5. Phƣơng pháp nghiên cứu
4.3. THIẾT KẾ MẠCH IN VÀ CHẾ TẠO MẠCH
4.3.1. Thiết kế mạch in
Mạch main:
Hình 4. 12. Mạch in mạch main lớp TOP (trái) và BOTTOM (phải)
Mạch role:
Mạch bàn phím và hiển thị LCD:
Hình 4. 14. Mạch in mạch bàn phím và LCD lớp TOP (trái) và BOTTOM (phải)
4.3.2. Kết quả chế tạo mạch Mạch chấp hành: Mạch chấp hành:
Hình 4. 15. Mạch chấp hành
Mạch main và mạch bàn phím:
4.4. LẬP TRÌNH
4.4.1. Lƣu đồ thuật toán chƣơng trình chính
BEGIN
Khởi tạo cổng vào ra Khởi tạo Timer, ADC, UART
Giải mã nút bấm
OK==1? Đ
Kiểm tra tin nhắn? S Đ S END Đăng nhập hệ thống Điều khiển bằng bàn phím Xử lý tin nhắn Nhiệt độ t>27oC? Đ S Chế độ an ninh thông minh? Đ S Cảm biến ánh sáng? Đ S Bật điện hành lang 1 Đo nhiệt độ bằng LM35 Hiển thị nhiệt độ lên LED ma trận 1 Xử lý nhiệt độ Chương trình chế độ an ninh thông minh
Chế độ điện
thông minh? Đ
S
Chương trình chế độ điện thông minh
4.4.2. Lƣu đồ thuật toán điều khiển bằng bàn phím BEGIN BEGIN Giải mã nút bấm Đọc mật khẩu Mật khẩu đúng và time<timeout? S Phím INC ==1? Đ S Tiến MENU Phím DEC ==1? Đ S Lùi MENU 1 1 MENU ==1? Đ S Chương trình Điều khiển cửa
MENU ==2? Đ điện bằng bàn phímĐiều khiển thiết bị
S
MENU ==3? Đ Bật/tắt chế độ an
ninh thông minh
S
MENU ==4? Đ điện thông minhBật/tắt chế độ
S
MENU ==5? Đ đăng nhập hệ thốngĐổi mật khẩu
S Phím OK ==0 và time<timeout Đ S END 2 2
BEGIN Mở cửa Phím „*‟ ==1? END Đ S Đóng cửa Phím „#‟ ==1? Đ S BEGIN Đảo trạng thái thiết bị 1 Phím „1‟ ==1? END S Đ S BEGIN Bật chế độ an ninh thông minh Phím „*‟ ==1?
END
Đ
S
Tắt chế độ an ninh thông minh Phím „#‟ ==1? Đ S BEGIN Bật chế độ điện thông minh Phím „*‟ ==1? END Đ S Tắt chế độ điện thông minh Phím „#‟ ==1? Đ S Đảo trạng thái thiết bị 2 Phím „2‟ ==1? S Đ Đảo trạng thái thiết bị 3 Phím „3‟ ==1? S Đ Đảo trạng thái thiết bị 4 Phím „4‟ ==1? S Đ Đảo trạng thái thiết bị 5 Phím „5‟ ==1? S Đ Đảo trạng thái thiết bị 6 Phím „6‟ ==1? S Đ
a) Điều khiển cửa b) Bật/tắt chế độ an ninh thông minh c) Bật/tắt chế độ điện thông minh
e) Điều khiển thiết bị điện bằng bàn phím
BEGIN Nhập mật khẩu cũ END Nhập mật khẩu mới Kiểm tra mật khẩu? Đ S Lưu mật khẩu mới
d) Đổi mật khẩu
Hình 4. 19. Lưu đồ thuật toán các chương trình con điều khiển bằng bàn phím
4.4.3. Lƣu đồ thuật toán các chƣơng trình con
BEGIN
Cảm biến PIR==1?
Nhiệt độ t>70oC
Gọi điện, nhắn tin đến chủ nhà Điều khiển LOA, BƠM hoạt động
Nhiệt độ t>40oC Nhắn tin cảnh báo đến chủ nhà S S Đ S Đ Bật quạt Đ END BEGIN Cảm biến PIR==1?
Gọi điện, nhắn tin đến chủ nhà Điều khiển LOA hoạt động
Nhấp nháy toàn bộ đèn trong nhà
S Đ END S BEGIN Cảm biến PIR==1? Bật điện Đ S Đ END Cảm biến ánh sáng==1? S S
a) Xử lý nhiệt độ b) Chương trình chế độ an ninh thông minh c) Chương trình chế độ điện thông minh
4.4.4. Lƣu đồ thuật toán xử lý tin nhắn BEGIN BEGIN
Đọc tin nhắn
Giải mã nội dung tin nhắn
END Kiểm tra mật khẩu? SMS= TBx BAT Bật thiết bị x SMS= TBx TAT Tắt thiết bị x SMS= BDT BAT Bật hệ thống an ninh thông minh SMS= BDT TAT Tắt hệ thống an ninh thông minh SMS= DTM BAT Bật hệ thống điện thông minh SMS= DTM TAT Tắt hệ thống điện thông minh SMS= DMK <MK> Đổi mật khẩu điều khiển hệ thống 1 1 S S Đ Đ Đ S Đ S S S S Đ Đ Đ Đ 2 S 2 Gửi tin nhắn phản hồi
Hình 4. 21. Lưu đồ thuật toán xử lý tin nhắn
4.5. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
4.5.1. Thực nghiệm nhập mật khẩu đăng nhập hệ thống
Sử dụng bàn phím số để nhập mật khẩu đăng nhập hệ thống. Trường hợp nhập mật khẩu sai 5 lần, hệ thống sẽ thông báo tới số điện thoại chủ nhà, đồng thời sẽ phải chờ 60s để có thể thao tác tiếp.
Khi đăng nhập thành công thì người dùng có thể sử dụng các menu để điều khiển hệ thống, các MENU được hiển thị lên màn hình LCD. Chuyển đổi qua lại giữa các MENU bằng cách ấn phím INC hoặc DEC.
Hình 4. 23. Hiển thị các MENU điều khiển
MENU 1: Điều khiển đóng mở cửa. Người dùng ấn phím „*‟ để mở cửa, ấn phím „#‟ để đóng cửa.
MENU 2: Điều khiển thiết bị điện. Người dùng ấn các phím từ „1‟ đến „6‟, các thiết bị điện tương ứng sẽ đảo trạng thái (đang sáng sẽ tắt và ngược lại).
MENU 3: Bật tắt hệ thống an ninh thông minh. Người dùng ấn phím „*‟ để bật hệ thống, ấn phím „#‟ để tắt hệ thống.
MENU 4: Bật tắt hệ thống chiếu sáng thông minh. Người dùng ấn phím „*‟ để bật hệ thống, ấn phím „#‟ để tắt hệ thống.
MENU 5: Đổi mật khẩu đăng nhập hệ thống.
4.5.2. Thực nghiệm điều khiển từ xa các thiết bị điện qua điện thoại di động
Người dùng nhắn tin theo cú pháp đến số điện thoại hệ thống:
<Mật khẩu> TBx BAT để bật thiết bị x
<Mật khẩu> TBx TAT để tắt thiết bị x
Trường hợp muốn điều khiển cùng lúc tất cả thiết bị thì nhắn x=0. Hệ thống sẽ gửi trả lại tin nhắn phản hồi đến số điện thoại điều khiển.
4.5.3. Thực nghiệm hệ thống chiếu sáng thông minh
Khi cảm biến ánh sáng phát hiện trời tối, điện hành lang sẽ tự động được bật. Đối với hệ thống điện trong phòng thì phải kích hoạt tính năng chiếu sáng thông minh. Để kích hoạt tính năng này, có 2 cách:
- Điều khiển bằng MENU 4 từ bàn phím. - Nhắn tin tới hệ thống theo cú pháp:
<Mật khẩu> DTM BAT
Hình 4. 25. Bật hệ thống chiếu sáng thông minh
Khi cảm biến ánh sáng phát hiện trời tối và cảm biến PIR phát hiện có người thì hệ thống sẽ tự động bật điện trong phòng. Khi một trong 2 điều kiện không thỏa mãn thì điện sẽ tự động tắt.
4.5.4. Thực nghiệm đo và hiển thị nhiệt độ
Hệ thống sẽ liên tục đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt LM35, hiển thị giá trị lên LED ma trận và màn hình LCD
Hình 4. 26. Kết quả đo và hiển thị nhiệt độ
4.5.5. Thực nghiệm hệ thống báo cháy
Khi nhiệt độ đo được lớn hơn 40oC, hệ thống sẽ gửi tin nhắn cảnh báo nhiệt độ cao đến số điện thoại chủ nhà. Khi nhiệt độ đo được lớn hơn 70o
C, hệ thống xác định đây là đám cháy, sẽ thực hiện: gọi điện, nhắn tin đến số điện thoại chủ nhà, báo động loa tại chỗ, điều khiển bơm nước chữa cháy hoạt động.
4.5.6. Thực nghiệm hệ thống an ninh thông minh
Để kích hoạt tính năng an ninh thông minh, có 2 cách: - Điều khiển bằng MENU 3 từ bàn phím.
- Nhắn tin tới hệ thống theo cú pháp:
<Mật khẩu> BDT BAT
Hình 4. 28. Kết quả thực nghiệm hệ thống an ninh thông minh
Sau khi kích hoạt hệ thống, nếu cảm biến PIR phát hiện có người đột nhập, hệ thống sẽ thực hiện: gọi điện, nhắn tin đến số điện thoại chủ nhà, báo động tại chỗ qua loa và màn hình LCD, đồng thời nhấp nháy toàn bộ đèn.
4.5.7. Thực nghiệm điều khiển quạt thông minh
Khi cảm biến nhiệt LM35 đo được nhiệt độ trong phòng lớn hơn 27oC, đồng thời cảm biến PIR phát hiện có người, hệ thống sẽ tự động bật quạt. Khi một trong hai điều kiện không thỏa mãn, hệ thống sẽ tự động tắt quạt.
4.6. KẾT LUẬN
Chương này đã trình bày quy trình thiết kế mô hình, thiết kế mạch, lập trình cho vi điều khiển và các kết quả thử nghiệm. Mô hình đã được thiết kế đảm bảo các tính năng đề ra, tất cả các tính năng đều hoạt động tốt, ổn định và dễ dàng sử dụng.
KẾT LUẬN
“Ngôi nhà thông minh” là một đề tài đòi hỏi nhiều thời gian nghiên cứu bởi trong một ngôi nhà thì có rất nhiều phương pháp điều khiển để ngôi nhà của chúng ta ngày càng thông minh hơn. Một ngôi nhà thông minh có thể đơn giản hoặc phức tạp tùy theo tính năng mà chủ nhà mong muốn. Luận văn đã đi vào nghiên cứu một ngôi nhà thông minh với 7 tính năng cơ bản thích hợp với hầu hết người sử dụng. Kết quả của luận văn là đã chế tạo thành công mô hình nhà thông minh và các mạch điều khiển.
Mô hình có ưu điểm là hoạt động tốt, ổn định, dễ dàng sử dụng với 7 tính năng:
- Điều khiển mở / đóng cửa bằng mật khẩu
- Điều khiển từ xa các thiết bị điện qua điện thoại di động - Điều khiển đèn chiếu sáng thông minh
- Đo và hiển thị nhiệt độ
- Báo động cháy tại chỗ và qua điện thoại di động, chữa cháy tự động
- Hệ thống an ninh thông minh, báo động trộm tại chỗ và báo động qua điện thoại di động
- Điều khiển quạt thông minh Nhược điểm của mô hình:
- Vẫn sử dụng kết nối có dây nên khi lắp đặt trong nhà thực tế phải đi lại đường dây điện.
- Các tính năng thông minh vẫn còn chưa phong phú.
Hướng phát triển của luận văn: Để nhà thông minh có thể áp dụng rộng rãi trong thực tế, và tăng thêm tính tiện dụng cho người dùng thì tác giả đề xuất thêm một số hướng phát triển sau
- Nghiên cứu thêm các tính năng thông minh khác để có thể có nhiều lựa chọn cho người dùng.
- Nghiên cứu về việc điều khiển không dây để dễ dàng lắp đặt hơn trong nhà. - Nghiên cứu việc điều khiển và giám sát nhà thông minh qua mạng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hoàng Minh Công, “Giáo trình Cảm biến công nghiệp”, NXB Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, 2004.
[2] Nguyễn Chí Nhân, Giáo trình học AVR, ĐH KHTN.
[3] Ngô Diên Tập, Kỹ thuật vi điều khiển với AVR, NXB KHKT, Hà Nội.
[4] James Sinopoli, “Smart Building Systems for Architects, Owners, and Builders” [5] Hermann Merz, Thomas Hansemann, Christof Hübner, “Building AutomationCommunicationsystems withEIB/KNX, LON and BACnet”, 2009
[6] AVR cho người mới bắt đầu Tác giả: TuxHero – Nhóm phát triển AVR [7] Datasheet atmega16 - @Copyright 2007 Atmel Corporation
Website: [8] http://www.hocavr.com/index.php/vi/hardware/hbridge [9] http://mcu.banlinhkien.vn/ [10] http://www.smarthome.com.vn/ [11] http://vnreview.vn/danh-gia-chi-tiet-nha-thong-minh/- /view_content/content/1449866/do-nha-thong-minh-bkav-smarthome-voi-hang- ngoai-siemens-schneider