I. Thiết kế hệ thống điều khiển từ xa thông minh tại HCMUTE Tổng quan
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông minh tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tập trung vào việc xây dựng một hệ thống điều khiển thiết bị gia dụng từ xa, tận dụng công nghệ Internet of Things (IoT). Hệ thống này giải quyết vấn đề hạn chế của các điều khiển từ xa truyền thống về số lượng thiết bị và khoảng cách điều khiển. Thiết kế hệ thống điều khiển từ xa này sử dụng vi điều khiển ARM STM32F103C8T6 làm trung tâm xử lý, tích hợp khả năng học lệnh hồng ngoại, nhận lệnh từ điện thoại thông minh và giám sát qua camera IP. Đây là một ứng dụng thực tiễn của kỹ thuật điện tử HCMUTE, kết hợp phát triển hệ thống nhúng và lập trình nhúng, cụ thể là sử dụng ngôn ngữ lập trình C cho phần vi điều khiển và ngôn ngữ lập trình Python (có thể) cho phần xử lý dữ liệu. Thiết kế phần cứng bao gồm mạch điều khiển, mạch thu phát hồng ngoại và giao tiếp với các thiết bị khác. Thiết kế phần mềm bao gồm ứng dụng Android cho người dùng và chương trình điều khiển trên vi điều khiển. An ninh mạng và bảo mật dữ liệu được xem xét trong quá trình thiết kế. Hệ thống hướng đến việc nâng cao chất lượng sống thông qua ngôi nhà thông minh.
1.1 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính của đồ án là tạo ra một hệ thống điều khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại tiện dụng, có khả năng học và phát tín hiệu hồng ngoại để điều khiển các thiết bị gia dụng thông thường như tivi, máy lạnh, quạt... Hệ thống sử dụng ESP8266-12 cho kết nối Wifi, cho phép điều khiển thiết bị nhà thông minh từ xa. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế hệ thống IoT, bao gồm thiết kế phần cứng, thiết kế phần mềm, và kiểm thử hệ thống. Các giao thức truyền thông được sử dụng bao gồm MQTT, HTTP, và TCP/IP. Hệ thống được thiết kế để hoạt động trong phạm vi nhà ở, do đó khoảng cách điều khiển có giới hạn. Việc thu thập dữ liệu từ các cảm biến và xử lý dữ liệu trên vi điều khiển là một phần quan trọng của hệ thống. Thuật toán điều khiển được thiết kế đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả. Thiết kế PCB cũng là một phần quan trọng trong quá trình thực hiện. Giám sát từ xa được thực hiện thông qua tích hợp camera IP.
1.2 Công nghệ và phương pháp
Đồ án sử dụng Arduino (có thể), ESP32 (có thể) và Raspberry Pi (có thể) như các lựa chọn cho nền tảng phần cứng. Tuy nhiên, tài liệu đề cập đến việc sử dụng vi điều khiển ARM STM32F103C8T6. Lập trình nhúng được thực hiện chủ yếu bằng ngôn ngữ lập trình C. Ứng dụng điều khiển trên điện thoại được phát triển trên nền tảng Android sử dụng Android Studio. Giao thức truyền thông được lựa chọn là TCP/IP, đảm bảo độ tin cậy của việc truyền dữ liệu. Thiết kế phần mềm tập trung vào tính đơn giản, dễ sử dụng, giao diện thân thiện với người dùng. Quá trình phát triển hệ thống nhúng tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống. Mô phỏng hệ thống và kiểm thử hệ thống được thực hiện để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của hệ thống trước khi triển khai. Phân tích hệ thống giúp đánh giá hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống.
II. Kết quả và đánh giá
Đồ án đã hoàn thành một hệ thống điều khiển thiết bị từ xa hoạt động. Hệ thống có thể học và phát tín hiệu hồng ngoại, điều khiển một số thiết bị gia dụng thông qua ứng dụng Android. Phần cứng hoạt động ổn định, giao diện người dùng thân thiện. Tuy nhiên, phạm vi điều khiển còn hạn chế. Kiểm thử hệ thống cho thấy khả năng hoạt động tốt trong điều kiện môi trường nhà ở. Phân tích hệ thống cần được thực hiện để cải thiện tính năng và hiệu suất. Có thể tích hợp thêm các loại cảm biến để mở rộng chức năng hệ thống giám sát từ xa. Ứng dụng điều khiển từ xa cần tối ưu hơn về tốc độ và độ ổn định. Bảo mật dữ liệu cần được nâng cao hơn.
2.1 Đánh giá hiệu quả
Hệ thống đạt được mục tiêu ban đầu là cho phép điều khiển thiết bị từ xa một cách tiện lợi hơn so với các điều khiển từ xa truyền thống. Hệ thống đã chứng minh được khả năng học tín hiệu hồng ngoại và phát tín hiệu hồng ngoại để điều khiển các thiết bị. Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế cần được cải thiện, ví dụ như khoảng cách điều khiển và số lượng thiết bị có thể điều khiển cùng lúc. Phân tích hệ thống cho thấy khả năng mở rộng của hệ thống khá tốt. Có thể thêm các chức năng mới bằng cách tích hợp thêm các module hoặc cảm biến. Kiểm thử hệ thống cần được thực hiện toàn diện hơn để đảm bảo sự ổn định và độ tin cậy của hệ thống trong các điều kiện sử dụng khác nhau. Chất lượng phần mềm cũng cần được nâng cao để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.
2.2 Ứng dụng thực tiễn và hướng phát triển
Hệ thống có thể được ứng dụng trong các hộ gia đình, văn phòng, nhà thông minh. Việc mở rộng chức năng hệ thống giám sát từ xa bằng việc tích hợp thêm các cảm biến như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng... Cải thiện thuật toán điều khiển để nâng cao tốc độ phản hồi và độ chính xác của hệ thống. Thêm các giao thức truyền thông khác như Z-Wave hoặc Zigbee để tăng khả năng tương thích với các thiết bị khác. Nâng cao an ninh mạng và bảo mật dữ liệu để bảo vệ hệ thống khỏi các cuộc tấn công mạng. Nghiên cứu tại HCMUTE có thể tập trung vào việc phát triển các thuật toán thông minh hơn để tự động hóa các tác vụ trong nhà. Đề tài tốt nghiệp HCMUTE này đặt nền móng cho các nghiên cứu tương lai về ngôi nhà thông minh và thiết bị thông minh.
