CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Khái niệm ngôi nhà thông minh Những ngôi nhà được trang bị các thiết bị điện tử hiện đại, có thể kết nối đồng bộ, dễ dàng điều khiển thông qua điện thoại thông minh, máy tính hoặc giọng nói thông qua internet được gọi là ngôi nhà thông minh. Người dùng có thể điều khiển ngôi nhà từ xa, kiểm soát các thiết bị trong nhà ở bất cứ đâu, chỉ cần thông qua internet. Nhà thông minh mang lại rất nhiều lợi ích như: tiện nghi, an toàn, tiết kiệm năng lượng và tính thẩm mỹ cao.1 Ngôi nhà thông minh Ngôi nhà thông minh đóng vai trò quan trọng trong việc kiến tạo cuộc sống hiện đại và tiện nghi.
- Tích hợp công nghệ hiện đại - Tự động hóa hoạt động - Tiết kiệm năng lượng - An ninh và giám sát hiệu quả - Quản lý thiết bị gia đình - Dự đoán và phục vụ - Cuộc sống bền vững SVTH: Đỗ Nguyễn Ngọc Bích GVHD: ThS. Trần Duy Chung 5 Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển ngôi nhà thông minh trên nền tảng IoT 1. Các dự án ngôi nhà thông minh trên Thế giới và Việt Nam hiện nay Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học- công nghệ. Các dự án nhà thông minh IoT xuất hiện ngày càng nhiều.
Đáp ứng nhu cầu sống của người dân trên khắp thế giới và cả ở Việt Nam. Thế giới a) Căn hộ thông minh của tỷ phú Bill Gates: nhà của ông là một trong những ngôi nhà thông minh nhất thế giới với tên “Xanadu 2. Căn hộ được trang bị nhiều thiết bị công nghệ cao như: người dùng có thể điều khiển ánh sáng và rèm cửa bằng giọng nói hoặc bằng điện thoại thông minh. Căn hộ được trang bị camera và cảm biến báo trộm giúp bảo vệ an toàn.
Việc thưởng thức âm nhạc, phim ảnh ở bất kỳ đâu trong nhà với hệ thống âm thanh và giải trí đa phòng. Hệ thống chiếu sáng tự động giúp điều chỉnh ánh sáng theo thời gian và hoạt động của người dùng. b) Biệt thự tháp Clock ở New York: đây là một biệt thự tháp đồng hồ có tuổi đời lên đến 98 năm tuổi, nhưng nó không hề lạc hậu mà còn được xem là ngôi nhà hiện đại bậc nhất. Nó được trang bị hệ thống an ninh cao cấp với điều khiển Crestron giúp người dùng điều khiển ánh sáng, điều hòa.
Biệt thự tháp Clock ở New York c) Căn nhà Harbour Hide ở Anh: người dùng có thể điều khiển ánh sáng, nhiệt độ theo ý thích của bản thân. Người dùng còn có thể kiểm soát rèm cửa và thay đổi kinh màu điện tử. Có thể sáng lên như ánh sáng mặt trời hoặc tối đi tùy ý muốn. SVTH: Đỗ Nguyễn Ngọc Bích GVHD: ThS.
Trần Duy Chung 6 Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển ngôi nhà thông minh trên nền tảng IoT Hình 1. Căn nhà Harbour Hide ở Anh d) Ngôi nhà đổi màu duy nhất ở Los Angeles: ngôi nhà này trở nên thú vị và ấn tượng hơn khi được kết hợp với công nghệ cao. Các cửa sổ sẽ tự động đóng khi có ánh sáng quá chói. Hệ thống ánh sáng, âm thanh, lò sưởi đều có thể điều khiển từ xa.
Việt Nam a) Nhà thông minh Lumi ở Hà Nội: đây là đơn vị hàng đầu tại Việt Nam trong lĩnh vực thi công nhà thông minh. Khi ở nhà người dùng có thể điều khiển bằng giọng nó và điều khiển bẳng smartphone khi ra ngoài. Đo thông tin môi trường nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng. Điều khiển bật/tắt, tăng/giảm nhiệt độ điều hòa.
Tự động tưới sân vườn. Cài lịch, hẹn giờ, tắt đèn theo ý muốn. Tự động đóng rèm khi đi ngủ, tự động mở rèm chào buổi sáng. Hẹn giờ tự bật/tắt bình nóng lạnh.Nhà thông minh Lumi ở Hà Nội SVTH: Đỗ Nguyễn Ngọc Bích GVHD: ThS.
Trần Duy Chung 7 Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển ngôi nhà thông minh trên nền tảng IoT b) Tòa nhà Technopark Tower của Vingroup: đây là tòa nhà vận hành theo tiêu chí khắt khe của chứng chỉ LEED Platium- cấp đô cao nhất của hệ thống xếp hạng uy tín toàn cầu nhằm đánh giá thiết kế và hiệu suất về môi trường xanh tại các công trình xây dựng do Hội đồng Xây dựng Xanh của Mỹ cung cấp. Tòa nhà ứng dụng trí tuệ nhân tạo AI và IoT trong vận hành và quản lý, giúp cho mọi hoạt động của nhân viên được tối giản nhằm tiết kiệm thời gian. Tính năng Smart Parking tích hợp trong ứng dụng nhân viên cho phép dẫn đường và tìm kiếm vị trí đỗ xe. Hệ thống tự động nhận diện khuôn mặt và biển số xe cho các thuê bao hàng tháng, xe vào/ ra không dừng, tiết kiệm thời gian xếp hàng và nhân sự vận hành.Tòa nhà Technopark Tower của Vingroup 1.
Tổng quan về công nghệ IoT 1. Giới thiệu về công nghệ IoT Internet of Things (IoT) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Theo khái niệm ta có thể hiểu Internet of Thing (IoT) là mọi vật đều có thể kết nối với nhau qua Internet, người dùng có thể kiểm soát đồ vật của minh qua một thiết bị thông minh như laptop, table PC hay smartphone.
Internet of Things ra đời đang dần cụ thể hóa các bộ phim khoa học viễn tưởng thành hiện thực trong đời sống. SVTH: Đỗ Nguyễn Ngọc Bích GVHD: ThS. Trần Duy Chung 8 Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển ngôi nhà thông minh trên nền tảng IoT 1. Internet of Things - Xu hướng công nghệ tương lai Mặc dù khái niệm Internet of Things được đưa ra từ lâu.
Nhưng trong những năm gần đây nó mới được nhiều doanh nghiệp cũng như các nhà khoa học để ý và phát triển mạnh mẽ. Trong các năm gần đây tại các triển lãm công nghệ CÉS, triễn lãm di động toàn cầu. các hãng sản xuất lớn thay nhau đưa ra các thiết bị thông minh: tivi thông minh, tủ lạnh thông minh và ý tưởng về nhà thông minh. liên tục được giới thiệu.
Và khi gây được sự chú ý của cộng đồng, IoT đã cho thấy tiềm năng của mình bằng những con số đáng kinh ngạc. Internet of thing đang tác động sâu sắc đến đời sống hàng ngày của con người. Thị trường IoT toàn cầu có thể đạt 1,7 nghìn tỷ USD vào năm 2025( theo IDC). Độ rộng lớn của IoT Số lượng thiết bị IoT được kết nối với internet chính là kích thước của IoT.
Có khoảng hơn 8 tỷ thiết bị IoT được kết nối vào năm 2022, con số này có tăng đến hơn 18 tỷ vào năm 2025 (theo Garner) Một mạng lưới IoT có thể chứa đến hơn 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối và mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng.Một con người sống trong thành thị có thể bị bao bọc xung quanh bởi 1000 đến 5000 đối tượng có khả năng theo dõi. Ứng dụng IoT trong đời sống Hình 1. Ứng dụng IoT trong đời sống IoT có nhiều ứng dụng như: SVTH: Đỗ Nguyễn Ngọc Bích GVHD: ThS. Trần Duy Chung 9 Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển ngôi nhà thông minh trên nền tảng IoT - Quản lí chất thải - Quản lí và lập kế hoạch quản lí đô thị - Quản lí môi trường - Phản hồi trong các tinh huống khẩn cấp - Mua sắm thông minh - Quản lí các thiết bị cá nhân - Nông nghiệp - Y tế 1.
Ưu và nhược điểm của công nghệ IoT Ưu điểm: - Tự động hóa: IoT có thể giúp tiết kiệm thời gian và công sức cho con người nhờ vào việc có thể tự động hóa các tác vụ và quy trình. - Tăng cường kết nối: Nhiều cơ hội mới cho giao tiếp, hợp tác và chia sẻ dữ liệu nhờ vào việc IoT cho phép các thiết bị, máy móc và con người kết nối với nhau một cách dễ dàng và hiệu quả hơn. - Tăng cường hiệu quả: IoT có thể được sử dụng để theo dõi hiệu suất, tối ưu hóa chuỗi cung ứng và cải thiện dịch vụ khách hàng. Giúp cải thiện hiệu quả hoạt động của các doanh nghiệp và tổ chức.
- Tăng cường an toàn và an ninh: IoT có thể được sử dụng để giám sát tài sản, phát hiện xâm nhập và cảnh báo khẩn cấp đến người dùng. Nhược điểm: - Rủi ro bảo mật: các thiết bị và dữ liệu dễ bị tấn công hơn, dẫn đến trộm cắp, rò rĩ thông tin. - Chi phí: Chi phí để sử dụng công nghệ IoT khá cao, nên khó tiếp cận đến các doanh nghiệp hay tổ chức nhỏ. - Môi trường: việc sử dụng và sản xuất các thiết bị IoT cũng gây ra nhiều khó khăn vì đây là thiết bị sử dụng năng lượng cao, ảnh hưởng đến môi trường.
Các chuẩn truyền dữ liệu 1. Chuẩn giao tiếp UART UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter là kiểu truyền thông tin nối tiếp không đồng bộ thường là một mạch tích hợp. Mục đích của UART là để truyền tín hiệu qua lại lẫn nhau (ví dụ truyền tín hiệu từ Laptop vào Modem hay ngược lại) hay truyền từ vi điều khiển tới vi điều khiển, từ laptop tới vi điều khiển. SVTH: Đỗ Nguyễn Ngọc Bích GVHD: ThS.
Trần Duy Chung 10 Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển ngôi nhà thông minh trên nền tảng IoT Hình 1. Truyền dữ liệu giữa 2 vi điều khiển Một số thông số: Baud rate (tốc độ Baud): Khi truyền nhận không đồng bộ để hai module hiểu được nhau thì cần quy định một khoảng thời gian cho 1 bit truyền nhận, nghĩa là trước khi truyền thì tốc độ phải được cài đặt đầu tiên. Theo định nghĩa thì tốc độ baud là số bit truyền trong một giây. Frame (khung truyền): Do kiểu truyền thông nối tiếp này rất dễ mất dữ liệu nên ngoài tốc độ, khung truyền cũng được cài đặt từ ban đầu để tránh bớt sự mất mát dữ liệu này.
Khung truyền quy định số bit trong mỗi lần truyền, các bit báo như start, stop, các bit kiểm tra như parity và số bit trong một data. Bit Start: Là bit bắt đầu trong khung truyền bit này nhằm mục đích báo cho thiết bị nhận biết quá trình truyền bắt đầu trên AVR bit Start có trạng thái là 0. Data: Dữ liệu cần truyền Data không nhất thiết phải 8 bit có thể là 5, 6, 7, 8, 9.