Đồ án nghiên cứu và phát triển hệ thống nhà thông minh tại HCMUTE

Đồ án nghiên cứu hcmute nghiên cứu và phát triển hệ thống nhà thông minh, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Đào Bá Nam
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đình Phú
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử - Truyền Thông
• Đề tài: Nghiên cứu và phát triển hệ thống nhà thông minh
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về nhà thông minh
• 1.1.1. Định nghĩa về nhà thông minh
• 1.1.2. Giới thiệu hệ điều hành ANDROID
• 1.1.2.1. Lịch sử phát triển
• 1.1.2.2. Cơ sở lập trình
• 1.1.3. Giới thiệu phần cứng
• 1.1.3.1. Vi điều khiển
• 1.1.3.2. Các chuẩn truyền dữ liệu
• 1.1.3.3. Module Blutooth HC05
• 1.1.3.4. Màn hình TFT LCD
• 1.1.3.5. Module giảm áp lm2596
• 1.1.3.6. Module Ethenet ENC28j60
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
• 3.1. Tính toán và thiết kế hệ thống
• 3.1.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
• 3.1.2. Tính toán và thiết kế mạch
• 3.1.3. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
• 3.2. THI CÔNG HỆ THỐNG
• 3.2.1. Thi công hệ thống
• 3.2.1.1. Thi công bo mạch
• 3.2.1.2. Lắp ráp và kiểm tra
• 3.2.2. Đóng gói và thi công mô hình
• 3.2.2.1. Đóng gói bộ điều khiển
• 3.2.2.2. Thi công mô hình
• 3.2.2.3. Lập trình hệ thống
• 3.3. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển
• 3.4. Phần mềm lập trình trên điện thoại và lập trình web
• 3.5. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng
• 3.6. KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ
• 3.6.1. Nhận xét và đánh giá
• 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nhà thông minh

Nhà thông minh, hay còn gọi là hệ thống nhà thông minh, là một khái niệm đang ngày càng trở nên phổ biến trong xã hội hiện đại. Định nghĩa về nhà thông minh bao gồm việc sử dụng các công nghệ tự động hóa để điều khiển các thiết bị trong nhà như đèn, điều hòa, và hệ thống an ninh. Các thiết bị này có thể được điều khiển từ xa thông qua công nghệ IoT (Internet of Things), cho phép người dùng quản lý và giám sát ngôi nhà của mình một cách dễ dàng và tiện lợi. Hệ thống này không chỉ mang lại sự tiện nghi mà còn giúp tiết kiệm năng lượng và tăng cường an ninh cho ngôi nhà. Theo một nghiên cứu gần đây, việc áp dụng hệ thống tự động hóa trong nhà có thể giảm thiểu tiêu thụ năng lượng lên đến 30%.

1.1 Định nghĩa về nhà thông minh

Nhà thông minh là một ngôi nhà được trang bị các thiết bị điện tử có khả năng kết nối và tương tác với nhau. Các thiết bị này có thể được điều khiển thông qua smartphone hoặc máy tính bảng, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng. Hệ thống này bao gồm các chức năng như điều khiển chiếu sáng, điều hòa không khí, và hệ thống an ninh. Việc sử dụng cảm biến thông minh giúp cho ngôi nhà có thể tự động điều chỉnh các thiết bị theo nhu cầu của người dùng, từ đó nâng cao chất lượng cuộc sống.

II. Công nghệ và thiết bị trong hệ thống nhà thông minh

Hệ thống nhà thông minh sử dụng nhiều loại công nghệ và thiết bị khác nhau để hoạt động hiệu quả. Một trong những công nghệ quan trọng nhất là công nghệ IoT, cho phép các thiết bị kết nối và giao tiếp với nhau qua Internet. Các thiết bị như cảm biến vân tay R305, cảm biến nhiệt độ DHT11, và màn hình TFT LCD đều đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra một hệ thống nhà thông minh hoàn chỉnh. Việc tích hợp các thiết bị này không chỉ giúp người dùng dễ dàng điều khiển mà còn đảm bảo an ninh cho ngôi nhà. Hệ thống an ninh có thể bao gồm các cảm biến chuyển động và camera giám sát, giúp người dùng theo dõi tình hình an ninh trong và ngoài ngôi nhà.

2.1 Các thiết bị chính trong hệ thống

Các thiết bị chính trong hệ thống nhà thông minh bao gồm cảm biến, bộ điều khiển, và thiết bị đầu ra. Cảm biến vân tay R305 được sử dụng để mở cửa ra vào, trong khi cảm biến DHT11 giúp đo nhiệt độ và độ ẩm trong nhà. Màn hình TFT LCD cho phép người dùng tương tác với hệ thống một cách trực quan. Ngoài ra, các module như HC05 cho phép kết nối Bluetooth, giúp người dùng điều khiển thiết bị từ xa qua điện thoại. Việc sử dụng các thiết bị này không chỉ nâng cao tính tiện nghi mà còn đảm bảo an toàn cho ngôi nhà.

III. Phát triển phần mềm và ứng dụng

Phần mềm là một phần không thể thiếu trong việc phát triển hệ thống nhà thông minh. Việc phát triển phần mềm điều khiển cho hệ thống này thường được thực hiện trên nền tảng Android, cho phép người dùng dễ dàng tương tác với các thiết bị trong nhà. Sử dụng Android Studio, nhóm nghiên cứu đã phát triển một ứng dụng cho phép người dùng điều khiển các thiết bị như đèn, quạt, và hệ thống an ninh từ xa. Ứng dụng này không chỉ thân thiện với người dùng mà còn tích hợp nhiều tính năng hữu ích như hẹn giờ bật tắt thiết bị và giám sát nhiệt độ, độ ẩm.

3.1 Lập trình ứng dụng Android

Lập trình ứng dụng Android cho hệ thống nhà thông minh yêu cầu kiến thức vững về ngôn ngữ lập trình Java và các thư viện hỗ trợ. Ứng dụng được thiết kế với giao diện thân thiện, cho phép người dùng dễ dàng điều khiển các thiết bị trong nhà. Các tính năng như điều khiển từ xa qua Bluetooth và Internet được tích hợp, giúp người dùng có thể quản lý ngôi nhà của mình mọi lúc mọi nơi. Việc phát triển ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao trải nghiệm người dùng mà còn mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các tính năng mới trong tương lai.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Hệ thống nhà thông minh không chỉ mang lại sự tiện nghi mà còn góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống cho người sử dụng. Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống này tại HCMUTE đã mở ra nhiều cơ hội cho việc ứng dụng công nghệ trong cuộc sống hàng ngày. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự định sẽ tiếp tục cải tiến và mở rộng hệ thống, bao gồm việc tích hợp thêm nhiều thiết bị và công nghệ mới. Hệ thống an ninh sẽ được nâng cấp với các tính năng thông minh hơn, giúp người dùng yên tâm hơn khi rời khỏi nhà.

4.1 Hướng phát triển tiếp theo

Hướng phát triển tiếp theo cho hệ thống nhà thông minh bao gồm việc tích hợp trí tuệ nhân tạo để tự động hóa các quy trình trong nhà. Việc sử dụng AI có thể giúp hệ thống học hỏi từ thói quen của người dùng và tự động điều chỉnh các thiết bị theo nhu cầu. Ngoài ra, việc mở rộng khả năng kết nối với các thiết bị thông minh khác cũng sẽ được xem xét, nhằm tạo ra một hệ sinh thái nhà thông minh hoàn chỉnh và tiện lợi hơn cho người sử dụng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ viễn thông và vi điều khiển đã thúc đẩy quá trình tự động hóa ứng dụng sâu rộng vào đời sống sinh hoạt dân dụng. Nhu cầu sử dụng các hệ thống thiết bị tự động trong gia đình nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống, tạo sự tiện nghi, tiết kiệm năng lượng và đảm bảo an ninh ngày càng gia tăng. Trên thị trường quốc tế và Việt Nam, nhiều giải pháp nhà thông minh đã được các doanh nghiệp như Samsung, Smarthome, Bkav, DigiHome nghiên cứu và thương mại hóa. Tuy nhiên, các hệ thống thương mại này thường có chi phí đầu tư cao, gây khó khăn cho việc tiếp cận của đại bộ phận người dùng phổ thông.

Trong bối cảnh các thiết bị di động cá nhân như điện thoại thông minh (smartphone) và máy tính bảng chạy hệ điều hành Android trở nên phổ biến, việc xây dựng một hệ thống nhà thông minh có khả năng điều khiển và giám sát thiết bị từ xa qua giao diện Web và ứng dụng di động Bluetooth là giải pháp kỹ thuật phù hợp, giúp tối ưu hóa chi phí sản xuất và tăng tính tiện dụng cho người sử dụng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Đồ án đặt ra 6 mục tiêu kỹ thuật cụ thể:

1. Thiết kế giao diện điều khiển hoàn chỉnh hoạt động trên hệ điều hành Android, kết nối và điều khiển thiết bị qua sóng vô tuyến Bluetooth, đồng thời giám sát các thông số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm).
2. Thiết kế hệ thống an ninh kiểm soát ra vào tích hợp cảm biến vân tay và cảm biến hồng ngoại để điều khiển đóng/mở cổng.
3. Thiết kế giao diện đồ họa trên màn hình cảm ứng TFT LCD gắn kèm kit điều khiển trung tâm (Firebull), hiển thị trạng thái môi trường, báo cháy, hẹn giờ bật/tắt thiết bị và điều khiển trình phát nhạc.
4. Thiết kế giao diện điều khiển và hẹn giờ thiết bị qua Web server nhúng trên nền tảng kết nối mạng Internet.
5. Thiết kế và thi công phần cứng mạch điều khiển công suất trực tiếp cho tối đa 10 thiết bị ngoại vi, đáp ứng việc chuyển mạch linh hoạt theo dữ liệu điều khiển từ Android và Web.
6. Thi công mô hình kiến trúc ngôi nhà vật lý hoàn chỉnh nhằm mô phỏng toàn bộ hoạt động của hệ thống.

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân chia thành 6 nội dung:

• Nhiệm vụ 1: Nghiên cứu kiến trúc phần cứng, ngoại vi và tập lệnh của vi điều khiển 32-bit ARM STM32F103VET6.
• Nhiệm vụ 2: Thiết kế giao diện người dùng và thuật toán truyền nhận dữ liệu điều khiển thiết bị qua mạng Internet (Web) và điện thoại thông minh Android.
• Nhiệm vụ 3: Thiết kế, thi công mạch và lập trình chức năng đo nhiệt độ, độ ẩm bằng cảm biến số, thuật toán cảnh báo cháy khi quá nhiệt và khối giải mã âm thanh MP3.
• Nhiệm vụ 4: Thiết kế, thi công và lập trình hệ thống an ninh nhận dạng sinh trắc học vân tay mở cửa.
• Nhiệm vụ 5: Thi công lắp ráp mô hình vật lý, tích hợp toàn bộ bo mạch phần cứng, chạy thử nghiệm và cân chỉnh các thông số vận hành.
• Nhiệm vụ 6: Tổng hợp số liệu kỹ thuật và hoàn tất báo cáo đồ án tốt nghiệp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống nhúng điều khiển tự động hóa nhà thông minh, các chuẩn truyền thông dữ liệu công nghiệp/dân dụng (UART, SPI, Bluetooth, Ethernet TCP/IP), cảm biến sinh trắc học vân tay quang học, cảm biến môi trường và vi điều khiển ARM Cortex-M3.
• Phạm vi không gian: Mô hình nhà thông minh vật lý thu nhỏ, kiểm soát và điều khiển tối đa 10 tải tiêu thụ điện (đèn LED chiếu sáng và quạt làm mát).
• Phạm vi công nghệ và thiết bị:
  • 01 vi điều khiển trung tâm ARM STM32F103VET6 (tích hợp trên kit Firebull).
  • 01 kit vi điều khiển phụ trợ Arduino Uno R3 (ATmega328P).
  • 01 cảm biến quang học nhận dạng vân tay R305.
  • 01 cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11.
  • 01 module cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản.
  • 01 module truyền thông Bluetooth HC-05.
  • 01 module Ethernet ENC28J60 kèm cổng RJ45 HR911105A.
  • 01 màn hình cảm ứng điện trở TFT LCD 3.2 inch (IC điều khiển SSD1289 và IC cảm ứng ADS7843/XPT2046).
  • 01 IC giải mã âm thanh chuyên dụng VS1003.
  • Khối nguồn tích hợp hạ áp LM2596.
• Giới hạn kỹ thuật:
  • Do cơ chế trao đổi và cập nhật dữ liệu diễn ra liên tục giữa các module ngoại vi về bộ xử lý trung tâm, hệ thống có khả năng xuất hiện độ trễ (chậm trễ phản hồi).
  • Số lượng thiết bị điều khiển cố định ở mức 10 ngõ ra tải giả lập.
  • Hệ thống chỉ trang bị đơn lẻ 01 cảm biến vân tay tại cửa chính và 01 cảm biến nhiệt độ - độ ẩm trong không gian phòng.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và công nghệ sử dụng

1. Kiến trúc vi điều khiển ARM Cortex-M3 (STM32F103VET6): Bộ xử lý RISC 32-bit, tần số hoạt động 72 MHz, bộ nhớ Flash 512 KB, SRAM 64 KB, tích hợp khối quản lý ngắt lồng nhau NVIC (Nested Vectored Interrupt Controller) hỗ trợ xử lý ngắt ưu tiên động, bộ định thời SysTick 24-bit phục vụ lập lịch hệ thống thời gian thực, các bộ điều khiển truyền thông phần cứng (USART, SPI full-duplex 18 MHz tích hợp DMA và CRC8/CRC16).
2. Chuẩn truyền thông nối tiếp UART: Phương thức truyền dữ liệu không đồng bộ sử dụng khung truyền 10-bit (1 Start bit, 8 Data bit truyền từ LSB đến MSB, 1 Parity bit kiểm tra chẵn lẻ, 1 Stop bit) với các tốc độ baud chuẩn (9600 bps đến 115200 bps).
3. Chuẩn giao tiếp SPI: Giao thức truyền thông đồng bộ nối tiếp song công (Full-duplex) theo kiến trúc Master - Slave thông qua 4 đường tín hiệu SCK, MOSI, MISO và CS.
4. Chồng giao thức TCP/IP và Ethernet: Module ENC28J60 hoạt động ở tầng liên kết dữ liệu và tầng vật lý theo chuẩn IEEE 802.3 với băng thông 10 Mbps, cơ chế CSMA/CD xử lý xung đột gói tin; tầng giao vận sử dụng giao thức TCP đảm bảo việc phân mảnh, kiểm tra thứ tự và độ tin cậy của các gói tin dữ liệu điều khiển qua các cờ điều khiển URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN.
5. Nền tảng Android và giao thức Bluetooth: Hệ điều hành Android phát triển trên nền tảng nhân Linux; lập trình ứng dụng điều khiển bằng ngôn ngữ Java trên môi trường Android SDK/Android Studio; module Bluetooth HC-05 chuẩn Bluetooth V2.0+EDR hoạt động ở băng tần 2.4 GHz ISM, hỗ trợ tập lệnh AT để thiết lập cấu hình Master/Slave và bảo mật ghép nối mã PIN.
6. Nguyên lý cảm biến sinh trắc học và cảm biến môi trường:
   • Cảm biến R305: Thu thập 2 lần ảnh vân tay quang học, trích xuất đặc trưng và tổng hợp thành tệp mẫu 512 byte, thực hiện thuật toán so khớp 1:1 và 1:N trong bộ nhớ lưu trữ 256 mẫu.
   • Cảm biến DHT11: Giao tiếp chuẩn 1-Wire, quy trình bắt tay gồm tín hiệu Start xung thấp tối thiểu 18 ms từ vi điều khiển, cảm biến phản hồi xung thấp 80 µs kèm xung cao 80 µs, truyền chuỗi 5 byte dữ liệu (phần nguyên độ ẩm, thập phân độ ẩm, phần nguyên nhiệt độ, thập phân nhiệt độ, checksum).

Module / Linh kiện	Vi mạch chính / Bộ xử lý	Điện áp hoạt động	Chuẩn giao tiếp	Thông số kỹ thuật cốt lõi
Vi điều khiển chính	STM32F103VET6 (ARM Cortex-M3)	2.0V – 3.6V DC	JTAG, UART, SPI, I2C, CAN, USB	72 MHz, 512KB Flash, 64KB RAM, 80 chân I/O
Vi điều khiển phụ	ATmega328P (Arduino Uno R3)	5V DC (USB / Jack DC 7-12V)	UART, SPI, I2C	16 MHz, 32KB Flash, 2KB SRAM, 1KB EEPROM, 14 I/O Digital
Cảm biến vân tay	R305	3.6V – 6V DC	UART (mặc định 57600 bps), USB	Bộ nhớ 256 vân tay, thời gian lấy mẫu <0.5s, nhận diện <1s (1:1000)
Cảm biến nhiệt - ẩm	DHT11	3V – 5V DC	1-Wire Digital	Nhiệt độ 0–50°C (±2°C), Độ ẩm 20–95% RH (±5%), dòng tiêu thụ 2.5mA
Module Bluetooth	HC-05	3.3V DC (30mA)	UART (AT Command, SPP Profile)	Bluetooth V2.0+EDR, độ nhạy -80dBm, công suất phát +4dBm, dải nhiệt -20~75°C
Module Ethernet	ENC28J60	3.3V DC	SPI	25 MHz, bộ đệm gói tin, đầu nối RJ45 HR911105A tích hợp biến áp cách ly
Màn hình cảm ứng	TFT LCD 3.2" (SSD1289 + ADS7843)	3.3V DC (70–120mA)	16-bit Parallel (LCD) + SPI (Touch)	Độ phân giải 320x240 pixels, 65.536 màu, cảm ứng điện trở 4 dây
Giải mã âm thanh	VS1003	5V DC / 3.3V DC	SPI (SPI2 trên STM32)	Định dạng WMA, WAV, MIDI, P-MIDI, ngõ ra tai nghe stereo 30Ω
Hạ áp nguồn	LM2596	Vào 3–40V, Ra 1.23–35V	Switching DC-DC	Dòng ra cực đại 3A, tần số chuyển mạch 150kHz, hiệu suất 92%, công suất 15W

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và thiết kế kỹ thuật

• Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Thu thập và nghiên cứu tài liệu kỹ thuật (datasheet) của các linh kiện bán dẫn, IC vi điều khiển ARM Cortex-M3, cấu trúc khung truyền UART của cảm biến vân tay R305 và tập lệnh điều khiển AT của module Bluetooth HC-05.
• Phương pháp thiết kế phần cứng điện tử: Phân tách hệ thống thành các khối chức năng độc lập; tính toán sụt áp, dòng tải của từng khối; thiết kế sơ đồ nguyên lý (Schematic) và sơ đồ mạch in (PCB) trên phần mềm chuyên ngành.
• Phương pháp phát triển phần mềm nhúng và ứng dụng:
  • Lập trình firmware điều khiển thời gian thực cho ARM STM32 bằng ngôn ngữ C trên phần mềm Keil C4.
  • Lập trình giao diện điều khiển di động trên môi trường Android Studio bằng ngôn ngữ Java.
  • Thiết kế giao diện quản trị Web Server tĩnh/động bằng công cụ Adobe Dreamweaver và nhúng vào mã nguồn xử lý gói tin TCP của ENC28J60.
• Phương pháp thực nghiệm - kiểm thử chức năng: Lắp ráp mô hình vật lý, nạp chương trình, đo kiểm điện áp từng điểm nút nguồn, đánh giá khả năng phản hồi tín hiệu khi kích hoạt các cảm biến và điều khiển relay tải.

---

Thiết kế và triển khai

Kiến trúc hệ thống

Hệ thống được tổ chức theo cấu trúc phân tầng tập trung xoay quanh khối xử lý trung tâm STM32F103VET6:

• Khối nguồn: Nguồn tổ ong biến đổi điện lưới 220V AC thành 12V DC/10A cung cấp trực tiếp cho quạt làm mát. Đường nguồn 12V DC qua module giảm áp LM2596 hạ áp xuống 5V DC/3A cấp cho cảm biến DHT11, cảm biến vân tay R305, cảm biến hồng ngoại, IC VS1003 và kit Arduino Uno. Khối nguồn 3.3V DC được trích xuất từ mạch hạ áp tích hợp trên kit Firebull để cấp nguồn cho vi điều khiển ARM, module ENC28J60, module HC-05 và màn hình TFT LCD.
• Khối xử lý trung tâm: Tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến ngoại vi, giải mã chuỗi lệnh điều khiển từ module Bluetooth HC-05 (UART), module Ethernet ENC28J60 (SPI1), màn hình cảm ứng (SPI/16-bit Parallel) và giao tiếp mở rộng với Arduino Uno R3; xử lý logic đóng/ngắt các chân GPIO điều khiển khối công suất.
• Khối công suất và chấp hành: Sử dụng các transistor lưỡng cực C1815 để kích hoạt các kênh đóng ngắt đèn LED (3.3V, dòng 350mA) và transistor Darlington công suất TIP122 để đóng ngắt tải cảm ứng quạt điện 12V DC (dòng 150mA).
• Khối đa phương tiện và lưu trữ: Khe cắm thẻ nhớ SD giao tiếp qua chuẩn SPI kết hợp IC VS1003 giao tiếp qua bus SPI2 để đọc luồng dữ liệu âm thanh và giải mã ra ngõ cắm âm thanh stereo.

Triển khai phần mềm và thuật toán

1. Thuật toán kiểm soát an ninh vân tay (R305):
   • Lần đầu khởi tạo: Đăng ký và lưu mẫu vân tay của người chủ quản trị (Master fingerprint).
   • Chế độ vận hành thường trực: Cảm biến liên tục quét bề mặt tiếp xúc. Khi phát hiện ngón tay, hệ thống thực hiện thuật toán tìm kiếm 1:N trong bộ nhớ 256 mẫu.
   • Nếu dữ liệu trùng khớp: Vi điều khiển kích hoạt tín hiệu mở cửa và bật đèn LED báo hiệu.
   • Nếu dữ liệu không trùng khớp: Hệ thống phát tín hiệu cảnh báo ra còi bíp.
   • Chức năng quản trị: Việc bổ sung (Enroll) mẫu vân tay thành viên mới hoặc xóa toàn bộ (Clear Database) chỉ được vi điều khiển chấp thuận khi có sự xác nhận bằng vân tay của chủ quản trị.
2. Thuật toán lập lịch thời gian thực (RTC):
   • Sử dụng khối RTC tích hợp trên STM32F103VE để duy trì đồng hồ thời gian thực (giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng, năm).
   • Thiết lập bảng so sánh thời gian thực để kích hoạt trạng thái bật hoặc tắt các thiết bị ngoại vi theo các mốc thời gian và các thứ trong tuần được cài đặt từ giao diện màn hình TFT LCD hoặc Web server.
3. Giao tiếp Web nhúng (ENC28J60) và ứng dụng Android (HC-05):
   • Khối Web: Vi điều khiển lắng nghe cổng HTTP (Port 80), bóc tách gói tin TCP Request, gửi trả mã giao diện HTML chứa trạng thái thực của 10 thiết bị và biểu mẫu nhận lệnh điều khiển/hẹn giờ.
   • Khối Android: Ứng dụng Android kết nối Socket RFCOMM tới module HC-05 qua địa chỉ MAC; gửi các ký tự mã lệnh điều khiển qua cổng nối tiếp vô tuyến và nhận chuỗi dữ liệu chứa giá trị nhiệt độ, độ ẩm để cập nhật lên giao diện người dùng.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Đặt vấn đề

Chương này làm rõ tính cấp thiết của việc tự động hóa nhà ở trong thời đại công nghệ số. Tác giả phân tích tổng quan các hệ sinh thái Smart Home hiện hành, chỉ rõ nhược điểm về chi phí cao của các giải pháp thương mại. Từ đó, chương xác định mục tiêu thiết kế một hệ thống điều khiển đa kênh (Android, Web, màn hình cảm ứng tại chỗ), tích hợp an ninh sinh trắc học vân tay, kiểm soát nhiệt độ độ ẩm và phát nhạc giải trí. Chương cũng công bố các nội dung thực hiện, lịch trình gồm 15 tuần nghiên cứu và giới hạn kỹ thuật của đề tài (điều khiển 10 thiết bị, 1 cảm biến vân tay, 1 cảm biến nhiệt - ẩm).

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 cung cấp toàn bộ nền tảng lý thuyết và thông số kỹ thuật của các công nghệ phần cứng, phần mềm áp dụng:

• Định nghĩa khái niệm và 7 chức năng cơ bản của Smart Home (chiếu sáng, rèm cửa, an ninh báo cháy, điều hòa, âm thanh đa vùng, camera chuông hình, bảo vệ nguồn điện).
• Cấu trúc hệ điều hành Android, lịch sử phát triển từ phiên bản Android 1.5 Cupcake đến giai đoạn 2014-2016, nguyên lý lập trình Java trên Android Studio.
• Cấu trúc vi điều khiển ARM Cortex-M3 (STM32F103VET6), bảng thông số kỹ thuật, cấu tạo hệ thống ngắt NVIC, bộ định thời SysTick và các ngoại vi đa dụng.
• Phân tích nguyên lý truyền dữ liệu qua giao thức UART, cấu trúc Master-Slave và thanh ghi DMA/CRC trong chuẩn SPI, đặc tính sóng vô tuyến và tập lệnh AT của module Bluetooth HC-05.
• Cấu tạo và giản đồ thời gian giao tiếp 1-Wire của cảm biến DHT11; cấu trúc truyền thông và mức độ an ninh của cảm biến vân tay R305; nguyên lý cảm biến khoảng cách hồng ngoại.
• Cấu tạo màn hình cảm ứng màu TFT LCD 3.2 inch controller SSD1289 và IC giải mã cảm ứng ADS7843.
• Đặc tính điện áp của mạch giảm áp LM2596, thông số kỹ thuật kit Arduino Uno R3 và cấu tạo tầng mạng Ethernet, giao thức phân đoạn TCP/IP trên chip ENC28J60.

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Chương 3 tập trung giải bài toán thiết kế kỹ thuật:

• Thiết lập sơ đồ khối hệ thống gồm 10 khối chức năng: Xử lý trung tâm, Thu phát Bluetooth, Hiển thị TFT, Nhận dạng vân tay, Đo nhiệt độ - độ ẩm, Điều khiển qua Internet, Máy nghe nhạc, Khối công suất, Khối nguồn và Thiết bị ngoại vi.
• Tính toán lựa chọn nguồn: Nguồn chính tổ ong 220VAC/12VDC-10A cấp cho quạt; module LM2596 hạ áp xuống 5V-3A cấp cho cảm biến và IC phụ trợ; nguồn 3.3V từ kit ARM cấp cho STM32, ENC28J60 (dòng tiêu thụ đỉnh), HC-05 (30mA), màn hình TFT (70-120mA).
• Tính toán tầng đệm công suất: Sử dụng transistor C1815 điều khiển LED (3.3V, 350mA) và TIP122 điều khiển quạt (12V, 150mA).
• Thiết kế sơ đồ nguyên lý toàn mạch: Khối công suất tải, sơ đồ chân vi điều khiển ARM trên kit Firebull, khối ngoại vi dao động/reset/mở cửa, khối giao tiếp màn hình cảm ứng TFT và khối giao tiếp thẻ nhớ SD/giải mã âm thanh VS1003.

Chương 4: Thi công hệ thống

Trình bày chi tiết các giai đoạn hiện thực hóa thiết kế:

• Quy trình chế tạo bo mạch in (PCB) và hàn lắp linh kiện phần cứng cho khối công suất và khối đệm giao tiếp.
• Quy trình lắp ráp cơ khí, bố trí kit vi điều khiển ARM, Arduino, module nguồn tổ ong, module LM2596 và đấu nối dây dẫn tải vào khối công suất trong mô hình ngôi nhà hoàn thiện.
• Đóng gói màn hình cảm ứng TFT LCD 3.2 inch và module cảm biến vân tay R305 thành cụm điều khiển giao diện trung tâm.
• Lập trình firmware trên Keil C4 theo các lưu đồ giải thuật: Lưu đồ chương trình chính, lưu đồ bảo mật xác thực vân tay, lưu đồ giải mã lệnh điều khiển thiết bị, lưu đồ quét thời gian thực RTC để hẹn giờ và lưu đồ điều khiển đọc tệp MP3 từ thẻ nhớ.
• Lập trình ứng dụng Android trên Android Studio: Thiết kế các Activity kết nối Bluetooth (quét thiết bị, nhập mã PIN, thiết lập Socket SPP) và Activity điều khiển các nút nhấn trạng thái thiết bị.
• Thiết kế trang Web điều khiển và lập lịch thiết bị bằng Dreamweaver, nạp giao diện vào bộ nhớ Flash của STM32 để phục vụ yêu cầu HTTP từ trình duyệt.

Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá

Trình bày kết quả kiểm nghiệm thực tế trên mô hình phần cứng và phần mềm:

• Hệ thống thực thi hoàn chỉnh các chức năng: Đóng/mở cửa bằng xác thực vân tay R305 chính xác; đọc và hiển thị thông số nhiệt độ, độ ẩm môi trường từ DHT11; cảnh báo còi khi nhiệt độ vượt ngưỡng; phát âm thanh các tệp nhạc định dạng MP3/WAV từ thẻ nhớ qua chip VS1003.
• Điều khiển đóng ngắt thành công 10 thiết bị ngoại vi độc lập thông qua cả 3 phương thức: Chạm trực tiếp trên màn hình TFT LCD 3.2 inch, thao tác qua ứng dụng Android trên điện thoại (kết nối Bluetooth HC-05) và thao tác qua trình duyệt Web (kết nối cáp mạng LAN Ethernet ENC28J60).
• Chức năng hẹn giờ theo lịch biểu các thứ trong tuần hoạt động chính xác dựa trên đồng hồ thời gian thực RTC của STM32.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

• Đánh giá toàn bộ khối lượng công việc hoàn thành so với mục tiêu ban đầu tại Bản nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp.
• Khẳng định tính khả thi của mô hình nhà thông minh chi phí thấp ứng dụng vi điều khiển ARM STM32 kết hợp các chuẩn giao tiếp không dây và có dây.
• Đề xuất các phương hướng nâng cấp hệ thống phần cứng và thuật toán trong tương lai.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

1. Phần cứng: Chế tạo thành công mô hình nhà thông minh tích hợp bộ điều khiển trung tâm ARM STM32F103VET6, khối nguồn hạ áp LM2596, khối công suất transistor (C1815, TIP122), cụm cảm biến vân tay R305, cảm biến DHT11, cảm biến hồng ngoại, module ENC28J60, module Bluetooth HC-05, IC âm thanh VS1003 và màn hình cảm ứng màu TFT LCD 3.2 inch.
2. Khả năng điều khiển đa nền tảng:
   • Điều khiển tại chỗ: Màn hình TFT 320x240 pixels phản hồi thao tác chạm qua IC cảm ứng ADS7843.
   • Điều khiển không dây cự ly gần: Ứng dụng Android kết nối ổn định với module Bluetooth HC-05 (băng tần 2.4 GHz, tốc độ 38400 bps, mã PIN "1234").
   • Điều khiển mạng diện rộng: Web server nhúng qua module ENC28J60 xử lý các gói tin TCP/IP, cho phép truy cập điều khiển 10 thiết bị và cài đặt lịch biểu bật/tắt từ máy tính.
3. An ninh sinh trắc học và an toàn môi trường:
   • Bảo mật cửa chính bằng vân tay với cơ chế phân quyền: Mẫu vân tay quản trị kiểm soát việc thêm/xóa 256 mẫu vân tay thành viên; nhận dạng mở cửa nhanh (<1s), phát tín hiệu còi bíp khi vân tay không hợp lệ.
   • Đo đạc chính xác thông số nhiệt độ (0-50°C) và độ ẩm (20-95% RH) từ DHT11, truyền dữ liệu lên màn hình và kích hoạt tín hiệu báo cháy khi nhiệt độ tăng cao bất thường.
4. Giải trí đa phương tiện: Đọc và giải mã dữ liệu âm thanh trực tiếp từ thẻ nhớ SD qua chuẩn giao tiếp SPI2 của chip VS1003.

Giải pháp và kiến nghị đề xuất

• Tối ưu hóa phân bổ nguồn: Tách biệt đường cấp nguồn cho tải công suất cao (quạt 12V) và tải điều khiển logic (5V/3.3V) thông qua mạch nguồn switching LM2596 nhằm triệt tiêu hiện tượng sụt áp và nhiễu sóng khi đóng ngắt thiết bị.
• Kết hợp đa phương thức điều khiển: Tích hợp đồng thời cả mạng có dây (Ethernet LAN), không dây tầm ngắn (Bluetooth) và giao diện cảm ứng tại chỗ nhằm đảm bảo tính liên tục của hệ thống điều khiển khi một trong các kênh truyền gặp sự cố.

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

Tác giả đã hiện thực hóa thành công một hệ thống nhà thông minh tích hợp đa chức năng (an ninh sinh trắc học, giám sát môi trường, điều khiển tải dân dụng, lập lịch RTC và giải trí âm thanh) trên nền tảng vi điều khiển 32-bit ARM Cortex-M3 (STM32F103VET6) thay vì các dòng vi điều khiển 8-bit truyền thống, làm chủ kỹ thuật lập trình nhúng phần cứng thời gian thực song song với lập trình ứng dụng Android và Web Server.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của hệ thống

• Hiện tượng trễ dữ liệu: Do hệ thống phải liên tục xử lý và truyền nhận dữ liệu qua nhiều giao thức đồng thời (UART cảm biến vân tay, UART Bluetooth, SPI Ethernet, SPI LCD, SPI VS1003), tại một số thời điểm có thể xuất hiện độ trễ trong việc cập nhật trạng thái thiết bị lên giao diện.
• Số lượng tải giới hạn: Hệ thống phần cứng mạch công suất mới chỉ thiết kế đáp ứng cho 10 thiết bị ngoại vi giả lập (đèn LED và quạt DC).
• Phạm vi cảm biến: Mới chỉ bố trí 01 vị trí cảm biến vân tay ở cửa vào và 01 điểm đo nhiệt độ - độ ẩm DHT11, chưa bao phủ toàn diện các phòng chức năng.
• Phạm vi kết nối Bluetooth: Module HC-05 chỉ đáp ứng điều khiển trong phạm vi không dây cự ly ngắn (dưới 10 mét).

Hướng nghiên cứu tiếp

• Nâng cấp phần cứng vi điều khiển và tối ưu hóa thuật toán xử lý ngắt/DMA để giải quyết triệt để độ trễ truyền thông khi hệ thống mở rộng nhiều cảm biến.
• Mở rộng số lượng kênh điều khiển công suất tải lớn (Relay/Triac) để đáp ứng các thiết bị gia dụng công suất cao trong thực tế.
• Tích hợp thêm các module cảm biến an ninh chuyên sâu như cảm biến phát hiện rò rỉ khí gas, cảm biến khói, hệ thống camera giám sát IP và module truyền thông GSM/GPRS để gửi tin nhắn cảnh báo khẩn cấp qua mạng viễn thông.
• Phát triển giao thức kết nối Internet diện rộng thông qua công nghệ đám mây (Cloud Server) hoặc máy chủ trung gian để điều khiển thiết bị qua mạng 3G/4G/5G khi người dùng ở ngoài mạng nội bộ LAN.

---

Giá trị tham khảo

Đối tượng sử dụng phù hợp

• Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông, Điện tử Công nghiệp, Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Công nghệ Thông tin (chuyên ngành Hệ thống nhúng và IoT): Tài liệu tham khảo toàn diện cho đồ án tốt nghiệp, khóa luận tốt nghiệp hoặc tiểu luận môn học về nhà thông minh và hệ thống nhúng.
• Kỹ sư phát triển phần cứng và firmware IoT: Tham khảo giải pháp kết nối ghép tầng vi điều khiển 32-bit STM32 với các module ngoại vi Ethernet (ENC28J60), Bluetooth (HC-05), giải mã âm thanh (VS1003) và màn hình cảm ứng TFT LCD.

Các phần nội dung có giá trị tham khảo cao

• Chương 2 & Chương 3 (Thiết kế phần cứng và sơ đồ nguyên lý): Bảng thông số linh kiện, cách tính toán khối nguồn DC-DC, sơ đồ nguyên lý ghép nối vi điều khiển STM32F103VET6 với các chuẩn bus SPI, UART và thiết kế tầng kích công suất dùng transistor C1815/TIP122.
• Chương 4 (Thuật toán và lưu đồ chương trình): Các lưu đồ giải thuật chi tiết về quy trình quét và quản lý thư viện vân tay R305, lưu đồ đọc cảm biến 1-Wire DHT11, giải thuật lập lịch RTC và cách xây dựng ứng dụng Android Studio giao tiếp Bluetooth Serial qua lệnh AT.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng vi điều khiển nào làm bộ xử lý trung tâm và cấu hình phần cứng ra sao?

Hệ thống sử dụng vi điều khiển 32-bit ARM Cortex-M3 mã hiệu STM32F103VET6 (tích hợp trên kit Firebull). Vi điều khiển này hoạt động ở tần số xung nhịp 72 MHz, sở hữu bộ nhớ chương trình Flash 512 KB, bộ nhớ RAM 64 KB, 80 chân I/O đa dụng, tích hợp bộ quản lý ngắt NVIC, bộ định thời SysTick 24-bit và hỗ trợ các khối giao tiếp ngoại vi phần cứng như USART, SPI, I2C, CAN, USB.

2. Quy trình xác thực và quản lý vân tay trên cảm biến R305 được thực hiện như thế nào?

Cảm biến R305 kết nối với vi điều khiển qua cổng UART với tốc độ baud mặc định 57600 bps. Ở lần khởi động đầu tiên, hệ thống yêu cầu lấy mẫu vân tay của người chủ (Master). Trong quá trình vận hành, hệ thống liên tục so khớp 1:N với cơ sở dữ liệu (tối đa 256 mẫu). Nếu đúng vân tay, vi điều khiển kích hoạt mở cửa và bật đèn; nếu sai, còi sẽ phát tiếng bíp. Các thao tác thêm dấu vân tay mới hoặc xóa toàn bộ bộ nhớ bắt buộc phải có sự xác nhận vân tay của người chủ quản trị.

3. Hệ thống có thể được điều khiển qua những giao diện nào và giới hạn số lượng thiết bị là bao nhiêu?

Hệ thống hỗ trợ 3 phương thức điều khiển:

1. Trực tiếp tại chỗ thông qua màn hình cảm ứng TFT LCD 3.2 inch (320x240 pixels) gắn trên tủ điều khiển.
2. Không dây tầm ngắn thông qua ứng dụng di động trên hệ điều hành Android (kết nối Bluetooth HC-05).
3. Qua mạng Internet/nội bộ thông qua giao diện Web nhúng trên nền module Ethernet ENC28J60. Hệ thống được thiết kế điều khiển tối đa 10 thiết bị ngoại vi trong nhà (mô phỏng bằng hệ thống đèn LED và quạt điện DC).

4. Khối nguồn của hệ thống được tính toán và phân phối điện áp như thế nào?

Hệ thống sử dụng nguồn tổ ong chuyển đổi điện lưới 220V AC thành nguồn 12V DC/10A cấp cho quạt làm mát. Nguồn 12V DC này đi qua module chuyển đổi DC-DC LM2596 để giảm áp xuống mức 5V DC/3A (hiệu suất 92%) nhằm cấp nguồn cho cảm biến DHT11, cảm biến vân tay R305, cảm biến hồng ngoại, IC giải mã VS1003 và kit Arduino Uno R3. Nguồn điện áp 3.3V DC được lấy từ mạch điều áp trên kit ARM STM32F103VET6 để cấp cho vi điều khiển chính, màn hình TFT LCD (dòng 70-120mA), module Bluetooth HC-05 (30mA) và module Ethernet ENC28J60.

5. Cảm biến DHT11 truyền dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm về vi điều khiển theo cơ chế nào?

Cảm biến DHT11 sử dụng chuẩn giao tiếp 1-Wire qua 1 chân Data duy nhất. Vi điều khiển gửi tín hiệu Start bằng cách kéo chân Data xuống mức 0 trong khoảng thời gian lớn hơn 18 ms rồi kéo lên mức 1. DHT11 phản hồi bằng cách kéo chân Data xuống mức thấp trong 80 µs rồi đưa lên mức cao trong 80 µs. Sau đó, DHT11 truyền chuỗi dữ liệu gồm 5 byte: Byte 1 (phần nguyên độ ẩm RH), Byte 2 (phần thập phân độ ẩm), Byte 3 (phần nguyên nhiệt độ TC), Byte 4 (phần thập phân nhiệt độ), và Byte 5 (byte kiểm tra checksum = tổng 4 byte trước). Dải đo độ ẩm từ 20% đến 95% (sai số ±5%), dải đo nhiệt độ từ 0°C đến 50°C (sai số ±2°C).

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu và phát triển hệ thống nhà thông minh" của sinh viên Đào Bá Nam và Hồ Phúc Nguyên (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã thiết kế và thi công thành công một mô hình nhà thông minh hoàn chỉnh dựa trên vi điều khiển 32-bit ARM STM32F103VET6. Hệ thống giải quyết hiệu quả bài toán tích hợp đa giao thức điều khiển (màn hình cảm ứng TFT LCD, ứng dụng Android qua Bluetooth và Web server qua Ethernet) cùng các tính năng an ninh sinh trắc học vân tay R305, giám sát môi trường DHT11, báo cháy, hẹn giờ thời gian thực RTC và phát nhạc MP3 qua chip VS1003. Kết quả thực nghiệm khẳng định tính đúng đắn của sơ đồ thiết kế phần cứng, giải thuật lập trình nhúng và cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cao cho các nghiên cứu ứng dụng IoT và tự động hóa dân dụng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.  Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương này trình các vấn đề giới thiệu về hệ điều hành Android, phần mềm Android Studio, giới về vi điều khiển ARM STM32F103VE, giới thiệu về các kiểu truyền dữ liệu qua Bluetooth và UART. Sau đó là giới thiệu các loại cảm biến  Chương 3: Thiết kế và tính toán.

Chương này trình các vấn đề: thiết kế sơ đồ khối, tính toán các khối trong mạch. Thiết kế sơ đồ nguyên lý và vẽ mạch PCB.  Chương 4: Thi công hệ thống. Chương này trình bày thi công bo mạch, đóng gói, lập trình.

 Chương 5: Kết quả nhận xét và đánh giá. Chương này trình bày các kết quả đạt được sau quá trình thi công, đánh giá chất lượng của hệ thống có đúng với yêu cầu không.  Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. Chương này trình bày kết luận hệ thống có đạt yêu cầu hay không và đưa ra hướng phát triển thêm cho hệ thống.

SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN 3 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 2.1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH 2.1 Định nghĩa về 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. Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo lịch. Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau. Một ngôi nhà thông minh thường có các chức năng:  Điều khiển chiếu sáng  Điều khiển mành, rèm, cửa cổng  Hệ thống an ninh, báo động, báo cháy  Điều khiển điều hòa, máy lạnh  Hệ thống Âm thanh đa vùng  Camera, chuông hình  Hệ thống bảo vệ nguồn điện 2.2 Ưu điểm Nhà thông minh sử dụng các thiết bị và công nghệ tự động hóa, thông minh, giúp cho cuộc sống con người nhàn hạ, tiện nghi, an toàn hơn trong sinh hoạt hằng ngày.

Không chỉ điều khiển được trong phạm vi ngôi nhà, công nghệ này còn cho phép tích hợp điều khiển qua điện thoại, internet hay PDA. Vì vậy, mọi sinh hoạt có thể được kiểm soát dù bạn đang ở công sở hay ngoài đường.2 GIỚI THIỆU HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 2.1 Tổng quan Android là hệ điều hành chạy trên điện thoại di động, máy tính bảng và notebooks (và hiện nay là cả trên một số đầu phát HD, HD Player, TV) được phát triển bởi Google SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN 4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP dựa trên nền tảng Linux và các phần mềm nguồn mở. Trước đây, Android được phát triển bởi công ty liên hợp Android (sau đó được Google mua lại vào năm 2005). Sự ra mắt của Android vào ngày 5 tháng 11 năm 2007 gắn với sự thành lập của liên minh thiết bị cầm tay mã nguồn mở với tên gọi OHA (Open Handset Alliance) bao gồm 78 công ty phần cứng, phần mềm và viễn thông nhằm mục đính tạo nên một chuẩn mở cho điện thoại di động trong tương lai.

Andorid được phát triển nhằm cạnh tranh với các hệ điều hành di động khác như iOS (Apple), BlackBerry OS, Windows Mobile (Microsoft), Symbian (Nokia), Samsung (Bada), WebOS (Palm). Giao diện người dùng của Android dựa trên nguyên tắc tác động trực tiếp, sử dụng cảm ứng chạm tương tự như những động tác ngoài đời thực như vuốt, chạm, kéo dãn và thu lại để xử lý các đối tượng trên màn hình. Android có một cộng đồng phát triển ứng dụng rất lớn, hiện có khoảng 800.000 ứng dụng có sẵn cho Android (6/2014) và đang liên tục được cập nhật. Ứng dụng được phát triển bằng ngôn ngữ Java kết hợp với thư viện Java có sẵn của Google.

Ưu điểm:  Là hệ điều hành có mã nguồn mở nên khả năng tuỳ biến cao, có thể tùy ý chỉnh sửa mà không có sự can thiệp hay cấm cản từ Google.  Đa dạng sản phẩm, rất nhiều hãng điện thoại, thiết bị công nghệ đã ưu ái chọn Android cho thiết bị của họ, giá cả thì hợp lý từ bình dân đến cao cấp.  Kho ứng dụng Google Play Store đồ sộ.  Thân thiện và dễ sử dụng.

 Khả năng đa nhiệm, chạy cùng lúc nhiều ứng dụng cao. Nhược điểm:  Dễ nhiễm phần mềm độc hại và virus. Do tính chất mã nguồn mở, nhiều phần mềm không được kiểm soát có chất lượng không tốt hoặc lỗi bảo mật vẫn được sử dụng.  Kho ứng dụng quá nhiều dẫn đến khó kiểm soát chất lượng, thiếu các ứng dụng thật sự tốt.

SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN 5 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Cập nhật không tự động với tất cả thiết bị. Khi một phiên bản hệ điều hành mới ra mắt, không phải tất cả sản phẩm đều được cập nhật, thậm chí nếu muốn trải nghiệm bạn thường xuyên phải mua mới thiết bị.2 Lịch sử phát triển Tháng 7 năm 2005, Google mua lại Android, Inc., một công ty nhỏ mới thành lập có trụ sở ở Palo Alto, California, Mỹ. Những nhà đồng sáng lập của Android chuyển sang làm việc tại Google gồm có Andy Rubin (đồng sáng lập công ty Danger), Rich Miner (đồng sáng lập công ty Wildfire Communications), Nick Sears (từng là phó chủ tịch của T-Mobile), và Chris White (trưởng nhóm thiết kế và phát triển giao diện tại WebTV). Dù những người thành lập và nhân viên đều là những người có tiếng tăm, Tổng công ty Android hoạt động một cách âm thầm, chỉ tiết lộ rằng họ đang làm phần mềm dành cho điện thoại di động.

Chiếc điện thoại chạy Android đầu tiên được bán ra là HTC Dream, phát hành ngày 22 tháng 10 năm 2008. Biểu trưng của hệ điều hành Android mới là một con robot màu xanh lá cây do hãng thiết kế Irina Blok tại California vẽ. Từ năm 2008, Android đã trải qua nhiều lần cập nhật để dần dần cải tiến hệ điều hành, bổ sung các tính năng mới và sửa các lỗi trong những lần phát hành trước. Mỗi bản nâng cấp được đặt tên lần lượt theo thứ tự bảng chữ cái, theo tên của một món ăn tráng miệng; ví dụ như phiên bản 1.5 Cupcake (bánh bông lan nhỏ có kem) tiếp nối bằng phiên bản 1.1: Biểu tượng của các phiên bản Android SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.3 Cơ sở lập trình Hiện nay lập trình Android được dựa trên nền tảng Java.

Ngoài ra cần bộ công cụ phát triển ứng dụng Android SDK để bắt đầu học lập trình Android. Có rất nhiều các công cụ cho phép tiến hành lập trình Android như Android Studio, Eclipse, NetBean…Ở trong đề tài này, nhóm chúng em sử dụng Android Studio để lập trình Android.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG Thiết bị đầu vào như màn cảm ứng, cảm biến vân tay R305, cảm biến nhiêt độ độ ẩm DHT11 Thiết bị đầu ra như led, GLCD, quạt, đèn, C1815, Tip 122 Thiết bị điều khiển trung tâm vi điều khiển ARM stm32f103ve Các chuẩn truyền dữ liệu UART, Bluetooth, Ethernet Thiết bị lưu trữ bộ nhớ RAM, thẻ nhớ. Thiết bị thời gian thực IC đồng hồ thời gian thực. Thiết bị giao diện điều khiển điện thoại, máy tính, màn hình kit Firebull.

Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 Cấu tạo: DHT11 là cảm biến đô nhiệt độ, độ ẩm. Có cấu tạo gồm 4 chân và giap tiếp theo kiểu 1 dây.2: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN 7 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Chân Pin 1: VCC  Chân Pin 2: data  Chân Pin 3: NC (not conected). Chân này không sử dụng  Chân Pin 4: GND Thông số kỹ thuật:  Nguồn 3-5V DC  Dòng sử dụng là 2.5mA  Đo độ ẩm: 20%-95%  Đo nhiệt độ: 0-50°C  Sai số độ ẩm: ± 5%  Sai số nhiệt độ: ± 2˚C  Tần số tối đa 1Hz Nguyên lý hoạt động: Để giao tiếp với DHT11 ta cần thực hiện các bước sau:  Gửi tín hiệu muốn đo (Start) đến DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại.  Khi đã giao tiếp với DHT11 cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt đô, độ ẩm đo được.

Bước 1: gửi tín hiệu Start: Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động của DHT11 SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN 8 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vi điều khiển thiết lập chân data là chân output, sau đó kéo chân data xuống mức 0 trong khoảng thời gian > 18ms. Khi đó DHT11 sẽ hiểu là muốn đo nhiệt độ độ ẩm. Sau đó đưa chân data lên mức 1 và thiết lập lại chân đầu vào. Sau khoảng thời gian 20-40ms, DHT11 sẽ kéo chân data xuống mức thấp.

nếu > 40ms mà không éo xuống mức thấp nghĩa là không giao tiếp được với DHT11. Chân data sẽ ở mức thấp 80ms sau đó được kéo lên mức cao trong 80ms. Bằng cách giám sát chân data có thể biết có giao tiếp với DHT11 không. Nếu tín hiệu DHT11 lên cao là đã giao tiếp thành công.

Bước 2: đọc giá trị tren DHT11: DHT11 trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte:  Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH %)  Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH %)  Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC)  Byte 4: giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC)  Byte 5: kiểm tra tổng b. Cảm biến vân tay R305 Cấu tạo: Cảm biến vân tay R305 dùng để nhận diện dấu vân tay. Có thể giao thiếp theo 2 chuẩn uart và USB với vi điều khiển.4: Cảm biến vân tay R305 SVTH: ĐÀO BÁ NAM-HỒ PHÚC NGUYÊN 9 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trong đề tài nhóm chúng em giao tiếp theo chuẩn uart:  Dây xanh dương(TX) nối với RX của vi điều khiển  Dây xanh lá(RX) nối với TX của vi điều khiển  Dây đen nối GND  Dây đỏ nối VCC Thông số kỹ thuật: Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của cảm biến vân tay R305 Nguồn DC 3.6-6V Chuẩn truyền UART, USB Dòng làm việc 100-150mA Chế độ so sánh 1:1 và 1:N kiểm tra Tốc độ baud (9600*N)bps, Kích thước tập tin 256 bytes N=1~12 (mặc đinh N=6) Thời gian lấy vân <0.