Thiết kế và thi công mô hình nhà thông minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH

GVHD: NGUYỄN TRƯỜNG DUY
SVTH: LÂM NGỌC NGA
MSSV: 13141196
SVTH: LÊ NGỌC DIỄM
MSSV: 13141032

S K L0 0 5 6 9 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2017


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 7 năm 2017

BẢNG MÔ TẢ CÔNG VIỆC
Họ tên sinh viên 1: Lâm Ngọc Nga _____________________

MSSV: 13141196 ______

Lớp: 13141DT3B ___________________________________
Họ tên sinh viên 2: Lê Ngọc Diễm _____________________

MSSV: 13141032 ______

Lớp: 13141DT3B ___________________________________
Tên đề tài:
THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH ______________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________

1. MÔ TẢ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:
Thiết kế và thi cơng một mơ hình nhà thơng minh, là hệ thống có thể điều khiển và giám sát từ
xa qua Internet, đồng thời có thể điều khiển thiết bị trực tiếp dùng màn hình cảm ứng chạm ở
khu vực trung tâm và các cảm ứng chạm ở các khu vực khác. ___________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________

2. MÔ TẢ CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CỦA TỪNG SINH VIÊN:
Họ tên Sinh viên 1: Lâm Ngọc Nga ___________________
Các cơng việc thực hiện trong đề tài:
STT

NỘI DUNG CƠNG VIỆC

1

Tìm hiểu tài liệu, nghiên cứu lập trình cho bộ xử lí trung tâm

2

Tìm hiểu cách giao tiếp cảm biến dòng điện

3

Thiết kế giao diện Web giám sát và điều khiển


Họ tên Sinh viên 2: Lê Ngọc Diễm ____________________
Các công việc thực hiện trong đề tài:
STT
1

NỘI DUNG CÔNG VIỆC
Đọc tài liệu, nghiên cứu tìm hiểu về các module linh kiện được sử dụng trong
mơ hình

2

Thiết kế, thi cơng phần cứng mơ hình

3

Tìm hiểu, thiết kế mơ hình vịi nước tự động

SINH VIÊN 1

SINH VIÊN 2

(Ký ghi rõ họ tên)

(Ký ghi rõ họ tên)

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký ghi rõ họ tên)

ii


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Tp. HCM, ngày 20 tháng 7 năm 2017

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

Lâm Ngọc Nga
Lê Ngọc Diễm
Kỹ thuật Điện - Điện tử
Đại học chính quy
2013

MSSV: 13141196
MSSV: 13141032
Mã ngành: 01
Mã hệ:
1
Lớp:
13141DT3

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
- Sử dụng kit STM32F103VET6, màn hình giao diện LCD TFT 3.2inch, module
ESP8266 và các linh kiện cần thiết liên quan đến đề tài.
- Điều khiển thiết bị qua màn hình cảm ứng hoặc điều khiển từ xa qua Internet.
- Có hệ thống vịi nước tự động mở đóng.
- Có thể giám sát hoạt động của thiết bị qua Internet.
2. Nội dung thực hiện:
- Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu giáo trình, nghiên cứu các chủ đề, các nội dung
có liên quan đến đề tài.
- Viết chương trình cho VĐK nhận tín hiệu điều khiển từ web và điều khiển thiết bị
qua web.
- Thiết kế giao diện web giám sát thiết bị.
- Kết nối mạch phần cứng giữa vi điều khiển STM32F103VET6 với module

ESP8266, tải đèn và động cơ.
- Thiết kế, thi cơng và lập trình các cảm biến (cảm biến hồng ngoại, cảm biến dịng
điện).
- Thiết kế, thi cơng mơ hình nhà thơng minh hồn thiện.
- Lắp ráp các khối điều khiển vào mơ hình.
- Chạy thử nghiệm và cân chỉnh hệ thống.
- Viết quyển báo cáo đồ án tốt nghiệp.
- Báo cáo đồ án tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
13/03/2017
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/07/2017
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
ThS. Nguyễn Trường Duy
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

iii


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Tp. HCM, ngày 20 tháng 7 năm 2017

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Lâm Ngọc Nga

Lớp: 13141DT3B
MSSV: 13141196
Họ tên sinh viên 2: Lê Ngọc Diễm
Lớp: 13141DT3B
MSSV: 13141032
Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH
Tuần/ngày
Tuần 1
7/3
Tuần 2
13/3 – 18/3
Tuần 3
20/3 – 25/3
Tuần 4
27/3 – 1/4
Tuần 5
3/40 – 8/4
Tuần 6
10/4 – 15/4
Tuần 7
17/4 – 22/4
Tuần 8
24/4 – 29/4
Tuần 9
1/5 – 6/5
Tuần 10

Nội dung

Xác nhận

GVHD

- Gặp giáo viên hướng dẫn và trao đổi về đề tài đồ
án tốt nghiệp
Viết đề cương và lịch trình thực hiện đồ án tốt
nghiệp
Tìm hiểu về nhà thông minh và lựa chọn thiết bị
Xây dựng hệ thống, ngun lý hoạt động của mơ
hình
Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý
Viết chương trình, kiểm thử chức năng, điều
chỉnh phần cứng
Viết chương trình, kiểm thử chức năng, điều
chỉnh phần cứng
Viết chương trình, kiểm thử chức năng, điều
chỉnh phần cứng
Viết chương trình, kiểm thử chức năng, điều
chỉnh trang web
Viết chương trình, kiểm thử chức năng, điều
chỉnh trang web
iv


8/5 – 13/5
Tuần 11
15/3 – 20/5
Tuần 12
22/5 – 27/5
Tuần 13
29/5 – 3/6

Tuần 14
4/5 – 10/6
Tuần 15
12/6 – 17/6
Tuần 16
19/6 – 24/6
Tuần 17
26/6 – 1/7
Tuần 18
3/7 – 8/7
Tuần 19
10/7 – 15/7

Thi cơng phần cứng, lắp ráp mơ hình

Viết báo cáo, chỉnh sửa mơ hình

Viết báo cáo, hồn thiện mơ hình

Viết báo cáo, chạy thử nghiệm và chỉnh sửa
Viết báo cáo, chạy thử nghiệm và chỉnh sửa
Viết báo cáo, chạy thử nghiệm và chỉnh sửa
Viết báo cáo, chỉnh sửa, hồn chỉnh mơ hình

Viết báo cáo, chỉnh sửa, hồn chỉnh mơ hình

Hồn chỉnh báo cáo và mơ hình

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

v


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và khơng
sao chép từ tài liệu hay cơng trình đã có.
Người thực hiện đề tài
Lâm Ngọc Nga

Lê Ngọc Diễm

vi


LỜI CẢM ƠN
Nhóm xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trường Duy, khoa
Điện – Điện Tử, trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật Tp.HCM. Trong suốt thời gian thực
hiện đề tài này, cùng với sự hướng dẫn và những lời góp ý của thầy về nội dung và
phương pháp nghiên cứu, những lời nhận xét và chia sẻ kinh nghiệm thực tế đã giúp cho
nhóm có điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.
Bên cạnh đó nhóm xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử đã giảng
dạy, truyền đạt cho chúng em những kiến thức cần thiết để chúng em có tiền đề để thực
hiện đồ án tốt nghiệp. Nhóm cũng xin cảm ơn các thầy cơ trong bộ môn Điện Tử Công
Nghiệp – Y Sinh đã góp ý cho chúng em trong q trình thực hiện đồ án, các thầy cơ ln
làm việc tích cực trong công tác quản lý và thông tin đến sinh viên để việc bảo vệ đồ án
luôn đảm bảo đúng tiến độ và hiệu quả.
Nhóm cũng xin gửi thật nhiều lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã khích lệ tinh
thần, tạo động lực mạnh mẽ để giúp nhóm hồn thành tốt đề tài.
Trân trọng cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
Lâm Ngọc Nga

Lê Ngọc Diễm

vii


MỤC LỤC
Trang bìa .................................................................................................................. i
Nhiệm vụ đồ án .............................................................................................................. iii
Lịch trình........................................................................................................................ iv
Cam đoan ....................................................................................................................... vi
Lời cảm ơn .................................................................................................................... vii
Mục lục ........................................................................................................................ viii
Liệt kê hình vẽ ................................................................................................................ xi
Liệt kê bảng vẽ ............................................................................................................. xiii
Danh mục các từ viết tắt ............................................................................................... xiv
Tóm tắt .......................................................................................................................... xv

Chương 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ............................................................................................................ 1
1.2 Mục tiêu ............................................................................................................... 1
1.3 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 1
1.4 Giới hạn ............................................................................................................... 2
1.5 Bố cục .................................................................................................................. 2

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................... 4
2.1 Mô tả quy trình hoạt động của mơ hình nhà thơng minh ....................................... 4
2.2 Giới thiệu phần cứng ............................................................................................ 4

2.2.1 Giới thiệu về Board STM32F103VET6 ........................................................................ 4
2.2.2 Màn hình giao diện LCD TFT 320x240 ....................................................................... 6
2.2.3 Module Wifi ESP8266 V1 ........................................................................................... 8
2.2.9 Tổng quan về internet ................................................................................................ 13
2.2.10 Giới thiệu phương thức giao tiếp được sử dụng ........................................................ 22

Chương 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ .......................................................... 24
3.1 Giới thiệu ........................................................................................................... 24
3.2 Tính tốn và thiết kế hệ thống ............................................................................ 24
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ...................................................................................... 24

viii


3.2.2 Tính tốn và thiết kế mạch ......................................................................................... 26
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch. ................................................................................. 37
3.2.4 Nguyên lý hoạt động của tồn mạch. .......................................................................... 40

Chương 4. THI CƠNG HỆ THỐNG ................................................................. 44
4.1 Giới thiệu ........................................................................................................... 44
4.2 Thi công hệ thống............................................................................................... 44
4.2.1 Thi công bo mạch ...................................................................................................... 44
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra .................................................................................................... 45
4.2.2 Kết quả hình ảnh trên màn hình giao diện Web .......................................................... 46

4.3 Đóng gói và thi cơng mơ hình ............................................................................ 49
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển .............................................................................................. 49
4.3.2 Thi cơng mơ hình ....................................................................................................... 50

4.4 Lập trình hệ thống .............................................................................................. 51

4.4.1 Lưu đồ giải thuật ........................................................................................................ 51
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ........................................................................ 62
4.4.3 Phần mềm lập trình web............................................................................................. 67

4.5 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác ............................................................ 68
4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng.................................................................................. 68
4.5.2 Quy trình thao tác. ..................................................................................................... 71

Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ............................................. 74
5.1 Kết quả đạt được ................................................................................................ 74
5.2 Nhận xét đánh giá hệ thống ................................................................................ 78
5.2.1 Ưu điểm của hệ thống ................................................................................................ 78
5.2.2 Nhược điểm của hệ thống .......................................................................................... 80

Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ....................................... 82
6.1 Kết luận.............................................................................................................. 82
6.2 Hướng phát triển ................................................................................................ 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC........................................................................................................... xvi
ix


x


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1: Kit STM32F103VET6. .............................................................................. .5
Hình 2.2: Sơ đồ chân STM32F103VET6 ................................................................... .6
Hình 2.3: Màn hình LCD 16x2 .................................................................................. .7
Hình 2.4: Màn hình GLCD ........................................................................................ .7
Hình 2.5: Màn hình LCD TFT 3.2inch ...................................................................... .7
Hình 2.6: Kích thước màn hình TFT .......................................................................... .8
Hình 2.7: Module Wifi ESP8266 V1 ......................................................................... .9
Hình 2.8: Module Wifi ESP8266 V12 ....................................................................... 10
Hình 2.9: Module cảm biến chạm TTP223 ................................................................ 10
Hình 2.10: Module cảm biến dịng ACS712 .............................................................. 11
Hình 2.11: Cấu tạo module cảm biến dịng ACS712 .................................................. 11
Hình 2.12: Module thu phát hồng ngoại V1 ............................................................... 12
Hình 2.13: Van nước điện tử Solenoid 10mm ............................................................ 13
Hình 2.14: Hiệu ứng khi có sử dụng CSS .................................................................. 16
Hình 2.15: Giao diện làm việc với cơ sở dữ liệu ........................................................ 18
Hình 2.16: Các bước tạo bảng lưu trữ dữ liệu ............................................................ 20
Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống ............................................................................. 25
Hình 3.2: Sơ đồ khối của khối xử lý trung tâm và các chân sử dụng .......................... 28
Hình 3.3: Sơ đồ mạch giao tiếp giữa STM32F103VET6 và màn hình cảm ứng ......... 29
Hình 3.4: Sơ đồ mạch giao tiếp giữa STM32F103VET6 và module ESP8266 ........... 30
Hình 3.5: Sơ đồ mạch giao tiếp giữa STM32F103VET6 và tải đèn AC, cảm biến dịng
.................................................................................................................................. 32
Hình 3.6: Sơ đồ ngun lý mạch xử lý tín hiệu cảm biến dịng điện ........................... 34
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý kết nối giữa cảm biến chạm với module Wifi esp8266 V12
.................................................................................................................................. 35
Hình 3.8: Sơ đồ ngun lí của khối tải tại phịng ngủ và nhà bếp ............................... 36
Hình 3.9: Sơ đồ ngun lí của bộ điều khiển trung tâm .............................................. 38
Hình 3.10: Sơ đồ ngun lí của bộ khối điều khiển tại phịng ngủ và nhà bếp ............ 39
Hình 3.11: Sơ đồ quá trình hoạt động truyền nhận tín hiệu ........................................ 40

Hình 4.1: Sơ đồ mạch in của khối điều khiển tại phòng ngủ và nhà bếp ..................... 44
Hình 4.2: Bộ điều khiển tại phịng ngủ và nhà bếp ..................................................... 45
Hình 4.3: Sơ đồ kết nối của bộ điều khiển trung tâm ................................................. 46
xi


Hình 4.4: Trang đăng nhập vào giám sát và điều khiển thiết bị .................................. 47
Hình 4.5: Trang chủ của hệ thống .............................................................................. 47
Hình 4.6: Trang hiển thị thơng tin của sinh viên thực hiện đề tài ............................... 48
Hình 4.7: Trang giám sát và điều khiển thiết bị ở phòng khách .................................. 48
Hình 4.8: Trang giám sát và điều khiển thiết bị ở phịng ngủ ..................................... 49
Hình 4.9: Trang giám sát và điều khiển thiết bị ở phịng khách .................................. 49
Hình 4.10: Mơ hình thực tế nhà thơng minh .............................................................. 50
Hình 4.11: Lưu đồ hồn chỉnh của hệ thống chính ..................................................... 51
Hình 4.12: Lưu đồ chương trình con gửi yêu cầu tín hiệu điều khiển ......................... 54
Hình 4.13: Lưu đồ chương trình con tách chuỗi và xử lí ............................................ 55
Hình 4.14: Lưu đồ chương trình con cập nhật dữ liệu sau khi phân tích ..................... 57
Hình 4.15: Lưu đồ chương trình của trang hiển thị trạng thái thiết bị ......................... 59
Hình 4.16: Lưu đồ chương trình của cập nhật trạng thái thiết bị từ phần cứng ........... 61
Hình 4.17: Đây là cửa sổ giao diện đầu tiên khi bắt đầu lập trình một chương trình ... 62
Hình 4.18: Sử dụng phần mềm keil C lập trình và chế độ chạy debug........................ 63
Hình 4.19: Màn hình hiển thị đầu tiên của phần mềm Arduino IDE ........................... 64
Hình 4.20: Đây là cửa sổ giao diện soạn thảo chương trình dùng Subline text ........... 68
Hình 4.21: Màn hình trang chủ của giao diện trên LCD ............................................. 69
Hình 4.22: Giao diện phịng khách của mơ hình trên LCD ......................................... 69
Hình 4.23: Giao diện phịng ngủ của mơ hình trên LCD ............................................ 70
Hình 4.24: Giao diện phịng bếp của mơ hình trên LCD ............................................ 71
Hình 4.25: Lưu đồ hướng dẫn thao tác điều khiển ..................................................... 72
Hình 5.1: Kết quả mơ phỏng dạng sóng tại ngõ ra mạch xử lí tín hiệu ....................... 75
Hình 5.2: Kết quả mơ phỏng dạng sóng tại ngõ ra mạch xử lí tín hiệu ....................... 76

Hình 5.3: Mạch thi cơng thực tế chuyển đổi tín hiệu áp tương tự sang tín hiệu số ...... 77
Hình 5.4: Tìm kiếm, lựa chọn thiết bị cần sử dụng trong phần mềm Eagle ................ 77
Hình 5.5: Giao diện điều khiển ở bộ xử lí trung tâm .................................................. 79

xii


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1: Thông số kĩ thuật STM32F103VET6 ................................................................... .5
Bảng 2.2: Một số thông số kĩ thuật của cảm biến dòng ACS712 .......................................... 12
Bảng 2.3: Một số thẻ HTML cơ bản thường được dùng ....................................................... 15
Bảng 2.4: Một số thuộc tính cơ bản trong CSS .................................................................... 17
Bảng 3.1: So sánh thông số hoạt động của một số loại vi điều khiển .................................... 27
Bảng 3.2: So sánh thông số kĩ thuật của một vài module truyền nhận không dây phổ biến ... 31
Bảng 3.3: Giá trị các điện trở, biến trở đã sử dụng ............................................................... 34
Bảng 3.4: Dòng tiêu thụ cực đại của các thiết bị .................................................................. 36
Bảng 3.5: Mô tả các thơng số trong nội dung chính của gói tin ............................................ 42
Bảng 5.1: Thống kê thời gian thao tác và khả năng hoạt động của hệ thống ......................... 80

xiii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
VDK: Vi điều khiển
LCD: Liquid-crystal-display
GLCD: Graphic Liquid-Crystal-Display

UART: Universal Asynchronous serial Reveiver and Transmitter
CPU: Central Processing Unit
RISC: Reduced Instructions Set Computer
I2C: Inter-Intergrated Circuit
SPI: Serial Peripheral Interface bus
CAN: Controller Area Network
USB: Universal Serial Bus
SDIO: Secure digital input output
ADC: Analog-to-digital converter
DAC: Digital -to- analog converter,
DMA: Direct Memory Access
IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers
PCB: Polychlorinated biphenyls
TTTB: Trạng thái thiết bị
TTTĐ: Trạng thái tác động
CSDL: Cơ sở dữ liệu

xiv


TÓM TẮT
Hiện nay với sự phát triển của khoa học công nghệ, đã làm cho cuộc sống của con
người trở nên hiện đại hơn. Cùng với xu hướng phát triển của khoa học kĩ thuật ngày
càng mạnh mẽ trên toàn thế giới, một bộ phận người yêu công nghệ đã biết hoặc đã được
trải nghiệm những tiện ích từ nhà thơng minh.
Nhóm thực hiện đề tài thiết kế và thi cơng mơ hình nhà thơng minh, với mục tiêu
điều khiển các thiết bị từ xa từ Internet, thay đổi các công tắc cơ sang ứng dụng các công
tắc cảm ứng điện trở và điện dung, đồng thời thiết kế và thi công một vài hệ thống bật tắt
thiết bị tự động.
Giải pháp sử dụng màn hình GLCD cùng với cảm ứng điện trở làm chức năng

hiển thị trạng thái các thiết bị, ứng dụng cảm ứng điện trở làm công tắc bật tắt thiết bị. Sử
dụng sóng Wifi để truyền nhận tín hiệu điều khiển từ Internet. Ngồi ra nhóm đưa ra giải
pháp sử dụng các module cảm ứng điện dung thay thế cho các công tắc cơ.
Các thiết bị trong ngôi nhà được điều khiển từ xa qua Internet, ứng dụng cảm biến
chạm thay thế cho các công tắc cơ truyền thống giúp người dùng dễ dàng điều khiển thiết
bị hơn. Các hệ thống tự động giúp tiết kiệm năng lượng.
Tóm lại, nhà thơng minh là hệ thống nhà kết hợp các thiết bị điện tử và kỹ thuật
truyền phát khơng dây có tác dụng tự động hóa hồn tồn hoặc bán tự động hóa hoạt
động của các thiết bị trong ngôi nhà, giúp cuộc sống dễ dàng và tiện nghi hơn, bằng
chứng là các hoạt động sinh hoạt hằng ngày đang dần theo xu hướng tự động hay được
thực hiện dễ dàng từ xa. Tất cả các thiết bị trong ngơi nhà của người dùng cũng có thể
giám sát, điều khiển và quản lý từ xa, ngay khi người dùng khơng có ở nhà và cịn các
thiết bị cịn hoạt động tự động mà khơng cần tác động điều khiển của người dùng.

Người thực hiện đề tài
SINH VIÊN 1

SINH VIÊN 2

Lâm Ngọc Nga

Lê Ngọc Diễm

xv


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ
Xã hội ngày càng phát triển, chất lượng cuộc sống ngày càng được cải thiện và

nâng cao hơn. Đi cùng với những tiến bộ đó, chúng ta khơng thể khơng kể đến sự phát
triển vượt bậc của khoa học kĩ thuật. Đặc biệt là những ứng dụng của nó đã làm cho cả
thế giới thay đổi, văn minh hơn, hiện đại hơn và thơng minh hơn. Trong đó, vai trị của
các bộ điều khiển thơng minh chiếm một vị trí thiết yếu, chúng được ứng dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực của đời sống và trong công nghiệp. Ở Việt Nam, trong những
năm gần đây thì các bộ điều khiển các thiết bị điện dân dụng trong nhà đang dần được
chú ý, đã có những dự án về “ngơi nhà thơng minh” hay các đề tài về điều khiển thiết
bị điện trong nhà được tìm hiểu và quan tâm.
Ngơi nhà thơng minh là ngơi nhà có các điều kiện kĩ thuật đảm bảo cuộc sống
tốt nhất của con người. Đó là một q trình tích hợp của các hệ thống như hệ thống
điều khiển và giám sát môi trường: hệ thống điều khiển đảm bảo nhiệt độ, hệ thống
đảm bảo ánh sáng, ... mạch đóng ngắt, điều khiển cửa ra vào, giám sát cảnh báo cháy...
thành một hệ thống thống nhất.
Xuất phát từ những thực tiễn nói trên, nhóm quyết định thực hiện đề tài: “Thiết
kế và thi cơng mơ hình nhà thơng minh”.

1.2.

MỤC TIÊU
Mục tiêu mà nhóm thực hiện sẽ bao gồm các nội dung chính như sau:
Thiết kế và thi cơng được mơ hình nhà thơng minh giúp điều khiển từ xa hệ

thống đèn, quạt,… thông qua Internet, đồng thời có thể điều khiển thiết bị trực tiếp
dùng cảm ứng chạm.
Thiết kế và thi cơng hệ thống vịi nước thơng minh.

1.3.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu giáo trình, nghiên cứu các chủ đề, các nội

dung có liên quan đến đề tài.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Viết chương trình cho VĐK nhận tín hiệu điều khiển từ web và điều khiển thiết
bị qua web.
Thiết kế giao diện web giám sát thiết bị.
Kết nối mạch phần cứng giữa vi điều khiển STM32F103VET6 với module
ESP8266, tải đèn và động cơ.
Thiết kế, thi công và lập trình các cảm biến (cảm biến hồng ngoại, cảm biến
dịng điện).
Thiết kế, thi cơng mơ hình nhà thơng minh hồn thiện.
Lắp ráp các khối điều khiển vào mơ hình.
Chạy thử nghiệm và cân chỉnh hệ thống.
Viết quyển báo cáo đồ án tốt nghiệp.
Báo cáo đồ án tốt nghiệp.

1.4.

GIỚI HẠN
Sử dụng vi điều khiển STM32F103VET6 làm bộ xử lí trung tâm điều khiển và

giám sát toàn bộ thiết bị trong nhà thông qua module ESP8266.
Điều khiển và giám sát thiết bị qua màn hình cảm ứng hoặc qua Internet.
Hệ thống có thể được điều khiển trực tiếp trong nhà dùng cảm ứng chạm.
Có hệ thống vịi nước tự động mở đóng.

1.5.

BỐ CỤC

Chương 1: Tổng Quan
Ở chương này ta trình bày các vấn đề bao gồm đặt vấn đề, mục tiêu, nội dung
nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Ở chương này ta giới thiệu phần cứng, lựa chọn linh kiện thiết bị được sử dụng
và giới thiệu khái quát về chức năng, thông số kĩ thuật của các linh kiện đó, chuẩn giao
tiếp sử dụng.
Chương 3: Tính Tốn Và Thiết Kế
Ở chương này ta trình bày sơ đồ khối của hệ thống, giải thích các khối, quy
trình hoạt động và tính tốn các thơng số cần thiết của hệ thống. Trình bày và giải
thích sơ đồ ngun lí.
Chương 4: Thi Cơng Hệ Thống
Ở chương này ta tiến hành thi công hệ thống, lưu đồ giải thuật, viết chương

trình và thiết kế giao diện cho web.
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Ở chương này ta trình bày kết quả đã đạt được, nhận xét đánh giá về hệ thống,
về các khối cảm biến, hình ảnh thực tế và hoạt động của thiết bị. Đưa các thơng số đạt
được của thiết bị. Trình bày kết quả của giao diện web và giải thích.
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Ở chương cuối ta trình bày những kết luận rút ra được sau quá trình tìm hiểu và
thực hiện đề tài, kết luận về khả năng hoạt động của thiết bị trên thực tế. Qua đó đưa ra
những kiến nghị và đề xuất hướng phát triển của đề tài.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 MƠ TẢ QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH
Quy trình hoạt động của hệ thống được mơ tả cơ bản như sau:
Các thiết bị trong ngôi nhà được giám sát và điều khiển từ 3 nơi khác nhau: từ
xa qua Internet, từ bộ xử lí trung tâm đặt tại phòng khách và từ bộ điều khiển tại nơi
đặt thiết bị.
Ban đầu, sau khi cấp nguồn cho hệ thống, ta tiến hành lấy trạng thái thiết bị từ
các phòng, từ cơ sở dữ liệu trên web đồng thời kết hợp với các tín hiệu điều khiển ở bộ
xử lí trung tâm. Sau đó bộ xử lí trung tâm sẽ phân tích, tính tốn tín hiệu điều khiển
trạng thái thiết bị hiện tại. Cuối cùng, tiến hành gửi lệnh điều khiển các thiết bị ở
phòng khách, phòng ngủ, phòng bếp và cập nhật trạng thái thiết bị mới vào cơ sở dữ
liệu. Hệ thống tự lặp lại chu trình tổng hợp và điều khiển thiết bị.
Ngoài ra hệ thống cịn có bộ vịi nước hoạt động mở đóng tự động khi người

dùng đưa tay lại gần vòi nước.

2.2

GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.2.1 Giới thiệu về Board STM32F103VET6
a. Tổng quan về Board STM32F103VET6
Dịng ARM cortex là một bộ xử lí thế hệ mới đưa ra một kiến trúc chuẩn cho
nhu cầu đa dạng về cơng nghệ hiện nay. Dịng Cortex bao gồm 3 phân nhánh chính:
dịng A dành cho những ứng dụng cao cấp, dòng R dành cho các ứng dụng thời gian
thực và dòng M dành cho các ứng dụng vi điều khiển và chi phí thấp. STM32 được
thiết kế dựa trên dòng Cortex-M3, được thiết kế đặc biệt để nâng cao hiệu suất hệ
thống và tiêu thụ năng lượng thấp.
Trung tâm của bộ xử lý Cortex là một CPU kiến trúc RISC 32-bit.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.1. Kit STM32F103VET6[1].

Đối với kit STM32F103VET6 có cấu hình như sau:
Bảng 2.1. Thơng số kĩ thuật STM32F103VET6.

Thơng số

Giá trị

Chip

STM32F103VET6

Dịng

STM32F1

Lõi xử lý

ARM Cortex-M3

Kích thước lõi

32-bit

Tốc độ

72MHz

Bộ nhớ chương trình Flash

512KB

Bộ nhớ SRAM

64KB

Điện áp

2v ~ 3.6v

Nhiệt độ hoạt động

-40oC ~ 85oC

Hình dạng vỏ

LQFP100 có 100 chân

b. Sơ đồ chân của STM32F103VET6

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.2. Sơ đồ chân STM32F103VET6[2].

Các ngoại vi: 2 bộ I2C, 5 bộ USART, 3 bộ SPI, 1 CAN, 1 USB 2.0, 1 SDIO.
11 Timers, 3 bộ chuyển đổi ADC 12 bit, 3 bộ chuyển đổi DAC 12 bit.
12 kênh DMA, hỗ trợ các ngoại vi: Timers, ADCs, DAC, SDIO, I2Cs,
USARTs.

2.2.2 Màn hình giao diện LCD TFT 320x240
Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid CryStal Display) được sử dụng rất

nhiều trong các ứng dụng của vi điều khiển. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng
hiển thị khác, ví dụ như Led đơn, Led 7 đoạn… Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng,
trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa).
Ngồi thị trường hiện đang có khá nhiều LCD với đủ chủng loại, tương ứng với
chức năng càng cao thì giá thành càng đắt, cách thức giao tiếp cũng trở nên phức tạp
hơn.
Một vài chủng loại màn hình LCD như:

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.3. Màn hình LCD 16x2.

Hiển thị được chữ, số, các kí tự đơn giản.

Hình 2.4. Màn hình GLCD.

Hiển thị được chữ, số, hình ảnh với kích thước lớn hơn.

Hình 2.5. Màn hình LCD TFT 3.2inch.

Hiển thị được hình ảnh đẹp, đa dạng màu sắc, có ứng dụng cảm ứng chạm.
Thích hợp cho các ứng dụng cần đến màn hình cảm ứng, giúp tăng độ linh động trong
thiết kế giao diện và điều khiển.
Do nhu cầu cần sử dụng để thiết kế giao diện điều khiển đẹp, hoàn chỉnh và tiện
lợi nên thiết bị hiển thị được chọn là màn hình cảm ứng LCD TFT 3.2inch.

Màn hình TFT có kích thước dài và rộng là 320x240.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.6. Kích thước màn hình TFT[1].

Chip sử dụng điều khiển màn hình TFT có tên là ILI9328 có mã thiết bị là
0x9328.
IC hỗ trợ điều khiển màn hình cảm ứng điện trở là ADS7843.
-

Giao tiếp màn hình cảm ứng dùng 4 dây.

-

Chuyển đổi tỉ lệ với đơn vị met.

-

Nguồn cung cấp 2.7v đến 5v.

-

Giao tiếp với vi điều khiển theo chuẩn truyền SPI.

2.2.3 Module Wifi ESP8266 V1
a. Giới thiệu
Wifi viết tắt của từ Wireless Fidelity là hệ thống truy cập Internet không dây sử
dụng sóng vơ tuyến.
Wifi được phát triển từ tổ chức IEEE (Institude of Electrical and Electronic
Engineers). Tổ chức này tạo ra một tập các chuẩn để đặc tả thông số kĩ thuật của mạng
khơng dây và gọi nó là IEEE 802.11.
Các ứng dụng nổi bật của Wifi gồm:
-

Giám sát và điều khiển thiết bị từ xa qua Internet.

-

Hỗ trợ cho các ứng dụng IOT.

b. Module Wifi ESP8266

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.7. Module Wifi ESP8266.

Hiện nay trên thị trường có khá nhiều phiên bản của module ESP8266, tuy
nhiên do nhu cầu đơn giản là truyền nhận dữ liệu lên cơ sở dữ liệu nên trong đề tài này

nhóm chọn sử dụng module ESP8266 v1, giao tiếp với vi điều khiển qua phương thức
UART.
ESP8266 là một dịng chip tích hợp Wifi 2.4GHz có thể lập trình được.
Tính năng:
-

Mạch nhỏ, gọn (24.75mm x 14.5mm).

-

Điện áp làm việc là 3.3v.

-

Tích hợp sẵn anten trên module.

-

Có 2 led báo hiệu: led nguồn và led TXD.

-

Có các chế độ: Access point, Station và Access point + Station.

-

Khoảng cách giữa các chân 2.54mm.

-

Lệnh AT rất đơn giản, dễ dàng sử dụng.

2.2.4 Module Wifi ESP8266 V12
a. Giới thiệu
Board ESP – V12 là một board WIFI với giá thành rẻ do AI-Thinker Vendor
sản xuất. Nó sử dụng chip WIFI SoC ESP8266EX của Espressif.
Board có thể hàn dễ dàng trực tiếp trên PCB hoặc sử dụng với breadboard. Có
sẵn anten trên board và SPI flash memory. Nó rất tiện lợi cho phát triển ứng dụng
dùng wifi.

b. Một số thơng số kĩ thuật

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9