Đặt vấn đề Mục tiêu của đề tài Nhiệm vụ của đề tài Giới hạn Chương 2: Cơ sở lý thuyết Giới thiệu hệ điều hành ANDROID Giới thiệu Board mạch Ardunio Giao tiếp BLUETOOTH Giao tiếp SIM900A Chương 3: Tính toán và thiết kế Giới thiệu phần mềm lập trình Viết chương trình giao tiếp Kết quả lập trình Chương 4: Thi công hệ thống Thiết kế phần cứng Giới thiệu linh kiện sử dụng trong thiết kế Mô hình ngôi nhà thông minh Giao tiếp các thiết bị và điều khiển mô hình Chương 5: Kết luận Những mục tiêu đạt được. Hạn chế của đề tài Hướng phát triển đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
TỔNG QUAN VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH 2. Định nghĩa nhà thông minh Nhà thông minh (tiếng Anh: smart-home hoặc intelli-home, home automation) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự động, nó thay thế con người trong việc thực hiện một số thao tác quản lý, điều khiển. Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà như các thiết bị 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 từ xa hoặc lập trình cho chúng 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.
Nhà thông minh bao gồm hệ thống các thiết bị điện tử gia dụng được kết hợp với nhau thành mạng thiết bị và hoạt động theo kịch bản tùy biến nhằm tạo ra môi trường sống tiện nghi, an toàn, tiết kiệm năng lượng. Một hệ thống nhà thông minh cơ bản bao gồm: Một máy tính điều khiển trung tâm, được gọi là máy chủ (Home Server), có nhiệm vụ kết nối các thiết bị với nhau và điều khiển toàn bộ hệ thống nhà. Các thiết bị gia dụng đầu cuối là những vật dụng điện tử trong nhà như các thiết bị an ninh, hệ thống cửa, điều hòa, rèm mành, hệ thống đèn, quạt thông gió, ti vi, bếp gas… Các thiết bị này được kết nối với nhau trong hệ thống mạng thiết bị bằng công nghệ truyền dữ liệu, qua đường điện (Power line communication – PLC) hoặc không dây (Zigbee) và được kết nối trực tiếp đến Home Server. Cuối cùng là hệ thống các phần mềm điều khiển ngôi nhà cài đặt trên Home Server, trên các thiết bị điều khiển và các thiết bị điện tử gia dụng đầu cuối.
Chủ nhân của Hệ thống nhà thông minh có thể kiểm soát, điều khiển ngôi nhà cũng như các thiết bị trong nhà bằng nhiều phương tiện như: điện thoại di động, tablet, laptop… ở bất kì đâu và bất kỳ lúc nào. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Một ngôi nhà thông minh đầy đủ, thường bao gồm các tính năng: Phân phối đa phương tiện, là một rạp hát gia đình. Điều khiển việc chiếu sáng, mành, rèm.
Giám sát, điều khiển môi trưởng (nhiệt độ, độ ẩm…). Có khả năng liên lạc giữa các phòng. Giám sát, điều khiển camera an ninh. Giám sát và điều khiển từ xa.
Hình ảnh ngôi nhà thông minh 2. Ưu điểm của ngôi nhà thông minh Nhà thông minh sử dụng các thiết bị và công nghệ tự động hóa, thông minh hóa, giúp cho con người nhàn hạ hơn trong sinh hoạt hằng ngày. Nói cách khác, đây là hệ thống giúp chủ nhân tận hưởng sự tiện nghi của cuộc sống và dễ dàng quản lý tổng quát đối với cả tòa nhà. Chỉ với một chiếc điều khiển từ xa, chúng ta có thể điều khiển tất cả, dù đang ở bất kỳ nơi nào.
Chúng ta có thể tưởng tượng ra hiệu quả mà nhà thông minh mang lại thông qua những hoạt động rất gần gũi, chẳng hạn như nằm trên giường để mở cổng; sẽ không còn chuyện bị ngã do không nhìn thấy đường bởi đèn cầu thang sẽ tự sáng lên khi có người; hệ thống đèn trong phòng, bếp, bình nước nóng. sẽ hoạt động đúng giờ đã định; toàn bộ hệ thống đèn sẽ tự tắt sau khi không cần thiết; khống chế nhiệt độ chênh lệch giữa bên ngoài và trong nhà và còn rất nhiều tiện ích khác. [Linh Hương - Nhà thông minh sẽ có đất sống (giadinh.net)] BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Không chỉ điều khiển được trong phạm vi ngôi nhà, công nghệ này còn cho phép tích hợp điều khiển qua điện thoại (cố định hoặc di động), internet hay PDA.
Vì vậy, mọi sinh hoạt có thể được kiểm soát dù chúng ta đang ở công sở hay ngoài đường. Không chỉ riêng các ngôi nhà nhỏ, chúng ta hoàn toàn có thể thông minh hóa bất kỳ một không gian sống nào, kể cả trụ sở văn phòng, siêu thị, trung tâm thương mại, khách sạn, nhà hàng, nhà xưởng sản xuất, ngân hàng, bệnh viện hay các khu phức hợp khác. nếu lựa chọn công nghệ phù hợp. Công nghệ sử dụng trong thiết kế ngôi nhà thông minh Để sử dụng, điều khiển các thiết bị điện tử gia dụng trong hệ thống ngôi nhà thông minh, người dùng sẽ tương tác trên giao diện máy tính bảng (Tablet), được đặt ở những vị trí thuận tiện trong nhà hoặc sử dụng điện thoại di động.
Giao diện màn hình cảm ứng của thiết bị điều khiển này được thiết kế sử dụng đồ họa 3D với công nghệ điều khiển trực quan, mô phỏng lại toàn bộ ngôi nhà cùng thiết bị trong gia đình giúp chủ nhân dễ dàng điều khiển các thiết bị như đang sử dụng thực tế. Trong đó hệ thống chiếu sáng được thiết kế để có khả năng hoạt động tự động hoàn toàn, tùy biến điều chỉnh ánh sáng mầu sắc… theo sở thích người dùng, đáp ứng được kịch bản chiếu sáng khác nhau và có thể phối hợp hoạt động với các thiết bị khác trong ngôi nhà. Chủ nhân của ngôi nhà có thể cài đặt các chế độ chiếu sáng khác nhau, tùy thuộc vào từng thời điểm trong ngày. [Nhà thông minh BKAV- www.vn] Đối với hệ thống giải trí, chủ nhân ngôi nhà thông minh có thể quản lý các thư viện âm nhạc, phim, ảnh, của mình theo sở thích đồng thời lựa chọn các chế độ phát nhạc, chiếu phim… theo các khoảng thời gian trong ngày.
Một trong những điểm nhấn của ngôi nhà thông minh là hệ thống an ninh giữ vai trò quan trọng, kiểm soát các nguy cơ cháy nổ, bị xâm nhập… Hệ thống này bao gồm các thiết bị kiểm soát vào ra, hàng rào điện tử, khóa cửa điện từ. Camera sẽ chuyển hình ảnh tại các khu vực cần bảo vệ đến các thiết bị điều khiển, thông báo cho chủ nhà biết, đồng thời chủ nhà có thể ra lệnh mở cửa thông qua màn hình cảm ứng. Khi gặp sự cố hay có người xâm nhập, hệ thống cũng sẽ đưa ra cảnh báo và tự động xử lý tình huống theo kịch bản được cài đặt từ trước. [Thiết kế nhà thông minh - www.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Để tạo môi trường sống, sinh hoạt trong điều kiện tốt nhất, thông qua các thiết bị cảm biến, hệ thống giám sát môi trường trong ngôi nhà thông minh sẽ liên tục cập nhập các thông số về nhiệt độ, độ ẩm, lượng oxy… của từng khu vực trong ngôi nhà. Máy chủ sẽ phân tích các thông số này và ra lệnh điều khiển các thiết bị như điều hòa nhiệt độ, máy hút ẩm, quạt thông gió… nhằm duy trì và tạo ra trạng thái môi trường tốt nhất trong toàn bộ ngôi nhà của bạn. Ngoài ra hệ thống giám sát môi trường còn có thể nhận biết điều kiện thời tiết nắng mưa để đưa ra chế độ hoạt động tối ưu cho các thiết bị nhằm tiết kiệm năng lượng cho ngôi nhà của bạn.Yếu tố tạo lên sự thông minh của ngôi nhà là công nghệ kịch bản ngữ cảnh.
Những thói quen đặc tính của người sử dụng ở từng nơi, từng công trình được các chuyên gia nghiên cứu thử nghiệm và đúc rút thành những kịch bản mang tính nhân bản. Với công nghệ kịch bản ngữ cảnh, nhà thông minh có thể hiểu được ý muốn của chủ nhà, từ đó tự động đưa ra chế độ vận hành phù hợp cho các thiết bị trong nhà. Thông qua một hệ thống mạng, các kết nối thiết bị nhận lệnh điều hiển từ Home Server theo kịch bản đã được cấu hình trước. Chẳng hạn, khi có mưa bão cửa sổ có thể tự đóng, dây phơi tự thu vào; Bình nước nóng tự bật đun nước trước buổi sáng hoặc trước giờ tan tầm; Hệ thống tưới cây tự động hoạt động theo giờ; Bể cá tự bật tắt đèn máy lọc nước và cho cá ăn…Các sản phẩm đồng bộ của Dighome được tích hợp các phần mềm chuyên biệt để sử dụng, tất cả các thiết bị được sử dụng theo tiêu chuẩn Châu Âu, với công nghệ hiện đại nhất hiện nay.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG Hệ thống điều khiển ngôi nhà thông minh sử dụng các chuẩn truyền thông sau: 2. Chuẩn truyền thông UART Chuẩn RS-232 được phát triển bởi the Electronic Industry Association and the Telecommunications Industry Association(EIA/TIA) là chuẩn truyền thông phổ biến nhất, thường được gọi tắt là RS-232 thay vì EIA/TIA-232-E. Chuẩn này chỉ đề cập đến việc truyền dữ liệu nối tiếp giữa một host(DTE-Data Terminal Equipment) và một ngoại vi (DCE-Data Circuit-Terminating Equipment).
Phiên bản đầu tiên của RS-232 được định nghĩa vào năm 1962, do đó các mức logic được định nghĩa khác với logic TTL. Ở ngõ ra của một mạch lái, mức cao (tương ứng với logic 0) là một điện áp từ +5 đến +15 V, còn mức thấp (tương ứng với logic 1) là một điện áp từ -5 đến -15 V. Tại ngõ vào của một bộ thu, mức cao được định nghĩa là từ +3 đến +15 V (gọi là space), và mức thấp được định nghĩa là từ -3 đến -15 V (gọi là mark). Để giảm nguy cơ bị nhiễu giữa các tín hiệu kế cận, tốc độ thay đổi (slew rate) được giới hạn tối đa là 30 V/μs, và tốc độ cũng được giới hạn tối đa là 20 kbps (kilobit per second) (giới hạn này hiện đã được nâng lên nhiều lần).
Trở kháng nhìn bởi mạch lái được định nghĩa là từ 3 đến 7 kΩ.