ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA BLUETOOTH VÀ WIFI ESP8266
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.22 MB, 47 trang )
TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN 3
NHÀ AN TOÀN THÔNG MINH
Người hướng dẫn: ThS. NGÔ TÚ QUỲNH
Người thực hiện: Phan Quang Hiển
Lớp: 14040201
Khoá: 18
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2018
TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN 3
NHÀ AN TOÀN THÔNG MINH
Người hướng dẫn: ThS. NGÔ TÚ QUỲNH
Người thực hiện: Phan Quang Hiển
Lớp: 14040201
Khoá: 18
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2018
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn cô ThS. Ngô Tú Quỳnh đã tận tình hướng dẫn, giải
đáp những thắc mắc của em trong suốt quá trình làm đồ án. Nếu không có sự chỉ bảo
tận tình của cô thì tiến độ đồ án này của em không hoàn thành đúng tiến độ. Em cũng
xin chân thành cảm ơn quý thầy cô ở khoa Điện - Điện tử, nhờ những kiến thức thầy
cô đã truyền đạt trong các môn học cơ sở, nên em đã có đầy đủ kiến thức để hoàn
thiện đồ án.
Do kinh nghiệm thực tế chưa nhiều, nên đồ án chưa được hoàn thiện tối ưu
nhất. Em mong nhận được sự góp ý, chỉ dạy từ các thầy cô để em có thể hoàn thiện
tốt hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 4 năm 2018
Tác giả
Phan Quang Hiển
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng
dẫn khoa học của cô ThS. Ngô Tú Quỳnh. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề
tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số
liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính
tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số
liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn
gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
về nội dung luận văn của mình. Trường Đại Học Tôn Đức Thắng không liên quan
đến những vi phạm tác giả, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu
có).
TP. Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 04 năm 2018
Tác giả
Phan Quang Hiển
Tờ nhiệm vụ
Tờ lịch trình
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ..................................................................................... VIII
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................. X
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ AN TOÀN THÔNG MINH .............................1
1.1
GIỚI THIỆU ..................................................................................................................1
1.1.1 Yêu cầu của đề tài ....................................................................................................1
1.1.2 Hướng giải quyết .....................................................................................................1
1.2
NGUYÊN LÝ CHUNG ....................................................................................................2
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI .........................................................................3
2.1
SƠ ĐỒ KHỐI .................................................................................................................3
2.2
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ......................................................................................................3
2.3
LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ....................................................................................................3
2.3.1 Trung tâm .................................................................................................................4
2.3.2 App Android .............................................................................................................4
2.3.3 Webserver ESP8266 ................................................................................................6
2.3.4 Đếm người ra vào ....................................................................................................7
2.3.5 Mở cửa mật khẩu .....................................................................................................8
2.3.6 Cảnh báo đột nhập ...................................................................................................9
CHƯƠNG 3. TÌM HIỂU LINH KIỆN ..........................................................................10
3.1
VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A .....................................................................................10
3.2
BLUETOOTH HC-06 ..................................................................................................11
3.2.1 Mô tả sơ lược .........................................................................................................11
3.2.2 Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân ............................................................................12
3.2.3 Thiết lập mặc định .................................................................................................12
3.3
MODULE THU PHÁT WIFI ESP8266 ...........................................................................12
3.3.1 Mô tả sơ lược .........................................................................................................12
3.3.2 Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân ............................................................................13
3.3.3 Chức năng của từng chân ......................................................................................13
3.4
CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG PIR HC-SR501 ................................................................14
3.4.1 Mô tả sơ lược .........................................................................................................14
3.4.2 Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân ............................................................................14
3.5
CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM DHT11.........................................................................15
3.5.1 Mô tả sơ lược .........................................................................................................15
3.5.2 Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân ............................................................................15
3.6
CẢM BIẾN ÁNH SÁNG QUANG TRỞ .............................................................................16
3.6.1 Mô tả sơ lược .........................................................................................................16
3.6.2 Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân ............................................................................16
3.7
MỘT SỐ LINH KIỆN KHÁC ..........................................................................................17
3.7.1 IC ổn áp LM7805 ...................................................................................................17
3.7.2 Module giảm áp ASM 1117 ...................................................................................17
3.7.3 LCD 20x4 ...............................................................................................................18
CHƯƠNG 4. LẬP TRÌNH VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG ........................................19
4.1
LẬP TRÌNH ................................................................................................................19
4.1.1 Ứng dụng Hsecurity ...............................................................................................19
4.1.2 CCS C Compiler ....................................................................................................19
4.2
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG ..........................................................................20
4.2.1 Thiết kế ...................................................................................................................20
4.2.2 Thi công phần cứng ...............................................................................................21
CHƯƠNG 5. ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN ...................................................................24
5.1
ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG ................................................................................................24
5.1.1 Ưu điểm ..................................................................................................................24
5.1.2 Nhược điểm ............................................................................................................24
5.2
HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................................................................................................24
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................25
PHỤ LỤC A 26
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2-1: Sơ đồ khối .................................................................................................3
Hình 2-2: Sơ nguyên lý .............................................................................................3
Hình 2-3: Lưu đồ giải thuật trung tâm ...................................................................4
Hình 2-4: Lưu đồ giải thuật App android ...............................................................5
Hình 2-5: Lưu đồ giải thuật Webserver ..................................................................6
Hình 2-6: Lưu đồ giải thuật đếm người ra vào ......................................................7
Hình 2-7: Lưu đồ giải thuật mở cửa bằng mật khẩu .............................................8
Hình 2-8: Lưu đồ giải thuật cảnh báo đột nhập .....................................................9
Hình 3-1: Hình ảnh thực tế PIC 16f877A[6].........................................................10
Hình 3-2: Module Bluetooth HC-06 [2].................................................................11
Hình 3-3: Sơ đồ chân Bluetooth HC-06 [2] ...........................................................12
Hình 3-4: Sơ đồ chân ESP 8266 [8] .......................................................................13
Hình 3-5: PIR HC-SR501 [5] .................................................................................14
Hình 3-6: Sơ đồ chân PIR HC-SR501 [5] .............................................................14
Hình 3-7: Sơ đồ chân DHT11 [5] ...........................................................................15
Hình 3-8: Cảm biến ánh sáng quang trở ...............................................................16
Hình 3-9: IC LM7805 [6] ........................................................................................17
Hình 3-10: Nguồn giảm áp ASM 1117 [6] .............................................................17
Hình 3-11: Module LCD 20x4 [3] .........................................................................18
Hình 4-1: Giao diện lập trình ứng dụng Hsecurity ..............................................19
Hình 4-2: Giao diện lập trình CCS C Compiler ...................................................20
Hình 4-3: Hình ảnh board mạch in .......................................................................20
Hình 4-4: Hình ảnh 3D phần cứng ........................................................................21
Hình 4-5: Hình ảnh mach in ...................................................................................21
Hình 4-6: Mạch in sau khi ủi lên board đồng .......................................................22
Hình 4-7: Công đoạn rửa mạch in .........................................................................22
Hình 4-8: Hàn mạch hoàn thiện .............................................................................23
Hình 4-9: Mạch hoàn thiện.....................................................................................23
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
VDC
Volt Direct Current
GND
Ground
IC
Integrated Circuit
PIR
Passive Infrared Sensor
UART
Universal Asynchronous Receiver – Transmitter
ĐỒ ÁN 3
Trang 1/35
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ NHÀ AN TOÀN THÔNG MINH
1.1 Giới thiệu
Nhà an toàn thông minh là một ngôi nhà trong đó tất cả thiết bị như đèn chiếu
sáng, rèm cửa, điều hòa, bình nước nóng, âm thanh, hệ thống báo cháy cửa ra
vào, hệ thống camera an ninh, hệ thống quản lý số người trong nhà, hệ thống
kiểm soát nhiệt độ độ ẩm của căn phòng hay hệ thống tưới sân vườn ,… được
kết nối với nhau và “Giao tiếp” với con người thông qua bluetooth và wifi
đóng vai trò sợi dây kết nối. Đồng thời, nhà thông minh cho phép người dùng
có thể điều khiển kiểm soát hệ thống các thiết bị điện trong ngôi nhà từ xa, an
toàn và bảo mật. Với Smartphone thì bạn có thể kiểm soát ngôi nhà của mình
ở bất cứ nơi đâu có kết nối internet.
1.1.1 Yêu cầu của đề tài
-
Theo dõi nhiệt độ và trạng thái các thiết bị trong nhà
-
Kiểm soát an ninh: biết số lượng người trong nhà, chống đột nhập
-
Khi chủ ở nhà thì sử dụng bluetooth, khi chủ vắng nhà có thể truy cập wifi để
theo dõi
-
Vi xử lý dùng PIC 16F877A.
-
Thi công phần cứng.
1.1.2 Hướng giải quyết
Viết sơ đồ khối, sơ đồ giải thuật, tìm hiểu rõ các linh kiện, lập trình code, thiết
kế và thi công phần cứng, hoàn thiện đề tài.
Nhà An Toàn Thông Minh
SVTH: Phan Quang Hiển
ĐỒ ÁN 3
Trang 2/35
1.2 Nguyên lý chung
Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị trong gia đình, ở đây điều khiển 2 thiết
bị. Hệ thống cảnh báo đột nhập thông qua cảm biến thân nhiệt chuyển động
PIR HC-SR501. Giám sát số người trong phòng bằng cảm biến quang. Mật
khẩu 3 nút nhấn bảo mật an ninh. Giám sát nhiệt độ, độ ẩm trong phòng thông
qua cảm biến DHT11. Tất cả hiển thị thông tin trên LCD 20x4. Điều khiển và
giám sát qua giao tiếp UART dùng cho bluetooth HC-06 và giao tiếp với
internet dùng module wifi ESP8266.
Nhà An Toàn Thông Minh
SVTH: Phan Quang Hiển
ĐỒ ÁN 3
Trang 3/35
CHƯƠNG 2.
NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
2.1 Sơ đồ khối
Hình 2-1: Sơ đồ khối
2.2 Sơ đồ nguyên lý
Hình 2-2: Sơ nguyên lý
Nhà An Toàn Thông Minh
SVTH: Phan Quang Hiển
ĐỒ ÁN 3
Trang 4/35
2.3 Lưu đồ giải thuật
2.3.1 Trung tâm
Hình 2-3: Lưu đồ giải thuật trung tâm
Chú thích: Khi khởi động hệ thống, cấu hình ở chế độ mặc định. Ở đây hệ thống có
thể điều khiển thiết bị bằng bluetooth hoặc wifi thông qua một nút nhấn chuyển đổi.
Nhấn nút nhấn đèn vàng sáng thì chế độ điều khiển bằng bluetooth hoạt động, đèn
vàng tắt thì wifi hoạt động.
Nhà An Toàn Thông Minh
SVTH: Phan Quang Hiển
ĐỒ ÁN 3
Trang 5/35
2.3.2 App Android
Hình 2-4: Lưu đồ giải thuật App android
Chú thích: Khi mở app android, đầu tiên app sẽ yêu cầu bật bluetooth trên smartphone
và kết nối với module HC-06. Hiển thị giao diện điều khiển thiết bị, bắt đầu gửi tín
hiệu điều khiển xuống trung tâm.
Nhà An Toàn Thông Minh
SVTH: Phan Quang Hiển
ĐỒ ÁN 3
Trang 6/35
2.3.3 Webserver ESP8266
Hình 2-5: Lưu đồ giải thuật Webserver
Nhà An Toàn Thông Minh
SVTH: Phan Quang Hiển
ĐỒ ÁN 3
Trang 7/35
2.3.4 Đếm người ra vào
Hình 2-6: Lưu đồ giải thuật đếm người ra vào
Chú thích: Cảm biến quang có chức năng đếm số người ra vào trong nhà bằng hai
cảm biến quang tương ứng với một cảm biến đếm lượt vào và một cảm biến đếm lượt
ra.
Nhà An Toàn Thông Minh
SVTH: Phan Quang Hiển
ĐỒ ÁN 3
Trang 8/35
2.3.5 Mở cửa mật khẩu
Hình 2-7: Lưu đồ giải thuật mở cửa bằng mật khẩu
Chú thích: Mở cửa mật khẩu bằng cách sử dụng ba nút nhấn. Ở đây, khi nhấn 2 lần
nút nhấn 1 và 1 lần nút nhấn 3 thì mật khẩu đúng led xanh bật. Còn nếu nhấn sai mật
khẩu 3 lần thì hệ thống sẽ bật còi báo động.
Nhà An Toàn Thông Minh
SVTH: Phan Quang Hiển
ĐỒ ÁN 3
Trang 9/35
2.3.6 Cảnh báo đột nhập
Hình 2-8: Lưu đồ giải thuật cảnh báo đột nhập
Chú thích: Cảnh báo chống đột nhập bằng cảm biến cảm biến thân nhiệt được sử
dụng để phát hiện chuyển động của các vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại ví dụ như:
con người, con vật, các vật phát nhiệt. Khi đó hệ thống sẽ bật đèn vàng và còi để
cảnh báo có đột nhập.
Nhà An Toàn Thông Minh
SVTH: Phan Quang Hiển
ĐỒ ÁN 3
Trang 10/35
CHƯƠNG 3.
TÌM HIỂU LINH KIỆN
3.1 Vi điều khiển PIC16F877a
Hình 3-1: Hình ảnh thực tế PIC 16f877A[6]
Nhà An Toàn Thông Minh
SVTH: Phan Quang Hiển
ĐỒ ÁN 3
Trang 11/35
3.2 Bluetooth HC-06
3.2.1 Mô tả sơ lược
-
Module Bluetooth HC-06 được thiết kế để cho hoạt động từ mức điện áp
3.3~ 5VDC. Khi kết nối với vi điều khiển thông qua giao thức UART từ 2
chân Tx và Rx.
-
Module HC-06 được setup mặc định là Slave không thể thay đổi được nên
chỉ có thể giao tiếp với các thiết bị bluetooth ở dạng master như Smart
phone.
Hình 3-2: Module Bluetooth HC-06 [2]
Nhà An Toàn Thông Minh
SVTH: Phan Quang Hiển
ĐỒ ÁN 3
Trang 12/35
3.2.2 Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân
Hình 3-3: Sơ đồ chân Bluetooth HC-06 [2]
-
Điện áp hoạt động: 3.6 ~ 6VDC.
-
Dải tần sóng hoạt động: 2.4GHz
-
Baudrate UART có thể chọn được: 9600, 115200,…
-
Kích thước module: 28 mm x 15mm x2.36mm.
3.2.3 Thiết lập mặc định
-
Baud rate: 9600.
-
Pairing code: 1234.
3.3 Module thu phát wifi ESP8266
3.3.1 Mô tả sơ lược
-
Module ESP8266 sừ dụng IC wifi SoC ESP8266 của hãng Espressif.
-
Được sử dụng để kết nối với vi điều khiển thực hiện chức năng truyền nhận
dữ liệu qua wifi.
Nhà An Toàn Thông Minh
SVTH: Phan Quang Hiển
ĐỒ ÁN 3
Trang 13/35
3.3.2 Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân
Hình 3-4: Sơ đồ chân ESP 8266 [8]
-
Điện áp sử dụng, giao tiếp là 3.3VDC
-
Hổ trợ chuẩn 802.11b/g/n.
-
Wifi 2.4GHz, hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP
-
Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access
Point.
3.3.3 Chức năng của từng chân
Nhà An Toàn Thông Minh
SVTH: Phan Quang Hiển
ĐỒ ÁN 3
Trang 14/35
3.4 Cảm biến chuyển động PIR HC-SR501
3.4.1 Mô tả sơ lược
-
Cảm biến thân nhiệt được sử dụng để phát hiện chuyển động của các vật
thể phát ra bức xạ hồng ngoại ví dụ như: con người, con vật, các vật phát
nhiệt,…
-
Cảm biến có thể chỉnh được độ nhạy, để giới hạn khoảng cách xa hay gần,
thời gian kích trễ qua biến trở được tích hợp sẵn từ nhà sản xuất.
Hình 3-5: PIR HC-SR501 [5]
3.4.2 Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân
Hình 3-6: Sơ đồ chân PIR HC-SR501 [5]
-
Phạm vi có thể phát hiện: góc 360 độ hình nón, độ xa tối ra 6m.
Nhà An Toàn Thông Minh
SVTH: Phan Quang Hiển
