1. Trang Chủ
  2. Điện-Điện tử-Viễn thông
  3. Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà thông qua Amazon Alexa và cảnh báo chống trộm

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà thông qua Amazon Alexa và cảnh báo chống trộm

Thiết kế và thi công mô hình điều khiển các thiết bị sử dụng điện trong nhà là các đèn, quạt trên ứng dụng điện thoại Amazon Alexa và Website thông qua mạng internet và Wifi. Ngoài ra hệ thống này còn có khả năng giám sát nhà từ xa, hiển thị trạng thái các thiết bị điện, tự động đóng mở cửa bằng hệ thống nhận diện khuôn mặt hoặc nhập mật khẩu và có chuông cảnh báo khi nhận diện sai hoặc nhập mật khẩu không đúng. Có thể sử dụng giọng nói để điều khiển thiết bị điện trong nhà và có chế độ điều khi

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện-Điện tử-Viễn thông

Số trang 135

Ngày tạo 11/29/2019 8:15:39 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 4.99 M

Tên tệp

Tải Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống đi... (.pdf)

Xem mẫu

  1. 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 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ THÔNG QUA AMAZON ALEXA VÀ CẢNH BÁO CHỐNG TRỘM GVHD: ThS. Võ Đức Dũng SVTH: Phạm Duy Thanh 15141282 Nguyễn Thị Hạ 15141150 Tp. Hồ Chí Minh - 3/2019
  2. 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 3 tháng 3 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Duy Thanh MSSV: 15141282 Nguyễn Thị Hạ MSSV: 15141150 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 15141DT1C I. TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ THÔNG QUA AMAZON ALEXA VÀ CẢNH BÁO CHỐNG TRỘM 1. Các số liệu ban đầu: Trước khi thực hiện đề tài, nhóm đã tham khảo và đọc các tài liệu sau để có các số liệu ban đầu: - Nguyễn Văn Lem, “Thiết kế và xây dựng hệ thống mô hình nhà thông minh”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT Tp.HCM, 2015. - Espressif Systems IOT Team, “ESP8266 Datasheet”, Espressif Systems, 2015. - Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình Vi xử lí”, Trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2013. - Nguyễn Đình Phú – Nguyễn Trường Duy, “Giáo trình: Kỹ thuật số”, Nhà xuất bản ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2013. - Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, “Giáo trình điện tử cơ bản”, Nhà xuất bản ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2013. 2. Nội dung thực hiện: - Nghiên cứu tài liệu về ESP8266 Node MCU và Arduino Nano V3, giao tiếp không dây và mạng Internet. - Nghiên cứu các mô hình nhà thông minh. - Thiết kế và tính toán thiết kế mạch phần cứng cho thiết bị. i
  3. - Thi công phần cứng, thử nghiệm và hiệu chỉnh phần cứng. - Thử nghiệm và chỉnh sửa hệ thống cũng như chương trình để hệ thống được tối ưu. Đánh giá kết quả đạt được với thông số đề ra. - Viết báo cáo thực hiện. - Bảo vệ luận văn. II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/02/2019 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/06/2019 IV. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: THS. VÕ ĐỨC DŨNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH ii
  4. TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 4 tháng 1 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Hưng Thịnh Lớp: 14141DT3B MSSV: 14141303 Họ tên sinh viên: Khổng Hữu Duy Lớp: 14141DT3B MSSV: 14141037 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ NHÀ CÓ HỖ TRỢ GOOGLE ASSISTANT Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 (01/10 - 07/10) Gặp gỡ GVHD và trao đổi về đề tài tốt nghiệp. Tuần 2 (08/10 - 14/10) Tìm hiểu các đề tài nghiên cứu có liên quan. - Gặp và báo cáo với GVHD về đề tài sẽ Tuần 3 (15/10 - 21/10) thực hiện. - Tìm hiểu về các linh kiện sẽ sử dụng - Tìm hiểu về giao tiếp giữa các cảm biến, module và các thiết bị với Arduino và Tuần 4 (22/10 - 28/10) Node MCU. - Tìm hiểu về board Node MCU ESP8266. - Lập trình cho Arduino và Node MCU đọc Tuần 5 (29/10 - 04/11) cảm biến, điều khiển các LED đơn và thu nhận tín hiệu từ các cảm biến. iii
  5. - Báo cáo tiến độ cho GVHD - Tìm hiểu về lập trình Web, App Blynk Tuần 6 (05/11 - 11/11) - Tìm hiểu phương thức gửi dữ liệu từ board mạch chính lên Web và App Blynk. - Tìm hiểu về IFTTT và Adafruit. - Tìm hiểu về Google Assistant. Tuần 7 (12/11 - 18/11) - Kết nối giữa Google Assistant, IFTTT và Adafruit. - Báo cáo tiến độ cho GVHD. Tuần 8, 9 (19/11 - 02/12) - Hoàn thành điều khiển thiết bị bằng hỗ trợ Google Assistant. - Tổng hợp chương trình đọc tất cả cảm biến, giao tiếp module, truyền nhận dữ liệu Tuần 10, 11(03/12 - 09/12) và gửi dữ liệu qua internet. - Hoàn thành thiết kế giao diện web. - Hoàn thành truyền nhận và gửi giữ liệu lên Tuần 12 (17/12 - 23/12) web, app Blynk. - Viết báo cáo. - Thiết kế, đi dây và hoàn thiện mô hình nhà. Tuần 13 (24/12 - 30/12) - Kiểm tra và chỉnh sửa hệ thống. - Viết báo cáo. - Chạy thử hệ thống, kiểm tra và sửa lỗi. Tuần 14 (31/12 - 06/01) - Đánh giá kết quả đạt được. - Viết và hoàn thiện cuốn báo cáo. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iv
  6. Chương 1. TỐNG QUAN LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm sinh viên chúng em tự thực hiện, dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. TP. Hồ Chí Minh, ngày 21/05/2019 Người thực hiện đề tài Phạm Duy Thanh Nguyễn Thị Hạ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
  7. Chương 1. TỐNG QUAN LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp là chương trình học cuối cùng của khóa đào tạo đại học. Đây là cơ hội cho sinh viên ứng dụng các kiến thức đã được giảng dạy và làm quen với công việc sau này. Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được sự giúp đỡ và ủng hộ rất lớn của các thầy, cô, người thân và bạn bè. Đó là động lực rất lớn giúp chúng em hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS. Võ Đức Dũng. Thầy là người hướng dẫn nhiệt tình, luôn đưa ra những nhận xét đúng đắn để chúng em hoàn thành được đề tài tốt nghiệp kịp thời và hoàn thiện nhất có thể. Sau cùng, tuy có nhiều nỗ lực, nhưng do thời gian thực hiện đề tài không nhiều và kiến thức, kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp còn nhiều thiếu sót. Do đó, chúng em kính mong quý thầy cô, bạn bè thông cảm và rất mong nhận được ý kiến từ mọi người để hoàn thiện đề tài tốt hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! TP. Hồ Chí Minh, ngày 10/06/2019 Người thực hiện đề tài Phạm Duy Thanh Nguyễn Thị Hạ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
  8. Chương 1. TỐNG QUAN MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................................................i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP............................................... iii LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... 1 LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ 2 MỤC LỤC ...................................................................................................................... 3 DANH SÁCH HÌNH ...................................................................................................... 8 TÓM TẮT .................................................................................................................... 13 Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................................ 14 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................. 14 1.2 MỤC TIÊU VÀ GIỚI HẠN ............................................................................ 16 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................ 16 1.4 GIỚI HẠN........................................................................................................ 16 1.5 BỐ CỤC ........................................................................................................... 17 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................ 18 2.1 SƠ LƯỢC VỀ INTERNET OF THINGS .................................................... 18 2.1.1 Định nghĩa IoTs ............................................................................................ 18 2.1.2 Ứng dụng của IoTs ....................................................................................... 18 2.1.3 Đặc điểm công nghệ IoTs ............................................................................. 18 2.2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIFI ..................................................................... 19 2.3 PHẦN CỨNG .................................................................................................. 19 2.3.1. Vi điều khiển ................................................................................................ 19 a. Giới thiệu về Arduino ...................................................................................... 19 b. Giới thiệu về Arduino Nano V3 ....................................................................... 20 2.3.2 Module Wifi ESP8266 Node MCU .............................................................. 21 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
  9. Chương 1. TỐNG QUAN 2.3.3 Loa thông minh Amazon Echo Dot Gen ...................................................... 23 2.3.3.1 Mô tả .......................................................................................................... 23 2.3.3.2 Hướng dẫn kết nối Echo Dot với điện thoại Android.............................. 24 2.3.4 Bàn phím ma trận 4x3 .................................................................................. 30 2.3.5 Giới thiệu về LCD 16x2 .................................................................................. 31 2.3.6 Nút nhấn .......................................................................................................... 33 2.3.7 Logitech HD Webcam C270 ........................................................................... 34 2.3.8 Động cơ Servo ................................................................................................. 34 2.3.9 Module Relay .................................................................................................. 35 2.4 CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG .................................................................... 36 2.4.1 Chuẩn truyền thông UART ............................................................................... 36 2.4.2 Chuẩn truyền thông I2C ............................................................................... 37 2.4.3 Chuẩn truyền thông SPI ................................................................................ 41 2.5 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG XỬ LÍ ẢNH ................................................... 41 2.5.1 Phần thu nhận ảnh (Image Acquisition) .................................................... 43 2.5.2 Tiền xử lý (Image Processing) .................................................................. 43 2.5.3 Phân đoạn (Segmentation) hay phân vùng ảnh ......................................... 43 2.5.4 Biểu diễn ảnh (Image Representation) ...................................................... 43 2.5.5 Nhận dạng và nôi suy ảnh (Image Recognition and Interpretation) ......... 44 2.5.6 Cơ sở tri thức ............................................................................................. 44 2.5.7 Các thành phần cơ bản của hệ thống xử lí ảnh.......................................... 45 2.6 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG XỬ LÍ ẢNH....................................... 45 2.6.1 Điểm ảnh (Picture Element) ......................................................................... 45 2.6.2 Độ phân giải của ảnh ................................................................................... 46 2.6.3 Mức xám của ảnh ......................................................................................... 46 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
  10. Chương 1. TỐNG QUAN Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ............................................................... 47 3.1 TỔNG QUAN CÁC KỸ THUẬT NHẬN BIẾT MÀU DA DỰA TRÊN TÍNH CHẤT ĐIỂM ẢNH .................................................................................................... 47 3.1.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 47 3.1.2 Không gian màu sử dụng cho mô hình hóa màu da .................................... 47 3.1.2.1 Không gian màu RGB ................................................................................ 47 3.1.2.2 Không gian RGB chuẩn hóa ....................................................................... 48 3.1.2.3 Không gian màu HIS, HSV, HSL ............................................................... 49 3.1.2.4 Không gian màu HIS .................................................................................. 49 3.1.2.5 Không gian màu HSV ................................................................................. 50 3.1.2.6 Không gian màu HSL ................................................................................. 50 3.1.2.7 Không gian màu TSL.................................................................................. 51 3.1.2.8 Không gian màu 𝒀𝑪𝒓𝑪𝒃............................................................................. 52 3.1.2.9 Các hệ tọa độ không gian màu khác ........................................................... 52 3.1.3 Mô hình hóa màu da ...................................................................................... 52 3.1.3.1 Xác định ngưỡng cụ thể một điểm ảnh là màu da ...................................... 52 3.1.3.2 Phương pháp mô hình hóa màu da sử dụng phân phối không tham số ...... 53 3.1.3.3 Bảng tra cứu chuẩn cứu (LUT – Lookup Table) ........................................ 53 3.1.3.4 Phân lớp Bayes (Bayes Classifier).............................................................. 54 3.1.3.5 Tổng kết phương pháp không tham số ....................................................... 54 3.1.3.6 Mô hình hóa phân phối màu da có tham số ................................................ 55 3.1.3.7 Mô hình dựa trên phân phối Gauss đơn...................................................... 55 3.1.3.8 Mô hình kết hợp dựa trên phân phối Gauss ................................................ 56 3.1.3.9 Đa phân phối Gaus...................................................................................... 56 3.1.3.10 Tổng kết các phương pháp mô hình hóa theo tham số ............................. 56 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5
  11. Chương 1. TỐNG QUAN 3.1.4 So sánh kết quả các mô hình.......................................................................... 57 3.1.5 Đánh giá phương pháp ................................................................................... 58 3.1.6 Chọn lựa không gian màu và phương pháp mô hình hóa dùng để nhận biết màu da cho đồ án .................................................................................................... 58 3.2 PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CHÍNH PCA ....................................................... 59 3.2.1 Tổng quan về phương pháp PCA .................................................................. 59 3.2.2 Trích chọn đặc trưng khuôn mặt người dựa trên phương pháp PCA ............ 62 3.3 PHÂN TÍCH HOG ............................................................................................... 65 3.3.1 Giới thiệu ....................................................................................................... 65 3.3.2 Chuẩn hóa hình ảnh trước khi xử lý .............................................................. 65 3.3.3 Tính toán gradient .......................................................................................... 66 3.3.4 Lấy votes trong mỗi cell ................................................................................ 66 3.3.5 Chuẩn hóa các block ...................................................................................... 67 3.4 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ..................................................... 67 3.4.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ........................................................................ 68 3.4.2 Tính toán và thiết kế mạch ........................................................................... 69 3.4.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch .................................................................... 74 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ...................................................................... 76 4.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................... 76 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................................. 76 4.2.1 Thi công board mạch .................................................................................... 76 a. Mạch điều khiển trung tâm (chính) ..................................................................... 76 b. Mạch nút nhấn điều khiển thiết bị ...................................................................... 78 c. Mạch module relay 4 kênh .................................................................................. 79 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra ....................................................................................... 81 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6
  12. Chương 1. TỐNG QUAN a. Lắp ráp mạch điều khiển trung tâm (chính) ........................................................ 81 b. Lắp ráp mạch Mạch module relay 4 kênh .......................................................... 82 4.3 THI CÔNG MÔ HÌNH .................................................................................... 83 4.3.1 Đóng gói nơi chứa trung tâm điều khiển ....................................................... 83 4.3.2 Thi công mô hình ........................................................................................... 84 4.4 LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG ...................................................................... 86 4.4.1 Lưu đồ giải thuật........................................................................................... 86 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ........................................................106 4.4.3 Phần mềm lập trình giao diện điều khiển (nhận dạng khuôn mặt) ..............107 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN ...................................................................108 Chương 5. KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ........................................121 5.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................121 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ................................................................................121 5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .........................................................................122 5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ..........................................................................127 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .........................................128 6.1 KẾT LUẬN ....................................................................................................128 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................................................................................128 PHỤ LỤC .........................................................................................................................................129 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7
  13. Chương 1. TỐNG QUAN DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Board Arduino Nano V3 ............................................................................. 20 Hình 2.2 Sơ đồ chân Node MCU ............................................................................... 22 Hình 2.3 Loa thông minh Amazon Echo Dot Gen 2 .................................................. 23 Hình 2.4 Kết nối nguồn cho loa ................................................................................. 24 Hình 2.5 Dowload và tạo tài khoản ứng dụng Echo Dot ........................................... 25 Hình 2.6 Kết nối Echo Dot với điện thoại ................................................................. 27 Hình 2.7 Kết nối Echo Dot với điện thoại thành công ............................................... 28 Hình 2.8 Thiết lập Wifi .............................................................................................. 29 Hình 2.9 Giao diện hoàn thành các bước cài đặt ....................................................... 30 Hình 2.10 Bàn phím ma trận 4x3 ............................................................................... 31 Hình 2.11 Hình ảnh LCD 16x2 .................................................................................. 33 Hình 2.12 Quá trình đọc ghi của LCD ....................................................................... 34 Hình 2.13 Hình ảnh thực tế của nút nhấn .................................................................. 34 Hình 2.14 Hình ảnh thực tế của Webcam .................................................................. 34 Hình 2.15 Động cơ Servo ........................................................................................... 35 Hình 2.16 Module Relay 4 kênh ................................................................................ 35 Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý cơ bản ............................................................................. 36 Hình 2.18 Giản đồ truyền dữ liệu UART................................................................... 37 Hình 2.19 Bus I2C và các thiết bị ngoại vi ................................................................ 38 Hình 2.20 Trình tự truyền bit trên đường truyền ....................................................... 39 Hình 2.21 Điều kiện start stop ................................................................................... 40 Hình 2.22 Truyền dữ liệu I2C .................................................................................... 40 Hình 2.23 Giao diện kết nối 4 dây chuẩn SPI ............................................................ 41 Hình 2.24 Các bước cơ bản trong xử lí ảnh ............................................................... 43 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8
  14. Chương 1. TỐNG QUAN Hình 2.25 Các thành phần chính của hệ thống xử lí ảnh ........................................... 45 Hình 3.1 Không gian màu RGB ................................................................................. 48 Hình 3.2 Không gian màu HSV ................................................................................. 50 Hình 3.3 Ý tưởng chính của PCA .............................................................................. 62 Hình 3.4 Biểu đồ dựa trên Gy,Gx .............................................................................. 66 Hình 3.5 Các cell trong một block ............................................................................. 67 Hình 3.6 Sơ đồ khối hệ thống .................................................................................... 68 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển board Arduino ....................................... 70 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lí nối dây module Node MCU8266...................................... 71 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lí module relay 4 kênh.......................................................... 72 Hình 3.10 Biểu tượng và giao diện ứng dụng Amazon Alexa ................................... 73 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lí toàn mạch ........................................................................ 75 Hình 4.1 Sơ đồ bố trí linh kiện mạch điều khiển trung tâm (chính) ......................... 77 Hình 4.2 Sơ đồ đi dây mạch điều khiển trung tâm (chính) ....................................... 77 Hình 4.3 Sơ đồ bố trí linh kiện mạch nút nhấn điều khiển thiết bị ............................ 78 Hình 4.4 Sơ đồ đi dây mạch điều khiển thiết bị ......................................................... 78 Hình 4.5 Sơ đồ bố trí linh kiện ................................................................................... 79 Hình 4.6 Sơ đồ đi dây của mạch module relay 4 kênh .............................................. 80 Hình 4.7 Hình ảnh thực tế mạch điều khiển trung tâm (chính) ................................. 82 Hình 4.8 Hình ảnh thực tế mạch module relay 4 kênh .............................................. 83 Hình 4.9 Hộp bảo vệ bộ điều khiển của hệ thống ...................................................... 84 Hình 4.10 Hình thành ý tưởng thiết kế mô hình ....................................................... 85 Hình 4.11 Trang trí và lắp ráp hoàn thiện mô hình .................................................... 86 Hình 4.12 Lưu đồ chương trình Arduino Nano ......................................................... 87 Hình 4.13 Lưu đồ chương trình con nhận dữ liệu từ Nodemcu và xử lý ................... 89 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9
  15. Chương 1. TỐNG QUAN Hình 4.14 Lưu đồ chương trình con nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính ............... 91 Hình 4.15 Lưu đồ chương trình con nhận tín hiệu điều khiển từ bàn phím ma trận . 93 Hình 4.16 Lưu đồ chương trình con đổi Password ................................................... 95 Hình 4.17 Lưu đồ chương trình ESP8266 Nodemcu ................................................. 97 Hình 4.18 Lưu đồ chương trình con nhận dữ liệu từ server Sinric ............................ 99 Hình 4.19 Lưu đồ chương trình kiểm tra nút nhấn và xử lý ....................................101 Hình 4.20 Lưu đồ chương trình Matlab nhận dạng khuôn mặt ...............................103 Hình 4.21 Lưu đồ chương trình con thiết lập đồ thị, hiển thị hình ảnh Webcam ....105 Hình 4.22 Logo phần mềm Arduino IDE ................................................................106 Hình 4.23 Giao diện phần mềm Arduino IDE .........................................................107 Hình 4.24 Logo Matlab ............................................................................................107 Hình 4.25 Giao diện phần mềm Matlab ...................................................................108 Hình 4.26 Các bước thay đổi mật khẩu Wifi cho hệ thống .....................................109 Hình 4.27 Giao diện điều khiển thiết bị bằng tay hoặc giọng nói ...........................110 Hình 4.28 Giao diện chương trình nhận diện khuôn mặt .........................................111 Hình 4.29 Giao diện chương trình nhập mật khẩu người quản trị ...........................111 Hình 4.30 Đăng nhập sai mật khẩu người quản trị ..................................................112 Hình 4.31 Giao diện chương trình Option ...............................................................112 Hình 4.32 Giao diện chương trình Option ...............................................................113 Hình 4.32 Giao diện phát hiện khuôn mặt ...............................................................114 Hình 4.33 Chọn vùng ảnh có khuôn mặt và lưu lại tên ...........................................114 Hình 4.34 Thông báo lựa chọn training dữ liệu .......................................................115 Hình 4.35 Thông báo hoàn tất training dữ liệu ........................................................115 Hình 4.36 Xóa hết dự liệu hệ thống .........................................................................116 Hình 4.37 Cửa sổ tổng hợp thời gian nhận diện ......................................................116 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10
  16. Chương 1. TỐNG QUAN Hình 4.38 Cửa sổ chọn ảnh và xóa trong bộ nhớ đã lưu ..........................................117 Hình 4.39 Cửa sổ xem ảnh người lạ nhận diện ........................................................117 Hình 4.40 Giao diện chương trình Recognition .......................................................118 Hình 4.41 Kết nối cổng COM thành công với hệ thống phần cứng ........................119 Hình 4.42 Phát hiện khuôn mặt người có trong dữ liệu ...........................................119 Hình 4.43 Phát hiện khuôn mặt người không có trong dữ liệu ................................120 Hình 5.1 Mô hình nhà ở trạng thái khóa ..................................................................122 Hình 5.2 Nhập mật khẩu để mở cửa.........................................................................123 Hình 5.3 Nhập password thành công cửa đã mở .....................................................123 Hình 5.4 Phát hiện đúng khuôn mặt và mở cửa .......................................................124 Hình 5.5 Phát hiện sai khuôn mặt, thông báo và khóa cửa ......................................125 Hình 5.6 Bật đèn ......................................................................................................126 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11
  17. Chương 1. TỐNG QUAN DANH SÁCH BẢNG Bảng 3.1 Kết quả nhận biết đúng sai của các phương pháp .......................................... 57 Bảng 3.2 Tổng dòng điện của các linh kiện .................................................................. 74 Bảng 4.1 Bảng thống kê linh kiện ................................................................................. 80 Bảng 5.1 Thống kê số lần khi điều khiển ....................................................................127 Bảng 5.2 Thống kê các phương án thực hiện ..............................................................127 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 12
  18. Chương 1. TỐNG QUAN TÓM TẮT Hiện nay với sự phát triển rất mạnh mẽ về khoa học và công nghệ, các hệ thống thông minh ứng dụng IoT tuy không mới nhưng rất thịnh hành. Thế giới chúng ta đã và đang thay đổi mạnh mẽ, văn minh và hiện đại hơn. Điều đó khiến các công cụ ứng dụng công nghệ mới xuất hiện ngày càng nhiều. Một trong số đó là công cụ hỗ trợ điều khiển bằng giọng nói, nó giúp chúng ta điều khiển một số thiết bị một cách tiện lợi và nhanh chóng. Đồ án tốt nghiệp này thiết kế và thi công một mô hình hệ thống điều khiển các thiết bị điện và giám sát ngôi nhà. Người sử dụng có thể điều khiển các thiết bị điện ở bất cứ nơi nào có Internet, Wifi, 3G, 4G trên ứng dụng Amazon Alexa. Các trạng thái thiết bị điện của ngôi nhà cũng được cập nhật lên giao diện này. Hệ thống có tích hợp thêm camera để tăng thêm tính bảo mật cho ngôi nhà, camera nhận diện khuôn mặt và so sánh khuôn mặt đã quét với kho dữ liệu để đưa ra hướng xử lí có mở cửa hay không. Nội dung chính của đề tài • Sử dụng kit Arduino Nano V3 và module ESP8266 Node MCU làm khối điều khiển trung tâm. • Điều khiển và giám sát thiết bị qua loa thông minh Amazon Echo Dot Gen 2 và ứng dụng Amazon Alexa. • Cảnh báo khi có người lạ vào nhà bằng buzzer. • Điều khiển các thiết bị điện trong nhà như đèn chiếu sáng, quạt bằng giọng nói. Ngoài ra còn có chế độ điều khiển bằng tay. • Bảo mật ngôi nhà bằng hệ thống tự động đóng mở cửa dùng động cơ servo bằng cách nhận diện khuôn mặt hoặc nhập mật khẩu từ bàn phím ma trận. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 13
  19. Chương 1. TỐNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, thế giới đang trong làn sóng của “cuộc cách mạng công nghiệp 4.0”. Do đó, công nghệ về điều khiển thông minh và điều khiển tự động cũng phát triển theo, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong công nghiệp và đời sống.[1] Đặc biệt, các hệ thống nhà thông minh được phát triển mạnh mẽ 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 điện tử 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 chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo lịch. Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau. [2] Không chỉ hạn chế với những tính năng nêu trên, ngày càng có nhiều nghiên cứu đề xuất phát triển ngôi nhà thông minh bám kịp theo sự phát triển của công nghệ, tối ưu hóa hiệu năng sử dụng cũng như giá cả hợp lý. Việc cung cấp các thông số lên Internet cho phép người dùng dễ dàng kiểm soát được các thiết bị trong gia đình cũng như nhận biết được những cảnh báo một cách kịp thời nhất.[3] Hiện nay cũng có rất nhiều bài nghiên cứu của sinh viên cũng làm về nhà thông minh, như: Tác giả Phạm Văn Huy nghiên cứu đề tài “Hệ thống điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà” sử dụng module Arduino Uno R3, ESP8266 Node MCU và Module Bluetooth HC-06, sử dụng App trên Android để SmartPhone nhận tín hiệu từ giọng nói con người, xử lý và đưa tín hiệu đến vi điều khiển, điều khiển 4 thiết bị và 1 động cơ và đo nhiệt độ, độ ẩm trong nhà hiển thị lên App Android.[4] Tác giả Nguyễn Ngọc Lực nghiên cứu đề tài “Thiết kế, thi công mô hình hệ thống điều khiển thiết bị điện và giám sát nhà” sử dụng board Arduino Mega 2560 làm trung BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 14
  20. Chương 1. TỐNG QUAN tâm điều khiển chính, ESP8266 Node MCU và module Sim900A, sử dụng App Android và Websever để điều khiển và giám sát 4 thiết bị trong nhà, đo nhiệt độ, độ ẩm, báo động khi có rò rỉ khí gas và có người đột nhập vào nhà bằng chuông báo và gửi tin nhắn qua tin nhắn đến người sử dụng, khi mất điện sẽ chuyển sang sử dụng pin dự phòng (Acqui) và báo tin nhắn về người sử dụng là bị mất điện.[5] Tác giả Huỳnh Xuân Dũng và Trần Nhật Minh nghiên cứu đề tài “Hệ thống IoT điều khiển và giám sát ngôi nhà” sử dụng Board STM32F407VGT6 làm khối điều khiển trung tâm chính, board Arduino Mega làm khối điều khiển trung tâm phụ. Sử dụng Web Server, App Android và WPF đề điều khiển 8 thiết bị, có hệ thống tự động tưới cây theo lịch trình, đo nhiệt độ, độ ẩm, đồng thời báo động khi có rò rỉ khí gas và có người đột nhập vào nhà bằng chuông báo và gửi tin nhắn qua tin nhắn đến người sử dụng, ứng dụng công nghệ RFID vào việc đóng mở cửa và ngoài ra có thể đóng mở cửa bằng cách nhập mật khẩu.[6] Tác giả Trần Minh Luân và Lâm Thành Đạt nghiên cứu đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống thiết bị điều khiển nhà thông minh” sử dụng module ESP8266 NodeMCU làm khối điều khiển trung tâm, thông qua OpenHab và MQTT để điều khiển và giám sát 2 thiết bị, sử dụng Google Assistant và IFTTT để điều khiển thiết bị bằng giọng nói. Thiết bị có thể thu phát hồng ngoại và RF, đo nhiệt độ và độ ẩm trong nhà.[7] Qua tóm tắt trên, chúng em quyết định làm “Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà bằng giọng nói thông qua Amazon Alexa và cảnh báo chống trộm”. Trong đó, hệ thống sử dụng vi điều khiển trung tâm là module Arduino Nano V3 và module Wifi ESP8266 Node MCU, màn hình LCD 16x2, bàn phím ma trận 4x3 và module relay, camera logitech HD Webcam C270. Người dùng có thể điều khiển và giám sát các thiết bị bằng smartphone sử dụng ứng dụng Amazon Alexa hay truy cập trang web điều khiển bất cứ nơi đâu có Wifi hoặc Internet. Hệ thống có khả năng giám sát nhà từ xa, hiển thị trạng thái các thiết bị điện, tự động đóng mở cửa bằng hệ thống nhận diện khuôn mặt sử dụng webcam hay nhập mật khẩu từ bàn phím ma trận, có chuông báo khi phát hiện có người lạ đột nhập vô nhà, có thể sử dụng giọng nói để điều khiển các thiết bị điện trong nhà hoặc có thể sử dụng chế độ điều khiển bằng tay (Manual) để điều khiển. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 15
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược