Các thiết bị có thể giao tiếp với nhau thông qua internet đểthực hiện các chức năng đa dạng như giám sát và điều khiển, tự động hóa, phân tích dữliệu, và cung cấp dịch vụ thông minh cho
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Giới thiệu đề tài
Cách đây 15 - 20 năm, việc sở hữu một thiết bị di động ở Việt Nam, từ thành thị đến nông thôn, là điều xa xỉ Nếu gia đình bạn có một chiếc điện thoại bàn, điều đó đồng nghĩa với việc phải chi trả một khoản phí viễn thông lớn hàng tháng Thời điểm đó, công nghệ còn hạn chế và chi phí sử dụng rất cao, không ai có thể tưởng tượng rằng sẽ có ngày chúng ta có thể gọi điện miễn phí và trò chuyện hàng giờ.
Ngày nay, sự bùng nổ công nghệ đang thúc đẩy nền kinh tế và phát triển xã hội, khiến cho chúng ta quen thuộc với nhiều khái niệm mới.
Trong bối cảnh hiện đại, khi con người đã đạt được sự ấm no và hạnh phúc, nhu cầu về một cuộc sống tiện nghi hơn ngày càng gia tăng Các khái niệm như "thành phố thông minh", "trường học thông minh" và "ngôi nhà thông minh" trở nên phổ biến, phản ánh mong muốn cải thiện chất lượng cuộc sống và tối ưu hóa các tiện ích hàng ngày.
Mặc dù các mô hình hiện tại vẫn còn khó tiếp cận, nhóm chúng tôi tin rằng với ví dụ đã nêu, chỉ cần 5 bước đơn giản có thể giúp cải thiện khả năng tiếp cận và ứng dụng của chúng.
- 10 năm nữa thôi việc chúng ta được ở trong một “ngôi nhà thông minh”, học trong một
“ngôi trường thông minh” và sống ở một “thành phố thông minh” sẽ trở thành mức sống bình thường mà ai cũng có thể đạt tới được.
Lý do chọn đề tài
Dưới sự hướng dẫn của cô Ngô Thị Thu Trang và cô Nguyễn Thị Thu Hằng, chúng em đã chọn mô hình “căn phòng thông minh” với các chức năng tự động như điều khiển ánh sáng và nhiệt độ Đề tài không chỉ triển khai hệ thống phòng thông minh mà còn khám phá tiềm năng của công nghệ IoT trong việc tạo ra môi trường sống thông minh và bền vững Sự kết hợp giữa viễn thông và IoT hy vọng sẽ góp phần vào sự phát triển và ứng dụng công nghệ trong lĩnh vực phòng thông minh, mở ra những cơ hội mới cho tương lai.
Mục tiêu đề tài
Mục tiêu đề tài nhóm đề ra :
- Tiến hành phân tích, thiết kế và triển khai một hệ thống phòng thông minh đơn giản và hiệu quả.
Chúng tôi tập trung vào việc phát triển các giao thức truyền thông hiệu quả, thiết kế giao diện người dùng thân thiện và tích hợp cảm biến ánh sáng cùng chuyển động nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và đáng tin cậy.
Nhóm2 - Iot và ứ ng d ụ ng
Iot và ứng dụng None
Iot và ứng dụng None
Iot và ứng dụng None
Tìm hi ể u cty đó đã từng tài trợ hđ nào…
Iot và ứng dụng None
Iot và ứng dụng None
Cơ sở lý thuyết
IoT, viết tắt của "Internet of Things", đề cập đến hàng tỷ thiết bị vật lý kết nối qua internet, cho phép thu thập và chia sẻ dữ liệu Nhờ IoT, các thiết bị thông minh có khả năng giao tiếp lẫn nhau và với hệ thống điều khiển từ xa, tạo ra một hệ sinh thái kết nối thông minh mang lại nhiều tiện ích cho con người Các thiết bị IoT bao gồm cảm biến, máy tính nhúng, thiết bị điện tử gia đình, ô tô tự lái, nhà thông minh, và thiết bị giám sát an ninh Chúng có thể thực hiện nhiều chức năng như giám sát, điều khiển, tự động hóa, phân tích dữ liệu, và cung cấp dịch vụ thông minh cho người dùng.
Hệ thống IoT cho phép điều khiển và cảm nhận vật từ xa qua mạng, tích hợp thế giới thực vào điện toán, nâng cao hiệu suất, độ tin cậy và lợi ích kinh tế, đồng thời giảm thiểu sự can thiệp của con người Khi kết hợp với cảm biến và cơ cấu chấp hành, IoT trở thành một hệ thống ảo-thực đa dạng, bao gồm điện lưới thông minh, nhà máy điện ảo, nhà thông minh, vận tải thông minh và thành phố thông minh Mỗi vật trong hệ thống được nhận diện riêng biệt và có khả năng tương tác qua hạ tầng Internet hiện có.
Hình 2.1: Internet of things (IoT)
Internet Vạn Vật (IoT) cung cấp kết nối mạnh mẽ cho các thiết bị, hệ thống và dịch vụ, vượt trội hơn so với truyền tải máy-máy (M2M) Nó hỗ trợ nhiều giao thức, miền và ứng dụng khác nhau, kết nối các thiết bị nhúng và vật dụng thông minh, hứa hẹn mở ra kỷ nguyên tự động hóa mới.
Báo cáo BTL Io T nhóm 2 - Summary…
Iot và ứng dụng None
Hóa trong hầu hết các ngành, từ điện lưới thông minh đến các lĩnh vực như nhà thông minh và thành phố thông minh, đang ngày càng trở nên phổ biến và quan trọng.
Khái niệm về mạng lưới thiết bị kết nối đã được giới thiệu vào đầu năm 1982, khi máy bán hàng tự động Coke tại Đại học Carnegie Mellon trở thành thiết bị đầu tiên kết nối với Internet trên toàn cầu.
Thuật ngữ “Internet of things” được sử dụng lần đầu tiên bởi Kevin Ashton vào năm
1999 Sau đó IoT trải qua nhiều giai đoạn và có bước phát triển nhảy vọt cho đến ngày nay.
2.1.3 Kiến trúc của một hệ thống IoT
Kiến trúc IoT được đại diện cơ bản bởi 4 phần:
Các thiết bị IoT bao gồm những thiết bị cuối như quạt, đèn, và nhiều thiết bị khác có thể tích hợp cảm biến hoặc nhận lệnh từ người dùng.
Gateway (Trạm kết nối): là cầu nối giữa các công nghệ truyền thông khác nhau
Hạ tầng mạng và đám mây bao gồm một hệ thống lớn với các máy chủ, hệ thống lưu trữ và mạng ảo hóa được kết nối chặt chẽ Nó có vai trò quan trọng trong việc xử lý, chỉ huy và phân tích dữ liệu được thu thập, đảm bảo hiệu suất và tính linh hoạt cho các ứng dụng và dịch vụ.
Dịch vụ tạo ra và các lớp giải pháp trong phân tích và xử lý dữ liệu giúp thu thập và phân tích thông tin, chuyển đổi dữ liệu thành những thông tin hữu ích, từ đó hỗ trợ người dùng đưa ra những quyết định quan trọng.
Hình 2.2: Kiến trúc hệ thống IoT
Hình 2.3: Ứng dụng của IoT
Với sự phát triển mạnh mẽ của internet, Internet of Things (IoT) có thể được áp dụng trong hầu hết các lĩnh vực mà con người mong muốn Một số lĩnh vực nổi bật hiện nay đang ứng dụng IoT nhiều nhất bao gồm:
Ứng dụng trong quản lý hạ tầng
Ứng dụng trong tự động hóa nhà.
Ứng dụng trong giao thông
Phản hồi trong các tinh huống khẩn cấp
Quản lý các thiết bị cá nhân
Đồng hồ đo thông minh
2.1.5 Ưu và nhược điểm của IoT
Khả năng truy cập thông tin từ mọi nơi, mọi lúc trên mọi thiết bị.
Cải thiện kết nối giữa các thiết bị điện tử.
Chuyển các gói dữ liệu qua mạng được kết nối tiết kiệm thời gian và tiền bạc.
Tự động hóa các nhiệm vụ giúp cải thiện chất lượng dịch vụ của doanh nghiệp và giảm nhu cầu can thiệp con người.
Vấn đề bảo mật khi có nhiều thiết bị kết nối.
Việc thu thập dữ liệu là thách thức lớn.
Nếu hệ thống trung tâm bị hỏng sẽ dẫn tới có khả năng các thiết bị kết nối sẽ bị ảnh hỏng.
Do không có tiêu chuẩn quốc tế nên dẫn tới các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau có thể tương thích với nhau
2.2 Tổng quan về nhà thông minh
Nhà thông minh (Smart Home) là ngôi nhà hoặc căn hộ trang bị hệ thống tự động hiện đại, cho phép kiểm soát đèn, nhiệt độ, truyền thông đa phương tiện, an ninh, rèm cửa, cửa ra vào và nhiều tính năng khác Mục tiêu của nhà thông minh là nâng cao tiện nghi, đảm bảo an toàn và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên.
Nhà thông minh có khả năng đáp ứng linh hoạt theo các ngữ cảnh thông minh, hoạt động tự động hoặc bán tự động theo thiết lập của người dùng, và có thể thay thế con người trong việc thực hiện một số thao tác quản lý và điều khiển nhất định.
Nhà thông minh là hệ thống kết nối các thiết bị điện thông minh, giúp ngôi nhà hoạt động tự động hoặc bán tự động theo nhu cầu của người dùng, mang lại sự tiện nghi và hiện đại cho cuộc sống.
Hệ thống điện tử này cho phép người dùng giao tiếp qua bảng điều khiển trong nhà, ứng dụng di động, máy tính bảng hoặc giao diện web Người dùng còn có thể điều khiển các thiết bị bằng giọng nói, mang lại sự tiện lợi và linh hoạt trong việc sử dụng.
Trong căn nhà thông minh, mọi thiết bị điện từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều được trang bị bộ điều khiển điện tử kết nối Internet và điện thoại di động Điều này cho phép chủ nhân dễ dàng điều khiển và lập trình hoạt động của các thiết bị từ xa Hơn nữa, các đồ gia dụng có khả năng giao tiếp và tương tác với nhau, tạo nên một hệ thống thông minh và tiện lợi.
Công nghệ nhà thông minh tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, với nhiều ứng dụng công nghệ mới được tích hợp vào hệ thống để nâng cao tiện ích và hiệu suất sống.
Thiết kế hệ thống
3.1 Mô tả hoạt động của hệ thống
Nhóm em đã thiết kế một mô hình nhà thông minh với cửa chính mở bằng thẻ RFID và các thiết bị trong phòng như đèn và quạt Tất cả các thiết bị trong nhà có thể được điều khiển thông qua điện thoại thông minh, đồng thời cũng có thể sử dụng nút bấm cơ để điều khiển.
Thiết kế mạch giám sát nhiệt độ và độ ẩm cho phép người dùng theo dõi các chỉ số này tại vị trí lắp đặt thông qua điện thoại thông minh.
Bên cạnh đó nhóm em thiết kế 1 chatbot nhằm cảnh báo đến người dùng khi nhiệt độ trong phòng vượt mức cho phép.
Hệ thống kết hợp giữa Module Nodemcu Esp32 và ứng dụng Android trên điện thoại thông minh, cho phép lưu trữ dữ liệu từ mạch đo và hiển thị giao diện điều khiển thiết bị Ứng dụng này cung cấp thông tin về nhiệt độ và độ ẩm, mang lại trải nghiệm người dùng trực quan và tiện lợi.
Khi cảm biến gửi tín hiệu nhiệt độ, bộ vi xử lý của module Nodemcu Wifi ESP32 sẽ xử lý tín hiệu này và truyền dữ liệu lên server Blynk qua kết nối không dây WiFi.
Module wifi ESP32 cho phép gửi tín hiệu đến ứng dụng Android, giúp người dùng truy cập hệ thống để điều khiển thiết bị trong phòng Ngoài ra, nó còn hỗ trợ giám sát nhiệt độ và độ ẩm từ xa thông qua kết nối internet.
3.2 Sơ đồ khối của hệ thống
3.2.1 Kiến trúc IoT của hệ thống
Dự án được xây dựng dựa trên kiến trúc IoT 3 lớp
Hình 3.1: Kiến trúc IoT 3 lớp
Lớp thiết bị bao gồm các cảm biến: cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11, cảm biến ánh sáng, các thiết bị trong phòng như quạt, đèn, rèm cửa,
Lớp mạng bao gồm các cổng Internet và hệ thống thu thập dữ liệu (DAS), thực hiện chức năng tổng hợp và chuyển đổi dữ liệu từ analog sang digital Các cổng nâng cao kết nối mạng cảm biến với Internet, đồng thời đảm bảo bảo mật chống phần mềm độc hại và lọc các quyết định dựa trên dữ liệu đầu vào, cũng như cung cấp dịch vụ quản lý dữ liệu.
Lớp ứng dụng trung tâm dữ liệu hoặc đám mây là giai đoạn quan trọng trong quản lý dữ liệu, nơi các ứng dụng người dùng cuối như nông nghiệp, chăm sóc sức khỏe, hàng không vũ trụ và quốc phòng sử dụng dữ liệu hiệu quả Trong dự án này, nhóm chúng tôi đã lựa chọn sử dụng máy chủ Blynk để tối ưu hóa quy trình quản lý và ứng dụng dữ liệu.
3.2.2 Sơ đồ khối của hệ thống
Các thiết bị được điều khiển và sử dụng qua Blynk và nút nhấn
Điều khiển thiết bị thông qua chatbot a Hệ thống điều khiển thiết bị qua blynk
Khối nguồn: Cấp nguồn cho toàn mạch, sử dụng nguồn 5VDC cấp cho khối xử lý trung tâm, cảm biến và nguồn 220VAC cho các thiết bị điện
Vi xử lý trung tâm đóng vai trò là bộ điều khiển chính cho toàn bộ hệ thống, nhận tín hiệu từ ứng dụng Android hoặc cảm biến, xử lý và chuyển tiếp tín hiệu điều khiển đến khối thiết bị Sau đó, dữ liệu được gửi lên server Trong dự án này, nhóm em đã chọn vi điều khiển ESP32 để thực hiện các chức năng này.
Khối cảm biến bao gồm các thiết bị như cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11, cảm biến ánh sáng LM393 và RFID, giúp đọc dữ liệu từ môi trường bên ngoài Khối thiết bị gồm các thiết bị vật lý như quạt, đèn và cửa chính, thực hiện các chức năng điều khiển dựa trên thông tin từ các cảm biến.
Nút nhấn: Bật, tắt các thiết bị vật lý.
Máy chủ Blynk nhận dữ liệu từ vi điều khiển, xử lý thông tin và gửi lệnh điều khiển trở lại vi điều khiển Người dùng có thể điều khiển thiết bị trực tiếp thông qua ứng dụng Android.
Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống sử dụng Blynk b Sơ đồ khối hệ thống điều khiển qua chatbot
Hình 3.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển qua chatbot
ESP32 thu thập dữ liệu từ cảm biến và truyền tải thông tin lên chatbot Chatbot sẽ tiếp nhận và phân tích dữ liệu để xác định xem nó có vượt quá mức cho phép hay không, sau đó thông báo kết quả đến người dùng.
3.3.1 Hệ thống điều khiển thiết bị qua Blynk và nút nhấn
Khối điều khiển sử dụng board ESP32 đáp ứng tốt các yêu cầu và có khả năng mở rộng cho nhiều ứng dụng khác nhau Board được cung cấp nguồn 5VDC, và chi tiết kết nối giữa board mạch và các khối khác được minh họa trong hình bên dưới.
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý ESP32 của hệ thống điều khiển qua Blynk Trong đó:
Các chân VIN, GND được nối với nguồn.
Các chân D12, D13, D25, D26 lần lượt được kết nối với các thiết bị đèn, quạt, cửa chính
Chân D4, D33 lần lượt được nối với cảm biến DHT11 và LM393
Các chân D23, D19, D18, D5 được kết nối với RFID
Các chân D15, RX2, TX2 được nối với các nút bấm.
Các chân D22, D21 kết nối với I2C, I2C được nối với màn hình LCD
Sơ đồ nguyên lý cửa các phần trong hệ thống
Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý nguồn
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý 2 thiết bị đèn và quạt
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý cửa và RFID
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý của 2 cảm biến LM393 và DHT11
Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý của các nút bấm
Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý của I2C và màn hình LCD
3.3.2 Hệ thống điều khiển thiết bị qua chatbot
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý ESP32 của hệ thống sử dụng chatbot
Chân G13, G12 được nối với thiết bị đèn, quạt
Chân G4 được nối với cảm biến DHT11
Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch sử dụng chatbot
3.3.3 Các bước thực hiện lắp ráp và ghép nối các mạch và module
Bước 1: Kết nối module ESP32 với các module thiết bị
Bước 2: Kết nối module cảm biến với module ESP32
Bước 3: Cấp nguồn cho mạch
Bước 4: Đo kiểm tra từng chân của các thiết bị đã kết nối hết chưa
Bước 5: Gán các mạch vào mô hình nhà
Bước 6: Cuối cùng nạp chương trình và test lại chương trình có đạt như yêu cầu ban đầu không.
Hệ thống hoạt động rõ ràng theo lưu đồ, bắt đầu bằng việc khởi tạo và kiểm tra xem hệ thống đã được thiết lập hay chưa.
Hệ thống sẽ kiểm tra tín hiệu điều khiển; nếu nhận được tín hiệu, quá trình xử lý sẽ bắt đầu, cho phép điều khiển thiết bị kết nối.
ESP32 sẽ kết nối với Internet qua Wifi và thiết lập kết nối với Server Sau khi kết nối thành công, thiết bị sẽ nhận và thực hiện các yêu cầu điều khiển từ người dùng thông qua giao diện ứng dụng Android hoặc tín hiệu từ Server Mọi trạng thái điều khiển của thiết bị sẽ được đồng bộ hóa trên điện thoại, đảm bảo người dùng luôn nắm bắt được tình hình.
Hình 3.13: Lưu đồ giải thuật 3.4.1.2 Chương trình điều khiển
Đánh giá kết quả và kết luận
Các kết quả sau khi hoàn thành dự án
Hình 4.1: Mô hình sản phẩm sau khi hoàn thành
Hình 4.212: Giao diện Blynk sau khi hoàn thành
Hình 4.3: Giao diện chatbot sau khi hoàn thành
Sau khi thực hiện, nhóm em đã hoàn thành hệ thống đáp ứng cơ bản những yêu cầu ban đầu đặt ra, dưới đây là một số nhận xét:
- Hệ thống hoạt động ổn định qua nhiều lần thử nghiệm.
- Đồng bộ trạng thái điều khiển từ mô hình hệ thống, ứng dụng Android và Server.
- Giám sát được nhiệt độ và độ ẩm của môi trường xung quanh.
- Hệ thống phụ thuộc vào tốc độ mạng Wifi, và sự ổn định của Server Cloud Blynk.
- Chưa tích hợp nhiều tính năng thành một hệ thống IoT hoàn chỉnh.
Sau thời gian nghiên cứu, thi công thì đồ án tốt nghiệp của nhóm em với đề tài
"Phòng thông minh" đã hoàn thiện và đáp ứng các yêu cầu ban đầu Tuy nhiên, do hạn chế về kiến thức, thời gian thực hiện và nguồn tài liệu chủ yếu từ internet, đề tài vẫn còn một số sai sót và hạn chế nhất định.
Hệ thống hiện tại có khả năng điều khiển các thiết bị một cách hiệu quả Qua quá trình thực hiện, tôi nhận thấy đề tài này rất phổ biến và có tính ứng dụng cao trong nhiều dự án thực tế Do đó, tôi xin đưa ra một số đề xuất nhằm cải tiến và nâng cấp hệ thống.
Mở rộng số lượng cũng như công suất thiết bị điều khiển.
Giám sát nơi điều khiển bằng camera, cảnh báo chống trộm, báo cháy.
Điều chỉnh độ sáng đèn, tốc độ quạt, nhiệt độ điều hòa,
Thiết lập hệ thống điều khiển thiết bị tự động nhằm tối ưu hóa việc sử
dụng và tiết kiệm điện năng.
Ứng dụng đề tài vào hệ thống thực tế.