MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài Trong thời đại công nghệ đang phát triển như hiện nay, đặc biệt là khi Việt Nam đang hòa nhập và phát triển Công nghệ 4.0 thì loT là một đề tài không thể thiếu nhưng vẫn chưa được phát triển rộng rãi đến môi trường giáo dục. Vì vậy, áp dụng công nghệ loT vào trường học giúp giáo viên giảm thiểu được những công việc chuẩn bị trước mỗi buổi học, giúp sinh viên tiếp cận và hiểu rõ hon về loT. Trước mỗi buổi học, các thiết bị trong phòng thực hành như máy lạnh, Server cần phải được khởi động trước để chuẩn bị cho buổi học, thay vì các Thầy Cô và Kỹ Thuật Viên tại trường phải tự khởi động các thiết bị, ta có thể úng dụng loT cụ thể là nền tảng Hassio để tự động thực hiện các thao tác tắt bật, giảm thiểu được công việc trước mỗi buổi học.2 Mục tiêu Mục tiêu của đề tài là xây dựng hệ thống điều khiển từ xa các thiết bị điện trong phòng Bill dựa trên nền tảng Hassio. Đe tài không chỉ dừng ở mức mô hình, mà còn xây dựng hệ thống có thể đáp ứng được một phần nhu cầu của người sử dụng nhằm tự động hóa một các thao tác tắt mở thiết bị hằng ngày.
Cụ thể hon, vào mỗi buổi sáng, Kỹ Thuật Viên tại trường có thể giảm thiểu được công việc mở máy lạnh và Server của phòng học, ngoài ra có thể theo dõi từ xa trạng thái, tăt bật thiết bị từ xa và gửi thông báo nếu có những hiện tượng bât thường như cửa mở hoặc phát hiện người trong phòng khi quá khung giờ cho phép.3 Đối tưọng và phạm vi nghiên cứu 1 Đôi tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm các thiết bị loT trong phạm vi của đê tài như cảm biến chuyển động và cảm biến cửa của Xiaomi, thiết bị điều khiển sóng hồng ngoại Broadlink RM Mini 3, công tắc WiFi Sonoff Tl US 3C, cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT22, nền tảng Hassio chạy trên thiết bị Raspberry Pi 3 Model B+. Phạm vi nghiên cứu của để tài bao gồm các đối tượng trên để hỗ trợ điều khiển các thiết bị điện như máy lạnh, máy tính, đèn tại phòng Bill. Ngoài ra, hệ thống còn cung cấp khả năng theo dõi trạng thái của các thiết bị, xây dựng các ngữ cảnh tự động bật tắt hoặc thông báo theo thiết lập có sẵn. Không chỉ dừng lại ở đó, đề tài còn xây dựng khả năng điều khiển các thiết bị bằng giọng nói thông qua Google Assistant được cài đặt trên điện thoại Smartphone.4 Phuong pháp nghiên cứu - Nghiên cửu lý thuyết, tìm hiểu các tài liệu về nền tảng Hassio và cách hoạt động, tham khảo thêm nội dung trên các diễn đàn.
- Điều tra, bằng cách khảo sát thói quen của người sử dụng, để đưa ra các ngữ cảnh tự động theo lịch trình hoặc theo môi trường xung quanh một cách hiệu quả là hợp lý nhất, nhưng tự động bật tắt thiết bị điện theo khung giờ hoặc theo dữ kiện của các cảm biến. - Mô hình hóa, sau khi đã hoàn tất các bước chuẩn bị cần thiết, bắt đâu tạo lên các mô hình sao cho phù hợp với môi trường và người sử dụng. Mô hình phải thật cụ thể và chi tiết để quá trình thi công có thể đảm bảo được tiến độ và chất lượng. 2 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KÉ HỆ THỐNG 2.1 Phân tích hệ thống Tại phòng Bill có những thiết bị sau: máy lạnh, máy tính Server, đèn phòng.
Các thiết bị có cơ chế bật tắt khác nhau, nên ta chia ra làm 3 nhóm sau: - Sóng IR: Máy lạnh, máy chiếu + Các thiết bị này có thể dùng remote hồng ngoại để bật tắt từ xa, nên có thể quản lý thông qua Broadlink RM Mini 3, đây là thiết bị cho phép điều khiển các thiết bị sử dụng sóng hồng ngoại, tín hiệu điều khiển sẽ được truyền từ Raspberry thông qua kết nối WiFi đến thiết bị Broadlink, và sau đó chuyển thành tín hiệu hồng ngoại gửi đến máy lạnh. - Wake-on-LAN: Máy tính Server + Để khởi động máy tính Server tại phòng Bill cần sử dụng Wake- on-LAN để đơn giản hóa quá trình quản lý. Wake-on-LAN là giao thức cho phép khởi động một hoặc nhiều máy tính đang kết nối vào mạng LAN thông qua địa chỉ MAC của card mạng máy tính. Nền tảng Hassio tích họp sẵn chức năng Wake-on-LAN, rất thuận tiện cho việc quản lý và tự động hóa.
- Công tắc Sonoff WiFi: Đèn Phòng + Các đèn tại phòng Bill được đấu điện trực tiếp vào Sino thông thường, vì vậy đê có thể điều khiển được ta cần sử dụng công tắc Sonoff đê thay thê. Công tăc Sonoff ngoài việc điều khiển trực tiếp trên mặt cảm ứng, thì công tắc còn hỗ trợ quản lý tắt mở thông qua 3 WiFi, nhờ đó ta có thể kết nối công tắc vào Hassio để quản lý và điều khiển. Ngoài ra để hỗ trợ cho việc tự động hóa, hệ thống cần một bộ thiết bị cảm biến bao gồm cảm biến chuyển động, cảm biến cửa, cảm biển độ ẩm, nhiệt độ và thiết bị nhận sóng Zigbee. - Thiết bị cảm biến cửa sẽ hỗ trợ cho việc nhận biết có người trong phòng để tạo nên những ngữ cảnh tự động như bật đèn khi có người bước vào phòng.
- Thiết bị cảm biến chuyển động hỗ trợ cho việc nhận biết còn người trong phòng hay không, để thiết lập tắt các thiết bị không cần thiết một cách tự động. - Hai thiết bị trên sử dụng sóng Zigbee để giao tiếp với Hassio, Zigbee là một giao thức mạng không dây xây dựng trên tiêu chuẩn IEE 802.4 phổ biến trong việc truyền tín hiệu của các thiết bị loT. Cần phải sử dụng một thiết bị để thu tín hiệu Zigbee được gắn trực tiếp trên Raspberry và chuyển dữ liệu về cho Hassio. - Cảm biến độ ẩm nhiệt độ ẩm giúp cho việc tự động điều chỉnh máy lạnh khi nhiệt độ tăng quá cao hoặc quá thấp, đồng thời kiểm soát được mức nhiệt an toàn trong phòng.
Để hoàn thiện mô hình, cần phải có những ngữ cảnh tự động theo lịch trình, tại phòng Bill ngữ cảnh tự động sẽ dựa trên lịch trình giảng dạy của Giảng Viên. Đê tạo nên một ngữ cảnh tự động cần dựa trên các điều kiện sau: - Lịch giảng dạy - Thời gian 4 - Có người trong phòng - Máy tính đã tắt - Không còn người trong phòng Quy trình xét điều kiện: - Quy trình tự động mỏ’ thiết b| Hình 2. Ị Quy trình tự động bật thiết bị 5 - Quy trình tự động tắt thiết bị Hình 2. 2 Quy trình tự động tắt thiết bị 6 2.1 Raspberry Pi 3 B+ > Raspberry là gì? - Theo Wikipedia, Raspberry Pi là từ để chỉ các máy tính chỉ có một board mạch (hay còn gọi là máy tính nhúng) kích thước chỉ bằng một thẻ tín dụng, được phát triển tại Anh bởi Raspberry Pi Foundation với mục đích ban đầu là thúc đấy việc giảng dạy về khoa học máy tính cơ bản trong các trường học và các nước đang phát triên.
3 Mảy tính thu nhỏ Raspberry > Phiên bản Raspberry Pi 3 B+ 7 - Raspberry Pi 3 Model B+ là sản phấm mới nhất trong gia đình Raspberry Pi, nổi bật với chip 4 nhân 64-bit có tốc độ 1.4GHz - nhanh nhất từ trước đến nay. Phiên bản này hỗ trợ Wifi Dual-band 2.4GHz và 5GHz, Bluetooth 4.2/Bluetooth Low Energy, cổng Ethernet tốc độ cao (300Mbps) và Power over Ethernet (PoE) thông qua PoE HAT. - Bên cạnh những thay đổi đó, kích thước bề ngoài cũng như phần mềm của Raspberry Pi 3 Model B+ vẫn được giữ nguyên, vì vậy hoàn toàn có thể sử dụng lại các phụ kiện cũ như vỏ, thẻ nhớ, adapter (nguồn điện) hoặc các phần mềm đang chạy trên Raspbian/Ubuntu hiện tại. 4 Raspberry Pi 3 Model B 8 > Bảng thông số kỹ thuật: Thành Phần Thông Số CPU Broadcom BCM2837B0, quad-core A53 (ARMv8) 64- bit SoC @1.4GHz RAM 1GB LPDDR2 SDRAM Ket nối 2.4GHz and 5GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac wireless LAN, Bluetooth 4.2, BLE, Gigabit Ethernet over USB 2.
Hỗ trợ 40-pin GPIO, 4 cổng USB2.0 Video và âm thanh 1 cổng full-sized HDMI, cổng MIPI DSI Display, cổng MIPI CSI Camera, cổng stereo output và composite video 4 chân.264 encode (1080p30); OpenGL ES 1.0 graphics Lưu trữ MicroSD Điện áp hoạt động 5V/2.5A DC cổng microUSB, 5V DC trên chân GPIO, Power over Ethernet (PoE) (yêu cầu thêm PoE HAT). Báng ỉ Thông sô kỹ íhuậí cha Raspberry Pì 3 Model B+ > Vai trò trong hệ thống - Raspberry Pi 3 B+ đóng vai trò là Server trung tâm, được cài đặt nền tảng Hassio nhằm liên kết và điều khiển các thiết bị loT trong hệ thông. Ngoài liên kết và điều khiển, Raspberry còn xử lý, kiểm tra điều kiện và thực hiện các ngữ cảnh tự động được thiết lập trước.2 Broadlink RM Mini 3 9 > Giói thiệu về Broadlink RM Mini 3 Bộ điều khiến mỏ' rộng hồng ngoại Broadlink RM Mini 3 là thiết bị điều khiển các thiết bị trong nhà thông qua sóng hồng ngoại như tivi, máy lạnh, máy quạt,. Ngoài khả năng điều khiển các thiết bị dùng sóng hồng ngoại, Broadlink RM Mini 3 còn cho phép kết nối vó'i WiFi để có thể điều khiển thông qua Smartphone.
- Với khả năng học lệnh từ các bộ remote hồng ngoại khác, Broadlink RM Mini 3 có thể dễ dàng điều khiển mọi thiết bị hồng ngoại trong nhà. 5 Broadỉink RM Mini 3 > Thông số kỹ thuật: 10 Thành Phần Thông Số Nguồn vào 5v DC 500mA (Micro USB) Hỗ trợ kết nối WiFi 2.1 lb / g / n Tầm xa của tia hồng ngoại 12m Kích thước: 55x55x64.5mm Trọng lượng Mắt hồng ngoại Có 6 mắt hồng ngoại được xếp 360 độ để đảm bảo lệnh được phát đi đến tất cả các hướng. Being 2 Thông số kỹ ihiiật Broacỉìink RM Mini 3 > Vai trò trong hệ thống: - Broadlink RM Mini 3 sẽ đóng vai trò điều khiển các thiết bị sử dụng sóng hồng ngoại, như máy quạt, tivi, máy lạnh,. Sau khi được kết nối với nền tảng Hassio, ta có thể điều khiển thông qua Web mà không cần dùng đến phần mềm trên Smartphone và kết hợp với các ngữ cảnh tự động như tự động bật máy lạnh khi nhiệt độ phòng trên 30 độ hoặc tự động tắt máy lạnh khi không có người trong phòng.3 Công tắc Sonoff > Giói thiệu Sonoff Tl US 3C - Công tắc được thiết kế với 3 phím cảm ứng để điều khiển tắt mở trực tiêp, có kết nối với WiFi để thuận tiện cho việc quản lý từ xa, thích hợp cho các ÚTig dụng về loT ■ Công tắc Sonoff có thể được điều khiển thông qua ứng dụng eWeLink được nhà cung câp phân phôi, hoặc được điều khiển thông qua hệ thống Hassio.
6 SonoffTl US 3 Gang Input: 9O-25OV AC Max.