Bài viết đề xuất một giải pháp cải tiến bộ điều khiển đóng cắt thiết bị điện từ xa trong ngôi nhà thông minh thực tế đang sử dụng hiện nay. Trên cơ sở kết hợp các modul thu phát sóng RF315MHz và modul phát sóng wifi để truyền thông tín hiệu điều khiển từ bộ xử lý trung tâm với thuật toán đã được lập trình sẵn tới các thiết bị điện dân dụng trong ngôi nhà.
Đặng Ngọc Trung Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 185(09): 21 - 25 PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN PANEL ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG CẮT TỪ XA ĐA THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ THƠNG MINH ỨNG DỤNG SĨNG RF VÀ WIFI Đặng Ngọc Trung* Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Bài báo đề xuất giải pháp cải tiến điều khiển đóng cắt thiết bị điện từ xa nhà thông minh thực tế sử dụng Trên sở kết hợp modul thu phát sóng RF315MHz modul phát sóng wifi để truyền thơng tín hiệu điều khiển từ xử lý trung tâm với thuật toán lập trình sẵn tới thiết bị điện dân dụng ngơi nhà Trong đó, ý tưởng cải tạo mã hóa cứng module thu phát sóng RF315MHz thành mã hóa mềm với kênh điều khiển đảm nhiệm đóng cắt 256 thiết bị điện Bên cạnh tùy thuộc vào số nút ấn panel điều khiển mà phối hợp tạo panel điều khiển đa thiết bị điện theo yêu cầu công nghệ nhà Hơn với giải pháp cho phép điều khiển từ xa thiết bị nhà thông qua nhiều panel khác Để minh chứng cho tính đắn giải pháp đề xuất, báo xây dựng module thực nghiệm điều khiển với hai kênh thiết bị riêng rẽ sử dụng hai mã hóa mềm module RF315 Từ khố: Điều khiển từ xa, điều khiển thơng minh, nhà thông minh, thu phát RF, thu phát wifi MỞ ĐẦU* Trong thực tế nay, nhà thông minh dần hữu sống chúng ta, kèm với sản phẩm panel điều khiển đóng cắt thiết bị điện từ xa ứng dụng phổ biến Trong đó, nguyên tắc truyền liệu xử lý trung tâm đến thiết bị thực thơng qua kênh truyền như: sóng bluetooth, sóng RF, wifi, Zigbee… Mỗi đường truyền tín hiệu điều khiển có tần số, khoảng cách truyền khác nhau… phù hợp với tốn cơng nghệ cho nhà thông minh cụ thể [1, 2] Tuy nhiên, phổ biến kể đến đường truyền qua sóng RF315MHz RF433MHz dải tần số nhiều nhà sản xuất linh kiện thiết bị điện tử giới sử dụng để chế tạo thu phát RF Bởi vậy, cho phép sử dụng xen lẫn sản phẩm hãng khác cho ứng dụng Với ưu điểm việc lựa chọn kênh truyền thơng giúp người sử dụng lựa chọn thay thiết bị dễ dàng thiết bị hư hỏng gặp cố đặc biệt giá thành rẻ [3] Tuy nhiên sử dụng module thu phát RF để điều khiển thiết bị khơng thể mở rộng tính * Tel: 0982 252710, Email: trungcsktd@gmail.com tiện lợi cho thành viên nhà sử dụng chúng Vì số lượng thành viên nhà lớn đồng nghĩa với số lượng modul phát RF phải tăng lên, tốn khơng phải lúc trang bị hết cho tất thành viên Từ hạn chế đó, nhằm mong muốn tăng khả linh hoạt việc sử dụng thiết bị điện giảm số lượng modul phát RF, báo đưa giải pháp phối hợp module thu phát RF với module wifi để thành viên nhà điều khiển thiết bị điện thơng qua thiết bị như: smart phone, máy tính, hình cảm ứng… sử dụng sẵn ngày Ngoài biết module thu phát RF có mã truyền thông bit, mã mã hóa cứng panel điều khiển thiết bị nhà sản xuất chế tạo Chẳng hạn thiết bị: Module công tắc điều khiển từ xa cổng Oiovo V-86K hình Hình Module Oiovo V-86K hãng Weivo Electronics Co.,Ltđ 21 Đặng Ngọc Trung Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Module Oiovo V-86K module công tắc điều khiển từ xa, xuyên tường số vật cản, sử dụng sóng RF315MHz, số lượng thiết bị điện đóng cắt 01 thiết bị/1 lần ấn nút Như module điều khiển thiết bị điện, muốn nhiều người sử dụng số module phát số người sử dụng, hạn chế module Thực tế thị trường có nhiều dòng sản phẩm có tính tương tự, số dòng sản phẩm panel điều khiển có số nút ấn n = 2, 8, nâng số mã hóa truyền thơng module phát RF, đồng nghĩa với việc điều khiển nhiều thiết bị (số thiết bị điều khiển số nút ấn n) 185(09): 21 - 25 nói module phát gửi tối đa 256 mã truyền thơng Nếu giả sử panel điều khiển có n nút ấn, số thiết bị điều khiển 256*n Với phối hợp truyền thông qua RF wifi, kết hợp với giải pháp mã hóa mềm mã module thu phát RF giúp cho ngơi nhà thơng minh có cấu trúc điều khiển đa thiết bị đa dạng thông qua thiết bị điều khiển : panel điều khiển, smart phone, máy tính, hình cảm ứng… Qua phân tích trên, cho thấy giải pháp đề xuất báo để cải tiến panel điều khiển đa thiết bị điện ứng dụng sóng RF wifi xu hướng tất yếu ứng dụng rộng rãi vào nhà thông minh tương lai không khách sạn, biệt thự mà ứng dụng nhà dân dụng TỔNG QUAN CẤU TRÚC THU PHÁT SĨNG RF THƠNG QUA MODULE RF315MHz Module phát RF sử dụng IC PT2262 Hình Module điều khiển thiết bị từ xa RC1S hãng TPE Hình Module điều khiển thiết bị từ xa TPPRC1P hãng Panasonic Xuất phát từ thực tế đó, để mở rộng phạm vi ứng dụng module RF nhà thông minh, báo tiếp tục đưa giải pháp mã hóa mềm cho mã truyền thơng module phát RF thông qua card điều khiển Arduino Uno, với việc mã hóa bít truyền thơng lệnh lập trình phần mềm Khi số mã truyền thơng đạt đến 28=256 mã, 22 Sơ đồ nguyên lý mạch phát sóng RF sử dụng IC PT2262 thể hình Trong chân từ A0A7 chân khai báo liệu mã truyền thơng phía module phát Tùy thuộc vào giá trị chân (khi chân đấu với GND – mức thấp) 1(khi chân đấu với VCC – mức cao) mà tổ hợp tối đa 28=256 mã truyền thơng phía module phát Các chân D0D3 tương ứng với nút ấn panel điều khiển, ấn nút ấn chân tương ứng đưa lên mức 1, bổ sung thêm bít địa cho module phát vào mã truyền thơng lúc module phát sóng RF tương ứng gửi đến module thu mã Module thu RF sử dụng IC PT2272 Sơ đồ nguyên lý mạch thu sóng RF sử dụng IC PT2272 thể hình Trong tín hiệu gửi từ module phát truyền tới anten ANT bên module thu, sau tín hiệu khuếch đại qua IC LM358 đưa đến chân giải mã 14 IC Đặng Ngọc Trung Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 185(09): 21 - 25 PT2272, từ định đưa tín hiệu điều khiển thiết bị đến chân từ 1013 IC PT2272 tương ứng với mã bên module phát gửi đến Cần ý khác với việc mã hóa mềm module phát module thu trường hợp giải mã mã tương ứng với khả điều khiển thiết bị điện riêng biệt Hình Module phát sóng RF 315MHz sử dụng IC PT2262 Hình Module thu sóng RF 315MHz sử dụng IC PT2272 TỔNG HỢP CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN ĐA THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ XA THÔNG QUA CARD ĐIỀU KHIỂN ARDUINO UNO, MODULE RF 315MHz VÀ MODULE WIFI ESP8266 Cấu trúc điều khiển đa thiết bị điện từ xa biểu diễn thơng qua hình Trong mã truyền thông chân A0A7 IC2262 linh hoạt thay đổi giá trị tùy thuộc mã thơng qua việc đóng mở tranzitor (rơle) phần cứng nhờ tín hiệu gửi đến từ card điều khiển Arduino Khi mã mã hóa mềm, giúp cho module phát RF không mã cứng mà tạo 256 mã khác Bên cạnh nút ấn panel điều khiển (tương ứng với chân D0D3) module phát điều khiển thơng qua lệnh lập trình card Arduino, kết hợp với mạng wifi nội module wifi ESP8266 phát giúp mở rộng thiết bị điều khiển không panel điều khiển cứng mà vơ số thiết bị như: máy tính, smart phone, hình cảm ứng… Ở cần ý module thu sử dụng giải mã IC 2272 điều khiển thiết bị, giả sử sử số thiết bị điện cần điều khiển m số module thu cần sử dụng m/4 23 Đặng Ngọc Trung Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Nhận xét: Như lý thuyết với cấu trúc điều khiển giúp cho điều khiển đa thiết bị điện với đa thiết bị kết nối để điều khiển thiết bị điện 185(09): 21 - 25 Trên sở sơ đồ mạch gia cơng tín hiệu mã hóa mềm nút ấn hệ thống hình 7, kết hợp với việc sử dụng Card Arduino Uno, module wifi ESP8266 ta mơ hình thực nghiệm tòan hệ thống hình Ở để minh họa cho ngun lý hoạt động ta sử dụng mơ hình với kênh điều khiển thiết bị thông qua module thu module phát Hình Mạch gia cơng tín hiệu mã hóa mềm nút ấn module RF315 Hình Cấu trúc điều khiển đa thiết bị từ xa sử dụng module RF 315MHz module wifi ESP 8266 XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC ĐIỀU KHIỂN ĐA THIẾT BỊ SỬ DỤNG MODULE RF 315MHz VÀ MODULE WIFI ESP8266 Mạch gia cơng tín hiệu mã hóa mềm nút ấn Để minh họa cho tính đắn giải pháp đề xuất trên, báo đưa mơ hình thực nghiệm để kiểm chứng Giả sử thiết kế mạch điều khiển đa thiết bị với module phát sử dụng IC2262 module thu sử dụng IC 2272 Trong sử dụng rơle điều khiển từ card Arduino để mã hóa mềm cho module phát, rơle để thay cho nút ấn (D0D3) Sơ đồ mạch gia cơng tín hiệu mã hóa mềm mã module phát nút ấn điều khiển đa thiết bị sử dụng module RF315 hình Mơ hình kết nối thiết bị thực 24 Hình Mơ hình kết nối thiết bị thực điều khiển khiển hai kênh sử dụng module RF315 module wifi ESP8266 KẾT LUẬN Bài báo đề xuất phương pháp cải tiến panel điều khiển đa thiết bị điện từ xa ứng dụng sóng RF wifi sở sử dụng mã hóa Đặng Ngọc Trung Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ mềm cho module phát, giúp cho khai thác linh hoạt thiết bị điều khiển nhà thông minh Với kết điều khiển đạt thông qua thực nghiệm chứng minh tính đắn thuật toán cải tiến sở để ứng dụng rỗng rãi mơ hình thực tế với chi phí giá thành rẻ, khả làm việc ổn định Bên cạnh đó, qua thực nghiệm cho thấy điểm tồn cần khắc phục cải tiến nghiên cứu Cụ thể, việc sử dụng module wifi ESP8266 hạn chế việc truyền tín hiệu qua wifi nội khoảng cách truyền thơng hạn chế Điều khắc phục sử dung mạng 185(09): 21 - 25 internet để truyền thơng, giúp cho tín hiệu truyền xa nhanh tốc độ đường truyền lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO Peter Vizmuller (1995), RF design guide, Wiley, Artech House Boston - London Michael P Gaynor (2007), System-in-Package RF Design and Applications, Artech House, Inc http://www.dientuvietnam.net Phạm Quang Huy, Nguyễn Trọng Hiếu (2015), Vi điều khiển ứng dụng Arduino dành cho người tự học, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội Vũ Đức Lung, Trần Ngọc Đức (2017), Lập trình nhúng bản, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh SUMMARY IMPROVEMENTS OF CONTROL PANEL FOR REMOTE SWITCHEAR OF ELECTRICIAL INSTRUMENT IN SMART HOUSE USING RF AND WIFI Dang Ngoc Trung* University of Technology – TNU This paper proposes a improvement of the controller for remote switchgear of electrical instrument in real smart house nowadays Based on the combination of RF 315 MHz module and wifi transmission module to transfer control signals from the central processing with the given programming algorithm to the electrical equipment in the house In particularly, the main idea of improvement of the RF 315 MHz hard coding to the soft coding with each control channel is able to switch for 256 equipments Besides, depending on the number of press buttons on the control panel, it is possible to make multiple instrument control panel as requirements of a single technology in the smart house Moreover, this solution enables us remotely controlling the electrical equipment through different panels To illustrate the right of proposed method, the paper builds on the experimental module with two separate device channels using two soft encoders of the RF315 module Key word: remote control, intelligent control, smart house, RF transceiver, wifi transceiver Ngày nhận bài: 21/5/2018; Ngày phản biện: 31/5/2018; Ngày duyệt đăng: 31/8/2018 * Tel: 0982 252710, Email: trungcsktd@gmail.com 25 ... hình cảm ứng Qua phân tích trên, cho thấy giải pháp đề xuất báo để cải tiến panel điều khiển đa thiết bị điện ứng dụng sóng RF wifi xu hướng tất yếu ứng dụng rộng rãi vào nhà thông minh tương... truyền thông qua RF wifi, kết hợp với giải pháp mã hóa mềm mã module thu phát RF giúp cho ngơi nhà thơng minh có cấu trúc điều khiển đa thiết bị đa dạng thông qua thiết bị điều khiển : panel điều khiển, ... công tắc điều khiển từ xa, xuyên tường số vật cản, sử dụng sóng RF3 15MHz, số lượng thiết bị điện đóng cắt 01 thiết bị/ 1 lần ấn nút Như module điều khiển thiết bị điện, muốn nhiều người sử dụng số