Nhà thông minh (Tiếng Anh: home automation, smart home hoặc Intellihome) 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 thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển. Hệ thống điện tử này giao tiếp với chủ nhân thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, phần mềm điện thoại di động, máy tính bảng hoặc một giao diện web.Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo lịch. Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau.Việc lắp đặt các sản phẩm thông minh đem lại cho ngôi nhà và chủ nhân của nó rất nhiều lợi ích – tương tự như những lợi ích mà công nghệ và máy tính cá nhân đã đem lại cho chúng ta 30 năm qua bao gồm: sự tiện nghi, tiết kiệm thời gian, tiền bạc và năng lượng.Có nhiều thương hiệu cho nhà thông minh, tuy vậy chưa có chuẩn công nghiệp nào được đặt ra cho nó và do vậy thị trường nhà phân minh rất phân mảnh. Các gói nhà thông minh hiện nay sử dụng các giao thức riêng cho từng công ty và không tương thích với nhau. Các công ty cung cấp nhà thông minh hạn chế việc cài đặt độc lập của cá nhân bằng cách không cung cấp tài liệu chi tiết về sản phẩm. Từ thực tế đó, chúng tôi lựa chọn đề tài “Diều khiển cửa và rèm của nhà thông minh” để chủ động làm chủ công nghệ đồng thời nâng cao được kiến thức và kỹ năng trong lĩnh vực này.
GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT LINUX TCP/IP BSD IP SCSI SPARC HĐH FSF PCI IBM HP PC POSIX IEEE CPU DOS GIMP SSH FTP NFS AWK TLC PHP VNC RAM KDE GNOME SMB BRU CE FCC EMMC ARM BASIC RISC OS ARM GPU FPOPS SDRAM Linux kernel Transmission Control Protocol/Internet Protocol Berkley Softwar Distribution Internet Protocol Small Computer System Interface Scalable Performance Architecture Hệ Điều Hành Free Software Foundation Peripheral Component Interconnect International Business Machines Hewlett-Packard Personal Computer Portable Operating System Interface Institute of Electrical and Electronics Engineers Central Processing Unit Disk Operating System GNU Image Manipulation Program Secure Shell File Transfer Protocol Network File System Alfred Aho Weinberge kernighan Tool Command Language Hypertext Preprocessor Virtual Network Computing Random Access Memory K Desktop Environment GNU Network Object Model Environment Message Block Backup and Restore System Unix Conformite Europeenne Federal Communications Commission Embedded MultiMediaCard Acorn RISC Machine Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code Reduced Instructions Set Computer Operating System Advanced RISC Machine Graphics Processing Unit Floating Point Operations Per Second Synchronous Dynamic Random-Access Memory Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài RPF USB HDTV WEGA SVGA GPIO HAT MOSI DSI RISC PIR PES RL Radioisotope Production Facility, Universal Serial Bus High-Definition Television Wide Extended Graphics Array Super Video Graphics Array General-purpose input/outpu Hardware Attached on Top Museum of Science and Industry Data storage interrupt Reduced Instruction Set Computer Passive Infra-Red Photoelectric Sensor Rơle Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thơng minh GVHD: Th.S Hồng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển cửa rèm cửa nhà thơng minh”, nhóm đề tài nhận nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện giảng viên Bộ Môn lãnh đạo Khoa, em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành giúp đỡ Nhóm đề tài xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài – người hướng dẫn chun mơn để em hồn thành đề tài Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên chịu trách nhiệm Nguyễn Hữu Tuấn Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thơng minh GVHD: Th.S Hồng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nhà thông minh (Tiếng Anh: home automation, smart home Intellihome) kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hố hồn toàn bán tự động, thay người thực thao tác quản lý, điều khiển Hệ thống điện tử giao tiếp với chủ nhân thông qua bảng điện tử đặt nhà, phần mềm điện thoại di động, máy tính bảng giao diện web 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 lập trình cho thiết bị nhà hoạt động theo lịch Thêm vào đó, đồ gia dụng hiểu ngơn ngữ có khả tương tác với Việc lắp đặt sản phẩm thông minh đem lại cho nhà chủ nhân nhiều lợi ích – tương tự lợi ích mà cơng nghệ máy tính cá nhân đem lại cho 30 năm qua - bao gồm: tiện nghi, tiết kiệm thời gian, tiền bạc lượng Có nhiều thương hiệu cho nhà thơng minh, chưa có chuẩn cơng nghiệp đặt cho thị trường nhà phân minh phân mảnh Các gói nhà thông minh sử dụng giao thức riêng cho cơng ty khơng tương thích với Các công ty cung cấp nhà thông minh hạn chế việc cài đặt độc lập cá nhân cách không cung cấp tài liệu chi tiết sản phẩm Từ thực tế đó, chúng tơi lựa chọn đề tài “Hệ thống chiếu sáng nhà thông minh” để chủ động làm chủ công nghệ đồng thời nâng cao kiến thức kỹ lĩnh vực Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu: “Hệ thống điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh” 2.2 Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu điều khiển thông minh ứng dụng cho công trình dân dụng cơng nghiệp Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thơng minh GVHD: Th.S Hồng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết thiết kế mơ hình thực nghiệm đánh giá kết đạt Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Nhà thông minh bảo vệ an toàn cho người tài sản nhà Bảo vệ nhà nguy điện giúp gia tăng tuổi thọ cho thiết bị điện nhà Đề tài có tính mở nên việc áp dụng cho nhiều đối tượng khác dân dụng công nghiệp Cấu trúc đề tài Chương Tổng quan hệ thống chiếu sáng nhà thông minh lựa chọn giải pháp điều khiển Chương Nghiên cứu hệ điều hành Linux ứng dụng máy tính nhúng Chương Thiết kế hệ thống điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh Chương Xây dựng mơ hình thực tế đánh giá kết đạt NỘI DUNG CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài 1.1 Tổng quan nhà thông minh 1.1.1 Giới thiệu a Tổng quan Nhà thông minh nhà trang bị hệ thống tự động thông minh với cách bố trí hợp lý, hệ thống có khả tự điều phối hoạt động nhà theo thói quen sinh hoạt nhu cầu cá nhân gia chủ Chúng ta hiểu nhà thông minh hệ thống chỉnh thể mà đó, tất thiết bị điện tử gia dụng liên kết với thiết bị điều khiển trung tâm phối hợp với để thực chức Các thiết bị tự đưa cách xử lý tình lập trình trước, điều khiển giám sát từ xa Giải pháp nhà thông minh biến đồ điện tử bình thường nhà trở nên thông minh gần gũi với người dùng hơn, chúng kiểm sốt thơng qua thiết bị truyền thông điều khiển từ xa, điện thoại di động… nhà thông minh đơn giản hình dung bao gồm mạng điều khiển liên kết số lượng cố định thiết bị điện, điện tử gia dụng nhà chúng điều khiển thông qua điều khiển từ xa Chỉ với kết nối đơn giản đủ để hài lòng số lượng lớn cá nhân có nhu cầu nhà thơng minh mức trung bình Chúng ta biết phần lớn hộ từ trung bình đến cao cấp sử dụng loại điều khiển từ xa để điều khiển máy lạnh, ti vi…còn lại phần lớn thiết bị khác hệ thống đèn, bình nước nóng lạnh…phải điều khiển tay Những việc đôi lúc đem lại bất tiện, mà mong muốn có tiện nghi thoải mái hơn, vừa tận hưởng nằm giường coi ti vi vừa kiểm sốt hệ thống thiết bị nhà với smartphone hay máy tính bảng b Các thành phần hệ thống nhà thông minh Như biết nhà hồn chỉnh có nhiều thành phần, để có nhà thông minh đại phải đảm bảo thành phần hệ thống - Hệ thống quản lý chiếu sáng Các thiết bị chiếu sáng bóng đèn sợi đốt, đèn neon, đèn ngủ, trang trí…được sử dụng nhiều Vì phối hợp chiếu sáng không hợp lý dẫn tới bị “ô nhiễm” ánh sáng Ngoài ra, việc chiếu sáng gây lãng phí điện, giảm tuổi Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thơng minh GVHD: Th.S Hồng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đồi thọ thiết bị Bên cạnh số lượng đèn dùng để chiếu sáng lớn, gia chủ gặp bất tiện nhỏ việc bật tắt, điều chỉnh độ sáng cho phù hợp Hệ thống chiếu sáng tích hợp chung với hệ thống khác tách riêng để điều khiển độc lập Các giải pháp nhằm tối ưu hóa hệ thống giúp gia chủ điều khiển dễ dàng Các giải pháp kết hợp tính đến để tự động hóa tới mức tối đa - Hệ thống cửa rèm cửa Khi gia chủ vắng, việc kiểm soát hệ thống vào ngơi nhà quan trọng, giúp đề phòng trộm v.v… Ngôi nhà thông minh cung cấp hệ thống kiểm soát vào cho phép chủ nhà quản lý cấp quyền “đăng nhập” cho thành viên gia đình người thân Hệ thống cửa vào phòng lắp đặt khóa vân tay khóa phím v.v… nhằm nhận dạng người nhà khách để cấp quyền “đăng nhập” Ngồi ra, dùng hệ thống nhận diện khn mặt hay giọng nói tùy vào phòng riêng người Mỗi có kiện mới, hệ thống kiểm sốt vào kích hoạt hệ thống khác để lưu giữ thay đổi người dùng tạo Đối với rèm cửa điều chỉnh theo ý muốn người sử dụng giúp điều tiết ánh sáng tự nhiên phù hợp ngơi nhà từ tiết kiệm điện sử dụng - Hệ thống quan sát, thơng tin liên lạc Một ngơi nhà bình thường có từ đến phòng kín, có vài vấn đề khó khăn giao tiếp từ phòng sang phòng khác Một hệ thống thơng tin liên lạc nội giúp giải vấn đề Hệ thống liên lạc nội đơn giản điện thoại cố định điện thoại mẹ bồng Ngoài chức liên lạc nhà, hệ thống cần kết nối với mạng điện thoại để tiện cho việc giao tiếp công việc hơn, để làm việc cần đến chuyển kênh Hệ thống quan sát giúp việc kiểm sốt an ninh, người vào/ra ngơi nhà…giúp cho gia chủ nhận diện khách nhanh chóng thơng qua camera - Hệ thống giải trí đa phương tiện - Ngơi nhà nơi sinh hoạt gia đình gồm nhiều hệ hệ lại có nhu cầu giải trí khác Do đó, hệ thống giải trí đa phương tiện cung cấp cho thành viên hoạt động giải trí phù hợp… Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài Hệ thống quản lý cấp điện, nước, gas - Đối với ngơi nhà bình thường việc cung cấp đo lường số điện nước phải thông qua quan nhà nước Ngôi nhà thông minh cung cấp giải pháp nhằm đo lường báo lại thông số điện, nước thường xuyên, kết hợp với hệ thống quản lý chiếu sáng hệ thống kiểm soát vào ra, từ tự động bật/tắt thiết bị nhà nhằm tiết kiệm lượng Ngoài ra, cảm biến giúp hạn chế cảnh báo nguy khác rò rỉ gas, mực nước bể chứa thấp, bể đường ống nước, cháy chập điện… - Hệ thống cảm biến báo động, báo cháy Hệ thống cảm biến thành phần quan trọng hệ thống ngơi nhà, cảm biến có nhiệm vụ gửi thơng số đo cho xử lý trung tâm để có giải pháp phù hợp với gói liệu xử lý tình tương ứng Các cảm biến cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến gas, cảm biến áp suất, cảm biến hồng ngoại… - Hệ thống điều hòa khơng khí, kiểm sốt mơi trường Thơng thường ngơi nhà cần có khơng gian xanh, khơng giúp thành viên gia đình thư giãn mà giúp điều hòa khơng khí Việc xây dựng trì màu xanh ngơi nhà cần thiết, hệ thống điều hòa khơng khí kiểm sốt mơi trường giúp ích nhiều việc chăm sóc độ ẩm cần thiết, ánh sáng phù hợp… - Hệ thống công tắc điều khiển trạng thái Hệ thống công tắc bảng hiển thị cung cấp thông tin nhận lệnh điều khiển từ gia chủ Đảm bảo tương tác hai chiều thành viên hệ thống tự động Hệ thống bao gồm: điều khiển từ xa, công tắc gắn tường, bảng điều khiển tương tác HMI, điện thoại thông minh… - Hệ thống mạng, xử lý trung tâm kết hợp hoạt động Ngôi nhà thông minh đánh giá cao khác hẳn ngơi nhà bình thường trang bị hệ thống mạng điều khiển toàn thay đổi điều khiển tự động nhà xử lý đồng thông qua hệ thống mạng xử lý trung tâm Nó có vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ liên kết hệ thống khác nhà lại với nhau, điều phối hệ thống chấp hành cách nhịp nhàng theo điều kiện tác động lập trình từ trước Chúng ta gọi hoạt cảnh – điều kiện môi trường nhà Một vài kết hợp tiêu biểu: Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài Hệ thống chiếu sáng với Hệ thống xử lý trung tâm lập trình theo thói quen người sử dụng Các thiết bị chiếu sáng hoạt động theo chu trình thời gian đặt trước Hệ thống chiếu sáng kết hợp với Hệ thống cảm biến cung cấp khả tự động điều khiển ánh sáng như: đèn tự động tắt khơng có người phòng, số khu vực tự sáng đèn qua 18h… Hệ thống cảnh báo kết hợp với hệ thống chiếu sáng: có vấn đề xảy cháy nổ, phát ăn trộm…các bóng đèn chớp sáng liên tục, đồng thời có tiếng còi báo hiệu Hệ thống cảm biến kết hợp với hệ thống xử lý trung tâm báo cáo tình trạng lưu trữ điện UPS, báo cáo mực nước bồn chứa…nhằm đảm bảo nguồn cung cho nhu cầu sinh hoạt ngày Hệ thống giải trí đa phương tiện kết hợp với hệ thống chiếu sáng nhằm đem lại giây phút thư giãn cho thành viên gia đình 1.1.2 Lịch sử phát triển nhà thông minh giới Tiền đề cho hệ thống tự động nhà cửa/ nhà thông minh thiết bị điều khiển từ xa khơng dây Được giới thiệu năm 1898 Nikola Tesla, ơng điều khiển mơ hình thu nhỏ thuyền cách gửi sóng radio qua điều khiển từ xa Thế kỷ 20 bắt đầu với phát triển bùng nổ thiết bị gia dụng, ví dụ máy hút bụi chạy động (1901) máy hút bụi chạy điện (1907) Hai thập kỷ cách mạng thiết bị gia dụng, xuất tủ lạnh, máy sấy, máy giặt, Tuy nhiên, giá thành đắt đỏ việc sở hữu hàng xa xỉ xuất gia đình giàu có Những năm 1930, ý tưởng tự động hóa nhà khơi gợi lên, phải đến năm 1966, hệ thống tự động hóa nhà mang tên EchoIV phát triển Jim Sutherland Hệ thống giúp chủ nhà lên danh sách mua hàng, điều chỉnh nhiệt độ phòng, bật tắt thiết bị gia dụng Nhưng đáng tiếc hệ thống chưa bán thị trường Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thơng minh GVHD: Th.S Hồng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đồi Năm 1969, bếp máy tính Honeywell đời Chức sản phẩm tạo cơng thức ăn, bếp không đạt thành công thương mại giá thành đắt đỏ Bước ngoặt lớn xảy vào năm 1971 vi xử lý đời, khiến cho giá thiết bị điện tử giảm mạnh Điều đồng nghĩa với việc người có khả tiếp cận với cơng nghệ dễ dàng Nhờ có bước phát triển thần kì ấy, khái niệm "nhà thơng minh" lần đưa vào năm 1984 Hội Liên Hiệp Xây dựng Hoa Kỳ Trong suốt thập niên 90, công nghệ dành cho người cao tuổi chủ đề tập trung nghiên cứu, người ta cố gắng kết hợp kỹ thuật đại khoa học tuổi già để tạo cơng nghệ phục vụ cho người cao tuổi Chính tập trung nghiên cứu đóng góp vào việc phát triển tiện nghi gia đình, thiết bị gia dụng, điện tử điện lạnh Trong khoảng thời gian này, nhu cầu kết nối thiết bị gia dụng bắt đầu xuất Năm 1993, mạng lưới kết nối thiết bị nhà không dây xây dựng Fujieda, mang đến bước phát triển lớn cho hệ thống không dây ngày Đến cuối thể kỷ 20, thuật ngữ Domotics sáng tạo sử dụng để miêu tả việc sản phẩm đồ gia dụng kết hợp với máy tính robot, tạo thành hệ thống phối hợp để quản lý cơng việc gia đình Năm 1998, Ngơi nhà Thiên niên kỷ (Integer millennium house) mở cửa trưng bày Căn nhà mẫu minh họa cho việc nhà tích hợp cơng nghệ nào, với hệ thống sưởi ấm, quản lý đất trồng, thiết bị an ninh, chiếu sáng cửa điều khiển tự động Mười năm sau, mạng Internet phát triển mạnh mẽ trở nên phổ biến, người ta bắt đầu vào nghiên cứu để tìm cách kết nối hệ thống điều khiển tự động hóa nhà với mạng Internet Hiroshi Kanma đồng đề xuất việc hệ thống điều khiển thông qua bluetooth vào năm 2003 Năm 2006, hệ thống mạng lưới phức hợp sản phẩm gia dụng giới thiệu Mạng lưới sử dụng bluetooth mạng điện thoại để gửi liệu cho nhà cung cấp truyền dẫn trở nhà người sử dụng Bằng cách thức này, người dùng điểu khiển thiết bị nhà kể bên Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh 10 GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài VFPv3), biên dịch cho tập lệnh hạn chế ARMv6 Raspberry Pi Một thẻ SD có kích thước tối thiểu GB cần thiết cho Raspbian image cung cấp Raspberry Pi Foundation Có Pi Store (Kho) dùng để trao đổi chương trình + Raspbian Server Edition phiên rút gọn với gói phần mềm kèm so với phiên Raspbian dành cho máy tính để bàn thơng thường + Giao thức máy chủ hiển thị Wayland cho phép sử dụng hiệu GPU để tăng tốc phần cứng chức vẽ GUI Vào 16 Tháng năm 2014, GUI shell dành cho Weston gọi Maynard phát hành + PiBang Linux – biến thể từ Raspbian + Raspbian for Robots – biến thểcủa Raspbian dành cho dự án robot với LEGO, Grove, Arduino - Phần mềm ứng dụng bên thứ ba + AstroPrint – Kể từ tháng năm 2014, phần mềm máy in 3D khơng dây AstroPrint chạy Pi + Mathematica – Kể từ ngày 21 tháng 11 năm 2013, Raspbian bao gồm cài đặt đầy đủ phần mềm độc quyền dung cho miễn phí [72] Tính đến ngày 24 tháng năm 2015, phiên Mathematica 10.2.[73] + Minecraft – Phát hành 11 Tháng năm 2013, phiên dành cho Raspberry Pi, bạn thay đổi giới trò chơi với code.[74] + UserGate Web Filter – Ngày 20 tháng năm 2013, hãng bảo mật có trụ sở Florida Entensys công bố bố UserGate Web Filter cho tảng Raspberry Pi [75] + Julia –Kể từ tháng năm 2015, ngơn ngữ lập trình Julia biên dịch chạy Pi 2, gốc, trạng thái alpha (bản thử nghiệm) + R POS - Phát hành tháng năm 2016, phần mềm bán hàng POS cho ngành Ăn Uống Bán Lẻ Young POS phát triển Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh 37 GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài 2.2.2 Ứng dung máy tính nhúng Raspberry Pi H2.4 Raspberry pi Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh 38 GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài H2.5.Các cổng kết nối raspberry pi Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thơng minh 39 GVHD: Th.S Hồng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đồi Thơng tin cấu hình Raspberry Pi 3: Broadcom BCM2837 chipset running at 1.2 GHz 64-bit quad-core ARM Cortex-A53 802.11 b/g/n Wireless LAN Bluetooth 4.1 (Classic & Low Energy) Dual core Videocore IV® Multimedia co-processor GB LPDDR2 memory Supports all the latest ARM GNU/Linux distributions and Windows 10 IoT MicroUSB connector for 2.5 A power supply x 10/100 Ethernet port x HDMI video/audio connector x RCA video/audio connector x USB 2.0 ports 40 GPIO pins Chip antenna DSI display connector MicroSD card slot Dimensions: 85 x 56 x 17 mm Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh 40 GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỬA VÀ RÈM CỬA CỦA NHÀ THƠNG MINH 3.1: Đặt vấn đề Khơng gian sang trọng, ngơi nhà có thống mát bật hay không phần lớn cấu trúc cửa rèm cửa nào? Thời buổi đại, người tiêu dùng ý thức việc ngồi tính sử dụng cho mục đích đóng mở, trang trí phải thêm tính an ninh, thiết kế đẹp hệ thống phải thông minh để đáp ứng nhu cầu người, hệ thống cửa rèm cửa tự động đời sản phẩm tối cao để đưa ngành công nghệ lên nấc thang mới, với hệ thống hoàn toàn tự động này, làm việc bạn không cần gọi người mở cửa, không cần tự tay tra chìa vào khóa Thay vào sử dụng điện thoại smartphone để điều khiển, khơng giúp bạn có trải nghiệm hoàn hảo tiện nghi mà bảo vệ gia đình bạn tốt so với cổng sử dụng ổ khóa thơng thường, điều kiện trộm cắp ngày gia tăng Cửa tự động không sử dụng cơng trình gia đình thơng minh mà ứng dụng hầu hết cơng trình lớn nhỏ, cơng ty, nhà máy, xí nghiệp… Ngôi nhà bạn trở nên sang trọng, đại tiện nghi sử dụng hệ thống cửa rèm cửa tự động 3.2: Ý tưởng thiết kế Chúng ta biết động chiều có ứng dụng quan trọng hệ thống điều khiển điện – Đặc tính động chiều tốt hẳn so với động xoay chiều đặc tính làm việc, điều khiển Nhưng giá thành thiết kế động chiều cao phải thường xuyên bảo dưỡng nên hệ thống máy móc lớn họ chuyển dần sang động xoay chiều Nhưng mạch hệ thống điều khiển nhỏ, điều khiển cần xác vị trí, đảo chiều, moment lớn …Người ta phải dùng động chiều để tạo chuyển động quay Động chiều với kích từ nam châm vĩnh cửu sử dụng nhiều với kích cỡ, điện áp, công suất khác Động quay thuận ta cấp điện áp thuận vào cho động quay ngược ta cần đảo chiều điện áp cho động Một mạch đảo chiều điện áp mạch cầu H Mạch cầu H dùng phổ biến hệ thống điều khiển động điện chiều cần đảo chiều, thay đổi tốc độ Với đặc điểm nhóm đề tài đưa ý tưởng đóng mở cửa rèm sử dụng mạch cầu H kết hợp với trung tâm điều khiển raspberry pi relay điện tử giúp nhận tín hiệu từ raspberry pi Xây dựng phần mềm điều khiển Smartphone giúp tự động điều khiển giám cách chủ động tiện lợi đặc biệt khoảng cách xa thông qua hệ thống cấu chấp hành hệ thống cảm biến Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thơng minh 41 GVHD: Th.S Hồng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đồi Sơ đồ mạch cầu H 3.3 Tính tốn, lựa chọn linh kiện cấu chấp hành 3.3.1 Các thiết bị sử dụng điều khiển a) Cơng tắc hành trình Cơng tắc hành trình thiết bị chuyển đổi chuyển động thành tín hiệu điện.Tín hiệu cơng tắc hành trình phục vụ cho q trình điều khiển giám sát Hình4.1: Cơng tắc hành trình Ngun lý cơng tắc hành trình dùng để đóng cắt mạch dùng lưới điện hạ áp Nó có tác dụng giống nút ấn động tác ấn tay thay động tác va chạm phận khí, làm cho q trình chuyển động khí thành tín hiệu điện Vì nhóm đề tài dùng cơng tắc hành trình để giới hạn chuyển động cho cửa rèm b) Module relay kênh Relay cơng tắc (khóa K) Nhưng khác với công tắc chỗ relay kích hoạt điện thay dùng tay người công tắc Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh 42 GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài Hình 4.2 Module relay kênh Module relay kênh gồm relay SONGLE hoạt động điện áp 5V, chịu hiệu điện 250VAC 7A Trên module có sẵn mạch kích relay sử dụng tranzitor opto cách ly quang cách ly hoàn toàn mạch điều khiển với relay nhằm đảm bảo vi điều khiển hoạt động ổn định Có sẵn herder tiện lợi cho việc kết nối với vi điều khiển Nhóm sử dụng Module relay kênh để tạo nên mạch cầu H nhận tín hiệu từ Raspberry pi c) Adapter 5V 2A Adapter 12V 2A nguồn chuyển đổi từ 220V AC sang 5V DC Hình4.3 Adapter 5V 2A Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thơng minh 43 GVHD: Th.S Hồng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đồi Nhóm đề tài dùng Adapter 5V 2A để cấp điện cho motor giảm tốc d) Động điện chiều Động điện chiều động điện hoạt động với dòng điện chiều Nguyên tắc hoạt độngcủa động điện chiều Pha 1: Từ trường rotor cực với stator, đẩy tạo chuyển động quay rotor Pha 2: Rotor tiếp tục quay Pha 3: Bộ phận chỉnh điện đổi cực cho từ trường stator rotor dấu, trở lại pha Nếu trục động điện chiều kéo lực ngoài, động hoạt động máy phát điện chiều, tạo sức điện động cảm ứng Electromotive force (EMF) Khi vận hành bình thường, rotor quay phát điện áp gọi sức phản điện động counter-EMF (CEMF) sức điện độngđối kháng, đối kháng lại điện áp bên đặt vào động Sức điện động tương tự sức điện động phát động sử dụng máy phát điện (như lúc ta nối điện trở tải vào đầu động cơ, kéo trục động ngẫu lực bên ngoài) Như điện áp đặt động bao gồm thành phần: sức phản điện động, điện áp giáng tạo điện trở nội cuộn dây phần ứng Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thơng minh 44 GVHD: Th.S Hồng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đồi Nhóm đề tài ứng dụng động chiều để tạo chuyển động cho cửa rèm cửa kích thước nhỏ gọn an tồn tổn thất điện 3.3.2 Lưu đồ thuật tốn điều khiển cửa rèm cửa nhà thơng minh Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh 45 GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài CHƯƠNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 4.1 Kết đạt Trong trình nghiên cứu đề tài đạt kết sau: - Hồn thiện mơ hình đáp ứng u cầu công nghệ đặt Với hệ thống điều khiển cửa rèm cửa tự động tổng thể nhà bao gồm: + Điều khiển mô hình bao gồm hệ thống cửa chính, cửa gara rèm cửa sổ + Điều khiển hệ thống cửa rèm cửa hoàn toàn tự động an toàn + Xây dựng điều khiển chất lượng, giá thành hợp lý đem điều khiển thực tế mà khơng cần thay đổi thêm + Xây dựng phần mềm điều khiển Smartphone giúp tự động điều khiển giám cách chủ động tiện lợi đặc biệt khoảng cách xa thông qua hệ thống cấu chấp hành Tất hệ thống điều khiển điều khiển trung tâm điều khiển Rasberry Pi H4.5 Tổng thể mơ hình Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh 46 GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài H4.6 Hệ thống motor cơng tắc hành trình H4.7 Cửa nhà Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh 47 GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài H4.8 Cửa gara, cửa rèm ngơi nhà H4.9 Mạch điều khiển hệ thống rèm cửa tự động Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh 48 GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài H4.9 Phần mềm điều khiển giao tiếp mạch rơle Rasberry Pi 4.3 Thuận lợi khó khăn đề tài - Thuận lợi: + Được giúp đỡ tận tình Th.S: Hoàng Anh Đức Th.S: Nguyễn Văn Đoài tạo điều khiện cho đầy đủ dụng cụ máy móc, cần thiết phục vụ đề tài + Đề tài nhận nhiều giúp đỡ từ giảng viên Môn Điện – Điện Tử khoa + Đề tài nhận nhiều quan tâm đặc biệt thời đại công nghiệp 4.0 tỉnh Quảng Bình, mơ hình thiết kế theo kiến trúc nhà đại phù hợp với sống - Hạn chế hướng phát triển: + Đề tài mang tính thiết kế gặp nhiều khó khăn chúng em tiếp cận cơng nghệ hạn chế, trình độ chun mơn chưa cao, thời gian kinh phí nghiên cứu hạn hẹp nên chất lượng mơ hình chưa tốt Chúng em hi vọng hướng đề tài rộng mang tính tổng qt hơn, xây dựng nhiều chế độ thông minh cho nhà Tuy nhiên nỗ lực bạn nhóm đề tài, với hướng dẫn tận tình Th.S: Hồng Anh Đức Th.S: Nguyễn Văn Đồi giúp chúng tơi hướng hồn thiện đề tài Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh 49 GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tài liệu tiếng việt Giáo trình Hệ thống nhúng – TS Trương Quang Vinh- ĐH Bách Khoa TP HCM năm 2016 Giáo trình Hệ điều hành Linux- Trung tâm TCCN&DN Hồ Trung Mỹ, "Giáo trình Vi xử lý", "Giáo trình Vi điều khiển" TS Phạm Nguyên Khang – TS Đỗ Thanh Nghị – Giáo trình Linux phần mềm mở, NXB Cần Thơ Một số tài liện mạng: Dientuvietnam.net II Tài liệu tiếng anh Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh 50 GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài 1.Getting stared with raspberry pi – tác giả:matt Richardson shawn Wallace 2.Raspberry PI and Wi-Fi Based Home Automation System tác giả Kolhe Ujvala S 3.Smart Home Automation: A Literature Review tác giả: Vaishnavi S Gunge, Pratibha S Yalagi 4.A SMART HOME SYSTEM BASED ON SENSOR TECHNOLOGY tác giả : Boban Davidović, Aleksandra Labus 5.Internet of Things: Smart Home Automation System using Raspberry Pi tác giả: Smita Mahindrakar, Ravi K Biradar Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh 51 ... thị trường nhà thơng minh Việt Nam có góp mặt sản phẩm thiết bị điện thông minh v giải pháp nhà thông minh giá rẻ đến Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thơng minh 13 GVHD:... cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh GVHD: Th.S Hoàng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đoài LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển cửa rèm cửa nhà thông minh ,... VỀ NHÀ THÔNG MINH Đề tài: Nghiên cứu giải pháp điều khiển cửa rèm cửa nhà thơng minh GVHD: Th.S Hồng Anh Đức, Th.S Nguyễn Văn Đồi 1.1 Tổng quan nhà thơng minh 1.1.1 Giới thiệu a Tổng quan Nhà thông