CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết của đề tài IOT (internet of things) đang dần được mọi người biết đến một cách phổ biến như là cụm từ để chỉ sự kết nối của mọi trang thiết bị, đồ dùng hằng ngày với internet thu thập, trao đổi và lưu trữ thông tin. Hệ thống này được nghiên cứu phát triển và đang được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ngày nay, IOT đã phát triển không chỉ còn áp dụng vào những đồ vật, thiết bị quanh ta mà đã vươn đến hầu hết mọi vật, từ xe ô tô đến trang trại, công trình hay thậm chí là cả một hệ thống thành phố. Quay về với cuộc sống thường nhật, các ứng dụng IoT đó đang được phổ biến và xuất hiện một cách thường xuyên.
Một trong những hệ thống phổ biến nhất đó là ứng dụng IoT cho ngôi nhà chúng ta. Ứng dụng vào lĩnh vực này đã mang lại cho chúc ta những tiện ích vượt bậc điển hình như tiết kiệm thời gian, chi phí và an toàn để ngôi nhà trở nên yên tâm hơn về mặt an ninh cũng như sự hiện đại, sang trọng của cuộc sống mà do chính bản thân ta tạo ra. Cụm từ nhà thông minh còn được hiểu một cách đơn giản là ngôi nhà có tích hợp các trang thiết bị và đồ dùng có thể tương tác với con người để điều khiển chúng thuận tiện hơn hoặc cho chúng tự vận hành theo chương trình đã được lập trình trước đó. Hệ thống tự động này thường tương tác với môi trường nhờ vào các cảm biến thu thập dữ liệu.
Từ những tín hiệu đó sẽ được hệ thống trung tâm xử lý theo từng điều kiện môi trường khác nhau, từ đó có thể truyền những tín hiệu điều khiển thiết bị theo từng trường hợp cụ thể. Ở đồ án tốt nghiệp này, kết quả cuối cùng của nhóm nhắm tới là xây dựng và mô hình hóa ngôi nhà có tích hợp hệ thống giám sát và điều khiển các thiết bị từ xa bằng ứng dụng trên điện thoại.2 Mục tiêu nghiên cứu Những mục tiêu chính của đề tài: 1 • Xây dựng hệ thống ngôi nhà thu thập, nhận tín hiệu từ các cảm biến cùng với thiết bị đo như: cảm biến mưa, vân tay, nhiệt độ và độ ẩm kết hợp module đo điện năng. • Hệ thống có khả năng trao đổi dữ liệu thu từ thiết bị thông qua internet. • Cho phép giám sát và tương tác các thiết bị thông qua ứng dụng và giọng nói.3 Nội dung đề tài Một số nội dung cẩn phải thực hiện của đề tài như sau: • Hệ thống phơi đồ tự động thu sào khi trời mưa.
• Điều khiển thiết bị bằng cách sử dụng giọng nói và ứng dụng. • Hệ thống cửa ra vào cảm biến vân tay cho phép đăng ký vân tay, xóa 1 hoặc toàn bộ vân tay, kiểm tra số vân tay trong bộ nhớ thông qua ứng dụng. • Đo các thông số điện năng, công suất của thiết bị và hiện thị chúng. Những mục đề ra ở trên nhằm đảm bảo việc thi công được hệ thống ngôi nhà thông minh có thể lấy dữ liệu môi trường, từ đó cập nhật dữ liệu đó cho người dùng, tự động vận hành khi gặp điều kiện nhất định.
Ngoài ra còn giúp người dùng điều khiển thuận tiện hơn.4 Đối tượng và giới hạn đề tài nghiên cứu Ở đề tài này, việc nghiên cứu sẽ tập trung vào các thiết bị, module cảm biến và đo đạc thông số hệ thống của ngôi nhà. Bên cạnh đó, mục tiêu nghiêng cứu còn hiểu thêm về IOT, sử dụng các phần mềm ứng dụng và nền tảng cho phép truyền tải và lưu trữ dữ liệu trên đám mây. Mô hình sẽ có một số giới hạn: • Nghiên cứu và lập trình bằng board ESP32 có kết nối với các thiết bị, cảm biến và module đo thông số điện năng để thi công mô hình qua Wi-Fi. • Nghiên cứu hệ thống cửa ra vào kết hợp nhận diện và đăng ký vân tay.
• Hệ thống hiển thị thông số mức tiêu thụ điện năng, công suất của thiết bị. • Điều khiển các thiết bị thông qua ứng dụng Blynk. 2 • Giám sát thông số nhiệt độ, độ ẩm và thông tin mở cửa trên cơ sở dữ liệu. • Sử dụng các ứng dụng trung gian gồm có IFTTT và Google Assistant điều khiển các thiết bị điện bằng giọng nói.5 Phương pháp nghiên cứu Dựa trên việc kết hợp tìm hiểu những tài liệu lý thuyết cùng các cơ sở thực nghiệm để mô hình hóa hệ thống ngôi nhà.
Về phần cơ sở lý thuyết, nhóm đã tham khảo các tài liệu về nhà kết hợp hệ thống IOT có thể quyết định hướng xây dựng đề tài. Mặt khác, nhóm còn nghiên cứu về các phần mềm, ứng dụng và nền tảng dành cho việc quản lý cũng như thao tác với cơ sở dữ liệu. Bước kế tiếp, nhóm đã phác thảo lên mô hình ngôi nhà với các linh kiện thích hợp với hệ thống chức năng ngôi nhà dựa trên những tài liệu lý thuyết đã tìm hiểu trước đó. Cuối cùng là áp dụng IOT lên hệ thống ngôi nhà để có thể giám giát và điều khiển với ngôi nhà thông qua ứng dụng.6 Tình hình nghiên cứu 1.1 Nghiên cứu ở Việt Nam Theo bài viết của Acis Smarthome [1] lúc bấy giờ, lắp đặt cho 1 căn hộ vừa sẽ có giá thành 150 triệu hay biệt thự có 1 lầu sẽ rơi vào 500-700 triệu.
Sau khi nghiên cứu, công ty đã có cho riêng mình thành phẩm với giá tiền rẻ hơn Nhật, Âu Mỹ và Hàn khoảng từ 1/4 đến 1/3. Thành phẩm vượt trội của công ty Acis Smarthome là: • Công tắc cảm ứng "tất cả trong một" có kích thước bình thường chưa đến 6 nút điều khiển thay vì 2 nút như các công tác khác. • Công nghệ truyền dẫn không dây có khả nâng đi qua 3 lớp bê tông. • Có chức năng điều khiển chéo (tầng này có thể điều khiển tầng khác và ngược lại) hoặc điều khiển theo giờ, trường hợp với công tắc được bố trí ở nhiều nơi thay vì chỉ dồn vào một bảng điều khiển.2 Nghiên cứu ở nước ngoài Trong bài viết [2], tác giả cho biết khi lĩnh vực nhà thông minh được mở rộng thì giá thành có thể giảm, tạo điều kiện cho tiêu dùng đại trà.
Tác giả muốn tạo ra một căn nhà với các thiết kế, chức năng yêu thích mà tác giả mong muốn, mang lại sự tiện nghi với giá cả hợp lý túi tiền. Và đây là hướng phát triển hiện tại: • Hệ thống đèn: Với ý tưởng với từng tông màu sẽ mang lại cho ta một cảm giác khác nhau. Đèn sẽ tự động điều chỉnh màu và cường độ. Có thể tự thay đổi độ sáng dựa trên hướng chiếu sáng mặt trời theo từng thời điểm trong ngày.
• Hệ thống sưởi: Hệ thống sưởi này sẽ liên kết với sàn nhà để tăng tính hiệu quả và tiết kiệm hơn. Ngoài ra, có thể tự điều chỉnh nhiệt độ dựa trên thời gian và môi trường xung quanh. • Hệ thống chăm sóc sức khỏe: Máy lọc khí có khả năng tự động điều chỉnh nguồn điện dựa trên mức độ bụi trong không khí. Bên cạnh đó có thể kết hợp hệ thống phun nước, đèn và sưởi giúp đem lại một trải nghiệm Spa tại nhà.7 Bố cục báo cáo Đề tài được phân làm 5 chương để có thể nêu rõ từng phần: Chương 1: Giới thiệu: Đem lại cái nhìn tổng quan, lý do chọn đề tài và đích đến cuối cùng của đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Giới thiệu về những linh kiện được sử dụng trong đề tài.
Mô tả sơ bộ về phần cứng và phần mềm của hệ thống. Chương 3: Thiết kế hệ thống: Giới thiệu về yêu cầu, các khối của đề tài và phương thức hoạt động của hệ thống. Chương 4: Kết quả: Trình bài kết quả thi công và kiểm tra chức năng hệ thống. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển: Trình bài kết luận ưu nhược điểm và hướng phát triển của đề tài.
4 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về nhà thông minh Internet kêt nối vạn vật như tên gọi của nó, có thể kết nối với hầu hết các hệ thống trên các nền tảng sử dụng internet dùng để thu thập giám sát điều khiển hệ thống điển hình như hệ thống chăm sóc sức khỏe, hệ thống vận tải. Trong đó, nhà thông minh là một trong những hệ thống không thể thiếu mà có thể đáp ứng đc nhu cầu tiện nghi của người dùng trong cuộc sống. Các thiết bị thông minh được sử dụng trong ngôi nhà là những thiết bị có khả năng tự động hóa và kết nối với nhau tạo thành mạng lưới thông qua sóng Wifi, 4G, Bluetooth… nhằm điều khiển, theo dõi, cá nhân hóa chúng để nâng cấp cuộc sống hiện đại và tiện nghi hơn. Nhằm vào mục đích sử dụng thiết bị thông minh trong nhà, con người có thể bật/ tắt thông qua giọng nói hoặc sử dụng ứng dụng di động, bên cạnh đó hệ thống IoT thu thập các chỉ số thiết bị trong nhà như chỉ số nhiệt độ, độ ẩm, diện năng, cường độ dòng điện, công suất và năng lượng tiêu thụ, cũng như hoạt động bật tắt các thiết bị.
Các thông số thường được dùng để biểu thị hoạt động của ngôi nhà. Dưới đây là một số thông số thiết bị trong nhà được đề cập trong đề tài: Bảng 2. 1 Các thông số thiết bị trong nhà được nhắc đến trong đề tài ➢ Vai trò và lợi ích của giám sát và điều khiển thiết bị điện trong nhà : Ngôi nhà được áp dụng, lắp đăt các thiết bị thông minh đảm bảo tăng được tính 5 tiện nghi, an toàn và tiết kiệm năng lượng khi sử dụng. Sự an toàn và tiện lợi luôn được đặt lên trên những tiêu chí hàng đầu đối với nhà thông minh, bạn có thể kiểm soát được các thiết bị điện trong nhà bằng một thao tác đơn giản thông qua ứng dụng di động hay giọng nói.
Việc giám sát thông số thiết bị điện hay nhiệt độ trong căn nhà thông minh thông qua những công cụ như cơ sở dữ liệu hay ứng dụng di động là điều cần thiết giúp người dùng theo dõi sự bất thường trong ngôi nhà. Từ đó, người dùng đưa ra những biện pháp đối với sự thay đổi trong chính ngôi nhà. Với việc áp dụng công nghệ IoT vào ngôi nhà không chỉ nâng cao được sự tiện nghi, an toàn và tiết kiệm năng lượng. Bên cạnh đó còn đem lại lợi ích về mặt sức khỏe, tiết kiệm thời gian, cải thiện được đời sống cá nhân, nâng cao tinh thần tạo nên một cuộc sống lành mạnh.2 Nền tảng cơ sở dữ liệu MySQL 2.