LỜI NÓI ĐẦU Trong thời buổi hiện nay, công nghệ IoT đang phát triển với tốc độ vũ bão, đem đến những cải thiện lớn cho cuộc sống. Trong các ứng dụng của IoT , nhà thông minh là một ứng dụng nổi bật mà đang ngày một trở nên phổ biến hơn trong cuộc sống hàng ngày. Bằng cách ứng dụng các thiết bị có thể được điều khiển một cách thông minh qua thiết bị cầm tay như điện thoại, thông qua các phương pháp như điều khiển bằng ứng dụng hay giọng nói, ta có thể cải thiện đáng kể chất lượng của cuộc sống. Ví dụ có thể kể đến như hệ thống chiếu sáng thông minh, hệ thống điều khiển rèm cửa, cửa cuốn, màn chiếu, điều hòa không khí từ ứng dụng điện thoại. Trong bài tập lớn này, nhóm chúng em chọn “Hệ thống nhà thông minh tích hợp điều khiển bằng giọng nói” là đề tài để triển khai, trong đó, hệ thống nhà thông minh gồm có hệ thống cảnh báo khí gas và hệ thống quạt mát; điều khiển bằng giọng nói được áp dụng cho hệ thống chiếu sáng. Trong báo cáo của chúng em, gồm có các nội dung chính như sau: • Chương 1- Tổng quan ngôi nhà thông minh: Khảo sát một số mô hình nhà thông minh trên thị trường, các thành phần cơ bản của nhà thông minh, đưa ra các yêu cầu và phương pháp thiết kế. • Chương 2 – Linh kiện, phần mềm và lý thuyết: Giới thiệu những linh kiện phần cứng và phần mềm được sử dụng trong đề tài, lý thuyết quan trọng áp dụng để thiết kế hệ thống. • Chương 3 – Sơ đồ FSM của hệ thống: Trình bày sơ đồ máy trạng thái của hệ thống, đường di chuyển của luồng dữ liệu end – to end. • Chương 4 – Triển khai lắp đặt và thử nghiệm: Thiết kế mạch nguyên lý và mạch layout cho sản phẩm, chạy thử và nhận xét. Nhóm đã cố gắng hết sức để hoàn thiện đề tài nhưng do hạn chế về mặt kiến thức nên vẫn còn nhiều thiếu sót, chúng em mong nhận được góp ý từ thầy để rút kinh nghiệm cho các dự án tiếp theo. Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến thầy Ngô Vũ Đức vì đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn cũng như đưa ra những lời khuyên hữu ích trong quá trình thực hiện dự án của nhóm. Nhóm xin chân thành cám ơn!
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG Đề tài: HỆ THỐNG NHÀ THƠNG MINH TÍCH HỢP ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI Sinh viên thực MSSV Lớp Trần Ngọc Tiến 20182819 ĐTVT.10-K63 Vũ Thị Thanh 20182786 ĐTVT.10-K63 Lê Xuân Thế Anh 20182343 ĐTVT.10-K63 Giảng viên hướng dẫn: TS Ngơ Vũ Đức Hà Nội, 8-2022 LỜI NĨI ĐẦU Trong thời buổi nay, công nghệ IoT phát triển với tốc độ vũ bão, đem đến cải thiện lớn cho sống Trong ứng dụng IoT , nhà thông minh ứng dụng bật mà ngày trở nên phổ biến sống hàng ngày Bằng cách ứng dụng thiết bị điều khiển cách thông minh qua thiết bị cầm tay điện thoại, thông qua phương pháp điều khiển ứng dụng hay giọng nói, ta cải thiện đáng kể chất lượng sống Ví dụ kể đến hệ thống chiếu sáng thông minh, hệ thống điều khiển rèm cửa, cửa cuốn, chiếu, điều hịa khơng khí từ ứng dụng điện thoại Trong tập lớn này, nhóm chúng em chọn “Hệ thống nhà thơng minh tích hợp điều khiển giọng nói” đề tài để triển khai, đó, hệ thống nhà thơng minh gồm có hệ thống cảnh báo khí gas hệ thống quạt mát; điều khiển giọng nói áp dụng cho hệ thống chiếu sáng Trong báo cáo chúng em, gồm có nội dung sau: Chương 1- Tổng quan nhà thông minh: Khảo sát số mơ hình nhà thơng minh thị trường, thành phần nhà thông minh, đưa yêu cầu phương pháp thiết kế Chương – Linh kiện, phần mềm lý thuyết: Giới thiệu linh kiện phần cứng phần mềm sử dụng đề tài, lý thuyết quan trọng áp dụng để thiết kế hệ thống Chương – Sơ đồ FSM hệ thống: Trình bày sơ đồ máy trạng thái hệ thống, đường di chuyển luồng liệu end – to end Chương – Triển khai lắp đặt thử nghiệm: Thiết kế mạch nguyên lý mạch layout cho sản phẩm, chạy thử nhận xét Nhóm cố gắng để hoàn thiện đề tài hạn chế mặt kiến thức nên nhiều thiếu sót, chúng em mong nhận góp ý từ thầy để rút kinh nghiệm cho dự án Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến thầy Ngơ Vũ Đức tận tình bảo hướng dẫn đưa lời khuyên hữu ích q trình thực dự án nhóm Nhóm xin chân thành cám ơn! MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU i DANH MỤC HÌNH VẼ .i DANH MỤC BẢNG BIỂU iii CHƯƠNG TỔNG QUAN NGÔI NHÀ THÔNG MINH .1 1.1 Tổng quan nhà thông minh 1.1.1 Khảo sát thị trường .1 1.1.2 Các thành phần nhà thông minh .1 1.2 Yêu cầu, giới hạn đề tài .3 1.3 Yêu cầu chức năng, phi chức 1.4 Các phương pháp thiết kế 1.5 Sơ đồ khối hệ thống 1.5.1 Sơ đồ chi tiết .5 1.6 Kết luận chương .5 CHƯƠNG LINH KIỆN – PHẦN MỀM – LÝ THUYẾT 2.1 Các linh kiện sử dụng hệ thống 2.1.1 Bộ điều khiển kết nối Internet ESP8266 2.1.2 Khối cảm biến DHT 11 MQ-6 .7 2.1.3 Khối hiển thị LCD 16x2 .8 2.1.4 Đèn led .10 2.2 Các phần mềm sử dụng 11 2.2.1 Trợ lý ảo Google assistant 11 2.2.2 Blynk Blynk tảng với ứng dụng iOS Android để điều khiển Arduino, Raspberry Pi ứng dụng tương tự qua Internet 11 2.3 Lý thuyết quan trọng .12 2.3.1 Giao thức MQTT 12 2.3.2 ThingsBoard .14 CHƯƠNG SƠ ĐỒ FSM CỦA HỆ THỐNG .17 3.1 Sơ đồ FSM tổng quan .17 3.2 Đường truyền liệu end – to – end 18 3.2.1 Sensor đến ThingsBoard 18 3.2.2 Google asistent (điện thoại) đến Light .18 CHƯƠNG TRIỂN KHAI LẮP ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM 19 4.1 Sơ đồ nguyên lý .19 4.2 Sơ đồ mạch layout 20 4.3 Kết sản phẩm 21 4.3.1 Đưa liêu lên thingsboard blynk 21 4.3.2 Các kịch Arduino 22 4.3.3 Điều khiển đèn led giọng nói 26 4.4 Nhận xét 27 4.4.1 Ưu điểm 27 4.4.2 Nhược điểm 28 KẾT LUẬN 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC .2 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Sơ đồ tổng quan hệ thống Hình 1-2 Hệ thống theo dõi nhiệt độ, độ ẩm Hình 1-3 Hệ thống điều hịa nhiệt độ Hình 1-4 Hệ thống cảnh báo khí gas Hình 1-5 Hệ thống đèn chiếu sáng .5 Hình 2-2 ESP 8266 .6 Hình 2-3 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT 11 .7 Hình 2-4 Cảm biến khơng khí MQ-135 .8 Hình 2-5 LCD 16x2 Hình 2-6 Đèn led 10 Hình 2-12 Mơ hình hoạt động MQTT .13 Hình 2-13 Kiến trúc ThingsBoard 14 Hình 2-14 Màn hình quản lý pgAdmin 15 Hình 2-15 Màn hình pgAdmin sau tạo database thingsboard 15 Hình 2-16 Tạo thiết bị .16 Hình 2-18 Bảng DashBoard .16 Hình 3-1 Sơ đị FSM tổng quan hệ thống 17 Hình 3-4 Dữ liệu từ Sensor đến ThingsBoard 18 Hình 3-5 Dữ liệu từ Google assistant đến Light 18 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-2 Sơ đồ chân DHT 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN NGÔI NHÀ THÔNG MINH 1.1 Tổng quan nhà thông minh Nhà thông minh ngôt nhà trang bị hệ thống tự động thông minh vưới cách bố trí hợp lý, hệ thống có khả tự điều phối hoạt động ngơi nhà theo thói quen sinh hoạt nhu cầu cá nhân người dùng Chúng ta hiểu nhà thông minh hệ thống chỉnh thể mà đó, tất thiết bị điện tử gia dụng liên kết với thiết bị điều khiển trung tâm phối hợp với để thực chức Các thiết bị tự đưa cách xử lý tình lập trình trước, dược điều khiển giám sát từ xa 1.1.1 Khảo sát thị trường Thị trường nhà thông minh phát triển nhanh chóng giới, đạt giá trị 75 tỉ USD vào năm 2019 dự kiến chạm mốc 200 tỉ vịa năm 2023 Hoa kì dẫn đầu chiếm 35% tỉ lệ sử dụng giải pháp nhà thông minh, theo sau Trung Quốc chiếm 18% (Theo Statista) Thị trường nhà thông minh Việt Nam mức 2500 tỉ đồng dự báo tăng trưởng 35% đạt giá trị 8200 tỉ đồng vào năm 2023 Tuy số liệu khiêm tốn so với nước phát triển giới với tiềm phát triển thị trường nhà thơng minh Việt Nam khả quan 1.1.2 Các thành phần nhà thông minh 1.1.2.1 Hệ thống đèn chiếu sáng Các hệ thống đèn có ngơi nhà gồm nhiều loại số lượng không nhỏ, nên việc bố trí chiếu sáng cho hợp lý, tránh tượng ô nhiễm ánh sáng gây hại cho mắt ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị quan trọng Các giải pháp giúp chủ nhà điều khiển hệ thống bóng đèn lớn theo cách thủ công, tối ưu hệ thống điều khiển từ động mức tối đa 1.1.2.2 Hệ thống kiểm soát vào Hệ thống giúp tăng cường tính an tồn cho nhà cách kiểm sốt quyền truy cập hộ Chỉ có thành viên gia đình người cho phép vào nhà qua cửa vào Quyền truy cập nhà thực thông qua loại khóa vân tay hay mật khẩu, thẻ từ, nhận diện giọng nói, nhận diện khn mặt 1.1.2.3 Hệ thống quản lý cấp điện, nước, gas Đối với nhà thông thường, việc xem xét số điện, nước, quản lý tiêu thụ điện nước tắt điện, khóa vịi nước không sử dụng thực tay Khơng có hệ thống đo lường hay kiếm sốt việc tiêu thụ điện nước, khơng có hệ thống cảnh báo rị rỉ khí gas bất tiện lớn cho chủ nhân nhà Với hệ thống nhà thơng minh, vấn đề giải cách tự động: Đo đạc thống kê tiêu thụ điện nước, tự động tắt đèn cắt nước khơng có người sử dụng bật cảnh báo có rị rỉ khí gas,… đem lại tiện lợi tiết kiệm lớn 1.1.2.4 Hệ thống quản lý thơng tin liên lạc Các nhà bố trí camera an ninh để tiện cho việc chia sẻ hình ảnh liên lạc khu vực khác nhà 1.1.2.5 Hệ thống giải trí Các hệ thống giải trí kết nối đa phương tiện hệ thống TV kết hợp chơi game giải trí, hệ thống âm 3D hay hệ thống thực tế ảo VR đảm bảo thư giãn cho chủ nhân nhà sau ngày làm việc 1.1.2.6 Hệ thống cảm biến Hệ thống bao gồm cảm biến liên tục gửi thông số đo đạc cho xử lý trung tâm để đưa báo động cần thiết báo động cháy , rò rỉ khí gas, có biện pháp xử lý phù hợp 1.1.2.7 Hệ thống điều hịa Giúp kiếm sốt thông số nhiệt độ độ ẩm nhà, đem lại thoải mái cho người Bao gồm hệ thống điều hịa, máy lọc khơng khí, …