báo cáo thực hành môn học tự động hóa tòa nhà: 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
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 hệ thống chiếu sáng cho hành lang chung cư Đặng Minh Thái Trần Đức Thành Nguyễn Văn Thiệu Trần Quốc Thượng 2019502103 2019501723 2019501731 2019501920 Hà nội, 2021 i MỤC LỤC Trang MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined TÓM TẮT ĐỒ ÁN iError! Bookmark not defined DANH SÁCH HÌNH VẼ Error! Bookmark not defined DANH SÁCH BẢNG BIỂU vError! Bookmark not defined DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT viiv CHƯƠNG 1.TÔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.2 Tổng quan chung cư .4 1.2.1 Giới thiệu mơ hình nhà thơng minh 1.2.2 Nguyên tắc hoạt động chung cư 1.2.3 Tiêu chuẩn chung cư 1.2.4 Những xu hướng phát triển chung cư 1.2.5 Một số hãng sản xuất sản phẩm chung cư 1.3 Kết luận chương 10 CHƯƠNG ADRUINO TÍNH CHỌN CÁC PHÀN CỨNG VÀ THƠNG SỐ 11 2.1 Tổng quan Arduino 11 2.2 Tổng quan Arduino Mega 13 2.2.1 Các thành phần chức Arduino Mega 13 2.2.2 Thông số kỹ thuật .14 2.3 Phần mềm Arduino IDE 15 2.4 Module wifi ESP826 V1 16 2.4.1 Giới thiệu ESP8266 16 2.4.2 Thông số kỹ thuật ESP8266 17 2.4.3 Các chân ESP8266 .17 ii 2.4.4 Ứng dụng ESP8266 18 2.5 Màn hình LCD giao tiếp I2C 18 2.6 Các cảm biến thông dụng .19 2.6.1 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 19 2.6.2 Cảm biến ánh sáng 21 2.6.3 Cảm biến vật cản hồng ngoại 22 2.6.4 Cảm biến độ ẩm đất 23 2.7 Kết luận chương 24 CHƯƠNG LẬP TRÌNH CHO HE THỐNG 25 3.1 Yêu cầu thiết kế 225 3.1.1 Xây dựng sơ đồ thuật toán 247 3.1.2 Ứng dụng Blynk .34 3.1.3 Chế tạo 41 3.2 Đo đạc khảo sát 44 3.2.1 Chức điều khiển thiết bị từ xa điện thoại 44 3.2.2 Chức hiển thị nhiêt độ độ ẩm lên hình LCD hình smartphone .46 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHỤ LỤC 50 iii 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 iv CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.2 Tổng quan chung cư 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 hố 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 sốt 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 thơng 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 thông qua camera an ninh Hình Quan sát ngơi 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 Nguyên tắc hoạt động chung cư + Nhà chung cư phải sử dụng công năng, mục đích thiết kế nội dung dự án phê duyệt + Việc quản lý, sử dụng nhà chung cư phải tuân thủ nội quy quản lý, sử dụng nhà chung cư, quy định pháp luật nhà ở, Quy chế pháp luật có liên quan + Việc đóng kinh phí quản lý vận hành nhà chung cư thực theo thỏa thuận chủ sở hữu, người sử dụng nhà chung cư với đơn vị quản lý vận hành sở quy định pháp luật nhà Việc sử dụng kinh phí quản lý vận hành, kinh phí bảo trì phần sở hữu chung nhà chung cư phải bảo đảm mục đích, cơng khai, minh bạch, theo quy định pháp luật nhà quy chế; việc đóng góp khoản phí, lệ phí q trình sử dụng nhà chung cư phải tuân thủ quy định pháp luật + Chủ sở hữu, người sử dụng nhà chung cư phải đóng kinh phí bảo trì, kinh phí quản lý vận hành, kinh phí hoạt động Ban quản trị nhà chung cư khoản phí, lệ phí khác trình sử dụng nhà chung cư theo quy định Quy chế pháp luật có liên quan; phải chấp hành nội quy quản lý, sử dụng nhà chung cư, quy định pháp luật nhà ở, Quy chế Thông tư 02/2016/TT-BXD ngày 15 tháng 02 năm 2016 pháp luật có liên quan trình quản lý, sử dụng nhà chung cư 1.2.3 Tiêu chuẩn chung cư Với phát triển không ngừng khoa học đại, người ngày nâng cao đời sống ln 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 ngơi nhà mơ ước có từ lâu gần đưa công bố rộng rãi Có nhiều cơng ty đưa giải pháp cho ngơi nhà thơng minh, nhìn chung tất hướng đến tiêu chuẩn sau đây: Tự động hóa hoạt động ngơi 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 tồn cho ngơi 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 toàn 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 tiết kiệm cách tối ưu 1.2.4 Những xu hướng phát triển chung cư 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 khơng nằm ngồi xu hướng Nhà thông minh Việt Nam khái niệm không cịn xa lạ với nhiều người Khơng thế, thị trường nhà thông minh Việt Nam phát triển mạnh chủ yếu thành phố lớn Hải Phòng, 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 công ty lớn cơng nghệ cánh mạng cơng 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 công nghệ cách toàn 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 tồn, điều khiển thiết bị thơng qua smartphone, điều khiển qua loa thông minh, 1.2.5 Một số hãng sản xuất sản phẩm chung cư Tại Việt Nam nay, nhu cầu lắp đặt nhà thông minh chưa nhiều lĩnh vực cịn Nhà thông 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 đồn sản xuất nhà thơng minh tiếng a Tập đoàn 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 công nghệ cao Sài Gịn, Quận 9, TPHCM Có thể xem nhà máy có quy mơ lớn tập đoàn Scheneider chuỗi cung ứng toàn cầu gồm 200 trung tâm sản xuất Các thiết bị điện thơng 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 thơng minh Smart 4G tương tự hãng nhà thơng minh chưa có trội khác biệt lớn Thiết kế thiết bị điện thông minh hãng đánh giá chưa đẹp, thiết kế sản phẩm 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 Trong trường hợp khơng có điều khiển từ xa tiến hành phân tích lệnh điều khiển cơng tắc Nếu có phát thấy có điều khiển công tắc, thực điều khiển thiết bị sai thực kiểm tra cảm biến chuyển động Nếu phát thấy có chuyển động hệ thống điều khiển thiết bị khơng có tiếp tục kiểm tra cảm biến hồng ngoại Nếu có người vào phạm vi hồng ngoại tiến hành điều khiển thiết bị Nếu khơng có người vào cảm biến hồng ngoại tiến hành kiểm tra cảm biến độ ẩm đất Nếu đất khơ bật thiết bị, đất ẩm tự động tắt thiết bị chuyển sang kiểm tra chế độ cảm biến ánh sáng Nếu trời tối bật đèn trời sáng tắt đèn Quá trình xét lệnh lặp lặp lại không dừng Với u cầu tốn đặt trên, tơi tiến hành thiết kế chế độ làm việc điều khiển sau: a Chế độ điều khiển thiết bị từ xa thông qua ứng dụng Blynk smartphone Bắt đầu Kiểm tra sẵn sàng thiết bị Điều khiển qua Blynk Lệnh từ Blynk = ? Bật thiết bị Tắt thiết bị Kết thúc Hình 3 Lưu đồ thuật toán chế độ điều khiển thiết bị từ xa 25 Từ yếu tố 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 cơng 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 toán 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 26 Bắt đầu Kiểm tra sẵn sàng thiết bị Cơng tắc Thiết bị có trạng thái b b=1? Bật thiết bị gửi phản hồi lại điện thoại Tắt thiết bị gửi phản hồi lại điện thoại Kết thúc 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 toán sau: 27 Bắt đầu Cảm biến ánh sáng Độ sáng < ngưỡng ? Bật thiết bị Tắt thiết bị Kết thúc 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 tơi xây dựng lưu đồ thuật tốn sau: 28 Bắt đầu Cảm biến ánh sáng Độ sáng < ngưỡng ? Cảm biến hồng ngoại Khoảng cách=34){ digitalWrite(A12,0);} else { digitalWrite(A12,1 );} } 39 ... 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... tiến hành kiểm tra sẵn sàng thiết bị xong xét lệnh điều khiển từ xa Trong trường hợp có lệnh điều khiển từ xa hệ thống điều khiển tiến hành điều khiển sau kết thúc lệnh Hình Lưu đồ thuật tốn hệ thống. .. 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