Tài liệu Tìm hiểu hệ điều hành android wear và xây dựng giải pháp điều khiển thông minh cho các đèn chiếu sáng gia đình

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: TÌM HIỂU HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID WEAR VÀ XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO CÁC ĐÈN CHIẾU SÁNG GIA ĐÌNH GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hiệp SVTH 1: Nguyễn Hoàng Phúc MSSV 1: 16341020 SVTH 2: Phạm Phi Cường MSSV 2: 16341005 Tp. Hồ Chí Minh – 1/2018 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 KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID WEAR VÀ XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO CÁC ĐÈN CHIẾU SÁNG GIA ĐÌNH GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hiệp SVTH 1: Nguyễn Hoàng Phúc MSSV 1: 16341020 SVTH 2: Phạm Phi Cường MSSV 2: 16341005 Tp. Hồ Chí Minh – 1/2018 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 1 tháng 11 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Phạm Phi Cường Nguyễn Hoàng Phúc CNKT Điện Tử Truyền Thông Đại học chính quy 2016 MSSV: MSSV: Mã ngành: Mã hệ: Lớp: 16341005 16341020 41 3 163410A I. TÊN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID WEAR VÀ XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO CÁC ĐÈN CHIẾU SÁNG GIA ĐÌNH II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Trần Thu Hà 2013 Gi o tr nh điện tử c n Nhà Xu t n đại học quốc gi TPHCM - Nguyễn Văn Hiệp – Đinh Qu ng Hiệp 2014 Lập tr nh Android c n Đại Học SPKT HCM. 2. Nội dung thực hiện: Nhóm em sẽ tiến hành thực hiện thiết kế một ứng dụng điều khiển chạy trên điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android và đồng hồ thông minh sử dụng hệ điều hành Android We r để điều khiển c c đèn chiếu s ng trong gi đ nh. Ứng dụng này cho phép điều khiển c c đèn chiếu s ng ở t cứ n i đâu thông qu sóng 3g và wifi những n i nào có phủ 2 loại sóng này th n i đó có thể điều khiển c c đèn chiếu s ng ở gi đ nh . Nhóm em sẽ thiết kế c i tiến thêm về phần cứng củ đèn chiếu s ng có sẵn trên thị trường để phù hợp với mục đích điều khiển củ nhóm em. Cụ thể là ật tắt đèn điều chỉnh độ s ng và gi m s t được hoạt động củ đèn chiếu s ng. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/9/2017 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/1/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Văn Hiệp CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH i 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 12 năm 2017 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Phạm Phi Cường Lớp: 163410A MSSV: 16341005 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Hoàng Phúc Lớp: 163410A MSSV: 16341020 Tên đề tài: Tìm hiểu hệ điều hành Android Wear và xây dựng giải pháp điều khiển thông minh cho các đèn chiếu sáng gia đình Tuần/ngày Xác nhận GVHD Nội dung Tuần 1 Khảo sát lựa chọn các bóng đèn “Led bulb” chiếu sáng trên thị trường. Tuần 2 Nghiên cứu tính toán thiết kế khối công suất để giúp đèn hoạt động. Tuần 4 Nghiên cứu lựa chọn cơ sở dữ liệu và tạo cơ sở dữ liệu để lưu trữ các thông tin điều khiển. Tuần 7 Nghiên cứu thiết kế phần mềm trên điện thoại thông minh để điều khiển các đèn chiếu sáng. Tuần 8 Lập trình cho phần mềm trên điện thoại thông minh. Tuần 9 Nghiên cứu thiết kế phần mềm trên đồng hồ thông minh để điều khiển các đèn chiếu sáng. Tuần 10 Lập trình cho phần mềm trên đồng hồ thông minh. Tuần 12 Lập trình hoạt động cho vi điều khiển của đèn. Tuần 14 Lắp ráp các mạch điện vào trong thiết bị đèn chiếu sáng. Tuần 15 Chạy thử nghiệm điều khiển các đèn chiếu sáng trong gia đình. Tuần 16 Cân chỉnh hoạt động của đèn và ứng dụng chạy trên điện thoại & đồng hồ thông minh. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) ii LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm 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. Nếu có sao chép thì nhóm em chịu hoàn toàn trách nhiệm. Người thực hiện đề tài Nguyễn Hoàng Phúc Phạm Phi Cường iii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể quý Thầy Cô Khoa Điện – Điện Tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh. Suốt thời gian học tại trường, Thầy Cô luôn tận tình dạy bảo, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm cho chuyên ngành của em theo học. Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Văn Hiệp, suốt quá trình thực hiện đồ án, Thầy luôn theo sát, tận tình chỉ bảo cho nhóm, để nhóm có thể hoàn thành tốt đồ án này. Hơn nữa, Thầy luôn có những chỉ bảo sát thực tế về đồ án của nhóm đang thực hiện, để cho nhóm không những hoàn thành tốt đồ án này mà còn có những trãi nghiệm, kinh nghiệm bổ ích cho nghề nghiệp sau này. Em xin chân thành cảm ơn ! Người thực hiện đề tài Nguyễn Hoàng Phúc Phạm Phi Cường iv MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án..............................................................Error! Bookmark not defined. Lịch trình .......................................................................Error! Bookmark not defined. Cam đoan .......................................................................Error! Bookmark not defined. Lời cảm ơn .....................................................................Error! Bookmark not defined. Mục lục ..........................................................................Error! Bookmark not defined. Liệt kê hình vẽ ...............................................................Error! Bookmark not defined. Liệt kê bảng ...................................................................Error! Bookmark not defined. Tóm tắt ...........................................................................Error! Bookmark not defined. Chương 1. TỔNG QUAN ................................................Error! Bookmark not defined. 1.1 ....................................................................... Error! Bookmark not defined. 1.2 MỤC TIÊU ............................................................................ Error! Bookmark not defined. Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................Error! Bookmark not defined. 2.1 GIỚI THIỆU .......................................................................... Error! Bookmark not defined. 2.2 TỔNG QUAN V HỆ I U HÀNH ANDROID ................. Error! Bookmark not defined. 2.2.1 Khái niệm Android......................................................... Error! Bookmark not defined. 2.2.2 Lịch sử phát triển ........................................................... Error! Bookmark not defined. 2.2.3 Ưu nhược điểm hệ điều hành Android ........................... Error! Bookmark not defined. Ổ 2.3 Ệ I .......... Error! Bookmark not defined. 2.3.1 n oi 2.3.2 hôn tin cơ bản ề hệ điều h nh n oi 2.3.3 n 2.4 a I ........................................................ Error! Bookmark not defined. ụn c a hệ điều h nh n oi a ........... Error! Bookmark not defined. a .................... Error! Bookmark not defined. KHÁI NIỆM V CƠ SỞ DỮ LIỆU FIREBASE................... Error! Bookmark not defined. 2.4.1 Khái niệm ....................................................................... Error! Bookmark not defined. 2.4.2 Lịch sử phát triển ........................................................... Error! Bookmark not defined. 2.4.3 Các chức năn chính c a Firebase ................................. Error! Bookmark not defined. 2.4.4 Ưu nhược điểm Firebase ................................................ Error! Bookmark not defined. 2.5 TỔNG QUAN V WIFI ........................................................ Error! Bookmark not defined. 2.5.1 Khái niềm về wifi........................................................... Error! Bookmark not defined. 2.5.2 Các chuẩn c a wifi ......................................................... Error! Bookmark not defined. Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ......................Error! Bookmark not defined. 3.1 SƠ Ồ TỔ Á SƠ Ồ KHỐI CỦA HỆ THỐNGError! Bookmark not defined. 3.1.1 Sơ đồ tổn u t c a hệ thốn điều khiển đ n thôn minhError! Bookmark not defined. 3.1.2 Sơ đồ hối c a hệ thống điều khiển đ n thôn minh ..... Error! Bookmark not defined. v 3.2 THIẾT KẾ È Ô MI .......................................... Error! Bookmark not defined. 3.2.1 Khối xử lý trung tâm ...................................................... Error! Bookmark not defined. 3.2.2 Thiết kế khối công suất .................................................. Error! Bookmark not defined. 3.2.3 Khối nguồn công suất .................................................... Error! Bookmark not defined. 3.2.4 Khối nguồn điều khiển ................................................... Error! Bookmark not defined. 3.2.5 Sơ đồ nguyên lý c a toàn mạch ..................................... Error! Bookmark not defined. 3.3 THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU FIREBASE DATABASE ...... Error! Bookmark not defined. 3.4 THIẾT KẾ PHẦN M M CHẠY Ê IỆN THOẠI Ô MI & ỒNG HỒ THÔNG MINH .................................................................................. Error! Bookmark not defined. 3.4.1 Thiết kế phần mềm chạy trên điện thoại thông minh ..... Error! Bookmark not defined. 3.4.2 Thiết kế phần mềm chạy t ên đồng hồ thông minh ........ Error! Bookmark not defined. Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .............................Error! Bookmark not defined. 4.1 GIỚI THIỆU .......................................................................... Error! Bookmark not defined. I CÔ 4.2 ÈN LED THÔNG MINH ................................ Error! Bookmark not defined. 4.2.1 Thi công mạch điện ........................................................ Error! Bookmark not defined. 4.2.2 Hàn và kiểm tra mạch điện ............................................ Error! Bookmark not defined. 4.2.3 Lắp ráp các mạch điện 4.2.4 Lập t nh cho đ n thôn minh ........................................ Error! Bookmark not defined. 4.3 LẬP Ì C o đ n thôn minh ................... Error! Bookmark not defined. IỆN THOẠI Ô MI & ỒNG HỒ THÔNG MINHError! Bookmark not def 4.3.1 Giới thiệu phần mềm Android Studio ............................ Error! Bookmark not defined. 4.3.2 C i chươn t nh thực tế ên t ên điện thoại thông minh Error! Bookmark not defined. 4.3.3 C i chươn t nh thực tế ên t ên đồng hồ thông minh .. Error! Bookmark not defined. 4.3.4 Chức năn c a phần mềm điều khiển t ên điện thoại & đồng hồ thông minhError! Bookmark not defin 4.4 ƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC... Error! Bookmark not defined. VIẾT TÀI LIỆ 4.4.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng ..................................... Error! Bookmark not defined. 4.4.2 Quy trình thao tác........................................................... Error! Bookmark not defined. Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ........Error! Bookmark not defined. 5.1 KẾT QUẢ Ạ ƯỢC ........................................................ Error! Bookmark not defined. 5.1.1 Thiết bị đ n thôn minh ................................................. Error! Bookmark not defined. 5.1.2 Database Firebase .......................................................... Error! Bookmark not defined. 5.1.3 Phần mềm điều khiển t ên điện thoại & đồng hồ thông minhError! Bookmark not defined. 5.1.4 Một số hình ảnh kết quả đạt được c a đề tài .................. Error! Bookmark not defined. 5.2 NHẬ XÉ Á IÁ ....................................................... Error! Bookmark not defined. 5.2.1 Thiết bị đ n thôn minh ................................................. Error! Bookmark not defined. 5.2.3 Phần mềm điều khiển trên điện thoại thông minh.......... Error! Bookmark not defined. 5.2.4 Phần mềm điều khiển t ên đồng hồ thông minh ............ Error! Bookmark not defined. vi Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..Error! Bookmark not defined. 6.1 KẾT LUẬN............................................................................ Error! Bookmark not defined. 6.1.1 Thiết bị đèn thông minh ................................................. Error! Bookmark not defined. 6.1.2 Database Firebase .......................................................... Error! Bookmark not defined. 6.1.3 Phần mềm điều khiển t ên điện thoại & đồng hồ thông minhError! Bookmark not defined. 6.2 ƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................................... Error! Bookmark not defined. 6.2.1 Thiết bị đ n thôn minh ................................................. Error! Bookmark not defined. 6.2.2 Database Firebase .......................................................... Error! Bookmark not defined. 6.2.3 Phần mềm t ên điện thoại thôn minh đồng hồ thông minh.Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................Error! Bookmark not defined. PHỤ LỤC .........................................................................Error! Bookmark not defined. vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1. Các phiên bản hệ điều hành Android qua các lần nâng cấpError! Bookmark not defined. ồn hồ chạy n oi Hình nh nh ảnh n oi nh n nh a .........................Error! Bookmark not defined. a ..........................Error! Bookmark not defined. ụn độc ập ẽ i p thiết bị đa năn hơnError! Bookmark not defined. M n h nh ẽ c nhiều thôn tin hơn nhờ h t ợ ứn ụn c a bên thứ Error! Bookmark n Hình h o Hình 2.9. ng dụng rộng lớn c a FIREBASE ..............Error! Bookmark not defined. nh i ức h ..........................................Error! Bookmark not defined. 1 Sơ đồ tổng quát c a hệ thốn điều khiển đ n thôn minhError! Bookmark not defined. nh Sơ đồ khối thiết bị đ n t on ia đ nh ...........Error! Bookmark not defined. Hình 3.3. Modul thu phát wifi ESP8266 NodeMCU Mini D1Error! Bookmark not defined. nh Sơ đồ nguyên lý modul xử lý trung tâm ESP8266 NodeMCU Mini D1Error! Bookmark n nh 5 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất ...................Error! Bookmark not defined. Hình Sơ đồ nguyên lý khối nguồn công suất..........Error! Bookmark not defined. Hình 3.7. Mạch nguồn điều khiển .................................Error! Bookmark not defined. nh 8 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch trong thiết bị đ nError! Bookmark not defined. nh 9 Cơ ở dữ liệu Firebase theo dạng cây Json....Error! Bookmark not defined. Hình 3.10. Giao diện điều khiển t ên điện thoại............Error! Bookmark not defined. Hình 3.11. Giao diện điều khiển t ên đồng hồ ..............Error! Bookmark not defined. nh 1 Sơ đồ mạch in lớp t ên nh ưới mạch điện công suấtError! Bookmark not defined. Sơ đồ bố trí linh kiện trên mạch điện công suấtError! Bookmark not defined. Hình 4.3. Mạch nguồn công suất ...................................Error! Bookmark not defined. Hình 4.4. Mạch nguồn điều khiển .................................Error! Bookmark not defined. Hình 4.5. Lớp trên mạch công suất ...............................Error! Bookmark not defined. Hình 4.6. Lớp ưới mạch công suất ..............................Error! Bookmark not defined. nh Côn đoạn thực hiện lắp p bước 1 ..............Error! Bookmark not defined. nh 8 Côn đoạn thực hiện lắp p bước 2 ..............Error! Bookmark not defined. nh 9 Côn đoạn thực hiện lắp p bước 3 mạch xử lý trung tâm ESP8266Error! Bookmark not Hình 1 Côn đoạn thực hiện lắp p bước 5 ............Error! Bookmark not defined. viii nh 11 Côn đoạn thực hiện lắp p bước 6 ............Error! Bookmark not defined. nh 1 Lưu đồ giải thuật chươn t nh chính c a ESP8266 NodeMCU Mini D1Error! Bookmar nh 1 Lưu đồ giải thuật c a chươn t nh con “CaiWifiChoDen”Error! Bookmark not defined Hình 4.14. Lưu đồ giải thuật c a chươn t nh con “ oc u i u a i u hi n”Error! Bookmark no Hình 4.15. Giao diện phần mềm Arduino IDE khi hoạt độngError! Bookmark not defined. Hình 4.16. Kiểm tra các thiết bị ngoại vi mạch nạp kết nối vào máy tínhError! Bookmark not defin Hình 4.17. Lựa chọn C M tươn ứng với thiết bị mạch nạpError! Bookmark not defined. nh 18 ường dẫn để c i i thư iện lập trình cho Modul wifi ESP8266 NodeMCU Mini D1 .......................................................Error! Bookmark not defined. Hình 4.19. Tiến h nh c i đặt i thư iện cho ESP8266 NodeMCUError! Bookmark not defined. Hình 4.20. Thiết lập thông số cho ESP8266 NodeMCU trên Arduino IDEError! Bookmark not def Hình 4.21. Lập trình một chươn t nh cho i điều khiển ESP8266 NodeMCUError! Bookmark not Hình 4.22. Tạo ùn cơ ở dữ liệu mới .........................Error! Bookmark not defined. Hình 4.23. Nhập thôn tin để tạo ra vùng dữ liệu mới ..Error! Bookmark not defined. nh nh ùn cơ ở dữ liệu để sử dụng ....................Error! Bookmark not defined. 5 hay đổi cấp quyền đọc ghi dữ liệu ............Error! Bookmark not defined. Hình 4.26. Download file h trợ google.services.json từ FIREBASEError! Bookmark not defined. nh L m th o hướng dẫn c a oo để ứng dụng kết nối với FIREBASE.Error! Bookmark Hình 4.28. Giao diện ban đầu khi tiến h nh c i đặt Android StudioError! Bookmark not defined. nh 9 C c điều khoản đường dẫn thư mục c a Android StudioError! Bookmark not defined Hình 4.30. Thiết lập trình giả lập và lựa chọn thư mục Start MenuError! Bookmark not defined. Hình 1 C i đặt thêm các thành phần và giao diện khởi độngError! Bookmark not defined. Hình 4.32. Nhập thông tin c a project ..........................Error! Bookmark not defined. Hình 4.33. Lựa chọn thiết bị và phiên bản Android phù hợpError! Bookmark not defined. nh ặt tên cho “acti ity” tươn ứng.................Error! Bookmark not defined. nh 5 Môi t ường lập trình ứng dụng Android ......Error! Bookmark not defined. nh ặt “i ” cho từn đối tượng trong Android StudioError! Bookmark not defined. Hình 4.37. Cài ứng dụng trực tiếp từ phần mềm ên điện thoại thông minhError! Bookmark not def Hình 4.38. Nhập thông tin c a project ..........................Error! Bookmark not defined. Hình 4.39. Lựa chọn thiết bị và phiên bản Android Wear phù hợpError! Bookmark not defined. nh nh ặt tên cho “acti ity” tươn ứng.................Error! Bookmark not defined. 1 Môi t ường lập trình ứng dụng Android WearError! Bookmark not defined. ix nh X m địa chỉ IP c a đồng hồ thông minh .....Error! Bookmark not defined. Hình 4.43. Vào cửa sổ comman ‘ n oi bu in b i ”Error! Bookmark not defined. Hình 4.44. Dòng lệnh để kết nối đồng hồ thông minh với máy tínhError! Bookmark not defined. Hình 4.45. Debugging thông qua wifi giữa m y tính đồng hồError! Bookmark not defined. Hình 4.46. Giao diện phần mềm kết nối ifi t ên đồng hồ thông minhError! Bookmark not defined Hình 4.47. Giao diện điều khiển thiết bị đ n t ên điện thoạiError! Bookmark not defined. Hình 4.48. Giao diện điều khiển t ên đồng hồ thông minhError! Bookmark not defined. Hình 4.49. Hình ảnh c a thiết bị đ n .............................Error! Bookmark not defined. Hình 4.50. Thiết lập c i đặt thông số mạng wifi cho thiết bị đ nError! Bookmark not defined. Hình 4.51. Giao diện điều khiển t ên điện thoại & đồng hồ thông minError! Bookmark not defined Hình 5.1. Lớp t ên Hình 5.2. Lắp ưới mạch công suất ..................Error! Bookmark not defined. p đầy đ các mạch điện vào thiết bị đ nError! Bookmark not defined. Hình 5.3. Thiết bị đ n đã được lắp ráp hoàn thiện .......Error! Bookmark not defined. Hình 5.4. Giao diện điều khiển, thiết lập thông số wifi cho thiết bị đ n c a điện thoại & giao diện điều khiển c a đồng hồ thông minh...........Error! Bookmark not defined. x LIỆT KÊ BẢNG Bảng Bảng 3.1. Bảng thông số òn điện thoát ID theo mức áp kích cổn Trang tươn ứngError! Bookmark n Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện ................................Error! Bookmark not defined. Bảng 4.2. Bảng kết quả sau quá trình kiểm tra mạch điệnError! Bookmark not defined. Bảng 5.1. Bảng khảo sát khi ứng dụng chạy nền ..........Error! Bookmark not defined. Bảng 5.2. Bảng khảo sát khi ứng hoạt động giao diện điều khiểnError! Bookmark not defined. xi TÓM TẮT Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật công nghệ thì các thiết bị thông minh dần dần được tạo ra để phục vụ cho cuộc sống của con người, ví dụ như là những thiết bị thông minh trong gia đình và cụ thể hơn là những chiếc đèn chiếu sáng trong gia đình. Điện thoại thông minh cũng như đồng hồ thông minh trong cuộc sống ngày nay rất là phổ biến, được rất nhiều người sử dụng và dựa trên những tiện ích mà chúng mang lại nhóm em sẽ thiết kế một phần mềm điều khiển các đèn chiếu sáng trong gia đình, để tạo sự tiện lợi trong quá trình điều khiển các đèn chiếu sáng. Chính từ những chiếc điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh luôn bên cạnh chúng ta mà chúng ta có thể điều khiển các đèn chiếu sáng trong gia đình ở bất cứ nơi đâu mà có phủ sóng 3g hoặc wifi. Phần mềm chạy trên điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh sử dụng hệ điều hành Android và Android Wear có thể điều khiển đèn ở khoảng cách xa và nơi đó có phủ sóng wifi và điện thoại hay đồng hồ chỉ cần kết nối 3g hoặc wifi bất kỳ là có thế đều khiển được. Khi người dùng cài đặt ứng dụng trên điện thoại và đồng hồ xong thì đã có thể điều khiển được đèn tương ứng và không giới hạn số lượng điện thoại hay đồng hồ điều khiển, các điện thoại và đồng hồ này sẽ được đồng bộ trạng thái dựa trên cơ sở dữ liệu. Phần cứng của các đèn chiếu sáng sẽ được nhóm em thiết kế cải tiến dựa trên các đèn chiếu sáng bán trên thị trường, để phù hợp với mục đích điều khiển của nhóm. Tuy nhiên do nhóm cũng chưa có nhiều kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu sót trong việc thực hiện đồ án tốt nghiệp. Do đó nhóm chúng em rất mong nhận được sự hướng dẫn và góp ý từ phía Thầy Cô và các bạn sinh viên. Nhóm chúng em xin trân thành cảm ơn! xii CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 Đ T NĐ Với xu hướng ứng dụng CNTT và IoT để xây dựng ĐH thông minh và kèm theo sự phát triển mạnh của “IoT (internet of things)” trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư nên nhóm em chọn đề tài liên quan đến IoT để nhóm em có thể từ đồ án tốt nghiệp này mà nhóm em có kinh nghiệm cho công việc trong tương lai, cụ thể hơn là nhóm em nhận thấy trong cuộc sống của con người thì đèn chiếu sáng là rất quan trọng và không thể thiếu, chính vì các lý do trên mà nhóm em sẽ chọn đề tài “Tìm hiểu hệ điều hành android wear và xây dựng giải pháp điều khiển thông minh cho các đèn chiếu sáng gia đình”. Nhóm em sẽ thiết kế một phần mềm chạy trên điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android và đồng hồ thông minh sử dụng hệ điều hành Android Wear để điều khiển các đèn chiếu sáng trong gia đình, giúp người sử dụng có thể thao tác điều khiển thật sự dễ dàng ở bất cứ nơi đâu có phủ sóng 3g hoặc wifi, giúp người sử dụng có thể giám sát được hoạt động của các đèn chiếu sáng này để sử dụng một cách hợp lý và nếu đi ra khỏi nhà mà quên tắt đèn thì cũng có thể giám sát điều khiển để tắt các đèn này. Kèm theo đó là tính năng điều chỉnh độ sáng của từng đèn chiếu sáng để giúp người sử dụng có thể điều chỉnh độ sáng phù hợp với người sử dụng nhất có thể. Phần mềm chạy trên điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh hỗ trợ điều khiển 4 đèn sử dụng sóng wifi. Đề tài mà nhóm sinh viên đã làm trước đó có tên đề tài “xây dựng giải pháp điều khiển thông minh cho các đèn chiếu sáng gia đình” đây là đề tài tốt nghiệp của nhóm sinh viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, nhóm đề tài này đã thực hiện được việc thiết kế phần cứng mạch điện trên thiết bị đèn có sẵn, thiết kế phần mềm điều khiển chạy trên hệ điều hành Android trên điện thoại điều khiển được hoạt động tắt mở, điều chỉnh độ sáng của đèn và thời gian tắt mở đèn trên một thiết bị đèn qua wifi và bluetooth. Phần mềm của nhóm em hoạt động trên hệ điều hành Android của điện thoại thông minh và Android wear của đồng hồ thông minh. Nhóm em thay vì chỉ điều khiển đèn qua điện thoại thông minh thì sẽ tìm hiểu và điều khiển thiết bị bằng điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh, cài đặt một lần là có BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN thể tự kết nối với đèn sau khi hoạt động ứng dụng và điều khiển các thiết bị đèn wifi để điều khiển các đèn này với khoảng cách xa hơn bất kỳ nơi nào có phủ sóng 3g hoặc wifi thì đều có thể điều khiển được. Dễ dàng cài đặt thông tin của wifi kết nối(tên mạng và mật khẩu) cho các đèn. Nhiều thiết bị điện thoại & đồng hồ thông minh có thể điều khiển 1 hoặc nhiều thiết bị đèn sử dụng sóng wifi. 1.2 MỤC TIÊU Nhóm em sẽ thiết kế hai phần mềm, 1 chạy trên điện thoại thông minh và 1 trên đồng hồ thông minh sử dụng hệ điều hành Android, nhóm em sẽ tiến hành thiết kế cải tiến lại phần cứng mạch điện để phù hợp với yêu cầu điều khiển. Phần mềm có thể điều khiển được 2 thiết bị đèn sử dụng sóng wifi cho khoảng cách xa ở bất cứ nơi đâu có phủ sóng 3g và wifi mà điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh có thể thu được. Ở các chế độ đều có hồi tiếp trạng thái của các đèn chiếu sáng, giá trị độ sáng điều chỉnh và biết được thiết bị đó có đang hoạt động hay không và biết được chắc chắn rằng đèn có đang sáng khi mở đèn tương ứng. Giao diện dễ dàng thao tác cho người sử dụng và rất dễ cài đặt thông số và chỉ cần cài đặt một lần các giá trị này sẽ được lưu vào bộ nhớ ứng dụng. Ứng dụng dễ dàng cập nhật mà không bị ảnh hưởng đến các dữ liệu đã cài đặt trước đó. Nhóm em nghiên cứu về hệ điều hành Android và Android Wear cũng như những ứng dụng của hệ điều hành này. Sử dụng đồng hồ thông minh và điện thoại thông minh để tạo nên những ứng dụng điều khiển thiết bị đèn trong gia đình. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 2 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU Theo mong muốn để tài là điều khiển được thiết bị đèn thông qua sóng wifi thì nhóm em cần tìm hiểu những nội dung sau:  Tổng quan về hệ điều hành Android/Android Wear.  Khái niệm về cơ sở dữ liệu Firebase.  Tổng quan về wifi.  Giới thiệu tổng quan phần cứng. 2.2 TỔNG QUAN V HỆ ĐI U HÀNH ANDROID 2.2.1 Khái niệm Android Android là một hệ điều hành có mã nguồn mở dựa trên nền tảng Linux được thiết kết dành cho các thiết bị di động và máy tính bảng. 2.2.2 Lịch sử phát triển Tổng công ty Android (Android, Inc.) được thành lập tại Palo Alto, California vào tháng 10 năm 2003 bởi Andy Rubin. Vào năm 2005 Google mua lại công ty này sau đó tới năm 2007 chính thức ra mắt hệ điều hành Android. Từ năm 2008, hệ điều hành Android đã trải qua nhiều lần cập nhật để dần dần cải tiến hệ điều hành, bổ sung các tính năng mới và sửa các lỗi trong những lần phát hành trước. Mỗi bản nâng cấp được đặt tên lần lượt theo thứ tự bảng chữ cái, theo tên của một món ăn tráng miệng. Hình 2.1. Các phiên bản hệ điều hành Android qua các lần nâng cấp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2.3 Ưu nhược điểm hệ điều hành Android a. Ưu điểm  Thân thiện dễ sử dụng với người dùng.  Khả năng đa nhiệm chạy cùng lúc nhiều ứng dụng.  Đa dạng nhiều sản phẩm phù hợp hầu hết các thiết bị điện thoại và máy tính bảng.  Kho ứng dụng Google Play có rất nhiều ứng dụng hay mà người dùng có thể lựa chọn tải về sử dụng.  Là hệ điều hành có khả năng tùy biến cao người dùng có thể chỉnh sữa mà không có sự cấm cản từ nhà sản xuất. b. Nhược điểm  Không tự động cập nhật hệ điều hành với tất cả thiết bị, khi một hệ điều hành mới ra mắt người dùng có thể không cập nhật được mà phải mua một thiết bị khác có hệ điều hành đó.  Khó kiểm soát chất lượng ứng dụng khi quá nhiều ứng dụng được tải lên.  Dễ nhiễm mã độc gây hại thiết bị do tính chất nguồn mở nên không có sự kiểm soát.  Sự phân cấp chất lượng sản phẩm lớn khi nhiều sản phẩm nổi tiếng chất lượng như: Galaxy S7, Galaxy Note 8, Xperia Z3…, vẫn còn rất nhiều sản phẩm giá rẻ bình thường khác. 2.3 TỔNG 2.3.1 N HỆ ĐI n i H NH N I g Trong sự kiện Google I/O 2014 vừa qua, Google đã trình làng một loạt các sản phẩm mới như Android L, Android TV, Android One...và đặc biệt là Android Wear – một hệ điều hành mới toanh dành cho các thiết bị đeo mặc. Android Wear là phiên bản hệ điều hành mở Android của Google thiết kế cho đồng hồ thông minh và thiết bị đeo khác. Bằng cách kết nối với điện thoại thông minh chạy Android phiên bản 4.3+, Android Wear sẽ tích hợp chức năng Google Now và thông báo di động trên hình thức đồng hồ thông minh. Nền tảng đã được công bố vào ngày 18 tháng 3, 2014, cùng với việc phát hành một bản phát triển. Các công ty như Motorola, Samsung, LG, HTC và Asus đã công bố là đối tác chính thức. Vào 25 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 4 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT tháng 6, 2014, tại Google I/O, LG G Watch và Moto 360 của Motorola được công bố, cùng với thông tin chi tiết về Android Wear. Hình 2.2. Đồng hồ chạy Android 2.3.2 Thông tin cơ bản ề hệ điều h nh n ear i Các nhà sản xuất có thể thiết kế đồng hồ Android Wear của mình theo nhiều kiểu dáng khác nhau, nhưng tất của chúng đều chạy các phần mềm của Google như cùng chung một giao diện, chung tính năng tìm kiếm, thẻ thông báo Google Now, nhắc nhở, đặt lịch, định vị, tin nhắn, tương tác với xe hơi, điều khiển bằng khẩu lệnh… LG G Watch và Samsung Gear Live, những chiếc đồng hồ Android ear đầu tiên, cả hai đều có bộ vi xử lý, dung lượng và bộ nhớ RAM tương tự. Chúng chỉ hơi khác nhau về phân giải màn hình, loại màn hình hiển thị, và dung lượng pin. Ngoài ra Gear Live cũng có một thêm tính năng đo nhịp tim. Tuy nhiên, chúng đều có cổng Micro-USB, nhưng bộ sạc và đế cắm khác nhau. Điều kiện để smartwatch có thể hoạt động bình thường đó là chiếc điện thoại đang sử dụng phải chạy nền tảng Android 4.3 trở lên. Xét về mặt công nghệ, việc tương tác phải xảy ra giữa các thiết bị cao cấp là điều đương nhiên, nhưng riêng với Android, điều này đang gây ra không ít rào cản cho người dùng muốn sử dụng đồng hồ thông minh. Bởi theo một báo cáo mới đây, chỉ có hơn 24% các thiết bị Android là BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 5 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT đang chạy phiên bản 4.3 trở lên. Nhưng có một tin tốt là không giống như những smartwatch trước đây của Samsung,có thể sử dụng Samsung Gear Live với điện thoại LG hay Motorola hoặc Nexus. Thông báo và tin nhắn được hiển thị một cách tự động, nhưng không có bàn phím trên màn hình của thiết bị chạy Android ear. Để có làm được các thao tác khác, cần phải thông qua menu hoặc nói chuyện trực tiếp với đồng hồ. Tuy nhận dạng giọng nói của Google hoạt động thực sự tốt, nhưng không hề dễ dàng để làm cho Android Wear hiểu tất cả mọi thứ, đặc biệt là trong không gian ồn ào. Android ear thường đưa ra những thông tin khó hiểu và ngẫu nhiên thay vì những thông tin liền mạch. Đôi khi sẽ nhận được tin nhắn hiện tại, vào lần khác sẽ nhận được tiên đoán "gợi ý" về hướng đi, mặt hàng để bán, hoặc ngày sinh nhật của bạn bè. Nếu một cuộc gọi điện thoại đến, chỉ có thể nói chứ không thể nghe vì thiết bị chạy Android Wear không có loa - chỉ có một microphone để nói. Hoặc có thể trả lời cuộc gọi đó bằng điện thoại của mình hoặc sẽ phải cần đến tai nghe để nói chuyện. Các đồng hồ Android wear hiện này sử dụng mặt hình vuông như là: Samsung Gear Live, LG G atch , LG G atch 2…, còn nếu người dùng thích sử dụng mặt hình tròn có thể tham khảo Moto 360, LG G atch R, LG G atch R Urban…Nhưng xét về thẩm mỹ thì đồng hồ android wear mặt tròn đang được ưa chuộng hơn nhiều. Một phiên bản mới của dịch vụ Google Play dành cho tất cả các thiết bị Android đã được cập nhật. Bản Google Play 5.0 này cung cấp các ứng dụng đầu tiên phục vụ những chiếc smartwatch chạy Android ear. Để sử dụng người dùng cần tải về các ứng dụng Android Wear chính thức trên smartphone có kết nối với smartwatch, sau đó cập nhật Google Play Store 5.0 để chúng cài đặt trên Wear. Trong thiết lập mặc định cơ bản, đồng hồ chạy Android Wear có thể kéo dài khoảng một ngày trước khi cần sạc lại. Có nghĩa là sẽ cần phải sạc pin gần như thường xuyên như khi sạc điện thoại. Nếu muốn thời lượng pin kéo dài hơn thì nên điều chỉnh thiết lập màn hình, độ sáng hạn chế và chỉ sử dụng những ứng dụng thật sự cần thiết. Có lẽ đây là một điểm trừ cực lớn cho đồng hồ Android Wear . Các menu điều khiển bằng giọng nói, các thông báo vuốt thả, các ứng dụng cuộn-và-chạm-để-mở trên Android ear đều giống như Google Glass, ngoại trừ nó nằm trên cổ tay. Bên cạnh đó, dù hiện nay vẫn không có thiết bị Android Wear nào hỗ trợ camera nhưng biết đâu tương lai chúng cũng sẽ có. Thông tin về phiên bản Android Wear mới nhất hiện nay BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 6