Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC Trang MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN HỆ THỐNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT HỆ THỐNG DANH MỤC BẢNG BIỂU HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH VẼ .7 PHẦN MỞ ĐẦU 10 Lý chọn đề tài 10 Lịch sử nghiên cứu 10 Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu luận văn 11 Tóm tắt điểm đóng góp tác giả 11 Phƣơng pháp nghiên cứu .12 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH .13 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NHÀ THÔNG MINH 13 1.2 CÁC TÍNH NĂNG CẦN THIẾT CỦA NHÀ THÔNG MINH 15 1.2.1 Chọn chế độ hoạt động với nút bấm 15 1.2.2 Hệ thống ánh sáng thông minh 17 1.2.2 Hệ thống điều khiển rèm mành 17 1.2.3 Hệ thống an ninh thông minh 18 1.2.4 Hệ thống kiểm soát môi trƣờng 18 1.2.5 Hệ thống giải trí âm đa vùng 19 1.2.6 Trực quan với hình cảm ứng 3D 19 1.2.7 Điều khiển giọng nói 20 1.2.8 Kết nối không giới hạn 20 1.3 GIỚI THIỆU NHÀ THÔNG MINH BKAV SMART HOME 21 1.3.1 Các tính 21 1.3.2 So sánh Bkav SmartHome với Siemens, Schneider 29 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 1.3.3 Kết luận 34 1.4 GIỚI THIỆU CÁC TÍNH NĂNG CỦA MÔ HÌNH .34 1.5 KẾT LUẬN .38 CHƢƠNG CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH 39 2.1 CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG PIR 39 2.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35 .40 2.3 RƠLE 40 2.3.1 Tác dụng rơle 40 2.3.2 Cấu tạo 41 2.3.3 Nguyên lý hoạt động 42 2.3.4 Cách chọn rơle .42 2.3.5 Chú ý sử dụng rơle 43 2.4 MÀN HÌNH HIỂN THỊ LCD 43 2.4.1 Giới thiệu LCD 43 2.4.2 Chức chân LCD 1602 43 2.4.3 Tập lệnh cho LCD 1602 45 2.4.4 Kết nối với vi điều khiển .47 2.5 ĐỘNG CƠ RC SERVO 48 2.5.1 Giới thiệu động RC Servo 48 2.5.2 Cấu tạo động RC .49 2.5.3 Cách thức hoạt động phƣơng pháp điều khiển .50 2.6 VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA16 .51 2.6.1 Giới thiệu chung 51 2.6.2 Chức Timer/Counter 51 2.6.3 Chức Ngắt .52 2.6.4 Chức truyền thông nối tiếp USART 53 2.7 KẾT LUẬN .57 CHƢƠNG HỆ THỐNG KẾT NỐI MẠNG KHÔNG DÂY 58 3.1 TỔNG QUAN VỀ TIN NHẮN SMS 58 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 3.1.1 Giới thiệu SMS 58 3.1.2 Cấu trúc tin nhắn SMS 60 3.1.3 SMS CENTER/SMSC 61 3.2 Tổng quát hệ thống thông tin di động GSM .62 3.2.1 Giới thiệu công nghệ GSM 62 3.2.2 Đặc điểm công nghệ GSM .62 3.2.3 Cấu trúc mạng GSM 63 3.2.3.1 Cấu trúc tổng quát .63 3.2.3.2 Các thành phần công nghệ mạng GSM 64 3.2.4 Sự phát triển công nghệ GSM Việt Nam 64 3.3 Giới thiệu module sim900, tập lệnh at command 65 3.3.1 Giới thiệu module Sim900 65 3.3.2 Đặc điểm module Sim900 66 3.3.3 Khảo sát sơ đồ chức chân module Sim900 68 3.3.4 Khảo sát tập lệnh AT module Sim900 70 3.4 KẾT LUẬN .74 CHƢƠNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 75 4.1 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH 75 4.1.1 Thiết kế mô hình 75 4.1.2 Chế tạo mô hình 76 4.2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ 76 4.2.1 Sơ đồ khối toàn mạch 76 4.2.2 Mạch nguyên lý khối nguồn 77 4.2.3 Mạch nguyên lý khối điều khiển trung tâm 78 4.2.4 Mạch nguyên lý khối giao tiếp SIM900 .79 4.2.5 Mạch nguyên lý khối bàn phím hiển thị LCD .79 4.2.6 Mạch nguyên lý khối chấp hành 80 4.2.7 Mạch nguyên lý loa báo động bơm nƣớc .81 4.2.8 Mạch nguyên lý LED ma trận .81 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 4.3 THIẾT KẾ MẠCH IN VÀ CHẾ TẠO MẠCH .82 4.3.1 Thiết kế mạch in 82 4.3.2 Kết chế tạo mạch 83 4.4 LẬP TRÌNH 84 4.4.1 Lƣu đồ thuật toán chƣơng trình .84 4.4.2 Lƣu đồ thuật toán điều khiển bàn phím 85 4.4.3 Lƣu đồ thuật toán chƣơng trình 86 4.4.4 Lƣu đồ thuật toán xử lý tin nhắn 87 4.5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 87 4.5.1 Thực nghiệm nhập mật đăng nhập hệ thống 87 4.5.2 Thực nghiệm điều khiển từ xa thiết bị điện qua điện thoại di động 88 4.5.3 Thực nghiệm hệ thống chiếu sáng thông minh 89 4.5.4 Thực nghiệm đo hiển thị nhiệt độ 89 4.5.5 Thực nghiệm hệ thống báo cháy 89 4.5.6 Thực nghiệm hệ thống an ninh thông minh .90 4.5.7 Thực nghiệm điều khiển quạt thông minh 90 4.6 KẾT LUẬN .90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Hoàng Thế Phương học viên cao học lớp 13BCĐT.KT khóa 2013B Chuyên ngành: Cơ Điện Tử Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế mô hình nhà thông minh Giáo viên hướng dẫn: GVCC.TS Nguyễn Trọng Doanh Tôi xin cam đoan nghiên cứu, thực nghiệm luận văn tác giả thực Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật HỆ THỐNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt EEPROM Tên đầy đủ Electronically Erasable Read- Bộ nhớ lưu trữ liệu không thay đổi Only Memory Universal USART Ý nghĩa Synchronous Asynchronous Serial Reveiver and Transmitter PWM & Bộ truyền nhận nối tiếp đồng không đồng Điều chế độ rộng xung Pulse width Modulation Thanh ghi điều khiển MCUCR PIR Passive infrared sensor Cảm biến chuyển động I/O Port In/Out port Cổng vào/ra PSEN Program store enable Cho phép lưu trữ chương trình LED Light emitting diode Diode phát quang HỆ THỐNG DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Chức chân LCD 1602 45 Bảng 2 Tập lệnh cho LCD 1602 47 Bảng Đặc tính điện làm việc LCD .48 Bảng Thiết lập bit chọn kiểu chẵn lẻ .56 Bảng Thiết lập bit chọn độ dài liệu truyền 56 Bảng Thiết lập tốc độ BAUD 57 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Biểu đồ thể phát triển Smart home .13 Hình Chọn chế độ hoạt động nhà 15 Hình Hệ thống điện sẵn sàng nhà 16 Hình Hệ thống ánh sáng thông minh 17 Hình Hệ thống điều khiển rèm mành 17 Hình Hệ thống an ninh thông minh 18 Hình Hệ thống kiểm soát môi trường 18 Hình Hệ thống giải trí âm .19 Hình Màn hình cảm ứng 3D 19 Hình 10 Điều khiển giọng nói .20 Hình 11 Kết nối không giới hạn 20 Hình 12 Bảng điều khiển trung tâm kênh SH-CC6 22 Hình 13 Bảng mạch SH-CC6 22 Hình 144 Vi xử lý ST M32F100 còi chip 23 Hình 15 Cảm biến điện dung module zigbee 23 Hình 16 Công tắc cảm ứng kênh SH-CTZ4 23 Hình 17 Mạch công suất IC nguồn 24 Hình 18 Bảng mạch điều khiển 24 Hình 19 Thiết bị kết nối trung tâm SH – BZ 25 Hình 20 Bảng mạch 25 Hình 21 Vi xử lý Cortex-M3 Module ZigBee 25 Hình 22 Modul nguồn NFM 5-5 26 Hình 23 Thiết bị cảnh báo an ninh SH – SCZ 26 Hình 24 Bảng mạch bên SH – SCZ 26 Hình 25 Thiết bị bật đèn cảm ứng SH-DZ 27 Hình 26 Mạch điều khiển thiết bị bật đèn cảm ứng SH-DZ 27 Hình 27 Cảm biến môi trường SH-SSZ 28 Hình 28 Bảng mạch thiết bị 28 Hình 29 Module zigbee module nguồn 28 Hình 30 Công tắc đèn tự động Siemens Schneider 30 Hình 31 Sản phẩm Bkav gây ấn tượng mạnh với thiết kế bền, đẹp, sang trọng 31 Hình 32 Giao diện 3D trực quan BKAV Smarthome 31 Hình 33 Giao diện Siemens Schneider .32 Hình 34 Ngữ cảnh thông minh .32 Hình 35 Bộ truyền tín hiệu (tủ điện) Siemens, Schneider thiết bị không dây Bkav .33 Hình 36 Khóa cửa thông minh .35 Hình 37 Điều khiển thiết bị điện qua tin nhắn .35 Hình 38 Chiếu sáng thông minh 36 Hình 39 Đo hiển thị nhiệt độ 36 Hình 40 Báo cháy chữa cháy tự động .37 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 41 Hệ thống báo động trộm 37 Hình 2.1.Nguyên lý phát chuyển động ngang thân nhiệt 39 Hình 2.2 Sơ đồ chân LM35 dạng TO-92 40 Hình 2.3 Hình dạng rơle 41 Hình 2.4 Cấu tạo rơle 41 Hình 5.Sơ đồ đơn giản rơle 42 Hình Hình dáng LCD 43 Hình Cấu tạo động RC Servo .49 Hình Giản đồ thời gian điều khiển động RC servo 50 Hình Thanh ghi UDR 54 Hình 10 Thanh ghi UCSRA 54 Hình 11 Thanh ghi UCSRB 55 Hình 12 Thanh ghi UCSRC 55 Hình Cấu trúc tin nhắn SMS 60 Hình Cấu trúc công nghệ GSM 63 Hình 3 Các thành phần mạng GSM .64 Hình IC sim900 68 Hình Sơ đồ chân IC sim900 68 Hình Bản thiết kế mô hình nhà thông minh 75 Hình Bản vẽ 3D mô hình 76 Hình 4.3 Kết chế tạo mô hình nhà thông minh 76 Hình 4 Sơ đồ khối toàn mạch .76 Hình Mạch nguyên lý khối nguồn .77 Hình Khối điều khiển trung tâm 78 Hình Nguyên lý mạch SIM900 79 Hình Nguyên lý khối bàn phím hiển thị LCD .79 Hình Mạch nguyên lý khối chấp hành 80 Hình 10 Mạch nguyên lý loa báo động bơm nước 81 Hình 11 Mạch nguyên lý LED ma trận 81 Hình 12 Mạch in mạch main lớp TOP (trái) BOTTOM (phải) .82 Hình 13 Mạch in mạch role lớp TOP (trên) BOTTOM (dưới) .82 Hình 14 Mạch in mạch bàn phím LCD lớp TOP (trái) BOTTOM (phải) 83 Hình 15 Mạch chấp hành .83 Hình 16 Mạch main mạch bàn phím .83 Hình 17 Lưu đồ thuật toán chương trình 84 Hình 18 Lưu đồ thuật toán bàn phím 85 Hình 19 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển bàn phím .86 Hình 20 Lưu đồ thuật toán chương trình 86 Hình 21 Lưu đồ thuật toán xử lý tin nhắn 87 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 22 Thực nghiệm nhập mật đăng nhập hệ thống 87 Hình 23 Hiển thị MENU điều khiển 88 Hình 24 Thực nghiệm điều khiển thiết bị điện qua điện thoại .88 Hình 25 Bật hệ thống chiếu sáng thông minh 89 Hình 26 Kết đo hiển thị nhiệt độ 89 Hình 27 Kết thực nghiệm hệ thống báo cháy 89 Hình 28 Kết thực nghiệm hệ thống an ninh thông minh .90 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày giới với bùng nổ công nghệ thông tin, điện tử v.v… làm cho đời sống người ngày hoàn thiện nâng cao Các thiết bị tự động hóa ngày xâm lấn vào sản xuất chí vào sống sinh hoạt ngày người Do nhà thông minh không mơ ước người mà trở thành thực hóa Qua báo chí, phương tiện truyền thông, internet thấy mô hình nhà thông minh đời Để triển khai tính thông minh cho nhà, trước hết cần tạo mô hình để nghiên cứu tính cần thiết cho nhà Vì tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế mô hình nhà thông minh” Lịch sử nghiên cứu Nhà thông minh (smart home) kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hoá hoàn toàn bán tự động, thay người việc thực thao tác quản lý, điều khiển Nhà thông minh ứng dụng nhiều giới năm gần xuất nhiều Việt Nam Từ đầu năm 1900, thiết bị điều khiển từ xa bắt đầu nghiên cứu phát minh, tạo tiền đề cho đời “Smart home” sau Sức mạnh phát triển thiết bị điện gia dụng năm 1915, để ý tưởng tự động hóa thiết bị nhà xuất vào năm 1930 Đến năm 1984, thuật ngữ “Smart home” xuất hiện! Nhận thấy khả ứng dụng nhà thông minh vào đời sống lớn nên cá nhân, công ty Việt Nam tiến hành nghiên cứu nhà thông minh Công ty BKAV nghiên cứu chế tạo thành công sản phẩm BKAV Smarthome với nhiều tính thông minh Sản phẩm ứng dụng vào khu đô thị cao cấp Ecopark (Hà Nội), Vinhomes Central Park (TP Hồ Chí Minh),… nhiên 10 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Đây mạch dùng để tạo nguồn điện áp chuẩn +5V, sử dụng IC ổn áp LM7805 LM2576 Đầu vào điện áp chiều 12V, sau qua IC ổn áp tạo nguồn điện áp chuẩn +5V cung cấp cho mạch Trong IC LM7805 dùng để tạo nguồn 5V cung cấp cho vi điều khiển cảm biến, LM2576 dùng để tạo nguồn 5V cung cấp cho động RC servo 4.2.3 Mạch nguyên lý khối điều khiển trung tâm U3 VCC RS EN DKDEN DK_SERVO D4 MOSI D5 MISO D6 SCK D7 R3 10k RST SW1 C6 10UF/25V RST VCC GND 10 11 XTAL2 XTAL1 12 13 GND C7 22P XTAL2 Y1 8MHz XTAL1 C8 GND RX TX A B C Y1 Y2 PIR_OUT 22P J7 MOSI RST SCK MISO 10 VCC C13 104 GND C14 104 14 15 16 17 18 19 20 21 PB0(XCK/TO) PB1(T1) PB2(INT2/AIN0) PB3(OC0/AIN1) PB4(SS) PB5(MOSI) PB6(MISO) PB7(SCK) (ADC0)PA0 (ADC1)PA1 (ADC2)PA2 (ADC3)PA3 (ADC4)PA4 (ADC5)PA5 (ADC6)PA6 (ADC7)PA7 RST AREF VCC GND GND AVCC 40 39 38 37 36 35 34 33 LM35_OUT RES_OUT DK_ROLE6 DK_ROLE5 DK_ROLE4 DK_ROLE3 DK_ROLE2 32 VCC 31 GND 30 VCC XTAL2 XTAL1 PD0(RXD) PD1(TXD) PD2(INT0) PD3(INT1) PD4(OC1B) PD5(OC1A) PD6(ICP1) PD7 (TOSC2)PC7 (TOSC1)PC6 (TDI)PC5 (TDO)PC4 (TMS)PC3 (TCK)PC2 (SDA)PC1 (SCL)PC0 29 28 27 26 25 24 23 22 DK_ROLE1 DK_BOM DK_LOA SDA SCL STR CLOCK DATA ATmega16 CON10A VI DIEU KHIEN Hình Khối điều khiển trung tâm Khối điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển Atmega16, qua chương trình lập trình nạp cho chip, vi điều khiển điều khiển nhận tín hiệu hiển thị thời gian lên khối hiển thị LED ma trận LCD Bộ dao động dao động thạch anh có tác dụng tạo xung nhịp với tần số 8MHz cho vi điều khiển hoạt động Hai đầu thạch anh nối vào chân XTAL1 XTAL2 vi điều khiển 78 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 4.2.4 Mạch nguyên lý khối giao tiếp SIM900 Hình Nguyên lý mạch SIM900 4.2.5 Mạch nguyên lý khối bàn phím hiển thị LCD SW2 SW3 SW2 SW4 SW3 SW4 J2 GND VCC SW5 SW6 SW5 SW7 SW6 SW8 SW7 SW8 VCC CONST CONST RS GND EN R3 C5 5K SW9 SW10 SW9 SW11 SW10 SW11 104 GND SW12 SW12 R4 SW13 SW14 SW15 D4 D5 D6 D7 denLCD SW16 GND SW13 SW14 SW15 SW16 10 11 12 13 14 15 16 VCC Q1 R2 DKDEN denLCD SW1 SW1 330 68 LCD16x2 GND LCD VCC C6 GND VCC VCC C7 R12 330 J8 GND VCC RS DKDEN D5 D7 B Y2 R10 RESISTOR SIP 9 U3 SW2 SW6 SW10 SW14 SW13 SW9 SW5 SW1 15 14 13 12 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Y Y A B C A B C GND VCC EN D4 D6 A C Y1 10 12 14 16 D1 LED GND CON16A VCC VCC GND G VCC Y1 11 10 9 11 13 15 16 74LS151 R11 2.2k J7 J4 1 1 CON1 CON1 U4 J5 SW3 SW7 SW11 SW15 SW16 SW12 SW8 SW4 15 14 13 12 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Y Y A B C VCC GND G 11 10 Y2 A B C CON1 VCC J6 CON1 HOLLE 16 74LS151 Hình Nguyên lý khối bàn phím hiển thị LCD Khối bao gồm hình LCD bàn phím 16 nút Màn hình LCD dùng để hiển thị giao tiếp với người dùng người dùng thao tác bàn phím để nhập mật đăng nhập điều khiển thiết bị Bàn phím để người dùng ấn nút nhập mật đăng nhập điều khiển thiết bị, bao gồm 16 nút: 79 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 10 nút từ “0” đến “9” để nhập mật - nút “INC”, “DEC” dùng để tăng, giảm menu giúp người dùng lựa chọn menu cần thiết để thao tác - Nút “OK” dùng để xác nhận chọn menu - Nút “BACK” dùng để quay trở lại menu trước, xóa kí tự mật trường hợp ấn nhầm nút “*”,“#” nút điều khiển chức - Để giao tiếp bàn phím với vi điều khiển, sử dụng IC dồn kênh 74LS151 giúp tiết kiệm chân cho vi điều khiển 4.2.6 Mạch nguyên lý khối chấp hành 12V VCC 12V VCC AC_IN2 R8 330 R9 10k D6 2A 5 4 Q3 D468 D5 LED AC_IN1 Q4 D468 TB1 R10 1k VCC VCC R21 10k D13 2A AC_IN2 LS7 R23 330 R24 10k RELAY SPDT Q7 D468 TB1 D12 LED AC_IN1 D14 LED AC_IN1 J12 DK_ROLE5 RELAY SPDT Q8 D468 TB1 R22 1k J11 DK_ROLE4 ISO8 RELAY SPDT Q5 D468 ISO7 R16 1k LS6 ISO5 D15 2A 4 12V AC_IN2 AC_IN1 J10 12V R20 330 D9 LED DK_ROLE3 AC_IN2 LS4 TB1 R13 1k J9 12V D10 2A D7 LED AC_IN1 DK_ROLE2 R15 10k RELAY SPDT RELAY SPDT 3 ISO4 TB1 RELAY SPDT R7 1k LS5 J8 R14 330 D8 2A ISO3 DK_ROLE1 VCC R12 10k Q2 D468 R11 330 ISO2 AC_IN2 LS3 D3 LED 12V AC_IN2 LS2 D4 2A R6 10k R5 330 VCC TB1 R25 1k AC_IN1 J13 DK_ROLE6 Hình Mạch nguyên lý khối chấp hành Khối chấp hành thiết kế với mục đích điều khiển tối đa thiết bị điện role Các thiết bị điện hoạt động với nguồn điện 220VAC 12VDC cấp vào từ bên 80 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 4.2.7 Mạch nguyên lý loa báo động bơm nƣớc 12V R3 10k R2 330 R17 10k R19 330 LS1 VCC 12V ISO1 D16 2A A - ISO6 3 SPEAKER MG1 + VCC Q1 D468 D2 LED R4 1k D11 LED DK_LOA R18 1k Q6 TIP41C DK_BOM LOA BAO DONG BOM NUOC Hình 10 Mạch nguyên lý loa báo động bơm nước Loa báo động bơm nước lựa chọn sử dụng loại 12VDC Tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển 5VDC với dòng điều khiển nhỏ, cần đưa qua transistor để khuếch đại trước đưa đến loa bơm nước 4.2.8 Mạch nguyên lý LED ma trận R40 VCC Q5 Q6 DK_H1 DK_H2 R2 A1015 Q7 DK_H3 R41 HANG1 HANG2 Q8 DK_H4 R42 R43 HANG3 1K HANG4 VCC Q9 DK_H5 Q10 DK_H6 R44 R2 Q11 DK_H7 R46 R2 R45 HANG5 HANG6 1K Q12 DK_H8 R47 R2 HANG7 HANG8 VCC 14 STR CLOCK 12 11 VCC GND 10 13 RCLK SRCLK CLR G J21 DK_H8 DK_H7 DK_H6 DK_H5 DK_H4 DK_H3 DK_H2 DK_H1 SDO QA QB QC QD QE QF QG QH R24 16 R25 15 OUT 15 R26 74HC595 GND R27 R28 10 R29 R30 R31 13 OUT 14 12 11 VCC GND 10 13 16 SDI RCLK SRCLK CLR G SDO QA QB QC QD QE QF QG QH R32 16 R33 15 330 R34 15 GND STR CLOCK VCC U9 H1(A) C2(K) H2(A) C3(K) H3(A) C4(K) H4(A) C5(K) H5(A) C6(K) H6(A) C7(K) H7(A) C8(K) H8(A) HANG1 HANG2 HANG3 HANG4 12 HANG5 HANG6 14 HANG7 HANG8 U7 VCC CON8 C1(K) LED MATRIX 8x8 11 U6 16 SDI GND DATA VCC U8 74HC595 R35 R36 10 R37 R38 R39 13 11 GND C1(K) H1(A) C2(K) H2(A) C3(K) H3(A) C4(K) H4(A) C5(K) H5(A) C6(K) H6(A) C7(K) C8(K) H7(A) H8(A) HANG1 HANG2 HANG3 HANG4 12 HANG5 HANG6 14 HANG7 HANG8 LED MATRIX 8x8 LED MA TRAN HANG 16 COT Hình 11 Mạch nguyên lý LED ma trận LED ma trận điều khiển vi điều khiển thông qua IC ghi dịch 74HC595 giúp tiết kiệm chân cho vi điều khiển 81 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 4.3 THIẾT KẾ MẠCH IN VÀ CHẾ TẠO MẠCH 4.3.1 Thiết kế mạch in Mạch main: Hình 12 Mạch in mạch main lớp TOP (trái) BOTTOM (phải) Mạch role: Hình 13 Mạch in mạch role lớp TOP (trên) BOTTOM (dưới) 82 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Mạch bàn phím hiển thị LCD: Hình 14 Mạch in mạch bàn phím LCD lớp TOP (trái) BOTTOM (phải) 4.3.2 Kết chế tạo mạch Mạch chấp hành: Hình 15 Mạch chấp hành Mạch main mạch bàn phím: Hình 16 Mạch main mạch bàn phím 83 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 4.4 LẬP TRÌNH 4.4.1 Lƣu đồ thuật toán chƣơng trình BEGIN Khởi tạo cổng vào Khởi tạo Timer, ADC, UART Nhiệt độ t>27oC? Đ Xử lý nhiệt độ Đ Chương trình chế độ an ninh thông minh Đ Chương trình chế độ điện thông minh Đ Bật điện hành lang Giải mã nút bấm S OK==1? Đ Đăng nhập hệ thống Điều khiển bàn phím Chế độ an ninh thông minh? S S Kiểm tra tin nhắn? Đ Xử lý tin nhắn Chế độ điện thông minh? S S Đo nhiệt độ LM35 Cảm biến ánh sáng? Hiển thị nhiệt độ lên LED ma trận S END Hình 17 Lưu đồ thuật toán chương trình 84 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 4.4.2 Lƣu đồ thuật toán điều khiển bàn phím BEGIN Giải mã nút bấm MENU ==2? S Đ Điều khiển thiết bị điện bàn phím Đ Bật/tắt chế độ an ninh thông minh Đ Bật/tắt chế độ điện thông minh Đ Đổi mật đăng nhập hệ thống Đọc mật S Mật time40oC Đ Nhắn tin cảnh báo đến chủ nhà S Nhấp nháy toàn đèn nhà Bật điện S S END END END a) Xử lý nhiệt độ b) Chương trình chế độ an ninh thông minh c) Chương trình chế độ điện thông minh Hình 20 Lưu đồ thuật toán chương trình 86 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 4.4.4 Lƣu đồ thuật toán xử lý tin nhắn BEGIN SMS= BDT BAT Đọc tin nhắn Đ Bật hệ thống an ninh thông minh Đ Tắt hệ thống an ninh thông minh Đ Bật hệ thống điện thông minh Đ Tắt hệ thống điện thông minh Đ Đổi mật điều khiển hệ thống S Giải mã nội dung tin nhắn SMS= BDT TAT Kiểm tra mật khẩu? S S SMS= DTM BAT Đ S SMS= TBx BAT Đ Bật thiết bị x SMS= DTM TAT S S SMS= TBx TAT Đ Tắt thiết bị x SMS= DMK Gửi tin nhắn phản hồi S S END Hình 21 Lưu đồ thuật toán xử lý tin nhắn 4.5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.5.1 Thực nghiệm nhập mật đăng nhập hệ thống Sử dụng bàn phím số để nhập mật đăng nhập hệ thống Trường hợp nhập mật sai lần, hệ thống thông báo tới số điện thoại chủ nhà, đồng thời phải chờ 60s để thao tác tiếp Hình 22 Thực nghiệm nhập mật đăng nhập hệ thống 87 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Khi đăng nhập thành công người dùng sử dụng menu để điều khiển hệ thống, MENU hiển thị lên hình LCD Chuyển đổi qua lại MENU cách ấn phím INC DEC Hình 23 Hiển thị MENU điều khiển MENU 1: Điều khiển đóng mở cửa Người dùng ấn phím „*‟ để mở cửa, ấn phím „#‟ để đóng cửa MENU 2: Điều khiển thiết bị điện Người dùng ấn phím từ „1‟ đến „6‟, thiết bị điện tương ứng đảo trạng thái (đang sáng tắt ngược lại) MENU 3: Bật tắt hệ thống an ninh thông minh Người dùng ấn phím „*‟ để bật hệ thống, ấn phím „#‟ để tắt hệ thống MENU 4: Bật tắt hệ thống chiếu sáng thông minh Người dùng ấn phím „*‟ để bật hệ thống, ấn phím „#‟ để tắt hệ thống MENU 5: Đổi mật đăng nhập hệ thống 4.5.2 Thực nghiệm điều khiển từ xa thiết bị điện qua điện thoại di động Người dùng nhắn tin theo cú pháp đến số điện thoại hệ thống: TBx BAT để bật thiết bị x TBx TAT để tắt thiết bị x Trường hợp muốn điều khiển lúc tất thiết bị nhắn x=0 Hệ thống gửi trả lại tin nhắn phản hồi đến số điện thoại điều khiển Hình 24 Thực nghiệm điều khiển thiết bị điện qua điện thoại 88 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 4.5.3 Thực nghiệm hệ thống chiếu sáng thông minh Khi cảm biến ánh sáng phát trời tối, điện hành lang tự động bật Đối với hệ thống điện phòng phải kích hoạt tính chiếu sáng thông minh Để kích hoạt tính này, có cách: - Điều khiển MENU từ bàn phím - Nhắn tin tới hệ thống theo cú pháp: DTM BAT Hình 25 Bật hệ thống chiếu sáng thông minh Khi cảm biến ánh sáng phát trời tối cảm biến PIR phát có người hệ thống tự động bật điện phòng Khi điều kiện không thỏa mãn điện tự động tắt 4.5.4 Thực nghiệm đo hiển thị nhiệt độ Hệ thống liên tục đo nhiệt độ cảm biến nhiệt LM35, hiển thị giá trị lên LED ma trận hình LCD Hình 26 Kết đo hiển thị nhiệt độ 4.5.5 Thực nghiệm hệ thống báo cháy Hình 27 Kết thực nghiệm hệ thống báo cháy 89 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Khi nhiệt độ đo lớn 40oC, hệ thống gửi tin nhắn cảnh báo nhiệt độ cao đến số điện thoại chủ nhà Khi nhiệt độ đo lớn 70oC, hệ thống xác định đám cháy, thực hiện: gọi điện, nhắn tin đến số điện thoại chủ nhà, báo động loa chỗ, điều khiển bơm nước chữa cháy hoạt động 4.5.6 Thực nghiệm hệ thống an ninh thông minh Để kích hoạt tính an ninh thông minh, có cách: - Điều khiển MENU từ bàn phím - Nhắn tin tới hệ thống theo cú pháp: BDT BAT Hình 28 Kết thực nghiệm hệ thống an ninh thông minh Sau kích hoạt hệ thống, cảm biến PIR phát có người đột nhập, hệ thống thực hiện: gọi điện, nhắn tin đến số điện thoại chủ nhà, báo động chỗ qua loa hình LCD, đồng thời nhấp nháy toàn đèn 4.5.7 Thực nghiệm điều khiển quạt thông minh Khi cảm biến nhiệt LM35 đo nhiệt độ phòng lớn 27oC, đồng thời cảm biến PIR phát có người, hệ thống tự động bật quạt Khi hai điều kiện không thỏa mãn, hệ thống tự động tắt quạt 4.6 KẾT LUẬN Chương trình bày quy trình thiết kế mô hình, thiết kế mạch, lập trình cho vi điều khiển kết thử nghiệm Mô hình thiết kế đảm bảo tính đề ra, tất tính hoạt động tốt, ổn định dễ dàng sử dụng 90 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật KẾT LUẬN “Ngôi nhà thông minh” đề tài đòi hỏi nhiều thời gian nghiên cứu nhà có nhiều phương pháp điều khiển để nhà ngày thông minh Một nhà thông minh đơn giản phức tạp tùy theo tính mà chủ nhà mong muốn Luận văn vào nghiên cứu nhà thông minh với tính thích hợp với hầu hết người sử dụng Kết luận văn chế tạo thành công mô hình nhà thông minh mạch điều khiển Mô hình có ưu điểm hoạt động tốt, ổn định, dễ dàng sử dụng với tính năng: - Điều khiển mở / đóng cửa mật - Điều khiển từ xa thiết bị điện qua điện thoại di động - Điều khiển đèn chiếu sáng thông minh - Đo hiển thị nhiệt độ - Báo động cháy chỗ qua điện thoại di động, chữa cháy tự động - Hệ thống an ninh thông minh, báo động trộm chỗ báo động qua điện thoại di động - Điều khiển quạt thông minh Nhược điểm mô hình: - Vẫn sử dụng kết nối có dây nên lắp đặt nhà thực tế phải lại đường dây điện - Các tính thông minh chưa phong phú Hướng phát triển luận văn: Để nhà thông minh áp dụng rộng rãi thực tế, tăng thêm tính tiện dụng cho người dùng tác giả đề xuất thêm số hướng phát triển sau - Nghiên cứu thêm tính thông minh khác để có nhiều lựa chọn cho người dùng - Nghiên cứu việc điều khiển không dây để dễ dàng lắp đặt nhà - Nghiên cứu việc điều khiển giám sát nhà thông minh qua mạng 91 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Minh Công, “Giáo trình Cảm biến công nghiệp”, NXB Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, 2004 [2] Nguyễn Chí Nhân, Giáo trình học AVR, ĐH KHTN [3] Ngô Diên Tập, Kỹ thuật vi điều khiển với AVR, NXB KHKT, Hà Nội [4] James Sinopoli, “Smart Building Systems for Architects, Owners, and Builders” [5] Hermann Merz, Thomas Hansemann, Christof Hübner, “Building AutomationCommunicationsystems withEIB/KNX, LON and BACnet”, 2009 [6] AVR cho người bắt đầu Tác giả: TuxHero – Nhóm phát triển AVR [7] Datasheet atmega16 - @Copyright 2007 Atmel Corporation Website: [8] http://www.hocavr.com/index.php/vi/hardware/hbridge [9] http://mcu.banlinhkien.vn/ [10] http://www.smarthome.com.vn/ [11] http://vnreview.vn/danh-gia-chi-tiet-nha-thong-minh//view_content/content/1449866/do-nha-thong-minh-bkav-smarthome-voi-hangngoai-siemens-schneider 92 ... cần tạo mô hình để nghiên cứu tính cần thiết cho nhà Vì tác giả chọn đề tài: Nghiên cứu, thiết kế mô hình nhà thông minh” Lịch sử nghiên cứu Nhà thông minh (smart home) kiểu nhà lắp đặt thiết. .. .64 Hình IC sim900 68 Hình Sơ đồ chân IC sim900 68 Hình Bản thiết kế mô hình nhà thông minh 75 Hình Bản vẽ 3D mô hình 76 Hình 4.3 Kết chế tạo mô hình nhà thông. .. 3.4 KẾT LUẬN .74 CHƢƠNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 75 4.1 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH 75 4.1.1 Thiết kế mô hình 75 4.1.2 Chế tạo mô hình 76 4.2 THIẾT