Đồ án HCMUTE: Ứng dụng Kit ARM để điều khiển thiết bị điện trong nhà

• Tác giả: Đặng Tiến Sự
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đình Phú
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử
• Đề tài: Ứng Dụng Kit ARM Điều Khiển Thiết Bị Điện Trong Nhà
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI MỞ ĐẦU
• LỜI CẢM ƠN
• PHẦN I. GIỚI THIỆU
• 1. CHƯƠNG I: DẪN NHẬP
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Mục đích đề tài
• 1.4. Giới hạn đề tài
• 1.5. Ý tưởng thiết kế
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Bố cục đề tài
• 2. CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về điều khiển thiết bị trong nhà
• 2.1.1. Giới thiệu điều khiển thiết bị trong nhà
• 2.1.2. Các yếu tố tiện lợi khi áp dụng vào điều khiển thiết bị của ngôi nhà
• 2.2. Các phương pháp điều khiển
• 2.3. Ưu và nhược điểm của từng phương pháp
• 2.4. Tổng quan về webserver và ENC28J60
• 2.4.1. Khái niệm về webserver
• 3. CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 3.1. Yêu cầu hệ thống điều khiển
• 3.2. Chức năng và hoạt động từng khối
• 3.3. Thiết kế từng khối
• 3.3.1. Khối xử lý và điều khiển trung tâm
• 3.3.2. Khối điều khiển các thiết bị
• 3.3.3. Khối ánh sáng, thiết bị điện
• 3.4. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
• 3.4.1. Lưu đồ giải thuật chương trình chính
• 3.4.2. Lưu đồ giải thuật chương trình webserver
• 4. CHƯƠNG IV: THI CÔNG, KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ NHẬN XÉT
• 4.1. Kết quả đạt được
• 5. CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Hướng phát triển
• PHẦN II: PHỤ LỤC
• Tài liệu tham khảo

I. Ứng dụng Kit ARM trong điều khiển nhà thông minh

Đề tài nghiên cứu ứng dụng kit ARM trong xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh. Hệ thống này tập trung vào việc điều khiển các thiết bị điện trong nhà một cách hiệu quả và tiện lợi, thông qua giao diện trực tiếp trên màn hình LCD cảm ứng của kit và thông qua một webserver. Công trình tập trung vào việc thiết kế, xây dựng và thử nghiệm hệ thống, đánh giá hiệu quả của việc sử dụng kit ARM trong ứng dụng cụ thể này. Kit ARM, với khả năng xử lý mạnh mẽ và linh hoạt, là nền tảng lý tưởng cho việc triển khai hệ thống điều khiển nhà thông minh. Việc tích hợp các cảm biến và mô-đun khác vào hệ thống cũng được xem xét để mở rộng chức năng. Mục tiêu chính là tạo ra một hệ thống ổn định, dễ sử dụng, đáp ứng tốt nhu cầu của người dùng. Ứng dụng kit ARM trong nhà thông minh đem lại nhiều tiềm năng, đặc biệt trong bối cảnh sự phát triển mạnh mẽ của Internet vạn vật (IoT).

1.1. Lựa chọn và cấu hình Kit ARM

Chọn kit ARM phù hợp là bước quan trọng. Các yếu tố cần xem xét gồm khả năng xử lý, số lượng GPIO, khả năng kết nối (UART, SPI, I2C), và khả năng tích hợp các mô-đun khác. Kit ARM Cortex M3 được lựa chọn trong nghiên cứu này do tính năng mạnh mẽ và giá thành hợp lý. Quá trình cấu hình kit ARM bao gồm cài đặt hệ điều hành nhúng, cấu hình các giao tiếp cần thiết, và lập trình các chức năng điều khiển. Lập trình ARM đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về kiến trúc ARM, các thanh ghi, và các ngoại vi. Việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình (ví dụ: C hoặc C++) cũng ảnh hưởng đến hiệu quả lập trình và tốc độ thực thi. Sự hỗ trợ của thư viện phần cứng và phần mềm là cần thiết để đơn giản hóa quá trình lập trình và giảm thiểu thời gian phát triển. Kết nối kit ARM với các thiết bị điện trong nhà thông qua các mạch giao tiếp phù hợp, đảm bảo an toàn và hiệu quả là yếu tố then chốt. Giải pháp nhà thông minh dựa trên ARM cần thiết kế mạch điện an toàn và hiệu quả để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống.

1.2. Thiết kế giao diện điều khiển

Giao diện người dùng đóng vai trò quan trọng trong trải nghiệm người dùng. Đề tài này sử dụng màn hình LCD cảm ứng tích hợp trên kit ARM làm giao diện chính. Giao diện trực quan và dễ sử dụng giúp người dùng dễ dàng điều khiển các thiết bị. Thiết kế hệ thống nhà thông minh bằng ARM yêu cầu giao diện trực quan. Các nút bấm, biểu tượng và trình bày thông tin cần rõ ràng và dễ hiểu. Khả năng tương tác với người dùng cũng cần được tối ưu. Việc thiết kế giao diện trên webserver đòi hỏi sự hiểu biết về HTML, CSS và Javascript. Ứng dụng ARM trong nhà thông minh cần giao diện web thân thiện, giúp người dùng điều khiển từ xa. Việc bảo mật dữ liệu và truy cập hệ thống cần được ưu tiên hàng đầu. Ngoài ra, việc tích hợp với các ứng dụng điện thoại di động sẽ tăng tính tiện dụng của hệ thống. An toàn và bảo mật trong hệ thống nhà thông minh ARM là yếu tố không thể bỏ qua.

1.3. Xây dựng webserver điều khiển từ xa

Phần này tập trung vào việc xây dựng một webserver đơn giản để điều khiển các thiết bị điện từ xa qua internet. Webserver này được tích hợp trên kit ARM và sử dụng giao thức HTTP để truyền dữ liệu giữa máy chủ và máy khách. Quá trình xây dựng bao gồm lập trình các chức năng điều khiển, xử lý dữ liệu, và quản lý kết nối. Việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình và framework phù hợp là rất quan trọng. Điều khiển thiết bị nhà thông minh bằng ARM cần webserver hoạt động ổn định và bảo mật. Khả năng mở rộng và tích hợp với các hệ thống khác cũng cần được xem xét. Mạch điều khiển nhà thông minh bằng ARM cần được thiết kế cẩn thận để đảm bảo độ tin cậy và an toàn. Các ngôn ngữ lập trình cho kit ARM nhà thông minh cần được lựa chọn sao cho phù hợp với khả năng của kit và tính phức tạp của hệ thống. Ví dụ mã nguồn điều khiển thiết bị nhà thông minh bằng ARM sẽ giúp cho người đọc hiểu rõ hơn về quá trình lập trình.