Chương 1 TỔNG QUAN GVHD : Ths.Đường Khánh Sơn Từ ý tưởng trên tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “ Xây dựng mô hình thu thập dữ liệu và điều khiển nhà thông minh”. Do kiến thức hạn hẹp và thời gian có hạn, nên đề tài của chúng em còn hạn chế về một số mặt, kính mong thầy thông cảm và đóng góp ý kiến để tiểu luận của tôi được hoàn thiện hơn. SVTH : Phạm Xuân Lộc 1400176 13 Hồ Chí Dương 1400293 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT GVHD : Đường Khánh Sơn Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm nhà thông minh Nhà Thông Minh Là Gì? Lâu nay, khi bạn vắng nhà, thỉnh thoảng vẫn gợn lên trong tâm trí một vài nghi vấn. Không biết mình đã tắt bếp nấu nước sôi chưa? Máy lạnh trong phòng đã tắt chưa? Bọn trẻ ở nhà đang học bài hay xem tivi?… Với một ngôi nhà thông minh, bạn sẽ không còn phải lăn tăn lo nghĩ.
Chỉ cần liếc mắt qua màn hình của chiếc smartphone luôn bên mình là bạn nhanh chóng nắm bắt đầy đủ tình hình ở nhà, dễ dàng giao tiếp và điều khiển các vật dụng nhờ tất cả cùng được kết nối chung vào một hệ thống nhà thông minh và nối với Internet. Hình CƠ SỞ LÝ THUYẾT.3 Mô hình điều khiển nhà thông minh SVTH : Phạm Xuân Lộc 1400176 14 Hồ Chí Dương 1400293 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT GVHD : Đường Khánh Sơn Theo Định Nghĩa Từ WikiPedia Tiếng Việt: Nhà thông minh (tiếng Anh: home automation, domotics, smart home hoặc Intellihome) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có thể được điều khiển hoặc tự động hoá 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. 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 phân 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 phẩm và kiện các cá nhân ra tòa.2 Những nguyên nhân khiến smart home chưa phổ biến Theo xu thế lẽ ra Smart Home sẽ phát triển cùng với sự phát triển của công nghệ nhưng hiện nay không chỉ ở Việt Nam mà còn trên thế giới, ngay cả ở các nước Âu-Mỹ thì Smart Home vẫn chưa được phổ dụng khắp các gia đình.
Hầu như người ta chỉ thấy hệ thống Smart Home ở các resort cao cấp hay khách sạn 5 sao hoặc ở các ngôi biệt thự của giới nhà giàu. Có 3 nguyên nhân khiến Smart Home chưa thể phổ biến. SVTH : Phạm Xuân Lộc 1400176 15 Hồ Chí Dương 1400293 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT GVHD : Đường Khánh Sơn 2.3 Rào cản tâm lý hàng trăm năm để lại Từ khi nhân loại phát minh ra điện và đưa điện trở thành ứng dụng sinh hoạt vào mỗi gia đình thì thời gian cũng xấp xỉ 150 năm và ở Việt Nam cũng vào 1 thế kỷ. Trong suốt quãng thời gian rất dài đó cho đến hiện tại việc điều khiển thiết bị điện như đèn điện, máy móc vẫn đơn giản dựa vào công tắc theo kiểu On/Off bất chấp nhân loại đã đi rất xa trên con đường kỹ thuật công nghệ.
Mặc dù việc điều khiển cơ học tồn tại rất nhiều nhược điểm, tạo ra nguy cơ lớn về tai nạn điện, cháy nổ và tổn hao điện năng ngoài ý muốn nhưng do việc sử dụng quá lâu dài tạo ra rào cản tâm lý quá lớn khiến người dân thường có mặc định sử dụng thiết bị Smart Home là không cần thiết dù nhiều người hoàn toàn đủ điều kiện để lắp đặt.4 Giá cả chưa bình dân để phổ cập Trở ngại thứ hai khiến Smart Home chưa phổ cập nằm ở giá thành còn quá cao. Đối với những người yêu thích công nghệ và muốn áp dụng thành tựu công nghệ vào ngôi nhà thì khi tìm hiểu thiết bị Smart Home họ lại nghe nói rằng các thiết bị này rất đắt đỏ. Trên thực tế điều này cũng không sai vì nhiều hệ thống Smart Home từ Âu-Mỹ nếu lắp trọn bộ cho một căn biệt thự 1 tầng trệt, 1 tầng lầu rộng chừng 300m2 nhiều khi lên đến 1 tỷ đồng. Cái giá này khiến hầu hết những người có ý định dùng Smart Home đều phải e ngại.
Khi tìm hiểu kỹ càng về các sản phẩm Smart Home trên thị trường hiện nay điều ngạc nhiên có những công ty công nghệ của Việt Nam đang làm chủ công nghệ và sản xuất thiết bị Smart Home mà tiêu biểu là 2 công ty như Bkav hay ACIS (TP HCM). Đặc biệt công ty ACIS, được tạo dựng bởi nhóm cựu sinh viên của đội Robocon Bách Khoa – TPHCM, đã tạo nên một cuộc “cách mạng” về giá cả khi đưa giá thành chỉ SVTH : Phạm Xuân Lộc 1400176 16 Hồ Chí Dương 1400293 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT GVHD : Đường Khánh Sơn bằng 1/4 so với các sản phẩm của nước ngoài, dao động từ 30 – 150 triệu đồng tùy theo gói lắp đặt, từ căn hộ chung cư, nhà phố cho đến biệt thự sân vườn. Ông Đỗ Nguyễn Thanh Đồng, Giám đốc công ty ACIS, nói điểm cốt lõi giúp ACIS tạo ra giá “không tưởng” là do làm chủ hoàn toàn về công nghệ và sản xuất. Công ty ACIS lắp đặt trực tiếp cho khách hàng chứ không qua trung gian và cũng không mất chi phí tư vấn.
Về công nghệ thì sản phẩm của ACIS được bảo hành 5 năm, 1 đổi 1 và “có lẽ trên thế giới cũng không có sản phẩm nào dám làm như chúng tôi”.5 E ngại về sự phức tạp khi lắp đặt và sử dụng Người dùng luôn hỏi và đặt ra các câu hỏi giống nhau đó là nhà thông minh là gì? Sử dụng nhà thông minh như thế nào? Tính e sợ và tính ì chính là trở ngại lớn nhất để công nghệ phát triển. Sở dĩ công tắc điện truyền thống khó bị thay thế là vì cách điều khiển đơn giản Bật/Tắt trong khi nghe nói đến Smart Home, hầu như mọi người hình dung đến sự phức tạp khi điều khiển vì liên quan đến công nghệ cao. Đối với các công ty công nghệ đã có bề dày và được công chúng biết đến như Bkav thì họ vẫn khó khăn trong việc tiếp cận khách hàng. Ông Đỗ Nguyễn Thanh Đồng lý giải: “Không chỉ với ACIS mà còn với các công ty Smart Home khác, trở ngại lớn nhất vẫn nằm ở việc làm sao thuyết phục được khách hàng, giúp họ vượt qua được sự e ngại về việc khó khăn khi áp dụng công nghệ Smart Home.
Thực ra, thành tựu công nghệ tạo ra không phải để làm khó người dùng mà giúp con người giải phóng được thời gian, tâm sức cho những việc lặt vặt ở nhà”. Lấy ví dụ tiêu biểu, ông Đồng cho hay như khi lắp Smart Home, nhiều khách hàng đều nghĩ phải áp dụng khi xây nhà mới chứ nhà đang hiện hữu phải phá vách, đục tường trong khi thực tế đơn giản chỉ thay công tắc cơ bằng bảng công tắc cảm ứng ACIS, thời gian thi công chỉ mất 1 ngày và khách hàng sử dụng ngay lập tức. SVTH : Phạm Xuân Lộc 1400176 17 Hồ Chí Dương 1400293 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT GVHD : Đường Khánh Sơn 2.6 Hướng giải quyết trên nền tảng cơ bản. Ngôi nhà thông minh đã trải qua một lịch sử lâu dài và đầy trắc trở.
Những năm gần đây đã xuất hiện nhiều xu hướng công nghệ ban đầu tỏ ra hứa hẹn nhưng rồi nhanh chóng bị quên lãng. Tuy vậy, đã có công ty đạt được những thành công nhất định. Vào năm 1975, bắt đầu xuất hiện nhiều sản phẩm cho nhà thông minh, khi một công ty ở Scotland phát triển công nghệ X10 cho phép các sản phẩm tương thích nói chuyện với nhau qua các đường dây điện sẵn có trong nhà. Mọi vật dụng và thiết bị đều là những bộ thu nhận lệnh từ những bộ phát là bảng điều khiển hay chiếc remote.
Chẳng hạn, muốn tắt đèn trong một phòng khác, bạn chỉ việc nhấn remote và lệnh điều khiển phát đi tín hiệu mã hóa bao gồm các thông tin: đăng ký lệnh với hệ thống, số định danh (duy nhất) thiết bị nhận lệnh và mã lệnh (chẳng hạn trong trường hợp này là “tắt”). Quá trình diễn ra không đầy 1 giây. Ưu thế rõ rệt của X10 là chi phí đầu tư thấp, không phải lập mạng riêng cho vật dụng gia đình. Nhưng X10 gặp một số hạn chế trong thực tế.
Tín hiệu truyền qua mạng dây điện trong nhà không phải lúc nào cũng đảm bảo độ tin cậy do nhiễu bởi dòng điện và các thiết bị khác. Tín hiệu điều khiển bị nhiễu có thể khiến thiết bị X10 không nhận được lệnh hoặc hiểu sai, kiểu như nhầm tắt đèn thành đóng cửa. Giải pháp được đưa ra là bổ sung các thiết bị lọc nhiễu, nhưng không giải quyết vấn đề triệt để, vả lại còn làm tăng chi phí đầu tư. X10 còn được phát triển để hỗ trợ cả giao tiếp không dây qua sóng radio, nhưng vẫn thiếu mã hóa như khi truyền qua dây điện, và mỗi mạng X10 chỉ quản lý được 256 thiết bị.
Để tránh nhược điểm của X10, nhiều công nghệ khác cho nhà thông minh được phát triển dựa trên mạng riêng, có dây hoặc không dây. Những năm gần đây, cùng với xu hướng sử dụng smartphone và máy tính bảng, những công nghệ sử dụng sóng radio để truyền tín hiệu trở nên phổ biến. Trong đó, có hai công nghệ tỏ ra nổi trội với nhiều hứa hẹn là ZigBee và Z-Wave. Cả hai công nghệ này đều là công nghệ mạng không dây kiểu SVTH : Phạm Xuân Lộc 1400176 18 Hồ Chí Dương 1400293 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT GVHD : Đường Khánh Sơn mắt lưới (Wireless Mesh Network), nghĩa là tín hiệu truyền tới đích qua nhiều tuyến đường.
Z-Wave sử dụng thuật toán định tuyến nguồn (Source Routing Algorithm) để xác định tuyến đường truyền tin nhanh nhất.