Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển của công nghệ Internet vạn vật (IoT), việc tự động hóa và điều khiển các thiết bị trong nhà ở đã trở thành một định hướng nghiên cứu phổ biến. Các hệ thống nhà thông minh hiện nay giúp kết nối và quản lý tập trung các thiết bị điện tử, gia tăng sự tiện nghi và nâng cao hiệu quả vận hành. Tuy nhiên, theo nhóm tác giả Nguyễn Văn Hào và Mai Lê Thanh Hải thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, phần lớn các đề tài nghiên cứu trước đây thường tập trung giải quyết bài toán kiến trúc tổng quát mà chưa đầu tư thỏa đáng cho việc tối ưu hóa giao diện người dùng (GUI) cục bộ. Việc phụ thuộc hoàn toàn vào các ứng dụng di động dẫn đến hạn chế về tính tương tác trực tiếp tại chỗ, đặc biệt khi gặp sự cố gián đoạn kết nối mạng. Bên cạnh đó, các tiện ích phục vụ đời sống hàng ngày như đồng hồ thời gian thực, dự báo thời tiết hay tích hợp khối quản lý cảnh quan ngoài trời (vườn cây) vẫn chưa được liên kết chặt chẽ.

Từ thực tiễn đó, đề tài "Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát ngôi nhà" được thực hiện nhằm xây dựng một mô hình IoT hoàn chỉnh, kết hợp quản lý trong nhà và ngoài vườn, tập trung vào giao diện tương tác trực tiếp qua màn hình cảm ứng LCD TFT để giảm thiểu sự phụ thuộc vào ứng dụng điện thoại.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm 9 mục tiêu:

  1. Thu thập dữ liệu môi trường từ cảm biến của từng phòng và ngoài vườn, bao gồm: nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí $\text{CO}_2$, nồng độ khí TVOC, nồng độ khí gas, phát hiện lửa (báo cháy), báo mưa và độ ẩm đất.
  2. Quan sát hình ảnh tại các phòng thông qua module Camera.
  3. Điều khiển các thiết bị điện như đèn, quạt, tivi, máy lạnh và máy bơm nước.
  4. Tự động hóa điều khiển thiết bị theo ngưỡng cảm biến và thiết lập hẹn giờ (timer) bật/tắt thiết bị.
  5. Thiết kế giao diện đồ họa người dùng trực tiếp trên màn hình cảm ứng LCD TFT.
  6. Hiển thị dữ liệu thời gian thực và thông tin dự báo thời tiết của khu vực địa phương.
  7. Gửi tin nhắn cảnh báo kèm hình ảnh về điện thoại di động khi xuất hiện các sự kiện: nhiệt độ hoặc nồng độ khí $\text{CO}_2$ vượt ngưỡng, phát hiện cháy/lửa, rò rỉ khí gas, và gửi lại mật khẩu truy cập khi người dùng quên mật khẩu.
  8. Hỗ trợ điều khiển từ xa thông qua giao diện Web trên máy tính và trình duyệt điện thoại.
  9. Đẩy dữ liệu giám sát lên cơ sở dữ liệu thời gian thực Google Firebase và lưu trữ nhật ký thông số vào Google Sheet.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống nhúng điều khiển và thu thập dữ liệu IoT, giao diện đồ họa nhúng và các chuẩn giao tiếp truyền thông không dây/có dây. Phạm vi nghiên cứu được giới hạn ở việc chế tạo mô hình thực nghiệm gồm một bộ trong phòng khách và một bộ ngoài vườn; sử dụng module màn hình LCD TFT kích thước 3.5 inch; thiết bị thu nhận hình ảnh là module Camera tích hợp trên ESP32; hệ thống điều khiển từ xa được xây dựng trên nền tảng Web, không triển khai ứng dụng di động độc lập (native app).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài sử dụng hệ thống cơ sở lý thuyết chuyên sâu về lập trình hệ thống nhúng, giao thức truyền thông, kiến trúc giao diện đồ họa và dịch vụ điện toán đám mây:

  • Giao diện đồ họa nhúng (GUI): Nhóm tác giả ứng dụng thư viện đồ họa mã nguồn mở LVGL (Light and Versatile Graphics Library), được tối ưu hóa cho các dòng vi điều khiển có tài nguyên hạn chế. Công cụ SquareLine Studio được sử dụng để thiết kế trực quan bằng phương pháp kéo-thả, định cấu hình màu sắc, kích thước, hiệu ứng chuyển trang và liên kết sự kiện trước khi xuất mã nguồn C/C++ tích hợp vào chương trình nhúng.
  • Giao thức truyền thông và chuẩn giao tiếp:
    • LoRa (Long Range): Chuẩn truyền thông vô tuyến công suất thấp sử dụng module RF SX1278 (E32-433T20D 433MHz), hoạt động ở dải tần 410–441 MHz, công suất phát 20 dBm (100 mW), độ nhạy -138 dBm, phục vụ truyền dữ liệu nội bộ tầm xa giữa các bộ đơn vị mà không phụ thuộc Internet.
    • Wi-Fi (chuẩn 802.11 b/g/n): Kết nối các vi điều khiển ESP32 với mạng cục bộ và Internet để đồng bộ dữ liệu đám mây.
    • Chuẩn giao tiếp ngoại vi: UART (giao tiếp module LoRa và module âm thanh ở tốc độ baud mặc định 9600); I2C (giao tiếp với RTC DS1307, cảm biến SHT31, cảm biến CCS811 qua hai đường SDA và SCL); SPI (giao tiếp tốc độ cao 4 dây MOSI, MISO, SCLK, CS giữa vi điều khiển và màn hình LCD TFT).
  • Cơ sở dữ liệu và nền tảng dịch vụ: Google Firebase Realtime Database làm trung gian đồng bộ trạng thái điều khiển hai chiều với giao diện Web; Google Sheets lưu trữ dữ liệu môi trường dài hạn; dịch vụ Web API bên ngoài cung cấp dữ liệu dự báo thời tiết 3 ngày liên tiếp.

Về phương pháp nghiên cứu, đề tài kết hợp phương pháp nghiên cứu tài liệu (khảo cứu các tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất vi điều khiển Espressif, NXP, Semtech), phương pháp phân tích - tổng hợp (phân chia toàn bộ hệ thống thành 4 khối chức năng độc lập), và phương pháp thực nghiệm (thiết kế mạch nguyên lý, gia công mạch in, hàn linh kiện, lập trình và đo kiểm các chỉ tiêu kỹ thuật trên mô hình thực tế).

Thiết kế và triển khai hệ thống

1. Kiến trúc phần cứng

Hệ thống được module hóa thành 4 bộ phần cứng độc lập, giao tiếp với nhau thông qua mạng LoRa và Wi-Fi:

Bộ chức năng Vi điều khiển chính Linh kiện, cảm biến và ngoại vi tích hợp Chức năng chính
Bộ trung tâm ESP32-S3-WROOM-1 (Xtensa LX7, 16 MB Flash, 512 KB SRAM) Màn hình cảm ứng LCD TFT 3.5 inch (driver ILI9488, $480 \times 320$), RTC DS1307 + EEPROM AT24C32, LoRa E32-433T20D. Hiển thị GUI cục bộ, lấy dự báo thời tiết qua Wi-Fi, nhận dữ liệu môi trường từ các bộ, gửi lệnh điều khiển và quản lý mật khẩu/timer.
Bộ cảm biến ESP32-WROOM-32 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm SHT31, cảm biến chất lượng không khí CCS811 ($\text{eCO}_2$, TVOC), cảm biến khí dễ cháy MP-4, cảm biến phát hiện lửa (YG1006 + LM393), module Camera. Thu thập thông số môi trường phòng khách, gửi cảnh báo và ảnh chụp về điện thoại khi có sự cố, gửi dữ liệu lên Google Sheet.
Bộ điều khiển ESP32-WROOM-32 Mạch Relay 5V (điều khiển tải AC/DC), mạch phát âm thanh MP3-TF-16P (amply + loa 3W), LoRa E32-433T20D. Nhận lệnh điều khiển thiết bị điện (đèn, quạt, TV, máy lạnh) từ Bộ trung tâm và Web; phát loa cảnh báo theo sự kiện; đồng bộ trạng thái với Firebase.
Bộ quản lý vườn ESP32-WROOM-32 Cảm biến độ ẩm đất (chống ăn mòn), cảm biến phát hiện mưa, động cơ bơm nước 365 (12V, $2\text{--}3\text{ lít/phút}$), Relay điều khiển bơm, LoRa E32-433T20D. Giám sát độ ẩm đất và lượng mưa ngoài trời; điều khiển bơm nước tự động theo ngưỡng độ ẩm hoặc theo lịch trình từ bộ trung tâm.

Bộ nguồn của Bộ trung tâm sử dụng adapter chuyển đổi $220\text{V AC} \to 5\text{V DC}$ với dòng định mức 1A (công suất 5W), được tính toán dựa trên tổng dòng tiêu thụ cực đại của các thành phần:

STT Thành phần phần cứng Điện áp hoạt động Dòng tiêu thụ định mức Số lượng Tổng dòng tiêu thụ
1 ESP32-S3-WROOM-1 5V 60 mA 1 60 mA
2 Màn hình LCD TFT 3.5 inch 5V 90 mA 1 90 mA
3 LoRa E32-433T20D 3.3V 110 mA 1 110 mA
4 RTC DS1307 3.3V 1.5 mA 1 1.5 mA
Tổng Toàn bộ khối trung tâm — — — 261.5 mA

2. Thiết kế phần mềm và thuật toán

Phần mềm được xây dựng theo kiến trúc đa tác vụ trên từng vi điều khiển:

  • Thuật toán Bộ trung tâm: Khởi tạo giao diện đồ họa LVGL; thiết lập tác vụ đọc thời gian thực từ DS1307; tác vụ truy vấn HTTP Client lấy dự báo thời tiết 3 ngày; tác vụ kiểm tra hàng đợi nhận gói tin LoRa từ Bộ cảm biến và Bộ quản lý vườn; tác vụ quét tương tác cảm ứng để phát lệnh điều khiển qua LoRa/Wi-Fi; tác vụ so khớp timer hẹn giờ bật/tắt thiết bị.
  • Thuật toán Bộ cảm biến: Định kỳ đọc bus I2C từ SHT31 và CCS811, đọc ngõ ra Analog/Digital từ MP-4 và cảm biến lửa. Khi các thông số vượt ngưỡng an toàn (phát hiện lửa, rò rỉ khí gas, nhiệt độ hoặc $\text{CO}_2$ quá cao), vi điều khiển kích hoạt tác vụ chụp ảnh từ Camera và gọi API gửi tin nhắn khẩn cấp về điện thoại, đồng thời truyền dữ liệu đóng gói lên Google Sheet.
  • Thuật toán Bộ điều khiển và Quản lý vườn: Bộ điều khiển liên tục lắng nghe dữ liệu từ Firebase và gói tin LoRa từ Bộ trung tâm để chuyển trạng thái đóng/ngắt các rơ-le, đồng thời giao tiếp UART với module MP3-TF-16P để phát các file âm thanh cảnh báo tương ứng. Bộ quản lý vườn thực hiện vòng lặp đọc cảm biến mưa và độ ẩm đất, tự động kích hoạt bơm 365 khi đất khô và không có mưa, hoặc ngắt theo lệnh điều khiển cưỡng bức.

3. Yêu cầu và chỉ tiêu kỹ thuật kiểm thử

Hệ thống được thiết kế đáp ứng các chỉ tiêu kỹ thuật định lượng:

  • Độ chính xác đo lường: Nhiệt độ đạt tối thiểu $\pm 1^\circ\text{C}$, độ ẩm không khí đạt tối thiểu $\pm 8%\text{ RH}$.
  • Tốc độ phản hồi cảm ứng: Thời gian phản hồi thao tác chạm trên màn hình dưới $0.5\text{ ms}$.
  • Thời gian chuyển cảnh GUI: Thời gian nạp khung hình hiển thị khi chuyển tab/trang không vượt quá $2\text{ s}$.
  • Độ trễ truyền động: Thời gian trễ từ khi nhấn nút điều khiển trên màn hình đến khi rơ-le trên Bộ điều khiển đóng/ngắt không vượt quá $3\text{ s}$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này trình bày bối cảnh công nghệ IoT trong tự động hóa nhà ở, chỉ ra hạn chế của các hệ thống hiện hành là quá chú trọng vào bộ khung điều khiển mà bỏ quên chất lượng giao diện người dùng tại chỗ. Tác giả xác định rõ mục tiêu chế tạo hệ thống gồm 4 bộ thành phần, đặt ra phạm vi và giới hạn đề tài (mô hình demo gồm 1 phòng khách và 1 khu vườn, sử dụng màn hình 3.5 inch, tập trung vào firmware nhúng và giao diện Web, không phát triển ứng dụng di động riêng). Bố cục đồ án gồm 5 chương được tóm lược chi tiết.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Nội dung chương 2 tập trung phân tích sâu các cơ sở kỹ thuật phục vụ việc thiết kế hệ thống. Nhóm tác giả trình bày khái niệm GUI, vai trò của thư viện đồ họa nhúng LVGL và phần mềm thiết kế SquareLine Studio. Các chuẩn giao tiếp phần cứng (UART, I2C, SPI) cùng giao thức không dây (Wi-Fi 802.11n, LoRa SX1278) được phân tích tường tận về cấu trúc khung truyền, cơ chế hoạt động, ưu và nhược điểm. Tác giả lập các bảng thông số kỹ thuật chi tiết của vi điều khiển (ESP32-S3-WROOM-1, ESP32-WROOM-32), màn hình LCD TFT 3.5 inch (driver ILI9488), module RTC DS1307, module MP3-TF-16P, rơ-le 5V, động cơ bơm 365 và các cảm biến chuyên dụng (SHT31, MP-4, CCS811, cảm biến lửa hồng ngoại YG1006, cảm biến mưa, cảm biến độ ẩm đất).

Chương 3: Thiết kế hệ thống

Chương 3 cụ thể hóa các yêu cầu chức năng và đặc tính kỹ thuật của hệ thống. Tác giả đưa ra sơ đồ phác thảo toàn hệ thống và sơ đồ khối chi tiết của từng bộ: Bộ trung tâm, Bộ cảm biến, Bộ điều khiển và Bộ quản lý vườn. Tác giả tiến hành so sánh lựa chọn linh kiện thông qua các bảng kỹ thuật:

  • So sánh màn hình LCD TFT 3.5 inch ($480 \times 320$, cảm ứng, 65K màu) với OLED 0.96 inch ($128 \times 64$, không cảm ứng) và LCD ký tự (1602).
  • So sánh module RTC DS1307 và DS3231 về bộ nhớ EEPROM và thời gian duy trì pin.
  • So sánh cảm biến nhiệt - ẩm SHT31 với DHT11, DHT22; cảm biến chất lượng không khí CCS811 với MH-Z19B; cảm biến khí dễ cháy MP-4 với MQ-9.
  • Bảng tính toán tổng dòng tiêu thụ cho từng bộ để chọn nguồn cấp phù hợp. Toàn bộ sơ đồ nguyên lý mạch điện và 18 lưu đồ giải thuật chi tiết cho từng tác vụ độc lập được trình bày đầy đủ.

Chương 4: Thi công hệ thống và kết quả

Chương 4 ghi nhận quá trình thi công thực tế bao gồm việc hàn lắp linh kiện lên bo mạch và đóng hộp bảo vệ hoàn thiện cho cả 4 bộ thiết bị. Các kết quả thực nghiệm đạt được gồm có:

  • Giao diện người dùng trên màn hình cảm ứng LCD TFT vận hành ổn định, hiển thị đầy đủ thông số thời gian, thời tiết và nút bấm điều khiển thiết bị.
  • Chức năng an ninh ghi nhận gửi tin nhắn cảnh báo tức thời kèm ảnh chụp từ module Camera về điện thoại người dùng khi có sự cố cháy, khói hoặc rò rỉ khí gas.
  • Dữ liệu quan trắc được ghi nhận tự động vào bảng tính Google Sheets và cập nhật tức thời lên cơ sở dữ liệu Google Firebase.
  • Giao diện Web hoạt động đồng bộ, bao gồm trang đăng nhập, trang tổng quan (Home), trang chi tiết phòng và giao diện responsive trên trình duyệt điện thoại.
  • Bảng đánh giá thử nghiệm trên mô hình thực tế xác nhận các chỉ tiêu kỹ thuật đặt ra ở Chương 3 đều được thỏa mãn.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương cuối tóm tắt lại các hạng mục công việc đã hoàn thành, khẳng định hệ thống đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đặt ra từ ban đầu. Bên cạnh đó, tác giả chỉ ra các hạn chế hiện tại và đề xuất các hướng nghiên cứu nâng cấp hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Chế tạo hoàn chỉnh 4 module phần cứng độc lập (Bộ trung tâm, Bộ cảm biến, Bộ điều khiển, Bộ quản lý vườn) được đóng hộp bảo vệ, đảm bảo tính thẩm mỹ và độ an toàn vận hành.
  • Giao diện đồ họa nhúng trên màn hình LCD TFT 3.5 inch vận hành mượt mà với thư viện LVGL, hiển thị đầy đủ các thông số quan trắc môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, $\text{eCO}_2$, TVOC, rò rỉ gas), trạng thái mưa, độ ẩm đất, thời gian thực từ DS1307 và thông tin thời tiết 3 ngày lấy qua Internet.
  • Thiết lập kênh cảnh báo khẩn cấp đa phương thức: phát cảnh báo âm thanh tại chỗ qua loa công suất 3W bằng module MP3-TF-16P, đồng thời truyền dữ liệu hình ảnh trực tiếp từ Camera ESP32 kèm tin nhắn cảnh báo tới điện thoại di động khi xuất hiện nguy cơ cháy nổ.
  • Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển đa nền tảng: tương tác trực tiếp tại màn hình cảm ứng, giám sát từ xa qua giao diện Web, đồng bộ dữ liệu thời gian thực lên Google Firebase và lưu trữ cơ sở dữ liệu lịch sử trên Google Sheets.
  • Độ trễ điều khiển và tốc độ nạp khung hình nằm trong giới hạn đặc tính kỹ thuật đã công bố (thời gian chuyển cảnh màn hình $\le 2\text{ s}$, độ trễ kích hoạt rơ-le $\le 3\text{ s}$).

2. Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Áp dụng kiến trúc xử lý phân tán: Tách biệt khối giao diện trung tâm, khối cảm biến và khối chấp hành giúp giảm tải xử lý cho vi điều khiển chính, tăng tính linh hoạt và giảm thiểu rủi ro tê liệt toàn hệ thống khi một module gặp sự cố.
  • Sử dụng mạng không dây tầm xa LoRa E32-433T20D làm đường truyền nội bộ để duy trì khả năng điều khiển và cảnh báo khẩn cấp giữa các bộ trong khuôn viên nhà và vườn ngay cả khi mất kết nối Internet.
  • Tích hợp công cụ SquareLine Studio và thư viện LVGL vào quy trình thiết kế hệ thống nhúng nhằm rút ngắn thời gian xây dựng giao diện người dùng chuyên nghiệp trên các vi điều khiển giá thành thấp.

3. Đóng góp so với các nghiên cứu trước

Dựa trên phân tích các đề tài đi trước (như nghiên cứu của ThS. Hồ Lê Anh Hoàng, nhóm Trần Thị Minh Khoa hay TS. Phạm Văn Khoa), nhóm tác giả tự xác định các điểm đóng góp mới của khóa luận:

  • Khắc phục nhược điểm phụ thuộc vào ứng dụng di động bằng cách xây dựng bộ điều khiển trung tâm độc lập có màn hình cảm ứng tương tác trực quan, cho phép cấu hình trực tiếp các thông số hệ thống, mật khẩu đăng nhập và chế độ hẹn giờ (timer).
  • Tích hợp đa dạng các tiện ích sinh hoạt thiết thực (đồng hồ thời gian thực, dự báo thời tiết 3 ngày) trực tiếp lên màn hình quản lý nhà.
  • Mở rộng phạm vi tự động hóa ra không gian ngoài trời thông qua khối quản lý vườn chuyên dụng, kết hợp giám sát độ ẩm đất và lượng mưa để tối ưu hóa việc tưới tiêu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

Theo công bố của nhóm tác giả, hệ thống còn tồn tại một số giới hạn kỹ thuật:

  1. Module hiển thị bị giới hạn ở kích thước 3.5 inch, chưa đáp ứng tốt yêu cầu quan sát toàn diện nếu triển khai trong các không gian nhà ở lớn.
  2. Hệ thống mới dừng lại ở mức độ mô hình thử nghiệm (demo) với quy mô gồm một khối trong phòng khách và một khối ngoài vườn, chưa mở rộng ra nhiều phòng chức năng khác.
  3. Chất lượng hình ảnh thu nhận từ module Camera của ESP32 có độ phân giải tương đối thấp, độ sắc nét hạn chế khi quan sát an ninh trong điều kiện thiếu sáng.
  4. Chưa phát triển ứng dụng di động riêng (native mobile app) mà mới chỉ hỗ trợ điều khiển trên nền tảng Web thông qua trình duyệt.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Nâng cấp phần cứng hiển thị sang các dòng màn hình cảm ứng có kích thước lớn hơn và độ phân giải cao hơn.
  • Tích hợp các module Camera an ninh chuyên dụng có độ phân giải cao, hỗ trợ quan sát ban đêm tốt hơn.
  • Mở rộng quy mô hệ thống, bổ sung thêm nhiều bộ cảm biến và bộ điều khiển cho các phòng ngủ, nhà bếp, sân thượng.
  • Phát triển ứng dụng chuyên dụng trên hệ điều hành di động (Android/iOS) để tăng tính linh hoạt và nâng cao trải nghiệm người dùng.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Máy tính, Điện tử - Viễn thông, Tự động hóa và Công nghệ Thông tin đang thực hiện đồ án môn học hoặc khóa luận tốt nghiệp về lĩnh vực IoT và hệ thống nhúng.
  • Phần đáng tham khảo nhất là phương pháp triển khai thư viện đồ họa nhúng LVGL kết hợp công cụ SquareLine Studio trên dòng vi điều khiển ESP32-S3, cùng sơ đồ phối ghép các bus giao tiếp phần cứng (SPI cho màn hình, I2C cho chuỗi cảm biến, UART cho LoRa và MP3).
  • Các kỹ sư và nhà phát triển hệ thống quan tâm đến kiến trúc phân tán kết hợp giữa truyền thông cự ly ngắn (LoRa nội bộ) và kết nối đám mây (Google Firebase/Sheets) trong các giải pháp giám sát nông nghiệp đô thị hoặc nhà thông minh giá thành thấp.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng dòng vi điều khiển nào cho bộ trung tâm và lý do lựa chọn là gì?
Bộ trung tâm sử dụng vi điều khiển ESP32-S3-WROOM-1 với nhân Tensilica Xtensa LX7, 16 MB Flash và 512 KB SRAM. Tác giả lựa chọn dòng chip này do có hiệu năng xử lý cao, hỗ trợ tập lệnh xử lý đồ họa mượt mà cho thư viện LVGL, tích hợp sẵn kết nối Wi-Fi/Bluetooth và sở hữu 45 chân GPIO, vượt trội hơn so với dòng ESP32 tiêu chuẩn hay các vi điều khiển cũ như Arduino, PIC16F887.

2. Màn hình cảm ứng LCD TFT được sử dụng có thông số kỹ thuật ra sao và giao tiếp qua chuẩn nào?
Hệ thống sử dụng màn hình LCD TFT kích thước 3.5 inch, độ phân giải $480 \times 320\text{ pixel}$, khả năng hiển thị 65K màu (RGB), tích hợp cảm ứng điện trở/điện dung với IC điều khiển ILI9488. Màn hình giao tiếp với vi điều khiển ESP32-S3 thông qua chuẩn SPI 4 dây (4-wire SPI), điện áp hoạt động từ $3.3\text{V}\text{--}5\text{V}$ và tiêu thụ dòng điện xấp xỉ 90 mA.

3. Khối truyền nhận dữ liệu tầm xa LoRa sử dụng module nào và hoạt động ở dải tần bao nhiêu?
Hệ thống sử dụng module RF SX1278 LoRa E32-433T20D hoạt động ở dải tần $410\text{--}441\text{ MHz}$ (chia làm 32 kênh), công suất phát 20 dBm (100 mW), độ nhạy thu đạt -138 dBm, khoảng cách truyền dữ liệu tối đa trên lý thuyết là 3000 m. Module giao tiếp với vi điều khiển thông qua chuẩn UART ở mức logic 3.3V.

4. Khi phát hiện các sự cố môi trường vượt ngưỡng, hệ thống xử lý cảnh báo như thế nào?
Khi phát hiện rò rỉ khí gas (từ cảm biến MP-4), phát hiện lửa (từ cảm biến YG1006) hoặc nồng độ $\text{CO}_2$ và nhiệt độ vượt ngưỡng an toàn, Bộ cảm biến sẽ kích hoạt module Camera chụp ảnh hiện trường và gửi tin nhắn cảnh báo kèm hình ảnh về điện thoại người dùng. Đồng thời, lệnh khẩn cấp được gửi qua mạng nội bộ tới Bộ điều khiển để kích hoạt module MP3-TF-16P phát âm thanh cảnh báo riêng biệt qua loa 3W.

5. Cơ chế lưu trữ và hiển thị dữ liệu đám mây của hệ thống được tổ chức như thế nào?
Hệ thống kết hợp hai nền tảng đám mây: Google Firebase Realtime Database đóng vai trò làm trung gian đồng bộ trạng thái bật/tắt thiết bị hai chiều theo thời gian thực phục vụ giao diện Web; trong khi Google Sheets được sử dụng làm cơ sở dữ liệu lưu trữ nhật ký định kỳ các thông số môi trường do Bộ cảm biến truyền lên.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát ngôi nhà" của sinh viên Nguyễn Văn Hào và Mai Lê Thanh Hải đã hoàn thành toàn diện việc nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm một hệ thống IoT phân tán gồm 4 khối chức năng. Điểm nhấn kỹ thuật nổi bật của công trình là việc tích hợp thành công thư viện đồ họa nhúng LVGL trên chip ESP32-S3 và màn hình cảm ứng LCD TFT 3.5 inch, giúp người dùng giám sát môi trường và điều khiển thiết bị tại chỗ một cách trực quan mà không phụ thuộc vào ứng dụng di động. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, đáp ứng tốt các chỉ tiêu kỹ thuật về tốc độ đáp ứng, tính năng cảnh báo an ninh đa phương thức và khả năng lưu trữ dữ liệu đồng bộ trên nền tảng đám mây.