toà nhà thông minh ( smart home )

TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH ( SMART HOME ) 1.1 Một số khái niệm nhà thông minh: Khái niệm Nhà Thông Minh (hay thường gọi SmartHome) ngày không mẻ với nhiều người Ở Việt Nam, Smart Home nhắc đến rộng rãi khoảng năm trở lại Vậy cần hiểu cách đơn giản “Nhà Thông Minh ?”, “Thế Smarthome ?” Tìm kiếm internet, có hàng chục kết quả, hầu hết mô tả nói đến “các thành phần nhà thông minh”, mà chưa nêu rõ ý nghĩa, mục đích, chất gọi “nhà thông minh” Thực Smarthome nên hiểu khái niệm mang tính chất dễ gây ấn tượng, dễ nhớ, dễ phục vụ cho mục đích marketing thương mại Smarthome khái niệm thuộc phạm trù kỹ thuật công nghệ (technology / engineering) Chính từ tiếng Việt dịch sát nghĩa “nhà thông minh” mang tính khái niệm marketing vậy, từ chuyên môn kỹ thuật Từ chuyên môn kỹ thuật hay sử dụng “Home Automation” – Tự động hóa nhà Bản thân chữ “automation” (tự động hóa) thể nhiều ý nghĩa kỹ thuật từ “smart” (thông minh) Hình 1.1- Smart Home BKAV Trang| TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU Hiểu theo cách đơn giản Smart Home nhà mà thiết bị liên quan đến điện điều khiển trực tiếp hay điều khiển từ xa qua nút chạm cảm ứng hiển thị hình smart phone, tablet, máy tính cá nhân (PC, laptop) Nhà thông minh nhà có hệ thống kỹ thuật đại, lập trình tối ưu hóa cho việc điều khiển vận hành toàn thiết bị điện nhà cách hoàn toàn tự động bán tự động, kết nối tất hệ thống nhà mạng điều khiển tập trung nhằm thay làm giảm thao tác điều khiển người Hay nói cách khác, nhà “hiểu” “học” nhu cầu thói quen người sử dụng, giải thoát người khỏi loạt thao tác điều khiển phức tạp Nhà thông minh không đơn giản trình diễn tiện ích công nghệ nhất, mà tăng tính di động thoải mái người sử dụng So với nhà bình thường, tính tự động hóa cao mang lại hiệu cao tính an toàn, độ bền vững, tiết kiệm điện … Trong nhà thông minh, đồ dùng nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet gắn điều khiển điện tử kết nối với Internet điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa thiết lập cho thiết bị nhà tự động hoạt động theo ý 1.2 Tiêu chuẩn nhà thông minh: 1.2.1 Chỉ tiêu ánh sáng : Hình 1.2-Điều khiển ánh sáng điện thoại Trang| TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU Đảm bảo ánh sang theo yêu cầu sử dụng chất lượng ánh sang tiết kiệm điện, ánh sang nơi nhau, không để chỗ sáng, chỗ tối Ánh sang tắt mở thông qua hệ thống tự động điều khiển điều khiển từ xa Ngoài thiết bị ánh sang cần kết nối với số thiết bị nhà : Thiết bị báo trộm, báo cháy… 1.2.2 Chỉ tiêu thông gió : Đảm bảo lượng gió vừa đủ, tốc độ gió phù hợp với yêu cầu chung Ngoài lượng gió tốc độ gió thay đổi tùy theo yêu cầu người sử dụng Hệ thống tự động nhận biết sử dụng gió tự nhiên dung gió nhân tạo Bằng cách sử dụng quạt máy thông gió Hình 1.3- Máy điều hòa thông minh Trang| TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU 1.2.3 Chỉ tiêu nhiệt độ : Hình 1.4-Bảng điều khiển nhiệt độ độ ẩm Đảm bảo nhiệt động nhà phù hợp với khí hậu môi trường , tránh tình trạng vào nhà với nhiệt độ khác xa , gây bệnh cho người Nhiệt độ nhà thay đổi tùy theo sở thích người thông qua hệ thống điều khiển từ xa Phải có thiết bị cảnh báo phòng chống nhiệt độ cao, thiết bị báo cháy, hiển thị nhiệt độ (vì người chịu nhiệt độ 90 độ C, nhiệt động tang từ từ, nên ta cần có phận hiển thị để quan sát nhiệt độ) Trang| TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU 1.2.4 Chỉ tiêu an toàn: Hình 1.5- Chỉ tiêu an toàn Cần đảo bảo việc phát cảnh báo có người lạ xâm nhập, phát loa báo, bật đèn, tự động liên hệ với công an, tự đóng kín cửa vào Cần đảo bảo an toàn độ bền, tuỳ theo vùng mà cảnh báo độ bền nhà có bão gặp hỏa hoạn Trang| TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TÒA NHÀ THÔNG MINH 2.1 Mục tiêu yêu cầu : Thiết kế mô hình tòa nhà thông minh biệt thự phố theo phong cảnh đại đồng thời thỏa yêu cầu phạm vi giải kỹ thuật nhà thông minh thực tế Hình 2.1-Mô hình mạng Trang| TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU 2.1.1 Yêu cầu phạm vi giải : Trong luận văn nhà thông minh để giới hạn nội dung công việc chọn nhà trệt,1 lầu với phòng bố trí phù hợp có hệ thống điều khiển sau :       Thiết kế hệ thống ánh sáng nhà Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ độ ẩm nhà Thiết kế hệ thống kiểm soát tiêu thụ lượng Thiết kế hệ thống mái che tự động Thiết kế hệ thống cửa tự động Thiết kế giao diện sử dụng Web Hình 2.2-BKAV Smart Home 2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật nhà thông minh : Các hệ thống thiết kế cách gọn nhẹ, không quán cồng kềnh, mạch thiết kế gọn mức tối đa mà đảm bảo đầy đủ chức theo yêu cầu Gía lắp ráp mức độ phù hợp, cần lựa chọn linh kiện phù hợp, giá thành rẻ đảm bảo chất lượng Các thiết bị cần đảm bảo độ bền chất lượng Trang| TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU Các thiết bị tự động cần cô lập với thiết bị bình thường nhà, tránh trường hợp gặp cố 2.2 Thiết kế vẽ, mô mô hình thực tế: 2.2.1 Thiết kế vẽ CAD : Hình 2.3- Bản vẽ mặt ngang tầng Trang| TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU Hình 2.4-Bản vẽ mặt ngang tầng Trang| TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU Hình 2.5- Bản vẽ mặt đứng bề nhà Trang| 10 TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU 2.2.2 Mô Sketchup : Sau lên vẽ CAD, mô nhà 3D phần mềm Sketchup để thấy sát với thực tế Hình 2.6- Mô nhà nhìn hướng Tây Nam Hình 2.7-Mô nhà nhìn hướng Đông Nam Trang| 11 TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU Hình 2.8-Mô nhà nhìn từ Hình 2.9-Mô nhà nhìn tổng quát Trang| 12 TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU 2.2.3 Mô hình thực tế : Hình 2.10-Mô hình thực Hinh2.11-Mô Trang| 13 TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU CHƢƠNG 3: THIẾT BỊ SỬ DỤNG 3.1.Cảm Biến : 3.1.1 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 : Hình 3.1-Cảm biến nhiệt độ độ ẩm chân - DHT11 có cấu tạo chân hình Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn dây  Thông số kỹ thuật: o Do độ ẩm: 20%-95% o Nhiệt độ: 0-50ºC o Sai số độ ẩm ±5% o Sai số nhiệt độ: ±2ºC Trang| 14 TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU Hình 3.2-Sơ đồ đấu nối  Code test : #include #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,4); int cambienquang = 26;// khai báo chân digital 10 cho cảm biến int Led = 13;//kháo báo chân digital 13 cho đèn LED const int DHTPIN = 22; const int DHTTYPE = DHT11; int rainSensor = 24; DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); byte degree[8] = { 0B01110, 0B01010, 0B01110, 0B00000, 0B00000, 0B00000, 0B00000, 0B00000 }; Trang| 15 TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU void setup() { lcd.begin(); lcd.backlight(); lcd.print("Nhiet do: "); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Do am: "); lcd.setCursor(0,2); lcd.print("Test Sensor: "); lcd.createChar(1, degree); pinMode(rainSensor,INPUT); pinMode(Led,OUTPUT);//pinMode xuất tín hiệu đầu cho led pinMode(cambienquang,INPUT);//pinMode nhận tín hiệu đầu vào cho cảm biê dht.begin(); } void loop() { float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature(); int value = digitalRead(cambienquang);//lưu giá trị cảm biến vào biến value digitalWrite(Led,value);//xuất giá trị đèn LED int value1 = digitalRead(rainSensor);//Đọc tín hiệu cảm biến mưa if (isnan(t) || isnan(h)) { // Kiểm tra xem thử việc đọc giá trị có bị thất bại hay không Hàm isnan bạn xem http://arduino.vn/reference/isnan } else { lcd.setCursor(10,0); lcd.print(round(t)); lcd.print(" "); lcd.write(1); lcd.print("C"); lcd.setCursor(10,1); lcd.print(round(h)); lcd.print(" %"); } if (value1 == HIGH) { // Cảm biến không mưa lcd.setCursor(0,3); Trang| 16 TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU lcd.print("No Raining"); } else { lcd.setCursor(0,3); lcd.print("Raining "); } delay(100); } 3.1.2 Cảm biến ánh sáng quang trở : Hình 3.3- Cảm biến ánh sáng quang trở  Thông số kỹ thuật : - Ngõ A0 ngõ Analog dùng để đo giá trị giá trị cường độ ánh sáng xác - Điện áp vào từ 3.3V - 5V - Tích hợp sẵn so sánh opamp LM393 - Trên mạch có biến trở 10K ohm dùng để điều chỉnh độ nhạy sáng Trang| 17 TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU Hình 3.4-Sơ đồ nối chân  Test code : int cambien = 10;// khai báo chân digital 10 cho cảm biến int Led = 13;//kháo báo chân digital 13 cho đèn LED void setup (){ pinMode(Led,OUTPUT);//pinMode xuất tín hiệu đầu cho led pinMode(cambien,INPUT);//pinMode nhận tín hiệu đầu vào cho cảm biê } void loop (){ int value = digitalRead(cambien);//lưu giá trị cảm biến vào biến value digitalWrite(Led,value);//xuất giá trị đèn LED Trang| 18 TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU 3.1.3 Cảm biến mƣa : Hình 3.5-Cảm biến mưa Mạch cảm biến mƣa gồm phận: + phận cảm biến mưa gắn trời + phận điều chỉnh độ nhạy cần che chắn Mạch cảm biến mưa hoạt động cách so sánh hiệu điện mạch cảm biến nằm trời với giá trị định trước (giá trị thay đổi thông qua biến trở màu xanh) từ phát tín hiệu đóng / ngắt rơ le qua chân D0 Khi cảm biến khô (trời không mưa), chân D0 module cảm biến giữ mức cao (5V-12V) Khi có nước bề mặt cảm biến (trời mưa), đèn LED màu đỏ sáng lên, chân D0 kéo xuống thấp (0V) Mạch hoạt động với nguồn 5V  Thông số kỹ thuật : Điện áp: 5V - Led báo nguồn ( Màu xanh) - Led cảnh báo mưa ( Màu đỏ) - Hoạt động dựa nguyên lý: Nước rơi vào board tạo môi trường dẫn điện Có dạng tín hiệu: Analog( AO) Digital (DO) Trang| 19 TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU - Dạng tín hiệu : TTL, đầu 100mA ( Có thể sử dụng trực tiếp Relay, Còi công suất nhỏ ) - Điều chỉnh độ nhạy biến trở - Sử dụng LM358 để chuyển AO > DO Kích thước Board: - Kích thước: 5.4*4.0 mm - Dày 1.6 mm  Test code : #include #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,4); int rainSensor = 26; // Chân tín hiệu cảm biến mưa chân digital (arduino) void setup() { lcd.begin(); lcd.backlight(); lcd.print("Test Sensor: "); pinMode(rainSensor,INPUT);// Đặt chân cảm biến mưa INPUT, tín hiệu truyền đến cho Arduino Serial.begin(9600);// Khởi động Serial baudrate 9600 Serial.println("Da khoi dong xong"); } void loop() { int value = digitalRead(rainSensor);//Đọc tín hiệu cảm biến mưa if (value == HIGH) { // Cảm biến không mưa Serial.println("Dang khong mua"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("No Raining"); Trang| 20 TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU } else { Serial.println("Dang mua"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Raining "); } delay(1000); } Trang| 21 TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt : [1] https://vi.wikipedia.org/ [2] http://hshop.vn/ [3] http://arduino.vn/ [4] Hướng dẫn thiết kế hệ thống quản lý tòa nhà-TS.Nguyễn trung Hòa-Vụ trưởng vụ KHCNMT, Bộ Xây dựng Trang| 22 ... setup () { lcd.begin () ; lcd.backlight () ; lcd.print("Nhiet do: "); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Do am: "); lcd.setCursor(0, 2); lcd.print("Test Sensor: "); lcd.createChar(1, degree); pinMode(rainSensor,INPUT);... lcd.print(round(t )) ; lcd.print(" "); lcd.write( 1); lcd.print("C "); lcd.setCursor(10, 1); lcd.print(round(h )) ; lcd.print(" % "); } if (value1 == HIGH) { // Cảm biến không mưa lcd.setCursor(0, 3); Trang| 16 TRƢỜNG... lcd(0x27,20, 4); int rainSensor = 26; // Chân tín hiệu cảm biến mưa chân digital (arduino) void setup () { lcd.begin () ; lcd.backlight () ; lcd.print("Test Sensor: "); pinMode(rainSensor,INPUT);//