Thiết kế , chế tạo mô hình nhà thông minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
VIỆN KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ
----------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TH.S PHAN VĂN DƯ
LỚP

: 55K1 KTĐK & TĐH

Nghệ An, 05/ 2019


LỜI CÁM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu tìm hiểu đề tài với sự nỗ lực của bản thân cùng
với sự giúp đỡ tận tình của q thầy cơ trong nhà trường và các bạn trong lớp chúng
em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp “Thiết kế - chế tạo mơ hình nhà thơng minh”
với thời gian đúng quy định. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong nhà
trường, các thầy cô trong viện Kĩ thuật công nghệ đã tận tình giúp đỡ chúng em
trong suốt những năm qua, thầy cô đã trang bị cho chúng em những kiến thức quý
báu nhất để làm hành trang bước vào đời. Và đặc biệt em xin gửi tới các thầy trong
bộ mơn Kĩ thuật điều khiển & tự động hóa lời cảm ơn chân thành nhất, các thầy đã
và đang ngày đêm miệt mài nghiên cứu, lao động để truyền đạt cho chúng em
những kiến thức vô cùng quý báu. Các thầy đã tạo cho chúng em những điều kiện
tốt nhất để chúng em được học tập, được sử dụng thiết bị bộ mơn để hồn thành đồ
án nhanh nhất. Em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Văn Dư đã tận tình chỉ bảo,
giúp đỡ chúng em trong suốt q trình thực hiện đồ án để chúng em hồn thành
được đồ án với đúng quy định. Xin cảm ơn tập thể các bạn lớp K55 KTĐK&TDH
đã đóng góp những ý kiến quý báu cho đồ án. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn

và xin gửi tới quý thầy cô trong nhà trường, các bạn bè người thân đã giúp đỡ em
trong suốt thời gian qua lời chúc tốt đẹp nhất!
Nghệ An, tháng 5 năm 2019
Sinh viên thực hiện


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
Vinh, ngày

tháng

năm 2019

Giáo viên hướng dẫn

(Ký tên và ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
Vinh, ngày

tháng

năm 2019

Giáo viên hướng dẫn
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN..........................................................................................................2
MỤC LỤC................................................................................................................ 1
LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................................3
1. Lý do chọn đề tài................................................................................................3
2. Mục tiêu nghiên cứu...........................................................................................3
3. Đối tượng nghiên cứu.........................................................................................3
4. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................3
5. Kết cấu của đề tài...............................................................................................4
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU.....................................................................................5
1.1. Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài...........................................................5
1.1.1 Các đề tài nghiên cứu ngoài nước..............................................................5
1.1.2. Các đề tài liên quan trong nước................................................................6
1.2. Tổng quan về IOT...........................................................................................6
1.2.1. Internet of things (IoT)..............................................................................6
1.2.2. Cấu tạo cơ bản của hệ thống IoTs.............................................................7
1.3. Các linh kiện sử dụng trong đề tài...................................................................8
1.3.1. Module ardunio wifi esp8266 wemos D1.................................................8
1.3.2. Phần mềm Blynk:......................................................................................9
1.3.3. Lập trình cho Module ardunio wifi esp8266 wemos D1...........................9
1.3.4. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11.......................................................10
1.3.5. Cảm biến khí gas.....................................................................................11
1.3.6. Module LCD I2C chuyển đổi LCD 16x2................................................12
1.3.7. Màn hình LCD 16x2...............................................................................13
1.3.8. Module Relay 4 kênh.............................................................................13
1.4. Giới thiệu về chuẩn WIFI..........................................................................15
1.4.1. Tổng quan...............................................................................................15
1.4.2. Hoạt động...............................................................................................15
1.4.3. Sóng WI-FI.............................................................................................15
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG................................................................16

2.1. Yêu cầu thiết kế............................................................................................16

1


2.2. Các bước thực hiện........................................................................................19
2.2.1. Đối với hệ điều hành android..................................................................20
2.2.2. Đối với hệ điều hành IOS........................................................................21
2.2.3. Các module đều kết nối...........................................................................24
2.3. Chức năng của các phần trên ứng dụng blynk...............................................25
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ................................................27
3.1. Quá trình thực nghiệm...................................................................................27
3.1.1. Quá trình thực nghiệm kết nối................................................................27
3.1.2. Kiểm tra hoạt động..................................................................................27
3.2. Đánh giá thực nghiệm...................................................................................29
3.2.1. Đánh giá hoạt động.................................................................................29
3.2.2. Ưu điểm..................................................................................................29
3.2.3. Nhược điểm............................................................................................29
PHỤ LỤC

2


LỜI NÓI ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, đặc biệt là sự
ra đời của xu hướng công nghệ IOTs (Internet of Things) mọi vật đều có thể kết nối
với nhau qua Internet, người dùng có thể kiểm sốt đồ vật của mình qua một thiết bị
thơng minh như laptop, tablet hay smatphone, nhờ đó giúp cuộc sống người dùng
trở nên tốt đẹp hơn. Trên thế giới, các sản phẩm ứng dụng công nghệ IOTs phát

triển và được sử dụng ở hầu hết ở mọi lĩnh vực như y tế, giáo dục, công nghiệp,
nông nghiệp, dân dụng….
Ở Việt Nam, trong những năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ IOTs vào các
thiết bị, sản phẩm phục vụ đời sống bắt đầu được nghiên cứu và đưa ra sản xuất.
Tuy nhiên, giá thành thiết bị khá cao, đáp ứng nhu cầu thực tế còn hạn chế. Trong
lĩnh vực dân dụng, cụ thể là giải pháp nhà thông minh, số lượng thiết bị hỗ trợ cịn ít
và chưa phù hợp với đại đa người sử dụng. Từ những yêu cầu thực tế đó, cùng với
sự tìm hiểu về IoTs, nhóm chúng thực hiện quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế chế tạo mơ hình nhà thơng minh” nhằm xây dựng một hệ thống giám sát - cảnh
báo nhiệt độ độ ẩm - điều khiển thiết bị trong nhà đều thông qua cơng nghệ wifi từ
đó giảm tải sức lao động của con người.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Tạo ra một sản phẩm giúp cuộc sống hàng ngày dễ dàng và thuận tiện hơn.Có
thể điều khiển được các thiết bị điện khơng giới hạn khoảnh cách chỉ cần một chiếc
smartphone có kết nối wifi, 3G, 4G.
3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Những linh kiện chính được sử dụng trong đề tài này là: module ardunio wifi
esp8266 wemos D1, Cảm biến khí gas MQ5, Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11,
Module Relay 2 Kênh 5V10A, 4 Led 5V (Thay thế module Relay khi test hệ thống),
LCD 16x2, Điện trở 1K, Breadboard 400 lỗ cắm (Dùng để test hệ thống), Jack đựccái, đực- đực
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Áp dụng những kiến thức đã học tại trường.
- Tìm hiểu, nghiên cứu các đối tượng chưa biết có trong đề tài.

3


- Học hỏi, tham khảo các ý tưởng hay ở xung quanh, bạn bè, youtobe.
5. KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài gồm 3 chương:
Chương 1. Giới thiệu

Giới thiệu chung về đề tài, khái quát về nghiên cứu mục tiêu của đề tài được
nói đến và các đối tượng nghiên cứu liên quan đến đề tài.
Trình bày lý thuyết cơ bản của các linh kiện: cấu tạo, chức năng, nguyên lý
hoạt động…
Chương 2. Thiết kế hệ thống
Trình bày nội dung, các bước để thiết kế và tiến hành hoàn thành đề tài.
Chương 3. Thực nghiệm và đánh giá
Thực nghiệm quá trình hoàn thành mạch và ưu, nhược điểm của hệ thống.

4


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
1.1. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI
1.1.1 Các đề tài nghiên cứu ngoài nước
Tại triển lãm CES 2017 Samsung đã công bố những sản phẩm mới nhất của
ngành điện tử gia dụng áp dụng cơng nghệ IoT một trong số đó là tủ lạnh thông
minh Familly Hub 2.0. Tủ lạnh thông minh kết nối internet với màn hình LED 21.5
inch. Người dùng có thể xác định các mặt hàng sản phẩm thông qua các camera bên
trong, những hình ảnh này có thể được bổ sung vào tính năng danh sách mua sắm,
và đặt hàng một cách thuận tiện thơng qua cửa hàng tạp hóa trên ứng dụng
MasterCard. Ngoài ra các ứng dụng thực đơn có khả năng đọc số liệu cơng thức và
mở rộng văn bản, nhằm giúp người dùng dễ dàng thực hiện cùng lúc nhiều việc
trong nhà bếp, cũng như truy cập công thức nấu ăn từ nhiều quốc gia trên thế giới.
Family Hub 2.0 còn hỗ trợ giao tiếp giữa các thành viên trong gia đình, giúp họ tạo
hồ sơ riêng bằng cách sử dụng các hình đại diện hay hồ sơ cá nhân. Với màn hình
LED được sử dụng như một bảng thông báo tương tác kỹ thuật số, các thành viên
trong gia đình có thể thơng qua hồ sơ và ứng dụng Family Hub trên điện thoại thông
minh để chia sẻ hình ảnh, cập nhật lịch, các ghi nhớ viết tay theo thời gian thực, và
đăng tải các bản ghi nhớ từ bất cứ nơi nào.

Hình 1.1: SAMSUM Family Hub 2.0
Family Hub 2.0 cịn tích hợp cơng nghệ sử dụng giọng nói giúp người dùng có
thể xem các thơng tin về thời tiết, thời gian, thêm các sản phẩm vào danh sách mua

5


sắm và đặt hàng tại các cửa hàng tạp hóa trực tuyến, quản lý danh sách các công
việc cần làm cũng như lịch trình…
1.1.2. Các đề tài liên quan trong nước
Nhà thông minh- BKAV SMARTHOME: Là hệ thống thông minh kết nốt
tất cả các thiết bị trong ngôi nhà thành một hệ thống mạng, để có thể điểu khiển
chúng theo các kịch bản thông minh, bao gồm: hệ thống đèn chiếu sáng, rèm cửa,
điều hòa nhiệt độ, tivi, giàn âm thanh, camera an ninh, hàng rào điện tử, cảnh báo
khí ga, thiết bị báo cháy… Với BKAV SMARTHOME có thể điều khiển tất cả các
thiết bị trên màn hình cảm ứng của smartphone hay máy tính bảng thơng qua giao
diện trực quan 3D. Không chỉ điều khiển trực tiếp trên smartphone, máy tính bảng
ngơi nhà cịn có thể điều khiển bằng giọng nói. Nhà thơng minh Bkav SmartHome
được trang bị công nghệ trợ lý ảo, giúp giao tiếp với hệ thống trở nên thân thiện,
không cứng nhắc như một hệ thống điều khiển thơng thường.

Hình 1.2: Hệ thống BKAV SmartHome
1.2. TỔNG QUAN VỀ IOT
1.2.1. Internet of things (IoT)
Internet of things (IoT) hay Mạng lưới thiết bị kết nối internet là một kịch bản
của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng
mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy
nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với

6


máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ
điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với
nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một cơng việc nào đó.
1.2.2. Cấu tạo cơ bản của hệ thống IoTs
Kiến trúc IoT được đại diện cơ bản bởi 4 phần: Vạn vật (Things), trạm kết nối
(Gateways), hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud) và các lớp
tạo và cung cấp dịch vụ (Services-creation and Solutions Layers).

Hình 1.3: Mơ hình ứng dụng IoT
- Vạn vật (Things): Như xe hơi, thiết bị cảm biến, thiết bị đeo và điện thoại di
động đang được kết nối trực tiếp thông qua băng tầng mạng không dây và truy cập
vào Internet. Giải pháp IoT giúp các thiết bị thông minh được sàng lọc, kết nối và
quản lý dữ liệu một cách cục bộ, cịn các thiết bị chưa thơng minh thì có thể kết nối
được thơng qua các trạm kết nối.
- Trạm kết nối (Gateways): các trạm kết nối sẽ đóng vai trị là một trung gian
trực tiếp, cho phép các vật dụng có sẵn này kết nối với điện toán đám mây một cách
bảo mật và dễ dàng quản lý.
- Hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud):
+ Cơ sở hạ tầng kết nối: Internet là một hệ thống toàn cầu của nhiều mạng IP
được kết nối với nhau và liên kết với hệ thống máy tính. Cơ sở hạ tầng mạng này
bao gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp và nhiều
thiết bị khác có thể kiểm sốt lưu lượng dữ liệu lưu thông và cũng được kết nối đến
mạng lưới viễn thông và cáp - được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ.

7

+ Trung tâm dữ liệu hạ tầng điện toán đám mây: Các trung tâm dữ liệu và hạ
tầng điện toán đám mây bao gồm một hệ thống lớn các máy chủ, hệ thống lưu trữ và
mạng ảo hóa được kết nối.
1.3. CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
1.3.1. Module ardunio wifi esp8266 wemos D1
1

Wifi ESP8266 WeMos D1 là kit phát triển mới nhất của WeMos. Được

thiết kế tương tự, như Arduino chỉ khác ở trung tâm điều khiển của nó làmodule
wifi Soc ESP8266EX, được xây dựng tương thích để có thể chạy trên Arduino IDE
và Node MCU IDE. Dễ dàng điều khiển các ứng dụng thu thập dữ liệu và điều
khiển qua Wifi.
2 ESP8266 WeMos D1 cũng được hỗ trợ trên nhiều ngơn ngữ lập trình:C/C+
+,Arduino,Node MCU-Lua,MicroPython,…

Hình 1.4: Module ardunio wifi esp8266 wemos D1
Thông sô kỹ thuật:
- Vi điều khiển: ATmega328 họ 8bit.
- Điện áp hoạt động: 5 VDC.
- Tần số hoạt động:

16 MHz.

- Dòng tiêu thụ: 30 mA.
- Sô chân Digitat I/O : 11
- Số chân Analog: 6 (độ phân giải 10bit).
8

- Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 30 mA.
- Dòng tối đa (5 V): 500 mA.
- Dòng tối đa (3.3 V) ; 50 mA.
- Bộ nhớ flash: 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader.
- SRAM SRAM (Static Random Access Memory): 2 KB (ATmega328).
-EEPROM(Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): 1 KB
1.3.2. Phần mềm Blynk:
Blynk là một ứng dụng trên điện thoại, cho phép người dùng có thể
tạo ra giao diện và điều khiển thiết bị theo ý thích của cá nhân. Lựa chọn Blynk vì
một số lý do sau:
- Dễ sử dụng: Vào store, cài đặt, sau đó đăng ký tài khoản và mất không quá 5
phút để làm quen.
- Đẹp và đầy đủ: Giao diện của Blynk quá tuyệt vời, sử dụng bằng cách kéo
thả, cần nút bấm, kéo thả nút bấm, cần đồ thị, kéo thả đồ thị, cần LCD, kéo thả
LCD, tóm lại là cần gì thì kéo thả cái đó.
- Khơng phải lập trình android hay ios: Nếu như khơng có kiến thức về làm
ứng dụng trên điện thoại thì việc điều khiển thiết bị từ chính smartphone của mình
quả là điều vơ cùng khó khăn và phức tạp. Nhờ blynk thì chúng ta có thể bỏ qua
bước lập trình tạo app. Có thể thử nhanh chóng và ứng dụng được dự án của mình
vào thực tế.
- Thử nghiệm nhanh chóng, có thể điều khiển giám sát ở bất kỳ nơi nào có
internet.
1.3.3. Lập trình cho Module ardunio wifi esp8266 wemos D1
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngơn riêng. Ngôn
ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung. Và Wiring
lại là một biến thể của C/C++. Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến
hiện nay do đó rất dễ học, dễ hiểu. Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ
mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này đã cũng cấp đến cho người dùng một mơi
trường lập trình Arduino được gọi là Arduino IDE (Intergrated Development
Environment) như hình dưới đây.

9


Hình 1.5. Trình biên dịch Arduino IDE
1.3.4. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11
Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 là cảm biến rất phổ biến hiện nay vì giá
thành rẻ và dễ lấy dữ liệu thơng qua chuẩn giao tiếp 1 wire sử dụng một dây giao
tiếp digital duy nhất để giao tiếp. Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp bên trong cảm biến
thực hiện xử lý tính tốn dữ liệu đầu vào của cảm biến sau đó xuất ra dữ liệu của
nhiệt độ và độ ẩm dưới dạng digital qua chuẩn giao tiếp 1 wire.

Hình 1.6. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11
Thông số kỹ thuật:
1. Điện áp hoạt động: 3 - 5 VDC.
2. Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu).
3. Đo tốt ở độ ẩm 20-80%RH (± 5%).
4. Đo tốt ở nhiệt độ 0 to 50°C (±2°C).
5. Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz.
6. Kích thước: 28mm x 12mm x 10mm
7. 3 chân, khoảng cách chân 2.5mm.
10


1.3.5. Cảm biến khí gas

Hình 1.7. Cảm biến khí gas MQ2
- MQ2 là cảm biến khí, dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy. Nó được
cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2. Chất này có độ nhạy cảm thấp với khơng khí sạch.
Nhưng khi trong mơi trường có chất ngây cháy, độ dẫn của nó thay đổi ngay. Chính

nhờ đặc điểm này người ta thêm vào mạch đơn gian để biến đổi từ độ nhạy này sang
điện áp.
- Khi môi trường sạch điện áp đầu ra của cảm biến thấp, giá trị điện áp đầu ra
càng tăng khi nồng độ khí gây cháy xung quang MQ2 càng cao.
- MQ2 hoạt động rất tốt trong mơi trường khí hóa lỏng LPG, H2, và các chất
khí gây cháy khác. Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng do
mạch đơn giản và chi phí thấp.
Thơng số kỹ thuật:
- Phạm vi phát hiện: 300 - 10000ppmm
- Đặc điểm của khí: 1000ppmm isobutan
- Độ nhạy sáng: r in air/rin typical gas≥5
- Cảm kháng: 1kω to 20kω / 50ppm
- Thời gian đáp ứng: ≤10s
- Thời gian phục hồi: ≤ 30s
- Trở kháng khi nóng: 31ω ± 3ω
- Dịng tiêu thụ khi nóng: ≤ 180mA
- Điện áp khi nóng: 5.0v ± 0.2v

11


- Năng lượng khi nóng : ≤ 900mw
- Điện áp đo: ≤ 24v
- Điều kiện làm việc:
+ Nhiệt độ: -200C ~ 550C
+ Độ ẩm: ≤ 95% rh
+ Hàm lượng oxy môi trường: 21%
- Điều kiện bảo quản:
+ nhiệt độ: -200C ~ 700C
1.3.6. Module LCD I2C chuyển đổi LCD 16x2

Module LCD I2C là mạch chuyển tiếp chỉ sử dụng duy nhất 2 dây tín hiệu
SDA và SCL để kết nối với VĐK để hiện thị thơng tin lên màn hình LCD, thay vì ít
nhất dùng 6 chân VĐK để có thể giao tiếp với LCD giúp tiết kiệm chân của VĐK.

Hình 1.8: Module chuyển đổi I2C
Thơng số kĩ thuật:
1. Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H)
2. Trọng lượng: 5g.
3. Điện áp hoạt động :2.5-6V
4. Jump Chốt: Cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt
5. Biến trở xoay chỉnh độ tương phản cho LCD
6. Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 400Kbps
7. Dữ liệu truyền nhận đảm bảo tính tồn vẹn vì sử dụng cơ chế phản hồi
(ACK) trên mỗi byte dữ liệu.
8. Có khả năng kết nối nhiều thiết bị với nhau: trên mạch có sẵn các mối hàn
A0, A1, A2 để thay đổi địa chỉ của module.

12


9. Địa chỉ mặc định: 0x27, có thể mắc vào I2C bus tối đa 8 module (3bit
address set).
1.3.7. Màn hình LCD 16x2
Thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều
các ứng dụng của VĐK. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác:
Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng
đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài
nguyên hệ thống và giá thành rẽ …

Hình 1.9: Màn hình LCD 16x2

Thơng số kỹ thuật:
Điện áp hoạt động: 5 VDC.
Kích thước: 80 x 36 x 12,5 mm.
Chữ trắng nền xanh dương.
Khoảng cách giữa 2 chân kết nối là 0.1 inch.
Có đèn led nền, có thể dùng điện trở hoặc PWM điều chỉnh độ sáng.
Có khả năng hiện thị ký tự linh hoạt, đa dạng, trực quan theo font 5x8 Dots có
sẵn (hiển thị cả số, chữ, ký tự đồ họa, ký tự đặc biệt...). Giao tiếp 4bit hoặc 8bit.
1.3.8. Module Relay 4 kênh
Module Relay 2 Kênh gồm 2 relay hoạt động tại điện áp 5VDC, chịu được
hiệu điện thế lên đến 250VAC 10A. Relay 2 kênh được thiết kế chắc chắn, khả năng
cách điện tốt. Trên module đã có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor và IC cách
ly quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi điều khiển) với relaybảo đảm
vi điều khiển hoạt động ổn định.

13


Hình 1.10: Relay 2 kênh
- Relay là thiết bị đóng cắt cơ bản, nó được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống
và trong các thiết bị điện tử.
Cấu tạo Relay gồm 2 phần:
+ Cuộn hút:

Hình 1.11 Cấu tạo Relay
- Tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình.
- Tùy vào điện áp làm việc người ta chia Relay ra DC: 5V, 12V, 24V - AC:
110V, 220V
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động: 5VDC.

- Dòng tiêu thụ: 200mA/1Relay
- Tín hiệu kích: High (5V) hoặc Low (0V) chọn bằng Jumper.
- Relay trên mạch:
+ Nguồn nuôi: 5VDC.

14


1.4. Giới thiệu về chuẩn WIFI
1.4.1. Tổng quan
Wi-Fi viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11 là hệ thống mạng khơng
dây sử dụng sóng vơ tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio.
1.4.2. Hoạt động
Truyền thơng qua mạng không dây là truyền thông vô tuyến hai chiều. Cụ thể:
Thiết bị adapter khơng dây (hay bộ chuyển tín hiệu khơng dây) của máy tính
chuyển đổi dữ liệu sang tín hiệu vơ tuyến và phát những tín hiệu này đi bằng một
ăng-ten.Thiết bị router khơng dây nhận những tín hiệu này và giải mã chúng. Nó
gởi thơng tin tới Internet thơng qua kết nối hữu tuyến Ethernet.
Quy trình này vẫn hoạt động với chiều ngược lại, router nhận thông tin từ
Internet, chuyển chúng thành tín hiệu vơ tuyến và gởi đến adapter khơng dây của
máy tính.
1.4.3. Sóng WI-FI
Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng vơ tuyến sử dụng
cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác. Nó có thể chuyển và
nhận sóng vơ tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vơ tuyến và
ngược lại.
Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vơ tuyến khác ở
chỗ:
 Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz. Tần số này cao
hơn so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền

hình. Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn.
 WiFi có thể hoạt động trên cả ba tần số và có thể nhảy qua lại giữa các tần
số khác nhau một cách nhanh chóng. Việc nhảy qua lại giữa các tần số giúp giảm
thiểu sự nhiễu sóng và cho phép nhiều thiết bị kết nối.

15


CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1. YÊU CẦU THIẾT KẾ
Sản phẩm thiết kế có sơ đồ khối như sau:

Hình 2.1. Sơ đồ thiết kế nhà thông minh
Khối cảm biến:
Gồm cảm biến nhiệt độ độ ẩm DTH11 và cảm biến khí gas MQ2 có chức năng
thu thập dữ nhiệu nhiệt độ độ ẩm khí gas sau đó gửi về khối Wemos D1.
Khối điều khiển relay
Gồm 2 relay 4 kênh có chức năng nhận dữ liệu điều khiển từ khối adruino điều
khiển 8 thiết bị điện AC. Đồng thời điều khiển các cảm biến để đưa dữ liệu lên
blynk.
Khối hiển thị LCD:
Gồm màn hình LCD và module chuyển đổi I2C có chức năng hiển thị nhiệt
độ độ ẩm và tình trạng khí gas.
Khối Wemos D1:
Module wemos d1 tích hợp ESp8266 thu thập dữ liệu từ cảm biến sau đó
truyền dữ liệu Blynk để điều khiển thiết bị.
Khối nguồn
- Tính tốn dịng áp cho các module trong thiết kế:

16

 Khối hiển thị LCD 16x2 : 260mA
 Khối I2C cho LCD 16x2: 80mA
 Khối Relay: 80mA x 2
 Khối DHT11 + cảm biến gas MQ2: 2.5mA + 180mA(max)
Tổng dòng cho hệ thống: 250 + 260 + 80 + 80x4 + 180 = 1090 mA
Chọn nguồn Adapter 5V, 2A
Khối cảm biến

Hình 2.2: Khối cảm biến
Chân DATA của cảm biến nhiệt độ độ ẩm kết nối với chân sô 9 của module
Adruino, Chân VDD nối lên nguồn VCC chân GND của cảm biến nối xuống mass.
Chân Aout của cảm biến khí gas kêt nối với chân A0 của module Adruino,
Chân VDD nối lên nguồn VCC chân GND của cảm biến nối xuống mass.

17


Khối hiển thị LCD 16x2 và I2C

Hình 2.3. Khối hiển thị LCD và I2C
Hai chân SCl, SDA truyền dữ liệu của module chuyển đổi I2C kết nối với
chân A5, A4 của module Adruino Uno, chân VCC, GND của của module chuyển
đổi I2C kết nối nguồn VCC và mass của hệ thống
Khối relay đóng ngắt thiết bị

Hình 2.4. Khối RELAY
Các chân tín hiệu tích cực mức thấp của relay 4 kênh IN1,IN2,IN3,IN4 được
kết nối lần lượt với các chân 4,5,6,7 của module của Adruino Uno để điều khiển

đóng ngắt 4 relay.

18


Khối Wemos D1

Hình 2.5. Module ardunio wifi esp8266 wemos D1
Wemos D1 được sử dụng để cấp nguồn 5V cho toàn hệ thống mạch, sử dụng
chân Analog D4, D5, ngoài ra còn sử dụng chân D 2, D 6, D7, D8, D9, D11, D12,
D13, D14.
2.2. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN
Các bước này chỉ thực hiện một lần khi lần đầu sử dụng.
Bước 1: tắt nguồn của module relay bằng công tắt trên hộp rồi cấp điện cho bộ
điều khiển từ ổ cắm điện bằng phích cắm.
Bước 2: đợi từ 3-4 phút để module phát ra wifi để cài đặt.(sóng wifi này do
wemos d1 phát ra để lấy tên và mật khẩu của wifi trong nhà để kết nối)
Bước 3:
+ Dùng điện thoại mở vào phần cài đặt kết nối wifi, sẽ có 3 sóng wfi là: Thiết
lập wifi (1), Thiết lập wifi (2) và Thiết lập wifi (3) như trong hình.

19


2.2.1. Đối với hệ điều hành android

Hình 2.6. Thiết lập wifi
+ Chạm vào dòng chữ “Thiết lập wifi (1)” để kết nối, chạm thêm một lần nữa
vào dòng chữ “Thiết lập wifi (1)” sẽ hiện ra một bản như thế này và nhấp vào
đường link sẽ đi đến 1 trang web để để cài đặt wifi trong nhà:

Hình 2.7. Thiết lập địa chỉ IP
Tiếp tục làm như vậy với “Thiết lập wifi (2), Thiết lập wifi (3)”.
+ Chọn ô Configure WIFI:

20


Hình 2.8. Chọn wifi có trong nhà
+ Nhập tên wifi hoặc có thể chọn các mạng wifi có sẵn xung quanh và nhập
mật khẩu chạm vào ơ save để lưu.

Hình 2.9. Nhập wifi nhà mình để điều khiển
2.2.2. Đối với hệ điều hành IOS
+ Cũng chạm vào dòng chữ “Thiết lập wifi (1), (2), (3) sẽ tự tự động đưa đến
trang web và làm các bước còn lại tương tự như trên:

21