Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa

Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHAN THANH HOÀNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH TỪ XA Chuyên ngành : Công nghệ thông tin LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS NGUYỄN TUẤN DŨNG Hà Nội – Năm 2013 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa LỜI CAM ĐOAN Tơi – Phan Thanh Hồng - Cam kết luận văn cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn TS Nguyễn Tuấn Dũng Các kết nêu luận văn trung thực, khơng phải chép tồn văn cơng trình khác Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới TS.Nguyễn Tuấn Dũng, môn Khoa học máy tính, Viện Cơng nghệ thơng tin Truyền thơng, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, người hướng dẫn, tận tình bảo hỗ trợ em suốt q trình làm đồ án tốt nghiệp Tơi xin gửi lời cám ơn tới thầy cô Viện Cơng nghệ thơng tin Truyền thơngcùng tồn thể thầy cô trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ, hỗ trợ tơi suốt q trình nghiên cứu thực luận văn Cuối xin cám ơn Công ty Cổ phần BKAV tạo điều kiện, giúp cho tơi có mơi trường tốt để làm việc nghiên cứu, đặc biệt đơn vị Bkav_SmartHome nơi cấp đề tài tạo mơi trường thuận lợi cho tơi làm việc hồn thành luận văn tốt nghiệp Hà Nội, tháng 11 năm 2013 Học viên : Phan Thanh Hoàng Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU 10 Chương IGIỚI THIỆU BÀI TOÁN 11 Tổng quan nhà thông minh 12 1.1 Hệ thống an ninh 12 1.2 Hệ thống kiểm soát truy cập 13 1.3 Hệ thống báo cháy 13 1.4 Hệ thống kiểm sốt mơi trường 14 1.5 Hệ thống thiết bị thông minh 14 1.6 Hệ thống giám sát, điều khiển 15 Hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa 16 2.1 Đặt vấn đề 16 Mục đích yêu cầu hệ thống điều khiển nhà thông minh 17 3.1 Những chức chương trình máy tính bảng (phía client) 17 3.2 Những chức phía server 17 3.3 Mục đích đề tài 17 Chương II:PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH 19 Mơ hình chung hệ thống đứng từ phía ứng dụng máy tính bảng 20 1.1 Mơ hình gửi lệnh: 20 1.2 Mơ hình nhận tín hiệu: 21 Phân tích chức ứng dụng máy tính bảng 22 Thiết kế chi tiết chức giao diện ứng dụngtrên máy tính bảng 24 3.1 Thiết kế liệu 24 3.2 Thiết kế lớp 29 3.3 Thiết kế giao diện chương trình 39 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa Phân tích thiết kế chi tiết chức server 42 4.1 Phân tích chức server 42 4.2 Chi tiết lớp server 43 CHƯƠNG III:CÀI ĐẶT VÀ TRIỂN KHAI 47 Tổng quan công nghệ sử dụng cài đặt 48 1.1 Hệ điều hành Android 48 1.2 OpenGL ES 2.0 49 1.3 Kỹ thuật dựng hình OpenGL ES 2.0 50 1.4 Chương trình Shader 53 1.5 Kỹ thuật nạp texture từ file ảnh OpenGL ES 2.0 54 Một số hình ảnh chạy chương trình máy tính bảng 55 2.1 Giao diện ý nghĩa thông số hiển thị hình 55 2.2 Chức di chuyển vị trí phịng 57 2.3 Màn hình chọn chế độ ánh sáng 58 2.4 Màn hình chọn chế độ mơi trường 59 2.5 Màn hình chọn chế độ ngữ cảnh 60 2.6 Chức điều khiển đèn 61 2.7 Chức điều khiển điều hòa 62 2.8 Chức điều khiển rèm 65 2.9 Chức điều khiển van gas 67 2.10 Chức điều khiển bình nóng lạnh 68 CHƯƠNG IV:KẾT LUẬN 70 Đã làm 71 Hạn chế 71 Hướng phát triền 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Sơ đồ tổng quan hệ thống nhà thông minh 12 Hình 2: Mơ hình gửi lệnh điều khiển từ người dùng tới nhà 20 Hình 3: Mơ hình nhận liệu từ nhà tới người dùng 21 Hình 4: Biều đồ UserCase điều khiển 22 Hình 5: Lớp đối tượng đồ họa 30 Hình 6: Lớp đối tượng điều khiển trực tiếp 32 Hình 7: Lớp Box 33 Hình 8: Lớp nhận thông tin nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng 34 Hình 9: Lớp thơng tin ngữ cảnh 35 Hình 10: Lớp thơng tin chê độ danh sách phòng nhà 36 Hình 11: Lớp chứa thơng tin nhà 38 Hình 12: Giao diện hình 39 Hình 13: Giao diện chuyển phịng 40 Hình 14: Giao diện điều khiển chế độ 40 Hình 15: Giao diện điều khiển ngữ cảnh 41 Hình 16: Giao diện hiển thị thông tin nhiệt độ, độ ẩm 41 Hình 17: Chức điều khiển trực tiếp thiết bị 41 Hình 18: Module nhận lệnh server 42 Hình 19: Module gửi thơng tin server 43 Hình 20: Sơ đồ lớp truyền nhận liệu từ máy tính bảng server 44 Hình 21: Quy trình dựng hình OpenGL ES 2.0 51 Hình 22: Các vùng thơng tin hình 57 Hình 23: Chuyển phòng nhà 58 Hình 24: Chọn chế độ ánh sáng 59 Hình 25: Chọn chế độ mơi trường 60 Hình 26: Chọn chế độ ngữ cảnh 61 Hình 27: Điều khiển đèn 62 Hình 28: Điều khiển điều hịa 65 Hình 29: Điều khiển rèm 67 Hình 30: Điều khiển van gas 68 Hình 31: Điều khiển bình nóng lạnh 69 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Dữ liệu phòng 25 Bảng 2: Mô tả thiết bị nhà 26 Bảng 3: Đối tượng Relay 27 Bảng 4: Đối tượng Triac 28 Bảng 5: Lớp CserverThread 45 Bảng 6: Lớp ClientThread 45 Bảng 7: Lớp MobileService 46 Bảng 8: Các trạng thái công tắc đèn 62 Bảng 9: Các trạng thái hướng gió điều hịa 63 Bảng 10: Các trạng thái tốc độ gió điều hịa 63 Bảng 11: Các trạng thái cơng tắc điều hịa 64 Bảng 12: Các trạng thái rèm 66 Bảng 13: Các trạng thái công tắc van gas 68 Bảng 14: Các trạng thái cơng tắc bình nóng lạnh 69 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa THUẬT NGỮ VIẾT TẮT API Application Program Interface ASCII American Standard Code for Information Interchange ASP Active Server Page CBS Cell Broadcast Short Message Service CDC Connected Device Configuration CGI Common Gateway Interface CLDC Connected Limited Device Configuration CPU Central Processing Unit DOM Document Object Model GPRS General Packet Radio Service GSM Global System for Mobile Communications GUI Graphical User Interface HTML Hyper-Text Markup Language HTTP Hyper-Text Transfer Protocol IDE Integrated Development Environment IP Internet Protocol LAN Local Area Network PC Personal Computer PDA Personal Digital Assistant RMI Remote Method Invocation SDK Software Developer’s Kit SMS Short Message Service Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa SMTP Simple Mail Transfer Protocol SSL Secure Sockets Layer TCP Transmission Control Protocol UDDI Universal Description, Discovery and Integration UDP User Datagram Protocol UML Unified Modeling Language UMTS Universal Mobile Technology System URI Uniform Resource Identifier URL Uniform Resource Locator WAP Wireless Application Protocol WAR Web Application Archive WBXML Wap Binary XML WDP Wireless Datagram Protocol WLAN Wireless LAN WMA Wireless Messaging API WML Wireless Markup Language WTLS Wireless Transport Layer Security XML eXensible Markup Language Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển bùng nổ công nghệ thông tin, tiến vượt bậc công nghệ liên quan thời gian gần đây, công nghệ thông tin đẩy phương thức thông tin liên lạc người lên tầm cao Cuộc sống người ngày cải thiện nhu cầu phục vụ cho sống người ngày nâng cao Ở Việt Nam, khái niệm hệ thống nhà thơng minh trở thành vấn đề nóng hổi tồn xã hội quan tâm thay đổi sâu sắc tới đời sống người mà chúng tạo Với phát triển nhanh chóng mặt khoa học kỹ thuật ngày việc người sở hữu nhà thông minh không cịn xa vời viển vơng mà trở thành thực tương lai không xa Hiện nay, giới có số cơng ty, tập đồn đứng làm hệ thống nhà thơng minh, chưa triển khai rộng rãi ứng dụng cao đời sống người giá cao tiếp cận người dân với hệ thống cịn Cùng với linh hoạt hệ thống lưu tâm, linh hoạt hệ thống đánh giá cao mà người dùng làm chủ nhà khơng có mặt Do triển khai hệ thống nhà thông minh thân thiện ứng dụng cao với sống người thời điểm hướng đón đầu cơng nghệ, bước tiến lớn cải thiện đời sống vật chất người, quản lý nhà thân yêu ngày sát xác 10 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thơng minh từ xa Hình 23: Chuyển phịng nhà 2.3 Màn hình chọn chế độ ánh sáng Để chọn chế độ ánh sáng làm theo bước sau: - Chuyển đến phòng muốn thao tác - Tại phòng chuyển đến, chọn vị trí số Hình 24 để danh sách chế độ ánh sáng phòng - Chọn chế độ ánh sáng mong muốn danh sách Sau chọn thành công, tên chế độ ánh sáng cập nhật lên vị trí số Hình 24 58 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa Hình 24: Chọn chế độ ánh sáng 2.4 Màn hình chọn chế độ mơi trường Để chọn chế độ môi trường làm theo bước sau: - Chuyển đến phòng muốn thao - Tại phòng chuyển đến, chọn vị trí số Hình 25để danh sách chế độ mơi trường phịng - Chọn chế độ trường mong muốn danh sách Sau chọn thành công, tên chế độ môi trường cập nhật lên vị trí số Hình 25 59 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thơng minh từ xa Hình 25: Chọn chế độ mơi trường 2.5 Màn hình chọn chế độ ngữ cảnh Để chọn chế độ ngữ cảnh làm theo bước sau: - Chuyển đến phòng muốn thao tác - TrênHình 26, vùng số danh sách chế độ ngữ cảnh phòng Chọn chế độ ngữ cảnh mong muốn danh sách chế độ ngữ cảnh phòng 60 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thơng minh từ xa Hình 26: Chọn chế độ ngữ cảnh 2.6 Chức điều khiển đèn Để bật tắt thiết bị đèn làm theo bước sau: - Chuyển đến phòng muốn thao tác - Di chuyển phòng tìm tới vị trí cơng tắc đèn có phịng, minh họa cơng tắc đèn có phịng vùng hiển thị số tạiHình 27 Thơng tin thiết bị đèn gồm: Trạng thái Mô tả Là trạng thái đèn tắt, bấm vào để bật đèn Là trạng thái đèn bật, bấm vào để tắt đèn 61 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa Là tên đèn Bảng 8: Các trạng thái công tắc đèn - Trên khu vực cơng tắc đèn phịng, bấm chọn cơng tắc có tên đèn muốn tác động để điều khiển bật tắt Hình 27: Điều khiển đèn 2.7 Chức điều khiển điều hòa Để điều khiển thiết bị điều hòa làm theo bước sau: - Chuyển đến phòng muốn thao tác - Di chuyển phịng tìm tới vị trí điều khiển điều hịa có phịng, minh họa vị trí điều khiển điều hịa vùng bao viền đỏ tạiHình 28 Một vị trí điều khiển điều hịa gồm phần: 62 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thơng minh từ xa • Phần số Hình 28: Hiển thị điều khiển hướng gió cho điều hịa Có trạng thái hướng gió gồm: Trạng thái Mơ tả Thể hướng gió thay đổi liên tục Thể hướng gió cố định góc Thể hướng gió cố định góc Thể hướng gió cố định góc Thể hướng gió cố định góc Thể hướng gió cố định góc Bảng 9: Các trạng thái hướng gió điều hịa • Phần số Hình 28: Hiển thị điều khiển tốc độ gió cho điều hịa Có trạng thái tốc độ gió gồm: Trạng thái Mơ tả Là tốc độ gió tự động Là tốc độ gió mức thấp Là tốc độ gió mức trung bình Là tốc độ gió mức cao Bảng 10: Các trạng thái tốc độ gió điều hịa • Phần số Hình 28: Nút giảm nhiệt độ cho điều hòa 63 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thơng minh từ xa • Phần số Hình 28: Thơng tin nhiệt độ điều hịa • Phần số Hình 28: Nút tăng nhiệt độ cho điều hịa • Phần số Hình 28: Hiển thị điều khiển trạng thái bật tắt cho điều hòa Trạng thái Mơ tả Là trạng thái điều hịa tắt, bấm vào để bật điều hòa Là trạng thái điều hòa bật, bấm vào để tắt điều hòa Bảng 11: Các trạng thái cơng tắc điều hịa - Chọn phần muốn điều khiển vị trí điều khiển điều hịa 64 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa Hình 28: Điều khiển điều hịa 2.8 Chức điều khiển rèm Để điều khiển rèm làm theo bước sau: - Chuyển đến phòng muốn thao - Di chuyển phịng tìm tới vị trí điều khiển rèm có phịng, minh họa vị trí điều khiển rèm vùng bao viền đỏ tạiHình 29 Các thông tin rèm gồm: Trạng thái Mô tả Là trạng thái rèm mở hoàn toàn, lúc bấm vào rèm đóng lại 65 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa Là trạng thái rèm đóng hồn tồn, lúc bấm vào rèm mở Là trạng thái rèm mở không hồn tồn: • Để đóng rèm trạng thái này: Bấm vị trí số Hình 29 • Để mở rèm trạng thái này: Bấm vị trí số Hình 29 Là trạng thái rèm đóng, bấm vào rèm ngừng đóng tiếp Là trạng thái rèm mở, bấm vào rèm ngừng mở tiếp Là tên rèm Bảng 12: Các trạng thái rèm - Điều khiển rèm theo mong muốn 66 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa Hình 29: Điều khiển rèm 2.9 Chức điều khiển van gas Để đóng mở van gas làm theo bước sau: - Chuyển đến phịng khóa van - Di chuyển phịng tìm tới vị trí điều khiển van gas phòng, minh họa điều khiển van gas phịng vùng hiển thị số tạiHình 30 Các thông tin van gas gồm: Trạng thái Mô tả Là trạng thái van gas đóng, bấm vào để mở van gas Là trạng thái van gas mở, bấm vào đóng van gas 67 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa Là tên van gas Bảng 13: Các trạng thái công tắc van gas - Điều khiển van gas theo mong muốn Lưu ý: Trong q trình đóng mở van gas, nút điều khiển nhấp nháy van gas đóng hồn tồn mở hồn tồn Hình 30: Điều khiển van gas 2.10 Chức điều khiển bình nóng lạnh Để bật tắt bình nóng lạnh làm theo bước sau: - Chuyển đến phòng muốn thao tác 68 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa - Di chuyển phịng tìm tới vị trí điều khiển bình nóng lạnh có phịng, minh họa vị trí điều khiển bình nóng lạnh có phịng vùng hiển thị số tạiHình 31 Thơng tin bình nóng lạnh gồm: Trạng thái Mơ tả Là trạng thái bình nóng lạnh tắt, bấm vào để bật bình nóng lạnh Là trạng thái bình nóng lạnh bật, bấm vào để tắt bình nóng lạnh Là tên bình nóng lạnh Bảng 14: Các trạng thái cơng tắc bình nóng lạnh - Điều khiển bình nóng lạnh theo mong muốn Hình 31: Điều khiển bình nóng lạnh 69 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 70 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa Đã làm - Xây dựng ứng dụng với giao diện 3D hỗ trợ gửi lệnh tới server nhận thông tin thiết bị từ server thông qua Wifi 3G chạy máy tính bảng Đã tiến hành cài đặt thử nghiệm thành cơng máy tính bảng chạy hệ điều hành Android hệ điều hành iOS - Phân tích thiết kế hồn chỉnh hệ thống triển khai thực tế - Xây dựng module gửi nhận server, đảm bảo chạy ổn định ln chạy Hạn chế - Chưa có giao diện tùy chỉnh cho người sử dụng để người sử dụng tự thiết lập chế độ ngữ cảnh Hướng phát triền - Xây dựng thêm phương thức điều khiển hệ thống nhà thông minh Voice Command, người dùng dùng lời nói để điều khiển hệ thống nhà… - Xây dựng thêm hệ thống phát âm đa vùng cho hệ thống nhà thông minh: phục vụ việc phát âm riêng biệt theo khu vực nhà - Tối ưu hệ thống hoàn chỉnh để đưa vào triển khai thực tế thời gian gần 71 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Aaftab Munshi, Dan Ginsbur, Dave Shreiner - OpenGL ES 2.0 Programming Guide Seventh Edition [2] Robert J Simpson TheOpenGL ES Shading Language Third Edition [3] Learn OpenGL ES, URL: http://www.learnopengles.com/android-lesson-fourintroducing-basic-texturing/, last visted May 2013 [4] Robert J Simpson TheOpenGL ES Shading Language Third Edition [5] Website thức cơng ty đầu tư phát triển công nghệ nhà thông minh Bkav SmartHome, URL: http://www.smarthome.com.vn/vi/smarthome [6] Eric Giguere, “Compressing XML for Faster Wireless Networking”, http://wireless.java.sun.com/midp/ttips/compressxml, 25/03/2on 002 72 ... hệ thống truy cập thơng qua Web với tính cần thiết 15 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa Hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa 2.1 Đặt vấn đề Điều khiển từ xa cho hệ thống nhà. .. khiển nhà thông minh từ xa Chương II: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH 19 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thơng minh từ xa Mơ hình chung hệ thống đứng từ phía ứng dụng... 7:Lớp MobileService 46 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa CHƯƠNG III: CÀI ĐẶT VÀ TRIỂN KHAI 47 Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa Tổng quan công nghệ sử dụng cài đặt