "Sang"); } else Blynk.virtualWrite(V2, "Toi"); } 44 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG 3.6.3 Các phần mềm sử dụng - Để sử dụng blynk cần phải tải thư viện thông qua Arduino IDE Chọn Sketch -> Include Library -> Manage Libraries, tìm kiếm blynk install Hình 4.1 Thêm thư viện 45 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG - Sử dụng Bynk Tạo project cho blynk Hình 4.2 Tạo Project - Lấy Auth token để kết nối tới ESP8266 cách vào hình lục giác, chọn new device lưu lại giá trị AUTH TOKEN - Sau Blynk gửi mail có chứa AUTH TOKEN cho mail đăng kí trước Hình 4.3 AUTH TOKEN 46 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG PHẦN CỨNG Hình 4.4 Auth Token ứng dụng 47 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG - Hướng dẫn sử dụng phần mềm điều khiển: Thêm nút điều khiển cách nhấp vào button, sau điền tên cho button em điều khiển relay nên em đặt relay1, relay2, relay3 Và lựa chọn chân điều khiển relay theo mạch nguyên lý Hình 4.5 Tạo nút relay Hình 4.6 Tạo thành công nút 48 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG PHẦN CỨNG • Lựa chọn Value Display để hiển thị độ ẩm, lựa chọn labeled Value để hiển thị nhiệt độ Hình 4.7 Thêm widget • Nếu cần nhiều widget ta phải mua thêm Energy Hình 4.8 Mua thêm energy 49 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG PHẦN CỨNG • Thêm giao diện cảm biến độ ẩm chỉnh thời gian nhận liệu phút/ lần Hình 4.9 Tạo giao diện độ ẩm • Thêm giao diện cảm biến độ ẩm chỉnh thời gian nhận liệu phút/ lần Hình 4.9 Tạo giao diện nhiệt độ • Giao diện điều khiển hoàn chỉnh Để thao tác điều khiển em nhấn nút tam giác góc phải Khi cần tắt bật relay em nhấn vào relay Hình 4.10 Giao diện hoàn thành 50 CHƯƠNG IV: KÊT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết đạt được: • Sau khoảng thời gian thực hoàn thành đồ án Cụ thể em thu kết sau: o Làm điều khiển giám sát ứng dụng cho vườn thông minh o Hiểu công nghệ wifi o Thành thạo lập trình cho ESP o Hiểu mơ hình nơng nghiệp cơng nghệ cao o Thành thạo sử dụng phần mềm Altium để thiết kế mạch 4.2 Hướng phát triển: • Liên kết điện thoại với đồng hồ thông minh SmartWatch để điều khiển ứng dụng hồn tồn giọng nói, khơng cần thao tác tay • Kết hợp nhiều để tạo thành mạng cảm biến 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://vi.wikipedia.org/wiki/Internet_V%E1%BA%A1n_V%E1%BA%ADt [2] https://hocarm.org/dieu-khien-va-giam-sat-qua-dien-thoai-voi-esp8266-va-blynk/ [3] http://arduino.vn/bai-viet/1272-phan-2-lap-trinh-truc-tiep-tren-esp8266-battat-led 52 ... phát triển điều khiển không dây, đặc biệt việc sử dụng điện thoại thông minh để điều khiển thiết bị, em định thực đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển ứng dụng cho vườn thông minh Đây... vườn thông minh 1.2 Mục tiêu đề tài - Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển, giám sát gồm điều khiển thiết bị điện giám sát thông số nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng Hệ thống có chức điều khiển thiết. .. cho người sử dụng, sản phẩm sản xuất nước nên giá thành rẻ góp phần phát triển hệ thống điều khiển thơng minh Do đó, em định thực đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển ứng dụng cho vườn