Các chức năng của nhà ở thôngminh có thể được điều khiển từ xa qua điện thoại di động hoặc các thiết bị đầu cuốikhác.- Một số tính năng của nhà ở thông minh có thể bao gồm điều khiển ánh
MÔ TẢ ĐỀ TÀI
Mục tiêu đề bài hướng đến
Mục tiêu xây dựng nhà thông minh là tạo ra một môi trường sống tiện nghi, an toàn và thông minh cho người sử dụng Các mục tiêu cụ thể bao gồm nâng cao sự tiện lợi, cải thiện an ninh và tối ưu hóa hiệu quả năng lượng trong không gian sống.
Tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng là một trong những mục tiêu quan trọng khi xây dựng nhà thông minh, giúp giảm chi phí hoạt động và tiết kiệm năng lượng Các hệ thống điều khiển thông minh được trang bị trong nhà giúp giám sát và quản lý việc sử dụng năng lượng hiệu quả, không chỉ tiết kiệm chi phí cho gia đình mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường.
Nhà thông minh tích hợp nhiều thiết bị điện tử thông minh như hệ thống âm thanh, giải trí và chiếu sáng, giúp người dùng dễ dàng điều khiển, giám sát và quản lý các thiết bị gia đình một cách tiện lợi.
Nhà thông minh được xây dựng với mục tiêu cải thiện trải nghiệm người dùng, đáp ứng nhu cầu về an ninh, tiện nghi và hiệu suất sống Các tính năng như hệ thống đóng mở cửa tự động, cảm biến chuyển động và hệ thống báo động không chỉ mang lại sự tiện lợi mà còn tăng cường an ninh cho ngôi nhà.
Nhà thông minh mang lại tính linh hoạt cao cho người sử dụng, cho phép điều khiển các thiết bị từ xa thông qua điện thoại di động hoặc các thiết bị khác Điều này giúp người dùng dễ dàng quản lý và kiểm soát các thiết bị trong ngôi nhà của mình.
Hệ thống nhà ở thông minh đang có trên thị trường
Kể từ năm 2018, FPT Telecom đã tiến hành nghiên cứu và phát triển hệ thống nhà thông minh tiên tiến dành cho người Việt Sự kiện quan trọng đánh dấu sự ra đời của dự án là sản phẩm FPT Play Box, một thiết bị truyền hình điều khiển bằng giọng nói, cho phép người dùng điều khiển các thiết bị thông minh trong ngôi nhà của mình.
Vào tháng 4 năm 2021, FPT Telecom đã hợp tác với Google để ra mắt FPT Play Box S, một sản phẩm TV Box tích hợp loa thông minh Đến tháng 9 năm 2022, công ty tiếp tục giới thiệu bộ thiết bị FPT Play 2022, mang đến giải pháp giải mã tích hợp hai nền tảng công nghệ IPTV và OTT trong cùng một thiết bị.
Sản phẩm này, ra đời cùng với khái niệm "trái tim của hệ sinh thái Smart Living", cho phép người dùng điều khiển toàn bộ thiết bị trong hệ thống nhà thông minh Người dùng có thể thực hiện thao tác này dễ dàng qua ứng dụng FPT Smart Home hoặc bằng khẩu lệnh tiếng Việt được tích hợp trong điều khiển từ xa, nhờ vào dịch vụ IoT Core hub.
- FPT cung cấp 4 giải pháp cho ngôi nhà thông minh
Giải pháp điều khiển thông minh cho phép người dùng điều khiển thiết bị gia dụng và điều hòa bằng giọng nói tiếng Việt Ngoài ra, hệ thống còn hỗ trợ đóng mở rèm thông minh và lập lịch tự động theo thời gian thực, mang lại sự tiện lợi và hiện đại cho không gian sống.
Giải pháp chiếu sáng thông minh cho phép điều chỉnh cường độ và độ ấm của ánh sáng tự động Hệ thống tự động kích hoạt khi mở cửa hoặc phát hiện có người, đồng thời hỗ trợ hẹn giờ bật tắt và điều khiển theo nhóm Ngoài ra, người dùng có thể điều chỉnh ánh sáng theo từng ngữ cảnh khác nhau để tạo không gian sống linh hoạt và tiện nghi.
Giải pháp an ninh hiện đại bao gồm camera phát hiện người và gửi cảnh báo qua điện thoại, cảm biến khói và báo cháy, cũng như khả năng mở cửa bằng nhận diện khuôn mặt Người dùng có thể mở khóa từ xa thông qua smartphone hoặc giọng nói, đồng thời hệ thống cũng cung cấp chức năng cảnh báo SOS để đảm bảo an toàn tối đa.
Giải pháp truyền hình hiện đại cho phép người dùng mở kênh và phim chỉ bằng giọng nói, mang đến trải nghiệm giải trí tiện lợi Kho phim điện ảnh đặc sắc từ HBO Go cùng với các sự kiện thể thao độc quyền sẽ làm phong phú thêm nội dung giải trí Hệ thống thiết bị thông minh của FPT Smart Home hỗ trợ tối ưu hóa trải nghiệm xem phim và thể thao tại nhà.
- FPT Play Box S:Bộ điều khiển trung tâm | Sử dụng giọng nói | Có thể điều khiển qua App
-Đèn Thông Minh:Hơn 15 triệu màu sắc khác nhau | Điều khiển bằng giọng nói, qua App | Giao thức Bluetooth, ZigBee
-Cảm biến chuyển động:Nhận dạng chuyển động | Cảnh báo bất thường | Giao thức Bluetooth, WiFi, ZigBee
-Công tắc thông minh:Kiểu dáng tinh tế | Độ bền cao | Thiết lập theo ngữ cảnh tùy thích
-Bộ rèm cửa thông minh:Điều khiển bằng giọng nói, qua App | Cài đặt theo khung giờ tùy chọn
-Phụ kiện:Đóng, mở nguồn điện qua giọng nói | Thiết lập các ngữ cảnh yêu thích
Sơ đồ thiết bị căn hộ mẫu:
Hình 8 Các thiết bị trong FPT SmartHome
Hình 9 Mô hình nhà ở thông minh của FPT
MÔ TẢ HỆ THỐNG
Mô tả hệ thống
Mô hình nhà ở thông minh bao gồm 2 phòng ngủ, 1 phòng khách, 1 nhà bếp, 2 nhà vệ sinh, 3 cửa ra vào, 3 cửa sổ, và 1 garage xe hơi Mỗi phòng được trang bị máy lạnh, đèn chính và đèn ngủ, mang lại sự tiện nghi tối đa Nhà bếp được trang bị đầy đủ với tủ lạnh, máy rửa chén, bếp điện cùng nhiều thiết bị hiện đại khác, đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hiện đại.
- Hệ thống cửa khóa bằng mật khẩu cho phép người dùng ra vào cửa bằng cách nhập mật khẩu trên cửa.
Hệ thống đèn thông minh trong nhà sử dụng cảm biến chuyển động và cảm biến độ sáng để tự động bật tắt Khi phát hiện có người và điều kiện ánh sáng kém, đèn sẽ tự động mở Ngược lại, nếu không có người hoặc ánh sáng đủ, đèn sẽ tự động tắt.
Hệ thống điều hòa không khí thông minh tự động điều chỉnh máy lạnh dựa trên nhiệt độ trong phòng Khi nhiệt độ vượt quá mức nhất định, hệ thống sẽ kích hoạt máy điều hòa và tự động đóng cửa sổ để giữ khí lạnh bên trong, giúp tiết kiệm điện năng hiệu quả.
Hệ thống báo cháy thông minh hoạt động dựa trên cảm biến khói và phát hiện lửa Khi cảm biến nhận diện lượng khói lớn trong nhà, có thể do nấu ăn, hoặc phát hiện lửa, hệ thống sẽ kích hoạt còi báo động và phun nước dập lửa Đồng thời, hệ thống sẽ mở cửa sổ để thoát khói nếu cửa sổ đang đóng và mở khóa cửa chính mà không cần mật khẩu.
Khi trời mưa, cảm biến độ ẩm trong nhà sẽ tự động nhận diện tình trạng thời tiết và thực hiện đóng cửa sổ Nếu nhiệt độ trong phòng tăng cao và điều hòa không hoạt động, hệ thống sẽ mở cửa sổ để duy trì không khí thoáng đãng.
Hệ thống garage thông minh sử dụng cảm biến chuyển động và cảm biến khói để tự động hóa quá trình ra vào Khi xe tiến gần, cảm biến sẽ phát hiện và mở cửa tự động, đồng thời camera sẽ ghi lại quá trình đỗ xe Khi lấy xe ra, cảm biến khói sẽ nhận diện khói từ động cơ nổ máy, kích hoạt mở cửa và camera ghi hình lại quá trình lấy xe.
Tất cả các thiết bị trong nhà có thể được điều khiển dễ dàng thông qua một thiết bị di động như điện thoại hoặc máy tính bảng.
Các thiết bị được sử dụng trong hệ thống
3.3.1 Danh sách các thiết bị
STT Tên thiết bị Số lượng Giá
2 Sensor đo độ ẩm không khí 1 155.000đ
9 Sensor cảm biến chuyển động 2 2.990.000đ
10 Sensor đo cường độ ánh sáng 4 300.000đ
Tổng 30.743.000đ Bảng 1 Danh sách thiết bị sử dụng
3.3.2 Thông tin các thiết bị a Sensor đo cường độ ánh sáng
- Cảm biến ánh sáng Mas Sensor.
Hình 10 Cảm biến ánh sáng Mas Sensor
MAS là bộ cảm biến hai bộ vi xử lý, cung cấp đầu vào mức ánh sáng cho hệ thống điều khiển ánh sáng và tự động hóa tòa nhà Với bốn mô hình khác nhau, MAS được sử dụng tại nhiều vị trí trong và xung quanh tòa nhà Cảm biến MAS hoạt động với nguồn điện 24VDC, nhưng có thể chấp nhận từ 18 đến 30VDC, và tín hiệu đầu ra đạt 4-20mA.
Tín hiệu mạnh mẽ có khả năng truyền tải lên đến 4.000ft mà không bị suy giảm Các giá trị 4mA và 20mA được hiệu chỉnh theo các thiết lập footcandle tiêu chuẩn của nhà máy, sử dụng thiết bị theo dõi NIST, phù hợp cho cả môi trường trong nhà, ngoài trời, giếng trời và giếng trời.
- Tương thích với nhiều đèn cùng một lúc
- Điều chỉnh được thời gian phản hồi
- Có hỗ trợ móc treo lên trần
- Thiết bị đấu dây cấp 2
- Có thể hiệu chỉnh nhà máy theo dõi NIST
- Bảo hành 2 năm b Sensor đo nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ DS18B20 dây mềm là phiên bản chống nước và chống ẩm của cảm biến nhiệt độ DS18B20 Đây là cảm biến digital mới từ hãng MAXIM, nổi bật với độ phân giải cao lên đến 12 bit IC này sử dụng giao tiếp hiệu quả, mang lại độ chính xác và độ tin cậy trong việc đo nhiệt độ.
Dây cảm biến rất gọn gàng và dễ lập trình, với IC tích hợp khả năng cảnh báo nhiệt độ khi vượt ngưỡng Đặc biệt, thiết bị còn hỗ trợ cấp nguồn từ chân data thông qua tính năng parasite power.
Cảm biến nhiệt độ này hoạt động hiệu quả ở mức tối đa 125 độ C, tuy nhiên, do cáp bọc PVC, nên nên duy trì nhiệt độ dưới 100 độ C để đảm bảo an toàn Là một cảm biến kỹ thuật số, thiết bị này không bị suy hao tín hiệu ngay cả khi sử dụng dây dẫn dài.
- Dải đo nhiệt độ: -55 đến 125 độ C ( -67 đến 257 độ F)
- Sai số: +- 0.5 độ C khi đo ở dải -10 – 85 độ C
- Độ phân giải: người dùng có thể chọn từ 9 – 12 bits
- Chuẩn giao tiếp: 1-Wire ( 1 dây ).
- Có cảnh báo nhiệt khi vượt ngưỡng cho phép và cấp nguồn từ chân data.
- Thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa : 750ms ( khi chọn độ phân giải 12bit ).
- Mỗi IC có một mã riêng (lưu trên EEPROM của IC) nên có thể giao tiếp nhiều DS18B20 trên cùng 1 dây
- Ống thép không gỉ (chống ẩm , nước) đường kính 6mm, dài 50mm
- Đường kính đầu dò: 6mm
Hình 11 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 c Sensor phát hiện khói Đầu dò báo khói SYSTEM SENSOR 2412/24E
- Đầu báo khói I-ON 4 dây.
- Dũng điện hoạt động ở chế độ bỡnh thường: 100àA.
- Dòng điện hoạt động ở chế độ báo động: 77mA.
- Điện áp hoạt động: 12VDC.
Hình 12 Đầu dò báo khói SYSTEM SENSOR 2412/24E d Sensor cảm biến chuyển động
- Cảm biến hiện diện Aqara Presence Sensor FP2 Đặc điểm thiết kế của Aqara FP2:
- Thiết kế tròn dẹp mền mại, và ẩn dây công USB-C tinh tế
- Khả năng chống nước IPX5
- Có thể ốp trần, gắn tường với thiết kế gập, co giãn.
- Siêu cảm biến, phát hiện nhiều trạng thái
- Aqara FP2 có thể phát hiện người ở đồng thời 3 trạng thái trong thời gian thực:hướng, vị trí và tư thế.
- Hướng: cảm biến hiện diện sẽ cho biết người đang di chuyển về hướng nào, hơn nữa còn phát hiện khoảng cách.
- Vị trí: Aqara FP2 có thể biết được vị trí người đang ở đâu trong nhà.
- Tư thế: FP2 có thể phát hiện được chính xác người đang ngồi, đứng, nằm, hoặc đang bị té ngã.
Hình 13 Cảm biến hiện diện Aqara Presence Sensor FP2 e Sensor đo độ ẩm
Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ không khí SHT30 V3 sử dụng giao thức I2C, được bảo vệ bởi lớp vỏ PVC chống va đập, giúp cảm biến phản ứng nhanh với các thay đổi môi trường Tuy nhiên, thiết kế vỏ hở không có khả năng chống nước và bụi, nên thường được ứng dụng trong việc đo độ ẩm và nhiệt độ trong nhà và các môi trường sạch sẽ.
Vỏ cảm biến được làm từ PVC chống va đập với thiết kế hở, giúp cảm biến nhanh chóng nhận diện các thay đổi của môi trường Tuy nhiên, thiết kế này không đảm bảo khả năng chống nước và bụi.
- Cảm biến phía trong: SHT30
- Mức tín hiệu giao tiếp: TTL 3.3~5VDC
- Điện áp sử dụng: 2.15~5.5VDC
- Khoảng nhiệt độ đo được: -40 ~ 125 độ C, sai số 0.2 độ C
- Khoảng độ ẩm đo được: 0 ~100% RH, sai số 2% RH.
- Có sẵn trở treo 10K và tụ lọc nhiễu.
- Kích thước cảm biến: 15 x 66.5mm
- Chiều dài dây dẫn: 50cm
Hình 14 Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ không khí SHT30 Temperature Humidity Sensor
V3 f Cảm biến báo cháy Đầu báo nhiệt 57°C SYSTEM SENSOR 5603
- Nhiệt độ lắp đặt: tối đa 38°C.
- Tính năng nhiệt cố định không thể Reset, chỉ dùng được 1 lần.
- Khoảng cách lắp giữa 2 đầu nhiệt: tối đa 25 ft.
- Độ ẩm: 5 ~ 95%, không ngưng tụ.
Hình 15 Đầu báo nhiệt 57°C SYSTEM SENSOR 5603
Các chức năng có trong hệ thống
3.4.1 Cửa sổ và điều hòa tự động
- Cửa sổ phòng tự động mở khi trời nóng (nhiệt độ phòng trên 25 độ C).
- Khi trời lạnh hoặc sắp mưa (nhiệt độ dưới 25 độ C hoặc độ ẩm trên 900) thì các cửa sổ sẽ tự động đóng.
- Khi nhiệt độ phòng ngủ trên 29 độ C và điều hóa được bật thì cửa sổ của phòng đó sẽ tự động đóng.
- Khi có báo cháy và vòi chữa cháy được bật thì tất cả các cửa đều được mở(cửa di chuyển sẽ được mở khóa).
Hình 16 FlowChart hệ thống điều hòa tự động 3.4.2 Đèn tự động
Đèn trong nhà sẽ tự động bật khi độ sáng giảm xuống dưới 666 lumen và có sự hiện diện của người Khi cảm biến phát hiện chuyển động, đèn sẽ sáng lên và tự động tắt sau 5 phút nếu không còn ai ở gần.
Hình 17 FlowChart hệ thống đèn tự động
Hình 18 Code hệ thống đèn tự động
Hình 19 Mô phỏng hệ thống đèn tự động bằng TinkerCAD
Khi phát hiện khói lớn (trên 0.5 PPM) hoặc lửa, hệ thống sẽ tự động kích hoạt vòi chữa cháy và còi báo hiệu Đồng thời, tất cả các cửa trong nhà và garage sẽ được mở khóa để đảm bảo an toàn.
Hình 20 FlowChart hệ thống báo cháy
Hình 21 Code hệ thống báo cháy 3.4.4 Garage tự động
- Khi có chuyển động trước garage thì webcam được bật.
- Khi xe di chuyển về gần cửa garage (cảm biến phát hiện chuyển động và khói) thì cửa garage tự động mở.
Hình 22 FlowChart hệ thống garage tự động 3.4.5 Cửa khóa bằng mã
Người dùng có thể cài đặt mật khẩu cho khóa số, và mật khẩu này sẽ được lưu trữ trong chip EEPROM của hệ thống khóa Chip EEPROM là loại bộ nhớ không bay hơi, thường được sử dụng trong máy tính và thiết bị di động để lưu trữ dữ liệu quan trọng, cho phép thay đổi nội dung mà không mất dữ liệu khi ngừng cung cấp điện.
- Khi cần khóa, mở hay thay đổi mật khẩu, người dùng tương tác trực tiếp trên bảng phím và thông tin sẽ hiện trên màn hình lcd lắp ở khóa.
Hình 23 FlowChart cửa khóa bằng mật mã
Hình 24 Mô phỏng hệ thống khóa cửa bằng mật mã
3.4.6 Quản lí tất cả các thiết bị
- Các chức năng trên có thể được thiết lập và điều khiển chủ yếu qua điện thoại thông minh và 1 bảng điều khiển đặt trong nhà.
Hình 25 Quản lí các thiết bị bằng Smartphone và Tablet
Cấu hình các thiết bị
Hình 27 Cấu hình cho Home GateWay3.5.2 Thiết bị (đèn, máy lạnh,…)
Hình 28 Cấu hình cho đèn phòng ngủ
Hình 29 Cấu hình đèn phòng ngủ (tiếp theo)3.5.3 Điện thoại kết nối
Hình 30 Cấu hình SmartPhone quản lí các thiết bị
Hình 31 Cấu hình SmartPhone quản lí các thiết bị (tiếp theo)3.5.4 Bảng điều khiển
Hình 33 Cấu hình Tablet (tiếp theo)