BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
----

NGUYỄN THẾ HỢI

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG
ĐÈN CHIẾU SÁNG NHÀ THÔNG MINH SỬ
DỤNG WIFI CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG
HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Khánh Hòa, ngày 6 tháng 6 năm 2017
1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
----

NGUYỄN THẾ HỢI

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG
ĐÈN CHIẾU SÁNG NHÀ THÔNG MINH SỬ
DỤNG WIFI CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG
HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

Khánh Hòa, ngày……. tháng….. năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký ghi rõ họ tên)

3


PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THẾ HỢI
Lớp: 55CDT
MSSV: 55130674
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử
Tên đề tài: “Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống đèn chiếu sáng nhà thông
minh sử dụng wifi của Bộ điều khiển sử dụng hệ điều hành Android”.
Số trang: 78

Số chương: 4

Tài liệu tham khảo: 3

Hiện vật: 2 quyển báo cáo, 2 đĩa CD, 1 mô hình.
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................

em bước vào tương lai. Cho em được gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể quý
Thầy Cô đã giảng dạy và động viên em trong suốt thời gian vừa qua.
Nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy TS. Vũ Thăng Long cùng với
sự cố gắng của bản thân và những góp ý của bạn bè và đồng nghiệp, sau một
khoảng thời gian nghiên cứu, đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và chế tạo mô hình hệ
thống đèn chiếu sáng nhà thông minh sủa dụng wifi của Bộ điều khiển, sử
dụng hệ điều hành Android” của em đã hoàn thành đúng thời hạn được giao.
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu
sắc nhất đến thầy TS. Vũ Thăng Long đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ
bảo, định hướng chuyên môn giúp em khắc phục kịp thời mọi khó khăn trong
quá trình thực hiện, luôn động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn
thành tốt đề tài này. Có được sự trưởng thành như ngày hôm nay, trên hết em xin
bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình và người thân đã luôn
ủng hộ và động viên em, tạo mọi điều kiện để em yên tâm học tập và rèn luyện
bản thân. Bên cạnh đó, xin được gửi lời cảm ơn tới bạn bè và động nghiệp,
những người luôn quan tâm chia sẻ và động viên trong suốt thời gian học tập và
hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Mặc dù đã cố gắng trong quá trình thực hiện nhưng
luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của
quý Thầy Cô và bạn bè.

Sinh viên thực hiện

NGUYỄN THẾ HỢI
5


MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ..........................................................3
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI........................................................4
LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................5

6


2.3.1.5. Nhược điểm.....................................................................................28
2.3.2. Phương án 2...........................................................................................28
2.3.1.1.Thiết kế mô hình kiểu ngôi nhà là một bức tranh và in decal các
phòng. ...........................................................................................................29
2.3.1.2. Phần điện được mắc phía sau căn nhà............................................29
2.3.1.3. Vật liệu làm căn nhà là tốm nhôm aluminium cắt bằng CNC.......29
2.3.1.4. Ưu điểm. .........................................................................................30
2.3.1.5. Nhược điểm.....................................................................................30
2.3.3. Phương án 3...........................................................................................30
2.3.3.1.Thiết kế mô hình kiểu ngôi nhà không mái và được cắt phương
ngang. ...........................................................................................................31
2.3.3.2. Lắp ráp tủ điện mặt dưới ngôi nhà. ................................................31
2.3.3.3. Vật liệu làm căn nhà là Formex được cắt tay.................................32
2.3.3.4. Ưu điểm. .........................................................................................32
2.3.3.5. Nhược điểm.....................................................................................33
2.3.4. Kết luận. ................................................................................................33
2.4. Phần cơ khí. .................................................................................................33
2.4.1. Thiết kế. .................................................................................................33
2.4.2. Chế tạo cơ khí........................................................................................34
2.5. Phần điều khiển. ..........................................................................................39
2.5.1. Module Wifi ESP8266. .........................................................................39
2.5.2. Lập trình cho ESP8266 bằng Arduino IDE. .........................................40
2.5.3. Lập trình điện thoại bằng Android Studio. ...........................................43
2.5.4.Giao thức kết nối điều khiển. .................................................................49
2.5.4.1 Giới thiệu MQTT.............................................................................50
2.5.4.2 Mô hình chung kết nối .....................................................................50
2.5.4.3 Đăng ký tài khoản. ...........................................................................51

3.3.1.1. Kiểm tra nguồn. ..............................................................................70
3.3.1.2 Kiểm tra đầu vào đầu ra...................................................................73
3.3.2 Kiểm tra các chi tiết cơ khí. ...................................................................75
3.4 Chạy thử và kiểm tra độ ổn định .................................................................75
3.4.1 Chạy thử. ................................................................................................75
3.4.1.1 Chế độ điều khiển bằng điện thoại. .................................................75
3.4.1.1 Chế độ điều khiển bằng tay. ............................................................77
3.4.2 Kiểm tra độ ổn định................................................................................78
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT............................................................79
4.1. Kết luận. ......................................................................................................79
4.1.1. Kết uả đạt được. ..................................................................................79
4.1.2 Kết uả chưa đạt được. ..........................................................................79
4.2. Đề xuất. .......................................................................................................79
4.2.1. Đề xuất phần cứng.................................................................................79
4.2.2. Đề xuất phần mềm. ...............................................................................79
8


DANH MỤC HÌNH ẢNH
CHƯƠNG 1.
Hình 1. 1. What is Smart home. ............................................................................14
Hình 1. 2. Hệ thống ánh sáng thông minh .............................................................15
Hình 1. 3. Hệ thống điều khiển rèm mành.............................................................15
Hình 1. 4. An toàn với hệ thống an ninh thông minh. ...........................................15
Hình 1. 5. Hệ thống điều khiển cố định. ................................................................16
Hình 1. 6. Hệ thống mạng lưới Internet trong ngôi nhà. .......................................17
Hình 1. 7. Bộ điều khiển từ xa có khoảng cách. ....................................................17
Hình 1. 8. Bộ điều khiển từ xa không khoảng cách. .............................................18
Hình 1. 9. Hệ thống quản lý chiếu sáng hành lang................................................19
Hình 1. 10. Hệ thống quản lý chiếu sáng cầu thang. .............................................21

Hình 2. 21. Tải driver. ............................................................................................43
Hình 2. 22. Cài đặt diver. .......................................................................................44
Hình 2. 23. Tạo thư mục. .......................................................................................44
Hình 2. 24. Chèn thư viện cài đặt. .........................................................................45
Hình 2. 25. Chèn thư viện kết nối. .........................................................................45
Hình 2. 26. Viết chương trình kết nối. ...................................................................45
Hình 2. 27. Chèn chương trình gửi dữ liệu. ...........................................................46
Hình 2. 28. Thiết kế giao diện layout. ...................................................................47
Hình 2. 29. Chỉnh sửa địa chỉ trên layout. .............................................................47
Hình 2. 30. Run app. ..............................................................................................48
Hình 2. 31. Giao diện thực tế trên điện thoại ........................................................48
Hình 2. 32. Điều khiển thực trên điện thoại. .........................................................49
Hình 2. 33. Giao thức MQTT. ...............................................................................49
Hình 2. 34. Trang chủ MQTT. ..............................................................................52
Hình 2. 35. Đăng ký tài khoản. ..............................................................................52
Hình 2. 36. Tài khoản MQTT trong Arduino. .......................................................53
Hình 2. 37. Tài khoản MQTT ................................................................................53
Hình 2. 38. Tài khoản MQTT trong Android Studio. ...........................................53
Hình 2. 39. Mạch nguyên lý...................................................................................54
Hình 2. 40. Mạch layout.........................................................................................54
Hình 2. 41. Mạch điều khiển chính........................................................................55
Hình 2. 42. Dòng chảy chương trình. ....................................................................55
CHƯƠNG 3.
Hình 3. 1. Chân móng ngôi nhà. ............................................................................60
Hình 3. 2. Giá trượt ................................................................................................61
Hình 3. 3. Phần khoang điện. ................................................................................62
Hình 3. 4. Phòng để xe. ..........................................................................................62
Hình 3. 5. Phòng bếp. .............................................................................................63
Hình 3. 6. Phòng khách. .........................................................................................64
Hình 3. 7. Phòng làm việc. .....................................................................................64


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Danh sách vật dụng trong ngôi nhà. .....................................................36
Bảng 1. 2. Danh sách các chi tiết lắp ráp. ..............................................................56

12


LỜI MỞ ĐẦU
Cơ điện tử được nhận định là ngành học không bao giờ lỗi thời và có tầm
quan trọng trong sự nghiệp phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất
nước. Sản phẩm tạo ra là các hệ thống tự động hóa nâng cao năng suất lao động,
là cốt lõi của các dây chuyên sản xuất tự động và khép kín.
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, em quyết định chọn đề tài “Thiết
kế và chế tạo mô hình hệ thống đèn chiếu sáng nhà thông minh sủa dụng
wifi của Bộ điều khiển, sử dụng hệ điều hành Android” làm đồ án tốt nghiệp,
với mong muốn sau khi hoàn thành sản phẩm được để lại cho các sinh viên khóa
sau nhằm mục đích giúp các em hình dung được việc để hoàn thiện một sản
phẩm ngôi nhà mô hình thu nhỏ không khác so với sản phẩm thực tế, cũng phải
cần thiết kế, tính toán, sau đó lắp đặt và lập trình. Từ đó các em có thể suy nghĩ,
lên ý tưởng và ứng dụng ngay tại nhà mà không ngần ngại, các sản phẩm của các
em cũng là thành uả năng lực mà chính các em tạo ra để phụ huynh nhìn vào
sản phẩm ấy mà hiểu rằng con mình đã và đang dần là một anh chàng kỹ sư thực
thụ nhưng hơn hết là đã không chọn lầm ngành học và ngôi trường học này.
Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Vũ Thăng Long đã tận tình hướng dẫn
em hoàn thành đề tài này. Tuy đề tài đã được hoàn thành nhưng còn nhiều thiếu
sót, rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô để đề tài hoàn thiện hơn nữa.
Xin cảm ơn toàn thể quý thầy cô trong bộ môn Cơ điện tử đã hết lòng chỉ bảo và
truyền đạt cho em những kiến thức vô cùng quý báu, tạo điều kiện để em hoàn
thành khóa học.

chủ nhân nhà thông ua bảng điện tử đặt trong nhà, phần mềm điện thoại di
động, máy tính bảng hoặc một giao diện web.
Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà chẳng hạn phòng ngủ, phòng
khách đến toilet được 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.

14


Một số hình ảnh về “Ngôi nhà thông minh” trong thực tế:

Hình 1. 2 Hệ thống ánh sáng thông minh
Hình 1. 3 Hệ thống điều khiển rèm mành
Hình 1. 4 An toàn với hệ thống an ninh thông minh
1.1.2. Hệ thống điều khiển trong ngôi nhà thông minh
1.2.1.1. Hệ thống điều khiển cố định
Với hệ thống này các thiết bị lắp đặt sẽ được lắp cố định tại nơi sử dụng, kể
cả thiết bị lẫn bộ điều khiển. Người sử dụng có thể thiết lập bằng tay những chế
độ liên

uan đến thiết bị: hẹn giờ, điều chỉnh cường độ, thiết lập vắng

nhà...Ngoài ra, các thiết bị cảm biến tự động phát hiện và ra lệnh điều khiển theo
như đã lập trình từ trước.

15




Với bộ điều khiển này thì người sử dụng có thể không cần đi lại hay di
chuyển đến thiết bị cần điều khiển nhưng chỉ cần dùng tay bấm các nút lệnh trên
remote là đã ra lệnh cho các thiết bị theo ý muốn. Tuy vậy, hạn chế của nó chính
là giới hạn về khoảng cách đôi khi có thể là trong phòng, xa hơn là ngoài phòng
và rộng hơn là khuôn viên ngôi nhà.
- Bộ điều khiển từ xa không khoảng cách:

Hình 1. 8 Bộ điều khiển từ xa không khoảng cách
Với hệ thống này các thiết bị được điều khiển không bị giới hạn bởi khoảng
cách, bởi một cấu trúc mạng lưới Internet đã đăng ký. Các bộ phận được kết nối
với nhau và để hiểu được nhau thì có một bộ phận trung gian giao tiếp giữa các
thiết bị. Nó đóng vai trò là bộ phận thu nhận tín hiệu từ đối tượng điều khiển và
đối tượng bị điều khiển, tốc độ xử lý nhanh hay chậm của nó phụ thuộc vào tốc
độ nhà mạng.
1.1.3 Một số thành phần cơ bản trong hệ thống ngôi nhà thông minh
1.1.3.1. Hệ thống chiếu sáng thông minh
Ánh sáng là một trong những thành phần quan trọng nhất của ngôi nhà. Ngày
nay, mọi người đều giành phần lớn thời gian của mình ở nhà vào buổi tối.Bởi
vậy, ánh sáng phù hợp với tâm trạng và bối cảnh là một yếu tố quan trọng tạo nên
sự hài hòa trong ngôi nhà. Nếu trong phòng có nhiều thiết bị chiếu sáng, được cài
đặt điện theo cách thông thường sẽ trở nên vô cùng phức tạp. Phải tự tay đi bật
18


từng đèn hay điều chỉnh chỉnh từng đèn. Nhưng với giải pháp điều khiển thông
minh chẳng hạn: bật/tắt hay tăng giảm độ sáng tự động...thì điều đó sẽ không gây
bất cứ một khó khăn nào. Ngược lại, hệ thống đem lại sự tiện lợi vô cùng hữu ích
giúp cho người sử dụng không mất thời gian, chi phí, hiệu quả sử dụng.
Trong các phòng riêng, việc bổ sung thêm khả năng tăng giảm độ sáng cho

thì thật đơn giản chúng có nhiều cách để xóa tan nổi sợ hãi ấy có thể chỉ bằng
một nút nhấn trên điện thoại hoặc vô tư đi các hành lang giữa hay cầu thang mà
đèn tự bật sáng nhờ các cảm biến được lắp đặt bởi hện thống thông minh.

20


Hình 1. 10 Hệ thống quản lý chiếu sáng cầu thang
- Trong trường hợp, mọi người trong gia đình đều vắng nhà, nhưng uên tắt
một số thiết bị chiếu sáng do quá vội, thì hệ thống sẽ báo lên bộ phận điều khiển
điện thoại hoặc máy tính thiết bị nào đang được bật hoặc tắt và chỉ cần nút nhấn
là có thể giải quyết việc lãng phí năng lượng ấy mà không cần mất thời gian hay
sợ dẫn đến một số thiệt hại về tài sản.

Hình 1. 11. Hệ thống giam sát bằng điện thoại
- Trong trường hợp, mất điện dẫn đến căn nhà chìm trong đêm tối, thì hệ
thống tự động cung cấp một nguồn năng lượng riêng bật sáng thiết bị cần thiết
nhất để duy trì thời gian mất điện ấy. Nguồn năng lượng ấy có thể lấy từ pin nặng
lượng mặt trời, máy phát, bình sạc...

21


Hình 1. 12. Hệ thống năng lượng pin mặt trời
- Trong trường hợp, điều kiện ban ngày để đảm bảo tiết kiệm năng lượng thì
hệ thống sẽ tự động cho phép hoặc không cho phép một số thiết bị bật sáng vì
không cần thiết. Tuy nhiên, nếu có lệnh của chủ nhà là đồng ý cho phép bật thì
hệ thống vẫn bật thiết bị theo yêu cầu của chủ nhân.
1.1.3.2. Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc
Hệ thống ghi hình bằng camera giám sát ngôi nhà một cách thông minh và an

hiện thì hệ thống cho xả nước chứ không cần đến một bàn tay nào của người sử
dụng. Việc đó đem lại sự hưởng thụ khi được sống trong một ngôi nhà hoàn toàn
tiện
nghi
như
vậy.

23


1.1.3.4. Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy
Một hệ thống được tích hợp một cách thông minh với các cảm biến phát hiện
như: báo cháy, báo xì ga, phát hiện vượt rào, báo vỡ kiếng, phát hiện chuyển
động, phát hiện mở cửa, dò chấn động,... Và được báo động trực tiếp hoặc gửi
đến điện thoại người sử dụng để báo sự cố. Với các lý do bất kỳ có thể xâm phạm
đến sự an toàn của ngôi nhà thì hệ thống đã đưa ra các trường hợp và tính toán xử
lý, lắp đặt hệ thống một cách khoa học.

Hình 1. 16. Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy
1.2. Đối tượng, mục tiêu và phạm vi nghiên cứu.
1.2.1. Đối tượng: Nhà thông minh.
1.2.2. Mục tiêu: Xây dựng được mô hình nhà thông minh, trong đó hệ thống
chiếu sáng kết nối với chủ nhà ua wifi và internet.
1.2.3. Phạm vi nghiên cứu: Mô hình hệ thống chiếu sáng trong ngôi nhà thông
minh.

24


CHƯƠNG 2