BÁO CÁO THỰC TẬP-NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÁC SẢN PHẨM CHO SMARTHOME

Tìm hiểu công nghệ mạng không dây ZigBee:...8 Kiến trúc mạng cơ bản của ZigBee...14 V... Nhiệm vụ chính được giao:  Tìm hiểu các sản phẩm, thiết bị cho nhà thông minh cũng như các giải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH -

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÁC SẢN PHẨM CHO SMARTHOME

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Ngành: Kỹ Thuật Máy Tính Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khánh Phong - 10520477

Lớp: Kỹ Thuật Máy Tính 05

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: Phó giám đốc Phan Đình Duy

TP Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 10 năm 2013

Chúng em rất mong nhận được nhiều sự góp ý của thầy cô và các bạn trong lớp

Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện!

NHẬN XÉT (Của khoa)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

2

Mục Lục

I Lịch làm việc tại cơ quan thực tập: 1

II Sơ lược về Công ty TNHH SmartVision: 1

1 Tóm tắt về công ty TNHH SmartVision Technology: 1

2 Các lĩnh vực hoạt động của công ty TNHH SVT: 1

a Sản xuất đèn trang trí sân vườn, đèn dưới nước: 1

b Trình diễn nhạc nước: 1

c Bộ lắp đặt nhạc nước mini cho quán Café nhà hàng, trong nhà: 2

d Đồng hồ nước: 2

3 Liên hệ: 2

III Nhiệm vụ chính được giao: 2

IV Các công việc đã làm trong thời gian thực tập: 3

1 Tìm hiểu về thị trường SmartHome: 3

2 Tham gia viết kế hoạch kinh doanh về dự án SmartHome: 4

3 Nghiên cứu về các công nghệ không dây: 5

a Wifi: 5

b ZigBee: 6

4 Tìm hiểu công nghệ mạng không dây ZigBee: 8

Kiến trúc mạng cơ bản của ZigBee 14

V Kết quả thu được sau đợt thực tập: 16

1 Kiến thức lý thuyết được cũng cố 16

2 Kỹ năng thực hành đã được học thêm 16

3 Kinh nghiệm thực tiễn đã tích lũy được 16

TỔNG KẾT 18

I Lịch làm việc tại cơ quan thực tập:

-Thực tập mỗi tuần lên báo cáo một buổi vào sáng thứ 2 hoặc thứ 6 Sau đó nhận

đề tài và về nhà thực hiện, báo cáo công việc ở tuần tiếp theo

II Sơ lược về Công ty TNHH SmartVision:

1 Tóm tắt về công ty TNHH SmartVision Technology:

Công ty TNHH Tầm Nhìn Thông Minh – SmartVision – là nhà cung cấp dịch vụ

về thiết kế và thi công các công trình nước phục vụ cho giải trí ở trình độ chuyên nghiệpvới tính thẩm mỹ cao Hiện nay, hệ thống giải trí nước do SmartVision cung cấp đượcchia thành 4 dòng sản phẩm chính sau:

2 Các lĩnh vực hoạt động của công ty TNHH SVT:

a Sản xuất đèn trang trí sân vườn, đèn dưới nước:

SmartVision chuyên sản xuất đèn Led chiếu sáng cho trang trí sân vườn – Đàiphun nước Nhận đặt sản xuất đèn theo mẫu của khách hàng với chất liệu vỏ bằngComposite – Inox

b Trình diễn nhạc nước:

Hệ thống nhạc nước là hệ thống biểu diễn nước kết hợp với ánh sáng, trình chiếutrên nền âm nhạc với công nghệ tiên tiến – là hệ thống giải trí cao cấp bậc nhất hiện nay:

 Triển khai cho các sự kiện với mọi quy mô lớn nhỏ.

 Hệ thống vòi phun, âm thanh & ánh sáng chuyên nghiệp

 Vận hành hoàn toàn tự động phù hợp với từng bài nhạc

c Bộ lắp đặt nhạc nước mini cho quán Café nhà hàng, trong nhà:

Cung cấp bộ điều khiển nhạc nước cho các hồ phun nước mini tại các quán cafe,nhà hàng, khách sạn, các hồ phun nước trong nhà…

d Đồng hồ nước:

Hệ thống đồng hồ nước cho phép hiển thị đồng hồ số hoặc ký tự số theo thời gianthực, được thiết kế nhằm mục đích hiển thị thông tin ở những nơi tập trung đông ngườinhư quảng trường, công viên

 Hệ thống hiển thị chính xác theo thời gian thực

 Thông tin hiển thị được thay đổi hoàn toàn tự động

 Thiết kế phối cảnh với tính thẩm mỹ cao

III Nhiệm vụ chính được giao:

 Tìm hiểu các sản phẩm, thiết bị cho nhà thông minh cũng như các giải pháp vềnhà thông minh do các công ty ở Việt Nam và nước ngoài cung cấp

 Tham gia viết kế hoạch kinh doanh về dự án SmartHome của công ty để kêu gọiđầu tư

 Tiến hành nghiên cứu về các chuẩn giao tiếp không dây hiện có trên thị trường,các công nghệ không dây mới có thể áp dụng cho các thiết bị trong nhà thông minh

 Tập trung tìm hiểu công nghệ ZigBee Nghiêng cứu về công nghệ này, đang tiếnhành mô phỏng, xây dựng công nghệ này trên thực tế

2

IV Các công việc đã làm trong thời gian thực tập:

1 Tìm hiểu về thị trường SmartHome:

Do đây là dự án mới của công ty, nên đây là công đoạn đầu tiên của dự án Em vàcác thành viên trong nhóm đã tìm hiểu về các công ty chuyên cung cấp các sản phẩm liênquan đến SmartHome trong và ngoài nước Trong quá trình tìm hiểu ở Việt Nam có cáccông ty như: SmartHome, NTMC, IS Viet Nam, Home SA … và các công ty nướcngoài như: Legrand, Siements, Vantage ……

Qua quá trình tìm hiểu nhóm tụi em nhận thấy:

+ SmartHome là 1 lĩnh vực bắt đầu xuất hiện vào những năm cuối thế kỉ 20 đầuthế kỷ 21 Trên thế giới các ứng dụng, sản phẩm liên quan đến SmartHome đã có nhiều

và không ngừng gia tăng về số lượng và chất lượng

+ Các công ty chuyên về SmartHome trên thế giới rất đa dạng, họ có những côngnghệ riêng dành cho từng dòng sản phẩm của mình Họ cũng có các giải pháp toàn diệncho từng căn hộ, ngôi nhà

+ SmartHome ở Việt Nam chỉ mới bắt đầu trong những năm gần đây, khi mà cuộcsống của người dân được nâng cao, các ngôi nhà khang trang, biệt thự xuất hiện Cáccông ty kinh doanh về thị trường này chỉ mới xuất hiện, họ chủ yếu là phân phối các sảnphẩm của các công ty nước ngoài, là nhà đại diện của các công ty quốc tế Cũng có mộtvài công ty có phát triển dòng sản phẩm riêng của họ, nhưng chủ yếu là các sản phẩmđơn giản

+ Các sản phẩm SmartHome trên thị trường giá khá cao so với tiêu chuẩn sốngcủa người dân Việt Nam, do đó nó khó mà phổ biến trong cuộc sống hiện nay

 Từ những nhận xét và đánh giá đó, nhóm chúng em đã nhận thấy nếu chúng ta cóthể áp dụng các thành tựu về công nghệ thông tin, điện, điện tử để phát triển các sảnphẩm SmartHome với giá cả phù hợp, đáp ứng được những nhu cầu cần thiết cho

cuộc sống trong hộ gia đình của người dân Việt Nam, thì đây nhất định là một hướngkinh doanh tốt, có tiềm năng, và có rất nhiều khả năng phát triển.

2 Tham gia viết kế hoạch kinh doanh về dự án SmartHome:

Đây là giai đoạn tiếp theo của dự án SmartHome của công ty, do đây là một dự ánlớn của công ty, cần kêu gọi các nhà đầu tư tham gia Nên nhóm em được phân côngnhiệm vụ viết một kế hoạch kinh doanh cho dự án SmartHome, nhằm mục đích kêu gọiđầu tư

Việc viết kế hoạch kinh doanh là một lĩnh vực mới, trái hoàn toàn so với chuyênngành mà em đang học Nên khi bắt đầu vào viết kế hoạch, em đã gặp nhiều khó khăn,lúng túng Nhưng để hoàn thành tốt yêu cầu công việc, em đã lên mạng tham khảo các dự

án kinh doanh của các công ty khác, xem nó viết như thế nào Đồng thời cũng tham khảocác bạn ở trường khác có liên quan đến lĩnh vực này

Bên cạnh đó, để viết tốt kế hoạch này nhóm em đã tìm hiểu rõ hơn về dự án củacông ty Về ý định, mục tiêu và hướng phát triển của công ty trong thời gian sắp tới đốivới lĩnh vực này

 Cuối cùng nhóm em cũng đã thành công được 1 phần trong việc viết kếhoạch này Viết được các phần như :

 Mục tiêu của dự án

 Phân tích đánh giá thị trường

 Đánh giá SWOT: điểm yếu, điểm mạnh, cơ hội

 Mô tả về dự ánCác phần khác của kế hoạch do không phải chuyên môn nên nhóm em khôngthể viết tiếp được Đã gửi lại công ty để chỉnh sửa và hoành chỉnh

4

4 Nghiên cứu về các công nghệ không dây:

Đây là giai đoạn tiếp theo của dự án, nhóm tụi em được giao công việc là tìm hiểucác chuẩn giao tiếp, truyền thông giữa các thiết bị trong nhà với nhau

Qua phân tích, đánh giá thì nhóm em nhận thấy việc giao tiếp không dây giữa cácthiết bị với nhau sẽ dễ dàng hơn so với việc đi dây hay sử dụng hệ thống lưới điện trongnhà Những ưu điểm của giao tiếp không dây:

Tóm tắt kết quả tìm hiểu về Wifi và ZigBee:

có thể được thiết lập ngay tại nhà riêng

Hoạt động của Wifi:

Truyền thông qua mạng không dây là truyền thông vô tuyến hai chiều Cụ thể:

 Thiết bị adapter không dây (hay bộ chuyển tín hiệu không dây)của máy tính chuyển đổi dữ liệu sang tín hiệu vô tuyến và phát những tínhiệu này đi bằng một ăng-ten

 Thiết bị router không dây nhận những tín hiệu này và giải mãchúng Nó gởi thông tin tới Internet thông qua kết nối hữu tuyến Ethernet.Qui trình này vẫn hoạt động với chiều ngược lại, router nhận thông tin từInternet, chuyển chúng thành tín hiệu vô tuyến và gửi đến adapter không dây của máytính.

Sóng Wifi:

Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng vô tuyến sử dụngcho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác Nó có thể chuyển và nhậnsóng vô tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vô tuyến và ngược lại

Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vô tuyến khác ở chỗ:Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.5 GHz hoặc 5GHz Tần số này cao hơn

so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hình.Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn

b ZigBee:

Là tập hợp các giao thức giao tiếp mạng không dây khoảng cách ngắn có tốc độtruyền dữ liệu thấp Các thiết bị không dây dựa trên chuẩn Zigbee hoạt động trên 3 dãytần số là 868MHz, 915 MHz và 2.4GHz

Cái tên Zigbee được xuất phát từ cách truyền thông tin của các con ong mật đó

là kiểu “zig-zag” của loài ong “honey-Bee” Cái tên Zigbee cũng được ghép từ 2 từ này

Với những đặc điểm chính :

- Tốc độ truyền dữ liệu thấp 20-250Kbps

- Sử dụng công suất thấp, ít tiêu hao điện năng

- Thời gian sử dụng pin rất dài

- Cài đặt, bảo trì dễ dàng

- Độ tin cậy cao

- Có thể mở rộng đến 65000 node

6

- Chi phí đầu tư thấp.

Tốc độ dữ liệu là 250kbps ở dải tần 2.4 GHz(toàn cầu), 40 kbps ở dải tần 915MHz (Mỹ, Nhật) và 20kbps ở dải tần 868 MHz (Châu Âu)

Sau thời gian tìm hiểu so sánh giữa 2 công nghệ này, nhóm em đã đề xuất làphát triển các sản phẩm của công ty sử dụng giao tiếp là công nghệ ZigBee vì những lý

do sau:

 Dễ dàng lắp đặt:

 Người sử dụng có thể tự lắp đặt

 Lý tưởng để lắp đặt tại các công trình đã hoàn thiện

 Tự tổ chức thành mạng lưới, dễ dàng cài đặt và sửa chữa

 Đã được thử nghiệm khả năng chống nhiễu nghiêm ngặt theo tiêu chuẩnchâu Âu

Kết nối internet:

 Điều khiển thiết bị từ bất cứ đâu trên thế giới

 Sử dụng điện thoại để điều khiển ngôi nhà

 Điều khiển nguồn

 Giám sát việc sử dụng nguồn

 Bật/tắt thiết bị từ xa

 An ninh:

 Dễ dàng cài đặt thêm thiết bị để tích hợp hệ thống an ninh cho ngôi nhà

 Giám sát việc đóng/mở cửa sổ

 Tích hợp tổng thể tính năng an ninh cho ngôi nhà

 Điều khiển chiếu sáng:

 Điều khiển chiếu sáng linh hoạt với ngưỡng sáng và bối cảnh khác nhau

 Công nghệ zigbee:

 Tần số chung toàn cầu 2.4 ghz

 Pin sử dụng có tuổi thọ lớn

 Khoảng cách không dây 70m trong nhà, 400m ngoài nhà

 Việc kết nối mạng linh hoạt đảm bảo đáp ứng mọi quy mô của ngôi nhà

 Khả năng mở rộng tới hàng ngàn thiết bị

 Tích hợp khả năng điều khiển và giám sát trạng thái hoạt động của các hệchiếu sáng, an ninh, rèm cửa, bơm nước, bình nóng lạnh, điều hòa

5 Tìm hiểu công nghệ mạng không dây ZigBee:

Hiện tại nhóm em vẫn trong giai đoạn phát triển hệ thống mạng Zigbee này Sauquá trình tìm hiểu nhóm em đã có những nghiêng cứu về ZigBee như sau:

ZigBee có độ tin cậy cao

Sự truyền thông không dây là không tin cậy Chứng minh điều này bằng việc đilòng vòng với điện thoại di động, sau đó bước vào thang mày Bất cứ ai sử dụng điệnthoại đều gặp sự cố cuộc gọi bị ngắt hoặc đường truyền yếu Tất cả bởi vì sóng radiocũng chỉ là các sóng Chúng chạy qua các vật cản, có thể bị chặn bởi kim loại, nước hoặckhối bê tông và phụ thuộc vào nhiều yếu tố phức tạp gồm thiết kế ăng-ten, sự khuyếchđại năng lượng, và thậm chí các điều kiện thời tiết

Tuy nhiên, điều khiển không dây thường không có cùng vấn đề như trong mộtcuộc điện thoại , việc di chuyển để tìm điểm nhận sóng tốt hơn hay việc đợi để cố quaylại sau Hiệp hội ZigBee hiểu điều này và vậy sự đặc tả ZigBee thể hiện điều này ZigBeegiành khả năng tin cậy cao trong nhiều cách:

- IEEE 802.15.4 với O-QPSK và DSSS

- CSMA-CA

- 16-bit CRCs

8

- Acknowledgment tại mỗi hop (chặng)

- Việc nối mạng lưới (mesh) để tìm ra đường đi tin cậy

- End-to-end acknowledgments để kiểm tra dữ liệu đến đích

Điều đầu tiên là dựa vào một kĩ thuật wireless rất tin cậy, khoảng cách thấp, sựđặc tả IEEE 802.15.4 Đặc tả này là một kĩ thuật radio mạnh, rất hiện đại được xây dựngtrên 40 năm kinh nghiệm của IEEE Nó dùng những gì được gọi là Offset-QuadraturePhase-Shift Keying (O-QPSK) và Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), một sự kếthợp của các kĩ thuật mà cung cấp hiệu suất tuyệt vời trong các môi trường tỉ lệ signal-to-noise (tín hiệu trên nhiễu) thấp

ZigBee dùng cái gọi là “Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance”(CSMA-CA) để tăng khả năng tin cậy Trước khi truyền, ZigBee lắng nghe kênh truyền.Khi kênh truyền trống, ZigBee bắt đầu truyền Điều này ngăn các radio khỏi việc gây raxung đột dữ liệu CSMA-CA tương tự những gì con người làm trong các hội thoại.Chúng ta chờ người khác nói xong mới nói

ZigBee dùng 16-bit CRC trên mỗi gói (packet), được gọi là một Fame Checksum(FCS) Điều này đảm bảo các bit dữ liệu chính xác

Mỗi packet được thử lại 3 lần (trong toàn bộ 4 lần truyền) Nếu packet không thểtruyền qua sau lần truyền thứ tư, thì ZigBee thông báo node gửi một vài điều có thể bị vềviệc truyền này

Một cách khác mà ZigBee có được khả năng tin cậy là kết nối mạng lưới (mesh).Mạng lưới một cách cơ bản cung cấp 3 khả năng tăng cường cho một mạng wireless: mởrộng khoảng cách bằng multi-hop, việc tạo mạng ad-hoc, và quan trọng hầu hết là tìmđường đi tự động và tự phục hồi

Với mạng lưới, dữ liệu từ node đầu tiên có thể đến bất cứ node nào khác trongmạng ZigBee, đánh giá khoảng cách bằng các radio để gửi message

Hình: Kết nối mạng mesh trong ZigBeeNode 1 muốn giao tiếp với node 3, nhưng nó ra khỏi vùng phủ song của node 3.ZigBee tự động tìm ra đường tốt nhất và node 1 sẽ gửi thong tin cho node 2, rồi truyềntiếp đến node 3.

Bây giờ giả sử rằng, có vài thứ xảy ra đến đường đi này Có thể node 2 hoàn toàn

bị loại bỏ hoặc chết hay vài vật cản như một bức tường bê-tông hoặc một thùng nước lớn.Điều này không hề gì với ZigBee ZigBee sẽ tự động phát hiện sự thất bại của đường đi

và đi vòng

Hình: Việc tìm lại đường đi trong mạng mesh ZigBee

10

Thêm vào mạng lưới, ZigBee cung cấp việc broadcasting tin cậy, một kĩ thuật choviệc phân phối một message đến nhiều node trong mạng ZigBee cũng cung cấpmulticasting có thể gửi một message đến bất kì group các node Và như một kĩ thuật tìmđường back-up, ZigBee cung cấp tìm đường cây (tree routing) để augment mạng lướiZigBee trong các hệ thống giới hạn RAM.

ZigBee cũng cung cấp tự động end-to-end acknowledgments Ứng dụng có thểbiết một gói cụ thể được nhận bởi node khác hay không Với tất cả các retries, ZigBee lọc

ra các gói trùng, nên ứng dụng không cần bận tâm

ZigBee có chi phí thấp

Nhiều nhà cung cấp stack và silicon, các module ZigBee và nhiều tài nguyên phânphối với chi phí phát triển thấp cho các thiết bị ZigBee

ZigBee sử dụng năng lượng thấp

Các thiết bị trong một mạng ZigBee có thể chạy trong nhiều năm chỉ 1 cặp pin

AA phụ thuộc ứng dụng

Hình: Thời gian sử dụng Pin của ZigBeeZigBee bảo mật cao

Cho việc bảo mật mạng, ZigBee dùng National Institute of Standards andTechnology (NIST) Advanced Encryption Standard (AES) Chuẩn này, AES-128, là một

mã hóa khối (block cipher) mà mã hóa và giải mã các packets trong một phương thức khó

để bẽ khóa Đây là một trong những chuẩn nổi tiếng Nguyên nhân mà nó được dùng bởiZigBee là:

- Chuẩn được xác thực quốc tế

- Miến phí …

- Có thể hiện thực trên một vi điều khiển 8-bit

ZigBee là một chuẩn mở toàn bộ

12