ĐẠI HỌC QUOC GIA TP. HO CHÍ MINH TRUONG DAI HOC CONG NGHE THONG TIN KHOA KY THUAT MAY TÍNH NGUYEN KIM QUOC NGUYEN TAN TỚI KHOA LUAN TOT NGHIEP XAY DUNG HE THONG GIAM SAT, DIEU KHIEN TU XA CAC THIET BI NHA THONG MINH ZIGBEE THONG QUA WEBSITE VA GIONG NOI BUILDING REMOTE MONITORING AND CONTROL SYSTEM OF ZIGBEE SMART HOME DEVICES USING WEBSITE AND VOICE KY SU KY THUAT MAY TÍNH TP. HO CHÍ MINH, 2023 ĐẠI HỌC QUOC GIA TP. HO CHÍ MINH TRUONG DAI HOC CONG NGHE THONG TIN KHOA KY THUAT MAY TÍNH NGUYEN KIM QUOC - 18521310 NGUYEN TAN TỚI - 18521513 KHOA LUAN TOT NGHIEP XÂY DỰNG HE THONG GIÁM SAT, DIEU KHIEN TỪ XA CAC THIET BI NHA THONG MINH ZIGBEE THONG QUA WEBSITE VA GIỌNG NÓI BUILDING REMOTE MONITORING AND CONTROL SYSTEM OF ZIGBEE SMART HOME DEVICES USING WEBSITE AND VOICE KỸ SU KỸ THUAT MAY TÍNH GIANG VIEN HUONG DAN THAC SĨ PHAN ĐÌNH DUY TP.
HO CHÍ MINH, 2023 THONG TIN HOI DONG CHAM KHÓA LUẬN TOT NGHIỆP Hội đồng cham khóa luận tốt nghiệp, thành lập theo Quyết định số 71/QD-DHCNTT ngày 15 tháng 02 năm 2023 của Hiệu trưởng Trường Đại học Công nghệ Thông tin. LOI CAM ON Đề tài “Xây dung hệ thống giám sát, điều khiển từ xa các thiết bị nha thông minh Zigbee thông qua website và giọng nói” là nội dung mà chúng em nghiên cứu và làm khoá luận tốt nghiệp sau thời gian theo học tại khoa Kỹ thuật Máy tính, trường Đại học Công nghệ Thông tin, Dai học Quốc gia Thành phó Hồ Chí Minh. Nhân dịp báo cáo hoàn thành khoá luận tốt nghiệp, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến với quý thầy cô trường Đại học Công nghệ Thông tin, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh nói chung cũng như quý thầy cô khoa Kỹ thuật Máy tính nói riêng đã truyền dạy cho chúng em những kiến thức và kinh nghiệm rất đáng trân trọng từ những ngày đầu nhập học. Đặc biệt hơn, chúng em xin bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy ThS.
Phan Đình Duy - Phó trưởng khoa Kỹ thuật Máy tính đã hỗ trợ, giúp đỡ chúng em không chỉ từ những môn đồ án 1, đồ án 2 đến khoá luận tốt nghiệp mà còn là từ những ngày đầu học tập tại trường của chúng em. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn! Chuong1. Tình hình trong và ngoai nuO. Tổng quan dé tài.
Tìm hiểu về chip CC2530. Giới thiệu chung. Thông số kỹ thuật. Chuẩn giao tiếp GPIO.
Chuẩn giao tiếp I2C. Giao tiếp I2C bang Bit banging. Bộ định thời Timer/Counter và điều xung PWM. Tìm hiểu về USB C2531 Dongle.
Thông số kỹ thuật. Tìm hiểu Raspberry Pi 3B+.---2¿-22222++E22EE2E22112E22EE tre 4 2. Thông số kỹ thuật. Tìm hiểu về cảm biến nhiệt độ, độ Am SHT20.
Thông số kỹ thuật.---22cc2cc222EEEvvrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrer 6 2. Tìm hiểu về cảm biến PIR AM3l2. Thông số kỹ thuật. Tìm hiểu về màn hình OLED SHI 106.
Thông số kỹ thuật. Tìm hiểu IC LED driver PT4115. Thông số kỹ thuật. Tìm hiểu IC cảm biến điện dung ADS TS04.
Thông số kỹ thuật. Tìm hiểu về IC mở rộng VO PCF8574. Thông số kỹ thuật. Tìm hiểu IC đo dòng ACS712 30A.
Thông số kỹ thuật. Tìm hiểu mạch khuếch đại vi sai.--2222222+czv222vvcrecvvserecrr 21 DALAL. Công thức và mạch thực tế. Tìm hiểu về Zigbee.
Thong số kỹ thuật. M6 hình mạng Zigbee. Các thành phan trong mạng Zigbee. Tìm hiểu công cụ phát triển Z-Stack 3.
Tìm hiểu về Angular framework. - Giới thiệu chung. Bootstrap va Angular Material framework. Tim hiểu về dich vụ AWS.
Giới thiệu chung. Cac dịch vu AWS được sử dụng. Tim hiểu về dich vụ Microsoft AZuFe. GiGi thiệu chung.
Dich vụ Azure được sử dụng. Tìm hiểu về giao thức MQTT. Tìm hiểu về Zigbee2MQTT.19, Tìm hiểu về Rhasspy. PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KE HỆ THÓNG.
Phân tích hệ thống. MG hình hệ thống. Phân tích mô hình hệ thống. Phân tích thiết kế phần cứng.
HH HH HT HH HH TH tiện36 3. Mạch điều khiển đèn nhiệt độ màu và đèn RGB. Mạch cảm biến nhiệt độ, độ ẩm. Mạch công tắc 4 nút.
Phân tích va lập trình phần cứng. Mạch điều khiển đèn 3. Mạch cảm biến nhiệt độ độ ẩm. Mạch công tắc 4 nút.
Phân tích và lập trình WebsIte. Trang chu va trang giới thiệu 3. __ Trang đăng nhập, đăng ký, xác nhận email. _ Trang giám sát, điều khién thiết bị 3.
Trang lối tắt. _ Trang phòng. KÉT QUA THỰC NGHIỆM. Mạch điều khiển đẻn.
Mạch cảm biến nhiệt độ, độ ẩm. Mạch công tắc 4 nút. Phần MEM wveeecccsessssssssssssseessssssssssssssnnnnnsssssseseeseeeceeceesssssssssssnnsnnnnaneesseeess 65 4. Trang đăng nhập.
_ Trang đăng ky tài khoản. Trang quên mật khẩu. Trang giám sát và điều khién thiết bị. Trang lối tắt.
Website hiền thị trên điện thoại. Kết quả điều khiển thực tẾ. Mô hình thực nghiệm 1. Mô hình thực nghiệm 2 .-- - - 55+ St tt EEerkrkekerrrrrxrkrkerer 80 4.
So sánh khả năng hoạt động trực tuyến và ngoại tuyến. KÉT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIÊN. Nhược điểm. Hướng phát triỀn.
re84 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Mô hình hoạt động điêu khiển qua cloud của Tuya ŠmaFt.2 Mô hình tổng quan hệ thong .1 Module E18-MS 1-PCB.2 Module E18-MS1PA2-PC.-- - ¿5+ ‡t+EkE#k+kEkererrkrkerrrrkrkrkerer 0 Hình 2.3 Mô hình I2C “01 master — nhiều sÏave”.4 Điều chỉnh độ rộng xung PWM.5 USB Dongle CC2531 có ang (en.- ¿c5 tt s£vvsverekserrrrrrre 3 Hình 2.6 Phần cứng của USB Dongle CC253[.-2--22¿+2222+zz+2222zczsrz 4 Hình 2.8 IC cảm biến nhiệt độ, độ 4m SHT20 đặt cạnh đầu bút chì.9 Module PIR AIM3l2. c5: tt tt tt tr re 7 Hình 2.10 Màn hình OLED SH1106 .11 IC LED driver P T4 l §.14 Công thức bộ khuếch đại vi sai.-----cc2c¿+2222222vvvrvesrrrrrrrreercee 21 Hình 2.15 Bộ khuếch đại vi sai dling Op amp.16 Hình anh 3 mô hình mạng Zigbee Hình 2.17 Cơ sở hạ tang AWS trên phạm vi toàn cầu. ¿+ + S3 kề E11 011101 111010101 ty 29 Hình 2.19 Mô hình hoạt động của Zigbee2MQTTT.20 Mô hình hoạt động của Rhasspy .1 Mô hình kiến trúc hệ thống.2 Hình ảnh gat€Wayy.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển đèn.-----ccccccc+ccccsscccc--~Ÿ7 Hình 3.4 Hình anh module AC-DC 12 lA. 5-5-5 5< c+St+x+xexererekererrrre 38 Hình 3.5 PCB Layout mặt trên mạch điều khiển đèn .6 PCB Layout mặt đưới mạch điều khién đèn.7 Hình ảnh 3D PCB mặt trên mạch điều khiển đẻn.8 Hình ảnh 3D PCB mặt dưới mạch điều khiển đèn.9 Sơ đồ nguyên lý mach cảm biến nhiệt độ, độ âm Hình 3.10 PCB Layout mặt trên mạch cảm biến nhiệt độ, độ âm .11 PCB Layout mặt dưới mạch cảm biến nhiệt độ, độ âm .12 Hình ảnh 3D mach mặt trên cảm biến nhiệt độ, độ ẩm.13 Hình anh 3D mặt dưới mạch cảm biến nhiệt độ, độ AM .14 Sơ đồ nguyên lý mạch công tắc 4 nút.-----¿©2sc++2cvsvcecz 44 Hình 3.15 PCB Layout mặt trên mạch công tắc 4 nút .16 PCB mặt dưới mạch công “1Š.17 Hình ảnh 3D mặt trên mạch công tẮC 4 nÚT.
cess eesseesseessessseesseeee 46 Hình 3.18 Hình ảnh 3D mặt dưới mạch công th 4 nÚẲ.19 Sơ đồ nguyên lý mạch công tắc điều khién relay .20 PCB Layout mặt trên mạch công tắc điều khiển relay 8 Hình 3.21 PCB Layout mặt dưới mạch công tắc điều khién relay .22 Hình ảnh 3D mặt trên mach công tắc điều khiển relay.23 Hình ảnh 3D mặt dưới mạch công tắc điều khién relay.24 Mô hình liên kết ứng dụng trong gateway .25 Giao diện cấu hình MOTT Broker của RhasSpy.26 Giao dién cấu hình dịch vụ hỗ tO BIQNE TÓI.27 Lưu đồ hoạt động của mach điều khiển đèn .28 Luu dé hoat động của mach cảm biến.29 Luu đồ hoạt động của mạch công tẮC 4 Ut cece eccceeecsseessssesssssssseessseeesaee 55 Hình 4.1 Mặt trên mạch thực tế mạch điều khién đèn.2 Mặt dưới mạch thực tế mạch điều khiển đẻn.--- 2 s2zc2zxtxez 59 Hình 4.3 Mạch điều khiển đèn kết nối với đẻn.--:--vscccce+cccczveee 60 Hình 4.4 Các thành phần của sản phẩm hoàn thiện .5 Mạch thực tế mạch cảm biến nhiệt độ độ 4m đang hoạt động.6 Hình ảnh hộp đóng gói mạch cảm biến.----c¿©225scz+ccvscceeex 62 Hình 4.7 Mặt trên mạch thực tế mạch công tẮC 4 ÚC. cc csccecreerrerreerrre 62 Hình 4.8 Mặt dưới mạch thực tế mạch công tắc 4 nút.9 Mặt trên mach thực tế mạch điều khiển relay.10 Mặt dưới mạch thực tế mạch điều khiển relay.11 Các thành phan đóng gói mach công tắc 4 nút .12 Trang chủ website điều khiển .13 Trang đăng nhập websif.14 Đăng ky tài khoản website .----- + St tt H221 re.15 Yêu cầu người dùng cung cấp thông tin dé đặt lại mật khẩu.16 Trang giám sát, điều khiển thiết bị.17 Hộp điều khiển thiết bị.18 Hộp đồi tên thiết bị.-:¿¿2222222222z+22EEE2SSvrrrrtrrEvEkvrrrrrrrrrrrkrrrrree 69 Hình 4.19 Yêu cầu xác nhận thao tác xoá thiết bị .20 Trang lối tắt Hình 4.21 Thông tin một câu lệnh Hình 4.22 Tạo câu lệnh Hình 4.23 Hộp điều khién thiết bi .24 Hộp điều khiển nhóm thiết bị.----22¿©222+z222vv++etvvvvrservszresrr 73 Hình 4.25 Thêm nhóm TmỚi. - --- -:- 2+ 32323333 E+E+E+EEvE+eEetvexeeEeseexeerexrrerrsxrr 73 Hình 4.28 Thêm thiết bị vào nhóm .29 Xoá thiết bị khỏi nhóm.-- ¿- - ¿+ tt SE TH TT Hiện76 Hình 4.31 Điều khiển bằng giọng nói .32 Website trên giao diện điện thoại.33 Mô hình thực nghiệm Ì.cc cv series 79 Hình 4.34 Mô hình thực nghiém 2. 5tr re 80 DANH MỤC BANG Bang 1.1 Bảng thời gian phản hồi của các thiết bị IoT.2 Bảng so sánh với đề tài khóa luận đã thực hiện .1 Bảng đường dẫn thực hiện yêu cầu người dùng.1 Bảng thông số hoạt động của mô hình thực nghiệm 1.2 Bảng thống kê thông số hoạt động mô hình thực nghiệm 2.3 Bang thông số hoạt động của web trực tuyến và ngoại tuyến.
81 DANH MỤC TU VIET TAT Từ viết tắt Nguyên văn Wcb Website loT Internet of Things AWS Amazon Web Services LED Light Emitting Diode RGB Red — Green — Blue IC Integrated Circuit GPIO General Purpose Input Output PWM Pulse Width Modulation ADC Analog to Digital Converter UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter I2C Inter Integrated Circuit SPI Serial Peripheral Interface SDA Serial Data SCL Serial Clock UI User Interface AES Advanced Encryption Standard MQTT Message Queuing Telemetry Transport ZC Zigbee Coordinator ZR Zigbee Router ZED Zigbee End Device CPU Central Processing Unit PCB Printed Circuit Board TÓM TÁT KHÓA LUẬN “Xây dựng hệ thống giám sát, điều khiển từ xa các thiết bị nhà thông minh Zigbee thông qua website và giọng nói” là đề tài nghiên cứu và thực hiện hệ thống dùng dé giám sát và điều khiển các thiết bị điện dùng trong gia đình. Hệ thống có khả năng kết nối đến Internet giúp người dùng có thể tương tác với hệ thống ở bat cứ đâu miễn là người dùng có thể truy cập được Internet. Đề tài này sẽ bao gồm cả phan thiết kế và lập trình phần cứng lẫn phần mềm. Hệ thống phần cứng bao gồm 04 mạch điều khiển (mạch đèn ánh sáng trắng, mạch đèn ánh sáng màu RGB, mặc điều khiển công tắc điện 4 nút, mạch cảm biến nhiệt độ), ít nhất 03 thiết bị có trên thị trường , 01 gateway quản lý các thiết bị.