Đang tải... (xem toàn văn)
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.2 Tổng quan về văn phòng 1.2.1 Giới thiệu mô hình văn phòng Nhà thông minh (tiếng Anh: home automation, domotics, smart home hoặc Intellihome) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có thể được điều khiển hoặc tự động hoá 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 người dùng thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, ứng dụng trên điện thoại di động, máy tính bảng hoặc một giao diện web. Trong nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách 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.. Các thiết bị này có thể tự đưa ra cách xử lý tình huống được lập trình trước, hoặc là được điều khiển và giám sát từ xa. Sau đây là các lợi ích đem đến cho bạn từ một hệ thống tự động hóa nhà thông minh Lợi ích 1 Tăng thêm sự an toàn qua việc điều khiển chiếu sáng và thiết bị điện (Appliance and Lighting Control) Hình 1. 1 Điều khiển hệ thống đèn bằng smartphone Một lợi ích nữa của home automation đó là tăng thêm sự an toàn cho gia đình và ngôi nhà. Bạn có thể kiểm soát các thiết bị điện dù nhỏ và cả việc chiếu sáng, bằng một cái chạm nhẹ đầu ngón tay vào thiết bị công nghệ yêu thích của bạn. Không chỉ tiết kiệm tiền điện cho bạn thông qua việc tự động tắt khi không có người, lighting control còn có thể tự động bắt tắt đèn theo chu kỳ để đánh lừa kẻ xấu tưởng bạn vẫn có nhà. Điều này làm tăng thêm độ an toàn và an ninh cho nhà bạn. Lợi ích 2 Gia tăng quan sát thông qua camera an ninh Hình 1. 2 Quan sát ngôi nhà qua điện thoại Chúng ta không thể có mặt ở mọi nơi cùng lúc. Điều này khiến chúng ta thường bỏ lỡ nhiều việc đang diễn ra, có lẽ với ngay cả trong nhà hay sân vườn mình. Với hệ thống tự động hóa nhà thông minh, có thể dễ dàng quan sát thấy việc đang diễn ra.. Các camera an ninh sẽ gia tăng độ an toàn cho gia đình bằng cách ghi nhận lại các hình ảnh khi nó phát hiện có chuyển động hoặc tự động ghi hình tại một thời điểm nhất định nào đó trong ngày. Lợi ích 3 Gia tăng tiện nghi thông qua việc hiệu chỉnh nhiệt độ điều hòa Hình 1. 3 Hiệu chỉnh nhiệt độ điều hòa từ xa Thường thì chúng ta rời nhà sớm đi làm vào buổi sáng và quên chỉnh lại nhiệt độ của bộ điều chỉnh nhiệt (thermostat). Kết quả là khi về nhà chúng ta sẽ thấy hoặc là quá nóng hoặc quá lạnh. Với hệ thống nhà thông minh, có thể chỉ cần đơn giản điều chỉnh nhiệt độ sẵn từ xa một vài giờ trước khi về đến nhà. Điều này còn giúp tiết kiệm tiền, tiết kiệm năng lượng. Lợi ích 4 Tiết kiệm thời gian . Dễ dàng tiết kiệm được các khoảng thời gian quý báu và dành hiệu năng tốt hơn cho công việc. Lợi ích 5 Tiết kiệm tiền và gia tăng tiện nghi Như vừa đề cập trên, hệ thống home automation giúp bạn tiết kiệm tiền. 1.2.2 Nguyên tắc hoạt động của văn phòng Nhà thông minh được hiểu là hệ thống các thiết bị điện tử gia dụng được kết hợp với nhau thành mạng thiết bị và hoạt động theo kịch bản tùy biến nhằm tạo ra môi trường sống tiện nghi, an toàn, tiết kiệm năng lượng. Một hệ thống nhà thông minh cơ bản bao gồm một máy tính điều khiển trung tâm, được gọi là máy chủ (Home Server), có nhiệm vụ kết nối các thiết bị với nhau và điều khiển toàn bộ hệ thống nhà. Các thiết bị gia dụng đầu cuối là những vật dụng điện tử trong nhà như các thiết bị an ninh, hệ thống cửa, điều hòa, rèm mành, hệ thống đèn, quạt thông gió, ti vi, bếp gas… Các thiết bị này được kết nối với nhau trong hệ thống mạng thiết bị bằng công nghệ truyền dữ liệu, qua đường điện (Power line communication – PLC) hoặc không dây (Zigbee) và được kết nối trực tiếp đến Home Server. Cuối cùng là hệ thống các phần mềm điều khiển ngôi nhà cài đặt trên Home Server, trên các thiết bị điều khiển và các thiết bị điện tử gia dụng đầu cuối. Chủ nhân của Hệ thống nhà thông minh có thể kiểm soát, điều khiển ngôi nhà cũng như các thiết bị trong nhà bằng nhiều phương tiện như: điện thoại di động, tablet, laptop… ở bất kì đâu và bất kỳ lúc nào. 1.2.3 Tiêu chuẩn của văn phòng Với sự phát triển không ngừng của khoa học hiện đại, con người đã ngày càng nâng cao đời sống của mình hơn và luôn mơ ước tới một cuộc sống hiện đại và tiện nghi nhất. Chính từ những nhu cầu đó, con người đã có rất nhiều sáng tạo phục vụ cho cuộc sống. Và ý tưởng “ngôi nhà thông minh” cũng xuất phát từ nhu cầu thực tiển như vậy. Những công nghệ phục vụ cho ngôi nhà mơ ước đã có từ rất lâu nhưng gần đây mới được đưa ra công bố rộng rãi. Có rất nhiều công ty đã đưa ra giải pháp cho ngôi nhà thông minh, nhưng nhìn chung tất cả đều hướng đến các tiêu chuẩn sau đây: Tự động hóa hoạt động của ngôi nhà. Các thiết bị cảm biến, giám sát sẽ thu thập thông tin của ngôi nhà như nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa... Các thông tin thu thập được sẽ được phân tích ở bộ xử lý trung tâm. Từ kết quả phân tích được sẽ đưa ra các điều khiển hoạt động của các thiết bị cho phù hợp nhất. Ngoài ra các tính năng như bật đèn, đóng mở rèm… cũng có thể được cài đặt hoạt động tự động theo ý muốn của người sử dụng. Đảm bảo an ninh, an toàn cho ngôi nhà. Hiện nay hệ thống giám sát an ninh như camera, dấu vân tay hoặc nhận dạng qua hình ảnh đã và đang được sử dụng rất phổ biến. Hầu như nhà nào cũng được trang bị đầy đủ, vì vậy các hệ thống nhà hiện nay đang được đánh giá có chất lượng an ninh, an toàn rất tốt. Đem lại sự thoải mái cho người sử dụng. Đây là tiêu chí đánh giá quan trọng nhất cho mỗi ngôi nhà. Mỗi ngôi nhà sẽ được thiết kế sao cho đem lại sự thoải mái nhất cho người sử dụng. Qua đó nâng cao chất lượng cuộc sống cho mỗi người sử dụng. Cung cấp các dịch vụ giải trí chất lượng cao. Ngày nay nhu cầu giải trí của người sử dụng ngày càng cao. Để đáp ứng được nhu cầu này cho người sử dụng, mỗi ngôi nhà đều được trang bị các hệ thống giải trí có chất lượng tốt nhất. Cung cấp khả năng giám sát, điều khiển từ xa. Mỗi ngôi nhà thông minh đều được trang bị các hệ thống giám sát, các hệ thống này đều được kết nối tới thiết bị của người sử dụng nên ngôi nhà luôn được giám sát rất tốt. Các thiết bị đều được kết nối tới bộ quản lý trung tâm vì thế người sử dụng có thể điều khiển bất kỳ thiết bị nào ở mọi nơi vào mọi thời điểm khi mà các thiết bị đã được kết nối qua internet. Tăng hiệu suất các hệ thống, giảm điện năng tiêu thụ. Với các hệ thống điều khiển đơn giản nhưng hiệu quả thì năng lượng luôn được tiết kiệm một cách tối ưu. 1.2.4 Những xu hướng phát triển của văn phòng Vài năm trở lại đây, khi thế giới đang dần tiến vào kỷ nguyên Internet of Things (IoTs), kết nối mọi vật qua Internet, nhà thông minh trở thành một xu hướng công nghệ tất yếu, là tiêu chuẩn của nhà ở hiện đại. Việt Nam cũng không nằm ngoài xu hướng này. Nhà thông minh Việt Nam là một khái niệm không còn xa lạ với nhiều người. Không những thế, thị trường nhà thông minh Việt Nam phát triển mạnh chủ yếu tại những thành phố lớn như Hải Phòng, Hà Nội, Đà Nẵng, tp Hồ Chí Minh. Bởi tại những thành phố lớn, việc tiếp cận các khái niệm và công nghệ mới dễ dàng hơn. Xu hướng nhà thông minh trên thế giới: Đối với các công ty lớn về công nghệ thì cuộc cánh mạng công nghệ 4.0 và công nghệ IoT được xem là cơ hội tỉ USD trên thị trường đầy tiềm năng này. Theo một thống kê của công ty nghiên cứu thị trường Statista thì vào năm 2020 giá trị thị trường của Smarthome nhà thông minh dự báo đạt tới 43 tỉ USD. Con số này tăng gấp 3 lần so với năm 2014. Xu hướng nhà thông minh được dự báo như một trong những ứng dụng công nghệ một cách toàn diện nhất vào cuộc sống, là cả một căn nhà chứ không chỉ là một thiết bị thông minh. Xu hướng nhà thông minh tại Việt Nam: Với những tiềm năng phát triển đó, có nhiều nhà phát triển và xâm nhập thị trường nhà thông minh Việt Nam như Lumi, Bkav,… hay tới các nhà đầu tư nước ngoài khác. Tuy chỉ mới phát triển từ 3 5 năm nay, nhưng nhiều đơn vị trong nước đã nắm được thị phần phân phối nhà thông minh tại Việt Nam khá lớn như Lumi, Bkav. Các doanh nghiệp ở Việt Nam phần lớn cung cấp các giải pháp nhà thông minh thiên về giải pháp an ninh, an toàn, điều khiển thiết bị thông qua smartphone, điều khiển qua loa thông minh,..
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ ====o0o==== BTL MƠN HỌC TỰ ĐỘNG HĨA TỊA NHÀ ĐỀ TÀI: Xây dựng ứng dụng BMS Web server với Arduino ESP8266 để điều khiển giám sát thiết bị điện cho văn phòng khoa Điện Phạm Đức Trung Nguyễn Ngọc Trường Vũ Quang Trưởng Bùi Doãn Tú Phạm Ngọc Tú 2018501565 2018503308 2018501954 2018501947 2018500975 Hà nội, 2020 MỤC LỤC Trang MỤC LỤC Trang DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt I2C Inter-Integratel Circuit Đường bus giao tiếp IC QR Quick Response Mã phản hồi nhanh SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền tải thư tín đơn giản LCD Liquid crystal display Màn hình tinh thể lỏng IoT Internet Of Things Mạng lưới vạn vật kết nối internet RFID Radio Frequency Identification Nhận dạng qua tần số vô tuyến NFC Near-Field Communications Kết nối tường gần CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.2 Tổng quan văn phòng 1.2.1 Giới thiệu mơ hình văn phịng Nhà thơng minh (tiếng Anh: home automation, domotics, smart home Intellihome) kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tử điều khiển tự động hoá bán tự động, thay người thực thao tác quản lý, điều khiển Hệ thống điện tử giao tiếp với người dùng thông qua bảng điện tử đặt nhà, ứng dụng điện thoại di động, máy tính bảng giao diện web Trong nhà thông minh, đồ dùng nhà từ phòng ngủ, phòng khách 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 Các thiết bị tự đưa cách xử lý tình lập trình trước, điều khiển giám sát từ xa Sau lợi ích đem đến cho bạn từ hệ thống tự động hóa nhà thơng minh - Lợi ích Tăng thêm an toàn qua việc điều khiển chiếu sáng thiết bị điện (Appliance and Lighting Control) Hình 1 Điều khiển hệ thống đèn smartphone Một lợi ích home automation tăng thêm an tồn cho gia đình ngơi nhà Bạn kiểm soát thiết bị điện dù nhỏ việc chiếu sáng, chạm nhẹ đầu ngón tay vào thiết bị cơng nghệ u thích bạn Không tiết kiệm tiền điện cho bạn thông qua việc tự động tắt khơng có người, lighting control cịn tự động bắt tắt đèn theo chu kỳ để đánh lừa kẻ xấu tưởng bạn có nhà Điều làm tăng thêm độ an tồn an ninh cho nhà bạn - Lợi ích Gia tăng quan sát thơng qua camera an ninh Hình Quan sát nhà qua điện thoại Chúng ta khơng thể có mặt nơi lúc Điều khiến thường bỏ lỡ nhiều việc diễn ra, có lẽ với nhà hay sân vườn Với hệ thống tự động hóa nhà thơng minh, dễ dàng quan sát thấy việc diễn Các camera an ninh gia tăng độ an tồn cho gia đình cách ghi nhận lại hình ảnh phát có chuyển động tự động ghi hình thời điểm định ngày - Lợi ích Gia tăng tiện nghi thông qua việc hiệu chỉnh nhiệt độ điều hịa Hình Hiệu chỉnh nhiệt độ điều hịa từ xa Thường rời nhà sớm làm vào buổi sáng quên chỉnh lại nhiệt độ điều chỉnh nhiệt (thermostat) Kết nhà thấy nóng lạnh Với hệ thống nhà thơng minh, cần đơn giản điều chỉnh nhiệt độ sẵn từ xa vài trước đến nhà Điều giúp tiết kiệm tiền, tiết kiệm lượng - Lợi ích Tiết kiệm thời gian Dễ dàng tiết kiệm khoảng thời gian quý báu dành hiệu tốt cho cơng việc - Lợi ích Tiết kiệm tiền gia tăng tiện nghi Như vừa đề cập trên, hệ thống home automation giúp bạn tiết kiệm tiền 1.2.2 Ngun tắc hoạt động văn phịng Nhà thơng minh hiểu hệ thống thiết bị điện tử gia dụng kết hợp với thành mạng thiết bị hoạt động theo kịch tùy biến nhằm tạo mơi trường sống tiện nghi, an tồn, tiết kiệm lượng Một hệ thống nhà thông minh bao gồm máy tính điều khiển trung tâm, gọi máy chủ (Home Server), có nhiệm vụ kết nối thiết bị với điều khiển toàn hệ thống nhà Các thiết bị gia dụng đầu cuối vật dụng điện tử nhà thiết bị an ninh, hệ thống cửa, điều hịa, rèm mành, hệ thống đèn, quạt thơng gió, ti vi, bếp gas… Các thiết bị kết nối với hệ thống mạng thiết bị công nghệ truyền liệu, qua đường điện (Power line communication – PLC) không dây (Zigbee) kết nối trực tiếp đến Home Server Cuối hệ thống phần mềm điều khiển nhà cài đặt Home Server, thiết bị điều khiển thiết bị điện tử gia dụng đầu cuối Chủ nhân Hệ thống nhà thơng minh kiểm sốt, điều khiển ngơi nhà thiết bị nhà nhiều phương tiện như: điện thoại di động, tablet, laptop… đâu lúc 1.2.3 Tiêu chuẩn văn phòng Với phát triển không ngừng khoa học đại, người ngày nâng cao đời sống mơ ước tới sống đại tiện nghi Chính từ nhu cầu đó, người có nhiều sáng tạo phục vụ cho sống Và ý tưởng “ngôi nhà thông minh” xuất phát từ nhu cầu thực tiển Những công nghệ phục vụ cho nhà mơ ước có từ lâu gần đưa cơng bố rộng rãi Có nhiều công ty đưa giải pháp cho nhà thơng minh, nhìn chung tất hướng đến tiêu chuẩn sau đây: Tự động hóa hoạt động nhà Các thiết bị cảm biến, giám sát thu thập thông tin nhà nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa Các thông tin thu thập phân tích xử lý trung tâm Từ kết phân tích đưa điều khiển hoạt động thiết bị cho phù hợp Ngồi tính bật đèn, đóng mở rèm… cài đặt hoạt động tự động theo ý muốn người sử dụng Đảm bảo an ninh, an toàn cho nhà Hiện hệ thống giám sát an ninh camera, dấu vân tay nhận dạng qua hình ảnh sử dụng phổ biến Hầu nhà trang bị đầy đủ, hệ thống nhà đánh giá có chất lượng an ninh, an tồn tốt Đem lại thoải mái cho người sử dụng Đây tiêu chí đánh giá quan trọng cho nhà Mỗi nhà thiết kế cho đem lại thoải mái cho người sử dụng Qua nâng cao chất lượng sống cho người sử dụng Cung cấp dịch vụ giải trí chất lượng cao Ngày nhu cầu giải trí người sử dụng ngày cao Để đáp ứng nhu cầu cho người sử dụng, nhà trang bị hệ thống giải trí có chất lượng tốt Cung cấp khả giám sát, điều khiển từ xa Mỗi nhà thông minh trang bị hệ thống giám sát, hệ thống kết nối tới thiết bị người sử dụng nên nhà giám sát tốt Các thiết bị kết nối tới quản lý trung tâm người sử dụng điều khiển thiết bị nơi vào thời điểm mà thiết bị kết nối qua internet Tăng hiệu suất hệ thống, giảm điện tiêu thụ Với hệ thống điều khiển đơn giản hiệu lượng ln tiết kiệm cách tối ưu 1.2.4 Những xu hướng phát triển văn phòng Vài năm trở lại đây, giới dần tiến vào kỷ nguyên Internet of Things (IoTs), kết nối vật qua Internet, nhà thông minh trở thành xu hướng công nghệ tất yếu, tiêu chuẩn nhà đại Việt Nam không nằm ngồi xu hướng Nhà thơng minh Việt Nam khái niệm khơng cịn xa lạ với nhiều người Không thế, thị trường nhà thông minh Việt Nam phát triển mạnh chủ yếu thành phố lớn Hải Phịng, Hà Nội, Đà Nẵng, Hồ Chí Minh Bởi thành phố lớn, việc tiếp cận khái niệm công nghệ dễ dàng - Xu hướng nhà thông minh giới: Đối với cơng ty lớn cơng nghệ cánh mạng công nghệ 4.0 công nghệ IoT xem hội tỉ USD thị trường đầy tiềm Theo thống kê công ty nghiên cứu thị trường Statista vào năm 2020 giá trị thị trường Smarthome -nhà thông minh dự báo đạt tới 43 tỉ USD Con số tăng gấp lần so với năm 2014 Xu hướng nhà thông minh dự báo ứng dụng cơng nghệ cách tồn diện vào sống, nhà không thiết bị thông minh - Xu hướng nhà thông minh Việt Nam: Với tiềm phát triển đó, có nhiều nhà phát triển xâm nhập thị trường nhà thông minh Việt Nam Lumi, Bkav,… hay tới nhà đầu tư nước khác Tuy phát triển từ -5 năm nay, nhiều đơn vị nước nắm thị phần phân phối nhà thông minh Việt Nam lớn Lumi, Bkav Các doanh nghiệp Việt Nam phần lớn cung cấp giải pháp nhà thông minh thiên giải pháp an ninh, an toàn, điều khiển thiết bị thông qua smartphone, điều khiển qua loa thông minh, 1.2.5 Một số hãng sản xuất sản phẩm văn phòng Tại Việt Nam nay, nhu cầu lắp đặt nhà thơng minh chưa nhiều lĩnh vực cịn Nhà thơng minh lắp đặt chủ yếu tòa nhà xây, khu chung cư cao cấp, số biệt thự, khách sạn sang trọng Hiện tại, thị trường nhà thông minh Việt Nam chia thành phân khúc trung cấp cao cấp Với phân khúc cao cấp khách hàng phải bỏ từ vài trăm triệu tới vài tỉ động cho trọn giải pháp nhà thông minh Các đơn vị thực thường đối tác ủy quyền ông lớn công nghệ giới Mỹ, Pháp, Đức,… Cịn nhà thơng minh Việt Nam, khách hàng chi phí từ 30 -50 triệu hồn thiện hộ chung cư thơng minh Và với chi phí từ 70 -100 triệu động cho biệt thự đầy đủ giải pháp Không thế, việc thi công từ -3 ngày mà không đập phá hay phải dây lại hệ thống điện Một số tập đoàn sản xuất nhà thơng minh tiếng a Tập đồn Scheneide – Pháp Scheneider tập đoàn lớn giới cung cấp thiết bị điện Ngày 18/ 4/2017 tập đoàn Scheneider khánh thành nhà máy chuyên sản xuất thiết bị điện cho giải pháp nhà thông minh khu cơng nghệ cao Sài Gịn, Quận 9, TPHCM Có thể xem nhà máy có quy mơ lớn tập đồn Scheneider chuỗi cung ứng toàn cầu gồm 200 trung tâm sản xuất Các thiết bị điện thông minh Scheneider có ưu điểm vượt trội chất lượng độ bền sản phẩm Tuy nhiên mẫu mã thiết kế sản phẩm chưa thật sắc xảo, tinh tế So với giá thành mà khách hàng phải bỏ cao để sở hữu thiết bị điện Scheneider b Nhà thông minh Smart 4G – Mỹ Smart 4g tập đoàn chuyên tư vấn cung cấp thiết bị nhà thông minh, thành lập từ năm 1986 có trụ sở Mỹ Giải pháp nhà thông minh Smart 4G tương tự hãng nhà thông minh chưa có trội khác biệt lớn Thiết kế thiết bị điện thông minh hãng đánh giá chưa đẹp, thiết kế sản phẩm cịn phần thơ chưa sang trọng Giá thành sản phẩm cao so với mức thu nhập người Việt Nam c Công ty nhà thông minh TIS Smarthome – Mỹ TIS SMART HOME thương hiệu đến từ Mỹ với kinh nghiệm 15 năm lĩnh vực nhà tự động (home automation) nhà thơng minh (smart home) Văn phịng nhà máy TIS đặt Texas Sau đó, nhằm muốn giảm chi phí sản xuất thiết bị nên TIS dời xưởng sản xuất Hong Kong – Trung Quốc, điều giúp thiết bị thông minh TIS có giá thành tốt so với hãng khác thiết kế sản phẩm TIS , thiết kế mặt kính đại sang trọng Sản phẩm đạt chất lượng tiêu chuẩn châu Âu Cơng ty có dự án cơng trình lớn Vinhome Tân Cảng, khu hộ cao cấp Horizon, khu dân cư Fezzila, biệt thự biển, bãi giữ xe quy mô lớn trung tâm thương mại Hiện nay, TIS đẩy mạnh vào phân khúc hộ gia đình trung lưu muốn sở hữu nhà thông minh vv 1.3 Kết luận chương Chương trình bày cách tổng quan IoT nhà thông minh ứng dụng quan tâm dựa tảng IoT Qua đó, thấy việc thiết kế hệ thống nhà thông minh dựa tảng IoT có nhiều cách tiếp cận khác tùy theo mục đích CHƯƠNG ADRUINO VÀ CÁC MODULE BỘ ĐIỀU KHIỂN VĂN PHỊNG Trong chương đồ án trình bày thành phần phần cứng hệ thống nhà thơng minh, từ phân tích lựa chọn giải pháp thiết kế mơ hình nhà thơng minh phục vụ nhu cầu với giá thành thấp 2.1 Tổng quan Arduino Arduino board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với với môi trường thuận lợi Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở, thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM Atmel 32-bit Những Model trang bị gồm cổng giao tiếp USB, chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác Hình Board mạch Arduino Arduino thật board mạch vi xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động cơ, đèn thiết bị khác Đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngôn ngữ lập trình học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình Và điều làm nên tượng Arduino mức giá thấp tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Chỉ với khoảng $30, người dùng sở hữu board Arduino có 20 ngõ I/O tương tác điều khiển chừng thiết bị Được giới thiệu vào năm 2005, nhà thiết kế Arduino cố gắng mang đến phương thức dễ dàng, không tốn cho người yêu thích, sinh viên giới chuyên nghiệp để tạo nhiết bị có khả tương tác với môi trường thông qua cảm biến cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho người yêu thích bắt đầu bao gồm robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ phát chuyển động Đi với mơi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy máy tính cá 10 Từ yếu tố tơi xây dựng lưu đồ thuật tốn hình 3.3 Ở chế độ dùng phần mềm Blynk điện thoại thông minh để điều khiển thiết bị Khi sử dụng phần mềm dễ dàng lựa chọn điều khiển chân gpio Arduino Lệnh từ Blynk gửi đến Arduino thông qua module ESP8266 Arduino phân tích lệnh so sánh lệnh nhận với Nếu lệnh nhận điều khiển bật thiết bị, lệnh nhận khác tắt thiết bị Ở dùng để điều khiển quạt, bóng đèn bếp, đèn phịng khách đóng mở cổng b Chế độ điều khiển thiết bị thông qua công tắc Việc điều khiển thiết bị từ xa smartphone mang lại nhiều lợi ích thích hợp để điều khiển quản lý thiết bị xa Khi nhà việc sử dụng cơng tắc để điều khiển thiết bị thiếu tính tiện lợi nó, bước vào phịng dùng điện thoại để bật-tắt bóng đèn có cách nhanh sử dụng cơng tắc đèn gắn tường phịng Việc sử dụng công tắc để bật tắt đèn phù hợp nhà Hiện thị trường có nhiều loại cơng tắc với mẫu mã đẹp an tồn cao khơng giúp điều khiển thiết bị mà cịn giúp cho ngơi nhà trở nên đại Dựa vào yếu tố tơi xây dựng lưu đồ thuật tốn 3.4 Chế độ điều khiển điều khiển bật tắt thiết bị đồng thời phản hồi lại điện thoại để người dùng biết thiết bị bật hay tắt, người sử dụng bật-tắt thiết bị điện thoại công tắc Để giải tốn tơi sử dụng nút nhấn Nếu nút nhấn nhấn kiểm tra trạng thái thiết bị(b) bật hay tắt thiết bị bật phải chuyển tắt thiết bị tắt nhấn nút thiết bị bật lên, quy định trạng thái thiết bị bật tắt trạng thái thiết bị sau phải phản hồi lại Blynk 28 Hình Điều khiển thiết bị cơng tắc c Chế độ điều khiển theo cảm biến ánh sáng Chế độ sử dụng khối cảm biến ánh sáng Ưu điểm cảm biến ánh sáng chủ động việc xác định độ sáng tối môi trường Cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở có khả thay đổi điện trở theo cường độ ánh sáng chiếu vào Tín hiệu xuất cảm biến digital HIGH (5V) LOW (0) tượng trưng cho trạng thái bật, tắt thiết bị điện tự động mà bạn không cần phải thao tác vào Từ yếu tố xây dựng lưu đồ thuật tốn sau: 29 Hình Lưu đồ thuật toán chế độ điều khiển theo cảm biến ánh sáng Cảm biến ánh sáng điều chỉnh độ nhạy cho phù hợp với nhu cầu đặt Hệ thống đèn dựa vào cảm biến ánh sáng thường lắp đặt nơi cần chiếu sáng xuyên đêm cột đèn giao thông đơn giản đèn ngủ d Chế độ điều khiển theo cảm biến ánh sáng cảm biến hồng ngoại Trong chế độ toán đặt thiết bị tự động bật đèn có người sử dụng khơng gian thiếu sáng Trong trường hợp ngồi đọc sách phòng đọc, lúc đầu ánh sáng đủ để đọc sách thời gian sau trời tối dần mắt người thích ứng dần với thay đổi cường độ sáng đơi khơng biết thay đổi đó, từ làm cho mắt dần lặp lặp lại việc nhiều lần, từ vấn đề thực tiễn đặt tốn bật đèn phịng có người thiếu ánh sáng, tắt đèn phòng đủ sáng phịng khơng có người Dựa vào yếu tố xây dựng lưu đồ thuật tốn sau: 30 Hình Lưu đồ thuật toán chế độ điều khiển theo cảm biến ánh sáng cảm biến hồng ngoại Chế độ kết hợp tín hiệu cảm biến biến ánh sáng cảm biến hồng ngoại Trong điều kiện trời tối cảm biến ánh sánh hoạt động có người nằm phạm vi quét module hồng ngoại tín hiệu xuất cảm biến 0V điều khiển bật đèn người qua lại cách dễ dàng Cịn khơng có tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại đèn tắt để tiết kiệm lượng Nếu điều kiện trời sáng cảm biến ánh sáng tắt không cấp nguồn cho cảm biến hồng ngoại 31 đèn tắt Chế độ nên ứng dụng phòng đọc sách nơi cần điều kiện ánh sáng liên tục có di chuyển e Chế độ điều khiển theo cảm biến độ ẩm đất Trong sống bận rộn nay, nhiều người có thú vui trồng cảnh, vườn rau khơng gian trống nhà sân thượng, ban công Tuy nhiên, lúc bận công tác nhiều ngày cảnh vườn hoa nhà khơng tưới nước Từ đặt vấn đề thiết kế điều khiển tưới tự động vườn rau, vườn chăm sóc tưới đặn khơng bị nước nhiệt độ cao Xuất phát từ nhu cầu thực tế tơi xây dựng lưu đồ thuật tốn sau: Hình Lưu đồ điều khiển theo cảm biến độ ẩm đất Cảm biến độ ẩm đất, trạng thái đầu mức thấp (0V) đất ẩm đầu mức cao (5V) đất khô, cảm biến độ ẩm đất thay đổi độ nhạy biến trở phù hợp với loại trồng Phần đầu đo cắm vào đất để phát độ ẩm đất, độ ầm đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu DO chuyển trạng thái từ mức 32 thấp lên mức cao Ta cần gắn thêm relay máy bơm hệ thống tưới hoàn chỉnh Đây giải pháp giúp tiết kiệm thời gian công sức cho người trồng Sau thiết kế xong phần cứng, tìm hiểu phần mềm Blynk để điều khiển 3.1.2 Ứng dụng Blynk Blynk tảng có ứng dụng iOS, Android cho phép điều khiển Arduino, Raspberry Pi, ESP8266 Bạn xây dựng ứng dụng điều khiển cách kéo, thả Widget Blynk thiết kế cho IoT, điều khiển phần cứng từ xa, hiển thị liệu cảm biến, lưu trữ liệu làm vài điều khác thú vị a, Cách cài đặt Blynk Bắt đầu với ứng dụng thư viện Blynk Phần thiết bị phải phù hợp đáp ứng với Blynk Nếu phần cứng khơng có module kết nối, sử dụng module hỗ trợ Ethernet, WiFi, GPRS nhiều thiết bị hỗ trợ khác Blynk làm việc với Bluetooth USB • Tải ứng dụng blynk android ios - Với android truy cập vào : https://play.google.com/store/apps/details?id=cc.blynk - Với ios truy cập vào :https://itunes.apple.com/us/app/blynk-control-arduinoraspberry/id808760481?ls=1&mt=8 • Lấy mã Auth Token - Auth Token loại mã dùng để xác thực kết nối chương trình phần cứng - Tạo tài khoản ứng dụng Blynk máy chủ Việt Nam Phần Custom điền (IP: cloud.blynk.vn Port: 8443) - Tạo dự án Sau đó, chọn bảng kết nối sử dụng - Khi tạo dự án thành công, chép gửi mã xác thực Auth Token qua tài khoản gmail - Kiểm tra gmail hộp thư đến tìm mã xác thực Auth Token • Cài đặt thư viện Blynk - Tải thư viện Blynk.zip - Giải nén thư viện Blynk.zip 33 - Sao chép thư mục Blynk vào thư viện libraries Arduino IDE (thư mục libraries Arduino IDE • Dán mã xác thực Auth Token - Sửa mã xác thực YourAuthToken, mã xác thực nằm gmail tạo dự án ứng dụng Blynk Ví dụ: char auth[] = "53e4da8793764b6197fc44a673ce4e21"; - Upload code cho phần cứng - Mở seri monitor Arduino IDE [1240] Connecting to YourWiFi [1240] Connected to YourWiFi [1240] My IP: 192.168.10.172 [1240] Blynk v0.4.10 [5001] Connecting to cloud.blynk.vn:8442 [5329] Ready (ping: 1ms) b, Cách hoạt động Blynk Blynk điều khiển I/O analog digital hardware trực tiếp Blynk App hardware trao đổi liệu qua Virtual Pin Nhưng chưa đủ Blynk thiết kế thêm Virtual pin (chân I/O ảo) Virtual Pin sử dụng để gửi liệu từ vi điều khiển đến Blynk App ngược lại Điều mang lại lợi ích tất thứ kết nối đến vi điều khiển làm việc với Blynk Bạn gửi liệu từ Blynk App đến Virtual Pin, vi điều khiển nhận liệu Virtual Pin xử lý liệu phản hồi lại Smarthome Cần phân biệt Virtual Pin GPIO vi điều khiển Vi điều khiển gửi liệu đến App cách sử dụng Blynk.virtualWrite(pin,value) nhận liệu từ App cách sử dụng BLYNK_WRITE(vPIN) - Gửi liệu từ App đến hardware 34 Bạn gửi liệu từ Widget App đến hardware qua Virtual Pin Ví dụ, Button Widget App gửi tín hiệu đến Hardware cách gửi qua Virtual V1 Trên hardware để nhận liệu từ Widget thực hiện: BLYNK-WRITE(V1) { Int pinData=param.asInt(); } - Gửi mảng liệu Một số Widget nhiều output Các output từ Widget gửi đến Hardware dạng mảng Hardware lấy liệu sau: BLYNK_WRITE(V1) { Int x=param[0].asInt(); Int y=param[1].asInt(); Int z=param[N].asInt(); } - Lấy liệu từ Hardware Có hai cách App lấy liệu từ Hardware qua virtual pin Widget yêu cầu hardware: Trên Hardware sử dụng BLYNK_READ() để gửi liệu đến Widget widget yêu cầu: BLYNK_READ(V0) { Blynk.virtualWrite(5,millis()/1000); } Hardware gửi liệu đến Widget: Hardware gửi liệu đến Widget Dữ liệu từ hardware gửi lên Blynk Server lưu trữ server Lưu ý, nên gửi liệu theo thời gian định trước tránh tượng Flood Error (hardware gửi nhiều lần, làm cho hardware bị kết nối), nên sử dụng BlynkTimer 35 - Đồng Hardware Nếu hardware kết nối đến internet reset, hardware lấy tất giá trị Widget App: BLYNK_CONNECTED() { Blynk.syncAll(); } BLYNK_WRITE(V0){ … } Hardware cập nhật giá trị Virtual Pin cách sử dụng Blynk.syncVirtual(V0) nhiều Virtual Pin Blynk.syncVirtual(V0, V1, V2…) Hardware lưu liệu server mà khơng cần có Widget cách gọi Blynk.virtualWrite(V0, value) - Đối với App Nếu muốn Widget đồng với Hardware App offline sử dụng Blynk.virtualWrite Ví dụ bạn có Led Widget kết nối đến Virtual Pin V1, có nút vật lý kết nối đến Hardware Khi nhấn nút hardware, bạn muốn cập nhật trạng thái đến Led Widget Để làm điều gửi Blynk.virtualWrite(V1, 255) nút vật lý hardware nhấn - Điều khiển nhiều thiết bị Blynk App hỗ trợ nhiều thiết bị Điều có nghĩa gán Widget đến thiết bị với auth tocken riêng Ví dụ button V1 điều khiển thiết bị A, button V1 khác điều khiển thiết bị B Để sử dụng nhiều thiết bị project, phần Project Setting, kích vào Devices để chọn thêm thiết bị - Trạng thái online thiết bị Chương trình cho Arduino Mega #define BLYNK_PRINT Serial #include #include 36 char auth[] = "423f1259dbef4a93b9186e25fe051703"; char ssid[] = "Sy Phuc"; char pass[] = "12341234"; #define EspSerial Serial1 #define ESP8266_BAUD 115200 ESP8266 wifi(&EspSerial); #include #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); const int DHTPIN = A15; const int DHTTYPE = DHT11; DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); byte degree[8] = { 0B01110, 0B01010, 0B01110, 0B00000, 0B00000, 0B00000, 0B00000, 0B00000 }; int virtualPin; int flag=0; int flag1=0; int flag2=0; BLYNK_WRITE(V0) { virtualPin = param.asInt(); 37 flag = 1; } BLYNK_WRITE(V1) { virtualPin = param.asInt(); flag1 = 1; } BLYNK_WRITE(V2) { virtualPin = param.asInt(); flag2 = 1; } BLYNK_CONNECTED(){ Blynk.syncVirtual(V0); Blynk.syncVirtual(V1); Blynk.syncVirtual(V2); } void setup() { Serial.begin(9600); delay(5); EspSerial.begin(ESP8266_BAUD); delay(5); Blynk.begin(auth, wifi, ssid, pass); lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.print("Nhiet do: "); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Do am : "); lcd.createChar(1, degree); 38 dht.begin(); pinMode(A10,OUTPUT); pinMode(A11,OUTPUT); pinMode(A12,OUTPUT); pinMode(A2, OUTPUT); pinMode(A3, OUTPUT); pinMode(A1, OUTPUT); pinMode(A8, INPUT_PULLUP); pinMode(A9, INPUT_PULLUP); pinMode(A7, INPUT_PULLUP); } void loop() { Blynk.run(); float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature(); lcd.setCursor(10,0); lcd.print(round(t)); lcd.print(" "); lcd.write(1); lcd.print("C"); lcd.setCursor(10,1); lcd.print(round(h)); lcd.print(" %"); Blynk.virtualWrite(V6, t); if(flag == 1){ if(virtualPin == 0){ digitalWrite(A2, LOW); } else digitalWrite(A2, HIGH); while(digitalRead(A7) == LOW); 39 int ledStatus = digitalRead(A2); if(ledStatus == 0){ digitalWrite(A2, HIGH); Blynk.virtualWrite(V0,1); } else { digitalWrite(A2, LOW); Blynk.virtualWrite(V0,0); } } flag = 0; if(flag1 == 1){ if(virtualPin == 0){ digitalWrite(A3, LOW); } else digitalWrite(A3, HIGH); } if(digitalRead(A8) == LOW){ while(digitalRead(A8) == LOW); int ledStatus = digitalRead(A3); if(ledStatus == 0){ digitalWrite(A3, HIGH); Blynk.virtualWrite(V1,1); } else { digitalWrite(A3, LOW); Blynk.virtualWrite(V1,0); } } flag1 = 0; 40 if(flag2 == 1){ if(virtualPin == 0){ digitalWrite(A1, LOW); } else digitalWrite(A1, HIGH); } if(digitalRead(A9) == LOW){ while(digitalRead(A9) == LOW); int ledStatus = digitalRead(A1); if(ledStatus == 0){ digitalWrite(A1, HIGH); Blynk.virtualWrite(V2,1); } else { digitalWrite(A1, LOW); Blynk.virtualWrite(V2,0); } } flag2 = 0; if ((t==28)||(t==29)||(t==30)){ digitalWrite(A10,0);} else { digitalWrite(A10,1);} if((t==31)||(t==32)||(t==33)){ digitalWrite(A11,0);} else { digitalWrite(A11,1);} if(t>=34){ digitalWrite(A12,0);} else { 41 digitalWrite(A12,1 );} } CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 42 ... button V1 điều khiển thiết bị A, button V1 khác điều khiển thiết bị B Để sử dụng nhiều thiết bị project, phần Project Setting, kích vào Devices để chọn thêm thiết bị - Trạng thái online thiết bị Chương... độ điều khiển thiết bị thông qua công tắc Việc điều khiển thiết bị từ xa smartphone mang lại nhiều lợi ích thích hợp để điều khiển quản lý thiết bị xa Khi nhà việc sử dụng cơng tắc để điều khiển. .. Server Cuối hệ thống phần mềm điều khiển nhà cài đặt Home Server, thiết bị điều khiển thiết bị điện tử gia dụng đầu cuối Chủ nhân Hệ thống nhà thơng minh kiểm sốt, điều khiển ngơi nhà thiết bị