Nghiên cứu thiết kế mô hình nhà thông minh

Lịch sử nghiên cứu Nhà thông minh smart home là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự động, thay thế con người trong việc thực h

MỤC LỤC Trang

MỤC LỤC 1

LỜI CAM ĐOAN 5

HỆ THỐNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 6

HỆ THỐNG DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH VẼ 7

PHẦN MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH 13

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NHÀ THÔNG MINH 13

1.2 CÁC TÍNH NĂNG CẦN THIẾT CỦA NHÀ THÔNG MINH 15

1.2.1 Chọn chế độ hoạt động với chỉ một nút bấm 15

1.2.2 Hệ thống ánh sáng thông minh 17

1.2.2 Hệ thống điều khiển rèm mành 17

1.2.3 Hệ thống an ninh thông minh 18

1.2.4 Hệ thống kiểm soát môi trường 18

1.2.5 Hệ thống giải trí âm thanh đa vùng 19

1.2.6 Trực quan với màn hình cảm ứng 3D 19

1.2.7 Điều khiển bằng giọng nói 20

1.2.8 Kết nối không giới hạn 20

1.3 GIỚI THIỆU NHÀ THÔNG MINH BKAV SMART HOME 21

1.3.1 Các tính năng 21

1.3.2 So sánh Bkav SmartHome với Siemens, Schneider 29

1 Lý do chọn đề tài 10

2 Lịch sử nghiên cứu 10

3 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn 11

4 Tóm tắt điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả 11

5 Phương pháp nghiên cứu 12

1.4 GIỚI THIỆU CÁC TÍNH NĂNG CỦA MÔ HÌNH 34

CHƯƠNG 2 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH 39

2.1 CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG PIR 39

2.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35 40

2.3 RƠLE 40

2.3.1 Tác dụng của rơle 40

2.3.2 Cấu tạo 41

2.3.3 Nguyên lý hoạt động 42

2.3.4 Cách chọn rơle 42

2.3.5 Chú ý khi sử dụng rơle 43

2.4 MÀN HÌNH HIỂN THỊ LCD 43

2.4.1 Giới thiệu LCD 43

2.4.2 Chức năng các chân trong LCD 1602 43

2.4.3 Tập lệnh cho LCD 1602 45

2.4.4 Kết nối với vi điều khiển 47

2.5 ĐỘNG CƠ RC SERVO 48

2.5.1 Giới thiệu về động cơ RC Servo 48

2.5.2 Cấu tạo của động cơ RC 49

2.5.3 Cách thức hoạt động và phương pháp điều khiển 50

2.6 VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA16 51

2.6.1 Giới thiệu chung 51

2.6.2 Chức năng Timer/Counter 51

2.6.3 Chức năng Ngắt 52

2.6.4 Chức năng truyền thông nối tiếp USART 53

2.7 KẾT LUẬN 57

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG KẾT NỐI MẠNG KHÔNG DÂY 58

3.1 TỔNG QUAN VỀ TIN NHẮN SMS 58

1.3.3 Kết luận 34

1.5 KẾT LUẬN 38

3.1.1 Giới thiệu về SMS 58

3.1.2 Cấu trúc của một tin nhắn SMS 60

3.1.3 SMS CENTER/SMSC 61

3.2 Tổng quát về hệ thống thông tin di động GSM 62

3.2.1 Giới thiệu công nghệ GSM 62

3.2.2 Đặc điểm của công nghệ GSM 62

3.2.3 Cấu trúc của mạng GSM 63

3.2.3.1 Cấu trúc tổng quát 63

3.2.3.2 Các thành phần của công nghệ mạng GSM 64

3.2.4 Sự phát triển của công nghệ GSM ở Việt Nam 64

3.3 Giới thiệu module sim900, tập lệnh at command 65

3.3.1 Giới thiệu module Sim900 65

3.3.2 Đặc điểm của module Sim900 66

3.3.3 Khảo sát sơ đồ và chức năng của từng chân module Sim900 68

3.3.4 Khảo sát tập lệnh AT của module Sim900 70

3.4 KẾT LUẬN 74

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 75

4.1 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH 75

4.1.1 Thiết kế mô hình 75

4.1.2 Chế tạo mô hình 76

4.2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ 76

4.2.1 Sơ đồ khối toàn mạch 76

4.2.2 Mạch nguyên lý khối nguồn 77

4.2.3 Mạch nguyên lý khối điều khiển trung tâm 78

4.2.4 Mạch nguyên lý khối giao tiếp SIM900 79

4.2.5 Mạch nguyên lý khối bàn phím và hiển thị LCD 79

4.2.6 Mạch nguyên lý khối chấp hành 80

4.2.7 Mạch nguyên lý loa báo động và bơm nước 81

4.2.8 Mạch nguyên lý LED ma trận 81

4.3 THIẾT KẾ MẠCH IN VÀ CHẾ TẠO MẠCH 82

4.3.1 Thiết kế mạch in 82

4.3.2 Kết quả chế tạo mạch 83

4.4 LẬP TRÌNH 84

4.4.1 Lưu đồ thuật toán chương trình chính 84

4.4.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển bằng bàn phím 85

4.4.3 Lưu đồ thuật toán các chương trình con 86

4.4.4 Lưu đồ thuật toán xử lý tin nhắn 87

4.5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 87

4.5.1 Thực nghiệm nhập mật khẩu đăng nhập hệ thống 87

4.5.2 Thực nghiệm điều khiển từ xa các thiết bị điện qua điện thoại di động 88

4.5.3 Thực nghiệm hệ thống chiếu sáng thông minh 89

4.5.4 Thực nghiệm đo và hiển thị nhiệt độ 89

4.5.5 Thực nghiệm hệ thống báo cháy 89

4.5.6 Thực nghiệm hệ thống an ninh thông minh 90

4.5.7 Thực nghiệm điều khiển quạt thông minh 90

4.6 KẾT LUẬN 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Hoàng Thế Phương học viên cao học lớp 13BCĐT.KT khóa 2013B

Chuyên ngành: Cơ Điện Tử

Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế mô hình nhà thông minh

Giáo viên hướng dẫn: GVCC.TS Nguyễn Trọng Doanh

Tôi xin cam đoan các nghiên cứu, thực nghiệm trong luận văn này là do chính tác giả thực hiện

HỆ THỐNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

EEPROM Electronically Erasable

Read-Only Memory

Bộ nhớ lưu trữ dữ liệu không thay đổi

USART

Universal Synchronous &

Asynchronous Serial Reveiver and Transmitter

Bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ

và không đồng bộ

PWM Pulse width Modulation Điều chế độ rộng xung

PIR Passive infrared sensor Cảm biến chuyển động

PSEN Program store enable Cho phép lưu trữ chương trình LED Light emitting diode Diode phát quang

HỆ THỐNG DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 Chức năng các chân của LCD 1602 45

Bảng 2 2 Tập lệnh cho LCD 1602 47

Bảng 2 3 Đặc tính điện làm việc của LCD 48

Bảng 2 4 Thiết lập bit chọn kiểu chẵn lẻ 56

Bảng 2 5 Thiết lập bit chọn độ dài dữ liệu truyền 56

Bảng 2 6 Thiết lập tốc độ BAUD 57

HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Biểu đồ thể hiện sự phát triển của Smart home 13

Hình 1 2 Chọn chế độ hoạt động của ngôi nhà 15

Hình 1 3 Hệ thống điện sẵn sàng khi về nhà 16

Hình 1 4 Hệ thống ánh sáng thông minh 17

Hình 1 5 Hệ thống điều khiển rèm mành 17

Hình 1 6 Hệ thống an ninh thông minh 18

Hình 1 7 Hệ thống kiểm soát môi trường 18

Hình 1 8 Hệ thống giải trí âm thanh 19

Hình 1 9 Màn hình cảm ứng 3D 19

Hình 1 10 Điều khiển bằng giọng nói 20

Hình 1 11 Kết nối không giới hạn 20

Hình 1 12 Bảng điều khiển trung tâm 6 kênh SH-CC6 22

Hình 1 13 Bảng mạch của SH-CC6 22

Hình 1 144 Vi xử lý ST M32F100 và còi chip 23

Hình 1 15 Cảm biến điện dung và module zigbee 23

Hình 1 16 Công tắc cảm ứng 4 kênh SH-CTZ4 23

Hình 1 17 Mạch công suất và IC nguồn 24

Hình 1 18 Bảng mạch điều khiển 24

Hình 1 19 Thiết bị kết nối trung tâm SH – BZ 25

Hình 1 20 Bảng mạch chính 25

Hình 1 21 Vi xử lý Cortex-M3 và Module ZigBee 25

Hình 1 22 Modul nguồn NFM 5-5 26

Hình 1 23 Thiết bị cảnh báo an ninh SH – SCZ 26

Hình 1 24 Bảng mạch bên trong SH – SCZ 26

Hình 1 25 Thiết bị bật đèn cảm ứng SH-DZ 27

Hình 1 26 Mạch điều khiển thiết bị bật đèn cảm ứng SH-DZ 27

Hình 1 27 Cảm biến môi trường SH-SSZ 28

Hình 1 28 Bảng mạch thiết bị 28

Hình 1 29 Module zigbee và module nguồn 28

Hình 1 30 Công tắc đèn tự động của Siemens và Schneider 30

Hình 1 31 Sản phẩm của Bkav gây ấn tượng mạnh với thiết kế bền, đẹp, sang trọng 31

Hình 1 32 Giao diện 3D trực quan của BKAV Smarthome 31

Hình 1 33 Giao diện của Siemens và Schneider 32

Hình 1 34 Ngữ cảnh thông minh 32

Hình 1 35 Bộ truyền tín hiệu (tủ điện) của Siemens, Schneider và thiết bị không dây của Bkav 33

Hình 1 36 Khóa cửa thông minh 35

Hình 1 37 Điều khiển thiết bị điện qua tin nhắn 35

Hình 1 38 Chiếu sáng thông minh 36

Hình 1 39 Đo và hiển thị nhiệt độ 36

Hình 1 40 Báo cháy và chữa cháy tự động 37

Hình 1 41 Hệ thống báo động trộm 37

Hình 2.1.Nguyên lý phát hiện các chuyển động ngang của thân nhiệt 39

Hình 2.2 Sơ đồ chân LM35 dạng TO-92 40

Hình 2.3 Hình dạng của rơle 41

Hình 2.4 Cấu tạo rơle 41

Hình 2 5.Sơ đồ đơn giản của rơle 42

Hình 2 6 Hình dáng LCD 43

Hình 2 7 Cấu tạo động cơ RC Servo 49

Hình 2 8 Giản đồ thời gian điều khiển động cơ RC servo 50

Hình 2 9 Thanh ghi UDR 54

Hình 2 10 Thanh ghi UCSRA 54

Hình 2 11 Thanh ghi UCSRB 55

Hình 2 12 Thanh ghi UCSRC 55

Hình 3 1 Cấu trúc một tin nhắn SMS 60

Hình 3 2 Cấu trúc của công nghệ GSM 63

Hình 3 3 Các thành phần mạng GSM 64

Hình 3 4 IC sim900 68

Hình 3 5 Sơ đồ chân IC sim900 68

Hình 4 1 Bản thiết kế mô hình nhà thông minh 75

Hình 4 2 Bản vẽ 3D của mô hình 76

Hình 4.3 Kết quả chế tạo mô hình nhà thông minh 76

Hình 4 4 Sơ đồ khối toàn mạch 76

Hình 4 5 Mạch nguyên lý khối nguồn 77

Hình 4 6 Khối điều khiển trung tâm 78

Hình 4 7 Nguyên lý mạch SIM900 79

Hình 4 8 Nguyên lý khối bàn phím và hiển thị LCD 79

Hình 4 9 Mạch nguyên lý khối chấp hành 80

Hình 4 10 Mạch nguyên lý loa báo động và bơm nước 81

Hình 4 11 Mạch nguyên lý LED ma trận 81

Hình 4 12 Mạch in mạch main lớp TOP (trái) và BOTTOM (phải) 82

Hình 4 13 Mạch in mạch role lớp TOP (trên) và BOTTOM (dưới) 82

Hình 4 14 Mạch in mạch bàn phím và LCD lớp TOP (trái) và BOTTOM (phải) 83

Hình 4 15 Mạch chấp hành 83

Hình 4 16 Mạch main và mạch bàn phím 83

Hình 4 17 Lưu đồ thuật toán chương trình chính 84

Hình 4 18 Lưu đồ thuật toán bàn phím 85

Hình 4 19 Lưu đồ thuật toán các chương trình con điều khiển bằng bàn phím 86

Hình 4 20 Lưu đồ thuật toán các chương trình con 86

Hình 4 21 Lưu đồ thuật toán xử lý tin nhắn 87

Hình 4 22 Thực nghiệm nhập mật khẩu đăng nhập hệ thống 87

Hình 4 23 Hiển thị các MENU điều khiển 88

Hình 4 24 Thực nghiệm điều khiển thiết bị điện qua điện thoại 88

Hình 4 25 Bật hệ thống chiếu sáng thông minh 89

Hình 4 26 Kết quả đo và hiển thị nhiệt độ 89

Hình 4 27 Kết quả thực nghiệm hệ thống báo cháy 89

Hình 4 28 Kết quả thực nghiệm hệ thống an ninh thông minh 90

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay trên thế giới với sự bùng nổ của công nghệ thông tin, điện tử v.v…

đã làm cho đời sống của con người ngày càng hoàn thiện và nâng cao hơn 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 mơ ước của con người nữa mà nó đã trở thành hiện thực hóa Qua báo chí, các phương tiện truyền thông, internet chúng ta có thế thấy những mô hình ngôi nhà thông minh đã ra đời Để triển khai được các tính năng thông minh cho một ngôi nhà, trước hết cần tạo ra một mô hình để nghiên cứu các tính năng cần thiết cho ngôi nhà Vì vậy tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế mô hình nhà thông minh”

2 Lịch sử nghiên cứu

Nhà thông minh (smart home) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện

tử có tác dụng tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự động, thay thế con người trong việc thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển Nhà thông minh đã được ứng dụng rất nhiều trên thế giới và trong những năm gần đây đã xuất hiện nhiều ở Việt Nam

Từ đầu những năm 1900, các thiết bị điều khiển từ xa bắt đầu được nghiên cứu

và phát minh, tạo tiền đề cho sự ra đời của “Smart home” sau này

Sức mạnh phát triển của các thiết bị điện gia dụng bắt đầu từ năm 1915, để rồi

ý tưởng tự động hóa các thiết bị trong nhà xuất hiện vào những năm 1930 Đến năm

1984, thuật ngữ “Smart home” xuất hiện!

Nhận thấy khả năng ứng dụng nhà thông minh vào trong đời sống rất lớn nên các cá nhân, công ty ở Việt Nam cũng đã tiến hành nghiên cứu về nhà thông minh Công ty BKAV đã nghiên cứu và chế tạo thành công sản phẩm BKAV Smarthome với rất nhiều tính năng thông minh Sản phẩm đã được ứng dụng vào các khu đô thị cao cấp Ecopark (Hà Nội), Vinhomes Central Park (TP Hồ Chí Minh),… tuy nhiên

giá thành trọn bộ của BKAV SmartHome khá cao và không phù hợp với người dân

có thu nhập thấp

Hiện tại trên thị trường Việt Nam đã xuất hiện rất nhiều thiết bị điện thông minh rời rạc có thể lắp đặt dễ dàng ở trong nhà như: đui đèn cảm ứng chuyển động, thiết bị báo động trộm tại chỗ, thiết bị báo động cháy tại chỗ,… với giá thành vừa phải Tuy nhiên nhược điểm của các thiết bị này là tính năng bị hạn chế, phải lắp đặt nhiều thiết bị nếu muốn có một ngôi nhà thông minh với nhiều tính năng

3 Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của luận văn

- Mục đích:

Nghiên cứu các tính năng cần thiết của ngôi nhà thông minh, lựa chọn giải pháp hợp lý để triển khai cho ngôi nhà với tiêu chí tự động hóa, tăng độ an toàn, tiết kiệm điện năng, và giá thành vừa phải

- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

+ Đối tượng nghiên cứu: Các cảm biến chuyển động, cảm biến nhiệt độ, ánh sáng, các thiết bị chấp hành, vi điều khiển AVR, module SIM900

+ Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu, lựa chọn giải pháp, và triển khai mô hình nhà thông minh với các tính năng cần thiết: Hệ thống chiếu sáng thông minh, điều khiển từ xa các thiết bị điện qua điện thoại di động, hệ thống an ninh báo động trộm tại chỗ và báo động qua điện thoại di động, hệ thống đo nhiệt độ và cảnh báo cháy qua điện thoại di động, điều khiển đóng mở cửa bằng mật khẩu

4 Tóm tắt điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

Luận văn được trình bày gồm 4 chương: Chương 1, tác giả trình bày tổng quan

về ngôi nhà thông minh và lịch sử phát triển ngôi nhà thông minh, các tính năng cần thiết của nhà thông minh, giới thiệu các nhà thông minh đã được ứng dụng thực tế Chương 2 nghiên cứu về các loại cảm biến, vi điều khiển, các linh kiện điện tử được

sử dụng để thiết kế mạch Chương 3 nghiên cứu lý thuyết về module SIM900, cách giao tiếp module SIM900 với vi điều khiển để điều khiển thiết bị qua điện thoại di động Chương 4 thiết kế và chế tạo mạch, mô hình, lập trình mô hình hoạt động

theo ý muốn, kết quả thực nghiệm trên thực tế.

Đóng góp mới của tác giả: Luận văn đã xây dựng được một mô hình nhà thông minh với tất cả các tính năng hoạt động đồng thời trên cùng một bộ thiết bị,

và có khả năng ứng dụng rộng rãi trong thực tế

5 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thiết kế, chế tạo, và thực nghiệm:

+ Luận văn nghiên cứu tổng quan về các tính năng của ngôi nhà thông minh, nghiên cứu giải pháp để thực hiện được từng tính năng

+ Nghiên cứu và lựa chọn các loại cảm biến phù hợp với từng tính năng

+ Nghiên cứu phương pháp điều khiển các thiết bị điện thường dùng trong nhà + Thiết kế, chế tạo các mạch điện giao tiếp cảm biến và điều khiển

+ Lập trình để mạch điện hoạt động với đúng và đủ các tính năng đặt ra

+ Thực nghiệm trên thực tế

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NHÀ THÔNG MINH

Các tính năng của nhà thông minh đã được nghiên cứu rất nhiều trên thế giới, cũng như ở Việt Nam Ngày nay, xã hội càng hiện đại, khoa học kỹ thuật càng phát triển thì cuộc sống của con người càng đầy đủ tiện nghi và việc ứng dụng tự động hóa càng được rộng rãi Con người mong muốn có thể tạo ra một ngôi nhà có các thiết bị gia dụng như: hệ thống chiếu sáng, sưởi ấm, máy lạnh, TV, máy tính, âm thanh, camera an ninh,… có khả năng tự động hóa và “giao tiếp” với nhau theo một lịch trình định sẵn Chúng có thể được điều khiển ở bất cứ đâu, từ trong chính ngôi nhà thông minh đó đến bất kỳ nơi nào trên thế giới thông qua điện thoại hoặc internet

Từ đầu những năm 1900, các thiết bị điều khiển từ xa bắt đầu được nghiên cứu

và phát minh, tạo tiền đề cho sự ra đời của “Smart home” sau này

Sức mạnh phát triển của các thiết bị điện gia dụng bắt đầu từ năm 1915, để rồi

ý tưởng tự động hóa các thiết bị trong nhà xuất hiện vào những năm 1930 Đến năm

1984, thuật ngữ “Smart home” xuất hiện!

Cùng với sự phát triển đến chóng mặt của công nghệ, nhà thông minh cũng từ

đó được để ý đến và nhận được sự đầu tư nhiều hơn Đến năm 2012, theo báo cáo của ABI Research, tại Mỹ đã có 1,2 triệu căn nhà được tự động hóa

Hình 1 1 Biểu đồ thể hiện sự phát triển của Smart home

Hiện nay, khái niệm ngôi nhà thông minh vẫn chưa được phổ biến rộng rãi trong tâm trí người dùng Tuy nhiên, do tính ứng dụng rất lớn, các tập đoàn và công

ty công nghệ hiện nay đã, đang và sẽ đầu tư vào Smart home rất nhiều Theo hãng nghiên cứu Gartner, công nghệ nhà thông minh có thể đóng góp 1,9 nghìn tỷ USD cho kinh tế thế giới vào năm 2020

Công nghệ và thiết bị cho ngôi nhà thông minh đang được các công ty trong ngành xây dựng quan tâm nhiều Tại châu Âu, ngày càng có nhiều điều luật bắt buộc các ngôi nhà mới xây phải có chứng chỉ thân thiện môi trường, như cách nhiệt tốt, giảm tiêu thụ điện, nước và khí đốt,

Tại Hội chợ CeBIT 2014, IFA 2014 hay gần nhất là CES 2015, có rất nhiều công ty xuất hiện và giới thiệu về thị trường cung cấp thiết bị cho “Ngôi nhà thông minh”

Trong Triển lãm thành tựu kinh tế - xã hội Việt Nam và Thăng Long - Hà Nội

2010, Bkav đã giới thiệu Hệ thống nhà thông minh SmartHome Đây là một trong những công trình công nghệ cao hoàn toàn do các kỹ sư và chuyên gia của Công ty đầu tư phát triển công nghệ ngôi nhà thông minh Bkav SmartHome (công ty thành viên của Bkav) nghiên cứu và sản xuất; Trường ĐH Công nghệ (ĐHQG Hà Nội) cũng đã thành công với đề tài nghiên cứu về nhà thông minh thuộc KC.03/06-10; Hay như Cisco Systems Việt Nam đã đưa ra thị trường giải pháp tòa nhà thông minh CCRE (Cisco Connected Real Estate); và gần đây nhất là hội thảo về Giải pháp nhà thông minh do Công ty Cổ phần Biển Bạc phối hợp với các đối tác tổ chức vào ngày 23/02/2011 tại Hà Nội đã thu hút được đông đảo khách quan tâm tham dự

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hãng cung cấp các sản phẩm an ninh, giám sát có tính năng hiện đại, thông minh, công nghệ cao Tuy nhiên, các thiết bị

an ninh giám sát đã là thông minh thì thường phải liên quan đến phần mềm và mỗi hãng lại có từng phần mềm khác nhau để đáp ứng nhu cầu thị hiếu của nhiều khách hàng khác nhau Do đó, khó khăn của các hãng khi vào thị trường Việt Nam là khó cung cấp và đầu tư đồng bộ Vì vậy, rất cần có sự tích hợp, đồng bộ giữa các hãng

để đáp ứng được nhu cầu của người dùng Giải quyết bài toán nói trên, hiện nay ở thị trường trong nước doanh nghiệp Việt Nam đã có thể tích hợp được các hệ thống

an ninh giám sát của các hãng thành một hệ thống hoàn thiện Nhiều doanh nghiệp

đã phát triển được các phần mềm thông minh, có thể tích hợp được các hệ thống, hiểu lẫn nhau Công nghệ an ninh giám sát cũng được chế tạo để dành cho rất nhiều người sử dụng ở các nước, với các ngôn ngữ khác nhau như: Anh, Pháp, Trung Quốc, Nga và trong đó có cả ngôn ngữ tiếng Việt Và phần mềm tích hợp thông minh là phải giải quyết được việc giải nghĩa, dịch các loại ngôn ngữ đó, để người dùng ở quốc gia nào, ngôn ngữ nào đều có thể lựa chọn cho phù hợp với điều kiện, hoàn cảnh của mình

1.2 CÁC TÍNH NĂNG CẦN THIẾT CỦA NHÀ THÔNG MINH

1.2.1 Chọn chế độ hoạt động với chỉ một nút bấm

Hình 1 2 Chọn chế độ hoạt động của ngôi nhà

Thông thường để điều khiển tất cả các thiết bị trong nhà, ta cần tới hàng chục công tắc, thậm chí với căn nhà lớn là hàng trăm công tắc Với nhà thông minh, ta có thể điều khiển tất cả bằng một vài nút bấm trên màn hình cảm ứng của smartphone hay máy tính bảng Ta cũng có thể điều khiển và kiểm soát ngôi nhà thông qua giao diện trực quan 3D, ở đó các thiết bị được mô phỏng giống như đang sử dụng thực

tế, chỉ cần chạm vào thiết bị tương ứng trong màn hình để điều khiển

Ví dụ khi khách đến, ta chỉ cần chạm vào chế độ “Tiếp khách”, đèn phòng khách bật sáng rực rỡ, rèm kéo lên, điều hòa giảm xuống độ mát sâu hơn, giảm âm

lượng nhạc phát… Thông thường để làm được việc này thì ta phải chạy khắp căn phòng và bấm rất nhiều công tắc, thật tiện nghi khi chỉ cần chạm vào một nút trên màn hình để bật chế độ hoạt động là các thiết bị điện tự động hoạt động theo ý muốn

Trường hợp khi đi ngủ, thay vì phải kéo rèm, đóng cửa, tắt điện, mò mẫm đi lên giường, ta chỉ việc chạm vào chế độ “Đi ngủ” trên điện thoại hoặc máy tính bảng, hệ thống sẽ thực hiện giúp bạn tất cả những việc này, đồng thời kích hoạt hệ thống an ninh, báo động khi phát hiện xâm nhập trái phép

Hình 1 3 Hệ thống điện sẵn sàng khi về nhà

Một kịch bản thường gặp, trước khi trở về nhà từ cơ quan, bạn chỉ cần bấm chế độ: “Về nhà”, bình nóng lạnh sẽ bật, hệ thống quạt thông gió, điều hòa nhiệt độ

sẽ khởi động… để khi bạn về đến nhà, tất cả đã sẵn sàng phục vụ Không chỉ bằng

“ra lệnh”, hệ thống nhà thông minh còn chủ động “phục vụ” chủ nhân Vào mỗi buổi sáng, rèm cửa hé mở, hệ thống âm thanh phát những bản nhạc nhẹ nhàng mà bạn ưa thích, điều hòa tăng nhiệt độ để giúp bạn đỡ “lười” ra khỏi giường trong mỗi buổi sáng

1.2.2 Hệ thống ánh sáng thông minh

Hình 1 4 Hệ thống ánh sáng thông minh

Hệ thống ánh sáng trong và ngoài ngôi nhà được chia thành nhiều khu vực, chỉ những khu vực nào có người thì đèn mới được bật sáng và tự động tắt khi không có người Không những thế, hệ thống ánh sáng còn có thể tự động điều chỉnh ở chế độ phù hợp theo sở thích của gia chủ như: khi tiếp khách ánh sáng ở chế độ rực rỡ, tất

Với giao diện điều khiển trực quan 3D, trên màn hình cảm ứng người dùng có thể bấm trực tiếp vào rèm mành để điều khiển

1.2.3 Hệ thống an ninh thông minh

Hình 1 6 Hệ thống an ninh thông minh

Hệ thống an ninh trong ngôi nhà nắm giữ vai trò quan trọng, bảo vệ ngôi nhà 24/7, kiểm soát các nguy cơ cháy nổ (rò rỉ khí gas, chập điện), bị xâm nhập trái phép… Hệ thống này gồm các thiết bị kiểm soát vào ra ACS (chuông cửa có hình kết hợp kiểm soát vào ra bằng vân tay, mã số, thẻ từ), cảm biến phát hiện người, cảm biến phát hiện kính vỡ, cảm biến khói, hệ thống IP camera ghi hình, hàng rào điện tử

1.2.4 Hệ thống kiểm soát môi trường

Hình 1 7 Hệ thống kiểm soát môi trường

Môi trường không khí có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sức khỏe Nhà thông minh được trang bị hệ thống kiểm soát môi trường với các cảm biến nhiệt độ,

độ ẩm, nồng độ oxy đặt ở khắp các vị trí thích hợp trong ngôi nhà Các thông số

được chuyển về hệ thống trung tâm để tính toán, đưa ra lệnh điều khiển tới các thiết

bị điều hòa nhiệt độ, máy hút ẩm, quạt thông gió

1.2.5 Hệ thống giải trí âm thanh đa vùng

Hình 1 8 Hệ thống giải trí âm thanh

Hệ thống âm thanh đa vùng giúp cho các khu vực khác nhau trong nhà cùng 1 lúc có thể phát các nguồn nhạc khác nhau tùy theo sở thích của từng người Ở mỗi khu vực người dùng có thể lựa chọn phát nhạc theo sở thích của mình mà không ảnh hưởng tới những người ở khu vực khác Chủ nhân của ngôi nhà thông minh có thể lựa chọn các chế độ phát nhạc theo các khoảng thời gian trong ngày Chẳng hạn vào buổi sáng hệ thống tự động phát các bản nhạc nhẹ giúp chủ nhân ngôi nhà thư giãn khi bắt đầu một ngày mới

trong nhà, ta chỉ cần bấm vào các thiết bị đó trên màn hình điều khiển là có thể điều khiển được Khi muốn mở rèm thì ta chỉ cần bấm vào rèm trên màn hình cảm ứng, khi muốn điều khiển điều hòa thì ta bấm vào hình ảnh điều hòa Giao diện điều khiển 3D ngoài việc hỗ trợ điều khiển tương tác các thiết bị trong phòng, nó còn hỗ trợ người sử dụng “di chuyển” từ phòng này sang phòng khác như trong thực tế

1.2.7 Điều khiển bằng giọng nói

Hình 1 10 Điều khiển bằng giọng nói

Ngày 3/3, nhà sản xuất Mitsubishi Electric Corp của Nhật Bản tuyên bố họ đã phát triển công nghệ thang máy kích hoạt bằng giọng nói nhằm hỗ trợ những người phải ngồi xe lăn và những người khiếm thị không ấn được bàn phím thang máy Nhà sản xuất muốn đưa công nghệ trên vào ứng dụng thực tế khi họ trang bị cho các thang máy được sản xuất mới của hãng như một chức năng bổ sung

1.2.8 Kết nối không giới hạn

Hình 1 11 Kết nối không giới hạn

Bạn có thể kiểm soát ngôi nhà từ bất cứ đâu Bạn đang ở văn phòng, hay đang trong kỳ nghỉ, hệ thống Nhà thông minh Unisys SmartHome giúp bạn dễ dàng kiểm soát và điều khiển ngôi nhà từ thiết bị di động, máy tính bảng thông qua kết nối

Với các công nghệ kết nối tiên tiến nhất như công nghệ truyền dữ liệu không dây chuyên dụng Zigbee, công nghệ truyền dữ liệu trên đường điện PLC… hệ thống Nhà thông minh có thể triển khai trên các ngôi nhà đang sử dụng hoặc xây mới mà không phải đi lại đường điện hay sửa đổi hạ tầng Thực tế sử dụng, nhu cầu phát sinh và thay đổi là điều không tránh khỏi, bởi vậy với thiết kế không dây rất tiện lợi cho việc mở rộng và thay đổi nhu cầu của người dùng Ví dụ trong quá trình sử dụng, người dùng có nhu cầu xây thêm phòng mới, mở rộng phòng cũ hay đơn giản

là lắp thêm một bể cá (có nhu cầu điều khiển ánh sáng, máy lọc nước theo các tiêu chuẩn), thì tất cả sự thay đổi này đều có thể tích hợp vào hệ thống thông minh một cách đơn giản

1.3 GIỚI THIỆU NHÀ THÔNG MINH BKAV SMART HOME

Việc điều khiển toàn bộ căn nhà SmartHome có thể thực hiện bằng nhiều cách: ngoài phần mềm trên điện thoại/máy tính bảng còn có hệ thống bảng điều khiển 6 kênh SH-CC6 và công tắc cảm ứng 4 kênh SH-CTZ4

Cả hai bảng điều khiển đều có thiết kế liền mạch do phần panel cảm ứng (dùng kính cường lực Gorilla Glass) được gắn chặt với khung nhôm Nhà sản xuất rất chú trọng vào thiết kế và tính thẩm mỹ của sản phẩm nên không cho phép người dùng có thể tháo thiết bị từ mặt trước (phần mặt kính cảm ứng) Các thành phần bo mạch, khung đỡ và màn hình được định vị bằng vít từ phía mặt sau, được gắn kết với nhau thông qua gần chục con vít và dùng cơ cấu nhựa để gá đỡ các bộ phận,

không dùng băng keo Việc tháo vít cũng không đơn giản bởi các con vít dùng cốt đồng nên được bắt rất chặt

Bảng điều khiển trung tâm 6 kênh SH-CC6

Hình 1 12 Bảng điều khiển trung tâm 6 kênh SH-CC6

Bảng điều khiển SH-CC6 được thiết kế nhỏ gọn, hiện đại và tinh tế với khung nhôm phay nguyên khối và màn hình Gorilla Glass thường thấy ở iPhone và các smartphone cao cấp

Việc tháo rời nắp lưng thiết bị không gặp khó khăn gì do bảng mạch phía sau được định vị vào khung bằng 4 ốc vít

Hình 1 13 Bảng mạch của SH-CC6

Bảng mạch phía sau điều khiển việc hiển thị các chuỗi ký tự trên màn hình LCD phía trên Các vùng khoanh đỏ là vị trí các connector: 1- Connector kết nối với bảng mạch điều khiển phía trên 2- Connector nối với màn hình LCD

Bảng mạch thứ hai đặt ngay phía dưới bề mặt cảm ứng của SH-CC6 Bảng mạch điều khiển này chứa các con chip và module kết nối không dây: 1- Vi xử lý

chính ST M32F100 của ST Micro Electronics, nhà sản xuất chip bán dẫn lớn nhất thế giới có trụ sở tại Thụy Sĩ 2- Còi chip 3- Module ZigBee 4- Cảm biến điện dung ST16M31

Hình 1 15 Cảm biến điện dung và module zigbee

Cảm biến điện dung ST16M31 có tác dụng "đọc" lệnh từ phím cảm ứng phía trên

Module kết nối không dây ZigBee (công nghệ không dây công suất thấp an toàn cho sức khỏe, dùng cho các thiết bị gia dụng) với tần số 2.4 Ghz của Murata Nhật Bản Murata cũng là đối tác cung cấp module WiFi cho iPhone 6

Công tắc cảm ứng 4 kênh SH-CTZ4

Hình 1 16 Công tắc cảm ứng 4 kênh SH-CTZ4

Công tắc cảm ứng 4 kênh SH-CTZ4 sử dụng khung nhôm nguyên khối và có thiết kế tương tự như SH-CC6

Hình 1 17 Mạch công suất và IC nguồn

Phần khoanh đỏ ở mạch công suất là rơ le để đóng/ngắt mạch điện, bốn rơ le này tương ứng với 4 nút bấm cảm ứng Đây là linh kiện của SUN Hold Electric (Hồng Kông) Tên mã 1216A cho thấy linh kiện được điều khiển bằng tín hiệu một chiều 12V và chịu được dòng tải tối đa 16A

IC nguồn (của Power Integrations) gắn ở mặt sau mạch công suất sẽ chuyển từ dòng điện xoay chiều sang điện một chiều 12V để cung cấp năng lượng điều khiển

rơ le

Hình 1 18 Bảng mạch điều khiển

Các linh kiện trên bảng mạch điều khiển cảm ứng: 1- Cảm biến điện dung ST16M31 của ST Micro Electronics, tương tự như trên SH-CC6 2- Còi chip của TDK 3- Module ZigBee của Murata

Thiết bị kết nối trung tâm

Hình 1 19 Thiết bị kết nối trung tâm SH – BZ

Thiết bị kết nối trung tâm SH – BZ là cầu nối mạng thiết bị ZigBee với server của hệ thống nhà thông minh Bkav SmartHome Trong bán kính 8m, các thông tin trạng thái của tất cả các thiết bị trong căn nhà được truyền về SH - BZ và sau đó được chuyển đến server SmartHome

Hình 1 20 Bảng mạch chính

Bảng mạch chính trong thiết bị kết nối trung tâm gồm: 1- Vi xử lý Cortex-M3 2- Module ZigBee 3- Module nguồn NFM 5-5

Hình 1 21 Vi xử lý Cortex-M3 và Module ZigBee

Vi xử lý Cortex-M3 của Texas Intruments (Mỹ), hãng sản xuất vi xử lý hàng đầu thế giới Vi xử lý này cũng tích hợp chip giao tiếp với máy tính qua mạng LAN, Ethernet

Khác với hai bảng điều khiển, module ZigBee trên bộ kết nối trung tâm

SH-BZ được tích hợp thêm kết nối với ăng-ten ngoài để tăng khoảng cách thu phát Module ZigBee này là sản phẩm của Catcan (Đài Loan)

Hình 1 22 Modul nguồn NFM 5-5

Modul nguồn NFM 5-5 của Meanwell (Đài Loan) sẽ chuyển từ dòng điện 220V sang điện một chiều 5V cho thiết bị

Thiết bị cảnh báo an ninh SH – SCZ

Hình 1 23 Thiết bị cảnh báo an ninh SH – SCZ

SH – SCZ tuy sở hữu thiết kế đơn giản nhưng lại kiêm nhiệm được khối lượng công việc khổng lồ: thu thập tín hiệu từ các cảm biến an ninh như hàng rào điện tử, cảm biến vị trí, cảm biến kính vỡ, cảm biến báo khói… SH - SCZ hỗ trợ 4 kênh an ninh gồm Zone 1, Zone 2, Zone 3 và Zone 4

Hình 1 24 Bảng mạch bên trong SH – SCZ

Bảng mạch bên trong SH – SCZ, phần khoanh đỏ là rơ le PA1a -5V của Panasonic cho phép điều khiển còi báo động bên ngoài căn nhà

Thiết bị bật đèn cảm ứng SH-DZ

Hình 1 25 Thiết bị bật đèn cảm ứng SH-DZ

Thiết bị bật đèn cảm ứng SH-DZ sẽ bật đèn khi có người trong khu vực cảm ứng (khoảng 20m2) và tự động tắt đèn khi không có người đi lại, hay hoạt động trong khu vực cảm ứng Theo ông Vũ Thanh Thắng, Phó chủ tịch phụ trách phần cứng và SmartHome của Bkav thì đây là 1 trong các thiết bị "xưa" nhất của Bkav SmartHome khi phiên bản đầu tiên được chế tạo cách đây 10 năm, có thể coi là thiết

bị đầu tiên tạo cảm hứng để Bkav phát triển toàn bộ hệ thống SmartHome sau này

Hình 1 26 Mạch điều khiển thiết bị bật đèn cảm ứng SH-DZ

Bên trong thiết bị bật đèn cảm ứng SH-DZ: 1- Rơ le của SUN Hold Electric tương tự như trên SH-CTZ4 2- Cảm biến hồng ngoại 3- Module ZigBee với tần số 2.4 Ghz của Murata Module này xuất hiện trong mọi thiết bị để truyền dữ liệu về trung tâm

Cảm biến hồng ngoại và bảng mạch phía dưới do Bkav sản xuất Lens S9004 được nhập từ công ty Nysenba có dạng vòm, để tập trung tín hiệu hồng ngoại thu được từ người đi lại phía dưới thiết bị trong diện tích 20m2 vào chip cảm biến đặt bên trong

Cảm biến môi trường SH-SSZ

Hình 1 27 Cảm biến môi trường SH-SSZ

Cảm biến SH-SSZ có thể đo nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng môi trường và gửi tín hiệu về server hệ thống SmartHome Sau đó chính thiết bị này sẽ điều khiển các vật dụng khác như: điều hòa nhiệt độ, máy tạo độ ẩm, hệ thống chiếu sáng nhằm tạo

ra môi trường sống tiện nghi cho người sử dụng

SH-SSZ hoạt động trên điện áp 220V - 50/60Hz, có thể đo nhiệt độ trong khoảng -40oC đến 60oC, đo độ ẩm trong khoảng 0 - 100% RH, đo ánh sáng từ 0 -

1800 lux

Hình 1 28 Bảng mạch thiết bị

Bảng mạch nằm phía dưới nắp che cảm biến gồm: 1 - Cảm biến xử lý nhiệt độ,

độ ẩm, SH T10 của Sensirion (Thụy Sĩ) 2- Cảm biến xử lý ánh sáng TSL2550D của TAOS (Mỹ)

Hình 1 29 Module zigbee và module nguồn

1 - Module ZigBee được đặt chính giữa bảng mạch 2 - Module nguồn của thiết bị do Bkav thiết kế

Module nguồn do Bkav thiết kế và sản xuất được đặt đứng cho gọn Module này có tác dụng chuyển dòng điện xoay chiều sang điện một chiều để thiết bị hoạt động

Kết luận

Các sản phẩm trong hệ thống SmartHome của Bkav có thiết kế cơ khí, thiết kế điện tử và lắp ráp tốt Các bảng điều khiển sử dụng vành nhôm đúc nguyên khối và mặt kính cường lực Gorilla Glass chắc chắn Trong khi đó các cảm biến, thiết bị truyền dẫn cũng sử dụng chất liệu nhựa cao cấp Bo mạch được thiết kế cẩn thận, các cáp flex gọn gàng và sử dụng nhiều đầu nối (connector) để gắn kết các thành phần với bo mạch

Bkav đã sử dụng các linh kiện điện tử từ các nhà sản xuất tên tuổi trên thế giới

để tạo nên "đẳng cấp" không chỉ trong thiết kế mà ngay cả trong chất lượng của sản phẩm Do đó, nếu không được giới thiệu là một sản phẩm "Made in Vietnam" thì khách hàng sẽ dễ nghĩ rằng đây phải là các sản phẩm mang thương hiệu nước ngoài Đây là điều bất ngờ và cũng đáng để tự hào bởi đã lâu lắm rồi mới có được một sản phẩm xứng tầm quốc tế, do doanh nghiệp Việt Nam nghiên cứu, phát triển và đầu tư sản xuất sản phẩm từ thiết kế kiểu dáng, thiết kế điện tử, cơ khí đến phần mềm

1.3.2 So sánh Bkav SmartHome với Siemens, Schneider [11]

Để có trải nghiệm đầy đủ nhất đặc tính nhà thông minh của Bkav, ta khảo sát căn hộ thông minh SmartHome của Bkav tại Green Valley, thuộc khu Phú Mỹ Hưng (Q.7, TP Hồ Chí Minh) Hệ thống Wiser Home Control nổi tiếng của Schneider - Clipsal được trưng bày tại tòa nhà Etown 1, Q Tân Bình, TP Hồ Chí Minh và giải pháp Bus của Siemens có tại khu biệt thự số 14 Thụy Khuê, Q Tây

Hồ (Hà Nội)

Một giải pháp nhà thông minh toàn diện luôn phải bao gồm hệ thống các thiết bị/sản phẩm phần cứng và hệ thống phần mềm điều khiển để vận hành các thiết bị

trong ngôi nhà một cách tự động, thông minh Để so sánh giải pháp nhà thông minh của ba nhà sản xuất này, ta lần lượt so sánh tương ứng về phần cứng, phần mềm (tức giao diện người dùng) và phân tích thêm về các tính năng nổi trội của từng hệ thống cũng như khả năng triển khai áp dụng vào thực tế

1.3.2.1 Hệ thống phần cứng

Mỗi hệ thống nhà thông minh đều sẽ bao gồm rất nhiều thiết bị khác nhau được nhà sản xuất thiết kế và sản xuất riêng để phục vụ cho việc vận hành nhà thông minh, như bộ điều khiển trung tâm, các bảng điều khiển chi tiết, các bộ công tắc, các cảm biến, bộ phát sóng…

Tại showroom của Schneider, các công tắc, bảng điều khiển được gắn thành một dãy trên tường Đây là các công tắc sử dụng những nút bấm tròn nhỏ bằng nhựa cứng với phần đế là lớp kính thông thường khá dày và bóng bẩy Với hệ thống Bus của Siemens cũng vậy, các thiết bị cho người dùng cảm giác về sự bền bỉ, chắc chắn nhưng lại khá to, thô nên khiến khó hình dung được chúng thông minh đến mức nào

Hình 1 30 Công tắc đèn tự động của Siemens và Schneider

Trong khi sản phẩm của Schneider và Siemens khá cổ điển, Bkav SmartHome với lợi thế đi sau đã tiếp cận được với xu hướng công nghệ hiện đại: các bảng điều khiển, công tắc đều là thiết bị cảm ứng với giao diện điều khiển "phẳng" Chất liệu nhôm nguyên khối và kính cường lực Gorilla Glass thường thấy trên các dòng smartphone cao cấp nay cũng đã được SmartHome đưa vào các sản phẩm của mình, giúp mang lại cảm giác sang trọng, hiện đại, cao cấp cho sản phẩm Về mặt cảm quan bên ngoài, dễ thấy sản phẩm SmartHome bắt mắt hơn sản phẩm của hai hãng nước ngoài

Hình 1 31 Sản phẩm của Bkav gây ấn tượng mạnh với thiết kế bền, đẹp, sang trọng

1.3.2.2 Giao diện người dùng

Ngoài phần cứng, cả ba giải pháp Bkav SmartHome, Siemens và Schneider, có giao diện sử dụng rất khác nhau Với Bkav SmartHome là phần mềm điều khiển trên máy tính bảng hỗ trợ cả 3 loại hệ điều hành Windows, Android và iOS (iPad), với 2 giải pháp "ngoại" là phần mềm trên iPad

Hình 1 32 Giao diện 3D trực quan của BKAV Smarthome

Với Bkav SmartHome, có thể tương tác trực tiếp trên giao diện đồ hoạ 3D mô phỏng căn nhà thông minh, giao diện hoàn toàn dùng tiếng Việt của rất dễ hiểu và mọi thành viên trong gia đình, từ người già mắt kém đến trẻ em đều có thể sử dụng được

Cách phần mềm quản lý SmartHome hoạt động cũng rất thông minh Chỉ ngồi một chỗ mà vẫn có thể điều khiển các thiết bị như tivi, rèm cửa, điều hòa trong từng ngõ ngách của ngôi nhà bằng cách chạm vào đúng hình ảnh 3D của các thiết bị này trên màn hình cảm ứng Tại các thời điểm khác nhau như sáng, chiều, tối và tùy theo trước đó chức năng nào đã được kích hoạt, chỉ các nút bấm phù hợp với ngữ cảnh này mới hiện ra màn hình

Hình 1 33 Giao diện của Siemens và Schneider

Siemens và Schneider đều khiến người dùng rối mắt khi bày sẵn tất cả các tính năng điều khiển trên giao diện, nhiều nút bấm ít khi dùng đến cũng luôn hiện trên màn hình Do các nút bấm đặt sát nhau nên dễ gây hiện tượng bấm nhầm nút chức năng Giao diện này không phù hợp với trẻ con, người già hay những người ngại phải sử dụng thiết bị một cách cẩn thận, chính xác

Dù vậy, giao diện người dùng của Siemens và Schneider cho cảm giác khá

“thật” nhờ có hình ảnh quay trực tiếp từ mỗi căn phòng Người dùng có thể dễ dàng kiểm tra và phát hiện ngay xem các thiết bị điện nào đang hoạt động ở trạng thái tốt hay đã gặp phải sự cố nhờ một cửa sổ camera ở góc phải giao diện

1.3.2.3 Tính năng

Cả ba hệ thống đều cho phép điều khiển các thiết bị điện trong nhà như đèn chiếu sáng, điều hòa nhiệt độ, máy giặt, khóa cửa điện tử, tivi, dàn âm thanh, camera… thông qua các kịch bản sẵn có, người dùng có thể bấm chỉ 1 nút để đóng

mở, bật tắt đồng thời nhiều thiết bị trong nhà theo 1 kịch bản đặt trước như “xem phim”, “đi ngủ” hay “chào buổi sáng”… thay vì phải chạy khắp phòng để thực hiện điều này với các giải pháp thông thường

Hình 1 34 Ngữ cảnh thông minh

1.3.2.4 Triển khai mở rộng

Siemens và Schneider đã có thâm niên trên 30 năm trong việc sản xuất các thiết bị tự động nhưng có lẽ triết lý để tạo ra sản phẩm của các công ty này được hiểu theo nghĩa đơn giản là đem sự tự động hoá trong các nhà máy vào ngôi nhà

Do đó, kết cấu, nguyên tắc hoạt động của các vật dụng trong ngôi nhà sẽ được

mô phỏng tương tự như một nhà máy thu nhỏ Các thiết bị điện trong nhà sẽ kết hợp với nhau và hoạt động theo các kịch bản tự động được lập trình trước Điều đó cũng khiến cho việc triển khai trở nên rất phức tạp, bởi các vật dụng khi kết nối với nhau

sẽ cần lắp đặt thêm nhiều tủ điện điều khiển (mỗi tầng một tủ điều khiển) và dây nối nên buộc phải đục tường đi dây Không chỉ tốn diện tích sử dụng, việc triển khai

hệ thống nhà tự động chỉ thực hiện được với những ngôi nhà mới, chưa có người ở Với những ngôi nhà đang sử dụng thì việc triển khai giải pháp của Siemens và Schneider là gần như không thể thực hiện được

khi triển khai hệ thống nhà thông minh SmartHome cho ngôi nhà đang sử dụng, ta có thể dùng lại hệ thống đường điện cũ mà không cần phải sửa chữa, đục tường để đi thêm đường điện mới Với công nghệ truyền thông và điều khiển không dây ZigBee, Wifi, việc lắp đặt hệ thống chỉ là thay thế các công tắc, ổ cắm điều khiển cũ bằng các công tắc, ổ cắm thông minh SmartHome Việc triển khai (trong khoảng vài ngày) như vậy sẽ vẫn giữ nguyên được kiến trúc và thiết kế ban đầu của ngôi nhà

Hình 1 35 Bộ truyền tín hiệu (tủ điện) của Siemens, Schneider và thiết bị không dây của Bkav

Một ưu thế vượt trội của nhà thông minh Việt Nam còn được thể hiện rõ nét trong trường hợp hệ thống truyền tín hiệu gặp sự cố Với giải pháp của Siemens và Wiser Home Control, khi tủ điện gặp sự cố thì toàn bộ các thiết bị điện tử trong căn

nhà sẽ ngừng hoạt động do không thể kết nối với nguồn điện Với Bkav SmartHome, các thiết bị gia dụng được kết nối thẳng tới nguồn điện và nhận "mệnh lệnh" thông qua kết nối không dây, nên khi hệ thống truyền dẫn gặp sự cố thì chủ nhà vẫn có thể tiếp tục sử dụng các chức năng cơ bản

tư hàng chục triệu USD để sản xuất khuôn mẫu Hiện công ty đã có thể làm tất cả các khâu của dây chuyền sản xuất sản phẩm thiết bị phần cứng, từ thiết kế, tạo dáng công nghiệp, cơ khí, điện tử, cho đến phần mềm Ngoài ra, các sản phẩm SmartHome được Bkav chủ động hoàn toàn về giá nhờ hoạt động theo phương thức

“làm tận gốc, bán tận ngọn”

1.4 GIỚI THIỆU CÁC TÍNH NĂNG CỦA MÔ HÌNH

Dựa trên các tiêu chí tự động hóa, tăng độ an toàn, tiết kiệm điện năng, và giá thành vừa phải, tác giả đã thiết kế một mô hình nhà thông minh với các tính năng như sau:

1 Điều khiển mở / đóng cửa bằng mật khẩu

Hình 1 36 Khóa cửa thông minh

Hệ thống có một bàn phím số, để đăng nhập được vào hệ thống để điều khiển thì người sử dụng cần nhập mật khẩu đã được thiết lập trước qua bàn phím Sau khi đăng nhập thành công thì người sử dụng có thể sử dụng các nút bấm để đóng hoặc

mở cửa Hệ thống này rất hữu ích cho người sử dụng khi không cần mang chìa khóa theo người, sẽ có nguy cơ bị rơi chìa khóa Người sử dụng có thể thay đổi mật khẩu theo định kỳ để tăng độ bảo mật

2 Điều khiển từ xa các thiết bị điện qua điện thoại di động

Hình 1 37 Điều khiển thiết bị điện qua tin nhắn

Chức năng này cho phép người dùng có thể điều khiển các thiết bị điện bằng tin nhắn điện thoại thay vì phải đến tận nơi ấn công tắc Chức năng này rất hữu ích cho người sử dụng khi có thể điều khiển bật sẵn điều hòa hoặc bình nóng lạnh để có thể sẵn sàng sử dụng sau khi đi làm về Để tăng tính bảo mật cho hệ thống thì người

sử dụng phải nhắn tin cả mật khẩu kèm theo mã lệnh điều khiển Mật khẩu có thể được thay đổi theo định kỳ để tăng độ bảo mật

3 Điều khiển đèn chiếu sáng thông minh

Hình 1 38 Chiếu sáng thông minh

Hệ thống này bao gồm 2 tính năng- Điều khiển đèn điện trang trí sân vườn, hành lang: các đèn điện này sẽ tự động sáng khi trời tối và tự động tắt khi trời sáng

mà không cần sự can thiệp của con người Có thể cài đặt cường độ ánh sáng tùy theo người sử dụng.- Điều khiển đèn điện chiếu sáng phòng khách: các đèn điện này

sẽ tự động sáng khi trời tối và có người xuất hiện trong vùng cảm ứng, ngược lại khi trời sáng hoặc khi không có người thì đèn sẽ tắt Tính năng này rất hữu ích cho người sử dụng khi không cần đến tận nơi để ấn công tắc, và giúp tiết kiệm điện trong trường hợp quên tắt công tắc Có thể cài đặt cường độ ánh sáng tùy theo người

sử dụng

4 Đo và hiển thị nhiệt độ

Hình 1 39 Đo và hiển thị nhiệt độ

Hệ thống sẽ liên tục đo nhiệt độ và hiển thị nhiệt độ phòng lên LED ma trận giúp người dùng giám sát được nhiệt độ hiện tại, và xử lý khi có hiện tượng bất thường xảy ra

5 Báo động cháy tại chỗ và qua điện thoại di động, chữa cháy tự động

Hình 1 40 Báo cháy và chữa cháy tự động

Khi xuất hiện cháy, hệ thống sẽ báo động tại chỗ bằng cách hú còi, báo động qua số điện thoại di động của chủ nhà, và sẽ tự động phun nước để dập tắt đám cháy Tính năng này giúp người sử dụng sớm biết được sự xuất hiện đám cháy để có các biện pháp chữa cháy kịp thời cũng như giảm thiểu thiệt hại

6 Hệ thống an ninh thông minh, báo động trộm tại chỗ và báo động qua điện thoại di động

Hình 1 41 Hệ thống báo động trộm

Khi trộm đột nhập vào nhà, hệ thống sẽ báo động tại chỗ bằng cách hú còi, nhấp nháy đèn, đồng thời báo động qua điện thoại của chủ nhà, giúp chủ nhà sớm biết được sự xâm nhập trái phép để có biện pháp xử lý kịp thời

7 Điều khiển quạt thông minh

Với chức năng này, hệ thống sẽ tự động bật quạt khi trời nóng hơn nhiệt độ đặt trước và có người trong vùng cảm ứng Tính năng này rất hữu ích cho người sử

dụng khi không cần phải đến tận nơi để bật công tắc Nhiệt độ bật quạt có thể được cài đặt tùy theo người sử dụng

1.5 KẾT LUẬN

Chương này đã nghiên cứu tổng quan về nhà thông minh, lịch sử phát triển của nhà thông minh trên thế giới và Việt Nam, giới thiệu các tính năng về ngôi nhà thông minh được thực hiện trong luận văn Để nghiên cứu và thiết kế tốt hơn, chương tiếp theo sẽ trình bày cơ sở lý thuyết về các linh kiện điện tử

CHƯƠNG 2

CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH

2.1 CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG PIR [1]

Pir là chữ viết tắt của Passive Infrared sensor tức là bộ cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích tia hồng ngoại Tia hồng ngoại chính là tia nhiệt phát ra từ vật thể nóng Trong các cơ thể sống chúng ta luôn có thân nhiệt ( thông thường là

37 độ C), và từ cơ thể chúng ta luôn phát ra các tí nhiệt hay còn gọi là các tia hồng ngoại Người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và từ đó có thể làm ra các cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động Pir là cảm biến thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cự hay nguồn chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn nhiệt phát ra từ các thực thể khác như con người, động vật

Các nguồn nhiệt đều phát ra tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kính lọc lấy tia hồng ngoại, nó được cho tiêu tụ tại hai cảm biến trên hai cảm biến hồng ngoại gắn vào đầu dò, và tạo ra điện áp được khuếch đại với tranzito FET Khi có một vật nóng đi ngang qua, từ hai cảm biến này sẽ xuất hiện hai tín hiệu và tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có đủ biên độ cao để đưa vào mạch so sáp để tác động vào một thiết bị điều khiển hay báo động Nguyên lý làm việc của loại đầu dò PIR như sau:

Hình 2.1.Nguyên lý phát hiện các chuyển động ngang của thân nhiệt

Khi có nguồn thân nhiệt đi ngang qua, nó được tiêu tụ mạnh với kính Fresnel

và rồi tiêu tụ trên bia là cảm biến hồng ngoại, vậy khi có vật đi ngang, ở đầu ra của đầu dò sẽ xuất hiện một tín hiệu, tín hiệu này sẽ được cho vào mạch vi xử lý để tác dụng điều khiển hay báo động

2.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35 [1]

Đây là cảm biến nhiệt được tích hợp chính xác cao của hãng National Semiconductor Điện áp đầu ra của nó tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Điện áp ngõ ra thay đổi 10mv (điện áp bước) cho mỗi sự thay đổi 1oC Chúng không yêu cầu cân chỉnh ngoài

LM35 có 4 dạng: TO-46, SO-8, TO-92, TO-220 Nhưng thường dùng nhất là dạng TO-92 như hình dưới

Hình 2.2 Sơ đồ chân LM35 dạng TO-92

Đặc điểm cơ bản của LM35:

+ Điện áp nguồn từ -0.2V đến +35V

+ Điện áp ra từ -1V đến +6V

+ Dải nhiệt độ đo được từ -55°C đến +150°C

+ Điện áp đầu ra thay đổi 10mV mỗi khi có sự thay đổi 1°C

2.3 RƠLE [9]

2.3.1 Tác dụng của rơle

Tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển là 5V với dòng khá nhỏ khoảng 10mA, do

đó không thể dùng trực tiếp tín hiệu này để điều khiển các thiết bị điện trong nhà,

mà phải dùng kết hợp với một công tắc có thể điều khiển được bằng điện Rơle là một thiết bị có thể đáp ứng được điều đó với tần số đóng cắt nhỏ