CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài đồ án: Em chọn “Thiết kế, chế tạo, điều khiển, giám sát các module trong nhà thông minh ” làm đề tài đồ án tốt nghiệp vì những lý do sau đây: Thứ nhất, nhà thông minh đang là xu hướng phổ biến trên thế giới khi hỗ trợ tiết kiệm thời gian và công sức nhờ áp dụng công nghệ hiện đại. Tại Việt Nam, công nghệ này cũng ngày càng được lòng người dùng và trở thành lựa chọn ưu tiên. Thứ hai, em có thể áp dụng được nhiều kiến thức đã được học vào đề tài như kiến thức lập trình vi điều khiển, kiến thức về các cảm biến chuyển động thân nhiệt, khói, khí gas, lửa.
hoặc kiến thức về giao tiếp giữa 2 vi điều khiển, …Đây cũng là cơ hội để em tìm hiểu thêm kiến thức mới, rèn luyện tính tự chủ và tinh thần trách nhiệm trong công việc. Thứ ba, dưới sự phổ biến của công nghệ nhà thông minh hiện nay, thì nhu cầu tìm hiểu và phát triển càng trở nên cấp thiết. Cuối cùng, với mục đích tạo ra được những thiết bị điều khiển với những tính năng cơ bản, áp dụng được cho chính ngôi nhà của mình đã tạo thêm động lực thúc đẩy cho em thực hiện đề tài này. Mục tiêu của đề tài: Hiểu rõ đặc điểm, tính năng và cấu trúc của ngôi nhà thông minh.
Nắm vững những tính năng của hệ thống chiếu sáng, hệ thống báo cháy, báo trộm. trong nhà thông minh. Thiết kế và gia công thiết bị điều khiển ngôi nhà với những tính năng cơ bản sau: - Có khả năng bật, tắt các thiết bị trong nhà bằng tay hoặc tự động theo các kịch bản. - Đọc và xử lý tín hiệu từ các cảm biến.
- Cập nhật thời gian thực, hẹn giờ. - Có thể điều khiển, giám sát từ xa bằng điện thoại kết nối mạng Internet. Xây dựng mô hình ngôi nhà để có thể vận hành thử nghiệm thiết bị điều khiển trên. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Phạm vi của nhà thông minh rất rộng, từ cơ sở hạ tầng cho đến các chức năng, chế độ hoạt động.
Trong đồ án tập trung nghiên cứu thiết kế hệ thống bật tắt các thiết bị trong nhà theo kịch bản, báo trộm, báo rò khí gas, hẹn giờ. Điều khiển, giám sát từ xa thông qua Internet. Ý nghĩa của đề tài: 1 Là tài liệu hữu ích cho những ai mới bắt đầu tìm hiểu về hệ thống nhà thông minh. Đặc biệt là tài liệu tham khảo cho những ai muốn tự thiết kế, chế tạo một thiết bị điều khiển ngôi nhà với những tính năng cơ bản.
2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tổng quan về nhà thông minh: 2. Giới thiệu: Nhà thông minh là một hệ thống các thiết bị tự động hóa thông minh được sắp xếp một các hợp lí, tùy thuộc vào thối quen sinh hoạt và nhu cầu cá nhân mà tự điều phối sao cho đúng với mong muốn của người dùng. Có thể hiểu theo cách khác là hệ thống nhà thông minh là mạng lưới các thiết bị được liên kết với nhau thông qua bộ điều khiển trung tâm, các thiết bị có thể kết hợp với nhau tạo ra một ngữ cảnh được lập trình trước.
Ngoài ra, các thiết bị còn được điều khiển, giám sát từ xa rất tiện lợi. Hệ thống rất có ích cho người lớn tuổi, người tàn tật, và những người sống qui tắc. Nguyên tắc hoạt động của nhà thông minh Mạng lưới các thiết bị điện tử kết nối với nhau và hoạt động theo một kịch bản được hiểu là nhà thông minh giúp tạo nên môi trường sống hiện đại, an toàn, tiết kiệm cho con người. Một hệ thống nhà thông minh gần có bộ điều khiển trung tâm có chức năng vận hành giám sát các thiết bị trong nhà.
Tất cả chúng được kết nối với nhau qua internet (zigbee, MQTT). Người sử dụng sử dụng điện thoại, laptop, máy tính bảng để điều khiển vào giám sát hệ thống ở bất kì đâu thông qua Home Server. Các thành phần cơ bản của nhà thông minh 2. Hệ thống quản lý chiếu sáng: Bao gồm các thiết bị phát sáng như đèn huỳnh quang, đèn sợi đốt, đèn ngủ, đèn trang trí,…Áng sáng trong nhà rất quan trọng nếu điều phối ánh sáng không hợp lí sẽ gây ra nhiều sự khó chịu, cũng như gây ra lãng phí năng lượng và giảm độ bền của thiết bị, với nhiều công tắt gây cho người dùng bất tiện.
Vì vậy nếu kết hợp với các hệ thống khác thì hệ thống phát sáng sẽ giúp người dùng thuận tiện hơn, và điều khiển dễ dàng giúp tối ưu hóa được tính tự động hóa của nhà. Hệ thống kiểm soát ra vào: Việc trộm cướp là điều rất quan trọng nên kiểm soát các hệ thống ra vào cũng trở nên cần thiết. Ngôi nhà thông minh sẽ cung cấp hệ thống kiểm soát ra vào chặt chẻ bằng cách cho đăng nhập vào nhà dành các thành viên trong gia đình và người thân. Có rất nhiều cửa thông minh lắp vân tay, thẻ, nhận diện khuôn mặt,… 2.
Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc: Hệ thống này sẽ giúp người dùng biết được người ra vào, giúp quan sát, kiểm soát được an ninh ngôi nhà, giúp nhận diện được kẻ xấu qua thiết bị giám sát (camera). Hệ thống giải trí đa phương tiện: Cung cấp hệ thống giải trí đa phương tiện phục vụ cho mọi độ tuổi 2. Hệ thống quản lý tiêu thụ năng lượng: Hệ thống nhà thông minh, có bộ điều khiển trung tâm điều phối các thiết bị tiết kiệm năng lượng một cách tối đa. Hệ thống cảm biến và báo động: Bất kì ngôi nhà nào điều quan tâm nhất cũng là việc phát hiện sự cố để kịp thời xử lí.
Hệ thống cảm biến và báo động giúp người dùng an tâm hơn, bảo vệ ngôi nhà khi có sự thay đổi thất thường. Hệ thống kiểm soát môi trường: Sức khỏe của con người phụ thuộc rất nhiều vào môi trường sống. Hệ thống kiểm soát môi trường sẽ đảm bảo không khí trong ngôi nhà trong lành bằng cách kiểm soát máy lạnh, quạt gió,… 2. Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái: Hệ thống này giúp người dùng giao tiếp với thiết bị cung cấp trạng thái của thiết bị cũng nhận là nhận lệnh điều khiển từ người dùng.
Hệ thống xử lý trung tâm, điều khiển, giám sát từ xa: Giám sát và điều khiển từ xa là một tính năng quan trọng để biến ngôi nhà thành ngôi nhà thông minh. Toàn bộ những thiết bị hoặc sự thay đổi của ngôi nhà đều được giám sát cũng như điều khiển thông qua bộ điều khiển trung tâm. Nó có vai trò rất quan trọng giúp kết nối liên kế tất cả các thiết bị lại với nhau, điều phối kịch bản của ngôi nhà một cách nhịp nhàng 2. Tiêu chuẩn của nhà thông minh Tự động hóa ngôi nhà.
Bộ xử lí trung tâm sẽ phân tích các thông tin từ cảm biến thu thập của ngôi nhà từ độ ẩm, nhiệt độ, khói, khí gas,. Từ những kết quả phân tích đó sẽ điều khiển các thiết bị cho phù hợp nhất đồng thời cũng có các tính năng tắt/mở thiết bị như đèn, rèm, máy lạnh tự động. Bảo vệ ngôi nhà đảm bảo sự an toàn cho người sử dụng. Phụ vụ cho con người về nhiều mặt như thẩm mỹ, tạo cảm giác thoải mái, giúp cải thiện chất lượng cuộc sống.
Tiết kiệm được thời gian, công sức. Điều khiển và giám sát từ xa 4 2. Xu hướng phát triển nhà thông minh 2. Xu hướng phát triển nhà thông minh thế giới Ngày nay nhà thông minh trên thế giới rất phát triển do thời đại công nghệ 4.0 và công nghệ IOT đang là một thì trường tiềm năng.
Tất cả các hãng công nghệ lớn như Goolge, Amazon, Apple, và Samsung đều đang tìm cách chiếm lĩnh thị trường Smart Home này. Đối với những hãng công nghệ lớn thì việc chiếm lĩnh và làm chủ hệ sinh thái của một xu hướng mới là vô cùng quan trọng; việc này có ý nghĩa sống còn với họ [4].1: Hệ sinh thái nhà thông minh trên thế giới. Về cơ bản thì các ông lớn đều muốn kiểm soát và chi phối hệ sinh thái Smart Home, tuy vậy, mỗi hãng có những động thái và chiến lược khác nhau, chúng ta sẽ xem xét chiến lược (cho tới thời điểm này) của bốn hãng lớn: Google, Amazon, Samsung, và Appe [4]. Google Google đầu tư rất nhiều vào các công nghệ liên quan đến lĩnh vực IoT nói chung và smart home nói riêng: Google beacon platform, Brillo & Weave, OnHub Router, Google Cloud IoT… Hình 2.2: Bộ điều nhiệt Nest.
Thiết bị điều hòa thông minh của Nest đã được thị trường đón nhận rất tốt khi ra đời do có thiết kế đẹp mắt, tính năng thông minh tự học được thói quen của người dùng giúp tiết kiệm điện năng đến 15% [4]. 5 Samsung Samsung cũng rất quan tâm đến thị trường Smart Home, một phần là thị trường thiết bị smartphone đang chững lại, Samsung tuy là nhà sản xuất thiết bị lớn nhưng không làm chủ được hệ sinh thái di động (mobile ecosystem), về phần mềm Samsung phụ thuộc vào Android của Google, về phần cứng các hãng Trung Quốc càng ngày càng cạnh tranh khốc liệt. Samsung tiến vào thị trường Smart Home bằng cách mua lại công ty SmartThings với giá 200 triệu USD (Google mua Nest với giá 3,2 tỷ USD) [4].3: Giao diện SmartThings SmartThings bán một bộ hub điều khiển trung tâm (smart-home controller); thế mạnh của thiết bị này là có thể giao tiếp với rất nhiều các thiết bị thông minh có trên thị trường qua các chuẩn giao tiếp (không dây) khác nhau. SmartThings cũng có một chương trình "Works with SmartThings” để chứng nhận các thiết bị tương thích với hệ thống này.[4] Apple Apple bước vào thị trường Smart Home có một lợi thế là có nền tảng di động iPhone, với phiên bản iOS 9, Apple đưa ra chuẩn HomeKit để kết nối các thiết bị thông minh trong nhà với hệ điều hành iOS và điện thoại iPhone.
Người dùng có thể dùng hệ thống nhận dạng giọng nói Siri trên iPhone để điều khiển các thiết bị trong nhà; một thành tố quan trọng trong bài toán chiếm lĩnh thị trường Smart Home của Apple đó là Apple TV; thiết bị này sẽ hoạt động như một bộ điều khiển trung tâm để kết nối với các thiết bị khác trong gia đình. Apple đã bán được hơn 25 triệu sản phẩm Apple TV cho tới nay[4].4: Điều khiển nhà thông minh qua điện thoại Có thể nói sau iPhone và iPad, Apple vẫn chưa đưa ra được một thiết bị nào có tính cách mạng; do vậy Smart Home có thể sẽ là một thị trường Apple mà Apple nhắm tới để đưa ra sản phẩm có tính đột phá [4].