LỜI MỞ ĐẦU Ngày ngay trên thế giới với sự bùng nổ của các ngành công nghệ thông tin, điện tử v.v… Đã làm cho đời sống của con ngƣời ngày càng hoàn thiện. Các thiết bị tự động hóa đã ngày càng đƣợc con ngƣời áp dụng vào cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của mỗi con ngƣời. Do đó một ngôi nhà thông minh không còn là mơ ƣớc của con ngƣời nữa mà nó đã trở thành hiện thực hóa. Qua báo chí, các phƣơng tiện truyền thông, internet chúng ta có thể thấy không nhƣng mô hình nhà thông minh mà đã đƣợc đƣa vào chính những ngôi nhà đã đƣợc sử dụng hàng ngày và ngày càng thông minh hơn.
Là sinh viên khoa Điện của Trƣờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng, với những kiến thức đã học cùng với mong muốn thiết kế một ngôi nhà tự động hóa đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày, em đã chọn "Nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển tự động nhà thông minh". Đồ án gồm các nội dung sau: Chƣơng 1: Tổng quan nhà thông minh Chƣơng 2: Các Thiết bị sử dụng trong hệ thống nhà thông minh Chƣơng 3: Thiết kế và thi công 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NHÀ THÔNG MINH 1. ĐỊNH NGHĨA NHÀ THÔNG MINH Nhà thông minh (tiếng anh là "Smart Home") hoặc hệ thống nhà thông minh là một ngôi nhà/ căn hộ đƣợc trang bị các hệ thống tự động thông minh cùng với các bố trí hợp lý, các hệ thống này có khả năng tự điều phối các hoạt động trong ngôi nhà theo thói quen sinh hoạt và nhu cầu cá nhân của gia chủ.
Chúng ta cũng có thể hiểu ngôi nhà thông minh là một hệ thống chỉnh thể mà trong đó, tất cả các thiết bị điện tử gia dụng đều đƣợc liên kết với thiết bị điều khiển trung tâm và có thể phối hợp với nhau để cùng thực hiện một chức năng. Các thiết bị này có thể đƣa ra cách xử lý tình huống đƣợc lập trình trƣớc, hoặc là đƣợc điều khiển và giám sát từ xa nhằm mục đính là cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an toàn và góp phần sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên.1: Mô hình nhà thông minh 2 Các thành phần của hệ thống nhà thông minh bao gồm các cảm biến (nhƣ cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng hoặc do cử chỉ), các bộ điều khiển hoặc máy chủ và các thiết bị chấp hành khác. Nhờ hệ thống cảm biến, các bộ điều khiển và máy chủ có thể theo dõi các trạng thái bên trong ngồi nhà để đƣa ra các quyết định điều khiển các thiết bị chấp hành một cách phù hợp nhằm đảm bảo môi trƣờng sống tốt nhất cho con ngƣời. Ngoài ra, cùng với sự phát triển của các thiết bị điện tử cá nhân nhƣ máy tính bảng và điện thoại thông minh cùng hạ tầng thông tin ngày càng tiên tiến nhƣ internet hoặc các mạng thông tin di động wifi, 3G, 4G, ngày nay các hệ thống nhà thông minh còn cung cấp khả năng tƣơng tác với ngƣời sử dụng thông qua các giao diện cảm ứng trên smart phone cho phép con ngƣời có thể giám sát và điều khiển ngôi nhà từ bất cứ đâu.
Tùy theo theo nhu cầu, ngƣời sử dụng có thể cấu hình hệ thống theo kịch bản bất kì nhƣ lập trình hẹn giờ tắt đèn khi ngủ, hoặc quên tắt tivi, kéo rèm cửa sổ,… khi tới nơi làm việc, họ có điều khiển qua điện thoại smartphone để điều khiển từ xa. Tùy theo mức độ sử dụng mà mức giá của Nhà Thông Minh sẽ dao động từ vài triệu đến vài trăm triệu đồng cho một ngôi nhà. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH Các thành phần cơ bản của hệ thống nhà thông minh bao gồn hệ thống cảm biến nhƣ cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng hoặc do cử chỉ, các bộ điều khiển hoặc máy chủ và các thiết bị chấp hành khác. Nhờ hệ thống cảm biến, các bộ điều khiển và máy chủ có thể theo dõi các trạng thái bên trong ngôi nhà để dƣa ra các quyết định điều khiển các thiết bị chấp hành một cách phù hợp nhằm đảm bảo môi trƣời sống tốt nhất cho con ngƣời 3 Hình 1.2: Các thành phần cơ bản của hệ thống nhà thông minh 1.
Hệ thống chiếu sáng thông minh Các thiết bị chiếu sáng nhƣ: bóng đèn sợi đốt, đèn neon, đèn led, đèn ngủ, đèn trang trí… đƣợc sử dụng rất nhiều. Vì vậy nếu phối hợp chiếu sáng không hợp lý sẽ dẫn tới bị "ô nhiễm" ánh sáng. Ngoài ra, việc chiếu sáng nhƣ vậy còn gây lãng phí điện, giảm tuổi thọ thiết bị. Bên cạch đó số lƣợng đèn dùng để chiếu sáng là khá lớn, gia chủ sẽ gặp những bất tiện nhỏ trong việc bật tắt, điều chỉnh độ sáng cho phù hợp.
Hệ thống chiếu sáng sẽ đƣợc tích hợp chung với các hệ thống khác hoặc sẽ đƣợc tách riêng ra để điều khiển độc lập. Các giải pháp đều nhằm tối ƣu hóa hệ thống và giúp ngƣời dùng điều khiển dễ dàng hơn. Các giải pháp kết hợp sẽ đƣợc tính đến tự động hóa tới mức tối đa. Các đèn trong phòng đƣợc thiết kế với nhau và nối các thiết bị khác trong phòng nhƣ quạt thông gió… ánh sáng đƣợc thiết kế và điều khiển theo tình trạng chủ nhà, theo mùa, kết hợp với âm nhạc, tiểu cảnh, thác nƣớc trong phòng (nếu 4 có).
Toàn bộ hệ thống này đƣợc tự động điều khiển về trạng thái tối ƣu cho từng hòa cảnh sử dụng cụ thể. Ví dụ: Chỉ cần ấn một phím, tƣơng ứng với chế độ định trƣớc, các đèn chiếu sáng sẽ bật 100%, các đèn trang trí sẽ bật với 75% công suất, màn che cửa sổ sẽ khép lại… (các thông sô này đều dễ dàng thay đổi theo thực tế yêu cầu cụ thể của chủ nhà). Công dụng trên cho phép kiến trúc sƣ có thể tạo ra các kịch bản ảnh sáng khi thiết kế nội thất cho những hoạt động khác nhau phu thuộc chủ nhà ( ví dụ nhƣ: dạ hội, tiệc, xem phim,…). Những yếu tố của hệ thống chiếu sáng thông minh a.
Điều khiển bàn phím Cách đơn giản nhất để khiểm soát ánh sáng nhà bạn, vẫn nhƣ công tắt thông thƣờng nhƣng việc điều khiển trở nên đơn giản và thích thú hơn nhiều. Ví dụ: Bạn cần ra khỏi nhà, thay vì phải tắt hết tất cả các đèn trong phòng, bạn chỉ cần ấn nút "tạm biệt" trên bàn phím điều khiển, tất cả các thiết bị sẽ tự động đƣợc tắt đi. Điều khiển qua smartphone, ipad Điều khiển màu sắc, ánh sáng mờ tối và nhiều hơn nữa với smartphone. Cũng nhƣ một công tắt trên tƣờng, ngƣời dùng có thể sử dụng hệ điều hành android, ios để bật hoặc tắt, mở lên và xuống hoặc thậm chí thay đổ màu sắc của đèn trong ngôi nhà.
Thiết lập ánh sáng tự động, điều chỉnh thời gian Ngƣời dùng có thể thiết lập điều khiển ánh sáng theo mong muốn. Ngƣời dùng có thể thiết lập ánh sáng của mình bằng các thiết bị cảm biến hồng ngoại, hệ thống relay, dimmer điều chình độ sáng, hay các thiết lập ánh sáng theo thời gian… 5 1. Một số chế độ hoạt động a. Chế độ chủ vắng nhà Chế độ ngƣời chủ vắng nhà sẽ đƣợc lập trình trong hệ thống nhà thông minh, cho phép tự động kích hoạt các hệ thống trong nhà khi ngƣời chủ vắng nhà.
Ví dụ: một số đèn bất kỳ sẽ đƣợc tắt-mở trong một thời gian ngắn hay mà tự động sẽ đƣợc đóng hay mở trong thời gian thích hợp. Chế độ ăn tối Hệ thống đèn trong phòng ăn sẽ tự động điều chỉnh ánh sáng cho phù hợp với không khí của một buổi ăn tối. Chế độ tiệc liên hoan Hệ thống thông minh sẽ tự động chiếu sáng và điều chỉnh ánh sáng trong nhƣng khu vực chính và chế độ nhạc sôi động phù hợp với không khí buổi tiệc. Chế độ xem phim Hệ thống đèn trong phòng giải trí, chiếu phim sẽ đƣợc điều chỉnh ánh sáng dể tạo không khí dễ chịu và thoải mái khi xem.
Hệ thống màn tự động dóng vào tùy thuộc vào thời gian trong ngày 1. Hệ thống kiểm soát ra vào Khi gia chủ vắng nhà, việc kiểm soát các hệ thống vào ra trong ngôi nhà là rất quan trọng, giúp đề phòng trộm, tiết kiệm năng lƣợng…. Ngôi nhà thông minh cung cấp hệ tống kiểm soát vào ra cho phép chủ nhà quản lý và cấp quyền "đăng nhập" cho các thành viên trong gia đình vào ngƣời thân. Hệ thống ra vào ở các phòng sẽ đƣợc lắp đặt các khóa vân tay hoặc khóa phím… nhằm nhận dạng ngƣời trong nhà hoặc khách để cấp quyền "đăng nhập" Ngoài ra, còn có thể dùng hệ thống nhận diện khuân mặt hay giọng nói tùy vào phòng riêng của mỗi ngƣời.
Hệ thống quan sát Hệ thống quan sát sẽ giúp việc kiểm soát an ninh, ngƣời vào/ra ngôi nhà… giúp cho gia chủ nhận diện khách nhanh chóng thông qua hệ thống camera. Với hệ thống camera, mọi ngóc ngách trong nhà sẽ luôn đƣợc giám sát 24/7. Chủ nhà có thể giám sát ngôi nhà của mình, hay có thể xem con mình đang làm gì khi mình không có nhà bằng Smartphone, máy tính bảng từ xa thống qua wifi, 3G, 4G. Hệ thống chuông hình trong nhà thông minh bao gồm 1 đầu nhận và 1 màn hình đƣợc đặt tại phòng khác và phòng ngủ chính cho phép ngƣời dùng có thể nói chuyện, nhìn đƣợc hình ảnh của ngƣời khách đến nhà.
Hệ thống giải trí đa phƣơng tiện Ngôi nhà là nơi sinh hoạt của một gia đình có thể gồm nhiều thế hệ và mỗi thể hệ lại có nhu cầu giải trí khác nhau. Do đó, một hệ thống giải trí đa phƣơng tiện sẽ cung cấp cho các thành viên những hoạt động giải trí phù hợp. Giải pháp âm thanh có thể tiết kiệm rất nhiều thời gian giải trí, quản lý và bảo trì hệ thống âm thanh, cùng với nguồn nhạc ta có thể thƣởng thức âm nhạc độc lập tại nhiều khu riêng biệt. Tất cả nhƣng việc phải làm chỉ lựa chọn nguồn nhạc nhƣ album, ca sĩ, ca khúc… mà bạn yêu thích tƣ bảng điều khiểm âm thanh gắn tƣờng, điều khiển tƣ xa hoặc trực tiếp từ smartphone.
Với thiết kế linh hoạt gọn nhẹ, hệ thống cho phép ngƣời dùng thƣởng thức ca khúc yêu thích từ mọi vị trí trong nhà. Hệ thống cảm biến, an ninh Hệ thống cảm biến là thành phần quan trọng trong bất kì hệ thống nào của ngôi nhà, các cảm biến có nhiệm vụ gửi các thống số đo đƣợc về bộ xử lý trung tâm để có giải pháp phù hợp với từng gói dữ liệu và xủ lý từng tình huống tƣơng 7 ứng.