Nghiên cứu phát triển nhà thông minh

MỤC LỤC TÓM TẮT 3 LỜI CẢM ƠN 4 LỜI CAM ĐOAN 5 LỜI MỞ ĐẦU 8 CHƯƠNG 1. CÁC HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH 9 1.1. Đặt vấn đề và nhiệm vụ thư 9 1.1.1. Đặt vấn đề 9 1.1.2. Nhiệm vụ thư 10 1.2. Định nghĩa nhà thông minh 10 1.3. Thành phần cơ bản của hệ thống nhà thông minh 12 1.3.1. Hệ thống chiếu sáng thông minh 12 1.3.2. Hệ thống kiểm soát ra vào 14 1.3.3. Hệ thống quan sát 14 1.3.4. Hệ thống giải trí đa phương tiện 15 1.3.5. Hệ thống cảm biến, an ninh 15 1.4. Giải pháp tiết kiệm của nhà thông minh 15 1.5. Phân loại nhà thông minh 16 1.6. Tiêu chuẩn ngôi nhà thông minh 16 1.7. Xu hướng nhà của tương lai 17 1.8. Phần mềm home assistant 18 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 21 2.1. Sơ đồ khối của hệ thống 21 2.2. Broadlink thiết bị điều khiển hồng ngoại 22 2.2.2. Khái niệm về tia hồng ngoại 22 2.2.3. Broadlink RM Mini 3 22 2.2.4. Điều khiển điều hòa, tivi 23 2.3. Bộ cảm biến zigbee 24 2.3.1. Khái niệm về Zigbee: 24 2.3.2. So sánh Zigbee với Wifi và Bluetooth 24 2.3.3. Bộ cảm biến zigbee smarthome kit 25 2.4. Máy tính nhúng điều khiển trung tâm 26 2.4.1. Các chức năng cơ bản của bộ điều khiển trung tâm 28 2.4.2. Phương thức giao tiếp với con người 28 2.5. Cảm biến nhiệt độ 28 2.5.1. Cảm biến AM2302 28 2.5.2. Điều khiển tự động 30 2.6. Thiêt bị đo điện năng tiêu thụ trong gia đình 30 2.6.1. Giới thiệu 30 2.6.2. Thông số kĩ thuật 30 2.6.3. Ứng dụng 32 2.7. Cảm biến báo cháy 32 2.7. Module solaxs10 tích hợp công tắc cơ thông minh 33 2.7.1. Giới thiệu 33 2.7.2. Ứng dụng thực tế 34 2.8. Công tắc cảm ứng thông minh 35 2.8.1. Giới thiệu 35 2.8.2. Thông số kĩ thuật 35 2.8.3. Ứng dụng thực tế 36 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM VÀ GIAO DIỆN 37 ĐIỀU KHIỂN 37 3.1. Cài đặt phần mềm trên máy chủ 37 3.1.1. Cài đặt phần mềm hệ điều hành 37 3.1.2. MQTT broker Mosquito 38 3.1.3. DuckDNS truy cập hệ thống từ ngoài internet 40 3.2. Thiết kế giao diện web điều khiển 43 3.3. Tìm hiểu các chức năng tự động của hệ thống 49 3.3.1 Hướng dẫn cài đặt các tính năng tự động 49 3.3.2. Lập trình các tính năng tự động hóa 53 3.4. Tìm hiểu cách tạo ngữ cảnh theo thói quen của chủ nhà 57 VD1: Bật tất cả các đèn của phòng khách 58 VD2: Chế độ rời phòng 60 VD3: Chế độ làm việc 61 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 63 4.1. Mô hình thực tế nhà thông minh hoạt động với các tính năng sau 63 4.2. Hình ảnh của mô hình 64 4.3. Phương hướng phát triển 72 LỜI MỞ ĐẦU Ngày ngay trên thế giới với sự bùng nổ của các ngành công nghệ thông tin, điện tử v.v… Đã làm cho đời sống của con người ngày càng hoàn thiện. Các thiết bị tự động hóa đã ngày càng được con người áp dụng vào cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của mỗi con người. Do đó một ngôi nhà thông minh không còn là mơ ước của con người nữa mà nó đã trở thành hiện thực hóa. Qua báo chí, các phương tiện truyền thông, internet chúng ta có thể thấy không nhưng mô hình nhà thông minh mà đã được đưa vào chính những ngôi nhà đã được sử dụng hàng ngày và ngày càng thông minh hơn. Là sinh viên khoa Điện của Trường Đại Học Điện Lực, với những kiến thức đã học cùng với mong muốn thiết kế một ngôi nhà tự động hóa đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày, em đã chọn Nghiên cứu phát triển nhà thông minh. Đồ án gồm các nội dung sau: Chương 1: Các hệ thống nhà thông minh Chương 2: Thiết kế phần cứng Chương 3: Thiết kế phần mềm và giao diện điều khiển

Nhận xét giáo viên hướng dẫn ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Chữ ký giáo viên hướng dẫn (Chữ ký, họ tên giáo viên) Th.s Bùi Thị Duyên Nhận xét giáo viên phản biện ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Chữ ký giáo viên phản biện (Chữ ký, họ tên giáo viên) TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên ………………………… cứu phát Sinh viên thực hiện: ……………………………………… triển nhà Đỗ thông Anh Mã sinh viên: 1581410031; CLC…………………………………………… minh………………… Tài…………………… Lớp: D10 CNTD Tóm tắt nội ……………………………………………………………………………… dung: Chương 1: Hệ thống nhà thông minh………………………………………………………… Chương 2: Thiết kế phần minh…………………………………… Chương 3: Thiết kế phần nhà………………………… mềm cứng giao cho diện điều nhà khiển cho thông Chương 4: Kết đạt được, phương hướng phát triển…………………………………… Kết Luận……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn đến Th.S Bùi Thị Dun, Cơ hướng dẫn giúp đỡ tận tình em nghiên cứu hoàn thành đồ án tốt nghiệp Những lời nhận xét, góp ý hướng dẫn thầy giúp em có định hướng đắn trình thực đề tài, giúp em nhìn ưu khuyết điểm đề tài bước khắc phục để có kết tốt Em xin cảm ơn thầy cô khoa Điều khiển & Tự động hóa truyền đạt cho em kiến thức chuyên ngành, công nghệ cách làm việc để hoàn thành tốt đồ án mơn học Và cuối cùng, xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến tất người bạn giúp đỡ, sát cánh suốt năm đại học Cảm ơn lời động viên, chia sẻ, hy sinh chăm sóc lớn lao từ phía gia đình người thân động lực to lớn giúp vượt qua khó khăn hoàn thành kết tốt để tài LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu, hình ảnh kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc rõ ràng phép công bố Sinh viên thực (Chữ ký, họ tên sinh viên) MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Ngày giới với bùng nổ ngành công nghệ thông tin, điện tử v.v… Đã làm cho đời sống người ngày hoàn thiện Các thiết bị tự động hóa ngày người áp dụng vào sống sinh hoạt hàng ngày người Do ngơi nhà thơng minh khơng cịn mơ ước người mà trở thành thực hóa Qua báo chí, phương tiện truyền thơng, internet thấy khơng mơ hình nhà thơng minh mà đưa vào ngơi nhà sử dụng hàng ngày ngày thông minh Là sinh viên khoa Điện Trường Đại Học Điện Lực, với kiến thức học với mong muốn thiết kế ngơi nhà tự động hóa đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày, em chọn "Nghiên cứu phát triển nhà thông minh" Đồ án gồm nội dung sau: Chương 1: Các hệ thống nhà thông minh Chương 2: Thiết kế phần cứng Chương 3: Thiết kế phần mềm giao diện điều khiển CHƯƠNG CÁC HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH 1.1 Đặt vấn đề nhiệm vụ thư 1.1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, cụm từ "nhà thông minh" "Internet vạn vật kết nối" thường xuyên nhắc đến xu hướng tiên tiến, hướng người đến với sống tiện nghi thoải mái cơng nghệ mang lại Đó khơng cịn thứ tương lai xa mà diện khắp nơi giới Việt Nam có thị trường sôi động Lịch sử thiết bị kết nối điều khiển qua Internet bắt đầu kể từ nhà nghiên cứu John Romkey tạo máy nướng bánh mì (toaster) bật tắt Internet cho hội nghị INTEROP tháng 10/1989 Đến năm 2000, LG công bố tủ lạnh Internet hãng Từ thiết bị kết nối rời rạc, giải pháp cho nhà thông minh (smart home) ngày trở nên ưu việt triển khai rộng rãi cho tồ nhà đại Nhà thơng minh trở thành "tiêu chuẩn" nhà đại Nhu cầu ngày cao người tiêu dùng vấn đề giám sát an ninh tự động từ xa, tiết kiệm lượng thông qua hệ thống bật tắt đèn thông minh, nâng cao chất lượng sống việc sử dụng công nghệ điều khiển cử chỉ, giọng nói… địn bẩy cho phát triển thị trường nhà thông minh Nhà thông minh SmartHome trở thành tiện nghi thiếu nhà đại Ngành công nghiệp bất động sản thúc đẩy phát triển thị trường nhà thông minh với việc dự án bất động sản đưa "nhà thơng minh" làm tiêu chí để cạnh tranh Khơng khó để thấy tồ nhà lớn hay khu hộ, khu đô thị trưng pano, tờ rơi quảng cáo "căn hộ 4.0" hay "căn hộ thơng minh" Về phía người tiêu dùng, ngày nhiều gia đình chủ động tìm hiểu nhà thông minh xây dựng biệt thự, hộ, nhà riêng từ bắt đầu dự định xây sửa nhà Công nghệ tiên tiến cho phép tất thiết bị đèn chiếu sáng, camera giám sát, smart TV, máy giặt, tủ lạnh… kết nối điều khiển thiết bị smartphone hay máy tính bảng chí giọng nói gia chủ hồn tồn điều khiển từ xa qua Internet Các chủ nhà hưởng thụ tiện nghi, an toàn đại từ giải pháp giám sát an ninh toàn diện, báo cháy, tự động điều khiển mành rèm, điều khiển từ xa thiết bị gia dụng, hệ thống đèn chiếu sáng, điều hoà nhiệt độ, hệ thống tưới cây, hệ thống giải trí… ngơi nhà thơng minh Trước nhiều người hình dung nhà thơng minh cao siêu, sợ công nghệ phức tạp nên không dám trang bị, thực tế SmartHome dễ sử dụng với người già trẻ em, thao tác hoàn toàn tự động, người dùng khơng cần phải can thiệp Có thể đơn cử vài tiện ích nhà thơng minh: Nhà có người già, trẻ nhỏ lại đêm tối có hoạt động di chuyển hệ thống đèn tự bật sáng, trẻ tự nhiên lại khơng cần bố mẹ dẫn sợ bóng tối, người già khơng sợ lọ mọ bị ngã Khi vắng tới trước cửa nhà, hệ thống đèn tự sáng, lọ mọ mở khoá Một số nhà lắp cổng tự động tiện cho việc tới nhà hệ thống cửa tự mở ra, trời mưa xuống xe để mở cửa Điều hịa nhiệt độ bật từ trước qua smartphone, đến nhà phịng mát… Nếu bạn sử dụng giải pháp nhà thông minh, bạn cảm nhận tiện ích mà nhà thông minh mang lại cho sống hàng ngày bạn 1.1.2 Nhiệm vụ thư Trong đề tài chúng em giao “Nghiên cứu phát triển nhà thông minh” xu hướng tương lai Với thời gian lượng kiến thức có hạn, chúng em xin trình bày đề tài mơ 1.2 Định nghĩa nhà thông minh Nhà thông minh (tiếng anh "Smart Home") hệ thống nhà thông minh nhà/ hộ trang bị hệ thống tự động thông minh với bố trí hợp lý, hệ thống có khả tự điều phối hoạt động nhà theo thói quen sinh hoạt nhu cầu cá nhân gia chủ Chúng ta hiểu nhà thông minh hệ thống chỉnh thể mà đó, tất thiết bị điện tử gia dụng liên kết với thiết bị điều khiển trung tâm phối hợp với để thực chức Các thiết bị đưa cách xử lý tình lập trình trước, điều khiển giám sát từ xa nhằm mục đính cho sống ngày tiện nghi, an tồn góp phần sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên Hình 1.1: Mơ hình nhà thơng minh Các thành phần hệ thống nhà thông minh bao gồm cảm biến (như cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng cử chỉ), điều khiển máy chủ thiết bị chấp hành khác Nhờ hệ thống cảm biến, điều khiển máy chủ theo dõi trạng thái bên ngồi nhà để đưa định điều khiển thiết bị chấp hành cách phù hợp nhằm đảm bảo mơi trường sống tốt cho người Ngồi ra, với phát triển thiết bị điện tử cá nhân máy tính bảng điện thoại thông minh hạ tầng thông tin ngày tiên tiến internet mạng thông tin di động wifi, 3G, 4G, ngày hệ thống nhà thông minh cung cấp khả tương tác với người sử dụng thông qua giao diện cảm ứng smart phone cho phép người giám sát điều khiển nhà từ đâu Tùy theo theo nhu cầu, người sử dụng cấu hình hệ thống theo kịch lập trình hẹn tắt đèn ngủ, quên tắt tivi, kéo rèm cửa sổ,… tới nơi làm việc, họ có điều khiển qua điện thoại smartphone để điều khiển từ xa Tùy 10 - service: light.turn_off data: entity_id: light.light_study brightness: 30 - delay: '00:00:07' - service: switch.turn_off entity_id: switch.t3_den_chinh_phong_hieu VD3: Chế độ làm việc che_do_lam_viec: alias: Chế độ làm việc sequence: - service: tts.google_translate_say entity_id: media_player.bedroom_speaker data: message: 'em kích hoạt chế độ làm việc' - service: light.turn_on data: entity_id: light.light_study brightness: 30 - service: switch.turn_on entity_id: switch.desktop - service: switch.turn_off entity_id: switch.fan_hieu_onoff - delay: '00:00:01' - service: switch.turn_on data_template: entity_id: > {% if states('sensor.nhiet_do_phong_hieu_2') | float > 25 %} switch.fan_hieu_onoff 61 {% endif %} - service: switch.turn_on data_template: entity_id: > {% if states('sensor.nhiet_do_phong_hieu_2') | float > 29 %} switch.fan_hieu_onoff {% endif %} - service: switch.turn_on data_template: entity_id: > {% if states('sensor.nhiet_do_phong_hieu_2') | float > 31 %} switch.fan_hieu_onoff {% endif %} - delay: '00:00:10' - service: switch.turn_off entity_id: switch.t3_den_chinh_phong_hieu 62 CHƯƠNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 4.1 Mơ hình thực tế nhà thơng minh hoạt động với tính sau - Tự động bật đèn sân cổng mở có phát có người sân vào ban đêm - Tự động báo cháy phát có cháy nhà bếp - Tự động bật đèn cầu thang có người lên tắt sau 30s - Tự động cân độ ẩm máy phun sương máy hút ẩm mức 70% - Tự động bật máy sưởi nhiệt độ thấp 15 độ có người phịng ngủ - Tự động cảnh báo bật điều hòa mà qn đóng cửa, tự động tắt điều hịa sau 5p mà chưa đóng cửa - Tự động bật đèn nhà wc có người vào tắt người - Hệ thống tự động kích hoạt báo trộm có người lạ đột nhập vào nửa đêm chủ nhà khỏi nhà - Tự động đếm điện tiêu thụ gia đình tính tiền theo tháng - Cân tiết kiệm điện theo công suất định sẵn mức tắt thiết bị không cần thiết - Tự động tắt tất thiết bị điện nhà chủ nhà khỏi nhà mà quên tắt điện - Tất thiết bị gia đình điều khiển giọng nói qua smartphone chủ nhà 63 4.2 Hình ảnh mơ hình Hình 4.1 Bộ trung tâm zigbee cảm biến ánh sáng Hình 4.2 Cơng tơ đa đo điện áp 64 Hình 4.3 Cơng tơ đa đo cơng suất dịng điện Hình 4.4 Trạng thái cơng tắc cảm ứng bật tắt Hình 4.5 Trạng thái cơng tắc cảm ứng trạng thái bật 65 Hình 4.6 Google điều khiển giọng nói cảm biến khói Hình 4.7 Cơng tắc thơng minh Hình 4.8 Broadlink điều khiển hồng ngoại 66 Hình 4.9 Cảm biến cửa thơng minh Hình 4.10 Máy chủ trung tâm 67 Hình 4.11 Cảm biến chuyển động Hình 4.12 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm 68 Hình 4.13 Bản vẽ mơ mặt phịng nhà Hình 4.14 Mơ hình bố trí vị trí thiết bị 69 Hình 4.15 Mơ bật đèn chiếu sáng Hình 4.16 Mặt bố trí dây cho hệ thống 70 71 Hình 4.17 Mơ tồn hệ thống 72 4.3 Phương hướng phát triển Các tính nhà thơng minh cịn nhiều hạn chế mơ hình Trong thời gian tới chúng em phát triển thêm nhiều tính đưa vào thực tế sử dụng để giúp ích cho sống Các tính tương lai: - Tự động bật đèn sân cổng mở có phát có người sân vào ban đêm - Khi chủ nhà tự động đọc thông báo bật nhạc u thích người - Tự động bật tivi nhà ăn cơm vào khung buổi tối - Tự động bật đèn cầu thang có người lên tắt sau 30s - Tự động cân độ ẩm máy phun sương máy hút ẩm mức 70% - Tự động bật máy sưởi nhiệt độ thấp 15 độ có người phịng ngủ - Tự động cảnh báo bật điều hịa mà qn đóng cửa, tự động tắt điều hịa sau 5p mà chưa đóng cửa - Tự động bật đèn nhà wc có người vào tắt người - Hệ thống tự động kích hoạt báo trộm có người lạ đột nhập vào nửa đêm chủ nhà khỏi nhà - Tự động đếm điện tiêu thụ gia đình tính tiền theo tháng gửi điện thoại cho chủ nhà - Cân tiết kiệm điện theo công suất định sẵn mức tắt thiết bị không cần thiết - Tự động tắt tất thiết bị điện nhà chủ nhà khỏi nhà mà quên tắt điện - Tất thiết bị gia đình điều khiển giọng nói qua smartphone chủ nhà - Nhà thông minh điều khiển dùng mặt công tắc cảm ứng giống smartphone 73 - Sử dụng hình trung tâm tầng để điều khiển thay cho công tắc thông minh - Các chế độ tự động cho nhà chế độ xem phim, chế độ sôi động,… KẾT LUẬN "Nhà thông minh" đề tài đòi hỏi nhiều thời gian nghiên cứu ngơi nhà có nhiều phương pháp điều khiển để nhà ngày "thông minh" Nhưng, em trình bày trên, ngơi nhà thơng minh đơn giản pức tạp tùy theo tính mà chủ nhà mong muốn Trong thời gian làm đồ án vừa qua, em nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển tự động nhà thơng minh Theo đó, em đã: - Tìm hiểu thiết bị sử dụng hệ thống nhà thơng minh - Tìm hiểu cách sử dụng cách kết nối thiết bị với smartphone Tuy nhiên, giới hạn thời gian trình độ nên làm đồ án tốt nghiệp lần em không tránh khỏi hạn chế Em mong góp ý thầy bạn để xây dựng ngơi nhà thơng minh hồn chỉnh tương lại Ngơi nhà có nhiều tính thơng minh với điều khiển tối ưu để áp dụng vào thực tiễn sống hàng ngày Em xin chân thành cảm ơn! 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO http://www.geeklink.vn http://www.en.geeklink.com.cn http://www.smartz.vn http://www.123.doc.org http://www.luanvan.net http://www.tailieu.vn https://www.home-assistant.io https://community.home-assistant.io 75 ... lượng thông qua hệ thống bật tắt đèn thông minh, nâng cao chất lượng sống việc sử dụng công nghệ điều khiển cử chỉ, giọng nói… địn bẩy cho phát triển thị trường nhà thông minh Nhà thông minh SmartHome... hóa đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày, em chọn "Nghiên cứu phát triển nhà thông minh" Đồ án gồm nội dung sau: Chương 1: Các hệ thống nhà thông minh Chương 2: Thiết kế phần cứng Chương 3: Thiết... thiếu nhà đại Ngành công nghiệp bất động sản thúc đẩy phát triển thị trường nhà thông minh với việc dự án bất động sản đưa "nhà thông minh" làm tiêu chí để cạnh tranh Khơng khó để thấy nhà lớn