Đồ Án Tốt Nghiệp: Xây Dựng Ứng Dụng Android Truy Xuất Dữ Liệu Cho Nhà Thông Minh

Đồ án kỹ thuật nghiên cứu đề tài xây dựng ứng dụng android truy xuất, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Đề tài: Xây Dựng Ứng Dụng Android Truy Xuất Dữ Liệu Cho Nhà Thông Minh

Tóm tắt

I. Hướng dẫn Xây dựng Ứng dụng Android cho Nhà thông minh

Sự phát triển của công nghệ đã biến nhà thông minh (Smarthome) từ một khái niệm trong khoa học viễn tưởng thành một phần không thể thiếu của cuộc sống hiện đại. Đồ án tốt nghiệp của Nguyễn Ngọc Tuấn (Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2018) đã đặt nền móng cho việc nghiên cứu một hệ thống smarthome có khả năng giám sát và điều khiển từ xa. Bài viết này sẽ phân tích và mở rộng đề tài, tập trung vào việc Xây dựng Ứng dụng Android truy xuất dữ liệu cho nhà thông minh, cập nhật các công nghệ và phương pháp luận hiện đại. Mục tiêu chính là tạo ra một ứng dụng Android mạnh mẽ, có khả năng tương tác mượt mà với các thiết bị IoT, thu thập dữ liệu từ cảm biến thông minh và cho phép điều khiển thiết bị từ xa một cách hiệu quả. Việc xây dựng một ứng dụng như vậy đòi hỏi kiến thức tổng hợp về lập trình Android Kotlin, kiến trúc phần mềm, giao thức mạng và phần cứng IoT. Nền tảng của hệ thống là khả năng kết nối và trao đổi dữ liệu liền mạch giữa ứng dụng di động và các thiết bị phần cứng như ESP32 hoặc Raspberry Pi, tạo thành một hệ sinh thái nhà thông minh toàn diện và dễ dàng mở rộng.

1.1. Tổng quan về hệ thống nhà thông minh và vai trò của app

Một hệ thống smarthome hoàn chỉnh bao gồm ba thành phần chính: các thiết bị phần cứng (cảm biến, cơ cấu chấp hành), một bộ xử lý trung tâm (IoT Gateway), và giao diện người dùng (ứng dụng di động). Theo mô hình được đề xuất trong tài liệu gốc, các cảm biến như cảm biến nhiệt độ LM35 và cảm biến khí gas MQ2 thu thập dữ liệu môi trường, sau đó gửi về bộ xử lý trung tâm (Arduino). Ứng dụng Android đóng vai trò là cầu nối cuối cùng, cho phép người dùng không chỉ xem dữ liệu thời gian thực mà còn gửi lệnh điều khiển ngược lại các thiết bị. Vai trò của ứng dụng không chỉ dừng lại ở việc hiển thị thông tin, mà còn là trung tâm điều khiển, nơi các kịch bản tự động hóa được thiết lập và quản lý, nâng cao trải nghiệm sống tiện nghi và an toàn.

1.2. Mục tiêu và phạm vi của việc xây dựng ứng dụng Android

Mục tiêu cốt lõi là phát triển một ứng dụng Android với các chức năng chính: giám sát trạng thái thiết bị, nhận dữ liệu từ cảm biến, điều khiển trực tiếp các cơ cấu chấp hành, nhận thông báo cảnh báo và quản lý người dùng. Phạm vi của dự án bao gồm việc lựa chọn công nghệ phù hợp cho cả phía client (Android) và backend, thiết kế kiến trúc ứng dụng bền vững như MVVM Architecture Android, và triển khai các giao thức giao tiếp hiệu quả. Ứng dụng cần có khả năng xử lý dữ liệu thời gian thực, đảm bảo độ trễ thấp trong việc điều khiển và giám sát, đồng thời phải có cơ chế xác thực người dùng an toàn để bảo vệ hệ thống khỏi các truy cập trái phép. Đây là một bước tiến quan trọng so với giao diện web cơ bản được đề cập trong nghiên cứu ban đầu.

II. Thách thức khi Phát triển Ứng dụng Android Smarthome

Việc Xây dựng Ứng dụng Android truy xuất dữ liệu cho nhà thông minh đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật phức tạp. Vấn đề lớn nhất là đảm bảo giao tiếp ổn định và tức thời giữa ứng dụng và hàng loạt thiết bị IoT có cấu hình khác nhau. Độ trễ mạng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến trải nghiệm người dùng, đặc biệt với các tác vụ yêu cầu phản hồi ngay lập tức như bật/tắt đèn hay cảnh báo an ninh. Một thách thức khác là xử lý và hiển thị dữ liệu thời gian thực một cách hiệu quả mà không làm quá tải thiết bị di động. Dữ liệu từ các cảm biến thông minh liên tục được gửi về, đòi hỏi ứng dụng phải có cơ chế lắng nghe và cập nhật giao diện người dùng một cách mượt mà. Ngoài ra, việc lựa chọn một kiến trúc phần mềm có khả năng mở rộng như MVVM Architecture Android là cực kỳ quan trọng để quản lý sự phức tạp của mã nguồn khi hệ thống phát triển và thêm nhiều tính năng mới. An ninh và bảo mật cũng là một mối quan tâm hàng đầu, đòi hỏi các giải pháp mã hóa và xác thực người dùng mạnh mẽ.

2.1. Vấn đề đồng bộ dữ liệu thời gian thực và độ trễ mạng

Trong một hệ thống smarthome, việc nhận thông tin cảnh báo (cháy, rò rỉ gas) hoặc điều khiển thiết bị phải diễn ra gần như ngay lập tức. Các giao thức truyền thống như REST API dựa trên mô hình request-response có thể gây ra độ trễ không mong muốn. Để giải quyết vấn đề này, các giao thức hướng sự kiện như MQTT protocol hoặc WebSocket là lựa chọn tối ưu. MQTT đặc biệt phù hợp cho môi trường IoT vì tính gọn nhẹ và hiệu quả, cho phép các thiết bị và ứng dụng "đăng ký" vào các chủ đề (topics) và nhận cập nhật ngay khi có dữ liệu mới, giảm thiểu độ trễ và tối ưu hóa băng thông.

2.2. Sự đa dạng của phần cứng và giao thức giao tiếp IoT

Thế giới IoT không có một chuẩn chung duy nhất. Các thiết bị trong nhà thông minh có thể sử dụng nhiều vi điều khiển khác nhau như ESP32, ESP8266, hoặc Raspberry Pi, và giao tiếp qua các phương thức đa dạng như Wi-Fi, Bluetooth Low Energy (BLE), hay giao thức Zigbee. Ứng dụng Android cần có một lớp trừu tượng để có thể giao tiếp với một IoT Gateway. Gateway này sẽ đóng vai trò trung gian, chuyển đổi dữ liệu từ các giao thức khác nhau sang một định dạng thống nhất (thường là qua MQTT hoặc REST API) trước khi đẩy lên máy chủ đám mây, giúp ứng dụng không cần phải xử lý sự phức tạp của từng loại phần cứng riêng lẻ.

III. Phương pháp Thiết kế Backend và IoT Gateway cho Ứng dụng

Để ứng dụng Android có thể truy xuất dữ liệu, một hệ thống backend vững chắc là điều kiện tiên quyết. Giải pháp hiện đại không còn phụ thuộc vào việc tự dựng một web server như trong nghiên cứu ban đầu, mà thay vào đó tận dụng các nền tảng đám mây mạnh mẽ. Firebase Realtime Database hoặc Firestore của Google là những lựa chọn hàng đầu, cung cấp khả năng đồng bộ dữ liệu thời gian thực một cách tự động giữa backend và client. Khi trạng thái của một cảm biến thông minh thay đổi và được cập nhật lên Firebase, dữ liệu sẽ ngay lập tức được đẩy xuống ứng dụng Android mà không cần client phải chủ động hỏi. Cùng với đó, IoT Gateway đóng vai trò là bộ não trung tâm tại chỗ. Một thiết bị như Raspberry Pi có thể được cấu hình làm gateway, chạy một MQTT broker để quản lý giao tiếp nội bộ với các thiết bị ESP32 và đồng thời kết nối an toàn đến Firebase, tạo ra một luồng dữ liệu hai chiều thông suốt và hiệu quả cho việc Xây dựng Ứng dụng Android truy xuất dữ liệu cho nhà thông minh.

3.1. Lựa chọn cơ sở dữ liệu Firebase Realtime Database

Firebase Realtime Database là một cơ sở dữ liệu NoSQL được lưu trữ trên đám mây, cho phép lưu trữ và đồng bộ dữ liệu giữa các người dùng trong thời gian thực. Dữ liệu được lưu dưới dạng một cây JSON lớn. Thay vì sử dụng các HTTP request thông thường, Firebase SDK sử dụng cơ chế đồng bộ hóa dữ liệu. Mỗi khi dữ liệu thay đổi, mọi client kết nối sẽ nhận được cập nhật đó ngay lập tức. Điều này làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng nhà thông minh, nơi trạng thái của các thiết bị IoT cần được phản ánh tức thì trên giao diện người dùng mà không cần các cơ chế polling phức tạp.

3.2. Triển khai IoT Gateway với Raspberry Pi và MQTT Protocol

Một IoT Gateway sử dụng Raspberry Pi có thể cài đặt một MQTT broker (ví dụ: Mosquitto) để làm trung tâm giao tiếp cho mạng nội bộ. Các thiết bị nhỏ hơn như ESP8266 hoặc ESP32 kết nối với cảm biến sẽ publish dữ liệu lên các topic trên MQTT broker này. Gateway sau đó sẽ subscribe vào các topic đó, xử lý dữ liệu và đẩy lên Firebase Realtime Database. Ngược lại, khi có lệnh điều khiển từ ứng dụng Android gửi xuống Firebase, gateway sẽ nhận diện thay đổi, sau đó publish một tin nhắn lệnh tới topic tương ứng trên MQTT broker, và thiết bị ESP32 sẽ nhận lệnh để thực thi. Mô hình này giúp giảm tải cho các vi điều khiển cấp thấp và tập trung logic xử lý phức tạp tại gateway.

IV. Cách Lập trình Ứng dụng Android truy xuất Dữ liệu Smarthome

Quá trình lập trình Android Kotlin cho nhà thông minh đòi hỏi việc áp dụng các kỹ thuật và thư viện hiện đại để đảm bảo hiệu năng và khả năng bảo trì. Môi trường phát triển chính là Android Studio. Kiến trúc được khuyến nghị là MVVM Architecture Android, một phần của Android Jetpack. Kiến trúc này giúp tách biệt logic giao diện (View) khỏi logic nghiệp vụ (ViewModel), giúp mã nguồn dễ dàng kiểm thử và quản lý. Để xử lý các tác vụ mạng và truy xuất cơ sở dữ liệu mà không chặn luồng giao diện chính, Coroutines Kotlin là công cụ không thể thiếu. Nó cho phép viết mã bất đồng bộ một cách tuần tự và dễ đọc. Đối với việc giao tiếp với backend, nếu sử dụng REST API, thư viện Retrofit Android là tiêu chuẩn vàng để thực hiện các yêu cầu mạng và xử lý JSON parsing một cách hiệu quả. Nếu kết nối trực tiếp với Firebase, SDK của Firebase đã cung cấp sẵn các phương thức lắng nghe sự kiện thay đổi dữ liệu, đơn giản hóa đáng kể việc cập nhật giao diện người dùng theo dữ liệu thời gian thực.

4.1. Cấu hình dự án với Android Studio và Kotlin

Bước đầu tiên là tạo một dự án mới trong Android Studio, chọn Kotlin làm ngôn ngữ chính. Sau đó, cần thêm các thư viện cần thiết vào file build.gradle, bao gồm các thành phần của Android Jetpack (ViewModel, LiveData, Navigation), Coroutines Kotlin để quản lý luồng, và SDK của Firebase Realtime Database để kết nối với backend. Việc thiết lập một cấu trúc thư mục rõ ràng theo kiến trúc MVVM (tách riêng các gói cho view, viewmodel, model, repository) ngay từ đầu sẽ giúp dự án dễ dàng mở rộng trong tương lai.

4.2. Xử lý mạng với Retrofit và Coroutines Kotlin

Trong trường hợp hệ thống sử dụng một backend tùy chỉnh cung cấp REST API, Retrofit Android là công cụ để định nghĩa các endpoint và phương thức HTTP. Kết hợp Retrofit với Coroutines Kotlin cho phép thực hiện các cuộc gọi mạng trong một coroutine scope (như viewModelScope). Điều này đảm bảo rằng các tác vụ tốn thời gian như lấy dữ liệu từ server sẽ chạy trên một luồng nền, tránh gây ra lỗi ANR (Application Not Responding). Dữ liệu trả về (thường ở định dạng JSON) sẽ được thư viện như Gson hoặc Moshi tự động chuyển đổi (gọi là JSON parsing) thành các đối tượng Kotlin, giúp việc xử lý dữ liệu trở nên đơn giản và an toàn.

V. Ứng dụng Thực tiễn Giám sát Năng lượng và Điều khiển

Ứng dụng thực tiễn của việc Xây dựng Ứng dụng Android truy xuất dữ liệu cho nhà thông minh là vô cùng rộng lớn. Người dùng có thể trực tiếp giám sát các thông số quan trọng như nhiệt độ, độ ẩm, và trạng thái an ninh của ngôi nhà ngay trên điện thoại. Dựa trên dữ liệu từ các cảm biến thông minh, ứng dụng có thể thực hiện giám sát năng lượng tiêu thụ của từng thiết bị, giúp người dùng tối ưu hóa việc sử dụng điện. Chức năng điều khiển thiết bị từ xa cho phép bật/tắt đèn, điều hòa, rèm cửa từ bất kỳ đâu có kết nối Internet. Một trong những tính năng giá trị nhất là hệ thống cảnh báo tức thời. Khi cảm biến phát hiện sự cố (ví dụ, cảm biến MQ2 phát hiện rò rỉ gas như được mô tả trong đề tài gốc), backend sẽ ngay lập tức gửi một push notification đến ứng dụng. Tính năng này, kết hợp với cơ chế xác thực người dùng để đảm bảo chỉ chủ nhà mới có quyền truy cập, tạo ra một lớp bảo vệ an toàn và chủ động cho ngôi nhà.

5.1. Triển khai tính năng giám sát dữ liệu thời gian thực

Để hiển thị dữ liệu thời gian thực, ứng dụng sẽ sử dụng ViewModel và LiveData. ViewModel sẽ chứa logic để lắng nghe các thay đổi từ Firebase Realtime Database. Khi có dữ liệu mới, ViewModel sẽ cập nhật một đối tượng LiveData. Giao diện người dùng (Activity/Fragment) sẽ "quan sát" (observe) đối tượng LiveData này. Bất cứ khi nào giá trị của LiveData thay đổi, giao diện sẽ tự động được cập nhật. Cách tiếp cận này tuân thủ nguyên tắc của MVVM và đảm bảo giao diện luôn phản ánh trạng thái mới nhất của hệ thống smarthome một cách hiệu quả.

5.2. Gửi lệnh điều khiển và nhận Push Notification

Để gửi lệnh điều khiển, người dùng tương tác với giao diện (ví dụ, nhấn nút bật đèn). Sự kiện này sẽ gọi một phương thức trong ViewModel. ViewModel sau đó sẽ thực hiện ghi dữ liệu mới vào một vị trí cụ thể trên Firebase Realtime Database (ví dụ, thay đổi trạng thái của đèn từ false thành true). IoT Gateway đang lắng nghe vị trí này sẽ phát hiện thay đổi và gửi lệnh tương ứng đến thiết bị IoT. Đối với thông báo, dịch vụ Firebase Cloud Messaging (FCM) được tích hợp để gửi push notification. Khi một sự kiện quan trọng xảy ra, backend sẽ kích hoạt FCM để gửi thông báo đẩy đến các thiết bị đã đăng ký, đảm bảo người dùng được cảnh báo kịp thời.

VI. Tương lai của Ứng dụng Android và Hệ thống Smarthome DIY

Hướng phát triển cho hệ thống nhà thông minh DIY và ứng dụng Android là tích hợp với các hệ sinh thái lớn hơn và áp dụng trí tuệ nhân tạo. Việc Xây dựng Ứng dụng Android truy xuất dữ liệu cho nhà thông minh chỉ là bước khởi đầu. Tương lai sẽ chứng kiến sự hội tụ của các nền tảng. Thay vì phát triển một hệ thống đóng, ứng dụng có thể tích hợp với các API mở như Google Home API hoặc kết nối với các nền tảng mã nguồn mở mạnh mẽ như Home Assistant. Điều này cho phép người dùng điều khiển thiết bị bằng giọng nói thông qua Trợ lý Google và quản lý các thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau trong cùng một giao diện. Hơn nữa, dữ liệu thu thập từ các cảm biến thông minh có thể được sử dụng để huấn luyện các mô hình học máy, giúp hệ thống tự động học thói quen của người dùng và đưa ra các kịch bản tự động hóa thông minh hơn, ví dụ như tự điều chỉnh nhiệt độ phòng dựa trên thời gian trong ngày và sự hiện diện của người dùng.

6.1. Tích hợp với các nền tảng lớn như Google Home API

Việc tích hợp với Google Home API cho phép các thiết bị IoT trong hệ thống tự chế có thể được nhận diện và điều khiển bởi hệ sinh thái của Google. Điều này đòi hỏi phải xây dựng một dịch vụ cloud tuân thủ các tiêu chuẩn của Google Smart Home. Khi hoàn tất, người dùng có thể sử dụng các lệnh thoại như "Hey Google, turn on the living room light" để điều khiển thiết bị mà không cần mở ứng dụng, mang lại trải nghiệm người dùng liền mạch và hiện đại.

6.2. Hướng tới tự động hóa thông minh và Home Assistant

Home Assistant là một nền tảng nhà thông minh mã nguồn mở cực kỳ mạnh mẽ, có thể chạy trên một thiết bị như Raspberry Pi. Thay vì kết nối trực tiếp với Firebase, ứng dụng Android có thể giao tiếp với Home Assistant. Nền tảng này hỗ trợ hàng ngàn loại thiết bị khác nhau và cung cấp một công cụ tự động hóa cực kỳ linh hoạt. Việc phát triển một ứng dụng client cho Home Assistant sẽ mở ra khả năng tùy biến vô hạn, cho phép người dùng tạo ra một hệ thống nhà thông minh DIY thực sự độc đáo và mạnh mẽ, vượt xa các chức năng cơ bản đã được trình bày.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH 1. Tổng quan về nhà thông minh 1. Bối cảnh và nhu cầu sử dụng nhà thông minh Ngày nay, khi đời sống 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 ngôi nhà thông minh được hình thành, nơi 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. Vậy, như thế nào là nhà thông minh ? Sự thông minh của một ngôi nhà được thể hiện trên 4 phương diện như 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 vật cản, cảm biến ánh sáng… 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 thống 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 thông qua wifi,3g… 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.XUAT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1. Mô hình tổng quát nhà thông minh.

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.XUAT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1. Biểu đồ tăng trưởng thị trường Smarthome thế giới Hình 1. Biểu đồ tăng trưởng thị trường Smarthome chỉ tính riêng thị trường Bắc Mỹ 17 DO.XUAT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.

Các mô hình nhà thông minh đang được áp dụng hiện nay 1. Các giải pháp nhà thông minh trên thế giới Hiện nay là thị trường Smarthome lớn nhất thế giới là Bắc 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… Dưới đây là ví dụ về một ngôi nhà thông minh của một số nhà sản xuất tại Mỹ và châu Âu, với tiêu chuẩn từ cơ bản đến cao cấp dành cho một gia đình: Hình 1. Mô hình Smart home của công ty Compro Technology.XUAT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.

Mô hình Smart home của công ty IEI Integration Hình 1. Mô hình Smart home Eco-Future-World 19 DO.XUAT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Các giải pháp nhà thông minh ở Việt Nam Tại Việt Nam, không đứng ngoài dòng chảy công nghệ về nhà thông minh, đã có rất nhiều nhà sản xuất cũ và mới tham gia thị trường đầy tiềm năng này, dẫn đầu là BKAV và Lumi Smarthome. Với đầy đủ các chức năng như các nhà sản xuất nước ngoài, lại thêm 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.

Mô hình Smart home của BKAV Hình 1. Mô hình Smart home của Lumi 20 DO.XUAT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2. Lựa chọn hướng thiết kế Nhà thông minh là một đề tài rộng và có nhiều vấn đề đặt ra. Tùy theo mục đích sử dụng của chủ nhân để thiết kế, một phần quan trọng trong hệ thống nhà thông minh là hệ thống điều khiển và giám sát.

Trước đây, nhà thông minh chỉ hoàn toàn nằm trong trí tưởng tượng cũng như trên phim ảnh. Nhờ sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, các giải pháp nhà thông minh ngày càng phong phú và thuận tiện hơn cho người sử dụng. Từ ban đầu, nhà thông minh chỉ có các thiết bị điều khiển từ xa ở trong phạm vi ngôi nhà phục vụ cho một số nhu cầu của con người. Tiếp theo 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.

Sau đó, với sự phát triển và lan rộng của mạng internet, người ta đưa ra giải pháp kết nối và điều khiển các thiết bị trong nhà thông qua mạng internet và thêm vào các tiện ích như hệ thống đảm bảo an toàn, tính toán năng lượng sử dụng,… giúp chủ nhân có thể điều khiển thiết bị ở khoảng cách xa chứ không bó hẹp trong khuôn viên ngôi nhà nữa. Khả năng bảo mật an ninh cũng được đặt lên hàng đầu, vì đi cùng với kết nối internet là khả năng bị hack vào hệ thống nhằm chiếm quyền điều khiển cũng vì thế mà gia tăng. Chủ nhân có thể sử dụng mật khẩu riêng để đăng nhập vào hệ thống cũng như ngôi nhà qua các hình thức như Passcode, bảo mật vân tay, bảo mật mống mắt… Đi kèm đó là khả năng cảnh báo đột nhập giúp gia chủ có thể phát hiện ra tại bất kì nơi đâu với kết nối Wifi/GPRS. Và gần đây, xu thế điều khiển thiết bị bằng giọng nói cũng được thêm vào giải pháp xây dựng nhà thông minh, giúp cho việc sử dụng trở nên dễ dàng hơn mọi người trong nhà.

Trong tương lai, nhờ các thiết bị công nghệ mới kết hợp trí tuệ nhân tạo, ngôi nhà có thể phân biệt giọng nói từng thành viên và ghi nhớ thói quen của mỗi người trong gia đình.XUAT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1. Xu hướng phát triển của smarthome Hiện nay, ở Việt Nam, giải pháp xây dựng nhà thông minh với hệ thống điều khiển và giám sát thông qua internet vẫn phổ biến và phát triển hơn cả vì nó phù hợp với khả năng công nghệ và điều kiện kinh tế hiện có. Nhóm em cảm thấy đề tài này là phù hợp với chuyên ngành Cơ Điện Tử cũng như dòng chảy công nghệ cao, vậy nên ở đề tài này, nhóm em xin chọn thiết kế ngôi nhà thông minh theo giải pháp sử dụng hệ thống điều khiển và giám sát các thiết bị trong ngôi nhà thông qua mạng internet, mà cụ thể là mạng wifi trên một mô hình nhà thông minh quy mô 1000cm x 800cm với các chức năng cơ bản như: cửa đóng/mở tự động, giám sát và cảnh báo cháy, cảnh báo khí gas rò rỉ, cảnh báo xâm nhập trái phép, rèm cửa tự động theo ánh sáng, đèn và quạt bật tự động theo người sử dụng và nhiệt độ môi trường… 22 DO.XUAT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH 1. Sơ đồ kết cấu ngôi nhà và chức năng 1.

Sơ đồ kết cấu Từ một ngôi nhà thông thường, chúng em lựa chọn thiết kế ra một mô hình cơ bản dành cho 1 gia đình với 4 người ở, với thiết kế gồm:  Vườn và ngoại vi  1 phòng khách  1 phòng ngủ  1 khu bếp  1 gara để xe  1 phòng giải trí xem phim  1 nhà vệ sinh Hình 2. Sơ đồ kết cấu ngôi nhà thông minh 23 DO.XUAT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Chức năng Với những tiêu chí về ngôi nhà thông minh tại Việt Nam, chúng em lựa chọn các chức năng tạo nên một ngôi nhà thông minh với các tiện ích như:  Mở cửa bằng mật khẩu  Hệ thống rèm cửa tự động theo ánh sáng môi trường  Hệ thống thông báo nhiệt độ, độ ẩm.  Hệ thống dây phơi quần áo tự động điều chỉnh theo thời tiết.

 Chế độ xem phim tự động tại phòng giải trí xem phim.  Hệ thống báo cháy và rò rỉ khí Gas tự động.  Hệ thống điều hòa, đèn, quạt tự động.  Hệ thống điều khiển từ xa qua giao diện Web.

Các chức năng sử dụng 24 DO.XUAT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động 2. Hệ thống điện tử Hình 2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống điện tử a) Khối cảm biến:  Cảm biến nhiệt độ: tín hiệu đầu ra là tín hiệu tương tự.

 Cảm biến độ ẩm: tín hiệu đầu ra là tín hiệu số.  Cảm biến chuyển động: tín hiệu đầu ra là tín hiệu số.  Cảm biến khí gas: tín hiệu đầu ra là tín hiệu số.  Cảm biến hồng ngoại: tín hiệu đầu ra là tín hiệu số.

 Cảm biến ánh sáng: tín hiệu đầu ra là tín hiệu số.  Cảm biến mưa: tín hiệu đầu ra là tín hiệu số.XUAT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP b) Khối xử lý:  Arduino Uno R3. c) Router wifi kết nối với khối xử lý thông qua cổng RJ45. d) Khối chấp hành:  Cửa nhà để xe.

 Cửa ra vào.  Rèm cửa phòng ngủ và phòng xem phim. Sơ đồ mạch điện hệ thống Hình 2. Sơ đồ mạch điện hệ thống.XUAT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.

Giới thiệu modul Arduino 4. Giới thiệu chung Arduino đã và đang được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, và ngày càng chứng tỏ được sức mạnh của chúng thông qua vô số ứng dụng độc đáo của người dùng trong cộng đồng nguồn mở (open-source). Tuy nhiên tại Việt Nam Arduino vẫn còn chưa được biết đến nhiều. Hình ảnh Arduino Uno R3 Arduino cơ bản là một nền tảng tạo mẫu mở về điện tử (open-source electronics prototyping platform) được tạo thành từ phần cứng lẫn phần mềm.

Về mặt kĩ thuật có thể coi Arduino là 1 bộ điều khiển logic có thể lập trình được. Đơn giản hơn, Arduino là một thiết bị có thể tương tác với ngoại cảnh thông qua các cảm biến và hành vi được lập trình sẵn. Với thiết bị này, việc lắp ráp và điều khiển các thiết bị điện tử sẽ dễ dàng hơn bao giờ hết.