thiết kế và thi công mô hình nhà thông minh với opencv trong python

Là một sinh viên khoa Điện- điện tử của Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Đà Nẵng, với những kiến thức đã học cùng với mong muốn thiết kế và thi công một ngôi nhà tự động hóa đáp ứng được

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC

ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH

VỚI OPENCV TRONG PYTHON

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC

ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH

VỚI OPENCV TRONG PYTHON

Đà Nẵng, tháng 1 năm 2024

Hoàng Việt Thắng

1911505120155

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình nhà thông minh với OpenCv trong

Python Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Chương – Hoàng Việt Thắng Mã SV: 1911505120105 - 1911505120155 Lớp: 19D2

Ngày nay trên thế giới với sự bùng nổ của các ngành công nghệ thông tin, điện tử, Đã làm cho đời sống của con người ngày càng hoàn thiện Các thiết bị tự động hóa đã ngày càng xâm lấn vào trong sản xuất và thậm chí là vào cuộc sống sinh hoạt hằng ngày của mỗi con người Do đó một ngôi nhà thông minh không còn là ước mơ của con người nữa mà nó đã trở thành hiện thực hóa Qua báo chí, các phương tiện truyền thông, internet chúng ta có thể thấy những mô hình ngôi nhà thông minh đã ra đời Là một sinh viên khoa Điện- điện tử của Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Đà Nẵng, với những kiến thức đã học cùng với mong muốn thiết kế và thi công một ngôi

nhà tự động hóa đáp ứng được nhu cầu sinh hoạt hằng này, em đã chọn "Thiết kế và thi công mô hình nhà thông minh với OpenCV trong Pyhton" làm đề tài của mình

Yêu cầu chung :- Tính thực thi cao, có khả năng phát triển - Đảm bảo về chất lượng, độ chính xác cao, làm việc lâu dài, bền bỉ - Tiết kiệm chi phí, linh kiện dễ kiếm dễ sử dụng và dễ dàng thay thế khi xảy ra sự có

- Giảm thiểu chi phí, thời gian vận hành, bảo dưỡng và sữa chữa Phương án và nhiệm vụ thiết kế:

- Thực hiện mở khóa bằng 2 cách: Mật khẩu, nhận diện khuôn mặt- Có ma trận phím 5x4 chọn chức năng mở cửa bằng mật khẩu, thay đổi mật khẩu - Hiển thị thông báo kết quả lên màn hình LCD

- Nếu nhập mật khẩu đúng thì khóa điện tử sẽ mở mà thông báo ra màn hình LCD Còn nếu mật khẩu sai thì sẽ thông báo ra màn hình LCD

- Nếu nhập mật khẩu sai quá 3 lần thì còi (buzzer) sẽ báo và sẽ bị vô hiệu hóa thiết bị trong vòng 1 phút và sẽ hiển thị lên màn hình LCD

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu

- Các giải pháp kỹ thuật, công nghệ và bảo mật cho nhà thông minh - Các giải pháp bảo mật, xác thực truy cập cho nhà thông minh như xác thực nhận diện khuôn mặt, xác thực mật khẩu truy cập

- NODEMCU ESP8266, vi điều khiển STM32, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22, cảm biến khí gas MQ2, servo MG90S

3 Nội dung chính của đồ án

- Tổng quan các giải pháp kỹ thuật, công nghệ và bảo mật cho nhà thông minh Tìm hiểu

các giải pháp bảo mật, xác thực truy cập cho nhà thông minh như mật khẩu truy nhập, nhận diện khuôn mặt

- Thiết bị phần cứng cho các ứng dụng xác thực truy cập cho nhà thông minh : Các module

thiết bị, KIT điều khiển ứng dụng cho các nghiên cứu nhận diện khuôn mặt và xác thực

mật khẩu Bao gồm NODEMCU ESP8266, vi điều khiển STM32, bàn phím Keypass 5x4 …

- Thiết kế, kết nối và lập trình điều khiển cho mô hình, sơ đồ khối và chức năng các khối Lựa chọn linh kiện và xây dựng mô hình Lưu đồ thuật toán và lập trình ứng dụng cho mô hình

- Thử nghiệm và đánh giá mô hình: Các kết quả vận hành, thử nghiệm và đánh giá hiệu quả của mô hình

- Viết báo cáo đề tài theo đúng quy định

4 Sản phẩm dự kiến

Mô hình nhà thông minh mở cửa bằng 2 hình thức : mật khẩu, nhận diện khuôn mặt

Giám sát nhiệt độ, độ ẩm và cảnh báo rò rỉ khí gas

5 Ngày giao đồ án: 01/10/2023 6 Ngày nộp đồ án: 25/12/2023

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 12 năm 2024

ThS.Trần Duy Chung

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành kỹ thuật điện tử với đề tài THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH VỚI OPENCV TRONG PYTHON là kết quả của quá trình cố gắng không ngừng nghỉ của bản thân và nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy cô

Trong quá trình thực hiện báo cáo của mình, em đã cố gắng hết sức để hoàn thiện một cách tốt nhất Nhưng với kiến thức và sự hiểu biết có hạn nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót mong các thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến cho đề tài của em có thể hoàn thiện hơn

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo ThS Trần Duy Chung là người trực tiếp hướng dẫn đồ án Thầy đã cung cấp cho em những tài liệu cần thiết, cũng như đã góp ý, chỉnh sửa giúp em hoàn thiện đồ án một cách tốt nhất có thể

Cũng qua đây, em xin chân thành cảm ơn nhà trường, ban lãnh đạo khoa Điện – Điện

tử đã tạo điều kiện để cho em có thể hoàn thành tốt được đồ án của mình Em kính chúc

nhà trường, khoa Điện – Điện tử sẽ tiếp tục phát triển, đào tạo được nhiều thế hệ sinh viên giỏi cho Đại học Đà Nẵng nói riêng và cho đất nước nói chung

Em xin chân thành cảm ơn!

CAM ĐOAN Họ và tên sinh viên: : Nguyễn Thanh Chương – Hoàng Việt Thắng Mã sinh viên: 1911505120105 – 1911505120155 Lớp: 19D2

Em xin cam đoan các kết quả được trình bày trong đồ án này là thành quả nghiên cứu của em trong suốt thời gian qua và chưa từng xuất hiện trong công bố hay sao chép của tác giả khác dưới sự định hướng và hướng dẫn của ThS Trần Duy Chung Các thông tin trích dẫn trong đồ án được chỉ rõ, nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố Các kết quả đạt được chính xác và trung thực Nếu có bất kỳ vi phạm nào, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu mọi sự kỷ luật của khoa và nhà trường

Báo cáo đã được chỉnh sửa dưới sự góp ý của giảng viên hướng dẫn và hội đồng phản biện

Đã thực hiện chỉnh sửa, bổ sung theo đúng yêu cầu của Giảng viên phản biện và Hội đồng chấm

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ··· i

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ···ii

TÓM TẮT ··· iii

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ··· iv

LỜI NÓI ĐẦU ··· i

CAM ĐOAN ···ii

1.2 Mục tiêu của đề tài ··· 2

1.3 Giới thiệu về IOT ··· 2

1.3.1 Một số khái niệm về IoT ··· 2

1.3.2 Cơ sở kỹ thuật của IoT ··· 3

1.3.3 Xu hướng phát triển của thế giới với IoT ··· 3

1.3.4 Ứng dụng của IoT ··· 5

1.3.5 Thách thức trong công việc nghiên cứu và triển khai IoT ··· 5

1.4 Tổng quan về nhà thông minh ··· 5

1.4.1 Khái quát về nhà thông minh ··· 5

1.4.2 Các thành phần cơ bản trong nhà thông minh ··· 8

1.4.3 Nguyên tắt hoạt dộng của nhà thông minh ··· 9

1.4.4 Tiêu chuẩn nhà thông minh ··· 10

1.4.5 Những xu hướng phát triển của nhà thông minh ở Việt Nam ··· 10

1.4.6 Mốt số hãng sản xuất sản phẩm nhà thông minh hiện nay ··· 11

1.5 Ưu điểm và nhược điểm của nhà thông minh ··· 13

3.5 Lưu đồ thuật toán ··· 52

3.5.1 Lưu đồ thuật toán tổng quát của mô hình ··· 52

3.5.2 Lưu đồ thuật toán các chức năng của khối cảm biến ··· 55

3.5.2.1 Lưu đồ thuật toán chức năng đổi mật khẩu ··· 55

3.5.2.2 Lưu đồ thuật toán chức năng nhận diện khuôn mặt ··· 56

3.5.2.3 Lưu đồ thuật toán chương trình ESP8266 ··· 57

CHƯƠNG 4 : THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH ··· 58

4.1 Mô phỏng thực nghiệm ··· 58

4.1.1 Kết quả đạt được ··· 58

4.1.2 Kết quả thực ngiệm ··· 58

4.1.2.1 Nhập mật khẩu ··· 59

4.1.2.2 Mở khóa bằng nhận diện khuôn mặt ··· 61

4.1.2.3 Giám sát nhiệt độ, độ ẩm, khí gas và bật tắt đèn thông qua app Blynk ··· 63

4.2 Kết quả ··· 64

DANH SÁCH CÁC BẢNG , HÌNH VẼ

Bảng 2.1 Sơ đồ các chân của màn hình LCD 16x2 26

Bảng 2.2 Các tập lệnh của LCD 16x2 31

Bảng 2.3: Chức năng và sơ đồ nối chân của STM32 24

Bảng 2.4 Chức năng và sơ đồ nối chân của ESP8266 ··· 23

Hình 2.11 Sơ đồ chân cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22 ··· 33

Hình 2.12 Sơ đồ kết nối cảm biến DHT22 ··· 33

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ··· 37

Hình 3.1 Sơ dồ khối của hệ thống ··· 37

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn của hệ thống ··· 38

Hình 3.4 Module nguồn 5V LM7805 ··· 38

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý của hệ thống ··· 39

Hình 3.6 Vi điều khiển STM32 ··· 40

Hình 3.7 ESP8266 NODEMCU và sơ đồ chân ··· 41

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến của hệ thống ··· 42

Hình 3.9 Động cơ Servo MG90S ··· 44

Hình 3.10 Cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm DHT22 ··· 43

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý khối chấp hành của hệ thống ··· 44

Hình 3.12 Bàn phím keypad 5x4 ··· 45

Hình 3.13 Màn hình LCD 16x2 ··· 46

Hình 3.14 Phần mềm thiết kế mạch Altium ··· 47

Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch của hệ thống ··· 48

Hình 3.16 Sơ đồ đi dây mạch in và ảnh 3D của mạch ··· 48

Hình 3.17 Ngôn ngữ lập trình Python ··· 49

Hình 3.18 Giao diện viết code trong Pycharm ··· 49

Hình 3.19 Giao diện viết code trong Arduino IDE ··· 50

Hình 3.20 Giao diện trên máy tính của app Blynk ··· 51

Hình 3.21 Giao diện trên điện thoại của app Blynk ··· 51

Hình 3.22 Lưu đồ thuật toán của mô hình ··· 53

Hình 3.23 Lưu đồ thuật toán chức năng đổi mật khẩu ··· 55

Hình 3.24 Lưu đồ thuật toán chức năng nhận diện khuôn mặt ··· 56

Hình 3.25 Lưu đồ thuật toán chương trình ESP8266 ··· 57

CHƯƠNG 4 : THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH ··· 58

4.1 Mô phỏng thực nghiệm ··· 58

Hình 4.1 Hình ảnh LCD đang ở trạng thái ban đầu ··· 58

Hình 4.2 Quá trình mở cửa khi nhập mật khẩu ··· 59

Hình 4.3 Quá trình nhập sai mật khẩu ··· 60

Hình 4.4 Quá trình đổi mật khẩu ··· 61

Hình 4.5 Quá trình nhận dạng khuôn mặt ··· 62

Hình 4.6: Giám sát nhiệt độ, độ ẩm, khí gas và bật tắt đèn thông qua app Blynk ··· 63

Hình 4.7 Mô hình sau khi hoàn thiện ··· 64

Hình 4.8 Mạch khi hoàn thiện ··· 64

KẾT LUẬN ··· 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO ··· 67

PHỤ LỤC ··· 68

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

1

MỞ ĐẦU

Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng các mạch điều khiển được lắp ráp từ các linh kiện rời như kích thước mạch nhỏ, gọn, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy và công suất tiêu thụ thấp

Ngày nay lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con người như máy giặt, đồng hồ điện tử, ti vi nhằm giúp cho đời sống ngày càng hiện đại và tiện lợi hơn

Nắm bắt được điều này, vận dụng kiến thức đã học, chúng em đã tiến hành thực hiện đề tài có tên “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH VỚI OPENCV TRONG PYTHON” để làm báo cáo Đồ Án Tốt Nghiệp sau 4 năm rưỡi học tập và tích lũy kiến thức trong chuyên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điện-Điện Tử tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đà Nẵng

Nội dung đồ án gồm 4 chương: Chương I Tổng quan về nhà thông minh Chương II Cơ sở lí thuyết về các linh kiện Chương III Thiết kế và thi công

Chương IV.Thử nghiệm mô hình

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề

Nhà thông minh đang là xu hướng công nghệ của kỷ nguyên internet kết nối vạn vật (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI), kết nối dữ liệu đám mây… Theo đó, ngôi nhà có các thiết bị được kết nối internet, có thể giám sát và điều khiển tự động thông qua hệ thống cảm biến, điện thoại thông minh hoặc trợ lý ảo

Với công nghệ smarthome, hệ thống điện tử điều khiển từ xa sẽ giao tiếp với người dùng thông qua bảng điện tử đặt trong nhà Ngoài ra, các tính năng còn được tích hợp trên điện thoại di động, máy tính bảng… giúp cho người dùng dễ dàng điều khiển các thiết bị điện, điện tử, cửa cuốn, mái hiên, cổng tự động… chỉ bằng những thao tác đơn giản, tiện lợi

1.2 Mục tiêu của đề tài

Hiện nay nhà thông minh áp dụng ở Việt Nam mới bắt đầu và chưa có nhiều, các công ty đều là đại diện của nước ngoài, việc hiểu biết về nhà thông minh cũng như áp dụng nó như thế nào ở Việt Nam cho hiệu quả, hướng nghiên cứu để phát triển và nội địa hóa, tận dụng lợi thế của Việt Nam là rất cần thiết Cuộc sống của con người ngày càng có nhu cầu cao, mặt khác các nguồn năng lượng và vật liệu cạn kiệt dần do đó nhu cầu ở trong một ngôi nhà thông minh là rất cần thiết nhằm giảm thiểu tiêu hao năng lượng, tận dụng nguồn nguyên vật liệu lợi thế của địa phương Hiện nay công nghệ nhà thông minh trên thế giới ứng dụng một thời gian và Việt Nam cũng đã áp dụng ở một số công trình lớn cũng như nhà ở gia đình Việc áp dụng nhà ở thông minh là cần thiết và thực tế để đạt được các mục tiêu bao gồm chi phí thấp nhất, hiệu quả cao nhất và phát triển bền vững thông qua sự hợp lý, thông minh Nhận thấy thực trạng hiện nay, nhóm chúng em dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Ths.Trần Duy Chung đã thực hiện đề tài “ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH VỚI OPENCV TRONG PYHTON” phù hợp với nhu cầu hiện nay để làm đồ án tốt nghiệp môn học

1.3 Giới thiệu về IOT 1.3.1 Một số khái niệm về IoT

Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối internet viết tắt là IoT là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh riêng của mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay

3 người với máy tính IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và internet Nó đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó Hiểu một cách đơn giản IoT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau Việc kết nối có thể thực hiện qua wifi, kết nối băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại Các thiết bị có thể là đện thoại thông minh, máy máy tính bảng, điều hòa, bóng đèn, máy giặt và nhiều thiết bị khác Cisco nhà cung cấp giải pháp thiết bị hàng đầu hiện nay dự báo: Đến năm 2020, sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối internet, thậm chí con số này còn gia tăng nhiều hơn nữa IoT sẽ là mạng khổng lồ kết nối tất cả mọi thứ bao gồm cả con người và sẽ tồn tại các mối quan hệ giữa người và người, người và thiết bị, thiết bị và thiết bị

1.3.2 Cơ sở kỹ thuật của IoT

Điểm quan trọng của IoT đó là các đối tượng phải có thể được nhận biết và định dạng (identifiable) Nếu mọi thứ được "đánh dấu" để phân biệt bản thân đối tượng đó với những thứ xung quanh thì chúng ta có thể hoàn toàn quản lí được nó thông qua máy tính Việc đánh dấu (tagging) có thể được thực hiện thông qua nhiều công nghệ, chẳng hạn như RFID, NFC, mã vạch, mã QR, watermark kĩ thuật số Việc kết nối thì có thể thực hiện qua wifi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại

Ngoài những kĩ thuật nói trên, nếu nhìn từ thế giới web, chúng ta có thể sử dụng các địa chỉ độc nhất để xác định từng vật, chẳng hạn như địa chỉ IP Mỗi thiết bị sẽ có một IP riêng biệt không nhầm lẫn Sự xuất hiện của IPv6 với không gian địa chỉ cực kì rộng lớn sẽ giúp mọi thứ có thể dễ dàng kết nối vào Internet cũng như kết nối

với nhau

1.3.3 Xu hướng phát triển của thế giới với IoT

Mặc dù đã có từ lâu nhưng kỳ nguyên Internet of Things chỉ thực sự được chú ý và bùng nổ trong những năm gần đây, sau sự phát triển của smartphone, tablet và những kết nối không dây, Và ngay sau khi nhận được sự chú ý của cộng đồng, IoT đã cho thấy tiềm năng của mình với những số liệu đáng kinh ngạc

Là “một trong những phát kiến quan trọng và quyền lực nhất của loài người”, Cisco IBSG, nhà cung cấp giải pháp và thiết bị mạng hàng đầu hiện nay dự báo: Đến năm 2020, sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, bao gồm hàng tỷ thiết bị di động,

4 tivi, máy giặt, Để thấy được sự phát triển của lĩnh vực nảy, họ cũng đưa ra số liệu vào năm 1984, khi mà Cisco mới thành lập mới chỉ có khoảng 1.000 thiết bị được kết nối mạng toàn cầu, đến năm 2010, con số này đã lên mức 10 tỷ

Intel, đơn vị mới tham gia vào thị trường sản xuất chip cho các thiết bị thông minh phục vụ IoT cũng đã thu về hơn 2 tỷ USD trong năm 2014 từ lĩnh vực này, tăng trưởng 19% so với năm 2013.Những con số khẳng định IoT là xu hướng của tương lai Internet of Things đến năm 2020 dự kiến sẽ đạt đến: 4 tỷ người kết nối với nhau, 4 ngàn tỷ USD doanh thu, hơn 25 triệu ứng dụng hơn 25 tỷ hệ thống nhúng thông minh và 50 ngàn tỷ Gigabytes dữ liệu

Tác động của IoT rất đa dạng, trên các lĩnh vực: quản lý hạ tầng, y tế, xây dựng và tự động hóa, giao thông

Cụ thể với lĩnh vực sản xuất - chế tạo, hiện theo thống kê của PwC, đã có 35% nhà sản xuất sử dụng cảm biến thông minh, 10% dự kiến sẽ sử dụng và 8% có kế hoạch sử dụng các thiết bị thông minh này trong 3 năm tới

Trong lĩnh vực dầu khí, khai thác mỏ, dự kiến sẽ có 5,4 triệu thiết bị IoT được triển khai tại các cơ sở khai thác tới năm 2020 Chủ yếu sẽ là các bộ cảm biến kết nối Internet giúp cung cấp thông tin về môi trưởng Dầu khí là một trong những ngành công nghiệp chủ chốt ứng dụng IoT trên diện rộng tới năm 2020 Trong khi đó, xe hơi kết nối đang là xu hướng nổi bật của thiết bị IoT hiện nay Dự tính tới năm 2020, sẽ có hơn 220 triệu xe kết nối lưu thông trên đường

Về bảo hiểm, 74% lãnh đạo trong ngành bảo hiểm tin rằng IoT sẽ thay đổi cơ bản chính sách bảo hiểm trong 5 năm tới, 74% có kế hoạch đầu tư phát triển và thực hiện các chiến lược về IoT - theo một nghiên cứu của SMA Research

Còn với quốc phòng, chi tiêu cho các thiết bị bay không người lái dự kiến sẽ đạt 8,7 tỉ USD vào năm 2020 Ngoài ra, theo dự báo của Frost & Sullivan, sẽ có khoảng 126.000 robot quân sự sẽ được triển khai vào năm 2020

Lĩnh vực nông nghiệp cũng không nằm ngoài vòng xoáy IoT Dự kiến sẽ có 75 triệu thiết bị IoT được triển khai trong lĩnh vực này vào năm 2020, với tỉ lệ tăng hàng năm đạt 20% Chủ yếu đó sẽ là những bộ cảm biến đặt trong lòng đất để theo dõi độ axit, nhiệt độ và các thông số giúp canh tác vụ mùa hiệu quả hơn

Vì thế, Internet of Thing đang là chìa khóa của thành công trong tương laicents Bên cạnh đó, công nghệ không dây đáp ứng đa tiêu chuẩn đang giúp giảm giá thành các mặt

5 hàng thiết bị kết nối không dây; và những giao thức Internet mới đã giúp hiện thực hóa việc kết nối hàng tỷ thiết bị vào mạng lưới Internet

Hiện trên thị trường đang có ngày càng nhiều thiết bị di động giá rẻ, sự cải thiện về điều kiện kinh tế của nhóm khách hàng Châu Á đã dẫn đến sự gia tăng theo cấp số nhân về sử dụng thiết bị di động ở khu vực này

1.3.4 Ứng dụng của IoT

IoT có rất nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như tự động hóa ngôi nhà, mua sắm thông minh, quản lí các thiết bị cá nhân, đồng hồ đo thông minh, phản hồi trong các tình huống khẩn cấp, quản lí môi trường Hiện nay nhiều hãng, công ty, tổ chức trên thế giới đang nghiên cứu các nền tảng giúp xây dựng nhanh ứng dụng

dành cho IoT Đại học British Columbia ở Canada hiện đang tập trung vào một bộ toolkit cho phép phát triển phần mềm IoT chi bằng các công nghệ/tiêu chuẩn Web cũng như giao thức phổ biến Công ty như ioBridge thì cung cấp giải pháp kết nối và điều khiển hầu như bất kì thiết bị nào có khả năng kết nối Internet, kể cả đèn bàn, quạt máy

1.3.5 Thách thức trong công việc nghiên cứu và triển khai IoT

IoT vẫn còn một số trở ngại như chưa có một ngôn ngữ chung Ở mức cơ bản nhất, Internet là một mạng dùng để nối thiết bị này với thiết bị khác Nếu chỉ riêng có kết nối không thôi thì không có gì đảm bảo rằng các thiết bị biết cách nói chuyện nói nhau Để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau, chúng sẽ cần một hoặc nhiều giao thức (protocols), có thể xem là một thứ ngôn ngữ chuyên biệt để giải quyết một tác vụ nào đó Chắc chắn bạn đã ít nhiều sử dụng một trong những giao thức phổ biến nhất thế giới, đó là HyperText Transfer Protocol(HTTP) để tải web Ngoài ra chúng ta còn có SMTP, POP, IMAP dành cho email, FTP dùng để trao đổi file Những giao thức như thế này hoạt động ổn bởi các máy chủ web, mail và FTP thường không phải nói với nhau nhiều, khi cần, một phần mềm phiên dịch đơn giản sẽ đứng ra làm trung gian để hai bên hiểu nhau Còn với các thiết bị IoT, chúng phải đảm đương rất nhiều thứ, phải nói chuyện với nhiều loại máy móc thiết bị khác nhau Đáng tiếc rằng hiện người ta

chưa có nhiều sự đồng thuận về các giao thức để IoT trao đổi dữ liệu 1.4 Tổng quan về nhà thông minh

1.4.1 Khái quát về nhà thông minh

6 Nhà thông minh hay hệ thống nhà thông minh là một ngôi nhà căn hộ được trang bị các hệ thống tự động thông minh cùng với cách bố trí hợp lý, các hệ thống này có khả năng tự điều phối các hoạt động trong ngôi nhà theo thói quen sinh hoạt và nhu cầu cá nhân của gia chủ Chúng ta cũng có thể hiểu ngôi nhà thông minh là một hệ thống chính thể mà trong đó, tất cả các thiết bị điện tử gia dụng đều được liên kết với thiết bị điều khiển trung tâm và có thể phối hợp với nhau để cùng thực hiện một chức năng Các thiết bị này có thể tự đưa ra cách xử lý tình huống được lập trình trước, hoặc là được điều khiển và giảm sát từ xa nhằm mục đích làm cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an toàn và góp phần sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên

Một trong những ví dụ cơ bản nhất của nhà thông minh là một hệ thống kiểm soát mức độ chiếu sáng của hệ thống đèn giúp tiết kiệm điện và phù hợp với khung cảnh, chẳng hạn như cài đặt đèn ánh sáng nhẹ cho các bữa tiệc tối Hệ thống cũng có thể kiểm soát nhiệt độ, hệ thống khóa cửa tự động, hệ thống cảnh báo khí gas Nhà thông minh ngoài ra còn có một số ứng dụng sáng tạo hơn gồm hệ thống điều khiển giải trí tại gia – loa công suất khác nhau, hệ thống điện thoại, liên lạc nội bộ, hệ thống tưới nước

Các chức năng này có thể được thực hiện nhờ các thiết bị trong nhà được kết nối với nhau để hệ thống máy tính trung tâm có thể theo dõi các trạng thái và ra các quyết định điều khiển phù hợp

Nhà thông minh đã được hình dung trong các tác phẩm khoa học viễn tưởng từ nhiều năm nhưng nó chỉ trở thành hiện thực kể từ thế kỷ 20 sau sự phát triển rộng rãi của điện và những tiến bộ nhanh chóng của công nghệ thông tin Công nghệ nhà thông minh là hiện thực và nó ngày càng trở nên tinh vi Các tín hiệu được mã hóa được gửi đi qua hệ thống dây dẫn, mạng không đây đến các bộ chuyển mạch, ổ điện được lập trình sẵn để vận hành các đồ gia dụng và thiết bị điện tử ở trong ngôi nhà

Sự tự động hóa của ngôi nhà đặc biệt có ích cho người lớn tuổi và người tàn tật, những người muốn sống tự lập

Việc lắp đặt các sản phẩm thông minh đem lại cho ngôi nhà và chủ nhân của nó rất nhiều lợi ích tương tự như những lợi ích mà công nghệ và máy tính cá nhân đã đem lại cho chúng ta nhiều năm qua, bao gồm: sự tiện nghi, tiết kiệm thời gian, tiền bạc và năng lượng

7

Hình 1.1 Mô hình nhà thông minh

⚫ Nhà thông minh trên thế giới:

- Nhà thông minh của Bill Gates: Tự động thay đổi nhiệt độ và dịch vụ trong khu vực phù

hợp với yêu cầu của khách khi họ nhập thông số theo sở thích, chế độ chăm sóc cây cối tự động 24/24

- Ngôi nhà thông minh Harbour Hide ở Anh: các tấm kính đổi màu điện tử của ngôi nhà

đều có thể kiểm soát, thay đổi, điều chỉnh màu sắc sáng hoặc tối như ánh sáng ngoài trời

- Ngôi nhà đổi màu duy nhất ở Los Angeles:Hệ thống sẽ tự động đóng cửa khi ánh sáng

bên ngoài quá chói với người dùng trong nhà, cho phép điều khiển hệ thống âm thanh, nhiệt độ từ xa bằng iPad

8 ⚫ Nhà thông minh tại Việt Nam:

-Nhà thông minh Hunonic: Hunonic đã nghiên cứu và tung ra các giải pháp thông minh đáp ứng đầy đủ nhu cầu cho một ngôi nhà thông minh hiện đại như giải pháp chiếu sáng, điều khiển tv, điều hòa, máy bơm, giải pháp an ninh, cửa, cổng, camera giám sát, cảm biến chuyển động, giải pháp môi trường sống thông minh, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm

-Nhà thông minh Bkav: Bkav cho phép kết nối tất cả các thiết bị điện trong nhà như hệ thống đèn chiếu sáng, bình nước nóng lạnh, hệ thống rèm cửa, cùng với hệ thống an ninh, camera thành một hệ thống đồng bộ

-Nhà thông minh Lumi: điều khiển, quản lý kiểm soát các thiết bị điện trong nhà thông qua bảng điều khiển được gắn trên tường nhà hoặc thiết bị di động như smartphone hay

Hệ thống cửa ra vào sẽ được lắp đặt các khóa nhận diện khuôn mặt hoặc mật khẩu nhằm nhận dạng người trong nhà hoặc khách để cấp quyền “đăng nhập” Mỗi khi có sự kiện mới, hệ thống kiểm soát ra vào này cũng sẽ kích hoạt các hệ thống khác để lưu giữ các thay đổi do người dùng tạo ra

- Hệ thống cảm biến và báo động

Hệ thống các cảm biến là thành phần quan trọng trong bất kì hệ thống nào của ngôi nhà, các cảm biến có nhiệm vụ gửi các thông số đo được về cho bộ xử lý trung tâm để có giải pháp phù hợp với từng gói dữ liệu và xử lý từng tình huống tương ứng

Các cảm biến cơ bản như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến gas, cảm biến áp suất, cảm biến hồng ngoại

- Hệ thống các công tắt điều khiển trạng thái

Hệ thống các công tắc và bảng hiển thị sẽ cung cấp thông tin cũng như nhận lệnh điều khiển từ gia chủ Đảm bảo sự tương tác hai chiều giữa các thành viên và hệ thống tự động Hệ thống bao gồm: các điều khiển từ xa, các công tắc gắn tưởng các bảng điều khiển tương tác HMI, điện thoại thông minh

9

- Hệ thống xử lý trung tâm, điều khiển từ xa

Ngôi nhà thông minh được đánh giá cao và khác hẳn những ngôi nhà binh thường là do nó được trang bị một hệ thống điều khiển và toàn bộ các thay đổi và điều khiển tự động trong ngôi nhà được xử lý đồng nhất thông qua hệ thống xử lý trung tâm Nó có vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ liên kết các hệ thống khác trong ngôi nhà lại với nhau, điều phổi của hệ thống chấp hành một cách nhịp nhàng theo các điều kiện tác động được lập trình từ trước Chúng ta gọi đó là các kịch bản – hay là các điều kiện môi trường trong ngôi nhà Gần đây với sự phát triển của tri tuệ nhân tạo (AI) thì quá trình điều khiển ngôi nhà càng trở nên tinh vi hơn Một vài sự kết hợp tiêu biểu:

Hệ thống chiếu sáng với Hệ thống xử lý trung tâm có thể học và thực hiện theo thổi quen của người sử dụng Hay các thiết bị chiếu sáng sẽ hoạt động theo chu trình thời gian đặt trước

Hệ thống chiếu sáng kết hợp với Hệ thống cảm biến cung cấp khả năng tự động điều khiển ánh sáng như: đèn tự động tắt khi không có người trong phòng

Hệ thống cảnh báo kết hợp với hệ thống chiếu sáng: khi có vấn đề xảy ra như cháy nổ, phát hiện ăn trộm các bóng đèn sẽ chớp sáng liên tục, đồng thời sẽ có tiếng còi báo hiệu Hệ thống cảm biến kết hợp với hệ thống xử lý trung tâm báo cáo tình trạng lưu trữ điện trong các UPS, cảnh báo rò rỉ khí gas nhằm đảm bảo sự an toàn cho gia đình

1.4.3 Nguyên tắt hoạt dộng của nhà thông minh

Nhà thông minh được hiểu là hệ thống các thiết bị điện tử gia dụng được kết hợp với nhau thành mạng thiết bị và hoạt động theo kịch bản tùy biến nhằm tạo ra môi trường sống tiện nghi, an toản, tiết kiệm năng lượng Một hệ thống nhà thông minh cơ bản bao gồm một máy tính điều khiển trung tâm, được gọi là máy chủ (Home Server), có nhiệm vụ kết nối các thiết bị với nhau và điều khiển toàn bộ hệ thống nhà.Các thiết bị gia dụng đầu cuối là những vật dụng điện tử trong nhà như các thiết bị an ninh, hệ thống cửa, điều hòa, rẻm mành, hệ thống đèn, quạt thông gió, ti vi, bếp gas Các thiết bị này được kết nối với nhau trong hệ thống mạng thiết bị bằng công nghệ truyền dữ liệu, qua đường điện (Power line communication – PLC) hoặc không dây (Zigbee) và được kết nối trực tiếp đến Home Server

Cuối cùng là hệ thống các phần mềm điều khiển ngôi nhà cải đặt trên Home Server, trên các thiết bị điều khiển và các thiết bị điện tử gia dụng đầu cuối Chủ nhân của Hệ thống nhà thông minh có thể kiểm soát, điều khiển ngôi nhà cũng như các thiết bị trong

10 nhà bằng nhiều phương tiện như: điện thoại di động, tablet, laptop ở bất kì đâu và bất kỳ lúc nào

1.4.4 Tiêu chuẩn nhà thông minh

Với sự phát triển không ngừng của khoa học hiện đại, con người đã ngày càng nâng cao đời sống của mình hơn và luôn mơ ước tới một cuộc sống hiện đại và tiện nghi nhất Chính từ những nhu cầu đó, con người đã có rất nhiều sáng tạo phục vụ cho cuộc sống Và ý tưởng “ngôi nhà thông minh” cũng xuất phát từ nhu cầu thực tiền như vậy Những công nghệ phục vụ cho ngôi nhà mơ ước đã có từ rất lâu nhưng gần đây mới được đưa ra công bố rộng rãi Có rất nhiều công ty đã đưa ra giải pháp cho ngôi nhà thông minh, nhưng nhìn chung tất cả đều hướng đến các tiêu chuẩn sau đây:

Tự động hóa hoạt động của ngôi nhà Các thiết bị cảm biến, giám sát sẽ thu thập thông tin của ngôi nhà như nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa Các thông tin thu thập được sẽ được phân tích ở bộ xử lý trung tâm Từ kết quả phân tích được sẽ đưa ra các điều khiển hoạt động của các thiết bị cho phù hợp nhất Ngoài ra các tính năng như bật đèn, đóng mở rèm cũng có thể được cài đặt hoạt động tự động theo ý muốn của người sử dụng

Đảm bảo an ninh, an toàn cho ngôi nhà Hiện nay hệ thống giám sát an ninh như camera, dấu vân tay hoặc nhận dạng qua hình ảnh đã và đang được sử dụng rất phổ biển Hầu như nhà nào cũng được trang bị đầy đủ, vì vậy các hệ thống nhà hiện nay đang được đánh giá có chất lượng an ninh, an toàn rất tốt

Đem lại sự thoải mái cho người sử dụng Đây là tiêu chỉ đánh giá quan trọng nhất cho mỗi ngôi nhà Mỗi ngôi nhà sẽ được thiết kế sao cho đem lại sự thoải mái nhất cho người sử dụng Qua đó nâng cao chất lượng cuộc sống cho mỗi người sử dụng

Cung cấp các dịch vụ giải trí chất lượng cao Ngày nay nhu cầu giải trí của người sử dụng ngày càng cao Để đáp ứng được nhu cầu này cho người sử dụng, mỗi ngôi nhà đều được trang bị các hệ thống giải trí có chất lượng tốt nhất

Cung cấp khả năng giám sát, điều khiển từ xa Mỗi ngôi nhà thông minh đều được trang bị các hệ thống giám sát, các hệ thống này đều được kết nối tới thiết bị của người sử dụng nên ngôi nhà luôn được giám sát rất tốt Các thiết bị đều được kết nối tới bộ quản lý trung tâm vì thế người sử dụng có thể điều khiển bất kỳ thiết bị nào ở mọi nơi vào mọi thời điểm khi mà các thiết bị đã được kết nối qua internet

Tăng hiệu suất các hệ thống, giam điện năng tiêu thụ Với các hệ thống điều khiển đơn giản nhưng hiệu quả thì năng lượng luôn được tiết kiệm một cách tối ưu

1.4.5 Những xu hướng phát triển của nhà thông minh ở Việt Nam

11 Vài năm trở lại đây, khi thế giới đang dần tiến vào kỷ nguyên Internet of Things (IoTs), kết nối mọi vật qua Internet, nhà thông minh trở thành một xu hướng công nghệ tất yếu, là tiêu chuẩn của nhà ở hiện đại Việt Nam cũng không nằm ngoài xu hướng này Nhà thông minh Việt Nam là một khái niệm không còn xa lạ với nhiều người Không những thế, thị trường nhà thông minh Việt Nam phát triển mạnh chủ yếu tại những thành phố lớn như Hải Phòng, Hà Nội, Đà Nẵng, tp Hồ Chí Minh Bởi tại những thành phố lớn, việc tiếp cận các khái niệm và công nghệ mới dễ dàng hơn - Xu hướng nhà thông minh trên thế giới:

Đối với các công ty lớn về công nghệ thì cuộc cánh mạng công nghệ 4.0 và công nghệ IoT được xem là cơ hội tỉ USD trên thị trường đầy tiềm năng này Theo một thống kê của công ty nghiên cứu thị trường Statista thì vào năm 2020 giá trị thị trường của Smarthome -nhà thông minh dự báo đạt tới 43 tỉ USD Con số này tăng gấp 3 lần so với năm 2014 Xu hướng nhà thông minh được dự báo như một trong những ứng dụng công nghệ một cách toàn diện nhất vào cuộc sống, là cả một căn nhà chứ không chỉ là một thiết bị thông minh

- Xu hướng nhà thông minh tại Việt Nam: Với những tiềm năng phát triển đó, có nhiều nhà phát triển và xâm nhập thị trưởng nhà thông minh Việt Nam như Lumi, Bkav, hay tới các nhà đầu tư nước ngoài khác Tuy chỉ mới phát triển từ 3 -5 năm nay, nhưng nhiều đơn vị trong nước đã nắm được thị phần phân phối nhà thông minh tại Việt Nam khá lớn như Lumi, Bkav Các doanh nghiệp ở Việt Nam phần lớn cung cấp các giải pháp nhà thông minh thiên về giải pháp an ninh, an toàn, điều khiển thiết bị thông qua smartphone, điều khiển qua loa thông minh,

1.4.6 Mốt số hãng sản xuất sản phẩm nhà thông minh hiện nay

Tại Việt Nam hiện nay, nhu cầu lắp đặt nhà thông minh chưa nhiều vì đây là một lĩnh vực còn khá mới Nhà thông minh được lắp đặt chủ yếu tại các tòa nhà mới xây, khu chung cư cao cấp, và một số ít biệt thự, khách sạn sang trọng

Hiện tại, thị trưởng nhà thông minh ở Việt Nam chia thành 2 phân khúc là trung cấp và cao cấp Với phân khúc cao cấp khách hàng phải bỏ từ vài trăm triệu tới vài tỉ động cho trọn bộ giải pháp nhà thông minh Các đơn vị thực hiện thường là đối tác ủy quyền của những ông lớn về công nghệ trên thế giới như Mỹ, Pháp, Đức,

Còn đối với nhà thông minh Việt Nam, khách hàng chỉ mất chi phí từ 30 -50 triệu là có thể hoàn thiện một căn hộ chung cư thông minh Và với chi phí từ 70 -100 triệu động

12 cho một căn biệt thự đầy đủ giải pháp Không những thế, việc thi công chỉ mất từ 2 -3 ngày mà không đập phá hay phải đi dây lại hệ thống điện

Một số tập đoàn sản xuất nhà thông minh nổi tiếng

a Tập đoàn Scheneide – Pháp

Scheneider là một tập đoàn lớn trên thế giới cung cấp thiết bị điện Ngày 18/ 4/2017 tập đoàn Scheneider đã khánh thành nhà máy chuyên sản xuất thiết bị điện cho giải pháp nhà thông minh tại khu công nghệ cao Sài Gòn, Quận 9, TPHCM Có

thể xem đây là một trong những nhà máy có quy mô lớn nhất của tập đoàn Scheneider trong chuỗi cung ứng toàn cầu gồm hơn 200 trung tâm sản xuất Các thiết bị điện thông minh của Scheneider đều có những ưu điểm vượt trội về chất lượng cũng như độ bền của sản phẩm Tuy nhiên mẫu mã thiết kế của sản phẩm chưa thật sự sắc xảo, tinh tế So với giá thành mà khách hàng phải bỏ ra rất cao để sở hữu một thiết bị điện của Scheneider

b Nhà thông minh Smart 4G – Mỹ

Smart 4g tập đoàn chuyên về tư vấn và cung cấp thiết bị nhà thông minh, được thành lập từ năm 1986 có trụ sở chính tại Mỹ Giải pháp nhà thông minh của Smart 4G cũng tương tự như các hãng nhà thông minh hiện nay chưa có gì nổi trội và khác biệt lớn Thiết kế thiết bị điện thông minh của hãng được đánh giá là chưa được đẹp, thiết kế của sản phẩm vẫn còn 1 phần nào đó hơi thô chưa được sang trọng Giá thành sản phẩm khá cao so với mức thu nhập của người Việt Nam

c Công ty nhà thông minh TIS Smarthome – Mỹ

TIS SMART HOME là thương hiệu đến từ Mỹ với kinh nghiệm hơn 15 năm trong lĩnh vực nhà tự động (home automation) và nhà thông minh (smart home) Văn phỏng và nhà máy của TIS được đặt tại Texas Sau đó, nhằm muốn giảm chi phi sản xuất thiết bị nên TIS đã dời xưởng sản xuất về Hong Kong – Trung Quốc, điều này giúp thiết bị thông minh của TIS có giá thành khá tốt so với các hãng khác Về thiết kế sản phẩm của TIS, thiết kế mặt kính hiện đại và sang trọng Sản phẩm đạt chất lượng tiêu chuẩn châu u Công ty đã có những dự án công trình lớn như Vinhome Tân Cảng, khu căn hộ cao cấp Horizon, khu dân cư Fezzila, biệt thự biển, bãi giữ xe quy mô lớn ở các trung tâm thương mại Hiện nay, TIS cũng đang đẩy mạnh vào phân khúc các hộ gia đình trung lưu muốn sở hữu nhà thông minh…

- Tối Ưu Hóa Năng Lượng: Hệ thống tự động hóa trong nhà thông minh giúp tiết kiệm năng lượng bằng cách điều chỉnh ánh sáng, nhiệt độ và việc sử dụng thiết bị điện tử theo điều kiện môi trường hoặc lịch trình được đặt trước

- An Ninh và Bảo Mật: Các hệ thống an ninh như camera giám sát, cảm biến chuyển động và hệ thống thông báo khẩn cấp giúp người dùng cảm thấy an tâm hơn về an ninh cho ngôi nhà của họ

- Tăng Trải Nghiệm Sống: Việc tích hợp các thiết bị thông minh như loa thông minh, hệ thống giải trí, hay hệ thống giọng nói AI tạo ra môi trường sống tiện nghi và hiện đại

- Tăng Cường Quản Lý và Tiết Kiệm Thời Gian: Hệ thống tự động hóa giúp giảm bớt công việc hàng ngày, như làm sạch, điều chỉnh nhiệt độ, việc mở/đóng cửa, từ đó giúp người dùng tiết kiệm thời gian và tập trung vào công việc hoặc hoạt động khác

- Tăng Tương Tác Gia Đình: Nhà thông minh cũng có thể tạo ra môi trường tương tác gia đình thông qua việc chia sẻ lịch trình, thông báo, hoặc các hoạt động giải trí chung

1.5.2 Nhược điểm:

- Bảo mật và Quyền riêng tư: Với việc dữ liệu cá nhân được thu thập và chia sẻ qua mạng, ngôi nhà thông minh trở thành mục tiêu cho các cuộc tấn công mạng Lỗ hổng bảo mật có thể làm lộ thông tin riêng tư của người dùng

- Tính Tương thích và Tiêu chuẩn hóa: Sự phức tạp của các hệ thống từ nhiều nhà sản xuất khác nhau có thể gây khó khăn trong việc tích hợp và điều khiển các thiết bị Thiếu tiêu chuẩn hóa có thể làm giảm trải nghiệm người dùng

- Độ Tin cậy và Bảo trì: Các thiết bị thông minh có thể gặp sự cố kỹ thuật hoặc mất kết nối, làm mất đi tính ổn định và tin cậy của hệ thống Bảo trì và sửa chữa cũng đòi hỏi kiến thức kỹ thuật đôi khi khó tiếp cận

- Phụ thuộc vào Internet và Điện năng: Hoạt động của nhà thông minh thường phụ thuộc vào internet và nguồn điện Mất kết nối internet hoặc cúp điện có thể làm mất đi các tính năng quan trọng của hệ thống

14 - Chi phí và Tiếp cận: Những giải pháp nhà thông minh thường có chi phí ban đầu cao, từ việc mua sắm thiết bị đến cài đặt và tính năng thêm vào, có thể làm tăng khoảng cách về tài chính giữa các gia đình và giới hạn tiếp cận vào công nghệ này

- Tăng cường Đào tạo và Hiểu biết: Sự phức tạp của hệ thống đòi hỏi người dùng có kiến thức kỹ thuật để sử dụng hiệu quả Đào tạo và cung cấp thông tin để người dùng hiểu rõ về cách sử dụng và bảo vệ an toàn cho các thiết bị là cần thiết

Đối với bàn phím 5x4, bên dưới mỗi phím là một màng công tắc Mỗi công tắc trong một hàng được kết nối với các công tắc khác trong hàng bằng một đường dẫn điện bên dưới mếng đệm Mỗi công tắc trong một cột được kết nối theo cùng một cách một bên của công tắc được kết nối với tất cả các công tắc khác trong cột đó bằng một đường dẫn điện

16 Hình 2.2 Cấu tạo bộ keypad 5x4

2.1.2 Thông số kỹ thuật

- Module bàn phím ma trận 5x4 loại phím mềm - Điện áp tối đa: 35V

- Dòng tối đa đi qua: 100mA - Điện trở tiếp xúc: 0.5 – 10Ω - Điện trở cách điện: 100MΩ - Độ dài cáp: 150mm

- Nhiệt độ hoạt động 0 – 70ºC - Đầu nối ra 9 chân

- Kích thước bàn phím 85 x 73 mm - Có keo dán 3M ở mặt sau

2.1.3 Ứng dụng

- Hệ thống an ninh bảo vệ bằng mật khẩu - Nhập liệu lựa chọn menu, điều khiển thiết bị - Nhập dữ liệu cho các hệ thống nhúng

Khi môi trường sạch điện áp đầu ra của cảm biến thấp, giá trị điện áp đầu ra càng tăng khi nồng độ khí gây cháy xung quanh MQ2 càng cao

MQ2 hoạt động rất tốt trong môi trường khí hóa lỏng LPG, H2, và các chất khí gây cháy khác Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng do mạch đơn giản và chi phí thấp

+ AO: Đầu ra Analog (Tín hiệu tương tự) - Dạng tín hiệu : TTL đầu ra 100mA ( Có thể sử dụng trực tiếp Relay, Còi công suất nhỏ )

18 - Điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở

- Sử dụng LM393 để chuyển AO > DO - Trọng lượng: 8g

Hình 2.4 Module cảm biến khí gas MQ2

2.2.3 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.5 Mô phỏng các phần tử Oxy (màu xành lam) thu hút các điện tử tự do ( màu

đen) bên trong SN02 ngăn không cho nó dẫn điện, còn các phần tử khí độc hại ( màu da

cam) giải phóng các điện tử tự do giúp nó dẫn điện nhiều hơn

Khả năng phát hiện khí của cảm biến Gas phụ thuộc vào chemiresister (điện trở hóa trị) để dẫn dòng điện Chemiresistor được sử dụng phổ biến nhất là Thiếc Dioxit (SnO2), là một chấtbán dẫn loại N có các điện tử tự do (còn được gọi là chất cho) Thông thường trong không khí chứa nhiều oxy hơn các khí dễ cháy Các phần tử oxy sẽ thu hút các điện tử tự do có trong SnO2 và đẩy chúng lên bề mặt của SnO2 Vì không có electron

19 tự do nên dòng điện đầu ra sẽ bằng không Ảnh GIF dưới đây cho thấy các phân tử oxy (màu xanh lam) thu hút các điện tử tự do (màu đen) bên trong SnO2 và ngăn không cho nó có các điện tử tự do để dẫn dòng điện

Khi đặt cảm biến trong môi trường khí độc hoặc dễ cháy, khí khử này (màu da cam) phản ứng với các phần tử oxy bị hấp phụ và phá vỡ liên kết hóa học giữa oxy và các điện tử tự do, do đó giải phóng các điện tử tự do Khi các điện tử tự do trở lại vị trí ban đầu, chúng có thể dẫn dòng điện, sự dẫn điện này sẽ tỷ lệ thuận với số lượng điện tử tự

do có sẵn trong SnO2, nếu khí có độc tính cao thì sẽ có nhiều điện tử tự do hơn 2.2.4 Ứng dụng

- Phát hiện hoặc đo lường các loại khí như LPG, Alcohol, Propane, Hydrogen, CO và thậm chí cả methane

- Giám sát chất lượng không khí - Báo động rò rỉ gas

- Bảo trì tiêu chuẩn an toàn - Duy trì các tiêu chuẩn môi trường trong bệnh viện

2.3 NodeMCU ESP8266 2.3.1 Cấu tạo

ESP8266 là một hệ thống trên chip (SoC), do công ty Espressif của Trung Quốc sản xuất Nó bao gồm bộ vi điều khiển Tensilica L106 32-bit (MCU) và bộ thu phát Wi-Fi Nó có 11 chân GPIO (Chân đầu vào / đầu ra đa dụng) và một đầu vào analog, có nghĩa là bạn có thể lập trình nó giống như với Arduino hoặc vi điều khiển khác Bản thân chip ESP8266 có 17 chân GPIO, nhưng 6 trong số các chân này (6-11) được sử dụng để giao tiếp với chip nhớ flash trên bo mạch Ngoài ra nó có kết nối Wi-Fi, vì vậy bạn có thể sử dụng nó để kết nối với mạng Wi-Fi, kết nối Internet, lưu trữ máy chủ web với các trang web thực, để điện thoại thông minh của bạn kết nối với nó, Khả năng là vô tận! Không có gì lạ khi con chip này đã trở thành thiết bị IoT phổ biến nhất hiện có Có nhiều module khác nhau của nó, các module độc lập như dòng ESP - ## của AI Thinker hoặc các bộ phát triển hoàn chỉnh như NodeMCU DevKit hoặc WeMos D1 Các bo mạch khác nhau có thể có các chân cắm khác nhau, có ăng-ten Wi-Fi khác nhau hoặc dung lượng bộ nhớ flash khác nhau trên bo mạch

20 Hình 2.6 NodeMCU ESP8266

- SPI: 1 - I2Cs: 1 - Bộ nhớ Flash: 4 MB - SRAM: 64 KB - Tốc độ đồng hồ: 80 MHz - USB-TTL dựa trên CP2102 được bao gồm trên bo mạch, cho phép Plug n Play Ăng-ten PCB

- Mô-đun có kích thước nhỏ để phù hợp thông minh bên trong các dự án IoT của bạn

21 Hình 2.7 Sơ đồ chân NodeMCU ESP8266

Hỗ trợ chức năng wake-up và có khả

năng deep sleep

nạp chương trình Hạn chế sử dụng để

tránh xung đột D4 GPIO2 Được sử dụng trong

quá trình khởi động

22 và nạp chương

Chân Rx, được sử dụng để flash và gỡ

lỗi

Chân Tx, được sử dụng để flash và gỡ

lỗi CLK GPIO6 Đã kết nối với bộ

nhớ Flash SDO GPIO7 Đã kết nối với bộ

nhớ Flash CMD GPIO11 Đã kết nối với bộ

nhớ Flash SD1 GPIO8 Đã kết nối với bộ

nhớ Flash SD2 GPIO9 Đã kết nối với bộ

nhớ Flash SD3 GPIO10 Đã kết nối với bộ

nhớ Flash