Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công mô hình điều khiển thiết bị điện

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:108

Thêm vào BST

Báo xấu

137
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp lần lượt thực hiện các nội dung: Sử dụng board ESP32-DevKitC làm mạch điều khiển trung tâm, điều khiển thiết bị trên ứng dụng Android và giao diện Web thông qua Internet, giám sát trạng thái hoạt động của thiết bị qua Web Server và lưu trữ trạng thái điều khiển của thiết bị... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công mô hình điều khiển thiết bị điện

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN GVHD: ThS. Nguyễn Đình Phú SVTH: Nguyễn Tri Phương 14141238 Võ Duy Tâm 14141276 Tp. Hồ Chí Minh – 7/2019
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN GVHD: ThS. Nguyễn Đình Phú SVTH: Nguyễn Tri Phương 14141238 Võ Duy Tâm 14141276 Tp. Hồ Chí Minh – 7/2019
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 28 tháng 6 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Tri Phương MSSV: 14141238 Võ Duy Tâm MSSV: 14141276 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 14141DT I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN II. NHIỆM VỤ: 1. Các số liệu ban đầu - Nguyễn Đình Phú, Giáo trình Vi điều khiển, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh. - Trần Thu Hà – Trương Thị Bích Ngà – Nguyễn Thị Lưỡng – Bùi Thị Tuyết Đan – Phù Thị Ngọc Hiếu – Dương Thị Cẩm Tú, Giáo trình Điện tử cơ bản, Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh. - Nguyễn Đình Phú – Nguyễn Trường Duy, Giáo trình Kỹ thuật số, Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh. 2. Nội dung thực hiện - Điều khiển và giám sát thiết bị thông qua Internet. - Thiết kế giao diện ứng dụng, Web Server. - Thi công mạch và mô hình. - Cân chỉnh hệ thống. - Đánh giá kết quả thực hiện. i
- Viết báo cáo. - Báo cáo đề tài. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/02/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Đình Phú CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp.HCM, ngày 28 tháng 6 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Tri Phương Lớp: 14141DT1B MSSV: 14141238 Họ tên sinh viên 2: Võ Duy Tâm Lớp: 14141DT2C MSSV: 14141276 Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình điều khiển thiết bị điện Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 Gặp GVHD để trao đổi về đề tài đồ án, tiến hành (18/2 – 24/2) chọn đề tài Tuần 2 Tìm hiểu các đề tài có liên quan (25/2 – 3/3) Báo cáo hướng thực hiện đề tài với GVHD Tuần 3 Viết đề cương chi tiết, lịch trình thực hiện (4/3 – 10/3) Tuần 4 Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý (11/3 – 17/3) Lựa chọn linh kiện Tuần 5 Tìm hiểu module Wifi ESP32 (18/3 – 24/3) Tuần 6 Báo cáo tiến độ cho GVHD (25/3 – 31/3) Lập trình cho ESP32 điều khiển Led đơn Tuần 7 Tìm hiểu hệ điều hành Android, Web Server (1/4 – 7/4) iii
Tuần 8 Thiết kế ứng dụng, giao diện Web (8/4 – 14/4) Tuần 9 Lập trình ESP32 điều khiển được thiết bị điện (15/4 – 21/4) Báo cáo tiến độ cho GVHD Tuần 10, 11 Tổng hợp chương trình, giao tiếp giữa các (22/4 – 5/5) module điều khiển, truyền nhận dữ liệu qua Internet Tuần 12 Tiến hành vẽ và thi công mạch phần cứng (6/5 – 12/5) Tuần 13 Tiến hành vẽ và thi công mạch phần cứng (13/5 – 19/5) Tuần 14 Thi công mô hình (20/5 – 26/5) Viết báo cáo Hoàn thành mạch, mô hình Tuần 15 Kiểm tra hoạt động hệ thống (27/5 – 2/6) Viết báo cáo Tuần 16, 17 Hoàn thiện báo cáo và mô hình (3/6 – 16/6) GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iv
LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi xin cam kết khóa luận tốt nghiệp này là đề tài do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi chỉ dựa trên mà không sao chép từ bất kì tài liệu hay công trình nào đã được thực hiện trước đó. Nếu có bất kỳ vi phạm nào, chúng tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Người thực hiện Nguyễn Tri Phương Võ Duy Tâm v
LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Đình Phú. Trong suốt quá trình thực hiện đề tài này, Thầy luôn là người đồng hành cùng chúng em với sự chỉ dẫn tận tình, những lời góp ý nhận xét và những kinh nghiệm quý báu được Thầy truyền đạt lại đã tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt đề tài. Chúng em xin cảm ơn đến các Thầy, Cô trong khoa Điện – Điện tử đã giảng dạy cho chúng em những kiến thức nền tảng để chúng em có tiền đề thực thiện đề tài này. Cảm ơn cha mẹ đã tạo điều kiện tốt nhất, là động lực mạnh mẽ để con hoàn thành khóa luận này. Xin chân thành cảm ơn. Người thực hiện Nguyễn Tri Phương Võ Duy Tâm vi
MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................... i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................... iii LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................v LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... vi MỤC LỤC ................................................................................................................ vii LIỆT KÊ HÌNH ........................................................................................................ xii LIỆT KÊ BẢNG .......................................................................................................xv TÓM TẮT ............................................................................................................... xvi Chương 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ...............................................................................................1 1.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ......................................................................................1 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .........................................................................2 1.4. GIỚI HẠN .....................................................................................................2 1.5. BỐ CỤC ........................................................................................................3 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................4 2.1. SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỆN DÂN DỤNG ...................................................4 2.2. TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF THINGS ...............................................4 2.2.1. Giới thiệu .............................................................................................4 2.2.2. Lịch sử hình thành ...............................................................................6 2.2.3. Ứng dụng của IoT ................................................................................6 2.3. CÔNG NGHỆ WIFI ....................................................................................10 2.3.1. Giới thiệu ...........................................................................................10 2.3.2. Công nghệ truyền nhận dữ liệu .........................................................10 2.3.3. Thành phần của mạng Wifi ...............................................................11 2.3.4. Cấu trúc liên kết ................................................................................11 2.3.5. Hotspot ..............................................................................................12 vii
2.3.6. Cách thức hoạt động ..........................................................................12 2.3.7. Giao tiếp trong Wifi ..........................................................................13 2.3.8. Ưu nhược điểm ..................................................................................14 2.3.9. Bảo mật ..............................................................................................14 2.4. HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID .....................................................................14 2.4.1. Giới thiệu ...........................................................................................14 2.4.2. Lịch sử ...............................................................................................15 2.4.3. Tính năng ...........................................................................................15 2.4.4. Kiến trúc cơ bản ................................................................................16 2.4.5. Thành phần của ứng dụng Android ...................................................17 2.4.6. Ưu nhược điểm ..................................................................................18 2.5. GIAO THỨC MQTT ...................................................................................19 2.5.1. Giới thiệu ...........................................................................................19 2.5.2. Lịch sử ...............................................................................................19 2.5.3. Thành phần của MQTT .....................................................................20 2.5.4. MQTT QoS ........................................................................................21 2.5.5. Broker trong IoT ................................................................................21 2.5.6. Ưu điểm .............................................................................................22 2.5.7. Bảo mật ..............................................................................................22 2.6. GIỚI THIỆU NODE – RED........................................................................22 2.6.1. Giới thiệu ...........................................................................................22 2.6.2. Node – RED và IoT ...........................................................................23 2.6.3. Tính năng ...........................................................................................24 2.7. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG .......................................................................25 2.7.1. Giới thiệu chip Wifi ESP32 ...............................................................25 2.7.1.1. Tổng quan ESP32...........................................................................25 2.7.1.2. Đặc điểm ........................................................................................27 viii
2.7.1.3. Sơ đồ chân của module ESP32-WOOM-32 ..................................28 2.7.1.4. Chức năng tích hợp trong ESP32 ...................................................31 2.7.1.4.1. CPU và kiến trúc bộ nhớ .............................................................31 2.7.1.4.2. Timers và Watchdogs..................................................................32 2.7.1.4.3. Hệ thống xung đồng hồ (Clock) ..................................................33 2.7.1.4.4. Wifi .............................................................................................33 2.7.1.4.5. Bluetooth .....................................................................................34 2.7.1.4.6. RTC và quản lý năng lượng thấp ................................................34 2.7.1.5. Thiết bị ngoại vi và cảm biến của ESP32 ......................................34 2.7.1.6. Đặc tính về điện .............................................................................36 2.7.1.7. Sơ đồ nguyên lý module ESP32-WOOM-32 .................................37 2.7.2. Giới thiệu cảm biến ...........................................................................38 2.7.2.1. Giới thiệu .......................................................................................38 2.7.2.2. Hoạt động .......................................................................................38 Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .................................................................41 3.1. GIỚI THIỆU ................................................................................................41 3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ......................................................................41 3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống .............................................................41 3.2.2. Tính toán và thiết kế ..........................................................................43 3.2.2.1. Khối xử lý trung tâm ......................................................................43 3.2.2.2. Khối ngõ ra công suất ....................................................................44 3.2.2.3. Khối cảm biến ................................................................................47 3.2.2.4. Khối nguồn .....................................................................................49 3.2.2.5. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ............................................................51 Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................................52 4.1. GIỚI THIỆU ................................................................................................52 4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG .............................................................................52 ix
4.2.1. Thi công board mạch .........................................................................52 4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra ............................................................................56 4.3. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ....................................................56 4.3.1. Đóng gói bộ điều khiển .....................................................................56 4.3.2. Thi công mô hình ..............................................................................57 4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ...........................................................................57 4.4.1. Lưu đồ giải thuật ...............................................................................57 4.4.1.1. Lưu đồ giải thuật mạch điều khiển.................................................57 4.4.1.2. Lưu đồ giải thuật Web Server ........................................................59 4.4.2. Phần mềm lập trình vi điều khiển ......................................................61 4.4.2.1. Giới thiệu .......................................................................................61 4.4.2.2. Chương trình điều khiển ................................................................65 4.4.3. Web Server ........................................................................................65 4.4.4. Ứng dụng Android .............................................................................71 4.5. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ....................................................74 4.5.1. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng ........................................................74 4.5.2. Quy trình thao tác ..............................................................................74 Chương 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ .............................................76 5.1. GIỚI THIỆU ................................................................................................76 5.2. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ..............................................................................76 5.3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .......................................................................76 5.3.1. Mô hình .............................................................................................76 5.3.2. Điều khiển và giám sát thiết bị, cảm biến qua Web Server ..............77 5.3.3. Điều khiển và giám sát thiết bị, cảm biến qua ứng dụng Android ....79 5.4. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ .....................................................................80 5.4.1. Nhận xét.............................................................................................80 5.4.2. Đánh giá.............................................................................................80 x
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..............................................82 6.1. KẾT LUẬN .................................................................................................82 6.1.1. Ưu điểm .............................................................................................82 6.1.2. Khuyết điểm ......................................................................................82 6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..............................................................................82 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................83 PHỤ LỤC ..................................................................................................................84 xi
LIỆT KÊ HÌNH Hình 2.1. Internet of things .........................................................................................5 Hình 2.2. Ứng dụng của IoT .......................................................................................6 Hình 2.3. Smart Home .................................................................................................7 Hình 2.4. IoT trong giao thông vận tải .......................................................................7 Hình 2.5. IoT trong y tế ...............................................................................................8 Hình 2.6. IoT trong nông nghiệp .................................................................................9 Hình 2.7. Smart City....................................................................................................9 Hình 2.8. Biểu tượng Wifi .........................................................................................10 Hình 2.9. Cấu trúc liên kết ngang hàng ....................................................................11 Hình 2.10. Cấu trúc liên kết dựa trên AP .................................................................12 Hình 2.11. Cách thức hoạt động của mạng Wifi .......................................................13 Hình 2.12. Cách thức giao tiếp trong mạng Wifi ......................................................13 Hình 2.13. Biểu tượng Android .................................................................................15 Hình 2.14. Một số ứng dụng Android .......................................................................18 Hình 2.15. Giao thức MQTT .....................................................................................19 Hình 2.16. Hoạt động của client ...............................................................................20 Hình 2.17. Hoạt động của Topic ...............................................................................20 Hình 2.18. Thành phần của một MQTT trong hệ thống IoT .....................................21 Hình 2.19. Một Node - RED cơ bản ..........................................................................23 Hình 2.20. Node – RED và IoT .................................................................................24 Hình 2.21. Giao diện Node – RED ............................................................................24 Hình 2.22. Module ESP32-WOOM-32 .....................................................................26 Hình 2.23. Kiến trúc của ESP32 ...............................................................................26 Hình 2.24. Sơ đồ bố trí chân của module ESP32-WOOM-32 ..................................31 Hình 2.25. Cấu trúc và địa chỉ bộ nhớ của ESP32 ...................................................32 Hình 2.26. Sơ đồ nguyên lý module ESP32-WOOM-32 ...........................................37 Hình 2.27. Sơ đồ nguyên lý thiết bị ngoại vi module ESP32-WOOM-32 .................38 Hình 2.28. Sơ đồ chân DHT11 ..................................................................................38 Hình 2.29. Xung bắt đầu DHT11 ..............................................................................39 Hình 2.30. Gửi xung phản hồi của DHT11 ...............................................................39 Hình 2.31. Gửi dữ liệu chứa bit 0, bit 1 ....................................................................40 xii
Hình 2.32. Kết thúc đọc giá trị của DHT11 ..............................................................40 Hình 3.1. Sơ đồ mô hình hệ thống .............................................................................41 Hình 3.2. Sơ đồ khối hệ thống ...................................................................................42 Hình 3.3. Ảnh thực tế board ESP32-DevKitC ..........................................................43 Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý board điều khiển ESP32-DevKitC ..................................44 Hình 3.5. Relay 5V-10A ............................................................................................45 Hình 3.6. Diode 1N4007, Opto PC817 và transistor C1815 ....................................46 Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý khối công suất ngõ ra .....................................................47 Hình 3.8. Cảm biến DHT11 ......................................................................................48 Hình 3.9. Sơ đồ kết nối cảm biến DHT11 với ESP32 ...............................................48 Hình 3.10. Module nguồn AC-DC.............................................................................49 Hình 3.11. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ..................................................................50 Hình 3.12. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch .....................................................................51 Hình 4.1. Sơ đồ bố trí linh kiện mạch điều khiển ......................................................53 Hình 4.2. Sơ đồ đi dây mạch in lớp trên ...................................................................53 Hình 4.3. Sơ đồ đi dây mạch in lớp dưới ..................................................................54 Hình 4.4. Sơ đồ 3D mạch điều khiển ........................................................................54 Hình 4.5. Mạch điều khiển sau khi lắp linh kiện.......................................................56 Hình 4.6. Ảnh hộp dựng mạch điều khiển .................................................................56 Hình 4.7. Mô hình mặt trong và mặt ngoài hệ thống ................................................57 Hình 4.8. Lưu đồ điều khiển thiết bị..........................................................................58 Hình 4.9. Lưu đồ Web Server ....................................................................................60 Hình 4.10. Biểu tượng VSCode .................................................................................61 Hình 4.11. Giao diện trang Web tải VSCode ............................................................62 Hình 4.12. Giao diện khởi động VSCode ..................................................................63 Hình 4.13. Cài đặt PlatformIO IDE ..........................................................................63 Hình 4.14. Tạo dự án lập trình cho board ESP32-DevKitC .....................................64 Hình 4.15. Giao diện lập trình ..................................................................................64 Hình 4.16. Đăng ký tài khoản Cloud MQTT .............................................................65 Hình 4.17. Tạo một dự án mới trong Cloud MQTT ..................................................66 Hình 4.18. Thông tin cần thiết cho dự án trong Cloud MQTT .................................66 Hình 4.19. Một số dự án sau khi tạo .........................................................................66 xiii
Hình 4.20. Thông tin chi tiết cho một dự án .............................................................67 Hình 4.21. Nơi giám sát và điều khiển dữ liệu..........................................................67 Hình 4.22. Khởi động Node – RED...........................................................................68 Hình 4.23. Màn hình giao diện thiết kế Web ............................................................69 Hình 4.24. Tạo kết nối với Server .............................................................................69 Hình 4.25. Cấu hình địa chỉ kết nối ..........................................................................69 Hình 4.26. Một nút điều khiển cơ bản .......................................................................70 Hình 4.27. Cấu hình cho một nút ..............................................................................70 Hình 4.28. Tiến hành deploy giao diện .....................................................................71 Hình 4.29. Giao diện nút điều khiển .........................................................................71 Hình 4.30. Ứng dụng MQTT Dashboard ..................................................................71 Hình 4.31. Bảng thuộc tính MQTT Dashboard ........................................................72 Hình 4.32. Tạo một Broker .......................................................................................73 Hình 4.33. Thiết kế và chỉnh sửa giao diện ứng dụng ..............................................73 Hình 4.34. Quy trình thao tác ...................................................................................74 Hình 5.1. Mô hình hệ thống khi được cấp nguồn 220VAC .......................................76 Hình 5.2. Các thiết bị khi chưa được bật trên màn hình điều khiển .........................77 Hình 5.3. Các thiết bị được bật trên màn hình điều khiển ........................................77 Hình 5.4. Nhiệt độ và độ ẩm bộ điều khiển hiển thị trên giao diện Web ..................78 Hình 5.5. Trạng thái thiết bị được giám sát trên Cloud MQTT ................................78 Hình 5.6. Giao diện ứng dụng Android khi các thiết bị tắt, bật và giá trị cảm biến 79 Hình 5.7. Mô hình khi bật các thiết bị ......................................................................79 xiv
LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1: Thống kê các thiết bị điện trong phòng học và công suất tiêu thụ.............4 Bảng 2.2: Các phiên bản module của ESP32 ...........................................................25 Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật cơ bản của module ESP32-WOOM-32 .......................27 Bảng 2.4: Định nghĩa các chân module ESP32-WOOM-32 .....................................28 Bảng 2.5: Các thông số đề nghị cho module ESP32-WOOM-32 .............................36 Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật Relay ...........................................................................45 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật module cảm biến DHT11 ............................................48 Bảng 3.3: Dòng điện của các linh kiện sử dụng trong mạch điều khiển ..................49 Bảng 4.1: Danh sách linh kiện sử dụng ....................................................................55 Bảng 4.2: Thông tin server MQTT ............................................................................67 Bảng 5.1: Số liệu thực nghiệm ..................................................................................80 xv
TÓM TẮT Công nghệ đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. IoT, hiện đã và đang phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, nó đơn giản là một hệ thống bao gồm tất cả mọi thứ xung quanh chúng ta được kết nối với nhau thông qua Internet. Xu hướng này làm cho mọi thứ trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết, khi mà sự tương tác giữa con người và thiết bị được tối ưu hóa nhất có thể. Điều khiển, giám sát thiết bị từ xa là một trong những ứng dụng phổ biến nhất của xu hướng này. Với mục đích tiếp cận xu hướng trên và mong muốn nắm bắt những công nghệ mới nên nhóm chúng tôi quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công mô hình điều khiển thiết bị điện”. Đề tài này sẽ là một hệ thống hoàn thiện bao gồm phần cứng phần mềm, và có thể đáp ứng được cho các phòng học, phòng thí nghiệm, hộ gia đình, … Nội dung chính của đề tài • Sử dụng board ESP32-DevKitC làm mạch điều khiển trung tâm. • Điều khiển thiết bị trên ứng dụng Android và giao diện Web thông qua Internet. • Giám sát trạng thái hoạt động của thiết bị qua Web Server. • Lưu trữ trạng thái điều khiển của thiết bị. xvi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Xã hội ngày càng phát triển không ngừng, công nghệ ngày càng hiện đại để đáp ứng nhu cầu càng cao của con người. Chính vì thế công nghệ bây giờ đang gần gũi với cuộc sống hằng ngày hơn bao giờ hết, chúng ta đang ở trong thời đại mà sự bùng phát kỹ thuật tiên tiến và các ứng dụng của nó rất mạnh mẽ. Dưới bóng của nó là các công nghệ được tích hợp trong rất nhiều lĩnh vực như ôtô, tàu điện ngầm, các lĩnh vực y tế, giáo dục và cả trong nhà ở, ... Trong những năm trở lại đây, kỹ thuật truyền và nhận dữ liệu không dây có những bước phát triển vượt bậc nhằm thay thế các hệ thống dây dẫn phức tạp còn nhiều hạn chế, không đáp ứng được cho việc truyền dẫn đến những khu vực xa xôi. Sự ra đời và phát triển của công nghệ này đã góp phần làm cho các hệ thống điều khiển thông minh, giám sát từ xa trở nên dễ dàng hơn. Hiện nay, có nhiều công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây như RF, NFC, Bluetooth, Wifi, ... Trong đó Wifi là một trong số công nghệ phổ biến, được sử dụng rộng rãi nhất. Để có thể tiếp cận và nắm bắt được xu thế đó, nhóm chúng tôi quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công mô hình điều khiển thiết bị điện”. Như ý nghĩa của tên đề tài, chúng tôi mong muốn có thể nắm bắt xu hướng công nghệ điều khiển thông minh hiện nay và qua đó chúng tôi hi vọng đề tài này sẽ ứng dụng được cho các phòng học, phòng thực hành, các cơ quan làm việc chưa có hệ thống điều khiển thích hợp, nhằm mục đích sử dụng hiệu quả các thiết bị điện cũng như mang lại sự tiện lợi, an toàn cho người dùng. 1.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Đề tài được nhóm nghiên cứu và thực hiện dựa trên những kiến thức đã học và tìm hiểu. Nhóm sẽ thiết kế và thi công hệ thống điều khiển các thiết bị điện trong phòng học qua ứng dụng Android trên điện thoại, đồng thời điều khiển và giám sát được trạng thái của thiết bị từ xa qua Web. Cụ thể hệ thống được tích hợp module ESP32 điều khiển thông qua Wifi và tất cả dữ liệu được lưu trữ trên một Web Server. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Qua khảo sát thực tế tại một số phòng học tại trường, nhóm sẽ thiết kế hệ thống điều khiển cho một phòng học có 12 thiết bị bao gồm 4 đèn, 4 quạt, 3 loa và 1 tivi. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • Nội dung 1: Tìm hiểu công nghệ Wifi. Các đặc điểm của công nghệ, cách thức giao tiếp và chế độ hoạt động. • Nội dung 2: Tìm hiểu hệ điều hành Android. • Nội dung 3: Tìm hiểu cách gửi và nhận dữ liệu thông qua máy chủ Server MQTT. • Nội dung 4: Tìm hiểu module ESP32, thiết kế hệ thống giao tiếp. • Nội dung 5: Tính toán, thiết kế và thi công mạch phần cứng, phần mềm. • Nội dung 6: Thiết kế mô hình, lắp ráp các khối điều khiển. • Nội dung 7: Chạy thử, kiểm tra, cân chỉnh tối ưu hệ thống. • Nội dung 8: Đánh giá kết quả thực hiện. • Nội dung 9: Viết báo cáo luận văn tốt nghiệp. • Nội dung 10: Bảo vệ luận văn. 1.4. GIỚI HẠN Mô hình giới hạn cho các thiết bị điện trong phòng học như: đèn, quạt, tivi, loa hiển thị trạng thái hoạt động thông qua đèn báo trên mô hình. Hệ thống điều khiển được 4 thiết bị điện 220VAC cho mỗi module. Giao tiếp giữa ESP32, đồng bộ điều khiển thiết bị với ứng dụng Android và với Web Server. Giám sát được nhiệt độ và độ ẩm của bộ điều khiển. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2