Báo cáo btl phát triển ứng dụng iot
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (743.84 KB, 17 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
----------
BÁO CÁO
MÔN: PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG IOT
ĐỀ TÀI : MÔ PHỎNG CẢM BIẾN ÁNH SÁNG IOT & BẬT TẮT
QUA BLYNK APP
Hà Nội – 2023
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................3
NỘI DUNG...................................................................................................................4
I. Mục đích:............................................................................................................. 4
II.
Ứng dụng..........................................................................................................4
III.
Thiết kế hệ thống..............................................................................................5
IV.
Cài đặt và lập trình...........................................................................................6
V.
Thực hiện.........................................................................................................8
VI.
Thiết lập kết nối giữa các cổng COM ảo........................................................18
VII.
Kết quả thực nghiệm...................................................................................21
VIII.
Kết luận và hướng phát triển.......................................................................22
KẾT LUẬN.................................................................................................................23
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................24
2
LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển của Internet of Things (IoT), cảm biến đóng vai trị quan trọng
trong việc thu thập dữ liệu từ môi trường xung quanh để giúp các hệ thống tự động hố
và quản lý thơng minh hoạt động hiệu quả hơn. Trong đó, cảm biến ánh sáng quang trở
là một trong những loại cảm biến quan trọng được sử dụng rộng rãi trong các ứng
dụng IoT, đặc biệt là trong lĩnh vực chiếu sáng và quản lý năng lượng.
Trong báo cáo này, tơi sẽ trình bày về nguyên lý hoạt động của cảm biến ánh sáng
quang trở, các ứng dụng của nó trong IoT, cách thiết kế và lắp đặt cảm biến ánh sáng
quang trở và các thách thức trong việc triển khai và sử dụng cảm biến này trong các hệ
thống IoT. Tôi hy vọng báo cáo này sẽ cung cấp cho các bạn những kiến thức cơ bản
về cảm biến ánh sáng quang trở và giúp các bạn hiểu rõ hơn về vai trò quan trọng của
nó trong IoT.
3
NỘI DUNG
I.
-
Mục đích:
Tìm hiểu, học hỏi, vận dụng những bài học, cơng nghệ IOT hiện có và xu
hướng phát triển.
-
Tự nghiên cứu và phát triên thêm nhiều ứng dụng IOT trong tương lai.
-
Vận dụng kiến thức đã học trên giảng đường, tài liệu nhà trường và kiến thức tự
tìm hiểu để làm ra sản phẩm mô phỏng thiết bị chiếu sáng thơng minh – tự động
có kết nối và điều khiển qua internet.
II.
Ứng dụng.
Cảm biến ánh sáng thông minh là một loại cảm biến thơng minh, có thể phân biệt
được sự khác nhau về mức độ sáng tại các điểm khác nhau trên bề mặt hoặc trong
không gian. Cảm biến ánh sáng thơng minh có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực
khác nhau, bao gồm:
Chiếu sáng thông minh: Cảm biến ánh sáng thông minh được sử dụng trong hệ
thống chiếu sáng thông minh để điều chỉnh độ sáng tùy thuộc vào mức độ ánh sáng tự
nhiên của môi trường. Điều này giúp tiết kiệm năng lượng và tăng cường hiệu suất
chiếu sáng.
Điều khiển nhiệt độ trong phòng: Cảm biến ánh sáng thơng minh có thể được sử
dụng để điều khiển nhiệt độ trong phòng. Khi mức độ ánh sáng thay đổi, cảm biến sẽ
đọc được dữ liệu và điều chỉnh nhiệt độ để đảm bảo sự thoải mái và tiết kiệm năng
lượng.
Quản lý năng lượng trong nhà thông minh: Cảm biến ánh sáng thơng minh cũng có
thể được sử dụng để quản lý năng lượng trong nhà thông minh, bằng cách điều khiển
các thiết bị tiêu thụ năng lượng, như máy lạnh, quạt, đèn, v.v. dựa trên mức độ ánh
sáng tự nhiên trong môi trường.
Điều khiển tưới cây tự động: Cảm biến ánh sáng thơng minh có thể được sử dụng
để điều khiển hệ thống tưới cây tự động. Khi mức độ ánh sáng thay đổi, cảm biến sẽ
kích hoạt hệ thống tưới cây để đảm bảo rằng cây trồng luôn được cung cấp đủ nước và
ánh sáng.
Theo dõi thời tiết: Cảm biến ánh sáng thơng minh cũng có thể được sử dụng để
theo dõi thời tiết, như đo mức độ ánh sáng mặt trời, đo nhiệt độ, độ ẩm và các thay đổi
khác của môi trường. Với những ứng dụng trên, cảm biến ánh sáng thông minh đang
ngày càng được ứng dụng rộng rãi.
4
III.
Thiết kế hệ thống.
1. Mô tả:
Hệ thống cảm biến ánh sáng IoT là một hệ thống được thiết kế để giám sát mức
độ ánh sáng trong môi trường và chuyển đổi các dữ liệu đó thành tín hiệu số để truyền
tải qua mạng internet. Thiết kế hệ thống này có thể bao gồm các thành phần sau:
Cảm biến ánh sáng: Thiết bị này sử dụng các cảm biến ánh sáng để đo
lường mức độ ánh sáng trong môi trường. Các cảm biến này có thể được
tích hợp trong một mạch tích hợp hoặc được lắp đặt tách biệt.
Mạch điều khiển: Mạch này được sử dụng để điều khiển cảm biến và thu
thập dữ liệu đo được từ cảm biến. Mạch điều khiển có thể được tích hợp
trong một module hoặc được lắp đặt tách biệt.
Đơn vị xử lý trung tâm: Đây là một thiết bị điện tử được sử dụng để xử lý
và lưu trữ dữ liệu từ các cảm biến ánh sáng. Đơn vị xử lý trung tâm có thể
được tích hợp trong một module hoặc được lắp đặt tách biệt.
Kết nối mạng: Thiết bị này được sử dụng để kết nối hệ thống cảm biến
ánh sáng với mạng internet. Kết nối này có thể được thực hiện thông qua
WiFi, Bluetooth, hoặc các giao thức mạng khác.
Ứng dụng điều khiển: Ứng dụng này được sử dụng để hiển thị dữ liệu từ
các cảm biến ánh sáng và điều khiển hệ thống cảm biến. Ứng dụng điều
khiển có thể được cài đặt trên điện thoại thơng minh hoặc máy tính.
Nguồn điện: Hệ thống cảm biến ánh sáng cần có nguồn điện liên tục để
hoạt động. Nguồn điện có thể được cung cấp bằng cách sử dụng nguồn
điện mạng hoặc nguồn điện pin.
Các thiết bị trong hệ thống cảm biến ánh sáng IoT có thể được tích hợp hoặc lắp
đặt tách biệt và được kết nối với nhau thông qua mạng internet. Dữ liệu từ các cảm
biến ánh sáng được chuyển đổi thành tín hiệu số và truyền tải qua mạng internet đến
đơn vị xử lý trung tâm để xử lý và lưu trữ. Từ đó, người dùng có thể truy cập dữ liệu
từ các cảm biến ánh sáng thông qua ứng dụng điều khiển.
Ứng dụng điều khiển có thể cung cấp thơng tin chi tiết về mức độ ánh sáng trong
môi trường, bao gồm cả các thông số như độ sáng, ánh sáng mặt trời và ánh sáng nhân
tạo. Người dùng có thể tùy chỉnh cài đặt trên ứng dụng để theo dõi và điều khiển các
thiết bị cảm biến ánh sáng.
Hơn nữa, hệ thống cảm biến ánh sáng IoT cũng có thể tích hợp với các hệ thống
khác để giúp kiểm soát năng lượng tiêu thụ, tăng cường hiệu suất và giảm chi phí. Ví
5
dụ, hệ thống cảm biến ánh sáng IoT có thể tích hợp với hệ thống điều khiển tự động để
điều khiển đèn chiếu sáng và tối đa hoá tiết kiệm năng lượng.
2. Các phần mềm và cơng nghệ có thể sử dụng trong hệ thống.
Phần mềm lập trình: Phần mềm lập trình như Arduino IDE, Visual
Studio Code hoặc Eclipse IDE có thể được sử dụng để lập trình mạch
điều khiển và đơn vị xử lý trung tâm.
Các thư viện phần mềm: Các thư viện phần mềm như thư viện Wire.h,
thư viện ESP8266WiFi.h hoặc thư viện PubSubClient.h có thể được sử
dụng để tương tác với các linh kiện trong hệ thống và gửi dữ liệu đến
đơn vị xử lý trung tâm.
Công nghệ mạng: Công nghệ mạng như Wi-Fi, Bluetooth hoặc
LoRaWAN có thể được sử dụng để kết nối hệ thống cảm biến ánh
sáng với mạng internet.
Các nền tảng IoT: Các nền tảng IoT như AWS IoT, Google Cloud IoT
hay Microsoft Azure IoT có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu từ các
cảm biến ánh sáng và quản lý hệ thống.
Các ứng dụng di động: Các ứng dụng di động như Android App hoặc
iOS App có thể được sử dụng để hiển thị dữ liệu từ các cảm biến ánh
sáng và điều khiển hệ thống.
Các cơng cụ phân tích dữ liệu: Các cơng cụ phân tích dữ liệu như
MATLAB, R hoặc Python có thể được sử dụng để phân tích và xử lý
dữ liệu thu thập được từ các cảm biến ánh sáng.
IV.
Cài đặt và lập trình.
1. Hướng dẫn cài đặt phần cứng:
-
Bước 1: Chuẩn bị các thiết bị cần thiết như: Arduino board, cảm biến ánh
sáng, breadboard, dây nối, laptop hoặc PC.
-
Bước 2: Kết nối cảm biến ánh sáng với Arduino board. Sử dụng
breadboard để kết nối các dây nối giữa cảm biến và board. Dựa vào
datasheet của cảm biến ánh sáng để kết nối đúng chân.
-
Bước 3: Kết nối Arduino board với laptop hoặc PC sử dụng cáp USB.
-
Bước 4: Tải và cài đặt Arduino IDE trên laptop hoặc PC.
-
Bước 5: Mở Arduino IDE và chọn Board và Port cho Arduino board.
Chọn loại board là Arduino Uno và chọn Port mà board được kết nối.
-
Bước 6: Tải và cài đặt thư viện để đọc dữ liệu từ cảm biến ánh sáng. Ví
dụ, có thể sử dụng thư viện TSL2561 để đọc dữ liệu từ cảm biến ánh sáng.
6
-
Bước 7: Viết mã lập trình Arduino để đọc dữ liệu từ cảm biến ánh sáng và
gửi dữ liệu lên internet.
2. Hướng dẫn lập trình Arduino để đọc dữ liệu từ cảm biến và gửi lên
Internet:
-
Bước 1: Định nghĩa chân kết nối cảm biến ánh sáng với Arduino board.
-
Bước 2: Tạo biến để lưu trữ giá trị đọc được từ cảm biến ánh sáng.
-
Bước 3: Sử dụng thư viện Wire.h để giao tiếp với cảm biến ánh sáng qua
giao thức I2C.
-
Bước 4: Sử dụng thư viện ESP8266WiFi.h để kết nối với internet thơng
qua module Wi-Fi ESP8266.
-
Bước 5: Lập trình để đọc giá trị ánh sáng từ cảm biến, lưu giá trị vào biến
và gửi giá trị lên internet sử dụng phương thức HTTP POST. Cụ thể, có
thể sử dụng platform như Thingspeak, Adafruit IO hoặc Blynk để hiển thị
dữ liệu.
3. Hướng dẫn tạo ứng dụng trên Blynk app để điều khiển hệ thống:
-
Bước 1: Tạo tài khoản trên Blynk App.
-
Bước 2: Tạo một project mới trên Blynk App.
-
Bước 3: Thêm các widget cần thiết vào project như button, slider, LED.
-
Bước 4: Thiết lập kết nối giữa project trên Blynk App và hệ thống
Arduino board. Có thể sử dụng kết nối Wi-Fi hoặc Bluetooth để kết nối.
-
Bước 5: Lập trình trên Arduino để đọc dữ liệu từ các widget trên Blynk
App và điều khiển hệ thống. Sử dụng thư viện Blynk.h để giao tiếp giữa
Arduino và Blynk App.
-
Bước 6: Cập nhật mã lập trình Arduino lên board và khởi động kết nối
giữa board và Blynk App.
-
Bước 7: Kiểm tra và thử nghiệm ứng dụng trên Blynk App để điều khiển
hệ thống.
Với cách tiếp cận này, hệ thống sẽ có thể đọc dữ liệu từ cảm biến ánh sáng và
gửi dữ liệu lên internet. Ngồi ra, người dùng cũng có thể sử dụng Blynk
App để điều khiển hệ thống theo ý muốn. Tuy nhiên, việc lập trình và cài đặt
phần cứng có thể phức tạp đối với những người mới bắt đầu trong lĩnh vực
IoT. Để đảm bảo sự an toàn và hiệu quả, người dùng nên nghiên cứu kỹ về
các phần cứng và phần mềm cần thiết trước khi bắt đầu thực hiện dự án IoT.
V.
Thực hiện.
1. Thiết kế mạch trên phần mềm Proteus.
7
-
Nối đèn led qua điện trở kết nối với chân pin 11 của Arduino, đầu còn lại nối
đất.
-
Kết nối thiết bị COMPIM với chân RX, TX tướng ứng với chân pin của
Arduino.
8
2. Code nạp vào
9
10
VI.
Thiết lập kết nối giữa các cổng COM ảo
- Khởi động phần mềm VSPE đã cài đặt từ trước, ta tạo 2 cổng COM 3, COM 5
-
Hoàn thành cài đặt
11
- Cài đặt thông số thiết bị COMPIM trong phần mềm Proteus như hình dưới:
12
- Chạy file batch tại \Documents\Arduino\libraries\Blynk\scripts
VII.
Kết quả thực nghiệm.
Kết quả thực nghiệm với hệ thống cảm biến IoT bao gồm việc đọc dữ liệu từ cảm
biến ánh sáng và gửi dữ liệu lên internet, cũng như điều khiển hệ thống bằng ứng dụng
trên Blynk App. Sau đây là phân tích và đánh giá các kết quả đạt được:
1. Đọc dữ liệu từ cảm biến ánh sáng và gửi dữ liệu lên internet:
Kết quả: Hệ thống cảm biến đã đọc được giá trị ánh sáng từ cảm biến và gửi dữ
liệu lên internet thành công sử dụng nền tảng Blynk.
13
Phân tích: Q trình đọc dữ liệu và gửi dữ liệu lên internet đã được thực hiện
thành công và đáp ứng được yêu cầu của hệ thống. Dữ liệu có thể được lưu trữ
và hiển thị trên các nền tảng đám mây để dễ dàng quản lý và theo dõi.
2. Điều khiển hệ thống bằng ứng dụng trên Blynk App:
Kết quả: Hệ thống đã có thể điều khiển bật/tắt đèn thơng qua ứng dụng trên
Blynk App.
Phân tích: Việc sử dụng Blynk App để điều khiển hệ thống đã đơn giản hóa
việc điều khiển và quản lý hệ thống. Người dùng có thể điều khiển hệ thống từ
xa thông qua ứng dụng trên điện thoại một cách dễ dàng.
Tổng kết: Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống cảm biến IoT đã hoạt động ổn định
và đáp ứng được yêu cầu của dự án. Điều này cho thấy tiềm năng của IoT trong việc
tăng cường quản lý và điều khiển các thiết bị thông minh. Tuy nhiên, việc triển khai hệ
thống cảm biến IoT cần phải được thực hiện một cách thận trọng để đảm bảo an toàn
và hiệu quả của hệ thống.
14
VIII. Kết luận và hướng phát triển
1. Tóm tắt các kết quả đạt được:
- Hệ thống cảm biến IoT đã được cài đặt và lập trình thành cơng để đọc dữ
liệu từ cảm biến ánh sáng và gửi dữ liệu lên internet.
- Ứng dụng trên Blynk App đã được tạo để điều khiển hệ thống bật/tắt đèn
thông qua kết nối Wi-Fi hoặc Bluetooth.
- Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống cảm biến IoT đã hoạt động ổn định
và đáp ứng được yêu cầu của dự án.
2. Đề xuất hướng phát triển của hệ thống trong tương lai:
- Tăng cường tính năng của ứng dụng trên Blynk App để điều khiển và quản
lý các thiết bị thông minh khác như máy lạnh, quạt, cửa tự động,...
- Tăng tính ứng dụng của hệ thống trong các lĩnh vực khác như nông nghiệp,
y tế, đơ thị thơng minh,...
- Tích hợp thêm các tính năng bảo mật và khả năng tự động cập nhật phần
mềm để tăng tính bảo mật và ổn định của hệ thống.
- Sử dụng các cảm biến khác để thu thập thông tin đa dạng và phong phú hơn
nhằm hỗ trợ quản lý và giám sát một cách tốt hơn.
- Nghiên cứu và triển khai các giải pháp trí tuệ nhân tạo nhằm nâng cao hiệu
quả của hệ thống và phát hiện các vấn đề sớm hơn.
15
KẾT LUẬN
Trong bài báo cáo này, chúng ta đã đề cập đến việc cài đặt và lập trình hệ thống
cảm biến IoT để đọc dữ liệu từ cảm biến ánh sáng và gửi dữ liệu lên internet, cũng như
điều khiển hệ thống bằng ứng dụng trên Blynk App. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ
thống cảm biến IoT đã hoạt động ổn định và đáp ứng được yêu cầu của dự án.
Các hướng phát triển của hệ thống trong tương lai có thể tăng cường tính năng của ứng
dụng trên Blynk App, tích hợp các tính năng bảo mật và khả năng tự động cập nhật
phần mềm, sử dụng các cảm biến khác để thu thập thông tin đa dạng và phong phú
hơn, nghiên cứu và triển khai các giải pháp trí tuệ nhân tạo nhằm nâng cao hiệu quả
của hệ thống và phát hiện các vấn đề sớm hơn.
Với sự phát triển của IoT, hệ thống cảm biến IoT sẽ đóng vai trị quan trọng trong việc
quản lý và giám sát các thiết bị thơng minh, từ đó giúp cho cuộc sống của chúng ta trở
nên thông minh và tiện ích hơn.
16
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. "The Internet of Things (IoT): A Concise Introduction" của John Davies
2. "Building Internet of Things with the Arduino" của Charalampos Doukas
3. "IoT Solutions in Microsoft's Azure IoT Suite" của Scott Klein
4. "Practical Internet of Things Security" của Brian Russell, Drew Van Duren và
John R. Vacca
5. "Designing Connected Products: UX Design for the Internet of Things" của
Claire Rowland, Elizabeth Goodman, Martin Charlier và Ann Light
6. "IoT Fundamentals: Networking Technologies, Protocols, and Use Cases for
the Internet of Things" của David Hanes, Gonzalo Salgueiro và Patrick
Grossetete
7. "IoT Data Analytics with Spark and Cassandra" của Md. Rezaul Karim và
Sridhar Alla
8. "The Internet of Things: Do-It-Yourself at Home Projects for Arduino,
Raspberry Pi and BeagleBone Black" của Donald Norris
9. "IoT Inc: How Your Company Can Use the Internet of Things to Win in the
Outcome Economy" của Bruce Sinclair
"Building the Internet of Things: Implement New Business Models, Disrupt
Competitors, Transform Your Industry" của Maciej Kranz.
10.
17
