Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển giám sát ngôi nhà

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 HỆ THỐNG
̀̀
̉
ĐIÊU KHIÊN – GIÁM SÁT NGƠI NHÀ

TRANG BÌA

GVHD: ThS. Nguyễn Đình Phú
SVTH1: Võ Trường An
MSSV: 16141101
SVTH2: Huỳnh Thái Duy
MSSV: 16141126

Tp. Hồ Chí Minh – 8/2020
i


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

----o0o----

Tp. HCM, ngày 15 tháng 8 năm 2020

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:

Võ Trường An
Huỳnh Thái Duy
Kỹ thuật Điện tử - truyền thông
Đại học chính quy
2016

MSSV: 16141101
MSSV: 16141126
Mã ngành: 41
Mã hệ:
1
Lớp:
16141DT
̀

̀̀

̉

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VA THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIÊU KHIÊN –
GIÁM SÁT NGÔI NHÀ
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
Đối tượng nghiên cứu mô hình ngôi nhà, công nghệ không dây. Kiến thức cơ bản
về phần cứng: vi điều khiển, module wifi, ngoaịvi. Kiến thức lập trình cho vi điều
khiển, các ngôn ngữ để thiết kếWeb vàthiết kếApp.
2. Nội dung thực hiện:
- Kết nối vi điều khiển với các module, các cảm biến, động cơ sử dụng trong hệ
thống.
- Kết nối kit wifi với internet để cập nhật dữ liệu dùng cho việc điều khiển.
- Nghiên cứu xây dựng một ứng dụng trên điện thoại Android giao tiếp với hệ
thống thông qua Wifi.
- Nghiên cứu xây dựng Web Server điều khiển hệ thống.
- Thiết kế mô hình hệ thống.
- Nguyên cứu lập trình để lấy thông tin dự báo về thời tiết, nhiệt độ, độ ẩm từ
Internet. Hiển thị thông tin lên màn hình.
- Nguyên cứu lập trình cảnh báo khi có sự cố rị rỉ khí gas hoặc khi có người lạ đột
nhập.
- Thi cơng phần cứng, chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống.
- Viết báo cáo thực hiện.
- Bảo vệ luận văn.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

09/03/2020
18/07/2020

ii


V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

ThS. Nguyễn Đình Phú

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

iii


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM
Khoa Điện - Điện Tử

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Bộ Mơn Điện Tử Cơng Nghiệp
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Bản lịch trình này được đóng vào cuốn báo cáo)
Họ tên sinh viên: Huỳnh Thái Duy
Họ tên sinh viên: Võ Trường An

MSSV: 16141126
MSSV: 16141101

Lớp: 16141DT1
Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển - giám sát ngôi nhà.

Tuần/ngày

Nội dung

Tuần 1

- Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu
làm đồ án, tiến hành chọn đồ án.

(9/3 – 15/3)

- Tìm hiểu các đề tài nghiên cứu có liên

Xác nhận GVHD

quan.
Tuần 2
(16/3 – 22/3)

- GVHD tiến hành xét duyệt đề tài.
- Nộp đề cương chi tiết cho Bộ môn.

Tuần 3
(23/3 – 29/3)

- Tìm hiểu và tiến hành mua các linh
kiện sử dụng trong đồ án.

Tuần 4

- Tìm hiểu về giao tiếp giữa các cảm
biến, module và các thiết bị với

(30/3 – 5/4)

Arduino Mega 2560 R3.
- Tìm hiểu về module wifi NodeMCU.

Tuần 5
(6/4 – 12/4)

- Lập trình cho Arduino đọc cảm biến,
điều khiển và kiểm tra việc thu nhận tín
hiệu từ cảm biến.
iv


Tuần 6
(13/4 – 19/4)
Tuần 7
(20/4 – 26/4)
Tuần 8
(27/4 – 3/5)

Tuần 9
(4/5 – 10/5)

- Tìm hiểu lập trình Web Server, App
Android, phương thức gửi dữ liệu thu
thập từ bộ điều khiển lên web.
- Lập trình truyền nhận dữ liệu giữa
Arduino với NodeMCU.
- Hồn thành giao diện Web.
- Thiết kế mơ hình nhà.
- Viết báo cáo.
- Hoàn thành giao diện App Android.
- Hồn thiện mơ hình nhà.
- Nộp báo cáo tiến độ cho Bộ môn.
- Viết báo cáo.

Tuần 10, 11
(11/5 – 24/5)

- Tổng hợp chương trình đọc tất cả cảm
biến, giao tiếp module, truyền nhận dữ
liệu và gửi dữ liệu qua internet.
- Viết báo cáo.

Tuần 12, 13

- Kết nối các cảm biến, module với khối
điều khiển. Lắp đặt vào mô hình.

(25/5 – 7/6)

- Kiểm tra hoạt động của hệ thống.
- Viết báo cáo.

Tuần 14, 15

- Chạy thử và hiệu chỉnh hệ thống, kiểm
tra và sửa lỗi.

(8/6 – 21/6)

- Làm slide, báo cáo với GVHD.
- Hoàn thiện và nộp quyển báo cáo.

v


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài đồ án tốt nghiệp này là do chính nhóm chúng em thực hiện trong suốt
học kỳ. Trong quá trình thực hiện nhóm đã tham khảo một số tài liệu trước đó để có
thêm thơng tin và kiến thức để phục vụ cho việc làm đề tài. Nhóm cam kết khơng
sao chép bất kỳ nội dung ở các tài liệu khác. Nếu có sự gian lận trong việc làm đề
tài thì nhóm xin chịu trách nhiệm theo quy định.

Người thực hiện đề tài

VõTrường An

Huỳnh Thái Duy

vi

LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Đình Phú - Giảng
viên bộ môn Điện tử công nghiệp đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo
điều kiện để hoàn thành tốt đề tài.
Chúng em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện
Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất cho chúng em hoàn thành đề tài.
Chúng em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 16141DT1 đã chia sẻ
trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện
đề tài.
Cảm ơn đến cha mẹ đã tạo điều kiện về tinh thần và vật chất để chúng em có
thể hồn thành được đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài

Võ Trường An

Huỳnh Thái Duy

vii


MUCC̣ LUCC̣
Nôịdung

Trang

TRANG BÌA..............................................................................................................i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.........................................................................ii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP................................................iv

LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................... vi
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................... vii
MUCC̣ LUCC̣............................................................................................................. viii
LIỆT KÊ HÌNH VE..................................................................................................xi
LIỆT KÊ BẢNG VE............................................................................................. xvii
TÓM TẮT............................................................................................................ xviii
Chương 1. TỔNG QUAN........................................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ.................................................................................................1
1.2 MỤC TIÊU......................................................................................................2
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU............................................................................2
1.4 GIỚI HẠN.......................................................................................................2
1.5 BỐ CỤC..........................................................................................................3
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................5
2.1 IOT VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SỐNG...................................................5
2.1.1 Định nghĩa về IoT......................................................................................5
2.1.2 Tầm quan trọng của IoT.............................................................................5
2.1.3 Một vài ứng dụng trong đời sống...............................................................7
2.2 CHUẨN GIAO TIẾP UART...........................................................................9

́

2.3 HỆTHÔNG MẠNG KHÔNG DÂY WIFI..................................................... 12
2.3.1 Giới thiêụ vềWifi..................................................................................... 12
2.3.2 Lịch sử hình thành và phát triển............................................................... 13
2.3.3 Nguyên tắc hoạt động của Wifi................................................................ 13
2.3.4 Các chuẩn bảo mật Wifi........................................................................... 15
2.4 CƠ SỞDỮLIỆU FIREBASE......................................................................... 16
2.4.1 Giới thiêụ vềFirebase............................................................................... 16
2.4.2 Dicḥ vu cC̣ ủa Firebase................................................................................ 17
viii

2.4.3 Realtime Database................................................................................... 19
2.4.4 Authentication.......................................................................................... 23
2.4.5 Firebase Cloud Messaging (FCM)........................................................... 23
2.4.6 Firebase Database Query......................................................................... 24
2.4.7 Remote Config......................................................................................... 25

́

2.5 API THỜI TIÊT............................................................................................. 26
2.5.1 Giới thiêụ API.......................................................................................... 26
2.5.2 Ứng dụng của API.................................................................................... 26
2.5.3 Web API................................................................................................... 27
2.5.4 Giới thiêụ API OpenWeatherMap............................................................ 27
2.6 CÔNG NGHỆRFID....................................................................................... 30
2.6.1 Giới thiêụ vềRFID................................................................................... 30
2.6.2 Cấu trúc hệ thống RFID........................................................................... 31
2.6.3 Phương thức làm việc của RFID.............................................................. 34

̀

2.7 HỆĐIÊU HÀNH ANDROID......................................................................... 35
2.7.1 Giới thiêụ vềAndroid............................................................................... 35
2.7.2 Licḥ sử hình thành vàphát triển................................................................ 36
2.8 GIAO THỨC MQTT..................................................................................... 38
2.8.1 Giới thiêụ vềMQTT................................................................................. 38
2.8.2 MQTT Bridge.......................................................................................... 40
2.8.3 Bảo mật.................................................................................................... 41
2.8.4 Ứng dụng của MQTT............................................................................... 41

Chương 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ............................................................. 43
3.1

GIỚI THIỆU............................................................................................... 43

3.2

TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG................................................ 43

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống.................................................................... 43
3.2.2 Tính tốn và thiết kế................................................................................. 45
3.2.3 Sơ đồngun lítồn macḥ......................................................................... 82
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG.................................................................... 84
4.1 GIỚI THIỆU.................................................................................................. 84
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG............................................................................... 84
ix


4.2.1 Thi công bo mạch..................................................................................... 84
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra.................................................................................. 86
4.3 ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH....................................................... 88
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển............................................................................ 88
4.3.2 Thi cơng mơ hình..................................................................................... 88
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG.............................................................................. 92
4.4.1 Lưu đồ giải thuật...................................................................................... 92
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển....................................................105
4.5 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC...................................131
4.5.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng....................................................................131
4.5.2 Quy trình thao tác..................................................................................132
Chương 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ...........................................142

5.1 GIỚI THIỆU................................................................................................142

́

5.2 KÊT QUẢĐẠT ĐƯƠCC̣...............................................................................142
5.2.1 Biết cách sử dungC̣ cảm biến...................................................................142
5.2.2 Biết cách lâpC̣ trình Arduino Mega..........................................................142
5.2.3 Biết cách lâpC̣ trình NodeMCU ESP8266................................................142
5.2.4 Biết cách lâpC̣ trình môṭtrang web điều khiển..........................................143
5.2.5 Biết cách lâpC̣ trình App Android.............................................................143
5.2.6 Biết cách điều khiển bằng giongC̣ nói của trơ lC̣ íảo Google.......................143
5.2.7 Biết cách lâpC̣ trình với thẻtừ RFID.........................................................143
5.2.8 Biết cách truyền nhâṇ dữliêụ giữa cách module với nhau......................143
5.2.9 Biết cách truyền nhâṇ dữliêụ bằng Wifi.................................................144
5.2.10 Biết cách lấy thông tin ngày giờ, thời tiết trên Internet........................144
5.3 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ.........................................................................144
5.3.1 Nhận xét.................................................................................................144
5.3.2 Đánh giá.................................................................................................145
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................146
6.1 KẾT LUẬN.................................................................................................146
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN..............................................................................146
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................147
x


LIÊṬ KÊ HÌNH VE
Hình

Trang

Hình 2.1: Internet of Thing........................................................................................5
Hình 2.2: Kết nối IoT với các linhh̃ vưcC̣ trong đời sống..............................................6
Hình 2.3: Smart home...............................................................................................7
Hình 2.4: Thiết bi đC̣ eo tay thông minh.......................................................................8
Hình 2.5: Smart city..................................................................................................9
Hình 2.6: Sơ đồnối dây chuẩn UART...................................................................... 10
Hình 2.7: Khung truyền tín hiệu UART................................................................... 10
Hình 2.8: Gói dữliêụ................................................................................................ 11
Hình 2.9: Biểu tươngC̣ Wifi....................................................................................... 12
Hình 2.10: Biểu tươngC̣ Firebase............................................................................... 16
Hình 2.11: Ứng dungC̣ của Firebase.......................................................................... 18
Hình 2.12: Dicḥ vu F
C̣ irebase.................................................................................... 18
Hình 2.13: Realtime database.................................................................................. 19
Hình 2.14: Chỉ với một API duy nhất ta có được cả dữ liệu mới nhất và cả những bản

update của nó........................................................................................................... 19
Hình 2.15: CâpC̣ nhâṭdatabase đến các clients........................................................... 20
Hình 2.16: Xác thưcC̣ tài khoản ởFirebase................................................................. 23
Hình 2.17: FCM trên Firebase................................................................................. 24
Hình 2.18: Remote Config....................................................................................... 25
Hình 2.19: Giao thức API........................................................................................ 26
Hình 2.20: Logo Open Weather Map....................................................................... 28
Hình 2.21: Cấu taọ thẻRFID.................................................................................... 31
Hình 2.22: Các thành phần của môṭReader.............................................................. 34
Hình 2.23: Hoạt động giữa các Tag và Reader RFID............................................... 35
Hình 2.24: Logo hê đC̣ iều hành Android................................................................... 35
Hình 2.25: Licḥ sử phát triển của Android từ 2008 đến 2017.................................. 37
Hình 2.26: MQTT Broker........................................................................................ 38
xi

Hình 2.27: MQTT Bridge........................................................................................ 40
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống................................................................................. 44
Hình 3.2: Bản thiết kế mô hình nhà......................................................................... 45
Hình 3.3: Module cảm biến DHT11........................................................................ 47
Hình 3.4: Module cảm biến khí gas MQ-2.............................................................. 48
Hình 3.5: Module cảm biến mưa............................................................................. 48
Hình 3.6: Module cảm biến ánh sáng...................................................................... 49
Hình 3.7: Module cảm biến chuyển động................................................................ 50
Hình 3.8: Nút nhấn cảm ứng điện dung 1 chạm...................................................... 51
Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lí kết nối giữa các module cảm biến với Arduino Mega. .. 51

Hình 3.10: Sơ đồ chân module RFID...................................................................... 53
Hình 3.11: Bàn phím ma trận 4x4............................................................................ 53
Hình 3.12: sơ đồnguyên líbàn phím 4x4.................................................................. 54
Hình 3.13: Hình ảnh của LCD 16x2........................................................................ 54
Hình 3.14: Sơ đồ chân của LCD 16x2..................................................................... 55
Hình 3.15: Hình ảnh thực tế của Module I2C.......................................................... 56
Hình 3.16: Các ngõ và ra của module và hình ảnh kết nối thực tế với LCD 16x2...57
Hình 3.17: Sơ đồ nguyên lí kết nối giữa các module RFID, LCD I2C và bàn phím ma

trận 4x4 với Arduino Mega...................................................................................... 58
Hình 3.18: Động cơ Servo SG90............................................................................. 59
Hình 3.19: Cấu taọ bên trong servo......................................................................... 59
Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lí kết nối giữa 2 servo với Arduino Mega........................60
Hình 3.21: Hình ảnh module L298N....................................................................... 61
Hình 3.22: Hình dạng IC L298................................................................................ 61
Hình 3.23: Sơ đồ nguyên lí IC L298........................................................................ 62
Hình 3.24: Sơ đồ chân IC L298............................................................................... 63

Hình 3.25: IC L298 điều khiển 1 động cơ DC dùng 1 cầu H...................................64
Hình 3.26: Động cơ giảm tốc................................................................................... 65
Hình 3.27: Module relay 8 kênh.............................................................................. 66
Hình 3.28: Module relay 2 kênh.............................................................................. 66
xii


Hình 3.29: Sơ đồ nguyên lí kết nối giữa module relay và module L298N với Arduino

Mega........................................................................................................................ 67
Hình 3.30: Oled theo chuẩn I2C vàSPI.................................................................... 68
Hình 3.31: Môṭsốhình dangC̣ module Oled................................................................ 68
Hình 3.32: Cách phân bốđiểm ảnh trên Oled........................................................... 69
Hình 3.33: Oled thưcC̣ tế........................................................................................... 70
Hình 3.34: Sơ đồ nguyên lí kết nối giữa màn hình Oled và NodeMCU.................. 71
Hình 3.35: Sơ đồ chân Arduino Mega 2560............................................................ 75
Hình 3.36: Sơ đồ nguyên lý ESP8266..................................................................... 78
Hình 3.37: Sơ đồ chân NodeMCU........................................................................... 80
Hình 3.38: Sơ đồ nguyên lí kết nối giữa NodeMCU và Arduino Mega...................81
Hình 3.39: Sơ đồngun lítồn macḥ...................................................................... 82
Hình 4.1: Sơ đồbốtrílinh kiêṇ.................................................................................. 85
Hình 4.2: Sơ đồmacḥ in........................................................................................... 86
Hình 4.3: Măṭtrước của bo macḥ............................................................................. 87
Hình 4.4: Măṭsau của bo macḥ................................................................................ 87
Hình 4.5: Bốtríbên trong mô hình............................................................................ 88
Hình 4.6: Măṭtrước mô hình.................................................................................... 89
Hình 4.7: Măṭbên trái mô hình................................................................................ 89
Hình 4.8: Măṭbên phải mô hình............................................................................... 89
Hình 4.9: Phòng khách............................................................................................ 90
Hình 4.10: Phòng ngủ.............................................................................................. 90

Hình 4.11: Phịng bếp.............................................................................................. 90
Hình 4.12: Tồn cảnh mơ hình................................................................................. 91
Hình 4.13: Lưu đồchương trình Arduino Mega....................................................... 92
Hình 4.14: Lưu đồchương trình ReadCard.............................................................. 94
Hình 4.15: Lưu đồchương trình EnterPw().............................................................. 95
Hình 4.16: Lưu đồchương trình ButtoState............................................................. 97
Hình 4.17: Lưu đồchương trình SendData............................................................... 98
Hình 4.18: Lưu đồchương trình ReceiveData.......................................................... 99
Hình 4.19: Lưu đồchương trình NodeMCU ESP8266...........................................100
xiii


Hình 4.20: Google assistant control.......................................................................102
Hình 4.21: Lưu đồchương trình ReceiveData........................................................103
Hình 4.22: Lưu đồchương trình Control................................................................104
Hình 4.23: Lưu đồchương trình SendData.............................................................105
Hình 4.24: Logo Arduino......................................................................................106
Hình 4.25: Giao diện bên trong Arduino IDE........................................................106
Hình 4.26: Taọ project trên Firebase.....................................................................108
Hình 4.27: Taọ Database realtime..........................................................................108
Hình 4.28: Tab rules trong mucC̣ Database..............................................................109
Hình 4.29: Dữliêụ đươcC̣ lưu trữtrên Data Firebase................................................109
Hình 4.30: Taọ môṭbiến mới trên Realtime Database............................................110
Hình 4.31: Giao tiếp từ ESP8266 với Google thông qua IFTTT...........................110
Hình 4.32: Giao diêṇ Dashboard của Adafruit.......................................................111
Hình 4.33: Add Block vàadd Toggle......................................................................111
Hình 4.34: Tạo 1 Feed mới xong ấn Next..............................................................112
Hình 4.35: Đểgiátri m
C̣ ăcC̣ đinḥ rồi ấn create............................................................112
Hình 4.36: Sau khi tạo Block xong........................................................................113

Hình 4.37: Tab VIEW AIO KEY cóUSER vàKEY đểsử dụng trong code IDE . 113
Hình 4.38: Đăng kýIFTTT với google...................................................................114
Hình 4.39: Taọ project mới....................................................................................114
Hình 4.40: Choṇ service làgoogle Assistant..........................................................115
Hình 4.41: Chọn thẻ "Say a simple phrase."..........................................................115
Hình 4.42: Điền câu lênḥ điều khiển.....................................................................116
Hình 4.43: Chọn +that...........................................................................................116
Hình 4.44: Chọn “Adafruit”..................................................................................117
Hình 4.45: Chọn “Send data to Adafruit IO”.........................................................117
Hình 4.46: Chọn “Feed name vàData to save”......................................................118
Hình 4.47: Kết quả khi đã setup xong...................................................................118
Hình 4.48: Đăng kítài khoản OpenWeather...........................................................119
Hình 4.49: Taọ mơṭtài khoản mới..........................................................................119
Hình 4.50: Taọ API key thành công.......................................................................120
xiv


Hình 4.51: Chuỗi dữliêụ từ api Openweather........................................................120
Hình 4.52: Logo Visual Studio Code.....................................................................120
Hình 4.53: Trang download Visual Studio Code...................................................121
Hình 4.54: Giao diêṇ sau khi mởcủa Visual Studio Code......................................122
Hình 4.55: Workspace của Visual Studio Code.....................................................122
Hình 4.56: Các thành phần Html – CSS – JavaScript............................................123
Hình 4.57: Chức năng của HTML, CSS, Javascript..............................................123
Hình 4.58: Cấu trúc HTML đơn giản....................................................................124
Hình 4.59: CSS rule...............................................................................................125
Hình 4.60: Logo Nodejs........................................................................................126
Hình 4.61: Init Firebase.........................................................................................126
Hình 4.62: Deploy Firebase...................................................................................127
Hình 4.63: Biểu tươngC̣ của MIT App Inventor......................................................127

Hình 4.64: Mơ tảqtrình xử lícủa MIT App.........................................................128
Hình 4.65: Trang web của MIT APP INVENTOR................................................129
Hình 4.66: Cửa sổlàm viêcC̣ của ứng dungC̣ MIT......................................................130
Hình 4.67: Thiết kếgiao diêṇ trên điêṇ thoaị.........................................................130
Hình 4.68: Taọ code bằng cách kéo thảcác block..................................................131
Hình 4.69: Trường hơpC̣ thẻsai vàthẻđúng..............................................................132
Hình 4.70: Trường hơpC̣ nhâpC̣ mâṭkhẩu đúng vàsai.................................................133
Hình 4.71: Yêu cầu nhâpC̣ mâṭkhẩu cũsau đónhâpC̣ mâṭkhẩu mới............................133
Hình 4.72: Đổi mâṭkhẩu thành công......................................................................134
Hình 4.73: Hê tC̣ hống kết nối wifi thành công.........................................................134
Hình 4.74: Hiển thi C̣thời gian – thời tiết trên Oled.................................................135
Hình 4.75: Màn hình đăng nhâpC̣............................................................................135
Hình 4.76: Giao diêṇ trang chủ.............................................................................136
Hình 4.77: Trang giới thiêụ...................................................................................137
Hình 4.78: Giao diêṇ điều khiển............................................................................137
Hình 4.79: Giao diêṇ giám sát...............................................................................138
Hình 4.80: Giao diêṇ thời tiết................................................................................138
Hình 4.81: Giao diêṇ đăng nhâp,C̣ đổi mâṭkhẩu vàgiao diêṇ chính của app............139
xv


Hình 4.82: Giao diêṇ các phòng............................................................................140
Hình 4.83: Điều khiển qua trơ lC̣ íảo Google............................................................141

xvi


LIÊṬ KÊ BẢNG VE
Bảng

Trang

Bảng 3.1: Vi C̣trílắp đăṭcác thiết bi C̣trong mô hình..................................................... 45
Bảng 3.2: Thông số IC L298................................................................................... 62
Bảng 3.3: So sánh giữa các loại bộ nhớ................................................................... 80
Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện........................................................................... 84
Bảng 4.2: Các nút lệnh thường dùng.....................................................................107
Bảng 5.1: Bảng thống kê sốliêụ đánh giáhê tC̣ hống.................................................145

xvii


TĨM TẮT
Ai trong chúng ta cũng có lúc vội vã rời khỏi nhà mà quên tắt thiết bị điện,
máy lạnh hay qn đóng cửa sổ và dĩ nhiên khơng tránh khỏi cảm giác lo lắng về sự
an tồn cho ngơi nhà của mình. Chính vì thế nhu cầu điều khiển hay giám sát môṭ
ngôi nhàtừ xa luôn làđiều mong ước của nhiều người.
Với mục tiêu vận dụng kiến thức đã học được cùng với việc tìm hiểu thêm
những nguồn tài liệu mới để xây dựng cho riêng cho mình một hệ quản língơi nhà
đáng tin cậy vàcótính ứng dungC̣ trong thưcC̣ tế, nhóm em đã chọn đề tài “Thiết kế và
thi công hệ thống điều khiển – giám sát ngôi nhà”. Đề tài tập trung nghiên cứu
những thuật toán điều khiển, giao thức truyền nhận giữa các vi xử lí với nhau và với
cơ sở dữ liệu để thực hiện điều khiển các thiết bị và giám sát ngôi nhà từ xa qua
internet.

xviii


̀̉
CHƯƠNG 1. TÔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong thời đại khoa học và công nghệ phát triển như hiện nay, các hệ thống
thơng minh có tính tự động hóa cao đang rất thịnh hành. Điều đó khiến các công cụ
ứng dụng công nghệ mới xuất hiện ngày càng nhiều. Tiêu biểu là các ứng dụng trên
điện thoại di động, Web Server và công cụ hỗ trợ điều khiển bằng giọng nói, chúng
giúp chúng ta điều khiển và giám sát thiết bị một cách tiện lợi và nhanh chóng.
Đặc biệt, các hệ thống nhà thông minh đang phát triển và ngày càng phổ
biến. Nhà thông minh là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có thể được
điều khiển hoặc tự động hóa hoặc bán tự động, thay thế con người trong thực hiện
một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển. Hệ thống này giao tiếp với người
dùng thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, ứng dụng trên điện thoại di động, máy
tính bảng hoặc một giao diện web. Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ
phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối
với Internet và điện thoại di động, cho phép người dùng điều khiển vật dụng từ xa
hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo lịch trình. Thêm vào đó, các đồ gia
dụng có thể hiểu được nhau và có khả năng tương tác với nhau.
Biết được tiềm năng của các hệ thống nhà thông minh, nhiều nhóm sinh viên
đã chọn nó làm đề tài đồ án tốt nghiệp của mình. Điển hình là tác giả Nguyễn Văn
Danh với đề tài “Điều khiển và giám sát ngơi nhà thơng minh”. Trong đó, hệ thống
sử dụng Board Intel Galileo Gen2, các cảm biến gas, cảm biến mưa, khóa cửa
Solenoid Lock, động cơ bước, relay, module RFID RC522, module L298N. Hệ
thống có chức năng đóng mở đèn, cửa ra vào, cảnh báo khi có sự cố gas rị rỉ, giàn
phơi đồ có 2 chế độ tự động và tự điều khiển khi thời tiết mưa trên Web Server,
nhiệt độ trong phịng cao có thể điều khiển bật quạt đểlưu thơng khơng khí.
Từ những khảo sát trên, cùng với các kiến thức đã được trang bị, nhóm em kiến
nghị thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển - giám sát ngơi
nhà”. Hệ thống có chức năng điều khiển và theo dõi các thiết bị điện thông qua ứng
dụng trên điện thoại Android, Web Server và cơng cụ hỗ trợ điều khiển bằng giọng nói.

Lấy thông tin thời tiết, nhiệt độ và độ ẩm từ Internet hiển thị lên màn hình.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


̀̉
CHƯƠNG 1. TƠNG QUAN
Cảnh báo khi có sự cố rị rỉ khí gas. Thiết lập bảo mật cửa vào 2 lớp và cảnh báo khi
có người lạ cố tình xâm nhập vào nhà.

1.2 MỤC TIÊU
Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển - giám sát ngôi nhà, xây dựng hệ
thống điều khiển qua ứng dụng trên điện thoại Android, Web Server và công cụ hỗ
trợ điều khiển bằng giọng nói. Lập trình lấy thơng tin thời tiết, nhiệt độ, độ ẩm từ
Internet hiển thị lên màn hình oled. Cảnh báo khi có sự cố rị rỉ khí gas. Thiết lập
bảo mật cửa vào 2 lớp và cảnh báo khi có người lạ cố tình xâm nhập vào nhà.

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp với đề tài Thiết kế và thi công hệ
thống điều khiển - giám sát ngơi nhà, nhóm chúng em sẽ tập trung giải quyết và
hoàn thành được những nội dung sau:
 Nội dung 1: Kết nối vi điều khiển với các module, các cảm biến, động cơ sử
dụng trong hệ thống.
 Nội dung 2: Kết nối kit wifi với internet để cập nhật dữ liệu dùng cho việc
điều khiển.
 Nội dung 3: Nghiên cứu xây dựng một ứng dụng trên điện thoại Android
giao tiếp với hệ thống thông qua Wifi.
 Nội dung 4: Nghiên cứu xây dựng Web Server điều khiển hệ thống.

 Nội dung 5: Thiết kế mô hình hệ thống.
 Nội dung 6: Nghiên cứu lập trình để lấy thông tin dự báo về thời tiết, nhiệt
độ, độ ẩm từ Internet. Hiển thị thông tin lên màn hình.
 Nội dung 7: Nghiên cứu lập trình cảnh báo khi có sự cố rị rỉ khí gas hoặc
khi có người lạ đột nhập.
 Nội dung 8: Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống.
 Nội dung 9: Viết báo cáo thực hiện.
 Nội dung 10: Bảo vệ luận văn.

1.4 GIỚI HẠN
Các thông số giới hạn của đề tài bao gồm:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


̀̉
CHƯƠNG 1. TƠNG QUAN
- Chỉ thiết kế và thi cơng mô hình ngôi nhà.
- Ứng dụng điện thoại chạy trên hệ điều hành Android.
- Hệ thống phải đươcC̣ kết nối với Wifi trong phạm vi khơng q10m vàđịa hình
thơng thống.
- Dùng cơng cụ hỗ trợ điều khiển bằng giọng nói bật tắt đèn và quạt.
- Thông tin về thời tiết, nhiệt độ và độ ẩm tại khu vực được được lấy từ dự đoán
trên internet.
- Theo dõi trạng thái thiết bị điện trong nhà trên ứng dụng điện thoại Android
và Webserver.

1.5 BỐ CỤC
Nội dung đề tài gồm các phần sau:

Chương 1: Tổng quan
- Đặt vấn đề
- Mục tiêu của đề tài
- Nôịdung nghiên cứu
- Giới hạn
- BốcucC̣
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
- Giới thiệu vi điều khiển, module wifi và các linh kiện khác
- Giới thiệu chuẩn giao tiếp
- Hê tC̣ hống mangC̣ không dây Wifi
- Cơ sởdữliêụ Firebase
- API thời tiết
- Công nghê R
C̣ FID
- Hê đC̣ iều hành Android
- Giao thức MQTT
Chương 3: Tính tốn và thiết kế
- Thiết kế sơ đồ khối
- Thiết kế cho từng khối
- Sơ đồ ngun lý tồn mạch
Chương 4: Thi cơng hệ thống
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


̀̉
CHƯƠNG 1. TƠNG QUAN
- Thi cơng board mạch
- Thi cơng mô hình

- Lưu đồ, giới thiệu phần mềm lập trình và viết chương trình

Chương 5: Kết quả - nhận xét - đánh giá
- Kết quả đạt được
- Kết quả thực nghiệm
- Nhận xét đánh giá
Chương 6: Kết luận - hướng phát triển
- Kết luận
- Hướng phát triển.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


́

̀̉ ́
CHƯƠNG 2. CƠ SƠ LI THUYÊT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 IOT VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SỐNG
2.1.1 Định nghĩa về IoT
IoT (Internet of Things) đề cập đến hàng tỷ thiết bị vật lý trên khắp thế giới
hiện được kết nối với internet, thu thập và chia sẻ dữ liệu. Nhờ bộ xử lý bên trong
cùng mạng không dây, ta thể biến mọi thứ trở nên chủ động và thơng minh hơn.
Ta có thể bắt gặp IoT từ hệ thống cửa tự động cho tới máy bay tới xe tự lái đã
trở thành một phần phổ biến của IoT. Điều này bổ sung một mức độ thông minh kỹ
thuật số cho các thiết bị thụ động, cho phép chúng giao tiếp dữ liệu thời gian thực mà
không cần con người tham gia, hợp nhất hiệu quả thế giới kỹ thuật số và vật lý.

Hinh̀ 2.1: Internet of Thing

2.1.2 Tầm quan trọng của IoT
Khi bất cứ vật gì đó được kết nối với internet, điều đó có nghĩa là nó có thể gửi
thơng tin hoặc nhận thơng tin, hoặc cả hai. Với IoT khả năng gửi hoặc nhận thông tin
này làm cho mọi thứ trở nên thông minh, và thông minh ln là điều hướng đến.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

5


́

̀̉ ́
CHƯƠNG 2. CƠ SƠ LI THUYÊT

Hinh̀ 2.2: Kết nối IoT với các linh̃ vực trong đời sống
Sử dụng điện thoại thơng minh làm ví dụ. Ngay bây giờ bạn có thể nghe bất
kỳ bài hát nào trên thế giới, khơng phải vì điện thoại của bạn thực sự có mọi bài hát
trên thế giới được lưu trữ trong nó. Nó có nghĩa là vì mọi bài hát trên thế giới đều
được lưu trữ ở một nơi khác, nhưng điện thoại của bạn có thể gửi thơng tin (u cầu
bài hát đó) và sau đó nhận thơng tin (phát trực tuyến bài hát đó trên điện thoại của
bạn).
Để trở nên thơng minh, một thứ khơng cần phải có siêu lưu trữ hoặc siêu
máy tính bên trong nó. Tất cả những gì phải làm là kết nối với siêu lưu trữ hoặc với
một siêu máy tính. Trong Internet of Things, tất cả những thứ đang được kết nối với
internet có thể được chia thành ba loại: Loại thu thập thông tin và sau đó gửi nó. Ví
dụ: các thiết bị mang tính cảm biến, có thể là cảm biến nhiệt độ, cảm biến chuyển

động, cảm biến độ ẩm, ánh sáng, .... Những cảm biến này cùng với một kết nối, cho
phép chúng ta tự động thu thập thông tin từ môi trường. Do đó, cho phép chúng tơi
đưa ra quyết định thông minh hơn. Loại nhận được thông tin và sau đó hành động.
Ví dụ: máy in của bạn nhận được một tài liệu và in nó. Xe của bạn nhận được tín
hiệu từ chìa khóa xe và cửa mở.
Lấy một ví dụ hiện đang được sử dụng rộng rãi trong ngành nơng nghiệp.
Các cảm biến có thể thu thập thơng tin về độ ẩm của đất để cho nông dân biết cần
tưới bao nhiêu cho cây trồng, nhưng bạn không thực sự cần người nơng dân. Thay
vào đó, hệ thống tưới có thể tự động bật khi cần thiết, dựa trên độ ẩm của đất.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


́

̀̉ ́
CHƯƠNG 2. CƠ SƠ LI THUYÊT

2.1.3 Một vài ứng dụng trong đời sống
a. Smart home
Có thể nói smart home chính là ứng dụng được tìm kiếm nhiều nhất trên thế giới
hiện nay. Vậy như thế nào được hiểu là một ngơi nhà thơng minh? Bạn sẽ có thể bật
điều hịa, bình nóng lạnh trước khi về nhà hay thậm chí tắt đèn ngay khi bạn khơng có
nhà, bạn có thể mở cửa cho bạn bè vào nhà trong khi bạn vẫn cịn ở cơ quan hay trường
học. Các cơng ty đang xây dựng và sản xuất hàng loạt các sản phẩm để làm cho cuộc
sống con người đơn giản và thuận tiện hơn. Smart home chính là bậc thang mang tính
cách mạng của quá trình phát triển xu hướng IoT. Sự xuất hiện của smart home được
dự đoán sẽ trở nên phổ biến như smart phone hiện nay.

Hinh̀ 2.3: Smart home

b. Các thiết bị đeo thông minh
Hiện nay ở nhiều nước đã xuất hiện các thiết bị đeo trên người với những tính
năng vơ cùng thơng minh như: tai nghe, các loại kính, ba lơ, vịng tay siêu thơng minh,
…Những thiết bị này dần bùng nổ tại các thị trường trên tồn thế giới. Google và
Samsung là những cơng ty lớn có những khoản đầu tư khổng lồ cho việc tạo ra các thiết
bị như vậy. Các thiết bị đeo được cài đặt cảm biến và các phần mềm thu thập dữ liệu,
thông tin người dùng. Các thiết bị này bao gồm các yêu cầu về thể chất, sức khỏe

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7