Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng ngôi nhà thông minh

Tính cấp thiết của đề tài Nhà thông minh tiếng Anh là "Smart Home" hay còn được gọi là hệ thống nhà thông minh là một ngôi nhà hoặc một căn hộ được thiết kế trang bị hệ thống tự động, t

1

LỜI CAM ĐOAN

Kính gửi : - Ban giám hiệu trường Đại học Hàng hải

- Các thầy,cô trong Khoa Điện – Điện tử trường ĐHHH Việt Nam

- Viện đào tạo sau đại học trường ĐHHH Việt Nam

Em tên là Nguyễn Thị Hải Sơn, học viên lớp tự động hóa năm 2013 Em

được giao nhiệm vụ viết luận văn :”Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng ngôi nhà thông minh”

Em xin cam đoan rằng: Các nội dung của luận văn này do em tự nghiên cứu

và trình bày dưới sự hướng dẫn của thầy PGS TS Trần Anh Dũng, những phần tham khảo sẽ được trích dẫn rõ ràng , không sao chép từ nghiên cứu của người khác Nếu có bất kì sự gian dối nào trong nội dung của luận văn , em xin chịu trách nhiệm trước Khoa, Nhà trường và pháp luật

Em xin chân thành cảm ơn

Hải phòng, ngày tháng năm 2015

Người viết cam đoan

KS Nguyễn Thị Hái Sơn

2

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập và nghiên cứu chuyên ngành Tự động hóa- Khoa sau đại học- Trường Đại học Hàng hải, được sự dạy dỗ và hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô đến nay tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp Trong quá trình làm luận văn, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực không ngừng của bản thân trong điều kiện vừa học tập, vừa công tác, tôi đã nhận được ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo, các anh chị và các bạn đồng nghiệp

Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS TS Trần Anh Dũng người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa sau đại học và các thầy cô giáo trong khoa Điện- Điện tử, Ban giám hiệu- Trường Đại học Hàng hải đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để giúp tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các bạn đồng nghiệp trường Trung cấp nghề Xõy dựng đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn

Song với thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, rất mong đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy, các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Tác giả

KS Nguyễn Thị Hải Sơn

3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC HÌNH 4

PHẦN MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH NGÔI NHÀ THÔNG MINHError! Bookmark not defined 1.1 Giới thiệu mô hình ngôi nhà thông minh Error! Bookmark not defined

1.2 Nghiên cứu mô hình ngôi nhà thông minh của một số hãngError! Bookmark not defined 1.3 Tiêu chuẩn của ngôi nhà thông minh Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG VÀ CÁC LOẠI THIẾT BỊ

TRONG NGÔI NHÀ THÔNG MINH Error! Bookmark not defined

2.1 Giới thiệu các hệ thống trong ngôi nhà thông minhError! Bookmark not defined

2.2 Các loại thiết bị được sử dụng trong ngôi nhà thông minhError! Bookmark not defined

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ MÔ PHỎNG MỘT SỐ

CHỨC NĂNG TRONG NGÔI NHÀ THÔNG MINHError! Bookmark not defined

3.1 Xây dựng mô hình vật lý mô phỏng một số chức năng trong ngôi nhà

thông minh Error! Bookmark not defined

3.2 Xây dựng chương trình điều khiển cho mô hình vật lý mô phỏng một số

chức năng của ngôi nhà thông minh Error! Bookmark not defined

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined

4

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.2 Biểu đồ thể hiện sự phát triển của ngôi nhà thông minh 6

1.4 Bảng điều khiển đƣợc dùng trong ngôi nhà thông minh 8 1.5 Công tắc cảm ứng bốn kênh dùng trong ngôi nhà thông minh 9 1.6 Giao diện điều khiển 3D rất trực quan của ngôi nhà thông minh 10

1.8 Bkav sẽ cảnh báo cho chủ biết khu vực nào bị xâm nhập trái phép 11

1.12 Mô hình ngôi nhà thông minh My Home Legrand- Bticino 15

2.5 Bộ tự động điều khiển nhiệt Honeywel Z-Wave 28

5

3.6 Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của chíp ATmega16 37

3.16 Giao tiếp giữa cảm biến độ ẩm và vi điều khiển 44 3.17 Cách đọc dữ liệu từ cảm biến độ ẩm lên vi điều khiển 46 3.18 Sơ đồ nguyên lý của IC đo dòng điện ACS712 47

3.29 Lưu đồ thuật toán của mô hình mô phỏng một số chức năng của

ngôi nhà thông minh

56

6

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nhà thông minh (tiếng Anh là "Smart Home") hay còn được gọi là hệ thống nhà thông minh là một ngôi nhà hoặc một căn hộ được thiết kế trang bị hệ thống tự động, tiên tiến với mục đích điều khiển đèn chiếu sáng, nhiệt độ, truyền thông đa phương tiện, an ninh, rèm cửa, cửa và nhiều tính năng khác để làm cho cuộc sống của con người ngày càng tiện nghi, an toàn đồng thời góp phần sử dụng hợp lý,tiết kiệm các nguồn tài nguyên

Các thiết bị điện được dung trong hệ thống nhà thông minh là những cảm biến (như cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng hoặc do cử chỉ), các bộ điều khiển hoặc máy chủ và các thiết bị chấp hành khác Nhờ hệ thống các thiết bị đó có thể theo dõi các trạng thái bên trong ngồi nhà để đưa ra quyết định điều khiển các thiết

bị chấp hành một cách phù hợp nhằm đảm bảo môi trường sống tốt nhất cho con người

Trên thực tế, đã có nhiều sự cố gắng để tiêu chuẩn hóa các dạng phần cứng, phần mềm, điện tử, giao diện giao tiếp cần thiết để xây dựng hệ thống nhà thông minh Một số tiêu chuẩn sử dụng thêm dây dẫn liên lạc, điều khiển và một số truyên dẫn thông tin, ngay trên hệ thống dây điện sẵn có trong ngôi nhà, một số sử dụng tín hiệu ở tần số vô tuyến điện, một số sử dụng kết hợp đồng thời các giải pháp truyền dẫn khác nhau

Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều kiến trúc sư đang bắt đầu chú ý đến ứng dụng

hệ thống nhà thông minh trong thiết kế và xây dựng nhà

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu về một số mô hình ngôi nhà thông minh của một số hãng, đề xuất

lưu đồ thuật toán của mô hình mô phỏng một số chức năng của ngôi nhà thông minh

7

Tiến hành thiết kế, xây dựng nguyên lý của hệ thống để thực hiện một số

chức năng của ngôi nhà thông minh Sau đó xây dựng mô hình vật lý của mô hình

mô phỏng một số chức năng của ngôi nhà thông minh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trong luận văn tác giả thực hiện nghiên cứu mô hình ngôi nhà thông minh của một số hãng Giới thiệu những hệ thống, các loại thiết bị có trong ngôi nhà thông minh Tiến hành nghiên cứu ngôn ngữ lập trình C và phần mềm Code vision, đồng thời thực hiện ứng dụng ngôn ngữ C để thực hiện xây dựng chương trình điều

khiển cho mô hình của hệ thống

Bố cục luận văn bao gồm ba chương:

Chương 1: Nghiên cứu mô hình ngôi nhà thông minh của một số hãng

Chương 2: Giới thiệu các hệ thống và các loại thiết bị trong ngôi nhà thông minh Chương 3: Xây dựng mô hình mô phỏng một số chức năng trong ngôi nhà thông minh

4 Phương pháp nghiên cứu khoa học

Trên cơ sở tìm hiểu các mô hình của ngôi nhà thông minh, cũng như khả năng ứng dụng vi điều khiển tác giả cũng đã kế thừa và phát triển kinh nghiệm của mình cho việc nghiên cứu mang tính ứng dụng cho thiết bị cụ thể

Tác giả tiến hành xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển của mô hình mô phỏng một số chức năng của ngôi nhà thông minh

Tiếp theo tác giả đã lựa chọn, xây dựng cấu hình phần cứng và chương trình phần mềm của thiết bị Cuối cùng đã đưa ra mô hình vật lý mô phỏng một số chức năng của ngôi nhà thông minh

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ cao đang là xu thế tất yếu mang tính thời đại Do vậy đề tài nghiên cứu được đặt ra nhằm giải quyết vấn đề cụ thể: Xây dựng mô hình vật lý của mô hình ngôi nhà thông minh ứng dụng công nghệ cao

8

theo thuật toán đƣợc đề xuất, vì vậy sẽ tạo điều kiện cho phép mở rộng thêm chức năng điều khiển và giám sát một số chức năng của ngôi nhà thông minh – Đây chính là ý nghĩa khoa học của đề tài

Nhƣ vậy đề tài “Tổng quan về hệ thống “ngôi nhà thông minh” (Smart Home) – Xây dựng mô hình mô phỏng một số chức năng trong “ngôi nhà thông minh” đƣợc đƣa ra vừa có ý nghĩa khoa học, vừa có giá trị thực tiễn

9

CHƯƠNG I NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH NGÔI NHÀ THÔNG MINH 1.1 Giới thiệu mô hình ngôi nhà thông minh

Khái niệm nhà thông minh (Smarthome)

Ngôi nhà thông minh "Smarthome" là một ngôi nhà gồm có các thiết bị như:

hệ thống chiếu sáng, máy lạnh, sưởi ấm, tivi, âm thanh, máy tính, camera an ninh… tất cả các thiết bị này có khả năng tự động hóa và có thể “giao tiếp” với nhau theo một kịch bản định sẵn Chúng có thể được điều khiển ở bất cứ đâu, từ trong chính ngôi nhà thông minh đó hay bất kỳ nơi nào trên thế giới thông qua điện thoại hoặc internet

Hình 1.1 Mô hình ngôi nhà thông minh

10

Hệ thống nhà thông minh bao gồm các thành phần sau đây:

Các loại cảm biến như: cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ

ẩm, cảm biến báo cháy, cảm biến chuyển động…

Các bộ điều khiển, các thiết bị đầu cuối như: hệ thống chiếu sáng, hệ thống

an ninh, hệ thống cửa, hệ thống điều hòa nhiệt độ, hệ thống rèm cửa, hệ thống quản

lý và cảnh báo khí gas,…

Tất cả các cảm biến, các bộ điều khiển và thiết bị trong ngôi nhà nối với nhau

Có thể theo dõi, nắm bắt tình hình, trạng thái các thiết bị, thực hiện điều khiển dễ dàng mọi thiết bị dù đang ở bất cứ đâu, qua các thiết bị như: máy tính điện thoại, máy tính bảng có kết nối internet,…

Ngoài ra, nhà thông minh thực hiện điều khiển tự động hoạt động các hệ thống và thiết bị trong ngôi nhà theo kịch bản được lập trình trước: từ điều chỉnh

độ sáng, tự động điều chỉnh nhiệt độ, các hệ thống đa phương tiện, an ninh…

Một điểm nổi bật trong nhà thông minh là an ninh Gồm thiết bị kiểm soát vào / ra, khóa cửa, hàng rào Camera sẽ chuyển dữ liệu tại các khu vực đến bộ điều khiển trung tâm, từ đó thực hiện thông báo cho chủ nhà biết tình trạng an ninh trong ngôi nhà của mình, có thể đóng mở cửa bằng các thiết bị thông minh có kết nối wifi hoặc internet Khi có người xâm nhập vào các khu vực trong nhà hoặc có bất kì sự cố gì, hệ thống an ninh đưa ra cảnh báo, tự động xử lý các tình huống theo một kịch bản được lập trình trước

Ngoài ra, qua các cảm biến chức năng giám sát của ngôi nhà sẽ thực hiện cập nhập liên tục các trạng thái của các thông số: nhiệt độ, độ ẩm, độ rung… của từng khu vực trong ngôi nhà Hệ thống điều khiển sẽ tính toán các số, tiến hành điều khiển: hệ thống điều hòa không khí, hệ thống chiếu sáng, hệ thống báo cháy,

hệ thống thông gió… để tạo ra và duy trì trạng thái tốt nhất cho môi trường trong nhà

11

Đặc điểm khác nữa đó là khả năng tiết kiệm điện năng Hệ thống chiếu sáng của ngôi nhà sẽ điều khiển tự động bật/tắt đèn hoặc điều chỉnh độ sáng tự động theo khu vực và nhu cầu Hệ thống điều hoà không khí kiểm soát bật/tắt để quản lý

và tiết kiệm năng lượng ưu việt … Bên cạnh đó, đèn các phòng tự động bật nếu người vào phòng và sẽ tự tắt khi trong phòng không Khi ra khỏi nhà điều hòa không khí, quạt, đèn, tivi sẽ tự động tắt

Với sự thông dụng của các thiết bị như smartphone, máy tính bảng Thiết bị thông minh phát triển nhanh chóng, mô hình ngôi nhà thông minh cũng phát triển nhanh chóng và thịnh hành trong tương lai Tùy vào điều kiện thực hiện trang bị là

tự động hóa toàn bộ hay từng phần trong ngôi nhà của mình, nhằm quản lý hoạt động có hiệu quả các thiết bị điện, từ đó cải thiện và nâng cao chất lượng cuộc sống

Quá trình phát triển của ngôi nhà thông minh

Trước đây, nhà thông minh chỉ hoàn toàn nằm trong trí tưởng tượng cũng như trên phim ảnh mà thôi Nhưng từ đầu những năm 1900, với sự ra đời và phát triển nhanh chóng của các thiết bị thông minh- tức các thiết bị điều khiển từ xa, mô hình ngôi nhà thông minh bắt đầu được nghiên cứu và phát triển rộng rãi, tạo tiền

đề cho sự phát triểncủa ngôi nhà thông minh sau này

Sự manh nha phát triển của các thiết bị điện dùng trong gia đình bắt đầu từ năm 1915, để rồi ý tưởng tự động hóa hoàn toàn các thiết bị điện trong nhà xuất

hiện vào những năm 1930 Đến tận năm 1984, thuật ngữ "Smarthome" mới xuất

hiện

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử, nhà thông minh cũng từ đó được để ý đến và nhận được sự đầu tư, quan tâm nhiều hơn Đến năm 2012, theo báo cáo của ABI Research, tại Mỹ đã có 1,2 triệu căn nhà thông minh Quá trình phát triển của ngôi nhà thông minh trên thế giới được thể hiện như trên hình 1.2

12

Hình 1.2 Biểu đồ thể hiện sự phát triển của ngôi nhà thông minh

Từ biểu đồ ta thấy ban đầu ngôi nhà thông minh chỉ là tập trung vào phục vụ cho cuộc sống tập trung ở hai lĩnh vực là chiếu sáng và giải trí Cùng với sự phát triển của internet và các thiết bị tự động hóa trong ngôi nhà vào những năm 2010, các hệ thống của ngôi nhà thông minh được phát triển thêm hệ thống an ninh, hệ thống kiểm soát năng lượng thông qua internet Trong tương lai hệ thống ngôi nhà thông minh còn có thể thực hiện điều khiển dự đoán và đáp ứng theo nhu cầu của cuộc sống và thói quen của con người

Dưới đây là 5 cách mà một ngôi nhà thông minh (Smarthome) giúp con người có

một cuộc sống tiện nghi và thoải mái hơn:

Các cánh cửa sẽ tự động đóng và mở khi hệ thống nhận diện được bạn là chủ của ngôi nhà

Tự điều chỉnh độ sáng các bóng đèn điện theo nhu cầu chiếu sáng như: khi bạn đọc sách, xem tivi hay đi ngủ

Các thiết bị điện tử từ các thiết bị gia dụng cho đến các thiết bị giải trí trong ngôi nhà được điều khiển dễ dàng thông qua giọng nói hay các thiết bị thông minh

Đưa ra các cảnh báo về các vật dụng có thể gây nguy hiểm cho trẻ em khi chúng có ý định sử dụng các vật dụng đó

13

Tính năng an ninh như tự báo động khi có người cố tình xâm nhập trái phép,

tự động khóa trái cửa, báo cảnh sát,… luôn được đặt trong trạng thái sẵn sàng làm việc

1.2 Nghiên cứu mô hình ngôi nhà thông minh của một số hãng

1.2.1 Ngôi nhà thông minh của hãng BKAV

Trung tuần tháng 6/2014, sau hơn một thập niên nghiên cứu, phát triển, Hãng Bkav tiến hành ra mắt chính thức hệ thống nhà thông minh mang tên Bkav SmartHome Các tính năng hiện đại, sang trọng, thông minh, cùng với khả năng lắp đặt dễ dàng, thuận tiện Đặc biệt có thể thực hiện thiết lập, điều chỉnh các kịch bản ngữ cảnh theo ý muốn của chủ nhà, chính điều này khiến cho nhà thông minh nhanh chóng trở thành một xu hướng, được nhiều người lựa chọn

Hình 1.3 Mô hình ngôi nhà thông minh của hãng BKAV

Phần cứng trong hệ thống ngôi nhà thông minh BKAV

14

Mỗi một hệ thống trong nhà thông minh gồm nhiều thiết bị, được các nhà sản xuất thiết kế, sản xuất riêng để đáp ứng cho việc lắp đặt, vận hành, sử dụng như: hệ thống điều khiển trung tâm, các loại cảm biến, các bộ công tắc, các bảng điều khiển chi tiết, các bộ thu phát sóng…

Bkav SmartHome có ưu thế lớn khi đi sau các hãng khác, vì vậy BKAV đã tiếp cận những xu hướng kỹ thuạt, công nghệ tiên tiến, hiện đại trên thế giới Các bảng điều khiển, công tắc của BKAV thiết kế, chế tạo ra đều là các thiết bị cảm ứng, với giao diện điều khiển "phẳng" Sử dụng chất liệu nhôm nguyên khối cùng với kính cường lực Gorilla Glass, các chất liệu thường thấy trên các dòng smartphone cao cấp, các chất liệu này đã được Bkav SmartHome đưa vào trong các sản phẩm của hãng, chính điều này mang lại cảm giác tiện nghi, cao cấp, sang trọng, hiện đại cho các sản phẩm của hãng Với vẻ bên ngoài của các sản phẩm, người dùng dễ nhận thấy sản phẩm của BKAV SmartHome ưa nhìn và sang trọng hơn các sản phẩm tương tự của các hãng khác Bảng điều khiển và công tắc cảm ứng được dùng trong ngôi nhà như hình 1.4 và hình 1.5

Hình 1.4 Bảng điều khiển được dùng trong ngôi nhà thông minh hãng BKAV

Với Bkav SmartHome, có thể tương tác trực tiếp trên giao diện đồ hoạ 3D

mô phỏng căn nhà thông minh Giao diện đồ họa 3D được thể hiện như hình 1.6

Hình 1.6 Giao diện điểu khiển 3D của SmartHome BKAV

Về tính năng

16

Hệ thống cho phép điều khiển các hệ thống đèn chiếu sáng , hệ thống điều hòa, hệ thống cửa điê ̣n tử , các thiết bị đa phương tiện… qua kịch bản được xây dựng sẵn (hình 1.6), người dùng chỉ cần bấm 1 nút để điều khiển cửa, bật tắt đồng thời nhiều thiết bị trong nhà theo chương trình… Tuy nhiên các tính năng trên mới chỉ là nhà tự động, chưa phải là một ngôi nhà thông minh hoàn chỉnh

Hình 1.6 Kịch bản thông minh của SmartHome Bkav

SmartHome Bkav sẽ tự động học theo người dùng, điều này đã chứng minh được rằng bằng cách chỉ dẫn người dùng điều khiển hệ thống để có thể thấy hệ thống học theo ngữ cảnh giả định này như thế nào

Hệ thống SmartHome Bkav mềm dẻo hơn các hệ thống khác Các thiết bị được dùng trong SmartHome Bkav thực hiện được nhiều chức năng và có thể tự động thay đổi vai trò của mình trong hệ thống Ví dụ: ban ngày các cảm biến ánh sáng thực hiện điều chỉnh các bóng đèn trong hệ thống chiếu sáng, đến tối các cảm biến này sẽ được tự động làm việc trong chế độ an ninh, hệ thống an ninh có thể gửi các cảnh báo cho chủ nhà ngay tức thời nếu thấy có đột nhập trái phép vào ngôi nhà của mình (hình 1.7)

17

Hình 1.7 Giao diện hệ thống an ninh của Bkav SmartHome

1.2.2 Ngôi nhà thông minh hãng Samsung

Cùng với việc giới thiệu hệ thống ngôi nhà thông minh (hình 1.8), Hãng công nghệ hàng đầu Hàn quốc, Samsung đã xây dựng nhiều ứng dụng mới trên điện thoại giúp người dùng "điều khiển từ xa" các thiết bị bên trong ngôi nhà của mình

Hình 1.8 Mô hình ngôi nhà thông minh hãng Samsung

18

Việc quên tắt đèn hoặc TV trước khi đi ngủ đối với nhiều người có lẽ là diễn

ra thường xuyên Một hệ thống nhà thông minh sẽ là cách chủ nhà điều khiển các thiết bị trong nhà mình bằng giọng nói

Chỉ cần một câu lệnh đơn giản là "goodnight" (đi ngủ) hoặc "going out" (đi

ra ngoài), các thiết bị của Samsung sẽ thực hiện điều khiển tất cả các cửa cũng như tắt toàn bộ đèn mà không cần người dùng phải đi quanh nhà để tắt từng thiết bị một

Với hệ thống Smart Home vừa qua đã được công bố bởi Samsung tại CES

2014 diễn ra ở Las Vegas Hệ thống nhà thông minh của Samsung cho phép ti vi thông minh, thiết bị điện trong ngôi nhà, điện thoại thông minh có thể kết nối, quản

lý lẫn nhau và sẽ được đưa ra vào đầu năm 2015 Người dùng có thể truy cập hệ thống thông qua các ứng dụng trên các thiết bị của Samsung như: smartwatch Galaxy Gear, điện thoại thông minh Samsung, máy tính của Samsung, hoặc TV …

Các thiết bị sẽ thông báo chủ sở hữu các sự cố trên các thiết bị gia dụng, và thậm chí có thể thực hiện chức năng giám sát ngôi nhà trong khi người sử dụng đang ở ngoài Để làm được điều này, hệ thống sẽ kết nối với máy ảnh trong TV thông minh, tủ lạnh và máy rửa bát

19

Hình 1.9 Bảng điều khiển dùng giám sát tủ lạnh của hãng Samsung

Một ứng dụng mới được phát triển của hãng Samsung với tên gọi Device Control sẽ cho phép người dùng có thể bật hoặc tắt tất các thiết bị thông qua smartphone, ngay cả khi ở nước ngoài chỉ cần thiết bị này được kết nối internet Với thiết kế ban đầu, hệ thống của Samsung sẽ chỉ làm việc với TV, thiết bị điện thông minh, smartphone của hãng, sau đó hãng sẽ được mở rộng khả năng tương thích để hệ thống có thể làm việc với thiết bị của các hãng khác nhau

Với ứng dụng Device Control, người dùng có thể sử dụng cài đặt tùy biến trên thiết bị của mình hoặc TV thông minh để kiểm soát, theo dõi thiết bị trong

Hình 1.10 Ti vi thông minh hãng Samsung

Nếu người dùng nói "goodnight" với chiếc TV thông minh (hình 1.10), TV

sẽ được tắt và hệ thống đèn chiếu sáng cũng dần dần mờ đi và tắt hẳn Người dùng cũng có thể sử dụng ứng dụng Chat Control trên điện thoại của mình thuận tiện để kết nối với các thiết bị khác của trong ngôi nhà của mình Trong khi với tính năng Home View, có thể dùng điện thoại để xem tất cả các hình ảnh trong thời gian thực

Hệ thống cũng sẽ liên kết với hệ thống khóa cửa thông minh, cho phép người dùng

mở cửa trước bằng cách ra lệnh thông qua smartwatch hoặc điện thoại của mình

1.2.3 Ngôi nhà thông minh hãng My Home Legrand- Bticino

Hình 1.11 Mô hình ngôi nhà thông minh My Home Legrand- Bticino

Hệ thống thiết kế theo tiêu chuẩn của hãng Legrand-Bticino (hình 1.11)

Các hệ thống rất tiến tiến, không cần bộ điều khiển trung tâm Hệ thống có thể hoạt động ổn định, độ tin cậy cao

Chức năng Scene control (tạo cảnh) trong hệ thống

Các đèn nối với nhau và kết nối với các thiết bị khác như: hệ thống an ninh, điều hòa không khí, hệ thống đa phương tiện Hệ thống được thiết kế, điều khiển trạng thái, điều kiện khác nhau, theo mùa Ví dụ : khi ấn một nút, ứng với chế độ làm việc lập trình trước, các bóng đèn sẽ bật và hoạt động 100% công suất, các bóng đèn trang trí chỉ hoạt động 75% công suất, hệ thống rèm cửa được đóng lại

Chức năng Timer control (điều khiển theo thời gian)

Thiết bị trong nhà được đặt chế độ điều khiển theo kịch bản, theo thói quen của chủ nhà Ví dụ: bình nóng lạnh sẽ được bật tự động từ 5h đến 8h và từ 16h đến 20h vì vậy chủ nhà sẽ có nước tại thời đúng

Chức năng Remote control (điều khiển từ xa)

Chức năng Remote control (điều khiển từ xa) được thực hiện bằng sóng vô

tuyến hoặc hồng ngoại, người dùng điều khiển tất cả các thiết bị tại bất cứ vị trí nào trong hệ thống điện thông minh trong ngôi nhà mình Chức năng này có thể

được phát triển và mở rộng theo nhu cầu của người dùng

Hệ thống điều khiển qua điện thoại

Thông qua điện thoại dễ dàng điều khiển được các thiết bị điện trong nhà tại bất cứ nơi nào bằng cách thực hiện một cuộc gọi Có thể kích hoạt các hệ thống báo động, cảnh báo khi ngôi nhà gặp các sự cố như: rò rỉ khí gas, có người đột

23

nhập trái phép, xảy ra hỏa hoạn,… hệ thống điều khiển sẽ tự động thực hiện gọi

đến chủ nhà để cảnh báo về các sự cố trên

Hệ thống điều khiển qua Internet

Cho phép người dùng điều khiển, giám sát được tất cả các thiết bị trong ngôi nhà dù chủ nhà ở bất cứ nơi nào trên thê giới Chủ nhà có thể giám sát được tình

trạng của các thiết bị trong nhà

Hệ thống giám sát trung tâm

Cho phép điều khiển, giám sát được các thiết bị thông qua TOUCH

SCREEN (màn hình cảm ứng) TOUCH SCREEN hiển thị trạng thái các thiết bị , giúp người dùng kiểm soát dễ dàng trạng thái các thiết bị này Tại những vị trí đặt Center Off (công tắc tắt trung tâm), khi ra khỏi nhà hoặc trước khi đi ngủ, khi ấn công tắc này các thiết bị không cần thiết(do chủ nhà quy định) sẽ ngừng hoạt động,

và thực hiện bật hệ thống an ninh cho từng khu vực

Hệ thống cảnh báo bao gồm thiết bị: cảm biến chuyển động, cảm biến báo

vỡ kính, cảm biến mở cửa, cảm biến cháy, cảm biến báo rò rỉ khí gas, cảm biến báo nước tràn … Ngoài ra, có thể trang bị thêm các phím gọi khẩn cấp Khi gặp sự

cố, thực hiện báo động bằng còi, đèn sau đó gọi điện đến các số thuê bao mà người

sử dụng cài đặt trước

Hệ thống chuông hình, camera

24

Trong hệ thống gồm một hoặc nhiều thiết bị nhận, các màn hình nối với nhau giúp người dùng quan sát được khách Người dùng giám sát được thiết bị thông qua hệ thống chuông hình, camera

Hệ thống âm thanh

Với hệ thống âm thanh người dùng nghe nhạc mình thích trong nhà Hệ thống âm thanh nối trực tiếp với các hệ thống ngôi nhà, qua đó các thiết bị trong nhà có thể điều khiển lẫn nhau nhau

Hệ thống cổng tự động

Cổng tự động có thể được điều khiển qua Internet, wifi hoặc điều khiển từ

xa bằng sóng Radio

1.3 Tiêu chuẩn của ngôi nhà thông minh

Với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, con người đã ngày càng nâng cao hơn đời sống của Chính từ những nhu cầu đó, con người có rất nhiều sáng tạo phục vụ cho cuộc sống Và ý tưởng cho ngôi nhà thông minh cũng ra đời

từ đó Những công nghệ phục vụ cho ngôi nhà thông minh đã có từ rất lâu nhưng mới được sử dụng rộng rãi trong những năm gần đây Có nhiều hãng đã đưa ra những giải pháp trong thiết kế ngôi nhà thông minh nhưng nói chung, tất cả đều hướng đễ những tiêu chuẩn sau đây:

Tự động hóa hoạt động của ngôi nhà

Đảm bảo an ninh, an toàn cho ngôi nhà

Mang lại cảm giác thoải mái

Có khả năng giám sát, điều khiển từ xa

Tăng hiệu suất các hệ thống, giảm tiêu thụ điện năng

25 Cung cấp các dịch vụ đa phương tiện

26

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG VÀ CÁC LOẠI THIẾT BỊ

TRONG NGÔI NHÀ THÔNG MINH

2.1 Các hệ thống của ngôi nhà thông minh

Hệ thống chiếu sáng

Các thiết bị chiếu sáng được sử dụng rất nhiều trong một ngôi nhà Khi thiết kế chiếu sáng không tốt sẽ bị ô nhiễm ánh sáng Bên cạnh đó, với chiếu sáng không hợp lý còn gây tốn điện, giảm tuổi thọ của các thiết bị Ngoài ra do đèn dùng để chiếu sáng với số lượng khá lớn, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc điều khiển hệ thống chiếu sáng cho phù hợp

Có thể tích hợp hệ thống chiếu với các hệ thống khác trong ngôi nhà thông minh hoặc sẽ được tách riêng ra để làm việc như một hệ thống độc lập Tất cả giải pháp đưa ra để thực hiện hệ thống, giúp người dùng dễ dàng hơn với các thiết bị có trong ngôi nhà của mình

Hệ thống an ninh

Khi chủ nhà của ngôi nhà thông minh đi vắng, việc kiểm soát ngôi nhà là

đề phòng xâm nhập… hệ thống an ninh cho phép chủ nhà quản lý được toàn bộ ngôi nhà mình

Khi có sự kiện mới, hệ thống an ninh sẽ kích hoạt các báo động, điện thoại để thông báo cho chủ nhà

27

Hệ thống quản lý cấp điện, nước, gas

Hệ thống quản lý cấp điện, nước, gas của nhà thông minh thực hiện đo

điện, nước liên tục Với hệ thống chiếu sáng, an ninh thực hiện tự động điều khiển các thiết bị để tiết kiệm điện Bên cạnh đó, các loại cảm biến giúp cảnh

báo: rò rỉ khi gas, cháy chập điện, mức nước, có hỏa hoạn…

Hệ thống cảm biến báo cháy và báo động

Cảm biến rất quan trọng, tất cả các hệ thống, cảm biến đo đạc sau đó gửi

về cho các bộ xử lý để đưa ra giải pháp tương ứng với dữ liệu được đưa về, và

Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái

Các công tắc, bảng giám sát đưa thông tin và thực hiện điều khiển từ người dùng Hệ thống gồm: công tắc gắn trên tường, các bảng giám sát cảm ứng dạng HMI, điều khiển từ xa, smartphone…

Hệ thống mạng, xử lý trung tâm và sự kết hợp hoạt động

Nhà thông minh khác ngôi nhà thường do có hệ thống mạng, tự động điều khiển, xử lý đồng nhất Thực hiện liên kết các hệ trong nhà, hệ thống chấp hành nhịp nhàng được lập trình trước Gọi là các kịch bản hay điều kiện môi trường Một vài sự kết hợp tiêu biểu:

Hệ thống chiếu sáng với xử lý trung tâm được lập trình theo người sử dụng

28

Hệ thống chiếu sáng với cảm biến trong ngôi nhà, tạo khả năng điều khiển tự động như: đèn sẽ tắt khi không có người, khu vực đèn tự bật khi qua 6h chiều…

Hệ thống an ninh với hệ thống chiếu sáng: khi có cháy nổ, có người đột nhập… đèn sẽ nhấp nháy, còi kêu

Cảm biến với hệ thống điều khiển trung tâm: nguồn được duy trì thông qua

hệ UPS, đảm bảo nguồn cung cấp điện liên tục cho hoạt động của các hệ thống, cho sinh hoạt hằng ngày

Hệ thống giải trí kết hợp với hệ thống chiếu sáng nhằm đem lại những giây phút thư giãn cho thành viên trong gia đình

Hệ thống giải trí đa phương tiện

Gia đình gồm nhiều thế hệ do đó hệ thống giải trí đa phương tiện sẽ cung cấp cho các thế hệ những giải trí phù hợp…

2.2 Các loại thiết bị được sử dụng trong ngôi nhà thông minh

2.2.1 Bộ điều khiển nhiệt độ

Điều khiển nhiệt độ là một phần rất quan trọng của giải pháp nhà thông minh Một bộ điều khiển nhiệt độ giúp tiết kiệm khá nhiều tiền điện, giữ cho nhà thông minh hơn, tiện lợi hơn, do các bộ này tự học theo thói quen, sở thích của các thành viên trong nhà

Bộ điều khiển nhiệt độ Nest

Nest là một bộ điều khiển nhiệt độ công nghệ cao (hình 2.21) được ứng dụng vào nhiều thiết bị của, khả năng thích nghi tốt, có thể lập trình được Nest học theo thói quen, cách thức điều khiển nhiệt độ của chủ nhà, thậm chí còn biết khi có người ở nhà khi nào không có người ở nhà

29

Hình 2.1 Bộ tự động điều khiển nhiệt độ NEST

Cài đặt rất dễ dàng, khi lắp đặt tự độn khởi động tự học thông qua các thông

sô nhiệt độ ban đầu Sau đó người dùng sẽ không phải điều chỉnh gì cả, Nest sẽ tăng nhiệt độ khi người ra khỏi phòng ngủ, điều chỉnh nhiệt độ ở mức thích hợp khi ban đêm, điều chỉnh nhiệt độ theo mùa Có thể điều khiển từ xa, bằng các ứng dụng trên các thiết bị thông minh có nối mạng

Bộ điều khiển nhiệt độ Ecobee3

Hình 2.2 Bộ tự động điều khiển nhiệt độ Ecobee3

Đặc điểm Ecobee3 hỗ trợ wifi rất tiện lợi, có thể sử dụng từ xa giúp cải thiện

sự tiện nghi của ngôi nhà Tự động thay đổi nhiệt độ khi có người ra khỏi nhà, ở trong nhà hay đi ngủ Thiết bị giúp sử dụng điện thông minh hơn, tiết kiệm tối đa tiền điện hàng tháng Người dùng có thể lập trình nhiệt độ cho ngôi nhà, cho từng khoảng thời gian khác nhau

30

Bộ điều khiển nhiệt độ Honeywell

Bộ điều chỉnh nhiệt độ Honeywell (hình 2.3) rất linh hoạt, được lập trình trước, dễ cài đặt Chỉ một vài câu hỏi ngắn là người dùng có thể thiết lập Honeywell hoạt động được cả tuần, cho từng khoảng thời gian trong ngày Người dùng cũng có thể cài đặt màn hình hiển thị LCD theo sở thích, …

Hình 2.3 Bộ tự động điều khiển nhiệt độ Honeywell

Người sử dụng có thể điều khiển Honeywell qua điện thoại thông minh, máy tính có kết nối mạng Thiết bị tự học theo thói quen của người dùng Honeywell sẽ thông báo khi có sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ

Bộ điều khiển nhiệt độ Sensi

Bộ điều khiển nhiệt độ Sensi là sản phẩm công nghệ của hãng Emerson, Sensi thông dụng nhờ ưu điểm dễ cài đặt, sử dụng Nguồn cấp cho Sensi một cặp pin tiểu, với màn hình đẹp, nhiều thông số cài sẵn, hoạt động tin cậy, thông minh, tiết kiệm năng lượng

31

Hình 2.4 Bộ tự động điều khiển nhiệt độ Sensi

Có thể điều khiển ứng dụng hoạt động rất trơn mịn, tự cập nhập phần mềm khi có mạng, bảng điều khiển rất dễ dùng

Bộ điều khiển nhiệt độ Honeywell Z-Wave

Hình 2.5 Bộ tự động điều khiển nhiệt độ Honeywell Z-Wave

Một bộ điều khiển khác của Honeywell với tên gọi Z-Wave, tương thích với nhiều nhà thông minh, cho phép điều khiển được mọi nơi trong nhà như: đèn chiếu sáng, hệ thống điều hòa, báo cháy, báo trộm… tất cả có thể điều khiển thông qua smartphone, tablet hoặc bất cứ thiết bị nào mà có kết nối mạng Internet Z-Wave

có rất nhiều thông số có sẵn, giao diện người dùng đơn giản, cài đặt được thông số nhiệt độ cho can nhà trong cả tuần

32

2.2.2 Thiết bị chiếu sáng thông minh

Bóng đèn thông minh như bóng đèn thường trừ việc có thể thực hiện giao tiếp với các thiết bị thông minh qua các ứng dụng, báo trạng thái bật, tắt và ở đâu

trong nhà được dùng nhiều nhất

Hình 2.6 Bóng đèn thông minh

Hai loại bóng đèn thông minh phổ biến hiện nay là: bóng đèn GE Link và bóng đèn Philips Hue Lux Cả 2 đều đi với ứng dụng trên điện thoại tùy biến nhiều thiết lập như: thay đổi độ sáng, đặt giờ bật đèn trong vài phút báo thức, theo dõi vị trí điện để tắt đi nếu điện thoại ra ngoài

2.2.3 Thiết bị chống trộm

Thiết bị chống trộm phát hiện người lạ đột nhập nhờ các cảm biến hồng ngoại Cơ thể người khác với nhiệt độ môi trường và nhiệt độ ổn định, do đó cảm biến sẽ phân biệt người xâm nhập Khi có đột nhập hệ thống sẽ thông báo bằng còi, gọi điện đến số điện thoại của gia đình đã được đăng ký trước Đây là một trong những thiết bị cần phải có của nhà thông minh

33

Hình 2.7 Thiết bị cảnh báo chống trộm

Thiết bị cảm biến chống trộm gồm: loại thu phát và loại thụ động Với loại thu phát, người đột nhập sẽ phát hiện khi rào nhà bạn, đây là giải để đuổi trộm từ

xa báo động, mục đích bằng cách thu bức xạ nhiệt người như đã nói bên trên, do

bố trí trong các căn phòng của gia đình, nó trời vì dễ gây báo động giả Ngoài ra, các loại nên chọn loại có âm động lớn để quả hơn

có đột hoặc các sự cố khác