BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG
ISO 9001:2008
NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG NHÀ THÔNG MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP
HẢI PHÒNG – 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG
ISO 9001:2008
NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG NHÀ THÔNG MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP
Sinh viên: Nguyễn Quang Đạo
Ngƣời hƣớng dẫn: TS.Nguyễn Trọng Thắng
HẢI PHÒNG – 2017
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc
—————-o0o—————–
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Sinh viên : Nguyễn Quang Đạo – MSV : 1312102021
Lớp : ĐC1701- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp
Tên đề tài : Nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển tự động nhà thông minh
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về
lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp………………………………………………………………..:
CÁC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất:
Họ và tên :
Học hàm, học vị :
Cơ quan công tác :
Nội dung hƣớng dẫn :
Nguyễn Trọng Thắng
Tiến Sĩ
Trƣờng Đại học dân lập Hải Phòng
Toàn bộ đề tài
Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai:
Họ và tên :
Học hàm, học vị :
Cơ quan công tác :
Nội dung hƣớng dẫn :
Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày …. tháng …. năm 2017.
Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày……tháng…….năm 2017
Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N
Sinh viên
Nguyễn Quang Đạo
Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N
Cán bộ hƣớng dẫn Đ.T.T.N
TS. Nguyễn Trọng Thắng
Hải Phòng, ngày……..tháng……..năm 2017
HIỆU TRƢỞNG
GS.TS.NGƢT TRẦN HỮU NGHỊ
1
PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
1.Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp.
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
2. Đánh giá chất lƣợng của Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong
nhiệm vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng,
chất lƣợng các bản vẽ..)
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn
( Điểm ghi bằng số và chữ)
Ngày……tháng…….năm 2017
Cán bộ hƣớng dẫn chính
(Ký và ghi rõ họ tên)
2
NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
1. Đánh giá chất lƣợng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số
liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phƣơng án tối ƣu, cách tính toán chất lƣợng
thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài.
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
2. Cho điểm của cán bộ chấm phản biện
( Điểm ghi bằng số và chữ)
Ngày……tháng…….năm 2017
Ngƣời chấm phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU …………………………………………………………………………………………. 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NHÀ THÔNG MINH…………………………………… 2
1.1. ĐỊNH NGHĨA NHÀ THÔNG MINH …………………………………………………… 2
1.2. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH………… 3
1.2.1. Hệ thống chiếu sáng thông minh ……………………………………………………. 4
1.2.2. Hệ thống kiểm soát ra vào
……………………………………………………………… 6
1.2.3. Hệ thống quan sát
…………………………………………………………………………. 7
1.2.4. Hệ thống giải trí đa phƣơng tiện …………………………………………………….. 7
1.2.5. Hệ thống cảm biến, an ninh …………………………………………………………… 7
1.3. GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM CỦA NHÀ THÔNG MINH ……………………………. 8
1.4. PHÂN LOẠI CƠ CHẾ THÔNG MINH ………………………………………………… 8
1.5. TIÊU CHUẨN NGÔI NHÀ THÔNG MINH
…………………………………………. 9
1.6. XU HƢỚNG NHÀ CỦA TƢƠNG LAI ……………………………………………….
10
CHƢƠNG 2. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG NHÀ
THÔNG MINH
………………………………………………………………………………………
12
2.1. TIA HỒNG NGOẠI, SÓNG VÔ TUYẾN VÀ ZIGBEE ………………………..
12
2.1.1. Tia hồng ngoại
…………………………………………………………………………….
12
2.1.2. Sóng vô tuyến
……………………………………………………………………………..
15
2.1.3. khái quá về Zigbee: …………………………………………………………………….
19
2.2. BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM ……………………………………………………….
23
2.2.1. Các chức năng cơ bản của bộ điều khiển trung tâm …………………………
23
2.2.2. Phƣơng thức giao tiếp với con ngƣời
……………………………………………..
24
2.3. ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG
…………………………………………………………….
24
2.3.1. Điều khiển trực quan trên smartphone
……………………………………………
24
2.3.2. Điều khiển tự động
………………………………………………………………………
25
2.4. ĐIỀU KHIỂN MÀNH RÈM
……………………………………………………………….
26
2.4.1. Rèm tự động ……………………………………………………………………………….
26
2.4.2. Đặc điểm của rèm tự động ……………………………………………………………
26
2.4.3. Lợi ích của rèm tự động ……………………………………………………………….
27
2.5. HỆ THỐNG AN NINH, BÁO ĐỘNG BÁO CHÁY
………………………………
28
2.5.1. Hệ thống an ninh …………………………………………………………………………
28
2.5.2. Hệ thống báo động ………………………………………………………………………
28
2.5.3. Phƣơng thức hoạt động của cảm biến …………………………………………….
28
2.6. ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU HÒA, MÁY LẠNH
…………………………………………….
31
2.7. HỆ THỐNG ÂM THANH ĐA VÙNG…………………………………………………
32
2.7.1. Tính năng hệ thống âm thanh đa vùng
……………………………………………
32
2.7.2. Thiết bị điều khiển hệ thống …………………………………………………………
32
2.7.3. Thế mạnh của âm thanh đa vùng …………………………………………………..
33
2.8. CAMERA VÀ CHUÔNG HÌNH
…………………………………………………………
33
2.8.1. Camera ………………………………………………………………………………………
33
2.8.2. CHUÔNG GHI HÌNH …………………………………………………………………
35
3.1. ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM GEEKLINK STK …………………………………..
38
3.1.1. Tính năng của điều khiển trung tâm geeklink STK ………………………….
38
3.1.2. Kết nối điều khiển trung tâm STK với smartphone
…………………………
40
3.2. THÊM LỆNH ĐIỀU KHIỂN TRÊN SMARTPHONE …………………………..
42
3.2.1 học lệnh công tắc cảm ứng
…………………………………………………………….
42
3.2.2. Học lệnh điều khiển, remote …………………………………………………………
44
3.2.3. Thêm các loại cảm biến và chuông báo động ………………………………….
51
3.2.4. Thêm camera IP vào điều khiển trung tâm ……………………………………..
54
3.3. THIẾT LẬP THÓI QUEN ………………………………………………………………….
56
3.3.1. Thiết lập 1 nút …………………………………………………………………………….
56
3.3.2. Thiết lập thời gian ……………………………………………………………………….
57
3.3.3. Thiết lập liên kết
………………………………………………………………………….
58
3.4. THIẾT LẬP CHẾ ĐỘ AN NINH ………………………………………………………..
60
KẾT LUẬN ……………………………………………………………………………………………
62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………………………
63
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến thầy TS.Nguyễn Trọng
Thắng, thầy đã hƣớng dẫn và giúp đỡ tận tình em nghiên cứu và hoàn thành đồ
án tốt nghiệp này. Những lời nhận xét, góp ý và hƣớng dẫn của thầy đã giúp em
có định hƣớng đúng đắn trong quá trình thực hiện đề tài, giúp em nhìn ra đƣợc
ƣu khuyết điểm của đề tài và từng bƣớc khắc phục để có đƣợc kết quả tốt nhất.
Em cũng xin cảm ơn thầy cô trong khoa Điện – Điện tự động hóa đã
truyền đạt cho em các kiến thức chuyên ngành, những công nghệ mới cũng nhƣ
cách làm việc để hoàn thành tốt đồ án môn học này.
Và cuối cùng, mình xin đƣợc gửi lời cám ơn sâu sắc đến tất cả những
ngƣời bạn đã giúp đỡ, sát cánh cùng mình trong suốt năm đại học. Cảm ơn
những lời động viên, nhƣng sự chia sẻ, hy sinh và chăm sóc lớn lao từ phía gia
đình và ngƣời thân vì đó là một động lực to lớn giúp con vƣợt qua khó khăn và
hoàn thành kết quả tốt nhất của để tài này.
1
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày ngay trên thế giới với sự bùng nổ của các ngành công nghệ thông
tin, điện tử v.v… Đã làm cho đời sống của con ngƣời ngày càng hoàn thiện. Các
thiết bị tự động hóa đã ngày càng đƣợc con ngƣời áp dụng vào cuộc sống sinh
hoạt hàng ngày của mỗi con ngƣời. Do đó một ngôi nhà thông minh không còn
là mơ ƣớc của con ngƣời nữa mà nó đã trở thành hiện thực hóa. Qua báo chí, các
phƣơng tiện truyền thông, internet chúng ta có thể thấy không nhƣng mô hình
nhà thông minh mà đã đƣợc đƣa vào chính những ngôi nhà đã đƣợc sử dụng
hàng ngày và ngày càng thông minh hơn. Là sinh viên khoa Điện của Trƣờng
Đại Học Dân Lập Hải Phòng, với những kiến thức đã học cùng với mong muốn
thiết kế một ngôi nhà tự động hóa đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày, em đã
chọn “Nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển tự động nhà thông minh”.
Đồ án gồm các nội dung sau:
Chƣơng 1: Tổng quan nhà thông minh
Chƣơng 2: Các Thiết bị sử dụng trong hệ thống nhà thông minh
Chƣơng 3: Thiết kế và thi công
2
CHƢƠNG 1.
TỔNG QUAN NHÀ THÔNG MINH
1.1. ĐỊNH NGHĨA NHÀ THÔNG MINH
Nhà thông minh (tiếng anh là “Smart Home”) hoặc hệ thống nhà thông
minh là một ngôi nhà/ căn hộ đƣợc trang bị các hệ thống tự động thông minh
cùng với các bố trí hợp lý, các hệ thống này có khả năng tự điều phối các hoạt
động trong ngôi nhà theo thói quen sinh hoạt và nhu cầu cá nhân của gia chủ.
Chúng ta cũng có thể hiểu ngôi nhà thông minh là một hệ thống chỉnh thể mà
trong đó, tất cả các thiết bị điện tử gia dụng đều đƣợc liên kết với thiết bị điều
khiển trung tâm và có thể phối hợp với nhau để cùng thực hiện một chức năng.
Các thiết bị này có thể đƣa ra cách xử lý tình huống đƣợc lập trình trƣớc, hoặc là
đƣợc điều khiển và giám sát từ xa nhằm mục đính là cho cuộc sống ngày càng
tiện nghi, an toàn và góp phần sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên.
Hình 1.1: Mô hình nhà thông minh
3
Các thành phần của hệ thống nhà thông minh bao gồm các cảm biến (nhƣ
cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng hoặc do cử chỉ), các bộ điều khiển hoặc
máy chủ và các thiết bị chấp hành khác. Nhờ hệ thống cảm biến, các bộ điều
khiển và máy chủ có thể theo dõi các trạng thái bên trong ngồi nhà để đƣa ra các
quyết định điều khiển các thiết bị chấp hành một cách phù hợp nhằm đảm bảo
môi trƣờng sống tốt nhất cho con ngƣời.
Ngoài ra, cùng với sự phát triển của các thiết bị điện tử cá nhân nhƣ máy
tính bảng và điện thoại thông minh cùng hạ tầng thông tin ngày càng tiên tiến
nhƣ internet hoặc các mạng thông tin di động wifi, 3G, 4G, ngày nay các hệ
thống nhà thông minh còn cung cấp khả năng tƣơng tác với ngƣời sử dụng thông
qua các giao diện cảm ứng trên smart phone cho phép con ngƣời có thể giám sát
và điều khiển ngôi nhà từ bất cứ đâu.
Tùy theo theo nhu cầu, ngƣời sử dụng có thể cấu hình hệ thống theo kịch
bản bất kì nhƣ lập trình hẹn giờ tắt đèn khi ngủ, hoặc quên tắt tivi, kéo rèm cửa
sổ,… khi tới nơi làm việc, họ có điều khiển qua điện thoại smartphone để điều
khiển từ xa. Tùy theo mức độ sử dụng mà mức giá của Nhà Thông Minh sẽ dao
động từ vài triệu đến vài trăm triệu đồng cho một ngôi nhà.
1.2. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH
Các thành phần cơ bản của hệ thống nhà thông minh bao gồn hệ thống
cảm biến nhƣ cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng hoặc do cử chỉ, các bộ điều
khiển hoặc máy chủ và các thiết bị chấp hành khác. Nhờ hệ thống cảm biến, các
bộ điều khiển và máy chủ có thể theo dõi các trạng thái bên trong ngôi nhà để
dƣa ra các quyết định điều khiển các thiết bị chấp hành một cách phù hợp nhằm
đảm bảo môi trƣời sống tốt nhất cho con ngƣời
4
Hình 1.2: Các thành phần cơ bản của hệ thống nhà thông minh
1.2.1. Hệ thống chiếu sáng thông minh
Các thiết bị chiếu sáng nhƣ: bóng đèn sợi đốt, đèn neon, đèn led, đèn ngủ,
đèn trang trí… đƣợc sử dụng rất nhiều. Vì vậy nếu phối hợp chiếu sáng không
hợp lý sẽ dẫn tới bị “ô nhiễm” ánh sáng. Ngoài ra, việc chiếu sáng nhƣ vậy còn
gây lãng phí điện, giảm tuổi thọ thiết bị. Bên cạch đó số lƣợng đèn dùng để chiếu
sáng là khá lớn, gia chủ sẽ gặp những bất tiện nhỏ trong việc bật tắt, điều chỉnh
độ sáng cho phù hợp.
Hệ thống chiếu sáng sẽ đƣợc tích hợp chung với các hệ thống khác hoặc sẽ
đƣợc tách riêng ra để điều khiển độc lập. Các giải pháp đều nhằm tối ƣu hóa hệ
thống và giúp ngƣời dùng điều khiển dễ dàng hơn. Các giải pháp kết hợp sẽ đƣợc
tính đến tự động hóa tới mức tối đa.
Các đèn trong phòng đƣợc thiết kế với nhau và nối các thiết bị khác trong
phòng nhƣ quạt thông gió… ánh sáng đƣợc thiết kế và điều khiển theo tình trạng
chủ nhà, theo mùa, kết hợp với âm nhạc, tiểu cảnh, thác nƣớc trong phòng (nếu
5
có). Toàn bộ hệ thống này đƣợc tự động điều khiển về trạng thái tối ƣu cho từng
hòa cảnh sử dụng cụ thể.
Ví dụ: Chỉ cần ấn một phím, tƣơng ứng với chế độ định trƣớc, các đèn
chiếu sáng sẽ bật 100%, các đèn trang trí sẽ bật với 75% công suất, màn che cửa
sổ sẽ khép lại… (các thông sô này đều dễ dàng thay đổi theo thực tế yêu cầu cụ
thể của chủ nhà). Công dụng trên cho phép kiến trúc sƣ có thể tạo ra các kịch
bản ảnh sáng khi thiết kế nội thất cho những hoạt động khác nhau phu thuộc chủ
nhà ( ví dụ nhƣ: dạ hội, tiệc, xem phim,…).
1.2.1.1. Những yếu tố của hệ thống chiếu sáng thông minh
a. Điều khiển bàn phím
Cách đơn giản nhất để khiểm soát ánh sáng nhà bạn, vẫn nhƣ công tắt
thông thƣờng nhƣng việc điều khiển trở nên đơn giản và thích thú hơn nhiều.
Ví dụ: Bạn cần ra khỏi nhà, thay vì phải tắt hết tất cả các đèn trong phòng,
bạn chỉ cần ấn nút “tạm biệt” trên bàn phím điều khiển, tất cả các thiết bị sẽ tự
động đƣợc tắt đi.
b. Điều khiển qua smartphone, ipad
Điều khiển màu sắc, ánh sáng mờ tối và nhiều hơn nữa với smartphone.
Cũng nhƣ một công tắt trên tƣờng, ngƣời dùng có thể sử dụng hệ điều hành
android, ios để bật hoặc tắt, mở lên và xuống hoặc thậm chí thay đổ màu sắc của
đèn trong ngôi nhà.
c. Thiết lập ánh sáng tự động, điều chỉnh thời gian
Ngƣời dùng có thể thiết lập điều khiển ánh sáng theo mong muốn. Ngƣời
dùng có thể thiết lập ánh sáng của mình bằng các thiết bị cảm biến hồng ngoại,
hệ thống relay, dimmer điều chình độ sáng, hay các thiết lập ánh sáng theo thời
gian…
6
1.2.1.2. Một số chế độ hoạt động
a. Chế độ chủ vắng nhà
Chế độ ngƣời chủ vắng nhà sẽ đƣợc lập trình trong hệ thống nhà thông
minh, cho phép tự động kích hoạt các hệ thống trong nhà khi ngƣời chủ vắng
nhà.
Ví dụ: một số đèn bất kỳ sẽ đƣợc tắt-mở trong một thời gian ngắn hay mà
tự động sẽ đƣợc đóng hay mở trong thời gian thích hợp.
b. Chế độ ăn tối
Hệ thống đèn trong phòng ăn sẽ tự động điều chỉnh ánh sáng cho phù hợp
với không khí của một buổi ăn tối.
c. Chế độ tiệc liên hoan
Hệ thống thông minh sẽ tự động chiếu sáng và điều chỉnh ánh sáng trong
nhƣng khu vực chính và chế độ nhạc sôi động phù hợp với không khí buổi tiệc.
d. Chế độ xem phim
Hệ thống đèn trong phòng giải trí, chiếu phim sẽ đƣợc điều chỉnh ánh sáng
dể tạo không khí dễ chịu và thoải mái khi xem. Hệ thống màn tự động dóng vào
tùy thuộc vào thời gian trong ngày
1.2.2. Hệ thống kiểm soát ra vào
Khi gia chủ vắng nhà, việc kiểm soát các hệ thống vào ra trong ngôi nhà
là rất quan trọng, giúp đề phòng trộm, tiết kiệm năng lƣợng…. Ngôi nhà thông
minh cung cấp hệ tống kiểm soát vào ra cho phép chủ nhà quản lý và cấp quyền
“đăng nhập” cho các thành viên trong gia đình vào ngƣời thân.
Hệ thống ra vào ở các phòng sẽ đƣợc lắp đặt các khóa vân tay hoặc khóa
phím… nhằm nhận dạng ngƣời trong nhà hoặc khách để cấp quyền “đăng nhập”
Ngoài ra, còn có thể dùng hệ thống nhận diện khuân mặt hay giọng nói
tùy vào phòng riêng của mỗi ngƣời.
7
1.2.3. Hệ thống quan sát
Hệ thống quan sát sẽ giúp việc kiểm soát an ninh, ngƣời vào/ra ngôi
nhà… giúp cho gia chủ nhận diện khách nhanh chóng thông qua hệ thống
camera. Với hệ thống camera, mọi ngóc ngách trong nhà sẽ luôn đƣợc giám sát
24/7. Chủ nhà có thể giám sát ngôi nhà của mình, hay có thể xem con mình đang
làm gì khi mình không có nhà bằng Smartphone, máy tính bảng từ xa thống qua
wifi, 3G, 4G.
Hệ thống chuông hình trong nhà thông minh bao gồm 1 đầu nhận và 1
màn hình đƣợc đặt tại phòng khác và phòng ngủ chính cho phép ngƣời dùng có
thể nói chuyện, nhìn đƣợc hình ảnh của ngƣời khách đến nhà.
1.2.4. Hệ thống giải trí đa phƣơng tiện
Ngôi nhà là nơi sinh hoạt của một gia đình có thể gồm nhiều thế hệ và mỗi
thể hệ lại có nhu cầu giải trí khác nhau. Do đó, một hệ thống giải trí đa phƣơng
tiện sẽ cung cấp cho các thành viên những hoạt động giải trí phù hợp.
Giải pháp âm thanh có thể tiết kiệm rất nhiều thời gian giải trí, quản lý và
bảo trì hệ thống âm thanh, cùng với nguồn nhạc ta có thể thƣởng thức âm nhạc
độc lập tại nhiều khu riêng biệt. Tất cả nhƣng việc phải làm chỉ lựa chọn nguồn
nhạc nhƣ album, ca sĩ, ca khúc… mà bạn yêu thích tƣ bảng điều khiểm âm thanh
gắn tƣờng, điều khiển tƣ xa hoặc trực tiếp từ smartphone. Với thiết kế linh hoạt
gọn nhẹ, hệ thống cho phép ngƣời dùng thƣởng thức ca khúc yêu thích từ mọi vị
trí trong nhà.
1.2.5. Hệ thống cảm biến, an ninh
Hệ thống cảm biến là thành phần quan trọng trong bất kì hệ thống nào của
ngôi nhà, các cảm biến có nhiệm vụ gửi các thống số đo đƣợc về bộ xử lý trung
tâm để có giải pháp phù hợp với từng gói dữ liệu và xủ lý từng tình huống tƣơng
8
ứng. Các cảm biến cơ bản nhƣ cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến gas, cmar
biếp áp suất, cảm biến hồng ngoại, cảm biến chuyển động…
Các bộ cảm biến chuyển động của hệ thống chiếu sáng khi đƣợc kích hoạt
sẽ tự động trở thành hệ thống chống trộm. Khi có nguy cơ bị đột nhập, các thiết
bị này sẽ lập tức cảnh báo tại chỗ bằng chuông báo động hoặc thống báo về
smartphone.
Tất cả các cửa sổ đều đƣợc trang bị cảm biến từ để thống báo tình trạng
đóng mở cửa. Khi hệ thống an ninh đƣợc kích hoạt, nếu một trong số các cửa sổ
mở ra thì hệ thống sẽ lập tức cảnh báo tại chỗ bằng còi hú hoặc thống báo về
smartphone.
1.3. GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM CỦA NHÀ THÔNG MINH
Nhà thông giúp bạn tiết kiệm chi phí sinh hoạt trong gia đình vì mỗi thiết
bị điện đều có mức tiêu thụ điện năng thấp và đồng thời chúng quản lý cực kỳ
hiệu quả những thiết bị điện khác trong căn nhà. Chẳng hạn nhƣ các thiết bị điện
trong nhà sẽ tự động tắt nếu phát hiện không có ngƣời trong nhà, đèn tự động tắt
nếu trong phòng đủ ánh sáng, máy lạnh sẽ tắt khi bạn mở cửa sổ hay tự điều
chỉnh nhiệt độ về khuya….nhờ vậy tránh lãng phí điện năng đáng kể.
1.4. PHÂN LOẠI CƠ CHẾ THÔNG MINH
Có thể phân chia làm ba loại cơ chế hoại động nhƣ sau:
Cơ chế nhận diện: cơ chế nhận diện cho phép ghi nhớ những đặc điểm
đƣợc cài đặt sẵn trong bộ nhớ, trong trƣờng hợp làm việc nhận diện xảy ra không
trùng khớp, hệ thống sẽ từ chối phụ vụ hoặc thông báo.
Ví dụ nhƣ: cổng, cửa gara chỉ mở với những xe có biển số đã đăng kí với
hệ thống, cửa tự động nhận diện vân tay chỉ mở đúng ngƣời, trong khoảng thời
gian đêm, nếu có ngƣời lại mặt trong phòng khác hệ thống sẽ báo động,…
9
Cơ chế lập trình sẵn: một số hệ thống thiết bị đƣợc thiết kế hoạt động theo
lịch trình nhất định.
Ví dụ nhƣ: bắt đầu từ 7 giờ tối đèn vƣờn, đèn bảo vệ tự động bật sáng và
tắt vào thời điểm 5 giờ sáng, 7 giờ sáng tivi tại khu vực bếp tự động bật đúng
chƣơng trình cài đặt để ngƣời ăn sáng có thể xem, 8 giờ sáng vòi nƣớc tƣới vƣờn
hoạt động trong 10 phút, 10 giờ đêm các hẹ thống cửa tự động an toàn đóng
lại…
Cơ chế cảm ứng: cơ chế cảm ứng là một cơ chế linh hoạt, hoạt động trên
sự biến đổi trạng thái mà hệ thống cảm ứng ghi nhậ để tự điều khiển phù hợp.
Ví dụ: tại cầu thang, nhà vệ sinh, đèn tự động bật khi có ngƣời và tự động
tắt sau một thời gian nhất định khi không có ngƣời, hệ thống báo động sẽ thông
báo khi cửa có những chấn động cơ học hơn mức bình thƣờng (do phá hoại, đột
nhập), mái kính sẽ tự động đóng lại khi có mƣa, mành – rèm tự động hoạt động ở
trạng thái thích hợp nhất khi cảm ứng với ánh nắng mặt trời, đèn tự động bật khi
chiếu sáng tự nhiên không đủ….
1.5. TIÊU CHUẨN NGÔI NHÀ THÔNG MINH
Với sự phát triển không ngừng của khoa học hiện đại, con ngƣời đã ngày
càng nâng cao hơn đời sống của mình và luôn mơ ƣớc tới một cuộc sống hiện đại
và tiện nghi nhất. Chính từ những nhu cầu đó, con ngƣời đã có rất nhiều sáng tạo
phục vụ cho cuộc sống của bản thân họ và cho toàn xã hội. Và ý tƣởng cho “ngôi
nhà thông minh” cũng xuất phát từ nhu cầu thực tiễn nhƣ vậy. Nhƣng công nghệ
phục vụ cho ngôi nhà mơ ƣớc đã có từ rất lâu nhƣng mới gần đây mới đƣợc đƣa
ra công bố rộng rãi. Có rất nhiều công ty đã đƣa ra giải pháp cho hệ thông ngội
nhà thông minh nhƣng nói chung , tất cả đều hƣớng đến các tiêu chuẩn sau đây:
1. Tự động hóa hoạt động của ngôi nhà: điều khiển tự động hệ thống ánh
sáng trời tối thì bật đèn , có ngừoi vào phòng thì bật đèn ( tất nhiên nếu
10
phòng tối quá ) , Điều khiển nhiệt độ phòng, thu dây phơi quần áo khi có
trời mƣa, tự động bơm nƣớc khi nƣớc chỉ còn đến một mức thấp …
2. Đảm bảo an ninh, an toàn cho ngôi nhà: khóa bảo vệ cổng cửa, cửa ra vào
chính. Nếu có ai đó bấm mã khóa bị sai quá 3 lần thì sẽ báo cho 6 số điện
thoại trong danh sách định sẵn qua nhắn tin SMS… báo hỏa hoạn…
3. Đem lại sự thoải mái cho ngƣời sử dụng
4. Cung cấp các dịch vụ giải trí chất lƣợng cao: thiết bị giải trí đa phƣơng
tiện nhƣ Tivi , Radio, Film, Music, Camera ..
5. Cung cấp khả năng giám sát và điều khiển từ xa: Giám sát qua máy tính
PC, Thiết bị di động SmartPhone, PDA, …. Điều khiển thiết bị qua
Internet trên giao diện Web …
6. Tăng hiệu suất của hệ thống, giảm điện năng tiêu thụ điện.
1.6. XU HƢỚNG NHÀ CỦA TƢƠNG LAI
Chúng ta đang sống trong thế giới của công nghệ, thế giới mà mọi vật đều
kết nối với nhau qua Internet, chính vì vậy xu hƣớng nhà thông minh sẽ trở thành
một xu hƣớng công nghệ tất yếu, là tiêu chuẩn của nhà ở hiện đại ngày nay.
Một ngôi nhà hoàn hảo không chỉ đẹp và sang trọng trong thiết kế, mà còn
phải mang lại cảm giác thoải mái, tiện nghi cho gia chủ. Bởi đó không đơn thuần
chỉ là không gian sống mà còn là ngƣời bạn thấu hiểu mọi cảm xúc của chủ
nhân, đồng thời nâng cao đẳng cấp cho ngôi nhà.
Theo cách hiểu đơn giản, nhà thông minh là ngôi nhà mà trong đó các
thiết bị từ đèn chiếu sáng, rèm cửa, điều hòa, cho tới hệ thống âm thanh, an
ninh… có khả năng kết nối và giao tiếp với nhau theo lịch trình đƣợc lập sẵn.
Các thiết bị này có thể đƣợc chủ nhân điều khiển từ bất kỳ đâu, thông qua kết nối
internet.
11
Hình 1.3: Nhà thông minh là xu hƣớng của tƣơng lai
Dễ dàng nhận thấy, nếu ở các ngôi nhà thông thƣờng, mọi thao tác đều phải
tiến hành thủ công cơ học theo nguyên tắc mở/tắt thì giải pháp nhà thông minh sẽ
giúp cho gia chủ điều khiển thiết bị một cách tiện dụng, an toàn và đẳng cấp.
Thay vì phải bật – tắt nhƣ các loại công tắc thông thƣờng, khi chúng ta sử
dụng công tắc điện cảm ứng, bạn chỉ cần lƣớt nhẹ trên bề mặt công tắc hoặc
trƣợt trên điện thoại cảm ứng hay máy tính bảng, bạn đã có thể điều khiển toàn
bộ căn nhà theo ý muốn chủ quan của mình. Đặc biệt với giải pháp nhà thông
minh sẽ cho phép bạn điều khiển, giám sát, đặt lịch hẹn giờ hoặc vận hành nhiều
thiết bị trong ngôi nhà cùng một lúc trên điện thoại di động hoặc máy tính bảng.
Với điện thoại cảm ứng hoặc iPad, bạn có thể kiểm soát đƣợc hệ thống chiếu
sáng, hệ thống rèm cửa… mà không phải tới tận nơi để điều khiển.
Vấn đề an ninh cũng đƣợc rất nhiều gia đình quan tâm, với hệ thống giải
pháp này, các thiết bị trong nhà đƣợc cài đặt sẽ cùng tham gia báo động ngay khi
xác định đƣợc sự đột nhập trái phép. Bạn có thể “giao nhiệm vụ” cho từng thiết
bị trong từng trƣờng hợp cụ thể, đồng thời kiểm soát mọi trạng thái, hoạt động
của ngôi nhà thông qua điện thoại hoặc máy tính bảng.
Bên cạnh sự thoải mái và tiện nghi, giải pháp nhà thông minh còn giúp tiết
kiệm năng lƣợng, bảo vệ môi trƣờng và đặc biệt nâng cao chất lƣợng cuộc sống.
12
CHƢƠNG 2.
CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG NHÀ
THÔNG MINH
2.1. TIA HỒNG NGOẠI, SÓNG VÔ TUYẾN VÀ ZIGBEE
2.1.1. Tia hồng ngoại
2.1.1.1. Khái niệm về tia hồng ngoại
Tia hồng ngoại là bức xa điện từ với bức sóng dài hơn bức sóng ánh sáng
nhìn thấy nhƣng ngắn hơn bức sóng của tia bức xa viba. Ánh sáng hồng hoại
không thể nhìn thấy đƣợc bằng mắt thƣờng, tia hồng ngoại có thể đƣợc phân chia
thành ba vùng theo bƣớc sóng, trong khoảng 700mm tới 1mm. Tia hồng ngoại
có thể truyền đi đƣợc nhiều kênh tín hiệu.
Nó đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Lƣợng thông tin có thể đạt
3 mega bis/s. Lƣợng thông tin đƣợc truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớp gấp
nhiều lần so với điện tử mà ngƣời ta vẫn dùng.
Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém. Trong điều khiển
từ xa bằng tia hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hƣớng, do đó khi
thu phải đúng hƣớng.
13
2.1.1.2. Nguyên tắc thu phát hồng ngoại
a. Sơ đồ phát sóng hồng ngoại
Hình 2.1: Sơ đồ phát sóng hồng ngoại
Khối chọn chức năng và khối mã hóa: khi cần phát thì nhấn nút, lúc này tín
hiệu sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tƣơng ứng dƣới dạng mã lệnh tín
hiệu số gồm các bit 0 và 1. Số bit trong mã nhị phân có thể là 4 bit hay 8
bit.
Khối dao động: khi nhấn nút thì đồng thời khởi động mạch dao động, tần
số xung xác định thời gian chuẩn của mỗi bit.
Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi: mã nhị phân sẽ đƣợc chốt và đƣợc
chuyển đổi song song ra nối tiếp và đƣợc điều khiển xung dao động nhằm
đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh.
Khối điều chế và phát: mã lệnh dƣới dạng nối tiếp sẽ đƣợc điều chế và
phát.
Khối thiết bị phát: gồm một hay nhiều led phát hồng ngoại.
chốt dữ
liệu
chọn
chức
năng
Mã hóa
chuyển đổi
Dao động
Điều chế
và phát
thiết
bị
phát
14
b. Sơ đồ thu hồng ngoại
Hình 2.2: Sơ đồ thu sóng hồng ngoại
Khối thiết bị thu: là led thu hoặc thiết bị thu hồng ngoại.
Khối khuếch đại và tách sóng: trƣớc tiên khuếch đại tín hiệu rồi tách sóng
nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh.
Khối chuyển đổi và khối giải mã: mã lệnh đƣợc chuyển đổi và đƣợc giải
mã ra thành số thập phân tƣơng ứng.
Tần số sóng mang còn đƣợc dùng đẻ so pha với tần số dao động bên phần
thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ đảm bảo cho hoạt động
chính xác.
2.1.1.3. Ƣu điểm, khuyết điểm và cách khắc phục
a. Ƣu điểm
Led nhỏ gọn, dễ thiết kế lắp đặt, có độ tin cậy cao.
Điều khiển đƣợc nhiều thiết bị
Chi phí không cao, tiện dụng
b. Khuyết điểm và cách khắc phục
phạm vi sử dụng ngắn, tầm xa hoạt động khoảng 10m
Thiết bị
thu
Khuếch đại
và tách sóng
Chuyển
đổi
Dao động
Giải mã
Mạch
điều
khiển
15
do tuân theo tích chất chuyền thẳng của ánh sáng nên IR không thể xuyên
qua đƣợc đƣờng kính, tƣờng hay truyền vòng qua các góc
Ảnh hƣởng của nhiều nguồn nhiễu hồng ngoại nhƣ ánh sáng mặt trời, đèn
huỳnh quang và bức xa của con ngƣời.
Khắc phục bằng cách sử dụng bộ lọc hoặc phát trên những tần số riêng
biệt do thiết bị phát ra.
2.1.1.4. Ứng dụng hồng ngoại
Hiện nay, ta sử dụng thiết bị điều khiển IR cho hầu hết các vật dụng trong
nhà nhƣ điều khiển tivi, máy stereo, điều hòa, nhiệt độ…
Ngoài ra hồng ngoại còn để đo nhiệt độ, truyền thông, nhìn ban đêm
2.1.2. Sóng vô tuyến
2.1.2.1. Khái niệm về sóng vô tuyến
Sóng vô tuyến là một kiểu bực xạ điện từ với bƣớc sóng trong phổ điện
từ dài hơn ánh sáng hồng ngoại. Sóng vô tuyến có tần số từ 3KHz tới 300GHz,
tƣơng ứng bƣớc sóng từ 100 km tới 1 mm. Giống nhƣ các sóng điện từ khác,
chúng truyền với vận tốc ánh sáng.
Sóng vô tuyến xuất hiện tự nhiên do sét, hoặc bởi các đối tƣợng thiên văn.
Sóng vô tuyến do con ngƣời tạo nên dùng cho radar, phát thanh, liên lạc vô tuyến
di động và cố định và các hệ thống dẫn đƣờng khác. Thông tin vệ tinh, các mạng
máy tính và vô số các ứng dụng khác.
Các tần số khác nhau của sóng vô tuyến có đặc tính truyền lan khác nhau
trong khí quyển Trái Đất, sóng dài truyền theo đƣờng cong của Trái Đất, sóng
ngắn nhờ phản xạ từ tầng điện ly nên có thể truyền rất xa, các bƣớc sóng ngắn
hơn bị phản xạ yếu hơn và truyền trên đƣờng nhìn thẳng.
