BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNGTUYÊN BỐ BẢN CAO ĐẲNG CƠQUYỀN GIỚI NINH BÌNH -*-*-*- Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Trình độ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-TCGNB, ngày… tháng…. năm 2021 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình Ninh Bình 2021 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. MỤC LỤC Bài 1: Giới thiệu chung.
Khái niệm nhà thông minh. Cấu trúc hệ thống nhà thông minh. Các tiêu chuẩn về nhà thông minh. 17 Bài 2: Hệ thống an ninh .Hệ thống camera an ninh.
Hệ thống an ninh dùng thiết bị cảm biến. 27 Bài 3: Hệ thống báo cháy và chữa cháy. Hệ thống báo cháy. Hệ thống chữa cháy.
35 Bài 4: Hệ thống tự động điều khiển chiếu sáng. Hệ thống tự động điều khiển ánh sáng bình thường. Hệ thống tự động điều khiển ánh sáng khẩn cấp. 44 Bài 5: Hệ thống mành rèm.
Nguyên lý hoạt động. Lắp đặt và vận hành hệ thống. 51 Bài 6: Hệ thống cấp nước .Hệ thống tự động bơm nước. Lắp đặt hệ thống tự động tưới tiêu cây cảnh.
56 Bài 7: Mạng truyền thông quản lý ngôi nhà thông minh .Khái quát chung. Các sơ đồ nguyên lý, lắp đặt và đấu dây các mạng. Lắp đặt các mạng và thiết bị. 62 LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Điều khiển nhà thông minh được biên soạn trên cơ sở chương trình giảng dạy theo chương trình khung của trường Cao Đẳng Cơ Giới Ninh Bình.
Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao. Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của người sử dụng, người đọc để nhóm biên soạn sẽ hiện chỉnh hoàn thiện hơn sau thời gian sử dụng Ninh Bình, ngày tháng năm Nhóm tác giả GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Điều khiển nhà thông minh Mã mô đun: MĐ 27 Thời gian thực hiện mô đun: 80 giờ; (Lý thuyết: 27 giờ; Thực hành: 50 giờ; Kiểm tra: 03 giờ) I.
Vị trí, tính chất của mô đun - Vị trí: Mô đun này được bố trí sau khi sinh viên học xong các môn học chung, các môn học/mô đun nghề: Kỹ thuật điện tử; Trang bị điện 1; Kỹ thuật số; Kỹ thuật đo lường, cảm biến; Lập trình vi điều khiển; PLC cơ bản, Kỹ thuật lắp đặt điện. - Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề. Mục tiêu mô đun - Kiến thức: Trình bày được đặc điểm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống tự động điều khiển, giám sát và bảo vệ thông minh trong nhà; - Kỹ năng: + Lắp đặt, vận hành khai thác được các hệ thống tự động điều khiển, giám sát và bảo vệ thông minh theo đúng yêu cầu kỹ thuật; + Tháo lắp, thay thế và sửa chữa được các hư hỏng thông thường các hệ thống tự động điều khiển, giám sát và bảo vệ thông minh; - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Tổ chức nơi làm việc gọn gàng, ngăn nắp và đúng các biện pháp an toàn; + Có tư thế tác phong công nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả năng làm việc độc lập cũng như khả năng phối hợp làm việc nhóm trong quá trình làm việc. Nội dung mô đun 1.
Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian: Stt Tên các bài trong mô đun Thời gian Tổn Lý Kiểm Thực hành g số thuyết tra 1 Giới thiệu chung 2 2 2 Hệ thống tưới cây tự động 15 5 10 Hệ thống tự động điều khiển chiếu 3 15 5 10 1 sáng 4 Hệ thống tự động báo cháy 15 5 9 Hệ thống camera giám sát và cảnh 5 10 3 6 1 báo 6 Mạch điện tự động đóng-mở cửa 15 5 10 Mạng truyền thông quản lý ngôi nhà 7 8 3 4 1 thông minh Cộng 80 27 50 3 2. Nội dung chi tiết Bài 1: Giới thiệu chung Giới thiệu: Còn ít người điều kiển từ xa máy giặt hoặc tủ lạnh, tuy nhiên đã có vô số người sử dụng smartphone quan sát camera an ninh ngôi nhà thân yêu của họ. Điều đó cho thấy, việc sử dụng các thiết bị thông minh trong mỗi gia đình ngày càng có nhiều người quan tâm. Bài này sẽ cung cấp thông tin cơ bản dễ hiểu nhất về ngôi nhà thông minh là gì, các thiết bị được gọi là thông minh hoạt động ra sao, làm sao chúng có thể kết nối với nhau và làm sao chúng có thể được điều khiển từ xa, hoặc điều khiển phạm vi gần trong khuôn viên ngôi nhà.
Mục tiêu: - Trình bày được khái niệm, cấu trúc và tiêu chuẩn của nhà thông minh; - Phân tích được nguyên lý hoạt động của nhà thông minh; - Lựa chọn được tiêu chuẩn, giải pháp thiết kế, lắp đặt nhà thông minh theo yêu cầu kỹ thuật. - Có tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp. Nội dung chính: 1. Khái niệm nhà thông minh Nhà thông minh (tiếng Anh là “Smart Home”) hoặc hệ thống nhà thông minh là một ngôi nhà/căn hộ được trang bị hệ thống tự động tiên tiến dành cho điều khiển đèn chiếu sáng, nhiệt độ, truyền thông đa phương tiện, an ninh, rèm cửa, cửa và nhiều tính năng khác nhằm mục đích làm cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an toàn và góp phần sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên.
Nhà thông minh sử dụng các thiết bị kết nối Internet để có thể quản lý và giám sát các thiết bị và hệ thống từ xa như ánh sáng và nhiệt độ. Cấu trúc hệ thống nhà thông minh Có thể hiểu đơn giản các thiết bị thông minh được đặt trong ngôi nhà, chúng giúp cho người sở hữu căn nhà có thể làm được ba việc: Kiểm tra Điều khiển Tự động hoá *Kiểm tra Giúp kiểm tra trạng thái hoạt động của hệ thống. Nhiệt độ trong phòng hiện tại bao nhiêu độ? Cửa đang đóng hay mở? Đèn đang tắt hay mở? Camera an ninh có đang hoạt động hay không? * Điều khiển Thay đổi trạng thái của hệ thống như: Điều chỉnh nhiệt độ trong phòng Mở hoặc đóng cửa Tắt hoặc mở đèn Điều chỉnh camera lên xuống, qua trái qua phải, để quan sát các vùng khác nhau trong ngôi nhà * Tự động hoá Thay đổi trạng thái của hệ thống một cách tự động, dựa vào các sự kiện xảy ra Tự động tắt đèn khi không có ai trong phòng Tự động cảnh báo âm thanh, gửi tin nhắn khi có người đột nhập vào nhà. Tự động tăng nhiệt độ trong phòng nếu quá lạnh, giảm nhiệt độ nếu nhiệt độ trong phòng quá nóng Hiện tại, hầu hết các thiết bị trong gia đình chúng ta ở mức điều khiển.
Các thành phần thiết bị trong ngôi nhà thông minh Hệ thống nhà thông minh bao gồm: Thiết bị đầu cuối như công tắt, đèn, camera, khoá cửa, cảm biến nhiệt độ… Thiết bị kết nối các đầu cuối lại với nhau như Hub, Gateway… Giao thức mạng để các thiết bị nói chuyện được với nhau như wifi, Zigbee, Z- Wave, Thread… Kết nối Internet để điều khiển từ xa, xem từ xa qua Internet Điều khiển nội bộ hay điều khiển qua internet đám mây Thiết bị thông minh, điều khiển được trong phạm vi ngôi nhà, điều khiển qua kết nối mạng nội bộ sử dụng giao thức wifi hoặc giao thức riêng Z-wave, Zigbee. Không cần kết nối internet, trong phạm vi ngôi nhà vẫn có thể điều khiển các thiết bị thông minh dễ dàng như tắt mở đèn, quan sát camera… Các thiết bị giao tiếp qua giao thức mạng, Z-wave và Zigbee hoạt động không cần Internet. Tuy nhiên, một số thiết bị thông minh cần kết nối internet để chúng có thể hoạt động được. Thiết bị thông minh sử dụng Wifi để liên lạc, cần phải có Internet.
Thiết bị thông minh điều khiển qua ứng dụng trên Smartphone (Android, iPhone), cần có internet. Thiết bị đầu cuối Trong gia đình có nhiều loại thiết bị đầu cuối khác nhau có thể kể ra như sau: Các thiết bị như TV, đầu đĩa DVD sử dụng remote để điều khiển không thể kết nối đến mạng wifi. Các thiết bị kết nối wifi sử dụng giao thức TCP/IP như máy tính, SmartPhone… và một số thiết bị nhà thông minh sử dụng giao thức wifi để hoạt động như chuông cửa, camera, điều khiển nhiệt độ… Các thiết bị nhà thông minh sử dụng giao thức riêng Z-wave hoặc Zigbee như camera, chuông cửa, cảm biến nhiệt độ, đèn thông minh… sử dụng Hub để liên lạc với internet, tuy nhiên về cơ bản không cần internet vẫn có thể hoạt động trong phạm vi ngôi nhà. Một số thiết bị nhà thông minh sử dụng giao thức bản quyền khác.
Thiết bị kết nối các đầu cuối (Hub, Gateway…) Các thiết bị thông minh không sử dụng mạng Wifi, cần Hub để kết nối ra internet. Tích hợp các thiết bị có giao thức khác nhau: ví dụ đèn thông minh sử dụng giao thức Z-wave, còn camera thì sử dụng giao thức Zigbee Ngoài ra Hub có thể làm được nhiều việc khác như: - Tạo giao diện chung để quản lý nhiều thiết bị cùng lúc. - Tự động hoá một số tác vụ ví dụ nhà không có ai thì tắt đèn. - Làm chức năng gateway để chuyển dữ liệu đến ứng dụng khác như chuyển dữ liệu cảm biến sensor đến MQTT.
TCP/IP Hubs được đặt trong mạng nội bộ hoặc trên internet Hub hỗ trợ phần mềm trên điện thoại thông minh, máy tính bảng, trên trình duyệt web Amazon Alexa, Smartthings của samsung là một ví dụ về Hub, có thể gắn các thiết bị đến và chuyển ra Internet. Điều khiển thiết bị nhà thông minh bằng điện thoại thông minh (Android, iPhone) Hầu hết các thiết bị thông minh đều cho phép điều khiển qua app trên Android, iOS (iPad, iPhone) Các thiết bị của nhà sản xuất khác nhau sẽ có app khác nhau, nên có phần bất tiện.