Đồ án nhà thông minh điều khiển bằng bluetooth HC05 sử dụng arduino uno

Báo cáo đồ án Nhà thông minh điều khiền bằng Bluetooth HC05 sử dụng Arduino Uno là một báo cáo tổng quan về việc xây dựng hệ thống nhà thông minh được điều khiển bằng Bluetooth HC05 và Arduino Uno. Báo cáo này bao gồm các phần chính sau: Giới thiệu: Báo cáo giới thiệu về đồ án và mô tả sơ lược về các thành phần của hệ thống, bao gồm Arduino Uno, module Bluetooth HC05 và các thiết bị ngoại vi khác. Thiết kế: Phần này mô tả về cách thiết kế hệ thống, bao gồm các bước lắp ráp và kết nối các thiết bị, các phần mềm và thư viện được sử dụng. Chức năng: Phần này mô tả về các chức năng của hệ thống, bao gồm điều khiển đèn, quạt, thiết bị âm thanh và một số thiết bị khác bằng cách sử dụng ứng dụng trên điện thoại thông minh. Kết luận: Báo cáo kết thúc với các kết luận và đánh giá về đồ án, đưa ra các lợi ích và ứng dụng của hệ thống trong đời sống thực tế và các hướng phát triển tiếp theo của đồ án. Trong báo cáo này, mô tả chi tiết về cách xây dựng một hệ thống nhà thông minh đơn giản nhưng hiệu quả, sử dụng các công nghệ mới nhất và thú vị như Bluetooth HC05 và Arduino Uno. Báo cáo cũng giải thích các bước để kết nối các thành

Giới thiệu

Nhà thông minh không chỉ là nơi ẩn chứa các thiết bị công nghệ, mà nó đánh dấu một bước tiến quan trọng trong sự hòa nhập của công nghệ vào cuộc sống hàng ngày Bằng cách tích hợp trí tuệ nhân tạo và Internet of Things (IoT), nhà thông minh trở thành một hệ thống thông tin động, kết nối tất cả mọi thứ từ đèn đến năng lượng và an ninh.

Chúng ta bắt đầu hành trình khám phá từ những đặc điểm cơ bản nhất của nhà thông minh Những chiếc đèn thông minh không chỉ làm cho không gian trở nên hiện đại mà còn mở ra khả năng tương tác và kiểm soát một cách linh hoạt Cùng với đó, các hệ thống quản lý năng lượng thông minh giúp tối ưu hóa tiêu thụ và tiết kiệm năng lượng, mang lại lợi ích không nhỏ cho môi trường và chi phí điện.

Nhưng nhà thông minh không chỉ dừng lại ở đơn giản là việc kết nối các thiết bị Trí tuệ nhân tạo và IoT mang lại khả năng học tập và tương tác, khiến cho nhà thông minh có khả năng hiểu biết và đáp ứng theo thói quen và nhu cầu của người sử dụng Từ việc dự đoán thói quen sử dụng đèn đến việc tự động điều chỉnh nhiệt độ phòng, nhà thông minh trở thành một người bạn đồng hành thông minh, giúp tối ưu hóa cuộc sống hàng ngày.

Không chỉ là một tiện ích, nhà thông minh mang lại lợi ích to lớn cho cộng đồng và môi trường Tiết kiệm năng lượng không chỉ giúp giảm chi phí hóa đơn mà còn giảm lượng phát thải carbon, góp phần vào mục tiêu bảo vệ môi trường An ninh gia đình được củng cố thông qua các hệ thống giám sát thông minh, giúp người dùng yên tâm hơn về sự an toàn của ngôi nhà.

Tuy nhiên, như mọi phương tiện công nghệ, nhà thông minh cũng đối mặt với nhiều thách thức Vấn đề bảo mật thông tin và khả năng tích hợp giữa các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau đang là những thách thức đáng kể.

Chúng ta phải đối mặt với câu hỏi về quyền riêng tư và an toàn thông tin khi chia sẻ dữ liệu trên các nền tảng nhà thông minh.

Chương này không chỉ là một cuộc phiêu lưu khám phá sự phức tạp của nhà thông minh mà còn là cơ hội để đặt ra những câu hỏi và tìm kiếm những giải pháp sáng tạo Nhà thông minh không chỉ là nơi sống mà còn là không gian nơi con người và công nghệ hội tụ, mang lại sức mạnh và tiện ích đích thực cho mỗi gia đình.

Vài nét về nhà thông minh

Ngày nay, khi đời sống ngày càng được nâng cao, những nhu cầu của con người đòi hỏi những sự tiện nghi và hỗ trợ tốt nhất Từ những yêu cầu và điều kiện thực tế đó, ý tưởng về ngôi nhà thông minh được hình thành, nơi mà mọi hoạt động của con người đều được hỗ trợ và giúp đỡ một cách linh hoạt, ngoài ra ngôi nhà còn có thể tự động quản lí một cách thông minh nhất.

Hình 1 1 Nhà thông minh sử dụng bluetooth

Hiện nay, nhà thông minh đã và đang là một thị trường tiềm năng với thị trường toàn cầu lên đến con số tỉ đô Không những vậy, chỉ riêng thị trường Bắc Mỹ, theo các con số thống kê, hoàn toàn là có cơ sở để nhận định rằng đây chính là tương lai của một ngôi nhà mà chúng ta cần phải có. Được sự gợi ý cảu thầy Thân Ngọc Hoàn em đã quyết định chọn đề tài:” Nhà thông minh sử dụng arduino điều khiển các thiết bị bằng kết nối bluetooth”.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của đồ án là phát triển và triển khai một hệ thống ngôi nhà thông minh tích hợp, giúp cải thiện chất lượng cuộc sống của cư dân Cụ thể, đề tài đặt ra các mục tiêu sau:

Thiết kế và xây dựng hệ thống quản lý năng lượng để tối ưu hóa sử dụng điện và giảm lượng phát thải khí nhà kính.

Phát triển các tính năng giải trí thông minh, kết nối với các thiết bị di động và máy tính cá nhân.

Tăng cường bảo mật thông tin và an ninh cho ngôi nhà, bảo vệ cư dân khỏi rủi ro từ các mối nguy hiểm bên ngoài.

1.4 Phương pháp nghiên cứu Để đạt được mục tiêu đã đề ra, đồ án sẽ áp dụng một phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm Trong quá trình nghiên cứu lý thuyết, chúng ta sẽ xem xét các công nghệ hiện đại, tiêu chuẩn và xu hướng trong lĩnh vực ngôi nhà thông minh Phần thực nghiệm sẽ tập trung vào việc triển khai và đánh giá hiệu suất của hệ thống trong môi trường thực tế.

Hình 1 2 Phương hướng thiết kế a) Phần mềm

- Thiết kế phần mềm theo dõi trạng thái của các thiết bị

- Điều khiển hoạt động của các thiết bị qua phương thức truyền thông không dây qua ứng dụng trên điện thoại thông minh

- Có thể điều khiển đèn qua 2 chế độ “bằng tay” và “giọng nói”

+ ở chế độ bằng tay chúng ta sẽ có điều khiển các thiết bị trong nhà qua những nút bấm hiển thị trên app điện thoại

+ ở chế độ giọng nói chúng ta sẽ có thể điều khiển các thiết bị qua google Assistant. b) Phần cứng

Phần cứng bao gồm các thiết bị trong nhà như đèn, quạt, điều hòa, tivi, và một số thiết bị khác

Ngoài ra còn có cửa ra và đóng mở cũng qua app điện thoại thông minh của chúng ta

Hình 1 3 Cửa tự động của nhà thông minh

1.5 Nguyên tắc làm nhà thông minh

Nguyên cứ cơ bản của ngôi nhà thông minh là sự kết hợp chặt chẽ giữa các thiết bị điện tử, cảm biến, và mạng thông tin để tạo ra một hệ thống tự động hoá có khả năng tương tác với môi trường và người sử dụng Nguyên tắc làm việc chủ yếu dựa trên việc thu thập, phân tích dữ liệu từ các thiết bị cảm biến và điều khiển các thiết bị khác nhau để tối ưu hóa trải nghiệm và quản lý ngôi nhà.

Nguyên cứ này đặt ra một loạt các thách thức, bao gồm việc đảm bảo tính an toàn và bảo mật của hệ thống, quản lý nguồn năng lượng một cách thông minh để giảm thiểu lãng phí, và tích hợp các giao thức liên thông đồng nhất để đảm bảo sự tương tác mượt mà giữa các thiết bị khác nhau.

1.6 Các tiêu chuẩn và quy định

Chương này sẽ xem xét các tiêu chuẩn và quy định liên quan đến ngôi nhà thông minh Điều này bao gồm những tiêu chuẩn về an toàn, bảo mật, và tương thích mà hệ thống cần tuân theo để đảm bảo tính ổn định và an toàn của người sử dụng.

Các quy định liên quan đến quyền riêng tư và bảo mật dữ liệu cũng sẽ được xem xét, vì đây là một khía cạnh quan trọng trong môi trường ngôi nhà thông minh, nơi mà dữ liệu cá nhân và thông tin nhạy cảm thường xuyên được thu thập và chia sẻ giữa các thiết bị và hệ thống.

1.7 Cách thức và cơ hội

Không thể phủ nhận rằng việc xây dựng và triển khai ngôi nhà thông minh đầy thách thức Những thách thức này có thể bao gồm sự phức tạp của việc tích hợp các thiết bị và giao thức không đồng nhất, vấn đề về bảo mật và quyền riêng tư, cũng như thách thức về sự chấp nhận từ phía người dùng.

Tuy nhiên, cùng với những thách thức đó là cơ hội lớn Việc phát triển các giải pháp thông minh có thể tạo ra những thay đổi tích cực trong cách chúng ta sử dụng và tương tác với ngôi nhà Đồng thời, sự phát triển của ngôi nhà thông minh cũng mở ra cơ hội kinh doanh mới cho các doanh nghiệp công nghệ và dịch vụ.

Trước khi bắt đầu thiết kế hệ thống, việc phân tích yêu cầu là bước quan trọng bao gồm việc xác định các yêu cầu cơ bản như quản lý năng lượng, an ninh, giải trí, và sự kết nối với người dùng thông qua các thiết bị di động.

1.8.2 Xác định Cấu Trúc Hệ Thống

Xác định cấu trúc hệ thống là một bước quan trọng trong quá trình phát triển hệ thống nhà thông minh, đặc biệt khi muốn đảm bảo tính toàn vẹn và hiệu suất của hệ thống Đầu tiên, việc liệt kê các thiết bị là quan trọng để hiểu rõ các yếu tố khác nhau trong hệ thống Các thiết bị như đèn, thermostat, camera an ninh, cảm biến và nhiều loại khác đều đóng vai trò quan trọng trong việc làm cho ngôi nhà trở nên thông minh.

Hình 1 4 Hệ thống nhà thông minh

Tiếp theo, xác định chức năng của từng thiết bị là quan trọng để có cái nhìn toàn diện về khả năng và ứng dụng của chúng Điều này giúp người dùng dễ dàng quản lý và tương tác với hệ thống Chẳng hạn, một cảm biến chuyển động có thể được gán chức năng để kích hoạt đèn hoặc camera an ninh khi phát hiện chuyển động, trong khi thermostat có thể được tích hợp để điều chỉnh nhiệt độ môi trường tự động dựa trên lịch trình hoặc điều kiện thời tiết.

Sau đó, việc xác định các mối quan hệ và tương tác giữa các thiết bị là quan trọng để tạo ra một hệ thống hoạt động mượt mà và hiệu quả Điều này bao gồm cách mà các thiết bị tương tác với nhau để đáp ứng các tình huống khác nhau, chẳng hạn như việc tự động tắt đèn khi không có người ở trong phòng hoặc kích hoạt hệ thống bảo mật khi rời nhà.

1.8.3 Lựa Chọn Công Nghệ và Thiết Bị

Việc lựa chọn công nghệ và thiết bị trong xây dựng hệ thống nhà thông minh đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo tính tương thích và hiệu suất cao nhất Đầu tiên, quá trình phân tích yêu cầu là quan trọng để hiểu rõ nhu cầu và mong muốn của người sử dụng Việc này giúp xác định chính xác loại công nghệ và thiết bị phù hợp với môi trường sống và sở thích cá nhân của họ.

Một phần quan trọng của lựa chọn công nghệ là hệ thống điều khiển trung tâm. Việc chọn một hệ thống có khả năng quản lý mọi thiết bị thông minh từ xa và một cách hiệu quả là quyết định quan trọng Đồng thời, việc xác định giao thức kết nối như Zigbee, Z-Wave hay Wi-Fi là chìa khóa để đảm bảo tích hợp suôn sẻ giữa các thiết bị khác nhau.

Các thiết bị điều khiển và cảm biến cũng đóng một vai trò quan trọng Việc lựa chọn các bộ điều khiển như ứng dụng di động, điều khiển giọng nói hoặc remote thông minh giúp người sử dụng dễ dàng tương tác và kiểm soát hệ thống Sự chọn lựa cẩn thận về cảm biến như cảm biến chuyển động, cảm biến nhiệt độ, và cảm biến ánh sáng là quan trọng để hệ thống có thể phản ứng linh hoạt theo môi trường và nhu cầu sử dụng.

Nguyên tắc làm nhà thông minh

Nguyên cứ cơ bản của ngôi nhà thông minh là sự kết hợp chặt chẽ giữa các thiết bị điện tử, cảm biến, và mạng thông tin để tạo ra một hệ thống tự động hoá có khả năng tương tác với môi trường và người sử dụng Nguyên tắc làm việc chủ yếu dựa trên việc thu thập, phân tích dữ liệu từ các thiết bị cảm biến và điều khiển các thiết bị khác nhau để tối ưu hóa trải nghiệm và quản lý ngôi nhà.

Nguyên cứ này đặt ra một loạt các thách thức, bao gồm việc đảm bảo tính an toàn và bảo mật của hệ thống, quản lý nguồn năng lượng một cách thông minh để giảm thiểu lãng phí, và tích hợp các giao thức liên thông đồng nhất để đảm bảo sự tương tác mượt mà giữa các thiết bị khác nhau.

1.6 Các tiêu chuẩn và quy định

Chương này sẽ xem xét các tiêu chuẩn và quy định liên quan đến ngôi nhà thông minh Điều này bao gồm những tiêu chuẩn về an toàn, bảo mật, và tương thích mà hệ thống cần tuân theo để đảm bảo tính ổn định và an toàn của người sử dụng.

Các quy định liên quan đến quyền riêng tư và bảo mật dữ liệu cũng sẽ được xem xét, vì đây là một khía cạnh quan trọng trong môi trường ngôi nhà thông minh, nơi mà dữ liệu cá nhân và thông tin nhạy cảm thường xuyên được thu thập và chia sẻ giữa các thiết bị và hệ thống.

1.7 Cách thức và cơ hội

Không thể phủ nhận rằng việc xây dựng và triển khai ngôi nhà thông minh đầy thách thức Những thách thức này có thể bao gồm sự phức tạp của việc tích hợp các thiết bị và giao thức không đồng nhất, vấn đề về bảo mật và quyền riêng tư, cũng như thách thức về sự chấp nhận từ phía người dùng.

Tuy nhiên, cùng với những thách thức đó là cơ hội lớn Việc phát triển các giải pháp thông minh có thể tạo ra những thay đổi tích cực trong cách chúng ta sử dụng và tương tác với ngôi nhà Đồng thời, sự phát triển của ngôi nhà thông minh cũng mở ra cơ hội kinh doanh mới cho các doanh nghiệp công nghệ và dịch vụ.

Tóm lại, quá trình lựa chọn công nghệ và thiết bị trong hệ thống nhà thông minh không chỉ là về việc đáp ứng nhu cầu người sử dụng mà còn về tính tương thích và khả năng mở rộng của hệ thống Sự kết hợp hài hòa giữa các thành phần này sẽ tạo ra một hệ thống nhà thông minh mạnh mẽ và linh hoạt, đáp ứng đúng đắn với xu hướng và tiến triển công nghệ ngày càng đa dạng.

1.8.4 Thiết Kế Giao Diện Người Dùng

Thiết kế giao diện người dùng trong hệ thống nhà thông minh đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra trải nghiệm người sử dụng thuận lợi và thú vị Một giao diện hiệu quả không chỉ giúp người dùng tương tác một cách dễ dàng mà còn làm tăng tính thẩm mỹ và sự hiện đại của hệ thống. Đối với màu sắc, sự chọn lựa thông minh có thể tạo ra ấn tượng mạnh mẽ Việc sử dụng màu sắc hiện đại, như gam màu nền trắng hoặc các tông màu nhẹ, giúp tạo ra không gian giao diện sạch sẽ và dễ theo dõi Biểu tượng và đồ họa rõ ràng, có thể hiểu được ngay lập tức, hỗ trợ người dùng nhận biết chức năng và trạng thái của các thiết bị nhà thông minh.

Phương hướng thiết kế

Phân tích Yêu Cầu

1.8.4 Thiết Kế Giao Diện Người Dùng

Giao diện người dùng cần được thiết kế để tương tác một cách linh hoạt trên nhiều thiết bị khác nhau Cấu trúc phải đơn giản và dễ sử dụng, với các phần mục được tổ chức hợp lý Điều này giúp người dùng dễ dàng thao tác và tìm kiếm thông tin mà họ cần.

Hệ thống nhà thông minh cũng cần hỗ trợ nhiều ngôn ngữ để đảm bảo tính toàn cầu Việc này không chỉ mở rộng đối tượng sử dụng mà còn làm cho hệ thống trở nên thân thiện với người dùng trên khắp thế giới Sự linh hoạt trong việc hỗ trợ nhiều nền tảng, từ điện thoại di động đến máy tính bảng, cũng là một yếu tố quan trọng.

Tóm lại, việc thiết kế giao diện người dùng trong hệ thống nhà thông minh không chỉ là về sự thuận tiện mà còn là về sự tương tác và trải nghiệm người dùng đáp ứng đúng mong đợi của họ Nó làm cho việc tương tác với hệ thống trở nên tự nhiên và thú vị, tạo nên một môi trường sống thông minh và hiện đại.

1.8.5 Xây Dựng và Kiểm Thử Hệ Thống

Quá trình xây dựng và kiểm thử hệ thống nhà thông minh đòi hỏi sự chặt chẽ và có kế hoạch Đầu tiên, việc phân tích yêu cầu là quan trọng để xác định đúng nhu cầu của người sử dụng và đề ra các chức năng chính của hệ thống, bao gồm điều khiển ánh sáng, nhiệt độ, an ninh, giải trí và kết nối IoT.

Tiếp theo, quá trình thiết kế hệ thống đòi hỏi việc lập kế hoạch về cấu trúc hệ thống để đảm bảo sự hiệu quả của mọi thiết bị và mô-đun Việc tạo đồ thị luồng công việc giúp hiểu rõ cách các thành phần tương tác với nhau và với người sử dụng.

Sau đó, lựa chọn thiết bị và công nghệ là bước quan trọng Việc chọn các thiết bị tương thích từ nhiều nhà sản xuất đồng thời đảm bảo tích hợp mượt mà giữa chúng là chìa khóa để tạo nên hệ thống nhà thông minh hoạt động ổn định.

Lựa Chọn Công Nghệ và Thiết Bị

Thiết Kế Giao Diện Người Dùng

Giao diện người dùng cần được thiết kế để tương tác một cách linh hoạt trên nhiều thiết bị khác nhau Cấu trúc phải đơn giản và dễ sử dụng, với các phần mục được tổ chức hợp lý Điều này giúp người dùng dễ dàng thao tác và tìm kiếm thông tin mà họ cần.

Hệ thống nhà thông minh cũng cần hỗ trợ nhiều ngôn ngữ để đảm bảo tính toàn cầu Việc này không chỉ mở rộng đối tượng sử dụng mà còn làm cho hệ thống trở nên thân thiện với người dùng trên khắp thế giới Sự linh hoạt trong việc hỗ trợ nhiều nền tảng, từ điện thoại di động đến máy tính bảng, cũng là một yếu tố quan trọng.

Tóm lại, việc thiết kế giao diện người dùng trong hệ thống nhà thông minh không chỉ là về sự thuận tiện mà còn là về sự tương tác và trải nghiệm người dùng đáp ứng đúng mong đợi của họ Nó làm cho việc tương tác với hệ thống trở nên tự nhiên và thú vị, tạo nên một môi trường sống thông minh và hiện đại.

Xây Dựng và Kiểm Thử Hệ Thống

Quá trình xây dựng và kiểm thử hệ thống nhà thông minh đòi hỏi sự chặt chẽ và có kế hoạch Đầu tiên, việc phân tích yêu cầu là quan trọng để xác định đúng nhu cầu của người sử dụng và đề ra các chức năng chính của hệ thống, bao gồm điều khiển ánh sáng, nhiệt độ, an ninh, giải trí và kết nối IoT.

Tiếp theo, quá trình thiết kế hệ thống đòi hỏi việc lập kế hoạch về cấu trúc hệ thống để đảm bảo sự hiệu quả của mọi thiết bị và mô-đun Việc tạo đồ thị luồng công việc giúp hiểu rõ cách các thành phần tương tác với nhau và với người sử dụng.

Sau đó, lựa chọn thiết bị và công nghệ là bước quan trọng Việc chọn các thiết bị tương thích từ nhiều nhà sản xuất đồng thời đảm bảo tích hợp mượt mà giữa chúng là chìa khóa để tạo nên hệ thống nhà thông minh hoạt động ổn định.

Cuối cùng, quá trình kiểm thử là bước không thể thiếu để đảm bảo chất lượng và an toàn của hệ thống Kiểm thử nên bao gồm cả việc kiểm tra tính ổn định, hiệu suất và bảo mật Bằng cách này, quá trình xây dựng và kiểm thử hệ thống nhà thông minh sẽ đảm bảo sự linh hoạt, tính toàn vẹn và khả năng đáp ứng đúng đắn đối với mong muốn và yêu cầu của người sử dụng

Tối Ưu Hóa và Cải Tiến

Sau khi hệ thống đã được triển khai, quá trình tối ưu hóa và cải tiến được thực hiện để nâng cao hiệu suất, tính ổn định và tích hợp của hệ thống Phản hồi từ người dùng và giám sát liên tục được thực hiện để đảm bảo rằng hệ thống luôn đáp ứng được nhu cầu và kỳ vọng của cư dân.

Chương này đã trình bày quá trình thiết kế hệ thống ngôi nhà thông minh, từ phân tích yêu cầu đến xây dựng, kiểm thử và tối ưu hóa Qua đó, hệ thống có thể hoạt động hiệu quả, tích hợp và mang lại trải nghiệm tốt nhất cho cư dân.

Ưu điểm lớn của nhà thông minh

Nhà thông minh đóng góp quan trọng vào cuộc chiến chống biến đổi khí hậu thông qua việc tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và tài nguyên Khả năng quản lý năng lượng thông minh không chỉ giảm thiểu lãng phí mà còn tạo ra một mô hình bền vững Hệ thống có khả năng tự động điều chỉnh ánh sáng và nhiệt độ theo lịch trình và điều kiện môi trường, tạo ra sự thoải mái mà không làm tăng lên chi phí năng lượng.

Các thiết bị thông minh được tích hợp với các cảm biến giúp theo dõi và phản hồi về sử dụng tài nguyên Thống kê tài nguyên không chỉ là công cụ theo dõi mà còn là cách để người dùng hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của họ đối với môi trường Điều này không chỉ là một biện pháp tiết kiệm tài nguyên mà còn là một cơ hội để tạo ra một tương lai bền vững.

Ngoài ra, nhà thông minh thường kết hợp các thiết bị tiên tiến như các hệ thống pin mặt trời, điều khiển mọi nguồn năng lượng vào và ra khỏi ngôi nhà Điều này không chỉ tạo ra nguồn năng lượng tái tạo mà còn giảm áp lực đặt ra bởi nguồn năng lượng truyền thống Sự kết hợp của nhiều công nghệ này mang lại không chỉ là sự thuận tiện mà còn là một lối sống có ý thức về môi trường.

Trên tất cả, nhà thông minh không chỉ là một nơi ở mà là một biểu tượng của sự tiến bộ, sự sáng tạo và cam kết với việc tạo ra một tương lai bền vững Từ việc tiết kiệm năng lượng đến việc sử dụng tài nguyên một cách thông minh, nhà thông minh thực sự là hình ảnh của cuộc sống hiện đại, không chỉ đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về tiện ích mà còn chú trọng đến trách nhiệm xã hội và môi trường.

Khả năng đổi mới và nâng cao

Nhà thông minh không chỉ là một hệ thống cố định, mà là một nền tảng linh hoạt có khả năng đổi mới và nâng cấp liên tục Điều này thể hiện sự cam kết của hệ thống với sự tiến triển công nghệ và khả năng đáp ứng với những thay đổi trong nhu cầu người sử dụng.

Một trong những ưu điểm lớn của nhà thông minh là khả năng tích hợp các tính năng và thiết bị mới một cách dễ dàng Hệ thống có thể linh hoạt tương thích với các sản phẩm mới nhất từ các nhà sản xuất khác nhau, không làm giảm hiệu suất hoặc tương tác của người dùng Sự mở rộng này mang lại sự linh hoạt và tuỳ chỉnh cao, giúp người dùng cá nhân hóa không gian sống của mình theo cách đơn giản và tiện lợi.

Hệ thống nhà thông minh cũng đặt ra câu hỏi về khả năng nâng cấp và cập nhật phần mềm Nhờ vào kết nối internet, các bản vá và tính năng mới có thể được cập nhật từ xa, không cần sự can thiệp trực tiếp của người dùng Điều này đảm bảo rằng hệ thống luôn duy trì ổn định và an toàn, đồng thời cung cấp trải nghiệm người dùng ngày càng tốt hơn theo thời gian.

Một khía cạnh quan trọng của khả năng đổi mới là sự linh hoạt trong việc thí nghiệm và triển khai các công nghệ mới Nhà thông minh là không gian thử nghiệm lý tưởng cho các ý tưởng mới về điều khiển giọng nói, trí tuệ nhân tạo, hoặc tích hợp với các thiết bị di động Sự sẵn có của các cổng kết nối và giao thức tiêu chuẩn mở cửa cửa cho các nhà phát triển và nhà sản xuất để đưa vào thị trường các sản phẩm và dịch vụ mới.

Ngoài ra, khả năng đổi mới cũng nằm trong việc tạo ra các mô hình kinh doanh mới cho ngành công nghiệp Hệ thống nhà thông minh không chỉ bán sản phẩm mà còn cung cấp dịch vụ, chẳng hạn như các gói bảo trì và nâng cấp định kỳ, tạo ra nguồn thu nhập duy trì và phát triển hệ thống.

Tổng cộng, khả năng đổi mới và nâng cấp của nhà thông minh không chỉ là một lợi ích kỹ thuật mà còn là một yếu tố quyết định sự thành công và bền vững của nó trong thời đại số ngày nay.

1.11 Khả năng mở rộng và tương lai hóa

Khả năng mở rộng của nhà thông minh không chỉ giới hạn ở việc thêm vào những thiết bị mới mà còn mở ra khả năng tương lai hóa, đảm bảo rằng hệ thống không trở nên lạc lõng trong sự tiến triển của công nghệ.

Với việc tích hợp các thiết bị mới, người dùng có thể mở rộng không gian sống thông minh của họ theo cách tự do và dễ dàng Sự linh hoạt trong việc chọn lựa và kết hợp các thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau giúp tạo ra một môi trường đa dạng và phong cách Giao thức mở và tính tương thích chung đảm bảo rằng không có rào cản nào ngăn cản sự kết hợp giữa những thiết bị đến từ các nguồn khác nhau.

Tích hợp công nghệ tương lai là một khía cạnh quan trọng khác của khả năng mở rộng Hệ thống nhà thông minh không chỉ đáp ứng nhu cầu ngày nay mà còn chuẩn bị cho những xu hướng mới Khả năng cập nhật phần mềm và tích hợp tính năng mới thông qua các bản vá và bản nâng cấp từ xa đảm bảo rằng ngôi nhà thông minh luôn ở trong tình trạng hiện đại, không lạc hậu.

Mở rộng và tương lai hóa còn liên quan đến việc tích hợp nguồn năng lượng tái tạo và quản lý dữ liệu thông minh Hệ thống có thể được tối ưu hóa để sử dụng nguồn năng lượng mặt trời và gió, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đối với môi trường Tính mở và linh hoạt cũng xuất hiện trong cách hệ thống quản lý và sử dụng dữ liệu, tạo ra trải nghiệm người dùng cá nhân hóa và hiệu quả.

Như vậy, khả năng mở rộng và tương lai hóa không chỉ giúp nhà thông minh duy trì sự hiện đại mà còn đảm bảo rằng nó sẽ liên tục là một phần quan trọng và đáng kể trong cuộc sống số của chúng ta.

Nhà thông minh, với sự tích hợp của công nghệ và tự động hóa, đóng vai trò quan trọng trong việc tiết kiệm điện năng và tối ưu hóa sử dụng năng lượng Một trong những cách quan trọng nhất mà nhà thông minh đóng góp vào việc này là thông qua quản lý ánh sáng thông minh Hệ thống cảm biến ánh sáng tự động điều chỉnh đèn theo mức độ tự nhiên của ánh sáng từ bên ngoài và sự hiện diện của người Điều này không chỉ mang lại sự thoải mái mà còn giảm lượng năng lượng tiêu thụ cho chiếu sáng một cách hiệu quả.

Hệ thống kiểm soát nhiệt độ thông minh cũng đóng góp đáng kể vào tiết kiệm năng lượng Thiết bị điều khiển nhiệt độ tự động và thiết lập lịch trình thông minh giúp duy trì mức nhiệt độ lý tưởng trong nhà Việc này ngăn chặn việc sử dụng quá nhiều năng lượng để làm mát hoặc sưởi ấm, tạo ra một môi trường sống không chỉ thoải mái mà còn hiệu quả về mặt năng lượng.

Hệ thống quản lý năng lượng thông minh giúp kiểm soát tiêu thụ điện của các thiết bị gia đình Người dùng có khả năng theo dõi và điều khiển từ xa các thiết bị điện thông qua ứng dụng di động, từ việc tắt bật chúng cho đến việc đặt lịch trình hoạt động Điều này giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng theo nhu cầu cụ thể, ngăn chặn lãng phí và giảm chi phí điện năng.

Hình 1 5 Tiết kiệm điện năng của nhà thông minh

Hơn nữa, tích hợp công nghệ điều khiển giọng nói và trí tuệ nhân tạo vào hệ thống nhà thông minh cũng đóng vai trò quan trọng Người dùng có thể quản lý các thiết bị chỉ bằng cách sử dụng giọng nói, giảm sự phụ thuộc vào thiết bị và giảm lượng năng lượng tiêu thụ.

1.13 Nhà thông minh tại Việt Nam

Tiết kiệm điện năng

Nhà thông minh, với sự tích hợp của công nghệ và tự động hóa, đóng vai trò quan trọng trong việc tiết kiệm điện năng và tối ưu hóa sử dụng năng lượng Một trong những cách quan trọng nhất mà nhà thông minh đóng góp vào việc này là thông qua quản lý ánh sáng thông minh Hệ thống cảm biến ánh sáng tự động điều chỉnh đèn theo mức độ tự nhiên của ánh sáng từ bên ngoài và sự hiện diện của người Điều này không chỉ mang lại sự thoải mái mà còn giảm lượng năng lượng tiêu thụ cho chiếu sáng một cách hiệu quả.

Hệ thống kiểm soát nhiệt độ thông minh cũng đóng góp đáng kể vào tiết kiệm năng lượng Thiết bị điều khiển nhiệt độ tự động và thiết lập lịch trình thông minh giúp duy trì mức nhiệt độ lý tưởng trong nhà Việc này ngăn chặn việc sử dụng quá nhiều năng lượng để làm mát hoặc sưởi ấm, tạo ra một môi trường sống không chỉ thoải mái mà còn hiệu quả về mặt năng lượng.

Hệ thống quản lý năng lượng thông minh giúp kiểm soát tiêu thụ điện của các thiết bị gia đình Người dùng có khả năng theo dõi và điều khiển từ xa các thiết bị điện thông qua ứng dụng di động, từ việc tắt bật chúng cho đến việc đặt lịch trình hoạt động Điều này giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng theo nhu cầu cụ thể, ngăn chặn lãng phí và giảm chi phí điện năng.

Hình 1 5 Tiết kiệm điện năng của nhà thông minh

Hơn nữa, tích hợp công nghệ điều khiển giọng nói và trí tuệ nhân tạo vào hệ thống nhà thông minh cũng đóng vai trò quan trọng Người dùng có thể quản lý các thiết bị chỉ bằng cách sử dụng giọng nói, giảm sự phụ thuộc vào thiết bị và giảm lượng năng lượng tiêu thụ.

Nhà thông minh tại Việt Nam

Tại Việt Nam, không đứng ngoài dòng chảy công nghệ về nhà thông minh, đã có rất nhiều nhà sản xuất cũ và mới tham gia thị trường đầy tiềm năng này, dẫn đầu là BKAV và Lumi Smarthome Với đầy đủ các chức năng như các nhà sản xuất nước ngoài, lại thêm yếu tố phù hợp với riêng thị trường Việt Nam, hiện nay họ đang có một lợi thế không nhỏ so với các nhà sản xuất nước ngoài tại Việt Nam.

Hình 1 6 Mô hình smart home của BKAV Đến thời điểm kiến thức cuối cùng của tôi vào tháng 1 năm 2022, không có thông tin cụ thể về mô hình smart home của BKAV BKAV là một công ty công nghệ hàng đầu ở Việt Nam, nổi tiếng với các sản phẩm và dịch vụ bảo mật như phần mềm diệt virus và thiết bị an ninh mạng.

Tính đến thời điểm đó, thông tin về mô hình smart home của BKAV có thể đã thay đổi hoặc được cập nhật Để biết thông tin chi tiết và mới nhất về sản phẩm và dịch vụ smart home của BKAV, bạn nên kiểm tra trực tiếp trên trang web của công ty hoặc theo dõi thông cáo báo chí và tin tức công nghệ.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi cụ thể nào về mô hình smart home của BKAV, tôi khuyên bạn nên liên hệ trực tiếp với đại diện của công ty để nhận thông tin chi tiết và chính xác nhất.

Hình 1 7 Mô hình nhà thông minh của Lumi Smarthome

Nhà thông minh đang trở thành một định hình hiện đại và tiên tiến trong lối sống tại Việt Nam Được đánh giá cao về sự tiện ích và khả năng tối ưu hóa ngôi nhà, nhà thông minh ở Việt Nam đã đạt được những thành tựu đáng kể Một trong những điểm mạnh lớn là trong lĩnh vực quản lý năng lượng Hệ thống điều khiển tự động giúp kiểm soát việc sử dụng điện nước một cách hiệu quả, từ việc tự động tắt đèn khi không có người ở trong phòng đến việc điều chỉnh nhiệt độ môi trường theo điều kiện thời tiết Điều này không chỉ mang lại lợi ích về môi trường mà còn giúp giảm chi phí hóa đơn cho người sử dụng.

Trong lĩnh vực an ninh, nhà thông minh cũng đã đạt được những bước tiến đáng kể Sự kết hợp giữa camera an ninh và công nghệ nhận diện khuôn mặt đã tạo nên hệ thống an ninh thông minh, giúp gia tăng độ tin cậy và an toàn cho ngôi nhà Khả năng theo dõi và quản lý từ xa thông qua điện thoại di động cung cấp sự linh hoạt và thuận tiện không ngờ cho người sử dụng.

Tuy nhiên, nhà thông minh ở Việt Nam vẫn còn đối mặt với những thách thức và hạn chế Mặc dù các hệ thống ngày càng thông minh hóa, nhưng an toàn thông tin và bảo mật dữ liệu vẫn là mối quan ngại hàng đầu Nhiều người tiêu dùng còn lo lắng về việc thông tin cá nhân của họ có thể bị xâm phạm khi sử dụng các thiết bị và dịch vụ nhà thông minh.

Ngoài ra, giá cả là một rào cản khiến nhiều người chưa dám đầu tư vào giải pháp nhà thông minh Chi phí cao cũng khiến cho việc tích hợp các thiết bị thông minh vào cuộc sống hàng ngày không phải là lựa chọn dễ dàng cho nhiều gia đình Sự không đồng nhất trong giao thức và tiêu chuẩn kỹ thuật cũng làm tăng khó khăn trong quá trình tích hợp giữa các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau. Để vượt qua những thách thức này, cần sự hợp tác chặt chẽ giữa các đơn vị sản xuất và chính phủ để đưa ra các giải pháp hiệu quả về chi phí và đảm bảo an toàn thông tin Nhà thông minh không chỉ là xu hướng mà còn là hướng phát triển tương lai, với những ưu điểm lớn về tiện ích và hiệu suất.

THIẾT KẾ VÀ THIẾT BỊ PHỤC VỤ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH NGÔI NHÀ

Mở đầu

Trong thời đại ngày nay, sự tương tác thông minh và tự động hóa của ngôi nhà không chỉ là ước mơ mơ hồ mà còn là hiện thực rực rỡ, nhờ vào sự tiến bộ đáng kể của công nghệ Việc biến ngôi nhà trở thành một không gian sống thông minh và hiệu quả năng lượng đã trở thành một xu hướng không thể phủ nhận Chương này sẽ mở cửa vào thế giới của thiết kế và thiết bị phục vụ xây dựng hệ thống điều khiển thông minh cho ngôi nhà của bạn.

Với sự đa dạng ngày càng tăng của các loại ngôi nhà, từ căn hộ nhỏ đến biệt thự lớn, thiết kế hệ thống điều khiển thông minh phải linh hoạt và tương ứng Sự tích hợp phải diễn ra một cách hài hòa, không làm ảnh hưởng đến vẻ đẹp kiến trúc tổng thể của ngôi nhà Thiết kế thông minh không chỉ là về tính năng, mà còn về sự thẩm mỹ và tích hợp hòa quyện với không gian sống.

Các cảm biến thông minh như cảm biến chuyển động, cảm biến ánh sáng, và cảm biến nhiệt độ chơi một vai trò quan trọng trong việc hiểu và phản ứng đối với môi trường xung quanh Thiết bị đo lường chính xác không chỉ giúp quản lý năng lượng mà còn tạo ra một môi trường sống tối ưu.

Một trong những yếu tố chính của ngôi nhà thông minh là hệ thống điều khiển trung tâm Điều này có thể là một bảng điều khiển cảm ứng tường, một ứng dụng di động hoặc trợ lý ảo như Google Assistant hoặc Amazon Alexa Hệ thống này trở thành trái tim của mọi hoạt động thông minh, giúp người dùng dễ dàng quản lý và kiểm soát từ xa.

Thiết bị IoT đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối và tương tác thông minh.

Từ đèn đến ổ cắm, tất cả có thể được kết nối với mạng, tạo ra một hệ sinh thái hoạt động tương đồng và linh hoạt Sự kết nối này mang lại khả năng tương tác và điều khiển mọi thứ từ xa thông qua internet.

Với sự tăng cường về an ninh, thiết kế hệ thống điều khiển thông minh phải đảm bảo sự bảo mật cao Quản lý dữ liệu thông minh và biện pháp an toàn như mã hóa

Khám phá sự tương lai hóa của hệ thống điều khiển thông minh, chúng ta không chỉ nhìn thấy sự tiện lợi hiện tại mà còn đối mặt với những tiềm năng mở rộng. Tích hợp trí tuệ nhân tạo, học máy, và các công nghệ mới sẽ mở ra những cơ hội mới để làm cho ngôi nhà thông minh trở nên thông minh hơn và hiệu quả năng lượng hơn.

Chương này sẽ đưa bạn sâu vào thế giới của thiết kế và thiết bị trong hệ thống điều khiển thông minh, mở cửa ra trước mắt những khám phá mới và sự thuận tiện tối đa hóa trong cuộc sống hàng ngày Hãy cùng nhau khám phá và xây dựng những ngôi nhà thông minh của tương lai.

Nhà thông minh là một đề tài rộng và có nhiều cấn đề đặt ra Tùy theo mục đích sử dụng của chủ nhân để thiết kế, một phần quan trọng trong hệ thống trong nhà thông minh là hệ thống điều khiển.

Module HC-05 và ESP8266 là hai loại module khác nhau với các tính năng và ứng dụng khác nhau, do đó lựa chọn giữa hai loại module này phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng của bạn

Module HC-05 là một module Bluetooth với khả năng kết nối không dây đơn giản và thuận tiện với các thiết bị khác Nó có thể được sử dụng để thiết kế các ứng dụng như điều khiển từ xa, thu thập dữ liệu từ các cảm biến hoặc kết nối các thiết bị không dây khác

Trong khi đó, ESP8266 là một module Wi-Fi với khả năng kết nối internet và cung cấp một môi trường lập trình đầy đủ cho các ứng dụng IoT Nó có thể được sử dụng để thiết kế các ứng dụng như cảm biến thông minh, hệ thống kiểm soát nhà thông minh, hoặc các ứng dụng IoT khác

Vì vậy đề tài chỉ cần kết nối không dây đơn giản giữa các thiết bị, thì modunHC-05 có thể là lựa chọn tốt Tuy nhiên, nếu như cần thiết kế các ứng dụng IoT phức tạp cần kết nối với internet, thì ESP8266 là lựa chọn tốt hơn.

Sơ đồ ngôi nhà

Từ một ngôi nhà thông thường, chúng em lựa chọn thiết kế ra một mô hình cơ bản dành cho 1 gia đình với thiết kế gồm

Hình2.1 nhà thông minh truyền thống ngày nay không chỉ là nơi ở mà còn là một hệ thống tương tác thông minh, đáp ứng nhu cầu cuộc sống hiện đại Tính đến từng chi tiết, từ quản lý năng lượng thông minh đến hệ thống an ninh và giải trí, nhà thông minh mang lại sự thuận tiện và tiết kiệm năng lượng Các thiết bị có thể được kiểm soát từ xa qua trợ lý ảo, cảm biến thông minh giúp duy trì môi trường thoải mái, và kết nối IoT mở ra không gian tương tác và quản lý dữ liệu an toàn Với sự tích hợp của trí tuệ nhân tạo và học máy, nhà thông minh ngày nay hứa hẹn không chỉ là nơi ở, mà là trung tâm của cuộc sống hiện đại và tương lai.

Chức năng

Với những tiêu chí về ngôi nhà thông minh tại Việt Nam, chúng em lựa chọn các chức năng tạo nên một ngôi nhà thông minh với các tiện ích đơn giản như:

- Mở cửa tự động

- Bật tắt các thiết bị điện

- Điều khiển các thiết bị bằng giọng nói

Hình 2 1 Nhà thông minh truyền thống

2.3.1.Sơ đồ nguyên lý hoạt động a.Relay Đèn quạt và các thiết bị khác b.Khối xử lí

Adruino Uno R3 c.Module bluetooth kết nối với khối xử lý thông qua chân số 10 và 11. d.Khối sevo

Khối HC-05 kết nối với app điều khiển đèn và giọng nói, sevor giúp đóng mở cửa nguồn 12v, giảm áp qua LM7805 xuống 5v nuôi IC và relay cảm biến, Relay nhận tín hiệu từ arduino điều khiển các thiết bị trong nhà.

Hình 2 2 Sơ đồ nguyên lí hoạt động

2.4.Các linh cần thiết cho dự án

Tên linh kiện Số lượng

Module thu phát bluetooth HC-05 1 Động cơ servo 180 1

Bảng 2 1 Linh kiện cho dự án

2.5.Tìm hiểu về các linh kiện cần thiết

2.5.1.Một vài thông số của arduino uno R3.

Arduino Uno là một trong những bo mạch phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng nhúng và điện tử DIY (tự làm) Dưới đây là một giới thiệu chung về Arduino Uno:

Arduino Uno sử dụng vi điều khiển ATmega328P, một vi điều khiển AVR 8-bit của Microchip.

Nó có 14 chân số và 6 chân analog, cung cấp khả năng kết nối với nhiều loại cảm biến và thiết bị.

Hoạt động với nguồn điện 5V thông qua cổng USB hoặc nguồn cấp ngoại vi.

Bảng 2 2 Thông số cơ bản của arduino uno R3

Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động 16 MHz

Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader

Có thể được nạp chương trình thông qua cổng USB từ máy tính hoặc bất kỳ thiết bị hỗ trợ USB nào khác.

Hỗ trợ cổng UART, I2C, SPI, giúp kết nối với nhiều loại thiết bị khác nhau như cảm biến, màn hình, và module ngoại vi.

Lập trình thông qua IDE (Integrated Development Environment) Arduino, một môi trường lập trình dễ sử dụng, hỗ trợ nhiều thư viện và ví dụ mã nguồn.

Có bộ điều khiển trên bo mạch cho phép chọn chế độ nạp chương trình và kiểm soát chương trình khi đang chạy.

Có cổng USB để nạp chương trình và cung cấp nguồn điện.

Có nút nhấn Reset giúp khởi động lại vi điều khiển.

Arduino Uno được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng, từ dự án nhỏ tự làm cho đến các ứng dụng nhúng và IoT (Internet of Things) Sự đơn giản và tính linh hoạt của nó làm cho Arduino Uno trở thành một lựa chọn phổ biến cho người mới học lập trình và những người muốn thực hiện các dự án điện tử.

GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.

3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA. Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng: 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu.

• 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

• 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM.

2.5.1.4 Các cổng vào/ra o Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển

ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối). o Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

• 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

• Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28 -1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite().

Hình 2 4 Các chân của mạch arduino

Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác 13 Khoa Điện – Điện Tử Trường Đại học Mở Hà Nội Đồ án 2

• Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.

• LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

• Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit

Tìm hiểu IC ATMEGA328 họ 8 bit

2.6.1 Giới thiệu chung về Atmega328.

• ATmega328P là một trong những vi điều khiển công nghệ AVR hiệu suất cao với số lượng chân cắm và tính năng lớn

• Được thiết kế bằng công nghệ CMOS 8-bit và CPU RSIC giúp nâng cao hiệu suất và tối ưu mức sử dụng năng lượng nhờ có chế độ ngủ tự động và cảm biến nhiệt độ bên trong.

• ATmega328P có mạch bảo vệ bên trong và có nhiều cách lập trình giúp các kỹ sư sử dụng linh hoạt ở các tính huống khác nhau IC hỗ trợ nhiều giao thức giao tiếp hiện đại cho các module khác và chính bộ vi điều khiển, đó là lý do tại sao ATmega328P được sử dụng phổ biến.

Chi tiết cấu hình chân

Bộ vi điều khiển này có ba cổng digital (B, C, D) là PORT B, PORT C và PORT

D Tất cả các chân này có thể được sử dụng làm I/O digital Trên hết, mỗi cổng có thể được sử dụng cho các chức năng khác Để sử dụng làm I/O hoặc cho các chức năng khác, phải được xác định trước vì các chân không có chức năng mặc định

Các chân I / O digital của bộ điều khiển là:

PC5 – GPIO28 PC6 – GPIO1 PD0 – GPIO2 PD1 – GPIO3 PD2 – GPIO4 PD3 – GPIO5 PD4 – GPIO6 PD5 – GPIO11 PD6 – GPIO12 PD7 – GPIO13

Hầu hết các chức năng điều khiển đều yêu cầu hệ thống ngắt hoạt động như bộ điều chỉnh độ sáng AC, v.v ATmega328P hỗ trợ 2 bộ ngắt trong bộ điều khiển được sử dụng để báo thực thi sự kiện trong CPU bất cứ lúc nào Các chân ngắt của ATmega328P được đưa ra dưới đây:

2.6.1.2 Module giao tiếp UART ATmega328P

Mặc dù có nhiều giao thức trong các thiết bị và module nhưng phổ biến nhất là USART Đây là một trong những giao thức đơn giản và dễ thực hiện và dễ hiểu nhất. Trong giao thức này, hai dây được sử dụng để gửi và nhận dữ liệu

Các chân USART của vi điều khiển ATmega328P là

Dữ liệu được gửi theo tốc độ gửi được xác định trong bộ điều khiển nhưng cũng có thể sử dụng chân xung clock bên ngoài để giữ xung nhịp đồng bộ hóa dữ liệu

Giao tiếp USART / UART có thể được sử dụng để lập trình vi điều khiển.

Là một trong những giao thức nối tiếp tốt nhất trong trường hợp có nhiều thiết bị ngoại vi Giao thức SPI cho phép nhiều thiết bị sử dụng cùng một kênh để giao tiếp.

2.6.1.4 Kênh chuyển đổi tín hiệu analog sang digital

Trong ATmega328P có 6 kênh ADC được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu analog sang digital Đầu tiên cần kích hoạt bộ chuyển đổi analog bằng chân cấp nguồn (AVCC) của nó Các kênh ADC sử dụng điện áp nguồn cấp làm tham chiếu để xác định các mức giá trị khác nhau của tín hiệu analog Các chân analog của bộ điều khiển là:

Relay 5v 1 kênh

Module Relay 5V 1 Kênh được dùng như một công tắc điện , dùng để điều khiển các thiết bị công suất lớn ( đèn, động cơ, )

Module Relay 5V 1 Kênh gồm 1 rơ le hoạt động tại điện áp 5VDC, 12VDC chịu được hiệu điện thế lên đến 250VAC 10A Module relay 1 kênh được thiết kế chắc chắn, khả năng cách điện tốt

Thông số kĩ thuật: Điện áp hoạt động: 5V

Kích thước: 43mm x 17.3mm x 17mm (dài x rộng x cao)

Trọng lượng: 15g Đầu vào: Điện áp nuôi : 5VDC /12VDC

Tín hiệu vào điều khiển: 0V

+ Tín hiệu là 0: thì Relay đóng

+ Tín hiệu là 1 : thì Relay mở Đầu ra:

Tiếp điểm relay 220V 10A (Lưu ý tiếp điểm, không phải điện áp ra)

Module bluetooth HC-05

Hình 2 6 Mạch phát bluetooth hc-05

THÔNG SỐ MODULE THU PHÁT BLUETOOTH HC-05 Điện áp hoạt động: 3.3 ~ 5VDC

Mức điện áp chân giao tiếp: TTL tương thích 3.3VDC và 5VDC.

Dòng điện khi hoạt động: khi Pairing 30 mA, sau khi pairing hoạt động truyền nhận bình thường 8 mA.

Baudrate UART có thể chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200

Support profiles: Bluetooth serial port (master and slave)

Bluetooth protocol: Bluetooth specification v2.0 + EDR

Modulation: GFSK (Gaussian frequency shift keying)

Rate: Asynchronous: 2.1 Mbps (max.)/160 kbps

Security features: authentication and encryption

Thiết lập UART mặc định: Baudrate 9600, N, 8, 1.

Pairing code mặc định: 1234 hoặc 0000. Để vào chế độ AT COMMAND, bấm và giữ nút trước khi cấp nguồn, LED sẽ nháy 2s baud rate cho chế đọ AT COMMAND là 38400 Chân Tx nối với chân Rx Lưu ý các lệnh AT đều là chữa in hoa.

Cấp nguồn và không nhấn nút sẽ chạy bình thường LED sẽ nháy nhanh

Chân EN chỉ nhận mức logic TTL 3V3 Không có chức năng chọn vào chế độ ATCOMMAND.

LED 5V

Đèn LED 5V là một giải pháp chiếu sáng hiện đại và tiết kiệm năng lượng, được thiết kế để hoạt động với nguồn điện áp 5V Với đa dạng màu sắc và khả năng điều chỉnh, đèn LED 5V thích hợp cho nhiều ứng dụng trang trí và chiếu sáng điểm trong không gian nhỏ Kích thước nhỏ gọn của chúng làm cho việc tích hợp vào các dự án DIY (tự làm) trở nên thuận tiện, từ đèn trang trí đến đèn nền cho sản phẩm điện tử và robot nhỏ Đồng thời, đèn LED 5V cũng là lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng di động và kích thước hạn chế

Quạt

Quạ Nguồn DC5V là một thiết bị làm mát nhỏ gọn sử dụng nguồn điện áp 5V DC. Với kích thước nhỏ, tiết kiệm năng lượng, và khả năng kết nối qua cổng USB, quạt này phổ biến trong các ứng dụng di động, máy tính xách tay, và các dự án DIY Chúng thường có khả năng điều chỉnh tốc độ quay và đa dạng trong chế độ hoạt động, làm cho chúng trở thành giải pháp linh hoạt cho làm mát và tuần hoàn không khí.

- Số vòng quay : 7000 ± 10% (vòng/phút)

2.11 Động cơ sevor a)Sơ đồ chân

Servo là một động cơ servo với 3 chân:

- Chân màu cam: cấp xung

- Chân màu đỏ: cấp nguồn 5V

- Chân màu nâu: nối đất b) Các thông số chính

Tốc độ hoạt động: 60 độ trong 0.1 giây Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V)

Nhiệt độ hoạt động: 0 ºC – 55 ºC c) Nguyên tắc hoạt động

Khi ta cấp xung từ 1ms-2ms ta sẽ điều khiển động cơ quay 1 góc theo ý muốn. d) Ứng dụng trong hệ thống

• Rèm cửa tự động

• Dây phơi tự động

• Đóng mở gara để xe

Tấm mica là một loại vật liệu nhựa đặc biệt được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau do tính linh hoạt, trong suốt và khả năng chống cháy Dưới đây là một giới thiệu tổng quan về tấm mica:

Mica là một khoáng chất tự nhiên, nhưng tấm mica thường được sản xuất từ các hợp chất nhựa như polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate, hoặc polyethylene.

Trong suốt: Mica có khả năng truyền ánh sáng tốt, làm cho nó được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu tính trong suốt như mô hình và bảng quảng cáo.

Linh Hoạt: Tấm mica có khả năng định hình và uốn cong dễ dàng, giúp tạo ra các sản phẩm có hình dạng độc đáo. Ứng Dụng Phổ Biến:

Quảng Cáo và Trang Trí: Tấm mica thường được sử dụng trong sản xuất bảng hiệu, biển quảng cáo, và các sản phẩm trang trí như hộp đèn.

Ngành Quảng Cáo: Tấm mica thường được cắt và uốn để tạo ra chữ nổi, logo hoặc hình ảnh để làm nổi bật thông điệp quảng cáo.

Ngành Điện Tử: Tấm mica có thể được sử dụng trong sản xuất vỏ bảo vệ hoặc màn hình bảo vệ cho các thiết bị điện tử.

Mica có khả năng chống cháy tốt, làm cho nó an toàn khi sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống cháy.

Dễ cắt, khoan, uốn và gia công, tấm mica giúp việc sản xuất trở nên thuận tiện và linh hoạt.

Tấm mica là một vật liệu linh hoạt và đa dạng, thích hợp cho nhiều ứng dụng từ ngành quảng cáo đến sản xuất điện tử Sự kết hợp giữa tính linh hoạt và khả năng chống cháy làm cho nó trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp.

Cục giảm áp adapter là một thiết bị điện tử được sử dụng để giảm áp (chuyển đổi áp suất điện) từ nguồn điện cao hơn xuống mức áp thấp hơn, thường được sử dụng để cung cấp điện cho các thiết bị hoặc linh kiện yêu cầu áp suất thấp hơn so với nguồn điện chính Dưới đây là một số đặc điểm và ứng dụng phổ biến của cục giảm áp adapter:

Chuyển Đổi Áp Suất Điện: Cục giảm áp adapter chủ yếu có chức năng chuyển đổi áp suất điện từ nguồn điện cao về mức áp thấp phù hợp với yêu cầu của thiết bị hoặc linh kiện cụ thể.

Kích Thước Nhỏ Gọn và Dễ Sử Dụng: Thường được thiết kế với kích thước nhỏ gọn và dễ sử dụng, cục giảm áp adapter có thể tích hợp vào nhiều loại thiết bị và hệ thống khác nhau.

Nguồn Điện Đa Dạng: Có thể hoạt động trên nhiều nguồn điện khác nhau, giúp kết nối và sử dụng linh hoạt với nhiều loại nguồn điện khác nhau. Ứng Dụng Trong Điện Tử và Điện Gia Dụng: Thường được sử dụng trong các ứng dụng điện tử, máy tính, đèn LED, và nhiều thiết bị điện gia dụng khác.

Bảo Vệ Thiết Bị: Cung cấp chức năng bảo vệ cho các thiết bị hoặc linh kiện khỏi áp suất điện quá cao, giữ cho chúng hoạt động trong phạm vi an toàn.

Hiệu Suất Ổn Định: Các cục giảm áp adapter thường được thiết kế để cung cấp điện ổn định và ít biến động, đảm bảo sự ổn định trong hoạt động của thiết bị kết nối. Cục giảm áp adapter đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và cung cấp nguồn điện phù hợp cho các thiết bị và hệ thống, giúp chúng hoạt động một cách hiệu quả và ổn định.

2.14 Phần mền thực hiện đồ án

Arduino không phải là một phần mềm mà là một nền tảng phần cứng và phần mềm được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử và lập trình nhúng Tuy nhiên, để lập trình cho bo mạch Arduino, người dùng sử dụng một môi trường phần mềm được gọi là Arduino IDE (Integrated Development Environment).

Dưới đây là một số đặc điểm của Arduino IDE:

Ngôn Ngữ Lập Trình: Arduino IDE sử dụng ngôn ngữ lập trình dựa trên C/C++, nhưng đã được đơn giản hóa để phù hợp với người mới học lập trình.

Giao Diện Dễ Sử Dụng: Giao diện của Arduino IDE là đơn giản và thân thiện với người dùng, giúp họ tập trung vào việc viết mã và tải nó lên bo mạch Arduino.

Thư Viện Linh Kiện: IDE đi kèm với một thư viện linh kiện phong phú, bao gồm nhiều chức năng và cảm biến khác nhau, giúp người dùng tiết kiệm thời gian khi xây dựng các dự án.

Lập Trình Trực Tiếp và Mô Phỏng: Arduino IDE cho phép người dùng viết mã trực tiếp trên máy tính và sau đó tải mã đó lên bo mạch Arduino Nó cũng hỗ trợ mô phỏng, giúp người dùng xem trước cách mã của họ sẽ hoạt động trên bo mạch.

Nền Tảng Mã Nguồn Mở: Arduino IDE là mã nguồn mở, cho phép người dùng tùy chỉnh và mở rộng nó theo nhu cầu của họ.

Hỗ Trợ Cộng Đồng Lớn: Arduino có một cộng đồng lớn và nhiệt độ, nơi người dùng có thể chia sẻ kinh nghiệm, hỏi đáp, và tìm kiếm giải pháp cho vấn đề của mình.Arduino IDE là công cụ quan trọng giúp người dùng lập trình và tương tác với bo mạch Arduino một cách dễ dàng, làm cho nó trở thành lựa chọn phổ biến cho những người mới học lập trình và điện tử.

Tấm mica