Ứng dụng IoT để điều khiển thiết bị điện trong các ngôi nhà thông thường

Bài viết Ứng dụng IoT để điều khiển thiết bị điện trong các ngôi nhà thông thường trình bày sâu về Wifi (ESP8266 module), các phương pháp kết nối, phần cứng (dùng Arduino) và phần mềm điều khiển.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 ỨNG DỤNG IOT ĐỂ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG CÁC NGÔI NHÀ THÔNG THƯỜNG Nguyễn Văn Thắng1, Trần Văn Hội1 Trường Đại học Thủy lợi, email: nguyenbathang@tlu.edu.vn TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU Công nghệ IoT phát triển mạnh mẽ kéo theo nhiều ứng dụng triển khai đời sống người, bao gồm điều khiển từ xa trang thiết bị nhà Chính nhu cầu xu hướng phát triển dẫn tới nghiên cứu liên quan: Trích dẫn [1] thiết kế tạo hệ thống tự động hóa ngơi nhà dùng WiFi Nghiên cứu trình bày sâu Wifi (ESP8266 module), phương pháp kết nối, phần cứng (dùng Arduino) phần mềm điều khiển Nghiên cứu [2] dùng Module Wifi ESP8266 mạch Rơle riêng rẽ, nhiên phần điều khiển dùng ứng dụng hệ điều hành Android truy cập qua Cloud Server Bên cạnh cơng trình nghiên cứu [3] sử dụng Wifi dựa chuẩn IEEE 802.11n, giao thức LAN (WLAN) Trong số nghiên cứu nghiên cứu [3] sử dụng sóng Wifi phạm vi ngắn Cịn nghiên cứu [1] [2] điều khiển qua Internet, nhiên sử dụng phần cứng rời rạc, chưa tích hợp với để giảm kích thước, giảm chi phí lắp đặt Bên cạnh đó, nghiên cứu số nghiên cứu khác sâu giải vấn đề dạng mơ hình, sơ đồ khối, mẫu thực nghiệm mà chưa giải tốn thực tế: Các ngơi nhà truyền thống có thiết bị điện quạt, tủ lạnh, đèn chiếu sáng, bình nóng lạnh… sử dụng cơng tắc đóng mở Vậy làm để cải tạo, thêm tính điều khiển từ xa qua Internet Đồng thời thiết bị cần tích hợp vào module để giảm kích thước, tiết kiệm thời gian, giảm chi phí cải tạo tăng tính thẩm mỹ thiết bị PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tìm hiểu, thu thập tài liệu có liên quan, tham khảo đề tài có tính ứng dụng tương tự, tìm hiểu sản phẩm có tính ứng dụng cao đề tài Khảo sát thực tế, thiết kế tối ưu hệ thống thực mô hình thử nghiệm GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 3.1 Yêu cầu thiết bị, mạng truyền thông Nghiên cứu sử dụng: 01 smart phone có đăng ký mạng 4G để cài đặt phần mềm điều khiển kết nối Internet; 01 Wifi có kết nối internet; 01 module điều khiển không dây qua Internet (yêu cầu điều khiển tối thiểu thiết bị); số chuyển mạch thiết bị điều khiển bóng đèn, quạt… 3.2 Thiết kế hệ điều khiển tích hợp khơng dây Đánh giá thực trạng mạng điện gia đình nay: Ở hầu hết gia đình, hệ thống điện bố trí hình Điện lưới 220 VAC đưa tới Aptomat tổng gia đình, sau đưa tới Aptomat tầng Mục đích, dễ dàng tắt toàn điện nhà Aptomat tổng tắt điện tầng để tiện cho việc thay thế, sửa chữa… Thông thường, tầng có thiết bị như: Đèn chiếu sáng (đèn âm trần, đèn tuýp, đèn ngủ, đèn trời, đèn cầu thang, đèn hành lang ), ổ cắm, điều hịa, bình nóng lạnh 233 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 gia đình, Wifi tiếp tục kết nối truyền tín hiệu điều khiển tới Module điều khiển từ xa, Rơle đóng/mở để mở/ tắt thiết bị điện Hình Hệ thống điện thông thường Sau Aptomat tầng lại dùng Aptomat cho thiết bị: Điều hịa, bình nóng lạnh; thiết bị cịn lại ổ cắm, đèn chiếu sáng đấu nối từ vài đơi dây chạy từ Aptomat tầng Trong q trình đấu điện cho loại đèn sử dụng công tắc chiều công tắc đảo chiều Như vậy, toàn việc tắt bật thiết bị nhà phải qua công tắc, aptomat Trong nhiều trường hợp như: Người già, trẻ em, người có sức khỏe yếu không đủ sức khỏe lên/ xuống tầng, di chuyển vị trí nhà để tắt bật thiết bị; ngồi quan hay ngồi nhà muốn bật bình nóng lạnh nhà để nhà có nước nóng dùng muốn bật trước điều hòa làm mát phòng để hưởng thụ mát mẻ tới nhà… xa muốn nhà thông minh đại mà phải cải tạo hệ thống điện thông thường đáp ứng phải trực tiếp tắt/ bật cơng tắc nhà Trong nghiên cứu tác giả báo đề xuất giải pháp giải vấn đề Cụ thể, nghiên cứu cải tiến hệ thống điện để vừa giữ nguyên chế độ (bật tắt cơng tắc) vừa lựa chọn điều khiển thiết bị điện qua mạng Internet, Wifi ứng dụng máy tính điện thoại thơng minh Hình mơ tả ngun lý hoạt động chế độ điều khiển thông minh qua Internet, Wifi module điều khiển thiết bị không dây, smart phone ứng dụng Blynk Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu điều khiển tắt mở App điện thoại truyền qua mạng 3G/4G qua Internet tới Wifi Hình Điều khiển thiết bị điện qua Internet Hình mô tả kết nối 02 chế độ làm việc: Bật tắt trực tiếp (2) điều khiển từ xa (1) Ở thời điểm hoạt động chế độ Để thực giải pháp cần thêm chuyển mạch đặt Aptomat tầng moudule điều khiển từ xa Ở chế độ (2) chuyển mạch hình vẽ Chế độ (1) chuyển mạch chuyển vị trí Hình Hệ thống điều khiển kết hợp Trong báo này, tác giả xây dựng mơ hình điều khiển cách chọn Smart relay ESP07 ESP8266 điều khiển thiết bị Module dùng nguồn nuôi VDC-0,5 A, tải cho phép 250VAC-10A công suất max 800VA KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Từ chuyển mạch hình 3, tiến hành đấu nối thiết bị điện với Rơle module điều khiển từ xa xem hình 234 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 KẾT LUẬN: Hình Sơ đồ đấu nối thiết bị tầng vào Rơle module điều khiển Đấu nối xong, tiến hành tải cài đặt phần mềm điều khiển Blynk smart phone Tiếp đến, cài đặt thông số, đặt tên thiết bị cần điều khiển Dưới mô tả thiết bị liên quan chế độ điều khiển mở 01 thiết bị hình điều khiển mở thiết bị hình Nghiên cứu cải tiến hệ thống điện nhà thơng thường để làm việc hai chế độ: Dùng công tắc trực tiếp điều khiển tắt/ mở thiết bị qua Smart Phone Giải pháp cải tiến khoan đục, lại hệ thống dây điện nên không ảnh hưởng đến mỹ quan, công sức chi phí đầu tư thấp Có thể kết hợp với camera an ninh, mạng cảm biến không dây… để giám sát điều khiển tồn diện ngơi nhà Cần chọn chế độ làm việc thông qua chuyển mạch (Ví dụ cầu giao hai chiều) Do khơng phải lại đường dây nên thiết bị dùng chung đường điện điều khiển riêng biệt Muốn khắc phục cần lại dây Trên thị trường chưa có thiết bị điều khiển cho phép điều khiển không hạn chế số thiết bị nên nhà cần sử dụng số module phụ thuộc vào loại module số thiết bị cần điều khiển TÀI LIỆU THAM KHẢO: Hình Điều khiển mở 01 thiết bị [1] Anjuman-i-islam’s kalsekar technical campus panvel, 2016, “Home Automation Using Arduino Wifi Module ESP8266”, a project report [2] Kusuma S M, Assistant Professor, Department of telecommunication, 2017, MSRIT, Bangalore, India “Home Automation Using Internet of Things” [3] Niharika Shrotriya, Anjali Kulkarni, Priti Gadhave, 2014, International Journal of Science, Engineering and Technology Research (IJSETR), “Smart Home Using Wi-Fi” [4] https://www.dientu4u.com/product/12678/ SMART-RELAY-ESP07-ESP8266-DIEUKHIEN-4-THIET-BI.html Hình Điều khiển mở 04 thiết bị 235 ... điều khiển thiết bị điện qua mạng Internet, Wifi ứng dụng máy tính điện thoại thơng minh Hình mơ tả ngun lý hoạt động chế độ điều khiển thông minh qua Internet, Wifi module điều khiển thiết bị. .. khiển mở 01 thiết bị hình điều khiển mở thiết bị hình Nghiên cứu cải tiến hệ thống điện nhà thông thường để làm việc hai chế độ: Dùng công tắc trực tiếp điều khiển tắt/ mở thiết bị qua Smart... nên thiết bị dùng chung đường điện điều khiển riêng biệt Muốn khắc phục cần lại dây Trên thị trường chưa có thiết bị điều khiển cho phép điều khiển không hạn chế số thiết bị nên nhà cần sử dụng