Luận văn Hệ thống điều khiển nhà thông minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU

VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH

Trình độ đào tạo: Đại Học Chính Quy

Ngành: Điện – Điện Tử

Chuyên ngành: Điện Điều Khiển & Tự Động Hóa

Giảng viên hướng dẫn: Th.s Châu Nguyễn Ngọc Lan

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hiếu

MSSV: 15031251

Lớp: DH15TD

Vũng Tàu, 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU

VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH

(SMART HOME CONTROL SYSTEM)

KỸ SƯ NGÀNH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

Trình độ đào tạo: Đại Học Chính Quy

Ngành: Điện – Điện Tử

Chuyên ngành: Điện Điều Khiển & Tự Động Hóa

Giảng viên hướng dẫn: Th.s Châu Nguyễn Ngọc Lan

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hiếu

MSSV: 15031251

Lớp: DH15TD

Vũng Tàu, 2019

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn 4 năm học tập, rèn luyện, trau dồi kiến thức tại trường Đại học Bà Rịa

Vũng Tàu, được sự giảng dạy tận tâm của các thầy cô, sự hỗ trợ đắc lực từ gia đình cũng

như sự giúp đỡ nhiệt tình từ bạn bè, anh chị khóa trước, ngày hôm nay em đã bước vào

chặng cuối của hành trình - hoàn thành luận văn tốt nghiệp để ra trường.

Để được như ngày hôm nay, ngoài việc cố gắng, nổ lực từ bản thân thì còn rất nhiều

người đã giúp đỡ, khích lệ em trong suốt chặng đường. Vì vậy em muốn gửi lời cảm ơn

chân thành sâu sắc đến những người sau đây:

Lời đầu tiên, con cảm ơn ba mẹ, đã hy sinh cả đời mình để tạo điều kiện tốt nhất

cho con được học tập.

Tiếp theo, em xin cảm ơn quý thầy, cô trong khoa Điện – Điện tử đã truyền đạt cho

em những kiến thức quý giá suốt những năm học qua. Đặc biệt, em xin cảm ơn Cô Châu

Nguyễn Ngọc Lan, người đã đã tận tình hướng dẫn, góp ý để em có thể hoàn thành luận

văn này.

Mình cũng xin cảm ơn những bạn bè, anh chị đã động viên, giúp đỡ, sát cánh bên

nhau trong thời gian làm luận văn cũng như suốt 4 năm học qua.

Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe để tiếp tục truyền đạt

những kiến thức quý báu cho các thế hệ sinh viên chúng em. Con chúc ba mẹ thật nhiều

sức khỏe, niềm vui và hạnh phúc. Chúc các anh chị, các bạn thành công và vững bước trên

con đường mình đã chọn.

Xin chân thành cảm ơn!

Vũng Tàu, tháng 6 năm 2019

Sinh viên

Lê Văn Hiếu

MỤC LỤC

Chương 1. GI Ớ I THI ỆU ĐỀ TÀI .................................................................................................3

1.1. Lý do chọn đề tài luận văn: ............................................................................................3

1.2. M ụ c tiêu c ủa đề tài :...........................................................................................................3

1.3. Đối tượ ng và ph ạ m vi nghiên c ứ u: ..............................................................................4

1.4. Ý nghĩa của đề tài :.............................................................................................................4

Chương 2. T Ổ NG QUAN................................................................................................................5

2.1. Nhà thông minh là gì? ......................................................................................................5

2.2. Các thành ph ần cơ bả n trong nhà thông minh :........................................................6

H ệ th ố ng qu ả n lý chi ế u sáng :............................................................................6

H ệ th ố ng ki ể m soát ra vào:.................................................................................6

H ệ th ố ng quan sát, thông tin liên l ạ c :.............................................................7

H ệ th ố ng gi ải trí đa phương tiệ n :.....................................................................7

H ệ th ố ng qu ả n lý tiêu th ụ năng lượ ng:...........................................................7

H ệ th ố ng c ả m bi ến và báo độ ng:......................................................................7

H ệ th ố ng ki ểm soát môi trườ ng:.......................................................................8

H ệ th ố ng các công t ắc điề u khi ể n tr ạ ng thái:...............................................8

H ệ th ố ng x ử lý trung tâm, điề u khi ể n, giám sát t ừ xa: .............................8

2.3. Tình hình phát tri ển trong và ngoài nướ c:.................................................................9

2.3.1.

2.3.2.

Đố i v ới tình hình ngoài nướ c :...........................................................................9

Đố i v ới tình hình trong nướ c:............................................................................9

2.4. Phân tích, l ự a ch ọn phương án thự c hi ện đề tài :..................................................10

2.4.1.

2.4.2.

Phương án thự c hi ệ n: ........................................................................................10

Phân tích phương án đã chọ n :........................................................................12

Chương 3. TÌM HI Ể U V Ề PH Ầ N C Ứ NG VÀ PH Ầ N M Ề M ...............................................14

3.1. Kit STM32F407 Discovery:........................................................................................14

3.1.1.

3.1.2.

Các tính năng nổ i b ậ t: .......................................................................................14

Các kh ố i ch ức năng chính đượ c s ử d ụ ng trong lu ận văn: ....................15

3.2. Module thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU: ........................................................18

3.3. Các c ả m bi ến đượ c s ử d ụ ng :.......................................................................................20

C ả m bi ế n nhi ệt độ, độ ẩ m DHT11: ..............................................................20

C ả m bi ế n sáng quang tr ở CDS: .....................................................................22

C ả m bi ến mưa: ....................................................................................................23

C ả m bi ế n thân nhi ệ t chuy ển độ ng PIR HC – SR501:............................23

C ả m bi ế n khí gas MQ-2:..................................................................................24

3.4. M ạ ch RFID RC522 NFC: ............................................................................................25

3.5. Màn hình hi ể n th ị LCD:................................................................................................26

3.5.1.

3.5.2.

3.5.3.

LCD text 1604 xanh dương :...........................................................................26

LCD text 2004 xanh dương :...........................................................................27

M ạ ch chuy ể n giao ti ế p LCD 1602 và LCD 2004 sang I2C: ...............27

3.6. Module 8 relay:................................................................................................................28

3.7. Các thi ế t b ị khác:.............................................................................................................29

3.7.1.

3.7.2.

3.7.3.

Đèn led, quạ t :.......................................................................................................29

Động cơ RC Servo 9G:.....................................................................................29

C ả m ứ ng m ộ t ch ạm điệ n dung TTP223B :.................................................30

3.8. Các ph ầ n m ềm đượ c s ử d ụ ng: ....................................................................................31

3.8.1.

3.8.2.

Arduino IDE:........................................................................................................31

Keil uVision5 và STM32CubeMX :.............................................................31

3.9. Giao th ứ c MQTT :..........................................................................................................32

3.9.1.

3.9.2.

3.9.3.

Tìm hi ể u giao th ứ c MQTT:.............................................................................32

Cloud MQTT :......................................................................................................34

Ứ ng d ụng điề u khi ể n giám sát t ừ xa:...........................................................35

3.10. C ậ p nh ậ t th ờ i gian th ự c t ừ NTP server: ..............................................................36

Chương 4. THI Ế T K Ế , THI CÔNG B Ộ ĐIỀ U KHI Ể N VÀ MÔ HÌNH NGÔI NHÀ.....37

4.1. T ổ ng quan h ệ th ố ng: ......................................................................................................37

4.2. Mô hình ngôi nhà:...........................................................................................................38

4.3. B ộ điề u khi ể n trung tâm :..............................................................................................39

4.3.1.

4.3.2.

4.3.3.

Thi ế t k ế , thi công m ạch điề u khi ể n trung tâm:.........................................40

Thi ế t k ế , thi công m ạ ch nút nh ấ n: ................................................................42

B ộ điề u khi ể n trung tâm sau khi tích h ợ p:.................................................43

Chương 5. L Ậ P TRÌNH H Ệ TH ỐNG ĐIỀ U KHI Ể N ...........................................................44

5.1. Các tính năng củ a h ệ th ống điề u khi ể n nhà thông minh :..................................44

5.2. Gi ả i thu ật điề u khi ể n: ....................................................................................................45

5.2.1.

5.2.2.

Đóng mở c ử a b ằ ng RFID: ...............................................................................45

Ho ạt độ ng theo các k ị ch b ả n :.........................................................................46

5.3. L ậ p trình c ậ p nh ậ t th ờ i gian th ự c t ừ NTP sever: ............................................51

5.4. L ập trình điề u khi ể n, giám sát t ừ xa:........................................................................52

5.4.1.

5.4.2.

5.4.3.

L ậ p trình cho kit STM32F407 và module ESP 8266 NodeMCU: ....52

T ạ o Broker MQTT trên CloudMQTT:........................................................54

Thi ế t l ậ p, t ạ o giao di ệ n trên ứ ng d ụ ng IoT OnOff:.................................56

Chương 6. K Ế T QU Ả , H Ạ N CH Ế VÀ HƯỚ NG PHÁT TRI ỂN ĐỀ TÀI ........................58

6.1. K ế t qu ả và h ạ n ch ế c ủa đề tài :....................................................................................58

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Sơ đồ kh ố i t ổ ng quan h ệ th ố n g ............................................................................11

Hình 3.1: Kit STM32F407 Discovery [2]..............................................................................14

Hinh 3.2: C ấu trúc cơ bả n c ủ a m ột chân I/O đa chức năng [3]..................................16

Hình 3.3: Sơ đồ c ấ u trúc kh ố i giao ti ế p USART [3] .........................................................17

Hình 3.4: C ấ u trúc c ủ a m ộ t chân I2C [3]..............................................................................18

Hình 3.5: Module thu phát Wifi 8266 NodeMCU [4 ]......................................................18

Hình 3.6: Các chân c ủ a Module Wifi 8266 NodeMCU [4].............................................19

Hình 3.7: C ả m bi ế n nhi ệt độ, độ ẩ m DHT11.......................................................................20

Hình 3.8: Tín hi ệ u start t ừ MCU và ph ả n h ồ i c ủ a DHT11 [5] .....................................21

Hình 3.9: Bit 0 [5]...........................................................................................................................21

Hình 3.10: Bit 1 [5 ]........................................................................................................................22

Hình 3.11: C ả m bi ế n quang tr ở CD S ......................................................................................22

Hình 3.12: C ả m bi ến mưa ...........................................................................................................23

Hình 3.13: C ả m bi ế n thân nhi ệ t chuy ển độ ng PIR HC – SR501.................................23

Hình 3.14: C ả m bi ế n khí gas......................................................................................................24

Hình 3.15: Mach RFID RC552 NFC .........................................................................................25

Hình 3.16: LCD text 1604 xanh dương .................................................................................26

Hình 3.17: LCD text 2004 xanh dương .................................................................................27

Hinh 3.18: M ạ ch chuy ể n giao ti ế p LCD 1602 và LCD 2004 sang I2C......................27

Hình 3.19: Module 8 relay..........................................................................................................28

Hình 3.20: Đèn hắ t sang tr ắ ng 3 bóng ..................................................................................29

Hình 3.21: Qu ạ t t ả n nhi ệ t 4x4x1cm......................................................................................29

Hình 3.22: Động cơ RC Servo 9 G .............................................................................................30

Hình 3.23: C ả m ứ ng m ộ t ch ạm điệ n dung TTP223B ...................................................30

Hình 3.24: Mô hình publish/ subscribe ...............................................................................33

Hình 3.25: Trang CloudMQTT ..................................................................................................35

Hình 4.1: Sơ đồ t ổ ng quan h ệ th ố ng ......................................................................................37

Hình 4.2: Mô hình ngôi nhà .......................................................................................................38

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý b ộ điề u khi ể n trung tâm.......................................................40

Hình 4.4: M ạ ch in b ộ điề u khi ể n trung tâm........................................................................41

Hình 4.5: Kêt qu ả thi công m ạch điề u khi ể n trung tâm ................................................41

Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý m ạ ch nút nh ấ n ..........................................................................42

Hình 4.7: M ạ ch in nút nh ấ n .......................................................................................................42

Hình 4.8: K ế t qu ả thi công m ạ ch nút nh ấ n .........................................................................43

Hình 4.9: B ộ điề u khi ể n trung tâ m .........................................................................................43

Hình 5.1: Sơ đồ gi ả i thu ật đóng mở c ử a dùng th ẻ RFID ...............................................45

Hình 5.2: Sơ đồ gi ả i thu ật điề u khi ển đèn phòng vệ sinh.............................................46

Hình 5.3: Sơ đồ gi ả i thu ật báo độ ng khí gas.......................................................................46

Hình 5.4: Sơ đồ gi ả i thu ật đóng cử a s ổ khi tr ời mưa .....................................................47

Hình 5.5: Sơ đồ gi ả i thu ật điề u khi ển đèn, quạ t ở K ị ch b ả n 2 - Ti ế p khách .........48

Hình 5.6: Sơ đồ gi ả i thu ậ t K ị ch b ả n 3 – Ra kh ỏ i nhà ......................................................49

Hình 5.7: Sơ đồ gi ả i thu ật điề u khi ể n qu ạ t K ị ch b ả n 4 - Đi ngủ ................................50

Hình 5.8: Sơ đồ gi ả i thu ậ t ch ố ng tr ộ m K ị ch b ả n 4 - Đi ng ủ ........................................50

Hình 5.9: Sơ đồ gi ả i thu ậ t báo th ứ c K ị ch b ả n 4 - Đi ngủ ..............................................51

Hình 5.10: Sơ đồ kh ối điề u khi ể n giám sát t ừ xa qua Interne t ..................................52

Hình 5.11: Sơ đồ gi ả i thu ậ t l ậ p tình STM32F407 giao ti ế p ESP8266 .....................53

Hình 5.12: Sơ đồ gi ả i thu ậ t l ậ p trình ESP826 6 .................................................................54

Hình 5.13: Gói “Humble Hedgehog” củ a CloudMQTT....................................................55

Hình 5.14: Cung c ấ p thông tin broker cho ứ ng d ụ ng IoT OnOff ...............................56

Hình 5.15: Ứ ng d ụ ng IoT OnOff k ế t n ố i broker................................................................57

Hình 5.16: Giao di ện điề u khi ển đượ c t ạ o trên ứ ng d ụ ng IoT OnOff.....................57

Hình 6.1: B ộ điề u khi ể n và mô hình ngôi nhà sau khi hoàn thành ..........................58

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

MQTT: Message Queuing Telemetry Transport

MCU: Micro-controller Unit

AI: Artificial Intelligence

NTP: Network Time Protocol

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn được trình bày thành 6 chương với những nội dung cơ bản sau:

Chương 1. Giới thiệu đề tài: Ở chương này, em trình bày lý do chọn đề tài, mục

tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu cũng như ý nghĩa của đề tài.

Chương 2. Tổng quan: Đề cập đến khái niệm nhà thông minh, những thành

phần cơ bản nhất của một hệ thống nhà thông minh. Ngoài ra còn trình bày tình hình

phát triển của lĩnh vực nhà thông minh trong và ngoài nước. Cuối cùng dựa trên

những kiến thức đó phân tích, lựa chọn phương pháp thực hiện đề tài.

Chương 3. Tìm hiểu phần cứng và phần mềm: Ở chương này trình bày phần

cứng, phần mềm, và những kiến thức liên quan. Cụ thể phần cứng gồm: kit

STM32F407 Discovery, ESP8266 NodeMCU, các loại cảm biến: nhiệt độ, mưa, ánh

sáng,…Phần mềm gồm: Arduino IDE, Keil uVision 5, STM32CubeMX. Một số kiến

thức liên quan như giao thức MQTT, NTP server.

Chương 4. Thiết kế, thi công bộ điều khiển và mô hình ngôi nhà: Trình bày

trình tự thiết kế và thi công phần cứng.

Chương 5. Giải thuật điều khiển: Trong chương này trình bày những thuật toán

điều khiển gồm: thuật toán điều khiển đóng mở cửa dùng thẻ RFID, thuật toán điều

khiển theo kịch bản, thuật toán điều khiển và giám sát từ xa,…

Chương 6: Kết quả, hạn chế và hướng phát triển của đề tài: Kết quả đạt được

của đề tài, những hạn chế và hướng phát triển của hệ thống trong tương lai.

1

MỞ ĐẦU

Nếu như trước đây, nhà thông minh chỉ toàn nằm trong trí tưởng tượng cũng

như trên phim ảnh mà thôi, thì hiện nay nhà thông minh đã rất phát triển và trở nên

phổ biến. Ở nước ta, thuật ngữ này đã không còn quá xa lạ với người dân. Hàng loạt

các công ty nghiên cứu, cung cấp giải pháp nhà thông minh ra đời, nhiều căn hộ cao

cấp được lắp đặt và sử dụng công nghệ này. Tuy nhiên để sở hữu một căn nhà với

những chức năng hiện đại như điều khiển chiếu sáng, điều khiển rèm cửa, hệ thống

an ninh báo trộm, báo cháy... hay gần đây là công nghệ trợ lý ảo thì người dùng phải

bỏ ra một số tiền không hề nhỏ, mà không phải ai cũng đủ khả năng chi trả. Với mục

đích vận dụng những kiến thức đã được học để tạo ra bộ thiết bị điều khiển cho chính

ngôi nhà của mình với những tính năng cơ bản, giá phải chăng, em đã chọn đề tài “Hệ

thống điều khiển nhà thông minh”. Đề tài tập trung xây dựng bộ điều khiển on/off

các thiết bị trong nhà, hoạt động theo các kịch bản, đọc và hiển thị cảm biến, chống

trộm, điều khiển giám sát ngôi nhà từ xa thông qua mạng Internet.

2

Chương 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1. Lý do chọn đề tài luận văn:

Em chọn “Hệ thống điều khiển nhà thông minh” làm đề tài luận văn tốt nghiệp vì

những lý do sau đây:

 Thứ nhất, nhà thông minh đang là xu hướng phổ biến trên thế giới khi hỗ trợ

tiết kiệm thời gian và công sức nhờ áp dụng công nghệ hiện đại. Tại Việt

Nam, công nghệ này cũng ngày càng được lòng người dùng và trở thành lựa

chọn ưu tiên.

 Thứ hai, em có thể áp dụng được nhiều kiến thức đã được học vào đề tài như

kiến thức lập trình vi điều khiển, kiến thức về các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm,

ánh sáng,.. hoặc kiến thức về giao tiếp giữa 2 vi điều khiển,…Đây cũng là cơ

hội để em tìm hiểu thêm kiến thức mới, rèn luyện tính tự chủ và tinh thần

trách nhiệm trong công việc.

 Thứ ba, dưới sự phổ biến của công nghệ nhà thông minh hiện nay, thì nhu cầu

tìm hiểu và phát triển càng trở nên cấp thiết.

 Cuối cùng, với mục đích tạo ra được một bộ điều khiển với những tính năng

cơ bản, áp dụng được cho chính ngôi nhà của mình đã tạo thêm động lực thúc

đẩy cho em thực hiện đề tài này.

1.2. Mục tiêu của đề tài:

Hiểu rõ đặc điểm, tính năng và cấu trúc của ngôi nhà thông minh. Nắm vững

những tính năng của hệ thống chiếu sáng, hệ thống báo cháy, báo trộm... trong nhà

thông minh.

Thiết kế và gia công bộ điều khiển ngôi nhà với những tính năng cơ bản sau:

 Có khả năng bật, tắt các thiết bị trong nhà bằng tay hoặc tự động theo các

kịch bản.

 Đọc và xử lý tín hiệu từ các cảm biến.

 Đóng mở cửa bán tự động sử dụng thẻ RFID.

 Báo trộm, rò khí gas.

 Cập nhật thời gian thực, hẹn giờ báo thức.

 Có thể điều khiển, giám sát từ xa bằng điện thoại kết nối mạng Internet.

Xây dựng mô hình ngôi nhà để có thể vận hành thử nghiệm bộ điều khiển trên.

3

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi của nhà thông minh rất rộng, từ cơ sở hạ tầng cho đến các chức năng,

chế độ hoạt động.

Trong luân văn tập trung nghiên cứu thiết kế hệ thống bật tắt các thiết bị trong

nhà theo kịch bản, báo trộm, báo rò khí gas, hẹn giờ báo thức. Điều khiển, giám sát

từ xa thông qua Internet.

1.4. Ý nghĩa của đề tài:

Là tài liệu hữu ích cho những ai mới bắt đầu tìm hiểu về hệ thống nhà thông

minh. Đặc biệt là tài liệu tham khảo cho những ai muốn tự thiết kế, chế tạo một bộ

điều khiển ngôi nhà với những tính năng cơ bản.

4

Chương 2. TỔNG QUAN

2.1. Nhà thông minh là gì?

Nhà thông minh hay hệ thống nhà thông minh là một ngôi nhà/căn hộ được trang

bị các hệ thống tự động thông minh cùng với cách bố trí hợp lý, các hệ thống này có

khả năng tự điều phối các hoạt động trong ngôi nhà theo thói quen sinh hoạt và nhu

cầu cá nhân của gia chủ. Chúng ta cũng có thể hiểu ngôi nhà thông minh là một hệ

thống chỉnh thể mà trong đó, tất cả các thiết bị điện tử gia dụng đều được liên kết với

thiết bị điều khiển trung tâm và có thế phối hợp với nhau để cùng thực hiện một chức

năng. 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 nhằm mục đích làm cho cuộc sống ngày

càng tiện nghi, an toàn và góp phần sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên.

Một trong những ví dụ cơ bản nhất của nhà thông minh là một hệ thống

kiểm soát mức độ chiếu sáng của hệ thống đèn giúp tiết kiệm điện và phù hợp với

khung cảnh, chẳng hạn như cài đặt đèn ánh sáng nhẹ cho các bữa tiệc tối. Hệ thống

cũng có thể điều chỉnh rèm cửa theo yêu cầu, kiểm soát nhiệt độ, hệ thống camera

giám sát, hệ thống khóa cửa tự động, hệ thống phòng ngừa trộm.

Nhà thông minh ngoài ra còn có một số ứng dụng sáng tạo hơn, gồm hệ

thống điều khiển giải trí tại gia – loa công suất khác nhau, hệ thống điện thoại, liên

lạc nội bộ, hệ thống tưới nước...

Các chức năng này có thể được thực hiện nhờ các thiết bị trong nhà được kết

nối với nhau để hệ thống máy tính trung tâm có thể theo dõi các trạng thái và ra các

quyết định điều khiển phù hợp.

Nhà thông minh đã được hình dung trong các tác phẩm khoa học viễn tưởng

từ nhiều năm nhưng nó chỉ trở thành hiện thực kể từ thế kỷ 20 sau sự phát triển rộng

rãi của điện và những tiến bộ nhanh chóng của công nghệ thông tin. Công nghệ nhà

thông minh là hiện thực và nó ngày càng trở nên tinh vi. Các tín hiệu được mã hóa

được gửi đi qua hệ thống dây dẫn, mạng không dây đến các bộ chuyển mạch, ổ điện

được lập trình sẵn để vận hành các đồ gia dụng và thiết bị điện tử ở trong ngôi nhà.

5

Sự tự động hóa của ngôi nhà đặc biệt có ích cho người lớn tuổi và người tàn tật, những

người muốn sống tự lập.

Việc lắp đặt các sản phẩm thông minh đem lại cho ngôi nhà và chủ nhân của nó

rất nhiều lợi ích – tương tự như những lợi ích mà công nghệ và máy tính cá

nhân đã đem lại cho chúng ta nhiều năm qua - bao gồm: sự tiện nghi, tiết kiệm thời

gian, tiền bạc và năng lượng.

2.2. Các thành phần cơ bản trong nhà thông minh:

2.2.1. Hệ thống quản lý chiếu sáng:

Các thiết bị chiếu sáng như bóng đèn sợi đốt, đèn neon, đèn ngủ, trang

trí…được sử dụng rất nhiều. Vì vậy nếu phối hợp chiếu sáng không hợp lý sẽ dẫn

tới bị “ô nhiễm” ánh sáng. Ngoài ra, việc chiếu sáng như vậy còn gây lãng phí điện,

giảm tuổi thọ thiết bị. Bên cạnh đó số lượng đèn dùng để chiếu sáng là khá lớn, gia

chủ sẽ gặp những bất tiện nhỏ trong việc bật tắt, điều chỉnh độ sáng cho phù hợp.

Hệ thống chiếu sáng sẽ được tích hợp chung với các hệ thống khác hoặc sẽ

được tách riêng ra để điều khiển độc lập. Các giải pháp đều nhằm tối ưu hóa hệ

thống và giúp gia chủ điều khiển dễ dàng hơn. Các giải pháp kết hợp sẽ được tính

đến để tự động hóa tới mức tối đa.

2.2.2. Hệ thống kiểm soát ra vào:

Khi gia chủ đi vắng, việc kiểm soát các hệ thống vào ra trong ngôi nhà là rất

quan trọng, giúp đề phòng trộm v.v… Ngôi nhà thông minh cung cấp hệ thống

kiểm soát vào ra cho phép chủ nhà quản lý và cấp quyền “đăng nhập” cho các thành

viên trong gia đình và người thân.

Hệ thống cửa ra vào sẽ được lắp đặt các khóa vân tay hoặc thẻ từ… nhằm nhận

dạng người trong nhà hoặc khách để cấp quyền “đăng nhập”. Ngoài ra, còn có thể

dùng hệ thống nhận diện khuôn mặt hay giọng nói.

Mỗi khi có sự kiện mới, hệ thống kiểm soát ra vào này cũng sẽ kích hoạt các

hệ thống khác để lưu giữ các thay đổi do người dùng tạo ra.

6

2.2.3. Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc:

Một ngôi nhà bình thường sẽ có từ 4 đến 5 phòng kín, và do vậy sẽ có một vài

vấn đề khó khăn khi giao tiếp từ phòng này sang phòng khác. Một hệ thống thông

tin liên lạc nội bộ có thể giúp giải quyết vấn đề này.

Hệ thống liên lạc nội bộ đơn giản có thể là các điện thoại cố định. Ngoài chức

năng liên lạc trong nhà, hệ thống này cần được kết nối với mạng điện thoại để tiện

cho việc giao tiếp và công việc hơn, để làm việc này cần đến một bộ chuyển kênh.

Hệ thống quan sát sẽ giúp việc kiểm soát an ninh, người vào/ra ngôi nhà…giúp

cho gia chủ nhận diện khách nhanh chóng thông qua camera.

2.2.4. Hệ thống giải trí đa phương tiện:

Ngôi nhà là nơi sinh hoạt của một gia đình có thể gồm nhiều thế hệ và mỗi thế

hệ lại có nhu cầu giải trí khác nhau. Do đó, một hệ thống giải trí đa phương tiện sẽ

cung cấp cho các thành viên những hoạt động giải trí phù hợp…

2.2.5. Hệ thống quản lý tiêu thụ năng lượng:

Đối với một ngôi nhà bình thường thì việc cung cấp và đo lường các chỉ số

điện nước đều phải thông qua các cơ quan nhà nước.

Ngôi nhà thông minh cung cấp giải pháp nhằm đo lường và báo lại các thông

số điện, nước thường xuyên, kết hợp với bộ xử lý trung tâm và các hệ thống khác

để tiết kiệm năng lượng.

2.2.6. Hệ thống cảm biến và báo động:

Hệ thống các cảm biến là thành phần quan trọng trong bất kì hệ thống nào của

ngôi nhà, các cảm biến có nhiệm vụ gửi các thông số đo được về cho bộ xử lý trung

tâm để có giải pháp phù hợp với từng gói dữ liệu và xử lý từng tình huống tương

ứng.

Các cảm biến cơ bản như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến gas, cảm biến

áp suất, cảm biến hồng ngoại…

7

2.2.7. Hệ thống kiểm soát môi trường:

Môi trường sống là nhân tố rất quan trong trong cuộc sống. Nó ảnh hưởng trực

tiếp đến sức khỏe của mỗi thành viên trong gia đình. Trong thời đại công nghiệp

hóa thì độ ô nhiễm môi trường ngày càng cao. Vì vậy việc bảo vệ môi trường sống

được các nhà khoa học rất chú trọng.

Hệ thống kiểm soát môi trường sẽ đảm bảo môi trường trong nhà luôn ở tình

trạng tốt nhất cho con người. Hệ thống kiểm soát môi trường có thể gồm các thiết

bị như: máy điều hòa, hệ thống quạt thông gió...

2.2.8. Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái:

Hệ thống các công tắc và bảng hiển thị sẽ cung cấp thông tin cũng như nhận

lệnh điều khiển từ gia chủ. Đảm bảo sự tương tác hai chiều giữa các thành viên và

hệ thống tự động. Hệ thống bao gồm: các điều khiển từ xa, các công tắc gắn tường,

các bảng điều khiển tương tác HMI, điện thoại thông minh…

2.2.9. Hệ thống xử lý trung tâm, điều khiển, giám sát từ xa:

Ngôi nhà thông minh được đánh giá cao và khác hẳn những ngôi nhà bình

thường là do nó được trang bị một hệ thống điều khiển và toàn bộ các thay đổi và

điều khiển tự động trong ngôi nhà được xử lý đồng nhất thông qua hệ thống xử lý

trung tâm. Nó có vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ liên kết các hệ thống khác trong

ngôi nhà lại với nhau, điều phối của hệ thống chấp hành một cách nhịp nhàng theo

các điều kiện tác động được lập trình từ trước. Chúng ta gọi đó là các kịch bản –

hay là các điều kiện môi trường trong ngôi nhà. Gần đây với sự phát triển của trí

tuệ nhân tạo (AI) thì quá trình điều khiển ngôi nhà càng trở nên tinh vi hơn. Một

vài sự kết hợp tiêu biểu:

 Hệ thống chiếu sáng với Hệ thống xử lý trung tâm có thể học và thực hiện

theo thói quen của người sử dụng. Hay các thiết bị chiếu sáng sẽ hoạt động

theo chu trình thời gian đặt trước.

 Hệ thống chiếu sáng kết hợp với Hệ thống cảm biến cung cấp khả năng tự

động điều khiển ánh sáng như: đèn tự động tắt khi không có người trong

phòng...

8

 Hệ thống cảnh báo kết hợp với hệ thống chiếu sáng: khi có vấn đề xảy ra

như cháy nổ, phát hiện ăn trộm…các bóng đèn sẽ chớp sáng liên tục, đồng

thời sẽ có tiếng còi báo hiệu.

 Hệ thống cảm biến kết hợp với hệ thống xử lý trung tâm báo cáo tình trạng

lưu trữ điện trong các UPS, báo cáo mực nước trong bồn chứa…nhằm đảm

bảo nguồn cung cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày.

 Hệ thống giải trí đa phương tiện kết hợp với hệ thống chiếu sáng nhằm đem

lại những giây phút thư giãn cho thành viên trong gia đình.

2.3. Tình hình phát triển trong và ngoài nước:

2.3.1. Đối với tình hình ngoài nước:

Trên phạm vi toàn cầu, nhà thông minh được xem là một lĩnh vực có dư địa

phát triển rất lớn. Các đại gia công nghệ như Microsoft, Apple, Google,

Samsung...tỏ ra sốt sắng với xu hướng này thông qua hàng loạt những dự án liên

quan. Google mua lại Nest (hãng sản xuất bộ điều khiển nhiệt độ thông minh và

thiết bị báo khói), Samsung ra mắt hệ thống nhà thông minh khép kín trong các

thiết bị của hãng, Apple giới thiệu nền tảng phát triển ứng dụng nhà thông minh

HomeKit [1].

Ngoài ra, nhắc đến những thương hiệu nhà thông minh đến từ nước ngoài,

không thể không kể đến: hãng Schneider của Pháp, Smartg4 của Mỹ, Gamma của

Đức,... Các sản phẩm thiết bị nhà thông minh đến từ nước ngoài đều mang trong

mình những ưu điểm vượt trội về thiết kế, tính năng với những giải pháp tiên tiến

và hiện đại.

2.3.2. Đối với tình hình trong nước:

Các doanh nghiệp Việt Nam vẫn không ngừng bám đuổi công nghệ trên thế

giới, không ngừng nghiên cứu về nhà thông minh. Thực tế, đã có nhiều doanh

nghiệp của chúng ta cho ra mắt sản phẩm nhà thông minh “Made in Vietnam”.

Ta có thể kể tới:

 Nhà thông minh BKAV:

- BKAV hiện đang cung cấp 2 sản phẩm Nhà thông minh là BKAV

SmartHome thế hệ 2 và BKAV Smarthome Luxury.

9