Không thể phủ nhận được là giao thức MQTT cực kỳ nhanh và nhẹ, máy chủ Mosquitto Broker cũng vậy nhưng nếu bị xâm nhập thì sẽ để lại hậu quả nghiêm trọng. Với việc sử dụng cấu hình mặc định mà bất kì client nào cũng có thể nhận và gửi mọi thông tin từ máy chủ MQTT Broken qua đó kẻ xấu sẽ nắm được toàn bộ các thiết bị kết nối vào mạng MQTT và điều khiển, giám sát chúng. Với vậy hiểu được vấn đề đó mà nhóm đã bảo mật bằng cách khi các thiết bị (client) kết nối vào hệ thống điều phải xác thực.
Khi cấm nguồn điện cho thiết bị nội bộ. Thì hệ thống sẽ hiện thị topic của thiết bị và người dùng sẽ chọn.
Sau khi chọn topic của thiết bị thành công sẽ xuất hiện trang WifiManager chọn Configure.
112
Hình 5.15: Manager Wifi
Chọn Configure Wifi, chọn wifi của hệ thống và tiếng hành đăng nhập Wifi hệ thống: OurHome
Mật khẩu: quang1999
113 Và sau đó, chọn và đăng nhập wifi bất kì
Hình 5.17: Đăng nhập wifi bất kì
114
CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 6.1. Thông tin của từng sản phẩm:
6.1.1. Thiết bị nhận biết ánh sáng và chuyển động:
Hình 6.1: Module cảm biến ánh sáng và chuyển động
Thông số kĩ thuật:
Điện áp hoạt động 5V-2A
Truyền thông MQTT
Kích thước 120mm x 70mm x 33 mm
Nhiệt độ hoạt động 0 → 50𝑜C
Ứng dụng hỗ trợ Home assistant, Home IOS
Màu Trắng
Bảng 6.1: Thông số kỹ thuật thiết bị nhận biết ánh sáng và chuyển động
Tính năng của thiệt bị nhận biết ánh sáng và chuyển động Độ nhạy tuyệt đối
Do tích hợp PIR nên thiệt bị phát hiện chuyển động bằng hồng ngoại thông minh kĩ thuật số, với độ tin cậy cao và độ nhạy tuyệt đối, giúp bạn chiếu sáng những nơi nguy hiểm trong nhà khi trời tối. Thích hợp đặt ở cầu thang, sàn nước nhưng nơi yêu
115 cầu ánh sáng để quan sát khi trời tối. Với thiết bị này nó sẽ chiếu sáng khi phát hiện chuyển động.
Cảm biến ánh sáng
Tự động điều chỉnh ánh sáng trong căn nhà của bạn bằng cách hiệu chỉnh các thiết bị như đèn, rèm để cho lượng ánh sáng phù hợp nhất, giúp tiết kiệm năng lượng điện một cách hợp lí nhất.
Giám sát từ xa qua điện thoại và máy tính bảng
Thiết bị này có thể kết hợp được với app trợ lí ảo Home Assistant nên dễ dàng giám sát và sử dụng từ xa mà không cần tốn công sức trong việc điều khiển hệ thống chiếu sáng.
Tích hợp app home iphone
Đây là một lựa chọn hợp lí cho người dùng IOS, thiết bị nhận biết ánh sáng và chuyển động này được xem như một homekit nhờ tích hợp bên thứ 3(HomeBrigde) qua trợ lí ảo Home assistant .
6.1.2. Thiết bị công tắc bật/tắt đèn thông minh:
116
Thông số kĩ thuật
Điện áp hoạt động 110 – 240V AC ~ 50/60Hz
Công suất tiêu thụ 2000W
Truyền thông MQTT
Khoảng cách giới hạn giữa các thiết bị 10m/40m (Khi có vật cản/không có vật cản)
Kích thước 120mm x 70mm x 33 mm
Nhiệt độ hoạt động 0 →50𝑜C
Ứng dụng hỗ trợ Home assistant
Bảng 6.2: Thông số kĩ thuật thiết bị công tắc bật/tắt đèn thông minh
Tính năng của công tắc bật/tắt đèn thông minh Điều khiển từ xa qua điện thoại hoặc máy tính bảng
Điều khiển bật/tắt từ xa qua smartphone hoặc máy tính bảng ở mọi lúc mọi nơi chỉ cần điện thoại được kết nối qua Internet điều khiển thông qua App Home Assistant với giao diện trực quan và sang trọng.
Hẹn giờ bật tắt tự động
Công tắc thông minh còn tích hợp tính năng hẹn giờ tự động để người dùng có thể tạo một kịch bản cho riêng mình.
Điều khiển Bật/Tắt chỉ với 1 chạm nhẹ
Nút chạm của công tắc rất nhạy, chỉ với 1 chạm nhẹ lên những vòng tròn trên bề mặt công tắt là đã có thể Bật/Tắt thiết bị điện theo ý muốn của mình.
Lắp đặt và đấu nối đễ dàng
Việc lắp đặt và đấu nối công tắc cảm ứng này rất dễ dàng, chỉ cần 15 phút là bạn đã có thể thay thế một chiếc công tắc điện truyền thống trong ngôi nhà của mình.
117
6.1.3. Thiết bị cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, báo khói và khí gas
Hình 6.3: Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, báo khói và khí gas
Thông số kĩ thuật
Nguồn điện 5V – 2A
Truyền thông MQTT
Ứng dụng hỗ trợ Home assistant
Khoảng đo độ ẩm 0% – 100% RH, sai số 2% RH Khoảng đo nhiệt độ -40 ~ 80℃, sai số 0.5% ℃
Khí nhận biết Khói, LPG, CO, CH4
Chuông báo động Có, 80dB
Đèn cảnh báo Có
Kiểu lắp đặt Gắn trần
Kích thước 41mm x 70mm
118
Tính năng của thiết bị cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, báo khói và khí gas Phát hiện kịp thời nguy cơ hỏa hoạn
Khi đầu báo khói phát hiện khói hoặc khí gas hoặc khí dễ cháy khác, thì thiết bị trung tâm sẽ nhận được tín hiệu và gửi thông báo xuống đến các thiết bị khác được kết nối, còi báo động và đèn quay sẽ hoạt động để bạn có thể kịp thời phát hiện hoặc khi bạn vắng nhà tiếng còi và đèn cũng sẽ thu hút sự chú ý của người đi đường để giúp đỡ.
Đồng thời điện thoại bạn cũng sẽ nhận được cuộc gọi cảnh báo và có thể xem cả những hình ảnh ở khu vực đang bị sự cố, giúp bạn giải quyết tình huống dễ dàng hơn.
Tích hợp thêm cảm biến nhiệt độ độ ẩm
Đồng thời module báo khói cũng tích hợp thêm cảm biến nhiệt độ, độ ẩm để có thể giám sát sự thay đôi của môi trường.
Cảm biến đo độ ẩm không khí có phạm vi đo từ 0℃ - 100℃ với ngõ ra tín hiệu
analog đây là hai dạng tín hiệu ta có thể dễ dàng xử lý và hiển thị.
Kiểm soát tối ưu qua ứng dụng Home assistant
Ứng dụng này cho phép bạn kết nối thao tác thuận lợi để giám sát nhiệt độ, độ ẩm và không khí trong nhà.
6.1.4. Thiết bị người chơi nhạc cụ
119 Thông số kĩ thuật: Điện áp hoạt động 5V-12V Tải trọng 200KG Truyền thông MQTT Kích thước 120mm x 70mm x 33 mm Nhiệt độ hoạt động 0 → 50𝑜C
Ứng dụng hỗ trợ Home assistant, Apple HomeKit
Bảng 6.4: Thông số kỹ thuật thiết bị người chơi nhạc cụ
Tính năng của thiết bị người chơi nhạc cụ
Phát hiện khi có người ngồi vào ghế chơi nhạc cụ qua loadcell Kích hoạt kịch bản đèn cho phù hợp thoải mái người chơi nhạc cụ Tích hơp app home iphone
6.1.5. Thiết bị rèm cửa tự động
120 Thông số kĩ thuật: Điện áp hoạt động 110 – 240V AC ~ 50/60Hz Tốc độ di chuyển Truyền thông MQTT Kích thước 120mm x 70mm x 33 mm Nhiệt độ hoạt động -22𝑜C→55𝑜C
Ứng dụng hỗ trợ Home assistant, Apple HomeKit
Bảng 6.5: Thông số kỹ thuật thiết bị rèm cửa tự động
Tính năng của thiết bị rèm của tự động Hỗ trợ app Apple Homekit
Nếu người dùng IOS thì thiết bị này là một sự lựa chọn tốt, với việc hỗ trợ Apple HomeKit thì thiết bị rèm cũng hoạt động tốt với các thiết bị trong hệ sinh thái HomeKit của Apple trong ứng dụng Home.
Hỗ trợ Home Assistant
Giúp điều khiển một cách tổng quan ngôi nhà của bạn tiết kiệm được thời gian.
Đóng/mở rèm cửa từ xa
Ngoài đóng/mở rèm trên điện thoại, bạn có thể ra lệnh bằng giọng nói hoặc tạo các ngữ cảnh kết hợp thiết bị rèm cửa này với các thiệt bị khác như:
Khi bạn về nhà, rèm tự động mở: Động cơ rèm + cảm biến cửa Điều khiển rèm bằng công tắc thông minh: Công tắc + Động cơ rèm
Thiết lập tự động đóng/mở theo thời gian trong ngày hoặc sử dụng cảm biến ánh sáng.
121
Hình 6.6: Thiết bị điều khiển từ xa IR
Thông số kĩ thuật:
Điện áp hoạt động 5V-2A
Truyền thông MQTT
Kích thước 120mm x 70mm x 33 mm
Khoảng cách 20m
Ứng dụng hỗ trợ Home assistant, Apple HomeKit
Bảng 6.6: Thông số kỹ thuật thiết bị điều khiển từ xa IR
Tính năng của thiết bị điều khiển từ xa IR
Hỗ trợ điều khiển thiết bị ( điều hòa) từ xa
Hỗ trợ điều khiển thông qua App Home Assistant hoặc Apple Home
122
Hình 6.7 : Bộ điều khiển trung tâm
Thông số kĩ thuật:
Điện áp hoạt động 5V-2A
Truyền thông MQTT, Zigbee
Kích thước 120mm x 70mm x 33 mm
Ứng dụng hỗ trợ Home assistant, Apple HomeKit
Bảng 6.7: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển trung tâm
Tính năng của bộ điều khiển trung tâm
Bộ trung tâm có đầy đủ các tính năng của một hệ thống quản trị nhà thông minh thông thường như giám sát, điều khiển, tự động hoá. Dưới đây là những điểm khác biệt chính của Home Assistant so với các hệ thống/nền tảng khác.
- Kết nối đến sóng zigbee cho nên nó cũng có đầy đủ tất cả tính năng của thiết bị zigbee
- Hỗ trợ hàng chục nền tảng và hàng ngàn thiết bị. - Tự động hóa vô cùng mạnh mẽ
- Tùy biến không giá hạn và cá nhân hóa
- Điều khiển/giám sát các thiết bị qua app điện thoại - Có thể liên kết với app HomeKit IOS
123 Bằng các thiết bị đã chế tạo và thiết kế xây dựng mô hình nhà thông minh trong chính ngôi nhà của mình bố trí trong tất cả các phòng: phòng khách, phòng ngủ, phòng làm việc, nhà bếp, wc.
Hình 6.8 : Sơ đồ bố trí hệ thống trong nhà
Bộ điều khiển trung tâm
124 Thiết bị nhận biết ánh sáng và chuyển động
Hình 6.10: Thiết bị nhận biết ánh sáng và chuyển động đặt trong nhà
Module người chơi nhạc cụ
125 Thiết bị nhận biết nhiệt độ, độ ẩm, khói và khí gas
Hình 6.12: Thiết bị nhận biết nhiệt độ, độ ẩm, khói và khí gas đặt trong nhà
Thiết bị điều khiển từ xa IR (điều hòa)
126 Rèm cửa tự động
Hình 6.14: Rèm cửa thông minh đặt trong nhà
Cảm biến cửa zigbee
Hình 6.15: Cảm biến cửa zigbee đặt trong nhà
Đèn zigbee
127
6.3. Điều khiển hệ thống
Để điều khiển được hệ thống bước đầu khi cấm nguồn phải kết nối với wifi của hệ thống
Muốn kết nối thiết bị vào hệ thống. Khi cấm nguồn thiết bị phải kết nối với wifi của hệ thống. Bấm vào wifi OurHome nhập mật khẩu quang1999
Hình 6.17: Kết nối wifi của hệ thống
Khi kết nối vào hệ thống sẽ hiện thị WiFiManager cho người dùng đăng nhập wifi bất kỳ.
128
Hình 6.18: hộp thoại WiFiManager
Hình 6.19: Đăng nhập wifi bất kỳ
Sau khi kết nối thiết bị vào hệ thống thực hiện giám sát điều khiển thông qua Home Assistant
129
Hình 6.20: giao diện điều khiển và giám sát thiết bị trên Home Assistant
Giao diện điều khiển giám sát thông qua app Home Assistant trên điện thoại
130
Hình 6.21 : Giao diện điều khiển giám sát thiết bị qua app Home Assistant trên
điện thoại
Giám sát các thiết bị cảm biến:
Trạng thái hoạt động của cảm biến PIR khi có người và không có người
131 Trạng thái của cảm biến khói và khí gas
Hình 6.23: Thông số cảm biến khói, khí gas
Giá trị nhiệt độ ở trong nhà được cảm biến nhiệt độ đọc
Hình 6.24: Thông số cảm biến nhiệt độ
132
Hình 6.25: Thông số cảm biến độ ẩm
Hiện tại không có thiết bị zigbee kết nối và hệ thống
Hình 6.26: Giao thức Zigbee
133
Hình 6.27: Thông số hoạt động của Module rèm cửa tự động
Trạng thái của module người chơi nhạc khi không có người ngồi vào
Hình 6.28: Thông số Module người chơi nhạc cụ
134
Hình 6.29: Thông số Module bật tắt đèn tự động
Giao diện giám sát tổng quát hệ thống
Hình 6.30: Thông số hoạt động tất cả cảm biến
135
Hình 6.31: Thông số điều hòa
Điều khiển giám sát qua Home IOS
136
Hình 6.32: Điều khiển giám sát qua Home IOS
Bộ điều khiển trung tâm kết nối các thiết bị
Bảng 6.8: Bảng kết nối hệ thống trong nhà
Bộ điều khiển trung tâm
Khoảng cách Thiết bị
20m
Công tắt thông minh Thiết bị nhận biết ánh sáng và chuyển động Rèm cửa tự động IR điều hòa
Thiết bị cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khói khí gas
137 Module người chơi nhạc
Dưới đây là bảng thống kê điều khiển trên thực tế của bộ điều khiển trung tâm với các thiết bị:
Bảng 6.9: Bảng thực nghiệm điều khiển
STT Thiết bị điều khiển Phương thức điều khiển Số lần thực hiện Số lần thành công Khoảng cách Tỉ lệ thành công 1 Công tắt thông minh hass 100 100 100% 2 Thiết bị nhận biết ánh sáng và chuyển động hass 100 100 100% 3 Rèm cửa tự động sóng IR 50 50 5m 100% 4 Rèm cửa tự động Sóng IR 50 50 10m 100% 5 Rèm cửa tự động hass 100 100 100%
6 IR điều hòa hass 50 50 100%
7 Module người chơi nhạc hass 50 50 100% 8 Thiết bị cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khói khí gas hass 30 30 100%
138 9 Cảm biến
cửa zigbee
hass 100 100 100%
10 Đèn zigbee hass 50 50 100%
Bảng 6.10: Tần số lấy mẫu của thiết bị
Thiết bị Cảm biến Tần số lấy mẫu
Thiết bị nhận biết nhiệt độ, độ ẩm, khói và khí gas
Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm 0,5Hz Cảm biến khói, khí gas 1Hz Thiết bị người chơi nhạc cụ Mạch khuyết đại HX711 50-60Hz Thiết bị nhận biết ánh sáng và chuyển động Cảm biến ánh sáng BH1750 31kHz-8MHz Cảm biến chuyển động PIR 1Hz
Cảm biến thu hồng ngoại KY-022
38MHz
6.4. Hạn chế và hướng phát triển
Hạn chế
- Chưa có một cloud mqtt riêng để lưu trữ và quản lý - Thiết kế chưa được hoàn thiện
- Chưa tối ưu hóa được nguồn cấp cho thiết bị
- Chưa tối ưu hóa được cách thức hoạt động cũng như là giao diện riêng Hướng phát triển
- Có thể áp dụng để sử dụng cho 1 dãy phòng hoặc rộng hơn là khách sạn - Sử dụng rộng trong lĩnh vực phong thủy, và y tế, game ,....
- Tạo giao điện và hệ sinh thái riêng giúp tự động hóa ngôi nhà tùy ý - Tạo một mqtt broken riêng thay vì dùng home assistant.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Theo trang wikipedia, “Internet vạn vật”,
https://vi.wikipedia.org/wiki/Internet_V%E1%BA%A1n_V%E1%BA%ADt, 16/8/2020
[2] Theo trang Đại học Bà Rịa Vũng Tàu, “Internet of things là gì? Tại sao nó sẽ trở thành xu hướng trong tương lai”, https://bvu.edu.vn/bvu/-
/asset_publisher/1SS24BzdXWeD/content/internet-of-things-la-gi-tai-sao-no-se-tro- thanh-xu-huong-cua-tuong-lai-, 1/6/2019
[3] Theo trang dnict , “4 năm nữa, IOT sẽ thay đổi thế giới ra sao?”,
https://dnict.vn/index.php/tintuc/tincongnghe/3775-4-nam-n-a-iot-s-thay-d-i-th-gi-i- ra-sao, 8/9/2016
[4] Theo trang iotvietnam, “chiến lược chiếm lĩnh Smart Home của các ông lớn”, https://iotvietnam.com/chien-luoc-chiem-linh-thi-truong-smart-home-cua-cac-ong- lon/, 29/6/2016
[5] Theo trang anocomtech, “Xu hướng phát triển nhà thông minh- smarthome 2021”, https://anycomtech.com.vn/xu-huong-phat-trien-nha-thong-minh- smarthome-2021/, 5/3/2020
[6] Theo trang Dntech, “giải pháp tổng thể nhà thông minh Bkav”,
https://dntech.vn/giai-phap-tong-the-nha-thong-minh-cua-bkav-120-25.html,