Đề tài trình bày các cảm biến Được sử dụng trong hệ thống quản lý tòa nhà thông minh và nguyên lý hoạt Động

Các cảm biến được sử dụng trong hệ thống quản lý tòa nhà thông minh...6 1.. Mục tiêu của bài báo cáo Bài báo cáo này nhằm trình bày chi tiết về các loại cảm biến được sử dụng trong hệ th

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH



BÁO CÁO MÔN: CẢM BIẾN & THIẾT BỊ THÔNG

MINH

ĐỀ TÀI: TRÌNH BÀY CÁC CẢM BIẾN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÒA NHÀ THÔNG MINH VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Giảng viên

TP.HCM, 4 tháng 7 năm 2024

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN CỦA NHÓM

Lời Cảm Ơn

tận tình giảng dạy và hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập và thực hiện bài báo cáo này Sự hướng dẫn tận tình, những lời khuyên quý báu và sự hỗ trợ không ngừng nghỉ của thầy đã giúp em hoàn thành tốt bài báo cáo này Em cũng xin cảm

ơn thầy vì đã tạo điều kiện thuận lợi cho em được tiếp cận và tìm hiểu sâu hơn về các hệ thống công nghệ hiện đại, đặc biệt là hệ thống quản lý tòa nhà thông minh Một lần nữa, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và kính chúc thầy luôn mạnh khỏe, hạnh phúc và thành công trong sự nghiệp giảng dạy

Mục Lục

I Giới thiệu 4

1 Lý do chọn đề tài 4

2 Mục tiêu của bài báo cáo 5

II Tổng quan về hệ thống quản lý tòa nhà thông minh 5

1 Khái niệm hệ thống quản lý tòa nhà thông minh 5

2 Vai trò của cảm biến trong hệ thống này 6

III Các cảm biến được sử dụng trong hệ thống quản lý tòa nhà thông minh 6

1 Cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensors) 6

1 Tổng quan 6

2 Ví dụ cụ thể 6

3 Thông số kỹ thuật 7

4 Ứng dụng 7

5 Datasheet 7

2 Cảm biến ánh sáng (Light Sensors) 7

1 Tổng quan 7

2 Ví dụ cụ thể 7

3 Thông số kỹ thuật 7

4 Ứng dụng 7

5 Datasheet 8

3 Cảm biến chuyển động (Motion Sensors) 8

1 Tổng quan 8

2 Ví dụ cụ thể 8

3 Thông số kỹ thuật 8

4 Ứng dụng 8

5 Datasheet 8

4 Cảm biến độ ẩm (Humidity Sensors) 8

1 Tổng quan 8

2 Ví dụ cụ thể 9

3 Thông số kỹ thuật 9

4 Ứng dụng 9

5 Datasheet 9

5 Cảm biến áp suất (Pressure Sensors) 9

1 Tổng quan 9

2 Ví dụ cụ thể 9

3 Thông số kỹ thuật 10

4 Ứng dụng 10

5 Datasheet 10

6 Cảm biến chất lượng không khí (Air Quality Sensor) 10

1 Tổng quan 10

2 Ví dụ cụ thể 10

3 Thông số kỹ thuật 11

4 Ứng dụng 11

5 Datasheet 11

7 Cảm biến chất lỏng (Liquid Level Sensors) 11

1 Tổng quan 11

2 Ví dụ cụ thể 11

3 Thông số kỹ thuật 12

4 Ứng dụng 12

5 Datasheet 12

8 Cảm biến mở cửa (Door/Window Sensors) 12

1 Tổng quan 12

2 Ví dụ cụ thể 12

3 Thông số kỹ thuật 13

4 Ứng dụng 13

5 Datasheet 13

9 Cảm biến nhận dạng khuôn mặt (Facial Recognition Sensors) 13

1 Tổng quan 13

2 Ví dụ cụ thể 13

3 Thông số kỹ thuật 13

4 Ứng dụng 14

5 Datasheet 14

IV Sơ đồ khối hệ thống quản lý tòa nhà thông minh 14

1 Sơ đồ khối tổng quan 14

2 Giải thích chi tiết từng khối trong sơ đồ 14

V Kết luận 15

1 Tóm tắt nội dung 15

2 Nhận định và đánh giá 15

3 Hướng phát triển 15

I Giới thiệu

1 Lý do chọn đề tài

Trong bối cảnh công nghệ ngày càng phát triển, hệ thống quản lý tòa nhà thông minh (BMS - Building Management System) đang trở thành xu hướng không thể thiếu trong các công trình xây dựng hiện đại Việc sử dụng các cảm biến để giám sát và điều khiển các yếu tố môi trường và an ninh trong tòa nhà giúp tối ưu hóa năng lượng, nâng cao hiệu quả hoạt động, và đảm bảo an toàn cho cư dân Cảm biến là các thiết bị giúp thu thập dữ liệu về các yếu tố vật lý như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, và khí gas, từ đó giúp hệ thống BMS đưa ra các quyết định điều khiển hợp lý Đề tài này được chọn nhằm làm rõ vai trò của các cảm biến trong việc xây dựng một hệ thống quản lý tòa nhà thông minh hiệu quả

2 Mục tiêu của bài báo cáo

Bài báo cáo này nhằm trình bày chi tiết về các loại cảm biến được sử dụng trong hệ thống quản lý tòa nhà thông minh, bao gồm nguyên lý hoạt động, các thông số kỹ thuật quan trọng như độ phân giải, phương thức giao tiếp, điện áp hoạt động, và ứng dụng cụ thể của từng loại cảm biến Bên cạnh đó, bài báo cáo cũng sẽ cung cấp sơ đồ khối tổng quan của hệ thống và giải thích chi tiết các thành phần trong sơ

đồ, giúp người đọc hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của hệ thống quản lý tòa nhà thông minh

Các mục tiêu cụ thể bao gồm:

- Tổng quan về các loại cảm biến được sử dụng trong hệ thống quản lý tòa nhà thông minh

- Nguyên lý hoạt động của từng loại cảm biến

- Thông số kỹ thuật chi tiết và ứng dụng thực tế của từng cảm biến

- Sơ đồ khối của hệ thống quản lý tòa nhà thông minh và giải thích các thành phần trong sơ đồ

Bằng cách đạt được các mục tiêu này, bài báo cáo sẽ cung cấp cái nhìn toàn diện

về vai trò và tầm quan trọng của các cảm biến trong việc xây dựng và vận hành một hệ thống quản lý tòa nhà thông minh hiệu quả

II Tổng quan về hệ thống quản lý tòa nhà thông minh

1 Khái niệm hệ thống quản lý tòa nhà thông minh

Hệ thống quản lý tòa nhà thông minh (Smart Building Management System -SBMS) là một nền tảng công nghệ tích hợp, được thiết kế để quản lý và điều khiển các hoạt động trong một tòa nhà một cách hiệu quả và tự động SBMS sử dụng các thiết bị cảm biến và hệ thống thông tin để giám sát, điều khiển và tối ưu hóa các hệ thống như chiếu sáng, điều hòa không khí (HVAC), an ninh, và tiết kiệm năng lượng

2 Vai trò của cảm biến trong hệ thống này

Cảm biến đóng vai trò quan trọng trong SBMS bằng cách cung cấp thông tin chính xác về các yếu tố môi trường và hoạt động trong tòa nhà Cụ thể:

- Đo lường và giám sát các yếu tố môi trường: Các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, áp suất, khí gas và khói giúp đo lường các điều kiện môi trường để đảm bảo điều kiện sống và làm việc tối ưu cho người dùng

- Điều khiển các thiết bị trong tòa nhà: Các cảm biến chuyển động, cảm biến mở cửa và cảm biến chất lỏng được sử dụng để kích hoạt các hành động tự động như chiếu sáng tự động, điều khiển nhiệt độ và đảm bảo an ninh

Sử dụng các cảm biến này không chỉ giúp tăng cường sự tiện nghi và hiệu quả sử dụng tòa nhà mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu các chi phí hoạt động

III Các cảm biến được sử dụng trong hệ thống quản

lý tòa nhà thông minh

1 Cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensors)

1 Tổng quan

- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến nhiệt độ thường hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở hoặc điện áp khi nhiệt độ thay đổi Có hai loại chính: cảm biến nhiệt độ tiếp xúc (contact temperature sensors) và không tiếp xúc (non-contact temperature sensors)

- Các loại cảm biến nhiệt độ phổ biến: Nhiệt điện trở (thermistors), cặp nhiệt điện (thermocouples), cảm biến bán dẫn (semiconductor sensors)

2 Ví dụ cụ thể

- DS18B20 (Digital Thermometer): Cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số với giao thức 1-Wire

3 Thông số kỹ thuật

- Ngõ ra tín hiệu: Digital

- Điện áp hoạt động: 3.0V đến 5.5V

- Dải đo nhiệt độ: -55°C đến +125°C

- Độ chính xác: ±0.5°C trong khoảng -10°C đến +85°C

4 Ứng dụng

- Giám sát và điều khiển nhiệt độ trong tòa nhà

5 Datasheet

- [DS18B20 Datasheet]: Cung cấp thông tin chi tiết về cấu hình, cách sử dụng, và các thông số kỹ thuật của DS18B20

2 Cảm biến ánh sáng (Light Sensors)

1 Tổng quan

- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến ánh sáng hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở hoặc dòng điện khi cường độ ánh sáng thay đổi

- Các loại cảm biến ánh sáng phổ biến: Photocells (LDRs), photodiodes, phototransistors

2 Ví dụ cụ thể

- BH1750 (Ambient Light Sensor): Cảm biến ánh sáng môi trường với giao tiếp I2C.

3 Thông số kỹ thuật

- Ngõ ra tín hiệu: Digital (I2C)

- Điện áp hoạt động: 2.4V đến 3.6V

- Dải đo ánh sáng: 1 đến 65535 lx

4 Ứng dụng

- Điều khiển hệ thống chiếu sáng thông minh

5 Datasheet

- [BH1750 Datasheet]: Cung cấp thông tin chi tiết về cấu hình, cách sử dụng, và các thông số kỹ thuật của BH1750

3 Cảm biến chuyển động (Motion Sensors)

1 Tổng quan

- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến chuyển động sử dụng công nghệ hồng ngoại (PIR), siêu âm hoặc vi sóng để phát hiện chuyển động

- Các loại cảm biến chuyển động phổ biến: PIR sensors, ultrasonic sensors, microwave sensors

2 Ví dụ cụ thể

- HC-SR501 (PIR Motion Sensor): Cảm biến chuyển động hồng ngoại thụ động

3 Thông số kỹ thuật

- Ngõ ra tín hiệu: Digital

- Điện áp hoạt động: 4.5V đến 20V

- Khoảng cách phát hiện: 3 đến 7 mét

4 Ứng dụng

- Hệ thống an ninh và chiếu sáng tự động

5 Datasheet

- [HC-SR501 Datasheet]: Cung cấp thông tin chi tiết về cấu hình, cách sử dụng, và các thông số kỹ thuật của HC-SR501

4 Cảm biến độ ẩm (Humidity Sensors)

1 Tổng quan

- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến độ ẩm hoạt động dựa trên sự thay đổi điện dung hoặc điện trở khi độ ẩm thay đổi

- Các loại cảm biến độ ẩm phổ biến: Capacitive sensors, Resistive sensors, Thermal sensors

2 Ví dụ cụ thể

- DHT22 (Temperature and Humidity Sensor): Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm kỹ thuật số

3 Thông số kỹ thuật

- Ngõ ra tín hiệu: Digital

- Điện áp hoạt động: 3.3V đến 6V

- Dải đo độ ẩm: 0-100% RH

- Độ chính xác: ±2% RH, ±0.5°C

4 Ứng dụng

- Giám sát độ ẩm và điều hòa không khí

5 Datasheet

- [DHT22 Datasheet]: Cung cấp thông tin chi tiết về cấu hình, cách sử dụng, và các thông số kỹ thuật của DHT22

5 Cảm biến áp suất (Pressure Sensors)

1 Tổng quan

- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến áp suất hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở hoặc điện dung khi áp suất thay đổi

- Các loại cảm biến áp suất phổ biến: Piezoresistive sensors, Capacitive sensors, Optical sensors

2 Ví dụ cụ thể

- BMP280 (Digital Barometric Pressure Sensor): Cảm biến áp suất khí quyển kỹ thuật số

3 Thông số kỹ thuật

- Ngõ ra tín hiệu: Digital (I2C/SPI)

- Điện áp hoạt động: 1.71V đến 3.6V

- Dải đo áp suất: 300-1100 hPa

- Độ chính xác: ±1 hPa

4 Ứng dụng

- Giám sát áp suất không khí và hệ thống HVAC

5 Datasheet

- [BMP280 Datasheet]: Cung cấp thông tin chi tiết về cấu hình, cách sử dụng, và các thông số kỹ thuật của BMP280

6 Cảm biến chất lượng không khí (Air Quality Sensor)

1 Tổng quan

- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến chất lượng không khí hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở hoặc phản ứng hóa học khi tiếp xúc với khói hoặc các hạt mịn trong không khí

- Các loại cảm biến khói phổ biến: Ionization smoke detectors, Photoelectric smoke detectors

2 Ví dụ cụ thể

- MQ-135 (Air Quality Sensor): Cảm biến chất lượng không khí có thể phát hiện nhiều loại khí độc hại

3 Thông số kỹ thuật

- Ngõ ra tín hiệu: Analog và Digital

- Điện áp hoạt động: 5V

- Các loại khí phát hiện: NH3, NOx, alcohol, benzene, smoke, CO2

4 Ứng dụng

- Hệ thống giám sát chất lượng không khí

5 Datasheet

- [MQ-135 Datasheet]: Cung cấp thông tin chi tiết về cấu hình, cách sử dụng, và các thông số kỹ thuật của MQ-135

7 Cảm biến chất lỏng (Liquid Level Sensors)

1 Tổng quan

- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến mức chất lỏng hoạt động dựa trên sự thay đổi điện dung hoặc sử dụng sóng siêu âm để đo mức chất lỏng Khi mức chất lỏng thay đổi, tín hiệu điện từ cảm biến cũng thay đổi tương ứng

- Các loại cảm biến chất lỏng phổ biến: Float sensors, Capacitive sensors, Ultrasonic sensors

2 Ví dụ cụ thể

- ToughSonic® REMOTE 14 (Ultrasonic Sensor): Cảm biến siêu âm để đo mức chất lỏng

3 Thông số kỹ thuật

- Ngõ ra tín hiệu: Digital và Analog

- Điện áp hoạt động: 10-30V DC

- Khoảng cách đo: 0.15m đến 14m

- Độ chính xác: ±0.25% khoảng cách đo

4 Ứng dụng

- Giám sát mức nước và chất lỏng trong bể chứa, bồn nước, hoặc các ứng dụng công nghiệp cần giám sát mức chất lỏng

5 Datasheet

hình, cách sử dụng, và các thông số kỹ thuật của cảm biến ToughSonic® REMOTE 14

8 Cảm biến mở cửa (Door/Window Sensors)

1 Tổng quan

- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến mở cửa hoạt động dựa trên công tắc từ (reed switch) kết hợp với nam châm Khi cửa hoặc cửa sổ mở, nam châm rời xa công tắc reed, làm thay đổi trạng thái ngõ ra của cảm biến

- Các loại cảm biến mở cửa phổ biến: Reed switches, Magnetic contacts

2 Ví dụ cụ thể

- Honeywell 5816 Wireless (Door/Window Sensor): Cảm biến từ không dây để giám sát trạng thái đóng/mở cửa và cửa sổ

3 Thông số kỹ thuật

- Ngõ ra tín hiệu: Digital

- Điện áp hoạt động: Pin lithium 3V (CR123A)

- Khoảng cách hoạt động: Lên đến 200 feet (khoảng 60 mét) trong không gian mở

4 Ứng dụng

- Được sử dụng trong hệ thống an ninh nhà ở và văn phòng để giám sát trạng thái đóng/mở cửa và cửa sổ

5 Datasheet

- [Honeywell 5816 Datasheet]: Cung cấp thông tin chi tiết về cấu hình, cách sử dụng, và các thông số kỹ thuật của cảm biến Honeywell 5816

9 Cảm biến nhận dạng khuôn mặt (Facial Recognition Sensors)

1 Tổng quan

- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến nhận dạng khuôn mặt sử dụng camera và các thuật toán học máy để phân tích và nhận diện khuôn mặt

- Các loại cảm biến nhận dạng khuôn mặt phổ biến: Camera IP có tích hợp AI, module nhận dạng khuôn mặt

2 Ví dụ cụ thể

- Hikvision DS-K1T606MF (Camera nhận dạng khuôn mặt)

3 Thông số kỹ thuật

- Ngõ ra tín hiệu: Digital

- Điện áp hoạt động: 12V DC

- Độ phân giải camera: 2MP

- Thời gian nhận diện: Dưới 1 giây

4 Ứng dụng

- Kiểm soát truy cập, nhận diện người dùng và phát hiện người lạ trong khu vực

an ninh

5 Datasheet

datasheet của cảm biến Hikvision DS-K1T606MF

IV Sơ đồ khối hệ thống quản lý tòa nhà thông minh

1 Sơ đồ khối tổng quan

2 Giải thích chi tiết từng khối trong sơ đồ

- Sensors (Cảm biến)

- Chức năng: Đo lường các thông số môi trường như nhiệt độ, ánh sáng, chuyển động, khí gas, độ ẩm, áp suất, khói, mức chất lỏng, và trạng thái mở/đóng cửa

- Nhiệm vụ: Thu thập dữ liệu từ môi trường và gửi tín hiệu đến các bộ điều khiển

- Control Units (Bộ điều khiển)

- Chức năng: Xử lý tín hiệu từ các cảm biến và thực hiện các hành động điều khiển dựa trên dữ liệu nhận được

- Nhiệm vụ: Đưa ra các quyết định như bật/tắt hệ thống chiếu sáng, điều hòa không khí, và hệ thống an ninh

- Central Management System (Hệ thống quản lý trung tâm)

- Chức năng: Quản lý và điều phối toàn bộ hệ thống tòa nhà thông minh

- Nhiệm vụ: Tích hợp dữ liệu từ các bộ điều khiển, cung cấp giao diện người dùng, và thực hiện các phân tích dữ liệu để tối ưu hóa hoạt động của tòa nhà

- Output Devices (Thiết bị đầu ra)

- Chức năng: Thực hiện các hành động dựa trên lệnh từ bộ điều khiển

- Nhiệm vụ: Bao gồm các thiết bị như hệ thống chiếu sáng, điều hòa không khí,

hệ thống báo động, và các thiết bị điện tử khác trong tòa nhà

V Kết luận

1 Tóm tắt nội dung

Trong báo cáo này, chúng ta đã khám phá các loại cảm biến khác nhau được sử dụng trong hệ thống quản lý tòa nhà thông minh, bao gồm cảm biến nhiệt độ, ánh

sáng, chuyển động, khí gas, độ ẩm, áp suất, khói, chất lỏng, và cảm biến mở cửa Mỗi loại cảm biến đều có nguyên lý hoạt động riêng, ví dụ cụ thể, thông số kỹ thuật chi tiết và các ứng dụng trong việc giám sát và điều khiển các yếu tố môi trường, an ninh và tiện nghi trong tòa nhà

2 Nhận định và đánh giá

Cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả và tính thông minh của hệ thống quản lý tòa nhà Chúng cung cấp dữ liệu liên tục và chính xác về các yếu tố môi trường và hoạt động trong tòa nhà, từ đó giúp các hệ thống điều khiển thực hiện các chức năng tự động hóa như điều chỉnh nhiệt độ, ánh sáng, an ninh và quản lý năng lượng một cách hiệu quả

Việc ứng dụng cảm biến không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng và chi phí vận hành

mà còn nâng cao mức độ tiện nghi và an toàn cho người sử dụng Các loại cảm biến hiện đại ngày càng trở nên thông minh hơn, với khả năng kết nối IoT và phân tích dữ liệu thời gian thực, tạo nên một hệ thống quản lý tòa nhà toàn diện và linh hoạt

3 Hướng phát triển

Trong tương lai, các xu hướng và công nghệ cảm biến mới sẽ tiếp tục phát triển và cải tiến, với sự xuất hiện của các loại cảm biến nhỏ gọn, chính xác cao và tiêu thụ năng lượng thấp Các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (machine learning) sẽ được tích hợp vào các hệ thống cảm biến, cho phép dự đoán và phân tích dữ liệu một cách thông minh hơn

Ngoài ra, việc kết nối và tương tác giữa các cảm biến và hệ thống điều khiển sẽ được cải thiện thông qua các giao thức truyền thông không dây tiên tiến như 5G và IoT Điều này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho việc xây dựng các tòa nhà thông minh hơn, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường

Bằng việc hiểu rõ và áp dụng các loại cảm biến trong hệ thống quản lý tòa nhà thông minh, chúng ta có thể tối ưu hóa các quy trình vận hành, nâng cao chất lượng sống và làm việc, đồng thời đóng góp vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững