Để có trải nghiệm đầy đủ nhất đặc tính nhà thông minh của Bkav, ta khảo sát căn hộ thông minh SmartHome của Bkav tại Green Valley, thuộc khu Phú Mỹ Hưng (Q.7, TP. Hồ Chí Minh). Hệ thống Wiser Home Control nổi tiếng của Schneider - Clipsal được trưng bày tại tòa nhà Etown 1, Q. Tân Bình, TP. Hồ Chí Minh và giải pháp Bus của Siemens có tại khu biệt thự số 14 Thụy Khuê, Q. Tây Hồ (Hà Nội).
Một giải pháp nhà thông minh toàn diện luôn phải bao gồm hệ thống các thiết bị/sản phẩm phần cứng và hệ thống phần mềm điều khiển để vận hành các thiết bị
trong ngôi nhà một cách tự động, thông minh. Để so sánh giải pháp nhà thông minh của ba nhà sản xuất này, ta lần lượt so sánh tương ứng về phần cứng, phần mềm (tức giao diện người dùng) và phân tích thêm về các tính năng nổi trội của từng hệ thống cũng như khả năng triển khai áp dụng vào thực tế.
1.3.2.1. Hệ thống phần cứng
Mỗi hệ thống nhà thông minh đều sẽ bao gồm rất nhiều thiết bị khác nhau được nhà sản xuất thiết kế và sản xuất riêng để phục vụ cho việc vận hành nhà thông minh, như bộ điều khiển trung tâm, các bảng điều khiển chi tiết, các bộ công tắc, các cảm biến, bộ phát sóng…
Tại showroom của Schneider, các công tắc, bảng điều khiển được gắn thành một dãy trên tường. Đây là các công tắc sử dụng những nút bấm tròn nhỏ bằng nhựa cứng với phần đế là lớp kính thông thường khá dày và bóng bẩy. Với hệ thống Bus của Siemens cũng vậy, các thiết bị cho người dùng cảm giác về sự bền bỉ, chắc chắn nhưng lại khá to, thô nên khiến khó hình dung được chúng thông minh đến mức nào.
Hình 1. 30. Công tắc đèn tự động của Siemens và Schneider
Trong khi sản phẩm của Schneider và Siemens khá cổ điển, Bkav SmartHome với lợi thế đi sau đã tiếp cận được với xu hướng công nghệ hiện đại: các bảng điều khiển, công tắc đều là thiết bị cảm ứng với giao diện điều khiển "phẳng". Chất liệu nhôm nguyên khối và kính cường lực Gorilla Glass thường thấy trên các dòng smartphone cao cấp nay cũng đã được SmartHome đưa vào các sản phẩm của mình, giúp mang lại cảm giác sang trọng, hiện đại, cao cấp cho sản phẩm. Về mặt cảm quan bên ngoài, dễ thấy sản phẩm SmartHome bắt mắt hơn sản phẩm của hai hãng nước ngoài.
Hình 1. 31. Sản phẩm của Bkav gây ấn tượng mạnh với thiết kế bền, đẹp, sang trọng
1.3.2.2. Giao diện ngƣời dùng
Ngoài phần cứng, cả ba giải pháp Bkav SmartHome, Siemens và Schneider, có giao diện sử dụng rất khác nhau. Với Bkav SmartHome là phần mềm điều khiển trên máy tính bảng hỗ trợ cả 3 loại hệ điều hành Windows, Android và iOS (iPad), với 2 giải pháp "ngoại" là phần mềm trên iPad.
Hình 1. 32. Giao diện 3D trực quan của BKAV Smarthome
Với Bkav SmartHome, có thể tương tác trực tiếp trên giao diện đồ hoạ 3D mô phỏng căn nhà thông minh, giao diện hoàn toàn dùng tiếng Việt của rất dễ hiểu và mọi thành viên trong gia đình, từ người già mắt kém đến trẻ em đều có thể sử dụng được.
Cách phần mềm quản lý SmartHome hoạt động cũng rất thông minh. Chỉ ngồi một chỗ mà vẫn có thể điều khiển các thiết bị như tivi, rèm cửa, điều hòa... trong từng ngõ ngách của ngôi nhà bằng cách chạm vào đúng hình ảnh 3D của các thiết bị này trên màn hình cảm ứng. Tại các thời điểm khác nhau như sáng, chiều, tối và tùy theo trước đó chức năng nào đã được kích hoạt, chỉ các nút bấm phù hợp với ngữ cảnh này mới hiện ra màn hình.
Hình 1. 33. Giao diện của Siemens và Schneider
Siemens và Schneider đều khiến người dùng rối mắt khi bày sẵn tất cả các tính năng điều khiển trên giao diện, nhiều nút bấm ít khi dùng đến cũng luôn hiện trên màn hình. Do các nút bấm đặt sát nhau nên dễ gây hiện tượng bấm nhầm nút chức năng. Giao diện này không phù hợp với trẻ con, người già hay những người ngại phải sử dụng thiết bị một cách cẩn thận, chính xác.
Dù vậy, giao diện người dùng của Siemens và Schneider cho cảm giác khá “thật” nhờ có hình ảnh quay trực tiếp từ mỗi căn phòng. Người dùng có thể dễ dàng kiểm tra và phát hiện ngay xem các thiết bị điện nào đang hoạt động ở trạng thái tốt hay đã gặp phải sự cố nhờ một cửa sổ camera ở góc phải giao diện.
1.3.2.3. Tính năng
Cả ba hệ thống đều cho phép điều khiển các thiết bị điện trong nhà như đèn chiếu sáng, điều hòa nhiệt độ, máy giặt, khóa cửa điện tử, tivi, dàn âm thanh, camera… thông qua các kịch bản sẵn có, người dùng có thể bấm chỉ 1 nút để đóng mở, bật tắt đồng thời nhiều thiết bị trong nhà theo 1 kịch bản đặt trước như “xem phim”, “đi ngủ” hay “chào buổi sáng”… thay vì phải chạy khắp phòng để thực hiện điều này với các giải pháp thông thường.
1.3.2.4. Triển khai mở rộng
Siemens và Schneider đã có thâm niên trên 30 năm trong việc sản xuất các thiết bị tự động nhưng có lẽ triết lý để tạo ra sản phẩm của các công ty này được hiểu theo nghĩa đơn giản là đem sự tự động hoá trong các nhà máy vào ngôi nhà.
Do đó, kết cấu, nguyên tắc hoạt động của các vật dụng trong ngôi nhà sẽ được mô phỏng tương tự như một nhà máy thu nhỏ. Các thiết bị điện trong nhà sẽ kết hợp với nhau và hoạt động theo các kịch bản tự động được lập trình trước. Điều đó cũng khiến cho việc triển khai trở nên rất phức tạp, bởi các vật dụng khi kết nối với nhau sẽ cần lắp đặt thêm nhiều tủ điện điều khiển (mỗi tầng một tủ điều khiển) và dây nối nên buộc phải đục tường đi dây.... Không chỉ tốn diện tích sử dụng, việc triển khai hệ thống nhà tự động chỉ thực hiện được với những ngôi nhà mới, chưa có người ở. Với những ngôi nhà đang sử dụng thì việc triển khai giải pháp của Siemens và Schneider là gần như không thể thực hiện được.
khi triển khai hệ thống nhà thông minh SmartHome cho ngôi nhà đang sử dụng, ta có thể dùng lại hệ thống đường điện cũ mà không cần phải sửa chữa, đục tường để đi thêm đường điện mới. Với công nghệ truyền thông và điều khiển không dây ZigBee, Wifi, việc lắp đặt hệ thống chỉ là thay thế các công tắc, ổ cắm điều khiển cũ bằng các công tắc, ổ cắm thông minh SmartHome. Việc triển khai (trong khoảng vài ngày) như vậy sẽ vẫn giữ nguyên được kiến trúc và thiết kế ban đầu của ngôi nhà
Hình 1. 35. Bộ truyền tín hiệu (tủ điện) của Siemens, Schneider và thiết bị không dây của Bkav
Một ưu thế vượt trội của nhà thông minh Việt Nam còn được thể hiện rõ nét trong trường hợp hệ thống truyền tín hiệu gặp sự cố. Với giải pháp của Siemens và Wiser Home Control, khi tủ điện gặp sự cố thì toàn bộ các thiết bị điện tử trong căn
nhà sẽ ngừng hoạt động do không thể kết nối với nguồn điện. Với Bkav SmartHome, các thiết bị gia dụng được kết nối thẳng tới nguồn điện và nhận "mệnh lệnh" thông qua kết nối không dây, nên khi hệ thống truyền dẫn gặp sự cố thì chủ nhà vẫn có thể tiếp tục sử dụng các chức năng cơ bản.
1.3.3. Kết luận
Tuy là hai nhà sản xuất tên tuổi trong lĩnh vực nhà tự động nhưng cả Siemens (Đức) và Schneider (Pháp) lại chưa đưa ra được một giải pháp nhà thông minh đầy đủ. Sự khác biệt nằm ở triết lý tiếp cận sản phẩm: trong khi cả Siemens, Schneider lựa chọn phần cứng và mang tự động hóa vào ngôi nhà (home automation) thì triết lý của Bkav lại xuất phát từ phần mềm, nhằm giúp ngôi nhà trở nên thông minh hơn (smart home).
Với việc áp đảo hai giải pháp của Siemens và Schneider, nhà thông minh SmartHome của Bkav là một minh chứng rõ nét cho thấy vẫn tồn tại những sản phẩm thuần Việt hoàn thiện, đủ đẳng cấp để cạnh tranh với các sản phẩm mang thương hiệu quốc tế. Để làm được điều này, Bkav đã xây dựng nhà máy với vốn đầu tư hàng chục triệu USD để sản xuất khuôn mẫu. Hiện công ty đã có thể làm tất cả các khâu của dây chuyền sản xuất sản phẩm thiết bị phần cứng, từ thiết kế, tạo dáng công nghiệp, cơ khí, điện tử, cho đến phần mềm. Ngoài ra, các sản phẩm SmartHome được Bkav chủ động hoàn toàn về giá nhờ hoạt động theo phương thức “làm tận gốc, bán tận ngọn”.
1.4. GIỚI THIỆU CÁC TÍNH NĂNG CỦA MÔ HÌNH
Dựa trên các tiêu chí tự động hóa, tăng độ an toàn, tiết kiệm điện năng, và giá thành vừa phải, tác giả đã thiết kế một mô hình nhà thông minh với các tính năng như sau:
1. Điều khiển mở / đóng cửa bằng mật khẩu
Hình 1. 36. Khóa cửa thông minh
Hệ thống có một bàn phím số, để đăng nhập được vào hệ thống để điều khiển thì người sử dụng cần nhập mật khẩu đã được thiết lập trước qua bàn phím. Sau khi đăng nhập thành công thì người sử dụng có thể sử dụng các nút bấm để đóng hoặc mở cửa. Hệ thống này rất hữu ích cho người sử dụng khi không cần mang chìa khóa theo người, sẽ có nguy cơ bị rơi chìa khóa. Người sử dụng có thể thay đổi mật khẩu theo định kỳ để tăng độ bảo mật.
2. Điều khiển từ xa các thiết bị điện qua điện thoại di động
Hình 1. 37. Điều khiển thiết bị điện qua tin nhắn
Chức năng này cho phép người dùng có thể điều khiển các thiết bị điện bằng tin nhắn điện thoại thay vì phải đến tận nơi ấn công tắc. Chức năng này rất hữu ích cho người sử dụng khi có thể điều khiển bật sẵn điều hòa hoặc bình nóng lạnh để có thể sẵn sàng sử dụng sau khi đi làm về. Để tăng tính bảo mật cho hệ thống thì người sử dụng phải nhắn tin cả mật khẩu kèm theo mã lệnh điều khiển. Mật khẩu có thể được thay đổi theo định kỳ để tăng độ bảo mật.
3. Điều khiển đèn chiếu sáng thông minh
Hình 1. 38. Chiếu sáng thông minh
Hệ thống này bao gồm 2 tính năng- Điều khiển đèn điện trang trí sân vườn, hành lang: các đèn điện này sẽ tự động sáng khi trời tối và tự động tắt khi trời sáng mà không cần sự can thiệp của con người. Có thể cài đặt cường độ ánh sáng tùy theo người sử dụng.- Điều khiển đèn điện chiếu sáng phòng khách: các đèn điện này sẽ tự động sáng khi trời tối và có người xuất hiện trong vùng cảm ứng, ngược lại khi trời sáng hoặc khi không có người thì đèn sẽ tắt. Tính năng này rất hữu ích cho người sử dụng khi không cần đến tận nơi để ấn công tắc, và giúp tiết kiệm điện trong trường hợp quên tắt công tắc. Có thể cài đặt cường độ ánh sáng tùy theo người sử dụng.
4. Đo và hiển thị nhiệt độ
Hình 1. 39. Đo và hiển thị nhiệt độ
Hệ thống sẽ liên tục đo nhiệt độ và hiển thị nhiệt độ phòng lên LED ma trận giúp người dùng giám sát được nhiệt độ hiện tại, và xử lý khi có hiện tượng bất thường xảy ra.
5. Báo động cháy tại chỗ và qua điện thoại di động, chữa cháy tự động
Hình 1. 40. Báo cháy và chữa cháy tự động
Khi xuất hiện cháy, hệ thống sẽ báo động tại chỗ bằng cách hú còi, báo động qua số điện thoại di động của chủ nhà, và sẽ tự động phun nước để dập tắt đám cháy. Tính năng này giúp người sử dụng sớm biết được sự xuất hiện đám cháy để có các biện pháp chữa cháy kịp thời cũng như giảm thiểu thiệt hại.
6. Hệ thống an ninh thông minh, báo động trộm tại chỗ và báo động qua điện thoại di động
Hình 1. 41. Hệ thống báo động trộm
Khi trộm đột nhập vào nhà, hệ thống sẽ báo động tại chỗ bằng cách hú còi, nhấp nháy đèn, đồng thời báo động qua điện thoại của chủ nhà, giúp chủ nhà sớm biết được sự xâm nhập trái phép để có biện pháp xử lý kịp thời.
7. Điều khiển quạt thông minh
Với chức năng này, hệ thống sẽ tự động bật quạt khi trời nóng hơn nhiệt độ đặt trước và có người trong vùng cảm ứng. Tính năng này rất hữu ích cho người sử
dụng khi không cần phải đến tận nơi để bật công tắc. Nhiệt độ bật quạt có thể được cài đặt tùy theo người sử dụng.
1.5. KẾT LUẬN
Chương này đã nghiên cứu tổng quan về nhà thông minh, lịch sử phát triển của nhà thông minh trên thế giới và Việt Nam, giới thiệu các tính năng về ngôi nhà thông minh được thực hiện trong luận văn. Để nghiên cứu và thiết kế tốt hơn, chương tiếp theo sẽ trình bày cơ sở lý thuyết về các linh kiện điện tử.
CHƢƠNG 2.
CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH
2.1. CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG PIR [1]
Pir là chữ viết tắt của Passive Infrared sensor tức là bộ cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại chính là tia nhiệt phát ra từ vật thể nóng. Trong các cơ thể sống chúng ta luôn có thân nhiệt ( thông thường là 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta luôn phát ra các tí nhiệt hay còn gọi là các tia hồng ngoại. Người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và từ đó có thể làm ra các cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động. Pir là cảm biến thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cự hay nguồn chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn nhiệt phát ra từ các thực thể khác như con người, động vật..
Các nguồn nhiệt đều phát ra tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kính lọc lấy tia hồng ngoại, nó được cho tiêu tụ tại hai cảm biến trên hai cảm biến hồng ngoại gắn vào đầu dò, và tạo ra điện áp được khuếch đại với tranzito FET. Khi có một vật nóng đi ngang qua, từ hai cảm biến này sẽ xuất hiện hai tín hiệu và tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có đủ biên độ cao để đưa vào mạch so sáp để tác động vào một thiết bị điều khiển hay báo động. Nguyên lý làm việc của loại đầu dò PIR như sau:
Khi có nguồn thân nhiệt đi ngang qua, nó được tiêu tụ mạnh với kính Fresnel và rồi tiêu tụ trên bia là cảm biến hồng ngoại, vậy khi có vật đi ngang, ở đầu ra của đầu dò sẽ xuất hiện một tín hiệu, tín hiệu này sẽ được cho vào mạch vi xử lý để tác dụng điều khiển hay báo động.
2.2. CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35 [1]
Đây là cảm biến nhiệt được tích hợp chính xác cao của hãng National Semiconductor. Điện áp đầu ra của nó tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Điện áp ngõ ra thay đổi 10mv (điện áp bước) cho mỗi sự thay đổi 1oC. Chúng không yêu cầu cân chỉnh ngoài.
LM35 có 4 dạng: TO-46, SO-8, TO-92, TO-220. Nhưng thường dùng nhất là dạng TO-92 như hình dưới.
Hình 2.2. Sơ đồ chân LM35 dạng TO-92
Đặc điểm cơ bản của LM35:
+ Điện áp nguồn từ -0.2V đến +35V. + Điện áp ra từ -1V đến +6V.
+ Dải nhiệt độ đo được từ -55°C đến +150°C.
+ Điện áp đầu ra thay đổi 10mV mỗi khi có sự thay đổi 1°C.
2.3. RƠLE [9]
2.3.1. Tác dụng của rơle
Tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển là 5V với dòng khá nhỏ khoảng 10mA, do đó không thể dùng trực tiếp tín hiệu này để điều khiển các thiết bị điện trong nhà, mà phải dùng kết hợp với một công tắc có thể điều khiển được bằng điện. Rơle là một thiết bị có thể đáp ứng được điều đó với tần số đóng cắt nhỏ.
Hình 2.3. Hình dạng của rơle
2.3.2. Cấu tạo
Rơ-le là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản. Rơ-le có cấu tạo gồm 4 bộ