BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH MÔ HÌNH QUẢN LÝ NHÀ KHÔNG DÂY GVHD: NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH: LÊ HẢI ANH MSSV: 11119108 SVTH: NGUYỄN HOÀI HẬU MSSV: 11119171 SKL 0 0 4 2 6 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 do an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tƣ̣ do – Hạnh phúc ----***---- Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Lê Hải Anh MSSV: 11119108 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hoài Hậu MSSV: 11119171 Ngành: Kỹ Thuật Máy Tính Lớp: 11119CL2 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Đình Phú ĐT: Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: 1. Tên đề tài: MÔ HÌNH QUẢN LÝ NHÀ KHÔNG DÂY 2.
Các số liệu, tài liệu ban đầ u: 3. Nội dung thưc̣ hiện đề tài: - Kết nối và truyền dữ liệu giũa các node Bluetooth 4.0 với điện thoại. - Thiết lập mạng kết nối Bluetooth. - Điều khiển các thiết bị điện DC, AC.
- Thiết kế giao diện điều khiển trên điện thoại điều khiển các thiết bị. - Lập trình trên kit STM32F4 kết nối với TFT LCD, và lập trình trên Arduino. - Thiết lập giao diện điều khiển trên kit STM32F4 kết nối với TFT LCD. Sản phẩm: - Thiết lập được mạng Bluetooth (các node Bluetooth kết nối với diện thoại) - Lập trình trên STM32F4 và Arduino.
- Điều khiển các thiết bị DC và AC. - Thiết kế giao diện điều khiển trên điện thoại. TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 1 do an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc ***** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: Lê Hải Anh MSSV: 11119108 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hoài Hậu MSSV: 11119171 Ngành: Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài:MÔ HÌNH QUẢN LÝ NHÀ KHÔNG DÂY Họ và tên giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Đình Phú NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:.
Đề nghị cho bảo vệ hay không?. Đánh giá loại:. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) 2 do an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Lê Hải Anh MSSV: 11119108 Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Hoài Hậu MSSV: 11119171 Ngành: Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: MÔ HÌNH QUẢN LÝ NHÀ KHÔNG DÂY Họ và tên Giáo viên phản biện:. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:.
Đề nghị cho bảo vệ hay không?. Đánh giá loại:. Hồ Chí Minh, ngàytháng năm 20… Giáo viên phản biện Ký &(ghi rõ họ tên) 3 do an LỜI CẢM ƠN Được sự phân công của khoa đào tạo chất lượng cao trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và sự đồng ý của thầy hướng dẫn, thầy Nguyễn Đình Phú, tôi đã thực hiện đề tài “ MÔ HÌNH QUẢN LÝ NHÀ KHÔNG DÂY”. Để hoàn thành khóa luận này, tôi chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã tận tình hướng dẫn, giảng dậy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện ở trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.
Xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, thầy Nguyễn Đình Phú đã hướng dẫn tận tình tôi thực hiện khóa luận này. Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất. Song do buổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thưc tế sản xuất cũng như hãn chế về mặt kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khởi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được. Tôi rất mong nhận được sự góp ý từ quý Thầy, Cô giáo và các bạn để khóa luận hoàn chỉnh hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn! 4 do an TÓM TẮT Nội dung thực hiện đề tài: - Kết nối và truyền dữ liệu giũa các node Bluetooth 4.0 với điện thoại. - Thiết lập mạng kết nối Bluetooth. - Điều khiển các thiết bị điện DC, AC. - Thiết kế giao diện điều khiển trên điện thoại điều khiển các thiết bị.
- Lập trình trên kit STM32F4 kết nối với TFT LCD, và lập trình trên Arduino. - Thiết lập giao diện điều khiển trên kit STM32F4 kết nối với TFT LCD. Kết quả thực hiện: - Thiết lập được 3 node Bluetooth, mỗi node thực hiện chức năng riêng. - Điều khiển được các thiết bị tại mỗi node.
- Thiết kế được giao diện điều khiển trên điện thoại. - Lập trình trên kit STM32F4 và Arduino. 5 do an MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Nhiệm vụ đồ án. i Trang phiế u nhận xét của giáo viên hướng dẫn .ii Trang phiế u nhận xét của giáo viên phản biện.
iii Lời cảm ơn. vi Danh mục các chữ viế t tắt. ix Danh mục các bảng biểu. x Danh mục các hình ảnh, biểu đồ.
xi Chƣơng 1: Giới Thiệu. Tình hình hiện tai. Trên thế giới. Tại Việt Nam.
Mục tiêu đề tài. Phạm vi công việc. Giới hạn đề tài. 11 Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Mô hình hệ thống. Giới thiệu tổng quát. Cấu trúc mạng. Phân cấp mạng.
Advertising and scanning. Host controller interface (HCI). Logical link control and adaptation protocol (L2CAP). Generic attribute profile (GATT).
Attribute and data hierarchy. Generic access profile (GAP). Real time operating system (RTOS). Ví dụ context switching.
Kit STM32F4 discovery board. Kiến trúc kỹ ARM-Cortex M4F. Thông số kỹ thuật. Thông số cơ bản.
Arduino pro mini và Arduino nano. Thông số kỹ thuật. Chức năng các chân. 47 Chƣơng 3: Thiết Kế và Thực hiện.
Tổng quan thiết kế. Yêu cầu-phân tích-giải pháp. Phân tích và lựa chọn giải pháp. Arduino pro mini .1 Cài đặt thông số module Buetooth 4.
Sơ đồ giải thuật Arduino pro mini. Sơ đồ giải thuật Arduino nano. Sơ đồ giải thuật STM32F4. Sử dụng freeRTOS thực hiện multitasking.
Home automation application. Yêu cầu-phân tích-giải pháp. Phân tích-giải pháp. 74 Chƣơng 4: Kết Quả Thực Hiện.
79 Chƣơng 5: Kết Luận Và Hƣớng Phát Triễn. Hướng phát triễn trong tương lai. 83 Tài Liệu Tham Khảo. 84 8 do an 9 do an DANH MỤC CÁC TƢ̀ VIẾT TẮT IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers RF : Radio frequency BLE : Bluetooth Low Energy PHY : Physica Layer ISM : Industrial, Scientific and Medical MAC : Media Access Control HCI : Host Controller Interface L2CAP : Logical Link Control and Adaptation Protocol ATT : Attribute UUID : Universally Unique Identifier SM : Security Manager GAP : Generic Access Profile GATT : Generic Attribute Profile RTOS : Real-time Operating Sytem MMU : Memory Management Mnit MPU : Memory Protection Unit NVIC : Nested Vector Interrupt Controller 10 do an DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bang 2.1:Các công nghệ mạng không dây .2: chức năng các chân Module Bluetooth 4.3: các lệnh AT comment của Bluetooth 4.1: 8 UART mà hổ trợ STM32F4 .2: 6 SPI mà hổ trợ STM32F4.
60 11 do an DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1: Hệ thống smarthome của NaUy .2: Thị trường smarthome của Châu Âu.3: Hình ảnh trang chủ đăng nhập của HomeOn .4: Trang quản lý chung .5: Trang quản lý một phòng (phòng khách) .6: Bảng điều khiển của Bkav SmartHome .7: Công tắc điều khiển Bkav SmartHome .8: Giao diện điểu khiển 3D rất trực quan của SmartHome .1: Mô hình chung của hệ thống nhà thông minh.6: 40 kênh vật lý từ 0-39 .7: Khoảng cách giữa thời gian scan và advertise của 2 thiết bị .8: Quy trình bảo mật .9: Ví dụ về các attributes .10: Cấu trúc một GATT server .11:Cấu trúc một service declaration .12: Cấu trúc ví dụ của 1 characteristic .13: hình ảnh miêu tả Multitasking .21: Các dạng lõi ARM-Cortex .22: Sơ đồ khối của ARM-Cortex M4F processor. 37 12 do an Hình 2.25: Mặt trước Arduino pro mini .26: Mặt sau Arduino pro mini .27: Mặt trước Arduino nano.28: Mặt sau Arduino nano .1: Mô hình hệ thống nhà thông minh .2: Sơ đồ mạch Arduino pro mini .3: Sơ đồ khối Arduino nano .4: Sơ đồ khối của mạch trên kit STM32F4 .5: Giao diện Realterm .6: Giao diện gửi lệnh của Realterm.7: Sơ đồ giải thuật trên Arduino Pro Mini .8: Sơ đồ giải thuật trên Arduino NANO .11:Sơ đồ giải thuật trên điện thoại .1: Mô hình tổng thể .3: LCD hiển thị và điều khiển .6: Hiển thị các node thiết bị .7: Giao diện điều khiển node 2 .8: Giao diện điều khiển node 3 .1: Mô Hình Web Server. 85 13 do an CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Tổng Quan Hiện nay, khoa học và công nghệ đang dần được ứng dụng rộng rãi để con người có một cuộc sống tiện nghi hơn, dễ dàng hơn.
Trong đó, lĩnh vực được các nhà nghiên cứu quan tâm là làm sao cải thiện được môi trường sống của mọi người xung quanh để ngày càng hiện đại và hiệu quả hơn. Vì thế, việc xây dựng một hệ thống điều khiển và quản lý nhà ở ngày càng phát triển với nhu cầu ngày càng lớn. Ngày xưa, việc điều khiển các thiết bị trong nhà thường được đưa về dưới dạng những chiếc remote với rất nhiều nút bấm, phức tạp và khó quản lý. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ và sự ra đời của những sản phẩm mới như những chiếc máy tính mini, smartphone, điện thoại cảm ứng có những công năng gần như tương đương với một chiếc máy tính đã tạo cơ hội cho chúng ta có những thiết bị nhỏ gọn để tiện việc điều khiển cũng như theo dõi tình hình về ngôi nhà của chúng ta.
Khái niệm Smarthome là ngôi nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có khả năng bán tự động hoặc tự động hoàn toàn. Khi đó, con người có thể quản lý, giám sát và điều khiển tất cả các thiết bị điện từ xa vào bất kỳ thời gian nào trong ngày thông qua điện thoại, máy tính, máy tính bảng,… một cách đơn giản và dễ dàng. Ngoài ra, con người cũng có thể thiết lập các thiết bị ở nhà hoạt động theo kịch bản đã cài đặt sẵn. Tất cả các ứng dụng nhà thông minh nhằm mục đích mang lại cho con người sự tiện nghi, an ninh và tiết kiệm điện năng.
Ngoài ra, thuật ngữ nhà tự động (home automation) được sử dụng phổ biến hơn, cũng được dùng như smart home. Lịch Sử Thuật ngữ “Smart Home” lần đầu được dùng bởi Hiệp hôi xây dựng dân dụng của Mỹ (American Association of House builder) vào năm 1984, dùng để chỉ các hệ thống nhà với hệ thống điều khiển từ xa, nhưng chưa thực sự phổ biến do giá thành cao và chưa ổn định.