Đề tài tìm hiểu nhà thông minh và thiết kế mạch bật đèn khi trời tối

Trong tương lai, những tiêu chí trên sẽ không bao giờ dừng lại, trong đó phương diện công nghệ luôn được đề cao và là phương diện đi đầu trong công cuộc phát triển ngành xây dựng.Khi các

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU NHÀ THÔNG MINH VÀ THIẾT KẾMẠCH BẬT ĐÈN KHI TRỜI TỐI

Sinh viên thực tập: NGUYỄN ĐỨC DŨNGLớp : K23A

Mã sinh viên : 20A12010036

Giảng viên hướng dẫn: TS ĐỖ ĐÌNH HƯNG

Hà Nội, ngày 15 tháng 2 năm 2024

1.4 Đối tượng nghiên cứu 2

II TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH 3

2.1 Xu hướng phát triển nhà thông minh trên thế giới 3

2.2 Xu hướng phát triển nhà thông minh ở Việt Nam 3

2.3 Thế nào là một ngôi nhà thông minh 4

2.4 Mô hình nhà thông minh 8

III THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NHÀ THÔNG MINH 11

3.1 Khái niệm công nghệ nhà thông minh 11

3.2 Ưu điểm của công nghệ nhà thông minh 12

3.3 Các công nghệ nhà thông minh 13

3.4 Công nghệ EIB là công nghệ mang tính đột phá 16

IV CÔNG NGHỆ EIB 20

4.1 Giới thiệu về công nghệ EIB 20

4.2 Sự trao đổi dữ liệu và hoạt động mạng 23

5.2 Ứng dụng và công dụng của cảm biến ánh sáng trong sản xuất đèn năng lượng mặt trời 34

5.3 Phân tích nhu cầu và sự cần thiết của mạch……… 33

5.4 Các sản phẩm đã có trên thị trường 34

VI CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 35

6.1 Các linh kiện: 35

6.2 Nguyên lí và cấu tạo của các linh kiện : 35

VII Sơ đồ khối và thi công mạch 43

7.1 Sơ đồ khối của mạch 43

LỜI NÓI ĐẦU

Khoa học công nghệ là một ngành đem lại cho cuộc sống con người nhiều tiện ích mà không ngành nào có thể sánh bằng Một trong những tiện ích to lớn ấy là đem lại sự thoải mái và tiện nghi cho đời sống sinh hoạt hàng ngày.

Và nhà thông minh là sự phát triển mang lại lợi ích cho con người, nhà thông minh đang là xu hướng cho nhiều người muốn sự tiện lợi, hiện đại và giúp ích cho đời sống con người Hãy tượng tưởng khi chúng ta chỉ cần nói là có thể bật đèn và bật nhạc cùng các thiết bị khác như điều hòa và lò sưởi, khi ra ngoài chúng ta có thể yên tâm vào hệ thống an ninh ngôi nhà

Chúng ta cũng có đèn tự động bật tắt khi trời tối là sự phù hợp cho nhà thông minh, khi buổi tối chúng ta không cần thao tác mà chỉ cần buổi tối là các đèn vườn, đèn ngủ, đèn ở cổng đều sáng lên và sữ tự tắt khi trời sáng Đèn tự động cũng đc gắn nhiều ở các mặt đường để tiện lợi bật tắt khi trời tối và trời sáng.

Trên cơ sở những kiến thức đã tích lũy được 4 năm học tập chuyên ngành Điện Tử tại trường Đại Học Mở Hà Nội và hơn một tháng thực tập, em đã hoàn thành bản báo cáo thực tập tốt nghiệp này.

Để hoàn thành bản báo cáo này tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Thạc sĩ Đỗ Đình Hưng đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực tập tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU NHÀ THÔNG MINH

1.1 T ầ m qu a n tr ọ n c ủ a n h t h ô g m in h t r o n g c u ộ c s ố n h

i ệ n đ ạ i

Khái niệm ngôi nhà dùng để che mưa che nắng, là nơi trú ẩn cho con người trong những tình trạng thời tiết khó khăn đã đi vào quá khứ từ rất lâu, ngôi nhà hiện nay còn là nơi nghỉ ngơi, thư giãn những lúc mệt mỏi, là nơi thể hiện tính sáng tạo, óc thẩm mỹ của con người Chính vì thế mà ta có thể thấy ngành xây dựng luôn luôn phát triển trên toàn thế giới về mọi mặt, quy mô, thẩm mỹ, công nghệ, v.v Ngôi nhà hiện nay của con người đã to hơn, đẹp hơn, tiện nghi hơn, và những tiêu chí ấy luôn được nâng cao nhằm phục vụ con người một cách hiệu quả nhất Trong tương lai, những tiêu chí trên sẽ không bao giờ dừng lại, trong đó phương diện công nghệ luôn được đề cao và là phương diện đi đầu trong công cuộc phát triển ngành xây dựng.

Khi các công trình nhà ở đã phát triển mạnh theo quy mô và kiến trúc thì người ta quan tâm hơn đến tính thoải mái của con người khi sử dụng nó, và họ kết hợp tất cả chức năng có thể có của ngôi nhà để mang lại cho con người một cuộc sống tiện nghi, không lo nghĩ Ngôi nhà càng ngày càng trở nên thông minh, thân thiện với con người, hiểu được những suy nghĩ của chủ nhà và thực hiện các ý nghĩ của chủ nhà một cách tự động, chính xác Từ đó khái niệm nhà thông minh đã được đưa ra để các nhà khoa học nghiên cứu.

Ngôi nhà thông minh là khái niệm sẽ giải quyết các vấn đề như: tiện nghi, thoải mái, an toàn, tiết kiêm, an tâm v.v.

1.2 Ý nghĩa khoa học

Nhà thông minh mang một ý nghĩa rất lớn cho khoa học, bởi nó đưa ra giải pháp mới cho ngành điện tử, giải pháp truyền dẫn và quản lý tài nguyên điện trong thiết kế xây dựng Một giải pháp hoàn toàn khác biệt so với giải pháp truyền thống sử dụng mạng lưới điện 220V hay 110V trên toàn hệ thống đường dây diện, làm cho người dùng có thể gặp nguy hiểm, đặc biệt với trẻ nhỏ Giờ đây mạng lưới điện giao tiếp với người dùng chỉ còn 24V không thể gây nguy hiểm tính mạng cho con người Các sản phẩm trong công trình xây dựng không còn là các sản phẩm hoạt động riêng rẽ nữa, mà chúng được phối hợp với nhau tạo thành một hệ thống thống nhất, để đạt hiệu quả sử dụng cao nhất, với chi phí thấp nhất.

Ngoài ra, giải pháp này ra đời đã đưa đến công nghệ mới, công nghệ chế tạo sản phẩm thông minh, các phần mềm quản lý hệ thống, với tính thẩm mỹ cao, nhiều tính năng mới, ưu việt hơn, dễ sử dụng, nhưng vẫn tiết kiệm chi phí, năng lượng, v.v.

Tóm lại, công nghệ nhà thông minh đã lời giải cho nhiều vấn đề trong nghiên cứu khoa học đồng thời cũng tạo nên một công cuộc nghiên cứu mới, phạm vi ứng dụng không chỉ trong xây dựng nữa mà còn tạo ra làn sóng công nghệ cho các lĩnh vực khác, lĩnh vực thông tin, điện tử, tự động hóa, v.v.

1.3 Ý nghĩa thực tiễn

Chúng ta không thể phủ nhận lợi ích của việc nghiên cứu và phát triển nhà thông minh tới đời sống hiện tại, nó mang lại tính tiện nghi, thoải mái, sang trọng, an toàn cho cuộc sống nhiều âu lo, vất vả hàng ngày Không những vậy nhà thông minh còn là giải pháp tiết kiệm nguồn năng lượng, đang là vấn đề làm đau đầu các nhà khoa học.

2

Con người sẽ có một cuộc sống tốt đẹp hơn, không phải dành quá nhiều tâm trí trong việc quản lý ngôi nhà, mà con người có thể dành thời giờ cho nhiều việc khác Chúng ta gần như tương tác được với những vật liệu mà trước đây gần như là không thể.

Và ngôi nhà của chúng ta cũng có một cái nhìn hoàn toàn mới, thực sự như một vật thể có thể tự vận hành để phục vụ con người Giờ đây ta hoàn toàn hãnh diện với một ngôi nhà thể hiện đẳng cấp của sự chuyên nghiệp, sang trọng, phong cách, cá tính hay bất cứ đặc trưng nào mà chúng ta muốn có.

1.4 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là các hệ thống nhà thông minh, trong báo cáo này sẽ điểm qua các công nghệ khác như X10, PLC, UPB và tập trung nghiên cứu công nghệ mới là EIB.

II TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH

2.1 Xu hướng phát triển nhà thông minh trên thế giới

Nhiều người cho rằng, một trong những điều thú vị nhất khi dùng Internet là nó rất phổ biến trong cuộc sống Một phòng ngủ, một cái tủ lạnh hay một ngôi nhà bình thường cũng đều được nối mạng Những “ngôi nhà thông minh” giờ đã trở nên quen thuộc, trong đó Internet không những chỉ được truy cập từ một máy tính cá nhân bình thường, mà còn là một phương tiện điều khiển các chức năng trong nhà Hàng nghìn ngôi nhà nối mạng như vây đã có trong thực tế.

Phó chủ tịch Intel – ông Louis Burns đã từng đưa ra nhận định tại diễn đàn các nhà phát triển Intel, diễn ra tại Mỹ năm 2004: “ Ngành công nghiệp điện toán, điện tử tiêu dùng và viễn thông đang kết hợp thành một ngành công nghiệp mới nhằm

đưa ra các giải pháp thống nhất tạo ra những ngôi nhà số, giúp con người sử dụng nối mạng ở bất cứ nơi nào mà họ đặt chân tới.”

Ngôi nhà thông minh đang là ngôi nhà thể hiện phong cách chuyên nghiệp tại Mỹ Theo tập đoàn thương mại Internet Home Alliance cho biết, trong 1,5 triệu ngôi nhà được xây dựng mới ở Mỹ năm 2005, thì 20% nhà có “cấu trúc nối mạng” để liên kết điều khiển từ xa.

2.2 Xu hướng phát triển nhà thông minh ở Việt Nam

Một vài thập kỷ trước đây, ai cũng nghĩ rằng chỉ ông chủ ngành công nghệ thông tin như Bill Gate mới có thể có được ngôi nhà mơ ước của mình, một ngôi nhà thông minh có thể ghi nhớ từng thói quen, sở thích của các vị khách đến chơi nhà Nhưng ý nghĩ đó đã dần trôi qua theo thời gian, hiện nay, hàng loạt các hãng xây dựng, các nhà tích hợp mạng nội bộ, các công ty cung cấp đồ gia dụng luôn chào mời những sản phẩm, dịch vụ nhà thông minh, mang lại sự thoải mái và tiện nghi cho ngôi nhà của chúng ta.

Cùng với sự phát triển kinh tế của xã hội là sự nâng cao đời sống hàng ngày, ta có thể thấy rõ công nghệ nhà thông minh luôn gây được sự chú ý của người dân Việt Nam, đã có hơn 50 ngàn người đến tham quan và sử dụng thử các thiết bị kỹ thuật số được nối mạng thành hệ thống thống nhất tại Trung tâm kỹ thuật số LG tại thành phố Hồ Chí Minh sau hơn một năm hoạt động Trung tâm kỹ thuật số nằm tại khuôn viên khách sạn New World, với hơn 1000m2, có thể xem là nơi giới thiệu thiết kế kiểu mẫu mô hình của một ngôi nhà thông minh với các thiết bị kỹ thuật số mà dù đứng ở bất kỳ nơi đâu trong ngôi nhà, ta cũng có thể điều khiển tất cả các thiết bị qua mạng “gia đình” LG home network, đồng thời có thể sử dụng thử các thiết bị, sản phẩm 4

đặc biệt sẽ có mặt trong một ngôi nhà thông minh như điều khiển máy lạnh bằng điện thoại, nghe radio bằng lò vi ba v.v Ngoài ra trung tâm còn có chương trình đào tạo và hướng dẫn người sử dụng có thể làm quen, không bỡ ngỡ với việc sử dụng các thiết bị thường có trong nhà thông minh, như quản lý ngôi nhà qua máy tính để bàn, hay quản lý hệ thống đèn qua điện thoại v.v.

Theo điều tra của ngành xây dựng, càng ngày số lượng ngôi nhà lắp đặt hệ thống nhà thông minh ngày càng tăng, song song với nó, tiện nghi của các ngôi nhà cũng được nâng cao, bởi vậy mà các công ty giải pháp nhà thông minh đã được thành lập rất nhiều nhằm đáp ứng nhu cầu lắp đặt của khách hàng.

2.3 Thế nào là một ngôi nhà thông minh

Một ngôi nhà thông minh có thể đơn giản hay phức tạp tùy theo tính năng mà chủ nhà mong muốn Có thể chỉ là một thiết bị điều chỉnh độ sáng cho đèn ngủ nhưng cũng có thể là các tính năng cao cấp hơn, phức tạp hơn như tự động hóa hoàn toàn các thiết bị có trong gia đình theo lịch hoạt động tương ứng với thói quen sinh hoạt hàng ngày của các thành viên trong gia đình Bất cứ những gì chúng ta cần ở một ngôi nhà thông minh với các thiết bị hiện đại đều có thể được mang đến.

Chúng ta hãy tưởng tượng hoạt động của một hệ thống nhà thông minh được minh họa dưới đây:

- Buổi sáng:

Vào 5h30’ sáng hệ thống bắt đầu tự động điều chỉnh các thiết bị trong khi chúng ta vẫn đang ngon giấc Sau một đêm dài, hệ thống điều hòa được giảm công suất hoạt động để tiết kiệm năng lượng, hệ thống điều khiển trung tâm sẽ dựa trên nhiệt độ thực tế ngoài trời và gửi tín hiệu điều khiển

tới bộ điều khiển điều hòa, để kích hoạt hệ thống làm ấm không khí nếu nhiệt độ trong phòng thấp hoặc làm mát không khí nếu nhiệt độ trong phòng cao hơn nhiệt độ đặt trước Đến 6h00’ không khí trong nhà đã trở nên dễ chịu sẵn sàng đón ta thức dậy Hệ thống an ninh tự động trở lại trạng thái bình thường, đèn phòng ngủ chính bật sáng với độ sáng thấp để ta không bị chói mắt khi mới thức giấc Sau đó vài phút đèn phòng ngủ chính sẽ tăng độ sáng để ta quan sát mọi vật Ngay lúc đó, một bản nhạc nhẹ chào đón ngày mới được bật lên.

Hình 2/1: Bộ điều khiển điều hòa

Máy pha cà phê tự động được bật lên để sẵn sàng cho ta ly cà phê thơm ngon vào buổi sáng

Ngoài trời, hệ thống bơm nước tưới thảm cỏ tự động bật lên để thảm cỏ luôn được giữ ẩm và sau một vài phút khi thảm cỏ đó được tưới đủ nước hệ thống bơm sẽ tự động tắt Nếu tối hôm trước trời mưa thì hệ thống cảm biến sẽ thông báo cho hệ thống trung tâm rằng thảm cỏ đó đủ nước và hệ thống bơm tưới sẽ không hoạt động.

6

- Ban ngày:

Khi vòi tắm hoa sen không được sử dụng, máy rửa bát đĩa đã rửa xong bát đĩa của bữa sáng, bình nóng lạnh tự động tắt để tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Khi tất cả các thành viên trong gia đình đều đã đến nơi làm việc hay trường học, hệ thống an ninh tự động được đặt ở trạng thái an ninh cao Hệ thống trung tâm tự động tắt hết các đèn mà ta quên chưa tắt Hệ thống cảm biến đảm bảo an toàn an ninh cho ngôi nhà Chúng là cảm biến chuyển động, cảm biến cửa – cửa sổ, cảm biến báo khói – báo cháy v.v, tất cả các cảm biến đảm bảo chắc chắn mọi thứ trong ngôi nhà đều an toàn.

Khi có một thành viên trong gia đình ở nhà, hệ thống điều hòa sẽ tự động tắt

sau một vài phút nếu có một ai đó mở cửa.

Ngôi nhà có nguy cơ bị đột nhập khi tất cả các thành viên trong gia đình đều không có mặt ở nhà Nếu ngôi nhà được trang bị hệ thống an ninh thì nguy cơ này sẽ không còn nữa Khi kẻ gian cố gắng đột nhập vào nhà, hệ thống điều khiển trung tâm tự động quay số để gọi và thông báo địa chỉ nhà cho cảnh sát, hoặc đơn giản hơn, hệ thống sẽ gọi cho chúng ta Hệ thống cũng tự động gửi email tới hòm thư, hoặc nhắn tin tới điện thoại di động.

Trong suốt cả ngày, các thành viên trong gia đình đều có thể kiểm tra ngôi nhà thường xuyên thông qua trình duyệt web Hệ thống điều khiển ngôi nhà được kết nối bằng một phần mềm dạng web server Vì vậy, các thành viên trong gia đình có thể theo dõi trạng thái của ngôi nhà, các sự kiện được ghi

lại trong khi chúng ta ở trường, tại văn phòng hay bất cứ nơi nào có máy tính kết nối internet.

- Khi ta trở về nhà:

Vào 5h00’ chiều, bình nước nóng spa tự động bật làm ấm nước trong bồn tắm, khoảng 30 phút sau, nước đã đủ ấm và sẵn sàng cho chúng ta thư giãn cơ thể sau một ngày làm việc mệt mỏi.

Hệ thống điều hòa sẽ tự động hoạt động trở lại, khoảng 30 phút sau, không khí trong nhà đã trở nên dễ chịu sẵn sàng chào đón ta trở về nhà Hệ thống điều hòa tự động đi vào trạng thái hoạt động tiết kiệm năng lượng.

Hệ thống điều khiển tự động tính được thời gian mặt trời lặn dựa trên kinh độ, vĩ độ, múi giờ khu vực nơi chúng ta ở Khi mặt trời lặn, hệ thống đèn tự động được kích hoạt ở các vị trí : phòng khách, bếp, cửa ra vào, đèn sân vườn Các đèn này tăng độ sáng sau mỗi 5 phút Và sau 45 phút, khi trời tối hẳn hệ thống đèn sẽ đạt độ sáng cực đại, điều này giúp chúng ta tận dụng được ánh sáng tự nhiên, giảm điện năng tiêu thụ.

Hệ thống đèn chiếu sáng tại các khu vực hành lang, cầu thang, nhà vệ sinh sẽ tự động bật khi ta đi đến và tự động tắt khi ta đi ra khỏi các khu vực trên Chúng ta không còn phải mò mẫm trong bóng tối để tìm công tắc đèn, và không bao giờ sợ quên tắt đèn – điều mà thường xuyên xảy ra.

- Khi nghỉ ngơi buổi tối:

Sau bữa tối, là thời gian các thành viên trong gia đình nghỉ ngơi sau một ngày dài làm việc và học tập căng thẳng Khi xem chương trình trên ti vi trong phòng – đèn chiếu sáng sẽ tự động giảm độ sáng đến mức đã đặt trước, để chúng ta xem phim một cách thoải mái nhất.

8

Khi nghe nhạc, chúng ta sẽ thoải mái chọn những chương trình phù hợp với mình, chúng ta có thể chọn nghe nhạc từ I-pod , PC, laptop, đầu máy CD, DVD, Radio FM v.v, ngay trên hệ thống âm thanh được bố trí trong phòng của mình, mà không ảnh hưởng tới các thành viên khác trong gia đình Trong phòng của mình, chúng ta có thể dùng PC, laptop kết nối

wi-fi để điều chỉnh độ sáng đèn, kiểm tra trạng thái an ninh,

Nếu chúng ta chưa muốn đi ngủ ngay, chúng ta muốn đọc sách trước khi đi ngủ, ta điều chỉnh đèn ngủ đủ sáng để có thể đọc sách và để người khác không bị thức giấc bởi ánh đèn Trong lúc đó, một bản nhạc nhẹ nhàng sẽ được phát trên hệ thống âm thanh để ru ngủ chúng ta và khi ta đã ngủ, hệ thống điều khiển trung tâm tự động tắt toàn bộ đèn và âm thanh đem đến một giấc ngủ ngon sâu.

- Trong suốt đêm:

Lúc 2h00’ sáng tất cả các thành viên trong gia đình đang ngon giấc, chiếc đồng hồ treo tường buông từng tiếng chậm rãi, chú chó nằm ngủ dưới chân cầu thang Một lát sau, chú chó cảm thấy khát và thức dậy tìm nước uống, nó chạy qua tất cả các cảm biến chuyển động (như hình 1.2) để đến đĩa đựng nước của nó Và sau khi uống nước xong nó quay trở lại vị trí lúc trước Mọi chuyển động của nó được hệ thống an ninh bỏ qua vì trước đó tất cả các cảm biến chuyển động đó được đặt ở chế độ phát hiện và bỏ qua các thú vật nhỏ để không gây ra báo động sai.

Vào 3h30’, chúng ta trở dậy và đi toilet Hệ thống cảm biến nhận ra sự hiện diện và tự động bật sáng đèn phòng ngủ chỉ đủ để ta thấy đường và không gây ảnh hưởng đến người

Khi có kẻ gian đang cố đột nhập vào nhà, hệ thống cảm biến sẽ tự động bật đèn hàng rào, đèn sân vườn, đèn phòng khách, đèn tại khu vực kẻ gian đang đột nhập để xua đuổi Sau đó, hệ thống sẽ đánh thức chúng ta bằng tiếng “bíp” liên tục tại các màn hình cảm ứng, và sau một vài phút còi báo động sẽ tác động để gọi hàng xóm giải nguy cho ngôi nhà Ta cũng dễ dàng tắt hệ thống còi hú, tiếng “bíp” sau khi chắc chắn rằng ngôi nhà không còn bị nguy hiểm nữa.

10

2.4 Mô hình nhà thông minh 2

4 1 M ạ n g L A N

Để khai thác tốt nhất các tính năng của hệ thống nhà thông minh, chúng ta cần xây dựng cho ngôi nhà của mình một hệ thống mạng LAN tốt nhất, ta nên sử dụng dịch vụ Internet, mạng wi-fi cho ngôi nhà mình để có thể sử dụng internet một cách thoải mái không bị vướng víu bởi dây cáp mạng Mặt khác việc sử dụng mạng wi-fi mở ra cho chúng ta khả năng ứng dụng rất lớn, vì hầu hết các thiết bị di động ngày nay đều cung cấp kết nối wi-fi Với một chiếc Smart phone hoặc lap-top kết nối wi-fi ta dễ dàng điều khiển được toàn bộ hệ thống thiết bị trong gia đình, lướt web hay quan sát hình ảnh từ các camera an ninh Hiện nay, các công ty cung cấp các sản phẩm thông minh cũng thiết kế rất nhiều các phần mềm chạy trên các thiết bị di động để chúng ta dễ dàng quản lý ngôi nhà mình qua wi-fi.

Để có một mạng LAN tốt chúng ta cần chuẩn bị đầy đủ các thiết bị cần thiết bao gồm: Thuê bao ADSL từ các nhà cung cấp dịch vụ như FPT, Viettel, Megavnn ; Router ADSL, chuyển mạch mạng 10/100/1000 Mbps; máy tính chủ; wi-fi access point, và các thiết bị ngoại vi như máy tính cá nhân, smart phone v.v Hình 1/3 mô tả mạng LAN là nền tảng để tích hợp hệ thống điều khiển, hệ thống giải trí và các hệ thống khác, đảm bảo

cho các hệ thống hoạt động đồng bộ, thống nhất.

Hình 2/3: Mạng LAN

2.4.2 Các thiết bị thông minh

Trong giải pháp của EIB, một giải pháp được coi là tiên tiến nhất hiện nay, bởi các tính năng vượt trội so với các công nghệ cũ, các thiết bị thông minh theo chuẩn EIB có thể chia thành 4 loại dựa theo chức năng như sau:

- Thiết bị cấp nguồn (Power Supply); - Thiết bị nhận tín hiệu điều khiển (Sensor); - Các bộ điều khiển chức năng (Controller); - Cơ cấu chấp hành (Actuator).

Các thiết bị thông minh theo chuẩn EIB được liên kết với nhau thông qua một dây cáp đôi duy nhất với điện áp 24V DC (cáp EIB) Các thiết bị liên lạc với nhau bằng cách tửi tin nhắn theo địa chỉ định trước (mỗi thiết bị được thiết lập một địa chỉ.) Các thiết bị nhận tín hiệu (như công tắc, cảm ứng chuyển 12

động, cảm nhận sự hiện diện, điều khiển từ xa v.v.) nhận lệnh và chuyển tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành (Switch loader, drimmer v.v.) để đóng mở đèn, quạt, bình nóng lạnh, rèm cửa và các thiết bị điện khác theo ý muốn Ngoài ra, các thiết bị này còn có thể tự động hoạt động mang lại hiểu quả tối ưu thông qua các bộ điều khiển (logic control, timer, sensor coltrol v.v.).

Công nghệ EIB hoạt động theo cấu trúc điều khiển phân tán, nghĩa là không cần một bộ điều khiển trung tâm, các thiết bị trong hệ thống đều có khả năng xử lý thông tin và hoạt động một cách độc lập Điều này đảm bảo tính vận hành liên tục của toàn hệ thống mà không bị phụ thuộc vào bất cứ thiết bị trung tâm nào.

Hình 2/4: Mạng Bus EIB trong nhà

III THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NHÀ THÔNG MINH

3.1 Khái niệm công nghệ nhà thông minh

Công nghệ nhà thông minh là một cách nói tắt dùng để chỉ hệ thống nhà thông thường sử dụng các thiết bị và phương thức truyền thông theo một quy tắc hay một chuẩn nào đó của một hãng sản xuất, phát triển nhà thông minh Nó giám sát toàn bộ hệ thống đèn, điều hòa, cửa chớp, đồ gia dụng, phương tiện giải trí, an ninh tòa nhà v.v.

Hình 3/1: Sơ đồ nhà thông minh.

3.2 Ưu điểm của công nghệ nhà thông minh

- Ưu điểm thứ nhất của công nghệ nhà thông minh là tăng tính tiện nghi cho ngôi nhà :

Hệ thống nhà thông minh cũng giống như một hệ thống giải trí đáp ứng đầy đủ nhu cầu tiện nghi của chúng ta, đem 14

đến những trải nghiệm thú vị và mới lạ Không những vậy hệ thống còn làm tăng tính thẩm mỹ, mang lại cho ngôi nhà một không gian hoàn hảo, mang tính hữu dụng cao Chúng ta sẽ không bao giờ phải lo lắng khi chưa tắt đèn hay khóa cửa, lúc này công nghệ nhà thông minh như một người quản gia chu đáo, tin cậy chăm lo cho gia đình ta đến từng suy nghĩ.

- Ưu điểm thứ hai đó là tăng cường an ninh cho ngôi nhà: Với công nghệ nhà thông minh, ta không phải bận tâm tới ngôi nhà mỗi khi đi xa, mà hoàn toàn có thể theo dõi toàn bộ hoạt động của ngôi nhà, ngôi nhà có thể tự động xử lý các tình huống xảy ra, thông báo với chúng ta qua hệ thống thư điện tử, hay di động, v.v Nếu có kẻ xấu xâm nhập trái phép, hệ thống tự bật đèn để xua đuổi, hay làm nhấp nháy đèn ngoài trời, hú còi để thông báo cho hàng xóm, gọi điện tới trụ sở cảnh sát để có những thực hiện cần thiết, kịp thời.

- Ưu điểm thứ ba trong công nghệ nhà thông minh là tiết kiệm năng lượng:

Năng lượng hiện nay là một vấn đề cấp thiết của thế giới, chính vì vậy tiết kiệm năng lượng luôn là mục đích hướng tới của các công nghệ hiện đại Ta sẽ tiết kiệm được tối đa chi phí cho năng lượng của ngôi nhà mà vẫn có một cuộc sống tiện nghi thoải mái Bởi lúc này, khi sử dụng công nghệ nhà thông minh chúng ta đã sử dụng nguồn điện một cách hợp lý và hiệu quả Các công nghệ nhà thông minh hiện đại quản lý năng lượng dựa trên các cảm biến hiện diện và thời gian thực làm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng lên rất nhiều so với các quản lý thông thường Công nghệ nhà thông minh có được tính hiệu quả như vậy cũng nhờ hệ thống sử dụng các thông số cảm biến ngoài trời một cách tối đa, đồng thời là sự phối hợp hoạt động các hệ thống một cách hoàn hảo dễ sử dụng.

3.3 Các công nghệ nhà thông minh

- Công nghệ X10:

Ra đời vào những thập niên 80 của thế kỷ 20, công nghệ truyền tín hiệu trên đường dây điện được đầu tiên được nghiên cứu và phát triển tại Mỹ với dự án mang tên X10 Kể từ đó X10 trở thành tên thương mại của hàng loạt các sản phẩm điều khiển tự động sử dụng công nghệ này.

Công nghệ X10 sử dụng sóng mang tần số 120Khz và điện áp tín hiệu 4V để truyền tín hiệu điều khiển Các sản phẩm sử dụng công nghệ X10 có ưu điểm là dễ lắp

đặt, giá thành thấp và không phải đi thêm dây điều khiển Tuy nhiên các sản phẩm X10 có điểm yếu là chịu tác động rất lớn của nhiễu đường truyền Do X10 sử dụng tần số sóng mang cố định 120Khz nên các can nhiễu quá lớn hoặc gần với tần số 120Khz đều làm cho các thiết bị của X10 không thể điều khiển được bằng các bộ điều khiển Do đó hệ thống sử dụng công nghệ X10 cần phải có bộ lọc và tách riêng đường cấp nguồn cho thiết bị X10 để đảm bảo độ ổn định của hệ thống trong quá trình sử dụng Các thiết bị sử dụng công nghệ X10 đều có chung đặc điểm : tốc độ truyền thấp, khả năng bảo toàn thông tin thấp (70-80%).

16

Hình 3/2: Sơ đồ đấu dây hệ thống điều khiển chiếu sáng

- Công nghệ UPB & PLC BUS:

Năm 2002 đánh dấu một bước ngoặt lớn của công nghệ PLC (công nghệ truyền thông trên đường dây điện – PowerLine Communicate) khi chuẩn UPB ra đời Công nghệ UPB & PLC BUS sử dụng sóng mang có dải tần từ 4-40Khz, điện áp tín hiệu 40V để truyền tín hiệu điều khiển Không giống như X10 sử dụng tần số sóng mang cố định 120Khz, các thiết bị sử dụng công nghệ UPB & PLC BUS sẽ chọn ra trong dải tần 4-40Khz một tần số ít bị can nhiễu từ đường truyền nhất tại thời điểm truyền để truyền tín hiệu điều khiển Do đó băng thông đường truyền được mở rộng cho phép nhiều thiết bị cùng truyền tín hiệu điều khiển cùng một lúc mà không bị ảnh hưởng lẫn nhau Mặt khác, với điện áp tín hiệu lên tới 40V, công nghệ UPB, gần như hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi can nhiễu lớn trên đường truyền Hệ thống sử dụng công nghệ UPB, có chung đặc điểm là: tốc độ truyền cao, dễ lắp đặt, không cần đi dây điều khiển, dễ thêm mới thiết bị, không cần bộ lọc, không cần tách riêng đường cấp nguồn, khả năng bảo toàn thông tin cao (99,98%) tương đương với các thiết bị sử dụng công nghệ I-Bus như EIB, Cbus Các thiết bị UPB; được xây dựng với ID CODE và LINK PASSWORD ngăn chặn việc điều khiển thiết bị từ các hệ thống không được phép hoặc từ hệ thống khác ở các khu vực lân cận.Với ID CODE và LINK PASSWORD của công nghệ UPB, kẻ gian sẽ phải mất khoảng 1,4 triệu năm để xâm nhập và điều khiển được hệ thống Nhược điểm của công nghệ UPB là khó cài đặt hơn so với thiết bị X10 do phải cài ID CODE và LINK PASSWORD cho từng thiết bị.

UPB (Universal PowerLine Bus) được phát triển bởi

PCS-lightingcontrol tại Mỹ Hệ thống này có độ bảo toàn thông tin rất cao (99,99%), tốc độ truyền tín hiệu điều khiển rất nhanh, không cần bộ lọc nhiễu UPB tương thích với các thiết bị điều khiển trung tâm của HAI, Honeywell, Home-seer, Crestron, 4control, M-Gold v.v Nhưng đáng tiếc, UPB vẫn chưa có sản phẩm cho hệ thống điện 220v-50Hz tại Việt Nam.

PLC-Bus : PLC-Bus là sản phẩm của tập đoàn ATS Hà Lan.

Bus được ví như UPB dành cho mạng điện 220v-50Hz PLC-Bus có độ bảo toàn thông tin 99,99%, tốc độ truyền tín hiệu ngang với UPB, và cũng không cần bộ lọc nhiễu Các sản phẩm PLC-Bus tương thích với các thiết bị điều khiển trung tâm của HAI, Honeywell, Home-seer, Crestron, 4control, M-Gold vv.

Các thiết bị chiếu sáng của hệ thống quản lý tự động tòa nhà sử dụng công nghệ UPB; BUS Hệ thống cho phép người sử dụng thiết lập quang cảnh chiếu sáng, điều khiển hệ thống chiếu sáng, kiểm tra trạng thái thiết bị từ Internet, smartphone, màn hình cảm ứng Việc sử dụng công nghệ UPB giúp việc thi công và thêm mới thiết bị trở nên đơn giản hơn rất nhiều.

- Công nghệ EIB (European Installation Bus):

Là hệ thống sử dụng đường bus hai dây xoắn được nối cùng với dây điện thông thường, đường bus EIB liên kết tất cả các thiết bị trong nhà với nhau tới hệ thống giao tiếp phân quyền Dòng dữ liệu đi từ chỗ này tới chỗ kia và đi trở lại liên tiếp từ tất cả các thiết bị nối với busv EIB qua các cảm biến và thiết bị chấp hành Nó thông báo trạng thái và phản hồi lại lẫn nhau Các tính năng vượt trội của công nghệ EIB sẽ được trình bày ở phần 3.4.

18

Hình 3/3: Hệ thống Bus EIB.

3.4 Công nghệ EIB là công nghệ mang tính đột phá

Tại sao EIB là công nghệ mang tính đột phá? Lý do của vấn đề này là bởi EIB có đầy đủ các tính năng thông thường của một công nghệ nhà thông minh, ngoài ra nó còn cung cấp các tính năng vượt trội so với các công nghệ khác.

- Thứ nhất, giống như các công nghệ khác, công nghệ EIB cũng là một giải pháp điều khiển thông minh, mang lại tiện nghi và thoải mái cho người dùng:

+ Tiện nghi là một yếu tố quan trọng trong việc đưa ra giải pháp điều khiển thông minh, quyết định mức độ “thông minh” của một ngôi nhà Nó là tập hợp của rất nhiều phương pháp điều khiển giúp chúng ta dễ dàng ra lệnh và quản lý ngôi nhà

dù chúng ta ở bất cứ đâu, bất cứ lúc nào Các biện pháp điều khiển bao gồm:

+ Điều khiển thông qua giao diện phím ấn thông minh: Phím ấn thông minh là những phím ấn có thể lập trình để học những sở thích và thói quen của chủ nhà vì vậy nó vô cùng linh hoạt + Chúng ta hãy hình dung khi ấn nút bối cảnh “ăn tối”, phím

ấn sẽ lập tức hiểu ý và giúp ta thực hiện một loạt các thao tác như: rèm cửa tự động kéo ra tạo một không gian tự nhiên từ cảnh quan quanh nhà Ánh sáng phòng ăn từ từ giảm bớt tới một mức ánh sáng thích hợp nhằm tạo ra một không khí dịu dàng ấm cúng Đèn cảnh quan khu vườn dần dần sáng lên tạo cảm giác dễ chịu Hệ thống âm thanh được kích hoạt và một bản nhạc ưa thích sẽ cất lên những tiết tấu du dương Đây cũng là sự khác biệt của công nghệ EIB với các công nghệ khác, công nghệ có thể tạo bối cảnh còn các công nghệ khác chỉ có thể tạo hành động.

+ Điều khiển thông qua điều khiển từ xa: Với giao diện điều khiển từ xa đa năng chúng ta có thể bật tắt tất cả thiết bị điện mà không cần phải tới gần các nút ấn Ngoài ra giao diện này còn có khả năng đọc được tín hiệu từ các thiết bị khác như tivi, dàn nhạc, điều hòa nhiệt độ, quạt, v.v, cho phép chúng ta điều khiển tới 64 thiết bị hồng ngoại trong nhà.

+ Trong khi nằm trên giường, chúng ta vẫn có thể tắt đèn, bật điều hòa, tắt ti vi trên cùng một điều khiển Hoặc chỉ với một nút ấn “đi ngủ” hệ thống sẽ lập tức hiểu và giúp ta tắt tất cả các thiết bị điện tử, đèn ngủ được điều chỉnh ở mức độ sáng thích hợp, điều hòa kích hoạt chế độ ổn định nhiệt cho ta một giấc ngủ êm ái, đến nửa đêm khi nhiệt độ môi trường xuống thấp điều hòa sẽ tự động nâng nhiệt độ và chúng ta sẽ không phải lo bị viêm họng hay thức giấc để tăng nhiệt điều hòa nữa.

20

+ Hay khi trong phòng nghe nhạc, xem phim chúng ta có hàng tá những điều khiển hồng ngoại của các thiết bị điện tử, việc ghi nhớ và sử dụng chúng thật vô cùng phiền toái và phức tạp Giờ đây công nghệ EIB sẽ giúp chúng ta tích hợp tất cả các điều khiển đó trong một điều khiển từ xa đa dụng.

+ Điều khiển qua giao diện màn hình đa điểm: trong giao diện màn hình cảm ứng, toàn bộ không gian ngôi nhà với các thiết bị điều khiển được biểu thị một cách trực quan thông qua giao diện đồ họa, cho phép điều khiển và giám sát trạng thái của tất cả các thiết bị trong nhà.

+ Chúng ta hãy tưởng tượng: trước khi đi ngủ thay vì phải đi khắp tòa nhà để biết khu vực nào đèn chưa tắt, cửa nào chưa đóng, van bình gas đã khóa hay chưa, điều hòa phòng nào còn bật v.v Vậy tại sao ta không giám sát tất cả các việc đó thông qua giao diện màn hình cảm ứng Chúng ta sẽ biết được đèn phòng nào chưa tắt, cửa nào chưa đóng, van bình gas đóng hay chưa, v.v, ngoài ra ta còn có thể kích hoạt hệ thống an ninh cho toàn ngôi nhà.

+ Điều khiển thông qua mạng Internet: Với mục đích điều khiển, giám sát ngôi nhà mọi lúc, mọi nơi, công nghệ nhà thông minh cung cấp một giao diện điều khiển thông qua trình duyệt Explorer Từ văn phòng, từ sân bay, từ nước ngoài và từ bất cứ đâu có mạng Internet, ta đều có thể giám sát và điều khiển tất cả các thiết bị trong nhà.

+ Lúc 5h chiều, bắt đầu từ văn phòng và trở về nhà, thời tiết nóng nực và ngột

ngạt, chúng ta sẽ không muốn phải chịu cái nóng của không khí đó, chúng ta hãy vào giao diện điều khiển trên Internet và kích hoạt hệ thống điều hòa cho ngôi nhà, bật bình nóng lạnh,

đến khi trở về ta sẽ được thưởng thức một không gian mát mẻ, ngâm mình trong bồn tắm và thả mình theo những nhạc điệu du dương, như rũ bỏ hoàn toàn mọi mệt mỏi của ngày làm việc + Điều khiển tự động thông qua cảm biến và các chế độ

thời gian lập trình trước: Đây là giải pháp điều khiển nhằm giải thoát chúng ta khỏi những công việc không cần thiết phải có sự can thiệp của con người, nâng cao tính tự động của ngôi nhà theo ý muốn.

+ Vào buổi tối, khi ta đi qua lối dẫn sân vườn, đi trên hành lang tòa nhà hoặc bước lên cầu thang thì ta sẽ thấy đèn chiếu sáng luôn tự động bật mỗi khi ta đi tới, và tự động tắt đi khi ta không có nhu cầu sử dụng Hay là việc đóng mở cửa, đóng mở rèm, đóng mở mái che dựa vào trạm thời tiết tích hợp trong hệ thống Nó sẽ biết được khi nào trời đang giông, đang mưa để đóng cửa sổ, mái che, biết khi nào trời nóng để đóng rèm cửa v.v.

- Thứ hai là tính năng tiết kiệm năng lượng:

+ Tiết kiệm năng lượng là một tiêu chí của kiến trúc sinh thái, bằng việc sử dụng các trạm thời tiết, hệ thống sẽ biết cách ứng xử thông minh nhất để khai thác tối đa các nguồn năng lượng tự nhiên như ánh sáng, thông gió, nguồn nhiệt thiên nhiên (bình nước nóng năng lượng mặt trời), giảm thiểu việc khai thác thiết bị tiêu hao năng lượng như chiếu sáng, điều hòa nhiệt độ, lò sưởi, v.v Tiếp theo là sử dụng phương pháp điều khiển thông minh như dùng cảm biến để đóng cắt tiêu hao không cần thiết.

- Thứ ba là một hệ thống thông minh còn được thể hiện ở cấu trúc mạng thông minh :

+ Dễ dàng sửa chữa bảo hành; + Đơn giản dễ lắp đặt;

22

+ Hoạt động ổn định, tin cậy;

+ Linh hoạt mềm dẻo trong việc thay đổi nhu cầu điều khiển và mở rộng hệ thống.

+ Điểm đặc biệt nữa trong công nghệ EIB là hệ thống quản lý phân cấp (sẽđược trình bày chi tiết trong chương 4), các thiết bị gần như độc lập với nhau, không có thiết bị điều khiển trung tâm, như vậy tính năng mềm dẻo trong khi cài đặt, sửa chữa, mở rộng hệ thống sẽ được nâng cao Khác với các công nghệ khác cần bộ điềukhiển trung tâm, tất cả các xử lý được chuyển đến bộ điều khiển trung tâm, như vậy gây nên tình trạng quá tải cho bộ điều khiển Hoặc khi có trục trặc kỹ thuật rất khó cho việc kiểm tra, bảo trì.

+ Các tiêu chí trên đều được thể hiện tối đa trong cấu trúc mạng điều khiển EIB, theo báo cáo đánh giá của hiệp hội nhà thông minh Châu Âu thì tính tới năm 2008 số lượng tòa nhà, biệt thự sử dụng hệ thống điện thông minh theo chuẩn EIB chiếm tới 65% và dự kiến còn tăng mạnh trong các năm tới Điều đó khẳng định tính ổn định bền vững và sự tín nhiệm của người sử dụng đối với hệ thống điều khiển thông minh EIB.

- Thứ tư là đẳng cấp trong kiến trúc:

+ Mỗi sản phẩm theo chuẩn EIB không chỉ mang trong nó hàm lượng công nghệ số cao cấp, mà nó còn được gọt giũa, chăm sóc đến từng chi tiết dưới bàn tay của những nghệ sĩ thiết kế tài hoa Mỗi sản phẩm là một công trình điêu khắc nghệ thuật với sự kết hợp hài hòa của nhiều dòng phong cách, đảm bảo sẽ góp phần tạo nên những điểm nhấn trong kiến trúc tổng thể ngôi nhà.

- Thứ năm là tính năng an toàn tuyệt đối cho người dùng:

+ Thứ nhất: An toàn đối với người sử dụng Toàn bộ phím ấn thông minh gắn tường đều sử dụng nguồn điện điều khiển 24V DC, do đó không giống như hệ thống điện cổ điển nó không thể nào gây hại với người sử dụng kể cả đối với trẻ nhỏ Vì vậy chúng ta hoàn toàn có thể yên tâm trong quá trình sử dụng Đây cũng là điểm khác biệt so với các công nghệ khác.

+ Thứ hai : Cảnh báo cháy mọi lúc mọi nơi Hệ thống cảnh báo cháy sử dụng các loại cảm biến khói, cảm biến nhiệt gia tăng, cảm biến rò rỉ khí gas v.v với độ nhạy cao nhất, do đó ta hoàn toàn không phải lo lắng khi vắng nhà Khi xảy ra sự cố, lập tức hệ thống điện tại khu vực đó sẽ được ngắt, cảnh báo tại chỗ thông qua còi báo động và đèn nháy cho những người xung quanh biết, cảnh báo từ xa thông qua việc tự động quay số điện thoại báo cho chủ nhà hoặc phòng chữa cháy gần nhất.

+ Thứ ba : Hệ thống cảnh báo chống đột nhập, khi ta đi ngủ hoặc khi vắng nhà đều là những thời điểm thích hợp cho những kẻ có mưu đồ xấu Vì sự an toàn của ngôi nhà và gia đình, công nghệ EIB luôn cung cấp những giải pháp chống đột nhập hoàn chỉnh nhất Với việc sử dụng cảm biến tia gắn trên hàng rào nhằm phát hiện những hành động đột nhập bằng cách trèo tường; cảm biến rung để phát hiện hành động đập tường hoặc đào đất; cảm biến tiếng động để phát hiện hành động đập vỡ cửa kính; sử dụng cảm biến hồng ngoại để phát hiện những chuyển động khả nghi ở khu vực không được phép; sử dụng cảm biến từ gắn cửa để biết được hành động cạy cửa trái phép; ngoài ra còn rất nhiều các loại cảm biến khác đáp ứng cho từng nhu cầu sử dụng riêng biệt Khi có cảnh báo, lập tức hệ thống sẽ bật sáng đèn toàn bộ nhà, và rú còi nhằm xua đuổi kẻ trộm và đánh động chủ nhà, tiếp sau đó hệ thống sẽ gọi điện thoại liên lạc trực tiếp để báo cho những người liên quan.

24

IV CÔNG NGHỆ EIB

4.1 Giới thiệu về công nghệ EIB 4.1.1 Mục đích tổng quan

Các Bus cài đặt châu Âu (sau đây gọi là "Bus cài đặt" hoặc ngắn gọn là "Bus") được thiết kế như một hệ thống quản lý trong lĩnh vực lắp đặt điện, để chuyển tải, kiểm soát môi trường và an ninh, đối với các loại tòa nhà khác nhau Các Bus cài đặt có thể được cài đặt trong các tòa nhà lớn như mặt bằng kinh doanh, trường học, bệnh viện, nhà máy và cơ sở hành chính Mục đích của nó là đảm bảo việc theo dõi và kiểm soát các chức năng và các quy trình như ánh sáng, rèm cửa sổ, sưởi, thông gió, điều hòa không khí, quản lý truyền tải, báo hiệu, giám sát và báo động.

Hệ thống EIB cho phép các thiết bị bus có thể được cung cấp điện từ các phương tiện truyền thông, như lõi xoắn đôi hoặc dòng điện (230 V) Ngoài ra, các thiết bị khác còn có thể yêu cầu cung cấp điện từ nguồn chính hoặc các nguồn khác, như trong Tần số vô tuyến hay truyền thông bằng tia hồng ngoại Hình 4/1 đưa ra một số ví dụ về cách sử dụng.