Mở đầu ➢ Chương 2: Tổng quan Smarthome ➢ Chương 3: Tổng quan mạng Zigbee ➢ Chương 4: Cơ sở lý thuyết ➢ Chương 5: Mô hình thực tế ➢ Chương 6: Kết quả đồ án ➢ Chương 7: Kết luận và hướng phát triển đề tài 8 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Lưu Hoàng CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN SMARTHOME 1. Giới thiệu smarthome Nhà thông minh (tên tiếng anh là home automation, smart home hoặc là Intellhome) là kiểu nhà được lắp thiết bị điện – điện tử có tác dụng tự động hóa hoàn toàn hoặc bán tự động, thay thế con người trong việc thực hiện một số thao tác quản lý, điều khiển. Hệ thống điện tử này giao tiếp với chủ nhân nhà thông qua bảng điện tử, phần mềm điện thoại di động, máy tính bảng hoặc một trang web.
Hệ thống ngôi nhà thông minh phải đáp ứng được nhu cầu phục vụ được cuộc sống hiện tại và tiện nghi nhất. Tất cả các hệ thống nhà thông minh đều hương tới một tiêu chuẩn nhất định như: − Tự động hóa hoạt động của ngôi nhà. − Đảm bào an ninh và an toàn cho ngôi nhà. − Đem lại sự thoải mái cho người sử dụng.
− Tăng hiệu suất hệ thống và giảm điện năng tiêu thụ. Lịch sử phát triển Lịch sử ra đời của Nhà thông minh có thể bắt đầu vào những năm 1901 với sự ra đời của thiết bị gia dụng. − 1901 – 1920 Việc phát minh ra thiết bị gia dụng là một thành tựu đáng kinh ngạc vào đầu thế kỉ XX, kỷ nguyên của thiết bị gia dụng bắt đầu với sự ra đời của máy hút bụi bằng động cơ đầu tiên vào năm 1901. Vào năm 1907, một chiếc máy hút bụi chân không thông minh và thực tế hơn đã được phát minh, trong 2 thập kỉ tủ lạnh, máy giặt, máy sấy quần áo, bàn ủi, máy nướng bánh mỳ và rất rất nhiều các thiết bị khác được phát minh và ứng dụng vào cuộc sống.
Đây thực sự là một khoảng thời gian tuyệt vời với sự hỗ trợ đắc lực của công nghệ vào cuộc sống. − 1991 Gerontechnology kết hợp giữa công nghệ sinh dưỡng và công nghệ và làm cho cuộc sống của người già dễ dàng hơn. Trong những năm 1990, đã có rất nhiều nghiên cứu và công nghệ mới trong lĩnh vực này. − 1998 – Đầu những năm 2000 Ngôi nhà thông minh hoặc nhà tự động hóa được điều khiển từ xa thông qua việc sử dụng các loại sóng không dây bắt đầu gia tăng phổ biến vào đầu những năm 2000.
Như vậy, các công nghệ thông minh khác nhau bắt đầu xuất hiện. Các ngôi nhà thông minh đột nhiên trở thành một lựa chọn hợp lý hơn và trở thành công nghệ 9 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Lưu Hoàng khả thi để ứng dụng trong thực tế đối với người tiêu dùng. Các sản phẩm công nghệ phục vụ cho nhà thông minh bắt đầu xuất hiện trên các kệ hàng và trong không gian sống của rất nhiều hộ gia đình.
− Ngày nay, Nhà thông minh có nhiều hơn các tính năng về tiện ích, an toàn và phù hợp với xu thế môi trường sống Xanh bằng việc quản lý hợp lý nguồn năng lượng và tránh lãng phí khi không cần thiết, cảnh báo và tấn công đối tượng khi có sự xâm nhập trái phép nhằm bảo vệ an toàn cho ngôi nhà và gia chủ (dù có người ở nhà hay không). Các xu hướng hiện tại trong Nhà thông minh tự động bao gồm điều khiển thiết bị điện từ xa, thiết lập hoạt động tự động cho hệ thống thiết bị, điều chỉnh nhiệt tự động, bảo vệ an ninh – an toàn, gửi cảnh báo bằng văn bản và cuộc gọi thông qua hệ thống giám sát từ xa. Lợi ích của smarthome Với những tính năng công nghệ vượt trội, nhà thông minh đã giúp ích rất nhiều cho cuộc sống, làm giảm bớt khối lượng công việc cho con người. Với nhà thông minh, gia chủ có thể kiểm soát ngôi nhà của mình một cách dễ dàng hơn.
Bên cạnh đó, nhà thông minh còn có một số công dụng khác như: − Tiết kiệm điện năng bởi bạn sẽ không còn phải lo việc quên tắt các thiết bị điện khi ra khỏi nhà. − Điều khiển chiếu sáng (tắt/bật, cường độ, màu sắc…) − Điều khiển đóng/ mở rèm, cửa ra vào, cổng. − Điều khiển điều hòa bình nóng lạnh, thiết bị điện tử, máy lọc không khí, robot hút bụi. − Điều khiển hệ thống âm thanh đa vùng.
− Hệ thống an ninh, báo động, báo cháy, quản lý hệ thống camera, chuông cửa màn hình. − Kiểm soát chống trộm nhờ những camera chất lượng cao kết nối trực tiếp với điện thoại, giúp nhanh chóng phát hiện sự bất thường trong căn nhà. 10 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Lưu Hoàng CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN MẠNG ZIGBEE 1.
Khái quát về Zigbee WPAN là mạng vô tuyến cá nhân. Nhóm này bao gồm các công nghệ vô tuyến có vùng phụ nhỏ tấm vài mét tối đa. Các công nghệ này phục vụ mục đích nối kết các thiết bị ngoại vi như máy in, bàn phím, chuột, đĩa cứng, khóa USB, đồng hồ, …với điện thoại di động, máy tính. Các công nghệ trong nhóm này gồm: Bluetooth, VVibree, Zigbee… Zigbee là tập hợp các giao thức giao tiếp mạng không dây khoảng cách ngắn có tốc độ truyền dữ liệu thấp.
các thiết bị không dây dựa trên chuẩn Zigbee hoạt động trên 3 dãy tần số 868MHz (cho khu vực châu âu và nhật), 915MHz (ở khu vực Bắc Mỹ), 2. Mạng Zigbee được hình thành năm 1998 khi các kỹ sư công nghệ nhận thấy wifi và Bluetooth không thích hợp với nhiều ứng dụng. tháng 5 năm 2003, tiêu chuẩn IEEE 802.4 được hoàn thành. Tháng 10 năm 2004, liên minh Zigbee ra đời.
đây là hiệp hội các công ty làm việc cùng nhau đê cho chép và kiểm soát các sản phẩm mạng không dây tốc độ thấp, chi phí thấ, ít tiêu hoa năng lượng và có tính bảo mật cao. Là một tổ chức độc lập và hợp tác phi lợi nhuận. nó tạo ra các tiêu chuẩn kỹ thuật cho Zigbee, cấp các chứng nhận, phát triển thương hiệu, thị trường. Các phiên bản Zigbee lần lượt ra đời: − 11/12/200 phiên bản đầu tiên ra đời Zigbee 2004.
Cũng trong thời điểm này điện thoại igbee đầu tiên trên thế giới được giới thiệu các tính năng điều khiển ác thiết bị điện gia dụng, theo dõi nhiệt độ, độ ẩm và hệ thống báo động. − 12/2006 Zigbee 2006 ra đời. − 2007 Zigbee pro ra đời với những tính năng vượt trội hơn. Các tính năng • Sử dụng đơn giản, giá thành hợp lý, tiết kiệm năng lượng.
Thiết bị được sản xuất phù hợp cho tất cả người sử dụng tự lắp đặt hay các nhà tích hợp hệ thống chuyên nghiệp. tối ưu hóa năng lượng, giảm hao phí điện năng khi sử dụng. • Dễ dàng điều khiển. 11 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths.
Lưu Hoàng Công nghệ không dây làm giảm chi phí và những rắc rối của mạng có dây truyền thông. Sử dụng tần số quốc tế 2.4 Ghz dễ lắp đặt và sử dụng. Tính năng điều khiển tự động hoặc bán tự động, giải thoát sức lao động của con người. Kết nối internet cho phép điều khiển từ xa.
Tự lắp đặt, tự cài đặt dễ dàng. Dễ dàng lắp đặt cảm biến không dây để giám sát an ninh ngôi nhà. Nhận thông báo tức thì khi có sự kiện bất thường xảy ra. Hệ thông không dây được mã hóa đặc biệt, đảm bảo chỉ duy nhất chủ nhà có khả năng điều khiển hệ thống.
• Liên kết hoạt động. Tích hợp điều khiển và giám sát cấc phân hệ điện của ngôi nhà cũng như các hệ an ninh… Các ứng dụng được xây dựng ở dạng module do đó người sử dụng chỉ cần mua những thiết bị mà mình cần. Có thể kết hợp sử dụng ngiều sản phẩm mà không cần quan tâm đến nhà sản xuất có thể làm việc với mạng Zigbee khác. Các dạng mạng lưới trong Zigbee Zigbee có 3 dạng hình được hỗ trợ là dạng hình sao, dạng hình lưới và dạng hình cây.
Mỗi dạng đều có ưu điểm và nhược điểm riêng và được sử dụng tùy vào trường hợp Mạng hình sao(star) Mạng hình cây(cluster) Mạng hình lưới(mesh) Hình 3.1: Các mô hình mạng Zigbee • Với mạng hình sao (star network): các nút con sẽ liên kết với nút chủ ở vị trí trung tâm. • Với mạng hình cây (cluster network): là một bản mở rộng của hình lưới và có thể phủ song và mở rộng cao hơn. • Với mạng hình lưới (mesh netwwok): mạng này có độ tin cậy cao, mỗi nút 12 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Lưu Hoàng trong mạng lưới đều có khả năng liên kết với các nút khác nhau, cho phép tín hiệu truyền liên tục trong mạng và bền vững.
Nếu có sự cản trở thì hệ thống sẽ tự nhảy sang nút khác. So sánh Zigbee với Bluetooth, Wifi Zigbee Wifi Bluetooth Tần số 868MHz, 915MHz, 2.4GHz Data rate 20-250 Kbps 1-100Mbps 1-3 Mbps Khoảng cách 10-100m 30-100m 2-10m Zigbee cho phép truyền thông tin tới nhiều thiết bị cùng lúc(mesh network) thay vì có 2 sản phẩm tương tác với nhau như Bluetooth và Wibree. Phạm vi hoạt động của Zigbee đang được cải tiến từ 75 mét lên đến vài trăm mét. Công nghệ này đòi hỏi năng lượng thấp hơn Bluetooth, nhưng tốc độ chỉ đạt 256 kb/giây, đồng thời Zigbee sử dụng rộng hơn trong các mạng mắt lưới rộng hơn là sử dụng công nghệ Bluetooth.
Phạm vi hoạt động của nó có thể đạt từ 10 – 75 m trong khi đó Bluetooth chỉ có 10m trong trương hợp không có khuếch đại. Ứng dụng của Zigbee Nhà thông minh: Công nghệ Zigbee chứng tỏ là công nghệ đáng tin cậy nhất trong việc hiện thực hóa tự động hóa nhà (Smarthome). Các ứng dụng khác nhau như kiểm soát và giám sát mức tiêu thụ năng lượng, quản lý nước, kiểm soát ánh sáng… đã được thực hiện dễ dàng hơn thông qua tự động hóa bằng công nghệ Zigbee. Tự động hóa: Các thiết bị RFID dựa trên Zigbee giúp cung cấp quản lý truy cập đáng tin cậy trong các ngành công nghiệp.
Các ứng dụng khác trong các ngành công nghiệp bao gồm kiểm soát quá trình, quản lý năng lượng, theo dõi nhân sự… 13 SVTH: Nguyễn Hùng Long - Trịnh Xuân Hùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Lưu Hoàng CHƯƠNG 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT A. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 1. Kit Arduino UNO R3 Arduino Uno là một bo mạch vi điều khiển dựa trên chip Atmega328.
Nó có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu.