Tài liệu: Đồ án học phần thiết kế ổ cắm tiện ích cho hộ

Tìm hiểu đồ án thiết kế ổ cắm tiện ích thông minh cho hộ gia đình tích hợp ứng dụng Blink với các tính năng điều khiển từ xa hiện đại.

• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Quảng Ninh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Tự Động Hóa
• Đề tài: Thiết Kế Ổ Cắm Tiện Ích Cho Gia Đình Trên Ứng Dụng Blink
• Loại tài liệu: Đồ Án Học Phần
• Năm xuất bản: 2063
• Địa điểm: Quảng Ninh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Đồ án Thiết kế Ổ Cắm Thông minh IoT

Đồ án học phần thiết kế ổ cắm là một dự án học tập quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa và IoT. Đây là một ứng dụng thực tế của công nghệ Internet of Things (IoT) nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống gia đình hiện đại. Dự án này được thực hiện tại Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, Khoa Điện - Bộ môn Tự động hóa, dành cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật tự động hóa. Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế và chế tạo một hệ thống ổ cắm điện thông minh có khả năng điều khiển thiết bị điện trong gia đình thông qua ứng dụng Blynk. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ IoT vào đời sống hàng ngày.

1.1. Khái niệm về IoT và Ổ cắm thông minh

IoT (Internet of Things) là công nghệ kết nối các thiết bị qua internet, cho phép trao đổi dữ liệu tự động. Ổ cắm thông minh là thiết bị cắm điện có tích hợp công nghệ IoT, cho phép người dùng điều khiển và theo dõi tiêu thụ điện năng từ xa thông qua điện thoại thông minh hoặc ứng dụng web.

1.2. Tầm quan trọng của dự án

Dự án thiết kế ổ cắm thông minh giúp nâng cao hiệu quả sử dụng điện trong gia đình, tiết kiệm năng lượng và tăng cường an toàn. Ngoài ra, đó là cơ hội để sinh viên học tập và áp dụng các kiến thức về lập trình nhúng, thiết kế mạch điện và công nghệ IoT vào một sản phẩm thực tế có ích cho xã hội.

II. Cơ sở lý thuyết và Công nghệ sử dụng

Đồ án thiết kế ổ cắm sử dụng nhiều công nghệ hiện đại để xây dựng hệ thống điều khiển thông minh. Thành phần quan trọng nhất là chip ESP8266, một vi điều khiển được tích hợp sẵn module WiFi, cho phép kết nối internet mà không cần thêm phần cứng bổ sung. Phần mềm Arduino IDE được sử dụng để lập trình cho ESP8266. Ngoài ra, dự án sử dụng ứng dụng Blynk - một nền tảng IoT cloud cho phép xây dựng giao diện điều khiển trên điện thoại một cách dễ dàng. Hệ thống bao gồm các linh kiện như rơ le trung gian, cảm biến, board test và các linh kiện điện tử khác để tạo thành một hệ thống IoT hoàn chỉnh.

2.1. Vi điều khiển ESP8266 và đặc tính

ESP8266 là vi điều khiển mạnh mẽ với tích hợp module WiFi, bộ nhớ đủ để chạy ứng dụng IoT phức tạp. Nó hỗ trợ lập trình bằng Arduino IDE, có chi phí thấp, tiêu thụ điện năng hiệu quả và kích thước nhỏ gọn, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các dự án IoT thông minh.

2.2. Nền tảng Blynk và ứng dụng

Blynk là nền tảng IoT cloud miễn phí cho phép tạo giao diện điều khiển trên điện thoại hoặc web. Nó cung cấp các widget điều khiển như nút bấm, bộ trượt, màn hình hiển thị và cảm biến ảo. Người dùng có thể dễ dàng kết nối ESP8266 với ứng dụng Blynk để điều khiển thiết bị từ bất kỳ đâu có kết nối internet.

III. Thiết kế và Chế tạo Hệ thống

Quá trình thiết kế và chế tạo ổ cắm thông minh bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, sinh viên phải thiết kế sơ đồ nguyên lý toàn bộ hệ thống, bao gồm các linh kiện như ESP8266, rơ le điều khiển, mạch cấp nguồn và bảng điều khiển. Tiếp theo là chế tạo mạch in bằng cách hàn các linh kiện lên board test 2 mặt. Quá trình hàn đòi hỏi kỹ năng cao để đảm bảo chất lượng kết nối điện và an toàn. Sau đó, sinh viên phải lập trình phần mềm cho ESP8266 sử dụng Arduino IDE và thư viện Blynk. Cuối cùng là kiểm tra và thử nghiệm hệ thống để đảm bảo hoạt động chính xác.

3.1. Thiết kế mạch điện và sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ nguyên lý hệ thống bao gồm ESP8266 như bộ não, rơ le trung gian để chuyển mạch tải, mạch cấp nguồn ổn định và các linh kiện bảo vệ. Thiết kế phải đảm bảo an toàn điện và hiệu suất hoạt động cao. Mỗi linh kiện được chọn lựa kỹ lưỡng dựa trên yêu cầu kỹ thuật của dự án.

3.2. Lập trình phần mềm và tích hợp Blynk

Phần mềm điều khiển được lập trình trên Arduino IDE để xử lý kết nối WiFi, giao tiếp với Blynk và điều khiển rơ le. Sinh viên phải cài đặt thư viện Blynk, kấu hình chứng chỉ xác thực và viết mã chương trình để đồng bộ hoá giao diện ứng dụng với phần cứng thực tế.

IV. Kết quả và Ứng dụng thực tế

Sau khi hoàn thành chế tạo, sinh viên sẽ có được một hệ thống ổ cắm thông minh hoàn chỉnh có khả năng điều khiển thiết bị điện trong gia đình từ xa. Sản phẩm cuối cùng bao gồm ổ cắm có tích hợp rơ le điều khiển, ứng dụng Blynk trên điện thoại và chương trình firmware trên ESP8266. Người dùng có thể bật/tắt thiết bị qua ứng dụng, theo dõi trạng thái hoạt động và lên lịch tự động. Dự án này mở ra nhiều hướng phát triển tiếp theo như thêm cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng, tính năng lập lịch nâng cao hoặc tích hợp với các nền tảng IoT khác. Đây là ứng dụng IoT thực tế hữu ích cho gia đình thông minh hiện đại.

4.1. Thử nghiệm và đánh giá hiệu suất

Quá trình thử nghiệm bao gồm kiểm tra kết nối WiFi, độ ổn định kết nối, tốc độ phản hồi và an toàn điện. Sinh viên thực hiện các bài kiểm tra chức năng để xác nhận toàn bộ tính năng hoạt động đúng. Hiệu suất hệ thống được đánh giá dựa trên độ tin cậy, tiêu thụ điện và độ chính xác điều khiển.

4.2. Hướng phát triển và cải tiến tương lai

Hướng phát triển tiếp theo có thể bao gồm tích hợp cảm biến thông minh để giám sát năng lượng, tạo giao diện web ngoài ứng dụng di động, kết nối với voice assistant như Alexa, hoặc xây dựng hệ thống nhà thông minh toàn bộ. Các cải tiến này sẽ tạo nên một giải pháp IoT hoàn chỉnh cho gia đình thông minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.2s<cssYxesEEYesEEEExsetrrkeertrkeertrresrsrresporkerrxee 1 INRC,LiiiLYPÊaaaỪọỪDODỖỒỀ£ÝÝÝÝ.1 Giới thiệu tổng quan về IoT.Kiến trúc hệ thống .Tầm quan trọng của IoT.Nguồn gốc IoT.Đặc trưng của IoT (internet of thing).1 Khả năng định danh.ớ Thông mimeo cece cece cc ceecceaecceeeccseectseeescesneeeesisaeeessntaeeeees 8 xu.4 Kích thước của Ïo'Ï.1 Nâng cao hiệu quả công vIỆC.2 Nâng cao chất lượng cuộc sống.7 Một số ung dung co ban cia in.8 Mục tiêu của đề tài. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16 "to ii sa.1 Téng quan vé ESP8266.2 Các phiên bản ESP8266.3 Phần mềm lập trình cho ESP8266.5 Kết nỗi phần cứng. 2-52 sc 1S 1 11211111211 12111121 1221111011 cn ng 33 2.6 Nạp chương trỉnh.2 Đề ra chân micro USE.3 Khôi đóng cắt dùng rơ le trung gian.- 2-5 SE 1221121211112121122 2 xe 37 PE©NG. Cau tạo và nguyên lý hoạt động.4 Test board han, ban mach hàn 2 mặt sợi thủy tĩnh.

THIET KE MẠCH IOT DIEU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐINH VÀ THIẾT KÉ CHƯƠNG TRÌNH PHÁN MÉM.1 Chế tạo mạch.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch.4 Nouyén li hoat 8n. THIET KE CHUONG TRINH PHAN MEM.5 Cac ché d6 wifi cia ESP8266 000.1 Ché d6 WiFi Station.2 Chế độ WiFi Access Poittt.7 Giới thiệu về blynĂk.1 Cài thư viên blynk trên arduino IIDE.2 Các bước sử dụng blynk.8 Chương trình cho ESP8266. CHE TAO VA THU NGHIEM THIET BI 56 4.1 Ché tao thiét Bi.1 Théng kê linh kiện sử dụng trong mạch.3 Mô hình sản phẩm nghiên cứu.2 Thir nghidém thiét bi. ccccccccccccccccececseseecsesessescsseseeseesesseeseseessessessesesseeseeeees 55 KẾT LUẬN VÀ HUONG PHAT TRIEN CUA DE TAL.oeececcscccsccscessesseseesesseees 57 TAI LIEU THAM KHAO 58 DANH MUC BANG BIEU Bang 1.1 Biéu đồ Hype Cycle của hãng Gartner.2 Kién tric mét hé thống TOT ieee ceeeeceeeeecececscecescccececseccescesaussseesecevausaenesevecs 5 Bang 1.3Téng quan vé mét hé thong TOT.Thống kê linh kiện sử dụng trong, mạch.

52 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Một số dự đoán khảo sát.2 Mô tả thuật ngữ loïÏ.3 Hình minh họa lIoT thông, minh.4 Tầm quan trọng Io'Ï”.5 Bùng nỗi IT.7 Kết nối IợT.8 Một số ứng dụng của IoT. - 5c s2 E121151221112112111211 12101121 nu ll Hinh 1.9 IoT cho phép moi dé vat va thiét bi thu thập và trao đổi dữ liệu với nhau.10 Một số sản phâm ô cắm đơn, ô cắm có nhiều ô cắm bán trên thị trường.3 Nhap vao “Windows Zip file for non admin install”.4 Nhấp vào “JUST DOWNLOAD” để tải phần mềm.5 Chọn nơi lưu file và bám “Start Download”.-: 2s: 2+22z22xz2xzsxzzxrsre2 21 Hình 2.6 Giải nén file vừa tải.7 Giao diện của Arduino IDE.exe, sau đó nhấn Next.9 Nhắn Install khi có yêu cầu xác nhận.10 Quá trình cài đặt diễn ra.11 Nhắn Finish dé kết thúc quá trình cài đặt.12 VỊ trí các chức năng cơ bản.13 Mở ví dụ trong Ardurno IDE.14 Chon Board đề kết nỗi board thực tế với phần mm.- 222 Sa S2 S22 2 sszs2 28 Hình 2.15 Chọn céng COM board thực tế liên kết với máy tính. 2S SE 112112112112121111 212122211121 xe 29 Hình 2.17 Sơ đồ kết nối phần cứng.18 Đề ra chân USB.19 Cấu tạo của rơ le trung gian.20 Nguyên lý hoạt động của rơ Ïe trung e1an.21 Test board han, Ban mach han 2 mat 6x8cm sợi thủy tĩnh.1 Sơ đồ khối hệ thống.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch.3 WIF]I Access Polmt. - L2 111122111192 1n ng ng KT ng 1k 121151 116 kh 43 Hình 3.4 Cài đặt Blink trén arduino IIDE.5 Tải phần mềm Blynk trên App StOre.6 Tạo tài khoản trên phần mềm Blynk.7 Các khối chức năng điều khiến.8 Cài đặt cho nút ấn.9 Giao diện Arduino TDE.1 Đồng hồ van tr) t›mHaiaiaiiiiaiiÝỶÝ.

cece cceeccececceseecneeccnseecesecunsecnnsecnsaecnsescnseecnseentsesntaeesnnnaeess 53 Hinh 4.4 Hộp cầu nối điện làm mô hỉnh.5 Các dụng cụ phụ.6 Hình ảnh thực tế của thiết bị.7 Hình ảnh thiết bị 1 tác động.8 Hình ảnh thiết bị 2 tác động. 2 S912 221211111211 121121211112121 11g 56 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ® JoT - Internet Of Things hay internet van vat. © ESP8266 - Chịp xử lí tích hợp thu phat WiF1. eIDE - Viết tắt của Inteprated Development Enviroment - môi trường phát triển tích hợp Compiler - Trinh bién dich MO DAU Ngày nay, xã hội phat triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày cảng hiện đại nên nhụ cầu về trao đối thông tin giải trí, nhu cầu về điều khiển các thiết bị từ xa, ngày cảng cao.

Và những hệ thông dây cáp phức tạp lại không thể đáp ứng nhu cầu này, nhất là ở những khu vực chật hẹp, những nơi xa xôi, trên các phương tiện vận chuyền. VÌ vậy công nghệ không dây đã ra đời và phát triển mạnh mẽ, tạo rất nhiều thuận lợi cho con nguol trong đời sông hằng ngày. Trong những năm gần đây công nghệ truyền nhận đữ liệu không dây đang có những bước phát triển mạnh mẽ, góp công lớn trong việc phát triển các hệ thông điều khiến, giám sát từ xa, đặc biệt là các hệ thống thông minh. Hiện nay, có khá nhiều công nghệ không truyền nhận dữ liệu không dây nhu RF, Wifi, Bluetooth, NEC,.Trong đó tiêu biêu nhất là Bluetooth và Wifi.

Trên thị trường Việt Nam hiện nay chưa có nhiều sản phâm điều khiến thiết bị không dây, đa số những sản phẩm hiện có đều là nhập khâu từ nước ngoài với giá thành cao. Việc nghiên cứu và thiết kế một bộ sản phâm điều khiến thiết bị không dây có một ý nghĩa lớn, ø1úp tăng thêm sự lựa chọn cho người sử dụng, sản phẩm được sản xuất trong nước nên giá thành rẻ và góp phần phát triển các hệ thống điều khiến thông minh. Nhắc đến sự phát triển của thời đại công nghiệp 4.0, mét trong những khái niệm nhận được sự quan tâm hàng đầu trên toàn thế giới chính là Internet Vạn Vật hay còn được gọi là Internet of things (IoT). Sw phát triển của loT hứa hẹn sẽ đem lại những tác động mạnh mẽ lên nhiều mặt của công việc và đời sống.

Chứng kiến sự phát triển như vũ bão của các sản phâm ứng dụng công nghệ IoT và thị trường công nghệ Start up tiềm năng đang ngày cảng sôi động hơn bao giờ hết, ý thức được vấn đề đó, cùng với sự đồng ý của giảng viên hướng dan, em đã lựa chọn đề tài “ thiết kế ô cắm tiện ích cho hộ gia đình trên ứng dung Blink ” dùng sóng wifñi để điều khiển các thiết bị điện trong gia đình làm đề tài tốt nghiệp. Nội dung của báo cáo của đề tài tốt nghiệp có bố cục như sau: - CHUONG I. TONG QUAN - CHUONG 2. CO SO LI THUYET - CHUONG 3.

THIET KE MACH IOT ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA PINH VA THIET KE CHƯƠNG TRINH PHAN MEM - CHUONG 4. CHE TAO VA THU NGHIEM THIET BI CHUONG 1.1 Giới thiệu tông quan về loT Thời đại vạn vật kết nối Internet of Things (IoT) là một mạng lưới các vật thé duoc gan cảm biến hoặc hệ thống điện tử đặc biệt cho phép chúng kết nối với nhau đề thu thập và trao đổi dữ liệu. Các vật thể trong mạng lưới nảy có thế được kết nối với mạng Internet cho mục đích điều khiển từ xa. Xét về mặt vật chất, làm thế nào để chất lượng cuộc sống chúng ta được nâng cao, đó là khi các nhu cầu của chúng ta được đáp ứng nhiều hơn trước.

Nhu cầu ở đây có thê là có đầy đủ thức ăn, có quần áo đẹp, không kẹt xe, giảm bớt những lo lắng, không phải nhớ nhiều thứ linh tính trong đầu,. Những điều này đều sẽ được đáp ứng bởi loT. Hiện tại, loT ảnh hướng lớn nhất đến các khía cạnh trong đời sống. Theo báo cáo hàng năm của hãng Gartner về xu hướng công nghệ sẽ thay đổi thế giới trong năm 2018 thì loT đang xếp ở mức đỉnh cao của kỳ vọng và ứng dụng của loT trong vòng 5 năm -10 năm nữa sẽ ứng dụng nhiều trong đời sông thực tế Bang 1.

1 Biéu do Hype Cycle ctta hang Gartner ‘Hype Cycle for Emerging Technologies, 2018 gartner.com/SmarterWithGartner Gartner Theo một số dự đoán khảo sát được đưa ra Năm 2003 với 6.3 tỷ người có 500 triệu kết nối internet, với mỗi người sở hữu 0.08 thiết bị kết nối.6 tỷ người đã lên đến 50 tỷ kết nối với 1 người sở hữu 6.58 thiết bị kết nối internet. 3 WORLD CON CONNECTED POPULATION DEVICES DEVICES PER PERSON Sows Gace EG, Api 2011 Hình 1. 1 Một số dự đoán khảo sát Một số mốc phát triển của internet vạn vật (IoT) 1990: Máy nướng bánh mì được cho là đề vật đầu tiên được kết nối internet. John Romkey, một kỹ sư phần mềm tại Mỹ, đã kết nối chiếc máy nướng bánh mì với máy tính qua Internet để bật nó lên.

1999: Thuật ngữ “internet of things duoc tao ra boi Kevin Ashton khi thuyét trình về một hệ thống cảm biến và nhãn nhận dạng qua tần số radio (RFEID) gắn trên hàng hóa đề quản lý chuỗi cung ứng. ớ000: LG giới thiệu chiếc tủ lạnh có kết nối internet đầu tiên trên thế ĐIỚI VỚI mức giá 20. 6008: H6i nghi quốc tế đầu tiên về loT được tổ chức tại Zurich, Thụy Sĩ. 6009: Theo Cisco, day là thời diém ma mang internet van vật thực sự được khai sinh, khi số lượng thiết bị được kết nối internet vượt dân số thế ĐIỚI.

ớ013: Từ điển Oxford thêm thuật ngữ “internet of thíngs” vào hệ thống định nghĩa. ớ0ớ0: Số lượng thiết bị được kết nối internet trên thế ĐIới ước tính vượt con số 20 ty. 6065: Du bao sẽ có 75 tỷ thiết bị loT trên toàn cầu.ớ IoT là gi? > Tìm hiểu về thuật ngữ loT IoT (Internet of things) được dịch sang tiếng Việt với nhiều tên gọi khác nhau như Internet Vạn Vật, Mạng lưới thiết bị kết nối Internet, Mạng lưới vạn vật kết nối Internet,. Trong đó, thuật ngữ được sử dụng phố biến nhất là Internet Vạn Vật.

« - Internet trone thuật ngữ chỉ hệ thống kết nối, hệ thống liên mạng được sử dụng cho việc tiếp nhận, xử lý, truyền tải, chia sẻ thông tin, dữ liệu. « - Things (vạn vật) dùng để chỉ tất cả các thiết bị trong thực tế, được kết nối và trở thành một phần của mạng lưới thông tin, di liệu. Dựa trên một vải ứng dụng thực tế, các thiết bị nằm trong “vạn vật” của loT có thể kế đến may theo dõi nhịp tim, xe cảm biến tích hợp, nhà ở thông minh, đồng hỗ đeo tay thông minh,. IoT là một liên mạng với sự tham gia của nhiều thành phan.

Trong đó, các thiết bị, phương tiện sẽ được bô sung và tích hợp thêm các bộ phận điện tử, phần mềm cũng như các loại cảm biến giúp chúng vừa có thê thu thập dữ liệu, vừa có thé kết nối qua mạng máy tính để truyền và chia sẻ các dữ liệu đó. Hệ thống các thiết bị, phương tiện thông minh nảy sẽ tạo nên một cơ sở hạ tầng đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội thông tin.