CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NHÀ THÔNG MINH VÀ CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CỦA NHÀ THÔNG MINH 1. Tổng quan về các thiết bị điều khiển dùng cho nhà thông minh Nhà thông minh (Smart Home) là căn nhà được tích hợp các thiết bị, điện tử được điều khiển, giám sát, truy cập từ xa. Smart Home được xây dựng trên nền tảng khái niệm Internet vạn vật (IoT).
Tại đây, các thiết bị trong nhà có thể trao đổi thông tin với nhau, điều chỉnh các chức năng theo thói quen sinh hoạt hàng ngày của người dùng. 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. Nhờ ứng dụng các công nghệ như hồng ngoại, điện thoại thông minh, IoT, công nghệ đám mây… Nhà thông minh tích hợp các hệ thống cơ bản như hệ thống điều khiển ánh sáng, hệ thống an ninh, hệ thống điều khiển rèm, hệ thống kiểm soát môi trường, thiết bị cảm ứng… Việc điều khiển các hệ thống này thông qua một phần mềm cài đặt trên điện thoại hoặc máy tính có kết nối internet, có thể điều khiển nó từ bất kỳ đâu hoặc điều khiển bằng giọng nói.1: Tổng quan về nhà thông minh Trong một căn nhà thông minh hay Smarthome, mọi nơi sẽ được kiểm soát bằng các thiết bị điện tử. Chúng sẽ sử dụng các cách giao tiếp riêng đề hiểu nhau như: Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, Wifi, Matter, KNX, … Và con người sẽ điều khiển qua chính chiếc điện thoại hay giọng nói của mình.
Sử dụng công nghệ trong nhà, con người có thể kiểm soát và xem những gì đang diễn ra trong nhà của mình. Ngay cả khi không có ai ở đó, sử dụng điện thoại 2 thông minh, máy tính bảng hoặc đôi khi là máy tính. Chẳng hạn, nếu có con nhỏ ở nhà thì cũng có thể biết được mọi hoạt động của chúng. Nhà thông minh giúp tiết kiệm năng lượng vì bây giờ không cần phải đốt tiền bằng cách quên tắt máy lạnh khi đi làm.
Bằng cách theo dõi hệ thống sưởi, nước và điện, sẽ có rất ít khả năng chi trả quá mức hóa đơn điện. Sử dụng các Camera thông minh và thiết bị an ninh để bảo vệ căn nhà. Những camera chất lượng cao thường kết nối trực tiếp với điện thoại. Hệ thống điều khiển rèm cửa, cửa sổ, cửa ra vào cũng luôn được tích hợp trong một ngôi nhà thông minh.
Với hệ thống điều khiển này thì chỉ cần ngồi tại chỗ mà vẫn có thể dễ dàng điều khiển hệ thống rèm rửa, cửa cuốn… thông qua một cái chạm tay. Đồng thời cũng có thể thiết lập kịch bản cho rèm cửa như hạ xuống vào lúc 21h và mở lên vào lúc 6h sáng hôm sau. Hoặc điều khiển mở rèm bằng giọng nói với loa thông minh. Nhà thông minh còn có chức năng vô cùng đặc biệt đó là điều khiển bằng giọng nói.
Đây là một chức năng rất đặc biệt được nhiều người yêu thích bởi chúng cho phép chủ nhà điều khiển, kiểm soát tất cả các thiết bị trong gia đình bằng giọng nói của chính mình. Chỉ với một thiết bị có trợ lý ảo là có thể điều khiển mọi thứ trong nhà của mình. Cho dù ở bất cứ nơi đâu, dù đi công tác, du lịch nghỉ dưỡng, … Phổ biến nhất hiện nay đó là trợ lý ảo Siri, Google Assistant, Amazon Alexa. Hệ thống điều hòa đều có thể thông minh hơn mà không cần phải lắp đặt phức tạp hay tu sửa.
Chỉ với một thiết bị hồng ngoại không dây, cũng có thể điều khiển máy lạnh từ điện thoại. Cảm biến thông minh cũng là một yếu tố quan trọng và không thể thiếu trong internet vạn vật (IoT), môi trường ngày càng phổ biến trong đó hầu hết mọi thứ có thể tưởng tượng đều có thể được trang bị một mã nhận dạng duy nhất và khả năng truyền dữ liệu qua internet hoặc một mạng tương tự. Một cách triển khai của cảm biến thông minh là các thành phần của mạng cảm biến và thiết bị truyền động không dây (WSAN) có các nút có thể lên tới hàng nghìn, mỗi nút được kết nối với một hoặc nhiều cảm biến và trung tâm cảm biến khác, cũng như các thiết bị truyền động riêng lẻ. Tổng quan về các cảm biến cửa của nhà thông minh Cảm biến cửa (Door Sensor hay Door Contact) là sản phẩm có chức năng phát hiện trạng thái đóng/mở cửa.
Thiết bị có thể lắp đặt để đảm bảo an ninh cho mọi hệ thống cửa như: cửa sổ, cửa ra vào, cổng nhà để xe… Thiết bị rất quan trọng trong hệ 3 thống an ninh của smarthome. Nó có chức năng báo động cho bạn biết khi có người đột nhập vào nhà. Lúc này, cảm biến sẽ gửi tín hiệu nhận được về bộ điều khiển trung tâm (HC). HC xử lý tín hiệu và truyền dữ liệu về điện thoại, máy tính, ipad, … để thông báo, kích hoạt các hệ thống thiết bị “chống trộm” của chủ nhà hoạt động để cảnh báo.2: Cảm biến cửa Cảm biến cửa kết nối với Wi-Fi và hoạt động thông qua một bộ điều khiển trung tâm (gồm cả không dây và có dây).
Mặc dù có một số loại và kiểu cảm biến báo động cửa khác nhau, nhưng hầu hết đều sử dụng công tắc từ và nam châm để xác định thời điểm cửa mở hoặc đóng. Khi công tắc đóng thì hai bộ phận của nam châm đặt gần nhau (song song nhau) và sẽ xuất hiện dòng điện chạy qua. Khi công tắc bị mở thì hai thành phần nam châm tách ra, làm cho dòng điện ngừng và mạch hở. Khi đó, sẽ có một thông báo được gửi tới bộ điều khiển trung tâm để kích hoạt cảnh báo trên điện thoại của bạn, và làm hoạt động các hệ thống báo động trong nhà.
Cảm biến thông minh là một thiết bị lấy đầu vào từ môi trường vật lý và sử dụng tài nguyên máy tính tích hợp để thực hiện các chức năng được xác định trước khi phát hiện đầu vào cụ thể và sau đó xử lý dữ liệu trước khi chuyển nó. Tài nguyên máy tính thường được cung cấp bởi bộ vi xử lý di động công suất thấp. Ở mức tối thiểu, một cảm biến thông minh được làm bằng một bộ cảm biến, một bộ vi xử lý và một số loại công nghệ truyền thông. Tài nguyên máy tính phải là một phần không thể thiếu của thiết kế vật lý – một cảm biến chỉ gửi dữ liệu của nó để xử lý từ xa không được coi là một cảm biến thông minh.
Chức năng, công dụng của cảm biến cửa Cảm biến cửa là thiết bị giúp nhanh chóng nhận biết được khi nào cửa bị mở ra hoặc bị trộm bẻ khóa để đột nhập. Vì vậy, nó thực sự hữu ích và an ninh cho ngôi nhà của bạn. Khi sử dụng cảm biến cửa cho mục đích phát hiện xâm nhập, cảm biến cửa có hai chức năng quan trọng sau: - Bảo vệ không gian trong nhà hay văn phòng, ngăn người ngoài xâm nhập vào. Cảm biến cửa cho sẽ biết nếu ai đó vào nhà, cũng có thể đặt nó để phát ra báo động ngăn cản ai đó xâm nhập vào.
- Sử dụng cảm biến cửa để theo dõi bất kỳ ai đang ở trong nhà. Điều đó đảm bảo rằng những đứa trẻ nhỏ (≤ 3 tuổi) không đi lung tung khi không có người lớn giám sát. Không chỉ bảo vệ ngôi nhà khỏi sự xâm nhập của người lạ từ bên ngoài mà còn có thể đảm bảo trẻ nhỏ vẫn an toàn khi ở trong nhà. Khi kết nối với cảm biến với điện thoại, thì sẽ luôn theo dõi được tình trạng ngôi nhà.
Mỗi khi có sự cố không may, kẻ đột nhập thì có thể nhận biết kịp thời và hoàn toàn yên tâm trong những chuyến đi chơi hay công tác xa nhà. Các loại cảm biến cửa ứng dụng cho nhà thông minh Đối với nhà thông minh, hoàn toàn có thể kết hợp nhiều thiết bị với nhau để chúng có thể tự động hoạt động theo những kịch bản có sẵn. Cảm biến cửa cũng không phải ngoại lệ vì nó dễ dàng kết nối với các thiết bị thông minh khác. Tuy nhiên, việc kết hợp cảm biến cửa với những thiết bị dưới đây sẽ là tốt nhất.3: Cảm biến cửa với đèn và rèm cửa thông minh Cảm biến cửa với đèn và rèm cửa thông minh: kết hợp hệ thống chiếu sáng trong nhà và cảm biến cửa là kịch bản được rất nhiều gia chủ sử dụng.
Có thể thiết 5 lập ngữ cảnh trở về nhà vào buổi tối lúc 18h, khi cửa mở là cảm biến sẽ truyền tín hiệu để đèn sẽ tự động sáng và rèm cửa cũng tự động kéo ra.4: Cảm biến cửa với cảm biến chuyển động và camera thông minh Cảm biến cửa với cảm biến chuyển động và camera thông minh: đây là sự kết hợp hoàn hảo để đảm bảo an ninh trong nhà. Với 3 thiết bị này, thì hoàn toàn yên tâm khi trời tối hoặc khi đi xa. Vì ngay khi phát hiện có hành động phá cửa bất thường theo ngữ cảnh đã cài đặt thì tín hiệu từ thiết bị sẽ giúp hệ thống đèn tự động chiếu sáng, còi hú to, rèm cửa trong nhà mở,. đồng thời gửi cảnh báo đến trực tiếp smartphone cho gia chủ.5: Cảm biến cửa với còi hú thông minh Cảm biến cửa với còi hú thông minh: đây cũng là một sự kết hợp đáng tham khảo, trong trường hợp có ai mở cửa vào nhà thì còi sẽ hú lên để cảnh báo.
Giúp con người khi đang không cầm điện thoại để nhận thông báo của cảm biến cửa gửi tới vẫn biết có người ra vào nhà mình. MÔ HÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ VÀ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH PHẦN CỨNG 2. Mô hình hoạt động của thiết bị Hệ thống thiết kế bao gồm: mạch Cảm biến (Sensor) và mạch Điều khiển trung tâm (Gateway).1: Mô hình hoạt động của thiết bị Mô hình hoạt động của thiết bị sẽ được chia làm 2 phần chính: phần thiết bị và phần cloud server. Thiết bị trong mô hình hoạt động Phần thiết bị sẽ bao gồm 1 thiết bị có khả năng phát hiện được trạng thái đóng mở của cửa gọi mà thiết bị cảm biến.
Thiết bị cảm biến sử dụng công nghệ Bluetooth low energy (BLE) để truyền dữ liệu đi. Một thiết bị trung gian nằm ở giữa gọi là thiết bị điều khiển trung tâm. Thiết bị điều khiển trung tâm sử dụng công nghệ BLE để tiếp nhận dữ liệu từ 1 hoặc nhiều cảm biến, mỗi cảm biến sẽ được phân biệt bằng chỉ số ID. Trong phạm vi khóa luận sẽ sử dụng 1 cảm biến duy nhất.