Đồ Án Thiết Kế và Thi Công Mô Hình Ngôi Nhà Thông Minh Tại HCMUTE

Khám phá đồ án HCMUTE thiết kế và thi công mô hình ngôi nhà thông minh, ứng dụng công nghệ hiện đại trong xây dựng và tự động hóa.

• Tác giả: Bùi Thế Sơn
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Trường Duy
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Mô Hình Ngôi Nhà Thông Minh: Thiết Kế và Thi Công Tại HCMUTE
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• MỤC LỤC
• DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH BIỂU ĐỒ
• 1. CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP
• 1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 1.2. HƯỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
• 1.3. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
• 1.4. NỘI DUNG ĐỀ TÀI
• 1.5. Ý NGHĨA THỰC TIỄN
• 1.6. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 1.7. DÀN Ý, PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN
• 1.8. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUÁT VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH
• 2.1. Khái niệm về hệ thống ngôi nhà thông minh
• 2.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của ngôi nhà thông minh
• 2.2.1. Chỉ tiêu về ánh sáng
• 2.2.2. Chỉ tiêu về thông gió
• 2.2.3. Chỉ tiêu về nhiệt độ
• 2.2.4. Chỉ tiêu về an toàn
• 2.3. Các thành phần của một hệ thống nhà thông minh
• 2.4. Nguyên lí hoạt động
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Giới thiệu chung về arduino
• 3.2. Giới thiệu về board arduino mega 2560
• 3.3. Vi điều khiển atmega2560
• 3.3.1. Tổ chức bộ nhớ
• 3.3.2. Các cổng vào ra
• 3.3.3. Cổng giao tiếp
• 3.3.4. Usb bảo vệ quá dòng
• 3.4. Bàn phím ma trận 4x4
• 3.5. Module cảm biến siêu âm hc-srf05
• 3.6. Cảm biến chuyển động pir
• 3.6.1. Khái niệm cảm biến pir
• 3.6.2. Nguyên lý làm việc
• 3.7. Module cảm biến mưa
• 3.8. Module gsm/gprs sim 900
• 3.8.1. Giới thiệu tổng quan về gsm
• 3.8.2. Khái niệm gsm
• 3.8.3. Lịch sử phát triển của gsm
• 3.8.4. Cấu trúc mạng di động
• 3.8.5. Giới thiệu về module sim 900
• 3.8.5.1. Tổng quan về sim900
• 3.8.5.2. Khảo sát sơ đồ chân sim 900
• 3.8.6. Các chế độ hoạt động của module sim 900
• 3.8.7. Các tập lệnh at test module sim900
• 3.9. Tổng quan về tin nhắn sms
• 3.10. Cảm biến khí gas mq2
• 3.10.1. Sơ đồ mạch cảm biến mq2
• 3.11. Cảm biến nhiệt độ lm35
• 3.12. Module bluetooth hc-05
• 3.12.1. Thông số kỹ thuật bluetooth hc-05
• 3.12.2. Chế độ hoạt động
• 3.13. Module wifi esp8266 v1
• 3.14. Module thu sóng rf pt2272-t4
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG MÔ HÌNH
• 4.1. Yêu cầu đặt ra cho mô hình nhà thông minh
• 4.2. Ý tưởng thiết kế
• 4.3. Sơ đồ khối hệ thống
• 4.4. Sơ đồ thiết kế ngôi nhà
• 4.5. Thiết kế khối nguồn
• 4.6. Thiết kế khối cảnh báo cháy
• 4.6.1. Khối cảm biến nhiệt độ
• 4.6.2. Khối báo động của khối cảnh báo cháy
• 4.6.3. Nguyên lý hoạt động
• 4.7. Thiết kế khối nhập mật khẩu
• 4.7.1. Khối đăng nhập
• 4.7.2. Khối hiển thị
• 4.7.3. Nguyên lý hoạt động
• 4.8. Khối xử lý khi có mưa
• 4.8.1. Phần động lực của khối cảm biến mưa
• 4.9. Khối hệ thống gas, cửa cuốn tự động
• 4.9.1. Khối cảm biến tín hiệu tương tự
• 4.9.2. Phần động lực
• 4.10. Khối điều khiển
• 4.10.1. Động cơ kéo cửa
• 4.10.2. Quạt tản nhiệt mini acer 5v
• 4.11. Khối thiết bị báo trộm
• 4.12. Khối điều khiển ngoại vi
• 4.13. Mạch nguyên lý khối xử lý trung tâm
• 5. CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN MỀM
• 5.1. Yêu cầu hệ thống
• 5.2. Các phần mềm được sử dụng
• 5.2.1. Phần mềm arduino ide
• 5.2.2. Các phần mềm lập trình android
• 5.2.3. Ứng dụng ardudroid
• 5.3. Lưu đồ chương trình chính
• 5.4. Lưu đồ cảm biến giám sát
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MÔ HÌNH THỰC TẾ
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 7.1. Kết luận
• 7.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Mô hình Ngôi Nhà Thông Minh tại HCMUTE Tổng quan và Khái niệm

Đề tài tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình ngôi nhà thông minh" tại HCMUTE (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh) do sinh viên Bùi Thế Sơn thực hiện, tập trung vào việc thiết kế và xây dựng một mô hình ngôi nhà thông minh dựa trên nền tảng Arduino. Mô hình nhà thông minh này tích hợp nhiều cảm biến khác nhau, bao gồm cảm biến chuyển động, cảm biến siêu âm, cảm biến nhiệt độ, cảm biến mưa, cảm biến khí gas. Hệ thống cho phép người dùng tương tác và điều khiển thông qua tin nhắn SMS, ứng dụng Android, và truy cập Internet. Ngôi nhà thông minh này minh họa một giải pháp cơ sở hạ tầng thông minh hiện đại. Đề tài nhấn mạnh vào sự ứng dụng thực tiễn của công nghệ IoT nhà thông minh trong việc tạo ra một môi trường sống tiện nghi và an toàn. Việc sử dụng Arduino như vi điều khiển trung tâm cho phép tích hợp dễ dàng các thiết bị thông minh khác nhau. Đây là một ví dụ cụ thể của ứng dụng nhà thông minh trong đời sống.

1.1. Lựa chọn nền tảng Arduino

Việc lựa chọn Arduino như nền tảng chính là một quyết định chiến lược. So với các phương pháp khác như sử dụng IC rời hay vi điều khiển PIC, Arduino cung cấp một môi trường lập trình dễ tiếp cận, mã nguồn mở, và khả năng mở rộng cao. Đặc biệt, tính năng hỗ trợ kết nối với nhiều module khác nhau như Bluetooth, Wifi, và khả năng giao tiếp với ứng dụng Android, làm cho Arduino trở thành giải pháp lý tưởng cho thiết kế nhà thông minh. Hơn nữa, giá thành Arduino hợp lý, phù hợp với điều kiện thực hiện đề tài. Hệ thống nhà thông minh sử dụng Arduino cũng dễ dàng bảo trì và nâng cấp trong tương lai. Sự lựa chọn này thể hiện sự cân nhắc kỹ lưỡng đến tính khả thi và hiệu quả của dự án. Thiết kế nhà thông minh này là một ví dụ điển hình về ứng dụng công nghệ Arduino.

1.2. Các cảm biến và chức năng chính

Mô hình ngôi nhà thông minh này được trang bị đầy đủ các cảm biến cần thiết để giám sát và điều khiển môi trường sống. Cảm biến chuyển động đảm bảo an ninh, cảm biến siêu âm có thể dùng trong các ứng dụng đo khoảng cách. Cảm biến nhiệt độ, cảm biến mưa, và cảm biến khí gas cung cấp thông tin về môi trường xung quanh. Thông tin từ các cảm biến này được xử lý bởi vi điều khiển Arduino Mega 2560, cho phép hệ thống phản hồi kịp thời và tự động điều chỉnh các thiết bị. Hệ thống nhà thông minh cho phép điều khiển các thiết bị qua ứng dụng Android, tin nhắn SMS, và giao diện web. Tính năng này thể hiện sự tiện lợi và linh hoạt của mô hình ngôi nhà thông minh này. Thiết bị nhà thông minh được điều khiển một cách thông minh và hiệu quả.

II. Thiết kế và Thi công Mô hình Ngôi Nhà Thông Minh

Phần thiết kế tập trung vào việc lựa chọn linh kiện, thiết kế mạch điện, và lập trình vi điều khiển để điều khiển các thiết bị thông minh. Sơ đồ khối hệ thống được trình bày chi tiết, thể hiện mối liên hệ giữa các thành phần khác nhau. Thiết kế phần cứng bao gồm mạch nguồn, mạch báo cháy, mạch nhập mật khẩu, mạch xử lý khi mưa, mạch điều khiển cửa cuốn, và mạch điều khiển các thiết bị ngoại vi. Thiết kế phần mềm bao gồm lập trình cho Arduino, phát triển ứng dụng Android, và xây dựng giao diện web. Thi công bao gồm việc lắp ráp các mạch điện, kết nối các cảm biến, và tích hợp các thiết bị vào mô hình ngôi nhà thông minh. Quá trình này đòi hỏi sự chính xác cao và kiến thức kỹ thuật chuyên môn. Thi công nhà thông minh cần sự tỉ mỉ và chính xác.

2.1. Thiết kế Phần Cứng

Thiết kế phần cứng của mô hình ngôi nhà thông minh này bao gồm việc lựa chọn các linh kiện phù hợp, đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của hệ thống. Arduino Mega 2560 đóng vai trò trung tâm, điều khiển tất cả các thiết bị khác. Việc thiết kế mạch điện phải đảm bảo an toàn và hiệu quả. Các mạch con như mạch báo cháy, mạch điều khiển cửa cuốn, được thiết kế riêng biệt nhưng vẫn tích hợp chặt chẽ vào hệ thống chính. Sự kết hợp hài hòa giữa các mạch con và mạch chính thể hiện sự chuyên nghiệp trong thiết kế nhà thông minh. Thiết kế phần cứng này minh họa một giải pháp hiệu quả, tiết kiệm chi phí. Thi công nhà thông minh yêu cầu kinh nghiệm thực tiễn.

2.2. Thiết kế Phần Mềm

Thiết kế phần mềm tập trung vào việc lập trình cho Arduino để xử lý dữ liệu từ các cảm biến và điều khiển các thiết bị. Ngôn ngữ lập trình C được sử dụng. Phần mềm ứng dụng Android được phát triển để người dùng có thể điều khiển ngôi nhà thông minh từ xa. Một giao diện web đơn giản cũng được thiết kế để giám sát trạng thái của hệ thống. Phần mềm được viết sao cho dễ sử dụng, thân thiện với người dùng. Thiết kế phần mềm thể hiện sự chú trọng đến trải nghiệm người dùng. Phát triển ứng dụng nhà thông minh cần có sự hiểu biết về lập trình.

III. Kết quả và Ứng dụng Thực tiễn

Mô hình ngôi nhà thông minh đã được hoàn thành và thử nghiệm thành công. Hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra. Kết quả thử nghiệm cho thấy tính khả thi và hiệu quả của giải pháp được đề xuất. Mô hình này có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ nhà ở dân dụng đến các công trình công nghiệp. Ngôi nhà thông minh này đại diện cho một hướng đi mới trong việc ứng dụng công nghệ thông tin vào cuộc sống. Giải pháp nhà thông minh này tiết kiệm năng lượng và tăng cường an ninh.

3.1. Kết quả thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm cho thấy mô hình ngôi nhà thông minh hoạt động ổn định và chính xác. Các cảm biến hoạt động tốt, dữ liệu được xử lý kịp thời, và các thiết bị được điều khiển chính xác theo lệnh. Hệ thống nhà thông minh phản hồi nhanh chóng với các sự kiện xảy ra. Điều này chứng minh tính khả thi và hiệu quả của thiết kế và thi công mô hình. Dữ liệu thu thập từ các cảm biến chính xác và đáng tin cậy. Mô hình này đóng góp vào nghiên cứu về ngôi nhà thông minh.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Mô hình ngôi nhà thông minh này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn. Nó có thể được sử dụng trong các ngôi nhà thông minh, giúp tiết kiệm năng lượng, tăng cường an ninh, và tạo ra môi trường sống tiện nghi hơn. Hệ thống nhà thông minh này cũng có thể được ứng dụng trong các tòa nhà văn phòng, trường học, và bệnh viện. Mô hình này cung cấp một giải pháp toàn diện, tích hợp nhiều chức năng khác nhau. Ngôi nhà thông minh này là một ví dụ điển hình về việc ứng dụng công nghệ vào cuộc sống. Công nghệ nhà thông minh đang ngày càng phát triển.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại, các hệ thống tự động hóa phục vụ đời sống dân sinh ngày càng trở nên phổ biến. Sự ra đời của nền tảng phần cứng mã nguồn mở Arduino vào năm 2005 tại Viện Thiết kế Tương tác Ivrea (Italia) đã tạo ra bước chuyển biến lớn trong lĩnh vực vi điều khiển, giúp việc tiếp cận, thiết kế và phát triển các hệ thống nhúng tương tác với môi trường trở nên dễ dàng và tiết kiệm chi phí hơn so với các phương pháp truyền thống.

Tại Việt Nam và trên thế giới, lĩnh vực nhà thông minh (Smart Home) ghi nhận sự tham gia mạnh mẽ của nhiều tập đoàn công nghệ. Ở quy mô quốc tế, các giải pháp tiêu biểu có thể kể đến như việc Google mua lại Nest vào năm 2014 để phát triển bộ điều khiển nhiệt độ và báo khói thông minh, Samsung giới thiệu hệ sinh thái nhà thông minh khép kín, và Apple công bố nền tảng HomeKit. Tại thị trường trong nước, Bkav SmartHome (do CEO Nguyễn Tử Quảng khởi xướng từ năm 2011) đã triển khai các mô hình nhà thông minh điều khiển qua hệ điều hành Android, hỗ trợ kịch bản tự động, giao diện 3D và điều khiển giọng nói. Nhu cầu thực tiễn đặt ra cho các hệ thống này là tự động hóa các hoạt động thường nhật mang tính lặp lại (bật/tắt đèn chiếu sáng, bình nước nóng, hệ thống an ninh, tưới cây) và nâng cao mức độ an toàn cho người sử dụng.

Từ bối cảnh thực tế đó, đề tài "Thiết kế và thi công mô hình ngôi nhà thông minh" được tác giả Bùi Thế Sơn thực hiện tại Khoa Đào tạo Chất lượng cao / Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa) dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Trường Duy.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm ba nội dung chính:

1. Thực hành và kiểm chứng lại toàn bộ các kiến thức đã học về vi điều khiển và các loại cảm biến để tích lũy kinh nghiệm kỹ thuật thực tế.
2. Tự thiết kế và thi công hoàn chỉnh một mô hình ngôi nhà thông minh độc lập.
3. Hiện thực hóa giải pháp điều khiển và giám sát thiết bị trong nhà thông qua điện thoại thông minh (Smartphone) và mạng Internet.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Trọng tâm là vi mạch điện tử điều khiển tự động, giữ vai trò liên kết và xử lý tín hiệu trung tâm giữa các khối cảm biến đầu vào và cơ cấu chấp hành đầu ra.
• Phạm vi nghiên cứu: Đề tài giới hạn trong việc thiết kế và thi công phần cứng trên một mô hình thu nhỏ với các chức năng cụ thể: báo cháy qua tin nhắn SMS, cảnh báo rò rỉ khí gas qua SMS, cơ cấu xử lý đóng/mở khi trời mưa, hệ thống cửa cuốn tự động, xác thực bảo mật bằng mật mã, cùng khả năng điều khiển thiết bị qua ứng dụng di động Android và trang web.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận dựa trên định nghĩa về nhà thông minh do Bộ Thương mại và Công nghiệp Vương quốc Anh (DTI) ban hành năm 2003: "Nhà thông minh là ngôi nhà ở có gắn các mạng lưới thông tin liên lạc kết nối với các thiết bị và dịch vụ cho phép người ở điều khiển từ xa, theo dõi hoặc truy cập." Đồng thời, hệ thống tham chiếu các tiêu chuẩn CE Marking của Châu Âu đối với thiết bị nhà thông minh, bao gồm tiêu chuẩn tương thích điện từ Electro-magnetic Compatibility (EMC 2004/108/EC) và tiêu chuẩn an toàn điện áp thấp Low Voltage (LVD 2006/95/EC).

Phương pháp nghiên cứu thực tế là phương pháp thiết kế kỹ thuật kết hợp thực nghiệm thi công phần cứng và phần mềm nhúng. Tác giả tiến hành phân tích so sánh để lựa chọn giải pháp xử lý trung tâm tối ưu giữa các hướng tiếp cận:

• Mạch sử dụng IC rời: Làm khối xử lý cồng kềnh, kết nối phức tạp, khó sửa chữa và mở rộng.
• Vi điều khiển PIC: Đòi hỏi phải thi công thêm các bo chuyển đổi khi giao tiếp Bluetooth hay WiFi, đồng thời bị hạn chế ở khả năng xử lý nhiều kênh tín hiệu tương tự (analog).
• Bộ điều khiển lập trình PLC: Giá thành cao, chỉ phù hợp ứng dụng trong môi trường công nghiệp.
• Bo mạch Arduino Mega 2560: Được lựa chọn nhờ giá thành hợp lý, tích hợp sẵn nhiều cổng vào/ra (I/O), hỗ trợ kết nối trực tiếp với các module truyền thông (GSM, Bluetooth, WiFi), nạp chương trình tiện lợi qua cổng USB và có hệ thống thư viện mã nguồn mở phong phú.

Nguồn dữ liệu và tài liệu phục vụ nghiên cứu gồm các tài liệu kỹ thuật, bảng thông số (datasheet) của các linh kiện điện tử, vi điều khiển ATmega2560, module SIM900, ESP8266, HC-05, các loại đầu dò cảm biến, cùng thông tin cập nhật từ các diễn đàn công nghệ và trang tin chuyên ngành viễn thông, tự động hóa.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống nhà thông minh được cấu trúc thành ba thành phần chính: Khối xử lý trung tâm, Khối thiết bị đầu vào và Khối thiết bị đầu ra.

Thành phần hệ thống	Chi tiết linh kiện và thiết bị sử dụng	Thông số / Vai trò kỹ thuật
Xử lý trung tâm	Bo mạch Arduino Mega 2560 (Vi điều khiển ATmega2560 8-bit)	Tần số 16 MHz, 256 KB Flash, 8 KB SRAM, 4 KB EEPROM, 54 chân Digital I/O (15 chân PWM), 16 chân Analog
Cảm biến đầu vào	Cảm biến nhiệt độ LM35	Đo nhiệt độ môi trường, xuất điện áp tương tự tuyến tính
	Cảm biến khí gas MQ2	Phát hiện rò rỉ khí gas / khói
	Cảm biến siêu âm HC-SRF05	Tần số 40 kHz, tầm quét 2 cm - 4 m, góc đo 15 độ, kích hoạt bằng xung Trigger 10 µs
	Cảm biến chuyển động hồng ngoại PIR (đầu dò D203B, thấu kính Fresnel)	Phát hiện bức xạ hồng ngoại thân nhiệt (37°C) từ cơ thể sống di chuyển
	Module cảm biến mưa (mạch so áp LM393)	Phát hiện nước mưa ngoài trời, chân D0 chuyển mức logic (High/Low)
	Bàn phím ma trận 4x4	Gồm 16 phím bấm (8 chân kết nối), nguồn 24 VDC / 30 mA để nhập mật khẩu
Cơ cấu đầu ra & Truyền thông	Màn hình LCD 16x2	Hiển thị trạng thái đăng nhập, nhiệt độ và thông số vận hành
	Module GSM/GPRS SIM900	Vi xử lý ARM926EJ-S, 4 băng tần (850/900/1800/1900 MHz), giao tiếp UART TTL qua tập lệnh AT Command để gửi tin nhắn SMS
	Module Bluetooth HC-05	Kết nối không dây cục bộ với điện thoại thông minh
	Module WiFi ESP8266 V1	Thiết lập kết nối mạng WLAN / Internet, xây dựng Web Server
	Module thu sóng RF PT2272-T4	Thu tín hiệu điều khiển không dây
	Động cơ và tải chấp hành	Động cơ servo Futaba S3003, động cơ servo SG90, động cơ giảm tốc DC (kéo cửa cuốn), quạt tản nhiệt mini 5V, còi báo động, đèn LED

Hệ thống vận hành theo hai chế độ:

• Chế độ Auto (Tự động): Người dùng thực hiện đăng nhập qua bàn phím ma trận 4x4, màn hình LCD 16x2 hiển thị thông báo. Nhập đúng mật khẩu, hệ thống mở cửa chính, bật đèn và quạt; nếu nhập sai quá 3 lần, hệ thống sẽ tự động khóa truy cập. Khi các cảm biến phát hiện sự cố (cháy, rò rỉ khí gas, có người đột nhập), Arduino nhận tín hiệu, kích hoạt còi báo động, phát tín hiệu ra cơ cấu chấp hành và điều khiển module SIM900 gửi tin nhắn SMS khẩn cấp tới số điện thoại của chủ nhà. Cảm biến mưa khi nhận diện giọt nước sẽ kéo chân tín hiệu về mức thấp (0V), kích hoạt động cơ servo điều khiển mái che đóng lại.
• Chế độ Manual (Thủ công): Chủ nhà có thể chủ động giám sát các thông số phòng (nhiệt độ, nồng độ khí gas) và điều khiển bật/tắt thiết bị ngoại vi thông qua ứng dụng ArduDroid trên smartphone Android (kết nối Bluetooth) hoặc truy cập giao diện Web Server được lưu trữ qua module WiFi ESP8266 kết nối Internet.

Về mặt phần mềm, mã nguồn nhúng được biên dịch trên môi trường Arduino IDE bằng ngôn ngữ C/C++. Ứng dụng điều khiển di động được triển khai trên nền tảng Android SDK, kết nối với phần cứng thông qua các khung giao thức UART/Bluetooth và TCP/IP.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Dẫn nhập

Chương này nêu rõ lý do lựa chọn đề tài xuất phát từ nhu cầu tự động hóa nhà ở và sự phát triển của công nghệ vi điều khiển Arduino. Tác giả phân tích các hướng giải quyết vấn đề, đối chiếu ưu - nhược điểm của việc dùng IC rời, vi điều khiển PIC, PLC và quyết định chọn bo mạch Arduino Mega 2560 làm trung tâm điều khiển. Phạm vi đề tài được xác định rõ là thiết kế trên mô hình thực nghiệm với 5 phân hệ tính năng. Tiến trình nghiên cứu được chia thành 4 giai đoạn cụ thể: khảo sát và lên phương án; thiết kế, thi công mạch và lập trình thử nghiệm; chạy thử nghiệm và viết báo cáo; kiểm tra tổng thể kết quả. Chương này cũng tổng hợp tình hình nghiên cứu Smart Home tại Việt Nam (Bkav SmartHome) và trên thế giới (Google Nest, Samsung, Apple HomeKit).

Chương 2: Tổng quát về ngôi nhà thông minh

Chương 2 trình bày khung lý thuyết tổng quan về nhà thông minh dựa theo định nghĩa của Bộ Thương mại và Công nghiệp Anh (DTI 2003) và các tiêu chuẩn chứng nhận an toàn CE Marking (EMC 2004/108/EC, LVD 2006/95/EC). Tác giả phân tích 4 chỉ tiêu kỹ thuật cốt lõi trong một ngôi nhà thông minh gồm: chỉ tiêu ánh sáng (chất lượng, tiết kiệm năng lượng, liên kết báo động), chỉ tiêu thông gió (lưu lượng gió, điều hòa nhiệt độ phòng tránh sốc nhiệt), chỉ tiêu nhiệt độ (giám sát môi trường, cảnh báo quá nhiệt), và chỉ tiêu an toàn (phát hiện xâm nhập, khóa cửa tự động, khả năng chống chịu rủi ro). Đồng thời, chương này mô tả cấu trúc 3 khối chức năng (bộ xử lý trung tâm, thiết bị đầu vào, thiết bị đầu ra) và nguyên lý hoạt động phối hợp giữa chế độ tự động và thủ công.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 3 tập trung thuyết minh chi tiết thông số kỹ thuật, cấu trúc chân và nguyên lý hoạt động của từng linh kiện điện tử:

• Bo mạch Arduino Mega 2560: Cấu trúc vi điều khiển ATmega2560, tổ chức bộ nhớ (256 KB Flash, 8 KB SRAM, 4 KB EEPROM), hệ thống cấp nguồn (ngưỡng khuyến nghị 7–12V, cổng VIN, 5V, 3.3V, AREF), các cổng I/O số, PWM, Analog và cơ chế bảo vệ quá dòng cổng USB bằng cầu chì tự phục hồi polyfuse (500 mA).
• Màn hình LCD 16x2 và Bàn phím ma trận 4x4: Sơ đồ 16 chân của LCD (chân cấp nguồn, điều chỉnh độ tương phản Vee, chân chọn thanh ghi RS, chân đọc/ghi R/W, chân cho phép Enable E, 8 đường dữ liệu DB0–DB7, đèn nền Anot/Katot) và sơ đồ quét phím 8 chân của bàn phím ma trận.
• Cảm biến đo lường và an ninh: Cảm biến siêu âm HC-SRF05 (nguyên lý phát chuỗi 8 xung 40 kHz và đo độ rộng xung phản hồi Echo để tính khoảng cách), cảm biến chuyển động PIR D203B kèm thấu kính Fresnel, module cảm biến mưa (mạch so sánh LM393), cảm biến khí gas MQ2 và cảm biến nhiệt độ LM35.
• Module truyền thông: Cấu trúc mạng thông tin di động GSM (các phân hệ BTS, BSC, MSC, thanh ghi HLR, VLR, EIR, AuC); cấu tạo module SIM900 (nhân ARM926EJ-S, tập lệnh AT Command, xử lý tin nhắn SMS); module Bluetooth HC-05; module WiFi ESP8266 V1; và module thu sóng vô tuyến PT2272-T4.

Chương 4: Thiết kế phần cứng mô hình

Chương này thể hiện các sơ đồ thiết kế chi tiết, bao gồm: sơ đồ khối tổng thể hệ thống, sơ đồ bố trí thiết bị vật lý trong không gian ngôi nhà, thiết kế khối nguồn cấp và mạch nguyên lý của từng khối chức năng:

• Khối cảnh báo cháy sử dụng LM35 kết hợp còi báo động.
• Khối nhập mật khẩu và hiển thị bảo mật gồm bàn phím ma trận 4x4 và LCD 16x2.
• Khối xử lý khi có mưa tích hợp module cảm biến mưa và động cơ servo Futaba S3003 điều khiển cơ cấu che chắn.
• Khối phát hiện rò rỉ gas MQ2 kết hợp cảm biến khoảng cách HC-SRF05 và động cơ giảm tốc DC kéo cửa cuốn tự động.
• Khối cơ cấu chấp hành khác gồm quạt tản nhiệt mini Acer 5V, động cơ servo SG90, hệ thống đèn LED và khối cảnh báo đột nhập PIR.

Chương 5: Thiết kế phần mềm

Chương 5 trình bày kiến trúc phần mềm điều khiển trên máy tính và thiết bị di động:

• Hướng dẫn cấu hình môi trường phát triển tích hợp Arduino IDE, giao diện Android SDK và cấu trúc ứng dụng ArduDroid trên nền tảng Android.
• Trình bày chi tiết lưu đồ thuật toán chương trình chính của hệ thống, quản lý chu trình đọc/xử lý tín hiệu cảm biến định kỳ.
• Xây dựng lưu đồ thuật toán cho các cảm biến giám sát và giải thuật xử lý giao thức truyền thông tạo Web Server cơ bản để phục vụ giám sát, điều khiển thiết bị qua địa chỉ IP.

Chương 6: Kết quả mô hình thực tế

Chương này công bố các hình ảnh và dữ liệu thực tế thu được sau quá trình thi công và thử nghiệm:

• Hình ảnh tổng thể mô hình ngôi nhà thông minh hoàn thiện về mặt kết cấu và cơ điện.
• Kết quả kiểm thử tính năng thông báo tin nhắn cảnh báo sự cố qua giao thức SMS bằng module SIM900.
• Kết quả kết nối và thao tác điều khiển thiết bị trong mô hình thông qua ứng dụng di động ArduDroid trên điện thoại Smartphone.
• Giao diện đăng nhập và bảng điều khiển trực tuyến trên Web Server, hiển thị thông số môi trường và các nút điều khiển trạng thái tải ngoại vi.

Chương 7: Kết luận và hướng phát triển

Chương 7 tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được đối với việc tích hợp phần cứng và lập trình điều khiển nhúng; chỉ ra các hạn chế trong quá trình triển khai đơn lẻ; đồng thời vạch ra phương hướng phát triển hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã hoàn thành việc thiết kế và thi công một mô hình phần cứng nhà thông minh hoàn chỉnh với các kết quả cụ thể:

• Tích hợp phần cứng đa cảm biến: Kết nối và vận hành chính xác tín hiệu từ hệ thống cảm biến môi trường và an ninh (LM35, MQ2, HC-SRF05, PIR D203B, cảm biến mưa LM393) về bộ điều khiển Arduino Mega 2560.
• Hệ thống cảnh báo từ xa qua SMS: Khởi tạo thành công kết nối mạng GSM thông qua module SIM900, thiết lập chương trình gửi chuỗi ký tự thông báo cháy hoặc rò rỉ khí gas tức thời tới số điện thoại cài đặt trước.
• Hạ tầng điều khiển đa kênh: Thực hiện điều khiển thiết bị ngoại vi tại chỗ (bàn phím 4x4, màn hình LCD 16x2 hiển thị, khóa tự động khi nhập sai 3 lần), điều khiển không dây tầm gần qua Bluetooth (ứng dụng ArduDroid) và điều khiển từ xa thông qua giao diện Web Server trên nền module WiFi ESP8266.
• Tự động hóa cơ cấu chấp hành: Điều khiển đóng/mở cửa cuốn bằng động cơ DC, vận hành cơ cấu che mưa bằng servo Futaba S3003, bật quạt làm mát mini 5V khi nhiệt độ tăng cao và kích hoạt chuông/đèn báo trộm khi có xâm nhập.

Đóng góp của đề tài thể hiện ở việc xây dựng một giải pháp thực nghiệm tích hợp hệ thống tự động hóa dân dụng với chi phí thấp, tận dụng nền tảng vi điều khiển mã nguồn mở kết hợp truyền thông không dây để giải quyết các bài toán tiện ích và an toàn trong sinh hoạt gia đình.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Hệ thống mới được dừng lại ở mức độ thử nghiệm và thi công trên mô hình quy mô nhỏ; quá trình thực hiện đồ án do một sinh viên đảm nhiệm độc lập nên còn gặp hạn chế về kinh nghiệm thực tế, nguồn lực cơ sở vật chất và thời gian hoàn thiện các tính năng chuyên sâu.
• Hướng phát triển: Tác giả đề xuất mở rộng quy mô thử nghiệm từ mô hình sang lắp đặt thực tế tại các công trình nhà ở dân dụng; tối ưu hóa thiết kế bo mạch và đường truyền Internet; phát triển ứng dụng di động độc lập chuyên biệt thay cho ứng dụng mẫu có sẵn; bổ sung các kịch bản điều khiển thông minh tự học và tích hợp camera giám sát hình ảnh.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Điện - Điện tử, Cơ điện tử và Kỹ thuật Máy tính đang thực hiện các đồ án liên quan đến hệ thống nhúng và IoT.

Nội dung có giá trị tham khảo cao nhất nằm ở Chương 3 và Chương 4, nơi tác giả cung cấp chi tiết sơ đồ chân, bảng thông số kỹ thuật và mạch nguyên lý kết nối giữa bo mạch Arduino Mega 2560 với các module truyền thông công nghiệp (SIM900 GSM/GPRS, ESP8266 WiFi, HC-05 Bluetooth) và các cảm biến môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao tác giả lựa chọn Arduino Mega 2560 thay vì vi điều khiển PIC, PLC hay mạch IC rời?
Mạch IC rời khiến hệ thống cồng kềnh và khó mở rộng; vi điều khiển PIC bị hạn chế về số chân đọc tín hiệu tương tự và cần thêm mạch chuyển đổi khi kết nối Bluetooth/WiFi; PLC có giá thành quá cao, chỉ thích hợp cho công nghiệp. Arduino Mega 2560 sở hữu 54 chân I/O số, 16 ngõ vào analog, tích hợp sẵn giao tiếp USB, có thư viện phong phú và giá thành phù hợp với mô hình thực nghiệm.

2. Khối bảo mật đăng nhập tại cửa chính hoạt động như thế nào khi người dùng thao tác sai?
Khối đăng nhập sử dụng bàn phím ma trận 4x4 và màn hình LCD 16x2. Khi người dùng nhập đúng mật khẩu, hệ thống điều khiển mở cửa chính và bật thiết bị điện; nếu nhập sai mật khẩu quá 3 lần liên tiếp, hệ thống sẽ tự động khóa toàn bộ, không cho phép tiếp tục nhập để phòng ngừa xâm nhập trái phép.

3. Module GSM/GPRS SIM900 đảm nhận nhiệm vụ gì và sử dụng phương thức truyền thông nào?
Module SIM900 (trang bị vi xử lý ARM926EJ-S, hỗ trợ 4 băng tần 850/900/1800/1900 MHz) kết nối với Arduino qua cổng truyền thông nối tiếp UART TTL. Khi cảm biến LM35 báo nhiệt độ vượt ngưỡng hoặc cảm biến MQ2 phát hiện rò rỉ khí gas, Arduino sẽ gửi tập lệnh AT Command để kích hoạt module SIM900 phát tin nhắn SMS cảnh báo tự động đến điện thoại chủ nhà.

4. Cơ chế phát hiện và xử lý tự động khi trời mưa được thiết kế ra sao?
Mạch cảm biến mưa gắn ngoài trời sử dụng bộ so sánh điện áp LM393 với biến trở điều chỉnh độ nhạy. Khi bề mặt cảm biến khô ráo, chân D0 duy trì ở mức cao (High). Khi xuất hiện nước mưa, đèn LED đỏ sáng, chân D0 bị kéo xuống mức thấp (0V, Low), gửi tín hiệu về Arduino để kích hoạt động cơ servo Futaba S3003 đóng mái che lại.

5. Người dùng có thể điều khiển và theo dõi trạng thái ngôi nhà từ xa bằng những hình thức nào?
Hệ thống cung cấp hai phương thức điều khiển từ xa trong chế độ Manual: (1) Kết nối không dây Bluetooth tầm gần qua ứng dụng ArduDroid trên điện thoại thông minh Android; (2) Kết nối mạng Internet qua module WiFi ESP8266 V1 để truy cập giao diện Web Server, cho phép theo dõi nhiệt độ phòng, nồng độ khí gas và bật/tắt thiết bị điện từ bất kỳ trình duyệt nào.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình ngôi nhà thông minh" của tác giả Bùi Thế Sơn đã giải quyết thành công bài toán tích hợp phần cứng vi điều khiển Arduino Mega 2560 với hệ thống cảm biến môi trường và thiết bị ngoại vi. Hệ thống hiện thực hóa được khả năng tự động cảnh báo sự cố cháy nổ, rò rỉ khí gas qua tin nhắn SMS, xử lý che chắn khi trời mưa, đồng thời cung cấp phương thức quản lý linh hoạt qua ứng dụng Android và giao diện Web. Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật rõ ràng về mặt sơ đồ nguyên lý và lưu đồ lập trình nhúng cho các đề tài nghiên cứu cùng lĩnh vực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Dẫn nhập Trong chương này trình bày về kế hoạch và ý tưởng thực hiện. Chương 2: Giới thiệu về ngôi nhà thông minh Trong chương này, ta tìm hiểu về cách hoạt động của nhà thông minh. Chương 3: Cơ sở lý thuyết Trong chương này trình bày về nguyên lý hoạt động các mạch sử dụng. Chương 4: Thiết kế phần cứng mô hình Trong chương này trình bày các thiết kế chi tiết, nguyên lý hoạt động của mạch điện, cũng như kết quả thu được.

Chương 5: Thiết kế phần mềm mô hình Trong chương này trình bày về lưu đồ thuật toán và phần mềm lập trình. Chương 6: Kết quả mô hình thực tế Chương này sẽ trình bày những hình ảnh thực tế từ thi công mô hình. Chương 7: Kết luận và hướng phát triển Chương này nêu những ưu và khuyết của đề tài, khẳng định những đóng góp của đề tài vào thực tiễn.5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN Thiết kế mạch điều khiển thiết bị - báo động từ xa qua điện thoại di động giúp người nghiên cứu có cái nhìn trực quan hơn với những kiến thức đã tiếp nhận, từ đó nâng cao thêm hiệu quả nghiên cứu. Mạch điều khiển thiết bị - báo động từ xa qua điện thoại được thiết kế từ vi điều khiển cùng với một số IC khác nên giá thành tương đối thấp, giúp tiết kiệm được chi phí.

Hệ thống có thể được ứng dụng tại nhà riêng, cơ quan xí nghiệp trường học và đặc biệt tại những nơi nguy hiểm. giúp 3 do an chúng ta có thể điều khiển các thiết bị theo ý muốn, đồng thời mạch còn có chức năng báo động từ xa qua điện thoại giúp người điều khiển kiểm soát được thiết bị và đề phòng cháy, trộm xảy ra.6 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đề tài hướng tới một phương thức điều khiển tự động có sự kết hợp của nhiều lĩnh vực liên quan như: tổng đài điện thoại, vi mạch điện tử… Do đó, để tạo ra được một sản phẩm hoàn thiện theo mục đích đặt ra của đề tài thì người thực hiện cần phải tập trung nghiên cứu chủ yếu đến đối tượng: Vi mạch điện tử là một đối tượng giữ vai trò trung tâm trong việc liên kết và xử lý tín hiệu từ các đối tượng khác. Trong đề tài có một board mạch chính là Arduino, board này được thiết kế và thi công từ các linh kiện điện tử đã có sẵn ngoài thị trường như: điện trở, tụ điện, các IC số,…v…v… với sự điều khiển trung tâm là vi điều khiển. Board này khi nhận tín hiệu từ cảm biến sẽ điều khiển nhiệm vụ được lập trình từ trước.

Đối với hệ thống báo cháy thông qua SMS khi nhận được tín hiệu từ cảm biến, board sẽ điều khiển phát câu thông báo cháy được ghi sẵn trong câu lệnh.7 DÀN Ý, PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN: 1.1 Dàn ý Từ những lập luận trên, nhóm thực hiện tiến hành xây dựng đồ án với những nội dung dàn ý như sau: Phần viết báo cáo gồm các nội dung chính:  Mô hình, sơ đồ khối và phương án thiết kế.  Lý thuyết thiết kế.  Thiết kế phần cứng.  Thiết kế phần mềm.

 Tóm tắt – Kết luận – Đề nghị và hướng phát triển đề tài. Phần thi công mô hình và mạch điện gồm:  Thi công tất cả các mạch điện và mô hình trong đồ án.2 Phương tiện và phương án thực hiện Nhóm thực hiện xây dựng phương án tiến hành công việc dựa trên những phương tiện vật chất sẵn có (máy vi tính, các dụng cụ làm mạch điện) như sau:  Giai đoạn 1: Tìm hiểu về các hệ thống báo trộm, báo cháy, đóng mở cửa sử dụng mật mã, đo và hiển thị ngôi nhà cục bộ rồi đưa ra mô hình dự kiến về thiết bị điều khiển và giám sát ngôi nhà thông minh qua mạng điện thoại, từ đó lựa chọn ra kiểu mẫu phù hợp nhất với khả năng để thực hiện. Sau đó, trình lên giáo viên hướng dẫn duyệt.  Giai đoạn 2: Sau khi đưa ra được mô hình dự kiến, được giáo viên hướng dẫn đồng ý, nhóm tiến hành thực hiện từng phần của mô hình đó là : 1.

Thiết kế, thi công mạch điện. Viết chương trình và cho chạy thử nghiệm.  Giai đoạn 3: Thử nghiệm lại chương trình và viết báo cáo.  Giai đoạn 4: Kiểm tra lại toàn bộ những gì đã làm được và báo cáo với thầy hướng dẫn về những kết quả của đề tài.8 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC  Tình hình nghiên cứu trong nước: 5 do an Hình 1.1: Nhà thông minh Bkav SmartHome Bkav SmartHome là hệ thống nhà thông minh hoàn chỉnh, kết nối tất cả các thiết bị trong ngôi nhà thành một hệ thống mạng, để có thể điều khiển chúng theo các kịch bản thông minh, bao gồm: hệ thống đèn chiếu sáng, rèm cửa, điều hoà nhiệt độ, ti vi, dàn âm thanh, cảm biến môi trường, chuông cửa có hình, camera an ninh, hàng rào điện tử, cảnh báo rò rỉ khí gas.

Trên thực tế sử dụng nhà thông minh, người dùng thường xuyên phát sinh nhu cầu và thay đổi kịch bản sử dụng theo thời gian, hoàn cảnh. Hệ thống Nhà thông minh Bkav SmartHome sẽ tự học lại các thay đổi và cập nhật các kịch bản cho phù hợp. Người dùng không chỉ điều khiển ngôi nhà trực tiếp trên smartphone, máy tính bảng bằng giao diện trực quan 3D mà còn có thể điều khiển bằng giọng nói thông qua công nghệ trợ lý ảo. (Theo báo điện tử của trang web www.vn)  Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài: Đầu năm 2014, Google mua lại Nest (hãng sản xuất bộ điều khiển nhiệt độ thông minh và thiết bị báo khói), Samsung ra mắt hệ thống nhà thông minh khép kín trong các thiết bị của hãng hay gần đây nhất là Apple ra mắt nền tảng ứng dụng nhà thông minh HomeKit.

Nhà thông minh của Google điều khiển các thiết bị đơn 6 do an lẻ, hệ thống của Samsung có thể điều khiển theo các kịch bản đơn giản và khép kín trong sản phẩm của hãng, còn Apple HomeKit là một bộ phần mềm mà chưa có phần cứng. (Theo báo điện tử Tinh Tế tại trang web: www.9 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI  Thực hành lại các kiến thức đã học về các cảm biến để có thêm kinh nghiệm trước khi đi làm.  Tự thiết kế một ngôi nhà thông minh cho riêng mình.  Điều khiển thiết bị qua smartphone.

7 do an CHƯƠNG 2: TỔNG QUÁT VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH 2.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG NGÔI NHÀ THÔNG MINH Năm 2003, Bộ Thương mại và Công nghiệp (DTI) Vương quốc Anh đã đưa ra định nghĩa sau đây cho một ngôi nhà thông minh: "Nhà thông minh là ngôi nhà ở có gắn các mạng lưới thông tin liên lạc kết nối với các thiết bị và dịch vụ cho phép người ở điều khiển từ xa, theo dõi hoặc truy cập." Ngôi nhà thông minh là ngôi nhà có các điều kiện kỹ thuật đảm bảo cuộc sống tốt nhất của con người, được tự động bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật theo mong muốn của người sử dụng. Ngôi nhà thông minh khác với ngô nhà bình thường ở chỗ nó là một quá trình tích hợp của các hệ thống như hệ thống điều khiển và giám sát môi trường: hệ thống điều khiển đảm bảo nhiệt độ, hệ thống đảm bảo ánh sáng. mạch đóng ngắt, điều khiển cửa ra vào, giám sát cảnh báo cháy. thành một hệ thống mạng thống nhất.

Các sản phẩm nhà thông minh được EUROCERT tiến hành kiểm tra sản phẩm và đánh giá cấp chứng nhận theo tiêu chuẩn CE Marking. CE Marking là tiêu chuẩn của Châu Âu về mức độ an toàn, tính thân thiện của sản phẩm với người tiêu dùng. Một số tiêu chuẩn CE Marking dành cho nhà thông minh:  Electro-magnetic Compatibilty (EMC) (2004/108 / EC):  Climate Control  Communication & Integration Control  Room Controls  Low Voltage (LVD) (2006/95 / EC):  Relays  Lighting & Dimming 8 do an 2 CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA NGÔI NHÀ THÔNG MINH 2.1 Chỉ tiêu về ánh sáng Đảm bảo ánh sáng theo yêu cầu sử dụng như chất lượng ánh sáng và tiết kiệm điện, ánh sáng tại mỗi nơi đều như nhau, không để chỗ quá sáng chỗ quá tối. Ánh sáng có thể được tắt mở thông qua hệ thống tự động điều khiển hoặc điều khiển từ xa.

Ngoài ra thiết bị ánh sáng cần được kết nối với một số thiết bị trong nhà như: thiết bị báo trộm, báo cháy.2 Chỉ tiêu về thông gió Đảm bảo lượng gió vừa đủ, tốc độ gió phù hợp với yêu cầu chung. Ngoài ra lượng gió và tốc độ gió có thể được thay đổi tùy theo yêu cầu của người sử dụng. Hệ thống tự động nhận biết nhiệt độ trong nhà điều chỉnh phù hợp với khí hậu từng môi trường, tránh tình trạng khi ra vào nhà với 2 nhiệt độ khác xa nhau, gây bệnh cho người.3 Chỉ tiêu về nhiệt độ Nhiệt độ trong nhà cũng có thể thay đổi được tùy theo sở thích của mỗi người thông qua hệ thống điều khiển từ xa. Phải có thiết bị cảnh báo và phòng chống khi nhiệt độ quá cao, như thiết bị báo cháy, còi báo động.4 Chỉ tiêu về an toàn Cần đảm bảo việc phát hiện và cảnh báo khi có người lạ xâm nhập, như phát qua còi báo động, bật đèn, tự động liên hệ với chủ nhà, tự động đóng kín các cửa ra vào.

Cần đảm bảo an toàn về độ bền, tùy theo từng vùng mà cảnh báo về độ bền của ngôi nhà khi có bão hoặc gặp hỏa hạn.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MỘT HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH Một hệ thống nhà thông minh tiêu biểu sẽ có 3 thành phần như sau:  Bộ xử lý trung tâm Được thiết kế dạng tủ, bao gồm các thiết bị chính: một board Arduino, các mạch xử lý, một bộ nguồn chính và một bộ nguồn dự phòng. 9 do an  Thiết bị đầu vào - Đầu báo: báo nhiệt, báo gas, báo mưa. - Cảm biến siêu âm, cảm biến PIR. - Công tắc hành trình.

- Bàn phím nhập Password.  Thiết bị đầu ra: - Còi báo động. - Đèn LED chiếu sáng - Cửa ra vào, cửa gara - Màn hình LCD 16x2 hiển thị mã Password nhập vào và thông báo - Bộ quay số điện thoại tự động module sim 900a 2.4 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG  Bình thường toàn bộ hệ thống ở chế độ Auto. Ở chế độ này, khi chủ nhà nhập mật khẩu đăng nhập đã đặt trước có màn hình LCD 16x2 hiển thị tình trạng đăng nhập, nếu mật khẩu đúng thì cửa chính sẽ mở và đèn quạt sẽ được hoạt động, nếu mật khẩu sai quá 3 lần thì sẽ khóa toàn bộ không cho đăng nhập nữa.