Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghệ thông tin và mạng Internet phát triển mạnh mẽ của cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0, nhu cầu tự động hóa và điều khiển các thiết bị dân dụng từ xa ngày càng trở nên phổ biến. Người dùng có xu hướng chuyển dịch từ việc tác động cơ học trực tiếp sang giám sát và điều khiển tập trung thông qua các giao diện thông minh. Đồng thời, thực tế ghi nhận nhiều vụ tai nạn cháy nổ tại các khu dân cư gây thiệt hại nghiêm trọng về tính mạng và tài sản, đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc tích hợp hệ thống phát hiện và cảnh báo sớm nguy cơ hỏa hoạn với thời gian đáp ứng tức thời.

Đề tài "Phát triển phần cứng và phần mềm cho thiết bị điều khiển nhà thông minh" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Tuấn Minh và Nguyễn Văn Bảo (chuyên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Khoa Cơ điện tử, Trường Cơ khí – Đại học Bách khoa Hà Nội) dưới sự hướng dẫn của TS. Dương Văn Lạc. Đề tài tập trung giải quyết bài toán xây dựng hệ thống nhúng đa chức năng phục vụ quản lý không gian sống và cảnh báo an toàn.

Mục tiêu cụ thể của đề tài bao gồm:

  1. Thiết kế hệ thống kiểm soát ra vào tại cửa, lưu trữ lịch sử các lượt truy cập, hỗ trợ đóng/mở cửa và điều khiển đèn chiếu sáng lối vào.
  2. Thiết kế hệ thống giám sát môi trường tại các phòng/tầng, thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển đóng ngắt thiết bị điện 220V và phát hiện cháy.
  3. Thiết kế bộ điều khiển trung tâm giữ vai trò cổng kết nối (gateway), quản lý, lưu trữ cơ sở dữ liệu và phát tín hiệu báo động khẩn cấp đến người dùng khi có sự cố.
  4. Xây dựng ứng dụng điều khiển đa nền tảng thông qua màn hình cảm ứng gắn tại phòng khách và giao diện web trên thiết bị di động.

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân chia thành ba nhóm:

  • Thiết kế cơ khí: Tính toán kết cấu, thiết kế vỏ hộp bảo vệ bằng phần mềm mô hình hóa và gia công hoàn thiện không gian lắp ráp linh kiện.
  • Thiết kế mạch điều khiển: Xác định số lượng đầu vào/ra (I/O), kiểm tra tính tương thích giữa các vi xử lý và ngoại vi; chọn lựa cảm biến khói, cảm biến nhiệt/ẩm, module sinh trắc học vân tay, module viễn thông; thiết kế mạch nguồn và xây dựng sơ đồ đấu nối hoàn chỉnh.
  • Thiết kế phần mềm điều khiển: Lựa chọn giao thức mạng không dây, hệ điều hành thời gian thực; lập trình xử lý tín hiệu cảm biến; xây dựng cơ sở dữ liệu và giao diện điều khiển nhằm đảm bảo thời gian phát tín hiệu cảnh báo hỏa hoạn là ngắn nhất.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phần cứng nhúng, mạng truyền thông không dây nội bộ, thuật toán điều khiển và phần mềm giao diện giám sát nhà thông minh.
  • Phạm vi thực nghiệm: Mô hình nhà ở thực nghiệm quy mô gồm một khu vực cửa ra vào và hai phòng ngủ; điều khiển phụ tải điện sinh hoạt 220V; truyền thông không dây qua mạng Wi-Fi và mạng thông tin di động GSM/GPRS.
  • Thời gian thực hiện: Từ ngày 06/10/2022 đến ngày 01/03/2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án áp dụng phương pháp thiết kế đồng thời phần cứng và phần mềm (Hardware/Software Co-design), kết hợp giữa lý thuyết hệ thống nhúng phân tán, mạng truyền thông vạn vật (IoT) và thực nghiệm kiểm chứng trên mô hình vật lý.

Khung lý thuyết và công nghệ nền tảng

  • Hệ điều hành thời gian thực (RTOS): Hệ thống sử dụng FreeRTOS tích hợp trên framework ESP-IDF để quản lý đa nhiệm, ưu tiên xử lý các tác vụ quan trọng theo thời gian thực (như đọc cảm biến khói và ngắt khẩn cấp). Cơ chế lập lịch (Scheduler) điều phối tác vụ qua 3 trạng thái (Ready to run, Running, Blocked) và sử dụng các công cụ đồng bộ hóa liên tác vụ (Semaphores, Event flags, Message queues).
  • Giao thức truyền thông MQTT (ISO/IEC 20922): Hoạt động trên nền tảng TCP/IP theo mô hình Publish/Subscribe (Xuất bản/Đăng ký) với băng thông nhẹ. Hệ thống hỗ trợ 3 mức chất lượng dịch vụ (QoS 0, QoS 1, QoS 2) và kiến trúc MQTT Bridge kết nối liên thông giữa các Broker nhằm tối ưu hóa đường truyền dữ liệu trạng thái và lệnh điều khiển.
  • Giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ (UART): Sử dụng 2 đường truyền tín hiệu độc lập Tx (Transmitter) và Rx (Receiver), hỗ trợ các tốc độ baud chuẩn từ 9600 bps đến 1500000 bps với cấu trúc khung truyền bao gồm Start bit, Data frame (5-9 bit), Parity bit (chẵn/lẻ) và Stop bit (1-2 bit).
  • Hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQLite: Cơ sở dữ liệu quan hệ dạng tệp tin nhúng, tuân thủ nguyên tắc ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability), không yêu cầu cấu hình server-client phức tạp, hoạt động ổn định trên hệ thống nhúng Linux.

Nguồn dữ liệu và thiết bị phần cứng

Toàn bộ dữ liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp từ hệ thống linh kiện, cảm biến và vi xử lý đã được lắp ráp:

Nhóm chức năng Tên linh kiện / Module Thông số kỹ thuật chính
Bộ xử lý trung tâm Raspberry Pi 4B SoC Broadcom BCM2711, 4 nhân Cortex-A72 64-bit 1.5 GHz, RAM LPDDR4, Wi-Fi 2.4/5.0 GHz, Bluetooth 5.0
Khối vi điều khiển nhánh ESP32 Vi điều khiển 32-bit dual-core (160–240 MHz), 520 KB SRAM, hỗ trợ Wi-Fi 802.11 b/g/n, Bluetooth/BLE, tích hợp RTOS
Cảm biến khói/khí gas MQ2 Cảm biến bán dẫn oxit kim loại ($SnO_2/Al_2O_3$), dải điện áp 3.3V–5V, công suất < 800 mW, dải đo 200–10000 ppm (LPG, khói, CO, methane)
Cảm biến môi trường DHT22 Dải đo nhiệt độ -40°C đến 80°C (±0.5°C), dải độ ẩm 0–100% RH (±2–5%), điện áp 3V–5V, tần số lấy mẫu 0.5 Hz
Khối sinh trắc học AS608 Kiến trúc ARM Cortex-M 32-bit (144 MHz), 512 KB Flash, lưu trữ tối đa 162 vân tay, giao tiếp UART, thời gian nhận dạng < 1s
Cơ cấu khóa cửa Chốt từ LY-03 Vật liệu thép không gỉ, cơ chế thường đóng (solenoid), điện áp 12 VDC, công suất 0.6 W, dòng kích 1A
Khối cảnh báo viễn thông SIM800A Băng tần kép GSM 900/1800 MHz, điện áp 4.7–5V, hỗ trợ thoại, SMS và GPRS, điều khiển qua tập lệnh AT qua giao tiếp UART
Khối chấp hành công suất Module Relay 2 kênh Đóng ngắt tiếp điểm tối đa 250 VAC – 10A, điện áp kích 5V mức thấp (Active Low)
Khối hiển thị & nhập liệu LCD1602 (I2C) & Keypad 4x4 Màn hình ký tự giao tiếp 2 dây SDA/SCL; ma trận phím cơ học quét 8 chân I/O

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo kiến trúc điều khiển phân tán gồm ba khối chức năng liên kết với nhau qua mạng không dây:

[Khối kiểm soát cửa: ESP32] <---MQTT/Wi-Fi---> [Bộ điều khiển trung tâm: Raspberry Pi 4] <---MQTT/Wi-Fi---> [Khối các phòng: ESP32]
  - Bàn phím 4x4 & LCD1602                       - SQLite Database Server                                 - Cảm biến MQ2 & DHT22
  - Cảm biến vân tay AS608                       - Màn hình 7 inch (Qt C++)                               - Module Relay tải 220V
  - Chốt khóa từ LY-03                           - Module SIM800A (Báo cháy)                              - Còi báo động tại chỗ
                                                 - Node-RED Web Dashboard

1. Thiết kế phần cứng và cơ khí

  • Khối điều khiển trung tâm: Raspberry Pi 4B đảm nhiệm vai trò MQTT Broker, HTTP Server và SQLite Database. Khối tích hợp màn hình cảm ứng 7 inch phục vụ thao tác tại chỗ và module SIM800A kết nối qua chân UART để gọi điện, gửi tin nhắn SMS khi phát hiện sự cố.
  • Khối kiểm soát cửa vào/ra: Sử dụng vi điều khiển ESP32 giao tiếp với cảm biến vân tay AS608 qua UART, nhận tín hiệu từ bàn phím ma trận 4x4, hiển thị trạng thái qua LCD1602 (module chuyển đổi I2C giúp giảm số chân I/O từ 8 xuống 2 chân) và đóng ngắt chốt điện từ LY-03 qua mạch relay.
  • Khối kiểm soát các phòng: Vi điều khiển ESP32 tiếp nhận tín hiệu số từ chân $D_0$ và tín hiệu tương tự từ chân $A_0$ của cảm biến MQ2 để phát hiện nồng độ khói/khí gas; đọc dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm từ DHT22 theo chuẩn truyền thông 1-wire; điều khiển 2 kênh relay đóng ngắt các thiết bị điện 220V thông qua nút nhấn cơ học hoặc lệnh truyền từ hệ thống.
  • Kết cấu vỏ hộp: Các chi tiết vỏ bao che của khối điều khiển phòng, khối khóa cửa và khối trung tâm được thiết kế mô hình 3D trên phần mềm SolidWorks và gia công bằng công nghệ in 3D.

2. Thiết kế phần mềm và cấu trúc dữ liệu

Hệ thống sử dụng cơ sở dữ liệu SQLite với cấu trúc 3 bảng dữ liệu chính:

  • Bảng User: Lưu trữ danh sách người dùng gồm trường name (Khóa chính - Primary Key, kiểu chuỗi) và id (Mã định danh vị trí mẫu vân tay cấp từ module AS608).
  • Bảng Password: Lưu trữ chuỗi mã pin mật khẩu số hiện hành của cửa.
  • Bảng DoorOpenCounter: Lưu trữ nhật ký truy cập gồm các trường name (tên người mở hoặc ghi nhận chuỗi "Password" nếu mở bằng phím số), id (mã ID vân tay tương ứng), time (thời gian mở) và date (ngày tháng năm).

3. Quy trình vận hành và luồng dữ liệu

  • Khởi tạo hệ thống: Khi cấp nguồn, Raspberry Pi 4 tự động đồng bộ mật khẩu hiện hành và số lượng ID vân tay đã đăng ký trong cơ sở dữ liệu SQLite xuống vi điều khiển ESP32 khối cửa qua giao thức MQTT để đảm bảo tính nhất quán dữ liệu.
  • Đăng ký tài khoản mới: Người dùng nhập tên trên giao diện Qt; hệ thống kiểm tra tính duy nhất trong bảng User. Nếu hợp lệ, lệnh rq được xuất bản lên chủ đề (topic) Account. ESP32 kích hoạt module AS608 yêu cầu quét vân tay 2 lần vào 2 vùng đệm để so sánh độ trùng khớp, sau đó ghi vào bộ nhớ Flash và trả về mã ID để lưu vào cơ sở dữ liệu.
  • Mở cửa và ghi nhận lịch sử: Người dùng mở cửa bằng mã PIN hoặc quét vân tay hợp lệ. ESP32 gửi thông điệp xác thực lên topic DoorOpenCounter. Ứng dụng trung tâm tự động trích xuất thời gian hệ thống và cập nhật vào bảng DoorOpenCounter.
  • Giám sát môi trường và thiết bị: Định kỳ dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm và trạng thái relay được ESP32 gửi lên các topic Floor1 và Floor2 để cập nhật lên giao diện người dùng.
  • Quy trình xử lý báo cháy khẩn cấp: Khi cảm biến MQ2 vượt ngưỡng cài đặt, chân $D_0$ kích hoạt ngắt phần cứng trên ESP32. ESP32 lập tức kích hoạt còi hú tại chỗ và xuất bản cảnh báo lên topic Fire. Ứng dụng Qt trên Raspberry Pi 4 lập tức hiển thị màn hình cảnh báo đỏ, phát âm thanh cảnh báo bằng giọng nói, đồng thời gửi tập lệnh AT qua cổng UART yêu cầu module SIM800A thực hiện cuộc gọi khẩn cấp và gửi tin nhắn SMS chứa vị trí phòng bị cháy trực tiếp tới số điện thoại của chủ nhà.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan đề tài

Chương 1 trình bày bối cảnh phát triển của nhà thông minh gắn liền với sự bùng nổ của IoT. Tác giả phân tích tính cấp thiết của việc bảo vệ an toàn cháy nổ tại các hộ gia đình và đưa ra các yêu cầu kỹ thuật: tính năng điều khiển không dây, khả năng phản hồi tức thời của hệ thống cảnh báo cháy, tính bảo mật trong kiểm soát truy cập và khả năng đóng ngắt phụ tải điện 220V. Chương này xác định các nhiệm vụ cụ thể về thiết kế cơ khí, thiết kế mạch điện tử và lập trình phần mềm, đồng thời giới thiệu phạm vi ứng dụng mô hình thực nghiệm quy mô gồm 1 khối cửa và 2 phòng ngủ.

Chương 2. Tổng quan về hệ thống và các công nghệ sử dụng trong hệ thống nhà thông minh

Chương 2 mô tả sơ đồ kiến trúc tổng quát của hệ thống điều khiển đa tầng, cơ chế truyền thông hai chiều giữa phần cứng và phần mềm. Nội dung chương đi sâu vào phân tích đặc tính kỹ thuật của hai bộ xử lý trung tâm là ESP32 và Raspberry Pi 4B; phân loại hệ điều hành thời gian thực RTOS (Hard, Soft, Firm RTOS) cùng các cơ chế lập lịch, quản lý tài nguyên; phân tích nguyên lý giao thức MQTT (mô hình Pub/Sub, các mức QoS, cơ chế bảo mật kết nối và MQTT Bridge); giải thích chi tiết cấu trúc gói tin, phương pháp kiểm tra lỗi parity và quá trình truyền/nhận dữ liệu của giao tiếp nối tiếp UART.

Chương 3. Thiết kế hệ thống phần cứng cho nhà thông minh

Chương 3 tập trung thuyết minh nguyên lý cấu tạo, thông số hoạt động và phương thức kết nối của từng linh kiện phần cứng:

  • Nguyên lý cảm biến bán dẫn MQ2 dựa trên sự giải phóng điện tử trong lớp màng $SnO_2$ khi tiếp xúc khí cháy ở nhiệt độ cao.
  • Thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT22, rơ le công suất 220V, ma trận phím số 4x4, LCD1602 kết hợp I2C.
  • Đặc tính module vân tay AS608 với khả năng lưu giữ 162 mẫu vân tay trong bộ nhớ Flash không bị xóa khi mất nguồn.
  • Cơ cấu chốt điện từ LY-03 (12VDC) và module truyền thông viễn thông SIM800A điều khiển bằng tập lệnh AT qua UART.
  • Trình bày sơ đồ nguyên lý mạch điện cho khối điều khiển trung tâm, khối khóa cửa, khối điều khiển phòng và hình ảnh kết cấu vỏ hộp in 3D hoàn chỉnh sau khi lắp ráp.

Chương 4. Xây dựng hệ thống phần mềm điều khiển nhà thông minh

Chương 4 thuyết minh chi tiết quá trình lập trình hệ thống:

  • Thiết kế cơ sở dữ liệu quan hệ SQLite gồm 3 bảng (User, Password, DoorOpenCounter) đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu theo chuẩn ACID.
  • Lưu đồ thuật toán và giải thuật chi tiết cho 7 quy trình hoạt động: khởi tạo hệ thống, đăng ký tài khoản vân tay hai bước, quy trình đóng/mở cửa và ghi nhận lịch sử ra vào, tra cứu nhật ký, thay đổi mã PIN, truyền nhận dữ liệu trạng thái phòng và quy trình ngắt khẩn cấp khi phát hiện hỏa hoạn.
  • Xây dựng giao diện ứng dụng trung tâm bằng Qt Creator và C++ chạy trên hệ điều hành Linux (Raspberry Pi OS) hiển thị trực quan các menu điều khiển phòng, quản lý khóa cửa và cảnh báo cháy.
  • Thiết kế giao diện Dashboard thứ hai trên nền tảng web mã nguồn mở Node-RED, cho phép người dùng điều khiển thiết bị qua điện thoại thông minh và máy tính bảng trong cùng mạng cục bộ.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả đạt được

  • Về phần cứng: Chế tạo thành công 4 cụm thiết bị phần cứng hoàn chỉnh được đóng vỏ bảo vệ in 3D thẩm mỹ: 01 bộ điều khiển trung tâm (tích hợp Raspberry Pi 4B, màn hình cảm ứng 7 inch, module SIM800A), 01 bộ kiểm soát cửa (ESP32, vân tay AS608, phím ma trận 4x4, LCD1602, khóa LY-03), và 02 bộ điều khiển phòng (ESP32, cảm biến MQ2, DHT22, còi báo động, rơ le tải 220V).
  • Về phần mềm và cơ sở dữ liệu:
    • Triển khai thành công cơ sở dữ liệu SQLite lưu trữ an toàn danh sách người dùng, mật khẩu và toàn bộ lịch sử thời gian vào/ra.
    • Xây dựng giao diện phần mềm bằng Qt Creator/C++ trên nền Linux vận hành mượt mà, phản hồi đầy đủ các thao tác đóng ngắt thiết bị, thêm vân tay và đổi mật khẩu.
    • Xây dựng giao diện web Node-RED hỗ trợ điều khiển và giám sát trạng thái môi trường từ xa qua mạng Wi-Fi.
  • Về tính năng cảnh báo an toàn: Hệ thống đạt khả năng xử lý cảnh báo cháy đa kênh: kích hoạt còi hú tại phòng xảy ra sự cố, hiển thị cảnh báo đỏ và phát âm thanh trên màn hình trung tâm, đồng thời tự động gọi điện và gửi tin nhắn SMS cảnh báo vị trí cháy đến số điện thoại người dùng thông qua mạng GSM mà không phụ thuộc vào kết nối Internet.

2. Đóng góp của đề tài

  • Ứng dụng thành công hệ điều hành thời gian thực FreeRTOS trên vi điều khiển ESP32 kết hợp với giao thức truyền thông nhẹ MQTT, tối ưu hóa độ trễ truyền dữ liệu và đảm bảo thời gian phát hiện - cảnh báo sự cố cháy nổ đạt mức gần như tức thời.
  • Xây dựng giải pháp an ninh cửa tích hợp đa phương thức xác thực (mã số PIN kết hợp cảm biến sinh trắc học vân tay có bộ nhớ Flash độc lập), kết hợp cơ chế tự động đồng bộ hóa dữ liệu với máy chủ trung tâm khi mất nguồn điện.
  • Đề xuất mô hình hệ thống nhúng phân tán chi phí thấp, tận dụng các công nghệ mã nguồn mở (ESP-IDF, SQLite, Qt C++, Node-RED) có khả năng ứng dụng thực tế trong điều kiện kinh tế và hạ tầng kỹ thuật tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Tính năng quay số khẩn cấp tự động tới cơ quan chức năng (tổng đài 114) chưa thể triển khai thực tế do chưa có cơ chế kết nối pháp lý và kỹ thuật chính thức với Cục Cảnh sát Phòng cháy, chữa cháy và Cứu nạn, cứu hộ; hiện tại chỉ giới hạn gọi và nhắn tin về số điện thoại cá nhân của chủ nhà.
    • Hệ thống mới dừng lại ở quy mô mô hình thực nghiệm với 1 cụm cửa và 2 cụm phòng, chưa tích hợp đo lường và thống kê công suất tiêu thụ điện năng chi tiết của các thiết bị.
  • Hướng phát triển:
    • Mở rộng kiến trúc mạng để quản lý số lượng lớn module phụ tải tiêu thụ điện trong các công trình có quy mô nhiều tầng và nhiều phòng chức năng.
    • Tích hợp công nghệ truyền thông không dây năng lượng thấp Bluetooth Low Energy (BLE) vào các nút cảm biến nhằm tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng và kéo dài thời gian sử dụng nguồn pin.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Máy tính, Điện tử - Viễn thông và Công nghệ Thông tin: Tham khảo phương pháp thiết kế hệ thống IoT phân tán, kỹ thuật lập trình FreeRTOS trên dòng vi điều khiển ESP32, cấu hình truyền thông MQTT QoS và kỹ thuật giao tiếp nối tiếp UART với module SIM.
  • Người nghiên cứu và phát triển sản phẩm Smart Home: Tham khảo tài liệu thiết kế cơ sở dữ liệu nhúng với SQLite, quy trình xử lý ngắt cảnh báo cháy, giải pháp thiết kế giao diện kép kết hợp giữa Qt C++ (màn hình cảm ứng nhúng) và Node-RED (web server).
  • Phần đáng tham khảo nhất: Chương 3 (tính toán, lựa chọn thông số linh kiện và sơ đồ nguyên lý mạch điện chi tiết) và Chương 4 (lưu đồ giải thuật 7 quy trình vận hành và phương pháp đồng bộ dữ liệu giữa broker với các node vi điều khiển).

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng những vi xử lý nào và phân chia nhiệm vụ ra sao?
Hệ thống sử dụng máy tính nhúng Raspberry Pi 4B (SoC 4 nhân Cortex-A72 1.5 GHz) làm bộ điều khiển trung tâm kiêm MQTT Broker, Web Server và Database Server. Các nút điều khiển tại cửa và các phòng sử dụng vi điều khiển 32-bit ESP32 chạy hệ điều hành thời gian thực FreeRTOS để giao tiếp cảm biến, cơ cấu chấp hành và truyền dữ liệu không dây về trung tâm.

2. Cơ chế xử lý và phát tín hiệu cảnh báo cháy diễn ra như thế nào khi phát hiện có khói?
Khi nồng độ khói/khí gas vượt ngưỡng, cảm biến MQ2 kích hoạt chân $D_0$ mức thấp về vi điều khiển ESP32. ESP32 lập tức kích hoạt còi báo động tại chỗ và gửi thông điệp lên topic Fire của MQTT Broker. Ứng dụng Qt trên Raspberry Pi 4 nhận tín hiệu, hiển thị màn hình cảnh báo, phát âm thanh bằng giọng nói, đồng thời điều khiển module SIM800A qua lệnh UART AT để gọi điện và gửi tin nhắn SMS ghi rõ phòng xảy ra sự cố trực tiếp đến điện thoại chủ nhà.

3. Khi xảy ra sự cố mất điện, dữ liệu vân tay và nhật ký mở cửa có bị mất không?
Không. Dữ liệu vân tay được lưu trực tiếp trên bộ nhớ Flash 512 KB của module AS608 nên hoàn toàn không bị xóa khi mất nguồn. Dữ liệu tài khoản và nhật ký ra vào được lưu trữ trong tệp cơ sở dữ liệu SQLite trên thẻ nhớ của Raspberry Pi 4 theo nguyên tắc giao dịch ACID, tự động đồng bộ lại với các node ESP32 ngay khi hệ thống được cấp nguồn trở lại.

4. Khối kiểm soát cửa ra vào hỗ trợ những phương thức xác thực nào?
Khối cửa hỗ trợ hai phương thức xác thực: nhập mã số mật khẩu thông qua ma trận phím cơ học 4x4 (hiển thị hướng dẫn trên màn hình LCD1602 kết nối qua I2C) và quét dấu vân tay thông qua module cảm biến quang học AS608 (dung lượng tối đa 162 mẫu vân tay).

5. Ứng dụng giám sát và điều khiển người dùng được xây dựng bằng những công nghệ nào?
Hệ thống tích hợp hai giao diện điều khiển: một ứng dụng viết bằng ngôn ngữ C++ trên nền tảng Qt Creator chạy trực tiếp trên hệ điều hành Linux của Raspberry Pi 4 kèm màn hình cảm ứng 7 inch, và một giao diện web điều khiển xây dựng trên nền tảng Node-RED cho phép truy cập qua trình duyệt từ điện thoại hoặc máy tính bảng trong cùng mạng Wi-Fi.

Kết luận

Đồ án "Phát triển phần cứng và phần mềm cho thiết bị điều khiển nhà thông minh" của nhóm tác giả đã hoàn thành trọn vẹn các mục tiêu thiết kế từ chế tạo phần cứng, đóng vỏ in 3D đến lập trình nhúng và xây dựng giao diện người dùng. Việc kết hợp linh hoạt giữa hệ điều hành thời gian thực RTOS trên vi điều khiển ESP32, giao thức MQTT và bộ điều khiển trung tâm Raspberry Pi 4 đã giải quyết hiệu quả bài toán truyền thông không dây và giám sát đa chức năng. Đặc biệt, giải pháp cảnh báo cháy kép qua còi hú tại chỗ và mạng viễn thông GSM giúp nâng cao độ an toàn cho công trình nhà ở dân dụng.