Chương 1. > TONG QUAN DE TAL. Tình hình trong và ngoai nưỚC. Tổng quan để tài.
Tổng quan về BLE. Giới thiệu về giao thức không day BLE. _ Cấu trúc liên kết mạng BLE Mesh. So sánh các đặc tính giữa BLE, Zigbee và Z - Wave.
Lý do chọn giao thức mang BLE được triển khai theo mô hình mang Mesh cho hệ thống nhà thông miỉnh. Ưu và nhược điểm. _ Lý do sử dụng. Giao thức MQTT [2] .-- + ¿+ kk TT THHH HH HH it 6 2.
Tính năng, đặc điỂm:. Ưu và nhược điểm. ESP-WHO và giải thuật deep Ïearning. _ Giới thiệu về deep learning.
Cách thức hoạt động của Deep Learning. Một số ứng dụng của Deep Learning. Giới thiệu về ESP-WHO. Tìm hiểu về hệ điều hành Android.
Kiến trúc cơ bản của hệ điều hành Android. — Giới thiệu chung. Thông số kỹ thuật. Giới thiệu CHUNG eae eeeesccecscccccsecsssssssnsnnnsnnsnenstssesseseeceeeeeeeeeeensnsnnnnnntenee 25 2.
Dái tần hoạt động của hệ thong RFID. Thông số kỹ thuật.c-ccccccccccccvrerrrrrrrrrrrrrreerrre 28 Chương 3. | PHAN TÍCH VÀ THIẾT KE HỆ THÓNG. Sơ đồ truyền dữ liệu của hệ thống [2][5].
Ứng dụng Android. Xác thực thông tin người dùng trước khi sử dung ứng dung. KÉT QUA THỰC NGHIỆM. Kết quả số liệu đo về việc truyền nhận gói tin bằng BLE Mesh [3].
Bang khảo sát ty lệ chính xác của việc nhận diện khuôn mặt trên ESP-CAM 35 4. Năng lượng tiêu thụ ESP khi dùng BLE ở mode Active [6]. Thiết kế schematic và PCB. Mạch Light Dimmer.
Mach lock door và camera nhận diện. Mach lock door. Mạch camera nhận điỆn. Mạch biển thị cảm biến nhiệt độ, độ âm.
Mô tả chức năng phần cứng. Chức năng mach light dimimer.--- ee 55+ <+s+se+++se48 4. Chức năng mạch Relay. | Chức năng mach lock door và camera nhận diện.
Chức năng mạch hién thị nhiệt độ, độ ẩm. Nodejs Server va quản ly Database. Ứng dụng Android [Ï]. Xác thực người dùng.
Giao diện chính. -¿- c2 3t St 3S St EEEEekSeeErkersskrrkerreresree 57 4. Thiết lập kết nGie. Thêm, sửa, xóa thiẾt bị.
_ Các tính năng khác. cty 60 Chương 5. KÉT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIÊN. Nhược điểm.
Hướng phát triền.---+:+22++++t222+++tEEEEvrrrtErkrrrtrrrtrrrrrrkrreerrkei DANH MỤC HÌNH Hinh 1.1 So 6 6 thong SE ma.1 Cầu trúc liên kết mang BLE Mesh.2 Cơ chế hoạt động của NOCTS. tt hit 14 Hình 2.3 Mô tả về ludng dữ liệu trên giao thức MQTT.4 Mô hình phát triển ESP-WHO dựa trên giải thuật Deep Learning. -++ SE E* HE HT g1. vn HH HH gu 26 Hình 3.1 Sơ đồ truyền dữ liệu của hệ thống .2 Lưu đồ giải thuật cho ứng dung Android.3 Lưu đồ giải thuật cho SCrver cecsssssssssessssessssesssssessssessssesssseesssuessssesessecesseees 31 Hình 3.4 Lưu đô giải thuật cia gatewAy vcccssscesssssssssserssseesssssessssssscsssssisssssssissesssseeees 32 Hình 3.5 Lưu đ giải thuật cho các NOC .6 Đăng ky tài khoản sử dung ứng dụng .7 Lấy lại mật khẩu `.1 Nhận diện khuôn mặt với điều kiện ánh sáng ban ngày .2 Nhận diện khuôn mặt với điều kiện ánh sáng đèn bình thường.3 Nhận diện khuôn mặt với điều kiện NQUOC SANG .4 Nhận diện khuôn mặt với điều kiện ánh sáng HỜ.5 Schematic mach light đỉimH€F.6 PCB mạch light dÌHHIH€L.
5c St tt St SEeEEkskeEtEtkerkrekekeskrrreerkd 40 Hình 4.7 Schematic mạch relay. St StsikeEkkskerkerererereerrrrerrrrvd Al Hình 4.8 PCB mạch r€Ï4Iy. SE ghe 42 Hình 4.9 Schematic mach lock COOP. SE ESeEsEexerEekrrrskrrrkreerer 43 Hình 4.10 PCB mach lock door (Bottom ÏAY€T).11 PCB mach lock door (Top layer).
c5 Set sveveeEereteeetserrrererseg 44 Hình 4.12 Schematic mạch camera nhận điỆN.13 PCB mạch camera nhận điỆH. - c5 + Sex ESESvxeexeeeseeseeseee 46 Hình 4.14 Schematic mach đọc cảm biến nhiệt độ, độ dm.15 PCB mạch đọc cảm biến nhiệt độ, độ ẩm .16 Mach light dimmer thực té cccccccsssssssssvsssssssssesssssseesessssecessssiesesessssesssseeees 48 Hình 4.17 Mach light dimmer được đóng gÓi.-- 5c 5< S+Sx+eeekerereterrrrre 49 Hình 4.18 Mạch relay thực .19 Mach relay được đóng gÓI .- St SnkehErkrerererekerrrrrerree 50 Hình 4.20 Mach lock door và camera nhận diện thực tÊ.21 Mạch lock door và camera nhận diện được đóng gói (mặt trước).22 Mach lock door và camera nhận diện được đóng gói (mặt trái).23 Mach hiển thị nhiệt độ, độ ẩm thực tế.24 Mạch hiển thị nhiệt độ, độ ẩm được đóng gói .25 Cấu trúc database cho hệ thống .-----:----:©cccz+cccsccccscsccsesrcsee 53 Hình 4.26 Giao diện đăng ký và đăng nhậpp .27 Giao diện quên mật khẩu Hình 4.28 Giao điện màn hình chính va add room dialog .29 Trang quét thiết bị và trang thiết lập kịch bản Hình 4.30 Giao diện phòng điều khiển thiết bị.31 Giao diện profile người dùng va drawer navigation .32 Bottom dialog Google A$SiSfQHI. S5 5+ S+c+tst‡txeEexeeseetseevxerexeed 61 DANH MỤC BẢNG Bang 1.1 Bảng mô tả các mục tiêu chỉ tiết về các thiết bị trong nhà .1 So sánh đặc tinh giữa BLE, Zigbee và Z - WAqVe.-c-c=+<ce<sc+ 12 Bảng 2.2 Mô tả về các chân kết nói RFID.-----cccccccS22cvcvvvcresrrrrrrrreercee 28 Bang 4.1 Bảng kết quả do số lượng gói tin nhận được trên BLE Mesh .2 Kết quả khảo sát tỷ lệ nhận diện khuôn mặt trên ESP-CAM.3 Năng lượng tiêu thụ dựa vào tuổi thọ pin Li-ion 18650 4800 mAh 3.38 DANH MỤC TU VIET TAT STT | Cum tir viét tit Cum từ được viết tắt 1 | BLE Bluetooth Low Energy. 2 |MQTT Message Queuing Telemetry Transport.
3 | RFID Radio Frequency Identification. 4 | UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter 5 |12C Inter Integrated Circuit 6 | SPI Serial Peripheral Interface 7 |API Application Programming Interface 8 |IoT Internet of Things 9 | ADC Analog to Digital Converter 0 | API Application Programming Interface 1 | ESP32 ESP32-WROOM 2 | MISO Master Input Slave Output 13 | MOSI Master Output Slave Input 4 |SCK Serial Clock 5 |CS Chip Select TÓM TÁT KHÓA LUẬN Đề tài “Thiết kế và hiện thực các thiết bị IoT ứng dụng cho việc giám sát và điều khiển nhà thông minh sử dụng BLE Mesh” là đề tài nghiên cứu, phát triển và hiện thực hệ thống được dùng cho việc giám sát và điều khiển các thiết bị trong nhà. Hệ thống bao gồm ESP32 và ESP-CAM có nhiệm vụ truyền nhận và xử lí các thông tin trạng thái ngôi nhà sử dụng mạng lưới BLE, sau đó hiển thị các dữ liệu thu thập được lên ứng dụng điện thoại thông qua internet. Hệ thống sẽ có các module để điều khiển và giám sát mọi hoạt động trong nhà.
Mỗi một module đều có 1 board ESP32 có thẻ kết nối với BLE. Các module được bố trí ở một vị trí cụ thể trong căn nhà như: phòng khách, phòng ngủ, phòng bếp, hành lang, cửa chính. Hệ thống bao gồm 5 mạch (mạch gateway - provisioner, mạch giám sát nhiệt độ - độ âm, mạch relay, mạch điều chỉnh độ sáng đèn và một mạch điều khiển, giám sát cửa ra vào), server dùng đề phân phối, lưu trữ và điều khiển luồng dữ liệu phù hợp, ứng dụng trên điện thoại sử dụng giọng nói để điều khiển (được tích hợp tính năng của Google Assistant). Ngoài ra, dé tài còn có một điểm nổi bật là sử dụng kỹ thuật deep learning cơ bản dé ứng dụng cho việc nhận diện khuôn mặt trên ESP-CAM với chi phí phát triển thấp hơn so với một số phần cứng khác, phục vụ cho mục đích đóng mở cửa ra vào.
Đề tài hướng đến việc điều khiển tat cả các thiết bị trong nhà một cách nhanh chóng và tiện lợi, với mục tiêu là tiết kiệm chỉ phí phát triển hệ thống được đưa lên hàng đầu. MỞ ĐÀU Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ 4. Việc một người sở hữu một thiết bị công nghệ như máy tính hoặc smartphone có kết nối internet đã trở thành chuyện bình thường đối với đại đa số người. Những thiết bị đó giúp con người có thể trao đổi thông tin qua các ứng dụng, phần mềm nhanh chóng.
Để đáp ứng nhu cầu của con người về việc kết nối với nhau nên mạng Internet ngày càng phát triển nhanh về tốc độ đường truyền và mật độ bao phủ. Hơn nữa, việc bất kỳ thiết bị nào cũng có thể kết nối với internet đã trở thành xu hướng hiện nay (IoT). Nhiều dự án đã được hình thành từ các ý tưởng này như: smart city, smart garden, smart mirror. Nổi bật nhất trong những dự án trên đó là dự án thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển thiết bị nhà thông minh.
Chỉ cần có một chiếc smartphone trong tay, người dùng có thẻ giám sát cũng như điều khiển các thiết bị thông minh trong nhà. Hệ thống đèn chiếu sáng trong nhà có thể tự động bật tắt theo theo ý muốn của người dùng mà không cần sử dụng bất cứ công tắc nào. Bên cạnh đó, người dùng có thé đặt lịch theo kịch ban dé hệ thống tự điều khiển và xử lí tình huống tương ứng. Đặc biệt, tính năng bảo mật an ninh trong nhà được đặt lên hàng đầu nhằm bảo vệ ngôi nhà khỏi sự dom ngó của những kẻ gian.
Đặc biệt hơn, hệ thống có thể được điều khiển bằng giọng nói một cách tiện lợi được hỗ trợ bởi các tính năng của Google Assistant. Ở nước ta hiện nay, các dự án về hệ thống nhà thông minh cũng đã xuất hiện khá nhiều và được phổ biến rộng rãi, nhiều công ty lớn ở nước đang mở rộng đầu tư vào các dự án trong nước nhưng chỉ phí đầu tư cho các thiết bị cảm biến cũng như hệ thống server cho ngôi nhà thì phải tốn nhiều chỉ phí lắp đặt, tiêu thụ điện năng và cũng chưa đồng nhất với ngôi nhà. Vì vậy, các nhà ở nước ta vẫn chưa thể ứng dụng hệ thống này với số lượng lớn vào thực tế. Với những lý do trên, nhóm chúng em nghĩ đến việc xây dựng hệ thống các thiết bị nhà thông minh sử dụng BLE Mesh có thé điều khiển và giám sát được từ xa bởi các thiết bị thông mỉnh trong nhà bắt cứ nơi nào có thể kết nối internet với chi phí thấp, dễ dàng lắp đặt.
Bên cạnh đó, hệ thống có thể lưu trữ mọi hoạt động trong nhà và từ đó sẽ hiển thị các thông tin đó cho người dùng biết. TONG QUAN DE TÀI 1. Tinh hình trong và ngoài nước Hiện nay thuật ngữ IoT (Internet of Thing) được biết đến rộng rãi, đây là một hệ thống các thiết vật lý có mối quan hệ mật thiết với nhau, có khả năng truyền nhận dit liệu cho nhau thông qua kết nối internet. Với sự phát triển hiện đại của công nghệ, các sản phẩm thông minh ra đời cùng với những tính năng vượt trội, mang lại sự tiện lợi cho người dùng.
Trong đó, hệ thống nhà thông minh là một ứng dụng đưa tới những cải thiện cho chất lượng cuộc sống hiện nay. Trên thế giới, các dé tài nghiên cứu về hệ thống nhà thông minh được phổ biến rộng rãi với nhiều kiểu cách phát triển khác nhau. Theo Statista, năm 2027 toàn cầu sẽ dat 222.9 tỷ USD doanh thu trong lĩnh vực hệ thống nhà thông minh với CAGR 2022-2027 (tỉ lệ tăng trưởng kép hàng năm) là 12. Trong khi đó, ở Việt Nam sẽ đạt tỉ lệ 22.