Chương 1: Tổng quan về nhà thông minh 1.1 Bối cảnh và nhu cầu sử dụng nhà thông minh: _Trong thế giới hiện đại ngày nay, khoa học công nghệ đang phát triển như vũ bão, chất lượng sống của con người ngày càng được nâng cao, những nhu cầu của con người đòi hỏi những sự tiện nghi và hỗ trợ tốt nhất. Cùng với đó là sự mở rộng không ngừng của mạng lưới internet trên khắp các vùng quốc gia và lãnh thổ làm cho việc giám sát và điều khiển hệ thống qua mạng internet trở thành tất yếu. Từ những yêu cầu và điều kiện thực tế đó, ý tưởng về một ngôi nhà thông minh được hình thành, nơi mà mà mọi hoạt động của con người đều được hỗ trợ và giúp đỡ một cách linh hoạt, ngoài ra ngôi nhà còn có thể tự động quản lí một cách thông minh nhất. _Sự thông minh của một ngôi nhà được thể hiện trên 4 phương diện sau: +, Thứ nhất, là khả năng tự động hóa.
Căn nhà được trang bị hệ thống các cảm biến như: cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến khí gas, cảm biến báo cháy, cảm biến chuyển động… với khả năng tự động hoạt động theo điều kiện môi trường. Nhà thông minh giúp chúng ta giám sát được mức tiêu thụ điện, nước tốt hơn so với thông thường. +, Thứ hai, là khả năng thỏa mãn nhu cầu của người sử dụng. Chủ nhân ngôi nhà có thể điều khiển theo ý muốn hoặc theo những kịch bản được lập trình sẵn.
+, Thứ ba, là khả năng bảo mật, giám sát an ninh. Hệ thông giám sát an ninh, báo cháy, báo rò rỉ khí gas sẽ tự động báo trạng thái của ngôi nhà qua mạng internet. +, Thứ tư, là khả năng điều khiển, cảnh báo từ xa thông qua kết nối internet. Các thiết bị như: bóng đèn, điều hòa, ti vi, tủ lạnh…cũng đều được kết nối tới mạng internet.
Người sử dụng chỉ cần có một thiết bị kết nối internet là có thể theo dõi dữ liệu từ các cảm biến và điều khiển các thiết bị trong nhà theo ý muốn của bản thân. _Hiện nay, nhà thông minh đã và đang là một thị trường tiềm năng với thị trường toàn cầu lên đến con số tỉ đô. Không những vậy, chỉ riêng thị trường Bắc Mỹ, theo các con số thống kê, hoàn toàn là có cơ sở để nhận định rằng đây chính là tương lai của một ngôi nhà mà chúng ta cần phải có. 1: Hệ thống nhà thông minh 1 1.2 Các mô hình nhà thông minh đang được áp dụng hiện nay 1.1 Các giải pháp nhà thông minh trên thế giới _Thị trường Smarthome lớn nhất thế giới hiện nay là Mỹ.
Với quy mô cũng như tính tiện nghi dành cho một ngôi nhà với 4 người, sẽ có thiết kế cơ bản với khả năng như: cảnh báo đột nhập, cảnh báo khí gas, hệ thống cửa tự động, hệ thống camera an ninh, hệ thống giải trí… _Một số ví dụ về một ngôi nhà thông minh của một số nhà sản xuất tại Mỹ và châu Auu, với tiêu chuẩn từ cơ bản đến cao cấp: 10 Hình 1. 2: Hệ thống nhà thông minh 2 Hình 1. 3: Hệ thống nhà thong minh 3 1.2 Các giải pháp nhà thông minh ở Việt Nam _Tại thị trường Việt nam, chúng ta có rất nhiều nhà sản xuất cũ và mới tham gia, dẫn đầu đang là BKAV và Lumi Smarthomee. Với đầy đủ các chức năng như các nhà sản xuất nước ngoài, lại them yếu tố phù hợp với riêng thị trường Việt Nam, hiện nay họ đang có một lợi thế không nhỏ so với các nhà sản xuất nước ngoài tại Việt Nam.
_Dưới đây là một số ví dụ về nhà thông minh của hai đại diện BKAV và Lumi Smarthome 11 Hình 1. 4: Hệ thống nhà thông minh 4 Hình 1. 5: Hệ thống nhà thông minh 5 Chương 2: Thiết kế tổng thể hệ thống giám sát, điều khiển nhà thông minh 2.1 Lựa chọn hướng thiết kế _Mỗi người đều có nhu cầu, sở thích và mục đích sử dụng không giống nhau nên nhà thông minh là một đề tài rộng và có nhiều vấn đề đặt ra. Ban đầu, nhà thông minh chỉ có các thiết 12 bị điều khiển từ xa ở trong phạm vi ngôi nhà để phục vụ một số nhu cầu của con người.
Sau đó là sự tự động hóa các thiết bị trong ngôi nhà với khả năng tự động điều chỉnh theo môi trường cũng như người sử dụng. Ngày nay, với sự phát triển rộng rãi của mạng internet, chúng ta đã đưa ra giải pháp kết nối và điều khiển các thiết bị trong nhà thông qua mạng internet giúp chủ nhà có thể giám sát và điều khiển ngôi nhà của mình từ một khoảng cách xa chứ không bó hẹp trong phạm vi ngôi nhà nữa _Trong đồ án này, em lựa chọn hướng thiết kế ngôi nhà thông minh theo giải pháp sử dụng hệ thống giám sát và điều khiển các thiết bị thông qua mạng internet, cụ thể là qua mạng wifi. Ngôi nhà có các chức năng cơ bản như: đèn tự động, cảnh báo cháy nổ, cảnh báo rò rỉ khí gas, dây phơi quần áo tự động, giám sát nhiệt độ và độ ẩm của môi trường 2.2 Sơ đồ kết cấu của ngôi nhà _Em lựa chọn thiết kế của một ngôi nhà với cấu trúc như sau: +, 1 sân phơi quần áo +, 1 phòng khách +, 1 phòng bếp +, 1 nhà vệ sinh +, 1 phòng ngủ Hình 2. 1: Sơ đô kết cấu mô hình 13 2.3 Chức năng của các phòng: 2.1 Cửa chính _Bảo mật bằng thẻ từ RFID _Bảo mật bằng mật khẩu _Còi cảnh báo khi có xâm nhập trái phép 2.2 Phòng khách _Thông báo nhiệt độ, độ ẩm trên màn hình LCD _Bật, tắt đèn tự động theo trạng thái người sử dụng 2.3 Phòng bếp _Cảnh báo cháy nổ _Cảnh báo rò rỉ khí gas _Bật, tắt đèn tự động theo trạng thái người sử dụng 2.4 Phòng vệ sinh _Bật, tắt đèn tự động theo trạng thái người sử dụng 2.5 Phòng ngủ _Bật, tắt đèn tự động theo trạng thái người sử dụng _Bật, tắt đèn qua mạng internet _Bật, tắt quạt qua mạng internet 2.6 Sân _Dây phơi quần áo tự động thu lại khi trời mưa 2.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 14 Hình 2.
2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động 2.1 Khối cảm biến *Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11: _DHT11 là một cảm biến đơn giản để đo nhiệt độ và độ ẩm. Cảm biến này thường được gắn trên một module PCB để dễ sử dụng. Trong trường hợp này, nó bao gồm một điện trở kéo lên 5 kOhm và một đèn LED cảnh báo về hoạt động Hình 2. 3: Cảm biến DHT11 _Thông số kĩ thuật: +, nguồn điện từ 3,5v đến 5v +, múc tiêu thụ dòng 2,5mA 15 +, tín hiệu đầu ra là dạng kỹ thuật số +, phạm vi đo nhiệt độ từ 0℃ đến 50℃ +, độ chính xác để đo nhiệt độ là 8-bit, tương đương với 1℃ +, độ ẩm có thể đo từ 20% RH đến 90% RH +, độ ẩm chính xác 5% RH +, độ phân giải là 1% RH, nó không thể nhận các biến thể dưới mức đó _Tín hiệu nhiệt độ tương tự được cảm biến chuyển thành dạng kỹ thuật số rồi gửi đến vi điều khiển.
Nó được truyền trong khung 40 bit tương ứng với thông tin về độ ẩm và nhiệt độ được đo. Hai nhóm 8 bit đầu tiên dành cho độ ẩm, tức là 16 bit quan trọng nhất của khung này. Sau đó, 2 nhóm 8 bit còn lại là dành cho nhiệt độ. Nghĩa là, cảm biến có hai byte cho nhiệt độ và độ ẩm.
Tám bit cuối cùng là các bit chẵn lẻ dùng để kiểm xem một thứ có chính xác trong quá trình truyền hay không * Cảm biến nước mưa: Hình 2. 4: Cảm biến mưa _Thông số kĩ thuật: +, Điện áp làm việc: DC3-5V +, Điện áp tiêu thụ: ít hơn 20mA +, Loại cảm biến: Analog +, Diện tích làm việc hiệu quả: 40mm X 16mm +, Quy trình sản xuất: FR4 hai mặt HASL 16 +, Nhiệt độ hoạt động: 10 °] C. +, Độ ẩm: 10% -90% không ngưng tụ +, Trọng lượng: 3.5g Kích thước: 62mm X 20mm X 8mm *Cảm biến lửa : Hình 2. 5: Cảm biến lửa _Nguyên lý hoạt động: khi module hoạt động các chân tính hiệu sẽ báo tín hiệu về thiết bị điều khiển.
Lúc đó tín hiệu chân Dout sẽ ở mức cao khi không có lửa và ở mức thấp khi có lửa. Aout cho ra tín hiệu tương tự. Cảm biến được thiết kế để chỉ phát hiện đám cháy, nhưng nó không có khả năng chống cháy. Khi sử dụng cần phải giữ một khoảng cách an toàn để tránh hư hỏng _Thông số kĩ thuật: +, nguồn cấp 3V3 – 5 VDC +, dòng tiêu thụ: 15mA +, tín hiệu ra: dạng kĩ thuật số và tương tự +, khoảng cách: 80m +, góc quét: 60 độ +, kích thước: 3.4 cm * Cảm biến khí gas MQ2: 17 Hình 2.
6: Cảm biến khí gas _MQ2 là cảm biến khí, dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy. Nó được cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2. Chất này có độ nhạy cảm thấp với với không khí sạch. Nhưng khi tỏng môi trường có chất gây cháy, độ dẫn của nó lập tức thay đổi.
Chính nhờ đặc điểm này người ta thêm vào mạch đơn giản để biến đổi từ độ nhạy này sang điện áp. Khi môi trường sạch điện áp đầu ra của cảm biến thấp, giá trị điện áp đầu ra càng tăng khi nồng độ khí gây cháy xung quanh MQ2 càng cao _Thông số kĩ thuật: +, nguồn cấp: 5VDC +, ngõ ra: cả tín hiệu analog và digital +, kích thước: 32 x 20 x 22mm * Module thẻ từ RFID: _Ở cửa chính, em sử dụng thẻ từ RFID để tăng tính bảo mật cho ngôi nhà 18 Hình 2. 7: Module thẻ RFID _Nguyên lý hoạt động: thiết bị RFID đọc được đặt cố định ở một vị trí. Chúng sẽ phát ra sóng vô tuyến điện ở một tần số nhất định để phát hiện thiết bị xung quanh đó.
Khi RFID phát đi vào vùng sóng vô tuyến điện mà RFID đọc phát ra, hai bên sẽ cảm nhận được nhau. RFID phát sẽ nhận sóng điện tử, thu nhận và phát lại cho RFID đọc về mã số của mình. Nhờ vậy mà RFID đọc biết được thiết bị RFID phát nào đang nằm trong vùng hoạt động. Khi sản xuất, mỗi một thẻ chip RFID sẽ được gắn 1 mã số hoàn toàn khác nhau.
Điều này sẽ giúp cho RFID đọc nhận dạng chính xác mà không bị nhầm lẫn. Chính nhờ điều này giúp cho các thiết bị đã được gắn RFID mang lại độ an toàn, tính bảo mật cao _Thông số kĩ thuật: +, nguồn sử dụng: 3.3VDC +, dòng điện tiêu thụ: 13~26mA +, tần số hoạt động: 13.