Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo mô hình nhà thông minh sử dụng Arduino

Đồ án nhằm thực hiện ý tưởng thiết kế và chế tạo mô hình nhà thông minh sử dụng Arduino. Bộ điều khiển thiết kế có khả năng bật tắt các thiết bị một cách linh hoạt bằng các thiết bị di động có kết nối mạng wifi hoặc mạng viễn thông di động. Các trạng thái của thiết bị cũng có thể được cập nhật tức thời lên các thiết bị này nhằm kiểm soát sự hoạt động của ngôi nhà. Ngoài ra, thông qua các cảm biến được bố trí trong ngôi nhà, bộ điều khiển có khả năng tự động điều chỉnh các thiết bị phù hợp với nhu cầu sử dụng. Mô hình thiết kế là một giải pháp hoàn thiện cho nhà thông minh với khả năng điều khiển mềm dẻo và giá thành thấp so với các sản phẩm khác trên thị trường.

TR ƯỜ NG Đ I H C VINH Ạ Ọ

Ngh  An, 05­2019ệ

 L I M  Đ UỜ Ở Ầ

Vài năm tr  l i đây, khi th  gi i đang d n ti n vào k  nguyên Internet ofở ạ ế ớ ầ ế ỷ  Things (IoTs), nhà thông minh tr  thành m t xu hở ộ ướng công ngh  t t y u và làệ ấ ế  tiêu chu n c a nhà   hi n đ i. M c dù đ u d a trên nên t ng IoT, tuy nhiên cóẩ ủ ở ệ ạ ặ ề ự ả  

r t nhi u cách ti p c n khác nhau trong vi c thi t k  các mô hình nhà thôngấ ề ế ậ ệ ế ế  minh. M t s  cách có th  k  đ n là s  d ng các máy tính nhúng nh  Raspberryộ ố ể ể ế ử ụ ư  PI3, Orange Pi One, PIC, ho c Arduino. Trong đ  tài này em nghiên c u : ặ ề ứ “ Thi tế  

k  ch  t o mô hình nhà thông minh s  d ng Arduinoế ế ạ ử ụ ”. So v i các cách ti pớ ế  

c n khác thì ti p c n này đ n gi n, giá thành r  h n dùng Raspberry PI3 và nhi uậ ế ậ ơ ả ẻ ơ ề  tài li u nghiên c u.ệ ứ

Ngoài vi c hoàn thành đ  án t t nghi p v i nh ng công vi c trên thì còn cóệ ồ ố ệ ớ ữ ệ  

ý nghĩa sâu s c đ i v i nh ng sinh viên th c hi n. Sinh viên đắ ố ớ ữ ự ệ ược th c hànhự  

nh ng ki n th c đã h c đữ ế ứ ọ ượ ừc t  gh  nhà trế ường. T  nh ng l n làm đ  án, đ  tàiừ ữ ầ ồ ề  thì đã giúp cho sinh viên làm quen h n v i nh ng thi t b  nh ng c m bi n màơ ớ ữ ế ị ữ ả ế  

trước gi  ch  n m trên gi y, t  đó tăng thêm ni m đam mê, kích thích cho sinhờ ỉ ằ ấ ừ ề  viên nghiên c u và sáng t o. ứ ạ

Sau m t th i gian h c t p và nghiên c u th c hi n đ  tài em đã hoàn thànhộ ờ ọ ậ ứ ự ệ ề  

được đ  tài đề ược giao. Em xin chân thành g i l i c m  n đ n:ử ờ ả ơ ế

Ban giám hi u, cán b  công nhân viên nhà trệ ộ ường đã giúp đ  em trong su tỡ ố  

th i gian h c t p t i trờ ọ ậ ạ ường

Ban lãnh đ o vi n và các th y cô trong Vi n K  thu t và Công ngh  đã d yạ ệ ầ ệ ỹ ậ ệ ạ  

em nh ng ki n th c c  b n và chuyên ngành.ữ ế ứ ơ ả

Đ c bi t xin c m  n đ n th y Th.S ặ ệ ả ơ ế ầ Lương Ng c Minhọ , người tr c ti pự ế  

hướng d n đ  tài đã h  tr  cho em r t nhi u v  ki n th c, tài li u và c  s  v tẫ ề ỗ ợ ấ ề ề ế ứ ệ ơ ở ậ  

ch t đ  em có th  hoàn thành t t đ  tài.ấ ể ể ố ề

Đ  án này th c hi n ý tồ ự ệ ưởng thi t k  và ch  t o mô hình nhà thông minh sế ế ế ạ ử 

d ng Arduino. B  đi u khi n thi t k  có kh  năng b t t t các thi t b  m t cáchụ ộ ề ể ế ế ả ậ ắ ế ị ộ  linh ho t b ng các thi t b  di đ ng có k t n i m ng wifi ho c m ng vi n thôngạ ằ ế ị ộ ế ố ạ ặ ạ ễ  

di đ ng. Các tr ng thái c a thi t b  cũng có th  độ ạ ủ ế ị ể ược c p nh t t c th i lên cácậ ậ ứ ờ  thi t b  này nh m ki m soát s  ho t đ ng c a ngôi nhà. Ngoài ra, thông qua cácế ị ằ ể ự ạ ộ ủ  

c m bi n đả ế ược b  trí trong ngôi nhà, b  đi u khi n có kh  năng t  đ ng đi uố ộ ề ể ả ự ộ ề  

ch nh các thi t b  phù h p v i nhu c u s  d ng. Mô hình thi t k  là m t gi iỉ ế ị ợ ớ ầ ử ụ ế ế ộ ả  pháp hoàn thi n cho nhà thông minh v i kh  năng đi u khi n m m d o và giáệ ớ ả ề ể ề ẻ  thành th p so v i các s n ph m khác trên th  trấ ớ ả ẩ ị ường. 

ABSTRACTThis project designs and implements a smart home model using Arduino. The design controller of the  smarth  home controls  devices flexibly  via  mobile devices such as smart  phone  and  ipad  The design system can work  based on notonly wireless but also cellular network. Devices status can also be instantly updatedon the mobile devices to control the home. In addition, through the sensors whichlocated in the house, the controller is capable of automatically adjusting the device to meet the demands. Design model is a complete solution for smart home with flexible control and low cost compared to other products on the market

M C L C Ụ Ụ

      Trang

DANH SÁCH B NG BI UẢ Ể

DANH SÁCH CÁC T  VI T T TỪ Ế Ắ

T  vi t t từ ế ắ Ti ng Anhế Ti ng Vi tế ệ

I2C Inter­Integratel Circuit Đgi a các ICườữ ng bus giao ti p ế

QR Quick Response Mã ph n h i nhanhả ồSMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao th c truy n t i th  tín đ n gi nư ứơ ảề ảLCD Liquid crystal display Màn hình tinh th  l ngể ỏIoT Internet Of Things M ng ln i internetốạ ướ ại v n v t k t ậ ếRFID Radio Frequency Identification Nh n d ng qua t n s  vô tuy nậ ếạ ầ ốNFC Near­Field Communications K t n i tế ố ường g nầ

CHƯƠNG 1. C  S  LÝ THUY T Ơ Ở Ế

Chương 1 trình bày v  xu hề ướng phát tri n c a Internet v n v t (IoT) và cácể ủ ạ ậ  

ng d ng ph  bi n hi n nay d a trên n n t ng IoT. Ngoài ra, nhà thông minh là

m t trong nh ng d ng r t độ ữ ụ ấ ược quan tâm hi n nay d a trên n n t ng IoT cũng sệ ự ề ả ẽ 

được trình bày trong chương này

1.1  Gi i thi u v  IoTớ ệ ề

Hi u m t cách đ n gi n IoT là t t c  các thi t b  có th  k t n i v i nhau.ể ộ ơ ả ấ ả ế ị ể ế ố ớ  

Vi c k t n i có th  th c hi n qua wifi, k t n i băng r ng (3G, 4G), Bluetooth,ệ ế ố ể ự ệ ế ố ộ  ZigBee, h ng ngo i… Các thi t b  có th  là đ n tho i thông minh, máy máy tínhồ ạ ế ị ể ệ ạ  

b ng, đi u hòa, bóng đèn, máy gi t và nhi u thi t b  khác. Cisco nhà cung c pả ề ặ ề ế ị ấ  

gi i pháp thi t b  hàng đ u hi n nay d  báo: Đ n năm 2020, s  có kho ng 50 tả ế ị ầ ệ ự ế ẽ ả ỷ 

đ  v t k t n i internet, th m chí con s  này còn gia tăng nhi u h n n a. IoT s  làồ ậ ế ố ậ ố ề ơ ữ ẽ  

m ng kh ng l  k t n i t t c  m i th  bao g m c  con ngạ ổ ồ ế ố ấ ả ọ ứ ồ ả ười và s  t n t i cácẽ ồ ạ  

m i quan h  gi a ngố ệ ữ ười và người, người và thi t b , thi t b  và thi t b  ế ị ế ị ế ị

1.1.2 C  s  k  thu t c a IoT ơ ở ỹ ậ ủ

Đi m quan tr ng c a IoT đó là các đ i tể ọ ủ ố ượng ph i có th  đả ể ược nh n bi tậ ế  

và đ nh d ng (identifiable). N u m i th  đị ạ ế ọ ứ ược "đánh d u" đ  phân bi t b n thânấ ể ệ ả  

đ i tố ượng đó v i nh ng th  xung quanh thì chúng ta có th  hoàn toàn qu n líớ ữ ứ ể ả  

được nó thông qua máy tính. Vi c đánh d u (tagging) có th  đệ ấ ể ược th c hi nự ệ  thông  qua   nhi u  công   ngh ,   ch ng   h n   nh   RFID,   NFC,   mã   v ch,  mã   QR,ề ệ ẳ ạ ư ạ  

watermark kĩ thu t s  Vi c k t n i thì có th  th c hi n qua wifi, m ng vi nậ ố ệ ế ố ể ự ệ ạ ễ  thông băng r ng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, h ng ngo i  ộ ồ ạ

Ngoài nh ng kĩ thu t nói trên, n u nhìn t  th  gi i web, chúng ta có th  sữ ậ ế ừ ế ớ ể ử 

d ng các đ a ch  đ c nh t đ  xác đ nh t ng v t, ch ng h n nh  đ a ch  IP. M iụ ị ỉ ộ ấ ể ị ừ ậ ẳ ạ ư ị ỉ ỗ  thi t b  s  có m t IP riêng bi t không nh m l n. S  xu t hi n c a IPv6 v iế ị ẽ ộ ệ ầ ẫ ự ấ ệ ủ ớ  không gian đ a ch  c c kì r ng l n s  giúp m i th  có th  d  dàng k t n i vàoị ỉ ự ộ ớ ẽ ọ ứ ể ễ ế ố  Internet cũng nh  k t n i v i nhau.ư ế ố ớ

1.1.3 Xu h ướ ng phát tri n c a th  gi i v i IoT ể ủ ế ớ ớ

M c dù đã có t  lâu nh ng k  nguyên Internet of Things ch  th c s  đặ ừ ư ỷ ỉ ự ự ượ  cchú ý và bùng n  trong nh ng năm g n đây, sau s  phát tri n c a smartphone,ổ ữ ầ ự ể ủ  tablet và nh ng k t n i không dây,… Và ngay sau khi nh n đữ ế ố ậ ược s  chú ý c aự ủ  

c ng đ ng, IoT đã cho th y ti m năng c a mình v i nh ng s  li u đáng kinhộ ồ ấ ề ủ ớ ữ ố ệ  

ng c.ạ

Là “m t trong nh ng phát ki n quan tr ng và quy n l c nh t c a loàiộ ữ ế ọ ề ự ấ ủ  

người”,  Cisco IBSG, nhà cung c p gi i pháp và thi t b  m ng hàng đ u hi n nayấ ả ế ị ạ ầ ệ  

d  báo: Đ n năm 2020, s  có kho ng 50 t  đ  v t k t n i vào Internet, bao g mự ế ẽ ả ỷ ồ ậ ế ố ồ  hàng t  thi t b  di đ ng, tivi, máy gi t, … Đ  th y đỷ ế ị ộ ặ ể ấ ược s  phát tri n c a lĩnhự ể ủ  

v c này, h  cũng đ a ra s  li u vào năm 1984, khi mà Cisco m i thành l p m iự ọ ư ố ệ ớ ậ ớ  

ch  có kho ng 1.000 thi t b  đỉ ả ế ị ược k t n i m ng toàn c u, đ n năm 2010, con sế ố ạ ầ ế ố này đã lên m c 10 t ứ ỷ

Intel, đ n v  m i tham gia vào th  trơ ị ớ ị ường s n xu t chip cho các thi t bả ấ ế ị thông minh ph c v  IoT cũng đã thu v  h n 2 t  USD trong năm 2014 t  lĩnh v cụ ụ ề ơ ỷ ừ ự  này, tăng trưởng 19% so v i năm 2013. Nh ng con s  kh ng  đ nh IoT là xuớ ữ ố ẳ ị  

hướng c a tủ ương lai. Internet of Things đ n năm 2020 d  ki n s  đ t đ n: 4 tế ự ế ẽ ạ ế ỷ 

ngườ ế ố ới k t n i v i nhau, 4 ngàn t  USD doanh thu, h n 25 tri u  ng d ng,h n 25ỷ ơ ệ ứ ụ ơ  

t  h  th ng nhúng thông minh và 50 ngàn t  Gigabytes d  li uỷ ệ ố ỷ ữ ệ

 Tác đ ng c a IoT r t đa d ng, trên các lĩnh v c: qu n lý h  t ng, y t , xâyộ ủ ấ ạ ự ả ạ ầ ế  

d ng và t  đ ng hóa, giao thông….ự ự ộ

C  th  v i lĩnh v c s n xu t ­ ch  t o, hi n theo th ng kê c a PwC, đã cóụ ể ớ ự ả ấ ế ạ ệ ố ủ  35% nhà s n xu t s  d ng c m bi n thông minh, 10% d  ki n s  s  d ng và 8%ả ấ ử ụ ả ế ự ế ẽ ử ụ  

có k  ho ch s  d ng các thi t b  thông minh này trong 3 năm t i.ế ạ ử ụ ế ị ớ

Trong lĩnh v c d u khí, khai thác m , d  ki n s  có 5,4 tri u thi t b  IoTự ầ ỏ ự ế ẽ ệ ế ị  

được tri n khai t i các c  s  khai thác t i năm 2020. Ch  y u s  là các b  c mể ạ ơ ở ớ ủ ế ẽ ộ ả  

bi n k t n i Internet giúp cung c p thông tin v  môi trế ế ố ấ ề ường. D u khí là m t trongầ ộ  

nh ng ngành công nghi p ch  ch t  ng d ng IoT trên di n r ng t i năm 2020.ữ ệ ủ ố ứ ụ ệ ộ ớ  Trong khi đó, xe h i  k t n i đang là xu hơ ế ố ướng n i b t c a thi t b  IoT hi n nay.ổ ậ ủ ế ị ệ  

D  tính t i năm 2020, s  có h n 220 tri u xe k t n i l u thông trên đự ớ ẽ ơ ệ ế ố ư ường

V  b o hi m, 74% lãnh đ o trong ngành b o hi m tin r ng IoT s  thay đ iề ả ể ạ ả ể ằ ẽ ổ  

c  b n chính sách b o hi m trong 5 năm t i, 74% có k  ho ch đ u t  phát tri nơ ả ả ể ớ ế ạ ầ ư ể  

và th c hi n các chi n lự ệ ế ược v  IoT ­ theo m t nghiên c u c a SMA Research.ề ộ ứ ủCòn v i qu c phòng, chi tiêu cho các thi t b  bay không ngớ ố ế ị ười lái d  ki n sự ế ẽ 

đ t 8,7 t  USD vào năm 2020. Ngoài ra, theo d  báo c a Frost & Sullivan, s  cóạ ỉ ự ủ ẽ  kho ng 126.000 robot quân s  s  đả ự ẽ ược tri n khai vào năm 2020.ể

Lĩnh v c nông nghi p cũng không n m ngoài vòng xoáy IoT. D  ki n s  cóự ệ ằ ự ế ẽ  

75 tri u thi t b  IoT đệ ế ị ược tri n khai trong lĩnh v c này vào năm 2020, v i t  lể ự ớ ỉ ệ tăng hàng năm đ t 20%. Ch  y u đó s  là nh ng b  c m bi n đ t trong lòng đ tạ ủ ế ẽ ữ ộ ả ế ặ ấ  

đ  theo dõi đ  axit, nhi t đ  và các thông s  giúp canh tác v  mùa hi u qu  h n.ể ộ ệ ộ ố ụ ệ ả ơ

Vì th , Internet of Thing đang là chìa khóa c a thành công trong tế ủ ươ  nglaicents. Bên c nh đó, công ngh  không dây đáp  ng đa tiêu chu n đang giúpạ ệ ứ ẩ  

gi m giá thành các m t hàng thi t b  k t n i không dây; và nh ng giao th cả ặ ế ị ế ố ữ ứ  Internet m i đã giúp hi n th c hóa vi c k t n i hàng t  thi t b  vào m ng lớ ệ ự ệ ế ố ỷ ế ị ạ ướ  iInternet

Hi n trên th  trệ ị ường đang có ngày càng nhi u thi t b  di đ ng giá r , s  c iề ế ị ộ ẻ ự ả  thi n v  đi u ki n kinh t  c a nhóm khách hàng Châu Á đã d n đ n s  gia tăngệ ề ề ệ ế ủ ẫ ế ự  theo c p s  nhân v  s  d ng thi t b  di đ ng   khu v c này.ấ ố ề ử ụ ế ị ộ ở ự

1.1.4  ng d ng c a IoT Ứ ụ ủ

IoT có r t nhi u  ng d ng trong nhi u lĩnh v c khác nhau nh  t  đ ng hóaấ ề ứ ụ ề ự ư ự ộ  ngôi nhà, mua s m thông minh, qu n lí các thi t b  cá nhân, đ ng h  đo thôngắ ả ế ị ồ ồ  minh, ph n h i trong các tình hu ng kh n c p, qu n lí môi trả ồ ố ẩ ấ ả ường. Hi n nayệ  nhi u hãng, công ty, t  ch c trên th  gi i đang nghiên c u các n n t ng giúp xâyề ổ ứ ế ớ ứ ề ả  

d ng nhanh  ng d ng dành cho IoT. Đ i h c British Columbia   Canada hi nự ứ ụ ạ ọ ở ệ  đang t p trung vào m t b  toolkit cho phép phát tri n ph n m m IoT ch  b ng cácậ ộ ộ ể ầ ề ỉ ằ  công ngh /tiêu chu n Web cũng nh  giao th c ph  bi n. Công ty nh  ioBridgeệ ẩ ư ứ ổ ế ư  thì cung c p gi i pháp k t n i và đi u khi n h u nh  b t kì thi t b  nào có khấ ả ế ố ề ể ầ ư ấ ế ị ả năng k t n i Internet, k  c  đèn bàn, qu t máy ế ố ể ả ạ

1.1.5 Thách th c trong vi c nghiên c u và tri n khai IoT ứ ệ ứ ể

IoT v n còn m t s  tr  ng i nh  ch a có m t ngôn ng  chung.   m c cẫ ộ ố ở ạ ư ư ộ ữ Ở ứ ơ 

b n nh t, Internet là m t m ng dùng đ  n i thi t b  này v i thi t b  khác. N uả ấ ộ ạ ể ố ế ị ớ ế ị ế  

ch  riêng có k t n i không thôi thì không có gì đ m b o r ng các thi t b  bi tỉ ế ố ả ả ằ ế ị ế  cách nói chuy n nói nhau. Đ  các thi t b  có th  giao ti p v i nhau, chúng s  c nệ ể ế ị ể ế ớ ẽ ầ  

m t ho c nhi u giao th c (protocols), có th  xem là m t th  ngôn ng  chuyênộ ặ ề ứ ể ộ ứ ữ  

bi t đ  gi i quy t m t tác v  nào đó. Ch c ch n b n đã ít nhi u s  d ng m tệ ể ả ế ộ ụ ắ ắ ạ ề ử ụ ộ  trong nh ng giao th c ph  bi n nh t th  gi i, đó là HyperText Transfer Protocolữ ứ ổ ế ấ ế ớ  (HTTP) đ  t i web. Ngoài ra chúng ta còn có SMTP, POP, IMAP dành cho email,ể ả  FTP dùng đ  trao đ i file  Nh ng giao th c nh  th  này ho t đ ng  n b i cácể ổ ữ ứ ư ế ạ ộ ổ ở  máy ch  web, mail và FTP thủ ường không ph i nói v i nhau nhi u, khi c n, m tả ớ ề ầ ộ  

ph n m m phiên d ch đ n gi n s  đ ng ra làm trung gian đ  hai bên hi u nhau.ầ ề ị ơ ả ẽ ứ ể ể  Còn v i các thi t b  IoT, chúng ph i đ m đớ ế ị ả ả ương r t nhi u th , ph i nói chuy nấ ề ứ ả ệ  

v i nhi u lo i máy móc thi t b  khác nhau. Đáng ti c r ng hi n ngớ ề ạ ế ị ế ằ ệ ười ta ch a cóư  nhi u s  đ ng thu n v  các giao th c đ  IoT trao đ i d  li u.ề ự ồ ậ ề ứ ể ổ ữ ệ

1.2 T ng quan v  nhà thông minh ổ ề

1.2.1 Gi i thi u mô hình nhà thông minh ớ ệ

Nhà thông minh (ti ng Anh: home automation, domotics, smart home ho cế ặ  Intellihome) là ki u nhà để ượ ắc l p đ t các thi t b  đi n, đi n t  có th  đặ ế ị ệ ệ ử ể ược đi uề  khi n ho c t  đ ng hoá ho c bán t  đ ng, thay th  con ngể ặ ự ộ ặ ự ộ ế ười trong th c hi nự ệ  

m t ho c m t s  thao tác qu n lý, đi u khi n. H  th ng đi n t  này giao ti pộ ặ ộ ố ả ề ể ệ ố ệ ử ế  

v i ngớ ười dùng thông qua b ng đi n t  đ t trong nhà,  ng d ng trên đi n tho iả ệ ử ặ ứ ụ ệ ạ  

di đ ng, máy tính b ng ho c m t giao di n web.ộ ả ặ ộ ệ

Trong nhà thông minh, đ  dùng trong nhà t  phòng ng , phòng khách đ uồ ừ ủ ề  

g n các b  đi u khi n đi n t  có th  k t n i v i Internet và đi n tho i di đ ng,ắ ộ ề ể ệ ử ể ế ố ớ ệ ạ ộ  cho phép ch  nhân đi u khi n v t d ng t  xa ho c l p trình cho thi t b    nhàủ ề ể ậ ụ ừ ặ ậ ế ị ở  

ho t đ ng theo l ch  Các thi t b  này có th  t  đ a ra cách x  lý tình hu ng đạ ộ ị ế ị ể ự ư ử ố ượ  c

l p trình trậ ước, ho c là đặ ược đi u khi n và giám sát t  xa. Sau đây là các l i íchề ể ừ ợ  đem đ n cho b n t  m t h  th ng t  đ ng hóa nhà thông minhế ạ ừ ộ ệ ố ự ộ

­ L i ích 1 Tăng thêm s  an toàn qua vi c đi u khi n chi u sáng và thi t bợ ự ệ ề ể ế ế ị 

đi n (Appliance and Lighting Control)ệ

Hình 1.  Đi u khi n h  th ng đèn b ng smartphoneề ể ệ ố ằ

M t l i ích n a c a home automation đó là tăng thêm s  an toàn cho gia đìnhộ ợ ữ ủ ự  

và ngôi nhà. B n có th  ki m soát các thi t b  đi n dù nh  và c  vi c chi u sáng,ạ ể ể ế ị ệ ỏ ả ệ ế  

b ng m t cái ch m nh  đ u ngón tay vào thi t b  công ngh  yêu thích c a b n.ằ ộ ạ ẹ ầ ế ị ệ ủ ạ  Không ch  ti t ki m ti n đi n cho b n thông qua vi c t  đ ng t t khi không cóỉ ế ệ ề ệ ạ ệ ự ộ ắ  

người, lighting control còn có th  t  đ ng b t t t đèn theo chu k  đ  đánh l a kể ự ộ ắ ắ ỳ ể ừ ẻ 

x u tấ ưởng b n v n có nhà. Đi u này làm tăng thêm đ  an toàn và an ninh cho nhàạ ẫ ề ộ  

b n.ạ

­ L i ích 2 Gia tăng quan sát thông qua camera an ninhợ

Hình 1. 2 Quan sát ngôi nhà qua đi n tho iệ ạ

Chúng ta không th  có m t   m i n i cùng lúc. Đi u này khi n chúng taể ặ ở ọ ơ ề ế  

thường b  l  nhi u vi c đang di n ra, có l  v i ngay c  trong nhà hay sân vỏ ỡ ề ệ ễ ẽ ớ ả ườ  nmình. V i h  th ng t  đ ng hóa nhà thông minh, có th  d  dàng quan sát th yớ ệ ố ự ộ ể ễ ấ  

vi c đang di n ra  Các camera an ninh s  gia tăng đ  an toàn cho gia đình b ngệ ễ ẽ ộ ằ  cách ghi nh n l i các hình  nh khi nó phát hi n có chuy n đ ng ho c t  đ ng ghiậ ạ ả ệ ể ộ ặ ự ộ  hình t i m t th i đi m nh t đ nh nào đó trong ngày.ạ ộ ờ ể ấ ị

­ L i ích 3 Gia tăng ti n nghi thông qua vi c hi u ch nh nhi t đ  đi u hòaợ ệ ệ ệ ỉ ệ ộ ề

Hình 1. 3 Hi u ch nh nhi t đ  đi u hòa t  xaệ ỉ ệ ộ ề ừ

Thường thì chúng ta r i nhà s m đi làm vào bu i sáng và quên ch nh l iờ ớ ổ ỉ ạ  nhi t đ  c a b  đi u ch nh nhi t (thermostat). K t qu  là khi v  nhà chúng ta sệ ộ ủ ộ ề ỉ ệ ế ả ề ẽ 

th y ho c là quá nóng ho c quá l nh. V i h  th ng nhà thông minh, có th  chấ ặ ặ ạ ớ ệ ố ể ỉ 

c n đ n gi n đi u ch nh nhi t đ  s n t  xa m t vài gi  trầ ơ ả ề ỉ ệ ộ ẵ ừ ộ ờ ước khi v  đ n nhà.ề ế  

Đi u này còn giúp ti t ki m ti n, ti t ki m năng lề ế ệ ề ế ệ ượng

­ L i ích 4 Ti t ki m th i gianợ ế ệ ờ

. D  dàng ti t ki m đễ ế ệ ược các kho ng th i gian quý báu và dành hi u năngả ờ ệ  

t t h n cho công vi c.ố ơ ệ

­ L i ích 5 Ti t ki m ti n và gia tăng ti n nghiợ ế ệ ề ệ

Nh  v a đ  c p trên, h  th ng home automation giúp b n ti t ki m ti n. ư ừ ề ậ ệ ố ạ ế ệ ề

1.2.2 Nguyên t c ho t đ ng c a nhà thông minh ắ ạ ộ ủ

Nhà thông minh được hi u là h  th ng các thi t b  đi n t  gia d ng để ệ ố ế ị ệ ử ụ ượ  c

k t h p v i nhau thành m ng thi t b  và ho t đ ng theo k ch b n tùy bi n nh mế ợ ớ ạ ế ị ạ ộ ị ả ế ằ  

t o ra môi trạ ường s ng ti n nghi, an toàn, ti t ki m năng lố ệ ế ệ ượng. M t h  th ngộ ệ ố  nhà thông minh c  b n bao g m m t máy tính đi u khi n trung tâm, đơ ả ồ ộ ề ể ược g i làọ  máy ch  (Home Server), có nhi m v  k t n i các thi t b  v i nhau và đi u khi nủ ệ ụ ế ố ế ị ớ ề ể  toàn b  h  th ng nhà. ộ ệ ố

Các thi t b  gia d ng đ u cu i là nh ng v t d ng đi n t  trong nhà nh  cácế ị ụ ầ ố ữ ậ ụ ệ ử ư  thi t b  an ninh, h  th ng c a, đi u hòa, rèm mành, h  th ng đèn, qu t thông gió,ế ị ệ ố ử ề ệ ố ạ  

ti vi, b p gas… Các thi t b  này đế ế ị ược k t n i v i nhau trong h  th ng m ng thi tế ố ớ ệ ố ạ ế  

b  b ng công ngh  truy n d  li u, qua đị ằ ệ ề ữ ệ ường đi n (Power line communication –ệ  PLC) ho c không dây (Zigbee) và đặ ược k t n i tr c ti p đ n Home Server. ế ố ự ế ế

Cu i cùng là h  th ng các ph n m m đi u khi n ngôi nhà cài đ t trênố ệ ố ầ ề ề ể ặ  Home Server, trên các thi t b  đi u khi n và các thi t b  đi n t  gia d ng đ uế ị ề ể ế ị ệ ử ụ ầ  

cu i. Ch  nhân c a H  th ng nhà thông minh có th  ki m soát, đi u khi n ngôiố ủ ủ ệ ố ể ể ề ể  nhà cũng nh  các thi t b  trong nhà b ng nhi u phư ế ị ằ ề ương ti n nh : đi n tho i diệ ư ệ ạ  

đ ng, tablet, laptop…   b t kì đâu và b t k  lúc nào.ộ ở ấ ấ ỳ

1.2.3 Tiêu chu n c a nhà thông minh ẩ ủ

 V i s  phát tri n không ng ng c a khoa h c hi n đ i, con ngớ ự ể ừ ủ ọ ệ ạ ười đã ngày càng nâng cao đ i s ng c a mình h n và luôn m  ờ ố ủ ơ ơ ướ ớc t i m t cu c s ng hi nộ ộ ố ệ  

đ i và ti n nghi nh t. Chính t  nh ng nhu c u đó, con ngạ ệ ấ ừ ữ ầ ười đã có r t nhi u sángấ ề  

t o ph c v  cho cu c s ng. Và ý tạ ụ ụ ộ ố ưởng “ngôi nhà thông minh” cũng xu t phát tấ ừ nhu c u th c ti n nh  v y. Nh ng công ngh  ph c v  cho ngôi nhà m  ầ ự ể ư ậ ữ ệ ụ ụ ơ ước đã 

có t  r t lâu nh ng g n đây m i đừ ấ ư ầ ớ ược đ a ra công b  r ng rãi. Có r t nhi u côngư ố ộ ấ ề  

ty đã đ a ra gi i pháp cho ngôi nhà thông minh, nh ng nhìn chung t t c  đ uư ả ư ấ ả ề  

hướng đ n các tiêu chu n sau đây:ế ẩ

T  đ ng hóa ho t đ ng c a ngôi nhà. Các thi t b  c m bi n, giám sát s  thuự ộ ạ ộ ủ ế ị ả ế ẽ  

th p thông tin c a ngôi nhà nh  nhi t đ , đ   m, lậ ủ ư ệ ộ ộ ẩ ượng m a  Các thông tin thuư  

th p đậ ượ ẽ ược s  đ c phân tích   b  x  lý trung tâm. T  k t qu  phân tích đở ộ ử ừ ế ả ượ ẽ c s

đ a ra các đi u khi n ho t đ ng c a các thi t b  cho phù h p nh t. Ngoài ra cácư ề ể ạ ộ ủ ế ị ợ ấ  tính năng nh  b t đèn, đóng m  rèm… cũng có th  đư ậ ở ể ược cài đ t ho t đ ng tặ ạ ộ ự 

đ ng theo ý mu n c a ngộ ố ủ ườ ử ụi s  d ng

Đ m b o an ninh, an toàn cho ngôi nhà. Hi n nay h  th ng giám sát an ninhả ả ệ ệ ố  

nh  camera, d u vân tay ho c nh n d ng qua hình  nh đã và đang đư ấ ặ ậ ạ ả ượ ử ụ  c s  d ng

r t ph  bi n. H u nh  nhà nào cũng đấ ổ ế ầ ư ược trang b  đ y đ , vì v y các h  th ngị ầ ủ ậ ệ ố  nhà hi n nay đang đệ ược đánh giá có ch t lấ ượng an ninh, an toàn r t t t. ấ ố

Đem l i s  tho i mái cho ngạ ự ả ườ ử ụi s  d ng. Đây là tiêu chí đánh giá quan 

tr ng nh t cho m i ngôi nhà. M i ngôi nhà s  đọ ấ ỗ ỗ ẽ ược thi t k  sao cho đem l i sế ế ạ ự 

tho i mái nh t cho ngả ấ ườ ử ụi s  d ng. Qua đó nâng cao ch t lấ ượng cu c s ng choộ ố  

m i ngỗ ườ ử ụi s  d ng

Cung c p các d ch v  gi i trí ch t lấ ị ụ ả ấ ượng cao. Ngày nay nhu c u gi i trí c aầ ả ủ  

ngườ ử ụi s  d ng ngày càng cao. Đ  đáp  ng để ứ ược nhu c u này cho ngầ ườ ử ụi s  d ng, 

m i ngôi nhà đ u đỗ ề ược trang b  các h  th ng gi i trí có ch t lị ệ ố ả ấ ượng t t nh t.ố ấCung c p kh  năng giám sát, đi u khi n t  xa. M i ngôi nhà thông minhấ ả ề ể ừ ỗ  

đ u đề ược trang b  các h  th ng giám sát, các h  th ng này đ u đị ệ ố ệ ố ề ược k t n i t iế ố ớ  thi t b  c a ngế ị ủ ườ ử ụi s  d ng nên ngôi nhà luôn được giám sát r t t t. Các thi t bấ ố ế ị 

đ u đề ược k t n i t i b  qu n lý trung tâm vì th  ngế ố ớ ộ ả ế ườ ử ụi s  d ng có th  đi uể ề  khi n b t k  thi t b  nào   m i n i vào m i th i đi m khi mà các thi t b  đãể ấ ỳ ế ị ở ọ ơ ọ ờ ể ế ị  

được k t n i qua internet.ế ố

Tăng hi u su t các h  th ng, gi m đi n năng tiêu th  V i các h  th ngệ ấ ệ ố ả ệ ụ ớ ệ ố  

đi u khi n đ n gi n nh ng hi u qu  thì năng lề ể ơ ả ư ệ ả ượng luôn được ti t ki m m tế ệ ộ  cách t i  u.ố ư

1.2.4 Nh ng xu h ữ ướ ng phát tri n c a nhà thông minh   Vi t Nam ể ủ ở ệ

Vài năm tr  l i đây, khi th  gi i đang d n ti n vào k  nguyên Internet ofở ạ ế ớ ầ ế ỷ  Things (IoTs), k t n i m i v t qua Internet, nhà thông minh tr  thành m t xuế ố ọ ậ ở ộ  

hướng công ngh  t t y u, là tiêu chu n c a nhà   hi n đ i. Vi t Nam cũngệ ấ ế ẩ ủ ở ệ ạ ệ  không n m ngoài xu hằ ướng này. Nhà thông minh Vi t Nam là m t khái ni mệ ộ ệ  không còn xa l  v i nhi u ngạ ớ ề ười. Không nh ng th , th  trữ ế ị ường nhà thông minh 

Vi t Nam phát tri n m nh ch  y u t i nh ng thành ph  l n nh  H i Phòng, Hàệ ể ạ ủ ế ạ ữ ố ớ ư ả  

N i, Đà N ng, tp H  Chí Minh. B i t i nh ng thành ph  l n, vi c ti p c n cácộ ẵ ồ ở ạ ữ ố ớ ệ ế ậ  khái ni m và công ngh  m i d  dàng h n.ệ ệ ớ ễ ơ

­ Xu hướng nhà thông minh trên th  gi i:ế ớ

Đ i v i các công ty l n v  công ngh  thì cu c cánh m ng công ngh  4.0 vàố ớ ớ ề ệ ộ ạ ệ  công ngh  IoT đệ ược xem là c  h i t  USD trên th  trơ ộ ỉ ị ường đ y ti m năng này.ầ ề  Theo m t th ng kê c a công ty nghiên c u th  trộ ố ủ ứ ị ường Statista thì vào năm 2020 giá tr  th  trị ị ường c a Smarthome ­nhà thông minh d  báo đ t t i 43 t  USD. Conủ ự ạ ớ ỉ  

s  này tăng g p 3 l n so v i năm 2014. Xu hố ấ ầ ớ ướng nhà thông minh được d  báoự  

nh  m t trong nh ng  ng d ng công ngh  m t cách toàn di n nh t vào cu cư ộ ữ ứ ụ ệ ộ ệ ấ ộ  

s ng, là c  m t căn nhà ch  không ch  là m t thi t b  thông minh.ố ả ộ ứ ỉ ộ ế ị

­ Xu hướng nhà thông minh t i Vi t Nam:ạ ệ

V i nh ng ti m năng phát tri n đó, có nhi u nhà phát tri n và xâm nh p thớ ữ ề ể ề ể ậ ị 

trường nhà thông minh Vi t Nam nh  Lumi, Bkav,… hay t i các nhà đ u t  nệ ư ớ ầ ư ướ  cngoài khác. Tuy ch  m i phát tri n t  3 ­5 năm nay, nh ng nhi u đ n v  trongỉ ớ ể ừ ư ề ơ ị  

nước đã n m đắ ược th  ph n phân ph i nhà thông minh t i Vi t Nam khá l n nhị ầ ố ạ ệ ớ ư Lumi, Bkav. Các doanh nghi p   Vi t Nam ph n l n cung c p các gi i pháp nhàệ ở ệ ầ ớ ấ ả  thông minh thiên v  gi i pháp an ninh, an toàn, đi u khi n thi t b  thông quaề ả ề ể ế ị  smartphone, đi u khi n qua loa thông minh, ề ể

1.2.5 M t s  hãng s n xu t s n ph m nhà thông minh hi n nay ộ ố ả ấ ả ẩ ệ

T i Vi t Nam hi n nay, nhu c u l p đ t nhà thông minh ch a nhi u vì đâyạ ệ ệ ầ ắ ặ ư ề  

là m t lĩnh v c còn khá m i. Nhà thông minh độ ự ớ ượ ắc l p đ t ch  y u t i các tòaặ ủ ế ạ  nhà m i xây, khu chung c  cao c p, và m t s  ít bi t th , khách s n sang tr ng.ớ ư ấ ộ ố ệ ự ạ ọ

Hi n t i, th  trệ ạ ị ường nhà thông minh   Vi t Nam chia thành 2 phân khúc làở ệ  trung c p và cao c p. V i phân khúc cao c p khách hàng ph i b  t  vài trămấ ấ ớ ấ ả ỏ ừ  tri u t i vài t  đ ng cho tr n b  gi i pháp nhà thông minh. Các đ n v  th c hi nệ ớ ỉ ộ ọ ộ ả ơ ị ự ệ  

thường là đ i tác  y quy n c a nh ng ông l n v  công ngh  trên th  gi i nhố ủ ề ủ ữ ớ ề ệ ế ớ ư 

TPHCM. Có th  xem đây là m t trong nh ng nhà máy có quy mô l n nh t c aể ộ ữ ớ ấ ủ  

t p đoàn Scheneider trong chu i cung  ng toàn c u g m h n 200 trung tâm s nậ ỗ ứ ầ ồ ơ ả  

xu t. Các thi t b  đi n thông minh c a Scheneider đ u có nh ng  u đi m vấ ế ị ệ ủ ề ữ ư ể ượ  t

tr i v  ch t lộ ề ấ ượng cũng nh  đ  b n c a s n ph m. Tuy nhiên m u mã thi t kư ộ ề ủ ả ẩ ẫ ế ế 

c a s n ph m ch a th t s  s c x o, tinh t  So v i giá thành mà khách hàng ph iủ ả ẩ ư ậ ự ắ ả ế ớ ả  

b  ra r t cao đ  s  h u m t thi t b  đi n c a Scheneider.ỏ ấ ể ở ữ ộ ế ị ệ ủ

b. Nhà thông minh Smart 4G – Mỹ

Smart 4g t p đoàn chuyên v  t  v n và cung c p thi t b  nhà thông minh,ậ ề ư ấ ấ ế ị  

được thành l p t  năm 1986 có tr  s  chính t i M  Gi i pháp nhà thông minhậ ừ ụ ở ạ ỹ ả  

c a Smart 4G cũng tủ ương t  nh  các hãng nhà thông minh hi n nay ch a có gìự ư ệ ư  

n i tr i và khác bi t l n. Thi t k  thi t b  đi n thông minh c a hãng đổ ộ ệ ớ ế ế ế ị ệ ủ ược đánh giá là ch a đư ược đ p, thi t k  c a s n ph m v n còn 1 ph n nào đó h i thôẹ ế ế ủ ả ẩ ẫ ầ ơ  

ch a đư ược sang tr ng. Giá thành s n ph m khá cao so v i m c thu nh p c aọ ả ẩ ớ ứ ậ ủ  

người Vi t Nam.ệ

c. Công ty nhà thông minh TIS Smarthome – Mỹ

TIS SMART HOME là thương hi u đ n t  M  v i kinh nghi m h n 15ệ ế ừ ỹ ớ ệ ơ  năm trong lĩnh v c nha t  đ ng (home automation) va nha thông minh (smartự ̀ ự ộ ̀ ̀  home). Văn phòng và nhà máy c a TIS đủ ược đ t t i Texas. Sau đó, nh m mu nặ ạ ằ ố  

gi m chi phí s n xu t thi t b  nên TIS đã d i xả ả ấ ế ị ờ ưởng s n xu t v  Hong Kong –ả ấ ề  Trung Qu c, đi u này giúp thi t b  thông minh c a TIS có giá thành khá t t so v iố ề ế ị ủ ố ớ  các hãng khác. v  thi t k  s n ph m c a TIS , thi t k  m t kính hi n đ i vàề ế ế ả ẩ ủ ế ế ặ ệ ạ  sang tr ng. S n ph m đ t ch t lọ ả ẩ ạ ấ ượng tiêu chu n châu Âu. Công ty đã có nh ngẩ ữ  

d  án công trình l n nh  Vinhome Tân C ng, khu căn h  cao c p Horizon, khuự ớ ư ả ộ ấ  dân c  Fezzila, bi t th  bi n, bãi gi  xe quy mô l n   các trung tâm thư ệ ự ể ữ ớ ở ương m i.ạ  

Hi n nay, TIS cũng đang đ y m nh vào phân khúc các h  gia đình trung l uệ ẩ ạ ộ ư  

mu n s  h u nhà thông minh  vvố ở ữ

1.3 K t lu n chế ậ ương

Chương 1 đã trình bày m t cách t ng quan v  IoT và nhà thông minh là m tộ ổ ề ộ  

ng d ng r t đ c quan tâm hi n nay d a trên n n t ng IoT. Qua đó, có th  th y

r ng vi c thi t k  h  th ng nhà thông minh m c dù cùng d a trên n n t ng làằ ệ ế ế ệ ố ặ ự ề ả  IoT nh ng có th  có nhi u cách ti p c n khác nhau tùy theo m c đích.ư ể ề ế ậ ụ

CHƯƠNG 2. ADRUINO VÀ CÁC MODULE B  ĐI U KHI N NHÀỘ Ề Ể  

THÔNG MINH

Trong chương 2 c a đ  án s  trình bày v  các thành ph n ph n c ng c aủ ồ ẽ ề ầ ầ ứ ủ  

h  th ng nhà thông minh, t  đó phân tích và l a ch n gi i pháp thi t k  mô hìnhệ ố ừ ự ọ ả ế ế  nhà thông minh ph c v  các nhu c u c  b n v i giá thành th p.ụ ụ ầ ơ ả ớ ấ

2.1 T ng quan v  Arduinoổ ề

Arduino là m t board m ch vi x  lý, nh m xây d ng các  ng d ng tộ ạ ử ằ ự ứ ụ ươ  ngtác v i nhau ho c v i môi trớ ặ ớ ường được thu n l i h n. Ph n c ng bao g m m tậ ợ ơ ầ ứ ồ ộ  board m ch ngu n m , đạ ồ ở ược thi t k  trên n n t ng vi x  lý AVR Atmel 8bit,ế ế ề ả ử  

ho c ARM Atmel 32­bit. Nh ng Model hi n t i đặ ữ ệ ạ ược trang b  g m 1 c ng giaoị ồ ổ  

ti p USB, 6 chân đ u vào analog, 14 chân I/O k  thu t s  tế ầ ỹ ậ ố ương thích v i nhi uớ ề  board m  r ng khác.ở ộ

Hình 2.  Board m ch Arduinoạ

Arduino th t ra là m t board m ch vi x  lý đậ ộ ạ ử ược dùng đ  l p trình tể ậ ươ  ngtác v i các thi t b  ph n c ng nh  c m bi n, đ ng c , đèn ho c các thi t b  khác.ớ ế ị ầ ứ ư ả ế ộ ơ ặ ế ị  

Đ c đi m n i b t c a Arduino là môi trặ ể ổ ậ ủ ường phát tri n  ng d ng c c k  d  sể ứ ụ ự ỳ ễ ử 

d ng, v i m t ngôn ng  l p trình có th  h c m t cách nhanh chóng ngay c  v iụ ớ ộ ữ ậ ể ọ ộ ả ớ  

người ít am hi u v  đi n t  và l p trình. Và đi u làm nên hi n tể ề ệ ử ậ ề ệ ượng Arduino chính là m c giá r t th p và tính ch t ngu n m  t  ph n c ng t i ph n m m.ứ ấ ấ ấ ồ ở ừ ầ ứ ớ ầ ề  

Ch  v i kho ng $30, ngỉ ớ ả ười dùng đã có th  s  h u m t board Arduino có 20 ngõể ở ữ ộ  I/O có th  tể ương tác và đi u khi n ch ng  y thi t b ề ể ừ ấ ế ị

Được gi i thi u vào năm 2005, nh ng nhà thi t k  c a Arduino c  g ngớ ệ ữ ế ế ủ ố ắ  mang đ n m t phế ộ ương th c d  dàng, không t n kém cho nh ng ngứ ễ ố ữ ười yêu thích, sinh viên và gi i chuyên nghi p đ  t o ra nh ng nhi t b  có kh  năng tớ ệ ể ạ ữ ế ị ả ương tác 

v i môi trớ ường thông qua các c m bi n và các c  c u ch p hành. Nh ng ví dả ế ơ ấ ấ ữ ụ 

ph  bi n cho nh ng ngổ ế ữ ười yêu thích m i b t đ u bao g m các robot đ n gi n,ớ ắ ầ ồ ơ ả  

đi u khi n nhi t đ  và phát hi n chuy n đ ng. Đi cùng v i nó là m t môi trề ể ệ ộ ệ ể ộ ớ ộ ườ  ngphát tri n tích h p (IDE) ch y trên các máy tính cá nhân thông thể ợ ạ ường và cho phép người dùng vi t các chế ương trình cho Arduino b ng ngôn ng  C ho c C++.ằ ữ ặ

Hình 2.   M t s  lo i board Arduino: (a) Arduino Uno và (b) Arduinoộ ố ạ  Mega

Arduino được kh i đ ng vào năm 2005 nh  là m t d  án dành cho sinh viênở ộ ư ộ ự  

tr i Interaction Design Institute Ivrea (Vi n thi t k  tạ ệ ế ế ương tác Ivrea) t i Ivrea,ạ  Italy. Vào th i đi m đó các sinh viên s  d ng m t “BASIC Stamp” (con tem Cờ ể ử ụ ộ ơ 

B n) có giá kho ng $100, xem nh  giá dành cho sinh viên. Massimo Banzi, m tả ả ư ộ  trong nh ng ngữ ười sáng l p, gi ng d y t i Ivrea. Cái tên “Arduino” đ n t  m tậ ả ạ ạ ế ừ ộ  quán bar t i Ivrea, n i m t vài nhà sáng l p c a d  án này thạ ơ ộ ậ ủ ự ường xuyên g pặ  

m t.ặ

Lý thuy t ph n c ng đế ầ ứ ược đóng góp b i m t sinh viên ngở ộ ười Colombia tên 

là Hernando Barragan. Sau khi n n t ng Wiring hoàn thành, các nhà nghiên c u đãề ả ứ  làm vi c v i nhau đ  giúp nó nh  h n, r  h n, và kh  d ng đ i v i c ng đ ngệ ớ ể ẹ ơ ẻ ơ ả ụ ố ớ ộ ồ  

mã ngu n m [1].ồ ở

2.2 Module Arduino Mega

­   SOURCE: Khi không s  d ng USB làm ngu n thì chúng ta có th  s  d ngử ụ ồ ể ử ụ  ngu n ngoài thông qua jack c m 2.1mm (c c dồ ắ ự ương   gi a). Bo m ch ho tở ữ ạ ạ  

đ ng v i ngu n ngoài   đi n áp t  5 – 12 volt. Có th  c p m t áp l n h n tuyộ ớ ồ ở ệ ừ ể ấ ộ ớ ơ  nhiên chân 5V s  có m c đi n áp l n h n 5 volt. N u s  d ng ngu n l n h nẽ ứ ệ ớ ơ ế ử ụ ồ ớ ơ  

12 volt thì s  có hi n tẽ ệ ượng nóng và làm h ng board m ch. Nên dùng ngu nỏ ạ ồ  

n đ nh t  5 đ n d i 12 volt

ổ ị ừ ế ướ

­  Analog Inputs: Arduino Mega có 16 đ u vào Analog.ầ

­ Power pins: Chân 5V và chân 3.3V (Output voltage): các chân này dùng đ  l yể ấ  ngu n ra t  ngu n mà chúng ta đã cung c p cho Arduino. L u ý: không đồ ừ ồ ấ ư ượ  c

c p ngu n vào các chân này vì s  làm h ng Arduino.ấ ồ ẽ ỏ

­ GND: chân mass

­  Chip Atmega16U2:

Arduino Mega2560 khác v i t t c  các vi x  lý trớ ấ ả ử ước gi  vì không sờ ử 

d ng FTDI chip đi u khi n chuy n tín hi u t  USB đ  x  lý. Thay vào đó, nóụ ề ể ể ệ ừ ể ử  

s  d ng ATmega16U2 l p trình nh  là m t công c  chuy n đ i tín hi u tử ụ ậ ư ộ ụ ể ổ ệ ừ USB. Ngoài ra, Arduino Mega2560 c  b n v n gi ng Arduino Uno R3, chơ ả ẫ ố ỉ khác s  lố ượng chân và nhi u tính năng m nh m  h n, nên v n có th  l p trìnhề ạ ẽ ơ ẫ ể ậ  cho con vi đi u khi n này b ng chề ể ằ ương trình l p trình cho Arduino Uno R3.ậ

­  Digital Inputs/Outputs: Arduino Mega có 54 chân digital v i ch c năngớ ứ  input và output s  d ng các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead()ử ụ  

đ  đi u khi n các chân. 12 chân PWM (pulse width modulation): các chânể ề ể  

2 đ n 13 trên bo m ch. Các chân PWM giúp chúng ta có th  s  d ng nóế ạ ể ử ụ  

đ  đi u khi n t c đ  đ ng c , đ  sáng c a đèn…ể ề ể ố ộ ộ ơ ộ ủ

­ Reset button : dùng đ  reset Arduino.ể

2.2.2 Thông s  k  thu t ố ỹ ậ

Các thông s  k  thu t c a Arduino Mega đố ỹ ậ ủ ược cho trong b ng sauả

B ng 2.  Các thông s  k  thu t c a Arduino Megaả ố ỹ ậ ủ

Đi n áp ho t đ ngệ ạ ộ 5V

Đi n áp vào (đ  ngh )ệ ề ị 7V­15V

Đi n áp vào (gi i h n)ệ ớ ạ 6V­20V

Cường đ  dòng đi n trên m i 3.3V pinộ ệ ỗ 50 mA

Cường đ  dòng đi n trên m i I/O pinộ ệ ỗ 20 mA

Môi trường phát tri n tích h p Arduino IDE là m t  ng d ng đa n n t ngể ợ ộ ứ ụ ề ả  

đượ  vi tc ế  b ngằ  Java, và đượ  d nc ẫ  xu tấ  từ IDE cho ngôn ngữ l pậ  trình xử lý và các d  án l p ráp. Nó bao g m m t trình so n th o ự ắ ồ ộ ạ ả mã v i các tính năng nh  làmớ ư  

n i b t cú pháp, kh p d u ngo c kh i chổ ậ ớ ấ ặ ố ương trình, th t đ u dòng t  đ ng vàụ ầ ự ộ  

nh pấ  chu t duy nh t. M t chộ ấ ộ ương trình ho c ặ mã vi t cho Arduino đế ược g i ọ là 

"sketch"

Chươ  trình Arduino đng ượ  vi tc ế  b ngằ  C ho cặ  C++. Arduino IDE đi kèm v iớ  

m t th  vi n ph n m m độ ư ệ ầ ề ược g i là "Wiring" t  d  án l p ráp ban đ u, cho ho tọ ừ ự ắ ầ ạ  

đ ng đ u vào/đ u ra ph  bi n tr  nên d  dàng h n nhi u. Ngộ ầ ầ ổ ế ở ễ ơ ề ườ ử ụi s  d ng chỉ 

c n đ nh nghĩa hai hàm đ  th c hi n m t chầ ị ể ự ệ ộ ương trình đi u hành theo chuề  k ỳKhi các chúng ta b t đi n b ng m ch Arduino, reset hay n p chậ ệ ả ạ ạ ương trình 

m i, hàm  ớ setup()  s  đẽ ược g i đ n đ u tiên. Sau khi x  lý xong hàm  ọ ế ầ ử setup(), 

Arduino  sẽ  nh yả   đ nế   hàm  loop()  và  l pặ   vô  h nạ   hàm  này  cho  đ nế   khi  t tắ   đi nệ  board m ch Arduino. ạ

Dưới đây là giao di n c a ph n m mệ ủ ầ ề

        

Hình 2.5 Giao di n ệ Ph n m m Arduinoầ ề  IDE2.4 Module wifi ESP826 V1

2.4.1 Gi i thi u ESP8266 ớ ệ

Hình 2. 6 S  đ  nguyên lý c a ESP8266 V1ơ ồ ủ

Hình 2.7 Module wifi ESP8266 V1ESP8266 là dòng chip tích h p Wi­Fi 2.4Ghz có th  l p trình đợ ể ậ ược, r  ti nẻ ề  

đượ ảc s n xu t b i m t công ty bán d n Trung Qu c: Espressif Systems. ấ ở ộ ẫ ố

ESP8266 có m t c ng đ ng các nhà phát tri n trên th  gi i r t l n, cungộ ộ ồ ể ế ớ ấ ớ  

c p nhi u Module l p trình mã m  giúp nhi u ngấ ề ậ ở ề ười có th  ti p c n và xây d ngể ế ậ ự  

ng d ng r t nhanh. Hi n nay t t c  các dòng chip ESP8266 trên th  tr ng đ u

mang nhãn ESP8266EX, là phiên b n nâng c p c a ESP8266.ả ấ ủ

2.4.2 Thông s  k  thu t c a ESP8266 ố ỹ ậ ủ

­ H  tr  chu n 802.11 b/g/n.ỗ ợ ẩ

­ Wi­Fi 2.4 GHz, h  tr  WPA/WPA2.ỗ ợ

­ Chu n đi n áp ho t đ ng: 3.3V.ẩ ệ ạ ộ

­ Chu n giao ti p n i ti p UART v i t c đ  Baud lên đ n 115200ẩ ế ố ế ớ ố ộ ế

­ Tx: Chân Tx c a giao th c UART, k t n i đ n chân Rx c a vi đi u khi n.ủ ứ ế ố ế ủ ề ể

­ Rx: Chân Rx c a giao th c UART, k t n i đ n chân Tx c a vi đi u khi n.ủ ứ ế ố ế ủ ề ể

­ RST: chân reset, kéo xu ng mass đ  reset.ố ể

­ CH_PD: Kích ho t chip, s  d ng cho Flash Boot và updating l i moduleạ ử ụ ạ

­ GPIO0: kéo xu ng th p cho ch  đ  update.ố ấ ế ộ

2.5  Màn hình LCD và giao ti p I2Cế

Hình 2.8 Màn hình LCD và giao ti p I2Cế

B ng 2.  Các chân k t n i c a LCDả ế ố ủ

Chân Ký hi uệ Mô tả Giá trị

Thông thường, đ  s  d ng màn hình LCD thì ph i m t r t nhi u chân trênể ử ụ ả ấ ấ ề  Arduino đ  đi u khi n. Do v y, đ  đ n gi n hóa công vi c, ngể ề ể ậ ể ơ ả ệ ười ta đã t o raạ  

m t lo i m ch đi u khi n màn hình LCD s  d ng giao ti p I2C. Nói m t cáchộ ạ ạ ề ể ử ụ ế ộ  

đ n gi n, ta ch  t n 2 dây đ  đi u khi n màn hình, thay vì 8 dây nh  cách thôngơ ả ỉ ố ể ề ể ư  

thường. 2 chân SDA và SCL là 2 chân tín hi u dùng cho giao ti p I2C. Đi n ápệ ế ệ  

ho t  đ ng: 2,5 ­ 6V.ạ ộ

2.6 Các c m bi n thông d ngả ế ụ

2.6.1 C m bi n nhi t đ , đ   m DHT11 ả ế ệ ộ ộ ẩ

DHT11 là c m bi n đo nhi t đ , đ   m đ u ra s  có hi u ch nh đ m b oả ế ệ ộ ộ ẩ ầ ố ệ ỉ ả ả  

k t qu  đo có đ  chính xác cao. K t qu  đo đế ả ộ ế ả ượ ưc l u tr  trong b  nh  Khi giaoữ ộ ớ  

ti p v i DHT11 thì k t qu  đo s  đế ớ ế ả ẽ ược đ c ra t  b  nh , module có kích thọ ừ ộ ớ ướ  c

nh  g n và đỏ ọ ược đóng gói v i 3 chân k t n i r t thu n ti n và phù h p v iớ ế ố ấ ậ ệ ợ ớ  nhi u  ng d ng th c ti n.ề ứ ụ ự ễ

Hình 2. 10 S  đ  k t n i DHT11 v i vi đi u khi nơ ồ ế ố ớ ề ể

Các thông s  c n chú ý khi làm vi c v i DHT11ố ầ ệ ớ

­ Đi n áp ngu n ph i t  3.3­ 5Vệ ồ ả ừ

­ Giao ti p gi a vi đi u khi n và DHT11 là giao ti p 1 giây, th i gian trế ữ ề ể ế ờ ễ cho m i l n truy n d  li u là 5msỗ ầ ề ữ ệ

­ D  li u truy n trên chân DATA bao g m d  li u đ   m 16bits và d  li uữ ệ ề ồ ữ ệ ộ ẩ ữ ệ  nhi t đ  16bits.ệ ộ

­ Khi MCU g i tín hi u start signal thì DHT11 thay đ i t  ch  đ  công su tử ệ ổ ừ ế ộ ấ  

th p sang ch  đ  ho t đ ng. Khi MCU giao ti p v i DHT11 thì c m bi nấ ế ộ ạ ộ ế ớ ả ế  

s  g i tín hi u đáp  ng c a 40bits data ch a giá tr  nhi t đ  và đ   m t iẽ ử ệ ứ ủ ứ ị ệ ộ ộ ẩ ớ  MCU. Khi k t thúc c m bi n l i tr  v  ch  đ  công su t th p[4].ế ả ế ạ ở ề ế ộ ấ ấ

2.6.2 C m bi n ánh sáng ả ế

a, quang trở

Hình 2. 11 Quang trởQuang tr  hay đi n tr  quang, photoresistor, LDR (Light­dependent resistor,ở ệ ở  

gi m theo ánh sáng chi u vào. Đó là đi n tr  phi tuy n, phi ohmic. Quang trả ế ệ ở ế ở 

được dùng làm c m bi n nh y sáng trong các m ch dò, nh  trong m ch đóng c tả ế ạ ạ ư ạ ắ  đèn chi u b ng kích ho t c a sáng t i. Quang tr  làm b ng ch t bán d n trế ằ ạ ủ ố ở ằ ấ ẫ ở kháng cao, và không có ti p giáp nào. Trong bóng t i, quang tr  có đi n tr  đ nế ố ở ệ ở ế  vài M  Khi có ánh sáng, đi n tr  gi m xu ng m c m t vài trăm  Ω ệ ở ả ố ứ ộ Ω

V t li u:ậ ệ

­ Sunfua cadmi (CdS) và selenua cadmi (CdSe), nh ng t i châu Âu đang c mư ạ ấ  dùng cadmi

­ Sunfua chì (PbS) và indi antimonit (InSb) đượ ử ục s  d ng cho vùng ph  h ngổ ồ  ngo i.ạ

­ Gecu là c m bi n dò h ng ngo i xa t t nh t, đả ế ồ ạ ố ấ ượ ử ục s  d ng trong thiên văn 

h ng ngo i và quang ph  h ng ngo i.ồ ạ ổ ồ ạ

b, Nguyên lý ho t đ ngạ ộ

Ho t đ ng c a c m bi n ánh sáng d a trên hi u  ng quang đi n trong kh iạ ộ ủ ả ế ự ệ ứ ệ ố  

v t ch t. Khi photon có năng lậ ấ ượng đ  l n đ p vào, s  làm b t electron kh iủ ớ ậ ẽ ậ ỏ  phân t , tr  thành t  do trong kh i ch t và làm ch t bán d n thành d n đi n.ử ở ự ố ấ ấ ẫ ẫ ệ  

M c đ  d n đi n tu  thu c s  photon đứ ộ ẫ ệ ỳ ộ ố ược h p th  Tu  thu c ch t bán d n màấ ụ ỳ ộ ấ ẫ  quang tr  ph n  ng khác nhau v i bở ả ứ ớ ước sóng photon khác nhau. Quang tr  ph nở ả  

ng tr  h n đi t quang, c  10 ms, nên nó tránh đ c thay đ i nhanh c a ngu n

ra v i t n s  nh t đ nh khi phát hi n hớ ầ ố ấ ị ệ ướng truy n có v t c n (m t ph n x ),ề ậ ả ặ ả ạ  

ph n x  vào đèn thu h ng ngo i, sau khi so sánh, đèn màu xanh s  sáng lên, đ ngả ạ ồ ạ ẽ ồ  

th i đ u cho tín hi u s  đ u ra (m t tín hi u b c th p).V i kh  năng phát hi nờ ầ ệ ố ầ ộ ệ ậ ấ ớ ả ệ  

v t c n trong kho ng 2 ~ 30cm và kho ng cách này có th  đi u ch nh thông quaậ ả ả ả ể ề ỉ  chi t áp trên c m bi n cho thích h p v i t ng  ng d ng c  th  nh : xe dò line,ế ả ế ợ ớ ừ ứ ụ ụ ể ư  

xe tránh v t c n.ậ ả