Đặt vấn đề Cuộc sống càng phát triển dẫn đến yêu cầu về nhu cầu sống, mức sống ngày càng được tăng cao. Khi kinh tế có sự ổn định người ta bắt đầu đòi hỏi về một ngôi nhà thông minh nhất có thể, nơi họ có thể tận hưởng những ứng dụng của khoa học công nghệ, khiến cho việc sinh hoạt trở nên dễ dàng hơn, ít tốn sức hơn. Nơi mà máy móc có thể tự động điều khiển thay họ một số việc, nơi mà họ có thể chỉ ngồi một chỗ và điều khiển tất cả mọi thứ qua thiết bị di động hoặc một chiếc laptop. Khoa học càng phát triển dẫn đến lĩnh vực điện- điện tử nói chung và điện tử nói riêng càng phát triển mạnh.
Những kỹ sư có nhiều phương án để điều khiển các thiết bị. Đề tài ngôi nhà thông minh là đề tài gần như năm nào cũng xuất hiện, nhưng có nhiều cách giải quyết riêng. Riêng đề tài này là đề tài kết hợp nhiều cách điều khiển như bluetooth, SIM,. Nhưng cái quan trọng nhất của đề tài này là ứng dụng công nghệ iOT vào đề tài.
Không giới hạn về khoảng cách, phù hợp với cuộc cách mạng công nghệ 4. Vì vậy đề tài Ứng dụng công nghệ IOT vào quản lý căn hộ này là rất cần thiết và có tính ứng dụng cao vào cuộc sống thường nhật. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Với đề tài “ Ứng dụng công nghệ IOT vào quản lý căn hộ này, nhóm hy vọng có thể đạt được những mục tiêu sau: - Thiết kế được hệ thống mở cửa bằng vân tay kết hợp với bàn phím số. - Hệ thống báo trộm báo cháy, báo động qua còi và qua cuộc gọi tới chủ nhà.
- Thiết kế được giao diện điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà trên Web Server và trên App Android thông qua A2 Inventor. - Đọc được chính xác các giá trị cảm biến và hiển thị lên Web Server. 1 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Thiết kế thi công mô hình với đầy đủ các phòng ốc như một một căn hộ thực tế. GIỚI HẠN - Khối xử lý trung tâm sử dụng Kit Arduino Mega 2560 đảm trách.
- Điều khiển thiết bị qua Internet, sử dụng module ESP8266-Version1, áp 3,3V. - Điều khiển thiết bị qua giọng nói thông qua app Android, sử dụng module bluetooth HC-05. - Sử dụng cảm biến ánh sáng. - Sử dụng cảm biến khí qua MQ2 với áp 5V, dòng <=180mA.
- Sử dụng cảm biến chuyển động PIR HC- SR501 với áp 5v, dòng 15mA. - Sử dụng module SIM900A để thực hiện cuộc gọi cảnh báo. - Sử dụng cảm biến vân tay R305 để bảo mật vân tay cho hệ thống cửa ra vào, sử dụng dòng 150mA, áp 3,3-6V. - Sử dụng động cơ Servo SG90 để đóng mở cửa, dùng áp 5v, dòng 300mA.
- Sử dụng bàn phím ma trận 4x4, dùng áp 5v, dòng 10mA. - Mô hình được làm bằng mica. Có kích thướng 40x50x25cm. 2 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI: - Input: Cảm biến ánh sáng, cảm biến chuyển động PIR-HC SR501, cảm biến vân tay R305, cảm biến khí ga MQ2, keypad 4x4 16 phím. - Output: đèn, quạt, relay, động cơ Servo SG90. - Thiết bị điều khiển trung tâm: Kit Arduino Mega 2560 - Chuẩn truyền dữ liệu: UART, I2C. - Điều khiển qua Web Server, app Android( Bluetooth), cảnh báo qua cuộc gọi, tin nhắn ( module SIM 900A).
- Sử dụng điện thoại (khuyến khích vì tiện lợi), laptop. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG: 2.1 Vi xử lý trung tâm: Là khối điều khiển chính của hệ thống này. Trên thị trường hiện có đa dạng các lựa chọn tiêu biểu như: Raspberry pi 3 Hình 2. Raspberry Pi 3 + Cấu hình mạnh mẽ, tích hợp nhiều sẵn wifi, bluetooth.
+ Có 40 chân GPIO + Làm việc không thua gì một chiếc máy tính, vì bản chất của nó là một máy tính thu nhỏ. + Cộng đồng lớn, cả trong và ngoài nước. do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Điểm trừ lớn nhất là giá thành quá đắt, không phù hợp với đề tài và hướng phát triển sau này. Kit Arm STM32F4: Hình 2.
Kit ARM STM32F407 + Kit STM32F407 Discovery hiện là loại kit được sử dụng ở rất nhiều trường đại học hiện nay trong giảng dạy vi điều khiển ARM, nếu so sánh về ngoại vi và sức mạnh của STM32 so với các dòng ARM của các hãng khác thì ở cùng 1 tầm giá ARM của ST vượt trội về cấu hình và ngoại vi hơn rất nhiều. + Cộng đồng cũng tương đối lớn, nhưng giá cả vẫn quá cao so với hướng phát triển rộng rãi của đề tài. Sau một thời gian cân nhắc, sinh viên quyết định chọn Kit Arduino Mega 2560. Vì đây là loại có cộng đồng người sử dụng nhiều nhất, giá thành phải chăng, lại đầy đủ số lượng port để sử dụng cho đồ án này.
Arduino Mega 2560 4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Arduino Mega 2560 R3 là phiên bản nâng cấp của Arduino Uno R3 với số chân giao tiếp, ngoại vi và bộ nhớ nhiều hơn, mạch được thiết kế và sử dụng các linh kiện tương đương với phiên bản chính hãng trên Arduino.cc, phù hợp cho các ứng dụng cần nhiều bộ nhớ hoặc nhiều chân, cổng giao tiếp hơn so với Arduino Uno. Thông số kỹ thuật: • Vi điều khiển chính: ATmega2560. • IC nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2. • Nguồn nuôi mạch: Số chân Digital: 54 (15 chân PWM).
• Số chân Analog: 16. • Giao tiếp UART : 4 bộ UART. • Giao tiếp SPI : 1 bộ ( chân 50 -> 53 ) dùng với thư viện SPI của Arduino. • Giao tiếp I2C : 1 bộ.
• Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8KB sử dụng cho Bootloader. • Xung clock: 16 MHz. Cảm biến ánh sáng quang trở CDS: Cảm biến ánh sáng quang trở có tích hợp sẵn opamp và biến trở so sánh mức tín hiệu giúp cho việc nhận biết tín hiệu trở nên dễ dàng, sử dụng để nhận biết hay bật tắt thiết bị theo cường độ ánh sáng môi trường.3 -> 5VDC • Sử dụng quang trở CDS. • Kích thước nhỏ gọn: 36x16mm • Xuất tín hiệu Digital rất dễ sử dụng.
DO Ngõ ra tín hiệu Digital VCC Nguồn GND Mass 5 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.Cảm biến ánh sáng quang trở CDS 2. Cảm biến thân chuyển động : Ta có 2 phương án lựa chọn: Cảm biến vật cản hồng ngoại: Mô tả: Cảm biến có khả năng thích nghi với môi trường, có một cặp truyền và nhận tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại phát ra một tần số nhất định, khi phát hiện hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi so sánh, đèn màu xanh sẽ sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu ra (một tín hiệu bậc thấp). Khoảng cách làm việc hiệu quả 2 ~ 5cm, điện áp làm việc là 3.
Độ nhạy sáng của cảm biến được điều chỉnh bằng chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng,. Có thể được sử dụng rộng rãi trong robot tránh chướng ngại vật, xe tránh chướng ngại vật và dò đường. 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.Cảm biến vật cản hồng ngoại Thông số kỹ thuật: Bộ so sánh sử dụng LM393, làm việc ổn định Điện áp làm việc: 3. Khi bật nguồn, đèn báo nguồn màu đỏ sáng.
Lỗ vít 3 mm, dễ dàng cố định, lắp đặt. Kích thước: 3.4cm Các mô-đun đã được so sánh điện áp ngưỡng thông qua chiết áp, nếu sử dụng ở chế độ thông thường, xin vui lòng không tự ý điều chỉnh chiết áp. Cổng giao tiếp: VCC: điện áp chuyển đổi từ 3.3V đến 5V (có thể được kết nối trực tiếp đến vi điều khiển 5V và 3.3V) GND: GND ngoài OUT: đầu ra kỹ thuật số (0 và 1) Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR HCSR501. Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR (Passive infrared sensor) HC- SR501 được sử dụng để phát hiện chuyển động của các vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại (con người, con vật, các vật phát nhiệt,.), cảm biến có thể chỉnh được độ nhạy để giới hạn khoảng cách bắt xa gần cũng như cường độ bức xạ của vật thể mong muốn, ngoài ra cảm biến còn có thể điều chỉnh thời gian kích trễ (giữ tín hiệu bao lâu sau khi 7 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP kích hoạt) qua biến trở tích hợp sẵn.
Thông số kỹ thuật: Phạm vi phát hiện : góc 360 độ hình nón, độ xa tối đa 6m. Nhiệt độ hoạt động : 32-122 ° F ( 050 ° C) Điện áp hoạt động : DC 3.8V - 5V Mức tiêu thụ dòng: ≤ 50 uA Thời gian báo: 30 giây có thể tùy chỉnh bằng biến trở. Độ nhạy có thể điều chỉnh bằng biến trở. Kích thước: 1,27 x 0,96 x 1.Cảm biến thân nhiệt chuyển động Về giá tiền và hiệu năng làm việc và tiêu thụ điện áp là như nhau, tuy nhiên đề tài này cần phát hiện chuyển động của cơ thể sống( con người) nên ta lựa chọn HC SR501, vì nếu dùng cảm biến hồng ngoại V1, rất dễ báo sai tín hiệu trộm.
Cảm biến nhận dạng vân tay: Trên thị trường có 2 loại cảm biến nhận dạng vân tay (fingerprint sensor) phổ biến nhất là: - Cảm biến nhận dạng vân tay R305 : Sử dụng giao tiếp UART TTL hoặc USB 1.1 để giao tiếp với Vi điều khiển hoặc kết nối trực tiếp với máy tính Cảm biến nhận dạng vân tay R305 được tích hợp nhân xử lý nhận dạng vân tay phía trong, tự động gán vân tay với 1 chuỗi data và truyền qua giao tiếp UART ra ngoài nên hoàn toàn không cần các thao tác xử lý hình ảnh, đơn giản chỉ là 8 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP phát lệnh đọc/ghi và so sánh chuỗi UART nên rất dễ sử dụng và lập trình. Cảm biến nhận dạng vân tay R305 có khả năng lưu nhiều vân tay cho 1 ID (1 người), thích hợp cho các ứng dụng bảo mật, khóa cửa, sinh trắc học,. Thông số kỹ thuật: • Nguồn cấp: 3.6 - 6VDC • Giao tiếp: TTL-UART hoặc USB 1.1 • Dòng điện hoạt động: 100 - 150mA • Chế độ nhận dạng: 1:1 hoặc 1:N (1 ID nhiều vân tay, tùy thuộc vào cấu hình) • Baudrate: 9600xN bps (mặc định N=6 tức 9600x6 = 57600bps) • Character File Size: 256 bytes • Image acquiring time : <0.5s • Template size : 512 bytes • Storage capacity: 120 Security level : 5 (1, 2, 3, 4, 5(highest)) • FAR : <0.1% • Thời gian nhận dạng trung bình: < 0.8s (1:880) • Kích thước: 18mm*22mm • Nhiệt độ và độ ẩm hoạt động: -10 đến 40 độ C, RH: 40%-85% • Nhiệt độ và độ ẩm bảo quản: -40 đến 85 độ C, RH: <85% 9 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.