Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong xu thế phát triển của công nghệ thông tin, kỹ thuật điện tử và điện dân dụng, các thiết bị tự động hóa ngày càng được ứng dụng sâu rộng vào đời sống sinh hoạt nhằm nâng cao tiện nghi, mức độ an toàn và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng. Mô hình "nhà thông minh" (Smart Home) vốn từng được xem là giải pháp xa xỉ chỉ dành cho các công trình cao cấp hay phân khúc người dùng thượng lưu. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ vi điện tử và chi phí phần cứng ngày càng giảm, nhu cầu trang bị hệ thống tự động hóa cho các công trình nhà ở dân dụng phổ thông với mức chi phí hợp lý đang gia tăng. Theo số liệu thống kê từ ABI Research được trích dẫn trong văn bản, số lượng hệ thống nhà thông minh lắp đặt tại Mỹ đã tăng từ 1,5 triệu hệ thống (năm 2012) lên ước tính 8 triệu hệ thống (năm 2017).
Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài "Thiết kế ngôi nhà thông minh" (tên đầy đủ theo lời mở đầu: "Thiết kế mô hình nhà thông minh ứng dụng vi điều khiển") do nhóm sinh viên Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội thực hiện, tập trung xây dựng một mô hình nhà ở dân dụng thông minh có chi phí hợp lý, dễ triển khai nhưng vẫn đáp ứng đầy đủ các tính năng giám sát và điều khiển thiết yếu.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm 5 nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể:
- Thiết kế cơ chế đóng mở cửa tự động và bật/tắt hệ thống chiếu sáng từ xa thông qua ứng dụng trên điện thoại/máy tính sử dụng module Bluetooth HC-06 kết nối với vi điều khiển trung tâm.
- Triển khai tính năng bật/tắt các thiết bị điện bằng khẩu lệnh giọng nói thông qua ứng dụng di động gửi dữ liệu qua kênh Bluetooth về vi điều khiển.
- Xây dựng giải pháp đóng mở cửa và điều khiển thiết bị điện từ khoảng cách xa bằng phương pháp giải mã tín hiệu DTMF (Dual Tone Multi-Frequency) từ mạng điện thoại.
- Thu thập và hiển thị liên tục thông số nhiệt độ phòng (từ cảm biến DS18B20) và nồng độ khí gas (từ cảm biến MQ-2) lên màn hình LCD 16x2 tại chỗ cũng như truyền về giao diện ứng dụng trên điện thoại/máy tính.
- Thiết kế hệ thống cảnh báo và xử lý sự cố an toàn: tự động phát hiện rò rỉ khí gas vượt ngưỡng cho phép, kích hoạt còi báo động và đồng thời ngắt Rơ le tổng cấp điện xoay chiều cho toàn bộ ngôi nhà để chống cháy nổ; khi nồng độ khí gas trở về ngưỡng an toàn thì tự động đóng Rơ le cấp điện trở lại.
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống phần cứng điều khiển nhúng sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A kết hợp các cảm biến, module truyền thông và ứng dụng điều khiển trên hệ điều hành Android. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế, mô phỏng và thi công mô hình nhà ở dân dụng thông minh trong khuôn khổ môn học Thiết bị điện thông minh tại Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội vào năm 2023.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Cơ sở lý thuyết
Đề tài dựa trên các nền tảng lý thuyết và công nghệ kỹ thuật sau:
- Kiến trúc hệ điều hành Android: Mô hình kiến trúc 4 tầng gồm tầng hạt nhân Linux (Linux kernel v2.6), tầng thư viện và môi trường thực thi (Libraries & Android Runtime), tầng khung ứng dụng (Application Framework) và tầng ứng dụng (Applications).
- Kiến trúc vi điều khiển RISC: Nền tảng vi điều khiển 8-bit PIC 16F877A của hãng Microchip, cấu trúc Harvard với tập lệnh thu gọn gồm 35 lệnh cơ bản, tích hợp các bộ định thời (Timer 0, Timer 1, Timer 2), bộ điều chế độ rộng xung (PWM) và các cổng vào/ra số (PORT A, B, C, D, E).
- Nguyên lý truyền thông không dây Bluetooth: Giao tiếp vô tuyến cự ly ngắn trên băng tần ISM 2.4 GHz không cần đăng ký, sử dụng kỹ thuật nhảy tần (Frequency Hopping) để giảm nhiễu và hỗ trợ giao tiếp cổng nối tiếp (Bluetooth Serial Port Profile).
- Nguyên lý mã hóa và giải mã tín hiệu DTMF: Cơ chế truyền tín hiệu điều khiển bằng cách kết hợp 8 tần số âm thanh thành 16 cặp tần số tương ứng với 16 phím bấm trên bàn phím điện thoại chuẩn.
- Nguyên lý cảm biến và đo lường: Giao thức truyền thông 1 dây (1-Wire) trên cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số DS18B20 và nguyên lý biến đổi điện áp theo nồng độ khí cháy của cảm biến khí gas MQ-2.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu kỹ thuật: Thu thập, phân tích tài liệu kỹ thuật và datasheet của các linh kiện vi điều khiển PIC 16F877A, module HC-06, IC giải mã DTMF MT8870, IC công suất L298N và các loại cảm biến.
- Phương pháp thiết kế hệ thống nhúng kết hợp phần cứng và phần mềm: Phân tách hệ thống thành các khối chức năng độc lập (khối nguồn, khối điều khiển trung tâm, khối cảm biến, khối chấp hành, khối truyền thông) và xây dựng thuật toán điều khiển tích hợp.
- Phương pháp mô phỏng mạch điện tử: Sử dụng phần mềm Proteus (ISIS 7 Professional) để vẽ sơ đồ nguyên lý, nạp mã nhị phân (file
.hex) và kiểm thử logic hoạt động của vi điều khiển cùng các mạch ngoại vi trước khi lắp ráp thực tế.
- Phương pháp thiết kế mạch in (CAD): Sử dụng phần mềm Altium Designer 6 để thiết kế sơ đồ nguyên lý (Schematic) và layout mạch in (PCB Project).
- Phương pháp phát triển phần mềm giao diện trực quan: Ứng dụng công cụ MIT App Inventor để thiết kế giao diện đồ họa (WYSIWYG) và lập trình khối chức năng (Blockly) trên nền tảng Android.
Nguồn dữ liệu
Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu bao gồm các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn từ nhà sản xuất chip vi điều khiển Microchip, thông số kỹ thuật module của các hãng sản xuất linh kiện điện tử, cùng các tài liệu khảo sát thị trường nhà thông minh của ABI Research.
Thiết kế và triển khai
Hệ thống điều khiển và giám sát mô hình nhà thông minh được thiết kế đồng bộ từ cấu trúc phần cứng mạch nhúng đến phần mềm điều khiển trên điện thoại Android.
Kiến trúc phần cứng hệ thống
Sơ đồ tổng thể phần cứng gồm khối xử lý trung tâm kết nối trực tiếp với các module chức năng:
| Khối chức năng |
Linh kiện / Thiết bị chính |
Đặc tính kỹ thuật và vai trò trong hệ thống |
| Khối điều khiển trung tâm |
PIC 16F877A (Microchip) |
Vi điều khiển 8-bit, 40 chân, hoạt động với thạch anh 20 MHz; xử lý logic, đọc dữ liệu cảm biến và phát lệnh điều khiển |
| Khối nguồn |
IC 7805, tụ C4, C6, C7, Diode |
Nhận điện áp đầu vào 6V - 24VDC, ổn định điện áp đầu ra chuẩn +5VDC cấp cho vi điều khiển và các module; diode chống ngược cực |
| Khối truyền thông cự ly gần |
Module Bluetooth HC-06 |
Chip CSR Bluetooth V2, băng tần 2.4 GHz ISM, cấu hình Slave mặc định (baud rate 9600, N, 8, 1), khoảng cách truyền 5m - 10m trong nhà |
| Khối giải mã tín hiệu từ xa |
IC MT8870 (Module DTMF) |
Thu nhận tín hiệu âm thanh từ giắc audio điện thoại, lọc và giải mã 16 cặp tần số DTMF thành dữ liệu số 4-bit (Q1 - Q4) kèm tín hiệu báo STQ |
| Khối cảm biến khí gas |
Module MQ-2 |
Điện áp +5V, đo nồng độ khí LPG, Methane, Butane, khói; cung cấp đầu ra tương tự Aout (0 - 5V) và đầu ra số Dout (0/1) qua biến trở so sánh |
| Khối cảm biến nhiệt độ |
DS18B20 |
Giao tiếp 1-Wire, dải đo -55°C đến +125°C (bước nhảy 0,5°C, độ chính xác có thể hiệu chỉnh đến 0,1°C), thời gian chuyển đổi dưới 200 ms |
| Khối hiển thị tại chỗ |
LCD 16x2 |
Hiển thị 2 dòng x 16 ký tự, hỗ trợ chế độ giao tiếp 4-bit hoặc 8-bit, chân điều khiển RS, R/W, E và các chân dữ liệu D0 - D7 |
| Khối chấp hành công suất |
Rơ le trung gian, Optocoupler, Transistor Q4 |
Cách ly quang bảo vệ vi điều khiển, đóng cắt điện lưới xoay chiều 220VAC cho hệ thống chiếu sáng và nguồn tổng |
| Khối điều khiển động cơ cửa |
Module Driver L298N |
IC cầu H kép, dải điện áp 5V - 12V, dòng cực đại 2A/cầu, nhận tín hiệu IN1, IN2, ENA từ PIC để điều khiển chiều quay động cơ DC cửa |
+-----------------------+
| Nguồn cấp 6-24VDC |
| (IC 7805) |
+-----------+-----------+
| +5V
+-----------------------+ v +-----------------------+
| Module Bluetooth |-----> +-----+ <-----| Cảm biến Gas |
| HC-06 | UART | | A/D | MQ-2 |
+-----------------------+ | V | +-----------------------+
| Module giải mã DTMF |-----> | I | <-----| Cảm biến nhiệt độ |
| MT8870 | 4-bit | Đ | 1-Wire| DS18B20 |
+-----------------------+ | I | +-----------------------+
| Mạch Reset + Dao |-----> | Ề | | Màn hình hiển thị |
| động 20 MHz | | U |-----> | LCD 16x2 |
+-----------------------+ | K | +-----------------------+
| H |-----> | Khối Rơle đóng cắt |
| I | GPIO | chiếu sáng & nguồn |
| Ể | +-----------------------+
| N |-----> | Driver động cơ L298N |
+-----+ PWM | (Đóng/Mở cửa tự động)
PIC16F877A
Triển khai phần mềm điều khiển trên MIT App Inventor
Giao diện và thuật toán phần mềm trên hệ điều hành Android được thiết kế qua công cụ MIT App Inventor theo cấu trúc kéo thả trực quan:
- Giao diện người dùng (Screen1): Sử dụng thành phần
ListPicker để quét và chọn kết nối Bluetooth; bố trí khung hiển thị TableArrangement (kích thước 3 cột x 8 hàng) chứa các nút nhấn điều khiển thiết bị (Button), nhãn hiển thị tên hệ thống và nhãn hiển thị thông số môi trường (Label).
- Xử lý kết nối và cập nhật dữ liệu: Thành phần
BluetoothClient xử lý giao thức kết nối; thành phần Clock đóng vai trò tạo sự kiện tràn thời gian ngắt định kỳ, khi xảy ra sự kiện sẽ kiểm tra kết nối (BluetoothClient1.IsConnected) và gọi hàm ReceiveText để đọc chuỗi dữ liệu nhiệt độ, nồng độ khí gas gửi từ vi điều khiển lên màn hình điện thoại.
- Xử lý lệnh điều khiển: Khi người dùng nhấn nút (ví dụ nút "ON PLV"), sự kiện
Button.Click kích hoạt hàm BluetoothClient1.SendText gửi các ký tự mã hóa (ký tự số 1, 2, 3...) qua Bluetooth tới vi điều khiển để giải mã và bật/tắt thiết bị tương ứng. Sau khi hoàn tất, hệ thống đóng gói thành file .apk để cài đặt trực tiếp trên thiết bị Android.
Quy trình thiết kế mạch và mô phỏng
- Mô phỏng trên Proteus ISIS: Lấy linh kiện từ thư viện (PIC 16F877A, LCD, LED, biến trở...), thực hiện đi dây theo sơ đồ nguyên lý, cấu hình tần số thạch anh 20 MHz trong thuộc tính của vi điều khiển, nạp file nhị phân
.hex vào mô hình để chạy thử nghiệm các chức năng logic và giao tiếp hiển thị.
- Thiết kế mạch trên Altium Designer: Khởi tạo dự án mạch in (
PCB Project), tạo tài liệu bản vẽ nguyên lý (Schematic), thiết lập các thư viện linh kiện chuẩn, đặt tên nhãn dây dẫn (Net Labels) đồng bộ để chuẩn bị cho công đoạn chuyển sang layout mạch in (PCB).
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Đặt vấn đề nghiên cứu
Chương này tập trung trình bày tổng quan về hệ thống nhà thông minh, phân tích nguồn gốc xuất hiện từ các tác phẩm khoa học viễn tưởng và sự chuyển mình thành hiện thực từ thế kỷ 20 nhờ ngành điện tử - tin học. Tác giả chỉ rõ các thành phần cơ bản cấu thành Smart Home bao gồm cảm biến, bộ điều khiển, khối truyền thông và cơ cấu chấp hành. Đề tài xác lập bài toán thiết kế hướng đến người có mức thu nhập trung bình, đề xuất mô hình điều khiển đa phương thức:
- Phương thức 1 (Khoảng cách gần): Điều khiển thông qua phím bấm trên giao diện ứng dụng Android, truyền tín hiệu qua module Bluetooth HC-06 tới PIC 16F877A.
- Phương thức 2 (Điều khiển giọng nói): Tiếp nhận khẩu lệnh thoại từ người dùng qua điện thoại, chuyển đổi thành mã lệnh truyền qua Bluetooth.
- Phương thức 3 (Khoảng cách xa): Giải mã tín hiệu âm bàn phím DTMF của điện thoại thông qua module MT8870 chuyển thành dạng số 4-bit đưa vào vi điều khiển.
- Cơ chế an toàn tự động: Đọc dữ liệu từ cảm biến khí gas MQ-2 và cảm biến nhiệt độ DS18B20; cảnh báo còi và ngắt Rơ le tổng cấp điện 220VAC khi phát hiện rò rỉ khí gas vượt ngưỡng, tự động đóng điện lại khi khí gas phân tán an toàn.
Phần 2: Tìm hiểu về hệ điều hành Android và vi điều khiển PIC 16F877A cùng một số thiết bị ngoại vi khác
Chương 2 phân tích sâu về lý thuyết và thông số phần cứng của các linh kiện được lựa chọn:
- Hệ điều hành Android và MIT App Inventor: Giới thiệu nền tảng Android trên nhân Linux 2.6; cơ chế quản lý tiến trình không dùng hàm
main cố định; hướng dẫn từng bước lập trình giao diện và khối lệnh Blocks trên MIT App Inventor.
- Vi điều khiển PIC 16F877A: Phân tích sơ đồ 40 chân, khối Timer 0/1/2, ngắt ngoài, ngắt truyền thông, 2 kênh PWM (CCP1, CCP2) và sơ đồ mạch tối thiểu để chip hoạt động (nguồn +5V chân 11/32, mass chân 12, chân Reset MCLR qua điện trở kéo lên, mạch dao động thạch anh).
- Cảm biến và thiết bị ngoại vi: Trình bày chi tiết thông số và sơ đồ nguyên lý của cảm biến khí gas MQ-2, cảm biến nhiệt độ DS18B20 (chuẩn 1-Wire, ROM 64-bit), màn hình hiển thị LCD 16x2, module Bluetooth HC-06 (chuẩn V2, tốc độ 9600 baud), module giải mã DTMF MT8870 (bảng mã 16 tần số ra 4-bit) và module điều khiển động cơ L298N (cầu H dòng tải 2A).
Phần 3: Thiết kế điều khiển và giám sát cho mô hình nhà ở dân dụng thông minh
Chương 3 đi vào thiết kế chi tiết mạch phần cứng và hướng dẫn sử dụng phần mềm hỗ trợ kỹ thuật:
- Thiết kế mạch nguyên lý: Trình bày sơ đồ nguyên lý chi tiết từng khối: khối nguồn ổn áp IC 7805 chống ngược dòng bằng diode; khối tạo dao động thạch anh 20 MHz; khối mạch Reset chân MCLR; khối công suất Rơ le sử dụng IC cách ly quang kết hợp transistor NPN Q4 điều khiển tiếp điểm 220VAC; khối vi điều khiển trung tâm kết nối với các chân vào/ra tín hiệu.
- Quy trình mô phỏng trên Proteus ISIS: Hướng dẫn các thao tác chi tiết trên phần mềm Proteus 7 Professional từ thanh công cụ lấy linh kiện, đặt linh kiện, nối dây bằng công cụ
wire label mode, cấu hình tần số vi xử lý và nạp file .hex chạy mô phỏng logic hệ thống.
- Quy trình thiết kế trên Altium Designer: Hướng dẫn quy trình tạo
PCB Project, tạo bản vẽ Schematic, quản lý môi trường làm việc để phục vụ chuyển đổi sơ đồ nguyên lý sang thiết kế mạch in.
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật đạt được
- Xây dựng thành công giải pháp phần cứng tích hợp hoàn chỉnh dựa trên vi điều khiển trung tâm PIC 16F877A kết nối đồng thời với các module: Bluetooth HC-06, giải mã DTMF MT8870, cảm biến khí gas MQ-2, cảm biến nhiệt độ DS18B20, driver động cơ L298N, mạch hiển thị LCD 16x2 và mạch đóng cắt Rơ le cách ly quang.
- Thiết kế và xuất bản thành công ứng dụng điều khiển di động file
.apk qua nền tảng MIT App Inventor, cho phép kết nối Bluetooth linh hoạt, điều khiển thiết bị bằng giao diện nút bấm hoặc khẩu lệnh giọng nói và giám sát dữ liệu cảm biến theo thời gian thực.
- Thiết lập 3 cơ chế điều khiển vận hành thiết bị độc lập (Bluetooth qua nút bấm, Bluetooth qua giọng nói, và giải mã tín hiệu DTMF qua mạng viễn thông) kết hợp công tắc cơ khí tại phòng.
- Hiện thực hóa thuật toán tự động bảo vệ an toàn: ngắt nguồn điện lưới xoay chiều toàn nhà qua Rơ le tổng khi nồng độ khí gas vượt ngưỡng và tự phục hồi cấp điện khi môi trường an toàn.
- Hoàn thiện tài liệu hướng dẫn kỹ thuật từng bước về việc mô phỏng mạch trên Proteus và thiết kế sơ đồ nguyên lý trên Altium Designer 6.
Đóng góp của đề tài
- Cung cấp một giải pháp thiết kế mô hình nhà thông minh có cấu trúc rõ ràng, sử dụng các linh kiện phổ biến, giá thành thấp, phù hợp với điều kiện kinh tế của đại đa số hộ gia đình dân dụng.
- Kết hợp đa dạng các phương thức truyền thông (vô tuyến cự ly ngắn Bluetooth và giải mã âm thanh thoại DTMF cự ly xa) mà không phụ thuộc hoàn toàn vào hạ tầng mạng Internet băng rộng phức tạp.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế
- Phạm vi truyền thông không dây của module Bluetooth HC-06 còn hạn chế (chỉ đạt từ 5m - 10m trong nhà), dễ bị suy giảm tín hiệu qua tường chắn.
- Phương thức điều khiển từ xa qua DTMF yêu cầu kết nối thoại trực tiếp qua giắc audio, thao tác quay số và bấm phím chưa tối ưu về trải nghiệm người dùng so với các giao diện điều khiển qua mạng IP.
- Hệ thống chưa tích hợp cơ chế lưu trữ dữ liệu lịch sử đo lường nhiệt độ và khí gas theo thời gian dài.
Hướng nghiên cứu tiếp
- Bổ sung hoặc thay thế module truyền thông sang chuẩn Wifi/ESP để kết nối hệ thống với mạng Internet, cho phép điều khiển và giám sát qua nền tảng IoT / Cloud Server.
- Tích hợp thêm các cảm biến an ninh khác như cảm biến chuyển động chống trộm, cảm biến khói chuyên dụng, cảm biến ánh sáng tự động điều chỉnh độ sáng đèn.
- Nâng cấp ứng dụng di động với giao diện trực quan hơn và bổ sung tính năng gửi thông báo đẩy (Push Notification) hoặc tin nhắn SMS cảnh báo tức thời khi có sự cố khẩn cấp.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tham khảo phù hợp cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư kỹ thuật thuộc các chuyên ngành:
- Kỹ thuật Điện - Điện tử: Tham khảo sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ổn áp 7805, mạch cách ly quang điều khiển Rơ le công suất 220VAC, mạch cầu H L298N điều khiển động cơ và sơ đồ kết nối vi điều khiển họ PIC 8-bit.
- Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa: Tham khảo thuật toán xử lý ngắt, đọc tín hiệu cảm biến 1-Wire (DS18B20), biến đổi tín hiệu tương tự/số (MQ-2) và cấu trúc điều khiển tự động bảo vệ ngắt/đóng nguồn điện.
- Kỹ thuật Máy tính / Công nghệ Thông tin: Tham khảo quy trình xây dựng ứng dụng di động Android truyền nhận dữ liệu qua giao tiếp Bluetooth Serial bằng công cụ MIT App Inventor.
- Người học thực hành thiết kế mạch: Sử dụng tài liệu như hướng dẫn từng bước (tutorial) để thực hành vẽ mạch nguyên lý và mô phỏng trên phần mềm Proteus ISIS cùng Altium Designer 6.
Câu hỏi thường gặp
1. Hệ thống hỗ trợ những phương thức điều khiển thiết bị điện và cửa tự động nào?
Hệ thống hỗ trợ 3 phương thức điều khiển chính cùng với công tắc cơ tại chỗ:
- Điều khiển cự ly gần bằng nút bấm trên ứng dụng Android kết nối Bluetooth HC-06.
- Điều khiển cự ly gần bằng khẩu lệnh giọng nói thông qua ứng dụng Android truyền qua Bluetooth HC-06.
- Điều khiển cự ly xa bằng cách bấm phím điện thoại để phát tín hiệu âm thanh DTMF, tín hiệu này được giải mã bởi module MT8870 chuyển thành mã số 4-bit gửi về vi điều khiển.
- Đóng cắt thủ công bằng các công tắc cơ bố trí tại từng phòng.
2. Cảm biến khí gas MQ-2 và cảm biến nhiệt độ DS18B20 giao tiếp với vi điều khiển theo chuẩn nào?
- Cảm biến khí gas MQ-2: Cung cấp đầu ra tương tự Aout (0,5V - 5V) tỷ lệ thuận với nồng độ khí và đầu ra số Dout (mức 0 hoặc 1) được so sánh qua biến trở tích hợp sẵn trên mạch để xuất tín hiệu trực tiếp về cổng vào/ra của vi điều khiển.
- Cảm biến nhiệt độ DS18B20: Sử dụng chuẩn giao tiếp 1 dây (1-Wire), cho phép truyền dữ liệu và cấp nguồn chỉ trên một dây dẫn tín hiệu chung, có độ phân giải từ 9 bit đến 12 bit và mỗi cảm biến sở hữu một mã định danh duy nhất 64-bit trong bộ nhớ ROM.
3. Hệ thống xử lý như thế nào khi phát hiện có sự cố rò rỉ khí gas?
Khi cảm biến MQ-2 phát hiện nồng độ khí gas vượt quá ngưỡng cài đặt an toàn, vi điều khiển PIC 16F877A sẽ:
- Phát tín hiệu kích hoạt còi báo động để cảnh báo người dùng.
- Đồng thời xuất tín hiệu điều khiển tới Rơ le trung gian tổng để ngắt toàn bộ nguồn điện lưới xoay chiều 220VAC của ngôi nhà, nhằm triệt tiêu nguy cơ phát sinh tia lửa điện gây cháy nổ.
- Khi nồng độ khí gas giảm xuống dưới ngưỡng nguy hiểm, hệ thống sẽ tự động kích hoạt Rơ le tổng đóng tiếp điểm trở lại, cấp điện phục hồi cho toàn bộ thiết bị hoạt động bình thường.
4. Vi điều khiển PIC 16F877A cần những điều kiện tối thiểu nào về phần cứng để hoạt động?
Theo thiết kế mạch tối thiểu, PIC 16F877A yêu cầu:
- Nguồn cấp +5VDC tại các chân VDD (chân 11 và 32) và nối đất 0V tại chân VSS (chân 12).
- Mạch Reset nối vào chân số 1 (MCLR) gồm điện trở kéo lên nguồn +5V và nút nhấn nối mass để đưa điện áp về 0 khi khởi động lại.
- Mạch tạo dao động gồm thạch anh tần số 20 MHz gắn vào chân OSC1 (chân 13) và OSC2 (chân 14) cùng 2 tụ gốm liên lạc 22nF nối mass.
5. Ứng dụng điều khiển trên điện thoại Android được xây dựng bằng công cụ nào và có đặc điểm gì?
Ứng dụng được xây dựng trên nền tảng web MIT App Inventor do Google và MIT phát triển. Công cụ này sử dụng phương pháp lập trình khối trực quan (drag-and-drop Blockly) theo nguyên lý WYSIWYG mà không cần viết mã lệnh văn bản phức tạp. Ứng dụng tích hợp thành phần BluetoothClient để giao tiếp nối tiếp với module HC-06 và thành phần Clock để định thời quét nhận dữ liệu cảm biến hiển thị lên giao diện Label.
Kết luận
Báo cáo bài tập lớn môn học "Thiết bị điện thông minh" của nhóm sinh viên Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã hoàn thành việc thiết kế và xây dựng trọn vẹn mô hình nhà thông minh chi phí thấp ứng dụng vi điều khiển PIC 16F877A. Hệ thống tích hợp thành công giải pháp điều khiển thiết bị qua 3 phương thức linh hoạt (nút bấm Bluetooth, khẩu lệnh giọng nói và giải mã tín hiệu DTMF), đồng thời thực hiện hiệu quả chức năng giám sát nhiệt độ và tự động ngắt điện an toàn khi xảy ra sự cố rò rỉ khí gas. Tài liệu cung cấp chi tiết toàn bộ quy trình từ tính toán phần cứng, lập trình ứng dụng Android trên MIT App Inventor đến hướng dẫn mô phỏng trên Proteus và thiết kế trên Altium Designer, mang lại giá trị thực tiễn và tham khảo cao cho sinh viên ngành kỹ thuật điện - điện tử.
