Đồ án Kỹ thuật: tốt nghiệp ngành kỹ thuật điện điện tử xây dựng mô hình tự

Đồ án tốt nghiệp ngành kỹ thuật điện điện tử về xây dựng mô hình tự động hóa cho nhà thông minh. Tìm hiểu thiết kế hệ thống điều khiển thông minh.

• Tác giả: Đỗ Văn Vũ
• Người hướng dẫn: ThS. Phạm Thị Hà
• Trường học: Trường Đại học Hồng Đức
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện - điện tử
• Đề tài: Xây dựng mô hình tự động hóa cho nhà thông minh
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thanh Hoá

Tóm tắt

I. Khái niệm về Đồ án Tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Điện Điện tử

Đồ án tốt nghiệp là một dự án học thuật quan trọng mà sinh viên ngành kỹ thuật điện - điện tử phải hoàn thành trước khi tốt nghiệp. Đây là cơ hội để các sinh viên vận dụng toàn bộ kiến thức lý thuyết và kỹ năng thực tiễn đã học được trong suốt quá trình đào tạo. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện không chỉ yêu cầu thiết kế mà còn đòi hỏi hiện thực hóa, thử nghiệm và hoàn thiện sản phẩm hoặc giải pháp kỹ thuật cụ thể. Sinh viên làm việc dưới sự hướng dẫn của các giảng viên experienced, áp dụng các công nghệ hiện đại như IoT, tự động hóa, và điều khiển thông minh để giải quyết các vấn đề thực tiễn trong cuộc sống.

1.1. Mục đích và ý nghĩa của Đồ án

Đồ án tốt nghiệp giúp sinh viên ngành kỹ thuật điện - điện tử phát triển kỹ năng chuyên môn sâu. Nó tạo cơ hội để sinh viên thực hành các kiến thức từ những môn học như lập trình Arduino, thiết kế mạch điều khiển, và hệ thống tự động hóa. Qua đó, sinh viên tích lũy kinh nghiệm quý báu chuẩn bị cho sự nghiệp kỹ sư chuyên nghiệp.

1.2. Yêu cầu đối với sinh viên thực hiện

Sinh viên phải có kiến thức vững chắc về các ngôn ngữ lập trình, thiết kế mạch điện, và các cảm biến điện tử. Bên cạnh đó, cần phải có khả năng phân tích vấn đề, thiết kế giải pháp độc lập, và trình bày kết quả một cách chuyên nghiệp, khoa học.

II. Các Lĩnh vực Ứng dụng Phổ biến

Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện - điện tử có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất là xây dựng mô hình nhà thông minh, giúp tự động hóa các hoạt động hàng ngày như điều khiển đèn, quạt, điều hòa, và các thiết bị gia dụng khác. Ngoài ra, sinh viên còn có thể chọn các chủ đề liên quan đến hệ thống năng lượng tái tạo, điều khiển động cơ, hệ thống an ninh thông minh, hoặc giàn phơi tự động. Mỗi dự án đều yêu cầu sinh viên phải nắm vững nguyên lý hoạt động, thiết kế sơ đồ khối, lập trình điều khiển, và mô phỏng hệ thống trước khi triển khai thực tế.

2.1. Nhà thông minh và Tự động hóa gia đình

Hệ thống nhà thông minh sử dụng các cảm biến, thiết bị điều khiển và trung tâm điều khiển như Broadlink RM PRO+ để tự động hóa các hoạt động trong nhà. Sinh viên thiết kế các ngữ cảnh thông minh cho phòng khách, phòng ngủ, bếp, phòng tắm và ban công, cho phép người dùng điều khiển toàn bộ hệ thống qua ứng dụng di động.

2.2. Các công nghệ hỗ trợ trong Đồ án

Trong các đồ án kỹ thuật điện, sinh viên sử dụng Arduino, cảm biến hồng ngoại, cảm biến mưa, cảm biến âm thanh, và relay điều khiển. Các mạch điều khiển và code lập trình được thiết kế để vận hành các thiết bị một cách an toàn, hiệu quả và tối ưu năng lượng.

III. Quy trình Thực hiện Đồ án Tốt nghiệp

Quy trình thực hiện đồ án tốt nghiệp ngành kỹ thuật điện - điện tử bao gồm nhiều giai đoạn quan trọng. Đầu tiên, sinh viên phải xác định chủ đề và lập kế hoạch chi tiết với sự hỗ trợ của giảng viên hướng dẫn. Tiếp theo là giai đoạn nghiên cứu tài liệu và khảo sát công nghệ hiện có. Sau đó, sinh viên thiết kế mô hình, chọn lựa linh kiện phù hợp, và vẽ sơ đồ khối cùng sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển. Giai đoạn quan trọng tiếp theo là lập trình các bộ điều khiển, mô phỏng hệ thống, và thực nghiệm với các thiết bị thực tế. Cuối cùng, sinh viên phải hoàn thiện mô hình, viết báo cáo chi tiết, và chuẩn bị bảo vệ đồ án trước hội đồng chấm điểm.

3.1. Giai đoạn Thiết kế và Lập kế hoạch

Sinh viên cần xác định rõ mục tiêu của đồ án tốt nghiệp, lựa chọn công nghệ phù hợp, và lập danh sách linh kiện chi tiết. Tại giai đoạn này, giảng viên hướng dẫn đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm định tính khả thi và hỗ trợ phương pháp luận.

3.2. Giai đoạn Thực hiện và Thử nghiệm

Sinh viên lắp ráp phần cứng, lập trình phần mềm điều khiển, và thực hiện các bài kiểm tra kỹ lưỡng. Quá trình mô phỏng và thử nghiệm thực tế giúp sinh viên phát hiện và khắc phục lỗi trước khi hoàn thiện sản phẩm cuối cùng.

IV. Ý Nghĩa và Hướng Phát Triển trong Tương lai

Đồ án tốt nghiệp trong ngành kỹ thuật điện - điện tử không chỉ là một yêu cầu học thuật mà còn là bước khởi đầu cho sự phát triển sự nghiệp kỹ sư. Các dự án như xây dựng nhà thông minh phản ánh xu hướng chuyển đổi số và tự động hóa hiện nay. Trong tương lai, sinh viên có thể mở rộng ứng dụng bằng cách tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI), kết nối IoT toàn cầu, cải thiện hiệu suất năng lượng, hoặc phát triển các giải pháp thương mại. Kỹ năng và kinh nghiệm từ đồ án tốt nghiệp sẽ giúp sinh viên chuẩn bị tốt hơn cho việc làm việc tại các công ty công nghệ hàng đầu, trung tâm nghiên cứu, hoặc khởi nghiệp với các dự án riêng của mình.

4.1. Tác động và Ứng dụng Thực tế

Đồ án kỹ thuật điện như hệ thống nhà thông minh có tác động trực tiếp đến chất lượng cuộc sống, tiết kiệm năng lượng, và nâng cao an ninh gia đình. Các giải pháp này có giá trị kinh tế cao và phổ biến rộng rãi trong các thành phố lớn hiện nay.

4.2. Con đường tiếp tục phát triển

Sinh viên hoàn thành đồ án tốt nghiệp có thể tiếp tục nghiên cứu cao học, công bố bài báo khoa học, hoặc phát triển sản phẩm thương mại. Việc liên kết với doanh nghiệp và tham gia các cuộc thi sáng kiến sẽ tăng giá trị của đồ án trên thị trường việc làm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I. KHẢO SÁT CHUNG VỀ KHÁI NIỆM NHÀ THÔNG MINH 1. Giới thiệu chung về nhà thông minh 1. Nhà thông minh là gì? Nhà thông minh (Smart-home) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử đặc biệt có khả năng kết nối đến mạng lưới Internet, mạng truyền thông hoặc các sóng thông thường khác; thông qua các cài đặt của chủ sở hữu nhằm tự động hoàn toàn hoặc bán tự động thay thế con người thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển các thiết bị trong nhà một cách phù hợp và tiết kiệm nhất.

Nhà thông minh SVTH: ĐỖ VĂN VŨ 2 MSV: 1662030029 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THS. PHẠM THỊ HÀ Sự khác biệt giữa nhà thông minh và nhà thường như sau: NHÀ THƯỜNG NHÀ THÔNG MINH - Chỉ điều khiển thiết bị khi chủ nhân ở - Chỉ cần có kết nối Internet, chúng ta có trong nhà thể điều khiển các thiết bị ở bất cứ nơi đâu - Các thiết bị không được tối ưu hóa khi - Tự động bật tắt khi có hoạt động, âm sử dụng gây thất thoát, lãng phí. thanh hay cử chỉ của chủ nhân đi vào - Không thể theo dõi tình trạng thiết bị từ vùng cảm biến xa - Dễ dàng theo dõi tất cả các thiết bị trng nhà trong tình trạng thế nào - Không thể đo và tính toán các thông số - Đo đạt nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng.để trong môi trường đưa tín hiệu điều khiển thiết bị chính theo cài đặt trước - Không thể giám sát ngôi nhà từ xa - Có thể giám sát ngôi nhà từ xa - Không thể phòng ngừa các mối nguy - Kiểm soát ngôi nhà bằng các thiết bị đo hiểm tiềm ẩn trong ngôi nhà khí ga, đo nhiệt.nhằm đảm bảo căn nhà luôn an toàn. So sánh nhà thông minh với nhà thường *Các mức thông minh: Một ngôi nhà thông minh có thể có các mức độ như sau:  Mức 1: Tạo nên sự tiện lợi cho chủ nhân ngôi nhà: Có thể điều khiển và quản lý một cách tổng thể thông qua các giao diện người dùng không bị giới hạn bởi không gian.

 Mức 2: Hệ thống tự động hoạt động, phối hợp với nhau hay tương tác với chủ nhân về trạng thái của ngôi nhà. Hay có thể học hỏi từ những thói quen của chủ nhân để tự động đưa ra các giải pháp phù hợp nhất. Ưu nhược điểm của nhà thông minh 1. Tự động – Tự động hơn nữa: - Giải phóng hoạt động của con người Nhà thông minh được thiết kế để thay thế một phần hoặc toàn bộ các thao tác lặp đi lặp lại của chủ sở hữu thông qua các cài đặt ban đầu.

Tất cả những công việc nhàn chán hằng ngày như đóng mở rèm cửa, bật tắt đèn, mở điều hòa, bật nóng lạnh… sẽ tự động hoàn toàn trong vài nút ấn. Hệ thống sẽ luôn kết nối các thiết bị và con người để phối hợp hoạt động một cách hoàn hảo cho từng hoàn cảnh cụ thể. Nâng cao chất lượng cuộc sống. SVTH: ĐỖ VĂN VŨ 3 MSV: 1662030029 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THS.

PHẠM THỊ HÀ Thoải mái, tiện nghi: Khi lắp hệ thống nhà thông minh chúng ta sẽ được tận hưởng sự thoải mái, tiện nghi, thậm chí là cảm giác thú vị, tươi mới tại chính căn nhà của mình. Chúng ta hoàn toàn làm chủ và công nghệ khiến ngôi nhà luôn bên cạnh bất cứ nơi đâu. Ngôi nhà an toàn: Bất kể mối nguy hoại nào ảnh hưởng đến căn nhà sẽ được báo động. Khi nhà bạn bị đột nhập hoặc có nguy cơ cháy, giải pháp nhà thông minh tự động bật đèn, còi hú đồng thời gọi điện hay báo cho công an, cứu hỏa nếu được yêu cầu.

Chúng ta có thể quan sát và theo dõi ngôi nhà từ xa thông qua Camera, thiết bị hồng ngoại, các cảm biến… Tăng tiện ích cho cuộc sống: Chúng ta đang bận đi làm, bạn đi du nhưng vẫn muốn giám sát các thiết bị trong nhà thì thật đơn giản, với các thiết bị cầm tay, chỉ cần ngồi một chỗ và bấm nút. Cả ngôi nhà trong được điều khiển thật dễ dàng. Tiết kiệm điện năng và chi phí: Nhờ khả năng kiểm soát và tự động bật tắt được tất cả các thiết bị điện trong nhà mà sẽ hạn chế tối đa năng lượng lãng phí. Chẳng hạn bóng sẽ tự động tắt khi rời đi, bình nóng lạnh chỉ tự mở khi về gần đến nhà.

Chúng ta sẽ tiết kiệm được lượng điện năng đáng kể đồng thời kéo dài tuổi thọ tất cả các thiết bị. Ngoài ra với hệ thống an ninh, an toàn thì các sự cố cháy nổ hay trộm cắp đều được ngăn chặn đảm bảo an toàn cho tài sản gia đình cũng như xã hội. Dễ dàng lắp đặt và nâng cấp: Với giải pháp lắp đặt hệ thống điện thông minh, có thể mở rộng, cải tạo các chức năng trong ngôi nhà dễ dàng mà không sợ ảnh hưởng nhiều đến việc bố trí nội thất cũng như tiêu tốn diện tích căn nhà. Nhược điểm.

Bảo mật: Nếu chẳng may để thông tin người dùng vào tay kẻ xấu, họ có thể cài đặt khiến các thiết bị trong nhà bị đảo lộn, gây nguy hiểm, mất mát hay cao hơn là ảnh hưởng trực tiếp đến tính mạng con người. Tương đối khó sử dụng: Với việc sử dụng các hệ thống công nghệ cao đòi hỏi chủ nhân ngôi nhà phải có hiểu biết về công nghệ. Đôi khi vì thiếu hiểu biết hay sử dụng sai mục đích hệ thống tạo sự rắc rối cho người dùng. Chưa thống nhất một quy chuẩn trên thị trường: Ngày càng có nhiều công nghệ do các nhà cung cấp đưa ra.

Mỗi công nghệ đưa ra các chuẩn khác nhau, vì vậy để ứng dụng rộng rãi và hiệu quả thì việc các công ty gia nhập các hiệp hội tiêu chuẩn chung là rất cần thiết. SVTH: ĐỖ VĂN VŨ 4 MSV: 1662030029 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THS. PHẠM THỊ HÀ 1. Tổng quát về nhà thông minh ở Việt Nam Nhà thông minh có mặt tại Việt Nam khoảng hơn 10 năm trước, nhưng mới thực sự quen thuộc vài năm trở lại đây, khi khái niệm cách mạng công nghiệp 4.0 trở nên phổ biến.

Nhận thấy nhà thông minh là một mảnh đất màu mỡ, ở nước ta đã có nhiều công ty cả trong và ngoài nước làm về hệ thống nhà thông minh. Với tốc độ tăng trưởng trên 73% năm 2018 cùng với sự tăng trưởng mạnh của các thiết bị thông minh cầm tay, Việt Nam được đánh giá là thị trường tiềm năng của nhà thông minh. Có nhiều thương hiệu cho nhà thông minh, tuy vậy chưa có chuẩn công nghiệp nào được đặt ra cho nó và do vậy thị trường nhà phát minh rất phân mảnh. Các gói nhà thông minh hiện nay sử dụng các giao thức riêng cho từng công ty và không tương thích với nhau.

Các công ty cung cấp nhà thông minh hạn chế việc cài đặt độc lập của cá nhân bằng cách không cung cấp tài liệu chi tiết về sản phầm và kiện các cá nhân ra tòa. Một số thương hiệu nhà thông minh nước ngoài phổ biến tại Việt Nam: FIBARO, GEEKLINK, Broandlink, … Một số thương hiệu nhà thông minh được phát triển ở trong nước: BKAV, Lumi Đa số các công ty đều xây dựng hệ thống nhà thông minh trên cơ sở các sản phẩm tích hợp sẵn của các hãng nước ngoài. Ngoài ra, nếu có hiểu biết về kỹ thuật, chúng ta hoàn toàn có thể tự thiết kế hệ thống điều khiển nhà thông minh bằng rất nhiều phương án như: Ardruino, Vi xử lý, vv… cùng với nhiều cách thức điều khiển khác nhau mà giá thành rẻ hơn rất nhiều. SVTH: ĐỖ VĂN VŨ 5 MSV: 1662030029 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THS.

PHẠM THỊ HÀ Sau đây là một số ví dụ về mô hình hệ thống nhà thông minh phát triển ở Việt Nam: Hình 3. SmartHome BKAV Hình 4. Mô hình hệ thống nhà thông minh tự thiết kế. Để giảm chi phí và làm chủ công nghệ, một số mô hình nhà thông minh tự phát từ Ardruino hay vi điều khiển cũng rất được quan tâm do giá thành rẻ hơn các thiết bị mua sẵn, dễ dàng nâng cấp nhưng nhược điểm là phải có hiểu biết về kỹ thuật nên mô hình này ít được sử dụng rộng rãi.

SVTH: ĐỖ VĂN VŨ 6 MSV: 1662030029 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THS. PHẠM THỊ HÀ Hình 5 .SmartHome Arduino SVTH: ĐỖ VĂN VŨ 7 MSV: 1662030029 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THS. PHẠM THỊ HÀ CHƯƠNG II. TRANG THIẾT BỊ LẮP ĐẶT MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH Trên cơ sở việc tìm hiểu về một số hệ thống nhà thông minh cũng như căn cứ vào thực tế, em thấy rằng các hệ thống nhà thông mình có trên thị trường đã rất nhiều và dễ sử dụng cũng như đem lại mẫu mã đẹp cho căn nhà, thế nên việc chọn một môi trường thiết kế sẵn sẽ nhanh và dễ hơn rất nhiều đối với những người không chuyên sâu trong việc lập trình và thiết kế điện tử.

Chính vì thế, em chọn hệ thống nhà thông minh thiết kế sẵn của hãng Broadlink với giá thành tương đối phù hợp điều kiện của nhiều gia đình trong nước đồng thời kết hợp với các thiết bị tự lập trình và điều khiển tự động của nhiều hãng khác để đù đắp những bối cảnh mà thiết bị của hãng Broadlink chưa tiếp cận nhằm xây dựng một môi trường tự động và thông minh nhiều hơn. Để tiện tìm hiểu, em chia môi trường hệ thống nhà thông minh của em thiết kế ra thành 4 tầng:  Tầng 1: Cơ quan đo đạc và chấp hành  Tầng 2: Trung tâm điều khiển  Tầng 3: Giao diện người dùng và cơ sở dữ liệu  Tầng 4: Thiết bị bổ sung Mô hình hệ thống nhà thông minh của hãng Broadlink mô tả như hình sau: Hình 6. Sơ đồ kêt nối hệ thống SmartHome Broadlink SVTH: ĐỖ VĂN VŨ 8 MSV: 1662030029 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THS. PHẠM THỊ HÀ 2.

Tầng 1: Cơ quan đo đạc và chấp hành Tầng này là các thiết bị đo đạc và nhận lệnh trong hệ thống của Broadlink. Các thiết bị trong tầng này chia làm 3 loại, loại 1 thiết bị tối ưu là các thiết bị có thể kết nối trực tiếp đến wifi không qua trung tâm điều khiển rồi gửi tín hiệu đến người dùng, loại thứ 2 là thiết bị kết nối, bắt buộc phải kết nối với trung tâm điều khiển mới có thể điều khiển từ xa và loại thứ 3 là cơ quan chấp hành điều khiển bằng Remose như điều hòa, quạt gió, rèm cửa, … 2. Thiết bị tối ưu Các thiết bị tối ưu là các thiết bị có thể kết nối trực tiếp đến wifi là gửi thông tin đến người dùng mà không cần qua các trung tâm điều khiển.