Nhà thông minh có thể hiểu đơn giản là một ngôi nhà có các thiết bị gia dụng có khả năng tự động hóa và “giao tiếp” với nhau theo một lịch trình đặt sẵn, chúng ta có có thể điều khiển ch
Mục đích nghiên cứu
Tạo ra một sản phẩm nhà thông mình ở cấp độ mô hình thử nghiệm mang tính tiện lợi, an toàn trong các tòa nhà, khách sạn, hộ gia đình… Sản phẩm có sự tiện nghi và bảo mật phù hợp lắp đặt cho mọi không gian.
Thời gian nghiên cứu
- 10 ngày kể từ khi làm đề tài.
Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu nguyên lý, cách hoạt động, cách lắp đặt của các hệ thống trong một ngôi nhà thông minh để tạo ra một mô hình đơn giản về nhà thông minh.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được nghiên cứu bằng phương pháp tìm hiểu lý thuyết kết hợp thực nghiệm làm mô hình nhà thông minh với mục đích tạo ra một sản phẩm mô hình ứng dụng vào đời sống thực tế giúp đảm bảo tính an toàn, thuận tiện và dễ dàng sử dụng.
PHẦN MỀM SỬ DỤNG
Phần mềm Proteus
Proteus là ứng dụng của hãng Labcenter Electronics, nó được mô phỏng cho đông đảo những trang thiết bị điện tử thông dụng, nổi trội có thể trợ giúp cho cả những MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola Proteus đã được áp dụng rộng rãi trên 35 quốc gia Proteus đã tự cam kết thế mạnh của nó về mô phỏng những mạch nguyên tắc sát với thực tiễn, trên 12 năm hình thành và phát triển nó càng được hoàn thiện và phát triển mạnh mẽ hơn Proteus cung ứng cho người sử dụng phần nhiều tất cả những trang thiết bị điện tử để người dùng có thể tạo nên được những mạch nguyên tắc và sau cùng là cho chạy thử và so sánh với kết quả thực tiễn Chính vì proteus có thể tạo và chạy thử được những sơ đồ mạch có thể chjay thử ngay trên máy tính nên phù hợp để sử dụng trong giảng dạy, trong những phòng thí nghiệm điện tử hệt như trong thực hành vi xử lý…
1.1.2.Các ưu điểm vượt trội
Dễ dàng tạo nên một sơ đồ đơn giản từ những mạch điện cơ bản và linh kiện có sẵn, đến những mạch có bộ lập trình chuyên sâu Dễ dàng biên tập những đặc tính của trang thiết bị trên sơ đồ thử nghiệm: biên tập số bước của động cơ bước, biên tập nguồn nuôi cho mạch, cân chỉnh tần số vận động căn bản của vi xử lý…Công cụ trợ giúp kiểm tra lỗi thiết kế trên sơ đồ thử nghiệm.Xem và đánh dấu lỗi Chạy mô phỏng và phân tích những đặc điểm của mạch điện căn bản Công cụ trợ giúp cho việc chạy và mô phỏng rất mạnh và đúng đồng đo Vôn, Ampe, đến những máy đo dao động, máy tạo sóng dao động…Ngoài ra Proteus còn cung cấp cho người dùng những công cụ và những ứng dụng mà các phần mềm khác không có Chẳng hạn như thư viện led với những màu sắc khác nhau bao gồm led 7 đoạn Những thiết bị mô phỏng mà Proteus cung ứng là LCD, nó có thể mô phỏng cho rất nhiều LCD từ dễ đến phức tạp.Một điểm vượt trội nữa của Proteus là có thể mô phỏng công cụ phát và thu tín hiệu từ những mạch tiếp xúc với máy Một ưu thế khác của Proteus là cung ứng cho người sử dụng công cụ biên dịch cho những họ vi xử lý như MSC51, AVR,HC11… Qua đó tạo nên những tập tin HEX sử dụng để nạp cho vi xử lý và tập tin DSI sử dụng để xem và chạy kiểm tra từng bước trong chương trình mô phỏng So với những mạch vi xử lý Proteus không những cung cấp hình ảnh thực tiễn của những linh kiện xuất mà còn cung cấp cho người lập trình rất nhiều những cửa sổ thông báo những nội dung của bộ nhớ, con trỏ, thanh ghi…Proteus chứa một thư viện khá to hơn 6000 trang thiết bị các loại và ngày càng được bổ sung cập nhật Ngoài ra còn có keypad (Ma trận phím dễ dùng cho người thiết kế khi cần thao tác trên những ma trận phím).
Phần mềm Arduino IDE
1.2.1 Giới thiệu về Arduino IDE
Arduino IDE là một phần mềm mã nguồn mở chủ yếu được sử dụng để viết và biên dịch mã vào module Arduino Đây là phần mềm Arduino chính thức,giúp cho việc biên dịch mã trở nên dễ dàng mà ngay cả một người bình thường không có kiến thức kỹ thuật cũng có thể làm được Nó có các phiên bản cho các hệ điều hành như MAC, Windows, Linux và chạy trên nền tảng Java đi kèm với các chức năng và lệnh có sẵn đóng vai trò quan trọng để gỡ lỗi, chỉnh sửa và biên dịch mã trong môi trường Có rất nhiều các module Arduino nhưArduino Uno, Arduino Mega, Arduino Leonardo, Arduino Micro và nhiều module khác Mỗi module chứa một bộ vi điều khiển trên bo mạch được lập trình và chấp nhận thông tin dưới dạng mã Mã chính, còn được gọi là sketch, được tạo trên nền tảng IDE sẽ tạo ra một file Hex, sau đó được chuyển và tải lên trong bộ điều khiển trên bo Môi trường IDE chủ yếu chứa hai phần cơ bản: Trình chỉnh sửa và Trình biên dịch, phần đầu sử dụng để viết mã được yêu cầu và phần sau được sử dụng để biên dịch và tải mã lên module Arduino Môi trường này hỗ trợ cả ngôn ngữ C và C ++
Khi người dùng viết mã và biên dịch, IDE sẽ tạo file Hex cho mã File Hex là các file thập phân Hexa được Arduino hiểu và sau đó được gửi đến bo mạch bằng cáp USB Mỗi bo Arduino đều được tích hợp một bộ vi điều khiển, bộ vi điều khiển sẽ nhận file hex và chạy theo mã được viết.
CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Mạch Arduino Uno
Hnh 2: Mạch Arduino UNO R3 Đây là kit của Arduino Uno thế hệ thứ 3, có khả năng lập trình cho các ứng dụng điều khiển phức tạp Được trang bị cấu hình mạnh cho các loại bộ nhớ như ROM, RAM và Flash, các ngõ vào/ ra digital I/O Trong đó nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và chuẩn giao tiếp đa dạng như: UART, SPI, TWI (I2C)
Vi điều khiển ATmega328 Điện áp hoạt động 5V(cấp qua cổng usb) Điện áp khuyến nghị 6-9V
Số chân digital I/O 14 chân( 6 chân PWM)
Dòng ra 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 0.5 KB dùng bởi bootloader
Giao động của thạch anh 16 MHz
Mạch RFID (dùng để quét thẻ từ)
Mạch RFID NFC 13.56MHZ RC522 sử dụng IC MFRC522 của NXP được sử dụng để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ RFID NFC tần số 13.56Mhz, mạch có thiết kế nhỏ gọn được sử dụng rất phổ biến hiện nay với Arduino hoặc các loại Vi điều khiển khác trong các ứng dụng cần ghi, đọc thẻ RFID NFC.
Hnh 3: Mạch RFID NFC 13.56Mhz RC522
Tần số hoạt động 13.56MHz
Khoảng cách hoạt động 0-60mm (mifare 1 card)
Tốc độ truyền dữ liệu Tối đa 10Mbit/s
Các loại card RFID hỗ trợ Mifare1 S50, Mifare1 S70, Mifare Ultralight,
Động cơ Servo SG90 (dùng thiết kế cửa chính)
Động cơ Sero SG90 có kích thước nhỏ gọn nên tải trọng của nó cũng nhỏ hơn các loại động cơ servo có kích thước lơn như MG995, MG996, phù hợp cho các ứng dụng mô hình điều khiển loại vừa và nhỏ.
Hnh 4: động cơ Servo SG90
Tần số hoạt động 50Hz
Tốc độ hoạt động 60 trong 0.1 giây o Điện áp hoạt động 4.8V (~5V)
Nhiệt độ hoạt động 0°C đến 55°C
Màu sắc Xanh da trời
Động Cơ Bước 28BYJ-48 (dùng thiết kế cửa cuốn)
Động cơ bước 12V 28BYJ-48 4 pha 4 dây có thể được điều khiển bởi mạch đệm uln2003 thông thường hoặc có thể được kết nối với 2 pha Nó có thể được sử dụng với bảng phát triển và có thể cắm trực tiếp.
Hnh 5: Động cơ bước 12V 28BYJ-48
Thông số kỹ thuật: Điện áp 5V hoặc 12V
Tỷ lệ biến thiên tốc độ 1/64
DC kháng 200Ω ± 7% (25 ℃) Điện trở cách điện > 10MΩ (500V)
Cường độ điện môi 600VAC/1mA/1s
Tần số khi tải kéo > 600Hz
Tần số không tải > 1000Hz
Mô-men xoắn > 34.3mN.m (120Hz)
Tiếng ồn 0
Serial.println(dataRemote); // Câu lệnh để in dữ liệu nhận được từ remote if (millis() - lastTime > 100) // Do tắt mở cùng 1 nút bấm nên phải có thời gian nghĩ giữa 2 lần bấm là 100 micro sec (micro giây)
{ case 3910598400: // Bấm phím số 1, điều khiển Led 1 sáng tắt digitalWrite(Ledpin[0], !digitalRead(Ledpin[0])); break; case 2774204160: // Bấm phím số 2, điều khiển Led 2 sáng tắt digitalWrite(Ledpin[1], !digitalRead(Ledpin[1])); break; case 3175284480: // Bấm phím số 3, điều khiển Led 3 sáng tắt digitalWrite(Ledpin[2], !digitalRead(Ledpin[2])); break; case 2907897600: // Bấm phím số 4, điều khiển Led 4 sáng tắt digitalWrite(Ledpin[3], !digitalRead(Ledpin[3])); break; case 3041591040: // Bấm phiếm số 5, điều khiển Led 5 sáng tắt digitalWrite(Ledpin[4], !digitalRead(Ledpin[4])); break;
} lastTime = millis();//Reset biến lastTime
IrReceiver.resume(); // Cho phép nhận giá trị tiếp theo
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ, THẢO LUẬN VÀ KẾT LUẬN
Kết quả chạy mô hình thực tế
Cửa mở khóa bằng thẻ từ:
- Nếu thẻ đúng mã thẻ, của sẽ mở và đóng lại sau 5 giây.
- Nếu thẻ sai hoặc chưa được nhập mã, hệ thống sẽ báo đỏ và còi báo hiệu sẽ phát tiếng cảnh báo.
Cửa cuốn mở khóa bằng remote:
- Mở của lên bằng phím tắt số 3.
- Đóng của bằng phím tắt số 4.
Màn hình LCD hiển thị nhiệt độ và độ ẩm trong nhà
Hệ thống điện trong nhà:
- Sử dụng phím tắt 0, 6, 7, 8 để bật hệ thống đèn.
- Sử dụng phím tắt 0, 6, 7, 8 để tắt hệ thống đèn.
Thảo luận về hạn chế và giải pháp
Mô hình thiết kế nhà thông mình còn đơn sơ, các hệ thống tiện ích an toàn vẫn chưa đầy đủ và cần nâng cấp Còn nhiều chức năng chưa được phát huy hết tiềm năng.
Các giải pháp tiện ích nâng cấp thêm cho nhà thông minh:
Tiện ích điều khiển hệ thống chiếu sáng thông minh:
- Bật/tắt đèn bằng giọng nói Tiếng Việt
- Chế độ hẹn giờ linh hoạt
- Điều khiển đèn linh hoạt theo nhóm hoặc riêng lẻ
- Điều chỉnh màu sắc, cường độ ánh sáng theo ý thích
Tiện ích điều khiển rèm cửa tự động:
- Cho phép điều khiển từ xa qua Smartphone
- Điều khiển bằng giọng nói
- Nâng cấp động cơ, tăng tính thẩm mỹ
Tiện ích điều khiển các thiết bị thông minh trong nhà
- Cho phép sử dụng Smartphone để điều khiển từ xa các thiết bị trong nhà: tivi, tủ lạnh, máy giặt, điều hòa…
- Cho phép sử dụng giọng nói hoặc cử chỉ để điều khiển từ xa các thiết bị trong nhà: tivi, tủ lạnh, máy giặt, điều hòa…
Tiện ích điều khiển kiểm soát hệ thống an ninh, hệ thống cửa
- Khóa của thông minh: cho phép đóng mở từ xa, kiểm tra việc ra vào mỗi ngày thông qua hệ thống, cảnh báo nhắc nhở khóa cửa….
- Camera phát hiện người lạ đột nhập, tự động gửi video, phát còi cảnh báo, gọi cảnh sát…
Tiện ích phát hiện cháy nổ, phát hiện khí gas, tự động gọi cứu hỏa và bật chế độ phun nước khi có cháy.
Tiện ích tạo các chế độ không gian thông minh:
- Thức dậy: tự động mở rèm, bật TV, bật bình nóng lạnh
- Rời khỏi nhà: Toàn bộ thiết bị sẽ đóng
- Khi xem phim: rèm tự động kéo, giảm độ sáng đèn xuống
Tiện ích tiết kiệm năng lượng:
- Bật tắt đèn từ xa, tự động ngắt điện trong nhà khi ra khỏi nhà
- Sử dụng công nghệ năng lượng mặt trời, các công nghệ năng lượng tái tạo…
- Theo dõi mức điện năng tiêu thu của gia đình qua Smartphone
Trên thực tế, việc áp dụng các thiết kế nhà thông minh ở nước ta còn rất hạn chế, chỉ có một số các tập đoàn lớn tích hợp các hệ thống thông minh vào trong các mô hình bất động sản của mình do chi phí thi công còn đắt đỏ, người dân đã quá quen thuộc với những ngôi nhà bình thường để chuyển sang một ngôi nhà thông minh.
Kết luận
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, cuộc sống ngày càng hiện đại, nhu cầu của con người theo đó cũng tăng lên đòi hỏi mức độ hưởng thụ trong một ngôi nhà sẽ cao cấp, sang trọng hơn Với những ưu điểm vượt trội của nhà thông minh thì trong tương lai nhà thông mình sẽ là tiêu chuẩn của mọi ngôi nhà, nó sẽ thay thế những ngôi nhà truyền thống mà người dân đã rất quen thuộc Chính vì vậy, thị trường nhà thông minh là một thị trường tiềm năng mà chúng ta có thể thử sức mình.
